JP3543617B2 - 密封装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば内燃機関のインジェクタの配管部等に用いられる密封装置に関し、特にＯリング等のゴム状弾性材料によるシールリングと、圧力を受けるシールリングのはみ出しによる損傷を防止するバックアップリングとを備えた密封装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術に係るシールリングとバックアップリングとを備えるこの種の密封装置１０１を図１２を参照して説明する。
【０００３】
図１２はハウジング１０２の内周面１０２ａと軸１０３の外周面１０３ａとの間の環状隙間１０４及び環状隙間１０４に設けられた密封装置１０１の要部の断面構成を説明する図であり、図１２（ａ）は低圧側Ｌと高圧側Ｈとの間に圧力差が存在しない状態、図１２（ｂ）は使用時等において高圧側Ｈから圧力Ｐ１が付与されている状態、図１２（ｃ）は図１２（ｂ）において軸１０３の偏心が発生した状態をそれぞれ示している。
【０００４】
密封装置１０１は、軸１０３の外周面に設けられた環状の取付溝１０５と、この取付溝１０５の内部に装着されるゴム状弾性材料によるシールリング１０６及びシールリング１０６よりも環状隙間１０４の低圧側Ｌに装着される樹脂材料によるバックアップリング１０７を備えて構成されている。
【０００５】
取付溝１０５は、低圧側Ｌの側壁面１０５ａからハウジング１０２の内周面１０２ａとの間隔が高圧側Ｈに向かって拡がる方向に傾斜するテーパ状溝底部１０５ｂ、テーパ状溝底部１０５ｂの高圧側Ｈの端部から高圧側Ｈに向かってハウジング１０２の内周面１０２ａと平行となる平行溝底部１０５ｃ、平行溝底部１０５ｃの高圧側Ｈの端部に接続する高圧側Ｈの側壁面１０５ｄを備えた構成となっている。
【０００６】
シールリング１０６は、圧縮されていない状態では円形断面を備えたＯリングであり、取付溝１０５に装着された状態では、ハウジング１０２の内周面１０２ａと平行溝底部１０５ｃとにより径方向及び軸方向（密封流体の圧力により）に圧縮され、その弾性反発力によって内外周の接触面圧を得て、環状隙間１０４を低圧側Ｌと高圧側Ｈとに分割している。
【０００７】
バックアップリング１０７は円筒形状を呈しており、ラジアル方向に切断した形状（図１２に示される形状）において、外周壁面１０７ａはハウジング１０２の内周面１０２ａに平行な摺接面となり、テーパ状溝底部１０５ｂに対向する内周壁面１０７ｂはテーパ状溝底部１０５ｂとほぼ同じ角度のテーパ状の摺接面となっている。
【０００８】
また、バックアップリング１０７の低圧側Ｌ及び高圧側の端面１０７ｃ，１０７ｄは、それぞれ軸方向に直交する平面と平行となるように構成されている。
【０００９】
そして、使用時等において高圧側Ｈから圧力Ｐ１が付与されると、シールリング１０６は圧力Ｐ１により発生する低圧側Ｌへの軸方向荷重により押圧され、図１２（ａ）から図１２（ｂ）に示される状態となる。
【００１０】
すなわち、低圧側Ｌへの軸方向荷重によりバックアップリング１０７の内周壁面１０７ｂがテーパ状溝底部１０５ｂに圧着するように当接し、その径方向分力によってバックアップリング１０７が主として弾性変形により径方向外方に拡径することで、外周壁面１０７ａがハウジング１０２の内周面１０２ａに、内周壁面１０７ｂがテーパ状溝底部１０５ｂに、それぞれ密着して隙間が埋められ、シールリング１０６の低圧側Ｌへのはみ出しが防止されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記した従来の構成による密封装置１０１では、バックアップリング１０７の低圧側Ｌへの移動が取付溝１０５の側壁面１０５ａにより規制されるため、図１２（ｃ）に示されるように軸１０３の偏心が大きい場合に、バックアップリング１０７の外周壁面１０７ａ及び内周壁面１０７ｂに隙間Ｇ１，Ｇ２が発生し、Ｏリング１０６のはみ出し（１０６ａ，１０６ｂ部）が発生する恐れがある。
【００１２】
従来技術においては側壁面１０５ａとＯリング１０６による圧縮方向の押圧力によるバックアップリング１０７の弾性変形により、軸１０３の偏心に対して追随させようとする設計思想に基づき、バックアップリング１０７の低圧側Ｌの端面１０７ｃの径方向寸法を、偏心していない場合の取付溝１０５の側壁面１０５ａの底からハウジング１０２の内周面１０２ａまでの間隔Ｈ0 とほぼ等しく設定している（図１２（ｂ）参照）。
【００１３】
従って、図１２（ｃ）のような大きな偏心が発生し、Ｈ1 ＞Ｈ0 となった場合には、対応することが困難となってしまう。
【００１４】
また、特に高圧の流体を密封する場合においては、従来と同じ偏心量であってもＯリング１０６のはみ出しが顕著になることも考えられ、このような問題の発生を防止することが望まれていた。
【００１５】
一方、Ｏリング１０６は、密封流体の種類によっては膨潤して高圧側Ｈの側壁面１０５ｄに当接し、さらには側壁面１０５ｄの角部１０５ｅ（図１２（ａ）参照）とハウジング１０２の内周面１０２ａとの間の隙間にかみ込まれ、損傷してしまうという問題もあった。
【００１６】
これは、取付溝１０５にバックアップリング１０７やシールリング１０６を嵌め込む際に、軸１０３の外周面１０３ａよりも大きく拡径しなければならず、組立性を考慮して高圧側の外周面１０３ａの高さを低くした場合等においてより顕著となっている。
【００１７】
また、同じような損傷の発生要因としては、ハウジング１０２と軸１０３が軸方向に相対移動（シリンダとピストンの関係）する場合や、密封流体が脈動する場合等においても考慮すべき問題の一つである。
【００１８】
本発明は上記従来技術における課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、シールリングの損傷を防止することができ、かつ偏心追随性に優れ密封性能を良好に維持可能する信頼性の高い密封装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、軸孔とこの軸孔に挿通される軸の間の環状隙間に備えられ、かつ、軸孔あるいは軸のいずれか一方の部材に設けられ、低圧側の側壁面から他方の部材との間隔が高圧側に向かって拡がる方向に傾斜するテーパ状溝底部を有する環状の取付溝に備えられる密封装置であって、前記取付溝内に装着されるゴム状弾性材料によるシールリングと、前記取付溝のテーパ状溝底部に摺接し、該テーパ状溝底部に対応するテーパ部を備えると共に、前記取付溝内においてシールリングよりも低圧側に装着されるバックアップリングと、を備えた密封装置において、高圧側からの圧力が作用した際に前記取付溝の低圧側の側壁面とバックアップリングの低圧側の端部との間に隙間を有するように設けられることを特徴とする。
【００２０】
この構成によると、バックアップリングはシールリングを介して高圧側からの圧力により低圧側へと押圧される。押圧によりバックアップリングのテーパ部は取付溝のテーパ状溝底部に当接し、その際に発生する径方向分力によりテーパ状溝底部と反対側のバックアップリング周面と他方の部材の周面との間に隙間が発生することが防止される。
【００２１】
取付溝の低圧側の側壁面とバックアップリングの低圧側の端部との間に備えられた隙間は、バックアップリングの低圧側への所定量の移動を可能とする。そして、取付溝のテーパ状溝底部に沿って移動するバックアップリングは、他方の部材の周面との間隔が狭くなるので、テーパ状溝底部と反対側のバックアップリングの周面と他方の部材の周面との間に隙間は発生しない。従って、シールリングがバックアップリング側に押圧されても隙間からはみ出すことはない。
【００２２】
前記バックアップリングの低圧側の端部の肉厚は、前記取付溝の低圧側の側壁面におけるテーパ状溝底部から他方の部材の周面との間隔よりも大きく設定されることも好適である。
【００２３】
この構成によると、バックアップリングが取付溝の低圧側の側壁面と当接するまで低圧側へ移動し、それ以上の低圧側への移動が規制された場合においても、テーパ状溝底部と反対側のバックアップリングの周面と他方の部材の周面との隙間は発生しない。
【００２４】
さらに、前記バックアップリングの低圧側の端部の肉厚は、偏心時における前記取付溝の低圧側の側壁面におけるテーパ状溝底部から他方の部材の周面との最大間隔と等しいか該間隔よりも大きく設定されることも好適である。
【００２５】
この構成によると、軸孔と軸が偏心した場合においても、テーパ状溝底部と反対側のバックアップリングの周面と他方の部材の周面との隙間は発生しない。
【００２６】
また、バックアップリングは、前記テーパ部にバックアップリング高圧側壁面の肉厚が前記バックアップリング高圧側壁面に対応する二部材間の隙間よりも大きく、該バックアップリングが取付溝内に組み込まれた際に圧縮されるつぶし代を設けたことも好適である。
【００２７】
これによると、バックアップリングのテーパ部に張り出して設けられたつぶし代により、バックアップリングに径方向に拡径するように変形する拡張力が備わり、偏心による隙間が発生しても、追随してそれを埋め密封性を維持する。
【００２８】
また、前記バックアップリングは、一部が切断された有端リング状であり、組込み時には他方の部材との間に隙間が形成され、使用状態における圧力作用時には切断部が拡がり、一方の部材及び他方の部材との間の隙間を埋めることも好適である。
【００２９】
これによって、バックアップリングを取付溝の中に容易に装着することができ、組立性を向上させることができる。また、圧力作用時にバックアップリングの切断部が拡がることにより、バックアップリングは取付溝のテーパ状溝底部を低圧側に向かって摺動し易くなり、組込み時に有するバックアップリングと他方の部材との間の隙間をより確実に埋めることが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１〜図４を参照して本発明の実施の形態に係る密封装置について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る密封装置１の要部を破断断面とした構成説明図であり、図２は密封装置１に高圧側Ｈから密封流体の圧力Ｐ１が付与された状態、図３及び図４は密封流体の圧力Ｐ１が付与されると共に、軸３の偏心を伴う状態をそれぞれ示している。
【００３１】
密封装置１の概略構成としては、軸３の外周面に設けられた環状の取付溝５と、この取付溝５の内部に装着されるゴム状弾性材料によるシールリング６及びシールリング６よりも環状隙間４の低圧側Ｌに装着される樹脂材料によるバックアップリング７を備えて構成されている。
【００３２】
取付溝５は、低圧側Ｌの側壁面５ａからハウジング２の内周面２ａとの間隔が高圧側Ｈに向かって拡がる方向に傾斜するテーパ状溝底部５ｂ、テーパ状溝底部５ｂの高圧側Ｈの端部から高圧側Ｈに向かってハウジング２の内周面２ａと平行となる平行溝底部５ｃ、平行溝底部５ｃの高圧側Ｈの端部に接続する高圧側Ｈの側壁面５ｄを備えた構成となっている。
【００３３】
シールリング６は、圧縮されていない状態では円形断面を備えたＯリング状であり、取付溝５に装着された状態では、ハウジング２の内周面２ａと平行溝底部５ｃとにより径方向に圧縮され、その弾性反発力によって内外周の接触面圧を得て、環状隙間４を低圧側Ｌと高圧側Ｈとに分割密封している。
【００３４】
バックアップリング７は円筒形状を呈しており、ラジアル方向に切断した形状（図１２に示される形状）において、外周壁面７ａはハウジング２の内周面２ａに平行な摺接面となり、テーパ状溝底部５ｂに対向するテーパ部としての内周壁面７ｂはテーパ状溝底部５ｂとほぼ同じ傾斜角度を有するテーパ状の摺接面となっている。
【００３５】
また、バックアップリング７の低圧側Ｌ及び高圧側の端面７ｃ，７ｄは、それぞれ軸方向に直交する平面と平行となるように構成されており、かつ取付溝５の低圧側Ｌの側壁面５ａと端面７ｃとの間に所定の隙間Ｇ１が備えられている。
【００３６】
この隙間Ｇ１は、バックアップリング７の低圧側Ｌの端部としての端面７ｃの径方向の寸法である肉厚Ｗ２が取付溝５の低圧側Ｌの側壁面５ａにおけるテーパ状溝底部５ｂからハウジング２の内周面２ａとの間隔Ｗ１よりも大きく設定されていることにより、バックアップリング７が隙間Ｇ１分だけ高圧側Ｈに位置することにより形成されている。
【００３７】
尚、図１における密封装置１の状態は、低圧側Ｌと高圧側Ｈとの間には圧力差は発生しておらず、軸３のハウジング２に対する偏心も発生していない状態として示されている。また、図１における間隔Ｗ１及び肉厚Ｗ２の値は、寸法公差や偏心による影響を受けていない状態において比較している。
【００３８】
従って、図１においてはシールリング６によるバックアップリング７の低圧側Ｌ方向への大きな押圧力は発生していないが、軽く低圧側Ｌに押し付けることによりバックアップリング７の外周壁面７ａはハウジング２の内周面２ａに、内周壁面７ｂはテーパ状溝底部５ｂにそれぞれ同時に当接可能となっている。
【００３９】
図２は、このような構成の密封装置１の高圧側Ｈに密封流体の圧力Ｐ１が付与された状態を示しており、バックアップリング７はシールリング６を介して高圧側Ｈからの圧力Ｐ１により低圧側Ｌへと押圧される。押圧によりバックアップリング７の内周壁面７ｂは取付溝５のテーパ状溝底部５ｂに当接し、その際に発生する径方向分力によりテーパ状溝底部５ｂと反対側のバックアップリング７の外周壁面７ａとハウジング２の内周面２ａは密着して隙間の発生は防止される。
【００４０】
そして、取付溝５の低圧側Ｌの側壁面５ａとバックアップリング７の低圧側Ｌとの間に備えられた隙間Ｇ１は、バックアップリング７の低圧側ｌへの所定量の移動を可能とする。
【００４１】
バックアップリング７は取付溝５のテーパ状溝底部５ｂに沿ってハウジング２に接近する方向に移動するので、その外周壁面７ａとハウジング２の内周面２ａとの間に隙間が発生することをより確実に防止する。
【００４２】
従って、シールリング６がバックアップリング７側に押圧されても隙間からはみ出すことはない。
【００４３】
尚、バックアップリング７はこの実施の形態では樹脂材料（例えばＰＴＦＥ等）によるものなので、２点鎖線で示されるような圧力による弾性変形やクリープ変形が発生することも考えられるが、隙間Ｇ１が存在することによりテーパ状溝底部５ｂとの間で発生する径方向分力は失われず、外周壁面７ａとハウジング２の内周面２ａとの間に隙間は発生しない。
【００４４】
また、バックアップリング７は、一部がバイアスカットされた有端リング状であり、組込み時にはハウジング２の内周面２ａとバックアップリング７の外周壁面７ａとの間に隙間が形成され、使用状態における圧力作用時には切断部（バイアスカット部）が拡がり、ハウジング２の内周面２ａとバックアップリング７の外周壁面７ａの間の隙間を埋めることも好適である。
【００４５】
切断部の形状は、バックアップリング７が圧力が作用した際に弾性変形が比較的大きい材料であれば、バイアスカットがなくても良いが、このカットを設けることによって拡径が容易で、一層の効果を望める。
【００４６】
図３及び図４は密封流体の圧力Ｐ１が付与されると共に、軸３に偏心が発生している状態がそれぞれ示されている。尚、図３よりも図４のほうが偏心量が大きい状態である。図３と図４の関係は、それぞれ最大最小の隙間関係を表わしているが、図１において偏心が発生した場合においては、実線側（図１において上側）が図３に対応し、破線側（図１において下側）が図４に対応するような関係にもなっている。
【００４７】
偏心が発生すると、取付溝５の低圧側Ｌの側壁面５ａにおけるテーパ状溝底部５ｂからハウジング２の内周面２ａとの間隔が図１のＷ１よりも大きなＷ１Ａとなる部分が発生するが、隙間Ｇ１があることにより、バックアップリング７はシールリング６により押圧されているので低圧側Ｌへと移動する。この時、隙間Ｇ２の間隔は、隙間Ｇ１よりも小さくなっている。
【００４８】
図４は、軸３が最も大きく偏心した状態であり、取付溝５の低圧側Ｌの側壁面５ａとバックアップリング７の端面７ｃが当接するまで、バックアップリング７が低圧側Ｌに移動している。この状態においても、外周壁面７ａとハウジング２の内周面２ａとの間に隙間を発生させないために、バックアップリング７の端面７ｃの肉厚Ｗ２は、偏心時における間隔Ｗ１Ｂと等しいか、それよりも大きく（Ｗ２≧Ｗ１Ｂ）設定することにより、バックアップリング７が隙間Ｇ１分移動して側壁面５ａに当接した状態となっても、その外周壁面７ａとハウジング２の内周面２ａとの間に隙間を発生させないようにすることが可能となる。
【００４９】
従って、取付溝５の低圧側Ｌの側壁面５ａとバックアップリング７の端面７ｃの間に備えられた隙間Ｇ１により、バックアップリング７の低圧側ｌへの所定量の移動が可能となり、偏心追随性が向上し、外周壁面７ａとハウジング２の内周面２ａとの間に隙間が発生することが防止される。
【００５０】
シールリング６はバックアップリング７側に押圧されても隙間からはみ出すことはなく、密封性能を良好に維持することが可能となり信頼性を高めることが可能となる。
【００５１】
尚、この密封装置１は、ハウジング２と軸３が互いに相対回転あるいは往復移動自在に組み付けられた運動用の密封装置であってもよいし、またハウジング２と軸３が静止状態に組み付けられる固定用の密封装置であってもよい。
【００５２】
運動用の密封装置の場合には運動時の軸偏心に対応可能となり、固定部のシールとして用いる場合には組み付け時の軸偏心に対応可能となる。
【００５３】
（実施の形態２）
図５は本発明の第２の実施の形態に係る密封装置を示している。
【００５４】
すなわち、この密封装置２１は、所定の環状隙間２２を介して互いに同心的に組み付けられた２部材としての軸２３とハウジング２４間をシールするもので、軸２３外周に設けられた環状の取付溝２５内に装着されるゴム状弾性体製のシールリング２６と、このシールリング２６を隔てて軸方向低圧側の溝側面とシールリング２６間に配置される樹脂製のバックアップリング２７とを備えた構成となっている。
【００５５】
シールリング２６はＯリング等のリング状のスクィーズパッキンで、自由状態では内径が取付溝２５の溝内径よりも小径で、外径がハウジング２４の内径よりも大径に設定された円形断面を備えたもので、組付時にハウジング２４内周面と取付溝２５の円筒状溝底部２５ａとによって径方向に圧縮され、その弾性反発力によって内外周の接触面圧を得ている。
【００５６】
バックアップリング２７は断面略台形状のリング状部材で、外周面が軸方向と平行の円筒面で、その外径がハウジング２４内径とほぼ等しく、摺接する。
【００５７】
また、その両側面は軸方向に直交する互いに平行となる直交面によって構成されており、バックアップリング２７の高圧側Ｈの側面はシールリング２６と接触し、また、バックアップリング２７の低圧側Ｌの側面は取付溝２５の低圧側Ｌ壁面に接触して軸方向荷重を支持する。
【００５８】
そして、このバックアップリング２７の溝底側の周面である内周面には、低圧側Ｌに向かって徐々にハウジング２４の内周面との間隔が狭まる方向に傾斜する円錐台状の内径テーパ部２７ａが設けられている。
【００５９】
一方、取付溝２５の、バックアップリング２７に対応する溝底部分にはバックアップリング２７の内径テーパ部２７ａに対応する円錐台状のテーパ状溝底部２５ｂが設けられている。
【００６０】
この内径テーパ部２７ａのテーパ角度θ1 とテーパ状溝底部２５ｂのテーパ角度θ2 とは、
θ1 ＞θ2
と設定されている。
【００６１】
即ち、自由状態では、バックアップリング２７の低圧側Ｌの肉厚Ｗ３は低圧側Ｌのハウジング２４の内周面から溝内側面２５ｃの底部までの間隔と略等く、バックアップリング２７の高圧側Ｈの肉厚Ｗ４は高圧側Ｈのハウジング２４の内側面から円筒状溝底部２５ａまでの間隔Ｄ1 より大きく、組み込まれる際に圧縮されるつぶし代２８（図５において斜線により示されている部分）が設けられている。
【００６２】
そして、バックアップリング２７はハウジング２４と取付溝２５の間に圧縮されて組み込まれる。
【００６３】
尚、このバックアップリング２７は装着できれば無端リング状であってもよいし、一部切断した有端リング状の構成としてもよい。切断方向は図示しないが、周方向に対して斜めに切断するバイアスカットでもよいし、周方向に対して直角に切断してもよいし、他の切断方法を採用してもよい。
【００６４】
上記の構成に高圧側Ｈから流体圧が付与されると、シールリング２６が低圧側Ｌに押され、このシールリング２６によってバックアップリング２７が低圧側Ｌに押圧される。
【００６５】
バックアップリング２７の作用する軸方向荷重は最終的に取付溝２５の低圧側の溝内側面２５ｃによって支持される。この場合では、バックアップリング２７は、高圧側Ｈの肉厚Ｗ４に設けられたつぶし代２８が圧縮された状態になっている。
【００６６】
従って、シールリング２６がバックアップリング２７側に押圧されても隙間が発生することはない。
【００６７】
図６には、流体圧力が付与されると共に、軸２３に偏心が発生している状態を示している。
【００６８】
偏心により、ハウジング２４と軸２３との間隔が大きくなる部分が発生すると、バックアップリング２７は圧縮状態にあったつぶし代２８が径方向に拡径するように弾性変形して大きくなった間隔を埋め、バックアップリング２７外周部とハウジング２４間、及びバックアップリング２７内周部と軸２３間に隙間が生じることを防ぐ。
【００６９】
従って、内径テーパ部２７ａのつぶし代２８が常にバックアップリング２７の内外径部の隙間が埋められた状態に維持でき，耐偏心追従性が向上し、シールリング２６のはみ出しが防止され、シールリングの破損を防ぐことができる。
【００７０】
尚、この密封装置２１は、軸２３とハウジング２４間が、互いに相対回転あるいは往復移動自在に組み付けられた運動用シールであってもよいし、また、軸２３とハウジング２４間が静止状態に組み付けられた固定部のシールであってもよい。
【００７１】
運動用シールの場合には運動時の軸偏心に対応できるし、固定部のシールとして用いる場合には組み付け時の軸偏心に対応できる。
【００７２】
また、つぶし代２８の厚みは偏心時でも隙間ができない厚み、或は若干のつぶしを持つような厚みに設定する。そして、高圧側Ｈのつぶし代を大きく設定することにより、バックアップリング２７の内径テーパ部２７ａとテーパ状溝底部２５ｂ及び同様にバックアップリング２７の外周面とハウジング２４の内周面の接触面における面圧分布を高圧側Ｈに変移させ（高圧側Ｈに面圧分布のピークが位置する）、高圧側Ｈからの圧力に対してより良好な耐圧性を発揮させることができる。
【００７３】
更に、つぶし代２８は内径テーパ部２７ａのテーパ角度θ1 ＞テーパ状溝底部２５ｂのテーパ角度θ2 となるようなテーパ角度に設定するのではなく、それぞれのテーパ角度が略等しく内径テーパ部２７ａの高圧側が径方向最大となるつぶし代を設ける構成であってもよい。
【００７４】
（実施の形態３）
図７は本発明の第３の実施の形態に係る密封装置３１を示している。図７（ａ）は密封装置３１に負荷が加わっていないの組立初期状態を示し、図７（ｂ）はシールリング６の膨潤や往復動の際の高圧側Ｈへの移動が発生した状態を示している。
【００７５】
図７（ａ）の密封装置３１において，第１の実施の形態で説明した密封装置１と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００７６】
この密封装置３１の特徴的な構成は、シールリング６及びバックアップリング７を取付溝５に嵌め込む際の作業性を向上し、かつそれらの過度の変形を抑えるために、高圧側Ｈの側壁面５ｄの高さが低く設定（軸３の端部３ａの直径を小さく）されている。従って、環状隙間４が大きく設定されている。
【００７７】
また、シールリング６と側壁面５ｄの間に第２のバックアップリング３２を備えている。
【００７８】
この第２のバックアップリング３２はバックアップリング７とは異なり、高圧の密封流体により変形するシールリング６を支持するものではなくそれ程の強度を必要としないが、シールリング６の膨潤や往復動の際の高圧側Ｈへの移動による加圧力により撓むことがないように、材料強度や板圧が設定されている。
【００７９】
例えば、概略平ワッシャ形状のカット部を有した軟質樹脂材料の比較的柔らかくて延性のある材料、例えば、ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）等を用いた環状部材である。尚、取付溝５に装着可能であれば、カット部は不要である。
【００８０】
このように構成することで、組立性を考慮して環状隙間４が大きく設定されても密封装置３１は、シールリング６の膨潤や往復動の際の高圧側Ｈへの移動に対し、第２のバックアップリング３２がシールリング６を支持することになり、シールリング６の環状隙間４へのかみ込みによる損傷を防止することができる。
【００８１】
尚、低圧側Ｌにおけるシールリング６とバックアップリング７の作用は、第１の実施の形態と同様である。
【００８２】
また、この図７の密封装置３１と図１２（ａ）の従来の密封装置（高圧側の外周面１０３ａを破線で示される外周面１０３ａＬまで縮径して環状隙間１０４を大きくしたもの）とを比べて浸漬試験（ＦｕｅｌＤ＋ＭＴＢＥ７％，１２０℃×３００ｈ）を行った結果では、従来の密封装置が６個中４個のシールリングに破損が生じていたのに対し、本実施の形態の密封装置は６個全て破損せず、破損対策効果が大きい。
【００８３】
このように第２のバックアップリング３２を高圧側Ｈに配置することによって、シールリング６の膨潤等によっても高圧側Ｈへのはみ出しを防止する。結果的に高圧側Ｈの側壁面５ｄ角に当接することによる破損を防止する。
【００８４】
また、高圧側Ｈの側壁面５ｄを低く形成できるため、第２のバックアップリング３２のみならずシールリング６やバックアップリング７は装着や脱着等の際に大きく拡径されず変形が防止され、また、密封装置３１の組立作業性も向上する。
【００８５】
さらに、脈動圧に対し、シールリング６が取付溝５から高圧側Ｈへ抜け出ることを防止する。
【００８６】
尚、本実施の形態は流体浸漬による膨潤としたが、シールリング６が膨潤する場合であればよく、その原因は流体浸漬に限るものではない。
【００８７】
（実施の形態４）
図８には、本発明の第４の実施の形態として、高圧側Ｈに配置される第２のバックアップリング３２の取り付け部の構成が示されている。
【００８８】
以下の説明では第３の実施の形態と異なる構成のみを説明するものとし、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を省略するものとする。
【００８９】
図８における密封装置４１において、その軸３は、取付溝５の高圧側Ｈの側壁面がないものであり、側壁面の代わりに軸３の高圧側Ｈの端部に独立した固定リング４２を備えた構成である。固定リング４２は、軸３に形成された溝３ｂに嵌合されている。
【００９０】
このようにすれば、シールリング６のはみ出し（低圧側Ｌ及び高圧側Ｈ）は第３の実施の形態と同様に防止でき、装着や脱着時においてバックアップリング７，シールリング６，バックアップリング３２等のリング径を装着時に拡張する必要がなく変形が防止され、また、密封装置４１の組立作業性も向上する。
【００９１】
即ち、軸３の外径と略等しい径の取付溝５に直接挿入することができ、各リングの変形防止や組立作業性を向上することができる。
【００９２】
尚、外径側のハウジング２側に取付溝が設けられ、その溝に固定される固定リングによりバックアップリング３２の高圧側Ｈにおける抜け防止を行なうことも可能である。
【００９３】
（実施の形態５）
図９には、本発明の第５の実施の形態として、密封装置５１の高圧側Ｈに配置される第２のバックアップリング３２の取り付け部の構成が示されている。
【００９４】
図９の密封装置５１では、ワッシャ状の固定リング５２をネジ５３により軸３に固定している構成である。その他の構成及び作用／効果は第４の実施の形態と同様である。
【００９５】
（実施の形態６）
図１０には、本発明の第６の実施の形態として、密封装置６１の高圧側Ｈに配置される第２のバックアップリング６２の取り付け部の構成が示されている。
【００９６】
第２のバックアップリング６２は、それ自体で軸３に取り付けられる構成である。
【００９７】
軸３は、第４の実施の形態と同様に、取付溝５の高圧側Ｈの側壁面がないものであり、側壁面の代わりに軸３の高圧側Ｈの端部にバックアップリング６２が、軸３に形成された溝３ｂに嵌合されている。
【００９８】
従って、シールリング６の膨潤や往復動の際の高圧側Ｈへの移動に対し、第２のバックアップリング６２自体がシールリング６を支持するので、取り付け強度や撓み強度等十分配慮する必要がある。
【００９９】
尚、バックアップリング６２の強度が必要な場合には、より硬い硬質樹脂材料や金属材料を使用することも可能である。また、バックアップリング６２としてＣ形止め輪を用いることもできる。
【０１００】
このようにすれば、シールリング６のはみ出し（低圧側Ｌ及び高圧側Ｈ）は第３の実施の形態と同様に防止でき、装着や脱着時においてバックアップリング７，シールリング６等のリング径を装着時に拡張する必要がなく変形が防止され、また、密封装置６１の組立作業性も向上する。
【０１０１】
（実施の形態７）
図１１には、本発明の第７の実施の形態として、密封装置７１の高圧側Ｈに配置される第２のバックアップリング７２の取り付け部の構成が示されている。
【０１０２】
図１１の密封装置７１では、ワッシャ状の第２のバックアップリング７２をネジ７３により軸３に固定している構成である。その他の構成及び作用／効果は第６の実施の形態と同様である。
【０１０３】
【発明の効果】
上記発明の詳細な説明に記載されたように、シールリングの損傷を防止することができ、かつ偏心追随性に優れ密封性能を良好に維持可能する信頼性の高い密封装置が得られる。
【０１０４】
バックアップリングの低圧側の端部の肉厚を規定することにより、バックアップリングが取付溝の低圧側の側壁面と当接するまで低圧側へ移動し、それ以上の低圧側への移動が規制された場合においても、バックアップリングの周面と他方の部材の周面との隙間の発生を防止してシールリングの破損がより確実に防止される。
【０１０５】
さらに、バックアップリングの低圧側の端部の肉厚を偏心を考慮して規定することにより、大きな偏心の発生があっても、密封性能を良好に維持することが可能である。
【０１０６】
バックアップリングに嵌合時に圧縮されるつぶし代を設けることにより、バックアップリングに径方向に拡径するように変形する拡張力が備わり、偏心による隙間が発生しても、追随してそれを埋め密封性が維持可能となる。
【０１０７】
一部が切断された有端リング状のバックアップリングを適用することにより、バックアップリングを取付溝の中に容易に装着することができ、組立性を向上させることができる。また、圧力作用時にバックアップリングの切断部が拡がることにより、バックアップリングは取付溝のテーパ状溝底部を低圧側に向かって摺動し易くなり、組込み時に有するバックアップリングと他方の部材との間の隙間をより確実に埋めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１の実施の形態に係る密封装置の要部を断面化した構成説明図。
【図２】図２は密封装置に密封流体の圧力が付与された状態の説明図。
【図３】図３は密封装置に密封流体の圧力が付与されると共に、偏心を伴う状態の説明図。
【図４】図４は密封装置に密封流体の圧力が付与されると共に、偏心を伴う状態の説明図。
【図５】図５は本発明の第２の実施の形態に係る密封装置の要部を断面化した構成説明図。
【図６】図６は密封装置に密封流体の圧力が付与された状態の説明図。
【図７】図７は本発明の第３の実施の形態に係る密封装置の要部を断面化した構成説明図。
【図８】図８は本発明の第４の実施の形態に係る密封装置の要部を断面化した構成説明図。
【図９】図９は本発明の第５の実施の形態に係る密封装置の要部を断面化した構成説明図。
【図１０】図１０は本発明の第６の実施の形態に係る密封装置の要部を断面化した構成説明図。
【図１１】図１１は本発明の第７の実施の形態に係る密封装置の要部を断面化した構成説明図。
【図１２】図１２は従来技術に係る密封装置の説明図である。
【符号の説明】
１ 密封装置
２ ハウジング
２ａ 内周面
３ 軸
３ａ 端部
３ｂ 溝
４ 環状隙間
５ 取付溝
５ａ 側壁面
５ｂ テーパ状溝底部
５ｃ 平行溝底部
５ｄ 側壁面
６ シールリング
７ バックアップリング
７ａ 外周壁面
７ｂ 内周壁面
７ｃ，７ｄ 端面
２１ 密封装置
２２ 環状隙間
２３ 軸
２４ ハウジング
２５ 取付溝
２５ａ 円筒状溝底部
２５ｂ テーパ状溝底部
２５ｃ 溝内側面
２６ シールリング
２７ バックアップリング
２８ つぶし代
３１ 密封装置
３２ 第２のバックアップリング
４１ 密封装置
４２ 固定リング
５１ 密封装置
５２ 固定リング
５３ ネジ
６１ 密封装置
６２ 第２のバックアップリング
７１ 密封装置
７２ 第２のバックアップリング
７３ ネジ
Ｇ１，Ｇ２ 隙間
Ｌ 低圧側
Ｈ 高圧側
Ｐ１ 圧力
Ｗ１，Ｗ１Ａ，Ｗ１Ｂ，Ｈ0 ，Ｈ1 ，Ｄ1 間隔
Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４ 肉厚
θ1 ，θ2 テーパ角度
１０１ 密封装置
１０２ ハウジング
１０２ａ 内周面
１０３ 軸
１０３ａ 外周面
１０４ 環状隙間
１０５ 取付溝
１０５ａ 側壁面
１０５ｂ テーパ状溝底部
１０５ｃ 平行溝底部
１０５ｄ 側壁面
１０６ シールリング
１０６ａ，１０６ｂ はみ出し
１０７ バックアップリング
１０７ａ 外周壁面
１０７ｂ 内周壁面
１０７ｃ，１０７ｄ 端面
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば内燃機関のインジェクタの配管部等に用いられる密封装置に関し、特にＯリング等のゴム状弾性材料によるシールリングと、圧力を受けるシールリングのはみ出しによる損傷を防止するバックアップリングとを備えた密封装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術に係るシールリングとバックアップリングとを備えるこの種の密封装置１０１を図１２を参照して説明する。
【０００３】
図１２はハウジング１０２の内周面１０２ａと軸１０３の外周面１０３ａとの間の環状隙間１０４及び環状隙間１０４に設けられた密封装置１０１の要部の断面構成を説明する図であり、図１２（ａ）は低圧側Ｌと高圧側Ｈとの間に圧力差が存在しない状態、図１２（ｂ）は使用時等において高圧側Ｈから圧力Ｐ１が付与されている状態、図１２（ｃ）は図１２（ｂ）において軸１０３の偏心が発生した状態をそれぞれ示している。
【０００４】
密封装置１０１は、軸１０３の外周面に設けられた環状の取付溝１０５と、この取付溝１０５の内部に装着されるゴム状弾性材料によるシールリング１０６及びシールリング１０６よりも環状隙間１０４の低圧側Ｌに装着される樹脂材料によるバックアップリング１０７を備えて構成されている。
【０００５】
取付溝１０５は、低圧側Ｌの側壁面１０５ａからハウジング１０２の内周面１０２ａとの間隔が高圧側Ｈに向かって拡がる方向に傾斜するテーパ状溝底部１０５ｂ、テーパ状溝底部１０５ｂの高圧側Ｈの端部から高圧側Ｈに向かってハウジング１０２の内周面１０２ａと平行となる平行溝底部１０５ｃ、平行溝底部１０５ｃの高圧側Ｈの端部に接続する高圧側Ｈの側壁面１０５ｄを備えた構成となっている。
【０００６】
シールリング１０６は、圧縮されていない状態では円形断面を備えたＯリングであり、取付溝１０５に装着された状態では、ハウジング１０２の内周面１０２ａと平行溝底部１０５ｃとにより径方向及び軸方向（密封流体の圧力により）に圧縮され、その弾性反発力によって内外周の接触面圧を得て、環状隙間１０４を低圧側Ｌと高圧側Ｈとに分割している。
【０００７】
バックアップリング１０７は円筒形状を呈しており、ラジアル方向に切断した形状（図１２に示される形状）において、外周壁面１０７ａはハウジング１０２の内周面１０２ａに平行な摺接面となり、テーパ状溝底部１０５ｂに対向する内周壁面１０７ｂはテーパ状溝底部１０５ｂとほぼ同じ角度のテーパ状の摺接面となっている。
【０００８】
また、バックアップリング１０７の低圧側Ｌ及び高圧側の端面１０７ｃ，１０７ｄは、それぞれ軸方向に直交する平面と平行となるように構成されている。
【０００９】
そして、使用時等において高圧側Ｈから圧力Ｐ１が付与されると、シールリング１０６は圧力Ｐ１により発生する低圧側Ｌへの軸方向荷重により押圧され、図１２（ａ）から図１２（ｂ）に示される状態となる。
【００１０】
すなわち、低圧側Ｌへの軸方向荷重によりバックアップリング１０７の内周壁面１０７ｂがテーパ状溝底部１０５ｂに圧着するように当接し、その径方向分力によってバックアップリング１０７が主として弾性変形により径方向外方に拡径することで、外周壁面１０７ａがハウジング１０２の内周面１０２ａに、内周壁面１０７ｂがテーパ状溝底部１０５ｂに、それぞれ密着して隙間が埋められ、シールリング１０６の低圧側Ｌへのはみ出しが防止されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記した従来の構成による密封装置１０１では、バックアップリング１０７の低圧側Ｌへの移動が取付溝１０５の側壁面１０５ａにより規制されるため、図１２（ｃ）に示されるように軸１０３の偏心が大きい場合に、バックアップリング１０７の外周壁面１０７ａ及び内周壁面１０７ｂに隙間Ｇ１，Ｇ２が発生し、Ｏリング１０６のはみ出し（１０６ａ，１０６ｂ部）が発生する恐れがある。
【００１２】
従来技術においては側壁面１０５ａとＯリング１０６による圧縮方向の押圧力によるバックアップリング１０７の弾性変形により、軸１０３の偏心に対して追随させようとする設計思想に基づき、バックアップリング１０７の低圧側Ｌの端面１０７ｃの径方向寸法を、偏心していない場合の取付溝１０５の側壁面１０５ａの底からハウジング１０２の内周面１０２ａまでの間隔Ｈ0 とほぼ等しく設定している（図１２（ｂ）参照）。
【００１３】
従って、図１２（ｃ）のような大きな偏心が発生し、Ｈ1 ＞Ｈ0 となった場合には、対応することが困難となってしまう。
【００１４】
また、特に高圧の流体を密封する場合においては、従来と同じ偏心量であってもＯリング１０６のはみ出しが顕著になることも考えられ、このような問題の発生を防止することが望まれていた。
【００１５】
一方、Ｏリング１０６は、密封流体の種類によっては膨潤して高圧側Ｈの側壁面１０５ｄに当接し、さらには側壁面１０５ｄの角部１０５ｅ（図１２（ａ）参照）とハウジング１０２の内周面１０２ａとの間の隙間にかみ込まれ、損傷してしまうという問題もあった。
【００１６】
これは、取付溝１０５にバックアップリング１０７やシールリング１０６を嵌め込む際に、軸１０３の外周面１０３ａよりも大きく拡径しなければならず、組立性を考慮して高圧側の外周面１０３ａの高さを低くした場合等においてより顕著となっている。
【００１７】
また、同じような損傷の発生要因としては、ハウジング１０２と軸１０３が軸方向に相対移動（シリンダとピストンの関係）する場合や、密封流体が脈動する場合等においても考慮すべき問題の一つである。
【００１８】
本発明は上記従来技術における課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、シールリングの損傷を防止することができ、かつ偏心追随性に優れ密封性能を良好に維持可能する信頼性の高い密封装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、軸孔とこの軸孔に挿通される軸の間の環状隙間に備えられ、かつ、軸孔あるいは軸のいずれか一方の部材に設けられ、低圧側の側壁面から他方の部材との間隔が高圧側に向かって拡がる方向に傾斜するテーパ状溝底部を有する環状の取付溝に備えられる密封装置であって、前記取付溝内に装着されるゴム状弾性材料によるシールリングと、前記取付溝のテーパ状溝底部に摺接し、該テーパ状溝底部に対応するテーパ部を備えると共に、前記取付溝内においてシールリングよりも低圧側に装着されるバックアップリングと、を備えた密封装置において、高圧側からの圧力が作用した際に前記取付溝の低圧側の側壁面とバックアップリングの低圧側の端部との間に隙間を有するように設けられることを特徴とする。
【００２０】
この構成によると、バックアップリングはシールリングを介して高圧側からの圧力により低圧側へと押圧される。押圧によりバックアップリングのテーパ部は取付溝のテーパ状溝底部に当接し、その際に発生する径方向分力によりテーパ状溝底部と反対側のバックアップリング周面と他方の部材の周面との間に隙間が発生することが防止される。
【００２１】
取付溝の低圧側の側壁面とバックアップリングの低圧側の端部との間に備えられた隙間は、バックアップリングの低圧側への所定量の移動を可能とする。そして、取付溝のテーパ状溝底部に沿って移動するバックアップリングは、他方の部材の周面との間隔が狭くなるので、テーパ状溝底部と反対側のバックアップリングの周面と他方の部材の周面との間に隙間は発生しない。従って、シールリングがバックアップリング側に押圧されても隙間からはみ出すことはない。
【００２２】
前記バックアップリングの低圧側の端部の肉厚は、前記取付溝の低圧側の側壁面におけるテーパ状溝底部から他方の部材の周面との間隔よりも大きく設定されることも好適である。
【００２３】
この構成によると、バックアップリングが取付溝の低圧側の側壁面と当接するまで低圧側へ移動し、それ以上の低圧側への移動が規制された場合においても、テーパ状溝底部と反対側のバックアップリングの周面と他方の部材の周面との隙間は発生しない。
【００２４】
さらに、前記バックアップリングの低圧側の端部の肉厚は、偏心時における前記取付溝の低圧側の側壁面におけるテーパ状溝底部から他方の部材の周面との最大間隔と等しいか該間隔よりも大きく設定されることも好適である。
【００２５】
この構成によると、軸孔と軸が偏心した場合においても、テーパ状溝底部と反対側のバックアップリングの周面と他方の部材の周面との隙間は発生しない。
【００２６】
また、バックアップリングは、前記テーパ部にバックアップリング高圧側壁面の肉厚が前記バックアップリング高圧側壁面に対応する二部材間の隙間よりも大きく、該バックアップリングが取付溝内に組み込まれた際に圧縮されるつぶし代を設けたことも好適である。
【００２７】
これによると、バックアップリングのテーパ部に張り出して設けられたつぶし代により、バックアップリングに径方向に拡径するように変形する拡張力が備わり、偏心による隙間が発生しても、追随してそれを埋め密封性を維持する。
【００２８】
また、前記バックアップリングは、一部が切断された有端リング状であり、組込み時には他方の部材との間に隙間が形成され、使用状態における圧力作用時には切断部が拡がり、一方の部材及び他方の部材との間の隙間を埋めることも好適である。
【００２９】
これによって、バックアップリングを取付溝の中に容易に装着することができ、組立性を向上させることができる。また、圧力作用時にバックアップリングの切断部が拡がることにより、バックアップリングは取付溝のテーパ状溝底部を低圧側に向かって摺動し易くなり、組込み時に有するバックアップリングと他方の部材との間の隙間をより確実に埋めることが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１〜図４を参照して本発明の実施の形態に係る密封装置について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る密封装置１の要部を破断断面とした構成説明図であり、図２は密封装置１に高圧側Ｈから密封流体の圧力Ｐ１が付与された状態、図３及び図４は密封流体の圧力Ｐ１が付与されると共に、軸３の偏心を伴う状態をそれぞれ示している。
【００３１】
密封装置１の概略構成としては、軸３の外周面に設けられた環状の取付溝５と、この取付溝５の内部に装着されるゴム状弾性材料によるシールリング６及びシールリング６よりも環状隙間４の低圧側Ｌに装着される樹脂材料によるバックアップリング７を備えて構成されている。
【００３２】
取付溝５は、低圧側Ｌの側壁面５ａからハウジング２の内周面２ａとの間隔が高圧側Ｈに向かって拡がる方向に傾斜するテーパ状溝底部５ｂ、テーパ状溝底部５ｂの高圧側Ｈの端部から高圧側Ｈに向かってハウジング２の内周面２ａと平行となる平行溝底部５ｃ、平行溝底部５ｃの高圧側Ｈの端部に接続する高圧側Ｈの側壁面５ｄを備えた構成となっている。
【００３３】
シールリング６は、圧縮されていない状態では円形断面を備えたＯリング状であり、取付溝５に装着された状態では、ハウジング２の内周面２ａと平行溝底部５ｃとにより径方向に圧縮され、その弾性反発力によって内外周の接触面圧を得て、環状隙間４を低圧側Ｌと高圧側Ｈとに分割密封している。
【００３４】
バックアップリング７は円筒形状を呈しており、ラジアル方向に切断した形状（図１２に示される形状）において、外周壁面７ａはハウジング２の内周面２ａに平行な摺接面となり、テーパ状溝底部５ｂに対向するテーパ部としての内周壁面７ｂはテーパ状溝底部５ｂとほぼ同じ傾斜角度を有するテーパ状の摺接面となっている。
【００３５】
また、バックアップリング７の低圧側Ｌ及び高圧側の端面７ｃ，７ｄは、それぞれ軸方向に直交する平面と平行となるように構成されており、かつ取付溝５の低圧側Ｌの側壁面５ａと端面７ｃとの間に所定の隙間Ｇ１が備えられている。
【００３６】
この隙間Ｇ１は、バックアップリング７の低圧側Ｌの端部としての端面７ｃの径方向の寸法である肉厚Ｗ２が取付溝５の低圧側Ｌの側壁面５ａにおけるテーパ状溝底部５ｂからハウジング２の内周面２ａとの間隔Ｗ１よりも大きく設定されていることにより、バックアップリング７が隙間Ｇ１分だけ高圧側Ｈに位置することにより形成されている。
【００３７】
尚、図１における密封装置１の状態は、低圧側Ｌと高圧側Ｈとの間には圧力差は発生しておらず、軸３のハウジング２に対する偏心も発生していない状態として示されている。また、図１における間隔Ｗ１及び肉厚Ｗ２の値は、寸法公差や偏心による影響を受けていない状態において比較している。
【００３８】
従って、図１においてはシールリング６によるバックアップリング７の低圧側Ｌ方向への大きな押圧力は発生していないが、軽く低圧側Ｌに押し付けることによりバックアップリング７の外周壁面７ａはハウジング２の内周面２ａに、内周壁面７ｂはテーパ状溝底部５ｂにそれぞれ同時に当接可能となっている。
【００３９】
図２は、このような構成の密封装置１の高圧側Ｈに密封流体の圧力Ｐ１が付与された状態を示しており、バックアップリング７はシールリング６を介して高圧側Ｈからの圧力Ｐ１により低圧側Ｌへと押圧される。押圧によりバックアップリング７の内周壁面７ｂは取付溝５のテーパ状溝底部５ｂに当接し、その際に発生する径方向分力によりテーパ状溝底部５ｂと反対側のバックアップリング７の外周壁面７ａとハウジング２の内周面２ａは密着して隙間の発生は防止される。
【００４０】
そして、取付溝５の低圧側Ｌの側壁面５ａとバックアップリング７の低圧側Ｌとの間に備えられた隙間Ｇ１は、バックアップリング７の低圧側ｌへの所定量の移動を可能とする。
【００４１】
バックアップリング７は取付溝５のテーパ状溝底部５ｂに沿ってハウジング２に接近する方向に移動するので、その外周壁面７ａとハウジング２の内周面２ａとの間に隙間が発生することをより確実に防止する。
【００４２】
従って、シールリング６がバックアップリング７側に押圧されても隙間からはみ出すことはない。
【００４３】
尚、バックアップリング７はこの実施の形態では樹脂材料（例えばＰＴＦＥ等）によるものなので、２点鎖線で示されるような圧力による弾性変形やクリープ変形が発生することも考えられるが、隙間Ｇ１が存在することによりテーパ状溝底部５ｂとの間で発生する径方向分力は失われず、外周壁面７ａとハウジング２の内周面２ａとの間に隙間は発生しない。
【００４４】
また、バックアップリング７は、一部がバイアスカットされた有端リング状であり、組込み時にはハウジング２の内周面２ａとバックアップリング７の外周壁面７ａとの間に隙間が形成され、使用状態における圧力作用時には切断部（バイアスカット部）が拡がり、ハウジング２の内周面２ａとバックアップリング７の外周壁面７ａの間の隙間を埋めることも好適である。
【００４５】
切断部の形状は、バックアップリング７が圧力が作用した際に弾性変形が比較的大きい材料であれば、バイアスカットがなくても良いが、このカットを設けることによって拡径が容易で、一層の効果を望める。
【００４６】
図３及び図４は密封流体の圧力Ｐ１が付与されると共に、軸３に偏心が発生している状態がそれぞれ示されている。尚、図３よりも図４のほうが偏心量が大きい状態である。図３と図４の関係は、それぞれ最大最小の隙間関係を表わしているが、図１において偏心が発生した場合においては、実線側（図１において上側）が図３に対応し、破線側（図１において下側）が図４に対応するような関係にもなっている。
【００４７】
偏心が発生すると、取付溝５の低圧側Ｌの側壁面５ａにおけるテーパ状溝底部５ｂからハウジング２の内周面２ａとの間隔が図１のＷ１よりも大きなＷ１Ａとなる部分が発生するが、隙間Ｇ１があることにより、バックアップリング７はシールリング６により押圧されているので低圧側Ｌへと移動する。この時、隙間Ｇ２の間隔は、隙間Ｇ１よりも小さくなっている。
【００４８】
図４は、軸３が最も大きく偏心した状態であり、取付溝５の低圧側Ｌの側壁面５ａとバックアップリング７の端面７ｃが当接するまで、バックアップリング７が低圧側Ｌに移動している。この状態においても、外周壁面７ａとハウジング２の内周面２ａとの間に隙間を発生させないために、バックアップリング７の端面７ｃの肉厚Ｗ２は、偏心時における間隔Ｗ１Ｂと等しいか、それよりも大きく（Ｗ２≧Ｗ１Ｂ）設定することにより、バックアップリング７が隙間Ｇ１分移動して側壁面５ａに当接した状態となっても、その外周壁面７ａとハウジング２の内周面２ａとの間に隙間を発生させないようにすることが可能となる。
【００４９】
従って、取付溝５の低圧側Ｌの側壁面５ａとバックアップリング７の端面７ｃの間に備えられた隙間Ｇ１により、バックアップリング７の低圧側ｌへの所定量の移動が可能となり、偏心追随性が向上し、外周壁面７ａとハウジング２の内周面２ａとの間に隙間が発生することが防止される。
【００５０】
シールリング６はバックアップリング７側に押圧されても隙間からはみ出すことはなく、密封性能を良好に維持することが可能となり信頼性を高めることが可能となる。
【００５１】
尚、この密封装置１は、ハウジング２と軸３が互いに相対回転あるいは往復移動自在に組み付けられた運動用の密封装置であってもよいし、またハウジング２と軸３が静止状態に組み付けられる固定用の密封装置であってもよい。
【００５２】
運動用の密封装置の場合には運動時の軸偏心に対応可能となり、固定部のシールとして用いる場合には組み付け時の軸偏心に対応可能となる。
【００５３】
（実施の形態２）
図５は本発明の第２の実施の形態に係る密封装置を示している。
【００５４】
すなわち、この密封装置２１は、所定の環状隙間２２を介して互いに同心的に組み付けられた２部材としての軸２３とハウジング２４間をシールするもので、軸２３外周に設けられた環状の取付溝２５内に装着されるゴム状弾性体製のシールリング２６と、このシールリング２６を隔てて軸方向低圧側の溝側面とシールリング２６間に配置される樹脂製のバックアップリング２７とを備えた構成となっている。
【００５５】
シールリング２６はＯリング等のリング状のスクィーズパッキンで、自由状態では内径が取付溝２５の溝内径よりも小径で、外径がハウジング２４の内径よりも大径に設定された円形断面を備えたもので、組付時にハウジング２４内周面と取付溝２５の円筒状溝底部２５ａとによって径方向に圧縮され、その弾性反発力によって内外周の接触面圧を得ている。
【００５６】
バックアップリング２７は断面略台形状のリング状部材で、外周面が軸方向と平行の円筒面で、その外径がハウジング２４内径とほぼ等しく、摺接する。
【００５７】
また、その両側面は軸方向に直交する互いに平行となる直交面によって構成されており、バックアップリング２７の高圧側Ｈの側面はシールリング２６と接触し、また、バックアップリング２７の低圧側Ｌの側面は取付溝２５の低圧側Ｌ壁面に接触して軸方向荷重を支持する。
【００５８】
そして、このバックアップリング２７の溝底側の周面である内周面には、低圧側Ｌに向かって徐々にハウジング２４の内周面との間隔が狭まる方向に傾斜する円錐台状の内径テーパ部２７ａが設けられている。
【００５９】
一方、取付溝２５の、バックアップリング２７に対応する溝底部分にはバックアップリング２７の内径テーパ部２７ａに対応する円錐台状のテーパ状溝底部２５ｂが設けられている。
【００６０】
この内径テーパ部２７ａのテーパ角度θ1 とテーパ状溝底部２５ｂのテーパ角度θ2 とは、
θ1 ＞θ2
と設定されている。
【００６１】
即ち、自由状態では、バックアップリング２７の低圧側Ｌの肉厚Ｗ３は低圧側Ｌのハウジング２４の内周面から溝内側面２５ｃの底部までの間隔と略等く、バックアップリング２７の高圧側Ｈの肉厚Ｗ４は高圧側Ｈのハウジング２４の内側面から円筒状溝底部２５ａまでの間隔Ｄ1 より大きく、組み込まれる際に圧縮されるつぶし代２８（図５において斜線により示されている部分）が設けられている。
【００６２】
そして、バックアップリング２７はハウジング２４と取付溝２５の間に圧縮されて組み込まれる。
【００６３】
尚、このバックアップリング２７は装着できれば無端リング状であってもよいし、一部切断した有端リング状の構成としてもよい。切断方向は図示しないが、周方向に対して斜めに切断するバイアスカットでもよいし、周方向に対して直角に切断してもよいし、他の切断方法を採用してもよい。
【００６４】
上記の構成に高圧側Ｈから流体圧が付与されると、シールリング２６が低圧側Ｌに押され、このシールリング２６によってバックアップリング２７が低圧側Ｌに押圧される。
【００６５】
バックアップリング２７の作用する軸方向荷重は最終的に取付溝２５の低圧側の溝内側面２５ｃによって支持される。この場合では、バックアップリング２７は、高圧側Ｈの肉厚Ｗ４に設けられたつぶし代２８が圧縮された状態になっている。
【００６６】
従って、シールリング２６がバックアップリング２７側に押圧されても隙間が発生することはない。
【００６７】
図６には、流体圧力が付与されると共に、軸２３に偏心が発生している状態を示している。
【００６８】
偏心により、ハウジング２４と軸２３との間隔が大きくなる部分が発生すると、バックアップリング２７は圧縮状態にあったつぶし代２８が径方向に拡径するように弾性変形して大きくなった間隔を埋め、バックアップリング２７外周部とハウジング２４間、及びバックアップリング２７内周部と軸２３間に隙間が生じることを防ぐ。
【００６９】
従って、内径テーパ部２７ａのつぶし代２８が常にバックアップリング２７の内外径部の隙間が埋められた状態に維持でき，耐偏心追従性が向上し、シールリング２６のはみ出しが防止され、シールリングの破損を防ぐことができる。
【００７０】
尚、この密封装置２１は、軸２３とハウジング２４間が、互いに相対回転あるいは往復移動自在に組み付けられた運動用シールであってもよいし、また、軸２３とハウジング２４間が静止状態に組み付けられた固定部のシールであってもよい。
【００７１】
運動用シールの場合には運動時の軸偏心に対応できるし、固定部のシールとして用いる場合には組み付け時の軸偏心に対応できる。
【００７２】
また、つぶし代２８の厚みは偏心時でも隙間ができない厚み、或は若干のつぶしを持つような厚みに設定する。そして、高圧側Ｈのつぶし代を大きく設定することにより、バックアップリング２７の内径テーパ部２７ａとテーパ状溝底部２５ｂ及び同様にバックアップリング２７の外周面とハウジング２４の内周面の接触面における面圧分布を高圧側Ｈに変移させ（高圧側Ｈに面圧分布のピークが位置する）、高圧側Ｈからの圧力に対してより良好な耐圧性を発揮させることができる。
【００７３】
更に、つぶし代２８は内径テーパ部２７ａのテーパ角度θ1 ＞テーパ状溝底部２５ｂのテーパ角度θ2 となるようなテーパ角度に設定するのではなく、それぞれのテーパ角度が略等しく内径テーパ部２７ａの高圧側が径方向最大となるつぶし代を設ける構成であってもよい。
【００７４】
（実施の形態３）
図７は本発明の第３の実施の形態に係る密封装置３１を示している。図７（ａ）は密封装置３１に負荷が加わっていないの組立初期状態を示し、図７（ｂ）はシールリング６の膨潤や往復動の際の高圧側Ｈへの移動が発生した状態を示している。
【００７５】
図７（ａ）の密封装置３１において，第１の実施の形態で説明した密封装置１と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００７６】
この密封装置３１の特徴的な構成は、シールリング６及びバックアップリング７を取付溝５に嵌め込む際の作業性を向上し、かつそれらの過度の変形を抑えるために、高圧側Ｈの側壁面５ｄの高さが低く設定（軸３の端部３ａの直径を小さく）されている。従って、環状隙間４が大きく設定されている。
【００７７】
また、シールリング６と側壁面５ｄの間に第２のバックアップリング３２を備えている。
【００７８】
この第２のバックアップリング３２はバックアップリング７とは異なり、高圧の密封流体により変形するシールリング６を支持するものではなくそれ程の強度を必要としないが、シールリング６の膨潤や往復動の際の高圧側Ｈへの移動による加圧力により撓むことがないように、材料強度や板圧が設定されている。
【００７９】
例えば、概略平ワッシャ形状のカット部を有した軟質樹脂材料の比較的柔らかくて延性のある材料、例えば、ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）等を用いた環状部材である。尚、取付溝５に装着可能であれば、カット部は不要である。
【００８０】
このように構成することで、組立性を考慮して環状隙間４が大きく設定されても密封装置３１は、シールリング６の膨潤や往復動の際の高圧側Ｈへの移動に対し、第２のバックアップリング３２がシールリング６を支持することになり、シールリング６の環状隙間４へのかみ込みによる損傷を防止することができる。
【００８１】
尚、低圧側Ｌにおけるシールリング６とバックアップリング７の作用は、第１の実施の形態と同様である。
【００８２】
また、この図７の密封装置３１と図１２（ａ）の従来の密封装置（高圧側の外周面１０３ａを破線で示される外周面１０３ａＬまで縮径して環状隙間１０４を大きくしたもの）とを比べて浸漬試験（ＦｕｅｌＤ＋ＭＴＢＥ７％，１２０℃×３００ｈ）を行った結果では、従来の密封装置が６個中４個のシールリングに破損が生じていたのに対し、本実施の形態の密封装置は６個全て破損せず、破損対策効果が大きい。
【００８３】
このように第２のバックアップリング３２を高圧側Ｈに配置することによって、シールリング６の膨潤等によっても高圧側Ｈへのはみ出しを防止する。結果的に高圧側Ｈの側壁面５ｄ角に当接することによる破損を防止する。
【００８４】
また、高圧側Ｈの側壁面５ｄを低く形成できるため、第２のバックアップリング３２のみならずシールリング６やバックアップリング７は装着や脱着等の際に大きく拡径されず変形が防止され、また、密封装置３１の組立作業性も向上する。
【００８５】
さらに、脈動圧に対し、シールリング６が取付溝５から高圧側Ｈへ抜け出ることを防止する。
【００８６】
尚、本実施の形態は流体浸漬による膨潤としたが、シールリング６が膨潤する場合であればよく、その原因は流体浸漬に限るものではない。
【００８７】
（実施の形態４）
図８には、本発明の第４の実施の形態として、高圧側Ｈに配置される第２のバックアップリング３２の取り付け部の構成が示されている。
【００８８】
以下の説明では第３の実施の形態と異なる構成のみを説明するものとし、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を省略するものとする。
【００８９】
図８における密封装置４１において、その軸３は、取付溝５の高圧側Ｈの側壁面がないものであり、側壁面の代わりに軸３の高圧側Ｈの端部に独立した固定リング４２を備えた構成である。固定リング４２は、軸３に形成された溝３ｂに嵌合されている。
【００９０】
このようにすれば、シールリング６のはみ出し（低圧側Ｌ及び高圧側Ｈ）は第３の実施の形態と同様に防止でき、装着や脱着時においてバックアップリング７，シールリング６，バックアップリング３２等のリング径を装着時に拡張する必要がなく変形が防止され、また、密封装置４１の組立作業性も向上する。
【００９１】
即ち、軸３の外径と略等しい径の取付溝５に直接挿入することができ、各リングの変形防止や組立作業性を向上することができる。
【００９２】
尚、外径側のハウジング２側に取付溝が設けられ、その溝に固定される固定リングによりバックアップリング３２の高圧側Ｈにおける抜け防止を行なうことも可能である。
【００９３】
（実施の形態５）
図９には、本発明の第５の実施の形態として、密封装置５１の高圧側Ｈに配置される第２のバックアップリング３２の取り付け部の構成が示されている。
【００９４】
図９の密封装置５１では、ワッシャ状の固定リング５２をネジ５３により軸３に固定している構成である。その他の構成及び作用／効果は第４の実施の形態と同様である。
【００９５】
（実施の形態６）
図１０には、本発明の第６の実施の形態として、密封装置６１の高圧側Ｈに配置される第２のバックアップリング６２の取り付け部の構成が示されている。
【００９６】
第２のバックアップリング６２は、それ自体で軸３に取り付けられる構成である。
【００９７】
軸３は、第４の実施の形態と同様に、取付溝５の高圧側Ｈの側壁面がないものであり、側壁面の代わりに軸３の高圧側Ｈの端部にバックアップリング６２が、軸３に形成された溝３ｂに嵌合されている。
【００９８】
従って、シールリング６の膨潤や往復動の際の高圧側Ｈへの移動に対し、第２のバックアップリング６２自体がシールリング６を支持するので、取り付け強度や撓み強度等十分配慮する必要がある。
【００９９】
尚、バックアップリング６２の強度が必要な場合には、より硬い硬質樹脂材料や金属材料を使用することも可能である。また、バックアップリング６２としてＣ形止め輪を用いることもできる。
【０１００】
このようにすれば、シールリング６のはみ出し（低圧側Ｌ及び高圧側Ｈ）は第３の実施の形態と同様に防止でき、装着や脱着時においてバックアップリング７，シールリング６等のリング径を装着時に拡張する必要がなく変形が防止され、また、密封装置６１の組立作業性も向上する。
【０１０１】
（実施の形態７）
図１１には、本発明の第７の実施の形態として、密封装置７１の高圧側Ｈに配置される第２のバックアップリング７２の取り付け部の構成が示されている。
【０１０２】
図１１の密封装置７１では、ワッシャ状の第２のバックアップリング７２をネジ７３により軸３に固定している構成である。その他の構成及び作用／効果は第６の実施の形態と同様である。
【０１０３】
【発明の効果】
上記発明の詳細な説明に記載されたように、シールリングの損傷を防止することができ、かつ偏心追随性に優れ密封性能を良好に維持可能する信頼性の高い密封装置が得られる。
【０１０４】
バックアップリングの低圧側の端部の肉厚を規定することにより、バックアップリングが取付溝の低圧側の側壁面と当接するまで低圧側へ移動し、それ以上の低圧側への移動が規制された場合においても、バックアップリングの周面と他方の部材の周面との隙間の発生を防止してシールリングの破損がより確実に防止される。
【０１０５】
さらに、バックアップリングの低圧側の端部の肉厚を偏心を考慮して規定することにより、大きな偏心の発生があっても、密封性能を良好に維持することが可能である。
【０１０６】
バックアップリングに嵌合時に圧縮されるつぶし代を設けることにより、バックアップリングに径方向に拡径するように変形する拡張力が備わり、偏心による隙間が発生しても、追随してそれを埋め密封性が維持可能となる。
【０１０７】
一部が切断された有端リング状のバックアップリングを適用することにより、バックアップリングを取付溝の中に容易に装着することができ、組立性を向上させることができる。また、圧力作用時にバックアップリングの切断部が拡がることにより、バックアップリングは取付溝のテーパ状溝底部を低圧側に向かって摺動し易くなり、組込み時に有するバックアップリングと他方の部材との間の隙間をより確実に埋めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１の実施の形態に係る密封装置の要部を断面化した構成説明図。
【図２】図２は密封装置に密封流体の圧力が付与された状態の説明図。
【図３】図３は密封装置に密封流体の圧力が付与されると共に、偏心を伴う状態の説明図。
【図４】図４は密封装置に密封流体の圧力が付与されると共に、偏心を伴う状態の説明図。
【図５】図５は本発明の第２の実施の形態に係る密封装置の要部を断面化した構成説明図。
【図６】図６は密封装置に密封流体の圧力が付与された状態の説明図。
【図７】図７は本発明の第３の実施の形態に係る密封装置の要部を断面化した構成説明図。
【図８】図８は本発明の第４の実施の形態に係る密封装置の要部を断面化した構成説明図。
【図９】図９は本発明の第５の実施の形態に係る密封装置の要部を断面化した構成説明図。
【図１０】図１０は本発明の第６の実施の形態に係る密封装置の要部を断面化した構成説明図。
【図１１】図１１は本発明の第７の実施の形態に係る密封装置の要部を断面化した構成説明図。
【図１２】図１２は従来技術に係る密封装置の説明図である。
【符号の説明】
１ 密封装置
２ ハウジング
２ａ 内周面
３ 軸
３ａ 端部
３ｂ 溝
４ 環状隙間
５ 取付溝
５ａ 側壁面
５ｂ テーパ状溝底部
５ｃ 平行溝底部
５ｄ 側壁面
６ シールリング
７ バックアップリング
７ａ 外周壁面
７ｂ 内周壁面
７ｃ，７ｄ 端面
２１ 密封装置
２２ 環状隙間
２３ 軸
２４ ハウジング
２５ 取付溝
２５ａ 円筒状溝底部
２５ｂ テーパ状溝底部
２５ｃ 溝内側面
２６ シールリング
２７ バックアップリング
２８ つぶし代
３１ 密封装置
３２ 第２のバックアップリング
４１ 密封装置
４２ 固定リング
５１ 密封装置
５２ 固定リング
５３ ネジ
６１ 密封装置
６２ 第２のバックアップリング
７１ 密封装置
７２ 第２のバックアップリング
７３ ネジ
Ｇ１，Ｇ２ 隙間
Ｌ 低圧側
Ｈ 高圧側
Ｐ１ 圧力
Ｗ１，Ｗ１Ａ，Ｗ１Ｂ，Ｈ0 ，Ｈ1 ，Ｄ1 間隔
Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４ 肉厚
θ1 ，θ2 テーパ角度
１０１ 密封装置
１０２ ハウジング
１０２ａ 内周面
１０３ 軸
１０３ａ 外周面
１０４ 環状隙間
１０５ 取付溝
１０５ａ 側壁面
１０５ｂ テーパ状溝底部
１０５ｃ 平行溝底部
１０５ｄ 側壁面
１０６ シールリング
１０６ａ，１０６ｂ はみ出し
１０７ バックアップリング
１０７ａ 外周壁面
１０７ｂ 内周壁面
１０７ｃ，１０７ｄ 端面
Claims (5)
- 軸孔とこの軸孔に挿通される軸の間の環状隙間に備えられ、
かつ、軸孔あるいは軸のいずれか一方の部材に設けられ、低圧側の側壁面から他方の部材との間隔が高圧側に向かって拡がる方向に傾斜するテーパ状溝底部を有する環状の取付溝に備えられる密封装置であって、
前記取付溝内に装着されるゴム状弾性材料によるシールリングと、
前記取付溝のテーパ状溝底部に摺接し、該テーパ状溝底部に対応するテーパ部を備えると共に、前記取付溝内においてシールリングよりも低圧側に装着されるバックアップリングと、
を備えた密封装置において、
高圧側からの圧力が作用した際に前記取付溝の低圧側の側壁面とバックアップリングの低圧側の端部との間に隙間を有するように設けられることを特徴とする密封装置。 - 前記バックアップリングの低圧側の端部の肉厚は、前記取付溝の低圧側の側壁面におけるテーパ状溝底部から他方の部材の周面との間隔よりも大きく設定されることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
- 前記バックアップリングの低圧側の端部の肉厚は、偏心時における前記取付溝の低圧側の側壁面におけるテーパ状溝底部から他方の部材の周面との最大間隔と等しいか該間隔よりも大きく設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。
- 軸孔とこの軸孔に挿通される軸の間の環状隙間に備えられ、
かつ、軸孔あるいは軸のいずれか一方の部材に設けられ、低圧側の側壁面から他方の部材との間隔が高圧側に向かって拡がる方向に傾斜するテーパ状溝底部を有する環状の取付溝に備えられる密封装置であって、
前記取付溝内に装着されるゴム状弾性材料によるシールリングと、
前記取付溝のテーパ状溝底部に対向する周面に該テーパ状溝底部に対応するテーパ部を備えると共に、前記取付溝内においてシールリングよりも低圧側に装着されるバックアップリングと、
を備えた密封装置において、
前記バックアップリングは、前記テーパ部にバックアップリング高圧側壁面の肉厚が前記バックアップリング高圧側壁面に対応する二部材間の隙間よりも大きく、該バックアップリングが取付溝内に組み込まれた際に圧縮されるつぶし代を設けたことを特徴とする密封装置。 - 前記バックアップリングは、一部が切断された有端リング状であり、組込み時には他方の部材との間に隙間が形成され、使用状態における圧力作用時には切断部が拡がり、一方の部材及び他方の部材との間の隙間を埋めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の密封装置。
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