JP2012154352A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Oリングの局部的な溝間振幅の拡大を抑止し、シール耐久性の向上を図り得る密封装置の提供。
【解決手段】弾性体からなるOリングと、樹脂製のバックアップリング1とを有し、軸孔を有するハウジングと軸孔に挿入されてハウジングと相対移動を行う軸との間の環状隙間を密封する密封装置であって、バックアップリング1は、軸方向に配向される各側面1a、1bから軸方向の中央部に亘って同一方向に斜めとなるように形成された第1及び第2のカット部11、12と、軸方向の中央部において周方向に亘って形成され、第1及び第2のカット部11、12の端部をつなげる第3のカット部13とを有し、第1及び第2のカット部11、12は周方向において互いにずれて離隔しており、該第1及び第2のカット部11、12の間に、軸方向に斜めに横断すると共に、第3のカット部13によって二分された軸方向に沿う幅よりも幅広となる斜め形状部が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は密封装置に関し、詳しくは、Ｏリングと軸方向に沿って斜めに切断されるカット部を有するバックアップリングとを有し、カット部の開きによるＯリングの損傷を防止することのできる密封装置に関する。

従来、例えば船舶用燃料ポンプ部のような高圧（脈動有り）の流体を移送する装置において、軸孔を有するハウジングとその軸孔に挿入されてハウジングと相対移動を行う軸（例えばピストン）との間の環状隙間を密封するための密封装置として、弾性体からなるＯリングと、このＯリングと同軸状に並設される樹脂製のバックアップリングとを用いたものがある。

密封は専らＯリングによってなされるが、バックアップリングは、作動油の圧力によってＯリングが軸の外周面とハウジングの内周面との間の隙間へはみ出すのを防止するように機能している。

Ｏリングは、ゴム状弾性材料等の弾性体であるため、軸の外周に装着する際は、大径に引き延ばしながら装着することができるが、バックアップリングは、Ｏリングよりも硬質の合成樹脂材料からなるため、装着性を考慮して、円周方向の少なくとも一箇所を切断することによって、軸の外周面よりも大径に開くことができるようにしている。

この切断方法の一つに、バックアップリングの軸方向に沿って斜めとなるように切断したカット部（バイアスカット部）を形成したものが知られている。

ところで、Ｏリングと共に、このようなカット部を形成したバックアップリングを使用した密封装置を、船舶用燃料ポンプ部のような高圧（脈動有り）の流体を移送する装置に使用した場合、次のような問題がある。

図３は、Ｏリング１００とバックアップリング２００とを同軸状に並設して軸の外周面に装着した状態を部分で示している。ここでは図中上側から高圧が掛る状態にある。（ａ）はＯリング１００に圧力が掛っていない状態、（ｂ）は圧力が掛った状態を示している。

バックアップリング２００には、軸方向に沿って斜めに切断されたカット部２０１が形成されており、このカット部２０１を挟んで、傾斜端部２０２、２０３が互いに突き合わされて装着されている。

（ａ）に示す圧力が掛っていない状態では、バックアップリング２００の傾斜端部２０２、２０３は、互いの傾斜面同士が密接し、カット部２０１は閉じた状態となっている。

しかし、（ｂ）に示すようにＯリング１００に高圧の脈圧が掛ると、Ｏリング１００に押されてバックアップリング２００にも圧力が掛り、互いに密接している傾斜端部２０２、２０３に圧力が掛ることによって傾斜端部２０２、２０３が離れてカット部２０１が開いてしまう。このとき、Ｏリング１００との接触側面に鋭角な先端部２０２ａを有する一方の傾斜端部２０２は、その先端部２０２ａがＯリング１００に押し付けられて変形してしまう。

これが長期使用によって繰り返されると、バックアップリング２００のカット部２０１の摩滅を発生させ、バックアップリング２００のボリュームが減少し、カット部２０１の開きが拡大してしまう。カット部２０１の開きが拡大してしまうと、図示するように、当該部分のＯリング１００の溝間振幅が大きくなる影響で、Ｏリング１００の内外周が、拡大したカット部２０１に入り込むことで局部的に摩滅してしまい、シール機能が低下する問題がある。

従来、カット部を有するバックアップリングの摩滅を低減する技術として、図４（ａ）に示すように、バックアップリング３００を、リング素材をスパイラル状に巻き付けて環状体を構成し、その両端の傾斜端部３０２、３０３を突き合わせることなく、周方向の対向する位置（軸方向に沿って同位置）となるように形成したものが提案されている（特許文献１）。

図中、３０１はカット部であり、各傾斜端部３０２、３０３の間を軸方向に斜めとなるように形成されている。各傾斜端部３０２、３０３は、バックアップリング３００のリング素材の側面に密接しており、この傾斜端部３０２、３０３に挟まれる部位に、バックアップリング３００の周方向に対して斜めとなる斜め形状部３０４が形成されている。

このようなバックアップリング３００を用いて、上記同様にＯリング１００とで密封装置を構成した場合でも、図４（ｂ）に示すように高圧の脈圧が掛った場合、バックアップリング３００がＯリング１００に押し付けられ、カット部３０１が開いてしまう現象が起きるが、図３に示す場合に比べてカット部３０１の拡大量を抑えることができる。

しかしながら、このバックアップリング３００では、カット部３０１が開くと、圧力によって斜め形状部３０４が更に斜めに倒れ込むように変形し、これに伴い、一方の傾斜端部３０２の先端部３０２ａも変形してしまうため、上記の場合と同様に、拡大した部分のＯリング１００の溝間振幅が大きくなってしまう問題があることに変わりはなく、やはり上記同様に局部的な摩滅を発生させてしまう。

特開２０００−３２９２３３号公報

そこで、本発明は、バックアップリングに圧力が掛ってカット部が開いても、Ｏリングの局部的な溝間振幅の拡大を抑止し、シール耐久性の向上を図り得る密封装置を提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。

上記課題は、以下の発明によって解決される。

（請求項１）
弾性体からなるＯリングと、該Ｏリングに同軸状に並設される樹脂製のバックアップリングとを有し、軸孔を有するハウジングと前記軸孔に挿入されて前記ハウジングと相対移動を行う軸との間の環状隙間を密封する密封装置であって、
前記バックアップリングは、軸方向に配向される各側面からそれぞれ軸方向の中央部に亘って同一方向に斜めとなるように形成された第１及び第２のカット部と、軸方向の中央部において周方向に亘って形成され、前記２つのカット部の端部をつなげる第３のカット部とを有し、
前記第１及び第２のカット部は周方向において互いにずれて離隔しており、該第１及び第２のカット部の間に、軸方向に斜めに横断すると共に、前記第３のカット部によって二分された軸方向に沿う幅よりも幅広となる斜め形状部が形成されていることを特徴とする密封装置。

本発明によれば、バックアップリングに圧力が掛ってカット部が開いても、斜め形状部が幅広であることによって倒れ込むように変形することが防止され、Ｏリングの局部的な溝間振幅の拡大が抑止され、シール耐久性の向上を図ることができる。

本発明に係る密封装置に使用されるバックアップリングを径方向から見た正面図 （ａ）は本発明に係る密封装置における圧力が掛っていない状態を示す使用状態図、（ｂ）は圧力が掛った状態を示す使用状態図 （ａ）は従来の密封装置における圧力が掛っていない状態を示す使用状態図、（ｂ）は圧力が掛った状態を示す使用状態図 （ａ）は従来の他の密封装置における圧力が掛っていない状態を示す使用状態図、（ｂ）は圧力が掛った状態を示す使用状態図

本発明に係る密封装置は、弾性体からなるＯリングと、該Ｏリングに同軸状に並設される樹脂製のバックアップリングとを有する。

Ｏリングは、例えばゴム等の弾性材料によって環状に成形された環状弾性体であり、一方のバックアップリングは、Ｏリングよりも硬質で低摩擦係数の例えばＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）等の合成樹脂材料からなる。

これらＯリングとバックアップリングとは、例えばピストンシリンダのように、軸孔を有するハウジングとこの軸孔に挿入されてハウジングと相対移動を行う軸との間に装着されることにより、環状隙間を密封する。

密封は、Ｏリングとバックアップリングとを軸の外周に形成された環状溝内に装着することによって行う態様であってもよいし、軸孔の内周に形成された環状溝内に装着することによって行う態様であってもよいが、本発明においては、圧力が掛ることによって拡径する軸の外周の環状溝内に装着する態様の方が、本発明の効果を顕著に得られるために好ましい。

バックアップリングは、軸方向に配向される各側面からそれぞれ軸方向の中央部に亘って同一方向に斜めとなるように形成される第１及び第２のカット部と、軸方向の中央部において周方向に亘って形成され、これら第１及び第２のカット部の端部をつなげる第３のカット部とを有する。

バックアップリングは、このような第１及び第２のカット部によって２つの傾斜端部が形成される。

これら第１及び第２のカット部は周方向において互いにずれて離隔しており、該第１及び第２のカット部の間に、軸方向に斜めに横断する斜め形状部が形成される。本発明において、この斜め形状部は、第３のカット部によって二分された軸方向に沿う幅よりも幅広となるように形成される。

このため、バックアップリングにＯリングが押し付けられてＯリングと接する側の第１（又は第２）のカット部に隙間が生じても、第１及び第２のカット部の間に形成される斜め形状部が幅広に形成されてボリューム大となっていることにより、この斜め形状部が倒れ込むように変形することがなくなり、その分、カット部の開きによって発生する隙間を小さくできる。従って、この隙間の部位におけるＯリングの局部的な溝間振幅の拡大が抑止され、Ｏリングの局部的な摩滅が防止されることにより、長期に亘ってシール機能を発揮することができるようになり、シール耐久性の向上を図ることができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明に係る密封装置に使用されるバックアップリングを径方向から見た正面図である。

バックアップリング１は、軸方向（図１における上下方向）に配向される各側面１ａ、１ｂからそれぞれバックアップリング１の軸方向の中央部に亘って同一方向に斜めとなる第１のカット部１１及び第２のカット部１２と、バックアップリング１の軸方向の中央部において周方向に亘って形成され、上記第１のカット部１１と第２のカット部１２の端部とつながる第３のカット部１３とを有している。

なお、このバックアップリング１は、図１における上側に不図示のＯリングが同軸状に並設されて使用されるものとする。

第１のカット部１１と第２のカット部１２とは周方向において互いにずれて離隔しており、これによって第１のカット部１１と第２のカット部１２との間に、軸方向に斜めに横断する斜め形状部１４が形成されると共に、無圧の定常状態において第１のカット部１１及び第２のカット部１２に沿って、この斜め形状部１４と接する２つの傾斜端部１５、１６が形成される。

そして、このバックアップリング１において、斜め形状部１４は、第１のカット部１１と第２のカット部１２とに対してそれぞれ垂直方向となる幅Ｗ１が、バックアップリング１において第３のカット部１３によって二分された軸方向に沿う幅Ｗ２よりも幅広（Ｗ１＞Ｗ２）となるように形成されることで、そのボリュームが大となっている。

次に、このようなバックアップリング１をＯリング２と共に、高圧流体の脈圧が掛るピストン軸の外周に形成された環状溝３に装着して使用した場合の作用について、図２を用いて説明する。

図２は、バックアップリング１とＯリング２とを環状溝３に装着した状態を示しており、（ａ）は流体圧が掛っていない状態、（ｂ）は流体圧が掛った状態を示している。

バックアップリング１とＯリング２とは、バックアップリング１における側面１ａ側にＯリング２が並設されるように、環状溝３内に同軸状に装着されている。

いま、（ａ）に示す無加圧の状態から、（ｂ）に示すようにＯリング２に流体の高圧の脈圧が掛ると、Ｏリング２に圧力が掛ることでバックアップリング１に押し付けられ、それに伴って、バックアップリング１のＯリング２側に位置する第１のカット部１１に、該Ｏリング２の押し付けによって開きが発生し、第１のカット部１１と斜め形状部１４との間に隙間Ｓが発生する。この隙間Ｓの発生により、バックアップリング１の傾斜端部１５側の先端部１５ａが、この隙間Ｓ内に入り込むように変形する。

このとき、バックアップリング１の斜め形状部１４にもＯリング２の押し付け力が作用するが、斜め形状部１４は、その幅Ｗ１がバックアップリング１において第３のカット部１３によって二分された軸方向に沿う幅Ｗ２よりも幅広（Ｗ１＞Ｗ２）に形成されてボリューム大とされているため、更に傾斜するように倒れ込むようなことはなく、第１のカット部１１の僅かな開きによって形成される小さな隙間Ｓが形成されるにとどまる。このため、Ｏリング２に局部的な溝間振幅の拡大が抑止され、Ｏリング２の局部的な摩滅が防止される。

１：バックアップリング
１ａ、１ｂ：側面
１１：第１のカット部
１２：第２のカット部
１３：第３のカット部
１４：斜め形状部
１５、１６：傾斜端部
１５ａ：先端部
Ｓ：隙間

Claims (1)

1. 弾性体からなるＯリングと、該Ｏリングに同軸状に並設される樹脂製のバックアップリングとを有し、軸孔を有するハウジングと前記軸孔に挿入されて前記ハウジングと相対移動を行う軸との間の環状隙間を密封する密封装置であって、
   前記バックアップリングは、軸方向に配向される各側面からそれぞれ軸方向の中央部に亘って同一方向に斜めとなるように形成された第１及び第２のカット部と、軸方向の中央部において周方向に亘って形成され、前記第１及び第２のカット部の端部をつなげる第３のカット部とを有し、
   前記第１及び第２のカット部は周方向において互いにずれて離隔しており、該第１及び第２のカット部の間に、軸方向に斜めに横断すると共に、前記第３のカット部によって二分された軸方向に沿う幅よりも幅広となる斜め形状部が形成されていることを特徴とする密封装置。
   

Images