WO2023157639A1 - 密封装置およびバックアップリング - Google Patents

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WO2023157639A1
WO2023157639A1 PCT/JP2023/003235 JP2023003235W WO2023157639A1 WO 2023157639 A1 WO2023157639 A1 WO 2023157639A1 JP 2023003235 W JP2023003235 W JP 2023003235W WO 2023157639 A1 WO2023157639 A1 WO 2023157639A1
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WO
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polyamide
resin
backup ring
shaft
based resin
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PCT/JP2023/003235
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French (fr)
Inventor
翔 大河内
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Nok株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/18—Sealings between relatively-moving surfaces with stuffing-boxes for elastic or plastic packings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3204—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip

Definitions

  • the present disclosure relates to sealing devices and backup rings.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which a buffer ring, a rod packing, and a dust seal are arranged in this order from the inside to the outside of the housing along the axis of the shaft.
  • the buffer ring is a member for relaxing the hydraulic pressure applied to the rod packing.
  • the buffer ring has a packing made of an elastic material such as urethane resin and a backup ring made of hard resin such as polyamide resin, which are fitted together.
  • the backup ring suppresses deformation of the packing due to excessive pressure from inside the housing.
  • abnormal noise may occur due to insufficient slidability of the backup ring with respect to the shaft during low-speed operation of the hydraulic cylinder.
  • a sealing device includes a rod packing that seals an annular gap between a housing and a shaft of a hydraulic cylinder for construction machinery, and a hydraulic pressure applied to the rod packing.
  • a buffer ring for cushioning said buffer ring being disposed along said gap and comprising an annular packing constructed of a resilient material; and a backup ring in contact with said packing.
  • the backup ring has a contact surface that contacts the shaft, and at least a portion of the backup ring including the contact surface is made of a resin composition containing a base material and a filler, and the base material is and the filler is composed of a low-friction resin that is compatible with the polyamide resin and has a lower coefficient of static friction with respect to the shaft than the polyamide resin.
  • a backup ring is a backup ring for reducing hydraulic pressure applied to a rod packing that seals an annular gap between a housing and a shaft of a hydraulic cylinder for construction machinery, and
  • the base material is composed of a polyamide-based resin, and the filler has compatibility with the polyamide-based resin, and the static friction against the shaft is greater than that of the polyamide-based resin.
  • Constructed of low-friction resin which is a resin with a low modulus.
  • FIG. 1 is a perspective view of a hydraulic cylinder using a sealing device according to an embodiment
  • FIG. FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of the hydraulic cylinder shown in FIG. 1; It is explanatory drawing of the buffering of the sealing device which concerns on embodiment.
  • FIG. 3 is an image diagram showing the state of filler in a backup ring using a filler having no compatibility with a polyamide-based resin.
  • FIG. 2 is an image diagram showing the state of fillers in a backup ring using fillers compatible with polyamide resins.
  • FIG. 4 shows an apparatus for measuring sliding resistance of a backup ring; 8 is a diagram showing a sliding resistance waveform during low-speed operation of the backup ring according to Comparative Example 1;
  • FIG. 8 is a diagram showing a sliding resistance waveform during high-speed operation of the backup ring according to Comparative Example 1.
  • FIG. 4 is a diagram showing a sliding resistance waveform during low-speed operation of the backup ring according to Example 1.
  • FIG. 4
  • FIG. 1 is a perspective view of a hydraulic cylinder 100 using a sealing device 10 according to an embodiment.
  • the hydraulic cylinder 100 is a telescopic mechanism that hydraulically expands and contracts in a direction along the axis AX, and is used as a power source for machines such as construction machines and general industrial machines, for example.
  • the hydraulic cylinder 100 has a housing 110, a piston 120, a shaft 130, a sealing system 140 and a sealing device 10. First, each part of the hydraulic cylinder 100 will be briefly described in order based on FIG. 1 .
  • one direction along the axis AX is the "X1 direction”, and the opposite direction to the X1 direction is the "X2 direction”.
  • the X1 direction and the X2 direction may be collectively referred to as "axial direction”.
  • the direction along the axis AX may be referred to as the “circumferential direction”.
  • the direction perpendicular to the axis AX may be referred to as the "radial direction”.
  • the housing 110 is a cylindrical cylinder tube with a bottom extending in the direction along the axis AX.
  • Housing 110 is made of, for example, a metal material such as iron, stainless steel, or aluminum alloy.
  • housing 110 is also provided with ports 112 and 113 .
  • the port 112 is a hole used for introducing or discharging hydraulic oil to a space located in the X1 direction with respect to the piston 120 inside the housing 110 .
  • the port 113 is a hole used for introducing or discharging hydraulic oil to a space located in the X2 direction with respect to the piston 120 inside the housing 110 .
  • the pressure of hydraulic fluid in housing 110 is regulated through ports 112 and 113 .
  • the shape of the housing 110 is not limited to the example shown in FIG.
  • the piston 120 is a structure arranged inside the housing 110 so as to be reciprocatable in the direction along the axis AX.
  • the piston 120 divides the space inside the housing 110 into a space located in the X1 direction with respect to the piston 120 and a space located in the X2 direction.
  • Piston 120 is made of, for example, a metal material such as iron, stainless steel, or an aluminum alloy.
  • the piston 120 reciprocates in the direction along the axis AX with respect to the housing 110 by adjusting the pressure of hydraulic fluid in the housing 110 through the ports 112 and 113 .
  • the shape of the piston 120 is not limited to the example shown in FIG. 1, and is arbitrary.
  • the shaft 130 is a piston rod extending along the axis AX.
  • a piston 120 is fixed to the end of the shaft 130 in the X2 direction or its vicinity.
  • Shaft 130 moves in the direction along axis AX with respect to housing 110 as piston 120 moves in the direction along axis AX with respect to housing 110 .
  • Shaft 130 is made of, for example, a metal material such as iron, stainless steel, or aluminum alloy.
  • boss B2 is provided at the end of the shaft 130 in the X1 direction.
  • the distance between bosses B1 and B2 changes as piston 120 moves relative to housing 110 along axis AX.
  • the shape of the shaft 130 is not limited to the example shown in FIG.
  • the sealing system 140 is a piston sealing system consisting of a group of parts that seal an annular gap between the piston 120 and the housing 110 .
  • sealing system 140 includes wear ring 141 , piston packing 142 and contamination seal 143 . These are arranged in the order of wear ring 141, piston packing 142 and contamination seal 143 in the X2 direction.
  • the outer peripheral surface of the piston 120 is provided with annular grooves (not shown) for arranging the wear ring 141, the piston packing 142 and the contamination seal 143 corresponding to each of them.
  • the wear ring 141 is an annular member that functions as a slide bearing to reduce the eccentricity of the shaft 130 with respect to the housing 110. This function improves the durability and sealing performance of the piston packing 142 .
  • the wear ring 141 is made of resin such as PTFE (polytetrafluoroethylene), polyester resin, phenol resin, or polyamide resin.
  • the piston packing 142 is an annular structure that seals the annular gap between the housing 110 and the piston 120 .
  • the piston packing 142 has a seal ring and a backup ring.
  • the seal ring is made of hard material such as polyamide resin.
  • Piston packing 142 contacts the inner peripheral surface of hole 111 of housing 110 .
  • the backup ring is arranged between the seal ring and the piston 120 and is made of an elastic material such as urethane resin. The backup ring presses the seal ring toward the inner peripheral surface of the hole 111 of the housing 110 in an elastically deformed state.
  • the contamination seal 143 is an annular member for preventing foreign matter from reaching the piston packing 142 from the space in the X2 direction of the piston 120 inside the housing 110 .
  • the contamination seal 143 is made of resin such as PTFE. Contamination seal 143 contacts both housing 110 and piston 120 in an elastically deformed state.
  • the configuration of the sealing system 140 described above is not limited to the example shown in FIG.
  • the sealing device 10 is a rod sealing system that consists of a group of parts that seal an annular gap between the housing 110 and the shaft 130 .
  • FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of the hydraulic cylinder 100 shown in FIG. FIG. 2 shows a cross section obtained by cutting a portion of the hydraulic cylinder 100 along a plane including the axis AX.
  • the sealing device 10 has a dust seal 20 , a rod packing 30 and a buffer ring 40 . These are arranged in the order of dust seal 20, rod packing 30, and buffer ring 40 in the X2 direction.
  • Annular grooves 111 a , 111 b , and 111 c are provided on the inner peripheral surface of the hole 111 of the housing 110 .
  • a dust seal 20 is arranged in the groove 111a.
  • a rod packing 30 is arranged in the groove 111b.
  • a buffering 40 is arranged in the groove 111c.
  • the dust seal 20 is an annular member for preventing foreign matter such as muddy water or dust from the outer space of the housing 110 from reaching the rod packing 30 .
  • the dust seal 20 has a reinforcing ring 21 and a sealing member 22 .
  • the reinforcement ring 21 is an annular member that reinforces the seal member 22 along the axis AX.
  • the reinforcing ring 21 has a substantially L shape when viewed in a cross section cut along a plane including the axis AX.
  • the reinforcing ring 21 is made of, for example, a metal material such as stainless steel.
  • the sealing member 22 is an annular elastic member fixed to the reinforcing ring 21 and in contact with the wall surface of the groove 111 a and the outer peripheral surface of the shaft 130 . In the example shown in FIG.
  • the sealing member 22 includes two members extending obliquely in the X1 direction and the X2 direction from the vicinity of the inner peripheral edge of the reinforcing ring 21 toward the shaft 130 when viewed in a cross section cut along a plane including the axis AX. Form a shape with a portion.
  • the seal member 22 is made of an elastic material such as urethane resin. Seal member 22 contacts both housing 110 and shaft 130 in an elastically deformed state. Note that the configuration of the dust seal 20 is not limited to the example shown in FIG. 1, and is arbitrary. Also, the dust seal 20 may be provided or omitted as required.
  • the rod packing 30 is an annular member that functions as a main seal for preventing hydraulic oil from leaking from inside the housing 110 to the external space.
  • Rod packing 30 has packing 31 and backup ring 32 .
  • the packing 31 is an annular elastic member that contacts the wall surface of the groove 111b and the outer peripheral surface of the shaft 130 respectively.
  • the packing 31 has a substantially U shape when viewed in a cross section taken along a plane including the axis AX.
  • the packing 31 is made of an elastic material such as urethane resin. Packing 31 contacts both housing 110 and shaft 130 in an elastically deformed state.
  • the backup ring 32 is a flat washer-like member that is in close contact with the surface of the packing 31 facing the X1 direction.
  • the backup ring 32 is made of resin such as PTFE (polytetrafluoroethylene), polyester resin, phenol resin, or polyamide resin.
  • Backup ring 32 functions as a slide bearing to reduce eccentricity of shaft 130 with respect to housing 110 . This function improves the durability and sealing performance of the rod packing 30 .
  • the configuration of the rod packing 30 is not limited to the example shown in FIG. 1, and is arbitrary.
  • the buffer ring 40 is an annular member for reducing the hydraulic pressure applied to the rod packing 30. This relaxation improves the durability of the rod packing 30 .
  • the buffer ring 40 has a packing 41 and a backup ring 42 .
  • the packing 41 is an annular elastic member arranged along the gap between the housing 110 and the shaft 130 .
  • the packing 41 contacts the wall surface of the groove 111c and the outer peripheral surface of the shaft 130, respectively.
  • the packing 41 has a substantially U shape when viewed in a cross section taken along a plane including the axis AX.
  • the packing 41 is made of an elastic material such as urethane resin. Packing 41 contacts both housing 110 and shaft 130 in an elastically deformed state. Since the elastic material forming the packing 41 contains urethane-based resin, it is possible to suitably prevent hydraulic oil from reaching the rod packing 30 .
  • the backup ring 42 is an annular member arranged along the gap between the housing 110 and the shaft 130 and in contact with the packing 41 .
  • the backup ring 42 is in close contact with the inner peripheral surface of the packing 41 .
  • the backup ring 42 suppresses deformation of the packing 41 due to excessive pressure from inside the housing 110 .
  • the buffer ring 40 can preferably receive the hydraulic pressure from the position in the X2 direction rather than the buffer ring 40 .
  • the hydraulic pressure applied to the rod packing 30 can be favorably relieved by the buffer ring 40 .
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the buffering 40 of the sealing device 10 according to the embodiment.
  • the inner peripheral surface of the packing 41 is provided with a groove 41a.
  • a backup ring 42 is fitted into the groove 41a.
  • the backup ring 42 has a surface 42a in close contact with the groove 41a and an inner peripheral surface 42b.
  • the inner peripheral surface 42 b is a contact surface that contacts the outer peripheral surface of the shaft 130 .
  • At least part of the backup ring 42 including the inner peripheral surface 42b is made of a resin composition in which a base material and a filler are mutually dissolved.
  • the base material is composed of a polyamide-based resin.
  • the filler is composed of a low-friction resin that is compatible with the polyamide-based resin and has a lower coefficient of static friction with respect to the shaft 130 than the polyamide-based resin. Therefore, the resin composition is a polymer alloy in which the polyamide-based resin and the low-friction resin are compatible with each other. Therefore, the advantages of the polyamide-based resin and the low-friction resin can be preferably utilized.
  • polyamide-based resins have excellent properties such as heat resistance, mechanical properties, and chemical resistance.
  • the dynamic frictional resistance of polyamide-based resin is extremely small.
  • the static frictional resistance of polyamide-based resins is relatively large. Therefore, if the backup ring 42 is made of only polyamide resin, abnormal noise may occur due to insufficient slidability of the backup ring 42 with respect to the shaft 130 during low-speed operation of the hydraulic cylinder 100 .
  • the static friction coefficient of the backup ring 42 with respect to the shaft 130 can be reduced by using a filler composed of a low-friction resin, which has a lower static friction coefficient with respect to the shaft 130 than polyamide resin.
  • FIG. 4 is an image diagram showing the presence state of the filler PO in the backup ring 42X using the filler PO having no compatibility with the polyamide resin PA.
  • the filler PO is simply mixed with the polyamide resin PA. Therefore, the backup ring 42X has a portion where only the filler PO exists and a portion where only the polyamide-based resin PA exists. Therefore, it is difficult for the filler PO to be exposed on the surface of the backup ring 42X. In addition, the filler PO is likely to be covered with the polyamide-based resin PA.
  • a skin layer LS having a thickness of about 10 ⁇ m to 20 ⁇ m and made only of the polyamide resin PA is formed on the surface of the backup ring 42X. Therefore, in the backup ring 42X, even if the filler PO has self-lubricating properties, the self-lubricating properties cannot be fully utilized.
  • FIG. 5 is an image diagram showing the presence state of the filler PO in the backup ring 42 using the filler PO having compatibility with the polyamide resin PA.
  • the filler PO is dissolved in the polyamide resin PA. Therefore, the filler PO is uniformly present in the backup ring 42 . Therefore, the filler PO is uniformly present on the surface of the backup ring 42 as well.
  • the self-lubricating property of the filler PO is favorably exhibited even in the portion corresponding to the aforementioned skin layer LS.
  • any resin having an acid amide bond (--CONH--) in the molecule may be used, but aliphatic polyamide is suitable.
  • aliphatic polyamides examples include polycaproamide (polyamide 6), polypentamethyleneadipamide (polyamide 56), polyhexamethyleneadipamide (polyamide 66), polyundecaneamide (polyamide 11), polylauryllactam (polyamide 12), polytetramethylene adipamide (polyamide 46), polytetramethylene sebacamide (polyamide 410), polypentamethylene sebacamide (polyamide 510), polyhexamethylene sebacamide (polyamide 610), polyhexamethylene Dodecamide (polyamide 612), polydecamethylene adipamide (polyamide 106), polydecamethylene sebacamide (polyamide 1010) and the like.
  • the polyamide-based resin used for the resin composition constituting the backup ring 42 is at least one of polyamide 46 (PA46), polyamide 66 (PA66) and polyamide 11 (PA11) from the viewpoint of mechanical strength and the like. It preferably contains polyamide 46, particularly preferably polyamide 46.
  • the low-friction resin used for the resin composition constituting the backup ring 42 may be any resin that has compatibility with the polyamide-based resin and has a lower coefficient of static friction with respect to the shaft 130 than the polyamide-based resin.
  • it is preferably a polyolefin resin.
  • the coefficient of static friction of polyolefin resin is smaller than the static friction resistance of polyamide resin.
  • the dynamic friction coefficient of polyolefin resin is larger than the dynamic friction resistance of polyamide resin, it is relatively small.
  • a backup ring 42 with a small dynamic friction coefficient and a small static friction coefficient can be realized.
  • the polyolefin resin used for the resin composition constituting the backup ring 42 is made of polyethylene resin, polypropylene resin, ethylene propylene copolymer, or the like so as to have compatibility with the polyamide resin used for the resin composition constituting the backup ring 42. It is a modified resin in which reactive functional groups such as carboxylic acid, acid anhydride or epoxy groups are introduced into polyolefin.
  • the polyolefin-based resin used for the resin composition constituting the backup ring 42 is preferably a maleic acid-modified polyolefin-based resin, and is preferably a maleic acid-modified polyethylene-based resin because of its excellent compatibility with polyamide-based resins. is preferred.
  • polyolefin-based resins are preferably polyethylene-based resins because they have a smaller coefficient of static friction than polypropylene-based resins and the like.
  • the density of the polyolefin resin is preferably 0.85 or more and 0.90 or less. That is, the polyolefin-based resin is preferably a low-density polyolefin-based resin. In this case, there is an advantage that the compatibility with the polyamide resin is superior to the case of using the high density polyolefin resin.
  • the content of the filler in the resin composition constituting the backup ring 42 is preferably 1 vol% or more and 50 vol% or less, more preferably 5 vol% or more and 40 vol% or less, and 5 vol% or more and 20 vol%. % or less.
  • the content is within such a range, there is an advantage that the advantages of the polyamide-based resin and the low-friction resin can be easily utilized.
  • the static friction coefficient can be easily reduced while increasing the mechanical strength of the backup ring 42 .
  • the content is too small, it may be difficult to take advantage of the low-friction resin.
  • the advantages of the polyamide-based resin may be lost.
  • Example 1 A backup ring of Example 1 was produced using polyamide 46 as the base material and maleic acid-modified low density polyethylene as the filler.
  • each of polyamide 46 and maleic acid-modified low density polyethylene was weighed so that the content of maleic acid-modified low density polyethylene in the resin composition was 20 vol%.
  • the mixture was kneaded in a twin-screw extruder at a temperature of 260°C to 310°C to form pellets of the resin composition. After that, the pellet was molded by an injection molding machine to obtain a backup ring.
  • the cylinder temperature of the injection molding machine was 285°C to 295°C and the mold temperature was 120°C.
  • Example 2 A backup ring of Example 2 was manufactured in the same manner as in Example 1 described above, except that polyamide 11 was used instead of polyamide 46 as the base material.
  • Example 3 A backup ring of Example 3 was manufactured in the same manner as in Example 1 described above, except that polyamide 66 was used instead of polyamide 46 as the base material.
  • Example 4 A backup ring of Example 4 was produced in the same manner as in Example 1 described above, except that the content of maleic acid-modified low-density polyethylene in the resin composition constituting the backup ring was 5 vol %.
  • Comparative example 1 A backup ring of Comparative Example 1 was manufactured in the same manner as in Example 1 described above, except that only polyamide 46 was used without using maleic acid-modified low-density polyethylene, which is a low-friction resin.
  • Comparative example 2 A backup ring of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 2 described above, except that only polyamide 11 was used without using maleic acid-modified low-density polyethylene, which is a low-friction resin.
  • Comparative example 3 A backup ring of Comparative Example 3 was manufactured in the same manner as in Example 3 described above, except that only polyamide 66 was used without using maleic acid-modified low-density polyethylene, which is a low-friction resin.
  • Reference example 1 A backup ring of Reference Example 1 was manufactured in the same manner as in Example 1 described above, except that PTFE having an average particle size of 50 ⁇ m was used as the filler instead of the maleic acid-modified low-density polyethylene.
  • the content of PTFE in the resin composition was set to 7 vol %.
  • Reference example 2 Polyamide 66 was used instead of polyamide 46 as the base material, oil was used instead of maleic acid-modified low-density polyethylene, and the content of oil in the resin composition constituting the backup ring was set to 10 vol%.
  • a backup ring of Reference Example 2 was manufactured in the same manner as in Example 1.
  • Reference example 3 Reference Example 3 was carried out in the same manner as in Example 1 described above, except that polyamide 11 was used as the base material instead of polyamide 46, and molybdenum disulfide having an average particle size of 5 ⁇ m was used instead of maleic acid-modified low-density polyethylene. of backup rings. The content of molybdenum disulfide in the resin composition was set to 0.5 vol%.
  • FIG. 6 shows a device 200 for measuring the sliding resistance of a backup ring.
  • Device 200 has a shaft 210 , a housing 220 and a pair of thermocouples 230 .
  • the shaft 210 is an iron cylinder that reciprocates along the axis AX.
  • the housing 220 is a steel cylinder tube and has a hole 221 , a pair of grooves 222 , a hole 223 and a pair of holes 224 .
  • a shaft 210 is inserted into the hole 221 .
  • Buffer rings 40_1 and 40_2 having backup rings to be measured are placed in each of the pair of grooves 222 .
  • the bufferings 40_1 and 40_2 have the same configuration. However, the buffer rings 40_1 and 40_2 are arranged symmetrically to each other so that the backup ring contacts the side of the groove 222 farther from the hole 223 .
  • Hole 223 penetrates housing 220 so as to open to the inner peripheral surface of hole 221 .
  • a device (not shown) is connected to the hole 223 for introducing hydraulic oil at a predetermined pressure toward the hole 221 .
  • Each of the pair of holes 224 penetrates the housing 220 so as to open to the inner peripheral surface of the hole 221 near the groove 222 .
  • a pair of thermocouples 230 are inserted into the pair of holes 224, respectively.
  • Table 1 shows the evaluation results. In addition to the evaluation results, Table 1 also shows the type, content, and compatibility of the base material and filler used in the backup ring.
  • PA46 in Table 1 indicates polyamide 46.
  • PA11 indicates polyamide 11.
  • PA66 indicates polyamide 66.
  • PE indicates maleic acid modified low density polyethylene.
  • MoS indicates molybdenum disulfide.
  • FIG. 7 is a diagram showing a sliding resistance waveform during low-speed operation of the backup ring according to Comparative Example 1.
  • FIG. FIG. 7 shows changes over time in sliding resistance when the moving speed of shaft 210 is 25 mm/s.
  • the sliding resistance width ⁇ Fr which is the fluctuation width of the sliding resistance, is relatively large.
  • abnormal noise occurred during the measurement.
  • FIG. 8 is a diagram showing the sliding resistance waveform during high-speed operation of the backup ring according to Comparative Example 1.
  • FIG. FIG. 8 shows changes over time in sliding resistance when the moving speed of shaft 210 is 400 mm/s.
  • Comparative Example 1 when the moving speed of the shaft 210 was increased, the sliding resistance width ⁇ Fr was relatively small and abnormal noise was not generated during measurement.
  • FIG. 9 is a diagram showing a sliding resistance waveform during low-speed operation of the backup ring according to Example 1.
  • FIG. 9 shows changes over time in sliding resistance when the moving speed of shaft 210 is 25 mm/s.
  • the sliding resistance width ⁇ Fr which is the fluctuation width of the sliding resistance, was extremely small, and abnormal noise was not generated during the measurement.
  • the base material and the filler are compatible with each other, so that the occurrence of abnormal noise can be reduced even when the hydraulic cylinder operates at low speed.

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Abstract

油圧シリンダーのハウジングとシャフトとの間の環状の隙間を密封する密封装置は、当該空間に沿って配置され、弾性材料で構成される環状のパッキンと、パッキンに接触するバックアップリングと、を備え、バックアップリングは、シャフトに接触する接触面を有し、バックアップリングの少なくとも当該接触面を含む一部は、ベース材および充填材を含む樹脂組成物で構成され、ベース材は、ポリアミド系樹脂であり、充填材は、ポリアミド系樹脂に対する相溶性を有するポリオレフィン系樹脂である。

Description

密封装置およびバックアップリング
　本開示は、密封装置およびバックアップリングに関する。
　従来、建設機械用油圧シリンダーにおけるハウジングとシャフトとの間の環状の隙間を密封する密封装置が知られている。
　例えば、特許文献１には、シャフトの軸線に沿う方向でハウジングの内側から外側に向かって、バッファリング、ロッドパッキンおよびダストシールをこの順に配置した構成が開示される。ここで、バッファリングは、ロッドパッキンに加わる油圧を緩和するための部材である。バッファリングは、ウレタン樹脂等の弾性材料で構成されるパッキンと、ポリアミド樹脂等の硬質樹脂で構成されるバックアップリングと、を有し、これらが互いに嵌め合わされる。バックアップリングは、ハウジング内からの過大な圧力によるパッキンの変形を抑制する。
特開２０２０－８０８８号公報
　特許文献１に記載の構成では、油圧シリンダーの低速動作中に、シャフトに対するバックアップリングの摺動性不足に起因する異音が発生する場合がある。
　以上の課題を解決するために、本開示の一態様に係る密封装置は、建設機械用油圧シリンダーのハウジングとシャフトとの間の環状の隙間を密封するロッドパッキンと、前記ロッドパッキンに加わる油圧を緩和するためのバッファリングと、を有する密封装置であって、前記バッファリングは、前記隙間に沿って配置され、弾性材料で構成される環状のパッキンと、前記パッキンに接触するバックアップリングと、を備え、前記バックアップリングは、前記シャフトに接触する接触面を有し、前記バックアップリングの前記接触面を含む少なくとも一部は、ベース材および充填材を含む樹脂組成物で構成され、前記ベース材は、ポリアミド系樹脂で構成され、前記充填材は、前記ポリアミド系樹脂に対する相溶性を有し、かつ、前記ポリアミド系樹脂よりも前記シャフトに対する静摩擦係数の低い樹脂である低摩擦樹脂で構成される。
　本開示の一態様に係るバックアップリングは、建設機械用油圧シリンダーのハウジングとシャフトとの間の環状の隙間を密封するロッドパッキンに加わる油圧を緩和するためのバックアップリングであって、ベース材および充填材を含む樹脂組成物で構成され、前記ベース材は、ポリアミド系樹脂で構成され、前記充填材は、前記ポリアミド系樹脂に対する相溶性を有し、かつ、前記ポリアミド系樹脂よりも前記シャフトに対する静摩擦係数の低い樹脂である低摩擦樹脂で構成される。
実施形態に係る密封装置を用いた油圧シリンダーの斜視図である。 図１に示す油圧シリンダーの部分拡大断面図である。 実施形態に係る密封装置のバッファリングの説明図である。 ポリアミド系樹脂に対する相溶性を有しない充填材を用いたバックアップリング中の充填材の存在状態を示すイメージ図である。 ポリアミド系樹脂に対する相溶性を有する充填材を用いたバックアップリング中の充填材の存在状態を示すイメージ図である。 バックアップリングの摺動抵抗を測定するための装置を示す図である。 比較例１に係るバックアップリングの低速動作時の摺動抵抗波形を示す図である。 比較例１に係るバックアップリングの高速動作時の摺動抵抗波形を示す図である。 実施例１に係るバックアップリングの低速動作時の摺動抵抗波形を示す図である。
　以下、添付図面を参照しながら本開示に係る好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法および縮尺は実際と適宜に異なり、理解を容易にするために模式的に示す部分もある。また、本開示の範囲は、以下の説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。
　１．第１実施形態
　１－１．密封装置１０を用いた油圧シリンダー１００の概要
　図１は、実施形態に係る密封装置１０を用いた油圧シリンダー１００の斜視図である。油圧シリンダー１００は、軸線ＡＸに沿う方向に油圧により伸縮する伸縮機構であり、例えば、建設機械または一般産業機械等の機械の動力源として用いられる。
　図１に示すように、油圧シリンダー１００は、ハウジング１１０とピストン１２０とシャフト１３０とシーリングシステム１４０と密封装置１０とを有する。以下、まず、図１に基づいて、油圧シリンダー１００の各部を順に簡単に説明する。
　なお、以下では、軸線ＡＸに沿う一方向が「Ｘ１方向」であり、Ｘ１方向とは反対の方向が「Ｘ２方向」である。ただし、Ｘ１方向およびＸ２方向を総称して「軸方向」という場合がある。また、軸線ＡＸまわりに沿う方向を「周方向」という場合がある。さらに、軸線ＡＸに直交する方向を「径方向」という場合がある。
　ハウジング１１０は、軸線ＡＸに沿う方向に延びる有底筒状のシリンダーチューブである。ハウジング１１０は、例えば、鉄、ステンレス鋼またはアルミニウム合金等の金属材料で構成される。
　図１に示す例では、ハウジング１１０のＸ１方向での端が開口しており、ハウジング１１０のＸ２方向での端には、ボスＢ１が設けられる。また、ハウジング１１０には、ポート１１２およびポート１１３が設けられる。ポート１１２は、ハウジング１１０内におけるピストン１２０に対してＸ１方向に位置する空間に対する作動油の導入または排出に用いる孔である。ポート１１３は、ハウジング１１０内におけるピストン１２０に対してＸ２方向に位置する空間に対する作動油の導入または排出に用いる孔である。ポート１１２およびポート１１３を通じてハウジング１１０内の作動油の圧力が調整される。
　なお、ハウジング１１０の形状は、密封装置１０により密封される隙間をハウジング１１０とシャフト１３０との間に形成し得る形状であればよく、図１に示す例に限定されず、任意である。
　ピストン１２０は、軸線ＡＸに沿う方向に往復移動可能にハウジング１１０内に配置される構造体である。ピストン１２０は、ハウジング１１０内の空間をピストン１２０に対してＸ１方向に位置する空間とＸ２方向に位置する空間とに二分する。ピストン１２０は、例えば、鉄、ステンレス鋼またはアルミニウム合金等の金属材料で構成される。ピストン１２０は、ポート１１２およびポート１１３を通じたハウジング１１０内の作動油の圧力の調整により、ハウジング１１０に対して軸線ＡＸに沿う方向に往復移動する。
　なお、ピストン１２０の形状は、図１に示す例に限定されず、任意である。
　シャフト１３０は、軸線ＡＸに沿う方向に延びるピストンロッドである。シャフト１３０のＸ２方向での端またはその近傍部分には、ピストン１２０が固定される。シャフト１３０は、ハウジング１１０に対するピストン１２０の軸線ＡＸに沿う方向での移動に伴って、ハウジング１１０に対して軸線ＡＸに沿う方向に移動する。シャフト１３０は、例えば、鉄、ステンレス鋼またはアルミニウム合金等の金属材料で構成される。
　図１に示す例では、シャフト１３０のＸ１方向での端には、ボスＢ２が設けられる。ボスＢ１とボスＢ２との間の距離は、ハウジング１１０に対するピストン１２０の軸線ＡＸに沿う方向での移動に伴って変化する。
　なお、シャフト１３０の形状は、密封装置１０により密封される隙間をハウジング１１０とシャフト１３０との間に形成し得る形状であればよく、図１に示す例に限定されず、任意である。
　シーリングシステム１４０は、ピストン１２０とハウジング１１０との間の環状の隙間を密封する部品群で構成されるピストンシーリングシステムである。図１に示す例では、シーリングシステム１４０は、ウエアリング１４１とピストンパッキン１４２とコンタミネーションシール１４３とを有する。これらは、Ｘ２方向に向かって、ウエアリング１４１、ピストンパッキン１４２、コンタミネーションシール１４３の順に配置される。ここで、ピストン１２０の外周面には、ウエアリング１４１、ピストンパッキン１４２およびコンタミネーションシール１４３のそれぞれに対応して、これらを配置するための図示しない環状の溝が設けられる。
　ウエアリング１４１は、ハウジング１１０に対するシャフト１３０の偏心を低減するためのすべり軸受として機能する環状部材である。この機能により、ピストンパッキン１４２の耐久性およびシール性が向上する。ウエアリング１４１は、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂またはポリアミド樹脂等の樹脂で構成される。
　ピストンパッキン１４２は、ハウジング１１０とピストン１２０との間の環状の隙間を密封する環状の構造体である。図示しないが、ピストンパッキン１４２は、シールリングとバックアップリングとを有する。当該シールリングは、ポリアミド樹脂等の硬質材料で構成される。ピストンパッキン１４２は、ハウジング１１０の孔１１１の内周面に接触する。当該バックアップリングは、当該シールリングとピストン１２０との間に配置され、ウレタン樹脂等の弾性材料で構成される。当該バックアップリングは、弾性変形した状態で当該シールリングをハウジング１１０の孔１１１の内周面に向けて押し付ける。
　コンタミネーションシール１４３は、ハウジング１１０内のピストン１２０よりもＸ２方向の空間からの異物がピストンパッキン１４２に至るのを阻止するための環状部材である。コンタミネーションシール１４３は、ＰＴＦＥ等の樹脂で構成される。コンタミネーションシール１４３は、弾性変形した状態でハウジング１１０およびピストン１２０の双方に接触する。
　なお、以上のシーリングシステム１４０の構成は、ハウジング１１０とピストン１２０との間の環状の隙間を密封する構成であればよく、図１に示す例に限定されず、任意である。
　密封装置１０は、ハウジング１１０とシャフト１３０との間の環状の隙間を密封する部品群で構成されるロッドシーリングシステムである。
　１－２．密封装置１０の詳細
　図２は、図１に示す油圧シリンダー１００の部分拡大断面図である。図２では、油圧シリンダー１００の一部を軸線ＡＸを含む平面で切断した断面が示される。図２に示すように、密封装置１０は、ダストシール２０とロッドパッキン３０とバッファリング４０とを有する。これらは、Ｘ２方向に向かって、ダストシール２０、ロッドパッキン３０、バッファリング４０の順に配置される。ここで、ハウジング１１０の孔１１１の内周面には、環状の溝１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃが設けられる。溝１１１ａには、ダストシール２０が配置される。溝１１１ｂには、ロッドパッキン３０が配置される。溝１１１ｃには、バッファリング４０が配置される。
　ダストシール２０は、ハウジング１１０の外部空間からの泥水またはダスト等の異物がロッドパッキン３０に至るのを阻止するための環状部材である。ダストシール２０は、補強環２１とシール部材２２とを有する。
　補強環２１は、軸線ＡＸまわりに沿ってシール部材２２を補強する環状の部材である。図２に示す例では、補強環２１は、軸線ＡＸを含む平面で切断した断面でみて、略Ｌ字状をなす。補強環２１は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で構成される。シール部材２２は、補強環２１に固定され、溝１１１ａの壁面とシャフト１３０の外周面とのそれぞれに接触する環状の弾性部材である。図２に示す例では、シール部材２２は、軸線ＡＸを含む平面で切断した断面でみて、補強環２１の内周縁付近からシャフト１３０に向けてＸ１方向およびＸ２方向にそれぞれ傾斜して延びる２つの部分を有する形状をなす。シール部材２２は、ウレタン樹脂等の弾性材料で構成される。シール部材２２は、弾性変形した状態でハウジング１１０およびシャフト１３０の双方に接触する。なお、ダストシール２０の構成は、図１に示す例に限定されず、任意である。また、ダストシール２０は、必要に応じて設けられ、省略されてもよい。
　ロッドパッキン３０は、ハウジング１１０内から外部空間への作動油の漏れを防止するためのメインシールとして機能する環状部材である。ロッドパッキン３０は、パッキン３１とバックアップリング３２とを有する。
　パッキン３１は、溝１１１ｂの壁面とシャフト１３０の外周面とのそれぞれに接触する環状の弾性部材である。図２に示す例では、パッキン３１は、軸線ＡＸを含む平面で切断した断面でみて、略Ｕ字状をなす。パッキン３１は、ウレタン樹脂等の弾性材料で構成される。パッキン３１は、弾性変形した状態でハウジング１１０およびシャフト１３０の双方に接触する。
　バックアップリング３２は、パッキン３１のＸ１方向を向く面に密着する平形ワッシャー状の部材である。バックアップリング３２は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂またはポリアミド樹脂等の樹脂で構成される。バックアップリング３２は、ハウジング１１０に対するシャフト１３０の偏心を低減するためのすべり軸受として機能する。この機能により、ロッドパッキン３０の耐久性およびシール性が向上する。なお、ロッドパッキン３０の構成は、図１に示す例に限定されず、任意である。
　バッファリング４０は、ロッドパッキン３０に加わる油圧を緩和するための環状部材である。この緩和により、ロッドパッキン３０の耐久性が向上する。バッファリング４０は、パッキン４１とバックアップリング４２とを有する。
　パッキン４１は、ハウジング１１０とシャフト１３０との間の隙間に沿って配置される環状の弾性部材である。ここで、パッキン４１は、溝１１１ｃの壁面とシャフト１３０の外周面とのそれぞれに接触する。図２に示す例では、パッキン４１は、軸線ＡＸを含む平面で切断した断面でみて、略Ｕ字状をなす。パッキン４１は、ウレタン樹脂等の弾性材料で構成される。パッキン４１は、弾性変形した状態でハウジング１１０およびシャフト１３０の双方に接触する。パッキン４１を構成する弾性材料がウレタン系樹脂を含むことにより、作動油がロッドパッキン３０に至るのを好適に阻止することができる。
　バックアップリング４２は、ハウジング１１０とシャフト１３０との間の隙間に沿って配置され、パッキン４１に接触する環状部材である。ここで、バックアップリング４２は、パッキン４１の内周面に密着する。バックアップリング４２は、ハウジング１１０内からの過大な圧力によるパッキン４１の変形を抑制する。これにより、バッファリング４０よりもＸ２方向の位置からの油圧をバッファリング４０で好適に受け止めることができる。この結果、ロッドパッキン３０に加わる油圧をバッファリング４０により好適に緩和することができる。
　図３は、実施形態に係る密封装置１０のバッファリング４０の説明図である。図３に示すように、パッキン４１の内周面には、溝４１ａが設けられる。溝４１ａには、バックアップリング４２が嵌め合わされる。バックアップリング４２は、溝４１ａに密着する面４２ａと、内周面４２ｂと、を有する。ここで、内周面４２ｂは、シャフト１３０の外周面に接触する接触面である。
　バックアップリング４２の内周面４２ｂを含む少なくとも一部は、ベース材および充填材を互いに相溶させた樹脂組成物で構成される。ここで、ベース材は、ポリアミド系樹脂で構成される。一方、充填材は、ポリアミド系樹脂に対する相溶性を有し、かつ、ポリアミド系樹脂よりもシャフト１３０に対する静摩擦係数の低い樹脂である低摩擦樹脂で構成される。したがって、当該樹脂組成物は、ポリアミド系樹脂および低摩擦樹脂を互いに相溶させたポリマーアロイである。このため、ポリアミド系樹脂および低摩擦樹脂の互いの長所を好適に活かすことができる。
　ここで、ポリアミド系樹脂は、耐熱性、機械特性または耐薬品性等の優れた特性を有する。また、ポリアミド系樹脂の動摩擦抵抗は、極めて小さい。しかし、ポリアミド系樹脂の静摩擦抵抗は、比較的大きい。このため、バックアップリング４２がポリアミド系樹脂のみで構成される場合、油圧シリンダー１００の低速動作中に、シャフト１３０に対するバックアップリング４２の摺動性不足に起因する異音が発生する場合がある。
　そこで、ポリアミド系樹脂よりもシャフト１３０に対する静摩擦係数の低い樹脂である低摩擦樹脂で構成される充填材を用いることにより、シャフト１３０に対するバックアップリング４２の静摩擦係数を低減することができる。
　図４は、ポリアミド系樹脂ＰＡに対する相溶性を有しない充填材ＰＯを用いたバックアップリング４２Ｘ中の充填材ＰＯの存在状態を示すイメージ図である。バックアップリング４２Ｘでは、図４に示すように、充填材ＰＯがポリアミド系樹脂ＰＡに単に混合した状態である。このため、バックアップリング４２Ｘでは、充填材ＰＯのみが存在する部分とポリアミド系樹脂ＰＡのみが存在する部分とが生じる。したがって、バックアップリング４２Ｘの表面に充填材ＰＯが露出し難い。また、充填材ＰＯがポリアミド系樹脂ＰＡに覆われやすい。
　このようなことから、バックアップリング４２Ｘの表面では、ポリアミド系樹脂ＰＡのみで構成される厚さ１０μｍ～２０μｍ程度のスキン層ＬＳが形成されてしまう。このため、バックアップリング４２Ｘでは、充填材ＰＯが自己潤滑性を有していても、その自己潤滑性を十分に活かすことができない。
　図５は、ポリアミド系樹脂ＰＡに対する相溶性を有する充填材ＰＯを用いたバックアップリング４２中の充填材ＰＯの存在状態を示すイメージ図である。バックアップリング４２では、図５に示すように、充填材ＰＯがポリアミド系樹脂ＰＡ中に溶解した状態である。このため、バックアップリング４２では、充填材ＰＯが一様に存在する。したがって、バックアップリング４２の表面にも充填材ＰＯが一様に存在する。この結果、バックアップリング４２の表面では、前述のスキン層ＬＳに相当する部分においても、充填材ＰＯの自己潤滑性が好適に発揮される。
　バックアップリング４２を構成する樹脂組成物に用いるポリアミド系樹脂としては、分子中に酸アミド結合（－ＣＯＮＨ－）を有する樹脂であればよいが、脂肪族ポリアミドが好適である。
　脂肪族ポリアミドとしては、例えば、ポリカプロアミド（ポリアミド６）、ポリペンタメチレンアジパミド（ポリアミド５６）、ポリヘキサメチレンアジバミド（ポリアミド６６）、ポリウンデカンアミド（ポリアミド１１）、ポリラウリルラクタム（ポリアミド１２）、ポリテトラメチレンアジパミド（ポリアミド４６）、ポリテトラメチレンセバカミド（ポリアミド４１０）、ポリペンタメチレンセバカミド（ポリアミド５１０）、ポリヘキサメチレンセバカミド（ポリアミド６１０）、ポリヘキサメチレンドデカミド（ポリアミド６１２）、ポリデカメチレンアジパミド（ポリアミド１０６）、ポリデカメチレンセバカミド（ポリアミド１０１０）等が挙げられる。
　中でも、バックアップリング４２を構成する樹脂組成物に用いるポリアミド系樹脂は、機械的強度等の観点から、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）およびポリアミド１１（ＰＡ１１）のうちの少なくとも１つを含むことが好ましく、特に、ポリアミド４６を含むことが好ましい。
　一方、バックアップリング４２を構成する樹脂組成物に用いる低摩擦樹脂は、ポリアミド系樹脂に対する相溶性を有し、かつ、ポリアミド系樹脂よりもシャフト１３０に対する静摩擦係数の低い樹脂であればよく、特に限定されないが、ポリオレフィン系樹脂であることが好ましい。ポリオレフィン系樹脂の静摩擦係数は、ポリアミド系樹脂の静摩擦抵抗よりも小さい。また、ポリオレフィン系樹脂の動摩擦係数は、ポリアミド系樹脂の動摩擦抵抗より大きいものの、比較的小さい。このようなポリオレフィン系樹脂をポリアミド系樹脂に相溶させた樹脂組成物でバックアップリング４２を構成することにより、ポリアミド系樹脂の耐熱性、機械特性または耐薬品性等の優れた特性を活かしつつ、動摩擦係数および静摩擦係数の双方の小さいバックアップリング４２を実現することができる。
　バックアップリング４２を構成する樹脂組成物に用いるポリオレフィン系樹脂は、バックアップリング４２を構成する樹脂組成物に用いるポリアミド系樹脂に対する相溶性を有するよう、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂またはエチレンプロピレン共重合体等のポリオレフィンにカルボン酸、無水酸またはエポキシ基のような反応性官能基を導入した変性樹脂である。特に、ポリアミド系樹脂に対する相溶性に優れることから、バックアップリング４２を構成する樹脂組成物に用いるポリオレフィン系樹脂は、マレイン酸変性ポリオレフィン系樹脂であることが好ましく、マレイン酸変性ポリエチレン系樹脂であることが好ましい。
　ここで、ポリオレフィン系樹脂は、ポリプロピレン系樹脂等に比べて静摩擦係数が小さいことから、ポリエチレン系樹脂であることが好ましい。
　また、ポリオレフィン系樹脂の密度は、０．８５以上０．９０以下であることが好ましい。すなわち、ポリオレフィン系樹脂は、低密度ポリオレフィン系樹脂であることが好ましい。この場合、高密度ポリオレフィン系樹脂を用いる場合に比べて、ポリアミド系樹脂に対する相溶性に優れるという利点がある。
　さらに、バックアップリング４２を構成する樹脂組成物中での充填材の含有率は、１ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下であることが好ましく、５ｖｏｌ％以上４０ｖｏｌ％以下であることがより好ましく、５ｖｏｌ％以上２０ｖｏｌ％以下であることがさらに好ましい。当該含有率がこのような範囲内であることにより、ポリアミド系樹脂および低摩擦樹脂の互いの長所を好適に活かしやすいという利点がある。例えば、バックアップリング４２の機械的強度を高めつつ静摩擦係数を小さくしやすいという利点がある。これに対し、当該含有率が小さすぎると、低摩擦樹脂の利点を活かし難い場合がある。一方、当該含有率が大きすぎると、ポリアミド系樹脂の利点が損なわれる場合がある。
　以下、本発明の具体的に実施例を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されない。
　Ａ．バックアップリングの製造
　Ａ－１．実施例１
　ベース材としてポリアミド４６を用いるとともに充填材としてマレイン酸変性低密度ポリエチレンを用い、実施例１のバックアップリングを製造した。
　具体的には、まず、樹脂組成物中のマレイン酸変性低密度ポリエチレンの含有率が２０ｖｏｌ％となるように、ポリアミド４６およびマレイン酸変性低密度ポリエチレンのそれぞれを計量した。
　計量後のポリアミド４６およびマレイン酸変性低密度ポリエチレンをタンブラーで混合した後、その混合物を２軸押出機で２６０℃～３１０℃の温度で混練することにより、樹脂組成物のペレットを形成した。その後、そのペレットを射出成形機で成形することによりバックアップリングを得た。射出成形機のシリンダー温度は２８５℃～２９５℃であり、金型温度は１２０℃であった。
　Ａ－２．実施例２
　ベース材としてポリアミド４６に代えてポリアミド１１を用いた以外は、前述の実施例１と同様にして、実施例２のバックアップリングを製造した。
　Ａ－３．実施例３
　ベース材としてポリアミド４６に代えてポリアミド６６を用いた以外は、前述の実施例１と同様にして、実施例３のバックアップリングを製造した。
　Ａ－４．実施例４
　バックアップリングを構成する樹脂組成物中のマレイン酸変性低密度ポリエチレンの含有率を５ｖｏｌ％とした以外は、前述の実施例１と同様にして、実施例４のバックアップリングを製造した。
　Ａ－５．比較例１
　低摩擦樹脂であるマレイン酸変性低密度ポリエチレンを用いずにポリアミド４６のみを用いた以外は、前述の実施例１と同様にして、比較例１のバックアップリングを製造した。
　Ａ－６．比較例２
　低摩擦樹脂であるマレイン酸変性低密度ポリエチレンを用いずにポリアミド１１のみを用いた以外は、前述の実施例２と同様にして、比較例２のバックアップリングを製造した。
　Ａ－７．比較例３
　低摩擦樹脂であるマレイン酸変性低密度ポリエチレンを用いずにポリアミド６６のみを用いた以外は、前述の実施例３と同様にして、比較例３のバックアップリングを製造した。
　Ａ－８．参考例１
　充填材としてマレイン酸変性低密度ポリエチレンに代えて平均粒径５０μｍのＰＴＦＥを用いた以外は、前述の実施例１と同様にして、参考例１のバックアップリングを製造した。なお、樹脂組成物中のＰＴＦＥの含有量を７ｖｏｌ％とした。
　Ａ－９．参考例２
　ベース材としてポリアミド４６に代えてポリアミド６６を用いるとともに、マレイン酸変性低密度ポリエチレンに代えてオイルを用い、バックアップリングを構成する樹脂組成物中のオイルの含有率を１０ｖｏｌ％とした以外は、前述の実施例１と同様にして、参考例２のバックアップリングを製造した。
　Ａ－１０．参考例３
　ベース材としてポリアミド４６に代えてポリアミド１１を用いるとともに、マレイン酸変性低密度ポリエチレンに代えて平均粒径５μｍの二硫化モリブデンを用いた以外は、前述の実施例１と同様にして、参考例３のバックアップリングを製造した。なお、樹脂組成物中の二硫化モリブデンの含有量を０．５ｖｏｌ％とした。
　Ｂ．バックアップリングの評価
　Ｂ－１．測定装置
　図６は、バックアップリングの摺動抵抗を測定するための装置２００を示す図である。装置２００は、シャフト２１０とハウジング２２０と１対の熱電対２３０とを有する。シャフト２１０は、軸線ＡＸに沿う方向に往復移動する鉄製のシリンダーである。ハウジング２２０は、鉄製のシリンダーチューブであり、孔２２１と１対の溝２２２と孔２２３と１対の孔２２４とを有する。
　孔２２１には、シャフト２１０が挿入される。１対の溝２２２のそれぞれには、測定対象のバックアップリングを有するバッファリング４０＿１、４０＿２が配置される。バッファリング４０＿１、４０＿２は、互いに同一構成である。ただし、バッファリング４０＿１、４０＿２は、溝２２２の１対の側面のうち孔２２３から遠い方の側面にバックアップリングが接触するように、互いに対称に配置される。孔２２３は、孔２２１の内周面に開口するようにハウジング２２０を貫通する。孔２２３には、図示しないが、作動油を所定圧力で孔２２１に向けて導入するための装置が接続される。１対の孔２２４のそれぞれは、溝２２２の近傍で孔２２１の内周面に開口するようにハウジング２２０を貫通する。１対の熱電対２３０は、１対の孔２２４にそれぞれ挿入される。
　Ｂ－２．評価
　前述の装置２００を用いて、各実施例、各比較例および各参考例のバックアップリングの摺動抵抗を以下の測定条件で測定した。そして、測定中の異音の有無を確認することにより評価を行った。また、各実施例および各比較例については、摺動抵抗の変動幅である摺動抵抗幅を測定した。
　＜測定条件＞
　作動油の圧力：３５ＭＰａ
　シャフト２１０の移動速度：２５ｍｍ／ｓ
　シャフト２１０のストローク：２００ｍｍ
　温度：８０℃
　作動油：ダフニースーパーハイドロ４６Ａ（出光興産社製）
　評価結果を表１に示す。なお、表１には、評価結果のほか、バックアップリングに用いたベース材および充填材の種類、含有率および相溶性の有無が併せて記載される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１中、「ＰＡ４６」は、ポリアミド４６を示す。「ＰＡ１１」は、ポリアミド１１を示す。「ＰＡ６６」は、ポリアミド６６を示す。「ＰＥ」は、マレイン酸変性低密度ポリエチレンを示す。「ＭｏＳ」は、二硫化モリブデンを示す。
　表１に示すように、各実施例では、異音が発生しなかった。これに対し、各比較例および各参考例では、異音が発生した。
　図７は、比較例１に係るバックアップリングの低速動作時の摺動抵抗波形を示す図である。図７では、シャフト２１０の移動速度が２５ｍｍ／ｓである場合の摺動抵抗の経時的変化が示される。図７に示すように、比較例１では、摺動抵抗の変動幅である摺動抵抗幅ΔＦｒが比較的大きい。また、比較例１では、測定中に異音が発生した。
　図８は、比較例１に係るバックアップリングの高速動作時の摺動抵抗波形を示す図である。図８では、シャフト２１０の移動速度が４００ｍｍ／ｓである場合の摺動抵抗の経時的変化が示される。図８に示すように、比較例１では、シャフト２１０の移動速度を速くすると、摺動抵抗幅ΔＦｒが比較的小さく、かつ、測定中に異音が発生しなかった。
　図９は、実施例１に係るバックアップリングの低速動作時の摺動抵抗波形を示す図である。図９では、シャフト２１０の移動速度が２５ｍｍ／ｓである場合の摺動抵抗の経時的変化が示される。図９に示すように、実施例１では、摺動抵抗の変動幅である摺動抵抗幅ΔＦｒが極めて小さく、かつ、測定中に異音が発生しなかった。
　以上からわかるように、各実施例では、ベース材および充填材が互いに相溶することにより、油圧シリンダーの低速動作時でも、異音の発生を低減することができる。
１０…密封装置、２０…ダストシール、２１…補強環、２２…シール部材、３０…ロッドパッキン、３１…パッキン、３２…バックアップリング、４０…バッファリング、４０＿１…バッファリング、４０＿２…バッファリング、４１…パッキン、４１ａ…溝、４２…バックアップリング、４２Ｘ…バックアップリング、４２ａ…面、４２ｂ…内周面、１００…油圧シリンダー、１１０…ハウジング、１１１…孔、１１１ａ…溝、１１１ｂ…溝、１１１ｃ…溝、１１２…ポート、１１３…ポート、１２０…ピストン、１３０…シャフト、１４０…シーリングシステム、１４１…ウエアリング、１４２…ピストンパッキン、１４３…コンタミネーションシール、２００…装置、２１０…シャフト、２２０…ハウジング、２２１…孔、２２２…溝、２２３…孔、２２４…孔、２３０…熱電対、ＡＸ…軸線、Ｂ１…ボス、Ｂ２…ボス、ＬＳ…スキン層、ＰＡ…ポリアミド系樹脂、ＰＯ…充填材、ΔＦｒ…摺動抵抗幅。

Claims (9)

  1. 　建設機械用油圧シリンダーのハウジングとシャフトとの間の環状の隙間を密封するロッドパッキンと、
    　前記ロッドパッキンに加わる油圧を緩和するためのバッファリングと、を有する密封装置であって、
    　前記バッファリングは、
    　前記隙間に沿って配置され、弾性材料で構成される環状のパッキンと、
    　前記パッキンに接触するバックアップリングと、を備え、
    　前記バックアップリングは、前記シャフトに接触する接触面を有し、
    　前記バックアップリングの前記接触面を含む少なくとも一部は、ベース材および充填材を含む樹脂組成物で構成され、
    　前記ベース材は、ポリアミド系樹脂で構成され、
    　前記充填材は、前記ポリアミド系樹脂に対する相溶性を有し、かつ、前記ポリアミド系樹脂よりも前記シャフトに対する静摩擦係数の低い樹脂である低摩擦樹脂で構成される、
    　密封装置。
  2. 　前記低摩擦樹脂は、ポリオレフィン系樹脂である、
    　請求項１に記載の密封装置。
  3. 　前記ポリオレフィン系樹脂は、マレイン酸変性ポリオレフィン系樹脂である、
    　請求項２に記載の密封装置。
  4. 　前記ポリオレフィン系樹脂は、ポリエチレン系樹脂である、
    　請求項２または３に記載の密封装置。
  5. 　前記ポリオレフィン系樹脂の密度は、０．８５以上０．９０以下である、
    　請求項２から４のいずれか１項に記載の密封装置。
  6. 　前記樹脂組成物中での前記充填材の含有率は、１ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下である、
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の密封装置。
  7. 　前記ポリアミド系樹脂は、ポリアミド１１、ポリアミド４６およびポリアミド６６のうちの少なくとも１つを含む、
    　請求項１から６のいずれか１項に記載の密封装置。
  8. 　前記弾性材料は、ウレタン系樹脂を含む、
    　請求項１から７のいずれか１項に記載の密封装置。
  9. 　建設機械用油圧シリンダーのハウジングとシャフトとの間の環状の隙間を密封するロッドパッキンに加わる油圧を緩和するためのバックアップリングであって、
    　ベース材および充填材を含む樹脂組成物で構成され、
    　前記ベース材は、ポリアミド系樹脂で構成され、
    　前記充填材は、前記ポリアミド系樹脂に対する相溶性を有し、かつ、前記ポリアミド系樹脂よりも前記シャフトに対する静摩擦係数の低い樹脂である低摩擦樹脂で構成される、
    　バックアップリング。
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