JP2005147317A - 密封装置及び燃料噴射ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 部品点数の削減と装置の小型化を図ると共に、耐圧性能と密封性能の両立を図った密封装置、及びそのような密封装置を備えた燃料噴射ポンプを提供する。
【解決手段】 メインシール１２は減圧シール１１に備えられた環状溝１１ｂに装着される。また、メインシール１２は、減圧シール１１に備えられた第１シールリップ１１ａの背面側で軸表面に対して摺動するように構成される。そして、減圧シール１１が主として耐圧性能を発揮し、メインシール１２が主として密封性能を発揮する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、相対的に移動する２部材間の環状隙間を密封する密封装置、及びそのような密封装置が備えられた燃料噴射ポンプに関するものである。

例えば、直接噴射方式の内燃機関で用いられる燃料噴射ポンプにおいては、往復動するプランジャとシリンダ間の環状隙間を密封装置により密封している（例えば、特許文献１参照）。そして、この密封装置は、当該密封装置を介して一方の側の燃料が他方へ漏れることを防止し、かつ、他方の側の潤滑油が一方へ漏れることを防止している。ここで、燃料側は高圧になるため、密封装置には、耐圧性が要求される。特に、近年、排ガス規制や燃費改善等の理由により、上記燃料噴射ポンプに用いられる密封装置に対しては、益々、耐圧性の要求が高まっている。

図８及び図９を参照して、従来例に係る燃料噴射ポンプに用いられる密封装置について、２つの例を説明する。図８及び図９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。図８及び図９に示すように、従来例に係る密封装置は、減圧シール１００，１００ａと、メインシール２００とを備えている。図８に示す従来例に係る密封装置の減圧シール１００は、樹脂製のシールリング１０１と、ゴム製のシールリング１０２とを備えている。一方、図９に示す従来例に係る密封装置の減圧シール１００ａは、断面Ｕ字形状の樹脂製のシールリング１０１ａと、このシールリング１０１ａの内側に設けられるバネ部材１０２ａとを備えている。メインシール２００は、いずれの従来例も同一の構成であり、金属環２０１と、金属環２０１に設けられるシールリップ２０２とを備えている。

以上のように構成された密封装置においては、減圧シール１００，１００ａにより、主として耐圧性能を発揮させ、かつ、メインシール２００により、主として密封性能を発揮させていた。このように、耐圧性能と密封性能を別々のシールにより発揮させていた理由は、次の通りである。すなわち、耐圧性能を重視すると、剛性の高い樹脂材料を好適に用いることができるが、この場合、密封性能が劣ってしまう。一方、密封性能を重視すると、粘弾性の高いゴム材料を好適に用いることができるが、この場合、耐圧性能が劣ってしまう。そこで、樹脂材料で構成されるシールリング１０１，１０１ａを有する減圧シール１００，１００ａとゴム材料で構成されるメインシール２００を組み合わせて利用することにより、両者の長所を活かし、かつ両者の短所を補うようにしていた。

ところで、近年、燃料噴射ポンプが小型化される傾向にあり、密封装置に対しても小型化の要求が高まっている。しかし、上記従来例に係る密封装置においては、２種類のシールを２箇所に設置する構成であるため、小型化の要求に応えることが難しかった。
特開２００３−２１２４１号公報

本発明の目的の一つとしては、密封装置の小型化を図ることが挙げられる。

本発明の他の目的の一つとしては、部品点数の削減を図ることが挙げられる。

本発明の他の目的の一つとしては、耐圧性能と密封性能の両立を図ることが挙げられる。

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。

すなわち、本発明の密封装置は、相対的に移動する２部材間の環状隙間を密封する密封装置において、
２部材のうちの一方の部材に摺動するシールリップを有する減圧シールと、
該減圧シールに設けられた装着部に装着され、前記一方の部材に対して前記シールリップの背面側で摺動するメインシールと、を備えることを特徴とする。

本発明の構成によれば、減圧シールにより耐圧性能が発揮され、減圧シールに設けられた装着部に装着されるメインシールによって密封性能が発揮される。そして、減圧シールとメインシールを別々の個所に設置する構成と比較すると、本発明はメインシールが減圧シールの装着部に装着されているので、密封装置の小型化を図ることができ、また、部品点数の削減を図ることが可能となる。

ここで、減圧シールは、剛性の高い材料（少なくともメインシールに比べて剛性の高い材料）で構成されると良い。このように、減圧シールを剛性の高い材料で構成することにより、耐圧性能を十分に発揮させることが可能となる。剛性の高い材料としては、例えば、ＰＴＦＥなどの樹脂材料を好適な例として挙げることができる。

また、メインシールは、粘弾性の高い材料（少なくとも減圧シールに比べて粘弾性の高い材料）で構成されると良い。このように、メインシールを粘弾性の高い材料で構成することにより、密封性能を十分に発揮させることが可能となる。粘弾性の高い材料としては、例えば、ゴム材料を好適な例として挙げることができる。

また、本発明の燃料噴射ポンプは、
シリンダ内を往復移動するプランジャによって、加圧室内の燃料を加圧することで燃料を噴射する燃料噴射ポンプにおいて、
シリンダとプランジャとの間の環状隙間が、上記の密封装置によって密封されていることを特徴とする。

本発明の構成によれば、密封装置の小型化が可能であるため、燃料噴射ポンプの小型化を図ることができる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、密封装置の小型化を図ることができ、また、部品点数の削減を図ることができる。また、耐圧性能と密封性能の両立を図ることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、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。

図１を参照して、本発明の実施例１に係る密封装置について説明する。図１は本発明の実施例１に係る密封装置の使用状態を示す模式的断面図である。本実施例に係る密封装置
１０は、軸と、ハウジングに設けられた当該軸が挿通される軸孔との間の環状隙間を密封するために用いられる。ここで、この軸とハウジングは相対的に往復移動するように構成されている。また、本実施例に係る密封装置１０は、ハウジング側に設けられた環状の溝の中に設置される。

そして、本実施例に係る密封装置１０は、減圧シール１１とメインシール１２とを備える。減圧シール１１は、その本体部分（バネ部材１１ｅを除く部分）は、剛性が高く、かつ摩擦抵抗の少ない樹脂材料（例えば、ＰＴＦＥ）により構成されている。一方、メインシール１２は、粘弾性の高いゴム材料により構成されている。これら減圧シール１１とメインシール１２からなる密封装置によって、第１密封流体側（Ｏ１）と第２密封流体側（Ｏ２）とを遮断している。ここで、本実施例においては、第１密封流体側（Ｏ１）の密封流体は、高圧状態になる場合がある。

そして、減圧シール１１は、第１密封流体側（Ｏ１）に向かって伸びる第１シールリップ１１ａを備えている。この第１シールリップ１１ａは、軸とハウジングが相対的に移動すると、軸表面に対して摺動する。また、減圧シール１１は、第１シールリップ１１ａの根元の近傍に、メインシール１２が装着される装着部となる環状溝１１ｂを備えている。更に、減圧シール１１は、ハウジングに設けられた環状の溝の内周表面に密着する、第２シールリップ１１ｃ及び突起状シール１１ｄを備えている。そして、減圧シール１１においては、第１シールリップ１１ａと第２シールリップ１１ｃが備えられた部分の断面形状が略Ｕ字形状となっている。そして、この断面略Ｕ字形状の部分の内側に、バネ部材１１ｅが設けられている。このバネ部材１１ｅは、第１シールリップ１１ａを軸表面側に、第２シールリップ１１ｃをハウジングに設けられた環状の溝の内周表面側に、それぞれ押圧している。

また、メインシール１２は減圧シール１１に備えられた環状溝１１ｂに装着される。このメインシール１２は、断面が略Ｄ形状であるＤリングである。そして、メインシール１２は、軸とハウジングが相対的に移動すると、その内周側が軸表面に摺動する。また、メインシール１２の外周側は、環状溝１１ｂの内周表面に密着する。また、このメインシール１２は、その弾性反発力によって、減圧シール１１を外径方向に押圧する作用を発揮している。これにより、減圧シール１１に備えられた突起状シール１１ｄによる密封機能がより効果的に発揮される。

以上のように、減圧シール１１とメインシール１２により構成される密封装置１０により、第１密封流体側（Ｏ１）と第２密封流体側（Ｏ２）とを遮断している。ここで、上記の通り、第１密封流体側（Ｏ１）は高圧状態になる場合がある。そのため、密封装置１０には、耐圧性能と密封性能が要求される。そして、本実施例に係る密封装置１０では、減圧シール１１が主として耐圧性能を発揮し、メインシール１２が主として密封性能を発揮している。すなわち、上記の通り、減圧シール１１は、剛性の高い樹脂材料により構成されており、耐圧性能に優れている。一方、メインシール１２は、粘弾性の高いゴム材料により構成されており、密封性能に優れている。

そして、本実施例においては、メインシール１２は、減圧シール１１に備えられた第１シールリップ１１ａの背面側で軸表面に対して摺動するように構成されている。そのため、減圧シール１１のみが、第１密封流体側（Ｏ１）に曝されており、メインシール１２は、第１密封流体側（Ｏ１）には曝されていない。これにより、第１密封流体側（Ｏ１）が高圧状態になっても、メインシール１２が直接高い圧力を受けることはない。従って、メインシール１２は、十分に密封性能が発揮され、かつ、経時劣化が抑制される。ただし、減圧シール１１は、メインシール１２に比べて、密封性能が劣る。そのため、第１シールリップ１１ａにおける摺動部から、第１密封流体が第２密封流体側（Ｏ２）に漏れるおそ
れがある。しかし、密封性能に優れたメインシール１２により、第１密封流体が第２密封流体側（Ｏ２）に漏れることが防止される。また、第２密封流体も、このメインシール１２によって、第１密封流体側（Ｏ１）への漏れが防止される。

以上のように、減圧シール１１が主として耐圧性能を発揮し、メインシール１２が主として密封性能を発揮することで、耐圧性能の要求と密封性能の要求を一つの密封装置１０で応えることができる。また、メインシール１２を減圧シール１１に備えられた第１シールリップ１１ａの背面側に設けたことにより、両者の短所（メインシール１２は耐圧性能が劣り、減圧シール１１は密封性能が劣る）を互いに補うことができる。なお、第１シールリップ１１ａの先端は、第１密封流体側（Ｏ１）の傾斜面の方が、第２密封流体側（Ｏ２）の傾斜面に比べて、軸表面とのなす角度が大きくなるように設定されている。従って、第１シールリップ１１ａと軸が相対的に往復移動すると、第２密封流体側（Ｏ２）に引き込まれる密封流体の量よりも、第１密封流体側（Ｏ１）に押し出される密封流体の量の方が多い。従って、第１シールリップ１１ａとメインシール１２との間の密封領域内の流体圧力が第１密封流体側（Ｏ１）の圧力よりも高くなってしまうことは防止される。

ここで、剛性の高い材料で構成された減圧シール１１は、ゴム材料で構成されたメインシール１２に比べてクリープによる経時的なひずみ量が大きい。また、特に第１シールリップ１１ａは摺動による磨耗も進行する。しかし、本実施例では、バネ部材１１ｅが設けられているため、第１シールリップ１１ａの軸表面に対する摺動状態、及び、第２シールリップ１１ｃのハウジングに対する密着状態は安定的に保たれる。従って、減圧シール１１におけるシール性能の経時的な劣化は抑制される。更に、本実施例では、第１シールリップ１１ａと第２シールリップ１１ｃが備えられた部分の断面形状が略Ｕ字形状となっている。そのため、この部分の内側の密封流体による圧力によって、各シールリップは外側に押圧される。つまり、当該密封流体による圧力が、バネ部材１１ｅによる押圧力に加わる。従って、減圧シール１１におけるシール性能の経時的な劣化は、より確実に抑制される。

以上のように、本実施例に係る密封装置１０によれば、一つの装置で、耐圧性能と密封性能を発揮させることができる。そして、減圧シールとメインシールを別々の個所に設置する構成と比較して、部品点数の削減や密封装置の小型化及び配置スペースの縮小化を図ることができる。また、これにより、組み付け工数を削減することができる。更に、これらは、コスト削減にもつながる。

次に、本実施例に係る密封装置１０の好適な適用例について説明する。直接噴射方式の内燃機関においては、燃料を噴射させるための燃料噴射ポンプが備えられる。例えば、シリンダ内を往復移動するプランジャによって、加圧室内の燃料を加圧することで、燃料を噴射するように構成された燃料噴射ポンプが知られている（当該燃料噴射ポンプについては、公知技術であるので、詳細説明は省略する）。かかる燃料噴射ポンプにおいては、往復動するプランジャ（軸に相当）とシリンダ（ハウジングに相当）間の環状隙間を密封する必要がある。そこで、この環状隙間を密封するために、上述した密封装置１０を好適に適用することが可能である。

このように適用された密封装置１０は、加圧室側の燃料（第１密封流体に相当）と潤滑油（第２密封流体に相当）を遮断する。そして、密封装置１０は、燃料が加圧室側から漏れるのを防止すると共に、潤滑油が加圧室内に侵入してしまうことを防止しなければならない。また、加圧室側の燃料は非常に圧力が高くなる。しかし、上述のように、密封装置１０は、耐圧性能と密封性能を兼ね備えているので、このような燃料噴射ポンプに用いられた場合には、その機能が十分に発揮される。また、近年、燃料噴射ポンプは小型化の傾向にあるが、上述の通り、本実施例に係る密封装置１０は小型化の要求に十分に応えるこ
とができる。

図２には、本発明の実施例２が示されている。図２は本発明の実施例２に係る密封装置の使用状態を示す模式的断面図である。上記実施例１においては、メインシールがＤリングの場合を示した。これに対して、本実施例に係る密封装置１０ａは、メインシール１２ａがＯリングの場合を示している。この場合でも、上記実施例１と同様の効果を得ることができることは言うまでもない。なお、減圧シール１１については、上記実施例１と同一であるので、その説明は省略する。

図３には、本発明の実施例３が示されている。図３は本発明の実施例３に係る密封装置の使用状態を示す模式的断面図である。本実施例に係る密封装置２０は、減圧シール２１とメインシール２２と外周シール２３とを備える。すなわち、本実施例においても、上記実施例１と同様に、減圧シール２１の内周側に設けられた環状溝２１ａにメインシール２２が装着される。そして、さらに、本実施例では、減圧シール２１の外周側にも環状溝２１ｂが設けられ、ここに外周シール２３が装着される。ここで、メインシール２２と外周シール２３は、いずれもゴム材料で構成されたＤリングである。本実施例においては、密封装置２０とハウジングとの間も、密封性能に優れたゴム材料で構成される外周シール２３により密封されるので、実施例１よりも更に密封性能が良くなる。なお、減圧シール２１は樹脂材料で構成され、メインシール２２はゴム材料で構成される点については、実施例１と同様である。

図４には、本発明の実施例４が示されている。図４は本発明の実施例４に係る密封装置の使用状態を示す模式的断面図である。上記実施例３においては、メインシールと外周シールがＤリングの場合を示した。これに対して、本実施例に係る密封装置２０ａは、メインシール２２ａと外周シール２３ａがＯリングの場合を示している。この場合でも、上記実施例３と同様の効果を得ることができることは言うまでもない。なお、減圧シール２１については、上記実施例３と同一であるので、その説明は省略する。

図５には、本発明の実施例５が示されている。図５は本発明の実施例５に係る密封装置の使用状態を示す模式的断面図である。本実施例に係る密封装置３０においても、上記実施例１と同様に、樹脂材料により構成される減圧シール３１と、当該減圧シール３１に設けられた環状溝内に装着される、ゴム材料により構成されるメインシール（Ｄリング）３２とを備える。本実施例では、減圧シール３１の形状が、上記実施例１とは異なっている。すなわち、本実施例では、減圧シール３１の外周側は、その全面がハウジングに密着するように構成されている。また、上記実施例１では、軸表面に摺動するシールリップ（第１シールリップ１１ａ）は撓み変形し易い形状であるのに対して、本実施例では、軸表面に摺動するシールリップ３１ａはあまり撓み変形されない形状となっている。そして、本実施例では、上記実施例１のようにバネ部材は用いられない。

本実施例では、減圧シール３１の形状や構造が簡素になるため、その素材や使用条件等により、シールリップ３１ａの摺動による磨耗、クリープによる経時的なひずみがあまり問題にならない場合には、有効である。

図６には、本発明の実施例６が示されている。図６は本発明の実施例６に係る密封装置の使用状態を示す模式的断面図である。上記実施例５においては、メインシールがＤリン
グの場合を示した。これに対して、本実施例に係る密封装置３０ａは、メインシール３２ａがＯリングの場合を示している。この場合でも、上記実施例５と同様の効果を得ることができることは言うまでもない。なお、減圧シール３１については、上記実施例５と同一であるので、その説明は省略する。

図７には、本発明の実施例７が示されている。図７は本発明の実施例７に係る密封装置の使用状態を示す模式的断面図である。本実施例は、上記実施例３の変形例であり、減圧シールのシールリップを左右対称に設けた実施例である。

すなわち、本実施例に係る密封装置４０は、減圧シール４１とメインシール４２と外周シール４３とを備える。そして、減圧シール４１は、第１密封流体側（Ｏ１）に向かって伸びる第１シールリップ４１ａと、同じく第２密封流体側（Ｏ２）に向かって伸びる第１シールリップ４１ｂを備えている。これらの第１シールリップ４１ａ，４１ｂは、軸とハウジングが相対的に移動すると、いずれも軸表面に対して摺動する。また、減圧シール４１は、第１シールリップ４１ａ，４１ｂの根元の近傍に、メインシール４２が装着される装着部となる環状溝４１ｃを備えている。また、減圧シール４１は、ハウジングに設けられた環状の溝の内周表面に密着する、第２シールリップ４１ｅ，４１ｆが左右対称に設けられている。更に、減圧シール４１は、第２シールリップ４１ｅ，４１ｆの根元の近傍に、外周シール４３が装着される装着部となる環状溝４１ｄを備えている。そして、減圧シール４１においては、第１シールリップ４１ａと第２シールリップ４１ｅが備えられた部分の断面形状がＵ字形状となっており、同様に、第１シールリップ４１ｂと第２シールリップ４１ｆが備えられた部分の断面形状がＵ字形状となっている。そして、これらの断面Ｕ字形状の部分の内側に、それぞれバネ部材４１ｇ，４１ｈが設けられている。

本実施例に係る密封装置４０によれば、第１密封流体側（Ｏ１）だけでなく第２密封流体側（Ｏ２）に対しても耐圧性能が発揮される。従って、両側の密封流体の圧力が高くなる場合に、本実施例に係る密封装置４０を好適に用いることができる。

（その他）
これまで説明した各実施例においては、メインシールがＤリング又はＯリングの場合を示したが、その他、Ｘリングや角リングなどのシールリングを用いても良い。また、実施例１，２，３，４，７においては、第１シールリップ及び第２シールリップを安定的に相手部材に対して摺動又は密着させるために、バネ部材を備える構成を示した。ただし、使用環境等により、特に問題がなければ、バネ部材をなくして、構成を簡略化することも可能である。更に、これまで説明した各実施例においては、ハウジング側に設けられた環状の溝の中に密封装置を設置する構成を説明した。しかし、これに限らず、軸側に設けられた環状の溝の中に密封装置を設置する構成を採用することも可能である。この場合、ハウジングに対して、シールリップやメインシールが摺動することになる。また、上記実施例では、往復動用に用いられる密封装置として説明したが、回転用や揺動用の密封装置としても用いることが可能である。

図１は本発明の実施例１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２は本発明の実施例２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３は本発明の実施例３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は本発明の実施例４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５は本発明の実施例５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６は本発明の実施例６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７は本発明の実施例７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８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。 図９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。

符号の説明

１０，１０ａ 密封装置
１１ 減圧シール
１１ａ 第１シールリップ
１１ｂ 環状溝
１１ｃ 第２シールリップ
１１ｄ 突起状シール
１１ｅ バネ部材
１２，１２ａ メインシール
２０，２０ａ 密封装置
２１ 減圧シール
２１ａ，２１ｂ 環状溝
２２，２２ａ メインシール
２３，２３ａ 外周シール
３０，３０ａ 密封装置
３１ 減圧シール
３１ａ シールリップ
３２ａ メインシール
４０ 密封装置
４１ 減圧シール
４１ａ，４１ｂ 第１シールリップ
４１ｃ，４１ｄ 環状溝
４１ｅ，４１ｆ 第２シールリップ
４１ｇ，４１ｈ バネ部材
４２ メインシール
４３ 外周シール

Claims (4)

1. 相対的に移動する２部材間の環状隙間を密封する密封装置において、
   ２部材のうちの一方の部材に摺動するシールリップを有する減圧シールと、
   該減圧シールに設けられた装着部に装着され、前記一方の部材に対して前記シールリップの背面側で摺動するメインシールと、を備えることを特徴とする密封装置。
2. 前記減圧シールは、前記メインシールに比べて剛性の高い材料で構成されると共に、
   前記メインシールは、前記減圧シールに比べて粘弾性の高い材料で構成されることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
3. 前記減圧シールは樹脂材料で構成されると共に、
   前記メインシールはゴム材料で構成されることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
4. シリンダ内を往復移動するプランジャによって、加圧室内の燃料を加圧することで燃料を噴射する燃料噴射ポンプにおいて、
   シリンダとプランジャとの間の環状隙間が、請求項１，２または３に記載の密封装置によって密封されていることを特徴とする燃料噴射ポンプ。

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