JP5483376B2

JP5483376B2 - コンタミ用シール装置

Info

Publication number: JP5483376B2
Application number: JP2011528682A
Authority: JP
Inventors: 祥央高野; 雅行二口
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-05-19
Also published as: CN102272495A; WO2011024522A1; JPWO2011024522A1; EP2351953A1; EP2351953A4; US20110227292A1

Description

本発明は、互いに対向する二部材のうちの一方の部材に装着されて他方の部材に摺動自在に密接する往復動用または回転用のリング状パッキンを備えたコンタミ用シール装置に関するものである。本発明のコンタミ用シール装置は、例えば、ソレノイドバルブにおける往復動部をシールする装置として用いられる。

従来、例えば、ソレノイドバルブのバルブとボディ間隘路において、外部からコンタミが侵入し作動不良を起こすことがあった。コンタミ侵入防止のため同部においてシール機構を設置する場合があるが、従来公知の通常のパッキン等を使用すると密封性に充填をおいているため、フリクションが高くなってしまうという問題があった。
フリクションを下げるには、図７に示すようなリップ摺動部の低摺動化を図った断面Ｘ字形を呈するＸリング（以下、「従来技術１」という。例えば、特許文献１参照。）を用い、リップ摺動部の面積を小さくすればよいが、この従来技術１のＸリングを用いても密封対象流体の圧力の変化が発生すると、図８に示すように、フリクションが変動するという問題があった。
なお、フリクション試験は、シール径φ＝４．８ｍｍ、締め代は０．１ｍｍで行った。
図８の横軸の圧力［ＭＰａ］は、高圧側と低圧側との圧力差を示す。

一方、密封対象流体の圧力が変化した場合においてもフリクションの変化を抑制して安定した密封性能を維持することを目的としたものとして図９に示すような発明（以下、「従来技術２」という。例えば、特許文献２参照。）が知られている。
従来技術２のものは、シールリングの他にサイドリングおよびバックリングを装着し、密封対象流体の圧力が変化した場合でもサイドリングによりバックリングに作用する流体圧力を遮断し、バックリング変形を防止することにより、シールリングのフリクションの変化を抑制するものであるため、部品点数が多く、必要となるスペースも大きくなるという欠点があった。

特開２００６−２６６２７９号公報特開２００６−１１２４８６号公報

本発明は、コンタミ用シールにおいては、流体密封に比べて完全密封が必要でないことに鑑み、従来のＸリングの高圧側摺動部をなくして摺動部を低圧側に設けるとともに、密封リングの締め付けに伴う密封リング自身の拡張力と密封リングの外表面に作用する密封流体の圧力とのバランスが図れる配置構造とすることにより、密封流体圧力が増加しても摺動部の押し付け力が比例増加せず、密封流体圧力の変化に対して摺動部のフリクションの変化量を少なくすることができるコンタミ用シール装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、部品点数を少なくし、必要となるスペースを小さくできるコンタミ用シール装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、密封リングの締め代を適正に管理できるコンタミ用シール装置を提供することを目的とする。
本発明において、コンタミ用シールとは、密封流体中に含まれる汚染物質をシールするという意味であり、密封流体を完全にシールするものではない。

上記目的を達成するため本発明のコンタミ用シール装置は、第１に、互いに対向する二部材のうちの一方の部材に装着されて他方の部材に摺動自在に密接する往復動用または回転用のリング状パッキンを備えた密封装置において、リング状パッキンの断面形状を略ｙ字形状とし、略ｙ字形状の背の部分が高圧側に向くように配置し、該略ｙ字形状の背の部分と互いに対向する二部材とで形成する空間に高圧側流体が作用するようにしたことを特徴としている。

第１の特徴により、密封流体圧力が増加しても摺動部の押し付け力が比例増加せず、密封流体圧力の変化に対して摺動部のフリクションの変化量を少なくすることができる。
また、部品点数を少なくし、必要となるスペースを小さくできる。

また、本発明のコンタミ用シール装置は、第２に、第１の特徴において、リング状パッキンを外側の部材のリング状溝に装着するとともに断面略ｙ字形状の上側の部分が外側の部材と密接し、下側の部分が内側の部材と摺動するように配置されていることを特徴としている。
第２の特徴により、第１の特徴の効果に加えて、リング状パッキンの装着スペースの確保および装着を容易にすることができる。

また、本発明のコンタミ用シール装置は、第３に、第１または第２の特徴において、リング状パッキンの断面略ｙ字形状の一方の側面にリング状スペーサを配置し、該リング状スペーサを介して押付治具でリング状パッキンを装着できるように構成し、リング状スペーサの組込位置を調整することによりリング状パッキンの締め代を管理できるようにしたことを特徴としている。
第３の特徴により、リング状パッキンの締め代の管理を適正に行うことができ、摺動部のフリクションの変化量を最小にすることができる。
また、本発明のコンタミ用シール装置は、第４に、第１ないし第３のいずれかの特徴のコンタミ用シール装置を容量制御用ソレノイドバルブに組込むことを特徴としている。
第４の特徴により、容量制御用ソレノイドバルブを大きくすることなく、弁体とバルブハウジングとの間の微小隙間に異物が挟まることを防止でき、その結果、ソレノイドの推力を大きくする必要がなくなる。

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）リング状パッキンの断面形状を略ｙ字形状とし、略ｙ字形状の背の部分が高圧側に向くように配置し、該略ｙ字形状の背の部分と互いに対向する二部材とで形成する空間に高圧側流体が作用するようにしたことにより、密封流体圧力が増加しても摺動部の押し付け力が比例増加せず、密封流体圧力の変化に対して摺動部のフリクションの変化量を少なくすることができる。
また、部品点数を少なくし、必要となるスペースを小さくできる。
（２）リング状パッキンを外側の部材のリング状溝に装着するとともに断面略ｙ字形状の上側の部分が外側の部材と密接し、下側の部分が内側の部材と摺動するように配置されていることにより、リング状パッキンの装着スペースの確保および装着を容易にすることができる。
（３）リング状パッキンの断面略ｙ字形状の一方の側面にリング状スペーサを配置し、該リング状スペーサを介して押付治具でリング状パッキンを装着できるように構成し、リング状スペーサの組込位置を調整することによりリング状パッキンの締め代を管理できるようにしたことにより、リング状パッキンの締め代の管理を適正に行うことができ、摺動部のフリクションの変化量を最小にすることができる。
（４）本発明のコンタミ用シール装置を容量制御用ソレノイドバルブに組込むことにより、容量制御用ソレノイドバルブを大きくすることなく、弁体とバルブハウジングとの間の微小隙間に異物が挟まることを防止でき、その結果、ソレノイドの推力を大きくする必要がなくなる。

本発明の実施の形態に係るコンタミ用シール装置を示す正面断面図である。本発明の実施の形態に係るリング状パッキンの例を示した正面断面図である。本発明の断面略ｙ字形のリング状パッキンを用いた場合のフリクション試験の結果を示したものである。本発明の断面略ｙ字形のリング状パッキンを、容量制御用ソレノイドバルブに適用した場合を示す正面断面図である。本発明の断面略ｙ字形のリング状パッキンを、容量制御用ソレノイドバルブに装着する場合を説明するための要部の正面断面図である。本発明の断面略ｙ字形のリング状パッキンを、容量制御用ソレノイドバルブに装着した状態を示す正面断面図である。

従来技術１に係るＸリングを示す正面断面図である。従来技術１のＸリングを用いた場合のフリクション試験の結果を示したものである。従来技術２を示す正面断面図である。

本発明に係るコンタミ用シール装置を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。

図１は、コンタミ用シール装置を示す正面断面図であり、外側に位置する部材１および内側に位置する部材２のうち、外側の部材１にリング状パッキン３を装着するためのリング状溝５が設けられている。リング状パッキン３は、該リング状パッキン３の内周面が内側の部材２に摺動自在に密接するように配置される。リング状パッキン３の断面形状は略ｙ字形状をしており、略ｙ字形状の背の部分４が高圧側に向くように配置される。このため、略ｙ字形状の背の部分４と外側の部材１のリング状溝５の一側面および内側の部材２の摺動面とで形成される断面略三角形の空間８に高圧側の流体が作用するようになっている。

図１に示した例では、リング状パッキン３を外側の部材１のリング状溝５に装着するとともに断面略ｙ字形状の上側の部分６が外側の部材のリング状溝５と密接し、下側の部分７が内側の部材２と摺動するように配置されている。一方、リング状パッキン３を内側の部材２のリング状溝に装着する場合には、断面略ｙ字形状の上側の部分６が内側の部材２のリング状溝と密接し、下側の部分７が外側の部材２と摺動するように配置される。
このように、本発明に係る断面略ｙ字形状のリング状パッキン３は、従来のＸリングの高圧側摺動部をなくして摺動部を少なくし、摺動部を低圧側に設けていることが第１の特徴であり、また、リング状パッキン３の締め付け力に対する広がろうとする力を密封流体の圧力により低下させていることが第２の特徴である。

ここで、「略ｙ字形状」とは、基本形状がｙ字形をしたものであればよく、略ｙ字形の外側の３点３−１、３−２、３−３がシール部を構成するようになったものを意味している。また、「略ｙ字形状の背の部分」とは、図１の符号４で示す部分であり、略ｙ字を構成する短辺と長辺において長辺の短辺と反対側の面を指すものである。また、「略ｙ字形状の上側の部分」とは、ｙ字の上側、すなわち、図１の符号６で示す部分であり、「略ｙ字形状の下側の部分」とは、ｙ字の下側、すなわち、図１の符号７で示す部分を指す。

図２は、リング状パッキン３の他の例を示した正面断面図である。
リング状パッキン３は、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）またはエチレンプロピレンラバー（ＥＰＤＭ）などの材料から環状に成形されており、断面形状は、図（ａ）ではｙ字形、図（ｂ）ではｙ字の背の部分４の中央部に頂部が平らな略台形状の突起９が設けられた略ｙ字形、図（ｃ）ではｙ字の背の部分４の中央部に頂部が丸みのある略三角形状の突起９’が設けられた略ｙ字形をしている。図（ａ）（ｂ）（ｃ）では略ｙ字形の外側の３点３−１、３−２、３−３の先端は、それぞれ、丸みを帯びた形状をしているが、図（ｄ）のように先端が直線状をしていてその両端角部で部材１、２に密接するようにしてもよい。
略ｙ字形の外側の３点３−１、３−２、３−３を結ぶ線は、図に示すように、内側に窪んだ滑らかな曲線を描いている。図１に示したものは、外側の２点３−２と３−３とを結ぶ線が直線となっている点で、図２（ａ）のものと相違している。

図３は、本発明の断面略ｙ字形のリング状パッキン３におけるフリクション試験の結果を示したものである。試験条件は、従来技術１のＸリングの場合と同じ条件とし、シール径φ＝４．８ｍｍ、締め代は０．１ｍｍであった。
この図から、本発明の断面略ｙ字形のリング状パッキン３を用いた場合、フリクションが従来のＸリングを用いた場合に比べて１／２〜１／３に低下している。また、密封流体の圧力が大きくなっても、フリクションは略一定となっていることがわかる。
フリクションが低下しているのは、本発明の断面略ｙ字形のリング状パッキン３においては、従来のＸリングの高圧側摺動部をなくしたことによるものである。
また、圧力が大きくなってもフリクションが略一定となる理由は、弾性をもつリング状パッキン３を適度に締め付けると、これに反発する広がろうとする力が発生しフリクションを増大させる作用を持つが、この広がろうとする力と略ｙ字形のリング状パッキン３の背の部分４に作用する密封流体の圧力によるリング状パッキン３の摺動部３−３を縮めようとする力（摺動する相手側部材から離す方向に作用する力）がバランスすることで、フリクションが略一定になっていると考えられる。

図４は、本発明の断面略ｙ字形のリング状パッキン３を、容量制御用ソレノイドバルブに適用した場合を示す正面断面図である。
この例では、ソレノイド１０により左右方向に往復駆動される弁体１１とバルブハウジング１２との間であって、低圧側１３と高圧側１４との間の隘路１５にリング状パッキン３を装着し、低圧側１３へのコンタミ汚染を防止するものである。
リング状パッキン３は、バルブハウジング１２に設けられたリング状溝１６内に装着されており、略ｙ字形の下側が弁体１１に摺動し、上側がリング状溝１６に密接し、略ｙ字形の背の部分４が高圧側１４を向くように配置されている。
このように、本発明の断面略ｙ字形のリング状パッキン３を、容量制御用ソレノイドバルブに組込むことにより、容量制御用ソレノイドバルブを大きくすることなく、弁体とバルブハウジングとの間の微小隙間に異物が挟まることを防止でき、その結果、ソレノイドの推力を大きくする必要がなくなる。

図５および図６は、本発明の断面略ｙ字形のリング状パッキン３を、例えば、容量制御用ソレノイドバルブに装着する場合を説明するための正面断面図であり、図４に示した符号と同じ符号は同じ部材を示している。
この例では、弁体１１とバルブハウジング１２との間であって、低圧側１３と高圧側１４との間の隘路１５のバルブハウジング１２内面にリング状パッキン３を装着するための拡径部１７を設けている。この拡径部１７は、図６に示すように、その左側が隘路１５に接続し、右側が開放された形状をしている。

リング状パッキン３を装着するには、図５に示すように、リング状パッキン３の略ｙ字形の背の部分が高圧側１４（図の左側）を、また上側がバルブハウジング１２内面の拡径部１７を向くように配置し、リング状パッキン３の断面略ｙ字形の正面側１９にリング状スペーサ１８を配置した状態で押付治具２０により右方（開放側）から押し込む。押し込み後は、リング状スペーサ１８を残して押付治具２０を引き抜く。リング状スペーサ１８は、装着された後に、リング状パッキン３に対して適度な締め代を与え続ける必要があることから、拡径部１７の内面と締まり嵌め状態で嵌合するような寸法に形成されている。
なお、図５では、リング状パッキン３を低圧側１３から押し込む場合を説明しているが、高圧側１４から押し込む場合には、リング状スペーサ１８はリング状パッキン３の正面側１９と反対側の側面に配置される。

リング状パッキン３の低フリクションを確実なものとするためには、リング状パッキン３の締め代をコントロールする必要があるが、この締め代のコントロールはリング状スペーサ１８の組込位置により行うことができる。このため、図示しないが、押付治具２０の押し込み量あるいはリング状スペーサ１８の組込位置を目標値に制御する装置を設けておく。

締め代をコントロールすることで、断面略ｙ字形のリング状パッキン３の内側へのはみ出し量を精緻に管理することが可能になる。
断面略ｙ字形のリング状パッキン３の内側への適正なはみ出し量については、圧力を印加した状態でシール漏れ量を予め測定する試験を行い、シール漏れ量から求めておくことができる。

１外側の部材
２内側の部材
３リング状パッキン
４略ｙ字形状の背の部分
５リング状溝
６断面略ｙ字形状の上側の部分
７断面略ｙ字形状の下側の部分
８高圧側の流体が作用する空間
９突起
１０ソレノイド
１１弁体
１２バルブハウジング
１３低圧側
１４高圧側
１５隘路
１６リング状溝
１７バルブハウジング内面の拡径部
１８リング状スペーサ
１９断面略ｙ字形の正面側
２０押付治具

Claims

互いに対向する二部材のうちの一方の部材に装着されて他方の部材に摺動自在に密接する往復動用または回転用のリング状パッキンを備えた密封装置において、高圧側から低圧側へのコンタミの汚染を防止するコンタミ用シール装置であって、リング状パッキンの断面形状を略ｙ字形状とし、前記略ｙ字形状を構成する短辺と長辺の外側の３点がシール部を構成しており、前記長辺の外側の２点のうち低圧側に位置するシール部が前記他方の部材と摺動するように配置されるとともに前記長辺における短辺と反対側の面であるところの背の部分が高圧側に向くように配置され、該略ｙ字形状の背の部分と互いに対向する二部材とで形成する空間に高圧側流体が作用され、前記背の部分に作用する前記高圧流体の圧力により、前記他方の部材と摺動するシール部における前記リング状パッキン装着に伴う広がりに対して縮めようとする力が作用されるようにしたことを特徴とするコンタミ用シール装置。
前記リング状パッキンを外側の部材のリング状溝に装着するとともに前記断面略ｙ字形状の長辺の外側の２点のシール部のうち高圧側に位置するシール部が外側の部材と密接し、前記長辺の外側の２点のシール部のうち低圧側に位置するシール部が内側の部材と摺動するように配置されていることを特徴とする請求項１記載のコンタミ用シール装置。
前記リング状パッキンの断面略ｙ字形状の一方の側面にリング状スペーサを配置し、該リング状スペーサを介して押付治具でリング状パッキンを装着できるように構成し、リング状スペーサの組込位置を調整することによりリング状パッキンの締め代を管理できるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載のコンタミ用シール装置。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のコンタミ用シール装置を容量制御用ソレノイドバルブに組込むことを特徴とするコンタミ用シール装置。