JP2019210956A - シールアセンブリ及びこれを用いた三角溝シール - Google Patents

Abstract

【課題】温度条件の変化に伴うＯリングの繰り返しの変形を防止すること。【解決手段】三角溝シール１０１は、受け側部材１１１に設けた軸方向に沿う軸方向面１１４と軸Ａから放射方向に延びるスラスト面１１５とに対して、加圧側部材１３１に設けた傾斜面１３２を対面させて断面三角形形状のシール溝１２１を形成し、シール溝１２１に収納されて三面１１４，１１５，１３２に密接するＯリング１５１によって受け側部材１１１と加圧側部材１３１との間をシールし、スラスト面１１５と傾斜面１３２との間に生ずる隙間Ｇへ入り込んでしまわないように内周面１７２でＯリング１５１を受けるバックアップリング１７１を設け、このバックアップリング１７１の内周面１７２を上部受け面１７２ａと下部受け面１７２ｂとからなる断面凹面形状に形成し、間隙を生じさせることなく、あるいは極力間隙の大きさが小さくなるようにＯリング１５１を受けるようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、断面三角形形状のシール溝内に収納したＯリングによって複数の部材の間をシールするシールアセンブリ、及びこれを用いたい三角溝シールに関する。

従来、例えば特許文献１に記載されているように、互いに対面する二つの部材の間に形成される断面三角形形状のシール溝内にＯリングを収納し、これらの部材の間をシールするようにした三角溝シールが知られている（文献１の第４図参照）。同種の三角溝シールは特許文献２にも記載されており、こちらは三つの部材を互いに対面させてシール溝を形成している（文献２の図３参照）。

図３は、この種の三角溝シールの一例を示している。この三角溝シールは、特許文献１に記載されている三角溝シールと同様に、二つの部材の間にシール溝を形成した一例である。つまり軸Ａに対して内周側に位置づけられる一方の部材１１と、外周側に位置づけられるもう一方の部材３１との間に、断面三角形形状のシール溝２１を形成している。

部材１１は、軸Ａを取り囲む基体１２を備え、その上面に、軸Ａと同心上に筒状部１３を突出させている。筒状部１３の外周面は、軸Ａと平行な垂直面１４となっている。基体１２の上面は、軸Ａに対して直交する水平面１５となっている。これらの垂直面１４と水平面１５とは、断面Ｌ字形状をなしている。

部材３１は、部材１１の筒状部１３を外周側から覆う筒形形状を有しており、内周側の縁部に傾斜面３２を形成している。傾斜面３２は、垂直面１４及び水平面１５のいずれにも傾斜して対面している。したがってこれらの三面、つまり垂直面１４、水平面１５、及び傾斜面３２によって囲まれた空間は、断面三角形形状をなす環状のシール溝２１となっている。

シール溝２１には、Ｏリング５１が収納されている。Ｏリング５１は、その内径を筒状部１３の外径とほぼ一致させ、筒状部１３に嵌め込まれている。この状態で一方の部材１１にもう一方の部材３１を装着すると、水平面１５に近接する傾斜面３２がＯリング５１を押し潰す。Ｏリング５１はシール溝２１内で加圧されて弾性変形し、二つの部材１１，３１の間をシールする。

実開昭６１−７７４６８号公報 特表２００９−５００５８０号公報

三角溝シールにおいては、Ｏリングに対する加圧力が常に均一になるように管理することはほとんど不可能である。温度条件の変化に伴う熱膨張及び熱収縮によってＯリングに対する加圧力が変動してしまうからである。

その一方で、複数の部材の間をＯリングによってシールするという三角溝シールの構造上、シール対象となる部材の間には隙間が形成される（例えば図３中の隙間Ｇ）。このため高温環境下になってＯリングに対する加圧力が通常時よりも上昇したとき、隙間にＯリングの一部が入り込み、損傷や欠損などを生じさせてしまうことがある。

そこで特許文献１、２には、Ｏリングが入り込む隙間を塞ぐように、シール溝の隅にバックアップリングを配置するようにした構成例が示されている（文献１の第１図、文献２の図３参照）。

図５は、バックアップリングを設けた三角溝シールの一例を示している。バックアップリング７１は断面三角形形状を有する環状部材であり、隙間Ｇを形成するシール溝２１内の二面、つまり水平面１５と傾斜面３２とに密接する二つの面７１ａ，７１ｂを有し、残りの一面７１ｃでＯリング５１を受けている。これによって隙間Ｇが塞がれ、Ｏリング５１が隙間Ｇに入り込んでしまうという問題が解消される。

ところが図５に例示するように、バックアップリング７１をシール溝２１内に配置すると、その一面７１ｃとＯリング５１との間に間隙Ｖが生ずる。このためＯリングに対する加圧力が通常時よりも上昇した場合、間隙Ｖの分だけ、Ｏリング５１に変形の余地を与えてしまうことになる。問題なのは、このような変形は温度条件に依存するために繰り返し生じ、Ｏリング５１に摩耗を生じさせてしまうことである。Ｏリング５１の摩耗は損傷や欠損の原因となるため、その防止策が求められる。

本発明の課題は、温度条件の変化に伴うＯリングの繰り返しの変形を防止することである。

本発明のシールアセンブリは、互いに対面する複数個のシール対象となる部材に設けられた軸方向に沿う軸方向面、軸から放射方向に延びるスラスト面、及びこれらの軸方向面及びスラスト面に対して傾斜して対面する傾斜面の三面を有する断面三角形形状をした環状のシール溝に収納され、前記三面に密接して個々の前記部材の間をシールするＯリングと、鋭角をなして隣接する前記スラスト面と前記傾斜面とに密接し、前記Ｏリングを断面凹面形状の内周面で受け止めるバックアップリングと、を備えることによって上記課題を解決する。

本発明の三角溝シールは、軸方向に沿う軸方向面と軸から放射方向に延びるスラスト面とを有する受け側部材と、前記内周側部材に対して軸方向上で近接し、断面三角形形状をした環状のシール溝を形成するように前記軸方向面と前記スラスト面とに傾斜して対面する傾斜面を有する加圧側部材と、前記シール溝に収納され、このシール溝内の三面に密接して前記受け側部材と前記加圧側部材との間をシールするＯリングと、鋭角をなして隣接する前記スラスト面と前記傾斜面とに密接し、前記Ｏリングを断面凹面形状の内周面で受け止めるバックアップリングと、を備えることによって上記課題を解決する。

本発明によれば、バックアップリングはＯリングを断面凹面形状の内周面で受け止めるため、内周面とＯリングとの間の密接面積を増大させて両者間に生ずる間隙を小さくし、あるいはなくすことができ、したがって温度条件の変化に伴うＯリングの繰り返しの変形を防止し、摩耗による損傷や欠損からＯリングを保護することができる。

実施の一形態を示す三角溝シールの縦断正面図。 三角溝シールを分解して示す縦断正面図。 三角溝シールの従来の一例を示す縦断正面図 Ｏリングが隙間に入り込んでいる状態を示す縦断正面図。 バックアップリングを設けた三角溝シールの従来の一例を示す縦断正面図。

実施の一形態を図１及び図２に基づいて説明する。本実施の形態は、二つの部材の間を断面三角形形状のシール溝に収納したＯリングでシールする三角溝シール、及びこの三角溝シールに用いるシールアセンブリである。

三角溝シール１０１がシール対象としている二つの部材は、軸Ａを中心とする円筒形状のもので、受け側部材１１１と加圧側部材１３１とからなる。

受け側部材１１１は、軸Ａを取り囲む基体１１２を備え、その上面に、軸Ａと同心上に筒状部１１３を一体に突出させている。筒状部１１３は、基体１２と連続する軸孔１１３ａを中心に有する円筒形状の部材であり、外周面に軸方向面１１４を形成している。軸方向面１１４は、軸方向に沿って軸Ａと平行になっている。基体１１２は、筒状部１１３よりも外周方向に拡がった輪郭を有しており、上面に平坦なスラスト面１１５を形成している。スラスト面１１５は、軸Ａに対して直交している。したがって軸方向面１１４とスラスト面１１５とは断面Ｌ字形状に形成され、直角をなしている。

加圧側部材１３１は、受け側部材１１１の筒状部１１３を外周側から覆う筒形形状を有している。したがって加圧側部材１３１の内周面１３１ａは、筒状部１１３の軸方向面１１４よりも大径に形成されている。加圧側部材１３１は、内周側の縁部に傾斜面１３２を形成している。傾斜面１３２は、受け側部材１１１の軸方向面１１４及びスラスト面１１５のいずれに対しても、傾斜して対面している。したがってこれらの三面、つまり軸方向面１１４、スラスト面１１５、及び傾斜面１３２によって囲まれた空間は、断面三角形形状をなす環状のシール溝１２１を構成している。

図２に示すように、本実施の形態の三角溝シール１０１は、Ｏリング１５１とバックアップリング１７１とからなるシールアセンブリＳＡをシール溝１２１の内部に配置し、受け側部材１１１と加圧側部材１３１との間をシールしている。受け側部材１１１のスラスト面１１５には帯状溝１１６が形成されており、バックアップリング１７１はこの帯状溝１１６内で位置決めされる。

Ｏリング１５１は、ゴム状弾性体によって形成された断面真円形状の環状部材である。Ｏリング１５１の内径は、筒状部１１３の外径とほぼ一致している。したがってＯリング１５１は、筒状部１１３に嵌り合った状態でシール溝１２１内に収納される。シール溝１２１内に収納されたとき、Ｏリング１５１は三面、つまり軸方向面１１４とスラスト面１１５と傾斜面１３２との間で押し潰され、受け側部材１１１と加圧側部材１３１との間をシールし得るようにその直径を定められている。

バックアップリング１７１は、断面にしたとき、外周側の二つの隅部を直角に形成し、内周側を凹面形状とする例えば樹脂によって形成された環状部材である。

バックアップリング１７１の内周側、つまり内周面１７２の断面凹面形状は、鈍角をなす二面によって形成されている。二面のうちの一方は、バックアップリング１７１の上方側に位置する上部受け面１７２ａ、もう一方は下方側に位置する下部受け面１７２ｂである。上部受け面１７２ａは、軸Ａと平行をなしている。下部受け面１７２ｂは、下方に向かうにしたがい軸Ａに近付く方向にすぼまる傾斜形状をなしている。これらの上部受け面１７２ａ及び下部受け面１７２ｂからなる内周面１７２は、シール溝１２１内で加圧されたＯリング１５１を受け止める。

バックアップリング１７１は、上部受け面１７２ａの形成領域だけ内周側の縁部を上面から盛り上がらせ、この盛り上がり部分の外周側をテーパー面１７３としている。テーパー面１７３は、加圧側部材１３１の傾斜面１３２に密接する角度で形成されている。

図１に示すように、バックアップリング１７１は、シール溝１２１内に据え付けられた状態で、受け側部材１１１のスラスト面１１５に下面を密接させ、加圧側部材１３１の下面及び傾斜面１３２にそれぞれ上面及びテーパー面１７３を密接させる。このときバックアップリング１７１は、スラスト面１１５に形成された帯状溝１１６に嵌り込む。帯状溝１１６は、軸Ａと同心円上に形成された窪みであり、その範囲を、筒状部１１３の外周面の位置からバックアップリング１７１の外径に一致する位置までの領域に定めている。

したがってバックアップリング１７１は帯状溝１１６に嵌り込むことによって位置決めされるので、上下から挟み込まれるような加圧力を受けて径を拡大する方向へ変位しようとするとき、その変位が帯状溝１１６の外周側の内面によって規制される。したがって帯状溝１１６の外周側の内面は、軸から遠ざかる方向への前記バックアップリングの移動を規制する規制部１１７となる。

このような構成において、三角溝シール１０１を組み立てるには、図２に示すように、受け側部材１１１と加圧側部材１３１との間に形成されるシール溝１２１に、シールアセンブリＳＡを収納する。

つまり受け側部材１１１の帯状溝１１６にバックアップリング１７１を嵌め込み、筒状部１１３を貫通させるようにＯリング１５１を装着し、このＯリング１５１をバックアップリング１７１の内周面１７２に嵌め込む。この状態で受け側部材１１１に加圧側部材１３１を装着すると、図１に示すように、Ｏリング１５１は加圧側部材１３１の傾斜面１３２に押圧されて押し潰され、シール溝１２１内の三面、つまり軸方向面１１４とスラスト面１１５と傾斜面１３２とに密接する。これによって受け側部材１１１と加圧側部材１３１との間がシールされる。

図１に示すように、Ｏリング１５１によってシールされた受け側部材１１１と加圧側部材１３１との間には隙間Ｇが生ずる。その一方で、三角溝シール１０１では、温度条件の変化に伴い各部に熱膨張及び熱収縮が生ずるため、Ｏリング１５１に対する加圧力が変動する。高温環境下では加圧力が高まるため、Ｏリング１５１は変形の度合いを増し、隙間Ｇに入り込もうとする。これに対して本実施の形態では、バックアップリング１７１が隙間Ｇを塞ぐため、隙間Ｇに対するＯリング１５１の入り込みを防止することができる。

このときＯリング１５１は、バックアップリング１７１の鈍角をなす二面（上部受け面１７２ａ，下部受け面１７２ｂ）によって形成された断面凹面形状の内周面１７２で受け止められるため、内周面１７２が平面形状であるものとの比較において、内周面１７２との間の密接面積を増大させる。その結果Ｏリング１５１は、内周面１７２に全面的に密接し、内周面１７２との間に間隙（図５中の間隙Ｖ参照）を形成しない。あるいは間隙が形成されたとしても、その大きさを小さくすることができる。これによって温度条件が変化する毎に間隙内で繰り返し生ずるＯリング１５１の変形を防止することができ、繰り返しの変形による摩耗の発生、このような摩耗による損傷や欠損からＯリング１５１を保護することができる。

本実施の形態では、バックアップリング１７１の内周面１７２は、断面凹面形状を形成する鈍角をなす二面（上部受け面１７２ａ，下部受け面１７２ｂ）を有している。したがって簡単な構成で内周面１７２に断面凹面形状を与えることができ、設計や製造の容易化を図ることができる。しかも組立時にＯリング１５１が最初に接触する上部受け面１７２ａ側は、軸Ａと平行な垂直面となっているので、Ｏリング１５１の装着の邪魔にならず、その作業性を良好に維持することができる。

高温環境下では、Ｏリング１５１に対する加圧力が上昇する。このためＯリング１５１は遠心方向、つまり軸Ａから遠ざかる方向に拡がろうとするため、バックアップリング１７１にはその内周側から外周側に向けた力が作用する。このとき本実施の形態では、帯状溝１１６の外周側の内面が規制部１１７として機能し、軸Ａから遠ざかる方向へのバックアップリング１７１の変位を規制する。したがってシール構造全体としての耐久性を向上させることができる。

しかも規制部１１７は、スラスト面１１５に形成した帯状溝１１６によって形成されている。このため別途特別な部材を設けたり、特別な加工をしたりすることなく規制部１１７を設けることができ、構造の簡略化や製造の容易化を図ることができる。

実施に際しては、各種の変更や変形が許容される。例えば軸方向面１１４は軸方向に沿っていればよく、必ずしも完全に平行である必要はない。スラスト面１１５も軸Ａから放射方向に延びていればよく、必ずしも軸Ａに対して完全に直角をなす必要はない。バックアップリング１７１の内周面１７２は、上部受け面１７２ａと下部受け面１７２ｂとによって断面凹面形状に形成したが、内周面１７２は断面凹面形状をしていればよく、例えば曲面状、曲面と平面との混合形状など、あらゆる断面凹面形状が許容される。上記実施の形態ではシール対象物が２ピースである一例を示したが（受け側部材１１１と加圧側部材１３１）、実施に際しては３ピース以上であってもよい。

その他、あらゆる変形や変更が可能である。

１０１ 三角溝シール
１１１ 受け側部材
１１２ 基体
１１３ 筒状部
１１３ａ 軸孔
１１４ 軸方向面
１１５ スラスト面
１１６ 帯状溝
１３１ 加圧側部材
１３１ａ 内周面
１３２ 傾斜面
１５１ Ｏリング
１７１ バックアップリング
１７２ 内周面
１７２ａ 上部受け面
１７２ｂ 下部受け面
１７３ テーパー面
Ａ 軸
Ｇ 隙間
ＳＡ シールアセンブリ

Claims (5)

1. 互いに対面する複数個のシール対象となる部材に設けられた軸方向に沿う軸方向面、軸から放射方向に延びるスラスト面、及びこれらの軸方向面及びスラスト面に対して傾斜して対面する傾斜面の三面を有する断面三角形形状をした環状のシール溝に収納され、前記三面に密接して個々の前記部材の間をシールするＯリングと、
   鋭角をなして隣接する前記スラスト面と前記傾斜面とに密接し、前記Ｏリングを断面凹面形状の内周面で受け止めるバックアップリングと、
   を備えることを特徴とするシールアセンブリ。
2. 前記バックアップリングの内周面は、断面凹面形状を形成する鈍角をなす二面を有している、
   ことを特徴とする請求項１に記載のシールアセンブリ。
3. 軸方向に沿う軸方向面と軸から放射方向に延びるスラスト面とを有する受け側部材と、
   前記内周側部材に対して軸方向上で近接し、断面三角形形状をした環状のシール溝を形成するように前記軸方向面と前記スラスト面とに傾斜して対面する傾斜面を有する加圧側部材と、
   前記シール溝に収納され、このシール溝内の三面に密接して前記受け側部材と前記加圧側部材との間をシールするＯリングと、
   鋭角をなして隣接する前記スラスト面と前記傾斜面とに密接し、前記Ｏリングを断面凹面形状の内周面で受け止めるバックアップリングと、
   を備えることを特徴とする三角溝シール。
4. 前記スラスト面は、軸から遠ざかる方向への前記バックアップリングの移動を規制する規制部を有している、
   ことを特徴とする請求項３に記載の三角溝シール。
5. 前記スラスト面は、前記Ｏリングと前記バックアップリングとの密接領域を窪んだ帯状溝とし、この帯状溝の外周側の内面を前記規制部としている、
   ことを特徴とする請求項４に記載の三角溝シール。

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