JP2020008088A

JP2020008088A - バックアップリング

Info

Publication number: JP2020008088A
Application number: JP2018129398A
Authority: JP
Inventors: 渉徳永; Wataru Tokunaga
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2020-01-16
Also published as: CN110686036A

Abstract

【課題】往復動軸との間に油中に混入した金属異物が浸入しても、往復動軸の摺動面の傷つきを十分に防止することができるバックアップリングを提供すること。【解決手段】ハウジング内に配置されて先端側を大気側に突出させ基端側を油圧側に位置させた往復動軸１０２の外周面１０２ａに接触された円環状のパッキンを支持するバックアップリング１であって、前記往復動軸１０２の外周面１０２ａに対向する内周面１ａに、該往復動軸１０２の軸方向に沿って複数の突条６が全周に亘って形成されており、前記突条６は、その長さがこのバックアップリング１の軸方向全長よりも短いことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、バックアップリングに関し、詳しくは、往復動軸との間に油中に混入した金属異物が浸入しても、往復動軸の摺動面の傷つきを十分に防止することができるバックアップリングに関する。

従来、図６に示すように、建設機械の油圧シリンダやサスペンション、および自動車のショックアブソーバ等、油圧３０ＭＰａを超える高圧環境においてロッドシール部に用いられるパッキン１００は、耐圧性の確保を目的に、例えばポリアミド樹脂製のバックアップリング２００が併用されて、バッファリング３００を構成している（特許文献１）。バッファリング３００は、高負荷時の油圧緩衝と高温油のカットを行う。

往復動軸４００は、油が充填された図示しないハウジング内に配置され、図６中矢印Ａで示すように、軸方向に往復動可能となっている。この往復動軸４００は、基端側（図６中右方）をハウジング内に位置させ、先端側（図６中左方）をハウジングの開口端部より軸方向外側（以下「大気側」という。）に突出させている。

パッキン１００は、ウレタン等のゴム状弾性材料により一体的に円環状に形成されている。パッキン１００は、オイルリップ１１０により、ハウジング内の油をシールする。パッキン１００は、往復動軸４００の外周面（摺動面）４１０に適度の油膜を形成するようになっている。バックアップリング２００は、ハウジングに形成された環状溝内に配置されて支持されている。環状溝は、往復動軸４００の外周面４１０を囲むように形成されている。

パッキン１００は、過大な圧力が付加されたときには、変形して往復動軸４００とハウジングとの間の環状隙間にはみ出し、破損する虞がある。バックアップリング２００を併用したバッファリング３００においては、バックアップリング２００が圧力で変形して往復動軸４００に密着するので、パッキン１００が環状隙間にはみ出すことが抑制される。このように、バックアップリング２００は、高圧環境でもパッキン１００の形状を長期間維持させ、油圧機器の寿命向上に貢献している。

特開平０２−０３５２７２号公報

バックアップリング２００は、往復動軸４００とハウジングとの間の環状隙間にはみ出さない程度の硬さを有している必要がある。そのため、バックアップリング２００と往復動軸４００の摺動面４１０との間に油中に混入した金属異物が浸入した場合には、金属異物と往復動軸４００との間に高い接触圧が発生し、図７に示すように、往復動軸４００の摺動面４１０に傷４１１がつく虞がある。摺動面４１０に傷４１１がつくと、パッキン１００と往復動軸４００との間から油漏れが生ずる虞がある。

バックアップリング２００には、図６に示すように、内周面に複数の突条２１０を設けて、往復動軸４００の摺動面４１０への接触面積を小さくしたものがある。摺動面４１０への接触面積を小さくすることにより、金属異物がバックアップリング２００と摺動面４１０との間に留まることを少なくし、摺動面４１０に傷４１１がつくことを防止しようとしたものである。

しかし、複数の突条２１０がバックアップリング２００の軸方向全長Ｌに亘って設けられたバックアップリング２００では、金属異物の滞留を十分に防止することができず、依然として摺動面４１０の傷つきを十分に防止することができなかった。

そこで、本発明は、往復動軸との間に油中に混入した金属異物が浸入しても、往復動軸の摺動面の傷つきを十分に防止することができるバックアップリングを提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

１．
ハウジング内に配置されて先端側を大気側に突出させ基端側を油圧側に位置させた往復動軸の外周面に接触された円環状のパッキンを支持するバックアップリングであって、
前記往復動軸の外周面に対向する内周面に、該往復動軸の軸方向に沿って複数の突条が全周に亘って形成されており、
前記突条は、その長さがこのバックアップリングの軸方向全長よりも短いことを特徴とするバックアップリング。
２．
前記複数の突条は、油圧側突条群と、該油圧側突条群よりも大気側に形成された大気側突条群とからなり、
前記油圧側突条群と、前記大気側突条群とのバックアップリングに対する角度位置が互いに異なることを特徴とする前記１記載のバックアップリング。
３．
前記油圧側突条群と、前記大気側突条群とが周方向で重ならないことを特徴とする前記２記載のバックアップリング。
４．
前記突条は、その長さがこのバックアップリングの軸方向全長の４０％〜５０％であることを特徴とする前記１、２又は３記載のバックアップリング。
５．
前記複数の突条は、等角度間隔で形成されていることを特徴とする前記１〜４の何れかに記載のバックアップリング。
６．
前記突条は、両端部における幅が中央部よりも狭いことを特徴とする前記１〜５のいずれかに記載のバックアップリング。

本発明によれば、往復動軸との間に油中に混入した金属異物が浸入しても、往復動軸の摺動面の傷つきを十分に防止することができるバックアップリングを提供することができる。

本発明のバックアップリングの第１の実施形態を用いたロッドシール部を示す縦断面図図１に示すバックアップリングを示す縦断面図図１に示すバックアップリングの突条を示す側面図（ａ）、斜視図（ｂ）及び平面図（ｃ）本発明のバックアップリングを用いた往復動軸を示す側面図本発明のバックアップリングの第２の実施形態を示す縦断面図従来のバックアップリングを示す縦断面図従来のバックアップリングを用いた往復動軸を示す側面図

以下、本発明を実施するための形態について説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明のバックアップリングの第１の実施形態を用いたロッドシール部を示す縦断面図である。

このバックアップリング１の第１の実施形態は、建設機械の油圧シリンダやサスペンション、および自動車のショックアブソーバ等においてロッドシール部に用いられる。本実施の形態は、建設機械、土木機械、運搬車輌等のアクチュエータとして用いられる油圧シリンダ（全体を図示せず）に採用されるロッドシール部への適用例である。

図１に示すように、ロッドシール部は、往復直線運動をする可動部としての往復動軸（ピストンロッド）１０２と、この往復動軸１０２を収納する固定部としてのハウジング（シリンダハウジング）１０１との間に設けられている。ロッドシール部はハウジング１０１により支持されている。ハウジング１０１は、大気側（図１中左方）が開口部１０１ａとされ、油圧側（図１中右方、内方側）が閉蓋されている。

ハウジング１０１内には、往復動軸１０２が配置されている。この往復動軸１０２は、先端側をハウジング１０１の開口部１０１ａより大気側に突出させ、基端側をハウジング１０１内の油圧側に位置させている。往復動軸１０２は、図１中矢印Ａで示すように、軸方向に往復動可能となっている。

ロッドシール部は、ロッドパッキン２と、ロッドパッキン２の油圧側に配置されたバッファリング３と、ロッドパッキン２の大気側に配置されたダストシール４とを備えている。したがって油圧側から大気側に向かい、バッファリング３、ロッドパッキン２、ダストシール４の順に配列されている。

ロッドパッキン２は、外部への作動油の漏れを防止するメインシールとなるもので、ウレタン等のゴム状弾性材料からなる円環状のＵパッキンを主体として、このＵパッキンに平形ワッシャ状のバックアップリングを隣接させた構造のものである。ロッドパッキン２は、内周面を往復動軸１０２の外周面（摺動面）１０２ａに圧接させており、外周面１０２ａとの間の隙間を密封する。ロッドパッキン２は、ハウジング１０１の内周面に設けられた環状溝１０３に収納されている。

ダストシール４は、弾性材料により、一体的に円環状に形成されている。ダストシール４をなす材料としては、往復動軸１０２の外周面（摺動面）１０２ａとの間の隙間を密封できる弾性材料として、各種ゴム、ウレタン、ＰＴＦＥなどの合成樹脂材料が好ましい。ダストシール４は、ハウジング１０１の内周面に設けられた大気側装着溝１０４に収納されている。

バッファリング３は、高負荷時の衝撃圧や変動圧を緩衝したり、高温の作動油がロッドパッキン２側へ流入することを抑止したりして、ロッドパッキン２の耐久性を維持する役割を果たす。

バッファリング３は、ウレタン等のゴム状弾性材料からなる円環状のＵパッキン５を主体として、このＵパッキン５のヒール部にバックアップリング１を嵌め込んだ構造のものである。Ｕパッキン５は、往復動軸１０２の外周面１０２ａに接触している。Ｕパッキン５は、バックアップリング１によって支持されることにより、過大な圧力が付加されても、変形して往復動軸１０２とハウジング１０１との間の環状隙間にはみ出すことが抑制されている。バックアップリング１は、圧力で変形して往復動軸１０２に密着し、Ｕパッキン５が環状隙間にはみ出すことを抑制する。

これらのＵパッキン５とバックアップリング１とは、ともにハウジング１０１の内周面に設けられた油圧側装着溝１０５に収納されている。油圧側装着溝１０５は、ハウジング１０１内の油圧側に位置し、往復動軸１０２の外周面１０２ａを囲んで、往復動軸１０２に同軸に形成されている。

図２は、図１に示すバックアップリングを示す縦断面図である。

バックアップリング１は、図２に示すように、例えばポリアミド樹脂等の硬質材料により円環状に形成されている。バックアップリング１は、往復動軸１０２の外周面１０２ａに対向する内周面１ａに、往復動軸１０２の軸方向に沿って複数の突条６が全周に亘って形成されている。

往復動軸１０２の外周面１０２ａは、これら突条６の頂部のみに接触し、これら突条６以外の内周面１ａには接触しない。これら突条６以外の内周面１ａと往復動軸１０２の外周面１０２ａとの間には、環状隙間が形成される。

図３は、図１に示すバックアップリングの突条を示す側面図（ａ）、斜視図（ｂ）及び平面図（ｃ）である。

各突条６の高さは、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、これら突条６以外の内周面１ａと外周面１０２ａとの間の環状隙間が、Ｕパッキン５が圧力により変形してもはみ出さない程度の隙間となる高さ、例えば、０．０５ｍｍ程度となっている。突条６以外の内周面１ａと外周面１０２ａとの間の環状隙間は、往復動軸１０２の外周面１０２ａ上の油膜中に混入した金属異物を通過させるためのものである。

各突条６は、図３（ｂ）に示すように、例えば半径０．５ｍｍ程度の円柱の一部である形状（かまぼこ型）になっている。また、各突条６の両端部６１の上面部（バックアップリング１の内周側）は、図３（ａ）に示すように、例えば半径０．２ｍｍ程度の円弧状となっている。

なお、図３（ｃ）に示すように、突条６の横断面形状を楕円形とし、両端部６１における幅を中央部６２よりも狭くすることも好ましい。これにより、外周面１０２ａ上の油膜中に混入した金属異物を良好に通過させることができる。

突条６の長さＴは、このバックアップリング１の軸方向全長Ｌよりも短い。突条６の長さＴは、バックアップリング１の軸方向全長Ｌに対して、４０％（２／５）〜５０％（１／２）であることが好ましく、４０％（２／５）程度であることがより好ましい。

また、複数の突条６は、バックアップリング１に対して等角度間隔で形成されていることが好ましい。例えば、複数の突条６は、９０個を等角度間隔（４°間隔）で形成することができる。

突条６の長さ、円周方向の幅及び数は、バックアップリング１に圧力がかかっても、各突条６以外の内周面１ａが往復動軸１０２の外周面１０２ａに接触しないように設定されている。また、各突条６と往復動軸１０２の外周面１０２ａとの接触面積が小さくなると面圧が高くなり、突条６及び往復動軸１０２の摩耗が大きくなるので、突条６の円周方向の長さ、幅及び数は、使用する圧力及び温度条件を考慮して設定される。ただし、油膜中に混入した金属異物を良好に通過させるためには、突条６の円周方向の長さ及び幅（頂部の面積）は小さいほうがよく、数は少ないほうがよい。

なお、往復動軸１０２が大径である場合には、突条６同士の間隔が広くなりすぎないように、突条６の数を増やすことが好ましい。

図４は、本発明のバックアップリングを用いた往復動軸を示す側面図である。

このバックアップリング１を用いたバッファリング３においては、バックアップリング１と往復動軸１０２の外周面１０２ａとの間に油中に混入した金属異物が浸入しても、往復動軸１０２が移動するときに、金属異物は内周面１ａと外周面１０２ａとの間の環状隙間を通過するので、図４に示すように、金属異物と往復動軸１０２との間に接触圧が発生することがなく、往復動軸１０２の外周面１０２ａに傷がつくことはない。

図５は、本発明のバックアップリングの第２実施形態を示す縦断面図である。

バックアップリング１においては、図５に示すように、複数の突条６は、油圧側突条群６ａと、この油圧側突条群６ａよりも大気側に形成された大気側突条群６ｂとからなるものとしてもよい。この場合には、各突条６は、このバックアップリング１に対する角度位置が互いに異なるようにする。

このように油圧側突条群６ａ及び大気側突条群６ｂを有するバックアップリング１においては、油圧側突条群６ａの突条６と大気側突条群６ｂの突条６とが、バックアップリング１に対する角度位置が互いに異なることにより、往復動軸１０２が移動するときに、往復動軸１０２の外周面１０２ａ上の油膜を撹拌することができ、油膜中の金属異物が滞留することを防止することができる。金属異物の滞留防止により、往復動軸１０２の外周面１０２ａに傷がつくことが防止される。

また、この実施形態のバックアップリング１においては、突条６と往復動軸１０２との接触面積を増やすことによって、突条６及び往復動軸１０２の耐摩耗性を向上させることができると共に、圧力によるバックアップリング１の変形が防止される。更に、突条６を有さない内周面と往復動軸１０２との接触によるバックアップリング１のネジレを防ぐことができる。

前記油圧側突条群６ａの突条６の長さＴ_ｏは、バックアップリング１の軸方向全長Ｌより短いことが好ましい。また、前記油圧側突条群６ａの突条６の長さＴ_ｏは、バックアップリング１の軸方向全長Ｌの４０％〜５０％であることがより好ましく、４０％程度であることがさらに好ましい。

また、大気側突条群６ｂの突条６の長さＴ_ａは、バックアップリング１の軸方向全長Ｌより短いことが好ましい。また、大気側突条群６ｂの突条６の長さＴ_ａは、バックアップリング１の軸方向全長Ｌの４０％〜５０％であることがより好ましく、４０％程度であることがさらに好ましい。

また、油圧側突条群６ａの突条６の長さＴ_ｏと大気側突条群６ｂの突条６の長さＴ_ａとの合計が、バックアップリングの軸方向全長Ｌより短いことが好ましい。さらに、油圧側突条群６ａの突条６と、大気側突条群６ｂの突条６とが、バックアップリング１の周方向で重ならないことが好ましい。

前記油圧側突条群６ａの突条６は、等角度間隔で形成され、前記大気側突条群６ｂの突条６が等角度間隔で形成されていることが好ましい。各々の突条群の突条同士が、等角度間隔で形成されていればよい。

以上の各実施形態の説明における具体的な構成、形状、材質、動作及び数値等は、本発明を説明するための例示に過ぎず、これらによって本発明が限定的に解釈されることがあってはならない。

１：バックアップリング
１ａ：内周面
２：ロッドパッキン
３：バッファリング
４：ダストシール
５：Ｕパッキン
６：突条
６１：両端部
６２：中央部
６ａ：油圧側突条群
６ｂ：大気側突条群
１０１：ハウジング
１０１ａ：開口部
１０２：往復動軸（ピストンロッド）
１０２ａ：外周面
１０３：環状溝
１０４：大気側環状溝
１０５：油圧側環状溝

Claims

ハウジング内に配置されて先端側を大気側に突出させ基端側を油圧側に位置させた往復動軸の外周面に接触された円環状のパッキンを支持するバックアップリングであって、
前記往復動軸の外周面に対向する内周面に、該往復動軸の軸方向に沿って複数の突条が全周に亘って形成されており、
前記突条は、その長さがこのバックアップリングの軸方向全長よりも短いことを特徴とするバックアップリング。
前記複数の突条は、油圧側突条群と、該油圧側突条群よりも大気側に形成された大気側突条群とからなり、
前記油圧側突条群と、前記大気側突条群とのバックアップリングに対する角度位置が互いに異なることを特徴とする請求項１記載のバックアップリング。
前記油圧側突条群と、前記大気側突条群とが周方向で重ならないことを特徴とする請求項２記載のバックアップリング。
前記突条は、その長さがこのバックアップリングの軸方向全長の４０％〜５０％であることを特徴とする請求項１、２又は３記載のバックアップリング。
前記複数の突条は、等角度間隔で形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のバックアップリング。
前記突条は、両端部における幅が中央部よりも狭いことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のバックアップリング。