説明

密封装置

【課題】Oリングの局部的な溝間振幅の拡大を抑止し、シール耐久性の向上を図り得る密封装置の提供。
【解決手段】弾性体からなるOリングと、樹脂製のバックアップリング1とを有し、軸孔を有するハウジングと軸孔に挿入されてハウジングと相対移動を行う軸との間の環状隙間を密封する密封装置であって、バックアップリング1は、軸方向に配向される各側面1a、1bから軸方向の中央部に亘って同一方向に斜めとなるように形成された第1及び第2のカット部11、12と、軸方向の中央部において周方向に亘って形成され、第1及び第2のカット部11、12の端部をつなげる第3のカット部13とを有し、第1及び第2のカット部11、12は周方向において互いにずれて離隔しており、該第1及び第2のカット部11、12の間に、軸方向に斜めに横断すると共に、第3のカット部13によって二分された軸方向に沿う幅よりも幅広となる斜め形状部が形成されていることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は密封装置に関し、詳しくは、Oリングと軸方向に沿って斜めに切断されるカット部を有するバックアップリングとを有し、カット部の開きによるOリングの損傷を防止することのできる密封装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば船舶用燃料ポンプ部のような高圧(脈動有り)の流体を移送する装置において、軸孔を有するハウジングとその軸孔に挿入されてハウジングと相対移動を行う軸(例えばピストン)との間の環状隙間を密封するための密封装置として、弾性体からなるOリングと、このOリングと同軸状に並設される樹脂製のバックアップリングとを用いたものがある。
【0003】
密封は専らOリングによってなされるが、バックアップリングは、作動油の圧力によってOリングが軸の外周面とハウジングの内周面との間の隙間へはみ出すのを防止するように機能している。
【0004】
Oリングは、ゴム状弾性材料等の弾性体であるため、軸の外周に装着する際は、大径に引き延ばしながら装着することができるが、バックアップリングは、Oリングよりも硬質の合成樹脂材料からなるため、装着性を考慮して、円周方向の少なくとも一箇所を切断することによって、軸の外周面よりも大径に開くことができるようにしている。
【0005】
この切断方法の一つに、バックアップリングの軸方向に沿って斜めとなるように切断したカット部(バイアスカット部)を形成したものが知られている。
【0006】
ところで、Oリングと共に、このようなカット部を形成したバックアップリングを使用した密封装置を、船舶用燃料ポンプ部のような高圧(脈動有り)の流体を移送する装置に使用した場合、次のような問題がある。
【0007】
図3は、Oリング100とバックアップリング200とを同軸状に並設して軸の外周面に装着した状態を部分で示している。ここでは図中上側から高圧が掛る状態にある。(a)はOリング100に圧力が掛っていない状態、(b)は圧力が掛った状態を示している。
【0008】
バックアップリング200には、軸方向に沿って斜めに切断されたカット部201が形成されており、このカット部201を挟んで、傾斜端部202、203が互いに突き合わされて装着されている。
【0009】
(a)に示す圧力が掛っていない状態では、バックアップリング200の傾斜端部202、203は、互いの傾斜面同士が密接し、カット部201は閉じた状態となっている。
【0010】
しかし、(b)に示すようにOリング100に高圧の脈圧が掛ると、Oリング100に押されてバックアップリング200にも圧力が掛り、互いに密接している傾斜端部202、203に圧力が掛ることによって傾斜端部202、203が離れてカット部201が開いてしまう。このとき、Oリング100との接触側面に鋭角な先端部202aを有する一方の傾斜端部202は、その先端部202aがOリング100に押し付けられて変形してしまう。
【0011】
これが長期使用によって繰り返されると、バックアップリング200のカット部201の摩滅を発生させ、バックアップリング200のボリュームが減少し、カット部201の開きが拡大してしまう。カット部201の開きが拡大してしまうと、図示するように、当該部分のOリング100の溝間振幅が大きくなる影響で、Oリング100の内外周が、拡大したカット部201に入り込むことで局部的に摩滅してしまい、シール機能が低下する問題がある。
【0012】
従来、カット部を有するバックアップリングの摩滅を低減する技術として、図4(a)に示すように、バックアップリング300を、リング素材をスパイラル状に巻き付けて環状体を構成し、その両端の傾斜端部302、303を突き合わせることなく、周方向の対向する位置(軸方向に沿って同位置)となるように形成したものが提案されている(特許文献1)。
【0013】
図中、301はカット部であり、各傾斜端部302、303の間を軸方向に斜めとなるように形成されている。各傾斜端部302、303は、バックアップリング300のリング素材の側面に密接しており、この傾斜端部302、303に挟まれる部位に、バックアップリング300の周方向に対して斜めとなる斜め形状部304が形成されている。
【0014】
このようなバックアップリング300を用いて、上記同様にOリング100とで密封装置を構成した場合でも、図4(b)に示すように高圧の脈圧が掛った場合、バックアップリング300がOリング100に押し付けられ、カット部301が開いてしまう現象が起きるが、図3に示す場合に比べてカット部301の拡大量を抑えることができる。
【0015】
しかしながら、このバックアップリング300では、カット部301が開くと、圧力によって斜め形状部304が更に斜めに倒れ込むように変形し、これに伴い、一方の傾斜端部302の先端部302aも変形してしまうため、上記の場合と同様に、拡大した部分のOリング100の溝間振幅が大きくなってしまう問題があることに変わりはなく、やはり上記同様に局部的な摩滅を発生させてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0016】
【特許文献1】特開2000−329233号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0017】
そこで、本発明は、バックアップリングに圧力が掛ってカット部が開いても、Oリングの局部的な溝間振幅の拡大を抑止し、シール耐久性の向上を図り得る密封装置を提供することを課題とする。
【0018】
本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【0019】
上記課題は、以下の発明によって解決される。
【0020】
(請求項1)
弾性体からなるOリングと、該Oリングに同軸状に並設される樹脂製のバックアップリングとを有し、軸孔を有するハウジングと前記軸孔に挿入されて前記ハウジングと相対移動を行う軸との間の環状隙間を密封する密封装置であって、
前記バックアップリングは、軸方向に配向される各側面からそれぞれ軸方向の中央部に亘って同一方向に斜めとなるように形成された第1及び第2のカット部と、軸方向の中央部において周方向に亘って形成され、前記2つのカット部の端部をつなげる第3のカット部とを有し、
前記第1及び第2のカット部は周方向において互いにずれて離隔しており、該第1及び第2のカット部の間に、軸方向に斜めに横断すると共に、前記第3のカット部によって二分された軸方向に沿う幅よりも幅広となる斜め形状部が形成されていることを特徴とする密封装置。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、バックアップリングに圧力が掛ってカット部が開いても、斜め形状部が幅広であることによって倒れ込むように変形することが防止され、Oリングの局部的な溝間振幅の拡大が抑止され、シール耐久性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明に係る密封装置に使用されるバックアップリングを径方向から見た正面図
【図2】(a)は本発明に係る密封装置における圧力が掛っていない状態を示す使用状態図、(b)は圧力が掛った状態を示す使用状態図
【図3】(a)は従来の密封装置における圧力が掛っていない状態を示す使用状態図、(b)は圧力が掛った状態を示す使用状態図
【図4】(a)は従来の他の密封装置における圧力が掛っていない状態を示す使用状態図、(b)は圧力が掛った状態を示す使用状態図
【発明を実施するための形態】
【0023】
本発明に係る密封装置は、弾性体からなるOリングと、該Oリングに同軸状に並設される樹脂製のバックアップリングとを有する。
【0024】
Oリングは、例えばゴム等の弾性材料によって環状に成形された環状弾性体であり、一方のバックアップリングは、Oリングよりも硬質で低摩擦係数の例えばPTFE(四フッ化エチレン)等の合成樹脂材料からなる。
【0025】
これらOリングとバックアップリングとは、例えばピストンシリンダのように、軸孔を有するハウジングとこの軸孔に挿入されてハウジングと相対移動を行う軸との間に装着されることにより、環状隙間を密封する。
【0026】
密封は、Oリングとバックアップリングとを軸の外周に形成された環状溝内に装着することによって行う態様であってもよいし、軸孔の内周に形成された環状溝内に装着することによって行う態様であってもよいが、本発明においては、圧力が掛ることによって拡径する軸の外周の環状溝内に装着する態様の方が、本発明の効果を顕著に得られるために好ましい。
【0027】
バックアップリングは、軸方向に配向される各側面からそれぞれ軸方向の中央部に亘って同一方向に斜めとなるように形成される第1及び第2のカット部と、軸方向の中央部において周方向に亘って形成され、これら第1及び第2のカット部の端部をつなげる第3のカット部とを有する。
【0028】
バックアップリングは、このような第1及び第2のカット部によって2つの傾斜端部が形成される。
【0029】
これら第1及び第2のカット部は周方向において互いにずれて離隔しており、該第1及び第2のカット部の間に、軸方向に斜めに横断する斜め形状部が形成される。本発明において、この斜め形状部は、第3のカット部によって二分された軸方向に沿う幅よりも幅広となるように形成される。
【0030】
このため、バックアップリングにOリングが押し付けられてOリングと接する側の第1(又は第2)のカット部に隙間が生じても、第1及び第2のカット部の間に形成される斜め形状部が幅広に形成されてボリューム大となっていることにより、この斜め形状部が倒れ込むように変形することがなくなり、その分、カット部の開きによって発生する隙間を小さくできる。従って、この隙間の部位におけるOリングの局部的な溝間振幅の拡大が抑止され、Oリングの局部的な摩滅が防止されることにより、長期に亘ってシール機能を発揮することができるようになり、シール耐久性の向上を図ることができる。
【0031】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面を用いて説明する。
【0032】
図1は、本発明に係る密封装置に使用されるバックアップリングを径方向から見た正面図である。
【0033】
バックアップリング1は、軸方向(図1における上下方向)に配向される各側面1a、1bからそれぞれバックアップリング1の軸方向の中央部に亘って同一方向に斜めとなる第1のカット部11及び第2のカット部12と、バックアップリング1の軸方向の中央部において周方向に亘って形成され、上記第1のカット部11と第2のカット部12の端部とつながる第3のカット部13とを有している。
【0034】
なお、このバックアップリング1は、図1における上側に不図示のOリングが同軸状に並設されて使用されるものとする。
【0035】
第1のカット部11と第2のカット部12とは周方向において互いにずれて離隔しており、これによって第1のカット部11と第2のカット部12との間に、軸方向に斜めに横断する斜め形状部14が形成されると共に、無圧の定常状態において第1のカット部11及び第2のカット部12に沿って、この斜め形状部14と接する2つの傾斜端部15、16が形成される。
【0036】
そして、このバックアップリング1において、斜め形状部14は、第1のカット部11と第2のカット部12とに対してそれぞれ垂直方向となる幅W1が、バックアップリング1において第3のカット部13によって二分された軸方向に沿う幅W2よりも幅広(W1>W2)となるように形成されることで、そのボリュームが大となっている。
【0037】
次に、このようなバックアップリング1をOリング2と共に、高圧流体の脈圧が掛るピストン軸の外周に形成された環状溝3に装着して使用した場合の作用について、図2を用いて説明する。
【0038】
図2は、バックアップリング1とOリング2とを環状溝3に装着した状態を示しており、(a)は流体圧が掛っていない状態、(b)は流体圧が掛った状態を示している。
【0039】
バックアップリング1とOリング2とは、バックアップリング1における側面1a側にOリング2が並設されるように、環状溝3内に同軸状に装着されている。
【0040】
いま、(a)に示す無加圧の状態から、(b)に示すようにOリング2に流体の高圧の脈圧が掛ると、Oリング2に圧力が掛ることでバックアップリング1に押し付けられ、それに伴って、バックアップリング1のOリング2側に位置する第1のカット部11に、該Oリング2の押し付けによって開きが発生し、第1のカット部11と斜め形状部14との間に隙間Sが発生する。この隙間Sの発生により、バックアップリング1の傾斜端部15側の先端部15aが、この隙間S内に入り込むように変形する。
【0041】
このとき、バックアップリング1の斜め形状部14にもOリング2の押し付け力が作用するが、斜め形状部14は、その幅W1がバックアップリング1において第3のカット部13によって二分された軸方向に沿う幅W2よりも幅広(W1>W2)に形成されてボリューム大とされているため、更に傾斜するように倒れ込むようなことはなく、第1のカット部11の僅かな開きによって形成される小さな隙間Sが形成されるにとどまる。このため、Oリング2に局部的な溝間振幅の拡大が抑止され、Oリング2の局部的な摩滅が防止される。
【符号の説明】
【0042】
1:バックアップリング
1a、1b:側面
11:第1のカット部
12:第2のカット部
13:第3のカット部
14:斜め形状部
15、16:傾斜端部
15a:先端部
S:隙間

【特許請求の範囲】
【請求項1】
弾性体からなるOリングと、該Oリングに同軸状に並設される樹脂製のバックアップリングとを有し、軸孔を有するハウジングと前記軸孔に挿入されて前記ハウジングと相対移動を行う軸との間の環状隙間を密封する密封装置であって、
前記バックアップリングは、軸方向に配向される各側面からそれぞれ軸方向の中央部に亘って同一方向に斜めとなるように形成された第1及び第2のカット部と、軸方向の中央部において周方向に亘って形成され、前記第1及び第2のカット部の端部をつなげる第3のカット部とを有し、
前記第1及び第2のカット部は周方向において互いにずれて離隔しており、該第1及び第2のカット部の間に、軸方向に斜めに横断すると共に、前記第3のカット部によって二分された軸方向に沿う幅よりも幅広となる斜め形状部が形成されていることを特徴とする密封装置。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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