JP2020020358A - Seal ring - Google Patents

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山本 昭宏
Akihiro Yamamoto
昭宏 山本
正士 駒林
Masashi Komabayashi
正士 駒林
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Abstract

To provide a seal ring that is excellent in hermetically sealing performance in a use condition where use temperature varies between high temperature and room temperature.SOLUTION: A seal ring includes: an annular resin seal ring body (1) having an abutment part (5) in one part of the circumference; and a C-shaped metal spring (11) laid at an inner peripheral surface (2) of the seal ring body (1). The metal spring (11) comes into contact with the seal ring body (1) over 285° or more out of 360° of the whole inner circumference.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、シールリングに関する。   The present invention relates to a seal ring.

従来、樹脂製シールリング本体と該シールリング本体をラジアル方向に付勢する金属製バネから成るシールリングは、図12に示すような構造であり、樹脂製シールリング本体41の樹脂のガラス転移より低い温度では、金属製バネ43はシールリング本体41をラジアル方向に付勢していれば安定した密封性を維持していた。なお、図12に示すように、金属製バネ43は、所定長さのストレート状バネ線材43Aを、図12(B)の矢印M43,M43のように外力を付与しつつ弾性的に弯曲して、図12(A)の如く樹脂製シールリング本体41の内周面42に当接するよう嵌め込んでいた。
また、先行技術として例えば、特許文献1がある。
Conventionally, a seal ring composed of a resin seal ring main body and a metal spring that urges the seal ring main body in the radial direction has a structure as shown in FIG. At low temperatures, the metal spring 43 maintained stable sealing performance as long as the seal ring main body 41 was urged in the radial direction. Incidentally, as shown in FIG. 12, the metal spring 43, a straight spring wire material 43A having a predetermined length, elastically while applying an external force as indicated by an arrow M 43, M 43 shown in FIG. 12 (B) curve Then, as shown in FIG. 12A, it was fitted so as to be in contact with the inner peripheral surface 42 of the resin seal ring main body 41.
Further, as a prior art, there is Patent Document 1, for example.

実開平2−18964号公報Japanese Utility Model Publication No. Hei 2-18964

しかしながら、図12に示す構造のシールリングそのものの軽量化、シールリングを組込んだ製品の軽量化を目的として、樹脂製シールリング本体41の樹脂のガラス転移温度より高い温度と、ガラス転移温度より低い温度との間で変化する温度環境下でも、シールリング本体41が樹脂製であるシールリングを使用することが増えてきた。
そうした温度変化をする使用環境下では、以下のような問題が発生した。
これは、樹脂製シールリング本体41がガラス転移温度より高い温度では、クリープが発生し、金属製バネ43に接触(付勢)されている箇所、接触(付勢)されていない箇所で、ガラス転移温度より低い温度になった際、シールリング本体41の熱収縮の度合いが異なり、被密封面とシールリングとの間に間隙が形成されたため、漏れ量が大きくなった。
However, for the purpose of reducing the weight of the seal ring itself having the structure shown in FIG. 12 and the weight of a product incorporating the seal ring, a temperature higher than the glass transition temperature of the resin of the resin seal ring body 41, Even under a temperature environment that changes between low temperatures, use of a seal ring in which the seal ring main body 41 is made of resin has increased.
Under the use environment where such a temperature change occurs, the following problems occur.
This is because when the resin seal ring main body 41 is at a temperature higher than the glass transition temperature, creep occurs and the metal spring 43 is contacted (biased) with the metal spring 43, and the glass spring 43 is not contacted (biased). When the temperature became lower than the transition temperature, the degree of thermal shrinkage of the seal ring main body 41 was different, and a gap was formed between the surface to be sealed and the seal ring.

本発明は、このように、使用環境温度が、シールリング本体の樹脂のガラス転移温度を超えた高温と、ガラス転移温度より低い温度の間の温度変化があっても、流体の漏れ量を抑制することができるシールリングを提供することを目的とする。   As described above, the present invention suppresses the amount of fluid leakage even when the use environment temperature changes between a high temperature exceeding the glass transition temperature of the resin of the seal ring main body and a temperature lower than the glass transition temperature. It is an object of the present invention to provide a seal ring that can be used.

そこで、本発明は、円周1箇所に合口部を有する樹脂製シールリング本体と、該シールリング本体の内周面に対してラジアル外方へ弾発付勢力をもって接触するように嵌込まれたC形状の金属バネとを、有するシールリングに於て;上記シールリング本体の樹脂のガラス転移温度以上の高温と、ガラス転移温度よりも低い温度との間で温度変化を受ける温度環境で使用され;上記シールリング本体は上記合口部が閉状態で真円形となり;上記金属バネは、上記シールリング本体の合口部が閉状態で、上記シールリング本体の全内周 360°の内の 285°以上の接触中心角度をもって、接触している。
また、上記金属バネの横断面形状は、矩形である。
Therefore, according to the present invention, a resin-made seal ring main body having an abutment portion at one circumferential position is fitted to the inner peripheral surface of the seal ring main body so as to radially outwardly come into contact with an elastic biasing force. A seal ring having a C-shaped metal spring; used in a temperature environment that undergoes a temperature change between a high temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the resin of the seal ring body and a temperature lower than the glass transition temperature. The seal ring body has a true circular shape when the abutment is closed; and the metal spring has at least 285 ° of the entire 360 ° inner circumference of the seal ring body when the abutment of the seal ring body is closed. Contact at a contact center angle of.
The cross-sectional shape of the metal spring is rectangular.

本発明によれば、シールリング本体の樹脂のガラス転移温度を超えた高温と、ガラス転移温度よりも低い温度との間で、温度が変化する使用温度環境下で、密封すべき流体の漏れ量を十分に抑制することができる。   According to the present invention, between a high temperature exceeding the glass transition temperature of the resin of the seal ring main body and a temperature lower than the glass transition temperature, in an operating temperature environment in which the temperature changes, the amount of leakage of the fluid to be sealed Can be sufficiently suppressed.

本発明の実施の一形態を示す図であって、(A)は自由状態の正面図、(B)は平面図、(C)は簡略構成説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows one Embodiment of this invention, (A) is a front view of a free state, (B) is a top view, (C) is a schematic structure explanatory drawing. 被密封用円形内周面の内径寸法に対応した外径寸法まで全体を縮径した使用状態を示す図であって、(A)は正面図、(B)は平面図である。It is a figure which shows the use condition which reduced the whole diameter to the outer diameter dimension corresponding to the inner diameter dimension of the circular inner peripheral surface for sealing, (A) is a front view, (B) is a top view. 自由状態での単品の全体形状を示した図であって、(A)はシールリング本体の正面図、(B)は金属バネの正面図である。It is the figure which showed the whole shape of the single article in a free state, (A) is a front view of a seal ring main body, (B) is a front view of a metal spring. 図2の使用状態における単品の全体形状を示した図であって、(A)はシールリング本体の正面図、(B)は金属バネの正面図である。3A and 3B are diagrams illustrating the entire shape of a single product in the use state of FIG. 2, wherein FIG. 3A is a front view of a seal ring main body, and FIG. 3B is a front view of a metal spring. 説明図であって、(A)は使用状態における要部拡大断面説明図、(B)は金属バネの簡略正面説明図、(C)は他の実施形態の使用状態における要部拡大断面説明図である。It is explanatory drawing, (A) is a principal part enlarged sectional explanatory view in a use state, (B) is a simplified front explanatory view of a metal spring, and (C) is a principal part enlarged sectional explanatory view in a use state of another embodiment. It is. 図2の(a−a)(b−b)(c−c)(d−d)(e−e)(f−f)(g−g)(h−h)(j−j)(k−k)の各拡大断面図である。(Aa), (bb), (cc), (dd), (ee), (ff), (gg), (hh), (jj), (k) in FIG. It is each enlarged sectional view of -k). 図5(C)に示した他の実施形態において、図2及び図6に示した各部位に対応して示した拡大断面図である。FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view corresponding to each part shown in FIGS. 2 and 6 in another embodiment shown in FIG. 5C. 本発明のシールリングの外周面が被密封用円形内周面に圧接する接触面圧力Pが、使用時間Nによって変化してゆくことを説明したグラフ図である。FIG. 4 is a graph illustrating that the contact surface pressure P at which the outer peripheral surface of the seal ring of the present invention presses against the circular inner peripheral surface to be sealed changes with the use time N. 他の実施形態の自由状態での全体形状を示した図であって、(A)はシールリングの正面図、(B)は金属バネの正面図である。It is the figure which showed the whole shape in the free state of other embodiment, (A) is a front view of a seal ring, (B) is a front view of a metal spring. 漏れ試験装置を示す図であって、(A)は一部断面正面図、(B)は要部の寸法を示す拡大説明図である。It is a figure which shows a leak test apparatus, (A) is a partial cross-section front view, (B) is an enlarged explanatory view which shows the dimension of the principal part. 横軸に金属バネの長さを、縦軸に漏れ増加量を、採って示したグラフ図である。FIG. 4 is a graph showing the length of a metal spring on the horizontal axis and the amount of increase in leakage on the vertical axis. 従来例を示す図であって、(A)は自由状態のシールリングの正面図、(B)はバネ線材の組付前の状態を示す正面図である。It is a figure which shows a prior art example, (A) is a front view of the seal ring of a free state, (B) is a front view which shows the state before assembling of a spring wire.

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図1〜図4に示すように、本発明に係るシールリングSは、円周1箇所に合口部(切れ目)5を有する、全体形状が、円環状の樹脂製のシールリング本体1と、このシールリング本体1の内周面2に対してラジアル外方への弾発付勢力をもって接触(当接)するように嵌込まれた平面視C形状の金属バネ11とを、備える。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiments.
As shown in FIGS. 1 to 4, a seal ring S according to the present invention includes a seal ring main body 1 made of an annular resin having an abutment (cut) 5 at one circumferential position, and an annular shape. A metal spring 11 having a C shape in a plan view is fitted so as to contact (contact) the inner peripheral surface 2 of the seal ring main body 1 with a radially outward urging force.

金属バネ11の横断面形状は円形である。
図1と図2に示したように、シールリング本体1に嵌込まれた(組付けられた)状態では、この金属バネ11も、円周1箇所に切れ目15を有し、全体形状がC形状である。
The cross-sectional shape of the metal spring 11 is circular.
As shown in FIGS. 1 and 2, when the metal spring 11 is fitted (attached) to the seal ring main body 1, the metal spring 11 also has a cut 15 at one circumferential position, and the overall shape is C. Shape.

図5(A)に示すように、シールリング本体1の内周面2には、横断面三角形の凹溝10が形成されている。この凹溝10に金属バネ11が嵌込まれている。凹溝10の横断面形状は、矩形,台形,円弧状等自由である(図示省略)。20は、シリンダバレル(シリンダチューブ)や(ポンプやバルブ等の)各種流体機械のケーシング等の固定部材であり、円形孔21を有し、上記シールリング本体1の外周面4は、この円形孔21の内周面21Aに摺動自在に圧接する。   As shown in FIG. 5A, a groove 10 having a triangular cross section is formed on the inner peripheral surface 2 of the seal ring main body 1. A metal spring 11 is fitted in the concave groove 10. The cross-sectional shape of the concave groove 10 is free, such as rectangular, trapezoidal, or arc-shaped (not shown). Reference numeral 20 denotes a fixing member such as a cylinder barrel (cylinder tube) or a casing of various fluid machines (such as a pump and a valve). The fixing member 20 has a circular hole 21. It is slidably pressed against the inner peripheral surface 21A of the slab 21.

被密封流体は、エアーや各種ガス等の気体、あるいは、作動油等の液体であり、特に、本発明にあっては、(後に詳述するが)シールリング本体1の樹脂のガラス転移温度より高い温度とシールリング本体1の樹脂のガラス転移温度より低い温度の間で温度変化する場合に好適である。より好適には、シールリング本体1の樹脂のガラス転移温度より高い温度と、シールリング本体1の樹脂のガラス転移温度より低い温度である室温付近(20℃)の間で温度変化する温度環境であり、さらに好適には、シールリング本体1の樹脂のガラス転移温度より高い温度と、シールリング本体の樹脂のガラス転移温度より低い温度である低温付近(−60℃)の間で温度変化する温度環境である。
樹脂のガラス転移温度は、走査熱量計(DSC:Differential Scanning Calorimeter)
で測定したものである。
The sealed fluid is a gas such as air or various gases, or a liquid such as hydraulic oil. In the present invention, in particular, in the present invention, the temperature of the resin of the seal ring main body 1 is determined based on the glass transition temperature of the resin. This is suitable when the temperature changes between a high temperature and a temperature lower than the glass transition temperature of the resin of the seal ring main body 1. More preferably, in a temperature environment in which the temperature changes between a temperature higher than the glass transition temperature of the resin of the seal ring main body 1 and around room temperature (20 ° C.) which is a temperature lower than the glass transition temperature of the resin of the seal ring main body 1. More preferably, a temperature that changes between a temperature higher than the glass transition temperature of the resin of the seal ring main body 1 and a low temperature (−60 ° C.) which is lower than the glass transition temperature of the resin of the seal ring main body. Environment.
The glass transition temperature of the resin is measured using a differential scanning calorimeter (DSC).
It was measured in.

また、図5(A)に於て、ピストン23等の往復作動体に、横断面矩形状のシール凹溝22が形成され、このシール凹溝22に、本発明に係るシールリングSが装着されている。
図1(C)に簡略図をもって示すように、本発明のシールリングSは、シールリング本体1の合口部5と、金属バネ11の切れ目15の、周方向位置を相互に一致させている。
In FIG. 5A, a seal groove 22 having a rectangular cross section is formed in a reciprocating member such as a piston 23, and a seal ring S according to the present invention is mounted in the seal groove 22. ing.
As shown in a simplified diagram in FIG. 1 (C), in the seal ring S of the present invention, the abutment portion 5 of the seal ring main body 1 and the cut 15 of the metal spring 11 have the same circumferential position.

そして、本発明に係るシールリングSは、図1(A)に示すように、シールリング本体1の内周面2に金属バネ11を組付けた完成品の自由状態に於て、シールリング本体1の合口部5の中央点(中心点)P5 に対して、 180°±30°の範囲に、曲率半径R13が最大寸法の部位13が存在する。
即ち、図1(A)に示した角度θは±30°であり、2θ=60°の範囲内に最大寸法R13の部位13を、配設している。この最大寸法R13の部位13の、中心点O1 廻りの中心角度は、1°〜60°の範囲で選択すればよい。なお、図1(A)に於て、L0 は中央点P5 を含んだ直径を示す線(直径線)である。
As shown in FIG. 1 (A), the seal ring S according to the present invention has a seal ring main body 1 in a free state of a completed product in which a metal spring 11 is mounted on the inner peripheral surface 2 of the seal ring main body 1. the central point of the first abutment portion 5 (the center point) P 5, a range of 180 ° ± 30 °, the radius of curvature R 13 is present site 13 of maximum dimension.
That is, the angle θ that shown in FIG. 1 (A) is ± 30 °, the portion 13 of maximum dimension R 13 in the range of 2 [Theta] = 60 °, are provided. The largest portion 13 of the dimension R 13, the center angle of the central point O 1 around may be selected in the range of 1 ° to 60 °. In FIG. 1A, L 0 is a line (diameter line) indicating the diameter including the center point P 5 .

追加説明すると、最大寸法の部位13から第1端部6・第2端部7の各々に向かって、周方向M1 ,M2 に近づくに従って、曲率半径R1 ,R2 がしだいに減少して、第1端部6・第2端部7の曲率半径R6 ,R7 が最小寸法に設定される。
図1〜図4、及び、図6に於て、シールリング本体1の第1端部6・第2端部7には、複数段をもって断面が変化する第1凸部8・第2凸部9が、周方向に突設されている場合を、例示している。
More specifically, the radii of curvature R 1 , R 2 gradually decrease from the portion 13 having the largest dimension toward each of the first end 6 and the second end 7 in the circumferential direction M 1 , M 2. Thus, the radii of curvature R 6 and R 7 of the first end 6 and the second end 7 are set to the minimum dimensions.
In FIGS. 1 to 4 and 6, the first end portion 6 and the second end portion 7 of the seal ring main body 1 have a first convex portion 8 and a second convex portion whose cross sections change in a plurality of steps. 9 illustrates a case where the protrusion 9 is provided in the circumferential direction.

そこで、本発明に於て、端部6,7と凸部8,9との境界を明確に定義するために、図5に示した(凹溝10を有する)横断面略矩形の断面積の60%未満の断面積の部位を、凸部8,9と呼ぶ。つまり、図6と(後述の図2(A))に於て、第1端部6は(d−d)断面までであり、(e−e)断面では第1凸部8となり、前記境界は(d−d)と(e−e)の間に存在する。また、第2端部7と第2凸部9との境界は、(h−h)断面と(g−g)断面の間に存在する。
なお、このような複数段に変化する第1凸部8と第2凸部9の嵌合によって、ラジアル方向貫通状の隙間が発生せず、ラジアル方向への流体漏洩が防止(減少)する利点がある。
Therefore, in the present invention, in order to clearly define the boundaries between the end portions 6 and 7 and the convex portions 8 and 9, the cross-sectional area of the substantially rectangular cross-section (having the concave groove 10) shown in FIG. Portions having a cross-sectional area of less than 60% are referred to as convex portions 8 and 9. That is, in FIG. 6 and (FIG. 2A described later), the first end 6 extends to the (dd) cross section, and becomes the first convex portion 8 in the (ee) cross section. Is between (dd) and (ee). In addition, the boundary between the second end 7 and the second convex portion 9 exists between the (hh) cross section and the (gg) cross section.
Note that the fitting of the first convex portion 8 and the second convex portion 9 that changes in a plurality of stages does not generate a radially penetrating gap, thereby preventing (reducing) fluid leakage in the radial direction. There is.

ところで、第1端部6・第2端部7の曲率半径R6 ・R7 が最小寸法に設定されている点は、既述の通りであるが、本発明では、さらに、第1凸部8・第2凸部9の外周面の曲率半径は、前記曲率半径R6 ・R7 と同一とする。
そして、図2に示したように、金属バネ11をシールリング本体1の内周面2(の凹溝10)に接触するように組付け、かつ、シールリングSを、(図5に示すように)被密封用円形内周面21Aの内径寸法D21に対応した(相等しい)外径寸法D0 にまで縮径すると、中心点O1 から同一半径R0 の真円形となる。つまり、図5に示したように、円形内周面21Aに対して、 360°にわたって、密に接触する。
Incidentally, as described above, the curvature radii R 6 and R 7 of the first end portion 6 and the second end portion 7 are set to the minimum dimensions. 8. The radius of curvature of the outer peripheral surface of the second convex portion 9 is the same as the radius of curvature R 6 · R 7 .
Then, as shown in FIG. 2, the metal spring 11 is assembled so as to be in contact with (the concave groove 10 of) the inner peripheral surface 2 of the seal ring main body 1, and the seal ring S is attached (as shown in FIG. 5). a) When diameter to the inner diameter dimension D 21 corresponding to (equal to each other) outside diameter D 0 of the sealing circular inner peripheral surface 21A, a perfect circle having the same radius R 0 from the center point O 1. That is, as shown in FIG. 5, the circular inner peripheral surface 21A comes into close contact with the circular inner peripheral surface 21A over 360 °.

このように、図1(A)の自由状態から、図2(A)のシール使用状態にまで、シールリングSが弾性的に変形する際、最大寸法の部位13が最も大きく曲率半径が減少するように変形し、第1・第2端部6,7及び第1・第2凸部8,9は、ほとんど変形せず、図2に示した曲率半径R0 は、元の図1に示した端部6,7の曲率半径R6 ,R7 に相等しくなる。 As described above, when the seal ring S is elastically deformed from the free state in FIG. 1A to the seal use state in FIG. 2A, the portion 13 having the largest dimension is the largest and the radius of curvature is reduced. The first and second end portions 6 and 7 and the first and second convex portions 8 and 9 are hardly deformed, and the radius of curvature R 0 shown in FIG. The curvature radii R 6 and R 7 of the ends 6 and 7 are equal to each other.

シールリング本体1は、組付前の単体では、図3(A)の自由状態から、図2に対応した前述の外径寸法D0 まで縮径変形(図4(A)参照)させると、拡径方向に弾発付勢力を発揮する。
また、金属バネ11は、組付前の単体では、図3(B)、及び、図4(B)の2点鎖線にて示したように、自由状態で大きく切れ目15が開いた切れ目第1開状態から、(図2に対応した)図4(B)の実線で示したような切れ目15が小さ目に開いた切れ目第2開状態とすれば、金属製の金属バネ11は拡径方向に弾発付勢力を発揮する。
The seal ring body 1 is, in a single pre-assembled, the free state of FIG. 3 (A), when to shrink deformation (see FIG. 4 (A)) to the outer diameter D 0 of the aforementioned corresponding to FIG. 2, It exerts a resilient biasing force in the expanding direction.
In addition, as shown by the two-dot chain line in FIGS. 3 (B) and 4 (B), the metal spring 11 alone has a first cut in which the cut 15 is largely opened in a free state as shown in FIGS. 3 (B) and 4 (B). If the cut 15 shown in the solid line in FIG. 4B (corresponding to FIG. 2) is changed to the smaller open second cut from the open state, the metal spring 11 made of metal can move in the radially expanding direction. Demonstrate the repulsive force.

このように、2個の部品、即ち、リング本体1と金属バネ11とを、組付けて、図1,図2に示すような完成品のシールリングSとした場合、自由状態で非円形であり、図5(A)に示すように、円形内周面21Aに装着使用する際には、前記外径寸法D0 を真円形とするための具体的手段の一例について、以下説明する。 As described above, when the two parts, that is, the ring main body 1 and the metal spring 11 are assembled into a completed seal ring S as shown in FIGS. There, as shown in FIG. 5 (a), when mounting using the circular inner peripheral surface 21A is an example of a specific means for the outer diameter D 0 and the true circle will be described below.

図3(A)に示すように、未組付状態のリング本体1の形状を、自由状態で非真円形であり、図5と図4に示したように、円形内周面21Aの内径寸法D21と同じ外径寸法D0 とした状態では、半径R0 ′の真円形とする。なお、R0 ′=D0 /2となる。
しかも、金属バネ11の横断面形状を、一例として、図5(A)のような円形の線材バネとすると共に、自由状態での単体の全体形状は、図3(B)に示す如く、周方向中央領域M11に曲率半径が最大寸法r1 の部位13Bが存在し、中央領域M11から各先端16に近づくに従って曲率半径rが、r2 ,r3 ,r4 のように順次減少するように設定する。
As shown in FIG. 3 (A), the shape of the ring body 1 in the unassembled state is a non-circular shape in a free state, and as shown in FIGS. 5 and 4, the inner diameter of the circular inner peripheral surface 21A in the state in which the same outer diameter D 0 and D 21, a true circle with a radius R 0 '. Note that R 0 ′ = D 0/2 .
Further, the cross-sectional shape of the metal spring 11 is, for example, a circular wire spring as shown in FIG. 5 (A), and the entire shape of the single unit in the free state is, as shown in FIG. radius of curvature in the direction central region M 11 are present site 13B of the largest dimension r 1, the radius of curvature r as the distance from the central region M 11 each tip 16 is sequentially reduced as r 2, r 3, r 4 Set as follows.

さらに、図3(B)に示したように、金属バネ11の自由状態での全体形状は、周方向中央領域M11の中心点Pm と、各先端16とを結ぶ2本の直線L16,L16が成す角度β16を、60°以上 100°以下に設定して、両先端16,16が大きく開いた開脚C字型である。
上述の如く、図3(B)に示したように、最大寸法r1 の部位13Bの存在する中央領域M11から各先端16,16に近づくに従って、曲率半径はr1 からr2 ,r3 ,r4 と順次減少すると共に、最大寸法r1 の曲率中心点G1 は左右対称中心線Lm 上に存在し、順次減少する曲率半径r2 ,r3 ,r4 の曲率中心点G2 ,G3 ,G4 は、左右対称中心線Lm から、遠ざかる。
Further, as shown in FIG. 3B, the overall shape of the metal spring 11 in the free state is represented by two straight lines L 16 , connecting the center point Pm of the circumferential central region M 11 and each of the tips 16 . The angle β 16 formed by L 16 is set to be not less than 60 ° and not more than 100 °, and the both ends 16, 16 are C-shaped with open legs.
As described above, as shown in FIG. 3B, the radius of curvature increases from r 1 to r 2 , r 3 as approaching each of the tips 16, 16 from the central region M 11 where the portion 13 B having the maximum dimension r 1 exists. , with successively decreasing with r 4, the curvature center point G 1 of the largest dimension r 1 is present on the symmetrical center line Lm, the curvature radius r 2 for sequentially reduced, r 3, r curvature center point G 2 of 4, G 3 and G 4 move away from the left-right symmetric center line Lm.

このような自由状態における開脚C字型の金属バネ11を、シールリング本体1の内周面2に接触するように組付けると共に、シールリング本体1を被密封用円形内周面21Aの内径寸法D21(図5(A)参照)に対応した外径寸法D0 まで縮径すると、図2に示す如く、金属バネ11の全体形状が真円形となる。 In such a free state, the open leg C-shaped metal spring 11 is assembled so as to be in contact with the inner peripheral surface 2 of the seal ring main body 1, and the inner diameter of the circular inner peripheral surface 21A for sealing is sealed. When diameter to the outer diameter D 0 corresponding to the size D 21 (see FIG. 5 (a)), as shown in FIG. 2, the overall shape of the metal spring 11 is a perfect circle.

図4(B)に示すように、2点鎖線(自由状態)から実線の(半径R0 ″の)真円形まで極めて大きな弾性変形が可能であるため、図2及び図5に示した使用状態下で、シールリング本体1の外周面全周が円形内周面21Aに対して、均等に、かつ、柔軟に圧接して常に良好な密封作用をなす。
しかも、樹脂製シールリング本体1の外周面が摩耗したり、熱の影響等で肉厚減少を生じたとしても、円形内周面21Aに対して、常に変わらない接触面圧を維持することが可能である(追随性に優れる)。
As shown in FIG. 4B, since extremely large elastic deformation is possible from a two-dot chain line (free state) to a solid circle (with a radius R 0 ″), the use state shown in FIG. 2 and FIG. Below, the entire outer peripheral surface of the seal ring main body 1 is uniformly and flexibly pressed against the circular inner peripheral surface 21A to always provide a good sealing action.
In addition, even if the outer peripheral surface of the resin seal ring main body 1 is worn out or its thickness is reduced due to heat or the like, it is possible to maintain a constant contact surface pressure against the circular inner peripheral surface 21A. Possible (excellent followability).

また、図2(B)に示す前記外径寸法D0 の状態に於て、シールリング本体1は真円形であり、かつ、シールリング本体1の内周面2に対して、金属バネ11の外周面は、確実に、かつ、周方向各位置で間隙を生ずることなく均等に接触(圧接)できる。
本発明のシールリングに於ては、金属バネ11は、シールリング本体1の合口部5が閉状態で、シールリング本体1の全内周 360°の内の 285°以上の接触中心角度θ20をもって、接触する。
図5(A)と図2に於て、金属バネ11の外周面がシールリング本体1の内周面2(の凹溝10)に対して接触(圧接)する範囲について、シールリング本体1の内周面2の中心角度θ20をもって、表示すれば、 285°≦θ20≦ 330°とする。より好ましくは、 300°≦θ20≦ 330°とする。
In the state of the outer diameter dimension D 0 shown in FIG. 2B, the seal ring main body 1 is a perfect circle, and the inner circumferential surface 2 of the seal ring main body 1 The outer peripheral surface can be reliably and uniformly contacted (pressed) without any gap at each position in the circumferential direction.
In the seal ring of the present invention, the metal spring 11 has a contact center angle θ 20 of 285 ° or more of the entire inner circumference 360 ° of the seal ring main body 1 when the abutment 5 of the seal ring main body 1 is in a closed state. Touch with.
In FIGS. 5A and 2, the range in which the outer peripheral surface of the metal spring 11 contacts (presses) the inner peripheral surface 2 (the concave groove 10) of the seal ring main body 1 will be described. When the center angle θ 20 of the inner peripheral surface 2 is displayed, 285 ° ≦ θ 20 ≦ 330 °. More preferably, 300 ° ≦ θ 20 ≦ 330 °.

図4(A)に於て、10E,10Eは凹溝10の端面を示し、凹溝10の周方向各端面は閉鎖され、これによって、金属バネ11が周方向に位置ずれを起こさないためのストッパの機能をなす。   In FIG. 4 (A), reference numerals 10E and 10E denote end faces of the groove 10, and each end face in the circumferential direction of the groove 10 is closed to thereby prevent the metal spring 11 from being displaced in the circumferential direction. Acts as a stopper.

ところで、使用環境温度が、シールリング本体1の樹脂のガラス転移温度TG 以上の高温で使用される場合―――ガラス転移温度TG 以上の雰囲気温度に曝される用途―――に、本発明に係るシールリングSは適応できる。
即ち、シールリング本体1が前述の高温使用状況に於て、シールリング本体1の弾性率の低下を、金属バネ11によるラジアル外方への弾発付勢力F(図5(B)参照)をもって、補助できる。
However, ambient temperature is, the application --- that is exposed to the glass transition temperature T G above ambient temperature --- when used with a glass transition temperature T G above high temperature of the resin of the seal ring main body 1, the The seal ring S according to the invention is adaptable.
That is, when the seal ring main body 1 is in the above-described high-temperature use condition, the decrease in the elastic modulus of the seal ring main body 1 is determined by the radially outward urging force F (see FIG. 5B) by the metal spring 11. , Can assist.

そして、シールリング本体1が閉状態で真円形であることは、既に述べたが、この閉状態のシールリング本体1(の内周面2)の半径をR11(図4(A)と図9(A)参照)とする。そして、図9(B)に示したような金属バネ11の取付前(自由状態)の 135°(4時半)〜 225°(7時半)の周方向中央領域M11における(平均)曲率半径をr1 とすると、下記の数式1が成立するよう設定するのが望ましい。
0.5≦(R11/r1 )≦0.85 ………[数式1]
この数式1から次式2が導かれる。
1.18・R11≦r1 ≦2×R11 ………[数式2]
As already described that the seal ring main body 1 is a true circle in the closed state, the radius of (the inner peripheral surface 2 of) the seal ring main body 1 in the closed state is R 11 (see FIG. 4A). 9 (A)). The (average) in the circumferential center region M 11 shown in FIG. 9 (B) mounting the metal spring 11 as shown in the previous 135 ° of (free state) (4:30) ~ 225 ° (7 pm) curvature Assuming that the radius is r 1 , it is desirable to set the following equation 1 to be satisfied.
0.5 ≦ (R 11 / r 1 ) ≦ 0.85 [Formula 1]
The following equation 2 is derived from the equation 1.
1.18 · R 11 ≦ r 1 ≦ 2 × R 11 ...... [Equation 2]

ところで、図1,図2,図5(A),図6に示した実施形態では、金属バネ11は横断面円形であったが、これを、図5(C),図7,図9に示したように、金属バネ11の横断面形状を矩形とすることも好ましい。なお、後述の表1〜表6の説明等に於て、前者(横断面円形)のものを「線ばね」と呼び、後者(横断面矩形)のものを「平板ばね」と呼ぶ場合がある。
具体的には、図5(C)に示すように、幅寸法Wに比べて肉厚寸法tが十分に小さい横断面細長矩形(一文字型)である。
By the way, in the embodiments shown in FIGS. 1, 2, 5 (A) and 6, the metal spring 11 has a circular cross section, but this is shown in FIGS. 5 (C), 7 and 9. As shown, it is also preferable that the cross-sectional shape of the metal spring 11 be rectangular. In the following description of Tables 1 to 6, etc., the former (circular in cross section) may be referred to as “wire spring”, and the latter (rectangular in cross section) may be referred to as “plate spring”. .
Specifically, as shown in FIG. 5 (C), the cross-section is an elongated rectangle (one character type) whose wall thickness t is sufficiently smaller than the width W.

このように金属バネ11の横断面が矩形であることによって、 (i) シールリング本体1の内周面2との接触が面接触となり、安定するという利点、 (ii) 金属バネ11を固定するためにシールリング本体1の内周面に凹溝10を形成せずに済み、シールリング本体1を成形する金型設計が複雑とならないという利点、(iii) シールリング本体1の合口部5の内周面にも金属バネ11を配設可能となり、シールリング本体1の合口部5をラジアル外方向へ弾発付勢して合口部5近傍からの流体漏れを一層防止して密封性を向上することができるという利点、がある。   The rectangular cross section of the metal spring 11 has the following advantages: (i) the contact with the inner peripheral surface 2 of the seal ring main body 1 is in surface contact and is stable; and (ii) the metal spring 11 is fixed. Therefore, there is no need to form the concave groove 10 on the inner peripheral surface of the seal ring main body 1, so that the design of the mold for molding the seal ring main body 1 is not complicated, and (iii) the abutment portion 5 of the seal ring main body 1 The metal spring 11 can also be arranged on the inner peripheral surface, and the joint portion 5 of the seal ring main body 1 is elastically urged radially outward to further prevent fluid leakage from near the joint portion 5 and improve sealing performance. There is an advantage, that can be.

ところで、図10は、以下説明する流体(エアー)の漏れ量(の増加)を実測するためのテスト装置60を示し、本発明の実施例,比較例等の被テスト品(シールリング)61を嵌着するための、シール凹溝62を有するピストン型保持体63が、(密封)ケーシング64に設置され、さらに、(図示省略するが)このケーシング64は天井壁64Aが開閉密封自在な構造とする。   FIG. 10 shows a test apparatus 60 for actually measuring (increase) the amount of leakage of a fluid (air) described below, and shows a test object (seal ring) 61 such as an example of the present invention and a comparative example. A piston-type holding body 63 having a seal groove 62 for fitting is provided in a (sealed) casing 64, and the casing 64 (although not shown) has a structure in which a ceiling wall 64A can be freely opened and closed and sealed. I do.

ケーシング64には、エアー流入孔65と、エアー吐出孔66とを有し、一定圧力(例えば、エア圧 0.1MPa)のエアーを流入孔65から注入し、被テスト品(シールリング)61を介して、図10では(上方から下方へ矢印67の方向へ)漏れたエアーは、エアー吐出孔66を経て、図外の流量計測装置にて、流量測定が行われる。
ケーシング64は、円形内周面68Aを有する短円柱型の空間室68を内部に有する。この空間室68の円形内周面68Aの内径寸法cは、実寸法 32.01mmである。また、ピストン型保持体63の外周面63Aと、上記内周面68Aの(片側の)ギャップ寸法bは、0.65mm(実寸法)とする。
ピストン型保持体63のシール凹溝62については、溝底径dを 25.55mm(実寸法)とし、かつ、溝幅寸法aを2.15mm(実寸法)とする。
このようなテスト装置60を使用して、後述の表1〜表6における漏れ量を測定する。
The casing 64 has an air inflow hole 65 and an air discharge hole 66, and air at a constant pressure (for example, air pressure of 0.1 MPa) is injected through the inflow hole 65, and is passed through a test object (seal ring) 61. In FIG. 10, the leaked air (from the upper direction to the lower direction in the direction of arrow 67) passes through the air discharge holes 66, and the flow rate is measured by a flow rate measuring device (not shown).
The casing 64 has a short cylindrical space chamber 68 having a circular inner peripheral surface 68A therein. The inner diameter dimension c of the circular inner peripheral surface 68A of the space chamber 68 is 32.01 mm. The gap dimension b (on one side) between the outer peripheral surface 63A of the piston type holding body 63 and the inner peripheral surface 68A is 0.65 mm (actual dimension).
Regarding the seal concave groove 62 of the piston type holding body 63, the groove bottom diameter d is set to 25.55 mm (actual dimension), and the groove width dimension a is set to 2.15 mm (actual dimension).
Using such a test apparatus 60, the leakage amount in Tables 1 to 6 described later is measured.

下記の表1は、平板ばねと線ばねの各実施品について、クリープ変形による漏れ量の増加を図10のテスト装置60にて実測したものである。試験条件は、ガラス転移温度(90℃)よりも20℃高い高温( 110℃)と、ガラス転移温度(90℃)よりも低い温度(20℃)の間を、4サイクルさせた後、室温20℃での漏れ量の増加量(4サイクル前の漏れ量からの増加した量)を、測定する。なお、後述の表2〜表6等に於ける「漏れ量の増加(量)」も、同様の試験条件とする。   Table 1 below shows the increase in the amount of leakage due to creep deformation of each of the examples of the flat spring and the wire spring measured by the test apparatus 60 in FIG. The test conditions were as follows: after 4 cycles between a high temperature (110 ° C.) higher than the glass transition temperature (90 ° C.) and a temperature (20 ° C.) lower than the glass transition temperature (90 ° C.), The amount of increase in the amount of leakage at 0 ° C. (increased amount from the amount of leakage four cycles before) is measured. The same test conditions are used for “increase (amount) of leakage amount” in Tables 2 to 6 described below.

Figure 2020020358
Figure 2020020358

上記表1に於て、(繰返して説明すれば、)「平板ばね」とは図5(C)に示した横断面矩形の金属バネ11を指しており、「線ばね」とは図5(A)に示した横断面円形の金属バネ11を指す。
また、表1中で、例えば、「0.20t× 1.6w× 315°」とは、図5(C)に示した金属バネ11の横断面矩形の肉厚寸法tが 0.2mm、幅寸法wが 1.6mmであり、図2に例示した接触中心角度θ20が 315°であることを示す。さらに、表1に於て、「形状加工」とは、図9(B),図3(B)に示すような(既述した)C字状に予め加工した金属バネ11を用いていることを示す。なお、金属バネ11のヤング率は、全て200000N/mm2 である。
In the above Table 1, the (flat plate spring) refers to the metal spring 11 having a rectangular cross section shown in FIG. 5C (to be described repeatedly), and the “wire spring” refers to the metal spring 11 shown in FIG. The metal spring 11 has a circular cross section shown in FIG.
In Table 1, for example, “0.20 t × 1.6 w × 315 °” means that the thickness t of the rectangular cross section of the metal spring 11 shown in FIG. 1.6 mm, indicating that the contact center angle θ 20 illustrated in FIG. 2 is 315 °. Further, in Table 1, "shape processing" means that a metal spring 11 previously processed into a C-shape (described above) as shown in FIGS. 9B and 3B is used. Is shown. The Young's modulus of all the metal springs 11 is 200,000 N / mm 2 .

上記表1から、金属バネ11の断面係数は、0.0010〜0.0035N/mm4 が望ましいことが判る。つまり、断面係数が(上限値を超えた)0.0036N/mm4 のものの漏れ量の増加(平均値:Ave.)が、 8.1リットル/min と急に増加している。
さらに、金属バネ11・樹脂製シールリング本体1の各々の[断面係数×ヤング率]を、A,Bとすると、Aは 200〜 700、Bは6780となる。(なお、樹脂製シールリング本体1の断面係数は2.33N/mm4 、ヤング率は2910N/mm2 である。)
From Table 1 above, it is understood that the section modulus of the metal spring 11 is desirably 0.0010 to 0.0035 N / mm 4 . That is, the increase in leakage amount (average value: Ave.) of the one having a section modulus of 0.0036 N / mm 4 (exceeding the upper limit value) suddenly increased to 8.1 liter / min.
Further, if the [section modulus x Young's modulus] of each of the metal spring 11 and the resin seal ring main body 1 is A and B, A is 200 to 700 and B is 6780. (The resin seal ring main body 1 has a section modulus of 2.33 N / mm 4 and a Young's modulus of 2910 N / mm 2. )

言い換えると、本発明に係るシールリングに於て、上記表1から、シールリング本体1と金属バネ11とは、以下の関係であることが好適である。
A:金属バネ11の断面係数×金属バネ11のヤング率
B:樹脂製シールリング本体1の断面径数×樹脂製シールリング本体1のヤング率
とすると、次の数式が成立する。
0.03≦A/B≦0.10 ………[数式3]
0.03より小さいと樹脂の収縮力に負けて、外周に隙間が空いて漏れ、シール性が低下する傾向にあり、0.10より大きいと金属バネが固いため、バネ内で反力の強弱ができ、弱い箇所で隙間が空いて漏れ、シール性が低下する傾向となる。
In other words, in the seal ring according to the present invention, from Table 1 above, it is preferable that the seal ring main body 1 and the metal spring 11 have the following relationship.
A: Sectional modulus of metal spring 11 × Young's modulus of metal spring 11 B: Assuming that section diameter of resin seal ring main body 1 × Young's modulus of resin seal ring main body 1, the following equation is established.
0.03 ≦ A / B ≦ 0.10 ... [Equation 3]
If it is less than 0.03, it loses the contraction force of the resin, there is a gap in the outer periphery and there is a tendency for leakage to deteriorate, and if it is more than 0.10, the metal spring is hard, so the reaction force inside the spring can be weak and weak. There is a gap at the location and leakage occurs, and the sealing performance tends to decrease.

なお、シールリング本体1の材質としては、特に、耐熱性に優れたものが望ましいが、PPS,PES,PEEK等を挙げることができる。具体的に、シールリング本体に使われる樹脂としては、PPSのガラス転移温度:90℃〜95℃、PESのガラス転移温度: 190℃〜 225℃、PEEKのガラス転移温度: 140℃〜 145℃であり、それら樹脂をシールリング本体に使用した場合のシールリングの使用温度(上限の温度)は、 200℃〜 260℃となる。
また、金属バネの材質として、例えば、SUS304が好適であり、上記表1からも判るように、金属バネの断面係数が1×10-3N/mm4 以上、 3.5×10-3N/mm4 以下であるものが好適である。
In addition, as a material of the seal ring main body 1, a material excellent in heat resistance is particularly desirable, but PPS, PES, PEEK and the like can be mentioned. Specifically, as the resin used for the seal ring main body, the glass transition temperature of PPS: 90 ° C. to 95 ° C., the glass transition temperature of PES: 190 ° C. to 225 ° C., and the glass transition temperature of PEEK: 140 ° C. to 145 ° C. Yes, when these resins are used for the seal ring main body, the service temperature (upper limit temperature) of the seal ring is 200 ° C. to 260 ° C.
Further, as a material of the metal spring, for example, SUS304 is preferable, and as can be seen from Table 1, the section modulus of the metal spring is 1 × 10 −3 N / mm 4 or more and 3.5 × 10 −3 N / mm. A value of 4 or less is preferred.

金属バネを平面視C形状とする方法として、所望する内径より小さい径(スプリングバックのことを想定して)の金型内に真直ぐな平板、条、線を載置し、プレス加工することで作製することができる。そして、本発明に於て、「樹脂」とは、低摩耗粉末や低摩擦用粉末等を混入した樹脂組成物を包含するものと、定義する。また、その製法は、射出成形、又は、切削・研削等の機械加工による。   As a method of forming a metal spring into a C shape in a plan view, a straight flat plate, a strip, and a wire are placed in a mold having a diameter smaller than a desired inner diameter (assuming springback) and pressed. Can be made. In the present invention, the term “resin” is defined to include a resin composition mixed with a low-wear powder, a low-friction powder, and the like. The manufacturing method is injection molding or machining such as cutting and grinding.

次に、下記の表2は、平板ばねのクリープ変形による漏れ量の増加が、平板ばねの接触率によって、いかに変化するかを、(図10のテスト装置60を使用して)実測した結果である。   Next, Table 2 below shows the results of actual measurement (using the test device 60 in FIG. 10) of how the increase in the amount of leakage due to the creep deformation of the flat spring changes depending on the contact ratio of the flat spring. is there.

Figure 2020020358
Figure 2020020358

上記表2に於て、「0.25t× 1.6w× 315°」とは、前述した表1と同様の平板ばねである。そして、表2の左半分の「形状加工」とは、図9(B),図3(B)に示したようなC字状に予め加工した金属バネ11である。
これに対し、表2の右半分の「そのまま」とは、図12(B)に示したようなストレート状のものを、C字状に弾性変形しつつシールリング本体1に嵌込んだものである。
上記表2から、平板ばねの接触率は、45%以上が望ましいと、言える。
In Table 2 above, “0.25t × 1.6w × 315 °” is the same plate spring as in Table 1 described above. The “shape processing” in the left half of Table 2 is the metal spring 11 previously processed into a C shape as shown in FIGS. 9B and 3B.
On the other hand, “as is” in the right half of Table 2 refers to a straight shape as shown in FIG. 12B fitted into the seal ring body 1 while being elastically deformed into a C shape. is there.
From Table 2 above, it can be said that the contact ratio of the flat spring is preferably 45% or more.

次に、下記の表3は、線ばねのクリープ変形による漏れ量の増加が、線ばねの接触率によって、いかに変化するかを、(図10のテスト装置60を使用して)実測した結果を示している。   Next, Table 3 below shows how the increase in the amount of leakage due to creep deformation of the wire spring changes depending on the contact ratio of the wire spring (using the test device 60 in FIG. 10). Is shown.

Figure 2020020358
Figure 2020020358

上記表3に於て、「リングから 315°分を切り取る」とは、閉円環状のリングの 360°から45°分を切除したC字状の金属バネである。元の閉円環状のリングの外径寸法が、34mmよりも32mmの方が、接触率が高い理由は、テスト装置60(図10参照)の空間室68の内周面68Aの径cが 32.01mmであるために、比較的内周面68Aに添い易いからである。
上記表3の「形状加工」は、表2(表1)で説明した通りの加工である。
上記表3から、線ばねの接触率についても、表3と同様に、45%以上が望ましい。しかも、図3(B)に示した「形状加工」を行った線ばねは、閉円環状のリングから45°分を切除した線ばねよりも、接触率が良好であることが判る。即ち、前者は61%,後者は48%の接触率であった。
In Table 3 above, “cut 315 ° from the ring” refers to a C-shaped metal spring obtained by cutting the closed annular ring from 360 ° to 45 °. The reason why the contact ratio is higher when the outer diameter of the original closed annular ring is 32 mm than 34 mm is that the diameter c of the inner peripheral surface 68A of the space chamber 68 of the test device 60 (see FIG. 10) is 32.01. This is because the diameter is relatively easy to fit on the inner peripheral surface 68A.
The “shape processing” in Table 3 is processing as described in Table 2 (Table 1).
From Table 3 above, it is desirable that the contact ratio of the wire spring be 45% or more, as in Table 3. In addition, it can be seen that the wire spring having been subjected to the “shaping” shown in FIG. 3B has a better contact ratio than the wire spring obtained by cutting off 45 ° from the closed annular ring. That is, the former had a contact rate of 61%, and the latter had a contact rate of 48%.

次に、下記の表4は、平板ばねについて、接触中心角度θ20(図2(A)参照)―――平板ばねの長さ寸法に対応―――によって、漏れ量の増加が、どのように変化するかを、計測したテスト結果である。
なお、表4は上・下2欄に区分けして記載したが、上下の2欄は、左右方向に連続した一つの表である。
Next, Table 4 below shows how the increase in the amount of leakage of the flat spring depends on the contact center angle θ 20 (see FIG. 2A)-corresponding to the length of the flat spring. Is a test result measured.
In addition, Table 4 is described by dividing into upper and lower two columns, but the upper and lower two columns are one continuous table in the horizontal direction.

Figure 2020020358
Figure 2020020358

さらに、下記の表5は、線ばねについて、接触中心角度θ20(図2(A)参照)―――線ばねの長さ寸法に対応―――によって、漏れ量の増加が、どのように変化するかを、実測したテスト結果を示す。 In addition, Table 5 below shows that for the wire spring, the contact center angle θ 20 (see FIG. 2 (A))-corresponding to the length dimension of the wire spring-- It shows the test results of the actual measurement as to whether it changes.

Figure 2020020358
Figure 2020020358

上記表4,表5について、具体的に追加説明すると、図9(A)(B)に示すように、シールリング本体1に金属バネ11を組付けた状態で、周方向の各位置を特定すべく、(時計の時刻表示のように)0時,1時半,3時,4時半………と呼ぶ。図9(A)の組付状態に於ける各時刻(周方向位置)は、組付前(自由状態)の金属バネ11―――平板ばね,線ばね―――の各時刻(周方向位置)に、対応する。   The above Tables 4 and 5 will be described in further detail. As shown in FIGS. 9A and 9B, each position in the circumferential direction is specified with the metal spring 11 attached to the seal ring main body 1. For the sake of simplicity, they are referred to as 0:00, 1:30, 3:00, and 4:30 (like the time display on a clock). Each time (circumferential position) in the assembled state of FIG. 9A is the same as the time (circumferential position) of the metal spring 11--plate spring, wire spring--before assembly (free state). ).

下記表6は、表4に示した漏れ量増加の計測テストに使用する平板ばね(0.25t× 1.6w)の寸法スペックを示したものである(曲率半径r1 ,r2 ,r3 ,r4 については図9参照)。 Table 6 below shows the dimensional specifications of the flat springs (0.25 t × 1.6 w) used in the measurement test for the increase in the amount of leakage shown in Table 4 (radius of curvature r 1 , r 2 , r 3 , r). See FIG. 9 for 4 ).

Figure 2020020358
Figure 2020020358

そして、上記表6に示した寸法スペックに従って、実際に製作した平板ばね(0.25t× 1.6w)の曲率半径rを測定した結果を、下記表7に示す(曲率半径r1 ,r2 ,r3 ,r4 については図9参照)。 The results of measuring the radius of curvature r of the actually manufactured flat spring (0.25 t × 1.6 w) according to the dimensional specifications shown in Table 6 above are shown in Table 7 below (curvature radii r 1 , r 2 , r). see FIG. 9 for 3, r 4).

Figure 2020020358
Figure 2020020358

ここで、上記表4〜表7に記載した金属バネ11が組付けられるシールリング本体1について、説明すれば、 (i) 合口部5が閉のときの内径(直径)2×R11を、26.9mmとする(図9参照)。 (ii) シールリング本体1の材質は、PPS樹脂組成物であって、具体的には、PPS樹脂にPTFE粉末、カーボンブラック(粉末)を配合して、射出成形したもの、とする。
一方、金属バネ11は、その材質をSUS304とする。そして、金属バネ11が(横断面矩形の)平板ばねである場合、厚さ寸法tが0.25mm,幅寸法wが 1.6mmであって、前記テスト品1〜9の各々は、 135°〜 225°、つまり、4時半〜7時半(図9参照)に於ける平均曲率半径r1 が、22.5mmとなるように、プレス加工したものである。即ち、前記表6における曲率半径r1 が20mm〜25mmであるのに従って、その平均値(22.5mm)となるようにプレス加工したものである。
Here, the seal ring main body 1 to which the metal springs 11 described in Tables 4 to 7 are assembled will be described. (I) The inner diameter (diameter) 2 × R 11 when the abutment 5 is closed is 26.9 mm (see Fig. 9). (ii) The material of the seal ring main body 1 is a PPS resin composition, specifically, a material obtained by mixing PTFE powder and carbon black (powder) with PPS resin and injection molding.
On the other hand, the material of the metal spring 11 is SUS304. When the metal spring 11 is a flat spring (having a rectangular cross section), the thickness t is 0.25 mm, the width w is 1.6 mm, and each of the test products 1 to 9 has a thickness of 135 ° to 225 mm. °, that is, press working so that the average radius of curvature r 1 from 4:30 to 7:30 (see FIG. 9) is 22.5 mm. That is, the radius of curvature r 1 in Table 6 according to a 20Mm~25mm, is obtained by pressing so that the average value (22.5 mm).

なお、表5に示したテスト品10〜15(断面円形の線ばね)の材質と寸法は、上述した平板ばねと同様であるので詳細は省略する。
また、表4,表5に使用したシールリング本体1については、次式が成立する(既述の表1とその説明参照)。
断面係数×ヤング率=6780
また、金属バネ11については、断面係数×ヤング率は 200〜 700である。
Note that the materials and dimensions of the test products 10 to 15 (circular cross-section wire springs) shown in Table 5 are the same as those of the above-described flat springs, and thus the details are omitted.
For the seal ring main body 1 used in Tables 4 and 5, the following formula is satisfied (see Table 1 and the description thereof).
Section modulus x Young's modulus = 6780
The section modulus x Young's modulus of the metal spring 11 is 200 to 700.

そして、図10に示したテスト装置60に、各テスト品(1〜15)のシールリングを装着して、エアー圧 0.1MPaを付加した際の漏れ量を測定するが、その際の試験条件は、次の通りとする。
即ち、シールリング本体1の樹脂のガラス転移温度(90℃)よりも20℃高い温度( 110℃)と、ガラス転移温度(90℃)よりも20℃低い温度の間を、4サイクルさせた後、室温(20℃)での漏れ量の増加量(4サイクル前の漏れ量からの増加した流量)を、測定する。
表4及び表5に於て、下半部位に漏れ量の増加の数値(リットル/min )を表示している。
下記の表8は、上記表4及び表5に表示した「漏れ量の増加量」のみを抽出表示した表である。
Then, the seal ring of each test product (1 to 15) is attached to the test device 60 shown in FIG. 10, and the amount of leakage when an air pressure of 0.1 MPa is applied is measured. , As follows.
That is, after four cycles between a temperature (110 ° C.) higher than the glass transition temperature (90 ° C.) of the resin of the seal ring main body 1 (90 ° C.) and a temperature lower than the glass transition temperature (90 ° C.) by 20 ° C. Measure the increase in leakage at room temperature (20 ° C.) (increased flow from leakage 4 cycles before).
In Tables 4 and 5, the numerical value (liter / min) of the increase in the amount of leakage is displayed in the lower half part.
Table 8 below is a table in which only the “increase in the amount of leakage” displayed in Tables 4 and 5 is extracted and displayed.

Figure 2020020358
Figure 2020020358

上記表8(及び表4,表5)の試験結果を、図11に示す。平板ばねの測定値を×印にて示し、線ばねの測定値を●印にて示し、○印は多項式計算値を示す。
上記図11及び表8(表4,表5)から、接触中心角度θ20が 285°以上で、著しく漏れの増加が小さくなっていることが、明らかである。つまり、漏れ量の増加が、急に 4.0リットル/min よりも小さくなっている。
自封性があるため、 280°直前までは、漏れの増加量は5〜6リットル/min にできるが、これ以上の漏れの増加量を、小さくするには、シールリング本体1の全内周 360°の内の 285°以上の接触中心角度θ20をもって、金属バネ11が、シールリング本体1の内周面2に接触させることが必要であることが、証明された。
FIG. 11 shows the test results of Table 8 (and Tables 4 and 5). The measured value of the flat spring is indicated by x, the measured value of the wire spring is indicated by ●, and the ○ indicates the calculated value of the polynomial.
From FIG. 11 and Table 8 (Tables 4 and 5), it is clear that the increase in leakage is significantly reduced when the contact center angle θ 20 is 285 ° or more. That is, the increase in the amount of leakage suddenly becomes smaller than 4.0 liter / min.
Due to the self-sealing property, the leak can be increased to 5 to 6 liters / min up to just before 280 °, but to further reduce the leak, the entire inner circumference of the seal ring body 1 must be reduced to 360 °. ° with the contact center angle theta 20 of 285 ° or more of the metal spring 11, it is necessary to contact with the inner peripheral surface 2 of the seal ring main body 1, it was demonstrated.

次に、図8は、樹脂製シールリング本体1と金属バネ11とから構成されているシールリングSに関して、横軸に、(前述の)樹脂のガラス転移温度TG 以上かつ(TG +50℃)以下の高温雰囲気で使用された場合の使用時間Nを採り、縦軸に、シールリングSの外周面が被密封用円形内周面21Aに圧接する接触面圧力Pを採って、接触面圧力Pの変化してゆく状態を示したグラフ図である。 Next, FIG. 8 shows that the horizontal axis of the seal ring S composed of the resin seal ring main body 1 and the metal spring 11 is equal to or higher than the glass transition temperature T G of the resin (described above) and (T G + 50 ° C.). ) Taking the use time N when used in the following high temperature atmosphere, taking the contact surface pressure P at which the outer peripheral surface of the seal ring S is pressed against the sealed circular inner peripheral surface 21A on the vertical axis, It is the graph which showed the state which P changes.

図8のグラフ図から、次のことが判る。つまり、 (i) 水平状グラフ線26(斜線部26Z)は、金属バネ11が使用時間にかかわらず一定の接触面圧力P11を保つこと。 (ii) 樹脂製のシールリング本体1は勾配線28(点々領域28Z)のように使用時間Nの経過と共に弾性率が低下して(弾発付勢力を失って)点Rでは零となり、その後は、金属バネ11の弾発付勢力のみでシールリングS全体の接触面圧力を維持すること。(iii) 階段状折れ線29のように各使用毎に弾性が低下したり、あるいは、急な勾配線30のように短時間で急激に接触面圧力Pが低下する場合があること。 (iv) シールリングS全体の接触面圧力Pは少なくとも金属バネ11の接触面圧力P11を維持できること。以上のようなことが判る。そして、樹脂製シールリング本体1が、弾性を喪失したとしても、円形内周面21Aに対して、図5に示すように接触し続けることによって、内周面21Aとの摩擦抵抗を低く抑えることができると共に、内周面21Aに傷を付けることを防止できる。 The following can be seen from the graph of FIG. That, (i) horizontally graph line 26 (hatched portion 26Z) is to maintain a constant contact surface pressure P 11 regardless metal spring 11 is used time. (ii) The elasticity of the resin seal ring main body 1 decreases as the use time N elapses (loses the resilient urging force) and becomes zero at the point R, as indicated by a gradient line 28 (dotted area 28Z). Is to maintain the contact surface pressure of the entire seal ring S only by the elastic biasing force of the metal spring 11. (iii) The elasticity may decrease with each use as shown by the step-shaped broken line 29, or the contact surface pressure P may decrease rapidly in a short time as shown by the steep slope line 30. (iv) a contact surface pressure P of the entire seal ring S is able to maintain the contact surface pressure P 11 of at least a metal spring 11. We can see the above. Then, even if the resin seal ring main body 1 loses its elasticity, the frictional resistance with the inner peripheral surface 21A is reduced by continuing to contact the circular inner peripheral surface 21A as shown in FIG. In addition, it is possible to prevent the inner peripheral surface 21A from being damaged.

本発明では、シールリング本体1が、所定高温から室温(低温)への降下に伴って熱収縮してゆく際に、金属バネ11が全内周 360°の内の 285°以上にわたって、内側から支持することにより、シールリング本体1の全体を真円形に維持できる。
言い換えると、本発明に係るシールリングSは、シールリング本体1が熱収縮する際に、被密封用円形内周面21A(図5(A)参照)と、シールリング本体1の外周面4との間に微小ギャップ(間隙)が発生することを、金属バネ11によるラジアル外方への弾発付勢力Fをもって、抑制して、密封性能を維持している。
In the present invention, when the seal ring main body 1 thermally contracts as it descends from a predetermined high temperature to room temperature (low temperature), the metal spring 11 extends from the inside over 285 ° of the entire inner circumference 360 °. By supporting, the whole seal ring main body 1 can be maintained in a perfect circular shape.
In other words, when the seal ring main body 1 thermally shrinks, the seal ring S according to the present invention has a circular inner peripheral surface 21A to be sealed (see FIG. 5A) and an outer peripheral surface 4 of the seal ring main body 1. The generation of a minute gap (gap) therebetween is suppressed by the radially outwardly biasing force F by the metal spring 11 to maintain the sealing performance.

なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されず設計変更自由であり、合口部5の形状は、図6と図7に示したような複雑な形状とせず、2段や1段のシンプルな形状とするも、自由である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be freely changed in design. The shape of the abutment 5 is not a complicated shape as shown in FIGS. It is free even if it has a simple shape.

図示の実施形態のように、円周1箇所に合口部5を有する樹脂製のシールリング本体1と、該シールリング本体1の内周面2に対してラジアル外方への弾発付勢力Fをもって接触するよう嵌込まれた金属バネ11とを、有するシールリングに於て、上記金属バネ11の自由状態での単体の全体形状は、周方向中央領域M11に、曲率半径が最大寸法r1 の部位13Bが存在し、上記中央領域M11から各先端16,16に近づくに従って曲率半径rが減少するように設定され、上記金属バネ11を上記シールリング本体1の内周面2に接触するように組付けると共に上記シールリング本体1を被密封用円形内周面21Aの内径寸法D21に対応した外径寸法D0 に縮径すると上記金属バネ11の全体形状が真円形となるように構成されているので、シールリング本体1と被密封用円形内周面21Aとが、全周にわたって均一に弾発的に圧接し、優れた密封性能を発揮できる。 As shown in the illustrated embodiment, a resin-made seal ring main body 1 having an abutment portion 5 at one circumferential position, and a radially outwardly biasing force F on the inner peripheral surface 2 of the seal ring main body 1. Te at the metal spring 11 incorporated fitted to contact with a, the sealing ring having, single overall shape in the free state of the metal spring 11, in the circumferential center region M 11, the maximum dimension of the radius of curvature r 1 site 13B are present, the curvature radius r toward the respective tips 16, 16 from the central region M 11 are set so as to decrease the contact of the metal spring 11 on the inner peripheral surface 2 of the seal ring main body 1 so that when reducing the diameter of the seal ring body 1 with assembled to the outer diameter D 0 which corresponds to the inner diameter D 21 of the sealing circular inner peripheral surface 21A overall shape of the metal spring 11 is a perfect circle The seal ring body 1 and the And sealing a circular inner peripheral surface 21A is uniformly resiliently pressed over the entire periphery, can exhibit excellent sealing performance.

また、使用環境温度が、上記シールリング本体1の樹脂のガラス転移温度以上の高温使用状況に於て、上記シールリング本体1の弾性率の低下を、上記金属バネ11によるラジアル外方への上記弾発付勢力Fをもって、補助し、密封性能を維持するよう構成したので、従来は樹脂のシールリングが使えなかったような用途にも使用可能となる。特に、被密封用円形内周面21Aを傷付けたり流体漏れが多目の金属のみのシールリングの問題点を解決して、本発明では、内周面21Aの傷付きを無くし、かつ、密に摺接して流体漏れも著しく減少できる。さらに、ガラス転移温度以上の高温雰囲気で、樹脂製シールリング本体1の弾性が喪失しても、金属バネ11がサポートするので、寿命(耐久性)は十分に長いものとなる。   Further, in a high-temperature use condition in which the use environment temperature is equal to or higher than the glass transition temperature of the resin of the seal ring main body 1, the decrease in the elastic modulus of the seal ring main body 1 is reduced by the metal spring 11 to the radial outward direction. Since it is configured to assist and maintain the sealing performance with the elastic urging force F, it can be used in applications where a resin seal ring could not be used conventionally. In particular, the present invention solves the problem of the seal ring made of metal only, which damages the sealed circular inner peripheral surface 21A or leaks fluid. Sliding contact also significantly reduces fluid leakage. Furthermore, even if the elasticity of the resin seal ring body 1 is lost in a high-temperature atmosphere equal to or higher than the glass transition temperature, the life (durability) is sufficiently long because the metal spring 11 supports.

また、図示の実施形態では、上記シールリング本体1の合口部5と、上記金属バネ11の切れ目15との、シールリング周方向位置を相互に一致させたので、外側のシールリング本体1と内側の金属バネ11とは、スムースに拡径・縮径方向に弾性変形して、被密封用円形内周面21Aに対し、略全周が均等に安定して密接摺動する。   Further, in the illustrated embodiment, the abutment portion 5 of the seal ring main body 1 and the cut 15 of the metal spring 11 are aligned with each other in the circumferential direction of the seal ring. The metal spring 11 is smoothly elastically deformed in the diameter-enlarging / reducing direction so that the entire circumference is uniformly and stably and closely slid on the circular inner peripheral surface 21A to be sealed.

本発明は、以上詳述したように、円周1箇所に合口部5を有する樹脂製シールリング本体1と、該シールリング本体1の内周面2に対してラジアル外方へ弾発付勢力Fをもって接触するように嵌込まれたC形状の金属バネ11とを、有するシールリングに於て;上記シールリング本体1の樹脂のガラス転移温度以上の高温と、ガラス転移温度よりも低い温度との間で温度変化を受ける温度環境で使用され;上記シールリング本体1は上記合口部5が閉状態で真円形となり;上記金属バネ11は、上記シールリング本体1の合口部5が閉状態で、上記シールリング本体1の全内周 360°の内の 285°以上の接触中心角度θ20をもって、接触している構成であるので、被密封用円形内周面21Aに対して、過酷な温度条件下で、真円形のシールリング本体1は常に安定して摺接し、優れた密封性能を発揮する。しかも、金属バネ11は十分に広い(大きい)接触中心角度θ20をもってシールリング本体1をラジアル外方向へ弾発付勢し、前記内周面21Aに対して略全周にわたり密に接触して、一層高い密封性能を発揮できる。 As described above in detail, the present invention provides a resin seal ring main body 1 having an abutment portion 5 at one circumferential position, and a radially outward biasing force against an inner peripheral surface 2 of the seal ring main body 1. In a seal ring having a C-shaped metal spring 11 fitted so as to make contact with F; a high temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the resin of the seal ring main body 1 and a temperature lower than the glass transition temperature. The seal ring body 1 is used in a temperature environment in which the temperature changes between the above; the seal ring main body 1 becomes a true circle when the abutment 5 is closed; and the metal spring 11 is used when the abutment 5 of the seal ring main body 1 is closed. , with a contact center angle theta 20 of 285 ° or more of the total internal periphery 360 ° of the seal ring body 1, since it is configured in contact against the sealing circular inner peripheral surface 21A, severe temperature Under the conditions, the perfect circular seal ring body 1 Stable in sliding contact, exhibits excellent sealing performance. Moreover, the metal spring 11 is sufficiently wide (large) contact center angle theta 20 to have a seal ring main body 1 and resiliently urging the radial outside direction, in intimate contact substantially over the entire circumference to the inner peripheral surface 21A , Can exhibit higher sealing performance.

また、上記金属バネ11の横断面形状は、矩形であるので、シールリング本体1の内周面2に対して、面接触し、均等な接触面圧をもって安定姿勢で弾発付勢力を伝達できて、好ましい。また、シールリング本体1の内周面に凹溝を形成せずに済み、射出成形金型の設計が複雑にならず、また、シールリング本体1の合口部5の内周面にも金属バネ11を設置でき、従って、接触中心角度θ20を、 360°前後までも、十分に大きくできる(図示省略)。 Further, since the cross-sectional shape of the metal spring 11 is rectangular, the metal spring 11 comes into surface contact with the inner peripheral surface 2 of the seal ring main body 1 and can transmit the resilient urging force in a stable posture with uniform contact surface pressure. And preferred. Further, it is not necessary to form a concave groove on the inner peripheral surface of the seal ring main body 1, so that the design of the injection mold is not complicated, and the inner peripheral surface of the abutment portion 5 of the seal ring main body 1 is also provided with a metal spring. 11 can be installed, therefore, the contact center angle theta 20, even 360 ° back and forth, can be sufficiently large (not shown).

1 シールリング本体
2 内周面
5 合口部
11 金属バネ
0 外径寸法
21 内径寸法
F 弾発付勢力
11 周方向中央領域
r 曲率半径
S シールリング
θ20 接触中心角度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Seal ring main body 2 Inner peripheral surface 5 Abutment
11 Metal spring D 0 Outer diameter dimension D 21 Inner diameter dimension F Elastic urging force M 11 Central area in circumferential direction r Radius of curvature S Seal ring θ 20 Contact center angle

Claims (2)

円周1箇所に合口部(5)を有する樹脂製シールリング本体(1)と、該シールリング本体(1)の内周面(2)に対してラジアル外方へ弾発付勢力(F)をもって接触するように嵌込まれたC形状の金属バネ(11)とを、有するシールリングに於て、
上記シールリング本体(1)の樹脂のガラス転移温度以上の高温と、ガラス転移温度よりも低い温度との間で温度変化を受ける温度環境で使用され、
上記シールリング本体(1)は上記合口部(5)が閉状態で真円形となり、
上記金属バネ(11)は、上記シールリング本体(1)の合口部(5)が閉状態で、上記シールリング本体(1)の全内周 360°の内の 285°以上の接触中心角度(θ20)をもって、接触していることを特徴とするシールリング。
A resin sealing ring main body (1) having an abutment (5) at one circumferential position and a radially outwardly biasing force (F) against an inner peripheral surface (2) of the sealing ring main body (1). And a C-shaped metal spring (11) fitted so as to be in contact with
Used in a temperature environment that undergoes a temperature change between a high temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the resin of the seal ring body (1) and a temperature lower than the glass transition temperature;
The seal ring body (1) becomes a true circle when the abutment (5) is closed,
When the abutment (5) of the seal ring main body (1) is closed, the metal spring (11) has a contact center angle (285 ° or more) of at least 285 ° of the entire inner circumference 360 ° of the seal ring main body (1). θ 20 ), the seal ring being in contact with the seal ring.
上記金属バネ(11)の横断面形状は、矩形である請求項1記載のシールリング。   The seal ring according to claim 1, wherein a cross-sectional shape of the metal spring (11) is rectangular.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022102329A1 (en) * 2020-11-13 2022-05-19 株式会社Ihi Supercharger

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