JP2023110459A - 超高圧封止装置および往復駆動ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】超高圧における封止性能を向上させるとともに、導通溝によってリリーフ流路を形成することでプランジャの往復移動による背圧の影響が低減されるように流体の導水性を高め、耐久性を向上させることができる超高圧封止装置および往復駆動ポンプを提供する。【解決手段】本発明の超高圧封止装置は、低圧側で外側部材と接触して封止するボトムリングと、ボトムリングの先端部に接触して封止するバックアップリングと、ボトムリングとバックアップリングの高圧側端面部と接触して封止するパッキンリングと、パッキンリングの先端部に接触して封止する弾性リングと、を備える。パッキンリングの先端部は、単一または複数の導通溝を有し、内側部材が高圧側に移動するときは、外側部材、パッキンリングおよび弾性リングで形成される環状空間と導通せず、内側部材が低圧側に移動するときは、環状空間と導通する。【選択図】図１

Description

本発明は、超高圧封止装置および往復駆動ポンプに係り、特に、単一または複数の導通溝を形成したパッキンリングを備えた超高圧封止装置および往復駆動ポンプに関する。

従来、圧力が４００ＭＰａとなるような高圧ポンプにおいて、低圧部から高圧部に向かって、ボトムリング、バックアップリング、パッキンリング、および、弾性リングを軸方向に順次並べて構成したシール装置が知られている。

例えば、特許文献１に記載の高圧ポンプに使用されるシール装置は、内側部材（プランジャ）との摺動特性を確保するため、ボトムリングには強度の高いステンレス部材が採用されている。また、外側部材（シリンダ）とのシール性を確保するため、バックアップリングや、弾性リングを備える。

また、特許文献２記載の超高圧封止装置は、ボトムリングとバックアップリングは、銅合金であり、ボトムリングは、バックアップリングよりも引張強さおよび硬度を高くしている。

特許第４１２３５４７号公報 特許第６３９７３７７号公報

しかしながら、超高圧（５００ＭＰａ以上）に耐えうるようにシール性が向上することによって、逆に、シリンダ内部の背圧がパッキンリングや弾性リングの隙間に籠る機会が増加し、シリンダ内部の背圧によるエネルギーがパッキンリングや弾性リングに影響を与え、結果、パッキンリングや弾性リングが損傷してしまうという課題があった。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、超高圧における封止性能を向上させるとともに、導通溝によってリリーフ流路を形成することでプランジャの往復移動によるシリンダ内部の背圧の影響が低減されるように流体の導水性を高め、耐久性を向上できる超高圧封止装置および往復駆動ポンプを提供することを目的とする。

本発明の超高圧封止装置は、外側部材と内側部材との間に形成された環状隙間に配設され、環状隙間を封止して高圧室と低圧室とを仕切る超高圧封止装置であって、低圧側で外側部材と接触して封止するボトムリングと、ボトムリングの先端部に接触して封止するバックアップリングと、ボトムリングとバックアップリングの高圧側端面部と接触して封止するパッキンリングと、パッキンリングの先端部に接触して封止する弾性リングと、を備え、パッキンリングの先端部は、単一または複数の導通溝を有し、内側部材が高圧側に移動するときは、環状隙間の一部であり、外側部材、パッキンリングおよび弾性リングで形成される環状空間と導通せず、内側部材が低圧側に移動するときは、環状空間と導通する。

本発明に係る超高圧封止装置は、超高圧における封止性能を向上させるとともに、導通溝によってリリーフ流路を形成することでプランジャの往復移動によるシリンダ内部の背圧の影響が低減されるように流体の導水性を高め、耐久性を向上できる。そのため、この超高圧封止装置は、特に、圧力の高い超高圧領域（５００～７００ＭＰａ）において使用される往復駆動ポンプに好適に使用できる。

本発明の実施形態に係る超高圧封止装置および往復駆動ポンプを示す要部概略断面図 本発明の実施形態に係るパッキンシール（ａ）導通溝が周方向に均一に配置される場合（ｂ）導通溝が１つの場合、（ｃ）導通溝が２つの場合を示す斜視図 超高圧が負荷されたときの状態を示す従来の超高圧封止装置および往復駆動ポンプの要部拡大図 超高圧の負荷が解消されたときの状態を示す従来の超高圧封止装置および往復駆動ポンプの要部拡大図 超高圧が負荷されたときの状態を示す本発明の実施形態に係る超高圧封止装置および往復駆動ポンプの要部拡大図 超高圧の負荷が解消されたときの状態を示す本発明の実施形態に係る超高圧封止装置および往復駆動ポンプの要部拡大図

本発明の実施形態に係る超高圧封止装置および往復駆動ポンプの一例を説明する。

≪超高圧封止装置≫
図１に示すように、超高圧封止装置１は、バルブ、スイベルジョイント等の流体継手や、往復駆動ポンプ、高圧プランジャポンプ等のポンプや、流体を加圧する高圧発生装置等の非常に高圧な流体をシールして漏れを防止するのに好適な装置であり、５００ＭＰａ以上の圧力の流体を封止できる。超高圧封止装置１は、外側部材２と内側部材３との間に形成された環状隙間Ｃ１を封止するように配設され、この環状隙間Ｃ１を封止して高圧室ＲＨと低圧室ＲＬとを仕切るように設けられている。以下、超高圧封止装置１の一例として、外側部材２は圧力容器を構成するシリンダ部材２０、内側部材３はシリンダ部材２０内を進退移動するプランジャ部材３０として構成される往復駆動ポンプ１０（プランジャポンプ）に使用される場合を例に挙げて説明する。

超高圧封止装置１は、環状隙間Ｃ１内において、プランジャ部材３０の低圧室ＲＬ寄りの外周部に外嵌されたボトムリング４と、ボトムリング４の小径外周部４ｆおよび中央外周部４ｇに外嵌されたバックアップリング５と、プランジャ部材３０の外周面の高圧室ＲＨ寄りのボトムリング４に隣接した位置に外嵌されたパッキンリング６と、パッキンリング６の小径外周部６ｆおよび中央外周部６ｇに外嵌された弾性リング７と、プランジャ部材３０の高圧室ＲＨ側の外周部に遊嵌されたスペーサリング８と、で構成される。

＜外側部材＞
図１に示すように、外側部材２は、シリンダ部材２０等の圧力容器である。外側部材２は、内側部材３が進退自在に挿入されるシリンダ室２ａを形成した円筒状の部材であり、不図示のハウジングに内設される。

＜内側部材＞
内側部材３は、油圧等によって往復動作するプランジャ部材３０（ピストン）である。内側部材３は、例えば、低圧室ＲＬ側に設けた弁ばね（図示省略）で後退することによって、流体を高圧室ＲＨ内に吸入して、高圧室ＲＨ側に前進するため、高圧室ＲＨ内の高圧流体を押圧して排出するポンプの機能を果たす。

＜環状隙間＞
環状隙間Ｃ１は、プランジャ部材３０とシリンダ部材２０の間に形成された縦断面視して円筒形状の空間であり、パッキンリング６および弾性リング７等のパッキン部材（シール部材）が配置される設置空間である。環状隙間Ｃ１内は、低圧室ＲＬ側から高圧室ＲＨ低圧側へ向って順に、ボトムリング４、バックアップリング５、パッキンリング６、弾性リング７、スペーサリング８が挿入されて、高圧室ＲＨ側と低圧室ＲＬ側とを仕切るように封止されて、高圧流体が外部に漏れないように構成される。

＜ボトムリング＞
ボトムリング４は、バックアップリング５、パッキンリング６、および弾性リング７よりも剛性を有する略円筒状の部材である。ボトムリング４は、プランジャ部材３０（内側部材３）に当接する内周部４ａと、低圧室側端面部４ｂに繋がりシリンダ部材２０（外側部材２）に当接する大径外周部４ｅと、この大径外周部４ｅよりも縮径され高圧室側端面部４ｃに繋がる小径外周部４ｆと、外周部４ｄが大径外周部４ｅと小径外周部４ｆに繋がるように形成された中央外周部４ｇと、で構成される。ボトムリング４の先端部４Ａは、縮径された突起である。

ボトムリング４は、シリンダ部材２０のシリンダ室２ａの低圧室ＲＬ側の開口部に内嵌して配置される。

内周部４ａは、ボトムリング４において、最も軸心線側に形成されて、プランジャ部材３０の外周面が当接するプランジャ部材３０の軸受部位である。

低圧室側端面部４ｂは、略円筒状のボトムリング４の低圧室ＲＬ側に形成された側面視して平な環状の端面である。

高圧室側端面部４ｃは、ボトムリング４の高圧室ＲＨ側に形成された環状の端面である。この高圧室側端面部４ｃは、パッキンリング６の低圧室側端面部６ｂの軸心寄りの部位に当接した状態に配置される。

外周部４ｄは、ボトムリング４の円筒状の外周面であって、後記する大径外周部４ｅと小径外周部４ｆと中央外周部４ｇとによって段差状に形成される。大径外周部４ｅは、外周部４ｄにおいて、最も外径が大きく形成された大径の外周面であり、低圧室ＲＬ寄りの部位に円筒状に形成される。この大径外周部４ｅには、シリンダ部材２０のシリンダ室２ａの内壁が当接した状態に配置される。ボトムリング４の大径外周部４ｅの外径と、バックアップリング５の外周部５ｃの外径と、パッキンリング６の大径外周部６ｅの外径と、弾性リング７の外周部７ｃの外径と、スペーサリング８の内周部８ｂの外径は、略同一である。

小径外周部４ｆは、外周部４ｄにおいて、最も小径の周面であり、高圧室ＲＨ寄りの部位に円筒状に形成される。小径外周部４ｆには、バックアップリング５の内周部５ａの内壁が当接した状態に配置される。互いに当接する小径外周部４ｆと内周部５ａは、シリンダ室２ａの内壁面およびプランジャ部材３０の外周面に平行に配置される。

ボトムリング４とバックアップリング５とは、テーパ形状でない嵌め合い部位である小径外周部４ｆおよび内周部５ａを形成したことによって、同軸度を確保している。そのボトムリング４とバックアップリング５とのテーパ形状でない垂直な高圧室側端面部４ｃおよび高圧室側端面部５ｅは、パッキンリング６の低圧室側端面部６ｂに当接していることによって、直角度および同軸が確保されて、プランジャ部材３０の同芯が振れないように軸支するとともに、流体漏れおよびパッキンの寿命を向上させる。

中央外周部４ｇは、ボトムリング４の大径外周部４ｅから小径外周部４ｆに繋がるテーパ形状をなしている側面部位（外周部位）である。中央外周部４ｇには、軸心側の部位にバックアップリング５の係止部５ｂが当接した状態に配置され、外周寄りの部位に環状隙間Ｃ２が形成される。

環状隙間Ｃ２は、ボトムリング４の中央外周部４ｇと、バックアップリング５の隙間形成端面５ｄと、シリンダ部材２０のシリンダ室２ａの内壁との間に形成された縦断面視して三角形の封止された環状空間である。環状隙間Ｃ２は、縦断面視して傾斜状に形成された中央外周部４ｇの外周寄りの部位に形成されていることによって、バックアップリング５の楔効果を高める役目を果している。

＜バックアップリング＞
バックアップリング５は、縦断面視して五角形（五辺を有する多角形）の楔形状のリング状部材であり、ボトムリング４の小径外周部４ｆおよび中央外周部４ｇに外嵌される。ボトムリング４の高圧室ＲＨ側は、縦断面視して、プランジャ部材３０側のボトムリング４の小径部位と、シリンダ部材２０（外側部材２）側のバックアップリング５と、に二分割した状態に配置される。バックアップリング５は、ボトムリング４の小径外周部４ｆに外嵌されてこの小径外周部４ｆに当接する内周部５ａと、軸方向の移動が規制されるようにボトムリング４の中央外周部４ｇに係止される係止部５ｂと、シリンダ部材２０に当接する外周部５ｃと、環状隙間Ｃ２に面した位置に形成された隙間形成端面５ｄと、パッキンリング６に当接する高圧室側端面部５ｅと、で構成される。

内周部５ａは、リング形状のバックアップリング５の軸心側（プランジャ部材３０側）の内側表面であり、ボトムリング４の高圧室ＲＨ側に形成された小径外周部４ｆに外嵌される。係止部５ｂは、ボトムリング４のテーパ形状に適合するテーパ形状をなし、内周部５ａの低圧室側端部から外周部方向に拡径して形成される。係止部５ｂは、ボトムリング４の中央外周部４ｇの軸心寄りの部位に外嵌して配置され、バックアップリング５の内周部５ａの一部を形成する。

外周部５ｃは、リング形状のバックアップリング５の外周側（シリンダ部材２０のシリンダ室２ａ側）の外側表面であり、シリンダ室２ａの内壁の当接した状態に配置される。隙間形成端面５ｄは、バックアップリング５の低圧室側端部の外周部側部位であり、外周部５ｃの低圧室側端部から係止部５ｂの外周側端部に亘って縮径して形成される。このため、隙間形成端面５ｄは、外周部５ｃの一部を構成する。

高圧室側端面部５ｅは、バックアップリング５の高圧室側端面であり、パッキンリング６の低圧室側端面部６ｂの外周部側部位に当接して配置される。バックアップリング５の高圧室側端面部５ｅおよびボトムリング４の高圧室側端面部４ｃは、パッキンリング６が偏ったり、傾いたりするのを防止するために、軸方向（プランジャ部材３０の外周面）に対して垂直な同じ面上に形成されて、縦断面視して一直線上に配置される。

＜パッキンリング＞
パッキンリング６は、環状隙間Ｃ１において、ボトムリング４およびバックアップリング５と、スペーサリング８との間に介在された略円筒状の部材である。パッキンリング６は、バックアップリング５の高圧室側端面部５ｅに当接する低圧室側端面部６ｂと、プランジャ部材３０に当接する内周部６ａと、低圧室側端面部６ｂに繋がりシリンダ部材２０に当接する大径外周部６ｅと、この大径外周部６ｅよりも縮径され高圧室側端面部６ｃに繋がる小径外周部６ｆと、外周部６ｄが大径外周部６ｅと小径外周部６ｆに繋がるように形成された中央外周部６ｇと、で構成する。パッキンリング６は、例えば、高分子ポリエチレン等の合成樹脂である。パッキンリング６の先端部６Ａは、縮径された突起である。

内周部６ａは、パッキンリング６において、最も軸心線側に形成されて、プランジャ部材３０の外周面３ａが当接して配置されたシール部位である。
低圧室側端面部６ｂは、バックアップリング５の高圧室側端面部５ｅおよびボトムリング４の高圧室側端面部４ｃに当接して配置された部位である。この低圧室側端面部６ｂは、軸方向（プランジャ部材３０の摺動方向）に対して垂直に形成されていることによって、パッキンリング６の垂直面の形状、および、パッキンリング６の同芯位置を保つ機能を果す。

高圧室側端面部６ｃは、パッキンリング６の高圧室ＲＨ側に形成された縦断面視して垂直な端面であり、側面視して環状に形成されている。高圧室側端面部６ｃは、スペーサリング８に低圧室ＲＬ方向の荷重ａが負荷されていないときに、スペーサリング８の低圧室側端面部８ｃが離間した状態に配置される。高圧室側端面部６ｃは、スペーサリング８に低圧室ＲＬ方向の荷重ａが負荷されているときに、スペーサリング８の低圧室側端面部８ｃに押圧されて、パッキンリング６が圧縮される。

外周部６ｄは、パッキンリング６の円筒状の外周面であって、大径外周部６ｅと小径外周部６ｆと中央外周部６ｇとによって段差状に形成される。

大径外周部６ｅは、外周部６ｄにおいて、最も外径が大きく形成された外周面であり、低圧室ＲＬ寄りの部位にプランジャ部材３０の外周面に沿って平行な円筒状に形成される。この大径外周部６ｅには、シリンダ部材２０のシリンダ室２ａの内壁が当接した状態に配置される。大径外周部６ｅは、バックアップリング５と弾性リング７との間に介在されて、バックアップリング５と弾性リング７とが互いに当接しないように離間させて配置される。

小径外周部６ｆは、外周部６ｄにおいて、大径外周部６ｅよりも小径の周面であり、高圧室ＲＨ寄りの部位に円筒状に形成されている。この小径外周部６ｆには、環状の弾性リング７の内周部７ａの内壁が当接した状態に配置されて、シリンダ部材２０とは非当接状態に配置される。

中央外周部６ｇは、パッキンリング６の大径外周部６ｅから小径外周部６ｆに繋がるテーパ形状をなしている側面部位である。中央外周部６ｇには、軸心側の部位にパッキンリング６の係止部７ｂが当接した状態に配置され、外周寄りの部位に環状隙間（環状空間）Ｃ３が形成される。

環状隙間（環状空間）Ｃ３は、パッキンリング６の中央外周部６ｇと、弾性リング７の隙間形成端面７ｄと、シリンダ室２ａの内壁との間に形成された縦断面視して直角三角形の封止された空間である。環状隙間（環状空間）Ｃ３は、縦断面視して傾斜状に形成された中央外周部６ｇの外周寄りの部位に形成されていることによって、弾性リング７の楔効果を高め役目を果たす。

導通溝６ｉは、図１および図２に示すように、パッキンリング６の先端部６Ａに形成される溝である。導通溝６ｉは、内側部材３が高圧側に移動するときは、外側部材２、パッキンリング６および弾性リング７で形成される環状隙間（環状空間）Ｃ３と導通せず、内側部材３が低圧側に移動するときは、環状隙間（環状空間）Ｃ３と導通する。

内側部材３が往復移動を繰り返した場合であっても、環状隙間（環状空間）Ｃ３内に浸入する流体が、リリーフ流路として機能する導通溝６ｉから環状隙間（環状空間）Ｃ３の外へ排出されることによって、環状隙間（環状空間）内が加圧状態となることがなく（背圧による悪影響が低減され）、環状隙間（環状空間）Ｃ３を構成する外側部材２、パッキンリング６および弾性リング７の損傷を防ぐことができる。

図２（ａ）に示すように、導通溝６ｉは、単一または複数形成することができるが、パッキンリング６の先端部６Ａの周方向に均等に複数配置することで、シリンダ内部の（環状隙間（環状空間）Ｃ３に籠る）背圧を均一に分散することができる。

導通溝６ｉは、流体が通過する箇所になるため、損傷等の対策を一層図ることを目的として、導通溝用保護部６ｉｂを配置できる。導通溝用保護部６ｉｂは、導通溝６ｉに連結できるものであればよい。導通溝用保護部６ｉｂに代わり、パッキンリング６の先端部６Ａの表面をコーティング処理すること等も想定できる。

導通溝６ｉは、内側部材３の移動に伴う導通を機能させることができるものであればよく、図２（ｂ）および（ｃ）に示すように、導通溝６ｉの個数は適宜変更できることは言うまでもなく、高さ、幅、深さ、形状等についても同様である。

また、導通溝６ｉは、パッキンリング６の先端部６Ａの幅Ｌ１よりも長い導通溝６ｉの幅Ｌ２とすることもできる。内側部材７の移動に伴い発生するエネルギーによって弾性リング７は収縮と膨張を繰り返すものの、誤差が極めて小さいため、導通溝６ｉの幅が短すぎると導通溝６ｉを形成する目的である環状隙間（環状空間）Ｃ３内の流体の排出が（リリーフ回路として）機能しないため、導通溝６ｉの幅Ｌ２をパッキンリング６の先端部６Ａの幅Ｌ１よりも長く形成することによって、導水性を確実に得られる。

図３に示すように、導通溝６ｉを形成せず、超高圧が負荷された状態の超高圧封止装置の場合、弾性リング７には、矢印ｃ方向および矢印ｄ方向の力が加わり、外側部材２とパッキンリング６と密着した状態となる。このときに、環状隙間（環状空間）Ｃ３内の面積は、超高圧が負荷する前よりも小さくなり、圧力が籠る状態である。

また、図４に示すように、超高圧の負荷が解消されたときの状態の超高圧封止装置の場合、弾性リング７には、矢印ｃａ方向および矢印ｄａ方向の力が加わり、外側部材２とパッキンリング６の先端部６ａと密着した状態となる。このときに、環状隙間（環状空間）Ｃ３内の面積は、超高圧で負荷をかけた状態の反動も影響し、超高圧が負荷する前よりも大きくなり、背圧が緩む状態である。

そして、往復駆動ポンプは、内部部材３を往復させることで、高圧流体を生成するものであるため、再び、図３の超高圧が負荷されたときの状態になるが、各要素で封止していても、流体の浸入を１００％防ぐことは難しく、環状隙間（環状空間）Ｃ３に流体が残ることや、さらに浸入してきた後に、環状隙間（環状空間）Ｃ３内の面積が再度小さくなるわけであるから、環状隙間（環状空間）Ｃ３の背圧によって、環状隙間（環状空間）Ｃ３を構成する外側部材２、パッキンリング６および弾性リング７の損傷を誘発する。

そこで、本発明の超高圧封止装置において、導通溝６ｉを形成することで、環状隙間（環状空間）Ｃ３に背圧が過度に籠らない状態にできる。
図５に示す超高圧が負荷されたときの状態は、図３および図４で作用するエネルギーや流体の移動と、基本的な原理は同じである。異なるのは、図６に示すように、超高圧の負荷が解消されたときの状態の際におけるメカニズムである。

弾性リング７には、矢印ｃａ方向および矢印ｄａ方向の力が加わり、外側部材２とパッキンリング６の先端部６ａと密着した状態となるものの、導水溝６ｉを形成したことによって、環状隙間（環状空間）Ｃ３に浸入した流体がＳ１の方向に排出されることで、再び超高圧を負荷したとしても、環状隙間（環状空間）Ｃ３の内部に背圧が籠らないことで、環状隙間（環状空間）Ｃ３を構成する外側部材２、パッキンリング６および弾性リング７の損傷を抑制できる。

＜弾性リング＞
弾性リング７は、縦断面視して五角形（五辺を有する多角形）の環状部材である。弾性リング７は、パッキンリング６の小径外周部６ｆに外嵌されてこの小径外周部６ｆに当接する内周部７ａと、軸方向の移動が規制されるようにパッキンリング６の中央外周部６ｇに係止される係止部７ｂと、シリンダ部材２０に当接する外周部７ｃと、環状隙間（環状空間）Ｃ３に面した位置に形成された隙間形成端面７ｄと、スペーサリング８に当接する高圧室側端面部７ｅと、で構成される。

弾性リング７は、パッキンリング６の小径外周部６ｆおよび中央外周部６ｇに外嵌されて、スペーサリング８に押圧された状態に配置されているので、シリンダ部材２０とテーパ形状の中央外周部６ｇとの間に圧縮されて密着されるように配置される。このため、弾性リング７は、パッキンリング６をプランジャ部材３０側方向（矢印ｂ方向）に押圧する。その結果、弾性リング７は、弾性リング７の内周部７ａおよび係止部７ｂがパッキンリング６の小径外周部６ｆおよび中央外周部６ｇに密着するとともに、外周部７ｃがシリンダ室２ａの内壁面に密着し、パッキンリング６の内周部６ａがプランジャ部材３０の外周面に密着させて、各部材間の初期圧が得られるようになっている。弾性リング７は、例えば、ウレタンゴム等の弾性を有する合成ゴムである。

内周部７ａは、リング形状の弾性リング７の軸心側の内側表面であり、パッキンリング６の小径外周部６ｆに外嵌される。係止部７ｂは、パッキンリング６のテーパ形状に適合するテーパ形状をなし、内周部７ａの低圧室側端部から外周部方向に拡径して形成されている。係止部７ｂは、パッキンリング６の中央外周部６ｇの軸心寄りの部位に外嵌して配置されて、弾性リング７の内周部７ａの一部を形成する。

外周部７ｃは、リング形状の弾性リング７の外周側の外側表面であり、シリンダ室２ａの内壁の当接した状態に配置される。隙間形成端面７ｄは、弾性リング７の低圧室側端部の外周部側部位であり、外周部７ｃの低圧室側端部から係止部７ｂの外周側端部に亘って垂直に形成される。

高圧室側端面部７ｅは、弾性リング７の高圧室ＲＨ側の端面であり、スペーサリング８に低圧室ＲＬ方向の荷重ａが負荷されていないときに、スペーサリング８の低圧室側端面部８ｃの外周端が当接した状態に配置される。つまり、弾性リング７の高圧室側端面部７は、軸方向に対して外周部７ｃ側の端部から内周部７ａ側の端部に亘って高圧室ＲＨ側から低圧室ＲＬ側に縮径するようにテーパ状に形成される。高圧室側端面部７ｅは、スペーサリング８に低圧室ＲＬ方向の荷重ａが負荷されているときに、スペーサリング８の低圧室側端面部８ｃの端面全体が押圧されて、弾性リング７が圧縮する。

＜スペーサリング＞
スペーサリング８は、高圧室ＲＨ内において、弾性リング７の高圧室側端面部７ｅの外周端に当接した状態に、シリンダ室２ａの内壁に内嵌された金属製の円筒状部材である。図１に示すように、スペーサリング８は、プランジャ部材３０が進退自在に挿入配置された外周部８ａと、シリンダ室２ａの内壁面に内嵌された内周部８ｂと、パッキンリング６の高圧室側端面部６ｃおよび弾性リング７の高圧室側端面部７ｅに対向配置された低圧室側端面部８ｃと、で構成される。

さらに、スペーサリング８は、低圧側の端面に導水溝８ｄを有することもできる。導水溝８ｄを形成することによって、導水箇所が増え、環状空間Ｃにおける流体が籠らないようにすることで、パッキンリング６や弾性リング７の損傷を低減できる。図６に示すように、Ｓ２の方向に流体を逃がすことができる。

さらに、スペーサリング８は、中央部に中央導水溝（孔）８ｅを有することもできる。中央導水溝８ｅを形成することによって、環状隙間Ｃにおける流体が籠らないようにすることで、パッキンリング６や弾性リング７の損傷を低減できる。図６に示すように、Ｓ３の方向に流体を逃がすことができる。

中央導水溝（孔）８ｅによる導水性でも十分であるが、導水溝８ｄの方がスペーサリング８の低圧側で、パッキンリング６や弾性リング７と接する機会が多い箇所のため、より高い効果（損傷を低減する）が得られる可能性が高い。
なお、導水溝８ｄおよび中央導水溝（孔）８ｅの高さ、幅、深さ、形状、個数等は、適宜変更できる。

≪作用≫
本発明の実施形態に係る超高圧封止装置１および往復駆動ポンプ１０の作用を説明する。

往復駆動ポンプ１０は、パッキンリング６の高圧室ＲＨ側に、スペーサリング８に当接した弾性リング７が圧縮されるように配置されていることで、パッキンリング６を介してバックアップリング５およびボトムリング４に高圧室ＲＨ方向の圧力が伝達されて、それらの部材間が隙間なく密着されるため、各シール部材間に適宜な初期圧を得ることができる。

また、往復駆動ポンプ１０は、スペーサリング８に高圧室ＲＨ側から低圧室ＲＬ方向（矢印ａ方向）の負荷がかかると、弾性リング７およびパッキンリング６を低圧室ＲＬ方向に押し込んで、圧縮させる。弾性リング７は、全体的に低圧室ＲＬ方向に圧縮されて移動し、係止部７ｂが中央外周部６ｇのテーパ面に沿って移動し、外周部７ｃがシリンダ室２ａの内壁面に押し当てられて密着してシールする。また、係止部７ｂは、パッキンリング６の中央外周部６ｇを軸心方向（矢印ｂ方向）に押し込んで、内周部６ａをプランジャ部材３０に密着させてシールする。そのパッキンリング６は、バックアップリング５およびボトムリング４の高圧室側端面部５ｅ、４ｃを押圧する。

パッキンリング６の低圧室側端面部６ｂは、バックアップリング５の高圧室側端面部５ｅおよびボトムリング４の高圧室側端面部４ｃに当接していることで、パッキンリング６から伝達される超高圧の軸方向（矢印ｅ方向）の押圧力をバックアップリング５とボトムリング４の両方に同時に伝達することができる。このため、バックアップリング５によるシリンダ室２ａの内壁面に対するシール性と、ボトムリング４によるプランジャ部材３０に対するシール性とを早期に発生させてシール性を向上できる。

バックアップリング５は、ボトムリング４の小径外周部４ｆに外嵌されていることによって、パッキンリング６から伝達される超高圧の軸方向（矢印ｅ方向）の押圧力をバックアップリング５とボトムリング４の両方でそれぞれ役割を分担できる。また、ボトムリング４の小径外周部４ｆは、バックアップリング５が外嵌されていることによって、ボトムリング４とバックアップリング５の同軸度を確保することができるため、パッキンリング６の外周部６ｄを適切にシリンダ室２ａの内壁面に密着させることができる。

バックアップリング５は、外周方向（矢印ｇ方向）に拡径された外周部５ｃがシリンダ室２ａの内壁面に押圧されて密着されるため、シリンダ室２ａの内壁面とのシール性を向上できる。また、楔形状のバックアップリング５の係止部５ｂは、その軸心側にあるボトムリング４の内周部４ａを、軸心方向（矢印ｆ方向）に押し込んでプランジャ部材３０の外周面に密着させてシールする。

このため、ボトムリング４の内周部４ａは、超高圧状態におけるプランジャ部材３０に対するシール性を確保しながら摺動特性、封止性能、耐久性、およびシール寿命を大幅に向上できるため、５００ＭＰａ以上の超高圧の流体であっても封止できる。

前記実施形態では、超高圧において使用する超高圧封止装置１について説明したが、これに限定されるものではなく、超高圧（５００ＭＰａ以上）よりも低圧な高圧の種々の部位にも同様に適用できる。

１ 超高圧封止装置
２ 外側部材
３ 内側部材
４ ボトムリング
４ａ、５ａ、６ａ、７ａ 内周部
４ｂ、６ｂ 低圧室側端面部
４ｃ、５ｅ、６ｃ 高圧室側端面部
４ｄ、５ｃ、６ｄ、７ｃ 外周部
４ｅ、６ｅ 大径外周部
４ｆ、６ｆ 小径外周部
４ｇ、６ｇ 中央外周部
６ｉ 導通溝
５ バックアップリング
５ｂ、７ｂ 係止部
６ パッキンリング
７ 弾性リング
８ スペーサリング
８ｄ 導水溝
８ｅ 中央導水溝
１０ 往復駆動ポンプ
２０ シリンダ部材
３０ プランジャ部材
Ｃ 環状隙間
ＲＨ 高圧室
ＲＬ 低圧室

Claims (7)

1. 外側部材と内側部材との間に形成された環状隙間に配設され、当該環状隙間を封止して高圧室と低圧室とを仕切る超高圧封止装置であって、
   低圧側で前記外側部材と接触して封止するボトムリングと、
   前記ボトムリングの先端部に接触して封止するバックアップリングと、
   前記ボトムリングと前記バックアップリングの高圧側端面部と接触して封止するパッキンリングと、
   前記パッキンリングの先端部に接触して封止する弾性リングと、を備え、
   前記パッキンリングの先端部は、単一または複数の導通溝を有し、
   前記内側部材が高圧側に移動するときは、当該環状隙間の一部であり、前記外側部材、前記パッキンリングおよび前記弾性リングで形成される環状空間と導通せず、
   前記内側部材が低圧側に移動するときは、前記環状空間と導通する、超高圧封止装置。
2. 前記導通溝は、前記パッキンリングの先端部の周方向に均等に複数配置される、請求項１に記載の超高圧封止装置。
3. 前記導通溝は、前記パッキンリングの先端部の幅よりも長い導通溝の幅を有する、請求項１または請求項２に記載の超高圧封止装置。
4. 前記導通溝を保護するための導通溝用保護部と、を有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超高圧封止装置。
5. 前記弾性リングの高圧側で封止するスペーサリングを備え、
   前記スペーサリングは、低圧側の端面に導水溝を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超高圧封止装置。
6. 前記弾性リングの高圧側で封止するスペーサリングを備え、
   前記スペーサリングは、中央部に中央導水溝を有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超高圧封止装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超高圧封止装置を備え、圧力が５００ＭＰａ以上の往復駆動ポンプであって、
   前記外側部材は、シリンダ部材であり、
   前記内側部材は、プランジャ部材であること、を特徴とする往復駆動ポンプ。
   

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