CN109477579A - 密封结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

环状密封部件(2)将向与环状密封部件(2)的轴向(D1)正交的径向(D2)观察时闭合或者未闭合的环形部(3)沿轴向(D1)叠加多个而形成，密封槽(5)具有外径(R51)沿着轴向(D1)增加的槽底(51)，环状密封部件(2)的内周部(22)与槽底(51)抵接，并且内周部(22)的内周径(R22)随着槽底(51)的外径(R51)的增加而增加，从而外周部(21)的外周径(R21)也增加，环状密封部件(2)的外周部(21)中外周径(R21)小的一侧不与内周壁部件(6)的内周壁(61)抵接，并且环状密封部件(2)的外周部(21)中外周径(R21)大的一侧与内周壁部件(6)的内周壁(61)抵接。

Description

密封结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及利用环状密封部件来密封由内周壁部件和轴部件形成的内部空间的密封结构。
背景技术
基于环状密封部件的密封结构在阀门、油压装置、内燃机的引擎等各种领域中使用。专利文献1中公开了一种与内燃机的引擎相关的密封结构，其由嵌合在以越靠近缸(cylinder)的内周壁就越靠近缸盖(cylinder head)的方式向上方倾斜的活塞环槽(piston-ring groove)中的上下两个密封环(seal ring)构成。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1：日本特开2005-282370号公报
发明内容
(发明所要解决的问题)
专利文件1所公开的密封结构的目的在于减少耗油量，密封环的外周部与缸的内周壁接触。然而，专利文件1公开的密封结构很复杂，在其内周侧，上部密封环的上部面与环槽的上部面的角部线接触，上部密封环的下部面与下部密封环的上部面的角部线接触，并且下部密封环的下部面的角部与环槽的下部面线接触。进而，为了构成上述的复杂的密封结构，需要进行如下的机械加工：关于上部密封环，将厚度基本恒定的环状部件的上部面的内周侧去除得比外周侧更多，而关于下部密封环，将厚度基本恒定的环状部件的上部面的外周侧去除得比内周侧更多。在组装中，当将上部密封环和下部密封环装入环槽中时，必须将上部密封环和下部密封环相对于与活塞轴垂直的基准面分别以不同的扭转(twist)角安装于环槽内，因此制造和组装都花费工夫。
于是，本发明的目的在于，提供一种通过使环状密封部件的外周部与内周壁部件的接触状态成为接近于线接触的来产生高的接触面压(pressure of contactedsurface)，从而确保更高的密封性，并且能够用较容易的加工方法制造出的密封结构及其制造方法。
(用于解决问题的方案)
本发明涉及一种密封结构，包括：环状密封部件，其呈环状并具有外周部及内周部；轴部件，其具有用于配置所述环状密封部件的所述内周部一侧的密封槽；以及内周壁部件，具有被内周壁包围的内部空间，并在所述内部空间中配置所述密封槽内配置有所述环状密封部件的所述轴部件，其中，所述环状密封部件将向与所述环状密封部件的轴向正交的径向观察时闭合或者未闭合的环形部沿所述轴向叠加多个而形成，所述密封槽具有外径沿着所述轴向增加的槽底，所述环状密封部件的所述内周部与所述槽底抵接，并且所述内周部的内周径随着所述槽底的外径的增加而增加，从而所述外周部的外周径也增加，所述环状密封部件的所述外周部中外周径小的一侧不与所述内周壁部件的所述内周壁抵接，并且所述环状密封部件的所述外周部中外周径大的一侧与所述内周壁部件的所述内周壁抵接。
此外，所述轴部件可以包括第一主体和第二主体，所述第一主体的一端面具有第一结合部，所述第二主体包括第二结合部、槽底形成部以及锷部，所述第二接合部与所述第一主体的所述第一结合部结合，所述槽底形成部呈圆锥台状，并沿所述轴向随着远离所述第二结合部而外径增加，所述锷部与所述槽底形成部相连，并以比所述槽底形成部的外径更加扩展的方式向所述径向扩展，在结合了所述第一主体的所述第一结合部与所述第二主体的所述第二结合部的状态下，由所述第一主体的一端面、所述第二主体的所述槽底形成部以及所述第二主体的所述锷部形成所述密封槽。
此外，所述环状密封部件可以由氟树脂形成。
本发明涉及一种密封结构的制造方法，所述密封结构包括：环状密封部件，其呈环状并具有外周部及内周部；轴部件，其具有用于配置所述环状密封部件的所述内周部一侧的密封槽；以及内周壁部件，具有被内周壁包围的内部空间，并在所述内部空间中配置所述密封槽内配置有所述环状密封部件的所述轴部件，其中，所述环状密封部件将向与所述环状密封部件的轴向正交的径向观察时闭合或者未闭合的环形部沿所述轴向叠加多个而形成，所述轴部件包括第一主体和第二主体，所述第一主体的一端面上具有第一结合部，所述第二主体包括第二结合部、槽底形成部以及锷部，所述第二接合部与所述第一主体的所述第一结合部结合，所述槽底形成部呈圆锥台状，并沿所述轴向随着远离所述第二结合部而外径增加，所述锷部与所述槽底形成部相连，并以比所述槽底形成部的外径更加扩展的方式向所述径向扩展，所述密封槽具有外径沿着所述轴向增加的槽底，结合所述第一主体的所述第一结合部与所述第二主体的所述第二结合而由所述第一主体的一端面、所述第二主体的所述槽底形成部、和所述第二主体的所述锷部形成所述密封槽，将所述内周部的内周径沿所述轴向实质上均一的所述环状密封部件从所述第二结合部一侧套设于所述槽底形成部，从而使所述环状密封部件的所述内周部与所述槽底抵接，并使所述内周部的内周径随着所述槽底的外径的增加而增加，还使所述外周部的外周径增加，从而使所述环状密封部件的所述外周部中外周径小的一侧不与所述内周壁部件的所述内周壁抵接，并且使所述环状密封部件的所述外周部中外周径大的一侧与所述内周壁部件的所述内周壁抵接。
此外，所述环状密封部件可以由氟树脂形成。
(发明的效果)
根据本发明，能够提供一种通过使环状密封部件的外周部与内周壁部件的接触状态成为接近于线接触的来产生高的接触面压，从而确保更高的密封性，并且能够用较容易的加工方法制造出的密封结构及其制造方法。
附图说明
图1为示出本发明的实施方式的密封结构1的纵剖视图。
图2为示出虚拟地去除了环状密封部件2的状态下的轴部件4的纵剖视图。
图3A为虚拟地仅示出配置在轴部件4的密封槽5中的状态下的环状密封部件2的图的纵剖视图。
图3B为虚拟地仅示出配置在轴部件4的密封槽5中的状态下的环状密封部件2的右视图。
图4A为示出未配置在轴部件4的密封槽5中的状态下的环状密封部件4的纵剖视图。
图4B为示出未配置在轴部件4的密封槽5中的状态下的环状密封部件4的右视图。
图5为示意性示出环状密封部件2的结构的图。
图6A为示出实施方式中的密封结构1的一制造方法的图。
图6B为示出图6A之后的工序的图。
图7A为示出图6B之后的工序的图。
图7B为示出图7A之后的工序的图。
图8为示出对本发明的变型例的密封结构1A的密封槽5配置环状密封部件2的步骤的图。
具体实施方式
[实施方式]
参照附图说明本发明的实施方式的密封结构1。图1是本发明的实施方式的密封结构1的纵剖视图。图2为示出虚拟地去除了环状密封部件2的状态下的轴部件4的纵剖视图。图3A为虚拟地仅示出配置在轴部件4的密封槽5中的状态下的环状密封部件2的纵剖视图。图3B为虚拟地仅示出配置在轴部件4的密封槽5中的状态下的环状密封部件2的右视图。图4A为示出未配置在轴部件4的密封槽5中的状态下的环状密封部件4的纵剖视图。图4B为示出未配置在轴部件4的密封槽5中的状态下的环状密封部件4的右视图。图5为示意性示出环状密封部件2的结构的图。
本发明的密封结构能够适用于阀门、油压装置、内燃机的引擎等各种技术。如图1～图3B所示，实施方式的密封结构1包括：具有外周部21及内周部22的环状的环状密封部件2、轴部件4、以及内周壁部件6。轴部件4、环状密封部件2以及内周壁部件6具有轴向D1及径向D2。轴向D1为轴部件4的长度方向。径向D2为与轴向D1正交的方向，且从轴向D1呈放射状地延伸。
[轴部件4]
如图2所示，轴部件4的外周部具有用于配置环状密封部件2的内周部22一侧的密封槽5。密封槽5具有外径R51沿轴向D1增加的槽底51。此外，关于轴向D1，将槽底51的外径R51增加的方向称为第一轴向D11，而与其相反方向称为第二轴向D12。在纵剖视图中，槽底51相对于轴向D1所成的角度θ为例如10度～30度。
轴部件4包括第一主体41和第二主体42。第一主体41的一端面411上具有第一结合部412。本实施方式中的第一结合部412由内螺纹部形成。
第二主体42包括槽底形成部423、锷部(凸缘部)424、以及与第一主体41的第一结合部412相结合的第二接合部422。本实施方式中的第二结合部422由外螺纹部形成。槽底形成部423与第二结合部422相连，是随着沿轴向D1朝向第一轴向D11远离第二结合部422而外径R423增加的圆锥台状的部位。
锷部424与槽底形成部423相连，是向径向D2扩展而比槽底形成部423的外径R423更加扩展的部位。
如图1、图2所示，在结合了第一主体41的第一结合部412和第二主体42的第二结合部422的状态下，由第一主体41的一端面411、第二主体42的槽底形成部423、以及第二主体42的锷部424形成密封槽5。
[内周壁部件6]
内周壁部件6具有被内周壁61包围的内部空间62。内周壁61及内部空间62沿着轴向D1延伸。内周壁61的内周面的剖面为圆形。因此，内部空间62的外周的剖面也为圆形。轴部件4配置于内部空间62中，在轴部件4的密封槽5中配置有环状密封部件2。
[环状密封部件2]
环状密封部件2呈将向径向D2观察时未闭合的环形部3沿轴向D1上连续(叠加)多个而形成的螺旋形状。如图4A～图5B所示，向径向D2观察时未闭合的环形部3是未连成环状的、虚拟的环形的部分。环形部3的剖面为例如矩形。矩形的环形部3的轴向D1的厚度t3(参照图5)为例如1～3mm。在图5中，单点划线是为了示出相邻的环形部3相连的虚拟的线。
如图1～图3B所示，环状密封部件2的内周部22与轴部件4的密封槽5的槽底51抵接，并且内周部22的内周径R22随着槽底51的外径R51的增加而增加。由此，外周部21的外周径R21也增加。作为从外周部21的外周径R21减去内周部22的内周径R22所得的差的1/2的R2(参照图3A、图3B)为例如1～3mm。
另一方面，如图4～图5B所示，在环状密封部件2的内周部22未与轴部件4的密封槽5的槽底51抵接的状态(即，环状密封部件2为单体的状态)下，环状密封部件20(2)的内周部22的内周径R22沿轴向D1实质上为均一的状态。处于该状态的内周部22的内周径R22比作为第二结合部的外螺纹部422的外径大，且比槽底形成部423的外径R423的最大径小。此外，处于该状态的环状密封部件2被适当地称为“环状密封部件20”。这样的环状密封部件20是通过将圆筒状的原材料切断成螺旋状而获得。
如图1～图3B所示，在环状密封部件2的外周部21中，外周径R21小的一侧不与内周壁部件6的内周壁61抵接。另外，在环状密封部件2的外周部21中，外周径R21大的一侧与内周壁部件6的内周壁61抵接。在轴向D1上，环状密封部件2的外周部21与内周壁部件6的内周壁61抵接的长度因各构成要件的尺寸等而变化，还因环状密封部件2的形变等而变化。
在本实施方式中，环状密封部件2由氟树脂形成。作为氟树脂，可以例示PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物)、FEP(氟化乙丙烯共聚物)。氟树脂的耐化学性、电绝缘性、耐热性、低摩擦性(自润滑性)、切削加工性等各种特性优异，与金属或一般的树脂相比更适于用作环状密封部件2。此外，形成环状密封部件2的树脂也可以是氟树脂之外的树脂。作为氟树脂之外的树脂，例如可以列举PEEK(聚醚醚酮)、氨基甲酸乙酯(urethane)、含碳树脂、橡胶、各种自润滑性树脂、各种工程塑料。此外，环状密封部件2可以由纤维材料形成。作为纤维材料，可以列举碳纤维材料。此外，环状密封部件2可以由金属形成。作为金属，可列举例如炮铜。
[制造方法]
接下来，参照附图说明图1所示的密封结构1的一制造方法。图6A为示出实施方式中的密封结构1的一制造方法的图。图6B为示出图6A之后的工序的图。图7A为示出图6B之后的工序的图。图7B为示出图7A之后的工序的图。
如图6A、图4A及图4B所示，在密封结构1形成之前，环状密封部件20(2)的内周部22的内周径R22沿轴向D1为实质上均一的状态。如图6A及图6B所示，使环状密封部件20朝向第二主体42的槽底形成部423而向第一轴向D11移动。环状密封部件20套设于作为第二结合部的外螺纹部422，但被槽底形成部423抵住而无法继续向第一轴向D11移动。之后，将第一主体41的内螺纹部412与第二主体42的外螺纹部422结合(旋紧)，据此由第一主体41的一端面411、第二主体42的槽底形成部423以及第二主体42的锷部424形成密封槽5。由此，能够将环状密封部件2从外螺纹部422一侧套设于槽底形成部423。
在该套设过程中，如图7A及图7B所示，环状密封部件2的第二轴向D12一侧的端面被第一主体41的一端面411推向第一轴向D11。由此，环状密封部件2的内周部22抵接于槽底51。此外，内周部22的内周径R22随着槽底51的外径R51的增加而增加，还有，外周部21的外周径R21也会增加。其结果，形成环状密封部件2套设在槽底形成部423的状态。
由此，如图1所示，在环状密封部件2的外周部21中外周径R21小的一侧不与内周壁部件6的内周壁61抵接，并且环状密封部件2的外周部21中外周径R21大的一侧与内周壁部件6的内周壁61抵接。由此，能够获得图1所示的密封结构1。
根据实施方式的密封结构1，能够获得例如下的效果。实施方式的密封结构1包括：环状密封部件2，其呈环状并具有外周部21及内周部22；轴部件，其具有用于配置环状密封部件2的内周部22一侧的密封槽5；以及内周壁部件6，具有被内周壁61包围的内部空间62，并在内部空间62中配置密封槽5内配置有环状密封部件2的轴部件4。环状密封部件2将向与环状密封部件2的轴向D1正交的径向D2观察时未闭合的环形部3沿轴向D1上叠加多个而形成，密封槽5具有外径R51沿着轴向D1增加的槽底51。环状密封部件2的内周部22与槽底51抵接，并且内周部22的内周径R22随着槽底51的外径R51的增加而增加，从而外周部21的外周径R21也增加。环状密封部件2的外周部21中外周径R21小的一侧不与内周壁部件6的内周壁61抵接，并且环状密封部件2的外周部21中外周径R21大的一侧与内周壁部件6的内周壁61抵接。
因此，根据实施方式的密封结构1，环状密封部件2的外周部21与内周壁61成为接近于线接触的接触状态，因此接触面压升高，获得高的密封性。能够通过比较容易的加工方法来制造未闭合的环形部3沿轴向D1叠加多个而形成的环状密封部件2。未闭合的环形部3沿轴向D1叠加多个而形成的环状密封部件2与固态形状(紧密材(solid wood))相比更具柔软性，向径向D2的变形变得比较容易。因此，更容易使环状密封部件2的内周部22随着轴部件4的密封槽5的槽底51的外径R51沿轴向D1的增加而变形。
在实施方式的密封结构1中，未闭合的环形部3沿轴向D1叠加多个而形成的环状密封部件2容易向轴向D1变形。因此，存在于内周壁部件6的内周壁61的油等的刮擦性高。
在实施方式的密封结构1中，轴部件4包括第一主体41和第二主体42，第一主体41的一端面上具有第一结合部412。第二主体42包括第二结合部422、槽底形成部423和锷部424，第二接合部422与第一主体41的第一结合部412结合，槽底形成部423呈圆锥台状，并沿轴向D1随着远离第二结合部422而外径R423增加，锷部424与槽底形成部423相连，并以比槽底形成部423的外径R423更加扩展的方式向径向D2扩展。在使第一主体41的第一结合部412与第二主体42的第二结合部422相结合的状态下，由第一主体41的一端面411、第二主体42的槽底形成部423以及第二主体42的锷部424形成密封槽5。
因此，根据实施方式的密封结构1，与在一体的轴部件的周面上形成密封槽的方式相比，通过将第一主体41与第二主体42相结合来形成密封槽5。此外，通过将第一主体41与第二主体42相结合，能够将环状密封部件2配置在密封槽5中。通过将第一主体41与第二主体42分离，能够取出收纳在密封槽5中的环形密封部件2。因此，能够容易地将环形密封部件2配置于轴部件4的密封槽5中以及从密封槽5中取出环状密封部件2。
在实施方式的密封结构1中，第一主体41的第一结合部412由内螺纹部构成，第二主体42的第二结合部422由外螺纹部构成。因此，在环状密封部件2的外周部21中外周径R21大的一侧形变而环状密封部件2的外周部21与内周壁部件6的内周壁61的抵接不充分的情况下，进行旋紧而使第一主体41的一端面411与第二主体42的锷部424沿轴向D1靠近，从而能够使环状密封部件2的外周部21向径向D2变形。由此，容易地使环状密封部件2的外周部21与内周壁部件6的内周壁61的抵接再次变为充分的状态。
根据实施方式的密封结构1，通过结合第一主体41的第一结合部412与第二主体42的第二结合部422而由第一主体41的一端面411、第二主体42的槽底形成部423、以及第二主体42的锷部424形成密封槽5，使内周部22的内周径R22沿轴向D1实质上均一的环状密封部件2从第二结合部422一侧套设于槽底形成部423。由此，使环状密封部件2的内周部22与槽底51抵接，并使内周部22的内周径R22随着槽底51的外径R51的增加而增加，还使外周部21的外周径R21增加。由此，使环状密封部件2的外周部21中外周径R21小的一侧不与内周壁部件6的内周壁61抵接，并且使环状密封部件2的外周部21中外周径R21大的一侧与内周壁部件6的内周壁61抵接。
由此，根据实施方式的密封结构1的制造方法，以使环状密封部件2的外周部21中外周径小的一侧不与内周壁部件6的内周壁61抵接并且使环状密封部件2的外周部21中外周径大的一侧与内周壁部件6的内周壁61抵接的方式，容易地将环状密封部件2配置于由第一主体41及第二主体42形成的轴部件4的密封槽5中。
以上说明了本发明的优选实施方式。但是，本发明不限于上述实施方式，而能够以各种方式来实施。
[变形例]
接下来，参照图8说明变形例的密封结构1A。图8为示出将环状密封部件2配置于本发明的变形例的密封结构1A的密封槽5中的步骤的图。关于变形例，主要说明与实施方式不同的点。在变形例中，未特意说明的点可以适当地适用关于实施方式的说明。此外，在变形例中，也能够获得与实施方式相同的效果。
在前述的实施方式的密封结构1中，通过结合第一主体41与第二主体42而形成轴部件4的密封槽5。与之相对，如图8所示，在变形例的密封结构1A中，轴部件4被一体地构成，因此，不能利用第一主体41与第二主体42的结合过程来将环状密封部件2配置于密封槽5中。因此，将环状密封部件20变形而使其翻越轴部件4中的密封槽5的周围的部分，从而将环状密封部件2配置于密封槽5中。
[其他的变形例]
在实施方式中，环状密封部件2呈将向径向D2观察时未闭合的环形部3沿轴向D1连续多个而形成的螺旋形状。与之相对，在本发明中，环状密封部件也可以将向径向D2观察时闭合的环形部沿轴向D1叠加多个而形成。在实施方式中，第一主体41的第一结合部412由内螺纹部构成，第二主体42的第二结合部422由外螺纹部构成，但不限于此。第一主体41的第一结合部412可以由外螺纹部构成，而第二主体42的第二结合部422可以由内螺纹部构成。第一主体41的第一结合部412及第二主体42的第二结合部422也可以为螺纹之外的结合结构。
(附图标记说明)
1：密封结构；2、20：环状密封部件；21：外周部；22：内周部；3：环形部；4：轴部件；41：第一主体；411：一端面；412：内螺纹部、第一结合部；42：第二主体；422：外螺纹部、第二结合部；423：槽底形成部；424：锷部；5：密封槽；51：槽底；6：内周壁部件；61：内周壁；62：内部空间；D1：轴向；D2：径向；R21：外周径；R22：内周径；R423：外径；R51：外径。

Claims (5)

1.一种密封结构，包括：
环状密封部件，其呈环状并具有外周部及内周部；
轴部件，其具有用于配置所述环状密封部件的所述内周部一侧的密封槽；以及
内周壁部件，具有被内周壁包围的内部空间，并在所述内部空间中配置所述密封槽内配置有所述环状密封部件的所述轴部件，其特征在于，
所述环状密封部件将向与所述环状密封部件的轴向正交的径向观察时闭合或者未闭合的环形部沿所述轴向叠加多个而形成，
所述密封槽具有外径沿着所述轴向增加的槽底，
所述环状密封部件的所述内周部与所述槽底抵接，并且所述内周部的内周径随着所述槽底的外径的增加而增加，从而所述外周部的外周径也增加，
所述环状密封部件的所述外周部中外周径小的一侧不与所述内周壁部件的所述内周壁抵接，并且所述环状密封部件的所述外周部中外周径大的一侧与所述内周壁部件的所述内周壁抵接。
2.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，
所述轴部件包括第一主体和第二主体，
所述第一主体的一端面具有第一结合部，
所述第二主体包括第二结合部、槽底形成部以及锷部，所述第二接合部与所述第一主体的所述第一结合部结合，所述槽底形成部呈圆锥台状，并沿所述轴向随着远离所述第二结合部而外径增加，所述锷部与所述槽底形成部相连，并以比所述槽底形成部的外径更加扩展的方式向所述径向扩展，
在结合了所述第一主体的所述第一结合部与所述第二主体的所述第二结合部的状态下，由所述第一主体的一端面、所述第二主体的所述槽底形成部以及所述第二主体的所述锷部形成所述密封槽。
3.根据权利要求1或2所述的密封结构，其特征在于，
所述环状密封部件由氟树脂形成。
4.一种密封结构的制造方法，
所述密封结构包括：环状密封部件，其呈环状并具有外周部及内周部；轴部件，其具有用于配置所述环状密封部件的所述内周部一侧的密封槽；以及内周壁部件，具有被内周壁包围的内部空间，并在所述内部空间中配置所述密封槽内配置有所述环状密封部件的所述轴部件，其特征在于，
所述环状密封部件将向与所述环状密封部件的轴向正交的径向观察时闭合或者未闭合的环形部沿所述轴向叠加多个而形成，
所述轴部件包括第一主体和第二主体，
所述第一主体的一端面上具有第一结合部，
所述第二主体包括第二结合部、槽底形成部以及锷部，所述第二接合部与所述第一主体的所述第一结合部结合，所述槽底形成部呈圆锥台状，并沿所述轴向随着远离所述第二结合部而外径增加，所述锷部与所述槽底形成部相连，并以比所述槽底形成部的外径更加扩展的方式向所述径向扩展，
所述密封槽具有外径沿着所述轴向增加的槽底，
结合所述第一主体的所述第一结合部与所述第二主体的所述第二结合部而由所述第一主体的一端面、所述第二主体的所述槽底形成部以及所述第二主体的所述锷部形成所述密封槽，将所述内周部的内周径沿所述轴向实质上均一的所述环状密封部件从所述第二结合部一侧套设于所述槽底形成部，
从而使所述环状密封部件的所述内周部与所述槽底抵接，并使所述内周部的内周径随着所述槽底的外径的增加而增加，还使所述外周部的外周径增加，
从而使所述环状密封部件的所述外周部中外周径小的一侧不与所述内周壁部件的所述内周壁抵接，并且使所述环状密封部件的所述外周部中外周径大的一侧与所述内周壁部件的所述内周壁抵接。
5.根据权利要求4所述的密封结构的制造方法，其特征在于，
所述环状密封部件由氟树脂形成。
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