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JP7710282B2 - Ultra-high pressure seals and reciprocating pumps - Google Patents
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JP7710282B2 - Ultra-high pressure seals and reciprocating pumps - Google Patents

Ultra-high pressure seals and reciprocating pumps

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JP7710282B2 JP2022011929A JP2022011929A JP7710282B2 JP 7710282 B2 JP7710282 B2 JP 7710282B2 JP 2022011929 A JP2022011929 A JP 2022011929A JP 2022011929 A JP2022011929 A JP 2022011929A JP 7710282 B2 JP7710282 B2 JP 7710282B2
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Description

本発明は、超高圧封止装置および往復駆動ポンプに係り、特に、単一または複数の導通溝を形成したパッキンリングを備えた超高圧封止装置および往復駆動ポンプに関する。 The present invention relates to an ultra-high pressure sealing device and a reciprocating pump, and in particular to an ultra-high pressure sealing device and a reciprocating pump equipped with a packing ring having a single or multiple conductive grooves.

従来、圧力が400MPaとなるような高圧ポンプにおいて、低圧部から高圧部に向かって、ボトムリング、バックアップリング、パッキンリング、および、弾性リングを軸方向に順次並べて構成したシール装置が知られている。 Conventionally, in a high-pressure pump with a pressure of 400 MPa, a sealing device is known that is configured by sequentially arranging a bottom ring, a backup ring, a packing ring, and an elastic ring in the axial direction from the low pressure section to the high pressure section.

例えば、特許文献1に記載の高圧ポンプに使用されるシール装置は、内側部材(プランジャ)との摺動特性を確保するため、ボトムリングには強度の高いステンレス部材が採用されている。また、外側部材(シリンダ)とのシール性を確保するため、バックアップリングや、弾性リングを備える。 For example, the seal device used in the high-pressure pump described in Patent Document 1 uses a high-strength stainless steel material for the bottom ring to ensure sliding characteristics with the inner member (plunger). It also includes a backup ring and an elastic ring to ensure sealing with the outer member (cylinder).

また、特許文献2記載の超高圧封止装置は、ボトムリングとバックアップリングは、銅合金であり、ボトムリングは、バックアップリングよりも引張強さおよび硬度を高くしている。 In addition, in the ultra-high pressure sealing device described in Patent Document 2, the bottom ring and backup ring are made of a copper alloy, and the bottom ring has higher tensile strength and hardness than the backup ring.

特許第4123547号公報Patent No. 4123547 特許第6397377号公報Patent No. 6397377

しかしながら、超高圧(500MPa以上)に耐えうるようにシール性が向上することによって、逆に、シリンダ内部の背圧がパッキンリングや弾性リングの隙間に籠る機会が増加し、シリンダ内部の背圧によるエネルギーがパッキンリングや弾性リングに影響を与え、結果、パッキンリングや弾性リングが損傷してしまうという課題があった。 However, by improving the sealing performance to withstand ultra-high pressure (500 MPa or more), there is an increased chance that the back pressure inside the cylinder will be trapped in the gaps between the packing ring and the elastic ring, and the energy from the back pressure inside the cylinder will affect the packing ring and the elastic ring, resulting in damage to the packing ring and the elastic ring.

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、超高圧における封止性能を向上させるとともに、導通溝によってリリーフ流路を形成することでプランジャの往復移動によるシリンダ内部の背圧の影響が低減されるように流体の導水性を高め、耐久性を向上できる超高圧封止装置および往復駆動ポンプを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of this background, and aims to provide an ultra-high pressure sealing device and a reciprocating pump that improve sealing performance at ultra-high pressures, and that can increase fluid conductivity and improve durability by forming a relief flow path using a conductive groove to reduce the effects of back pressure inside the cylinder caused by the reciprocating movement of the plunger.

本発明の超高圧封止装置は、外側部材と内側部材との間に形成された環状隙間に配設され、環状隙間を封止して高圧室と低圧室とを仕切る超高圧封止装置であって、低圧側で外側部材と接触して封止するボトムリングと、ボトムリングの高圧側の先端部に接触して封止するバックアップリングと、ボトムリングとバックアップリングの高圧側端面部と接触して封止するパッキンリングと、パッキンリングの先端部に接触して封止する弾性リングと、を備え、パッキンリングの先端部は、単一または複数の導通溝を有し、内側部材が高圧側に移動するときは、環状隙間の一部であり、外側部材、パッキンリングおよび弾性リングで形成される環状空間と導通溝とが導通せず、内側部材が低圧側に移動するときは、導通溝が環状空間と導通することで環状空間内に侵入した流体を環状空間の外の高圧側へ排出する The ultra-high pressure sealing device of the present invention is an ultra-high pressure sealing device that is disposed in an annular gap formed between an outer member and an inner member, and seals the annular gap to separate a high pressure chamber and a low pressure chamber, and is equipped with a bottom ring that contacts the outer member on the low pressure side to seal, a backup ring that contacts and seals the high pressure side tip of the bottom ring, a packing ring that contacts and seals the high pressure side end faces of the bottom ring and the backup ring, and an elastic ring that contacts and seals the tip of the packing ring, and the tip of the packing ring has single or multiple conductive grooves, and when the inner member moves to the high pressure side, it is part of the annular gap, and the annular space formed by the outer member, the packing ring and the elastic ring is not conductive to the conductive groove , and when the inner member moves to the low pressure side, the conductive groove is conductive to the annular space, thereby discharging fluid that has entered the annular space to the high pressure side outside the annular space .

本発明に係る超高圧封止装置は、超高圧における封止性能を向上させるとともに、導通溝によってリリーフ流路を形成することでプランジャの往復移動によるシリンダ内部の背圧の影響が低減されるように流体の導水性を高め、耐久性を向上できる。そのため、この超高圧封止装置は、特に、圧力の高い超高圧領域(500~700MPa)において使用される往復駆動ポンプに好適に使用できる。 The ultra-high pressure sealing device of the present invention improves sealing performance at ultra-high pressure, and by forming a relief flow path with a conductive groove, it is possible to increase the fluid conductivity and improve durability so that the effect of back pressure inside the cylinder caused by the reciprocating movement of the plunger is reduced. Therefore, this ultra-high pressure sealing device is particularly suitable for use in reciprocating drive pumps used in the high-pressure ultra-high pressure range (500 to 700 MPa).

本発明の実施形態に係る超高圧封止装置および往復駆動ポンプを示す要部概略断面図FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part of an ultra-high pressure sealing device and a reciprocating pump according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るパッキンシール(a)導通溝が周方向に均一に配置される場合(b)導通溝が1つの場合、(c)導通溝が2つの場合を示す斜視図1A is a perspective view showing a packing seal according to an embodiment of the present invention, in which (a) conductive grooves are uniformly arranged in the circumferential direction, (b) one conductive groove, and (c) two conductive grooves; 超高圧が負荷されたときの状態を示す従来の超高圧封止装置および往復駆動ポンプの要部拡大図An enlarged view of the main parts of a conventional ultra-high pressure sealing device and a reciprocating pump, showing the state when ultra-high pressure is applied. 超高圧の負荷が解消されたときの状態を示す従来の超高圧封止装置および往復駆動ポンプの要部拡大図An enlarged view of the essential parts of a conventional ultra-high pressure sealing device and a reciprocating pump, showing the state when the ultra-high pressure load is released. 超高圧が負荷されたときの状態を示す本発明の実施形態に係る超高圧封止装置および往復駆動ポンプの要部拡大図FIG. 2 is an enlarged view of the essential parts of the ultra-high pressure sealing device and the reciprocating pump according to the embodiment of the present invention, showing the state when ultra-high pressure is applied; 超高圧の負荷が解消されたときの状態を示す本発明の実施形態に係る超高圧封止装置および往復駆動ポンプの要部拡大図FIG. 2 is an enlarged view of the essential parts of the ultra-high pressure sealing device and the reciprocating pump according to the embodiment of the present invention, showing a state when the load of ultra-high pressure is removed;

本発明の実施形態に係る超高圧封止装置および往復駆動ポンプの一例を説明する。 An example of an ultra-high pressure sealing device and a reciprocating pump according to an embodiment of the present invention is described below.

≪超高圧封止装置≫
図1に示すように、超高圧封止装置1は、バルブ、スイベルジョイント等の流体継手や、往復駆動ポンプ、高圧プランジャポンプ等のポンプや、流体を加圧する高圧発生装置等の非常に高圧な流体をシールして漏れを防止するのに好適な装置であり、500MPa以上の圧力の流体を封止できる。超高圧封止装置1は、外側部材2と内側部材3との間に形成された環状隙間C1を封止するように配設され、この環状隙間C1を封止して高圧室RHと低圧室RLとを仕切るように設けられている。以下、超高圧封止装置1の一例として、外側部材2は圧力容器を構成するシリンダ部材20、内側部材3はシリンダ部材20内を進退移動するプランジャ部材30として構成される往復駆動ポンプ10(プランジャポンプ)に使用される場合を例に挙げて説明する。
<Ultra-high pressure sealing device>
As shown in Fig. 1, the ultra-high pressure sealing device 1 is a suitable device for sealing and preventing leakage of extremely high pressure fluids from fluid couplings such as valves and swivel joints, pumps such as reciprocating pumps and high pressure plunger pumps, and high pressure generators for pressurizing fluids, and can seal fluids with pressures of 500 MPa or more. The ultra-high pressure sealing device 1 is disposed so as to seal an annular gap C1 formed between an outer member 2 and an inner member 3, and is provided so as to seal this annular gap C1 to separate a high pressure chamber RH and a low pressure chamber RL. Hereinafter, as an example of the ultra-high pressure sealing device 1, a case where it is used in a reciprocating pump 10 (plunger pump) in which the outer member 2 is a cylinder member 20 constituting a pressure vessel and the inner member 3 is a plunger member 30 that moves back and forth within the cylinder member 20 will be described.

超高圧封止装置1は、環状隙間C1内において、プランジャ部材30の低圧室RL寄りの外周部に外嵌されたボトムリング4と、ボトムリング4の小径外周部4fおよび中央外周部4gに外嵌されたバックアップリング5と、プランジャ部材30の外周面の高圧室RH寄りのボトムリング4に隣接した位置に外嵌されたパッキンリング6と、パッキンリング6の小径外周部6fおよび中央外周部6gに外嵌された弾性リング7と、プランジャ部材30の高圧室RH側の外周部に遊嵌されたスペーサリング8と、で構成される。 The ultra-high pressure sealing device 1 is composed of a bottom ring 4 fitted onto the outer periphery of the plunger member 30 near the low pressure chamber RL in the annular gap C1, a backup ring 5 fitted onto the small diameter outer periphery 4f and central outer periphery 4g of the bottom ring 4, a packing ring 6 fitted onto the outer periphery of the plunger member 30 adjacent to the bottom ring 4 near the high pressure chamber RH, an elastic ring 7 fitted onto the small diameter outer periphery 6f and central outer periphery 6g of the packing ring 6, and a spacer ring 8 loosely fitted onto the outer periphery of the plunger member 30 on the high pressure chamber RH side.

<外側部材>
図1に示すように、外側部材2は、シリンダ部材20等の圧力容器である。外側部材2は、内側部材3が進退自在に挿入されるシリンダ室2aを形成した円筒状の部材であり、不図示のハウジングに内設される。
<Outer member>
1, the outer member 2 is a pressure vessel such as a cylinder member 20. The outer member 2 is a cylindrical member that forms a cylinder chamber 2a into which the inner member 3 is inserted so as to be movable forward and backward, and is disposed within a housing (not shown).

<内側部材>
内側部材3は、油圧等によって往復動作するプランジャ部材30(ピストン)である。内側部材3は、例えば、低圧室RL側に設けた弁ばね(図示省略)で後退することによって、流体を高圧室RH内に吸入して、高圧室RH側に前進するため、高圧室RH内の高圧流体を押圧して排出するポンプの機能を果たす。
<Inner member>
The inner member 3 is a plunger member 30 (piston) that reciprocates by hydraulic pressure, etc. The inner member 3, for example, is moved backward by a valve spring (not shown) provided on the low pressure chamber RL side, thereby drawing fluid into the high pressure chamber RH and moving forward to the high pressure chamber RH side, thereby fulfilling the function of a pump that presses and discharges the high pressure fluid in the high pressure chamber RH.

<環状隙間>
環状隙間C1は、プランジャ部材30とシリンダ部材20の間に形成された縦断面視して円筒形状の空間であり、パッキンリング6および弾性リング7等のパッキン部材(シール部材)が配置される設置空間である。環状隙間C1内は、低圧室RL側から高圧室RH低圧側へ向って順に、ボトムリング4、バックアップリング5、パッキンリング6、弾性リング7、スペーサリング8が挿入されて、高圧室RH側と低圧室RL側とを仕切るように封止されて、高圧流体が外部に漏れないように構成される。
<Annular gap>
The annular gap C1 is a space that is formed between the plunger member 30 and the cylinder member 20 and has a cylindrical shape in a vertical cross section, and is an installation space in which packing members (sealing members) such as a packing ring 6 and an elastic ring 7 are disposed. A bottom ring 4, a backup ring 5, a packing ring 6, an elastic ring 7, and a spacer ring 8 are inserted into the annular gap C1 in this order from the low pressure chamber RL side toward the low pressure side of the high pressure chamber RH, and are sealed to separate the high pressure chamber RH side from the low pressure chamber RL side, thereby preventing the high pressure fluid from leaking to the outside.

<ボトムリング>
ボトムリング4は、バックアップリング5、パッキンリング6、および弾性リング7よりも剛性を有する略円筒状の部材である。ボトムリング4は、プランジャ部材30(内側部材3)に当接する内周部4aと、低圧室側端面部4bに繋がりシリンダ部材20(外側部材2)に当接する大径外周部4eと、この大径外周部4eよりも縮径され高圧室側端面部4cに繋がる小径外周部4fと、外周部4dが大径外周部4eと小径外周部4fに繋がるように形成された中央外周部4gと、で構成される。ボトムリング4の先端部4Aは、縮径された突起である。
<Bottom ring>
The bottom ring 4 is a substantially cylindrical member having greater rigidity than the backup ring 5, the packing ring 6, and the elastic ring 7. The bottom ring 4 is composed of an inner peripheral portion 4a that contacts the plunger member 30 (inner member 3), a large-diameter outer peripheral portion 4e that is connected to the low-pressure chamber side end surface portion 4b and contacts the cylinder member 20 (outer member 2), a small-diameter outer peripheral portion 4f that is smaller in diameter than the large-diameter outer peripheral portion 4e and connects to the high-pressure chamber side end surface portion 4c, and a central outer peripheral portion 4g that is formed so that the outer peripheral portion 4d is connected to the large-diameter outer peripheral portion 4e and the small-diameter outer peripheral portion 4f. The tip portion 4A of the bottom ring 4 is a protrusion with a reduced diameter.

ボトムリング4は、シリンダ部材20のシリンダ室2aの低圧室RL側の開口部に内嵌して配置される。 The bottom ring 4 is fitted into the opening on the low pressure chamber RL side of the cylinder chamber 2a of the cylinder member 20.

内周部4aは、ボトムリング4において、最も軸心線側に形成されて、プランジャ部材30の外周面が当接するプランジャ部材30の軸受部位である。 The inner peripheral portion 4a is formed closest to the axis of the bottom ring 4 and is the bearing portion of the plunger member 30 against which the outer peripheral surface of the plunger member 30 abuts.

低圧室側端面部4bは、略円筒状のボトムリング4の低圧室RL側に形成された側面視して平な環状の端面である。 The low pressure chamber side end surface portion 4b is a flat annular end surface in side view formed on the low pressure chamber RL side of the substantially cylindrical bottom ring 4.

高圧室側端面部4cは、ボトムリング4の高圧室RH側に形成された環状の端面である。この高圧室側端面部4cは、パッキンリング6の低圧室側端面部6bの軸心寄りの部位に当接した状態に配置される。 The high-pressure chamber side end surface 4c is an annular end surface formed on the high-pressure chamber RH side of the bottom ring 4. This high-pressure chamber side end surface 4c is positioned in contact with a portion of the low-pressure chamber side end surface 6b of the packing ring 6 near the axis.

外周部4dは、ボトムリング4の円筒状の外周面であって、後記する大径外周部4eと小径外周部4fと中央外周部4gとによって段差状に形成される。大径外周部4eは、外周部4dにおいて、最も外径が大きく形成された大径の外周面であり、低圧室RL寄りの部位に円筒状に形成される。この大径外周部4eには、シリンダ部材20のシリンダ室2aの内壁が当接した状態に配置される。ボトムリング4の大径外周部4eの外径と、バックアップリング5の外周部5cの外径と、パッキンリング6の大径外周部6eの外径と、弾性リング7の外周部7cの外径と、スペーサリング8の内周部8bの外径は、略同一である。 The outer periphery 4d is a cylindrical outer periphery of the bottom ring 4, and is formed in a stepped shape by the large diameter outer periphery 4e, the small diameter outer periphery 4f, and the central outer periphery 4g described below. The large diameter outer periphery 4e is the outer periphery of the large diameter that is formed with the largest outer diameter in the outer periphery 4d, and is formed in a cylindrical shape in a part closer to the low pressure chamber RL. The large diameter outer periphery 4e is disposed in a state where it abuts against the inner wall of the cylinder chamber 2a of the cylinder member 20. The outer diameter of the large diameter outer periphery 4e of the bottom ring 4, the outer diameter of the outer periphery 5c of the backup ring 5, the outer diameter of the large diameter outer periphery 6e of the packing ring 6, the outer diameter of the outer periphery 7c of the elastic ring 7, and the outer diameter of the inner periphery 8b of the spacer ring 8 are approximately the same.

小径外周部4fは、外周部4dにおいて、最も小径の周面であり、高圧室RH寄りの部位に円筒状に形成される。小径外周部4fには、バックアップリング5の内周部5aの内壁が当接した状態に配置される。互いに当接する小径外周部4fと内周部5aは、シリンダ室2aの内壁面およびプランジャ部材30の外周面に平行に配置される。 The small diameter outer peripheral portion 4f is the smallest diameter peripheral surface in the outer peripheral portion 4d, and is formed cylindrically in the portion closest to the high pressure chamber RH. The small diameter outer peripheral portion 4f is disposed in contact with the inner wall of the inner peripheral portion 5a of the backup ring 5. The small diameter outer peripheral portion 4f and the inner peripheral portion 5a, which are in contact with each other, are disposed parallel to the inner wall surface of the cylinder chamber 2a and the outer peripheral surface of the plunger member 30.

ボトムリング4とバックアップリング5とは、テーパ形状でない嵌め合い部位である小径外周部4fおよび内周部5aを形成したことによって、同軸度を確保している。そのボトムリング4とバックアップリング5とのテーパ形状でない垂直な高圧室側端面部4cおよび高圧室側端面部5eは、パッキンリング6の低圧室側端面部6bに当接していることによって、直角度および同軸が確保されて、プランジャ部材30の同芯が振れないように軸支するとともに、流体漏れおよびパッキンの寿命を向上させる。 The bottom ring 4 and the backup ring 5 are fitted together at a small diameter outer periphery 4f and inner periphery 5a, which are not tapered, to ensure concentricity. The non-tapered, vertical high pressure chamber side end face 4c and high pressure chamber side end face 5e of the bottom ring 4 and backup ring 5 abut against the low pressure chamber side end face 6b of the packing ring 6, ensuring perpendicularity and concentricity, supporting the plunger member 30 so that it does not wobble, and improving fluid leakage and packing life.

中央外周部4gは、ボトムリング4の大径外周部4eから小径外周部4fに繋がるテーパ形状をなしている側面部位(外周部位)である。中央外周部4gには、軸心側の部位にバックアップリング5の係止部5bが当接した状態に配置され、外周寄りの部位に環状隙間C2が形成される。 The central outer periphery 4g is a side portion (outer periphery portion) that has a tapered shape that connects the large diameter outer periphery 4e to the small diameter outer periphery 4f of the bottom ring 4. The central outer periphery 4g is disposed in a state in which the locking portion 5b of the backup ring 5 abuts against the central periphery portion 4g, and an annular gap C2 is formed in the portion near the outer periphery.

環状隙間C2は、ボトムリング4の中央外周部4gと、バックアップリング5の隙間形成端面5dと、シリンダ部材20のシリンダ室2aの内壁との間に形成された縦断面視して三角形の封止された環状空間である。環状隙間C2は、縦断面視して傾斜状に形成された中央外周部4gの外周寄りの部位に形成されていることによって、バックアップリング5の楔効果を高める役目を果している。 The annular gap C2 is a sealed annular space that is triangular in cross section and is formed between the central outer periphery 4g of the bottom ring 4, the gap-forming end face 5d of the backup ring 5, and the inner wall of the cylinder chamber 2a of the cylinder member 20. The annular gap C2 is formed in a portion near the outer periphery of the central outer periphery 4g, which is formed in an inclined shape in cross section, and serves to enhance the wedge effect of the backup ring 5.

<バックアップリング>
バックアップリング5は、縦断面視して五角形(五辺を有する多角形)の楔形状のリング状部材であり、ボトムリング4の小径外周部4fおよび中央外周部4gに外嵌される。ボトムリング4の高圧室RH側は、縦断面視して、プランジャ部材30側のボトムリング4の小径部位と、シリンダ部材20(外側部材2)側のバックアップリング5と、に二分割した状態に配置される。バックアップリング5は、ボトムリング4の小径外周部4fに外嵌されてこの小径外周部4fに当接する内周部5aと、軸方向の移動が規制されるようにボトムリング4の中央外周部4gに係止される係止部5bと、シリンダ部材20に当接する外周部5cと、環状隙間C2に面した位置に形成された隙間形成端面5dと、パッキンリング6に当接する高圧室側端面部5eと、で構成される。
<Backup ring>
The backup ring 5 is a wedge-shaped ring member that is a pentagon (a polygon having five sides) in a vertical cross section, and is fitted onto the small diameter outer periphery 4f and the central outer periphery 4g of the bottom ring 4. The high pressure chamber RH side of the bottom ring 4 is arranged in a state of being divided into two parts, a small diameter part of the bottom ring 4 on the plunger member 30 side, and the backup ring 5 on the cylinder member 20 (outer member 2) side, in a vertical cross section. The backup ring 5 is composed of an inner periphery 5a that is fitted onto the small diameter outer periphery 4f of the bottom ring 4 and abuts against the small diameter outer periphery 4f, a locking part 5b that is locked to the central outer periphery 4g of the bottom ring 4 so that axial movement is restricted, an outer periphery 5c that abuts against the cylinder member 20, a gap forming end face 5d formed at a position facing the annular gap C2, and a high pressure chamber side end face part 5e that abuts against the packing ring 6.

内周部5aは、リング形状のバックアップリング5の軸心側(プランジャ部材30側)の内側表面であり、ボトムリング4の高圧室RH側に形成された小径外周部4fに外嵌される。係止部5bは、ボトムリング4のテーパ形状に適合するテーパ形状をなし、内周部5aの低圧室側端部から外周部方向に拡径して形成される。係止部5bは、ボトムリング4の中央外周部4gの軸心寄りの部位に外嵌して配置され、バックアップリング5の内周部5aの一部を形成する。 The inner peripheral portion 5a is the inner surface on the axial center side (plunger member 30 side) of the ring-shaped backup ring 5, and is fitted onto the small diameter outer peripheral portion 4f formed on the high pressure chamber RH side of the bottom ring 4. The locking portion 5b has a tapered shape that matches the tapered shape of the bottom ring 4, and is formed with a diameter that expands from the low pressure chamber side end of the inner peripheral portion 5a toward the outer peripheral portion. The locking portion 5b is arranged by fitting onto the central outer peripheral portion 4g of the bottom ring 4 near the axial center, and forms part of the inner peripheral portion 5a of the backup ring 5.

外周部5cは、リング形状のバックアップリング5の外周側(シリンダ部材20のシリンダ室2a側)の外側表面であり、シリンダ室2aの内壁の当接した状態に配置される。隙間形成端面5dは、バックアップリング5の低圧室側端部の外周部側部位であり、外周部5cの低圧室側端部から係止部5bの外周側端部に亘って縮径して形成される。このため、隙間形成端面5dは、外周部5cの一部を構成する。 The outer peripheral portion 5c is the outer surface of the outer peripheral side (the cylinder chamber 2a side of the cylinder member 20) of the ring-shaped backup ring 5, and is disposed in contact with the inner wall of the cylinder chamber 2a. The gap forming end surface 5d is the outer peripheral side portion of the low pressure chamber side end of the backup ring 5, and is formed with a reduced diameter from the low pressure chamber side end of the outer peripheral portion 5c to the outer peripheral side end of the locking portion 5b. Therefore, the gap forming end surface 5d constitutes a part of the outer peripheral portion 5c.

高圧室側端面部5eは、バックアップリング5の高圧室側端面であり、パッキンリング6の低圧室側端面部6bの外周部側部位に当接して配置される。バックアップリング5の高圧室側端面部5eおよびボトムリング4の高圧室側端面部4cは、パッキンリング6が偏ったり、傾いたりするのを防止するために、軸方向(プランジャ部材30の外周面)に対して垂直な同じ面上に形成されて、縦断面視して一直線上に配置される。 The high pressure chamber side end surface 5e is the high pressure chamber side end surface of the backup ring 5, and is arranged in contact with the outer peripheral portion of the low pressure chamber side end surface 6b of the packing ring 6. The high pressure chamber side end surface 5e of the backup ring 5 and the high pressure chamber side end surface 4c of the bottom ring 4 are formed on the same plane perpendicular to the axial direction (the outer peripheral surface of the plunger member 30) and are arranged in a straight line when viewed in vertical section in order to prevent the packing ring 6 from being biased or tilted.

<パッキンリング>
パッキンリング6は、環状隙間C1において、ボトムリング4およびバックアップリング5と、スペーサリング8との間に介在された略円筒状の部材である。パッキンリング6は、バックアップリング5の高圧室側端面部5eに当接する低圧室側端面部6bと、プランジャ部材30に当接する内周部6aと、低圧室側端面部6bに繋がりシリンダ部材20に当接する大径外周部6eと、この大径外周部6eよりも縮径され高圧室側端面部6cに繋がる小径外周部6fと、外周部6dが大径外周部6eと小径外周部6fに繋がるように形成された中央外周部6gと、で構成する。パッキンリング6は、例えば、高分子ポリエチレン等の合成樹脂である。パッキンリング6の先端部6Aは、縮径された突起である。
<Packing ring>
The packing ring 6 is a substantially cylindrical member interposed between the bottom ring 4, the backup ring 5, and the spacer ring 8 in the annular gap C1. The packing ring 6 is composed of a low pressure chamber side end surface portion 6b that abuts against the high pressure chamber side end surface portion 5e of the backup ring 5, an inner peripheral portion 6a that abuts against the plunger member 30, a large diameter outer peripheral portion 6e that is connected to the low pressure chamber side end surface portion 6b and abuts against the cylinder member 20, a small diameter outer peripheral portion 6f that is reduced in diameter from the large diameter outer peripheral portion 6e and is connected to the high pressure chamber side end surface portion 6c, and a central outer peripheral portion 6g that is formed so that the outer peripheral portion 6d is connected to the large diameter outer peripheral portion 6e and the small diameter outer peripheral portion 6f. The packing ring 6 is made of a synthetic resin such as high molecular weight polyethylene. The tip portion 6A of the packing ring 6 is a projection with a reduced diameter.

内周部6aは、パッキンリング6において、最も軸心線側に形成されて、プランジャ部材30の外周面3aが当接して配置されたシール部位である。
低圧室側端面部6bは、バックアップリング5の高圧室側端面部5eおよびボトムリング4の高圧室側端面部4cに当接して配置された部位である。この低圧室側端面部6bは、軸方向(プランジャ部材30の摺動方向)に対して垂直に形成されていることによって、パッキンリング6の垂直面の形状、および、パッキンリング6の同芯位置を保つ機能を果す。
The inner peripheral portion 6a is formed closest to the axial line of the packing ring 6 and is a sealing portion against which the outer peripheral surface 3a of the plunger member 30 abuts.
The low pressure chamber side end surface 6b is a portion disposed in contact with the high pressure chamber side end surface 5e of the backup ring 5 and the high pressure chamber side end surface 4c of the bottom ring 4. This low pressure chamber side end surface 6b is formed perpendicular to the axial direction (the sliding direction of the plunger member 30), thereby maintaining the shape of the vertical surface of the packing ring 6 and the concentric position of the packing ring 6.

高圧室側端面部6cは、パッキンリング6の高圧室RH側に形成された縦断面視して垂直な端面であり、側面視して環状に形成されている。高圧室側端面部6cは、スペーサリング8に低圧室RL方向の荷重aが負荷されていないときに、スペーサリング8の低圧室側端面部8cが離間した状態に配置される。高圧室側端面部6cは、スペーサリング8に低圧室RL方向の荷重aが負荷されているときに、スペーサリング8の低圧室側端面部8cに押圧されて、パッキンリング6が圧縮される。 The high-pressure chamber side end surface portion 6c is a vertical end surface formed on the high-pressure chamber RH side of the packing ring 6 in a longitudinal section, and is formed in an annular shape in a side view. When no load a is applied to the spacer ring 8 in the direction of the low pressure chamber RL, the high-pressure chamber side end surface portion 6c is positioned in a state in which it is spaced apart from the low-pressure chamber side end surface portion 8c of the spacer ring 8. When a load a is applied to the spacer ring 8 in the direction of the low pressure chamber RL, the high-pressure chamber side end surface portion 6c is pressed against the low-pressure chamber side end surface portion 8c of the spacer ring 8, compressing the packing ring 6.

外周部6dは、パッキンリング6の円筒状の外周面であって、大径外周部6eと小径外周部6fと中央外周部6gとによって段差状に形成される。 The outer periphery 6d is the cylindrical outer periphery of the packing ring 6, and is formed in a stepped shape by the large diameter outer periphery 6e, the small diameter outer periphery 6f, and the central outer periphery 6g.

大径外周部6eは、外周部6dにおいて、最も外径が大きく形成された外周面であり、低圧室RL寄りの部位にプランジャ部材30の外周面に沿って平行な円筒状に形成される。この大径外周部6eには、シリンダ部材20のシリンダ室2aの内壁が当接した状態に配置される。大径外周部6eは、バックアップリング5と弾性リング7との間に介在されて、バックアップリング5と弾性リング7とが互いに当接しないように離間させて配置される。 The large diameter outer peripheral portion 6e is the outer peripheral surface of the outer peripheral portion 6d that has the largest outer diameter, and is formed in a parallel cylindrical shape along the outer peripheral surface of the plunger member 30 at a location closer to the low pressure chamber RL. This large diameter outer peripheral portion 6e is arranged in a state in which it abuts against the inner wall of the cylinder chamber 2a of the cylinder member 20. The large diameter outer peripheral portion 6e is interposed between the backup ring 5 and the elastic ring 7, and is arranged at a distance such that the backup ring 5 and the elastic ring 7 do not abut against each other.

小径外周部6fは、外周部6dにおいて、大径外周部6eよりも小径の周面であり、高圧室RH寄りの部位に円筒状に形成されている。この小径外周部6fには、環状の弾性リング7の内周部7aの内壁が当接した状態に配置されて、シリンダ部材20とは非当接状態に配置される。 The small diameter outer periphery 6f is a peripheral surface of the outer periphery 6d that is smaller in diameter than the large diameter outer periphery 6e, and is formed in a cylindrical shape at a portion closer to the high pressure chamber RH. The small diameter outer periphery 6f is disposed in a state in which it abuts against the inner wall of the inner periphery 7a of the annular elastic ring 7, and is disposed in a state in which it does not abut against the cylinder member 20.

中央外周部6gは、パッキンリング6の大径外周部6eから小径外周部6fに繋がるテーパ形状をなしている側面部位である。中央外周部6gには、軸心側の部位にパッキンリング6の係止部7bが当接した状態に配置され、外周寄りの部位に環状隙間(環状空間)C3が形成される。 The central outer periphery 6g is a side portion that has a tapered shape that connects the large diameter outer periphery 6e to the small diameter outer periphery 6f of the packing ring 6. The central outer periphery 6g is disposed in a state in which the locking portion 7b of the packing ring 6 abuts against the central periphery 6g at the portion on the axial center side, and an annular gap (annular space) C3 is formed in the portion near the outer periphery.

環状隙間(環状空間)C3は、パッキンリング6の中央外周部6gと、弾性リング7の隙間形成端面7dと、シリンダ室2aの内壁との間に形成された縦断面視して直角三角形の封止された空間である。環状隙間(環状空間)C3は、縦断面視して傾斜状に形成された中央外周部6gの外周寄りの部位に形成されていることによって、弾性リング7の楔効果を高め役目を果たす。 The annular gap (annular space) C3 is a sealed space that is a right-angled triangle in vertical cross section and is formed between the central outer periphery 6g of the packing ring 6, the gap-forming end face 7d of the elastic ring 7, and the inner wall of the cylinder chamber 2a. The annular gap (annular space) C3 is formed in a portion near the outer periphery of the central outer periphery 6g, which is formed in an inclined shape in vertical cross section, and thus enhances the wedge effect of the elastic ring 7 and fulfills its role.

導通溝6iは、図1および図2に示すように、パッキンリング6の先端部6Aに形成される溝である。導通溝6iは、内側部材3が高圧側に移動するときは、外側部材2、パッキンリング6および弾性リング7で形成される環状隙間(環状空間)C3と導通せず、内側部材3が低圧側に移動するときは、環状隙間(環状空間)C3と導通する。 The conductive groove 6i is a groove formed in the tip portion 6A of the packing ring 6, as shown in Figures 1 and 2. When the inner member 3 moves to the high-pressure side, the conductive groove 6i is not conductive to the annular gap (annular space) C3 formed by the outer member 2, the packing ring 6, and the elastic ring 7, but is conductive to the annular gap (annular space) C3 when the inner member 3 moves to the low-pressure side.

内側部材3が往復移動を繰り返した場合であっても、環状隙間(環状空間)C3内に浸入する流体が、リリーフ流路として機能する導通溝6iから環状隙間(環状空間)C3の外へ排出されることによって、環状隙間(環状空間)内が加圧状態となることがなく(背圧による悪影響が低減され)、環状隙間(環状空間)C3を構成する外側部材2、パッキンリング6および弾性リング7の損傷を防ぐことができる。 Even if the inner member 3 repeatedly moves back and forth, the fluid that penetrates into the annular gap (annular space) C3 is discharged from the conductive groove 6i, which functions as a relief flow path, to the outside of the annular gap (annular space) C3, preventing the annular gap (annular space) from becoming pressurized (reducing the adverse effects of back pressure), and preventing damage to the outer member 2, packing ring 6, and elastic ring 7 that constitute the annular gap (annular space) C3.

図2(a)に示すように、導通溝6iは、単一または複数形成することができるが、パッキンリング6の先端部6Aの周方向に均等に複数配置することで、シリンダ内部の(環状隙間(環状空間)C3に籠る)背圧を均一に分散することができる。 As shown in FIG. 2(a), one or more conductive grooves 6i can be formed, but by arranging multiple grooves evenly around the circumferential direction of the tip portion 6A of the packing ring 6, the back pressure inside the cylinder (confined in the annular gap (annular space) C3) can be uniformly distributed.

導通溝6iは、流体が通過する箇所になるため、損傷等の対策を一層図ることを目的として、導通溝用保護部6ibを配置できる。導通溝用保護部6ibは、導通溝6iに連結できるものであればよい。導通溝用保護部6ibに代わり、パッキンリング6の先端部6Aの表面をコーティング処理すること等も想定できる。 Because the conductive groove 6i is a place through which fluid passes, a conductive groove protective part 6ib can be arranged to provide additional protection against damage, etc. The conductive groove protective part 6ib may be anything that can be connected to the conductive groove 6i. Instead of the conductive groove protective part 6ib, it is also conceivable to coat the surface of the tip part 6A of the packing ring 6.

導通溝6iは、内側部材3の移動に伴う導通を機能させることができるものであればよく、図2(b)および(c)に示すように、導通溝6iの個数は適宜変更できることは言うまでもなく、高さ、幅、深さ、形状等についても同様である。 The conductive grooves 6i need only function to provide electrical continuity in association with the movement of the inner member 3, and as shown in Figures 2(b) and (c), it goes without saying that the number of conductive grooves 6i can be changed as appropriate, as can their height, width, depth, shape, etc.

また、導通溝6iは、パッキンリング6の先端部6Aの幅L1よりも長い導通溝6iの幅L2とすることもできる。内側部材7の移動に伴い発生するエネルギーによって弾性リング7は収縮と膨張を繰り返すものの、誤差が極めて小さいため、導通溝6iの幅が短すぎると導通溝6iを形成する目的である環状隙間(環状空間)C3内の流体の排出が(リリーフ回路として)機能しないため、導通溝6iの幅L2をパッキンリング6の先端部6Aの幅L1よりも長く形成することによって、導水性を確実に得られる。 The conductive groove 6i can also have a width L2 that is longer than the width L1 of the tip 6A of the packing ring 6. Although the elastic ring 7 repeatedly contracts and expands due to the energy generated by the movement of the inner member 7, the error is extremely small, so if the width of the conductive groove 6i is too short, the discharge of the fluid in the annular gap (annular space) C3, which is the purpose of forming the conductive groove 6i, will not function (as a relief circuit), so by forming the width L2 of the conductive groove 6i to be longer than the width L1 of the tip 6A of the packing ring 6, water conductivity can be reliably obtained.

図3に示すように、導通溝6iを形成せず、超高圧が負荷された状態の超高圧封止装置の場合、弾性リング7には、矢印c方向および矢印d方向の力が加わり、外側部材2とパッキンリング6と密着した状態となる。このときに、環状隙間(環状空間)C3内の面積は、超高圧が負荷する前よりも小さくなり、圧力が籠る状態である。 As shown in FIG. 3, in the case of an ultra-high pressure sealing device in which the conductive groove 6i is not formed and ultra-high pressure is applied, forces are applied to the elastic ring 7 in the directions of arrows c and d, and the outer member 2 and packing ring 6 are in close contact with each other. At this time, the area within the annular gap (annular space) C3 becomes smaller than before the ultra-high pressure was applied, and pressure is trapped inside.

また、図4に示すように、超高圧の負荷が解消されたときの状態の超高圧封止装置の場合、弾性リング7には、矢印ca方向および矢印da方向の力が加わり、外側部材2とパッキンリング6の先端部6aと密着した状態となる。このときに、環状隙間(環状空間)C3内の面積は、超高圧で負荷をかけた状態の反動も影響し、超高圧が負荷する前よりも大きくなり、背圧が緩む状態である。 Also, as shown in Figure 4, in the case of the ultra-high pressure sealing device in a state where the load of ultra-high pressure is released, forces are applied to the elastic ring 7 in the directions of arrows ca and da, and the outer member 2 and the tip 6a of the packing ring 6 are in close contact with each other. At this time, the area within the annular gap (annular space) C3 is also affected by the reaction caused by the load of ultra-high pressure, and becomes larger than before the ultra-high pressure was applied, and the back pressure is relaxed.

そして、往復駆動ポンプは、内部部材3を往復させることで、高圧流体を生成するものであるため、再び、図3の超高圧が負荷されたときの状態になるが、各要素で封止していても、流体の浸入を100%防ぐことは難しく、環状隙間(環状空間)C3に流体が残ることや、さらに浸入してきた後に、環状隙間(環状空間)C3内の面積が再度小さくなるわけであるから、環状隙間(環状空間)C3の背圧によって、環状隙間(環状空間)C3を構成する外側部材2、パッキンリング6および弾性リング7の損傷を誘発する。 The reciprocating pump generates high-pressure fluid by reciprocating the internal member 3, so it is again in the state shown in Figure 3 when ultra-high pressure is applied. However, even if each element is sealed, it is difficult to 100% prevent fluid from entering. Fluid will remain in the annular gap (annular space) C3, and after further infiltration, the area of the annular gap (annular space) C3 will become smaller again. As a result, the back pressure of the annular gap (annular space) C3 will induce damage to the outer member 2, packing ring 6, and elastic ring 7 that make up the annular gap (annular space) C3.

そこで、本発明の超高圧封止装置において、導通溝6iを形成することで、環状隙間(環状空間)C3に背圧が過度に籠らない状態にできる。
図5に示す超高圧が負荷されたときの状態は、図3および図4で作用するエネルギーや流体の移動と、基本的な原理は同じである。異なるのは、図6に示すように、超高圧の負荷が解消されたときの状態の際におけるメカニズムである。
Therefore, in the ultra-high pressure sealing device of the present invention, by forming the conductive groove 6i, it is possible to prevent excessive back pressure from being trapped in the annular gap (annular space) C3.
The state in which ultra-high pressure is applied as shown in Figure 5 has the same basic principle as the energy and fluid movement in Figures 3 and 4. The difference is the mechanism in the state in which the ultra-high pressure load is released as shown in Figure 6.

弾性リング7には、矢印ca方向および矢印da方向の力が加わり、外側部材2とパッキンリング6の先端部6aと密着した状態となるものの、導水溝6iを形成したことによって、環状隙間(環状空間)C3に浸入した流体がS1の方向に排出されることで、再び超高圧を負荷したとしても、環状隙間(環状空間)C3の内部に背圧が籠らないことで、環状隙間(環状空間)C3を構成する外側部材2、パッキンリング6および弾性リング7の損傷を抑制できる。 Forces are applied to the elastic ring 7 in the directions of the arrows ca and da, causing it to come into close contact with the outer member 2 and the tip 6a of the packing ring 6; however, by forming the water guide groove 6i, the fluid that has entered the annular gap (annular space) C3 is discharged in the direction of S1, so that even if ultra-high pressure is applied again, back pressure is not trapped inside the annular gap (annular space) C3, and damage to the outer member 2, packing ring 6, and elastic ring 7 that make up the annular gap (annular space) C3 can be suppressed.

<弾性リング>
弾性リング7は、縦断面視して五角形(五辺を有する多角形)の環状部材である。弾性リング7は、パッキンリング6の小径外周部6fに外嵌されてこの小径外周部6fに当接する内周部7aと、軸方向の移動が規制されるようにパッキンリング6の中央外周部6gに係止される係止部7bと、シリンダ部材20に当接する外周部7cと、環状隙間(環状空間)C3に面した位置に形成された隙間形成端面7dと、スペーサリング8に当接する高圧室側端面部7eと、で構成される。
<Elastic ring>
The elastic ring 7 is an annular member having a pentagonal shape (a polygon having five sides) in a vertical cross section. The elastic ring 7 is composed of an inner peripheral portion 7a that is fitted onto the small-diameter outer peripheral portion 6f of the packing ring 6 and abuts against the small-diameter outer peripheral portion 6f, a locking portion 7b that is locked to the central outer peripheral portion 6g of the packing ring 6 so as to restrict axial movement, an outer peripheral portion 7c that abuts against the cylinder member 20, a gap forming end face 7d formed at a position facing the annular gap (annular space) C3, and a high-pressure chamber side end face portion 7e that abuts against the spacer ring 8.

弾性リング7は、パッキンリング6の小径外周部6fおよび中央外周部6gに外嵌されて、スペーサリング8に押圧された状態に配置されているので、シリンダ部材20とテーパ形状の中央外周部6gとの間に圧縮されて密着されるように配置される。このため、弾性リング7は、パッキンリング6をプランジャ部材30側方向(矢印b方向)に押圧する。その結果、弾性リング7は、弾性リング7の内周部7aおよび係止部7bがパッキンリング6の小径外周部6fおよび中央外周部6gに密着するとともに、外周部7cがシリンダ室2aの内壁面に密着し、パッキンリング6の内周部6aがプランジャ部材30の外周面に密着させて、各部材間の初期圧が得られるようになっている。弾性リング7は、例えば、ウレタンゴム等の弾性を有する合成ゴムである。 The elastic ring 7 is fitted onto the small diameter outer periphery 6f and the central outer periphery 6g of the packing ring 6 and is arranged in a state of being pressed against the spacer ring 8, so that it is arranged to be compressed and tightly attached between the cylinder member 20 and the tapered central outer periphery 6g. Therefore, the elastic ring 7 presses the packing ring 6 toward the plunger member 30 side (arrow b direction). As a result, the inner periphery 7a and the locking portion 7b of the elastic ring 7 are tightly attached to the small diameter outer periphery 6f and the central outer periphery 6g of the packing ring 6, the outer periphery 7c is tightly attached to the inner wall surface of the cylinder chamber 2a, and the inner periphery 6a of the packing ring 6 is tightly attached to the outer periphery surface of the plunger member 30, so that an initial pressure is obtained between each member. The elastic ring 7 is, for example, a synthetic rubber having elasticity such as urethane rubber.

内周部7aは、リング形状の弾性リング7の軸心側の内側表面であり、パッキンリング6の小径外周部6fに外嵌される。係止部7bは、パッキンリング6のテーパ形状に適合するテーパ形状をなし、内周部7aの低圧室側端部から外周部方向に拡径して形成されている。係止部7bは、パッキンリング6の中央外周部6gの軸心寄りの部位に外嵌して配置されて、弾性リング7の内周部7aの一部を形成する。 The inner peripheral portion 7a is the inner surface on the axial side of the ring-shaped elastic ring 7, and is fitted onto the small-diameter outer peripheral portion 6f of the packing ring 6. The locking portion 7b has a tapered shape that matches the tapered shape of the packing ring 6, and is formed with a diameter that expands from the low-pressure chamber side end of the inner peripheral portion 7a toward the outer peripheral portion. The locking portion 7b is fitted onto the central outer peripheral portion 6g of the packing ring 6 near the axial center, and forms part of the inner peripheral portion 7a of the elastic ring 7.

外周部7cは、リング形状の弾性リング7の外周側の外側表面であり、シリンダ室2aの内壁の当接した状態に配置される。隙間形成端面7dは、弾性リング7の低圧室側端部の外周部側部位であり、外周部7cの低圧室側端部から係止部7bの外周側端部に亘って垂直に形成される。 The outer peripheral portion 7c is the outer surface of the outer periphery of the ring-shaped elastic ring 7, and is arranged in contact with the inner wall of the cylinder chamber 2a. The gap forming end surface 7d is the outer peripheral portion of the low pressure chamber side end of the elastic ring 7, and is formed vertically from the low pressure chamber side end of the outer peripheral portion 7c to the outer peripheral side end of the locking portion 7b.

高圧室側端面部7eは、弾性リング7の高圧室RH側の端面であり、スペーサリング8に低圧室RL方向の荷重aが負荷されていないときに、スペーサリング8の低圧室側端面部8cの外周端が当接した状態に配置される。つまり、弾性リング7の高圧室側端面部7は、軸方向に対して外周部7c側の端部から内周部7a側の端部に亘って高圧室RH側から低圧室RL側に縮径するようにテーパ状に形成される。高圧室側端面部7eは、スペーサリング8に低圧室RL方向の荷重aが負荷されているときに、スペーサリング8の低圧室側端面部8cの端面全体が押圧されて、弾性リング7が圧縮する。 The high-pressure chamber side end surface 7e is the end surface of the elastic ring 7 on the high-pressure chamber RH side, and is arranged in a state where the outer peripheral end of the low-pressure chamber side end surface 8c of the spacer ring 8 abuts against it when no load a is applied to the spacer ring 8 in the direction of the low-pressure chamber RL. In other words, the high-pressure chamber side end surface 7 of the elastic ring 7 is tapered so that the diameter decreases from the high-pressure chamber RH side to the low-pressure chamber RL side from the end on the outer peripheral portion 7c side to the end on the inner peripheral portion 7a side in the axial direction. When a load a is applied to the spacer ring 8 in the direction of the low-pressure chamber RL, the entire end surface of the low-pressure chamber side end surface 8c of the spacer ring 8 is pressed against the high-pressure chamber side end surface 7e, compressing the elastic ring 7.

<スペーサリング>
スペーサリング8は、高圧室RH内において、弾性リング7の高圧室側端面部7eの外周端に当接した状態に、シリンダ室2aの内壁に内嵌された金属製の円筒状部材である。図1に示すように、スペーサリング8は、プランジャ部材30が進退自在に挿入配置された外周部8aと、シリンダ室2aの内壁面に内嵌された内周部8bと、パッキンリング6の高圧室側端面部6cおよび弾性リング7の高圧室側端面部7eに対向配置された低圧室側端面部8cと、で構成される。
<Spacer ring>
The spacer ring 8 is a metallic cylindrical member fitted into the inner wall of the cylinder chamber 2a in a state in which it abuts against the outer circumferential end of the high-pressure chamber side end face 7e of the elastic ring 7 within the high-pressure chamber RH. As shown in Fig. 1, the spacer ring 8 is composed of an outer circumferential portion 8a into which the plunger member 30 is inserted and arranged so as to be movable back and forth, an inner circumferential portion 8b fitted into the inner wall surface of the cylinder chamber 2a, and a low-pressure chamber side end face portion 8c arranged opposite the high-pressure chamber side end face portion 6c of the packing ring 6 and the high-pressure chamber side end face portion 7e of the elastic ring 7.

さらに、スペーサリング8は、低圧側の端面に導水溝8dを有することもできる。導水溝8dを形成することによって、導水箇所が増え、環状空間Cにおける流体が籠らないようにすることで、パッキンリング6や弾性リング7の損傷を低減できる。図6に示すように、S2の方向に流体を逃がすことができる。 The spacer ring 8 can also have a water guide groove 8d on the low pressure end face. By forming the water guide groove 8d, the number of water guide points increases, and the fluid in the annular space C is prevented from becoming trapped, reducing damage to the packing ring 6 and the elastic ring 7. As shown in Figure 6, the fluid can escape in the direction of S2.

さらに、スペーサリング8は、中央部に中央導水溝(孔)8eを有することもできる。中央導水溝8eを形成することによって、環状隙間Cにおける流体が籠らないようにすることで、パッキンリング6や弾性リング7の損傷を低減できる。図6に示すように、S3の方向に流体を逃がすことができる。 The spacer ring 8 can also have a central water guide groove (hole) 8e in the center. By forming the central water guide groove 8e, the fluid in the annular gap C is prevented from becoming trapped, reducing damage to the packing ring 6 and the elastic ring 7. As shown in FIG. 6, the fluid can escape in the direction of S3.

中央導水溝(孔)8eによる導水性でも十分であるが、導水溝8dの方がスペーサリング8の低圧側で、パッキンリング6や弾性リング7と接する機会が多い箇所のため、より高い効果(損傷を低減する)が得られる可能性が高い。
なお、導水溝8dおよび中央導水溝(孔)8eの高さ、幅、深さ、形状、個数等は、適宜変更できる。
Although the water conduction provided by the central water guide groove (hole) 8e is sufficient, water guide groove 8d is located on the low pressure side of spacer ring 8 and is more likely to come into contact with packing ring 6 and elastic ring 7, and therefore is more likely to have a greater effect (reduce damage).
The height, width, depth, shape, number, etc. of the water guiding groove 8d and the central water guiding groove (hole) 8e can be changed as appropriate.

≪作用≫
本発明の実施形態に係る超高圧封止装置1および往復駆動ポンプ10の作用を説明する。
≪Effect≫
The operation of the ultra-high pressure sealing device 1 and the reciprocating pump 10 according to the embodiment of the present invention will be described.

往復駆動ポンプ10は、パッキンリング6の高圧室RH側に、スペーサリング8に当接した弾性リング7が圧縮されるように配置されていることで、パッキンリング6を介してバックアップリング5およびボトムリング4に高圧室RH方向の圧力が伝達されて、それらの部材間が隙間なく密着されるため、各シール部材間に適宜な初期圧を得ることができる。 The reciprocating pump 10 is arranged so that the elastic ring 7 abutting against the spacer ring 8 is compressed on the high pressure chamber RH side of the packing ring 6. This allows pressure in the direction of the high pressure chamber RH to be transmitted to the backup ring 5 and bottom ring 4 via the packing ring 6, resulting in tight contact between these components with no gaps, making it possible to obtain an appropriate initial pressure between each sealing component.

また、往復駆動ポンプ10は、スペーサリング8に高圧室RH側から低圧室RL方向(矢印a方向)の負荷がかかると、弾性リング7およびパッキンリング6を低圧室RL方向に押し込んで、圧縮させる。弾性リング7は、全体的に低圧室RL方向に圧縮されて移動し、係止部7bが中央外周部6gのテーパ面に沿って移動し、外周部7cがシリンダ室2aの内壁面に押し当てられて密着してシールする。また、係止部7bは、パッキンリング6の中央外周部6gを軸心方向(矢印b方向)に押し込んで、内周部6aをプランジャ部材30に密着させてシールする。そのパッキンリング6は、バックアップリング5およびボトムリング4の高圧室側端面部5e、4cを押圧する。 When a load is applied from the high pressure chamber RH side to the low pressure chamber RL side (arrow a direction) of the reciprocating pump 10, the elastic ring 7 and the packing ring 6 are pushed toward the low pressure chamber RL side, compressing them. The elastic ring 7 is compressed and moves toward the low pressure chamber RL as a whole, and the locking portion 7b moves along the tapered surface of the central outer periphery 6g, and the outer periphery 7c is pressed against the inner wall surface of the cylinder chamber 2a to seal in close contact. The locking portion 7b also pushes the central outer periphery 6g of the packing ring 6 in the axial direction (arrow b direction), and the inner periphery 6a is pressed against the plunger member 30 to seal. The packing ring 6 presses the high pressure chamber side end surface portions 5e, 4c of the backup ring 5 and the bottom ring 4.

パッキンリング6の低圧室側端面部6bは、バックアップリング5の高圧室側端面部5eおよびボトムリング4の高圧室側端面部4cに当接していることで、パッキンリング6から伝達される超高圧の軸方向(矢印e方向)の押圧力をバックアップリング5とボトムリング4の両方に同時に伝達することができる。このため、バックアップリング5によるシリンダ室2aの内壁面に対するシール性と、ボトムリング4によるプランジャ部材30に対するシール性とを早期に発生させてシール性を向上できる。 The low pressure chamber side end surface 6b of the packing ring 6 abuts against the high pressure chamber side end surface 5e of the backup ring 5 and the high pressure chamber side end surface 4c of the bottom ring 4, so that the ultra-high pressure axial pressing force (direction of arrow e) transmitted from the packing ring 6 can be transmitted simultaneously to both the backup ring 5 and the bottom ring 4. This allows the backup ring 5 to quickly seal against the inner wall surface of the cylinder chamber 2a and the bottom ring 4 to quickly seal against the plunger member 30, improving sealing performance.

バックアップリング5は、ボトムリング4の小径外周部4fに外嵌されていることによって、パッキンリング6から伝達される超高圧の軸方向(矢印e方向)の押圧力をバックアップリング5とボトムリング4の両方でそれぞれ役割を分担できる。また、ボトムリング4の小径外周部4fは、バックアップリング5が外嵌されていることによって、ボトムリング4とバックアップリング5の同軸度を確保することができるため、パッキンリング6の外周部6dを適切にシリンダ室2aの内壁面に密着させることができる。 The backup ring 5 is fitted onto the small diameter outer periphery 4f of the bottom ring 4, so that the ultra-high pressure axial (arrow e) pressing force transmitted from the packing ring 6 can be shared between the backup ring 5 and the bottom ring 4. In addition, the small diameter outer periphery 4f of the bottom ring 4, on which the backup ring 5 is fitted, ensures the concentricity of the bottom ring 4 and the backup ring 5, so that the outer periphery 6d of the packing ring 6 can be properly brought into close contact with the inner wall surface of the cylinder chamber 2a.

バックアップリング5は、外周方向(矢印g方向)に拡径された外周部5cがシリンダ室2aの内壁面に押圧されて密着されるため、シリンダ室2aの内壁面とのシール性を向上できる。また、楔形状のバックアップリング5の係止部5bは、その軸心側にあるボトムリング4の内周部4aを、軸心方向(矢印f方向)に押し込んでプランジャ部材30の外周面に密着させてシールする。 The backup ring 5 has an outer periphery 5c that is expanded in the outer periphery direction (arrow g direction) pressed against the inner wall surface of the cylinder chamber 2a to make a tight seal, improving the sealing performance with the inner wall surface of the cylinder chamber 2a. In addition, the wedge-shaped locking portion 5b of the backup ring 5 presses the inner periphery 4a of the bottom ring 4 on the axial side in the axial direction (arrow f direction) to make a tight seal with the outer periphery surface of the plunger member 30.

このため、ボトムリング4の内周部4aは、超高圧状態におけるプランジャ部材30に対するシール性を確保しながら摺動特性、封止性能、耐久性、およびシール寿命を大幅に向上できるため、500MPa以上の超高圧の流体であっても封止できる。 As a result, the inner periphery 4a of the bottom ring 4 can significantly improve the sliding characteristics, sealing performance, durability, and seal life while ensuring sealing performance against the plunger member 30 under ultra-high pressure conditions, making it possible to seal even ultra-high pressure fluids of 500 MPa or more.

前記実施形態では、超高圧において使用する超高圧封止装置1について説明したが、これに限定されるものではなく、超高圧(500MPa以上)よりも低圧な高圧の種々の部位にも同様に適用できる。 In the above embodiment, the ultra-high pressure sealing device 1 for use at ultra-high pressures has been described, but it is not limited to this and can be similarly applied to various parts at pressures lower than ultra-high pressures (500 MPa or more).

1 超高圧封止装置
2 外側部材
3 内側部材
4 ボトムリング
4a、5a、6a、7a 内周部
4b、6b 低圧室側端面部
4c、5e、6c 高圧室側端面部
4d、5c、6d、7c 外周部
4e、6e 大径外周部
4f、6f 小径外周部
4g、6g 中央外周部
6i 導通溝
5 バックアップリング
5b、7b 係止部
6 パッキンリング
7 弾性リング
8 スペーサリング
8d 導水溝
8e 中央導水溝
10 往復駆動ポンプ
20 シリンダ部材
30 プランジャ部材
C 環状隙間
RH 高圧室
RL 低圧室


REFERENCE SIGNS LIST 1 Ultra-high pressure sealing device 2 Outer member 3 Inner member 4 Bottom ring 4a, 5a, 6a, 7a Inner periphery 4b, 6b Low pressure chamber side end face 4c, 5e, 6c High pressure chamber side end face 4d, 5c, 6d, 7c Outer periphery 4e, 6e Large diameter outer periphery 4f, 6f Small diameter outer periphery 4g, 6g Central outer periphery 6i Conducting groove 5 Backup ring 5b, 7b Locking portion 6 Packing ring 7 Elastic ring 8 Spacer ring 8d Water guide groove 8e Central water guide groove 10 Reciprocating drive pump 20 Cylinder member 30 Plunger member C Annular gap RH High pressure chamber RL Low pressure chamber


Claims (7)

外側部材と内側部材との間に形成された環状隙間に配設され、当該環状隙間を封止して高圧室と低圧室とを仕切る超高圧封止装置であって、
低圧側で前記外側部材と接触して封止するボトムリングと、
前記ボトムリングの高圧側の先端部に接触して封止するバックアップリングと、
前記ボトムリングと前記バックアップリングの高圧側端面部と接触して封止するパッキンリングと、
前記パッキンリングの先端部に接触して封止する弾性リングと、を備え、
前記パッキンリングの先端部は、単一または複数の導通溝を有し、
前記内側部材が高圧側に移動するときは、当該環状隙間の一部であり、前記外側部材、前記パッキンリングおよび前記弾性リングで形成される環状空間と前記導通溝とが導通せず、
前記内側部材が低圧側に移動するときは、前記導通溝が前記環状空間と導通することで前記環状空間内に侵入した流体を前記環状空間の外の高圧側へ排出する、超高圧封止装置。
An ultra-high pressure sealing device that is disposed in an annular gap formed between an outer member and an inner member and seals the annular gap to separate a high pressure chamber and a low pressure chamber,
a bottom ring that contacts and seals with the outer member on the low pressure side;
a backup ring that contacts and seals a tip end portion of the bottom ring on the high pressure side ;
a packing ring that contacts and seals the bottom ring and the high pressure side end surface of the backup ring;
an elastic ring that contacts and seals the tip of the packing ring;
The tip of the packing ring has a single or multiple conductive grooves,
When the inner member moves to the high pressure side, a part of the annular gap, an annular space formed by the outer member, the packing ring and the elastic ring, is not electrically connected to the conductive groove ,
An ultra-high pressure sealing device in which, when the inner member moves to the low pressure side, the conductive groove becomes conductive with the annular space, thereby discharging fluid that has entered the annular space to the high pressure side outside the annular space .
前記導通溝は、前記パッキンリングの先端部の周方向に均等に複数配置される、請求項1に記載の超高圧封止装置。 The ultra-high pressure sealing device according to claim 1, wherein the conductive grooves are arranged evenly around the circumferential edge of the packing ring. 前記導通溝は、前記パッキンリングの先端部の軸線方向における幅よりも長い導通溝の幅を有する、請求項1または請求項2に記載の超高圧封止装置。 3. The ultra-high pressure sealing device according to claim 1, wherein the conductive groove has a width greater than a width of the tip end of the packing ring in the axial direction . 前記導通溝を保護するための導通溝用保護部と、を有する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の超高圧封止装置。 The ultra-high pressure sealing device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a conductive groove protection part for protecting the conductive groove. 前記弾性リングの高圧側で封止するスペーサリングを備え、
前記スペーサリングは、低圧側の端面に導水溝を有する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の超高圧封止装置。
a spacer ring sealing against the high pressure side of the elastic ring;
5. The ultra-high pressure sealing device according to claim 1, wherein the spacer ring has a water guide groove on an end surface on the low pressure side.
前記弾性リングの高圧側で封止するスペーサリングを備え、
前記スペーサリングは、その軸線における方向中央部に中央導水溝を有する、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の超高圧封止装置。
a spacer ring sealing against the high pressure side of the elastic ring;
6. The ultra-high pressure sealing device according to claim 1, wherein the spacer ring has a central water guide groove at a central portion in the direction of the axis of the spacer ring .
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の超高圧封止装置を備え、圧力が500MPa以上の往復駆動ポンプであって、
前記外側部材は、シリンダ部材であり、
前記内側部材は、プランジャ部材であること、を特徴とする往復駆動ポンプ。
A reciprocating pump having a pressure of 500 MPa or more, comprising the ultra-high pressure sealing device according to any one of claims 1 to 6,
the outer member is a cylinder member;
The reciprocating drive pump according to claim 1, wherein the inner member is a plunger member.
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