JP4758386B2

JP4758386B2 - シール装置

Info

Publication number: JP4758386B2
Application number: JP2007111448A
Authority: JP
Inventors: 治弘内村; 尽生石戸谷; 康司加納; 浩史青柴
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-04-20
Filing date: 2007-04-20
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2027-04-20
Also published as: JP2008267495A

Description

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シール装置に関し、特にＯリング等のシールリングと、シールリングのはみ出し損傷を防止するバックアップリングとを組み合わせたシール装置に関する。

従来のこの種の組み合わせタイプのシール装置としては、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されているシール装置が知られている。特許文献１には、互いに同心的に組み付けられるハウジングと軸とを有する密封装置が開示されている。また、特許文献２には、円周の一部が斜めに切断されたバックアップリングを備えた密封装置が開示されている。

ここで、従来のシール装置の構成について図７を用いて説明する。

図７は、シール装置１００の概略構成を示す断面構成図である。図７において、シール装置１００は、ハウジング１０２と軸部材１０４とを備える。ハウジング１０２には、挿入孔１０２ａが形成され、挿入孔１０２ａの壁面の一部にはねじ山を有する第１ねじ部１０３が形成されている。また、挿入孔１０２ａに挿入される軸部材１０４の内周面の一部にもねじ山を有する第２ねじ部１０５が形成されている。これら第１ねじ部１０３と第２ねじ部１０５とが螺合することで、軸部材１０４がハウジング１０２の挿入孔１０２ａに固定される。

また、軸部材１０４の半径方向における外周面には、周方向に沿って環状溝部１０６が形成されており、この環状溝部１０６の側壁面のうち挿入孔１０２ａの挿入口側２００の壁面にはテーパ部１０６ａが形成されている。環状溝部１０６には、挿入口側２００から第２バックアップリング１１２、第１バックアップリング１１０、Ｏリング１１４が装着されている。第２バックアップリング１１２の内周面には、テーパ部１０６ａに沿って、挿入孔１０２ａの奥部側２０２から挿入口側２００に向けて拡径する円錐台状のテーパ面１１２ａが形成されており、このテーパ面１１２ａとテーパ部１０６ａのテーパ角度は等しく設定されている。

さらに、第１バックアップリング１１０および第２バックアップリング１１２は、Ｏリング１１４を介して圧力を受けた場合に拡径して挿入孔の壁面に密接させるために、円周の一部が切断されている。

特開平１１−７２１６２号公報特開２０００−４６１９５号公報

ところで、軸部材１０４の環状溝部１０６に、第２バックアップリング１１２、第１バックアップリング１１０、Ｏリング１１４を装着した状態で、軸部材１０４を螺子回転方向２１０に回転させて、挿入孔１０２ａに螺着し、軸部材１０４をハウジング１０２に固定する際に、図８に示すように、第１バックアップリングの切断部１１０ｂが、第２バックアップリング１１２の切断部１１２ｂの隙間１３０に噛み込むことがある。

本発明は、ハウジングとハウジングに形成された挿入孔に螺着される軸部材とを備えるシール装置において、軸部材を挿入孔に螺着する際に、軸部材の環状溝部に装着された互いに隣接するバックアップリングの切断部分で起こる噛み込みを防止することを目的とする。

本発明に係るシール装置は、外周面に周方向に沿った環状溝が形成された軸部材と、前記軸部材が少なくとも前記環状溝を含む位置まで挿入され、螺着される挿入孔であって、前記挿入孔の挿入口側に設けられる大径孔と、前記大径孔よりも奥部側にテーパ面を介して設けられ、前記大径孔よりも小径の小径孔とを有する前記挿入孔を含むハウジングと、前記環状溝に装着されるシールリングと、前記シールリングより前記挿入孔の挿入口側において前記環状溝に装着される、円周の一部が切断された切断部を含む第１バックアップリングと、前記第１バックアップリングより前記挿入孔の挿入口側において前記環状溝に装着される第２バックアップリングであって、円周の一部が、前記軸部材の外周面側から見て前記軸部材を前記挿入孔に螺着する際の螺子回転方向を正とした場合に、負の成分をもつ方向に前記挿入孔の挿入口側から奥部側に向けて斜めに切断された第２バックアップリングと、を備え、前記第１バックアップリングの切断部は、前記第１バックアップリングの円周の一部が、前記軸部材の外周面側から見て前記軸部材を前記挿入孔に螺着する際の螺子回転方向を正とした場合に、正の成分をもつ方向に前記挿入孔の挿入口側から奥部側に向けて斜めに切断されていることを特徴とする。

本発明に係るシール装置の１つの態様では、前記第２バックアップリングの前記環状溝側の内周面には、前記奥部側から前記挿入側に向けて拡径するテーパ面が形成され、前記環状溝は、前記テーパ面に対応するテーパ部を有することを特徴とする。

本発明によれば、ハウジングとハウジングに形成された挿入孔に螺着される軸部材とを備えるシール装置において、軸部材を挿入孔に螺着する際に、軸部材の環状溝部に装着された互いに隣接するバックアップリングの切断部分で起こる噛み込みを防止することができる。

本発明を実施するための最良の形態を具体的に示す実施形態について、以下図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係るシール装置１０の断面構成図である。なお、シール装置１０は、例えば、高圧の密封流体が作用する装置の駆動力伝達部等において、ハウジングに形成された挿入孔の内周面とその挿入孔に挿入される軸部材の外周面との間の環状隙間から密封流体が漏れることを防止するために用いられる。

図１において、ハウジング１０２には、軸部材１０４を挿入するための挿入孔１０２ａが形成されている。挿入孔１０２ａの壁面には、ねじ山を有する第１ねじ部１０３が形成されている。さらに、挿入孔１０２ａの壁面には、第１ねじ部１０３の基端部１０３ａから挿入口側２００に向けて挿入孔１０２ａの開口径が拡径するようにテーパ部１０２ｂが形成されている。

挿入孔１０２ａに挿入される軸部材１０４には、外周面に環状溝部１０６が形成されており、環状溝部１０６の挿入口側２００の壁面には、挿入口側２００から奥部側２０２にかけて、挿入孔１０２ａの壁面との間隔が広くなるようにテーパ部１０６ａが形成されている。また、軸部材１０４は、環状溝部１０６の奥部側２０２に鍔部１０４ａを有し、鍔部１０４ａの外周面には第１ねじ部１０３と螺合する第２ねじ部１０５が形成されている。

さらに、環状溝部１０６には、奥部側２０２から、シールリングとしてのゴム状弾性体のＯリング１１４と、第１バックアップリング１１０と、第２バックアップリング１１２とが装着されている。

第１バックアップリング１１０と第２バックアップリング１１２とは、Ｏリング１１４が奥部側２０２から圧力を受けた時にハウジング１０２の挿入孔１０２ａの壁面と軸部材１０４の外周面との間の環状隙間へはみ出すことを防止する。

また、第１バックアップリング１１０と第２バックアップリング１１２とは、Ｏリング１１４を介して圧力を受けた場合に大きく弾性変形せずに、かつ摺動抵抗の小さな材料、例えばＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂材が選択される。

さらに、第１バックアップリング１１０と第２バックアップリング１１２とは、環状溝部１０６への装着性と、圧力が加わった際に拡径して挿入孔１０２ａの壁面に密接するために、断面が略矩形状であり、円周の一部が切断されている。

第１バックアップリング１１０は、図２Ａに示すように、外周面１１０ｅおよび内周面１１０ｆが軸方向２０４と平行の円筒面であり、両側面１１０ｇ、１１０ｈが軸方向２０４に直交する互いに平行の直交面によって構成されている。奥部側の側面１１０ｈはＯリング１１４の挿入口側の側面と接触し、挿入口側の側面１１０ｇは第２バックアップリング１１２の奥部側の側面と接触する。

第２バックアップリング１１２は、図２Ｂに示すように、外周面１１２ｅが軸方向２０４と平行の円筒面であり、両側面１１２ｇ、１１２ｈが軸方向２０４に直交する互いに平行の直交面によって構成されている。また、第２バックアップリング１１２の内周面は、奥部側から挿入口側に向かって徐々に拡径するテーパ面１１２ａによって形成されている。このテーパ面１１２ａは、環状溝部１０６が有するテーパ部１０６ａとテーパ角が略等しく設定されている。

このように構成されるシール装置１０において、軸部材１０４を挿入孔１０２ａに螺着するには、各リング１１０、１１２、１１４を環状溝部１０６に装着した状態で、少なくとも環状溝部１０６が挿入孔１０２ａ内に収まるまで、軸部材１０４を軸中心に螺子回転方向に回転させながら、挿入孔１０２ａ内に挿入していけばよい。

ところで、従来は、図３に示すように、第１バックアップリング１１０は、切断面の挿入口側２００から奥部側２０２への切断方向が軸部材１０４の外周面側から見て、螺子回転方向２１０に成分を持たない方向２２０となるように、環状溝部１０６に装着されていた。さらに、第２バックアップリング１１２は、切断面の挿入口側２００から奥部側２０２への切断方向が外周面側から見て螺子回転方向２１０に成分をもつ方向２２２となるように、環状溝部１０６に装着されていた。

しかし、各バックアップリングの切断面を上記のような切断方向にして環状溝部１０６に装着した状態で、軸部材１０４を回転させながら挿入孔１０２ａに螺着する場合、第１バックアップリング１１０の切断部と、第２バックアップリング１１２の切断部との間で噛み込みを起こすことがある。

すなわち、軸部材１０４を回転させながら挿入孔１０２ａに螺着する際に、図１に示すように、Ｏリング１１４が挿入孔１０２ａのテーパ部１０２ｂに接触すると、摩擦によりＯリング１１４の螺子回転方向２１０の回転が拘束される。さらに、Ｏリング１１４の挿入口側２００の側面に接触している第１バックアップリング１１０の螺子回転方向２１０の回転も拘束される。また、軸部材１０４を挿入孔１０２ａ内に挿入していくと、Ｏリング１１４が挿入孔１０２ａのテーパ部１０２ｂの傾斜によって挿入口側２００へ押し上げられる。さらにＯリング１１４が押し上げられることに伴って、第１バックアップリング１１０および第２バックアップリング１１２も挿入口側２００へ押し上げられる。すると、第１バックアップリング１１０および第２バックアップリング１１２は、図４Ａに示すように、環状溝部１０６に形成されたテーパ部１０６ａの傾斜によって拡径し、各バックアップリングの切断部の間隔が広がる。その後、さらに軸部材１０４を回転させながら挿入孔１０２ａの奥へと挿入してくと、図４Ｂに示すように、Ｏリング１１４による押し上げが収まり、再び第１バックアップリング１１０および第２バックアップリング１１２のそれぞれの切断部の間隔が狭まる。

ここで、第１バックアップリング１１０と第２バックアップリング１１２との接触面における摩擦係数が比較的小さい場合、上記の通り、回転が拘束されている第１バックアップリング１１０よりも第２バックアップリング１１２のほうが、螺子回転方向２１０の回転角度が大きくなる。つまり、第１バックアップリング１１０の回転角度と第２バックアップリング１１２の回転角度との間で、相対的な回転角度差が生じる。すると、図８のように、第２バックアップリング１１２の広がった切断部１１２ｂの隙間１３０に、第１バックアップリング１１０の切断部１１０ｂが入り込み、さらに相対的に第１バックアップリング１１０よりも回転角度が大きい第２バックアップリング１１２の回転により、第１バックアップリング１１０の切断部１１０ｂが挿入口側２００に押し上げられる。このように端部が押し上げられた状態で、さらに軸部材１０４を挿入していくと、再び第１バックアップリング１１０および第２バックアップリング１１２のそれぞれの切断面の間隔が狭まり、第１バックアップリング１１０の切断部１１０ｂと、第２バックアップリング１１２の切断部１１２ｂとの間で噛み込みが起こる。

そこで、本実施形態では、第１バックアップリング１１０の切断面および第２バックアップリング１１２の切断面の切断方向を図３に示す従来の方向とは異なる方向にして、噛み込みを防止する。

より具体的には、図５に示すように、第１バックアップリング１１０は、切断面における挿入口側２００から奥部側２０２への切断方向が軸部材１０４の外周面側から見て、螺子回転方向２１０に成分を持つ方向２２１となるように、環状溝部１０６に装着される。つまり、第１バックアップリング１１０は、螺子回転方向２１０を「正」とした場合に、「正」の成分を持つように、円周の一部が挿入口側２００から奥部側２０２に向けて斜めに切断されている。さらに、第２バックアップリング１１２は、切断面における挿入口側２００から奥部側２０２への切断方向が外周面側から見て螺子回転方向２１０に成分を持たない方向２２３となるように、環状溝部１０６に装着される。つまり、第２バックアップリング１１２は、軸部材１０４の外周面側から見て、螺子回転方向２１０を「正」とした場合に、「負」の成分を持つように、円周の一部が挿入口側２００から奥部側２０２に向けて斜めに切断されている。切断方向がこのような方向になるように、第１バックアップリング１１０および第２バックアップリング１１２を環状溝部１０６に装着して、軸部材１０４を挿入孔１０２ａに螺着することで、図６に示すように、第２バックアップリング１１２の広がった切断部１１２ｂの隙間１３０に、第１バックアップリング１１０の切断部１１０ｂが入り込んでも、第２バックアップリング１１２の回転により、第１バックアップリング１１０の切断部１１０ｂが奥部側２０２に押し下げられる。よって、軸部材１０４を挿入孔１０２ａに螺着する際に、第１バックアップリング１１０の切断部１１０ｃと、第２バックアップリング１１２の切断部１１２ｃとの間で起こりうる噛み込みを抑制することができる。

なお、上記の実施形態では、第１バックアップリング１１０の内周面は、軸方向２０４と平行の円筒面である例について説明した。しかし、第１バックアップリングの内周面は、第２バックアップリング１１２の内周面と同様に、奥部側から挿入口側に向かって徐々に拡径するテーパ面でもよい。また、軸部材１０４の外周面に複数の環状溝部を形成し、各環状溝部にＯリングと円周の一部が切断された複数のバックアップリングを隣接して装着する場合にも適用可能である。

本実施形態に係るシール装置の断面構成図である。第１バックアップリングの斜視概略図である。第２バックアップリングの斜視概略図である。従来のシール装置において、各バックアップリングに形成される切断面の方向について説明するための図である。軸部材を挿入孔に螺着する際の各部材の動きについて説明するための図である。軸部材を挿入孔に螺着する際の各部材の動きについて説明するための図である。本実施形態のシール装置において、各バックアップリングに形成される切断面の方向について説明するための図である。本実施形態のシール装置において、軸部材を挿入孔に螺着する際の各バックアップリングの切断部付近の動きについて説明するための図である。従来のシール装置の断面構成図である。従来のシール装置において、軸部材を挿入孔に螺着する際に発生する各バックアップリングの切断部間において起こる噛み込みについて説明するための図である。

符号の説明

１０，１００シール装置、１０２ｂテーパ部、１０２ハウジング、１０２ａ挿入孔、１０３第１ねじ部、１０４軸部材、１０５第２ねじ部、１０６ａテーパ部、１０６環状溝部、１１０第１バックアップリング、１１２ａテーパ面、１１２第２バックアップリング、１１４Ｏリング、２００挿入口側、２０２奥部側。

Claims

外周面に周方向に沿った環状溝が形成された軸部材と、
前記軸部材が少なくとも前記環状溝を含む位置まで挿入され、螺着される挿入孔であって、前記挿入孔の挿入口側に設けられる大径孔と、前記大径孔よりも奥部側にテーパ面を介して設けられ、前記大径孔よりも小径の小径孔とを有する前記挿入孔を含むハウジングと、
前記環状溝に装着されるシールリングと、
前記シールリングより前記挿入孔の挿入口側において前記環状溝に装着される、円周の一部が切断された切断部を含む第１バックアップリングと、
前記第１バックアップリングより前記挿入孔の挿入口側において前記環状溝に装着される第２バックアップリングであって、円周の一部が、前記軸部材の外周面側から見て前記軸部材を前記挿入孔に螺着する際の螺子回転方向を正とした場合に、負の成分をもつ方向に前記挿入孔の挿入口側から奥部側に向けて斜めに切断された第２バックアップリングと、
を備え、
前記第１バックアップリングの切断部は、前記第１バックアップリングの円周の一部が、前記軸部材の外周面側から見て前記軸部材を前記挿入孔に螺着する際の螺子回転方向を正とした場合に、正の成分をもつ方向に前記挿入孔の挿入口側から奥部側に向けて斜めに切断されているシール装置。
請求項１に記載のシール装置において、
前記第２バックアップリングの前記環状溝側の内周面には、前記奥部側から前記挿入側に向けて拡径するテーパ面が形成され、
前記環状溝は、前記テーパ面に対応するテーパ部を有する、
ことを特徴とするシール装置。