(57)【要約】【課題】部品点数を増やすことなく、かつ優れた密封性能を維持しつつ、耐圧性の向上を図ったシーリングシステムを提供する。【解決手段】相対的に往復移動するハウジング５０とハウジング５０の軸孔内に挿通されたロッド６０との間の環状隙間を封止するシーリングシステムであって、前記軸孔の内周に設けられた第１環状溝５１内に配置されるロッドパッキン１１と、第１環状溝５１内であってロッドパッキン１１よりも低圧側に配置され、ロッドパッキン１１における低圧側の内周端部分Ｘがロッド６０と軸孔との間の微小隙間Ｙにはみ出すことを抑制するバックアップリング１２と、を備えるシーリングシステムにおいて、ロッドパッキン１１の素材はニトリルゴムであり、バックアップリング１２の素材はロックウェル硬さが９０ＨＲＲ以上１１０ＨＲＲ以下のポリアミドであることを特徴とする。【選択図】図１
2011247283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に往復移動するハウジングと該ハウジングの軸孔内に挿通されたロッドとの間の環状隙間を封止するシーリングシステムであって、
前記軸孔の内周に設けられた環状溝内に配置されるロッドパッキンと、
前記環状溝内であって該ロッドパッキンよりも低圧側に配置され、該ロッドパッキンにおける低圧側の内周端部分が前記ロッドと軸孔との間の微小隙間にはみ出すことを抑制するバックアップリングと、
を備えるシーリングシステムにおいて、
前記ロッドパッキンの素材はニトリルゴムであり、
前記バックアップリングの素材はロックウェル硬さが９０ＨＲＲ以上１１０ＨＲＲ以下のポリアミドであることを特徴とするシーリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロッドパッキンとバックアップリングとを備えるシーリングシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種産業機械（例えば、建設機械）に備えられる油圧シリンダなどにおいては、複数のシールを組み合わせたシーリングシステムが用いられている。かかるシーリングシステムにおいては、シリンダ（ハウジング）の軸孔とロッドとの間の環状隙間を封止するために、ロッドパッキンとバックアップリングとを備えるものが知られている。これらロッドパッキンとバックアップリングは、軸孔の内周に設けられた環状溝内に配置される。
【０００３】
ここで、ロッドパッキンは、密封流体（油圧シリンダにおいては油）が大気側に漏れるのを防止する機能を発揮する。ロッドパッキンの素材としては、柔軟性に優れ、軸偏心に対する追随性に優れたニトリルゴム（ＮＢＲ）が適している。
【０００４】
また、バックアップリングは、ロッドパッキンにおける低圧側の内周端部分がロッドと軸孔との間の微小隙間にはみ出すことを抑制する機能を発揮する。バックアップリングの素材としては、強度が高く、ＮＢＲとの硬度差が大きく離れていない四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）が適している。なお、バックアップリングは、圧力を受けると圧縮により変形して、その内周面がロッドに密着することで上記の機能が発揮される。つまり、ロッドパッキンにおける低圧側の内周端部分がバックアップリングの内周面とロッドとの間の微小隙間にはみ出してしまうことが抑制される。そのため、バックアップリングの素材として、ＮＢＲとの硬度差が大きく離れたものを用いると、バックアップリングの内周面がロッドに密着する前に、ロッドパッキンにおける低圧側の内周端部分がバックアップリングの内周面とロッドとの間の微小隙間にはみ出してしまう不具合が生ずる。
【０００５】
ここで、建設機械用の油圧シリンダなど、油圧が高い場合には、ロッドパッキンよりも高圧側に、圧力を緩衝するためのバッファリングが設けられることによって、耐圧性が高められる。しかしながら、経時劣化によってバッファリングの機能が低下すると、バックアップリングがロッドと軸孔との間の微小隙間にはみ出してしまう。また、これに伴ってロッドパッキンにおける低圧側の内周端部分がバックアップリングの内周面とロッドとの間の微小隙間にはみ出してしまう。これにより、ロッドパッキンにおける低圧側の内周端部分が破損してしまい、密封機能が低下してしまうことがある。
【０００６】
このような不具合を解消するために、バックアップリングを、２つ用いる技術も知られている。すなわち、ロッドパッキン側にＰＴＦＥ製のバックアップリングを配置し、これよりも低圧側にＰＴＦＥよりも硬度の高い（ロックウェル硬さが１２３ＨＲＲ程度）ポリアミド製のバックアップリングを配置する技術が知られている。しかしながら、かかる技術の場合には、バックアップリングが２種類必要となるためコストが高くなってしまう。
【０００７】
また、硬度の高い（ロックウェル硬さが１２３ＨＲＲ程度）ポリアミド製のバックアップリングを一つだけ用い、ロッドパッキンとバックアップリングとの硬度差を低くするために、ロッドパッキンの素材を、ＮＢＲよりも硬度の高いウレタンとする技術も知られている。しかしながら、この技術の場合には、耐圧性は向上するものの、ロッドパッキンの硬度が高いために、軸偏心に対する追随性が低下したり、密封性能が低下してしまうなどといった不利な点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３５５７３９号公報
【特許文献２】国際公開番号ＷＯ２００５／１２１６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、部品点数を増やすことなく、かつ優れた密封性能を維持しつつ、耐圧性の向上を図ったシーリングシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
【００１１】
すなわち、本発明のシーリングシステムは、
相対的に往復移動するハウジングと該ハウジングの軸孔内に挿通されたロッドとの間の環状隙間を封止するシーリングシステムであって、
前記軸孔の内周に設けられた環状溝内に配置されるロッドパッキンと、
前記環状溝内であって該ロッドパッキンよりも低圧側に配置され、該ロッドパッキンにおける低圧側の内周端部分が前記ロッドと軸孔との間の微小隙間にはみ出すことを抑制するバックアップリングと、
を備えるシーリングシステムにおいて、
前記ロッドパッキンの素材はニトリルゴムであり、
前記バックアップリングの素材はロックウェル硬さが９０ＨＲＲ以上１１０ＨＲＲ以下のポリアミドであることを特徴とする。
【００１２】
なお、本発明におけるロッドパッキンやバックアップリングの素材に関しては、基本的な材料の性質が変わらない程度に、充填材などの他の物質が含まれる場合も含む。
【００１３】
本発明によれば、ロッドパッキンの素材として、柔軟性に優れ、軸偏心に対する追随性に優れたニトリルゴムを採用しているので、優れた密封性能を維持できる。また、本発明においては、バックアップリングの素材として、ポリアミドの中でも硬度が比較的低い、ロックウェル硬さが９０ＨＲＲ以上１１０ＨＲＲ以下のものを採用している。これにより、バックアップリングの素材として一般的に用いられているＰＴＦＥに比べれば硬度が高く、耐圧性の向上を図りつつ、ロッドパッキンとバックアップリングとの硬度差がそれほど高くはないので、ロッドパッキンのはみ出しを好適に抑制することができる。これにより、バックアップリングを２つ用いる場合のように部品点数を増加することなく、優れた密封性を維持できる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、部品点数を増やすことなく、かつ優れた密封性能を維持しつつ、耐圧性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係るシーリングシステムの使用状態を示す模式的断面図である。
【図２】バックアップリングの硬度が異なる場合における各種の結果を示す表である。
【図３】バックアップリングの硬度と、バックアップリングのはみ出し寸法及びロッドパッキンの破損寸法との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１７】
（実施例）
図１〜図３を参照して、本発明の実施例に係るシーリングシステムについて説明する。なお、本実施例に係るシーリングシステムは、各種油圧シリンダに好適に用いることができる。この場合、以下に説明するハウジングはシリンダに相当し、密封対象流体は油に相当し、流体圧力は油圧に相当する。
【００１８】
＜シーリングシステム＞
特に、図１を参照して、本発明の実施例に係るシーリングシステム全体の構成等について説明する。本実施例に係るシーリングシステムは、ハウジング５０と、ハウジング５０の軸孔内に挿通されたロッド６０との間の環状隙間を封止するために用いられる。ハウジング５０とロッド６０は相対的に往復移動するように構成されている。
【００１９】
本実施例におけるシーリングシステムは、メインシール部１０と、耐圧部２０と、ダストシール部３０とを備えている。ハウジング５０の軸孔の内周には、第１環状溝５１と、第２環状溝５２と、環状切欠部５３とが設けられている。最も高圧となる側に第２環状溝５２が設けられ、最も低圧となる側（本実施例の場合には大気側）に環状切欠部５３が設けられている。そして、第１環状溝５１にメインシール部１０が設けられ、第２環状溝５２に耐圧部２０が設けられ、環状切欠部５３にダストシール部３０が設けられる。
【００２０】
メインシール部１０は、主として、高圧側の密封対象流体が低圧側（大気側）に漏れるのを防止する機能を発揮する。耐圧部２０は、主として、メインシール部１０に対する密封対象流体の流体圧力を緩衝する機能を発揮する。ダストシール部３０は、主として、外部からの異物（埃や塵など）がメインシール部１０側に侵入してしまうことを防止する機能を発揮する。
【００２１】
メインシール部１０は、ロッドパッキン１１と、このロッドパッキン１１よりも低圧側に配置され、ロッドパッキン１１における低圧側の内周端部分Ｘがロッド６０と軸孔との間の微小隙間Ｙにはみ出すことを抑制するバックアップリング１２とから構成される。本実施例においては、ロッドパッキン１１として断面がＵ字形状のＵパッキンを採用しているが、その他の各種パッキンを採用し得る。なお、ロッドパッキン１１は、ロッド６０の表面に摺動自在に設けられる第１シールリップ１１ａと、第１環状溝５１の溝底面に密着する第２シールリップ１１ｂとを備える。
【００２２】
また、本実施例においては、バックアップリング１２として、ワッシャ形状のものを採用している。このバックアップリング１２は、第１環状溝５１における低圧側の側壁面に密着するように配置される。そして、このバックアップリング１２は、圧力を受けると圧縮により変形して、その内周面がロッド６０に密着する。これにより、ロッドパッキン１１における低圧側の内周端部分Ｘがバックアップリング１２の内周面とロッド６０との間の微小隙間にはみ出してしまうことが抑制される。
【００２３】
耐圧部２０は、バッファリング２１と、バッファリング２１の低圧側の内周端部分がロッド６０と軸孔との間の微小隙間にはみ出すことを抑制するバックアップリング２２とから構成される。なお、本実施例においては、バッファリング２１の低圧側の内周端付近に環状の切欠２１ｂが設けられており、この切欠２１ｂにバックアップリング２２が装着さ
れる。
【００２４】
ダストシール部３０は、環状切欠部５３の内周面に嵌合固定される、断面略Ｌ字形状の補強環３１と、この補強環３１に一体的に固定されるゴムシール部３２とを備えるダストシールにより構成される。ゴムシール部３２は、高圧側に伸びる第１リップ３２ａと低圧側（大気側）に伸びる第２リップ３２ｂとを備えている。
【００２５】
＜メインシール部＞
メインシール部について、更に詳細に説明する。上記の通り、メインシール部１０は、ロッドパッキン１１とバックアップリング１２とから構成される。
【００２６】
そして、ロッドパッキン１１の素材として、ニトリルゴム（ＮＢＲ）を採用している。このように、本実施例では、ロッドパッキン１１の素材として、柔軟性に優れ、軸偏心に対する追随性に優れたＮＢＲを採用しているので、優れた密封性能を維持できる。なお、ロッドパッキンの素材として、ウレタンが用いられる場合もある。しかしながら、ウレタンはＮＢＲに比して硬度が高いため、軸偏心に対する追随性が劣る。また。ウレタンは加水分解する性質を有するため、高温高湿化の環境下では劣化してしまう問題がある。更に、「へたり」による寿命の面においても、ウレタンよりもＮＢＲの方が優れている。このように、密封性能の面では、ウレタンよりもＮＢＲの方が優れている。
【００２７】
また、本実施例においては、バックアップリング１２の素材として、ロックウェル硬さが９０ＨＲＲ以上１１０ＨＲＲ以下のポリアミドを採用している。以下、ポリアミドにおいて、ロックウェル硬さが９０ＨＲＲ以上１１０ＨＲＲ以下のものを採用した理由について詳細に説明する。
【００２８】
背景技術の中で説明したように、バックアップリングの素材として、ロックウェル硬さが１２３ＨＲＲ程度のポリアミドを採用した場合には、ロッドパッキンの素材として、ＮＢＲよりも硬度の高いウレタンなどを採用しなければならない。この場合には、耐圧性は高まるものの、密封性能の低下は免れない。
【００２９】
そこで、本実施例においては、バックアップリング１２の素材として、ロックウェル硬さが９０ＨＲＲ以上１１０ＨＲＲ以下のポリアミドを採用している。これにより、バックアップリング１２の強度が、ＰＴＦＥ製のバックアップリングに比して高くなり、耐圧性が向上する。また、バックアップリング１２とＮＢＲ製のロッドパッキン１１との硬度差がそれほど高くはないので、ロッドパッキン１１のはみ出しを好適に抑制することができる。これにより、一つのバックアップリング１２だけで耐圧性を高めることができるので、バックアップリングを２つ用いる場合のように部品点数を増加することもなく、コストが増加してしまうこともない。
【００３０】
ここで、図２には、バックアップリングの素材として、ＰＴＦＥを用いた場合と、ロックウェル硬さの異なる複数種類のポリアミドを用いた場合の各種試験結果を示している。なお、ＰＴＦＥの硬さ（デュロメータ）はＤ７０である。また、ポリアミド製のバックアップリングとして、８５ＨＲＲ（Ｒ８５），１０９ＨＲＲ（Ｒ１０９），１２０ＨＲＲ（１２０Ｒ），１２３ＨＲＲ（Ｒ１２３）のものについての試験結果を示している。ここで、試験に用いたロッド６０の径は７５ｍｍである。また、流体圧力（油圧）は３５ＭＰａである。そして、バックアップリング１２の寸法は、内径が７５ｍｍ、外径が８８ｍｍ、高さ（軸方向の幅）が３ｍｍである。ロッド６０を往復移動させるストロークは１０００ｍｍ、その速度は４００ｍｍ／ｓｅｃで、１００ｋｍ分往復移動させた。また、環境温度は１２０℃に設定した。また、ロッド６０とハウジング５０の軸孔内周との間の微小隙間は０．２５ｍｍに設定した。
【００３１】
試験結果として、表に示すように、「引張強度」と「伸び」と「くわれ」と「はみ出し」について示している。なお、引張強度試験、及び伸び試験の試験方法は、ＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）  Ｄ６３８  （ＪＩＳ  Ｋ  ７１１３）に準じて行っている。
【００３２】
ここで、「くわれ」とは、ロッドパッキン１１における低圧側の内周端部分が、バックアップリング１２の内周面とロッド６０との間の微小隙間にはみ出してしまい、破損する現象を意味している。表中の○は破損が発生していないか、または破損していても密封性能に殆ど影響がない程度の破損であることを示している。また、表中の×は破損が発生しており密封性能に悪影響を与えていることを示している。
【００３３】
また、「はみ出し」とは、バックアップリング１２における低圧側の内周端部分が、ロッド６０と軸孔との間の微小隙間Ｙにはみ出す現象を意味している。表中の数値は、第１環状溝５１における低圧側の側壁面よりも更に低圧側にはみ出した部分の軸方向の長さを示している。また、表中の◎は、はみ出しが発生していないことを示し、○は、はみ出しが発生していても密封性能に殆ど影響がない程度のはみ出しであることを示している。また、表中の×は、はみ出しが発生しており密封性能に悪影響を与えていることを示している。
【００３４】
また、図３には、ポリイミド製のバックアップリングにおいて、ポリイミドのロックウェル硬さ［ＨＲＲ］とバックアップリングのはみ出し［ｍｍ］との関係、及びポリイミドのロックウェル硬さ［ＨＲＲ］とロッドパッキンの破損［ｍｍ］との関係を示している。なお、「バックアップリングのはみ出し［ｍｍ］」は、バックアップリング１２における低圧側の内周端部分のうち、第１環状溝５１における低圧側の側壁面よりも更に低圧側にはみ出した部分の軸方向の長さを示している。また、「ロッドパッキンの破損［ｍｍ］」は、上記の「くわれ」における軸方向の長さを示している。
【００３５】
これら図２，３からも分かるように、バックアップリング１２の素材として、ロックウェル硬さが９０ＨＲＲ以上１１０ＨＲＲ以下のポリアミドを採用することによって、バックアップリング１２のはみ出し、及びロッドパッキン１１の破損（くわれ）のいずれをも密封性能に影響を与えないようにすることができる。
【００３６】
バックアップリング１２の素材として、ロックウェル硬さが９０ＨＲＲ以上１１０ＨＲＲ以下のポリアミドを採用した理由について、更に説明する。最大流体圧力（最大油圧）が３５［ＭＰａ］の場合、バックアップリング１２のロックウェル硬度を、９０［ＨＲＲ］以上にすると良い。これにより、バックアップリングのはみ出しをなくし、あるいは、はみ出しても密封性能への影響をなくすことができる。この大きな理由としては、バックアップリングの寿命は、その高さ（軸方向の幅）の１／３となるまでを目安としていることが挙げられる。
【００３７】
ただし、上記の通り、バックアップリングの硬度が高すぎると、ロッドパッキンとの硬度差が大きくなり、ロッドパッキンの破損の可能性が高くなってしまう。したがって、かかる観点からは、バックアップリングの硬度はできるだけ低いほうが良い。
【００３８】
そこで、本実施例においては、公差などを勘案して、基準を１００ＨＲＲとし、１００ＨＲＲ±１０ＨＲＲ、すなわち下限を９０［ＨＲＲ］、上限を１１０［ＨＲＲ］に設定した。これにより、上記の試験結果からも明らかなように、バックアップリングのはみ出しを抑制すると共に、ロッドパッキンの破損を抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  メインシール部
１１  ロッドパッキン
１１ａ  第１シールリップ
１１ｂ  第２シールリップ
１２  バックアップリング
２０  耐圧部
２１  バッファリング
２１ｂ  切欠
２２  バックアップリング
３０  ダストシール部
３１  補強環
３２  ゴムシール部
３２ａ  第１リップ
３２ｂ  第２リップ
５０  ハウジング
５１  第１環状溝
５２  第２環状溝
５３  環状切欠部
６０  ロッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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