(57)【要約】【課題】軸方向両側の圧力関係によって装着溝４１内でシールリング１が円滑に移動することができ、これによって、吹き抜け漏れを有効に防止し得る密封装置を提供する。【解決手段】互いに同心的かつ相対運動可能に配置された外周部材３と内周部材４の対向周面のうち一方の周面４ａに円周方向へ連続して形成された装着溝４１内に装着される密封装置であって、他方の周面３ａと摺動可能に配置されるシールリング１と、このシールリング１と装着溝４１の底面４１ｃとの間に介在されるバックリング２を備え、シールリング１の端面１ａ，１ｂに、装着溝４１の側面４１ａ，４１ｂとの対向領域内と対向領域外の間を延びる圧力導入溝１１，１２と、前記対向領域内で円周方向へ延びると共に圧力導入溝１１，１２と連通する受圧溝１３，１４が形成されたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに同心的かつ相対運動可能に配置された外周部材と内周部材の対向周面のうち一方の周面に円周方向へ連続して形成された装着溝内に、他方の周面と摺動可能に配置されるシールリングと、このシールリングと前記装着溝の底面との間に介在されるバックリングを備え、前記シールリングの端面に、前記装着溝の側面との対向領域内と対向領域外の間を延びる圧力導入溝と、前記対向領域内で円周方向へ延びると共に前記圧力導入溝と連通する受圧溝が形成されたことを特徴とする密封装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば油圧機器などに用いられる密封装置であって、特に、低摩擦樹脂材からなるシールリングを、弾性を有するバックリングで支持した構造のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば油圧機器のピストンやピストンロッドの外周隙間を密封するための密封装置として、従来から、図６に示すようなものがある。この図６において、参照符号２００は油圧機器などのシリンダ、参照符号３００はこのシリンダ２００の内周に軸方向往復動可能に挿通されたピストンである。
【０００３】
密封装置１００は、ピストン３００の外周面３００ａに形成された装着溝３０１に装着されており、シリンダ２００の内周面に対して摺動可能に密接されるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の低摩擦の合成樹脂からなるシールリング１０１と、その内周側に位置するゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるバックリング１０２を備える。なお、図６と近似する構成を備える密封装置としては、下記の特許文献に開示されたものがある。
【０００４】
シールリング１０１の両端面１０１ａ，１０１ｂには、それぞれ複数の圧力導入溝１０１ｃ，１０１ｄが形成されている。この圧力導入溝１０１ｃ，１０１ｄは、端面１０１ａ，１０１ｂの外径端からピストン３００の外周面３００ａよりも内径側まで延びるものであって、互いに異なる位相上に形成されている。
【０００５】
上記構成を備える密封装置１００は、図７に示すように、例えば軸方向一側（図中右側）からの油圧をＰ１、軸方向他側（図中左側）からの油圧をＰ２とすると、Ｐ１＞Ｐ２である場合は、シールリング１０１及びバックリング１０２が装着溝３０１の側面３０１ａに押し付けられると共に、このバックリング１０２に生じる径方向拡張力によって、シールリング１０１の外周面がシリンダ２００の内周面２００ａに対して摺動可能に押し付けられ、バックリング１０２の外周面及び内周面がシールリング１０１の内周面及び装着溝３０１の底面３０１ｃに密接され、これによってシール性が確保される。
【０００６】
また、図７に示す状態から軸方向両側の圧力関係が逆転してＰ１＜Ｐ２となった場合は、油圧Ｐ２がシールリング１０１の圧力導入溝１０１ｃに導入されることによって、図８に示すように、シールリング１０１の端面１０１ａのうちピストン３００の外周面３００ａより外径側の領域（受圧面Ｓ１）だけでなく、圧力導入溝１０１ｃのうちピストン３００の外周面３００ａより内径側の領域（受圧面Ｓ２）にも油圧Ｐ２が軸方向の推力として作用するので、この油圧Ｐ２がシールリング１０１及びバックリング１０２の端面へ導入され、シールリング１０１及びバックリング１０２が、図９に示すように装着溝３０１内を低圧側（図中右側）へ移動して側面３０１ｂに押し付けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１７４１０５号公報
【特許文献２】ＷＯ２００８／１２６８６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが上記従来の密封装置１００によれば、例えば図７に示す状態からＰ１＜Ｐ２となっても、シールリング１０１の端面１０１ｂに作用している油圧Ｐ１による背圧の受圧面（シールリング１０１の軸方向投影面）Ｓ３が、シールリング１０１の端面１０１ａに作用する油圧Ｐ２の受圧面Ｓ１＋Ｓ２より著しく大きいため、油圧Ｐ１とＰ２の圧力差が小さい場合は、シールリング１０１を図中右側へ向けて移動させる推力Ｐ２（Ｓ１＋Ｓ２）が、背圧による抗力Ｐ１Ｓ３より小さい状態となりやすく、したがってシールリング１０１が移動することができなくなる。このため、装着溝３０１内へ油圧Ｐ２が導入されにくく、その結果、油圧によるバックリング１０２の径方向拡張力が得られず、シリンダ２００の内周面２００ａに対するシールリング１０１の密接力が不足して吹き抜け漏れを生じるおそれがある。そしてこの吹き抜け漏れは、いったん発生すると多量の漏れが長時間続く場合もあり、厄介な現象である。
【０００９】
また、この吹き抜け漏れは、油圧Ｐ１又は油圧Ｐ２の上昇によってシールリング１０１の一部がシリンダ２００の内周面２００ａとピストン３００の外周面３００ａの間の隙間へはみ出した場合や、シールリング１０１及びバックリング１０２の締め代が低下した場合にも発生しやすくなる。
【００１０】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、軸方向両側の圧力関係によって装着溝内でシールリングが円滑に移動することができ、これによって、吹き抜け漏れを有効に防止し得る密封装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、本発明に係る密封装置は、互いに同心的かつ相対運動可能に配置された外周部材と内周部材の対向周面のうち一方の周面に円周方向へ連続して形成された装着溝内に、他方の周面と摺動可能に配置されるシールリングと、このシールリングと前記装着溝の底面との間に介在されるバックリングを備え、前記シールリングの端面に、前記装着溝の側面との対向領域内と対向領域外の間を延びる圧力導入溝と、前記対向領域内で円周方向へ延びると共に前記圧力導入溝と連通する受圧溝が形成されたものである。
【００１２】
上記構成において、シールリングの軸方向一方の端面が装着溝の軸方向一方の側面に密接した状態において、シールリングの軸方向一方からの流体圧力が、このシールリングに背圧として作用している軸方向他方の流体圧力より高くなると、高圧側の流体圧力は、前記端面における装着溝の側面との対向領域外、言い換えれば内周部材と外周部材の対向周面間の隙間に露出した面に作用し、さらに、この面から前記装着溝の側面との対向領域内へ延びる圧力導入溝を介して、前記対向領域内で円周方向へ延びる受圧溝へ導入されるので、シールリングを装着溝の軸方向他方の側面へ向けて移動させる推力として作用する前記高圧側の流体圧力の受圧面積が大きく、シールリングの移動が円滑に行われる。このため、装着溝内への高圧側の流体圧力の導入が速やかに行われ、この流体圧力を受けることによりバックリングに発生する径方向拡張力によって、シールリングの密接力も高まり、優れたシール性が確保される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る密封装置によれば、軸方向両側の圧力関係の可逆変化に応じたシールリングの移動が円滑に行われ、流体圧力によるバックリングの径方向拡張力が確実に得られるので、吹き抜け漏れを有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態の概略構成を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。
【図２】本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態におけるシールリングの正面図、背面図及びＡ−Ｏ−Ｂ断面図である。
【図３】本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態においてシールリング及びバックリングが装着溝内の一方の側面に密接した状態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。
【図４】本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態におけるシールリングの受圧面を示す説明図である。
【図５】本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態においてシールリング及びバックリングが図３と反対側の側面に密接した状態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。
【図６】従来例に係る密封装置の概略構成を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。
【図７】従来例に係る密封装置においてシールリング及びバックリングが装着溝内の一方の側面に密接した状態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。
【図８】従来例に係る密封装置におけるシールリングの受圧面を示す説明図である。
【図９】従来例に係る密封装置においてシールリング及びバックリングが装着溝内の他方の側面に密接した状態を、軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。まず図１は本発明に係る密封装置の好ましい実施の形態の概略構成を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。
【００１６】
この図１において、参照符号３はシリンダ、参照符号４はこのシリンダ３の内周に同心的かつ軸方向移動可能に配置されたピストンで、ピストン４の外周面４ａには円周方向へ連続した装着溝４１が形成されており、装着溝４１内には本発明に係る密封装置が装着されている。なお、シリンダ３は請求項１に記載の外周部材に相当するものであり、ピストン４は請求項１に記載の内周部材に相当するものである。
【００１７】
本発明に係る密封装置は、低摩擦係数の合成樹脂、典型的にはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなるシールリング１と、このシールリング１と装着溝４１の底面４１ｃとの間に介在されたゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）からなるバックリング２を備える。
【００１８】
シールリング１は外周面及び内周面が円筒面をなすものであって、内径がピストン４の外周面４ａより小径かつ装着溝４１の底面４１ｃより大径であると共に、外径がピストン４の外周面４ａよりわずかに大径であり、装着溝４１に軸方向移動可能な状態で保持されており、外周面がシリンダ３の内周面３ａに摺動可能に密接されている。シールリング１の軸方向両端面１ａ，１ｂには、それぞれ圧力導入溝１１，１２と、受圧溝１３，１４が形成されている。受圧溝１３，１４は円周方向へ延びるものであり、圧力導入溝１１，１２は、受圧溝１３，１４から径方向へ延びて、外径端がシールリング１の外径に達している。なお、シリンダ３の内周面３ａ及びピストン４の外周面４ａは、請求項１に記載された対向周面に相当するものである。
【００１９】
圧力導入溝１１，１２は、シールリング１の端面１ａ，１ｂのうち装着溝４１の側面４１ａ，４１ｂとの対向領域内と対向領域外の間を延びており、受圧溝１３，１４は、前記対向領域内、言い換えればピストン４の外周面４ａよりも内径側に位置している。また、図２に示すように、圧力導入溝１１，１２は、それぞれ１８０度対称位置に各一対、かつ互いに９０度異なる位相上に形成されている。
【００２０】
圧力導入溝１１，１２を互いに９０度異なる位相上に形成している理由は、同じ位相上に形成した場合、圧力導入溝１１，１２間がくびれた形状となって、拡張力を受けた場合に応力が集中しやすくなってしまうからである。図示の例では、圧力導入溝１１，１２は、それぞれ１８０度対称位置に各一対形成されているため、互いに最も離れた位置となるように、９０度異なる位相上に形成している。
【００２１】
バックリング２は、断面形状が略長方形又は略正方形をなす、いわゆる角リングであって、装着溝４１に軸方向移動可能な状態で保持されており、外周面がシールリング１の内周面に摺動可能に密接されると共に、内周面が装着溝４１の底面４１ｃに摺動可能に密接されている。
【００２２】
図３は、シールリング１及びバックリング２が図中右側からの油圧Ｐ１によって装着溝４１における図中左側の側面４１ａに密接した状態を示している。この状態において、図中左側からシリンダ３の内周面３ａとピストン４の外周面４ａの間の隙間を介して作用する油圧Ｐ２が、シールリング１及びバックリング２に図中右側から背圧として作用している油圧Ｐ１よりも所定値以上高くなると、この場合の正圧である油圧Ｐ２は、図中左側を向いたシールリング１の端面１ａのうちピストン４の外周面４ａより外径側の領域（装着溝４１の側面４１ａとの対向領域外）に作用し、そこから圧力導入溝１１を介して、ピストン４の外周面４ａより内径側の領域（装着溝４１の側面４１ａとの対向領域）内で円周方向へ延びる受圧溝１３へ導入される。
【００２３】
すなわち、シールリング１を装着溝４１における図中右側の側面４１ｂへ向けて移動させる推力としてシールリング１の端面１ａに作用する油圧Ｐ２の受圧面Ｓは、図４に多数の点々を付して示すように、ピストン外周面４ａより外径側の領域Ｓ１に加え、圧力導入溝１１を介してピストン外周面４ａより内径側の領域にある受圧溝１３の全域に及ぶため、背圧Ｐ１の受圧面（シールリング１の軸方向投影面）Ｓ３よりは小さいものの、図８に示す従来構造における受圧面Ｓ１＋Ｓ２に比較して大幅に増大する。したがって、正圧である油圧Ｐ１と背圧である油圧Ｐ２の圧力差が小さくても、シールリング１を低圧側である図中右側へ移動させる推力Ｐ２Ｓが、背圧による抗力Ｐ１Ｓ３より小さい状態になりにくく、したがってシールリング１の移動が円滑に行われる。
【００２４】
そしてこのシールリング１の移動に伴い、装着溝４１の側面４１ａとシールリング１の端面１ａとの間に隙間を生じて、装着溝４１の側面４１ａとバックリング２との間へ正圧としての油圧Ｐ２が速やかに導入され、図５に示すように、バックリング２もシールリング１と共に装着溝４１内を図中右側へ向けて移動する。
【００２５】
その結果、シールリング１及びバックリング２が装着溝４１の図中右側の側面４１ｂに押し付けられると共に、側面４１ｂに押し付けられることによりバックリング２に生じる径方向拡張力によって、シールリング１の外周面がシリンダ３の内周面３ａに対して摺動可能に押し付けられ、バックリング２の外周面及び内周面がシールリング１の内周面及び装着溝４１の底面４１ｃに押し付けられ、優れたシール性が確保される。
【００２６】
またこのとき、図中右側を向いたシールリング１の端面１ｂは、装着溝４１の図中右側の側面４１ｂに対して、受圧溝１４の内径側の、円周方向へ連続したシール面ばかりでなく、受圧溝１４の外径側の領域の一部も密接されるため、油圧Ｐ２が高圧になっても、前記シール面にのみ荷重が集中することがなく、したがってシールリング１の変形が抑制される。
【００２７】
次に、この状態から再び圧力関係が逆転して、図中右側からの油圧Ｐ１が、図中左側からの油圧Ｐ２より相対的に高くなった場合も同様であり、すなわちシールリング１を装着溝４１における図中左側の側面４１ａへ向けて移動させる推力としてシールリング１の端面１ｂに作用する油圧Ｐ１の受圧面積は、図４に多数の点々を付して示すように、ピストン外周面４ａより外径側の領域Ｓ１に加え、圧力導入溝１２を介してピストン外周面４ａより内径側の領域にある受圧溝１４の全域に及ぶため、この場合の正圧である油圧Ｐ１と背圧である油圧Ｐ２の圧力差が小さくても、シールリング１を低圧側である図中左側へ移動させる推力Ｐ１Ｓが、背圧による抗力Ｐ２Ｓ３より小さい状態になりにくく、したがってシールリング１の移動が円滑に行われる。
【００２８】
そしてこのシールリング１の移動に伴い、装着溝４１の側面４１ｂとシールリング１の端面１ｂとの間に隙間を生じて装着溝４１の側面４１ｂとバックリング２との間へ油圧Ｐ１が速やかに導入され、図３に示すように、バックリング２もシールリング１と共に装着溝４１内を図中左側へ向けて移動する。
【００２９】
その結果、シールリング１及びバックリング２が装着溝４１の図中左側の側面４１ａに押し付けられると共に、側面４１ａに押し付けられることによりバックリング２に生じる径方向拡張力によって、シールリング１の外周面がシリンダ３の内周面３ａに対して摺動可能に押し付けられ、バックリング２の外周面及び内周面がシールリング１の内周面及び装着溝４１の底面４１ｃに押し付けられる。
【００３０】
またこのとき、図中左側を向いたシールリング１の端面１ａは、装着溝４１の図中左側の側面４１ａに対して、受圧溝１３の内径側の、円周方向へ連続したシール面ばかりでなく、受圧溝１３の外径側の領域の一部も密接されるため、図中右側からの油圧Ｐ１が高圧になっても、前記シール面にのみ荷重が集中することがなく、したがってシールリング１の変形が抑制される。
【００３１】
したがって、本発明の密封装置によれば、軸方向両側の油圧Ｐ１，Ｐ２の変化に応じたシールリング１及びバックリング２の移動が円滑に行われるのに加え、シールリング１及びバックリング２の密接力が不足して吹き抜け漏れを生じるといったおそれがなくなり、さらには油圧によるシールリング１の変形や、シリンダ３の内周面３ａとピストン４の外周面４ａの間の隙間へのシールリング１のはみだしが抑制され、優れたシール性が確保される。
【００３２】
なお、図示の形態では内周部材としてのピストン４の外周面４ａに形成された装着溝４１内に、外周部材としてのシリンダ３の内周面３ａと摺動可能なシールリング１と、このシールリング１と前記装着溝４１の底面４１ｃとの間に介在されるバックリング２を備えるものについて説明したが、これとは逆に、外周部材の内周面に形成された装着溝に、内周部材の外周面と摺動可能なシールリングと、前記装着溝の底面との間に介在されるバックリングを備えるものについても、本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  シールリング
１ａ，１ｂ  端面
１１，１２  圧力導入溝
１３，１４  受圧溝
２  バックリング
３  シリンダ（外周部材）
４  ピストン（内周部材）
４１  装着溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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