特開 2023-184143 超高圧封止装置および往復駆動ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023184143

(43)【公開日】2023-12-28

(54)【発明の名称】超高圧封止装置および往復駆動ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/46 20060101AFI20231221BHJP

   F16J 15/18 20060101ALI20231221BHJP

   F16J 15/3268 20160101ALI20231221BHJP

   F04B 39/00 20060101ALI20231221BHJP

【ＦＩ】

F16J15/46

F16J15/18 A

F16J15/3268

F04B39/00 104D

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022098118

(22)【出願日】2022-06-17

(71)【出願人】

【識別番号】000132161

【氏名又は名称】株式会社スギノマシン

(72)【発明者】

【氏名】伊東 光一

【テーマコード（参考）】

3H003

3J043

【Ｆターム（参考）】

3H003AA02

3H003BC03

3H003CB04

3H003CD03

3H003CE04

3H003CE05

3J043AA12

3J043BA08

3J043BA09

3J043CA03

3J043CA06

3J043CB13

3J043DA02

3J043DA03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】プランジャの往復移動による背圧の影響が低減されるように流体の導水性を高め、耐久性を向上させることが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。
【解決手段】超高圧封止装置１は、低圧側ＲＬで外側部材２と接触して封止するボトムリング４と、ボトムリングの先端部に接触して封止するバックアップリング５と、ボトムリングとバックアップリングの高圧側端面部４ｃ、５ｅと接触して封止するパッキンリング６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７と、を備える。弾性リングは、Ｕ字部を有し、内側部材３が高圧側に移動するときは、外側部材２、パッキンリングおよび弾性リングで形成される環状空間Ｃ３と導通せず、内側部材が低圧側に移動するときは、環状空間と導通する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、
前記弾性リングは、Ｕ字部を有し、
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導通せず、
前記内側部材が低圧側に移動するときは、前記環状空間と導通する、超高圧封止装置。

【請求項2】

前記弾性リングは、
前記外側部材に接触し、外周側に形成される外周突起部と、
前記パッキンリングに接触し、内周側に形成される内周突起部と、を有する、請求項１に記載の超高圧封止装置。

【請求項3】

前記外周突起部は、
前記弾性リングの先端に形成される第１の外周部と、
前記第１の外周部とは傾斜角度の異なる接触面を有する第２の外周部と、を有する請求項１または請求項２記載の超高圧封止装置。

【請求項4】

前記外周突起部の傾斜角は、第１の基準面Ｆ１に対して、１５～２５°である、請求項２または請求項３記載の超高圧封止装置。

【請求項5】

前記内周突起部の傾斜角は、第２の基準面Ｆ２に対して、５～１５°である、請求項２記載の超高圧封止装置。

【請求項6】

前記外周部の傾斜角は、第３の基準面Ｆ３に対して、１０～２０°である、請求項３または４のいずれか一項に記載の超高圧封止装置。

【請求項7】

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６のいずれか１項に記載の超高圧封止装置。

【請求項8】

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、中央部に中央導水溝を有する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の超高圧封止装置。

【請求項9】

請求項１から請求項８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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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、Ｕ字部を形成した弾性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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４１２３５４７号公報

【特許文献2】特許第６３９７３７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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、シリンダ内部で加圧する（プランジャ部材を高圧側に移動させる）際に、パッキンリングや弾性リングの隙間に圧力が籠る機会が増加し、シリンダ内を減圧する（プランジャ部材を低圧側に移動させる）。その結果、パッキンリングや弾性リングの隙間に籠る背圧が残ったままとなる。
しかし、背圧が残ったままで、シリンダ内部の加圧と減圧（プランジャ部材の移動）を繰り返した場合、パッキンリングや弾性リングに必要以上に圧力がかかり、変形、損傷してしまうという課題があった。

【0007】

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、外周突起部および内周突起部の間に構成される弾性リングのＵ字部によって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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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、弾性リングは、Ｕ字部を有し、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せず、内側部材が低圧側に移動するときは、環状空間と導通する。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係る超高圧封止装置は、外周突起部および内周突起部の間に構成される弾性リングのＵ字部によって、Ｕ字部（外周突起部と内周突起部）が開く方向に作用することで超高圧における封止性能を向上させるとともに、Ｕ字部（外周突起部と内周突起部）が閉じる方向に作用することで封止しない状態となり、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。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】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である。

【図2】図１の要拡大図である。

【図3】本発明の実施形態に係る弾性リングを示す断面図である。

【図4】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である。

【図5】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である。

【図6】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である。

【図7】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である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

≪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。

【0013】

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。

【0014】

＜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。

【0015】

＜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。

【0016】

＜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。

【0017】

＜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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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の外周部８ｂの外径は、略同一である。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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たす。

【0027】

＜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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

＜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。

【0032】

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たす。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

図６に示すように、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。

【0040】

また、図７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。

【0041】

そして、往復駆動ポンプは、内側部材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６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。

【0042】

そこで、本発明の超高圧封止装置において、外周突起部７ｅおよび内周突起部７ｆの間に構成される弾性リング７のＵ字部７ｇ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４に示す超高圧が負荷されたときの状態は、図６および図７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。つまり、内側部材３が高圧側に移動するときには、環状隙間Ｃ１は、外側部材２、パッキンリング６および弾性リング７で形成される環状空間Ｃ３と導通しない。しかし、流体の浸入を１００％防ぐことは難しい。
異なるのは、図５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。

【0043】

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、外周突起部７ｅおよび内周突起部７ｆの間に構成されるＵ字部７ｇを形成したことで、環状隙間（環状空間）Ｃ３内に浸入する流体がＳ３方向に移動するエネルギーによって、弾性リング７の外周突起部７ｅが一時的または断続的に内側方向へ入り込む形状に変形し、流体が環状隙間Ｃ１に流れ込むことで、環状隙間（環状空間）Ｃ３内に背圧が籠る状態を回避できる。
つまり、内側部材３が低圧側に移動するときは、外周突起部７ｅが一時的または断続的に内側方向へ入り込む形状に変形し、外周突起部環状空間Ｃ３と導通することで、流体が環状隙間Ｃ１に流れ込み、背圧が籠らない。
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。

【0044】

＜弾性リング＞
弾性リング７は、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側の外周部に形成された外周突起部７ｅと、スペーサリング８側の内周部に形成された内周突起部７ｆと、外周突起部７ｅと内周突起部７ｆの間にＵ字状に凹んだ状態で形成されるＵ字部７ｇと、で構成される。
弾性リング７の材質としては、例えば、ウレタンゴムやニトリルゴム等の弾性を有する合成ゴムを利用できる。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。また、外周部７ｃは、外周突起部７ｅの先端に形成される第１の外周部７ｃａと、第１の外周部７ｃａと繋がり、第１の外周部７ｃａとは傾斜角度の異なる接触面を有する第２の外周部７ｃｂで構成される。
通常時において第１の外周部７ｃａのみがシリンダ部材２０に密着する形状にすることで、プランジャ部材３０の移動に伴う環状隙間（環状空間）Ｃ３内の流体が外部に押し出される際に、外周突起部７ｅの変形が容易となる。

【0048】

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。

【0049】

外周突起部７ｅは、弾性リング７のスペーサリング８側に形成された外周部にあたる部位である。通常時（プランジャ部材３０の移動がない状態）は、先端の第１の外周部７ｃａがシリンダ部材２０に密着した状態である。プランジャ部材３０の移動によって、環状空間Ｃ内の圧力の上昇または下降に合わせて、外周突起部７ｅがシリンダ部材２０との接触および非接触を調整することで、環状空間（環状空間）Ｃ３内の流体が籠りにくい状態を維持できる。

【0050】

内周突起部７ｆは、弾性リング７のスペーサリング８側に形成された内周部にあたる部位である。通常時（プランジャ部材３０の移動がない状態）は、内周突起部７ｆがパッキンリング６に密着した状態である。

【0051】

Ｕ字部７ｇは、外周突起部７ｅと内周突起部７ｆの間に凹んだ状態で形成される部位である。Ｕ字部７ｇを形成することによって、流体の移動に伴う圧力変動があったとしても、外周突起部７ｅの動きを柔軟に調整できる。

【0052】

さらに、外周突起部７ｅの動きを柔軟にするためには、外周突起部７ｅや内周突起部７ｆの傾斜角が重要である。外周突起部７ｅの傾斜角α１と、内周突起部７ｆの傾斜角α２と、外周部の傾斜角α３と、を適切な範囲内に収めることによって、シール性能の維持と背圧回避性能の向上を図ることができる。

【0053】

外周突起部７ｅの傾斜角α１は、弾性リング７を断面視した場合、弾性リング７の軸と並行な第１の基準面Ｆ１に対して、１５～２５°、特に１８°が好ましい。
傾斜角α１を設定することによって、外周突起部７ｅが外側部材３に接触し、封止するためのグリップ力を向上させることができる。
傾斜角α１と傾斜角α２の角度がそれぞれ外側に傾斜するだけ、Ｕ字部７ｇ内の大きさが大きくなり、内側部材３が高圧側に移動するときには、内部に流体が入り込むとともに、外周突起部７ｅの外側部材３への接触圧と内周突起部７ｆの内側部材２への接触圧が強くなる。ただし、傾斜角α１と傾斜角α２の角度が大きすぎると、接触面にかかる負荷にバラつきがでるため、適度な角度に設定することで、より効果がある。

【0054】

内周突起部７ｆの傾斜角α２は、弾性リング７を断面視した場合、弾性リング７の軸と並行な第２の基準面Ｆ２に対して、５～１５°、特に１０°が好ましい。
傾斜角α２を設定することによって、内周突起部７ｆが内側部材２に接触し、封止するためのグリップ力を向上させることができる。角度が大きすぎると接触面にかかる負荷にバラつきがでるため、適度な角度に設定することで、より効果がある。

【0055】

外周部の傾斜角α３は、弾性リング７を断面視した場合、弾性リング７の軸と並行な第三の基準面Ｆ３に対して、１０～２０°、特に１５°が好ましい。
傾斜角α３を設定することによって、外周突起部７ｅが外側部材３に接触し、封止するためのグリップ力を向上させることができる。
角度が大きすぎると接触面にかかる負荷にバラつきがでるため、適度な角度に設定することで、より効果がある。
なお、第１の基準面Ｆ１、第２の基準面Ｆ２、第三の基準面Ｆ３は、すべて平行な関係性にある。

【0056】

また、外周突起部７ｅの幅Ｗ１と内周突起部７ｆの幅Ｗ２を同一、一方を長くまたは短くすることによって、外側部材３や内側部材２とのグリップ力を確保することもできる。

【0057】

＜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内周部８ａと、シリンダ室２ａの内壁面に内嵌された外周部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に対向配置された低圧室側端面部８ｃと、で構成される。

【0058】

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５に示すように、Ｓ２の方向に流体を逃がすことができる。

【0059】

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５に示すように、Ｓ３の方向に流体を逃がすことができる。

【0060】

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。

【0061】

≪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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【符号の説明】

【0069】

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
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
７ｃａ 第１の外周部
７ｃｂ 第２の外周部
７ｅ 外周突起部
７ｆ 内周突起部
７ｇ Ｕ字部
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
Ｃ１，Ｃ２ 環状隙間
Ｃ３ 環状隙間(環状空間)
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３ 基準面
ＲＨ 高圧室
ＲＬ 低圧室
α１ 外周突起部の傾斜角
α２ 内周突起部の傾斜角
α３ 外周面の傾斜角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】