JP2012107662A - 密封構造 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクの増大を抑制しつつ、密封性能の向上を図った密封構造を提供する。
【解決手段】シールリング１０は、その内周面１１が軸２０の外周面に対して摺動自在に配置されて、環状溝３２内で軸方向に移動可能に設けられると共に、環状溝３２における低圧側（Ｌ）には、低圧側（Ｌ）に向かって縮径するテーパ面３２ａが設けられ、シールリング１０における高圧側（Ｈ）かつ外周面１２側には、高圧側（Ｈ）に向かって縮径するテーパ面１５が設けられ、かつシールリング１０における低圧側（Ｌ）かつ外周面１２側には、環状溝３２におけるテーパ面３２ａに対して摺動するエッジ部１６が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、軸とハウジングの軸孔との間の環状隙間を封止する密封構造に関するものである。

従来、相対的に移動する軸とハウジングの軸孔との間の環状隙間をシールリングにて封止する密封構造が知られている。かかる密封構造において、ハウジングの軸孔の内周に形成された環状溝にシールリングが配置される構成が知られている。

このような従来例に係る密封構造について、図６及び図７を参照して説明する。図６及び図７は従来例に係る密封構造の模式的断面図である。この従来例においては、相対的に移動（回転や往復）する軸２００とハウジング３００とを備えている。そして、ハウジング３００の軸孔の内周に形成された環状溝３０１に、シールリング１００が配置されている。このシールリング１００は、その内周面が軸２００の外周面に摺動自在に配置されており、高圧側（Ｈ）からの圧力によって、環状溝３０１の低圧側（Ｌ）の側面に密着した状態となる。これにより、軸２００とハウジング３００の軸孔との間の環状隙間がシールリング１００によって封止される。

以上のように構成された密封構造においては、シールリング１００に遠心力が作用した場合や、環境温度が高くなってシールリング１００が熱膨張した場合、シールリング１００は拡径するように変形する。これにより、図７に示すように、シールリング１００の内周面と軸２００の外周面との間に隙間Ｓが生じ、密封性能が低下してしまう。シールリング１００においては、装着性を高めるために周方向の一箇所が切断された切断部が設けられることがあり、この場合には、上記のような現象はより顕著となる。

ここで、シールリングにおける低圧側かつ外周面側にテーパ面を形成し、かつシールリングが装着される環状溝の低圧側にもテーパ面を形成することで、高圧条件下では、テーパ面同士が密着することで、シールリングの拡径方向への変形が抑制される技術も知られている（特許文献１参照）。

しかしながら、かかる技術の場合、テーパ面同士が接触した状態で、シールリングとハウジングが相対的に回転すると、テーパ面同士の摺動抵抗が高くなり、トルクが増大してしまう問題がある。

特開２００４−３０１１００号公報

本発明の目的は、摺動抵抗の増大を抑制しつつ、密封性能の向上を図った密封構造を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の密封構造は、
軸孔を有するハウジングと、
前記軸孔内に該軸孔と同心的に挿通された状態で配置され、かつ前記ハウジングに対して相対的に移動する軸と、
前記軸孔の内周に形成された環状溝内に配置され、前記軸と軸孔との間の環状隙間を封止するシールリングと、
を備える密封構造において、
前記シールリングは、その内周面が前記軸の外周面に対して摺動自在に配置されて、前記環状溝内で軸方向に移動可能に設けられると共に、
前記環状溝における低圧側には、低圧側に向かって縮径するテーパ面が設けられ、
前記シールリングにおける高圧側かつ外周面側には、高圧側に向かって縮径するテーパ面が設けられ、かつ該シールリングにおける低圧側かつ外周面側には、前記環状溝におけるテーパ面に対して摺動可能に接触するエッジ部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、シールリングにおける高圧側かつ外周面側には、高圧側に向かって縮径するテーパ面が設けられているので、高圧側から低圧側に向かう圧力によって、シールリングに対して、高圧側から低圧側に向かう力と、内周面側に向かう力が作用する。そして、環状溝における低圧側には、低圧側に向かって縮径するテーパ面が設けられており、シールリングにおける低圧側かつ外周面側に設けられたエッジ部は、このテーパ面から反作用による内周面側に向かう力を受ける。以上のことから、シールリングは、外周面側において、高圧側と低圧側のいずれの側においても内周面側に向かう力を受けるため、拡径方向への変形が抑制される。また、シールリングは、環状溝に設けられたテーパ面に対して、エッジ部が摺動する構成が採用されているので、摺動抵抗が増大してしまうことを抑制できる。

前記環状溝に設けられたテーパ面のテーパ角度と、前記シールリングに設けられたテーパ面のテーパ角度との和が略１８０°となるように設計されているとよい。

このように設計することで、軸の軸心を通る切断面で見た場合に、環状溝に設けられたテーパ面に相当する線と、シールリングに設けられたテーパ面に相当する線とのなす角度は略９０°となる。こうすることで、シールリングに設けられたテーパ面に対して作用する圧力によって、シールリングを低圧側に好適に移動させることができ、シールリングに設けられたエッジ部が、環状溝に設けられたテーパ面に対して接した状態を安定的に維持させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、摺動抵抗の増大を抑制しつつ、密封性能の向上を図ることができる。

図１は本発明の実施例１に係るシールリングの一部破断断面図である。 図２は本発明の実施例１に係る密封構造におけるシールリングが装着される部位を示す模式的断面図である。 図３は本発明の実施例１に係る密封構造の模式的断面図である。 図４は本発明の実施例１に係る密封構造における各部の寸法関係を説明するための説明図である。 図５は本発明の実施例２に係る密封構造の模式的断面図である。 図６は従来例に係る密封構造の模式的断面図である。 図７は従来例に係る密封構造の模式的断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１〜図４を参照して、本発明の実施例１に係る密封構造について説明する。本実施例に係る密封構造は、相対的に回転かつ往復移動する軸２０とハウジング３０の軸孔３１との間の環状隙間を、シールリング１０によって封止する構造である。

＜シールリング＞
特に、図１及び図３を参照して、本発明の実施例１に係るシールリング１０について説明する。シールリング１０は、その内周面１１が、軸２０の外周面に対して摺動自在となるように構成されており、シールリング１０の内径と軸２０の外径は略等しくなるように設定されている。また、このシールリング１０の材料としては、ＰＴＦＥの他、ナイロン等の硬質の樹脂材を採用し得る。

そして、シールリング１０における高圧側（Ｈ）の側面１３と外周面１２とのなす角にはテーパ面１５が設けられており、シールリング１０における低圧側（Ｌ）の側面１４と外周面１２とのなす角には面取りを設けていない構成を採用している。すなわち、シールリング１０における高圧側（Ｈ）かつ外周面１２側には、高圧側（Ｈ）に向かって縮径するテーパ面１５が設けられ、シールリング１０における低圧側（Ｌ）かつ外周面１２側にはエッジ部１６が設けられている。

また、本実施例に係るシールリング１０には、周方向の一箇所が切断された切断部（カット部）１７が設けられている。

＜シールリング装着部＞
特に、図２及び図３を参照して、本実施例に係るシールリング１０を装着する装着部について説明する。

本実施例においては、ハウジング３０の軸孔３１内に、軸孔３１と同心的に、軸２０が挿通されている。また、本実施例では、軸２０とハウジング３０は、相対的に回転かつ往復移動するように構成されている。そして、ハウジング３０の軸孔３１の内周には環状溝３２が形成されている。シールリング１０は、この環状溝３２内に装着される。

そして、この環状溝３２における低圧側（Ｌ）の側面は、低圧側（Ｌ）に向かって縮径するテーパ面３２ａによって構成されている。なお、環状溝３２の溝底面３２ｂは、円柱面によって構成されている。

＜各部の寸法関係＞
特に、図４を参照して、各部の寸法関係について説明する。図４はシールリング１０が装着された状態を模式的断面図にて示したものである。

図に示すように、軸２０の外周表面から環状溝３２の溝底面３２ｂまでの距離をＴ、シールリング１０の厚みをｔ、シールリング１０における高圧側（Ｈ）の側面１３の高さをｔ１とすると、
１．１０×ｔ≦Ｔ≦１．２０×ｔ
ｔ１≦０．５×ｔ
を満たすように設計している。

これにより、常に、ｔ≦Ｔの関係を維持させることができ、安定的に、シールリング１０を環状溝３２に装着させることができる。なお、ｔ＞Ｔとなった場合には、つぶし代が生じるため、シールリング１０が環状溝３２内に安定した状態で装着されなくなってしまうおそれがある。

また、環状溝３２の溝幅をＨ、環状溝３２の溝底面３２ｂの幅をＨ１、シールリング１０における内周面１１の幅をｈ、シールリング１０における外周面１２の幅をｈ１とすると、
１．７０×Ｈ１≦Ｈ≦２．００×Ｈ１
１．０５×ｈ≦Ｈ１≦１．１５×ｈ
ｈ１≦０．５×ｈ
を満たすように設計している。

これにより、常に、ｈ≦Ｈ１の関係を維持させることができ、安定的に、シールリング１０を環状溝３２に装着させることができる。なお、ｈ＞Ｈ１となった場合には、つぶし代が生じるため、シールリング１０が環状溝３２内に安定した状態で装着されなくなってしまうおそれがある。

また、環状溝３２におけるテーパ面３２ａのテーパ角度は９０°以上となるように設定している。なお、図４中のテーパ面３２ａと軸２０の外周表面とのなす角度をαとすると、テーパ面３２ａのテーパ角度は２αとなる。従って、図中の角度αが４５°以上となるように設定している。こうすることで、シールリング１０が低圧側（Ｌ）に入り込んでしまうことを抑制することができる。

＜シールリングの動作＞
特に、図３を参照して、使用時におけるシールリング１０の動作について説明する。図３は使用時における本実施例に係る密封構造の模式的断面図である。

本実施例においては、上記のような寸法関係を満たすことからも分かるように、シールリング１０は、環状溝３２内で所定の距離だけ軸方向に移動できるように構成されている。従って、使用状態においては、シールリング１０は、高圧側（Ｈ）の圧力を受けて、低圧側（Ｌ）に移動している。また、高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）に向かう圧力が、シールリング１０におけるテーパ面１５に作用するため、このテーパ面１５に対する圧力により、シールリング１０に対して、高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）に向かう力と、内周面１１側に向かう力が働く。

また、シールリング１０は、そのエッジ部１６が、環状溝３２におけるテーパ面３２ａに対して摺動（シールリング１０とハウジング３０との相対的な回転による摺動）した状態となる。そして、このエッジ部１６は、環状溝３２のテーパ面３２ａからの反作用によって、内周面１１側に向かう力を受ける。

＜本実施例に係る密封構造の優れた点＞
本実施例に係る密封構造によれば、高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）に向かう圧力に基づいて、シールリング１０に対して、テーパ面１５とエッジ部１６において、内周面１１側に向かう力が作用する。すなわち、高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）に向かう圧力に基づいて、シールリング１０における外周面１２側において、高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）のいずれの側においても内周面１１側に向かう力を受ける。従って、遠心力や熱膨張によって、シールリング１０に対して、拡径方向に変形させようとする力が作用しても、拡径方向への変形は抑制される。

また、本実施例においては、シールリング１０は、環状溝３２に設けられたテーパ面３２ａに対して、エッジ部１６が摺動する構成が採用されているので、摺動抵抗が高くなることを抑制でき、トルクの増大を抑制することができる。

ここで、安定的に密封性能を維持させるためには、シールリング１０におけるエッジ部１６が、環状溝３２のテーパ面３２ａに常時接している状態を維持させる必要がある。そのため、軸２０とハウジング３０が相対的に軸方向に移動した場合においても、シールリング１０が、ハウジング３０に対して軸方向に移動しない状態を維持させる必要がある。従って、高圧側（Ｈ）からの圧力によって、シールリング１０が、軸２０に対しては摺動して、環状溝３２内で低圧側（Ｌ）に押し込まれた状態を維持させる必要がある。

かかる状態を安定的に維持させるために、環状溝３２に設けられたテーパ面３２ａのテーパ角度と、シールリング１０に設けられたテーパ面１５のテーパ角度との和が略１８０°となるように設計するとよい。

このように設計することで、図３に示すように、軸２０の軸心（軸孔３１の軸心と一致している）を通る切断面で見た場合に、環状溝３２に設けられたテーパ面３２ａに相当する線と、シールリング１０に設けられたテーパ面１５に相当する線とのなす角度は略９０°となる。なお、図３には、各テーパ面に相当する線の延長線Ｌ１，Ｌ２のなす角度が９０°となっている状態を示している。こうすることで、シールリング１０に設けられたテーパ面１５に対して作用する圧力によって、シールリング１０を低圧側（Ｌ）に好適に移動させることができる。これにより、シールリング１０に設けられたエッジ部１６が、環状溝３２に設けられたテーパ面３２ａに対して接した状態を安定的に維持させることができる。

（実施例２）
図５には、本発明の実施例２が示されている。本実施例においては、シールリングにおける外周面全体がテーパ面で構成された場合を説明する。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。図５は本発明の実施例２に係る密封構造の模式的断面図であり、使用状態における断面を示している。

本実施例に係るシールリング１０ａは、外周面全体が高圧側（Ｈ）に向かって縮径するテーパ面１５ａによって構成されている。これにより、本実施例に係るシールリング１０ａにおいても、上記実施例１の場合と同様に、シールリング１０ａにおける高圧側（Ｈ）かつ外周面側には、高圧側（Ｈ）に向かって縮径するテーパ面１５ａが設けられている。また、このテーパ面１５ａと低圧側（Ｌ）の側面１４とのなす角には面取りが設けられておらず、シールリング１０ａにおける低圧側（Ｌ）かつ外周面側にはエッジ部１６ａが設けられている。

以上のような構成により、本実施例においても、上記実施例１の場合と同様の作用効果を得ることができる。なお、本実施例においては、高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｌ）に向かう圧力に基づいて、シールリング１０ａの外周面全体の部位において、内周面１１側に向かう力が作用する。

（その他）
上記実施例においては、軸２０とハウジング３０が相対的に回転かつ往復移動する場合の構成を示したが、本発明は軸とハウジングが相対的に回転し、往復移動はしない場合や、往復移動はするが回転はしない場合にも適用し得る。また、上記実施例１では、切断部
（カット部）が設けられる場合を示したが、本発明は切断部がないシールリングにも適用し得る。

１０，１０ａ シールリング
１１ 内周面
１２ 外周面
１３ （高圧側）側面
１４ （低圧側）側面
１５，１５ａテーパ面
１６，１６ａ エッジ部
１７ 切断部
２０ 軸
３０ ハウジング
３１ 軸孔
３２ 環状溝
３２ａ テーパ面
３２ｂ 溝底面

Claims (2)

1. 軸孔を有するハウジングと、
   前記軸孔内に該軸孔と同心的に挿通された状態で配置され、かつ前記ハウジングに対して相対的に移動する軸と、
   前記軸孔の内周に形成された環状溝内に配置され、前記軸と軸孔との間の環状隙間を封止するシールリングと、
   を備える密封構造において、
   前記シールリングは、その内周面が前記軸の外周面に対して摺動自在に配置されて、前記環状溝内で軸方向に移動可能に設けられると共に、
   前記環状溝における低圧側には、低圧側に向かって縮径するテーパ面が設けられ、
   前記シールリングにおける高圧側かつ外周面側には、高圧側に向かって縮径するテーパ面が設けられ、かつ該シールリングにおける低圧側かつ外周面側には、前記環状溝におけるテーパ面に対して摺動可能に接触するエッジ部が設けられていることを特徴とする密封構造。
2. 前記環状溝に設けられたテーパ面のテーパ角度と、前記シールリングに設けられたテーパ面のテーパ角度との和が略１８０°となるように設計されていることを特徴とする請求項１に記載の密封構造。

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