JP4193498B2 - 密封装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高圧燃料噴射ポンプ用シール等の環境下でもシール性を発揮する密封装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等において、低燃費や高出力等の性能向上を図るために、シリンダ内に高圧の燃料を直接噴射して燃焼させる筒内直接噴射方式のものが開発されている。
【０００３】
そして、この様な筒内直接噴射方式のエンジンでは、燃料を高圧力に加圧するための高圧燃料ポンプが必要であり、この高圧燃料ポンプに高圧なシール性が要求される往復動用密封装置が使用されている。
【０００４】
従来の密封装置としては、図４に示すようなものがある。図４に示す密封装置１００は、燃料噴射を行うエンジンに使用される高圧燃料ポンプから軸方向に往復動する軸１２０の密封対象側である高圧側に供給される高圧燃料のシールを目的として採用されるものである。
【０００５】
同図４に示すように、密封装置１００は、軸部材１２０の外周面１２１に周設された環状溝１２２に収容され、この環状溝１２２の底面１２２ａと、外郭部材１３０の筒状の内周面１３１との間で押しつぶされることによって発生する面圧により、両部材１２０，１３０の隙間を封止する。
【０００６】
ここで、密封装置１００の形状や大きさは、当該密封装置１００が軸部材（環状溝の底面）および外郭部材（内周面）に対し所定の面圧を発生させるように、所定のつぶし代を見込んで設計される。
【０００７】
このような密封装置１００では、長期に亘る使用により、つぶし代が低下（クリープ）し、シール性が低下するといった問題があった。
【０００８】
また、例えば図５に示すように、軸部材１２０の環状溝１２２と外郭部材１３０の内周面１３１とによって形成される空間Ｓ１００で密封装置２００にある程度の動きが許容されるような構造も知られている。このような構造では、軸部材１２０および外郭部材１３０の隙間に軸方向に沿って流体圧Ｐ１００又は流体圧Ｐ２００が付与されると、その流体圧の付与方向に向かって密封装置２００が移動し、両部材１２０，１３０の隙間を封止するようになる（図５（ａ）および図５（ｂ）を参照）。一般にこのような密封構造は、軸方向に沿って相対的に異なる運動をする軸部材１２０および外郭部材１３０の隙間を封止するために用いられる。ところが、この密封構造を、軸部材１２０および外郭部材１３０の軸方向に沿って両側から交互に流体圧が付与される条件下で採用すると、流体圧の付与される方向が切り替わる際に流体の漏れが発生する（図５（ｃ）を参照。なお、図中の点線は、付与される流体圧がＰ１００方向からＰ２００方向に切り替わる際に発生する漏れの流路を示す）。すなわち、この場合も十分な密封性を確保するのが困難となっていた。
【０００９】
このような問題に対し、例えば特許文献１には、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、軸方向に沿ってテーパ面を有する２つの環状部材を、各々のテーパ面を対峙させた状態で重ね合わせた密封装置が記載されている。
【００１０】
このような密封装置３００では、軸部材１２０および外郭部材１３０の隙間に、軸方向に沿って流体圧Ｐ１００又は流体圧Ｐ２００が付与されると、当該密封装置を構成する各環状部材３４０，３５０に対して軸部材１２０の径方向に力Ｆ１０，Ｆ２０が働くことで、密封装置３００を構成する２つの環状部材３４０，３５０のうち一方の環状部材３５０の一部が、他方の環状部材３４０と外郭部材１３０の内周面１３１との間に適度に食い込む。これにより、密封装置３００および軸部材１２０（環状溝１２２の底面１２２ａ）の間、また、密封装置３００および外郭部材１３０（内周面１３１）の間に高い面圧が発生し、軸部材１２０および外郭部材１３０の隙間に高い密封性が確保される。
【００１１】
【特許文献１】
実開昭６３−００８４７６号公報
【特許文献２】
実開昭５６−１０１２５８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６に示すような密封装置３００では、一方の環状部材３５０の一部が他方の環状部材３４０と外郭部材１３０の内周面１３１との間に食い込むようになるまで、軸部材１２０および外郭部材１３０が軸方向に沿った相対運動を暫し繰り返す必要がある。言い換えれば、密封装置３００を軸部材１２０および外郭部材１３０の隙間に装着した後、使用初期の段階でその隙間に高い密封性を期待することができない。更に、環状部材３５０は環状溝１２２から突出する所定のつぶし代を有しているため、固定用シール部材以外（例えば回転用、往復動用、揺動用）に用いた場合、その使用に伴い徐々につぶし代が摩耗する。この結果、長期にわたって密封性を確保することができない。
【００１３】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ゴムなどの低強度材が使用できないような環境下においてでも、環状隙間に、装着初期の段階から、長期に亘って高い密封性を保証することのできる密封装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、外郭部材と該外郭部材の筒状孔に装着される軸部材との環状隙間を封止すべく、前記外郭部材及び軸部材の一方に設けられた環状溝に装着される密封装置であって、いずれも前記環状隙間内において軸方向に移動可能に設けられ、かついずれも金属材料或いは樹脂材料からなる第１環状部材及び第２環状部材から構成され、これら第１環状部材と第２環状部材はそれぞれに設けられたテーパ状周面の一部が互いに接した状態で軸方向に並べて配置されると共に、第１環状部材における軸方向の両端面のうち第２環状部材が配置されている側の端面と第２環状部材に設けられたテーパ状周面の一部と封止面との間に隙間を有し、かつ、第２環状部材における軸方向の両端面のうち第１環状部材が配置されている側の端面と第１環状部材に設けられたテーパ状周面の一部と封止面との間に隙間を有した状態で、これら第１環状部材と第２環状部材が配置されることを要旨とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態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ではない。また、以下の説明で一度説明した部材についての材質、形状などは、特に改めて記載しない限りはじめの説明と同様のものである。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明にかかる密封装置の好適な第１の実施の形態について、その一部断面を示す略図である。すなわち、本形態の密封装置１０は、例えば内燃機関に搭載される高圧燃料ポンプのシール部位に用いられ、図１に示されるように、軸部材２０と、この軸部材２０の外周面２１を取り囲む筒状の内周面３１を有する外郭部材３０との隙間において、軸部材２０の外周面２１に形成された環状溝２２に配置される。
【００１７】
密封装置１０は、第１環状部材４０と第２環状部材５０からなる。第１環状部材４０は、内周面４２、外周面４１、テーパ状周面４３を有する。第２環状部材５０は、外周面５２、内周面５１、テーパ状周面５３を有する。テーパ状周面４３の一部（当接面）４３Ａと、テーパ状周面５３の一部（当接面）５３Ａとは互いに当接する。第１環状部材４０の端面４４と、軸部材２０の環状溝底２２ａと、第２環状部材５０のテーパ状周面５３の一部（当接面５３Ａを除いた部分）５３Ｂとによって、隙間Ｓ１が周方向に形成される。また、第２環状部材５０の端面５４と、外郭部材３０の内周面３１と、第１環状部材４０のテーパ状周面５３の一部（当接面４３Ａを除いた部分）４３Ｂとによって、隙間Ｓ２が周方向に形成される。
【００１８】
第１環状部材４０及び第２環状部材５０は、金属（例えば銅、アルミ等）或いは樹脂（例えばＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ＰＥＥＫ、ナイロン等）等を主材料とする高剛性材料によって形成される。なお、これら材料の硬度は、使用条件（圧力等）や寸法使用（環状溝や環状部材の寸法、部材を軸方向に互いにオーバーラップさせる量等）によって適宜選択するのが好ましい。
【００１９】
ここで、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、軸部材２０の軸方向（以下、単に軸方向という）に沿って第１環状部材４０又は第２環状部材５０に対し、流体圧Ｐ１若しくは流体圧Ｐ２が、又は流体圧Ｐ１と流体圧Ｐ２とが交互に、又は流体圧Ｐ１と流体圧Ｐ２の両方が付与されると、第１環状部材４０および第２環状部材５０が各々のテーパ面（当接面）４３Ａ，５３Ａにおいて接触し、相互に押し合うことになる。すると、第１環状部材４０には環状溝２２の底面２２ａに向かう力Ｆ１が作用し、当該第１環状部材４０は速やかにその頂角部分の隙間Ｓ１に（矢印Ｄ１の方向に）食い込む。また、第２環状部材５０には外郭部材３０の内周面３１に向かう力Ｆ２が作用し、当該第２環状部材５０は、これも速やかにその頂角部分の隙間Ｓ２に（矢印Ｄ２の方向に）食い込む。
【００２０】
従って、使用初期の段階から、第１環状部材４０によるその頂角部分の隙間への食い込みと、第２環状部材５０によるその頂角部分への食い込みが発生する。故に、使用初期の段階から軸部材２０および外郭部材３０の環状隙間において、高い密封性を確保できる。
【００２１】
さらに、上記密封装置１０によれば、このような食い込み現象により密封装置１０（環状部材４０，５０の組み合わせ）自体が塑性変形することで、密封装置１０の形状や大きさの設定に際し、つぶし代を設ける必要がなくなる。従って、シールの装着性が向上し、また固定用シール以外の用途、例えば回転用、往復動用、揺動用など低摺動抵抗を求められる様なあらゆる運動条件下での使用が長期に渡って可能になる。
【００２２】
また、本実施の形態にかかる密封装置１０において、第１環状部材４０の軸方向断面の形状および大きさは、第２環状部材５０の軸方向断面を１８０度回転したものと略同一である。
【００２３】
このため、軸方向に沿って第１環状部材４０および第２環状部材５０のうち何れの側に流体圧が付与される場合であれ、軸部材２０および外郭部材３０の環状隙間に同等の密封性を保証することができる。
【００２４】
ここで、第１環状部材４０のテーパ状周面４３と前記第２環状部材５０のテーパ状周面５３とが対峙して当接面４３Ａ（５３Ａ）を形成し、その当接面４３Ａ（５３Ａ）の軸方向長さＨ１と、第１環状部材４０のテーパ状周面４３の軸方向長さＨ２とが、「Ｈ１≧（１／２）×Ｈ２」なる関係を有し、且つ、第１環状部材４０のテーパ状周面４３および第２環状部材５３のテーパ状周面５３Ａのテーパ角θは４５°以下に設定するのが好ましい。
【００２５】
同構成によれば、付与される流体圧Ｐ１、流体圧Ｐ２が個別に作用する場合や、流体圧Ｐ１と流体圧Ｐ２とが同時に作用する場合に高い密封性能が保証されることはもちろん、流体圧Ｐ１と流体圧Ｐ２とが交互に作用する（交互作用）場合にも、流体圧Ｐ１（Ｐ２）から流体圧Ｐ２（Ｐ１）へ切り替わる瞬間に、第１環状部材４０と第２環状部材５０との食い込み現象によって塑性変形後の形状が安定に保持されるため、高い密封性能が確保できる。
【００２６】
また、前記接触面の軸方向長さＨ１と、前記第１環状部材のテーパ状周面の軸方向長さＨ２とは、「（２／３）×Ｈ２≧Ｈ１≧（１／３）×Ｈ２」なる関係を有して、且つ、当接面４３Ａ（５３Ａ）のテーパ角θは３０°以上６０°以下であるのが一層好ましい。
【００２７】
同構成によれば、付与される流体圧Ｐ１、流体圧Ｐ２が個別に作用する場合や、流体圧Ｐ１と流体圧Ｐ２とが同時に作用する場合に高い密封性能が保証されることは勿論、流体圧Ｐ１と流体圧Ｐ２とが交互に作用する（交互作用）場合にも、流体圧Ｐ１（Ｐ２）から流体圧Ｐ２（Ｐ１）へ切り替わる瞬間に、第１環状部材４０と第２環状部材５０との食い込み現象によって変形後の形状が安定に保持されるといった効果が得られるばかりでなく、長期使用に際しての形状の安定性や耐久性とが両立して図られ、もって、密封性能が一層向上する。
【００２８】
なお、本実施の形態において説明した他、密封装置１０は、各種態様で使用され得る。
【００２９】
（第２の実施の形態）
例えば、図３（ａ）に示すように、軸部材２０の外周面において軸方向に沿って２つの環状溝２３，２４を並設し、一方の環状溝２３に密封装置１０を装着し、他方の環状溝にゴム状弾性体（パッキン：本実施の形態ではゴムを使用）等、他の密封装置６０を装着することもできる。このような構造によれば、密封装置１０が、図中の左側から付与される流体圧（Ｐ１０）をカットすることにより、他の密封装置６０に対する負担を効果的に低減する。
【００３０】
（第３の実施の形態）
また、図３（ｂ）に示すように、軸部材２０の外周面に設けられる一つの環状溝２５に、密封装置１０と、他の密封装置６０とを並べて装着することもできる。このような構造によれば、密封装置１０が、軸方向に沿って図中の左側から付与される流体圧（Ｐ１０）をカットし、他の密封装置６０に対する負担を効果的に低減する他、他の密封装置６０のはみ出しを防止するバックアップリングとしての機能も果たす。
【００３１】
（第４の実施の形態）
また、図３（ｃ）に示すように、軸部材２０の外周面において軸方向に沿って３つの環状溝２６，２７，２８を並設し、両側の環状溝２６，２８に密封装置１０を装着し、中央の環状溝２７に他の環状密封装置６０を装着することもできる。このような構造によれば、密封装置１０が、軸方向に沿って何れの側から付与される流体圧（Ｐ３０，Ｐ４０）をもカットし、他の密封装置６０に対する負担を効果的に低減する。
【００３２】
（第５の実施の形態）
さらに、図３（ｄ）に示すように、軸部材２０の外周面に設けられる一つの環状溝２９において、２つの密封装置１０の間に他の密封装置６０を挟持するように配置することもできる。このような構造によれば、密封装置１０が、軸方向に沿って何れの側から付与される流体圧（Ｐ５０，Ｐ６０）をもカットすることにより、他の密封装置６０に対する負担を効果的に低減する他、他の密封装置６０のはみ出しを防止するバックアップリングとしての機能も果たす。
【００３３】
なお、第１の実施の形態（図１、図２）、第２の実施の形態（図３（ａ））、第４の実施の形態（図３（ｃ））のように、密封装置１０と他の密封装置６０とは、別個の環状溝に収容する方が、相互間の干渉による摩耗や変形によるシール性の低下を抑制するといった点では有利である。しかし、密封装置１０及び他の密封装置６０の装着スペースのコンパクト化を図るといった点では、第３の実施の形態（図３（ｂ））や第５の実施の形態（図３（ｄ））のように、一つの環状溝に密封装置１０と他の密封装置６０とを収容する構造に優位性が認められる。
【００３４】
また、上記各実施の形態にかかる密封装置１０は、軸方向に沿って、密封装置１０自体に外部から流体圧が付与される場合、軸部材２０と外郭部材３０とが軸方向に沿って相対的に異なる運動する場合、軸部材２０と外郭部材３０とが軸周りの方向に沿って相対的に異なる回転運動をする場合、軸部材２０又は外郭部材３０が軸周りの方向に沿って他方の部材（２０又は３０）に対し揺動運動をする場合の何れにおいても、密封性能を発揮する。すなわち、軸部材２０および外郭部材３０の間隙において、軸方向に沿って一方向又は両方向から付与される流体圧、或いは両方から交互に付与される流体圧を、当該密封装置１０の装着部位において装着初期から長期に亘り効果的に封止することができる。
【００３５】
また、上記各実施の形態にかかる密封装置１０は、軸部材２０と、この軸部材２０の外周面２１を取り囲む筒状の内周面３１を有する外郭部材３０との隙間において、軸部材２０の外周面２１に形成された環状溝２２に配置され、軸部材２０および外郭部材３０の隙間（環状の隙間）を封止するものであった。これに対し、本発明の密封装置は、軸部材と、この軸部材の外周面を取り囲む筒状の内周面を有する外郭部材との隙間において、外郭部材の内周面に形成された環状溝に配置され、軸部材および外郭部材の隙間（環状の隙間）を封止する実施の形態として具体化することも容易である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、当該密封装置の密封対象、すなわち軸部材および外郭部材を含む装置の使用初期の段階から、第１環状部材によるテーパ状周面の内縁部分の隙間への食い込みと、第２環状部材によるテーパ状周面の外縁部分への食い込みが発生する。この食い込み現象により、ゴムなどの低強度材が使用できないような環境下であれ、軸部材および前記外郭部材の環状隙間において、装着初期段階から長期に渡って高い密封性を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる密封装置の一部断面を示す略図。
【図２】同実施の形態にかかる密封装置の作用を示す略図。
【図３】他の実施の形態にかかる密封装置の作用を説明する略図。
【図４】従来の密封装置の一例について、その一部断面を示す略図。
【図５】従来の密封装置の一例について、その一部断面を示す略図。
【図６】従来の密封装置の一例について、その一部断面を示す略図。
【符号の説明】
１０ 密封装置
２０ 軸部材
２１ 外周面
２２ 環状溝
３０ 外郭部材
３１ 内周面
４０ 第１環状部材
４１ 外周面
４２ 内周面
４３ テーパ状周面（テーパ面）
４３Ａ テーパ状周面の一部（当接面）
４４ 端面
５０ 第２環状部材
５１ 内周面
５２ 外周面
５３ テーパ状周面
５３Ａ テーパ状周面の一部（当接面）
５４ 端面
Ｈ１ 第１環状部材と第２環状部材の当接面の軸方向長さ
Ｈ２ 第１環状部材のテーパ状周面の軸方向長さ
Ｓ１，Ｓ２ 隙間
θ テーパ角
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高圧燃料噴射ポンプ用シール等の環境下でもシール性を発揮する密封装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等において、低燃費や高出力等の性能向上を図るために、シリンダ内に高圧の燃料を直接噴射して燃焼させる筒内直接噴射方式のものが開発されている。
【０００３】
そして、この様な筒内直接噴射方式のエンジンでは、燃料を高圧力に加圧するための高圧燃料ポンプが必要であり、この高圧燃料ポンプに高圧なシール性が要求される往復動用密封装置が使用されている。
【０００４】
従来の密封装置としては、図４に示すようなものがある。図４に示す密封装置１００は、燃料噴射を行うエンジンに使用される高圧燃料ポンプから軸方向に往復動する軸１２０の密封対象側である高圧側に供給される高圧燃料のシールを目的として採用されるものである。
【０００５】
同図４に示すように、密封装置１００は、軸部材１２０の外周面１２１に周設された環状溝１２２に収容され、この環状溝１２２の底面１２２ａと、外郭部材１３０の筒状の内周面１３１との間で押しつぶされることによって発生する面圧により、両部材１２０，１３０の隙間を封止する。
【０００６】
ここで、密封装置１００の形状や大きさは、当該密封装置１００が軸部材（環状溝の底面）および外郭部材（内周面）に対し所定の面圧を発生させるように、所定のつぶし代を見込んで設計される。
【０００７】
このような密封装置１００では、長期に亘る使用により、つぶし代が低下（クリープ）し、シール性が低下するといった問題があった。
【０００８】
また、例えば図５に示すように、軸部材１２０の環状溝１２２と外郭部材１３０の内周面１３１とによって形成される空間Ｓ１００で密封装置２００にある程度の動きが許容されるような構造も知られている。このような構造では、軸部材１２０および外郭部材１３０の隙間に軸方向に沿って流体圧Ｐ１００又は流体圧Ｐ２００が付与されると、その流体圧の付与方向に向かって密封装置２００が移動し、両部材１２０，１３０の隙間を封止するようになる（図５（ａ）および図５（ｂ）を参照）。一般にこのような密封構造は、軸方向に沿って相対的に異なる運動をする軸部材１２０および外郭部材１３０の隙間を封止するために用いられる。ところが、この密封構造を、軸部材１２０および外郭部材１３０の軸方向に沿って両側から交互に流体圧が付与される条件下で採用すると、流体圧の付与される方向が切り替わる際に流体の漏れが発生する（図５（ｃ）を参照。なお、図中の点線は、付与される流体圧がＰ１００方向からＰ２００方向に切り替わる際に発生する漏れの流路を示す）。すなわち、この場合も十分な密封性を確保するのが困難となっていた。
【０００９】
このような問題に対し、例えば特許文献１には、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、軸方向に沿ってテーパ面を有する２つの環状部材を、各々のテーパ面を対峙させた状態で重ね合わせた密封装置が記載されている。
【００１０】
このような密封装置３００では、軸部材１２０および外郭部材１３０の隙間に、軸方向に沿って流体圧Ｐ１００又は流体圧Ｐ２００が付与されると、当該密封装置を構成する各環状部材３４０，３５０に対して軸部材１２０の径方向に力Ｆ１０，Ｆ２０が働くことで、密封装置３００を構成する２つの環状部材３４０，３５０のうち一方の環状部材３５０の一部が、他方の環状部材３４０と外郭部材１３０の内周面１３１との間に適度に食い込む。これにより、密封装置３００および軸部材１２０（環状溝１２２の底面１２２ａ）の間、また、密封装置３００および外郭部材１３０（内周面１３１）の間に高い面圧が発生し、軸部材１２０および外郭部材１３０の隙間に高い密封性が確保される。
【００１１】
【特許文献１】
実開昭６３−００８４７６号公報
【特許文献２】
実開昭５６−１０１２５８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６に示すような密封装置３００では、一方の環状部材３５０の一部が他方の環状部材３４０と外郭部材１３０の内周面１３１との間に食い込むようになるまで、軸部材１２０および外郭部材１３０が軸方向に沿った相対運動を暫し繰り返す必要がある。言い換えれば、密封装置３００を軸部材１２０および外郭部材１３０の隙間に装着した後、使用初期の段階でその隙間に高い密封性を期待することができない。更に、環状部材３５０は環状溝１２２から突出する所定のつぶし代を有しているため、固定用シール部材以外（例えば回転用、往復動用、揺動用）に用いた場合、その使用に伴い徐々につぶし代が摩耗する。この結果、長期にわたって密封性を確保することができない。
【００１３】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ゴムなどの低強度材が使用できないような環境下においてでも、環状隙間に、装着初期の段階から、長期に亘って高い密封性を保証することのできる密封装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、外郭部材と該外郭部材の筒状孔に装着される軸部材との環状隙間を封止すべく、前記外郭部材及び軸部材の一方に設けられた環状溝に装着される密封装置であって、いずれも前記環状隙間内において軸方向に移動可能に設けられ、かついずれも金属材料或いは樹脂材料からなる第１環状部材及び第２環状部材から構成され、これら第１環状部材と第２環状部材はそれぞれに設けられたテーパ状周面の一部が互いに接した状態で軸方向に並べて配置されると共に、第１環状部材における軸方向の両端面のうち第２環状部材が配置されている側の端面と第２環状部材に設けられたテーパ状周面の一部と封止面との間に隙間を有し、かつ、第２環状部材における軸方向の両端面のうち第１環状部材が配置されている側の端面と第１環状部材に設けられたテーパ状周面の一部と封止面との間に隙間を有した状態で、これら第１環状部材と第２環状部材が配置されることを要旨とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態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ではない。また、以下の説明で一度説明した部材についての材質、形状などは、特に改めて記載しない限りはじめの説明と同様のものである。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明にかかる密封装置の好適な第１の実施の形態について、その一部断面を示す略図である。すなわち、本形態の密封装置１０は、例えば内燃機関に搭載される高圧燃料ポンプのシール部位に用いられ、図１に示されるように、軸部材２０と、この軸部材２０の外周面２１を取り囲む筒状の内周面３１を有する外郭部材３０との隙間において、軸部材２０の外周面２１に形成された環状溝２２に配置される。
【００１７】
密封装置１０は、第１環状部材４０と第２環状部材５０からなる。第１環状部材４０は、内周面４２、外周面４１、テーパ状周面４３を有する。第２環状部材５０は、外周面５２、内周面５１、テーパ状周面５３を有する。テーパ状周面４３の一部（当接面）４３Ａと、テーパ状周面５３の一部（当接面）５３Ａとは互いに当接する。第１環状部材４０の端面４４と、軸部材２０の環状溝底２２ａと、第２環状部材５０のテーパ状周面５３の一部（当接面５３Ａを除いた部分）５３Ｂとによって、隙間Ｓ１が周方向に形成される。また、第２環状部材５０の端面５４と、外郭部材３０の内周面３１と、第１環状部材４０のテーパ状周面５３の一部（当接面４３Ａを除いた部分）４３Ｂとによって、隙間Ｓ２が周方向に形成される。
【００１８】
第１環状部材４０及び第２環状部材５０は、金属（例えば銅、アルミ等）或いは樹脂（例えばＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ＰＥＥＫ、ナイロン等）等を主材料とする高剛性材料によって形成される。なお、これら材料の硬度は、使用条件（圧力等）や寸法使用（環状溝や環状部材の寸法、部材を軸方向に互いにオーバーラップさせる量等）によって適宜選択するのが好ましい。
【００１９】
ここで、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、軸部材２０の軸方向（以下、単に軸方向という）に沿って第１環状部材４０又は第２環状部材５０に対し、流体圧Ｐ１若しくは流体圧Ｐ２が、又は流体圧Ｐ１と流体圧Ｐ２とが交互に、又は流体圧Ｐ１と流体圧Ｐ２の両方が付与されると、第１環状部材４０および第２環状部材５０が各々のテーパ面（当接面）４３Ａ，５３Ａにおいて接触し、相互に押し合うことになる。すると、第１環状部材４０には環状溝２２の底面２２ａに向かう力Ｆ１が作用し、当該第１環状部材４０は速やかにその頂角部分の隙間Ｓ１に（矢印Ｄ１の方向に）食い込む。また、第２環状部材５０には外郭部材３０の内周面３１に向かう力Ｆ２が作用し、当該第２環状部材５０は、これも速やかにその頂角部分の隙間Ｓ２に（矢印Ｄ２の方向に）食い込む。
【００２０】
従って、使用初期の段階から、第１環状部材４０によるその頂角部分の隙間への食い込みと、第２環状部材５０によるその頂角部分への食い込みが発生する。故に、使用初期の段階から軸部材２０および外郭部材３０の環状隙間において、高い密封性を確保できる。
【００２１】
さらに、上記密封装置１０によれば、このような食い込み現象により密封装置１０（環状部材４０，５０の組み合わせ）自体が塑性変形することで、密封装置１０の形状や大きさの設定に際し、つぶし代を設ける必要がなくなる。従って、シールの装着性が向上し、また固定用シール以外の用途、例えば回転用、往復動用、揺動用など低摺動抵抗を求められる様なあらゆる運動条件下での使用が長期に渡って可能になる。
【００２２】
また、本実施の形態にかかる密封装置１０において、第１環状部材４０の軸方向断面の形状および大きさは、第２環状部材５０の軸方向断面を１８０度回転したものと略同一である。
【００２３】
このため、軸方向に沿って第１環状部材４０および第２環状部材５０のうち何れの側に流体圧が付与される場合であれ、軸部材２０および外郭部材３０の環状隙間に同等の密封性を保証することができる。
【００２４】
ここで、第１環状部材４０のテーパ状周面４３と前記第２環状部材５０のテーパ状周面５３とが対峙して当接面４３Ａ（５３Ａ）を形成し、その当接面４３Ａ（５３Ａ）の軸方向長さＨ１と、第１環状部材４０のテーパ状周面４３の軸方向長さＨ２とが、「Ｈ１≧（１／２）×Ｈ２」なる関係を有し、且つ、第１環状部材４０のテーパ状周面４３および第２環状部材５３のテーパ状周面５３Ａのテーパ角θは４５°以下に設定するのが好ましい。
【００２５】
同構成によれば、付与される流体圧Ｐ１、流体圧Ｐ２が個別に作用する場合や、流体圧Ｐ１と流体圧Ｐ２とが同時に作用する場合に高い密封性能が保証されることはもちろん、流体圧Ｐ１と流体圧Ｐ２とが交互に作用する（交互作用）場合にも、流体圧Ｐ１（Ｐ２）から流体圧Ｐ２（Ｐ１）へ切り替わる瞬間に、第１環状部材４０と第２環状部材５０との食い込み現象によって塑性変形後の形状が安定に保持されるため、高い密封性能が確保できる。
【００２６】
また、前記接触面の軸方向長さＨ１と、前記第１環状部材のテーパ状周面の軸方向長さＨ２とは、「（２／３）×Ｈ２≧Ｈ１≧（１／３）×Ｈ２」なる関係を有して、且つ、当接面４３Ａ（５３Ａ）のテーパ角θは３０°以上６０°以下であるのが一層好ましい。
【００２７】
同構成によれば、付与される流体圧Ｐ１、流体圧Ｐ２が個別に作用する場合や、流体圧Ｐ１と流体圧Ｐ２とが同時に作用する場合に高い密封性能が保証されることは勿論、流体圧Ｐ１と流体圧Ｐ２とが交互に作用する（交互作用）場合にも、流体圧Ｐ１（Ｐ２）から流体圧Ｐ２（Ｐ１）へ切り替わる瞬間に、第１環状部材４０と第２環状部材５０との食い込み現象によって変形後の形状が安定に保持されるといった効果が得られるばかりでなく、長期使用に際しての形状の安定性や耐久性とが両立して図られ、もって、密封性能が一層向上する。
【００２８】
なお、本実施の形態において説明した他、密封装置１０は、各種態様で使用され得る。
【００２９】
（第２の実施の形態）
例えば、図３（ａ）に示すように、軸部材２０の外周面において軸方向に沿って２つの環状溝２３，２４を並設し、一方の環状溝２３に密封装置１０を装着し、他方の環状溝にゴム状弾性体（パッキン：本実施の形態ではゴムを使用）等、他の密封装置６０を装着することもできる。このような構造によれば、密封装置１０が、図中の左側から付与される流体圧（Ｐ１０）をカットすることにより、他の密封装置６０に対する負担を効果的に低減する。
【００３０】
（第３の実施の形態）
また、図３（ｂ）に示すように、軸部材２０の外周面に設けられる一つの環状溝２５に、密封装置１０と、他の密封装置６０とを並べて装着することもできる。このような構造によれば、密封装置１０が、軸方向に沿って図中の左側から付与される流体圧（Ｐ１０）をカットし、他の密封装置６０に対する負担を効果的に低減する他、他の密封装置６０のはみ出しを防止するバックアップリングとしての機能も果たす。
【００３１】
（第４の実施の形態）
また、図３（ｃ）に示すように、軸部材２０の外周面において軸方向に沿って３つの環状溝２６，２７，２８を並設し、両側の環状溝２６，２８に密封装置１０を装着し、中央の環状溝２７に他の環状密封装置６０を装着することもできる。このような構造によれば、密封装置１０が、軸方向に沿って何れの側から付与される流体圧（Ｐ３０，Ｐ４０）をもカットし、他の密封装置６０に対する負担を効果的に低減する。
【００３２】
（第５の実施の形態）
さらに、図３（ｄ）に示すように、軸部材２０の外周面に設けられる一つの環状溝２９において、２つの密封装置１０の間に他の密封装置６０を挟持するように配置することもできる。このような構造によれば、密封装置１０が、軸方向に沿って何れの側から付与される流体圧（Ｐ５０，Ｐ６０）をもカットすることにより、他の密封装置６０に対する負担を効果的に低減する他、他の密封装置６０のはみ出しを防止するバックアップリングとしての機能も果たす。
【００３３】
なお、第１の実施の形態（図１、図２）、第２の実施の形態（図３（ａ））、第４の実施の形態（図３（ｃ））のように、密封装置１０と他の密封装置６０とは、別個の環状溝に収容する方が、相互間の干渉による摩耗や変形によるシール性の低下を抑制するといった点では有利である。しかし、密封装置１０及び他の密封装置６０の装着スペースのコンパクト化を図るといった点では、第３の実施の形態（図３（ｂ））や第５の実施の形態（図３（ｄ））のように、一つの環状溝に密封装置１０と他の密封装置６０とを収容する構造に優位性が認められる。
【００３４】
また、上記各実施の形態にかかる密封装置１０は、軸方向に沿って、密封装置１０自体に外部から流体圧が付与される場合、軸部材２０と外郭部材３０とが軸方向に沿って相対的に異なる運動する場合、軸部材２０と外郭部材３０とが軸周りの方向に沿って相対的に異なる回転運動をする場合、軸部材２０又は外郭部材３０が軸周りの方向に沿って他方の部材（２０又は３０）に対し揺動運動をする場合の何れにおいても、密封性能を発揮する。すなわち、軸部材２０および外郭部材３０の間隙において、軸方向に沿って一方向又は両方向から付与される流体圧、或いは両方から交互に付与される流体圧を、当該密封装置１０の装着部位において装着初期から長期に亘り効果的に封止することができる。
【００３５】
また、上記各実施の形態にかかる密封装置１０は、軸部材２０と、この軸部材２０の外周面２１を取り囲む筒状の内周面３１を有する外郭部材３０との隙間において、軸部材２０の外周面２１に形成された環状溝２２に配置され、軸部材２０および外郭部材３０の隙間（環状の隙間）を封止するものであった。これに対し、本発明の密封装置は、軸部材と、この軸部材の外周面を取り囲む筒状の内周面を有する外郭部材との隙間において、外郭部材の内周面に形成された環状溝に配置され、軸部材および外郭部材の隙間（環状の隙間）を封止する実施の形態として具体化することも容易である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、当該密封装置の密封対象、すなわち軸部材および外郭部材を含む装置の使用初期の段階から、第１環状部材によるテーパ状周面の内縁部分の隙間への食い込みと、第２環状部材によるテーパ状周面の外縁部分への食い込みが発生する。この食い込み現象により、ゴムなどの低強度材が使用できないような環境下であれ、軸部材および前記外郭部材の環状隙間において、装着初期段階から長期に渡って高い密封性を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる密封装置の一部断面を示す略図。
【図２】同実施の形態にかかる密封装置の作用を示す略図。
【図３】他の実施の形態にかかる密封装置の作用を説明する略図。
【図４】従来の密封装置の一例について、その一部断面を示す略図。
【図５】従来の密封装置の一例について、その一部断面を示す略図。
【図６】従来の密封装置の一例について、その一部断面を示す略図。
【符号の説明】
１０ 密封装置
２０ 軸部材
２１ 外周面
２２ 環状溝
３０ 外郭部材
３１ 内周面
４０ 第１環状部材
４１ 外周面
４２ 内周面
４３ テーパ状周面（テーパ面）
４３Ａ テーパ状周面の一部（当接面）
４４ 端面
５０ 第２環状部材
５１ 内周面
５２ 外周面
５３ テーパ状周面
５３Ａ テーパ状周面の一部（当接面）
５４ 端面
Ｈ１ 第１環状部材と第２環状部材の当接面の軸方向長さ
Ｈ２ 第１環状部材のテーパ状周面の軸方向長さ
Ｓ１，Ｓ２ 隙間
θ テーパ角
Claims (1)
- 外郭部材と該外郭部材の筒状孔に装着される軸部材との環状隙間を封止すべく、前記外郭部材及び軸部材の一方に設けられた環状溝に装着される密封装置であって、
いずれも前記環状隙間内において軸方向に移動可能に設けられ、かついずれも金属材料或いは樹脂材料からなる第１環状部材及び第２環状部材から構成され、
これら第１環状部材と第２環状部材はそれぞれに設けられたテーパ状周面の一部が互いに接した状態で軸方向に並べて配置されると共に、
第１環状部材における軸方向の両端面のうち第２環状部材が配置されている側の端面と第２環状部材に設けられたテーパ状周面の一部と封止面との間に隙間を有し、
かつ、第２環状部材における軸方向の両端面のうち第１環状部材が配置されている側の端面と第１環状部材に設けられたテーパ状周面の一部と封止面との間に隙間を有した状態で、これら第１環状部材と第２環状部材が配置されることを特徴とする密封装置。
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