JP5194898B2 - 密封装置及び密封装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、密封装置及び密封装置の製造方法に関するものである。

自動車のガソリン直噴エンジンに備えられる燃料ポンプにおいては、プランジャの摺動部側からカム側へ燃料が流出するのを防止するとともに、カム側からプランジャ摺動部側へオイルが侵入するのを防止する必要があり、そのための密封装置として、従来から種々のものが用いられている（各特許文献参照）。

燃料ポンプ用の従来の密封装置について、図６及び図７を参照して説明する。図６は従来技術に係る密封装置の模式的断面図である。図７は従来技術に係る密封装置の模式的断面図である。

図６に示す密封装置１００は、燃料シール部１０１としての樹脂シール１０１ａ及びゴムシール１０１ｂと、オイルシール部１０２としてのＸリング１０２ａとを備えており、プランジャ２００とハウジング３００との間の環状隙間を密封する。

このようなタイプの密封装置１００は、燃料シール部１０１とオイルシール部１０２との間にスペーサ１０３を配設する必要があり、また、複数の部材から構成されるためコスト高となる。さらに、ゴム製のシールは、密封対象が、例えば、高濃度のアルコールを含有したガソリン等の場合には、耐油性が劣るため使用することができない。

図７に示す密封装置４００は、ＰＴＦＥ等の樹脂製のＵパッキンと金属スプリングとを組み合わせたような構成となっている。燃料ポンプはプランジャが微小なストローク長を高速で往復移動するため、プランジャ用のシール部材としては、摺動面の潤滑切れによる摩耗を防止すべく、摩擦特性の優れたＰＴＦＥ等の樹脂材料が用いられている。

この密封装置４００は、内周リップ４０１ａ及び外周リップ４０１ｂが燃料シール部４０１として機能し、板状リップ４０２ａがオイルシール部４０２として機能する。また、内周リップ４０１ａと外周リップ４０１ｂとの間に形成された環状凹部４０３に金属スプリング４０４を装着して、樹脂材料からなるシールリップの相手部材に対する追随性や密着性の向上を図っている。

しかしながら、このような密封装置は、切削加工によってその形状を形作るため加工目からの微小漏れを生じる場合があり、また、加工工程数が多くなるため製造コストが高くなる。

したがって、近年では耐圧性や耐アルコール性等のシール性能の向上に加えて、製作コストの低減を図ることが求められている。
特開２００３−３５２３９号公報 特開２００６−３４８９９５号公報 実開昭６０−１３１７５７号公報 実開昭６１−１６４８６２号公報 実開昭６３−１０１３６６号公報 特開平４−１９１５７１号公報 特開平８−８２３７２号公報 特許第２６５１４０７号 特許第２９５５８２２号 特開２００３−２４７６４６号公報 特許第３９７１２０２号 実開昭６２−１１４２７２号公報 実開平４−２７２６１号公報

本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、シール性能の向上を図るとともに製作コストの低減を図ることができる密封装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明における密封装置は、
相対的に往復移動する軸と該軸が挿入される軸孔を有するハウジングのうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着され、軸方向一方側の第１密封領域から軸方向他方側の第２密封領域への第１密封流体の侵入を防止するとともに、前記第２密封領域から前記第１密封領域への第２密封流体の侵入を防止すべく、これら２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、
前記第１密封領域側に延びるとともに前記環状溝の溝底面に接触する第１シールリップ、
前記第１密封領域側に延びるとともに前記２部材のうち他方の部材に摺動接触する第２シールリップ、
前記第１シールリップと前記第２シールリップとの間に形成され、第１密封領域に開口する第１環状凹部、
前記第１環状凹部に装着されるとともに、前記第１シールリップを前記環状溝の溝底側に付勢し、かつ前記第２シールリップを前記他方の部材側に付勢する第１付勢部材、
を有する第１シール部と、
前記第２密封領域側に延びるとともに前記環状溝の溝底面に接触する第３シールリップ、
前記第２密封領域側に延びるとともに前記他方の部材に摺動接触する第４シールリップ、
前記第３シールリップと前記第４シールリップとの間に形成され、第２密封領域に開口する第２環状凹部、
前記第２環状凹部に装着されるとともに、前記第３シールリップを前記環状溝の溝底側に付勢し、かつ前記第４シールリップを前記他方の部材側に付勢する第２付勢部材、
を有する第２シール部と、を備え、
前記第１シールリップと前記第３シールリップが前記環状溝の溝底面と接触する面、及び、前記第２シールリップと前記第４シールリップが前記他方の部材と摺動接触する面は、金型によって成形される面であると共に、
第１環状凹部及び第２環状凹部を有する樹脂製のシール本体が、第１付勢部材と第２付勢部材が装着される前の状態では、その内周面及び外周面が円筒面で構成されており、第１環状凹部に第１付勢部材が装着され、かつ第２環状凹部に第２付勢部材が装着されることで、前記シール本体が変形して第１シールリップ，第２シールリップ，第３シールリップ、及び第４シールリップが形成されることを特徴とする。

かかる構成によれば、いずれの密封領域に対してもシールリップが高い密着性を発揮することができ、相手部材に対する追随性や耐圧性を向上させることができる。また、シールリップが相手部材と接触する面、すなわち、シールリップのシール面が金型成形面であることにより、切削加工等のその他の工程を必要とすることなく、シール面を形成することができる。

前記第１シールリップ、前記第２シールリップ、前記第３シールリップ及び前記第４シールリップは、筒状の樹脂成形品の軸方向両端面に形成された軸方向に開口する環状凹部に付勢部材が装着され、該付勢部材によって該環状凹部が径方向に押し広げられることに
より形成されるとよい。

これにより、シールリップの形状を形作るための加工が不要となり、製作工程数を削減することができる。

前記第２シールリップと前記第４シールリップとの間の距離が、前記軸の往復移動のストローク長よりも長いとよい。

これにより、いわゆるかき出し漏れの防止を図ることができる。すなわち、２部材の相対的な往復移動において、他方の部材の表面に付着した一方の密封流体が、シールリップによってかき取られずに他方の密封領域に侵入することにより、他方の密封領域への漏れとなってしまうことが抑制される。

軸方向に対称な形状であるとよい。

これにより、密封装置の環状溝への装着に際して、軸方向のいずれの向きでも組み付けることができるため、誤組み付けの発生がなくなり装着性が向上される。

前記一方の部材における前記環状溝の部分を構成する複数の部材の間に挟まれて固定される位置決め突起を備えているとよい。

これにより、密封装置の環状溝への装着性が向上されるとともに、相手部材の組み付けに際して密封装置が環状溝から脱落等をしてしまうことが抑制される。

上記目的を達成するために、本発明における密封装置の製造方法は、
上述の密封装置の製造方法であって、
軸方向の両端面において周方向に沿って軸方向に窪んだ環状の凹部を有する筒状の樹脂成形品を金型により成形する工程と、
前記樹脂成形品の前記凹部を切削加工して前記第１環状凹部及び第２環状凹部とする工程と、
加工された前記第１環状凹部及び第２環状凹部に前記第１付勢部材及び第２付勢部材を装着する工程と、
を備えることを特徴とする。

これにより、切削加工を必要とするのは第１環状凹部及び第２環状凹部だけとなり、各シールリップの形状は金型成形によって製作することができる。したがって、製作工程数の削減を図ることができる。

以上説明したように、本発明により、シール性能の向上を図るとともに製作コストの低減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。

（実施例１）
図１及び図２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
、本実施例に係る密封装置の模式的断面図である。図２は、本実施例に係る密封装置の装着状態を示す模式的半断面図である。

＜密封装置の構成及び概要＞
図２に示すように、密封装置１は、ＰＴＦＥ等の樹脂材料からなる環状のシール部材であり、ハウジング２と、ハウジング２の軸孔２０に挿入される軸３との間の環状隙間４を密封する。密封装置１の具体的な使用例としては、例えば、ガソリン直噴エンジンに備えられる燃料ポンプにおけるプランジャシールが挙げられる。密封装置１は、ハウジング２の軸孔２０の内周面に設けられた環状溝２１に装着されて使用され、軸方向一方側の第１密封領域Ａと軸方向他方側の第２密封領域Ｂとの間を密封する、いわゆる２液シールである。

図１に示すように、密封装置１は、断面略矩形の筒状のシール本体１０と、シール本体１０の軸方向両端の内外周側からそれぞれ略軸方向に延びるシールリップ１１、１２、１３、１４と、内周側のシールリップ１１、１３と外周側シールリップ１２、１４との間に形成される軸方向に開口する環状凹部１５、１６と、該環状凹部１５、１６にそれぞれ装着されるスプリング１７、１８と、を備えている。

スプリング１７、１８は、半断面形状が略Ｕ字あるいはＶ字形状の金属製の環状部材であり、内外周側の間の部分が内外周側に対して軸方向に窪んだように構成されている。スプリング１７、１８は、窪んだ部分が環状凹部１５、１６の底側となるように環状凹部１５、１６に装着される。環状凹部１５、１６は、スプリング１７、１８によって径方向に押し広げられ、各シールリップ１１〜１４は径方向に付勢される。これにより、内周側シールリップ１１、１３の先端側は内径方向に、外周側シールリップ１２、１４の先端側は外径方向にそれぞれ傾いたような形状となっている。

燃料ポンプのプランジャシールとして使用される場合には、例えば、第１密封領域Ａ側に延びる内周側シールリップ１１及び外周側シールリップ１２と、環状凹部１５と、スプリング１７とが、燃料シール部（第１シール部）を構成する。また、第２密封領域Ｂ側に延びる内周側シールリップ１３及び外周側シールリップ１４と、環状凹部１６と、スプリング１８とが、オイルシール部（第２シール部）を構成する。

すなわち、内周側シールリップ１１が軸（プランジャ）３の外周面３０に摺動接触し、外周側シールリップ１２がハウジング（シリンダやシリンダホルダ等）２の環状溝２１の溝底面２２に密着することにより、ガソリン等の燃料が第１密封領域Ａから第２密封領域Ｂへ侵入するのを防止する。また、内周側シールリップ１３が軸３の外周面３０に摺動接触し、外周側シールリップ１４が環状溝２１の溝底面２２に密着することにより、エンジンオイル等のオイルが第２密封領域Ｂから第１密封領域Ａへ侵入するのを防止する。

また、燃料ポンプはプランジャが第２密封領域Ｂ側に配設されたカムの回転によって微小なストローク長を高速で往復移動するため、内周側シールリップ１１の密着面と内周側シールリップ１３の接触面との間の距離Ｄが、軸（プランジャ）３のストローク長Ｓよりも長くなるように構成されている。これにより、シールリップによってかき取られずに軸３に付着したままの燃料やオイル等が軸３の往復移動によって反対側の密封領域まで侵入してしまう、いわゆるかき出し漏れの発生が抑制される。

また、密封装置１は、図に示すように、軸方向に対称な断面形状となっており、環状溝２１への装着に際して、軸方向の向きがいずれの向きであっても組み付けることができる。したがって、密封装置１の誤組み付けの発生がなく、装着性が向上されている。

＜密封装置の製造方法＞
次に、図３を参照して、本実施例に係る密封装置の製造方法について説明する。図３は、本実施例に係る密封装置の製造過程を説明する模式図であり、（ａ）は樹脂成形品の模式的半断面図、（ｂ）は環状凹部が成形された状態を示す模式的半断面図、（ｃ）は環状凹部にスプリングが装着された状態を示す模式的半断面図をそれぞれ示す。

まず、図３（ａ）に示すように、軸方向の両端面に、周方向に沿って軸方向に窪んだ環状の凹部１５ａ、１６ａ、あるいは、内周側円筒部１１ａ、１３ａ及び外周側円筒部１２ａ、１４ａを有する略円筒形状の樹脂成形品１ａを金型により成形し、焼成する。

次に、図３（ｂ）に示すように、凹部１５ａ、１６ａを切削加工してスプリング１７、１８が装着可能な環状凹部１５、１６とする。具体的には、凹部１５ａ、１６ａが底側に対して開口側が徐々に幅広となるように、凹部１５ａ、１６ａの両側面、すなわち、内周側円筒部１１ａ、１３ａの外周面及び外周側円筒部１２ａ、１４ａの内周面を切削して傾斜させる。ここで、凹部１５ａ、１６ａの外周側の側面、すなわち、外周側円筒部１２ａ、１４ａの内周面の凹部開口側縁部は切削せずに残し、スプリング１７、１８を係止するための突起部１５ｂ、１６ｂとする。

最後に、図３（ｃ）に示すように、環状凹部１５、１６にスプリング１７、１８を装着する。環状凹部１５、１６は、スプリング１７、１８によって径方向に押し広げられ、上記切削加工によって形成された内周側突出部１１ｂ、１３ｂ及び外周側突出部１２ｂ、１４ｂの先端側、すなわち、環状凹部１５、１６両側の部分が径方向に傾斜するように変形する。これにより、内周側突出部１１ｂ、１３ｂ及び外周側突出部１２ｂ、１４ｂの角部１１ｃ、１３ｃ、１２ｃ、１４ｃがリップ先端部となるシールリップ１１、１２、１３、１４が形成されることになる。

ここで、金型の粗さ・仕上げを加工目のない６．３ｚ以下に仕上げておくことにより、シール面の表面粗さによる微小漏れを低減することができる。

このように、スプリング１７、１８を押し込んでシール部材を変形させることによりシールリップを形成することができるので、シールリップの形状を形作るために切削加工等の工程が不要となる。したがって、製作工程を少なくすることができ、製作コストの低減を図ることができる。

（実施例２）
次に、図４及び図５を参照して、本発明の実施例２に係る密封装置について説明する。図４は、本実施例に係る密封装置の模式的断面図である。図５は、本実施例に係る密封装置の装着状態を示す模式的断面図である。なお、ここでは、実施例１と共通する構成については同じ符号を付してその説明を省略する。特に説明しない構成及びその作用効果等については実施例１と同様である。

図４に示すように、本実施例に係る密封装置１´は、シール本体１０の外周面に径方向に突出する突起部１９を備えている。この突起部１９は、シール本体１０の外周面から部分的に突出するものであってもよいし、シール本体１０の外周面全周にわたって突出するフランジ状の突起部であってもよい。また、突起部１９の位置は、軸方向におけるシール本体１０の中央部とすることで、軸方向に対称な形状とすることが好ましいが、中央部からずれた位置であってもよい。

ハウジング２が、環状溝２１の溝底部分において複数の部材に分割可能に構成されている場合、例えば、図５に示すように、環状溝２１がシール押さえ２ａとシリンダホルダ２
ｂの段差部とが組み合わされて構成される場合には、密封装置１´は、突起部１９が環状溝２１の溝底に形成される凹部２３によって、シール押さえ２ａとシリンダホルダ２ｂとの間に挟まれ固定される。これにより、密封装置１´は、環状溝２１に対して位置決めされる。

したがって、密封装置の環状溝への装着性が向上されるとともに、密封装置を装着した後に相手部材同士が組み付けられる際に、密封装置が環状溝から脱落等をしてしまうことが抑制される。

＜その他＞
上記実施例では、密封装置がハウジングの軸孔に設けられた環状溝に装着される構成について説明したが、密封装置が軸の外周面に設けられた環状溝に装着される構成であっても、本発明は好適に適用することができる。

また、上記実施例では、燃料ポンプにおけるプランジャシールとしての使用例についてのみ説明したが、２つの密封領域の間をシールする２液シールとしての用途としてはこれに限られるものではない。

実施例１に係る密封装置の模式的断面図である。 実施例１に係る密封装置の装着状態を示す模式的半断面図である。 実施例１に係る密封装置の製造過程を説明する模式図である。 実施例２に係る密封装置の模式的断面図である。 実施例２に係る密封装置の装着状態を示す模式的半断面図である。 従来技術に係る密封装置の模式的断面図である。 従来技術に係る密封装置の模式的断面図である。

符号の説明

１ 密封装置
１０ シール本体
１１、１３ 内周側シールリップ
１２、１４ 外周側シールリップ
１５、１６ 環状凹部
１７、１８ スプリング
２ ハウジング
２０ 軸孔
２１ 環状溝
２２ 溝底面
３ 軸
３０ 外周面

Claims (6)

1. 相対的に往復移動する軸と該軸が挿入される軸孔を有するハウジングのうちの一方の部材に設けられた環状溝に装着され、軸方向一方側の第１密封領域から軸方向他方側の第２密封領域への第１密封流体の侵入を防止するとともに、前記第２密封領域から前記第１密封領域への第２密封流体の侵入を防止すべく、これら２部材間の環状隙間を密封する密封装置であって、
   前記第１密封領域側に延びるとともに前記環状溝の溝底面に接触する第１シールリップ、
   前記第１密封領域側に延びるとともに前記２部材のうち他方の部材に摺動接触する第２シールリップ、
   前記第１シールリップと前記第２シールリップとの間に形成され、第１密封領域に開口する第１環状凹部、
   前記第１環状凹部に装着されるとともに、前記第１シールリップを前記環状溝の溝底側に付勢し、かつ前記第２シールリップを前記他方の部材側に付勢する第１付勢部材、
   を有する第１シール部と、
   前記第２密封領域側に延びるとともに前記環状溝の溝底面に接触する第３シールリップ、
   前記第２密封領域側に延びるとともに前記他方の部材に摺動接触する第４シールリップ、
   前記第３シールリップと前記第４シールリップとの間に形成され、第２密封領域に開口する第２環状凹部、
   前記第２環状凹部に装着されるとともに、前記第３シールリップを前記環状溝の溝底側に付勢し、かつ前記第４シールリップを前記他方の部材側に付勢する第２付勢部材、
   を有する第２シール部と、を備え、
   前記第１シールリップと前記第３シールリップが前記環状溝の溝底面と接触する面、及び、前記第２シールリップと前記第４シールリップが前記他方の部材と摺動接触する面は、金型によって成形される面であると共に、
   第１環状凹部及び第２環状凹部を有する樹脂製のシール本体が、第１付勢部材と第２付勢部材が装着される前の状態では、その内周面及び外周面が円筒面で構成されており、第１環状凹部に第１付勢部材が装着され、かつ第２環状凹部に第２付勢部材が装着されることで、前記シール本体が変形して第１シールリップ，第２シールリップ，第３シールリッ
   プ、及び第４シールリップが形成されることを特徴とする密封装置。
2. 前記第１シールリップ、前記第２シールリップ、前記第３シールリップ及び前記第４シールリップは、筒状の樹脂成形品の軸方向両端面に形成された軸方向に開口する環状凹部に付勢部材が装着され、該付勢部材によって該環状凹部が径方向に押し広げられることにより形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. 前記第２シールリップと前記第４シールリップとの間の距離が、前記軸の往復移動のストローク長よりも長いことを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。
4. 軸方向に対称な形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の密封装置。
5. 前記一方の部材における前記環状溝の部分を構成する複数の部材の間に挟まれて固定される位置決め突起を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の密封装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の密封装置の製造方法であって、
   軸方向の両端面において周方向に沿って軸方向に窪んだ環状の凹部を有する筒状の樹脂成形品を金型により成形する工程と、
   前記樹脂成形品の前記凹部を切削加工して前記第１環状凹部及び第２環状凹部とする工程と、
   加工された前記第１環状凹部及び第２環状凹部に前記第１付勢部材及び第２付勢部材を装着する工程と、
   を備えることを特徴とする密封装置の製造方法。

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