JP2009210113A - Seal mechanism, and backup ring - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対向する二つの部材の間をシールするシール機構、特にシール収容溝に圧縮可能な弾性材料からなるシール部材とバックアップリングとを収容したシール機構に関する。 The present invention relates to a seal mechanism that seals between two opposing members, and more particularly, to a seal mechanism that houses a seal member made of a compressible elastic material and a backup ring in a seal housing groove.
この種のシール機構では、シール収容溝にシール部材とバックアップリングとを収容するに当たり、シール部材として一般的なOリングの部材間へのはみ出しを抑制してシール性を高めることが提案されている(例えば、特許文献1等)。 In this type of sealing mechanism, it is proposed that when a seal member and a backup ring are accommodated in the seal accommodation groove, the seal performance is improved by suppressing protrusion of a general O-ring as a seal member. (For example, patent document 1 etc.).
これら特許文献では、ただ単にバックアップリングとOリングを並べてシール収容溝に収容するだけではなく、バックアップリングの形状を工夫することで上記したOリングのはみ出しを抑制している。 In these patent documents, not only the backup ring and the O ring are arranged side by side and accommodated in the seal accommodation groove, but also the protrusion of the O ring is suppressed by devising the shape of the backup ring.
しかしながら、近年では、例えば高圧タンクでのガスの充填効率を高めることが求められている。これは、燃料電池車両では、搭載する水素ガス等の燃料ガスの高圧タンクの充填効率が高くなれば、ガス充填量の増大により走行可能距離が伸びるためである。こうしたことから、シール機構には、より高圧環境下でのシール性確保が求められつつある。 However, in recent years, for example, it has been required to increase the gas filling efficiency in a high-pressure tank. This is because in a fuel cell vehicle, if the charging efficiency of a high-pressure tank of a fuel gas such as hydrogen gas to be mounted becomes high, the travelable distance increases due to an increase in the gas filling amount. For these reasons, the sealing mechanism is being required to ensure sealing performance in a higher pressure environment.
本発明は、上記した課題を踏まえ、バックアップリングとOリングとを併用したシール機構の高圧シール性の向上を図ることをその目的とする。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to improve the high-pressure sealability of a seal mechanism using both a backup ring and an O-ring.
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。 In order to achieve at least a part of the above object, the present invention adopts the following configuration.
[適用1:シール機構]
対向する二つの部材の間をシールするシール機構であって、
前記二つの部材の少なくとも一方の部材に陥没形成されたシール収容溝に、圧縮可能な弾性材料からなる環状のシール部材と環状のバックアップリングとを、該バックアップリングが圧力の低い側に位置するようにして収容し、
前記バックアップリングは、
前記シール部材の中央箇所が当接する当接部と、該当接部の上下周縁で前記当接部と一体となり前記上下周縁の側から前記シール部材に向けて突出した突出部とを、圧縮による弾発程度が相違する硬軟の弾性材料から形成し、前記当接部を軟質の弾性材料で、前記突出部を硬質の弾性材料で各々形成している
ことを要旨とする。
[Application 1: Sealing mechanism]
A sealing mechanism that seals between two opposing members,
An annular seal member made of a compressible elastic material and an annular backup ring are placed in a seal receiving groove formed in a recess in at least one of the two members so that the backup ring is positioned on the low pressure side. To house,
The backup ring is
The contact portion with which the central portion of the seal member abuts and the projecting portion that is integrated with the contact portion at the upper and lower peripheral edges of the corresponding contact portion and protrudes from the upper and lower peripheral edges toward the seal member are compressed by compression. The gist of the invention is that it is formed of a hard and soft elastic material having a different degree of development, and the abutting portion is formed of a soft elastic material and the protruding portion is formed of a hard elastic material.
上記構成のシール機構では、シール収容溝に収容されたシール部材とバックアップリングのうち、バックアップリングは圧力の低い側に位置し、シール部材は圧力の高い側に位置する。こうした位置関係から、シール機構によるシールが高圧環境下となると、シール部材は、バックアップリングの側に押されてその中央箇所をバックアップリングの当接部に当接させ、当該当接部の上下周縁で当接部と一体となって上下周縁の側からシール部材に向けて突出した突出部にも当接して、この突出部を広げる。こうした突出部の広がりは、シール部材を受け止めて当該シール部材がシール対象の部材間の隙間にはみ出ようとすることを防止する。上記構成のシール機構では、この突出部を、当接部の上下周縁で当接部と一体とした上で、硬質の弾性材料から形成したので、上記のようにして広がった突出部の形状維持特性が高まる。このため、シール対象の部材間の隙間へのシール部材のはみ出し防止の実効性が高まるので、シール部材のはみ出し防止に基づくシール性をより高めることができる。この場合、硬軟の弾性材料を当接部と突出部とを形成するに際しては、同一の弾性材料とした上で硬質・軟質の弾性材料を用いたり、圧縮による弾発程度が相違する硬軟の異種類の弾性材料を用いることができる。 In the sealing mechanism configured as described above, the backup ring is located on the low pressure side and the seal member is located on the high pressure side of the seal member and the backup ring accommodated in the seal accommodation groove. From such a positional relationship, when the seal by the seal mechanism is in a high-pressure environment, the seal member is pushed to the backup ring side so that the central portion abuts against the contact portion of the backup ring, and the upper and lower peripheral edges of the contact portion. In this way, the protrusions are also brought into contact with the protrusions protruding from the upper and lower peripheral edges toward the seal member in an integrated manner with the contact parts, and the protrusions are widened. Such spreading of the protruding portion prevents the sealing member from being caught in the gap between the members to be sealed by receiving the sealing member. In the sealing mechanism configured as described above, the protrusion is formed of a hard elastic material after being integrated with the contact portion at the upper and lower peripheral edges of the contact portion, so that the shape of the protrusion that has spread as described above is maintained. Increased properties. For this reason, since the effectiveness of preventing the seal member from protruding into the gap between the members to be sealed increases, the sealing performance based on the prevention of the seal member from protruding can be further improved. In this case, when forming the abutting portion and the protruding portion of the hard and soft elastic material, the hard and soft elastic materials having the same elastic material and using the hard and soft elastic materials or the degree of elasticity by compression are different. Various types of elastic materials can be used.
上記したシール機構は、次のような態様とすることができる。例えば、バックアップリングの突出部を、上下周縁を含む3方で当接部を取り囲んで上下周縁から突出するようにできる。こうすれば、当接部の上下周縁から突出したそれぞれの突出部の部位が当接部を挟んで繋がることから、当接部と突出部の剥離を起き難くできるので、高圧環境下でのシール性向上の実効性が高まる。 The sealing mechanism described above can be configured as follows. For example, the protruding portion of the backup ring can be protruded from the upper and lower peripheral edges surrounding the contact portion in three directions including the upper and lower peripheral edges. By doing so, the portions of the protruding portions protruding from the upper and lower peripheral edges of the contact portion are connected with the contact portion interposed therebetween, so that the contact portion and the protrusion portion are less likely to be peeled off. The effectiveness of improving the performance increases.
この他、シール部材は高圧ガスのシール用途に用いられるOリングとすれば、バックアップリングとの併用が容易である。 In addition, if the seal member is an O-ring used for sealing high-pressure gas, it can be easily used in combination with a backup ring.
[適用2:バックアップリング]
圧縮可能な弾性材料からなる環状のシール部材と共にシール収容溝に収容して用いられる環状のバックアップリングであって、
前記シール収容溝に収容された際に前記シール部材の中央箇所が当接する当接部と、
該当接部の上下周縁で前記当接部と一体となり前記上下周縁の側から前記シール部材に向けて突出した突出部とを備え、
前記当接部と前記突出部とを圧縮による弾発程度が相違する硬軟の弾性材料から形成し、前記当接部を軟質の弾性材料にて形成し、前記突出部を硬質の弾性材料にて形成してなる
ことを要旨とする。
[Application 2: Backup ring]
An annular backup ring that is housed and used in a seal housing groove together with an annular seal member made of a compressible elastic material,
An abutting portion with which a central portion of the seal member abuts when accommodated in the seal accommodating groove;
A projecting portion that is integral with the abutting portion at the upper and lower peripheral edges of the abutting portion and protrudes toward the seal member from the upper and lower peripheral edges;
The abutting portion and the protruding portion are formed of a hard and soft elastic material having different degrees of elasticity by compression, the abutting portion is formed of a soft elastic material, and the protruding portion is formed of a hard elastic material. The gist is that it is formed.
上記構成のバックアップリングでは、環状のシール部材と共にシール収容溝に収容することで、上記したような高圧環境下での高いシール性を発揮できるシール機構を容易に実現できる。 In the backup ring having the above-described configuration, it is possible to easily realize a seal mechanism that can exhibit high sealing performance under the high-pressure environment as described above by being housed in the seal housing groove together with the annular seal member.
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図1は本発明の実施例としてのシール機構10におけるシールの様子を一部拡大して示す説明図、図2はシール機構10に用いられるバックアップリング50の構成を一部拡大して示す説明図、図3はOリング40をリング収容溝22に収容する際のリングつぶし代等を説明する説明図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a partially enlarged state of a seal in a
図示するように、本実施例のシール機構10は、シャフト20と、その装着対象の装着ボディ30と、圧縮可能な弾性材料、例えばゴム材料からなるOリング40と、後述のバックアップリング50とを備える。そして、このシール機構10は、装着ボディ30の挿入孔32に挿入されて当該ボディと対向するシャフト20と装着ボディ30、詳しくはシャフト20の外周面と装着ボディ30の挿入孔32の内周面との間を、Oリング40とバックアップリング50によりシールする。シャフト20は、挿入孔32に対する嵌め合い公差を考慮した外径とされ、その外周に陥没形成されたリング収容溝22を備える。
As shown in the figure, the
このリング収容溝22は、Oリング40とバックアップリング50とを並べて収容すること、Oリングを潰して圧縮した状態で収容することから、図3に示すようにリング収容溝22の寸法を定めた。ここで、Oリング40の直径をD、Oリング40が接するリング収容溝22の溝底面半径をR1、Oリング40が接する挿入孔32の半径をR2とする。そうすると、Oリング40は、シャフト20と装着ボディ30をシールするに当たり、リング収容溝22に収容された上で挿入孔32に接することから潰されて圧縮されるので、その潰し率H(%)は次式で表される。
The
H=(D−(R1−R2))/D x 100 H = (D- (R1-R2)) / Dx100
本実施例では、Oリング40とバックアップリング50によるシャフト20と装着ボディ30のシール耐性を50〜75MPa程度とするため、潰し率Hが30%以上となるよう、Oリング40の直径D、リング収容溝22の溝底面半径R1および挿入孔32の半径R2を定めた。
In this embodiment, since the seal resistance of the
バックアップリング50は、図2に詳細に示すように、中心軸方向断面における中央領域を凹状とし、当該凹状の部位を、Oリング40の中央箇所が当接する当接部51とする。この当接部51は、単独で見れば断面矩形形状であり、上下周縁と一方側面(図2における左側側面)とを被覆部52で取り囲まれている。この被覆部52は、上記の上下周縁と一方側面とにおいて当接部51と一体とされており、当接部上下周縁の側から突出した突出部53を当接部51を挟んで備える。突出部53は、拡大図に示すように突出基部に顎部53aを備え、当接部51はこの顎部53aにより押さえられている。
As shown in detail in FIG. 2, the
こうした構成のバックアップリング50は、既存のバックアップリングとして常用される圧縮可能な弾性材料(例えばゴム材料)を用いて形成され、この弾性材料は、圧縮による弾発程度が相違する硬軟の弾性材料である。そして、バックアップリング50では、当接部51は軟質の弾性材料にて形成され、被覆部52は突出部53を含めて硬質の弾性材料にて形成されている。このように異なる材料にてバックアップリング50を形成するには、金型を用いたいわゆる2色成形手法を取って当接部51と被覆部52とを、被覆部52にて当接部51を取り囲むようにするほか、当接部51と被覆部52とを予め形成し、その後に当接部51を被覆部52で取り囲むよう、一体とするようにもできる。本実施例では、当接部51と突出部53の形成に、同一のゴム材料、例えばエチレンプロピレンゴム(EPDM)やシリコンゴムを用いることとし、加硫程度を調整することで同一のゴム材料でありながら圧縮による弾発程度が相違する硬軟の同一のゴム材料で形成するようにした。つまり、軟質のEPDMやシリコンゴムにて突出部53を含む被覆部52を形成し、軟質のEPDMやシリコンゴムにて当接部51を形成した。
The
図1に戻り装着ボディ30とシャフト20のシールの様子について説明する。装着ボディ30の挿入孔32にシャフト20を挿入した状態では、Oリング40とバックアップリング50とで高圧シールを図る都合上、シャフト20の前後で圧力が相違する。例えば、図1における左側が高圧力側とすると、バックアップリング50が圧力の低い側に位置し、Oリング40が高圧側に位置するようするようにして、Oリング40とバックアップリング50がリング収容溝22に収容される。この場合、バックアップリング50は、リング収容溝22の溝側面22aに被覆部52が接するよう収容される。Oリング40は、高圧側からの圧力を受けて、バックアップリング50の側に移動していると共に、そのリング断面の中央箇所を当接部51に当接させている。そして、Oリング40は、既述した潰し率Hでリング収容溝22において圧縮済みであることから、バックアップリング50と相まって、シャフト20と装着ボディ30との間において、高圧シール性を発揮する。
Returning to FIG. 1, the state of sealing between the mounting
次に、高圧環境下でのシール機構10によるシールの様子について説明する。図4は高圧環境下でのOリング40とバックアップリング50の挙動を模式的に説明する説明図である。例えば、シャフト20と装着ボディ30とが高圧タンクのバルブの構成材とすると、タンクへの高圧でのガス充填の過程、或いは既に規定の高圧力でのガス充填が完了した状態で、シール機構10によるシールは高圧環境下に置かれることになる。
Next, the state of sealing by the
こうした高圧環境下では、Oリング40は、図4に示すように高圧側からの圧力を受けてバックアップリング50の側に押されて圧縮されつつ、リング中央箇所をバックアップリング50の当接部51に当接させる。この当接は、高圧環境下となる以前より強い力でなされるので、Oリング40は、当接部51の上下周縁から突出した突出部53の傾斜面54にも当接して、この突出部53を広げる。この際、突出部53は、低圧側における装着ボディ30の挿入孔32とシャフト20との間の隙間33を塞ぐようにして広がることから、こうして広がった突出部53は、Oリング40を受け止めてこのOリング40が低圧側の隙間33にはみ出ようとすることを防止する。そして、本実施例のシール機構10では、バックアップリング50における突出部53を、当接部51の上下周縁で当接部51と一体とした上で、既述したように硬質・軟質のEPDMやシリコンゴム等のゴム材料(弾性材料)から形成したので、上記のようにして広がった突出部53の形状維持特性が高まる。このため、低圧側の隙間33へのOリング40のはみ出しを高い実効性で奉仕できるので、Oリング40のはみ出し防止に基づくシール性をより高めることができる。
Under such a high-pressure environment, the O-
しかも、本実施例のシール機構10では、バックアップリング50の突出部53を被覆部52と連続させて、この突出部53と52とで、当接部51をその上下周縁を含む3方で取り囲むようにし、その上で、突出部53を当接部51の上下周縁から突出させた。よって、当接部51の上下周縁から突出したそれぞれの突出部53が当接部51を挟んで繋がることから、当接部51と突出部53の剥離を起き難くできる。この結果、突出部53の形状維持の信頼性が高まり、高圧環境下でのシール性向上の実効性も高まる。
Moreover, in the
また、本実施例では、バックアップリング50と併用するOリング40を既存のものとできるので、簡便である。
In the present embodiment, the O-
次に、シール機構10の変形例について説明する。図5は図1相当図であり装着ボディ30の側にてシールを図る変形例のシール機構10を示す説明図である。この変形例のシール機構10では、シャフト20が挿入される装着ボディ30の挿入孔32にリング収容溝22を形成して、当該収容溝にOリング40とバックアップリング50とを収容した。この図5に示す変形例のシール機構10によっても、高い信頼性で高圧シールを図ることができる。
Next, a modified example of the
図6は他の変形例のシール機構10を示す説明図、図7は図2相当図でありこの変形例で用いるバックアップリング50Aの構成を示す説明図である。この変形例のシール機構10は、二つの部材を面接合した際にこの接合面にて高圧シールを図る点に特徴がある。図示するように、この変形例のシール機構10では、上下に並べて接合される下ボディ60と上ボディ70とを備え、高圧側となる上下のボディの貫通孔62、72をボディ接合面でシールする。このため、下ボディ60の上面に貫通孔62を取り囲むよう環状に陥没形成されたリング収容溝22を備える。そして、このシール機構10は、上ボディ70の下面を下ボディ60の下面に接合させて、Oリング40とバックアップリング50Aを、Oリング40が高圧の貫通孔62の側に位置するよう、リング収容溝22に収容して高圧シールを図る。この場合、この変形例では、貫通孔62の周囲で高圧シールを図るために、Oリング40とバックアップリング50とを貫通孔を取り囲むようにリング収容溝22に収容する。よって、図7に示すように、バックアップリング50Aは、被覆部52を外側に備えて突出部53を中央側に向かせて、当接部51の上下周縁から突出部53を突出させている。この図6に示す変形例のシール機構10によっても、高い信頼性で高圧シールを図ることができる。
FIG. 6 is an explanatory view showing a
以上、本発明の実施の形態を実施例にて説明したが、本発明は上記した実施例や変形例の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。例えば、上記の実施例では、当接部51と突出部53とを、同一のゴム材料(EPDMやシリコンゴム等)でありながら圧縮による弾発程度が相違する硬軟の同一のゴム材料で形成したが、圧縮による弾発程度が相違する硬軟の異種類のゴム材料を用いて、当接部51と突出部53とをそれぞれ形成するようにしてもよい。
As mentioned above, although the embodiment of the present invention has been described in the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. Is possible. For example, in the above-described embodiment, the
10…シール機構
20…シャフト
22…リング収容溝
22a…溝側面
30…装着ボディ
32…挿入孔
33…隙間
40…Oリング
50…バックアップリング
50A…バックアップリング
51…当接部
52…被覆部
53…突出部
53a…顎部
54…傾斜面
60…下ボディ
62…貫通孔
70…上ボディ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記二つの部材の少なくとも一方の部材に陥没形成されたシール収容溝に、圧縮可能な弾性材料からなる環状のシール部材と環状のバックアップリングとを、該バックアップリングが圧力の低い側に位置するようにして収容し、
前記バックアップリングは、
前記シール部材の中央箇所が当接する当接部と、該当接部の上下周縁で前記当接部と一体となり前記上下周縁の側から前記シール部材に向けて突出した突出部とを、圧縮による弾発程度が相違する硬軟の弾性材料から形成し、前記当接部を軟質の弾性材料で、前記突出部を硬質の弾性材料で各々形成している
シール機構。 A sealing mechanism that seals between two opposing members,
An annular seal member made of a compressible elastic material and an annular backup ring are placed in a seal receiving groove formed in a recess in at least one of the two members so that the backup ring is positioned on the low pressure side. To house,
The backup ring is
The contact portion with which the central portion of the seal member abuts and the projecting portion that is integrated with the contact portion at the upper and lower peripheral edges of the corresponding contact portion and protrudes from the upper and lower peripheral edges toward the seal member are compressed by compression. A sealing mechanism formed of a hard and soft elastic material having different degrees of firing, wherein the contact portion is formed of a soft elastic material, and the protruding portion is formed of a hard elastic material.
前記シール収容溝に収容された際に前記シール部材の中央箇所が当接する当接部と、
該当接部の上下周縁で前記当接部と一体となり前記上下周縁の側から前記シール部材に向けて突出した突出部とを備え、
前記当接部と前記突出部とを圧縮による弾発程度が相違する硬軟の弾性材料から形成し、前記当接部を軟質の弾性材料にて形成し、前記突出部を硬質の弾性材料にて形成してなる
バックアップリング。 An annular backup ring that is housed and used in a seal housing groove together with an annular seal member made of a compressible elastic material,
An abutting portion with which a central portion of the seal member abuts when accommodated in the seal accommodating groove;
A projecting portion that is integral with the abutting portion at the upper and lower peripheral edges of the abutting portion and protrudes toward the seal member from the upper and lower peripheral edges;
The abutting portion and the protruding portion are formed of a hard and soft elastic material having different degrees of elasticity by compression, the abutting portion is formed of a soft elastic material, and the protruding portion is formed of a hard elastic material. Forming a backup ring.
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US20210273243A1 (en) * | 2020-03-02 | 2021-09-02 | Hyundai Motor Company | Hydrogen supply apparatus and sealing device used for same |
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2008
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