JP6263255B2

JP6263255B2 - 密封装置

Info

Publication number: JP6263255B2
Application number: JP2016506563A
Authority: JP
Inventors: 耕太辺見; 誠波多野; 修司義経
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2018-01-17
Anticipated expiration: 2035-03-06
Also published as: US20160356381A1; WO2015133595A1; EP3115657A1; US10344865B2; CN106068415A; EP3115657B1; EP3115657A4; CN106068415B; JPWO2015133595A1

Description

本発明は、シール技術に係る密封装置に関する。本発明の密封装置は特に、高圧用シールとして用いられるのに適している。

従来から高圧用シールとして図４（Ａ）に示す密封装置１が知られており、この密封装置１は、互いに対向する二部材５１，５２間に配置されて高圧側Ｈの密封流体が低圧側Ｌへ漏洩しないようシールするものであって、二部材５１，５２のうちの一方の部材５１に設けた装着溝５３に装着されて他方の部材５２に密接するシールリング１１と、シールリング１１の反密封流体側（低圧側Ｌ）に配置される比較的硬質の第１バックアップリング２１と、シールリング１１および第１バックアップリング２１間に配置される比較的軟質の第２バックアップリング３１との組み合わせとされている。

装着溝５３は、加工が容易であることから断面矩形状の溝とされている。第１バックアップリング２１は、装着溝５３の反密封流体側側面部５３ｂに接触する軸直角平面状の端面部２１ａ、他方の部材５２に接触する円筒面状の周面部２１ｂならびに端面部２１ａおよび周面部２１ｂに対して交差する斜面部２１ｃを備え、断面三角形状に形成されている。第２バックアップリング３１は、シールリング１１が接触する軸直角平面状の端面部３１ａ、装着溝５３の底面部５３ａに接触する円筒面状の周面部３１ｂおよび第１バックアップリング２１の斜面部２１ｃに対応して設けられた斜面部３１ｃを備え、同じく断面三角形状に形成されている。

上記構成の密封装置１においては、シールリング１１の反密封流体側（低圧側Ｌ）に第１バックアップリング２１が配置されているため、シールリング１１が二部材５１，５２間の隙間５４にはみ出して破損するのを防止することが可能とされ、またシールリング１１および第１バックアップリング２１間に第２バックアップリング３１が配置されているため、シールリング１１が第１バックアップリング２１および他方の部材５２間の隙間（図示せず）にはみ出して破損するのを防止することが可能とされている。

しかしながら上記密封装置１においては、第１バックアップリング２１における端面部２１ａおよび斜面部２１ｃが交差する角部２１ｄが尖端状とされ、第２バックアップリング３１における周面部３１ｂおよび斜面部３１ｃが交差する角部３１ｄも尖端状とされているため、以下の問題が指摘される。

すなわち図４（Ｂ）に示すように二部材５１，５２が互いに偏芯したとき、第１バックアップリング２１の尖端状の角部２１ｄが円周上一部の図上Ｃ部にて装着溝５３の底面部５３ａと干渉し、つぶされる。したがって比較的硬質の第１バックアップリング２１がこのようにつぶされることにより、第１バックアップリング２１にクラック等の破損が発生することがある。角部２１ｄは、装着溝５３における底面部５３ａおよび側面部５３ｂが交差する内角部に位置するため、荷重を受けても逃げ場がない。したがって、つぶされやすく、破損しやすいものである（干渉による不具合その１）。

また、同じく図４（Ｂ）に示すように二部材５１，５２が互いに偏芯したとき、第２バックアップリング３１の尖端状の角部３１ｄが円周上一部の図上Ｄ部にて装着溝５３の側面部５３ｂと干渉し、つぶされる。そして、こちらのほうは比較的軟質のためクラック等の破損は発生しないが、つぶされた角部３１ｄは、やはり逃げ場がないため、第１バックアップリング２１に押し付けられ、これにより第１バックアップリング２１との間に隙間が生じ、第２バックアップリング３１が傾くことになる。したがって第２バックアップリング３１および装着溝５３の底面部５３ａ間に隙間（図示せず）が発生し、この隙間にシールリング１１がはみ出して破損することがある（干渉による不具合その２）。

特開平１０−６８４６７号公報

本発明は以上の点に鑑みて、断面矩形状の装着溝に装着されるシールリング、第１バックアップリングおよび第２バックアップリングの組み合わせよりなる密封装置において、断面三角形状のバックアップリングに干渉による不具合が発生するのを抑制することができる密封装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１による密封装置は、互いに対向する二部材間に配置されて密封流体をシールする密封装置であって、前記二部材のうちの一方の部材に設けた装着溝に装着されて他方の部材に密接するシールリングと、前記シールリングの反密封流体側に配置される比較的硬質の第１バックアップリングと、前記シールリングおよび前記第１バックアップリング間に配置される比較的軟質の第２バックアップリングとを有し、前記装着溝は断面矩形状の溝とされ、前記第１バックアップリングは、前記装着溝の反密封流体側側面部に接触する軸直角平面状の端面部、前記他方の部材に接触する円筒面状の周面部ならびに前記端面部および前記周面部に対し交差する斜面部を備えて断面三角形状に形成され、前記第２バックアップリングは、前記シールリングが接触する軸直角平面状の端面部、前記装着溝の底面部に接触する円筒面状の周面部および前記第１バックアップリングの斜面部に対応して設けられた斜面部を備えて断面三角形状に形成され、前記第１バックアップリングにおける前記端面部および前記斜面部が交差する角部にカット部を設け、前記第２バックアップリングにおける前記周面部および前記斜面部が交差する角部にもカット部を設け、前記第２バックアップリングにおける前記端面部および前記斜面部が交差する角部は尖端状に形成されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項２による密封装置は、上記した請求項１記載の密封装置において、前記第１バックアップリングに設けたカット部は当該第１バックアップリングの中心軸線に対し平行な向きにカットされ、前記第２バックアップリングに設けたカット部は当該第２バックアップリングの中心軸線に対し直交する向きにカットされていることを特徴とする。

また、本発明の請求項３による密封装置は、上記した請求項１または２記載の密封装置において、前記第１バックアップリングにおける前記カット部の軸方向幅ｙを、前記二部材の偏心量に対して０．２〜２．５倍の大きさとすることを特徴とする。

更にまた、本発明の請求項４による密封装置は、上記した請求項３記載の密封装置において、前記二部材の偏心量は、前記二部材間の径方向隙間と同等の大きさであることを特徴とする。

上記構成を備える本発明の密封装置においては、断面三角形状の第１バックアップリングにおける端面部および斜面部が交差する角部にカット部が設けられているため、二部材が互いに偏芯しても、この角部が装着溝の底面部と干渉してつぶされると云う事態が発生しない。また、断面三角形状の第２バックアップリングにおける周面部および斜面部が交差する角部にもカット部が設けられているため、二部材が互いに偏芯しても、この角部が装着溝の側面部と干渉してつぶされると云う事態が発生しない。したがってこれらバックアップリングに干渉が生じにくいため、干渉による不具合が発生するのを抑制することが可能とされる。

カット部におけるカットの方向は特に限定されず、またカット部は断面直線状であっても曲線状であっても良いが、第１バックアップリングに設けるカット部を当該第１バックアップリングの中心軸線に対し平行な向きにカットすると、このカット部は断面直線状となり円筒面状となる。また、第２バックアップリングに設けるカット部はこれを当該第２バックアップリングの中心軸線に対し直交する向きにカットすると、このカット部は断面直線状となり軸直角平面状となる。このような形状のカット部は何れも加工が容易で、バックアップリングを製造しやすいものである。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち本発明においては以上説明したように、断面三角形状の第１バックアップリングにおける端面部および斜面部が交差する角部にカット部が設けられているため、二部材が互いに偏芯しても角部が装着溝の底面部と干渉してつぶされる事態が発生しない。したがって比較的硬質の第１バックアップリングに角部のつぶしによるクラック等の破損が発生するのを抑制することができる。また、断面三角形状の第２バックアップリングにおける周面部および斜面部が交差する角部にもカット部が設けられているため、二部材が互いに偏芯しても角部が装着溝の側面部と干渉してつぶされる事態が発生しない。したがって比較的軟質の第２バックアップリングに角部のつぶしによる大きな傾きが発生し、第２バックアップリングおよび装着溝の底面部間に隙間が発生し、この隙間にシールリングがはみ出して破損するのを抑制することができる。

また、第１バックアップリングに設けるカット部を第１バックアップリングの中心軸線方向に対し平行な向きにカットすること、および第２バックアップリングに設けるカット部を第２バックアップリングの中心軸線方向に対し直交する向きにカットすることにより、加工が容易で製造しやすいバックアップリング部品を提供することができる。

（Ａ）は本発明の実施例に係る密封装置の断面図、（Ｂ）は同密封装置の偏芯した状態を示す断面図同密封装置に備えられる第１バックアップリングの断面形状を示す説明図同密封装置に備えられる第１バックアップリングおよび第２バックアップリングの断面形状の他の例を示す説明図（Ａ）は従来例に係る密封装置の断面図、（Ｂ）は同密封装置の偏芯した状態を示す断面図

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１（Ａ）は、本発明の実施例に係る密封装置１の要部断面を示している。当該実施例に係る密封装置１は、インジェクタ等の油圧機器における高圧シール部に用いられるものであって、以下のように構成されている。

すなわち当該密封装置１は、互いに対向する二部材としての軸５１およびハウジング５２間の環状隙間に配置されて、図上右方向の高圧側Ｈに存在する密封流体が図上左方向の低圧側（大気側）Ｂへ漏洩しないようにこれをシールするものであって、軸５１の周面に設けた環状の装着溝５３に装着されてハウジング５２の軸孔内周面に密接するシールリングとしてのＯリング１１と、Ｏリング１１の反密封流体側（低圧側Ｌ）に配置されて同じく装着溝５３に装着される第１バックアップリング２１と、Ｏリング１１および第１バックアップリング２１の間に配置されて同じく装着溝５３に装着される第２バックアップリング３１とを有している。Ｏリング１１はこれに代えて、ＤリングやＸリングなどの他の断面形状のシールリングであっても良い。

Ｏリング１１は、ゴム状弾性体によって成形されている。第１バックアップリング２１は、第２バックアップリング３１よりも硬質の、例えばナイロン樹脂によって成形されている。第２バックアップリング３１は、第１バックアップリング２１よりも軟質の、例えばＰＴＦＥ樹脂によって成形されている。

装着溝５３は、加工が容易であることから断面矩形状の矩形溝として形成されている。したがって溝内にテーパ形状の類は設けられておらず、装着溝５３は円筒面状の底面部５３ａおよび軸直角平面状の両側面部５３ｂのみの組み合わせとされている。

第１バックアップリング２１は、装着溝５３の側面部５３ｂに接触する反密封流体側（低圧側Ｌ）の軸直角平面状の端面部２１ａと、ハウジング５２の軸孔内周面に接触する外周側の円筒面状の周面部２１ｂと、端面部２１ａおよび周面部２１ｂに対し交差するテーパ面状の斜面部２１ｃとを備え、断面三角形状（直角三角形状）に形成されている。斜面部２１ｃは断面直線状とされ、そのテーパの向きを密封流体側（高圧側Ｈ）から反密封流体側（低圧側Ｌ）へかけて径寸法が徐々に縮小する向きとされている。

第２バックアップリング３１は、シールリング１１が接触する密封流体側（高圧側Ｈ）の軸直角平面状の端面部３１ａと、装着溝５３の底面部５３ａに接触する内周側の円筒面状の周面部３１ｂと、端面部３１ａおよび周面部３１ｂに対し交差するテーパ面状の斜面部３１ｃとを備え、断面三角形状（直角三角形状）に形成されている。斜面部３１ｃは断面直線状とされ、そのテーパの向きを密封流体側（高圧側Ｈ）から反密封流体側（低圧側Ｌ）へかけて径寸法が徐々に縮小する向きとされている。

第１バックアップリング２１の斜面部２１ｃと第２バックアップリング３１の斜面部３１ｃは互いに対応して設けられ、その傾斜角度、斜面長さ、最大外径寸法および最小内径寸法などを同等ないし略同等に形成されている。

また、第１バックアップリング２１における端面部２１ａおよび斜面部２１ｃが交差する角部にカット部２２が設けられている。このカット部２２は環状に形成されるとともに第１バックアップリング２１の中心軸線０方向に対し平行な向きにカットされ、よってカット部２２は円筒面状に形成されている。カット部２２の径寸法は装着溝５３の底面部５３ａの径寸法より大きく形成されている。

また、第２バックアップリング３１における周面部３１ｂおよび斜面部３１ｃが交差する角部にカット部３２が設けられている。このカット部３２は環状に形成されるとともに第２バックアップリング３１の中心軸線０方向に対し直交する向きにカットされ、よってカット部３２は軸直角平面状に形成されている。

上記構成の密封装置１においては、シールリング１１の反密封流体側（低圧側Ｌ）に第１バックアップリング２１が配置されているため、シールリング１１が軸５１およびハウジング５２間の隙間５４にはみ出して破損するのを防止することが可能とされ、またシールリング１１および第１バックアップリング２１間に第２バックアップリング３１が配置されているため、シールリング１１が第１バックアップリング２１およびハウジング５２間の隙間（図示せず）にはみ出して破損するのを防止することが可能とされている。

また、断面三角形状の第１バックアップリング２１における端面部２１ａおよび斜面部２１ｃが交差する角部にカット部２２が設けられているため、図１（Ｂ）に示すように軸５１およびハウジング５２が互いに偏芯しても、この角部が装着溝５３の底面部５３ａと干渉してつぶされることがない。したがって比較的硬質の第１バックアップリング２１に角部のつぶしによるクラック等の破損が発生するのを抑制することが可能とされている。

また、断面三角形状の第２バックアップリング３１における周面部３１ｂおよび斜面部３１ｃが交差する角部にカット部３２が設けられているため、図１（Ｂ）に示すように軸５１およびハウジング５２が互いに偏芯しても、この角部が装着溝５３の側面部５３ｂと干渉してつぶされることがない。したがって比較的軟質の第２バックアップリング３１に角部のつぶしによる大きな傾きが発生し、第２バックアップリング３１および装着溝５３の底面部５３ａ間に隙間が発生し、この隙間にシールリング１１がはみ出して破損するのを抑制することが可能とれている。

また、第１バックアップリング２１に設けるカット部２２が第１バックアップリング２１の中心軸線０方向に対し平行な向きにカットされているため、第１バックアップリング２１は形状が簡素であって、加工が容易で製造しやすいものである。また、第２バックアップリング３１に設けるカット部３２が第２バックアップリング３１の中心軸線０方向に対し直交する向きにカットされているため、第２バックアップリング３１はこれも形状が簡素であって、加工が容易で製造しやすいものである。したがってカット部２２，３２を有していながら加工が容易で製造しやすいバックアップリング部品を提供することが可能とされている。

尚、当該実施例では、図１（Ｂ）のＥ部に示すように第２バックアップリング３１における端面部３１ａおよび斜面部３１ｃが交差する角部３１ｅにカット部は設けられていないため、この角部３１ｅは尖端状であって、軸５１およびハウジング５２が互いに偏芯したときにハウジング５２の軸孔内周面に対して干渉することになる。しかしながらこの角部３１ｅの密封流体側（高圧側Ｈ）は空間であってここに逃げ場が確保されている。したがってこの角部３１ｅにカット部を設ける必要はなく、カット部を設けないほうがシールリング１１のはみ出しを抑制しやすい。

第１バックアップリング２１に設けるカット部２２については、その軸方向幅ｙを二部材（軸５１およびハウジング５２）の偏心量に対して０．２〜２．５倍の大きさとするのが好適である。これは以下の理由による。

すなわち図２に示すように、本発明の密封装置１をインジェクタ用シールとして用いる場合、第１バックアップリング２１の径方向幅ｄは実寸で１〜４ｍｍとされ、これに合わせて第１バックアップリング２１の軸方向幅ｗは１〜２ｍｍとされることが多い。また、このときの端面部２１ａおよび斜面部２１ｃがなす角度θは１４°〜６５°の範囲となる。本発明では、第１バックアップリング２１における端面部２１ａおよび斜面部２１ｃが交差する角部に偏心量分のカット部２２を設ける構成であるので、このカット部２２の径方向幅をｘとし、カット部２２の軸方向幅をｙとした場合、ｙを求める式は下記となる。
ｙ＝ｘ×tanθ
ここで、θは上記のとおり、θ＝１４°〜６５°であるので、
ｙ＝（０．２５〜２．１４）・ｘ
となり、０．２５〜２．１４の数値幅に寸法公差等を加えた結果として、第１バックアップリング２１に設けるカット部２２についてはその軸方向幅ｙを二部材の偏心量に対して０．２〜２．５倍の大きさとするのが好適である。

また、二部材（軸５１およびハウジング５２）の偏心量については、二部材が同軸上に位置するときの、二部材の径方向隙間ｃ（図１（Ａ）参照）が最大値となるので、この二部材の径方向隙間ｃを二部材の偏心量（最大偏心量）とする。

また、上記実施例では、第１バックアップリング２１の斜面部２１ｃおよび第２バックアップリング３１の斜面部３１ｃを共に傾斜角度が一定の断面直線状を呈するテーパ面としたが、これら斜面部２１ｃ，３１ｃは傾斜角度が徐々に変化する断面曲線状のテーパ面であっても良い。

この場合の例として、図３示す例では、第１バックアップリング２１の斜面部２１ｃが、内径側から外径側へかけて傾斜角度が徐々に小さくなる断面曲線状のテーパ面とされ、これに対応して、第２バックアップリング３１の斜面部３１ｃも同様に、内径側から外径側へかけて傾斜角度が徐々に小さくなる断面曲線状のテーパ面とされている。

１密封装置
１１シールリング
２１第１バックアップリング
２１ａ，３１ａ端面部
２１ｂ，３１ｂ周面部
２１ｃ，３１ｃ斜面部
２１ｄ，３１ｄ，３１ｅ角部
２２，３２カット部
３１第２バックアップリング
５１軸（一方の部材）
５２ハウジング（他方の部材）
５３装着溝
５３ａ底面部
５３ｂ側面部
５４はみ出し隙間

Claims

互いに対向する二部材間に配置されて密封流体をシールする密封装置であって、
前記二部材のうちの一方の部材に設けた装着溝に装着されて他方の部材に密接するシールリングと、前記シールリングの反密封流体側に配置される比較的硬質の第１バックアップリングと、前記シールリングおよび前記第１バックアップリング間に配置される比較的軟質の第２バックアップリングとを有し、
前記装着溝は断面矩形状の溝とされ、
前記第１バックアップリングは、前記装着溝の反密封流体側側面部に接触する軸直角平面状の端面部、前記他方の部材に接触する円筒面状の周面部ならびに前記端面部および前記周面部に対し交差する斜面部を備えて断面三角形状に形成され、
前記第２バックアップリングは、前記シールリングが接触する軸直角平面状の端面部、前記装着溝の底面部に接触する円筒面状の周面部および前記第１バックアップリングの斜面部に対応して設けられた斜面部を備えて断面三角形状に形成され、
前記第１バックアップリングにおける前記端面部および前記斜面部が交差する角部にカット部を設け、
前記第２バックアップリングにおける前記周面部および前記斜面部が交差する角部にもカット部を設け、
前記第２バックアップリングにおける前記端面部および前記斜面部が交差する角部は尖端状に形成されていることを特徴とする密封装置。
請求項１記載の密封装置において、
前記第１バックアップリングに設けたカット部は当該第１バックアップリングの中心軸線に対し平行な向きにカットされ、
前記第２バックアップリングに設けたカット部は当該第２バックアップリングの中心軸線に対し直交する向きにカットされていることを特徴とする密封装置。
請求項１または２記載の密封装置において、
前記第１バックアップリングにおける前記カット部の軸方向幅ｙを、前記二部材の偏心量に対して０．２〜２．５倍の大きさとすることを特徴とする密封装置。
請求項３記載の密封装置において、
前記二部材の偏心量は、前記二部材間の径方向隙間ｃと同等の大きさであることを特徴とする密封装置。