(57)【要約】【課題】両側の流体圧力の高低が入れ替わった直後からシール機能を発揮させることができ、また、キャビテーションの発生を抑制可能とする密封装置を提供する。【解決手段】相対的に往復移動するピストン２００とシリンダ３００のうちのピストン２００に設けられた環状溝２１０内で往復移動可能な状態で配置され、これらピストン２００とシリンダ３００との間の環状隙間を封止すると共に、両側の流体圧力の高低が交互に入れ替わる環境で用いられる密封装置１００であって、樹脂製のシールリング１１０と、弾性反発力によりシールリング１１０をシリンダ３００の内周表面に向けて押圧する弾性体製のバックリング１２０と、シールリング１１０の両側にそれぞれ設けられる樹脂製のバックアップリング１３０と、を備え、バックアップリング１３０の両側面には、表面全体にそれぞれ凹凸が形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
2016121718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に往復移動する２部材のうちの一方の部材に設けられた環状溝内で往復移動可能な状態で配置され、これら２部材間の環状隙間を封止すると共に、両側の流体圧力の高低が交互に入れ替わる環境で用いられる密封装置であって、
前記２部材のうちの他方の部材表面に摺動自在に設けられる樹脂製のシールリングと、
該シールリングと前記環状溝の溝底に密着して、弾性反発力により前記シールリングを前記他方の部材表面に向けて押圧する弾性体製のバックリングと、
前記シールリングの両側にそれぞれ設けられ、該シールリングの前記環状溝の外側へのはみ出しを抑制する樹脂製のバックアップリングと、
を備え、
前記バックアップリングの両側面には、表面全体にそれぞれ凹凸が形成されていることを特徴とする密封装置。
【請求項２】
前記バックアップリングにおける両側面の表面に形成されている凹部は連続的に繋がっており、該表面に形成されている凸部はそれぞれ独立した状態で複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
【請求項３】
前記バックリングは、
前記環状溝の溝底に密着する第１環状部と、
第１環状部の中央に設けられ、前記シールリングに密着し、かつ第１環状部よりも軸線方向の幅が狭い第２環状部と、を備え、
前記バックアップリングは、前記シールリングの側面と、前記バックリングにおける第２環状部の側面と、前記バックリングにおける第１環状部の周面に対してそれぞれ密着することを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。
【請求項４】
前記バックアップリングにおける両側面の表面に形成されている凹部の深さは、前記シールリングにおける表面粗さによる凹凸の高低差、及び前記バックリングにおける表面粗さによる凹凸の高低差よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の密封装置。
【請求項５】
前記バックアップリングにおける両側面の表面に形成されている凹部の深さは、前記バックリングの表面が前記バックアップリングの両側面に形成されている凹凸に倣うように変形しても破損しない範囲内に設計されていることを特徴とする請求項３または４に記載の密封装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対的に往復移動する２部材間の環状隙間を封止する密封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧シリンダなどに用いられる密封装置においては、相対的に往復移動する２部材（ピストンとシリンダ）間の環状隙間を封止する役割を担っている。このような従来例に係る密封装置について、図４を参照して説明する。図４は従来例に係る密封装置の使用状態を示す模式的断面図である。
【０００３】
図示の密封装置５００は、ピストン２００に設けられた環状溝２１０内で往復移動可能な状態で配置され、ピストン２００とシリンダ３００との間の環状隙間を封止する機能を発揮する。また、密封装置５００の両側の流体圧力（以下、適宜、単に「圧力」と称する）の高低は交互に入れ替わるように構成されている。そして、密封装置５００は、樹脂製のシールリング５１０と、シールリング５１０をシリンダ３００の内周表面に向けて押圧する弾性体製のバックリング５２０と、シールリング５１０の両側にそれぞれ設けられる樹脂製のバックアップリング５３０とから構成される。
【０００４】
以上のように構成される密封装置５００において、図中左側の圧力が右側の圧力よりも高い状態では、シールリング５１０と、バックリング５２０と、右側のバックアップリング５３０が右側（つまり低圧側）に移動する。シールリング５１０に対しては、バックリング５２０による押圧力に加えて、内周面側からの流体圧力も加わり、シリンダ３００の内周表面に対して十分に密着した状態となり、シール性が発揮される。また、バックアップリング５３０によって、隙間が埋められた状態となり、シールリング５１０が、環状溝２１０の外側にはみ出してしまうことが抑制される。また、図中右側の圧力が左側の圧力よりも高くなると、シールリング５１０と、バックリング５２０と、左側のバックアップリング５３０が左側（つまり低圧側）に移動し、同様の機能が発揮される。
【０００５】
ここで、例えば最大４０ＭＰａ程度の高圧条件下で密封装置５００が用いられる場合には、バックアップリング５３０が、バックアップリング５３０に密着する部材に対して張り付いてしまうことがある（図４中、Ｙ部参照）。特に、バックアップリング５３０は環状溝２１０の側壁面に対して張り付いてしまい易い。そのため、両側の圧力の高低が入れ替わっても、シールリング５１０等が直ぐに反対側に移動しない場合がある。
【０００６】
図４においては、図中左側の圧力が高い状態から右側の圧力Ｐが高い状態に入れ替わった直後の状態を示している。上記のように、バックアップリング５３０が環状溝２１０の側壁面に対して張り付いたまま、シールリング５１０等が図中左側に直ぐに移動しない場合には、シールリング５１０によるシール機能が未だ十分に発揮されていない状態で右側の圧力が高くなり、流体が図中左側に吹き抜けてしまうことがある（図中、矢印Ｘ参照）。この場合には、ピストン２００の作動遅れなどの作動不良が発生してしまう。
【０００７】
また、キャビテーションによる環状溝２１０の側壁面の損傷により、バックアップリング５３０の機能が低下してしまう問題もある。すなわち、バックアップリング５３０が環状溝２１０の側壁面に対して張り付いてしまうと、差圧がかなり高くなった状態で、バックアップリング５３０は環状溝２１０の側壁面から勢い良く離れていく。そのため、これらの間には急激な負圧が発生するため、気泡が発生し、この気泡が破裂して衝撃波が発生する。このようにしてキャビテーションが発生することで、環状溝２１０の側壁面が経時的に損傷してしまう。ピストン２００の外周面に軸受機能を備えさせるために、ピストン
２００の少なくとも１部が黄銅により構成され、環状溝２１０の側壁面が黄銅により構成される場合がある。黄銅は軟質材であるため、上記のようなキャビテーションが発生すると、損傷してしまい易い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開昭５８−７０５０４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、両側の流体圧力の高低が入れ替わった直後からシール機能を発揮させることができ、また、キャビテーションの発生を抑制可能とす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】
【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、本発明の密封装置は、
相対的に往復移動する２部材のうちの一方の部材に設けられた環状溝内で往復移動可能な状態で配置され、これら２部材間の環状隙間を封止すると共に、両側の流体圧力の高低が交互に入れ替わる環境で用いられる密封装置であって、
前記２部材のうちの他方の部材表面に摺動自在に設けられる樹脂製のシールリングと、
該シールリングと前記環状溝の溝底に密着して、弾性反発力により前記シールリングを前記他方の部材表面に向けて押圧する弾性体製のバックリングと、
前記シールリングの両側にそれぞれ設けられ、該シールリングの前記環状溝の外側へのはみ出しを抑制する樹脂製のバックアップリングと、
を備え、
前記バックアップリングの両側面には、表面全体にそれぞれ凹凸が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、バックアップリングの両側面には、表面全体に凹凸が形成されているので、バックアップリングが、環状溝の側壁面、シールリング及びバックリングに対して張り付いてしまうことを抑制することができる。これにより、両側の流体圧力の高低が入れ替わった直後に、バックアップリングが環状溝の側壁面から離れて、シールリング等は低圧側に移動し、シールリング等に流体圧力がかかる。従って、両側の流体圧力の高低が入れ替わった直後からシール機能が発揮されるため、吹き抜け現象の発生を抑制することができる。また、両側の流体圧力の高低が入れ替わった直後に、バックアップリングが環状溝の側壁面から離れることで、キャビテーションの発生を抑制させることができる。
【００１３】
前記バックアップリングにおける両側面の表面に形成されている凹部は連続的に繋がっており、該表面に形成されている凸部はそれぞれ独立した状態で複数設けられているとよい。
【００１４】
これにより、流体が凹部を流れることができるので、バックアップリングが、環状溝の側壁面、シールリング及びバックリングに対して張り付いてしまうことを、より確実に抑制することができる。
【００１５】
前記バックリングは、
前記環状溝の溝底に密着する第１環状部と、
第１環状部の中央に設けられ、前記シールリングに密着し、かつ第１環状部よりも軸線
方向の幅が狭い第２環状部と、を備え、
前記バックアップリングは、前記シールリングの側面と、前記バックリングにおける第２環状部の側面と、前記バックリングにおける第１環状部の周面に対してそれぞれ密着するとよい。
【００１６】
前記バックアップリングにおける両側面の表面に形成されている凹部の深さは、前記シールリングにおける表面粗さによる凹凸の高低差、及び前記バックリングにおける表面粗さによる凹凸の高低差よりも大きいとよい。
【００１７】
これにより、バックアップリングとシールリングとが張り付いてしまうこと、及びバックアップリングとバックリングが張り付いてしまうことを、より確実に抑制することができる。
【００１８】
前記バックアップリングにおける両側面の表面に形成されている凹部の深さは、前記バックリングの表面が前記バックアップリングの両側面に形成されている凹凸に倣うように変形しても破損しない範囲内に設計されているとよい。
【００１９】
これにより、バックアップリングの表面に凹凸が形成されていても、バックリングの表面が破損してしまうことはない。
【００２０】
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、両側の流体圧力の高低が入れ替わった直後からシール機能を発揮させることができ、また、キャビテーションの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。
【図２】図２は本発明の実施例に係るバックアップリングの概略図である。
【図３】図３は本発明の実施例に係る密封装置の使用状態を示す模式的断面図である。
【図４】図４は従来例に係る密封装置の使用状態を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
（実施例）
図１〜図３を参照して、本発明の実施例に係る密封装置について説明する。本実施例に係る密封装置１００は、相対的に往復移動する２部材のうちの一方の部材に設けられた環状溝内で往復移動可能な状態で配置される。そして、本実施例に係る密封装置１００は、これら２部材間の環状隙間を封止すると共に、両側の流体圧力の高低が交互に入れ替わる環境で用いられる。本実施例においては、密封装置が油圧シリンダに用いられた場合を例にして説明する。この場合、上記２部材のうちの一方の部材はピストン２００であり、他方の部材はシリンダ３００である。
【００２５】
＜密封装置の全体構成＞
特に、図１を参照して、本実施例に係る密封装置１００の全体構成について説明する。図１は本実施例に係る密封装置１００の模式的断面図である。なお、本実施例に係る密封装置１００を構成する複数の部材は、いずれも回転対称形状であり、図１では、密封装置１００を構成する各種部材の中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。また、各部材の配置構成及び寸法関係が分かり易いように、各部材については、外力を受けていない状態を示している。これにより、部材同士の一部は互いに重なるように図示されている。また、ピストン２００及びシリンダ３００については、その表面の位置が点線で示されている。
【００２６】
密封装置１００は、ピストン２００に設けられた環状溝２１０内で往復移動可能な状態で配置される。この密封装置１００は、樹脂製（例えば、ＰＴＦＥ製）のシールリング１１０と、ゴムなどの弾性体製のバックリング１２０と、一対の樹脂製（例えば、ナイロン製）のバックアップリング１３０とから構成される。シールリング１１０は、シリンダ３００の内周表面に対して摺動自在に設けられる。バックリング１２０は、シールリング１１０の内周表面と環状溝２１０の溝底２１２に密着して、弾性反発力によりシールリング１１０をシリンダ３００の内周表面に向けて押圧する機能を発揮する。バックアップリング１３０は、シールリング１１０の両側にそれぞれ設けられ、シールリング１１０の環状溝２１０の外側へのはみ出しを抑制する機能を発揮する。
【００２７】
また、バックリング１２０は、環状溝２１０の溝底２１２に密着する第１環状部１２１と、第１環状部１２１の中央に設けられ、シールリング１１０に密着し、かつ第１環状部１２１よりも軸線方向の幅が狭い第２環状部１２２とを備えている。そして、バックアップリング１３０は、シールリング１１０の側面と、バックリング１２０における第２環状部１２２の側面と、バックリング１２０における第１環状部１２１の外周表面１２１ａに対してそれぞれ密着するように構成されている。
【００２８】
次に、密封装置１００を構成する各部材について、外力を受けていない状態における寸法関係について説明する。シールリング１１０の外径は、シリンダ３００の内径よりも大きい。これにより、シールリング１１０の外周表面１１１は、シリンダ３００の内周表面に密着する。シールリング１１０の内径は、バックリング１２０の最大外径よりも小さい。また、バックリング１２０の内径は、環状溝２１０の溝底２１２の外径よりも小さい。これにより、バックリング１２０の外周表面１２２ａはシールリング１１０の内周表面１１２に密着し、バックリング１２０の内周表面１２１ｂは環状溝２１０の溝底２１２に密着する。そして、バックリング１２０は径方向に圧縮された状態となり、上記の通り、弾性反発力によりシールリング１１０をシリンダ３００の内周表面に向けて押圧する機能を発揮する。バックアップリング１３０の外径はシリンダ３００の内径より小さく、バックアップリング１３０の内径は、バックリング１２０における第１環状部１２１の外周表面１２１ａの外径よりも大きい。これにより、外力が作用していない状態においては、バックアップリング１３０の外周表面１３１はシリンダ３００から離れており、バックアップリング１３０の内周表面１３２は、第１環状部１２１の外周表面１２１ａから離れている。
【００２９】
＜バックアップリング＞
特に図２を参照して、バックアップリング１３０について、より詳細に説明する。図２は本発明の実施例に係るバックアップリングの概略図であり、同図左側にはバックアップリング１３０の側面図を示しており、同図右側にはその一部を拡大した図を示している。
【００３０】
本実施例に係るバックアップリング１３０の両側の側面１３３には、表面全体にそれぞれ凹凸（微細な凹凸）１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃが形成されている。なお、図２中の右側には、それぞれ異なるパターンの凹凸１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃが示されており
、各図における線の部分が凹部であり、白抜きの部分が凸部に相当する。バックアップリング１３０を成形した後に、後加工により凹凸１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃを形成することもできるが、バックアップリング１３０を成形する金型の製品面に微細な凹凸を設ける、いわゆる「しぼ加工」を施すことで、側面１３３の表面全体に簡単に凹凸１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃを形成することができる。
【００３１】
ここで、凹凸１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃにおける凹部は、密封対象である流体（ここでは、油）を導入する役割を担っている。導入された流体が凹部を流れるように構成するのが望ましいため、凹部は連続的に繋がるように構成するのが望ましい。この場合、側面１３３の表面に形成されている凸部はそれぞれ独立した状態で複数設けられる。凹凸１３４ａにおいては、多数の凹部がランダムに配置されるパターンを示している。凹凸１３４ｂにおいては、凹部が格子状に設けられるパターンを示している。凹凸１３４ｃにおいては、凹部が千鳥状に設けられるパターンを示している。本発明における凹凸に関しては、これらの図示の例に限定されることはなく、各種のパターンを採用し得る。なお、側面１３３の表面全体に設けられた凹部が、必ずしも全て一つに繋がっている必要はない。ただし、凹部がそれぞれ独立した状態で複数設けられる構成（例えば、ドット状の複数の凹部が設けられる構成）は、あまり望ましくない。すなわち、そのような構成の場合には、各凹部で蓄圧が発生することでキャビテーションを増長させてしまったり、流体の流れが妨げられて、バックアップリング１３０の張り付き抑制機能を損なわせたりするおそれがある。
【００３２】
凹凸１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃにおける凹部の深さは、シールリング１１０における表面粗さによる凹凸の高低差、及びバックリング１２０における表面粗さによる凹凸の高低差よりも大きくなるように設計されている。また、凹部の深さは、バックリング１２０の表面がバックアップリング１３０の両側面に形成されている凹凸１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃに倣うように変形しても破損しない範囲内（例えば、最大１５０μｍ程度）に設計されている。
【００３３】
＜密封装置の動作＞
特に、図３を参照して、本実施例に係る密封装置１００の動作について説明する。図３は本発明の実施例に係る密封装置１００の使用状態を示す模式的断面図である。なお、図３においては、密封装置１００が油圧シリンダに装着された状態において、密封装置１００の中心軸線を含む面で切断した断面図を示している。油圧シリンダにおいては、密封装置１００の両側の流体圧力（ここでは、油圧）の高低が交互に入れ替わることにより、ピストン２００が往復移動する。
【００３４】
図３においては、図中左側の圧力Ｐが右側の圧力よりも高い状態を示している。この状態においては、シールリング１１０と、バックリング１２０と、右側のバックアップリング１３０が右側（つまり低圧側）に移動する。シールリング１１０に対しては、バックリング１２０による押圧力に加えて、内周面側からの流体圧力も加わる。また、バックリング１２０は、流体圧力により軸線方向に対して圧縮されることにより、径方向に伸びようとするため、バックリング１２０によるシールリング１１０への押圧力も増加する。これらによって、シールリング１１０は、シリンダ３００の内周表面に対して十分に密着した状態となり、シール性が発揮される。
【００３５】
また、バックアップリング１３０によって、隙間が埋められた状態となり、シールリング１１０が、環状溝２１０の外側にはみ出してしまうことが抑制される。なお、バックアップリング１３０は、シールリング１１０とバックリング１２０から押圧されることにより、軸線方向に対して圧縮されて、径方向に伸びた状態となる。これにより、バックアップリング１３０の外周表面１３１はシリンダ３００の内周面に密着し、バックアップリン
グ１３０の内周表面１３２はバックリング１２０における第１環状部１２１の外周表面１２１ａに対して密着した状態となる。そして、バックアップリング１３０の側面１３３は環状溝２１０の側壁面２１１に対して密着した状態となる。以上により、シールリング１１０の一部が、バックアップリング１３０の外周表面１３１とシリンダ３００の内周面との間の隙間に入り込んでしまうことが抑制され、かつバックリング１２０における第１環状部１２１の一部が、バックアップリング１３０の側面１３３と環状溝２１０の側壁面２１１との間の隙間に入り込んでしまうことも抑制される。また、図中右側の圧力が左側の圧力よりも高くなると、シールリング１１０と、バックリング１２０と、左側のバックアップリング１３０が左側（つまり低圧側）に移動し、同様の機能が発揮される。
【００３６】
＜本実施例に係る密封装置の優れた点＞
本実施例に係る密封装置１００によれば、バックアップリング１３０の両側面には、表面全体に凹凸が形成されている。従って、バックアップリング１３０が、環状溝２１０の側壁面２１１、シールリング１１０及びバックリング１２０に対して張り付いてしまうことを抑制することができる。これにより、両側の流体圧力の高低が入れ替わった直後に、バックアップリング１３０が環状溝２１０の側壁面２１１から離れて、シールリング１１０等は低圧側に移動し、シールリング１１０等に流体圧力がかかる。そのため、両側の流体圧力の高低が入れ替わった直後からシール機能が発揮され、吹き抜け現象の発生を抑制することができる。
【００３７】
また、両側の流体圧力の高低が入れ替わった直後に、バックアップリング１３０が環状溝２１０の側壁面２１１から離れることで、キャビテーションの発生を抑制させることができる。これにより、環状溝２１０の側壁面２１１が、キャビテーションの発生により経時的に損傷してしまうことを抑制することができる。また、バックアップリング１３０が側壁面２１１から離れた際に、仮に、気泡が発生し、気泡が破裂することで衝撃波が発生したとしても、バックアップリング１３０の両側面の表面全体に凹凸が形成されていることにより、衝撃がランダムに反射かつ干渉して衝撃を減衰させることが期待できる。
【００３８】
また、図２中の右側に示したパターンのように、バックアップリング１３０における両側面の表面に形成されている凹部が連続的に繋がっており、該表面に形成されている凸部はそれぞれ独立した状態で複数設けられている構成を採用するのが望ましい。このような構成を採用すれば、流体が凹部を流れることができるので、バックアップリング１３０が、環状溝２１０の側壁面２１１、シールリング１１０及びバックリング１２０に対して張り付いてしまうことを、より確実に抑制することができる。
【００３９】
また、本実施例においては、バックアップリング１３０における両側面の表面に形成されている凹部の深さは、シールリング１１０における表面粗さによる凹凸の高低差、及びバックリング１２０における表面粗さによる凹凸の高低差よりも大きい。これにより、バックアップリング１３０とシールリング１１０とが張り付いてしまうこと、及びバックアップリング１３０とバックリング１２０が張り付いてしまうことを、より確実に抑制することができる。
【００４０】
更に、本実施例においては、バックアップリング１３０における両側面の表面に形成されている凹部の深さは、バックリング１２０の表面がバックアップリング１３０の両側面に形成されている凹凸に倣うように変形しても破損しない範囲内に設計されている。これにより、バックアップリング１３０の表面に凹凸が形成されていても、バックリング１２０の表面が破損してしまうことはない。
【００４１】
（その他）
上記実施例においては、ピストン２００側に環状溝２１０が設けられて、この環状溝２
１０に密封装置１００が配置される場合を示した。しかしながら、本発明においては、シリンダ側に設けられた環状溝に密封装置が配置される場合にも適用可能である。なお、この場合には、シールリングの内周表面がピストンの外周表面に密着する。そして、バックリングの外周表面がシリンダに設けられた環状溝の溝底に密着し、バックリングの内周表面がシールリングの外周表面に密着した状態となる。
【符号の説明】
【００４２】
１００  密封装置
１１０  シールリング
１１１  外周表面
１１２  内周表面
１２０  バックリング
１２１  第１環状部
１２１ａ  外周表面
１２１ｂ  内周表面
１２２  第２環状部
１２２ａ  外周表面
１３０  バックアップリング
１３１  外周表面
１３２  内周表面
１３３  側面
１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ  凹凸
２００  ピストン
２１０  環状溝
２１１  側壁面
２１２  溝底
３００  シリンダ
【図１】
2016121718.tif 000003
【図２】
2016121718.tif 000004
【図３】
2016121718.tif 000005
【図４】
2016121718.tif 000006