JP2017078503A

JP2017078503A - シール構造およびシール部材

Info

Publication number: JP2017078503A
Application number: JP2015208084A
Authority: JP
Inventors: 健二村岡; Kenji Muraoka
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2017-04-27

Abstract

【課題】長期間に亘って確実にシール性を確保し、シール性の向上を図ることができるシャフトのシール構造およびシール部材を提供する。
【解決手段】円錐台形状に構成され、下底側端部１１に形成される第一開口部１１ａと、上底側端部１２に形成される第二開口部１２ａと、側面部１３の重複部１４と、を備え、重複部１４における重ね合わせ幅Ｈ１・Ｈ２を調整することによって、第一開口部１１ａの外径Ｄ１と第二開口部１２ａの内径Ｄ２を調整可能に構成したシール部材１０を用いて、シール部材１０を、下底側端部１１側から凹部２ａに嵌め入れるとともに外径Ｄ１を調整して、凹部２ａの底部２ｄと内周面２ｃに下底側端部１１の角部１１ｂ・１１ｃを線接触させ、シャフト３を、シール部材１０の第一開口部１１ａと第二開口部１２ａおよびシャフト孔２ｂに挿通し、上底側端部１２の内径Ｄ２を調整して、上底側端部１２の角部１２ｂをシャフト３に線接触させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ケーシングと、該ケーシングを貫通するシャフトの隙間を封止するためのシール構造およびシール部材の技術に関する。

例えば、バルブ等のようにシャフトがケーシングを貫通する構造を有する装置では、シャフトの貫通部において、シール性を確保することが重要である。
シャフトの貫通部におけるシール性を確保するための一般的な方法としては、従来、図６に示すようなラビリンスシール５１を用いる方法がある。
ケーシング２とシャフト３が備えられる構成のバルブ５０において、ケーシング２とシャフト３の間に存在する隙間を封止するために、リング状のシール部材を複数重ねたラビリンスシール５１を配置する構成が一般的に採用される。

しかしながら、図６に示すようなラビリンスシール５１を用いる構成では、ラビリンスシール５１とケーシング２およびシャフト３の間には隙間が設定されているため、その隙間から流体（例えば、ガス）が漏れ出ることが避けられなかった。

そこで、シャフト貫通部のシール性を高めるための技術が種々検討されており、例えば、シャフト貫通部のシール性を向上させるための技術としては、特許文献１に示すものが知られている。

特許文献１に示された技術は、Ｃ型形状を有したシールリング（所謂、Ｃ型シールリング）を用いるものであり、Ｃ型シールリングの大きさを調整することで、Ｃ型形状の切れ目（合口）の隙間をできる限り小さくして、これにより、合口からの漏れを防止してシャフト貫通部のシール性を向上させる構成としている。

特開２０１２−４２００５号公報

しかしながら、Ｃ型シールリングは、変形や膨張等することによってＣ型形状の切れ目（合口）に隙間が生じる場合があるため、シャフト貫通部のシール性を確実に確保することが困難であった。また、ラビリンスシールは、使用期間が長くなると摩耗が生じ、隙間が大きくなることでよりシール性が悪化するという問題があった。
このため、長期間に亘って確実にシール性を確保し、シール性の向上を図ることができるシール構造およびこれを実現するシール部材の開発が望まれていた。

本発明は、斯かる現状の課題に鑑みてなされたものであり、長期間に亘って確実にシール性を確保し、シール性の向上を図ることができるシール構造およびシール部材を提供することを目的としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、本発明に係るシャフトのシール構造は、ケーシングと、該ケーシングを貫通するシャフトの隙間を封止するためのシール構造であって、外周側に第一の円弧と内周側に第二の円弧を有する略扇型の金属板を、前記第一の円弧が略円形を形成し、かつ、前記第二の円弧が略円形を形成するように湾曲させて、かつ、前記略扇型の金属板の周方向における両端部を重ね合わせて円錐台形状に構成し、前記第一の円弧からなる略円形の第一開口部が形成される下底側端部と、前記第二の円弧からなる略円形の第二開口部が形成される上底側端部と、前記下底側端部と前記上底側端部を繋ぐ側面部と、前記側面部において、前記略扇型の金属板の周方向における両端部を重ね合わせてなる重複部と、を備え、前記重複部の重ね合わせ幅を変更することによって、前記下底側端部の外径と前記上底側端部の内径を調整可能に構成したシール部材を用いて、前記ケーシングの内側に、円柱状の空隙部たる凹部が形成されており、前記凹部に、前記シャフトを挿通するためのシャフト孔が形成されており、前記シール部材が、前記下底側端部側から前記凹部に嵌め入れられており、前記重複部の重ね合わせ幅が変更されることによって前記下底側端部の外径が調整され、前記凹部の底部と内周面に前記下底側端部が線接触されるとともに、前記シャフトが、前記凹部に配置された前記シール部材の前記第一開口部と前記第二開口部および前記シャフト孔に挿通されており、前記重複部の重ね合わせ幅が変更されることによって前記上底側端部の内径が調整され、前記上底側端部が前記シャフトに線接触されるものである。

また、本発明に係るシール部材は、ケーシングと、該ケーシングを貫通するシャフトの隙間を封止するためのシール部材であって、外周側に第一の円弧と内周側に第二の円弧を有する略扇型の金属板を、前記第一の円弧が略円形を形成し、かつ、前記第二の円弧が略円形を形成するように湾曲させて、かつ、前記略扇型の金属板の周方向における両端部を重ね合わせて円錐台形状に構成し、前記第一の円弧からなる略円形の第一開口部が形成される下底側端部と、前記第二の円弧からなる略円形の第二開口部が形成される上底側端部と、前記下底側端部と前記上底側端部を繋ぐ側面部と、前記側面部において、前記略扇型の金属板の周方向における両端部を重ね合わせてなる重複部と、を備え、前記重複部の重ね合わせ幅を変更することによって、前記下底側端部の外径と前記上底側端部の内径を調整可能に構成され、前記ケーシングの内側に形成された円柱状の空隙部たる凹部に、前記下底側端部側から嵌め入れられて、前記凹部の底部と内周面に前記下底側端部が線接触され、かつ、前記凹部に形成されたシャフト孔と前記第一開口部と前記第二開口部に前記シャフトが挿通されて、前記上底側端部が前記シャフトに線接触されるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

本発明に係るシール構造およびシール部材によれば、より確実にシール性を確保することができ、これにより、シャフト貫通部におけるシール性の向上を図ることができる。

本発明の一実施例に係るシール構造を示す断面模式図。本発明の一実施例に係るシール部材を示す図、（ａ）上底部側からみた模式図、（ｂ）図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図。本発明の一実施例に係るシール部材を示す斜視模式図。シール部材の基になる略扇型の金属板を示す模式図。本発明の一実施例に係るシール部材の挙動（バルブ内の圧力が上昇した場合）の説明図。従来のシール構造（ラビリンスシールを用いる場合）を示す断面模式図。

次に、発明の実施の形態を説明する。

本発明の一実施形態に係るシール構造について、図１を用いて説明する。
図１に示す如く、本発明の一実施形態に係るシール構造は、バルブ１を構成するケーシング２とシャフト３の間に存在する隙間のシール構造であり、その隙間を封止するためにシール部材１０を用いる構成としている。
本実施形態に示すバルブ１は、所謂ＥＧＲバルブとして用いられるものであり、バルブ１には、高温かつ高圧の排気ガスが流通する。

図１に示す如く、ケーシング２は、バルブ１が備える図示しない弁体を被装するとともに、流体（本実施形態では排気ガス）が流通する流路を形成する部材である。
ケーシング２には、シール部材１０を嵌入させるための凹部２ａが形成されており、該凹部２ａにおいて、シャフト３を挿通するためのシャフト孔２ｂが形成されている。
凹部２ａは、略円柱状の空隙部たる凹みであり、本実施形態では、その円柱の軸心位置とシャフト孔２ｂの円の中心を一致させている。

シャフト３は、バルブ１が備える図示しない弁体を軸支するための部材であり、シャフト孔２ｂに挿通され、図示しない支持部材（メタル軸受等）によって軸回りに回転可能に支持されている。

そして、本発明の一実施形態に係るシャフト３のシール構造では、ケーシング２とシャフト３の間に存在する隙間を、シール部材１０によって封止する構成としている。

ここで、シール部材１０の構成について、図２〜図４を用いて説明する。
図２（ａ）（ｂ）および図３に示す如く、シール部材１０は、略円錐台状の形状を有する金属製の部材であり、下底側端部１１、上底側端部１２、側面部１３を備えている。
下底側端部１１は、円錐台状の形状を有するシール部材１０における「下底」に対応する側の端部であり、上底側端部１２は、円錐台状の形状を有するシール部材１０における「上底」に対応する側の端部である。尚、本実施形態では、円錐台形状における先細り側の端部を「上底」と呼び、先太り側の端部を「下底」と呼ぶ。

また、図２（ａ）（ｂ）および図３に示す如く、シール部材１０は、下底側端部１１において、略円形の第一開口部１１ａが形成されており、上底側端部１２において、略円形の第二開口部１２ａが形成されている。

さらに、シール部材１０は、側面部１３において、金属板が重ね合わせられた部位である重複部１４が形成されている。尚、本実施形態では、重複部１４の重ね合わせ幅を、外周側端部の重ね合わせ幅Ｈ１と、内周側端部の重ね合わせ幅Ｈ２によって規定する。
尚、重ね合わせ幅Ｈ１は、下底側端部１１における金属板の各端部の距離であり、重ね合わせ幅Ｈ２は、上底側端部１２における金属板の各端部の距離である。

このような形状を有するシール部材１０は、図４に示すような外周側に第一の円弧５ａと内周側に第二の円弧５ｂを有する略扇型の金属板５を用いて、第一の円弧５ａが略円形になり、かつ、第二の円弧５ｂが略円形になるように湾曲させて、さらに、略扇型の金属板の周方向における両端部５ｃ・５ｄを重ね合わせて円錐台状に構成することによって製造することができる。尚、シール部材１０の製造に際しては、例えば、プレス成形等の手法を併用しても良い。

そして、このような構成のシール部材１０では、重複部１４の重ね合わせ幅Ｈ１・Ｈ２を変更することによって、下底側端部１１（即ち、第一開口部１１ａ）と上底側端部１２（即ち、第二開口部１２ａ）の大きさを調整することができ、より詳しくは、下底側端部１１の外径Ｄ１と上底側端部１２の内径Ｄ２を調整することができる。
尚、重複部１４においては内周側および外周側に段差が発生するが、シール性を確保するためには、このような段差はできる限り小さくすることが好ましい。このため、シール部材１０を構成する略扇型の金属板は、周方向における両端部を、端に向かって厚みが小さくなるように傾斜させることが好ましい。

次に、シール部材１０の配置状況および挙動について、図５を用いて説明する。
図５に示す如く、シール部材１０は、重複部１４の重ね合わせ幅Ｈ１・Ｈ２を調整して、下底側端部１１の外径Ｄ１を凹部２ａの内周面２ｃの内径に一致させて、該下底側端部１１側から凹部２ａに嵌め込んで配置される。

凹部２ａに嵌め込まれたシール部材１０は、下底側端部１１の角部１１ｂ・１１ｃが、凹部２ａの内周面２ｃと底部２ｄに対してそれぞれ、１周以上の周長に亘って連続して線接触させるように構成しており、バルブ１では、角部１１ｂ・１１ｃが線接触する部位において２重の気密ラインが形成されている。

また、凹部２ａに配置されたシール部材１０には、シャフト３が挿通されている。
シャフト３は、シャフト孔２ｂおよび第二開口部１２ａと第一開口部１１ａに挿通されており、シール部材１０の上底側端部１２の外径Ｄ２がシャフト３の外径に一致し、上端側端部１２の角部１２ｂが外周面３ａに接するように、重複部１４の重ね合わせ幅Ｈ１・Ｈ２を調整している。

シール部材１０は、上底側端部１２の角部１２ｂが、シャフト３の外周面３ａに対して、１周以上の周長に亘って連続して線接触させるように構成しており、バルブ１では、角部１２ｂが線接触する部位において気密ラインが形成されている。

このようにシール部材１０を用いたバルブ１のシール構造では、下底側端部１１側でシール部材１０とケーシング２のシール性を確保し、上底側端部１２側でシール部材１０とシャフト３のシール性を確保することができるため、ケーシング２とシャフト３の間に存在する隙間のシール性を確実に確保することができる。

また、バルブ１内の圧力が高まると、シール部材１０には、図５に示すような力Ｆが作用する。力Ｆは、側面部１３に対して垂直な力である。
本発明に係るシール構造において、シール部材１０は、下底側端部１１側から凹部２ａに嵌め入れられているため、バルブ１の内側から外側に向かって拡径する傾斜を有している。このため、シール部材１０に力Ｆが作用したときには、その傾斜方向に沿って、力Ｆの分力ｆ１・ｆ２が生じる。

分力ｆ１は、上底側端部１２の角部１２ｂをシャフト３の外周面３ａにより強く押圧することに寄与するとともに、第二開口部１２ａを絞るように作用する。
また、分力ｆ２は、下底側端部１１の角部１１ｃを底部２ｄにより強く押圧することに寄与する。

このため、シール部材１０に力Ｆが作用したときにおいて、上底側端部１２は、第二開口部１２ａが絞られるように重複部１４の重ね合わせ幅Ｈ２が変更され、上底側端部１２とシャフト３の外周面３ａとのシール性がより高められる。
また、シール部材１０は、力Ｆが作用したときに、下底側端部１１は、凹部２ａの底部２ｄにより強く押圧されることとなるため、下底側端部１１と凹部２ａとのシール性がより高められる。

また、シール部材１０は、使用期間が長くなって摩耗が生じたとしても、力Ｆの作用によって、上底側端部１２の第二開口部１２ａが絞られるように重複部１４の重ね合わせ幅Ｈ２が変更されるため、シール部材１０とシャフト３のとの間の隙間が自然に解消され、長期間に亘って確実にシール性を確保することができる。例えば、ラビリンスシールを用いた場合には、摩耗によってシール性が少しずつ悪化していくのに対し、シール部材１０を用いた場合には、シール部材１０が摩耗したとしても、シール部材１０において重複部１４が存在し、シール部材１０が、シャフト３の軸方向視において、シャフト３と凹部２ａの間の空間を埋めうる投影面積を有する限り、長期間に亘って確実にシール性を確保することができる。
即ち、シール部材１０は、ラビリンスシール等の従来のシール部材に比して長寿命であるという特徴を有している。

さらに、シール部材１０は、力Ｆが作用したときに、重複部１４では、金属板５の両端部５ｃ・５ｄ（図４参照）同士がさらに強く押圧されることとなるため、重複部１４におけるシール性がより高められる。

即ち、シール部材１０を用いたバルブ１のシール構造では、簡易な構成でありながら、バルブ１内の圧力が高まるほど、よりシール性が高くなるという特徴を有している。

また、シール部材１０は、シャフト３の挙動に合わせて、重複部１４の重ね合わせ幅Ｈ１・Ｈ２が適宜変更されるため、シャフト３の芯ずれにも対応することができ、シャフト３に若干の芯ずれが生じた場合でもシール性を確保することができる。

即ち、本発明の一実施形態に係るシール構造は、ケーシング２と、該ケーシング２を貫通するシャフト３の隙間を封止するためのシール構造であって、外周側に第一の円弧５ａと内周側に第二の円弧５ｂを有する略扇型の金属板５を、第一の円弧５ａが略円形を形成し、かつ、第二の円弧５ｂが略円形を形成するように湾曲させて、かつ、金属板５の周方向における両端部５ｃ・５ｄを重ね合わせて円錐台形状に構成し、第一の円弧５ａからなる略円形の第一開口部１１ａが形成される下底側端部１１と、第二の円弧５ｂからなる略円形の第二開口部１２ａが形成される上底側端部１２と、下底側端部１１と上底側端部１２を繋ぐ側面部１３と、側面部１３において、金属板５の周方向における両端部５ｃ・５ｄを重ね合わせてなる重複部１４と、を備え、重複部１４の重ね合わせ幅Ｈ１・Ｈ２を調整することによって、下底側端部１１の外径Ｄ１と上底側端部１２の内径Ｄ２を調整可能に構成したシール部材１０を用いて、ケーシング２の内側に、円柱状の空隙部たる凹部２ａが形成されており、凹部２ａに、シャフト３を挿通するためのシャフト孔２ｂが形成されており、シール部材１０が、下底側端部１１側から凹部２ａに嵌め入れられており、重複部１４の重ね合わせ幅Ｈ１・Ｈ２が変更されることによって下底側端部１１の外径Ｄ１が調整され、凹部２ａの底部２ｄと内周面２ｃに下底側端部１１の角部１１ｂ・１１ｃが線接触されるとともに、シャフト３が、凹部２ａに配置されたシール部材１０の第一開口部１１ａと第二開口部１２ａおよびシャフト孔２ｂに挿通されており、重複部１４の重ね合わせ幅Ｈ１・Ｈ２が変更されることによって上底側端部１２の内径Ｄ２が調整され、上底側端部１２の角部１２ｂがシャフト３に線接触されるものである。

また、本発明の一実施形態に係るシール部材１０は、ケーシング２と、該ケーシング２を貫通するシャフト３の隙間を封止するための部材であって、外周側に第一の円弧５ａと内周側に第二の円弧５ｂを有する略扇型の金属板５を、第一の円弧５ａが略円形を形成し、かつ、第二の円弧５ｂが略円形を形成するように湾曲させて、かつ、金属板５の周方向における両端部５ｃ・５ｄを重ね合わせて円錐台形状に構成し、第一の円弧５ａからなる略円形の第一開口部１１ａが形成される下底側端部１１と、第二の円弧５ｂからなる略円形の第二開口部１２ａが形成される上底側端部１２と、下底側端部１１と上底側端部１２を繋ぐ側面部１３と、側面部１３において、金属板５の周方向における両端部５ｃ・５ｄを重ね合わせてなる重複部１４と、を備え、重複部１４の重ね合わせ幅Ｈ１・Ｈ２を調整することによって、下底側端部１１の外径Ｄ１と上底側端部１２の内径Ｄ２を調整可能に構成され、ケーシング２の内側に形成された円柱状の空隙部たる凹部２ａに、下底側端部１１側から嵌め入れられて、凹部２ａの底部２ｄと内周面２ｃに下底側端部１１の角部１１ｂ・１１ｃが線接触され、かつ、凹部２ａに形成されたシャフト孔２ｂと第一開口部１１ａと第二開口部１２ａにシャフト３が挿通されて、上底側端部１２の角部１２ｂがシャフト３に線接触されるものである。

このような構成のシャフト３のシール構造およびシール部材１０によれば、長期間に亘って確実にシール性を確保することができ、これにより、シャフト３の貫通部におけるシール性の向上を図ることができる。

尚、本実施形態では、ＥＧＲバルブたるバルブ１を例示しているが、バルブ１に流通する流体は、排気ガス（気体）には限定されず、本発明の一実施形態に係るシャフト３のシール構造およびシール部材１０は、気体以外（例えば、液体）を扱うバルブにおいても適用することができる。

１バルブ
２ケーシング
２ａ凹部
２ｂシャフト孔
３シャフト
５金属板
５ａ第一の円弧
５ｂ第二の円弧
５ｃ端部
５ｄ端部
１０シール部材
１１下底部
１１ａ第一開口部
１２上底部
１２ａ第二開口部
１３側面部
１４重複部

Claims

ケーシングと、該ケーシングを貫通するシャフトの隙間を封止するためのシール構造であって、
外周側に第一の円弧と内周側に第二の円弧を有する略扇型の金属板を、前記第一の円弧が略円形を形成し、かつ、前記第二の円弧が略円形を形成するように湾曲させて、かつ、前記略扇型の金属板の周方向における両端部を重ね合わせて円錐台形状に構成し、
前記第一の円弧からなる略円形の第一開口部が形成される下底側端部と、
前記第二の円弧からなる略円形の第二開口部が形成される上底側端部と、
前記下底側端部と前記上底側端部を繋ぐ側面部と、
前記側面部において、前記略扇型の金属板の周方向における両端部を重ね合わせてなる重複部と、
を備え、
前記重複部の重ね合わせ幅を変更することによって、前記下底側端部の外径と前記上底側端部の内径を調整可能に構成したシール部材を用いて、
前記ケーシングの内側に、円柱状の空隙部たる凹部が形成されており、
前記凹部に、前記シャフトを挿通するためのシャフト孔が形成されており、
前記シール部材が、
前記下底側端部側から前記凹部に嵌め入れられており、前記重複部の重ね合わせ幅が変更されることによって前記下底側端部の外径が調整され、前記凹部の底部と内周面に前記下底側端部が線接触されるとともに、
前記シャフトが、
前記凹部に配置された前記シール部材の前記第一開口部と前記第二開口部および前記シャフト孔に挿通されており、前記重複部の重ね合わせ幅が変更されることによって前記上底側端部の内径が調整され、前記上底側端部が前記シャフトに線接触される、
シール構造。
ケーシングと、該ケーシングを貫通するシャフトの隙間を封止するためのシール部材であって、
外周側に第一の円弧と内周側に第二の円弧を有する略扇型の金属板を、前記第一の円弧が略円形を形成し、かつ、前記第二の円弧が略円形を形成するように湾曲させて、かつ、前記略扇型の金属板の周方向における両端部を重ね合わせて円錐台形状に構成し、
前記第一の円弧からなる略円形の第一開口部が形成される下底側端部と、
前記第二の円弧からなる略円形の第二開口部が形成される上底側端部と、
前記下底側端部と前記上底側端部を繋ぐ側面部と、
前記側面部において、前記略扇型の金属板の周方向における両端部を重ね合わせてなる重複部と、
を備え、
前記重複部の重ね合わせ幅を変更することによって、前記下底側端部の外径と前記上底側端部の内径を調整可能に構成され、
前記ケーシングの内側に形成された円柱状の空隙部たる凹部に、前記下底側端部側から嵌め入れられて、前記凹部の底部と内周面に前記下底側端部が線接触され、かつ、
前記凹部に形成されたシャフト孔と前記第一開口部と前記第二開口部に前記シャフトが挿通されて、前記上底側端部が前記シャフトに線接触される、
シール部材。