(57)【要約】  【課題】  被シール体への抜き差しに伴うシール面の損傷を抑制し、この損傷に伴うシール性能の劣化を軽減して、長期に亘って良好なシール性能を維持することができるシールリングを提供する。  【解決手段】  外周面に導圧溝12が周設された外環10と、内周面をシール面13として備える内環11とを径方向に積層してシールリング１を構成する。内環11は、外環10よりも高硬度の弾性材料製とし、導圧溝12に導入される圧液の作用による被シール体へのシール面13の押し付けを維持しながら、被シール体への抜き差しに伴うシール面13の損傷を抑制し得るように構成する。【選択図】        図１                                                            
2005083414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性材料製の環体の外周に導圧溝を周設してなり、該導圧溝に導入される圧液の作用により縮径する内周のシール面を被シール体に押し付けて、押し付け部位を液密に封止するシールリングにおいて、
前記導圧溝が周設された外環と前記シール面を含み前記外環よりも高い硬度を有する内環とを径方向に積層して構成してあることを特徴とするシールリング。
【請求項２】
前記外環と前記内環とは、着脱自在に嵌め合わされた別体のリングにより構成してある請求項１記載のシールリング。
【請求項３】
前記内環は、強化繊維の含有により硬度を高めたニトリルゴム製であり、ニトリルゴム製の前記外環との溶着により一体化させてある請求項１記載のシールリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、液圧膨張型のロックボルトの端部に取付けて用いられる圧液導入用のシールヘッドにおいて、前記ロックボルトの周壁に設けた導圧孔の周囲を封止すべく用いられるシールリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル工事に代表される各種の土木工事の現場において、岩盤又は地盤を強化し、崩落を防ぐための有効なツールとして、近年、液圧膨張型のロックボルトが広く用いられている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このロックボルトは、円管の周方向の一箇所及び複数箇所を内側に折り込んでなる膨張用の凹部を軸長方向の全長に亘って備え、両端を液密に閉じて構成された異形断面の管体であり、強化すべき岩盤又は地盤に穿設されたボルト孔中に押し込み、該ボルト孔から外部に突出する一端部に圧液導入用のシールヘッドを取付け、該シールヘッドの外側から導入される圧液（一般的には圧水）を周壁を貫通する導圧孔を経てロックボルトの内部に送り込み、この圧液の作用により前記凹部の伸長復元を伴って膨張するロックボルトの外周を前記ボルト孔の内面に押し付け、周辺の岩盤又は地盤を強化せしめるように使用される。
【０００４】
このようなロックボルトにおけるシールヘッドは、ロックボルトの端部への外嵌が可能な内径を有する円筒形をなすヘッド本体の内側に、圧液の導入部となる導圧リングと、該導圧リングの両側を挾持するシールリングを嵌め込み保持させてなり、ロックボルトへの嵌め込みにより導圧リングの内側に整合する前記導圧孔の両側を、夫々の側にてロックボルトの外周面に弾接する前記シールリングにより封止し、導圧リングを経て導圧孔に送り込まれる圧液の外部への漏れ出しを防止するように構成されている。
【特許文献１】特公平２−５２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、以上の如く構成されたシールヘッドは、岩盤に穿設された各別のボルト孔に押し込まれた多数本のロックボルトの端部に順次抜き差しを繰り返して使用されるため、該ロックボルトの周面をシールするシールリングには、高圧の圧液を確実に封止する高いシール性能が要求されると共に、前述した抜き差しを小なる抵抗下にて容易に行わせることが要求される。
【０００６】
ところが特許文献１に開示されたロックボルトにおいては、前記シールリングとして、導圧リングの逆側をバックアップリングにより補強した一般的なＯリングが用いられており、このシールリングにおいては、高いシール性能を得るべく各部の寸法設定がなされた場合、ロックボルトへの抜き差しに大なる抵抗が生じ、また抜き差しを容易化すべく寸法設定がなされた場合、十分なシール性能が得られなくなるという問題があり、高いシール性能と抜き差しの容易化とを両立するための寸法設定が難しく、また設定寸法を実現するための各部の加工及び組み立てに多大の工数を要するという難点があった。
【０００７】
このような難点を解消するため、本願出願人等は、新規のシールリングを備えるロックボルト用のシールヘッドを特願2002−173318号に提案している。このシールリングは、ニトリルゴム、ウレタンゴム等の弾性材料製の環体の外周面に導圧溝を周設してなり、前述の如く導圧リングの外側から送り込まれるロックボルト膨張用の圧液を前記導圧溝内に導入し、この圧液の作用により縮径する内周のシール面をロックボルトの周面に押し付けてシール作用をなすように構成されている。
【０００８】
このように構成されたシールヘッドにおいて、シールリング内周のシール面は、前記圧液が導入されない通常時には、被シール体としてのロックボルトの外周にわずかな力にて押し付けられているのみであり、シールヘッドのロックボルトへの抜き差しは、シールリングによる軽微な抵抗下にて容易に行わせることができる。また一方、シールリング内周のシール面は、ロックボルトへの取付け後には、該ロックボルトの膨張のために導入される圧液の作用により縮径してロックボルトの外周面に強く押し付けられるから、高いシール性能を発揮することができる。
【０００９】
ところが、ロックボルトへのシールヘッドの抜き差しは、土木工事の現場において作業時間の短縮のために比較的ラフな手順にて行われることが多く、例えば、膨張を終えたロックボルトからの抜き取りが内圧の除去が不完全なまま行われた場合、周面の導圧孔から高速度にて飛び出す圧液の噴流が、抜き出し側に位置するシールリングのシール面に当たり、該シール面が損傷せしめられ、抜き差しの繰り返しに伴ってシール性能が早期に劣化し、シールリングの交換、更には、シールヘッド全体の交換を強いられるという問題があった。
【００１０】
更に、ロックボルトの周壁を貫通する導圧孔は、手持ちドリル等の簡易な穿孔工具を用いた現場作業により形成されるのが一般的であり、この場合、導圧孔の周囲に生じる加工バリの除去が不完全なままシールヘッドの抜き差しが行われ、シールリング内周のシール面が加工バリとの接触により損傷し、該シールリングのシール性能の劣化が助長されることとなる。
【００１１】
なおこの問題は、液圧膨張型のロックボルトのシールヘッドに用いられるシールリングに限らず、被シール体への抜き差しを繰り返す用途に使用されるシールリングの全般において生じる問題である。
【００１２】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、被シール体への抜き差しに伴うシール面の損傷を抑制し、この損傷に伴うシール性能の劣化を軽減して、長期に亘って良好なシール性能を維持することができるシールリングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１発明に係るシールリングは、弾性材料製の環体の外周に導圧溝を周設してなり、該導圧溝に導入される圧液の作用により縮径する内周のシール面を被シール体に押し付けて、押し付け部位を液密に封止するシールリングにおいて、前記導圧溝が周設された外環と前記シール面を含み前記外環よりも高い硬度を有する内環とを径方向に積層して構成してあることを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、径方向に積層された外環と内環とによりシールリングを構成し、シール面を備える内環を外環よりも高硬度の弾性材料製として、導圧溝への導入圧の作用によるシール面の縮径を阻害することなく、被シール体への抜き差しに伴うシール面の損傷を抑制し、シール性能の劣化を軽減する。
【００１５】
また本発明の第２発明に係るシールリングは、第１発明における外環と内環とが、着脱自在に嵌め合わされた別体のリングにより構成してあることを特徴とする。
【００１６】
この発明においては、別体のリングとしてある外環と内環との嵌め合わせによりシールリングを構成し、高硬度の内環の材料の選択範囲を拡げて、シール面の損傷によるシール性能の劣化を一層有効に軽減する。
【００１７】
更に本発明の第３発明に係るシールリングは、第１発明における内環が、強化繊維の含有により硬度を高めたニトリルゴム製であり、ニトリルゴム製の前記外環との溶着により一体化させてあることを特徴とする。
【００１８】
この発明においては、共にニトリルゴム製の外環と内環とを溶着により一体化してシールリングを構成し、取り扱いの簡便さを実現すると共に、内環を、強化繊維の含有により硬度を高めたニトリルゴム製として、溶着による一体化を可能としつつ外環よりも高硬度とし、シール面の損傷によるシール性能の劣化を軽減する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るシールリングにおいては、シール面を備える内環と導圧溝を備える外環とを径方向に積層し、内環を外環よりも高硬度としたから、外環に設けた導圧溝への導入圧の作用による被シール体へのシール面の十分な押し付けを可能としながら、被シール体への抜き差しに伴うシール面の損傷を有効に抑制することができ、良好なシール性能を長期に亘って維持することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るシールリングの一部破断斜視図である。本図に示すシールリング１は、共に弾性材料からなる別体のリングとして構成された外環10と内環11とを内外に嵌め合わせ、径方向に積層してなる２層構造を有している。
【００２１】
外環10は、外周に開口する矩形断面の導圧溝12が全周に亘って周設されたＵ字形の断面形状を有するリングであり、例えば、７０程度のショアーＡ硬度を有するウレタンゴム、ニトリルゴム等のゴム材料製としてある。また内環11は、内周面の全面をシール面13として備え、外環10と略等しい幅を有する薄肉の板状断面を有するリングであり、外環10よりも高い硬度を有し、更に望ましくは、低摩擦係数を有し、耐摩耗性に富む弾性材料、例えば、ＰＴＦＥ（登録商標テフロン）等のフッ素樹脂製としてある。
【００２２】
図２は、外環10と内環11とが分離された状態を示す一部破断斜視図である。外環10への嵌め合わせ部となる内環11の外周には、幅方向の両側を外向きに張り出してなる一対の凸条14，14が周設されている。また内環11への嵌め合わせ部となる外環10の内周には、幅方向の両側面に前記凸条14，14の受容が可能な凹溝15，15が周設されている。
【００２３】
このような外環10と内環11とは、図２中に矢符により示す如く、外環10の内側に幅方向一側から内環11を押し込み、凸条14，14の夫々を凹溝15，15に係合させ、この係合により両環10，11の幅方向の相対移動を拘束せしめて嵌め合わされ、図１に示す如くシールリング１を構成している。なお、前述した硬度を有するゴム材料製の外環10は、小さい力の作用下にて変形させることができ、この外環10への内環11の嵌め込みは、凸条14，14の存在に煩わされることなく、人手によって容易に実現される。
【００２４】
ロックボルト３は、前述した特許文献１等、多くの特許文献に開示されているように、円管の周方向の一又は複数箇所を内側に折り込んでなる膨張用の凹部を軸長方向の全長に亘って備え、両端を液密に閉じて構成された異形断面の管体である。
【００２５】
シールヘッド４は、やや小径化されたロックボルト３の端部に一側から外嵌可能に構成された円筒形の部材であり、該シールヘッド４の内側には、ロックボルト３の嵌め込み側から適長に亘って大径に加工されたシール装着孔40が設けられている。このシール装着孔40には、前述の如く構成されたシールリング１が、導圧リング５及びシールリング６と共に、内奥側に向けてこの順に並べて内嵌され、シール装着孔40の開口部に螺合固定された押えナット41と、シール装着孔40の内奥側端面42との間に挾圧保持されている。
【００２６】
導圧リング５は、内外周に凹溝50，51が周設された矩形断面のリングであり、これらの凹溝50，51は、周方向の一箇所に形成された貫通孔52により相互に連通されている。また導圧リング５の外側の凹溝51は、シールヘッド４の周壁の該当位置に貫通形成された導圧ポート43に連通されている。
【００２７】
シールヘッド４の内側に嵌め込まれたロックボルト３の端部の周壁には、前記凹部に干渉しない周方向位置を内外に貫通する圧液導入孔30が形成されており、導圧リング５の内側の凹溝50は、この圧液導入孔30に連通されている。
【００２８】
本発明に係るシールリング１は、導圧リング５の一側端面と押えナット41の先端面との間にて軸長方向に位置決めされ、内環11の内周に設けたシール面13をロックボルト３の外周に当接させてある。導圧リング５の他側に位置するシールリング６は、シールリング１の外環10と同等のゴム材料からなる一体成形品であり、シールリング１と同様、外周に周設された導圧溝62を備えており、導圧リング５の他側端面とシール装着孔40の内奥側端面42との間にて軸長方向に位置決めされ、内環11の内周に設けたシール面63をロックボルト３の外周に当接させてある。
【００２９】
以上の如く構成されたシールヘッド４は、図３に示す如く、岩盤７に穿設したボルト孔70に押し込まれたロックボルト３の端部に嵌め込み、周面に開口する前記導圧ポート43を適宜の導圧管を介して図示しない圧液発生装置に接続して、該圧液発生装置が発生する圧液を、図３中に矢符により示す如く導圧ポート43に導入せしめて使用される。
【００３０】
このように導入される圧液は、導圧ポート43の内側に位置する導圧リング５の外側の凹溝51に送り込まれ、前記貫通孔52を経て内側の凹溝50に達し、該凹溝50に連通する圧液導入孔30を経てロックボルト３の内側に送り込まれることとなり、前述した断面形状を有するロックボルト３は、このように送り込まれる圧液の作用により、内側に折り込まれた凹部の伸長を伴って膨張し、この膨張によりボルト孔70を押し拡げて、周辺の岩盤７を強化せしめる作用をなす。
【００３１】
この間、導圧リング５の外側の凹溝51に送り込まれる圧液は、外側の隙間を経て両側に漏れ出し、シールリング１の導圧溝12、及びシールリング６の導圧溝62内に導入され、これらの導圧溝12，62の内側に作用する。
【００３２】
図４は、本発明に係るシールリング１のシール動作の説明図であり、導圧溝12内に導入される圧液は、該導圧溝12の内面全体に均等な圧力Ｐを加えるべく作用する。この圧力Ｐの作用により導圧溝12の両側壁は、幅方向両側に拡がり、導圧リング５及び押えナット41の端面に外周縁を押し付け、この押し付け部を液密に封止する。なお、導圧溝12の側壁の外周縁には、図４に示す如く封止リップ16，16が周設されており、前記押し付けによる封止効果を高めるようになしてある。
【００３３】
このような両側の封止により前記圧力Ｐは、導圧溝12の内側に閉じ込められ、この圧力Ｐは、導圧溝12の底面を径方向内向きに押圧し、外環10の内側に嵌め合わされた内環11を縮径させる作用をなし、該内環11内周のシール面13は、被シール体としてロックボルト３の外周面に強く押し付けられ、この押し付け部の両側が液密に封止する作用をなす。
【００３４】
ここで内環11は、高硬度を有する弾性材料製のリングであるが、前述の如く、薄肉の板状断面を有しており、前記圧力Ｐの作用による縮径は支障なくなされ、シール面13の押し付けにより高いシール性能が得られる。ここで、内環11を縮径させる圧力Ｐは、ロックボルト３の膨張用の圧液の保有圧であり、シール面13の押し付け力は、前記圧液の高圧化に伴って強化されることとなり、高圧の圧液の導入下においても安定したシール性が確保される。
【００３５】
導圧リング５の逆側のシールリング６においても同様のシール動作がなされ、導圧リング５に前述の如く送り込まれる圧液は、ロックボルト３の外周面に沿って両側に漏れ出すことがなく、圧液導入孔30を経てロックボルト３の内側に確実に送り込まれ、該ロックボルト３の膨張に供される。
【００３６】
シールヘッド４は、圧液の導入によるロックボルト３の膨張完了後、該ロックボルト３の端部から抜き取り、他のロックボルト３の端部に再度嵌め込んで使用される。この抜き取りは、前述の如く、現場での作業時間の短縮のためにロックボルト３の内部の残圧の除去が不完全なまま行われることがあり、このとき、抜き取り側に位置するシールリング１のシール面13には、圧液導入孔30の形成部位の通過に際し、この圧液導入孔30から高速度にて飛び出す圧液の噴流が当たる。
【００３７】
しかしながら、シールリング１のシール面13は、高硬度の材料からなる内環11に設けてあり、前記噴流の衝突による損傷を軽微に抑えることが可能である。特に、シール面13を有する内環11を、前述の如くＰＴＦＥ製とした場合、損傷程度を一層軽微に抑えることができ、この損傷によるシール性能の劣化を抑制することができる。
【００３８】
また、シールリング１のシール面13には、ロックボルト３からの抜き取りに際し、前述の如く圧液導入孔30の周縁に残された加工バリが接触する虞れがあるが、高硬度の内環11に設けられたシール面13は、加工バリとの接触による損傷も軽微となり、シール性能の劣化大幅に抑制することができる。
【００３９】
従って、本発明に係るシールリング１を備えるシールヘッド４においては、シール性能の劣化を生じることなくロックボルト３への抜き差しの耐用回数を大幅に増すことが可能となる。なお現場での使用実験によれば、３〜５倍程度の耐用回数の増加を達成し得ることが確かめられている。この増加の程度は、前述の如く、ロックボルト３内部の残圧の状態、及び圧液導入孔30周縁の加工バリの形成程度の影響を受ける上、ロックボルト３の周面の付着物、傷等、種々の外的な要因により変化するが、耐用回数の増加を達成し得ることは明らかである。
【００４０】
更に、シール面13を有する内環11をＰＴＦＥ製とした場合、ロックボルト３に対する抜き差しに際しての抵抗をも軽減することができ、シールリング１の耐用回数の増加との相乗効果により、多数本のロックボルト３，３…への圧液導入を強いられる岩盤又は地盤強化作業の能率を大幅に向上することが可能となる。
【００４１】
図５は、本発明に係るシールリングの他の実施の形態を示す一部破断斜視図である。本図に示すシールリング２は、共に弾性材料からなる外環20と内環21とを径方向に積層してなる２層構造を有し、内環21が外嵌20よりも高硬度の材料製としてあり、また、外環20の外周面に導圧溝22が周設され、更に、内環21の内周面をシール面23としてある点については、図１に示すシールリング１と同様である。
【００４２】
このシールリング２の特徴は、外環20が、ニトリルゴム製であり、また内環21が、強化繊維の含有により硬度を高めたニトリルゴム製であって、これらを内外に嵌め合わせ、嵌合周面の溶着により一体化させてあるところにある。
【００４３】
このように構成されたシールリング２は、単一の弾性材料からなる従来のシールリングと同等の簡便な取り扱いが可能である上、シール面23を備える内環21を高硬度としたことにより、シールリング１と同様に、シール面23の損傷に伴うシール性能の劣化を大幅に抑制することができ、前述したロックボルト３用のシールヘッド４へ適用された場合、耐用回数の大幅な増加を達成することができる。
【００４４】
シールリング２を構成する外環20及び内環21は、ニトリルゴムに限らず、溶着による強固な一体化が可能なゴム材料製とすることが可能であるが、ウレタンゴム等の溶着が難しいゴム材料とする場合には、図１及び図２に示すシールリング１のように、外環10及び内環11を別体のリングとし、内環11を樹脂製とする等、該内環11の材料の選択範囲を拡げるのが望ましい。
【００４５】
なお以上の実施の形態においては、液圧膨張型のロックボルト３の端面に抜き差しされるシールヘッド４への適用例について述べたが、本発明に係るシールリング１，２は、被シール体への被シール体への抜き差しを繰り返す用途全般に使用可能であり、同様の効果が得られること言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係るシールリングの一部破断斜視図である。
【図２】図１に示すシールリングの外環と内環とが分離された状態での一部破断斜視図である。
【図３】本発明に係るシールリングの適用例を示す図である。
【図４】本発明に係るシールリングのシール動作の説明図である。
【図５】本発明に係るシールリングの他の実施の形態を示す一部破断斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，２    シールリング
10，20    外環
11，21    内環
12，22    導圧溝
13，23    シール面
【図１】
2005083414.tif 000003
【図２】
2005083414.tif 000004
【図３】
2005083414.tif 000005
【図４】
2005083414.tif 000006
【図５】
2005083414.tif 000007