JPH0235272A - バックアップリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、主として流体圧シリンダ等に使用されるパツ
キン、あるいはシールの圧力等によるはみ出し損傷を防
止するために用いられるバックアップリングに関し、さ
らに詳しくは高圧下で使用され、しかも高温から低温ま
での幅広い温度範囲で使用されるバックアップリングに
関する。

（従来の技術） バックアップリングは、０リングを始め、Ｕパツキン、
オイルシールなどの各種シール装置の軟質弾性材料、た
とえば合成ゴム等から成る部材の圧力に対する、変形、
はみ出しの保護に使用されており、その代表的な材料は
四ふっ化エチレン樹脂（以下ｒＰＴＦＥＪと記ず）が挙
げられる。しかしながらＰＴＦＥは、樹脂の中では比較
的軟質であるため、高圧下におけるバックアップリング
としては保護機能に限界がありこのような使用条件にお
いては、より強度の高いポリアミド樹脂、または、ポリ
アセタール樹脂、さらには、ポリフェニレンザルファイ
ド樹脂（Ｐ　Ｐ　Ｓ）等の芳香族系耐熱性合成樹脂材料
が使用されてきている。

ＰＴＦＥのような軟質の合成樹脂材料の場合は、線膨張
係数も大きく温度の変化による膨張あるいは収縮量も大
きいが、バックアップリングが相手運動面に密着しても
、樹脂の硬さ、あるいは強度の点で、さらに、あるいは
樹脂自体の摩擦係数が小さいことから、また熱による材
質の劣化がほとんどないなどの特性により、相手運動面
に対する接触力は余り高くならず、バックアップリング
による緊迫力の増加による摩擦力の影響はさほど大きく
なかった。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、高圧に対応するための前述のような硬質
合成樹脂＋、Ｉ籾の場合は、ＰＴＦＥ等の軟質合成樹脂
材料に比べ線膨張係数はやや小さいものの、温度による
膨張あるいは収縮による寸法の変化等に起因して相手運
動面に対する接触力が強くなり、特にロア）シール装置
のバックアップリングとして使用する場合には、材料の
熱劣化による収縮と、さらに低温による収縮とが重なり
、１０・〜　２０°（以［・の低’／Ａ！を域では、口
、Ｉ−の動きを１（ＩＩ害するほどにバックアップリン
グの緊迫力が」１昇し、シリンダ装置の作動に重大な影
響を与えることが有る。

第１図は、正常状態にあるハックアノプリング１を示す
。パツキンあるいはシールリング２がロッド３の周囲に
設けられ、バックアップリング１の運動面４がロッド３
の摺動面に対面するように配置されている。符号５はハ
ウジングを示す。しかし、図示装置にあってバックアッ
プリング１が例えば、低温状態で収縮を起こしたときな
どにロッド３の運動が阻害されることがある。このとき
の状態は第２図に示ずようにバックアップリング１の運
動面４がロッド３の摺動面に完全に密着してしまう。

このような作動の異常は、バックアップリング１の収縮
による緊迫力の増大という直接的な要因によるばかりで
なく、ロッド３の摺動面とバックアップリング１の運動
面４と密着状態となることによって２次的に発生ずる摺
動面、運動面の両面間の潤滑切れによる、一種の焼付き
現象に、Ｌる摩擦力の増大が複合してロノＦ’　３の円
滑な作動に影響していると考えられる。

すなわち、バックアップリングはその機能」二口ソ１と
大きな隙間をとることができない。この隙間が大きいと
パツキンあるいはシールが圧力でこの隙間にはめ出すた
めである。従って、かかる隙間は可及的に狭くする必要
があるが、しかし今度は低温で使用するとバックアップ
リングが収縮して摩擦力が増大し、摩擦発熱のため潤滑
性も低下し異常音が発生し、これがさらに摩擦力の増大
を招き、このような相乗的な摩擦力の増大により摩耗量
も飛躍的に増加し、ついにバックアップリングの寿命を
終らゼる。

以」二の例はロッドシール装置のバックアップリングで
あるが、ピストンシール装置のバックアップリングとし
て使用される場合には、高温時においてハックアノプリ
ングの膨張によりシリンダ内壁面との接触力が強くなり
、シリンダ内壁面とバックアップリング運動面との間の
潤滑が不良状態となり摩擦力が一］昇すると共に、高温
時においては油圧作動油の粘度が下がり潤滑性も低下す
るため、潤滑不良による異常音の発生ずる事も多い。

かくして、本発明の目的は、かかる高圧用あるいは広範
囲の使用温度条件下で使用されるバックアップリングに
おける、熱劣化による収縮あるいはひずみおよび温度に
よる寸法変化に起因する接触力の異常上昇と、それに伴
って起きるバックアップリングと相手摺動面間の潤滑状
態の異常によって惹起される摩擦力の異常な増大を防止
して、広範囲な温度条件下で安定した円滑な作動を実現
するロードシール装置あるいはピストンシール装置のパ
ツキンあるいはシールのバックアップリングを提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、バックアップリングの運動面に突起部を設け
たごとを特徴とするバックアップリングである。

ここに、上記突起部には各種態様が考えられ、その断面
形状あるいは配置には多くの変更例が考えられる。

本発明はその具体的態様によれば、流体圧力によるはみ
出し）員傷等からパツキンあるいはシール゛　を保護す
るバックアップリングの相手摺動面に接する運動面に、
断面かほぼ円弧状、台形、短形、角形等の形状をもった
突起を軸方向、あるいは軸方向に斜めに、または軸方向
に斜めに互いにクロスするように設りたことを特徴とす
るバックアップリングである。

本発明は、その別の特徴によれば、前記運動面の端部に
径方向の環状の凸部を設けたバックアップリングである
。

また、本発明の別の態様によれば、バックアップリング
の運動面のパツキンあるいはシールに接する側とは反対
の側に突起を設けない部分を構成し、バックアップリン
グの断面形状がほぼ１７字形の場合は上記の突起を設け
ない部分を径方向部分のＩ−８１＋の厚さとほぼ同程度
の幅としてもよい。

前記突起の径方向の突出量は、パツキンおよびシールに
接する側よりその反対側の底部側が少な（へる、Ｉ、・
うにテーパーを１ｈだ−１ろようにしてもよ本発明は、
さらに別の面からは、前述の特徴に加えて、パツキンあ
るいはシールの運動面の底部に設＆Ｊられた凹所に少な
くとも一部が嵌挿されて構成されるハックアノプリング
であって、該ハックアノプリングの前記パツキンあるい
はシールと接する軸方向面に環状の凸条および／または
凹部を設け、該凸条および／または凹部が、前記凹所の
軸方向面に設けられた凹部および／または凸条と互いに
嵌着するように構成されたことを特徴とするバックアッ
プリングである。

（作用） 次に、添イ」図面を参照しζさらに本発明を詳述する。

第３図は、本発明にかかるバックアップリングの部分断
面図である。

本発明のバックアップリング１１は、図示のように、断
面がほぼ長方形、は＼三角形、あるいはほぼＬ半断面等
のバックアップリングの運動面４である相手摺動面を成
ずロッド３　（第１図および第２図参照）に接する例の
面に、断面が例えばほぼ円弧状、台形、短形、三角形等
の形状を持った突起１５を軸方向あるいは軸方向に斜め
に、または軸方向に斜めに互いにクロスするように設け
ることにより、バックアップリング１１と相手摺動面と
の接触面積を小さくすると共に、バックアップリング１
１の運動面４に設けた該突起１５間の凹部１４に、常に
潤滑剤（たとえばグリース、油圧作動油等）を保持する
ようにしたものである。

第３図に示す例では、」−記突起１５が軸方向に延設さ
れているが、これは後述するように例えば第１０図に示
すように各突起１５がクロスするように設けられていて
もあるいは特に図示しないが軸方向に斜めに延設されて
もよい。

第４図＋８＋ないし第４図（ｄｉは、上記突起１５の断
面形状のいくつかの例をそれぞれ示す。は−三角形状、
円弧状つまり半円状、短形状そして台形状のものが例示
される。

また、図示しないがバックアップリング１１の相手摺動
面と接触する突起１５を、パツキンあるいはシール側に
対して軸方向反対側の底部側１８を相手摺動面から逃が
すように径方向の突出量をテーパー状にしたテーパー状
突起（図示せず）として構成することにより摩擦をより
低減することができる。

第５図ば、バックアップリング１１の運動面４の端部に
径方向の環状凸部１６を設けた例を示すもので、バック
アップリング１１のパツキンあるいはシールと接する側
の軸方向端部１９まで突起１５を設りると、高圧での使
用においてはパツキンあるいはシールが、圧力により突
起１５の間の四部１４にまではみ出し、むしれなどの損
傷が起きることが懸念されるため、このような高圧下で
の使用においては、バックアップリング１１のパツキン
あるいはシールと接する側の軸方向端部１２に径方向の
環状凸部１６を設はパツキンあるいはシール２のはみ出
しを防止している。図中、底部側１８と反対側の運動面
４上に設げられた環状凸部１６の断面形状は前記突起１
５の場合と同様に例えば第４図に示すような適宜形状と
することができる。環状凸部１６を設けることは、」二
速のような効果の外に、バックアップリング１」の祠質
が、ＰＴＦＥのように軟質材のときは強度付与に効果が
ある。

第６図は、本発明のハックアノプリング１１のさらに別
の態様を示すもので、図示例にあっては、さらにバック
アップリング１１の運動面４上にあってパツキンあるい
はシールに接する側とは反対の底部側１８に、突起１５
を設けない部分、つまり凹部１４あるいば環状逃げ部］
７を構成し、ハックアノプリング１１と相手摺動面との
接触面積をできるだけ少なくすると共に、凹部１４への
潤滑剤の流入を助ｉＪる効果を持たせている。

特にバックアップリング１１の形状がほぼＩ１１断面の
場合は突起１５を設ｉノない環状逃げ部１７を径方向部
分１３の軸方向厚さとほぼ同程度の幅とするごとにより
、径方向部分１３の線膨張による寸法変化が軸方向部分
１２に比べ大きいために起こるバ・ツクアノプリング底
部側１８の・Ｊ−法度化が大きくなることによる緊迫力
の増大の影響を防止している。

第７図およＯ・第８図は、本発明のさらに別の態様を示
すもので、ハウジング５に組込んだパツキンあるいはシ
ールの運動面４の底部に設けられた凹所２０に少なくと
も一部が嵌挿されるように構成したバックアップリング
１１である。第７図はバックアップリング１１の全部が
凹所２０に嵌挿される場合を、第８図は、バックアップ
リング１１が断面り字状をなしており、その軸方向部分
１２だけが凹所２０に嵌挿されている場合を示す。

なお、第８図に示すのは第６図に示ずバックアップリン
グ１１をバンキングまたはシール２に組合わせた場合で
ある。

すなわち、バックアップリング１１のパツキンあるいは
シール２の凹所２０の軸方向面３０゛　　と接する軸方
向面３０に好ましくは環状の凹部３２（これば環状の凸
部であってもよい）を設け、該凹部３２が前記凹所２０
の軸方向面３０’　に設けられた凸条３４（これは環状
の四部であってもよい）と互いに嵌着するように構成さ
れている。図示例ば凹部３２と凸条３４との嵌着の場合
を示すが、これはその逆であってもよい。

第９図および第１０図は、第７図に示すハックアノプリ
ング１１の運動面４に設いられた突起１５の形状および
配置例を示す一部略式断面図である。

第９図は突起１５が軸方向に延設されているが、さらに
同図の例では底部側１８において突起１５には切欠き２
１が設けられている。これは突起１５の底面側１８の角
部による潤滑膜のカキ取りを防ぎ潤滑状態を良好に保つ
ためである。また第９図の変更例では、突起１５の径方
向の突出量、この場合は凹部の深さを、軸方向端部１９
側を少なくし、底部側１８を大きくなるように構成する
。つまり、凹部１４をデーバー状に設けることにより、
パツキン２あるいはシール２の四部１４に対するはみ出
しを防止することが可能である。

第１０図は、先きに説明したように、斜行する突起Ｉ５
がクロスする配置例を示す。

以上のような構成から成る本発明のハノクア・ノブリン
グ１１は、第１図および第２図に示す相手摺動面を成ず
ロ、／ド３との接触が、常にハックアップリンク１１の
運動面側に設（）られた突起１５および／または環状凸
部１６であり、また突起１５と突起１５との間の凹部１
４に常に潤滑剤が保持されているため、緊迫力の異常な
上昇、及び潤滑不良による異常な摩擦力の上昇さらには
、異常な摩擦力による異常音の発生がなく、安定した摩
擦力を持ったシール装置が得られ、特にロンド用のシー
ル装置のバックアップリングとして使用した場合、低温
領域での収縮による摩擦力の異常上昇が防止でき、シリ
ンダ装置の円滑な作動が得られる。

ところで、バックアップリングの摩擦力は一般に下式で
表わされる。

摩擦カー摩擦係数×接触力 パンクアンプリングを低温にすると内径が収縮するから
、シール装置を組立ててロッドと接触させた後はそのよ
うな内径が収縮すれば接触力が増加する。一般にプラス
チックの方が金属より熱膨張係数が大きい。正確にいう
と下記式に示すように圧縮ひずみ（リングでいうとハリ
化）が増大する。そのため、上述の接触力増加は著しい
。

接触カー見掛りの弾性率×圧縮ひずみ×接触面積したが
って、本発明によりバックアップリングに突起を設りる
ことは逆にいえばロッドとの接触面に溝部（四部）を作
ることと考えることができ、溝部の側面が特に軟質材料
の場合、容易にふくらみうる自由表面となり、見掛りの
弾性率を大幅に低下させることになる。

このように、バックアップリングに突起を設けることは
第一に見掛けの弾性率（縦弾性係数）を大幅に低下させ
るほかに、突起部でロッドに接触するのであるから第二
に接触面積もそれだけ減少する。突起によって接触力は
二重に減少するので、それらの相乗作用により摩擦力も
大幅に減少するのである。

しかも、突起によって溝部ができたので、その四部に潤
滑剤（たとえばグリース、油圧作動油等）を充填するこ
とにより、バックアップリングとロッドとの摩擦係数が
低下する。本発明による作用効果が更に顕著に発揮され
ることになる。

なお、すでに述べたようにバックアップリングとＴ：Ｉ
ノドの全面を潤滑するためには、突起、したかって凹部
を軸方向に設けるよりは、軸方向に斜めにあるいは軸方
向に斜めに互いにクロスするように２方向に設りる方が
好都合である。

第１１図は、第８図に示すものに相当する本発明にかか
るバックアップリングと従来の第１図に示す構造のバッ
クアップリングとの摩擦力の温度変化を示すグラフであ
る。これらばは＼同一寸法のロッドのシール装置による
ものでそのときの相対的摩擦力を測定し、グラフに示し
たものである。

なお、摩擦力はロッドハウジングに装着したロッドシー
ル装置を所定の温度に一定時間放置した後、ひずみゲー
ジによって測定、決定した。

（発明の効果） これらの結果からも分かるように、本発明によるバック
アップリングの摩擦力は、ロッドシール装置としての試
験では、０℃程度以上の温度では従来からのバックアッ
プリングに比べやや低い程度の摩擦力であるが、−１０
℃程度以下では、約１７２〜１７３以下の摩擦力に低下
している。摩擦力が低下すれば摩耗量も減り、バックア
ップリングの寿命も延びる。

なお、本明細書ではロッドシール装置の場合について本
発明を説明するがビスＩ・ンシール１≠学装置の場合の
ような他の場合でも趣旨は同様である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のバックアップリングを使用したロッド
シール装置の装着状態を示す断面図；第２図は、第１図
に示ずロッドシール装置の低温時におジノるバックアッ
プリングの収縮状態を示す同じく断面図； 第３図は、本発明にかかるバックアップリングの部分断
面図； 第４図（ａ＋ないし第４図（ｄｌは、突起断面形状を示
す説明図； 第５図および第６図は、本発明のバックアップリングの
別の変更例の部分断面図； 第７図および第８図は、本発明にかかるバックアップリ
ングを使用したシール装置の装着状態を示す断面図 第９図はおよび第１０図は、本発明のバックアップリン
グのさらに別の変更例の部分断面図；および 第１１図は、本発明のバックアップリングと、従来から
のバックアップリングによるロッドシール装置の温度に
よる摩擦力の変化を比較したグラフである。 １：バックアップリング ２：バソキンあるいはシール ３：ロッド　　　　　４：運動面 ５：ハウジング １１：バックアップリング １２：軸方向部分 １３：径方向部分　　１４；凹部 １５：突起　　　　　１６：環状凸部 １７：逃げ部　　　　１８：底部側

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）バックアップリングの運動面に突起部を設けたこ
   とを特徴とするバックアップリング。
2. （２）前記運動面の端部に径方向の環状凸部を設けたこ
   とを特徴とする請求項１記載のバックアップリング。
3. （３）パッキンあるいはシールの運動面の底部に設けら
   れた凹所に少なくとも一部が嵌挿されて構成されるバッ
   クアップリングであって、該バックアップリングの前記
   パッキンあるいはシールと接する軸方向面に環状の凸条
   および／または凹部を設け、該凸条および／または凹部
   が、前記凹所の軸方向面に設けられた凹部および／また
   は凸条と互いに嵌着するように構成されたことを特徴と
   する請求項１または２項に記載のバックアップリング。