CN106104105A - 密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种垫圈，该垫圈即使用在因受所使用的机械的尺寸限制的、小直径等的产品中，切割部的角度也能够以标准切割角度进行制造。轴(2)和具有用于插入该轴的轴孔的壳体(3)之间形成有环状间隙(4)，轴和壳体中的一个构件的表面上设置有倾斜面(20)，该倾斜面与另一个构件之间的距离从高压侧朝向低压侧逐渐变短，在用于环状间隙内的密封装置中，环状间隙内设置有密封构件(5)和垫圈(1)，密封构件由环状的弹性体构成，垫圈能够比密封构件更多地接触在低压侧的倾斜面上，垫圈具有筒状部(10)和突出部(11)，筒状部沿轴向方向延伸，突出部连接设置在筒状部的高压侧的端部侧，并且突出部形成为从端部侧朝向倾斜面沿径向方向环状地突出，突出部的径向方向的前端面构成为锥面，该锥面与倾斜面相对。

Description

密封装置
技术领域
本发明涉及密封装置，具体地，涉及能够防止在高压下垫圈和轴之间产生空隙的密封装置，该空隙为密封构件的侵蚀(クワレ)的原因。
背景技术
以往，例如燃料喷射装置这样的用于输送高压流体的装置包括壳体和密封结构，壳体具有轴孔，密封结构用于密封在壳体和插入所述轴孔中的轴之间所形成的环状间隙。作为该密封结构，安装有密封构件(O型圈或U型衬垫等全部橡胶状弹性材料)和垫圈，该垫圈与所述密封构件同轴地并列设置且在所述密封构件的反加压侧由PTFE(四氟乙烯)等树脂材料构成。
所述密封结构中，主要由密封构件构成，垫圈的作用是防止密封构件在工作油等压力的作用下向轴的外周面和壳体内周面之间的环状间隙突出。
所述密封构件为橡胶状弹性材料，因此当安装于轴的外周时，安装的同时能够沿大直径方向伸展。但是，垫圈由比密封构件更硬的合成树脂材料构成，考虑到安装性能，如图8所示，通过在圆周方向上至少切断有一处的切割部103，使垫圈能够向比轴200(参照图9)的外周面更大的大直径打开。
作为垫圈的例子，图9中表示并说明了记载在专利文献1中的技术。
利用安装于轴200的外周的垫圈100的弹性变形，不仅能够消除轴200和垫圈100之间的空隙，而且能够防止垫圈100相对于轴200滑动时产生空隙。
即，在以往的例子中，壳体300的轴孔内周面设置有环状间隙400，位于该环状间隙400的沟底面的低压侧(L)上设置有从高压侧(H)朝向低压侧(L)的倾斜面201(参照图10)。另外，垫圈100邻接密封构件500并设置在低压侧(L)，该垫圈100的内周面的整个面也构成为锥面102，该锥面102为了顺应倾斜面201从高压侧(H)朝向低压侧(L)倾斜。为了密封倾斜面201和锥面102之间，环状间隙400侧的倾斜面201的角度和垫圈100上的锥面102的角度构成为相等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：专利第3543617号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，因垫圈100的制造时的最终质量等原因，锥面102的角度与轴200的倾斜面201的角度不一致，如图10所示，会出现垫圈100的锥面102的高压侧(H)的前端边缘102a和轴200的倾斜面201之间产生空隙S的情况。当垫圈100的锥面102和轴200的倾斜面201之间产生这种空隙S时，受高压而变形的密封构件500容易从环状间隙400突出而挤入到空隙S中而产生侵蚀，有对密封构件500造成损伤的危险。
因此，本发明的课题是提供一种密封装置，该密封装置能够防止高压下在垫圈和轴之间产生的空隙，该空隙为密封构件的侵蚀的原因。
另外，本发明的其他课题将在下文较为明确地说明。
用于解决课题的手段
上述课题通过以下各个发明解决。
1、密封装置，其特征在于，该密封装置中，轴和具有用于插入该轴的轴孔的壳体之间形成有环状间隙，所述轴和所述壳体中的一个构件的表面上设置有倾斜面，该倾斜面与另一个构件之间的距离从高压侧朝向低压侧逐渐变短，所述环状间隙内设置有密封构件和垫圈，所述密封构件由环状的弹性体构成，所述垫圈能够比所述密封构件更多地接触在所述低压侧的所述倾斜面上，所述垫圈具有筒状部和突出部，所述筒状部沿轴向方向延伸，所述突出部连接设置在所述筒状部的所述高压侧的端部侧，并且所述突出部形成为从所述端部侧朝向所述倾斜面沿径向方向环状地突出，所述突出部的径向方向的前端面构成为锥面，该锥面与所述倾斜面相对。
2、根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述垫圈的所述筒状部的径向厚度为从所述垫圈的外周至所述突出部的前端的径向厚度的30％～50％。
3、根据权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，所述垫圈的所述突出部的轴向厚度为从所述筒状部至所述突出部的轴向整体厚度的40％～60％。
4、根据权利要求1-3中任意一项所述的密封装置，其特征在于，所述垫圈具有切割部，该切割部经过沿轴向方向的所述突出部侧的侧面和所述筒状部侧的侧面，并且以相对于该两个侧面斜向交叉的方式被切割成直线状，所述切割部为暴露在所述突出部侧的侧面的第一切割线和暴露在所述筒状部侧的侧面的第二切割线相互平行的直线，所述第一切割线的延长线经过比所述垫圈的最内侧直径更靠内侧的位置，并且所述第一切割线的延长线和所述第二切割线的延长线经过比所述筒状部的最内侧直径更靠内侧的位置。
5、根据权利要求4所述的密封装置，其特征在于，所述垫圈具有切割部，该切割部经过沿轴向方向的所述突出部侧的侧面和所述筒状部侧的侧面，并且以相对于上述两个侧面斜向交叉的方式被切割成直线状，所述切割部为暴露在所述突出部侧的侧面的第一切割线和暴露在所述筒状部侧的侧面的第二切割线相互平行的直线，所述第一切割线的延长线经过比所述垫圈的最内侧直径更靠内侧的位置，并且，经过所述第一切割线和所述第二切割线之间的中心且与所述第一切割线和所述第二切割线平行的直线不与所述垫圈的中心轴交叉，而是比所述中心轴更位于所述第二切割线侧。
6、根据权利要求4或5所述的密封装置，其特征在于，所述垫圈的所述切割部与所述突出部侧的侧面和所述筒状部侧的侧面交叉的角度为15°～30°。
发明效果
根据本发明，能够提供一种密封装置，该密封装置能够防止在高压下垫圈和轴之间产生的空隙，该空隙为密封构件的侵蚀的原因。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的垫圈的使用状态的剖视说明图；
图2是表示本发明的垫圈的突出部和设置于轴部的倾斜面之间的使用状态的图，其中，图2中的(a)表示了在本发明的垫圈上没有施加压力的状态的使用状态图，图2中的(b)表示了施加有压力的状态的使用状态图；
图3是本发明的第一实施方式的垫圈的局部剖视图；
图4是表示本发明的第一实施方式的垫圈的结构图，其中，图4中的(a)为垫圈的局部剖视说明图，图4中的(b)为俯视图，图4中的(c)为仰视图；
图5是表示本发明的第二实施方式的垫圈的结构的图，其中，图5中的(a)为垫圈的局部剖视说明图，图5中的(b)为俯视图，图5中的(c)为仰视图；
图6是将以往例的垫圈以标准切割角度进行切割时的立体图；
图7是表示以往例的垫圈的切割部的剖视说明图；
图8是表示以往例的垫圈的结构的示意图，其中，图8中的(a)为垫圈的局部剖视说明图，图8中的(b)为俯视图，图8中的(c)为仰视图；
图9是表示以往例的垫圈的使用状态的剖面说明图；
图10是表示根据以往例的垫圈的安装状态的说明图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细说明实施方式。
如图1所示，本发明的密封装置中，输送高压流体的装置的轴2和插入有该轴2的壳体3的轴孔之间形成有环状间隙4，轴2和壳体3中的一个构件的表面(在此，是轴2的表面)上设置有倾斜面20，该倾斜面20与另一个构件之间的距离从高压侧(H)朝向低压侧(L)逐渐变短，在环状间隙4内安装有由环状的弹性体构成的密封构件5的同时，还安装有垫圈1。另外，垫圈1设置成比所述密封构件5更多地接触低压侧(L)的所述倾斜面20。
另外，根据环状间隙4的形状等使用部位，密封构件5可以分别使用O型圈、方型圈、X型圈、U型圈等。
所述垫圈1由比密封构件5更硬的硬质且低摩擦系数的热塑性树脂材料等成型。例如，除了PA(聚酰胺)以外，还优选PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物)、ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)等热塑性树脂材料。
垫圈1的结构如下：垫圈1具有筒状部10和突出部11，该筒状部10沿轴向方向延伸，该突出部11连接设置在该筒状部10的高压侧(H)的端部，并且形成为比筒状部10更向内周侧而环状地突出，且垫圈1的截面形状成为L字形。并且，将垫圈1安装于环状间隙4内时，朝向轴2的倾斜面20突出的突出部11的径向方向的前端面构成为锥面12，该锥面12与轴2的倾斜面20相对。该锥面12一般形成为与倾斜面20的角度相同。
另外，图1中，将所述垫圈1安装在轴2、该轴2和壳体3之间的环状间隙4内之后，安装密封构件5。接着，本发明构成为：安装第二个垫圈6之后，利用用于防脱的固定环21进行固定。但是，只要满足垫圈1的锥面12和所述轴2的倾斜面20之间的关系，轴2、壳体3以及环状间隙4的形状、设置等不受特殊限制。
本发明如上所述地构成，如图2中的(a)所示，在垫圈1上没有施加压力的状态下，因制造的最终质量等原因，会存在垫圈1的锥面12和轴2的倾斜面20之间产生有空隙S的情况。
这种空隙S会导致在密封构件5受高压而变形时，密封构件5挤入该空隙S中从而成为侵蚀产生的原因。但是，本发明中，垫圈1具有从筒状部10沿径向方向环状地突出的突出部11，从而成为截面L字形，并且锥面12形成在该突出部11的前端面，因此如图2中的(b)所示，在垫圈1的突出部11侧的侧面如白色箭头所示地从高压侧(H)施加压力时，突出部11容易向下移位而相对于筒状部10弯曲，如黑色箭头所示地向下推动。由此，如图2中的(b)所示，垫圈1的锥面12与轴2的倾斜面20紧贴，或者，锥面12的高压侧(H)的前端边缘12a紧贴在倾斜面20上，其作用是在任何情况下均能够封闭成为密封构件5的侵蚀的原因的空隙S，能够可靠地防止密封构件5向环状间隙4突出。
另外，在采用聚酰胺树脂制造垫圈1的情况中，与PTFE材料相比，聚酰胺树脂一般是比较硬的硬质材料。但是，本发明中，由于突出部11的前端侧容易向下移位而相对于筒状部10弯曲，因此即使采用比较硬的材料，锥面12也能够容易地紧贴在轴2的倾斜面20上。
因此，根据本发明，能够适用于在垫圈1上需要使用比较硬的材料的承受高压装置的密封装置，具体地，能够适合用作需要对如燃料喷射装置这种脉冲大的高压流体进行密封的密封装置。特别是燃料喷射装置的喷射压力大，今后喷射压力的最高压力可能为30Mpa以上。但是，根据本发明，能够提供可充分应对这种高压化的密封装置。
另外，如此制造垫圈1时，能够使用比较大范围的材料，因此能够降低产品成本。
进一步地，垫圈1如图3所示，将从垫圈1的外周至突出部11的前端的径向厚度设定为T，将筒状部10的径向厚度设定为T1时，优选地，T1的厚度是T的厚度的30～50％。
T1的厚度小于30％的情况下，当在垫圈1上施加轴向方向的压力时，高压侧的压力的大部分由锥面12支撑，同时筒状部10侧的狭小侧面上也会施加有过大的压力，因此垫圈1的突出部11以及筒状部10可能会产生变形。
相反，T1的厚度大于50％的情况下，受高压时很难移位。
另外，垫圈1如图3所示，将垫圈1的厚度，即，将从筒状部10至所述突出部11的轴向厚度设定为H，将突出部11的轴向厚度设定为H1时，优选地，H1的厚度是H的厚度的40～60％。
H1的厚度小于40％的情况下，垫圈1的锥面12较小，轴2的倾斜面20和筒状部10之间的空间部分变大。因此，垫圈1整体的强度会变弱。
相反，H1的厚度大于60％的情况下，受高压时很难移位。
另外，如图4所示，垫圈1具有一处切割部13，该切割部13经过沿轴向方向的突出部11侧的侧面(图4中的(a)的上边)和筒状部10侧的侧面(图4中的(a)的下边)，并且被切割成相对于该两个侧面斜向交叉。该切割部13是通过将相对于上述两个侧面斜向设置的切割刃沿一个方向平行移动而形成为直线状。其中，该切割部13被切割成相对于上述两个斜面以10°～30°的角度斜向交叉，该角度优选为22°±5°的角度。
该切割部13显示为暴露在突出部11侧的侧面上的第一切割线14(图4中的(b))、暴露在筒状部10侧的侧面上的第二切割线15(图4中的(c)的外侧的直线)和第三切割线16(图4中的(c)的内侧的直线)相互平行的直线。
在此，如图4中的(b)所示，第一切割线14设置成该第一切割线14的延长线L1经过比垫圈1的突出部11的最内侧直径更靠内侧的位置。另外，第二切割线15设置成如图4中的(c)所示，该第二切割线15的延长线L2经过比筒状部10的最内侧直径更靠内侧的位置。
另外，图中17为切割部13显示在锥面12上的切割曲线。
在此，如果要使切割部的角度以相对于两个侧面10°～30°的角度、优选为22°±5°的角度形成的话，以如图6所示的以往的垫圈100为例，一个切割线(第一切割线14)不得不经过比垫圈100的最内侧直径更靠外侧的位置时，其结果是，垫圈100由切割部103分割为两部分。
在此情况下，切割部103的角度不得不形成为偏离钝角、具体为45°±5°的角度。垫圈100因产生热膨胀而周长变长，如图7所示，从而能够使切割面103a、103a彼此接触上行(乗り上げる)而产生偏离。
此时，虽然切割面103a的前端在受高压时变形而倒下，但是当切割部103为45°±5°左右的角度时，即使是在承受高压的情况下，切割面103a的前端很难变形，存在切割面103a的前端对密封构件造成损伤的危险。这种问题显著出现是因为垫圈1越是小直径产品，切割部103的角度不得不成为钝角的情况变多。
为了解决上述问题，本发明中对切割部13进行了改进。即，图4中，直线L3经过垫圈1的切割成直线状的切割部13的中心(第一切割线14和第二切割线15之间的中心)而与第一切割线14和第二切割线15平行，该直线L3不与垫圈1的中心轴O交叉，而是偏离设置在比该中心轴O更位于第二切割线15侧的位置。由此，第一切割线14和第二切割线15之间的中心位置(直线L3的位置)如图4所示地向第二切割线15侧偏移α。
通过形成能够使第一切割线14和第二切割线15如此设置的切割部13，即使将切割部13相对于两个侧面以10°～30°的角度，优选为22°±5°的角度形成，也能够使形成在作为垫圈1的最内侧直径的突出部11侧的侧面的第一切割线14经过比该最内侧直经更靠内侧的位置，因此不存在垫圈1被分割成两部分的问题。因此，即使在垫圈1的切割面13a彼此接触上行而产生偏离的情况下，切割面13a的前端受高压时也能够变形而容易倒下，能够防止对密封构件的损伤。
以上说明的根据第一实施方式的密封装置的垫圈1中，表示了突出部11朝向筒状部10的内周侧突出而形成，然而如图5所示，在壳体3侧上设置有倾斜面20的情况中，突出部11能够朝向筒状部10的外周侧突出而形成。有关突出部11的其他结构，与上述第一实施方式相同，因此省略。
附图标记说明
1 垫圈
10 筒状部
11 突出部
12 锥面
12a 前端边缘
13 切割部
13a 切割面
14 第一切割线
15 第二切割线
16 第三切割线
17 切割曲线
2 轴
20 倾斜面
21 固定环
3 壳体
4 环状间隙
5 密封构件
6 垫圈
S 空隙

Claims (6)

1.密封装置，其特征在于，该密封装置中，轴和具有用于插入该轴的轴孔的壳体之间形成有环状间隙，所述轴和所述壳体中的一个构件的表面上设置有倾斜面，该倾斜面与另一个构件之间的距离从高压侧朝向低压侧逐渐变短，所述环状间隙内设置有密封构件和垫圈，所述密封构件由环状的弹性体构成，所述垫圈能够比所述密封构件更多地接触在所述低压侧的所述倾斜面上，
所述垫圈具有筒状部和突出部，所述筒状部沿轴向方向延伸，所述突出部连接设置在所述筒状部的高压侧的端部侧，并且所述突出部形成为从所述端部侧朝向所述倾斜面沿径向方向环状地突出，
所述突出部的径向方向的前端面构成为锥面，该锥面与所述倾斜面相对。
2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述垫圈的所述筒状部的径向厚度为从垫圈的外周至所述突出部的前端的径向厚度的30％～50％。
3.根据权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，所述垫圈的所述突出部的轴向厚度为从所述筒状部至所述突出部的轴向整体厚度的40％～60％。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的密封装置，其特征在于，
所述垫圈具有切割部，该切割部经过沿轴向方向的所述突出部侧的侧面和所述筒状部侧的侧面，并且以相对于该两个侧面斜向交叉的方式被切割成直线状，
所述切割部为暴露在所述突出部侧的侧面的第一切割线和暴露在所述筒状部侧的侧面的第二切割线相互平行的直线，
所述第一切割线的延长线经过比所述垫圈的最内侧直径更靠内侧的位置，并且所述第一切割线的延长线和所述第二切割线的延长线经过比所述筒状部的最内侧直径更靠内侧的位置。
5.根据权利要求4所述的密封装置，其特征在于，
所述垫圈具有切割部，该切割部经过沿轴向方向的所述突出部侧的侧面和所述筒状部侧的侧面，并且以相对于上述两个侧面斜向交叉的方式被切割成直线状，
所述切割部为暴露在所述突出部侧的侧面的第一切割线和暴露在所述筒状部侧的侧面的第二切割线相互平行的直线，
所述第一切割线的延长线经过比所述垫圈的最内侧直径更靠内侧的位置，并且，经过所述第一切割线和所述第二切割线之间的中心且与所述第一切割线和所述第二切割线平行的直线不与所述垫圈的中心轴交叉，而是比所述中心轴更位于所述第二切割线侧。
6.根据权利要求4或5所述的密封装置，其特征在于，所述垫圈的所述切割部与所述突出部侧的侧面和所述筒状部侧的侧面交叉的角度为15°～30°。
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