JP2007040416A - 管継手のシール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 管継手のシール構造に関し、簡素な構成で加工精度を容易に確保でき、シール性を高めることができるようにする。
【解決手段】 内部にそれぞれ流路４を有した被接続部材を互いに接続する管継手１０における衝合端面のシール構造であって、管継手１０の少なくとも何れか一方の衝合端面５ａと流路４の内面４ａとの角部を半径外側方向へ切削して形成された環状の溝部１と、該被接続部材の接続時に管継手１０の他方、及び、溝部１において環状の周壁をなす内周面１ａに着接する断面形状を有して、溝部１の内部に弾性的に環装されたリングシール２と、リングシール２の内径面２ａに当接して溝部１内に環装された内径リング３とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、作業機械の油圧配管に用いて好適な管継手のシール構造に関する。

従来より、油圧ショベルに代表される作業機械には、油圧ポンプから供給される作動油により駆動する油圧式の作業装置が搭載されている。油圧ポンプ及び作業装置は、内部に高圧の作動油を流通させるべく強化処理が施されたワイヤーブレードホース等の油圧ホースによって接続されている。油圧ホースによって形成される作動油の通過ライン上の各所にはホースジョイント等の管継手が介装されており、作業機械のメンテナンス時や組立時に作動油の供給経路を容易に一時的に分断又は接続できるようになっている。

このような管継手として、例えば特許文献１に記載されたものがある。これには、分断される通過ラインの双方の端部に管状部材及び連結管部を各々設け、管状部材と連結管部とを衝合連結可能に形成した管継手において、連結管部の管状部材との衝合端面に環状の溝を形成してオーリング（Ｏ−リング）シールを嵌め込む構成が記載されている。また、連結管部の外周にはネジ溝が形成されており、管状部材と連結管部とを突き合わせた状態で管状部材に掛け止められた袋ナットをネジ溝に螺合させることにより、通過ラインが連結される。このような構成により、シールを介して管状部材と連結管部とが隙間なく衝合され、衝合端面において通過ラインを外部に対して封止された状態で連結して、シール性能が確保されている。

ところで、上記のような管継手では、通過ラインの接続時に、管状部材と連結管部との芯位置を正確に合わせてネジ溝に袋ナットを螺合させる必要があるが、各部材を衝合端面に沿って水平に移動させて位置合わせを行う際に、シールに直接部材の端部が接触し、突き合わせ端面の溝内からシールが離脱して部材間で挟まれて破損したりねじれが生じることがある。このようなシールの離脱破損やねじれはシール性能を損なう原因となるため、細心の注意を払って接続作業を行わなければならず、良好な作業性が得られない。

このような課題に対し、シールが嵌め込まれる衝合端面の溝形状をテーパ溝として形成する手法が提案されている。例えば、図６に示すように、管継手１６の軸心を通る任意の断面において、溝部１１の周面１１ａが軸心に対して所定の傾斜角度θを持つように衝合端面を切削することが考えられる。この場合、溝部１１の周面１１ａは、衝合端面１５側において最小径となり、溝部１１の底面１１ｂ側ほど環径が拡大した形状とする。

したがって、このようなシール構造によれば、周面１１ａが溝部１１内に嵌め込まれるリングシール１２の移動を拘束するように働いて、リングシール１２の離脱やねじれを抑制できる。なお、周面１１ａの勾配を大きくするほど、リングシール１２への離脱防止作用が大きくなる。
実開平６−６８６８号公報

しかし、傾斜した溝形状を形成するには、衝合端面１５に対して斜めに切削工具を押し付けて切削する必要があり、施工の難易度が上昇するとともに、施工精度の確保が難しいという課題がある。
また、衝合端面１５に対して斜めに溝を切削すると、図６に示すように、溝部１１の内径側に壁部１３が残り、リングシール１２と壁部１３との間の隙間が大きくなってしまう。つまり、リングシール１２の取り付けガタが大きくなるため、管継手１６の接続後に流路１４の内圧が負圧になった場合には、リングシール１２が壁部１３側へ吸い込まれてリングシール１２表面が摩耗するおそれがある。そしてこのような摩耗により、衝合端面１５からの油漏れ等の不具合を生じかねない。

また、リングシール１２の溝部１１からの離脱防止作用を大きくすべく周面１１ａの傾斜角度θを大きくすると、管継手１６の流路内面１４ａと溝部１１とを区画する壁部１３の厚みが小さくなる。特に、図６に示すように、壁部１３の衝合端面１５側の厚みｄ₀の減少が著しい。このため、管継手１６の衝合端面１５の面積（より正確には、突き合わせ面積）が減少し、管継手１６の接続時に衝合端面１５側から作用する軸力によって壁部１３が変形したり、管継手１６の衝合端面１５側の剛性，強度が低下して接続が緩みやすくなるおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、簡素な構成で施工性が良く、シール性を高めることができるようにした、管継手のシール構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の管継手のシール構造（請求項１）は、内部にそれぞれ流路を有した被接続部材を互いに接続する管継手における衝合端面のシール構造であって、該管継手の少なくとも何れか一方の該衝合端面と該流路の内面との角部を半径外側方向へ切削して形成された環状の溝部と、該被接続部材の接続時に該管継手の他方、及び、該溝部において環状の周壁をなす内周面に着接する断面形状を有して、該溝部の内部に弾性的に環装されたリングシールと、該リングシールの内径面に当接して該溝部内に環装された内径リングとを備えたことを特徴としている。

また、該溝部は、該衝合端面において最小径となる環状溝として形成されることが好ましい（請求項２）。
また、該溝部は、該衝合端面から該被接続部材の軸方向へかけて拡径するテーパ面として形成された該内周面を有するとともに、該リングシールは、該内周面に対して面接触する外径面を有することが好ましい（請求項３）。

また、該内径リングは、該溝部の該衝合端面からの切削深さと同一の大きさの軸方向高さを有することが好ましい（請求項４）。
また、該内径リングは、該衝合端面に対して略鉛直な筒状の外形を有するとともに、該リングシールは、該内径リングの外形に面接触する該内径面を有することが好ましい（請求項５）。

また、該内径リングは、該リングシールとの当接面において半径外側方向へ突出する突起部を有するとともに、該リングシールは、該内径リングとの当接面において該突起部に嵌合する凹部を有することが好ましく（請求項６）、或いは、該内径リングは、該リングシールとの当接面において半径内側方向へ凹設された第２凹部を有するとともに、該リングシールは、該内径リングとの当接面において該第２凹部に嵌合する第２突設部を有することが好ましい（請求項７）。

また、該リングシールは、断面形状が略角形に形成された角リングシールとして設けられることが好ましい（請求項８）。
また、該リングシールは、該溝部の該衝合端面からの切削深さに該被接続部材の接続時におけるつぶし代を加算した軸方向高さを有することが好ましい（請求項９）。

本発明の管継手のシール構造（請求項１）によれば、環状の溝部が流路内面から切削形成されているため、容易に溝加工が可能となり、良好な溝部の面精度が得られるとともに、製造コストを削減できる。また、リングシールが溝部の内周面及び衝合端面に着接するため、リングシールの半径外側方向への移動を防止でき、衝合端面におけるシール性を向上させることができる。また、内径リングによってリングシールの半径内側方向への移動をも防止してガタをなくすことができ、より衝合端面のシール性を高めることができる。

また、本発明の管継手のシール構造（請求項２）によれば、管継手接続時におけるリングシールの溝部からの離脱を防止できる。
また、本発明の管継手のシール構造（請求項３）によれば、テーパ状に形成された周面に対してリングシールが面接触するため、管継手接続時におけるリングシールの溝部からの離脱をより効果的に防止できるとともに、溝部の内周面にリングシールが面接触するため、密着性を高めてよりリングシールを離脱しにくくでき、接続作業性を向上させることができる。

また、本発明の管継手のシール構造（請求項４）によれば、管継手の軸方向へ働く軸力を内径リングに負担させることができる。内径リングの衝合端面との接触面積は、リングの肉厚を変更することで任意に設定できるため、管継手に作用しうる軸力に対して十分な剛性・強度を与えることができる。つまり、内径リングの変形を防止でき、ひいては管継手全体の剛性・強度を高めることができ、被接続部材を互いに固定するためのネジの緩みを防止できる。

また、本発明の管継手のシール構造（請求項５）によれば、内径リングの構成が簡素となり、コストを削減できる。また、リングシールが内径リングに面接触した状態で位置固定されるため、リングシールのガタ詰め効果がより確実となる。
また、本発明の管継手のシール構造（請求項６，７）によれば、突起部（又は第２突起部）と凹部（又は第２凹部）との嵌合により、内径リングとの着接面におけるリングシールの軸方向への移動を拘束でき、リングシールの摩耗を防止できる。

また、本発明の管継手のシール構造（請求項８）によれば、リングシールを角リングとすることによって、溝内への座り性（リングシールが長期間安定して溝内に収まっていられる性能）をさらに高めることができ、シールのねじれ防止効果を向上させることができる。
また、本発明の管継手のシール構造（請求項９）によれば、リングシールが衝合端面からの切削深さにつぶし代を加算した軸方向高さを有しているため、被接続部材の接続時に、リングシールをつぶし代分だけ圧縮した状態で溝内に環装させることができ、シール性を向上させることができる。

以下、図面により、本発明の一実施形態及びその変形例について説明する。
図１〜図５は本発明の一実施形態及びその変形例としての管継手のシール構造を説明する図であり、図１は本構造の要部構成を示す断面図（図４のＡ部拡大図）、図２は本構造のリングシールを示す斜視図、図３（ａ）は図２のリングシールの断面図、図４は本構造の側面，断面図である。なお、図３（ｂ）は変形例としてのリングシールの断面図であり、図５は本構造の変形例を示す断面図である。

［構成］
図４に示すように、本発明のシール構造が適用された管継手１０は、管状部材７と、その端部に掛け止められた袋ナット８と、連結管部６とを備えて構成される。管状部材７及び連結管部６の内部には、それぞれ、管継手１０の接続時に作動油の通過ラインをなす流路４が形成される。また、袋ナット８の内周面にはネジ溝が形成されており、管状部材７の端部においてネジ溝の螺合方向へ回動自在に掛け止められている。

一方、連結管部６の外周面には、袋ナット８のネジ溝に螺合するネジ山が形成される。これにより、袋ナット８を連結管部６に締結してゆくと、連結管部６の衝合端面５ａと管状部材７の衝合端面５ｂとの距離が徐々に縮まり、完全に締結すると衝合端面５ａ，５ｂ同士が衝合して面接触し、通過ラインが接続される。また、連結管部６の衝合端面５ａには、流路４を外部に対して封止するシール構造が適用されている。

なお、この管継手１０は作業機械の油圧配管路上に介装されており、管継手１０内部の流路４には高圧の作動油が流通する。また、図３に示すように、管状部材７には高圧ホースとしてのワイヤーブレードホース９が取り付けられている。
図４のＡ部拡大図を図１に示す。連結管部６の上端部には、衝合端面５ａと流路内面４ａとの角部を半径外側方向へ切削して形成された環状の溝部１が設けられている。この溝部１の環状の周壁をなす周面１ａは、連結管部６の軸心Ｃを通る任意の断面において、軸心Ｃに対して所定の傾斜角度θを持つように環状に切削形成されて、衝合端面５ａから連結管部６の軸方向へかけて拡径するテーパ面として形成されている。つまり、周面１ａは、衝合端面５ａ側において最小径となり、溝部１の底面１ｂ側へ進むに連れて環径が拡大している。

なお、管継手１０の施工過程において、この溝部１の形状は、流路内面４ａ側から外側へ向けて略垂直に切削工具を押し付けて切削加工されたものである。本実施形態では、溝部１の衝合端面５ａからの切削深さが、図１に示すように、ｄ₁に設定されている。また、周面１ａの傾斜角度θは、２０°前後に設定されている。
溝部１の内部には、リングシール２と内径リング３とが環装されている。リングシール２は、図２に示すように、溝部１に弾性的に環装されるＯリング状のシール部材である。リングシール２は、その断面形状を図３（ａ）に示すように、不等辺四角形様の角形に形成されて、角リングシールとして設けられている。

なお、図１に示すように、連結管部６と管状部材７とが接続されていない状態では、リングシール２が、溝部１の衝合端面からの切削深さｄ₁に、つぶし代ｄ₃を加算した軸方向高さを有しており、溝部１内に環装されたリングシール２の上端部２ｄが衝合端面５ａの延長面よりもつぶし代ｄ₃分だけ突出するようになっている。また、この突出した上端部２ｄは、連結管部６と管状部材７とが接続されると、管状部材７側の衝合端面５ｂによって押圧されるようになっている。これにより、リングシール２が上下方向に圧縮されて変形し、周面１ａ，衝合端面５ｂ及び後述する内径リング３に着接するようになっている。

リングシール２の外径面２ｂ（すなわち、リングシール２の外縁をなす面）には溝部１の周面１ａと略同一の傾斜が設けられている。また、リングシール２が溝部１に取り付けられたときに、リングシールの外径面２ｂが衝合端面５ａに対して傾斜するように形成されて着接するのに対し、リングシール２の内径面２ａ（すなわち、リングシール２の内縁をなす面）は、衝合端面５ａに対して略垂直に形成されている。

また、この内径面２ａには、内径面２ａをリングシール２の半径外側方向へ凹設した凹部２ｃが形成されている。この凹部２ｃは、図３（ａ）に示すように、リングシール２の断面において、内径面２ａの上下方向中間部付近を内側へ押し込んだような窪みとして形成されるとともに、図２に示すように、リングシール２の全内径面２ａに亘って環状の溝として形成されている。

一方、リングシール２のさらに内側には、図１に示すように、内径面２ａに当接して環装される金属製の内径リング３が設けられている。内径リング３の外周面は、リングシール２の内径面２ａと同様に、衝合端面５ａに対して略垂直に形成されてている。これにより、リングシール２と内径リング３とが面接触するようになっている。
また、この内径リング３の軸方向高さｄ₂は、溝部１の切削深さｄ₁と同一の大きさになるように形成されている。これにより、管継手１０が接続されて衝合端面５ａ，５ｂが衝合したときに、内径リング３の端面３ｂも衝合端面５ｂに衝合することになる。したがって、内径リング３を介して軸力の伝達がなされる。

また、リングシール２と当接する内径リング３の外周面側には、半径外側方向へ突出した突起部３ａが設けられている。この突起部３ａは、内径リング３の全外周面に亘って環状の突起として形成されて、リングシール２の凹部２ｃに嵌合するようになっている。
なお、内径リング３の内径は、流路４の内径と同一もしくはそれよりも大きく形成されている。

［作用・効果］
以上のような構成により、本実施形態の管継手のシール構造は以下のような作用・効果を奏する。
まず、本シール構造の施工時には、連結管部６の衝合端面５ａと流路内面４ａとの角部において、流路内面４ａ側から外側へ向けて略垂直に切削工具を押し付けて切削加工される。溝部１の周面１ａは、衝合端面５ａから連結管部６の軸方向へかけて拡径するテーパ面として形成される。ここで、切削工具の押し付け方向が流路内面４ａに対し略垂直であるから、溝部１の底面１ｂも精度良く略垂直に形成することが容易である。また、周面１ａのテーパ勾配については、切削工具の刃形状によって容易に設定できる。さらに本シール構造の場合、衝合端面１５に対して切削工具を斜めに配置して切削する必要がないため、切削施工自体を容易とすることができ、溝部１の周面１ａ，底面１ｂの切削精度を高めることができる。

次に、環状のリングシール２の外径面２ｂを手に持ち、リングシール２全体を絞って半径内側方向へ縮径させながら溝部１の中へ押し込むと、リングシール２が溝部２内へ弾性的に環装される。ここで、リングシール２の外径面２ｂの傾斜は、溝部１の周面１ａの傾斜と略同一となっているため、外径面２ｂの全体を周面１ａに着接させることができる。また、周面１ａが衝合端面５ａにおいて最小径となる環状溝として形成されているため、溝部１内からリングシール２を離脱しにくくすることができる。

そして、リングシール２の内側に内径リング３が環装される。内径リング３の外周面はリングシール２の内径面２ａと面接触するとともに、内径リング３の外周面側の突起部３ａはリングシール２の内径面２ａの凹部２ｃと嵌合する。このとき、溝部１内におけるリングシール２及び内径リング３の配置状態は図１に示すとおりである。
したがって、本シール構造によれば、図６に示された従来のシール構造と比較して、リングシール２の内径面２ａ側に隙間なく内径リング３を配置できる。また、このとき、リングシール２の外径面２ｂは溝部１の周面１ａに着接しているため、リングシール２の径方向への移動を何れの方向についても拘束できる。さらに、突起部３ａと凹部２ｃとが嵌合するため、リングシール２の上下方向への移動についても拘束できる。つまり、リングシール２のガタを略完全に詰めることができ、リングシール２表面の摩耗を防止できる。

連結管部６に管状部材７を接続させる際、リングシール２に管状部材７の端部が接触したとしても、溝部１の周面１ａは衝合端面５ａ側において最小径となる傾斜を有しているため、溝部１内からリングシール２が離脱することもない。さらに、リングシール２は、略角形の角リングシール形状となっているため、溝部１内での座り性がよく、接続時にねじれを生じることもない。また、連結管部６と管状部材７とが接続されていない状態において、リングシール２が、溝部１の衝合端面からの切削深さｄ₁に、つぶし代ｄ₃を加算した軸方向高さを有しているため、連結管部６と管状部材７との接続時には、リングシール２をつぶし代ｄ₃分だけ上下方向へ圧縮することができ、周面１ａ，衝合端面５ｂ及び内径リング３に着接させることができる。なお、本シール構造では、テーパ状に形成された周面１ａに対してリングシール２が面接触するため、溝内１への座り性をより向上させることができる。

管状部材７に掛け止められた袋ナット８を連結管部６に螺合させて管継手１０を接続すると、衝合端面５ａから突出したリングシール２の上端部２ｄが下方向へ押し付けられ、リングシール２が上下方向に圧縮されて変形し、周面１ａ，衝合端面５ｂ及び内径リング３に密着する。ここで、内径リング３の軸方向の高さｄ₂は、溝部１の切削高さｄ₁と同じ大きさであるから、衝合端面５ａに対向接触する管状部材７の衝合端面５ｂは、内径リング３の端面３ｂにも接触することになる。これにより、衝合端面５ａ，５ｂを介して軸力が内径リング３にも伝達される。

ここで、本シール構造によれば、図６に示された従来のシール構造と比較して、リングシール２のガタがほとんどなく、その分内径リング３の端面３ｂの面積が大きくなる。したがって、内径リング３が負担する軸方向の応力を小さくでき、内径リング３自体の変形を防止でき、ひいては管継手全体の剛性・強度を高めることができる。これにより、袋ナット８の緩みを防止できる。なお、内径リング３と衝合端面５ｂとの接触面積は、内径リング３の肉厚を変更することで任意に設定できる。

［その他］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
上述の実施形態では、リングシール２の内径面２ａにおいて半径外側方向へ凹設された凹部２ｃが形成されるとともに、内径リング３の外周面側に凹部２ｃと嵌合する突起部３ａが形成されているが、リングシール２と内径リング３との嵌合形状は任意である。

例えば、図３（ｂ）に示すように、リングシール２の内径面２ａにおいて、半径内側方向へ突設された第２突起部２ｃ′を形成してもよい。この場合、図５に示すように、内径リング３の外周面側に第２突起部２ｃ′と嵌合する形状の凹み（第２凹部）３ａ′を形成することにより、上述の実施形態と同一の作用効果を奏するものとなる。
なお、溝部１の周面１ａは、リングシール２の形状に応じた面形状を備えることが好ましく、例えば、Ｏリング形状やＸリング形状のリングシール２を用いる場合には、それらのリングシール外形に合わせて適宜面形状を設定してもよい。

また、上述の実施形態では、リングシール２の内径面２ａ及び内径リング３の外周面が衝合端面５ａに対して略垂直に形成されているが、これらの面が衝合端面５ａに対して傾斜して形成されてもよい。
また、リングシール２の内径面２ａの凹部２ｃは、全内径面２ａに亘って環状に形成されていなくてもよく、例えば、内径面２ａを部分的に凹んだ部分を設けるのでもよい。またこれに対応して、内径リング３の突起部３ａについても、全外周面に亘って形成される必要はない。さらに、これらの凹部２ｃ及び突起部３ａは必須の構成要素ではない。

また、上述の実施形態では、リングシール２として角リングシールが用いられているが、ＯリングシールやＸリングシール等、種々のリングシールを適用可能である。

本発明の一実施形態としての管継手のシール構造の要部構成を示す断面図（図４のＡ部拡大図）である。 図１のリングシールを示す斜視図である。 本シール構造にかかるリングシールの断面図であり、（ａ）は図２のリングシールの断面図、（ｂ）はその変形例としてのリングシールの断面図である。 本シール構造の側面，断面図である。 本シール構造の変形例を示す断面図である。 従来例の管継手のシール構造の断面図である。

符号の説明

１ 溝部
１ａ 周面
１ｂ 底面
２ リングシール
２ａ 内径面
２ｂ 外径面
２ｃ 凹部
２ｃ′ 第２突起部
３ 内径リング
３ａ 突起部
３ａ′ 第２凹部
３ｂ 端面
４ 流路
４ａ 流路内面
５ａ，５ｂ 衝合端面
６ 連結管部
７ 管状部材
８ 袋ナット
９ ワイヤーブレードホース
１０ 管継手

Claims (9)

1. 内部にそれぞれ流路を有した被接続部材を互いに接続する管継手における衝合端面のシール構造であって、
   該管継手の少なくとも何れか一方の該衝合端面と該流路の内面との角部を半径外側方向へ切削して形成された環状の溝部と、
   該被接続部材の接続時に該管継手の他方、及び、該溝部において環状の周壁をなす内周面に着接する断面形状を有して、該溝部の内部に弾性的に環装されたリングシールと、
   該リングシールの内径面に当接して該溝部内に環装された内径リングと
   を備えたことを特徴とする、管継手のシール構造。
2. 該溝部は、該衝合端面において最小径となる環状溝として形成される
   ことを特徴とする、請求項１記載の管継手のシール構造。
3. 該溝部は、該衝合端面から該被接続部材の軸方向へかけて拡径するテーパ面として形成された該内周面を有するとともに、
   該リングシールは、該内周面に対して面接触する外径面を有する
   ことを特徴とする、請求項２記載の管継手のシール構造。
4. 該内径リングは、該溝部の該衝合端面からの切削深さと同一の大きさの軸方向高さを有する
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の管継手のシール構造。
5. 該内径リングは、該衝合端面に対して略鉛直な筒状の外形を有するとともに、
   該リングシールは、該内径リングの外形に面接触する該内径面を有する
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の管継手のシール構造。
6. 該内径リングは、該リングシールとの当接面において半径外側方向へ突出する突起部を有するとともに、
   該リングシールは、該内径リングとの当接面において該突起部に嵌合する凹部を有する
   ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の管継手のシール構造。
7. 該内径リングは、該リングシールとの当接面において半径内側方向へ凹設された第２凹部を有するとともに、
   該リングシールは、該内径リングとの当接面において該第２凹部に嵌合する第２突設部を有する
   ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の管継手のシール構造。
8. 該リングシールは、断面形状が略角形に形成された角リングシールとして設けられる
   ことを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載の管継手のシール構造。
9. 該リングシールは、該溝部の該衝合端面からの切削深さに該被接続部材の接続時におけるつぶし代を加算した軸方向高さを有する
   ことを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載の管継手のシール構造。

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