JP2007232100A - 継手構造 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｏリングの傷付きによるシール性の低下を防ぎ、且つ通常の締め付けトルクで締結することができる信頼性の高い継手構造を提供する。
【解決手段】本発明に係わる継手構造は、円筒形状の凸部３を有する第１継手フランジ１と、円筒形状の凹部５を有する第２継手フランジ２とを備え、第１継手フランジ１の凸部３に形成した環状溝９にＯリング１２、バックアップリング１３、およびＯリング１２と鋭角端１１ｂ側の傾斜面１１ａで当接するシールリング１１を装着してなり、環状溝９は溝底面９ａの周径がフランジ本体先端側の径よりも小さく、シールリング１１を収納する段差部５ｃの内周径が凸部先端側の径よりも大きく、且つ段差部５ｃの外周径がシールリング１１の外周径と略一致する大きさに設定されるとともに、装着された各リングの外周が第２継手フランジ２の凹部内径よりも嵌合隙間分だけ小さくなるように設定されることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一対の継手フランジ間をＯリングやシールリング等を用いてシールする継手構造に関する。

近年、車両用空調装置の冷凍サイクルにおいては、温暖化係数の低い二酸化炭素（ＣＯ２）などの自然冷媒が用いられている。このようなＣＯ２冷媒は現行冷媒よりも高圧・高温で使用されるため、圧縮機で圧縮した冷媒を凝縮器や膨張弁などに供給する高圧配管の接続部分には高いシール性能が要求される。

このような継手の従来例として、継手のバックアップリング装着部より先端側をバックアップリングの内径以下とし、且つ円周方向に切れ目のないバックアップリングを用いた配管継手が提案されている（特許文献１参照）。また、Ｏリングと、これを押圧する傾斜面を有するバックアップリングと、このバックアップリングに押圧されて側壁面及び密接面に密接するシールゴムを備えた密封装置が提案されている（特許文献２参照）。
特開２００５−４２８１５号公報 特開２００２−１５６０４３号公報

この種の配管継手では、雄雌の継手が嵌合できるようにするため、バックアップリングの外径を継手雌側の挿入口内径よりも小さく、且つ寸法公差を考慮した寸法にする必要がある。

上記特開２００５−４２８１５号公報に提案された継手について、バックアップリングの外径を寸法公差を考慮した寸法にした場合には、通常の締め付けトルクで締結しただけではバックアップリングと凹継手の内径との公差の隙間を埋めるまで変形させることが難しく、冷媒の透過防止としての効果を発揮できないことが考えられる。この場合、冷媒の透過防止としての効果を得るにはバックアップリングを変形させるため必要以上の力をかけなければならず、信頼性の低下を招くことになる。

また、特開２００２−１５６０４３号公報に提案された密封装置では、断面三角形のバックアップリングがその鋭角端でＯリングと接しているため、Ｏリングの表面に傷が付きやすく、シール性の低下を招くことになる。

この発明の目的は、Ｏリングの傷付きによるシール性の低下を防ぎ、且つ通常の締め付けトルクで締結することができる信頼性の高い継手構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係わる継手構造は、円筒形状の凸部を有する第１継手フランジと、円筒形状の凹部を有する第２継手フランジとを互いに嵌合して締結するとともに、前記第１継手フランジの凸部に形成した環状溝に複数のシール部材を装着し、当該複数のシール部材により密着面をシールする継手構造において、前記複数のシール部材は、前記環状溝の略中間に配置されるＯリングと、当該Ｏリングよりも凸部先端側に配置されるバックアップリングと、前記Ｏリングよりも凸部後端側に配置され、前記Ｏリングと鋭角端側の傾斜面で当接する断面略台形のシールリングとからなり、前記環状溝は溝底面の周径がフランジ本体先端側の径よりも小さく、前記シールリングを収納する段差部の内周径が凸部先端側の径よりも大きく、且つ前記段差部の外周径が前記シールリングの外周径と略一致する大きさに設定されるとともに、各リングを装着したときに、それぞれのリングの外周が前記第２継手フランジの凹部内径よりも嵌合隙間分だけ小さくなるように設定され、前記凹部は奥側に第１凹部、手前側に第２凹部、中間に段差部が形成されるとともに、前記第２凹部の奥行き長が、嵌合時に前記段差部が前記バックアップリングを所定の圧力で押圧するように、嵌合前の第１継手フランジの凸部に装着されたバックアップリングの先端側壁面までの突き出し長よりも短い寸法に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、両継手フランジを嵌合させて締結したときに、Ｏリングがバックアップリングにより圧縮されて嵌合面へ密着するとともに、Ｏリングにより押圧されたシールリングの鋭角端が変形して嵌合面に密着するので、両継手フランジの嵌合隙間はＯリングとシールリングとの密着により二重にシールされ、高いシール性を得ることができる。そして、継手を締結するだけでシールリングとＯリングとを嵌合面へ密着させることができるので、規定以上の締め付けトルクをかけることなしに十分なシール性を得ることができる。

また、シールリングは傾斜面でのみＯリングと接触するので、シールリングの鋭角端によりＯリングが傷付くのを防ぐことができる。加えて、Ｏリングをバックアップリングで圧縮するので、Ｏリングの外径を第２継手フランジの内周径よりも嵌合隙間分だけ小さくすることもできる。これによれば、Ｏリングの外面にシールリングの鋭角端が接しにくくなるとともに、圧縮により変形したＯリングの一部がシールリングの鋭角端と嵌合隙間との間に挟み込まれることがなく、シールリングの鋭角端によりＯリングが傷付くのを防ぐことができる。したがって、Ｏリングの傷付きによるシール性の低下を防ぐことができる。

以下、本発明に係わる継手構造を適用した配管継手の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１は締結前の配管継手を示す図であり、（ａ）は各継手フランジの断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大断面図である。

本実施形態の配管継手１００は、図１（ａ）に示すように、一方の高圧配管７の端部に設けた第１継手フランジ１と、他方の高圧配管８の端部に設けた第２継手フランジ２とを対向させた状態で互いに嵌合して締結する構造となっている。

第１継手フランジ１には、第２継手フランジ２と嵌合する円筒形状の凸部３と、取り付けボルト（図示せず）を挿入するための貫通穴４とがそれぞれ形成されている。また、第２継手フランジ２には、第１継手フランジ１と嵌合する円筒形状の凹部５と、上記取り付けボルトをねじ込むためのボルト穴６とがそれぞれ形成されている。

第１継手フランジ１の凸部３には、フランジ本体先端側に第１凸部３ａ、フランジ本体後端側に第２凸部３ｂがそれぞれ形成されている。このうち、第２凸部３ｂには、図１（ｂ）に示すように、断面略凹形状の環状溝９が形成され、シール部材として、シールリング１１、Ｏリング１２、バックアップリング１３が装着されている。

環状溝９には、シールリング１１を収納する段差部９ｂが形成されるとともに、溝底面９ａの周径ｄ１は第１凸部３ａの外径ｄ２よりも小さくなるように形成されている。また、段差部９ｂの内周径ｄ３は第１凸部３ａの外径ｄ２以上大きく、且つシールリング１１の内径と略一致するように形成されている。また、段差部９ｂの外周径ｄ４は装着されたシールリング１１の外径と略一致するように形成されている。

Ｏリング１２は、環状溝９の略中間に配置されるドーナツ形状のリングであり、フランジの締結時にはバックアップリング１３により圧縮されて嵌合隙間が埋まるまで変形する。このＯリング１２はゴムなどの弾性体からなり、リング本体を直径方向に伸ばしながら凸部３にはめ込むことによって環状溝９内に装着することができる。

シールリング１１は、環状溝９に形成された段差部９ｂに装着される断面略台形のリングであって、ガス透過性の低い樹脂で構成されている。このシールリング１１は、台形断面の鋭角端１１ｂがＯリング１２と接触せず、傾斜面１１ａのみでＯリング１２と接触している。このシールリング１１は、段差部９ｂの内周径ｄ３が第１凸部３ａの外径ｄ２よりも大きいため、第１凸部３ａからはめ込むことができる。したがって、シールリング１１には装着のための割りは入れられていない。

バックアップリング１３は、Ｏリング１２よりも環状溝９の第１凸部３ａに配置されるリングであって、樹脂で構成されている。このバックアップリング１３は、フランジ締結時には垂直な側壁面１３ａでＯリング１２を圧縮する役割を果たしている。このバックアップリング１３は、溝底面９ａの周径ｄ１がフランジ本体先端側の径ｄ２よりも小さいため、装着のための割り（図示せず）が入れられている。

一方、第２継手フランジ２の凹部５は、図１（ａ）に示すように、奥側に第１凹部５ａ、手前側に第２凹部５ｂが形成されている。第１凹部５ａは、第１継手フランジ１の第１凸部３ａと嵌合する部分であり、その内径ｄ５は第１凸部３ａの外径ｄ２よりも嵌合隙間の分だけ大きな寸法となるように設定されている。また、第１凹部５ａの奥行き長さＬ１は、嵌合時に第１継手フランジ１の凸部３が底突きしないように、凸部３の突き出し長Ｌ２よりも長い寸法に設定されている。

第２凹部５ｂは、第１継手フランジ１の第２凸部３ｂと嵌合する部分であり、その内径ｄ６は第２凸部３ｂの外径ｄ４よりも嵌合隙間の分だけ大きな寸法となるように設定されている。また、第２凹部５ｂの奥行き長Ｌ３は、嵌合時に段差部５ｃがバックアップリング１３を所定の圧力で押圧し、シールリング１１へ所定の押圧力が生じるように、嵌合前の第１継手フランジ１の凸部３に装着されたバックアップリング１３の先端側壁面１３ｂまでの突き出し長Ｌ４よりも短い寸法に設定されている。

次に、第１継手フランジ１に上記各リングを装着し、第２継手フランジ２と締結したときの各部の作用について説明する。

図２は締結時の配管継手を示す図であり、（ａ）は締結された継手フランジの断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部の拡大断面図である。

第１継手フランジ１と第２継手フランジ２とを嵌合させ、取り付けボルト１４を貫通穴４に通してボルト穴６にねじ込むことにより、図２（ａ）に示すように、第１継手フランジ１と第２継手フランジ２とが締結される。このとき、図２（ｂ）に示すように、バックアップリング１３が第２継手フランジ２の段差部５ｃにより押圧されるので、このバックアップリング１３の側壁面１３ａによりＯリング１２が圧縮される。この圧縮によりＯリング１２が変形して、図２（ｂ）に示すように嵌合面５ｄに密着するため、嵌合隙間がシールされる。また同時に、圧縮されたＯリング１２はシールリング１１の傾斜面１１ａを斜め上方向に押圧するため、シールリング１１の鋭角端１１ｂは嵌合面５ｄ側に押し上げられる。この鋭角端１１ｂは肉厚が薄いため嵌合面５ｄ側に変形し、嵌合面５ｄに密着して嵌合隙間をシールする。

このように、本実施形態の構造によれば、両継手フランジを嵌合して締結することにより、Ｏリング１２が圧縮されて嵌合面５ｄへ密着するとともに、Ｏリング１２により押圧されたシールリング１１の鋭角端１１ｂが変形して嵌合面５ｄに密着する。これによれば、両継手フランジの嵌合隙間はＯリング１２とシールリング１１との密着により二重にシールされるので、高いシール性を得ることができる。とくに、シールリング１１はガス透過性の低い樹脂製であり、また装着のための割を入れる必要がないため、この部分からの冷媒の漏れを少なくすることができる。また、通常の締め付けトルクでシールリング１１とＯリング１２とを嵌合面５ｄへ密着させることができるので、規定以上の締め付けトルクをかけることなしに十分なシール性を得ることができる。

さらに、本実施形態の配管継手１００では、冷媒により内圧がかかるとＯリング１２はガス圧でさらに圧縮されて嵌合面５ｄとの密着力がさらに大きくなるとともに、シールリング１１の鋭角端１１ｂがさらに嵌合面５ｄ側に押し付けられて嵌合面５ｄとの密着力がさらに大きくなる。したがって、冷媒の圧力が上がるほど嵌合隙間のシール性を高めることが可能となる。

また、シールリング１１は傾斜面１１ａでのみＯリング１２と接触するので、シールリング１１の鋭角端１１ｂによりＯリング１２が傷付くのを防ぐことができる。さらに、Ｏリング１２をバックアップリング１３で圧縮するようにしたので、Ｏリング１２の外径を第２継手フランジ２の内径ｄ６（第２凹部５ｂ）よりも小さくすることもできる。これによれば、装着時にＯリング１２の外面にシールリング１１の鋭角端１１ｂが接しにくくなるとともに、圧縮により変形したＯリング１２の一部がシールリング１１の鋭角端１１ｂと嵌合隙間との間に挟み込まれることがなく、シールリング１１の鋭角端１１ｂによりＯリング１２が傷付くのを防ぐことができる。したがって、Ｏリング１２の傷付きによるシール性の低下を防ぐことができる。

また、本実施形態におけるシールリング１１は、段差部９ｂの内周径ｄ３が第１凸部３ａの外径ｄ２よりも大きく、第１凸部３ａからはめ込むことができるため、ガス透過性の低い樹脂製リングを用いることができ、また装着のための割りを入れる必要がないので、ガス透過性をより低く抑えることができる。さらに、シールリング１１は段差部９ｂに装着されるので、締結時にずれることなく定位置に固定することができる。

そして、シールリング１１、Ｏリング１２、バックアップリング１３が装着されると、継手フランジ１、２が締結する前に脱落する心配もなくなる。

なお、本実施形態では、断面台形のシールリング１１を用いた例について示したが、シールリング１１の断面は略台形であればよく、鋭角端は必ずしも直線でなくてもよい。例えば図３に示すシールリング１１Ａのように、鋭角端１１ｂの傾斜面１１ａが曲面形状であってもよい。

以上説明したように、本発明によれば、Ｏリングの傷付きによるシール性の低下を防ぎ、且つ通常の締め付けトルクで締結することができる信頼性の高い継手構造を提供することができる。

なお、本発明に係わる継手構造は、車両用空調装置の高圧配管の接続に限定されるものではなく、その他の配管継手部分に適用することができる。とくに本発明に係わる継手構造は、高圧流体用の配管に適用することにより上述したような優れた効果を奏することができる。

実施形態における締結前の配管継手を示す図。（ａ）は各継手フランジの断面図。（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大断面図。 実施形態における締結時の配管継手を示す図。（ａ）は締結された継手フランジの断面図。（ｂ）は（ａ）のＢ部の拡大断面図。 シールリングの他の構成例を示す断面図。

符号の説明

１…第１継手フランジ
２…第２継手フランジ
３…凸部
３ａ…第１凸部
３ｂ…第２凸部
４…貫通穴
５…凹部
５ａ…第１凹部
５ｂ…第２凹部
５ｃ…段差部
５ｄ…嵌合面
６…ボルト穴
９…環状溝
９ａ…溝底面
９ｂ…段差部
１１、１１Ａ…シールリング
１１ａ…傾斜面
１１ｂ…鋭角端
１２…Ｏリング
１３…バックアップリング
１３ａ…側壁面
１４…ボルト
１００…配管継手

Claims (1)

1. 円筒形状の凸部（３）を有する第１継手フランジ（１）と、円筒形状の凹部（５）を有する第２継手フランジ（２）とを互いに嵌合して締結するとともに、前記第１継手フランジ（１）の凸部（３）に形成した環状溝（９）に複数のシール部材を装着し、当該複数のシール部材により密着面をシールする継手構造において、
   前記複数のシール部材は、前記環状溝（９）の略中間に配置されるＯリング（１２）と、当該Ｏリング（１２）よりも凸部先端側に配置されるバックアップリング（１３）と、前記Ｏリング（１２）よりも凸部後端側に配置され、前記Ｏリング（１２）と鋭角端側の傾斜面で当接する断面略台形のシールリング（１１）とからなり、
   前記環状溝（９）は溝底面（９ａ）の周径がフランジ本体先端側の径よりも小さく、前記シールリング（１１）を収納する段差部（９ｂ）の内周径が凸部先端側の径よりも大きく、且つ前記段差部（９ｂ）の外周径が前記シールリング（１１）の外周径と略一致する大きさに設定されるとともに、各リングを装着したときに、それぞれのリングの外周が前記第２継手フランジ（２）の凹部（５ａ）内径よりも嵌合隙間分だけ小さくなるように設定され、
   前記凹部（５）は奥側に第１凹部（５ａ）、手前側に第２凹部（５ｂ）、中間に段差部（５ｃ）が形成されるとともに、前記第２凹部（５ｂ）の奥行き長（Ｌ３は、嵌合時に前記段差部（５ｃ）が前記バックアップリング（１３）を所定の圧力で押圧するように、嵌合前の第１継手フランジ（１）の凸部（３）に装着されたバックアップリング（１３）の先端側壁面（１３ｂ）までの突き出し長（Ｌ４）よりも短い寸法に設定されていること、
   を特徴とする継手構造。
   

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