JP6147946B1 - 密封装置 - Google Patents

Abstract

断面矩形状の装着溝に装着されるシールリング、第１バックアップリングおよび第２バックアップリングの組み合わせよりなる密封装置において、挿入時に第１バックアップリングが拡径して損傷するのを抑制する。この目的を達成するため、第１バックアップリングは、装着溝の反密封流体側側面部に接触する端面部、周面部および斜面部を備える形状とされる。第２バックアップリングは、シールリングが接触する端面部、装着溝の底面部に対向する周面部および斜面部を備える形状とされる。第２バックアップリングにおける斜面部の内周端部に、装着溝の反密封流体側側面部に接触する軸直角平面状の接触面部を設ける。第１バックアップリングの内径を第２バックアップリングにおける接触面部の外径より大きく設定し、第１バックアップリングの外径をハウジング内径よりも小さく設定する。

Description

本発明は、シール技術に係る密封装置に関する。本発明の密封装置は特に、高圧の密封流体をシールする高圧用シールとして用いられるのに適している。

従来から高圧用シールとして、図２に示す密封装置１が知られている。この密封装置１は、互いに対向する二部材５１，５２間に配置されて高圧側Ｈの密封流体が低圧側Ｌへ漏洩しないようシールするものであって、二部材５１，５２のうちの一方の部材（例えば軸）５１に設けた環状の装着溝５３に装着されて他方の部材（例えばハウジング）５２に密接するシールリング１１と、シールリング１１の反密封流体側（低圧側Ｌ）に配置される比較的硬質の第１バックアップリング２１と、シールリング１１および第１バックアップリング２１間に配置される比較的軟質の第２バックアップリング３１との組み合わせとされている。

装着溝５３は、加工が容易であることから断面矩形状の溝とされている。第１バックアップリング２１は、装着溝５３の反密封流体側側面部５３ｂに接触する軸直角平面状の端面部２１ａ、他方の部材５２に接触する円筒面状の周面部２１ｂならびに端面部２１ａおよび周面部２１ｂに対して交差する斜面部２１ｃを備えることにより断面三角形状に形成されている。第２バックアップリング３１は、シールリング１１が接触する軸直角平面状の端面部３１ａ、装着溝５３の底面部５３ａに接触する円筒面状の周面部３１ｂおよび第１バックアップリング２１の斜面部２１ｃに対応して設けられた斜面部３１ｃを備えることにより同じく断面三角形状に形成されている。

上記構成の密封装置１においては、シールリング１１の反密封流体側（低圧側Ｌ）に第１バックアップリング２１が配置されているため、ゴム状弾性体よりなるシールリング１１が高圧Ｐを受けたときに二部材５１，５２間の隙間５４にはみ出して破損するのを防止することが可能とされ、またシールリング１１および第１バックアップリング２１間に第２バックアップリング３１が配置されているため、シールリング１１が第１バックアップリング２１および他方の部材５２間の隙間（図示せず）にはみ出して破損するのを防止することが可能とされている。

特開平１０−６８４６７号公報

しかしながら上記密封装置１においては、第１バックアップリング２１および第２バックアップリング３１の断面形状が共に単純な三角形状とされているため、以下の不都合が指摘される。

すなわち上記密封装置１を上記二部材５１，５２間に組み付ける際には図３（Ａ）に示すように先ず、密封装置１を一方の部材５１の装着溝５３に装着し、次いで密封装置１を一方の部材５１と共に他方の部材５２の内周側（軸孔５２ａ）へ挿入する（矢印ｘ）が、挿入前のシールリング１１の外径寸法ｄ_１のほうが軸孔５２ａの内径寸法ｄ_２より大きいことがあり、この場合、以下の事象が発生する。

すなわち図３（Ｂ）に示すように、上記挿入に際してシールリング１１がその外周部で軸孔５２ａの開口周縁部５２ｂと干渉することによりシールリング１１の挿入が一時的に停止し、これに対し一方の部材５１ならびにこれに押される第１バックアップリング２１および第２バックアップリング３１の挿入は続行されるので（矢印ｘ）、このとき装着溝５３の側面部５３ｂおよびシールリング１１間の間隔ｔが徐々に狭められる。

第２バックアップリング３１は、その周面部３１ｂおよび斜面部３１ｃ間の角部３１ｄが鋭角をなし、この鋭角の角部３１ｄは装着溝５３の側面部５３ｂに押し付けられたとき軸方向に圧縮されやすい。したがって装着溝５３の側面部５３ｂおよびシールリング１１間の間隔ｔが狭められると、第２バックアップリング３１が全体として装着溝５３の側面部５３ｂに近付く方向へ移動し、第１バックアップリング２１を押圧する。第２バックアップリング３１が第１バックアップリング２１を押圧すると、両バックアップリング２１，３１は斜面部２１ｃ，３１ｃ同士で接触しているため分力モーメントの作用によって第１バックアップリング２１がその外径寸法を拡大するように変形する（矢印Ｙ）。

したがって、このように第１バックアップリング２１が拡径変形した状態で更に挿入が続けられるため、第１バックアップリング２１がその外周部で軸孔５２ａの開口周縁部５２ｂと干渉し、これにより第１バックアップリング２１が損傷することがある。

本発明は以上の点に鑑みて、断面矩形状の装着溝に装着されるシールリング、第１バックアップリングおよび第２バックアップリングの組み合わせよりなる密封装置において、挿入時に第１バックアップリングが拡径して損傷するのを抑制することができる密封装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の密封装置は、互いに対向する二部材間に配置されて密封流体をシールする密封装置であって、前記二部材のうちの一方の部材に設けた装着溝に装着されて他方の部材に密接するシールリングと、前記シールリングの反密封流体側に配置される比較的硬質の第１バックアップリングと、前記シールリングおよび前記第１バックアップリング間に配置される比較的軟質の第２バックアップリングとを有し、前記装着溝は断面矩形状の溝とされ、前記第１バックアップリングは、前記装着溝の反密封流体側側面部に接触する端面部、前記他方の部材に対向する周面部ならびに前記端面部および前記周面部に対し交差する斜面部を備える形状とされ、前記第２バックアップリングは、前記シールリングが接触する端面部、前記装着溝の底面部に対向する周面部および前記第１バックアップリングの斜面部に対応して設けられた斜面部を備える形状とされ、前記第２バックアップリングにおける前記斜面部の内周端部に、前記装着溝の反密封流体側側面部に接触する軸直角平面状の接触面部を設け、前記第１バックアップリングの内径寸法を前記第２バックアップリングにおける前記接触面部の外径寸法よりも大きく設定し、前記第１バックアップリングの外径寸法を前記他方の部材の内径寸法よりも小さく設定したことを特徴とする。

上記構成を備える本発明の密封装置においては、第２バックアップリングにおける斜面部の内周端部に、装着溝の反密封流体側側面部に接触する軸直角平面状の接触面部が設けられているため、この軸直角平面状の接触面部を装着溝への装着の当初から装着溝の側面部に接触させておくことにより、第２バックアップリングは全体として装着溝の側面部に近付く方向へ移動しないものとされる。したがって挿入時、装着溝の側面部およびシールリング間の間隔が狭められても第２バックアップリング３１が全体として装着溝の側面部に近付く方向へ移動することがないため、第２バックアップリングは第１バックアップリングを押圧せず第１バックアップリングはその外径寸法を拡大するよう変形しない。したがって挿入時に第１バックアップリングが軸孔の開口周縁部と干渉すると云う事態が発生しないため、第１バックアップリングが干渉により損傷するのを抑制することが可能とされる。

上記軸直角平面状の接触面部以外のバックアップリングの形状については第１および第２バックアップリングともに断面三角形状で良いが、第１バックアップリングにおける斜面部を凹状の断面円弧形の面とするとともに第２バックアップリングにおける斜面部を凸状の断面円弧形の面とし、第２バックアップリングにおける端面部を凹状の断面円弧形の面とする場合には、以下の作用効果が発揮される。

すなわち、挿入後の実機作動状態で高圧がシールリングに作用すると、シールリングが第２バックアップリングにおける凹状の断面円弧形の端面部を押圧するため、第２バックアップリングがその外径寸法を拡大するように弾性変形し、これにより第２バックアップリングが第１バックアップリングを押圧する。押圧された第１バックアップリングはこれもその外径寸法を拡大するように弾性変形し、他方の部材に接触し、または他方の部材との径方向間隔を狭める。したがってこのように径方向外方へ向けて弾性変形する第１バックアップリングによるシール効果を期待することが可能とされる。

本発明においては以上説明したように、断面矩形状の装着溝に装着されるシールリング、第１バックアップリングおよび第２バックアップリングの組み合わせよりなる密封装置において、挿入時に第１バックアップリングが拡径して損傷するのを抑制することができ、また、第１バックアップリングによるシール効果を期待することができる。

本発明の実施例に係る密封装置の要部断面図 従来例に係る密封装置の断面図 （Ａ）および（Ｂ）とも同密封装置の装着工程を示す説明図

本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（１）高圧用途で汎用の矩形溝に用いるバックアップリングを有する。バックアップリングは、硬質バックアップリング（第１バックアップリング）および軟質バックアップリング（第２バックアップリング）の組み合わせよりなる。
（２）軟質バックアップリングは非加圧側に隙間が無いように装着される。硬質バックアップリングは相手側ハウジング（他方の部材）の内径より小さくし、挿入時に干渉しないようにする。すなわち軟質バックアップリングが溝側面と隙間なく設置され、かつその状態で装着可能なハウジング内径よりも外径が小さい硬質バックアップリングを有する。すなわち溝側面と平行に接触する箇所を設けることで取付け時（挿入時）に軟質バックアップリングの移動が無いため、硬質バックアップリングを押し上げないので、拡径しない。
（３）硬質バックアップリングおよび軟質バックアップリングの合わせ面をアーチ形状とする。軟質バックアップリングのシールリング接触側をアーチ形状とする。アーチ状とすることで、装着後に高圧化となったとき、Ｏリング（シールリング）がアーチ状の軟質バックアップリングを拡径するように変形させ、硬質バックアップリングを押し上げ、密封性を確保する。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係る密封装置１の要部断面を示している。当該実施例に係る密封装置１は、直噴インジェクタ等の油圧機器における高圧シール部に用いられるものであって、以下のように構成されている。

すなわち当該密封装置１は、互いに対向する二部材としての軸（一方の部材）５１およびハウジング（他方の部材）５２間の環状隙間に配置されて、図における右方向の高圧側Ｈに存在する密封流体が図における左方向の低圧側（大気側）Ｌへ漏洩しないようにこれをシールするものであって、軸５１の周面に設けた環状の装着溝５３に装着されてハウジング５２の軸孔内周面に密接するシールリングとしてのＯリング１１と、Ｏリング１１の反密封流体側（低圧側Ｌ）に配置されて同じく装着溝５３に装着される第１バックアップリング２１と、Ｏリング１１および第１バックアップリング２１の間に配置されて同じく装着溝５３に装着される第２バックアップリング３１とを有している。Ｏリング１１はこれに代えて、ＤリングやＸリングなど他の断面形状のシールリングであっても良い。

Ｏリング１１は、ゴム状弾性体によって成形されている。第１バックアップリング２１は、第２バックアップリング３１よりも硬質の、例えばナイロン樹脂によって成形されている。第２バックアップリング３１は、第１バックアップリング２１よりも軟質の、例えばＰＴＦＥ樹脂によって成形されている。

装着溝５３は、加工が容易であることから断面矩形状の矩形溝として形成されている。したがって溝内にテーパ形状の類は設けられておらず、装着溝５３は円筒面状の底面部５３ａおよび軸直角平面状の両側面部５３ｂのみの組み合わせとされている。

第１バックアップリング２１は、装着溝５３の側面部５３ｂに接触する反密封流体側（低圧側Ｌ）の軸直角平面状の端面部２１ａと、ハウジング５２の軸孔内周面に接触する外周側の円筒面状の周面部２１ｂと、端面部２１ａおよび周面部２１ｂに対し交差するテーパ面状の斜面部２１ｃとを備え、断面三角形状（直角三角形状）ないし略三角形状に形成されている。斜面部２１ｃは、そのテーパの向きを密封流体側（高圧側Ｈ）から反密封流体側（低圧側Ｌ）へかけて径寸法（内径寸法）が徐々に縮小する向きとされている。

第２バックアップリング３１は、シールリング１１が接触する密封流体側（高圧側Ｈ）の端面部３１ａと、装着溝５３の底面部５３ａに接触する内周側の円筒面状の周面部３１ｂと、端面部３１ａおよび周面部３１ｂに対し交差するテーパ面状の斜面部３１ｃとを備え、断面三角形状（直角三角形状）ないし略三角形状に形成されている。斜面部３１ｃは、そのテーパの向きを密封流体側（高圧側Ｈ）から反密封流体側（低圧側Ｌ）へかけて径寸法（外径寸法）が徐々に縮小する向きとされている。

第２バックアップリング３１における斜面部３１ｃの内周端部に、装着溝５３の側面部５３ｂに接触する軸直角平面状の接触面部３１ｅが設けられており、第１バックアップリング２１はその内径寸法ｄ_３をこの接触面部３１ｅの外径寸法ｄ_４よりも大きく設定されている。したがって第２バックアップリング３１の接触面部３１ｅの外周側に第１バックアップリング２１の端面部２１ａが配置されているため、第２バックアップリング３１は接触面部３１ｅをもって、第１バックアップリング２１は端面部２１ａをもって両バックアップリング２１，３１が同時に装着溝５３の側面部５３ｂに接触することが可能とされている。

また、第１バックアップリング２１はその外径寸法ｄ_５をハウジング５２の内径寸法ｄ_６よりも小さく設定され、挿入時にハウジング５２の軸孔開口周縁部（図示せず）と干渉しないように設定されている。

また、第１バックアップリング２１の斜面部２１ｃと第２バックアップリング３１の斜面部３１ｃは互いに対応して設けられているが、第１バックアップリング２１の斜面部２１ｃは凹状の断面円弧形の面とされ、第２バックアップリング３１の斜面部３１ｃは凸状の断面円弧形の面とされている。また、第２バックアップリング３１の端面部３１ａはこれも凹状の断面円弧形の面とされている。

上記構成の密封装置１においては、シールリング１１の反密封流体側（低圧側Ｌ）に第１バックアップリング２１が配置されているため、シールリング１１が高圧Ｐを受けたときに軸５１およびハウジング５２間の隙間５４にはみ出して破損するのを防止することが可能とされ、またシールリング１１および第１バックアップリング２１間に第２バックアップリング３１が配置されているため、シールリング１１が第１バックアップリング２１およびハウジング５２間の隙間５５にはみ出して破損するのを防止することが可能とされている。したがってシールリング１１が隙間５４，５５にはみ出して破損することを原因としてシール性が低下するのを抑制することができる。

また、第２バックアップリング３１における斜面部３１ｃの内周端部に、装着溝５３の反密封流体側側面部５３ｂに接触する軸直角平面状の接触面部３１ｅが設けられているため、この軸直角平面状の接触面部３１ｅを装着溝５３への装着の当初から装着溝５３の側面部５３ｂに接触させておくことにより、第２バックアップリング３１はその全体として装着溝５３の側面部５３ｂに近付く方向へ移動することがない。

したがって、当該密封装置１をハウジング５２の軸孔５２ａに挿入する際、第２バックアップリング３１が全体として装着溝５３の側面部５３ｂに近付く方向へ移動しないため、第２バックアップリング３１は第１バックアップリング２１を押圧せず第１バックアップリング２１はその外径寸法ｄ_５を拡大するよう変形しない。したがって挿入時に第１バックアップリング２１が軸孔５２ａの開口周縁部と干渉すると云う事態が発生しないため、第１バックアップリング２１が干渉により損傷するのを抑制することができる。

また、第１バックアップリング２１の斜面部２１ｃが凹状の断面円弧形の面とされ、第２バックアップリング３１の斜面部３１ｃが凸状の断面円弧形の面とされ、第２バックアップリング３１の端面部３１ａが凹状の断面円弧形の面とされているので、シールリング１１に高圧Ｐが作用すると、シールリング１１が第２バックアップリング３１における凹状の断面円弧形の端面部３１ａを押圧し、第２バックアップリング３１がその外径寸法を拡大するように弾性変形し、これにより第２バックアップリング３１が第１バックアップリング２１を押圧する。押圧された第１バックアップリング２１はこれもその外径寸法ｄ_５を拡大するように弾性変形し、その結果としてハウジング５２の内面に接触し、または少なくともハウジング５２の内面との径方向間隔を狭めることになる。したがってこのように径方向外方へ向けて弾性変形する第１バックアップリング２１がシール作用を発揮するため、第１バックアップリング２１によるシール効果を期待することができ、密封装置１のシール性を向上させることができる。

１ 密封装置
１１ シールリング
２１ 第１バックアップリング
２１ａ，３１ａ 端面部
２１ｂ，３１ｂ 周面部
２１ｃ，３１ｃ 斜面部
３１ 第２バックアップリング
３１ｄ 角部
３１ｅ 接触面部
５１ 軸（一方の部材）
５２ ハウジング（他方の部材）
５２ａ 軸孔
５３ 装着溝
５３ａ 底面部
５３ｂ 側面部
５４，５５ 隙間

Claims (2)

1. 互いに対向する二部材間に配置されて密封流体をシールする密封装置であって、
   前記二部材のうちの一方の部材に設けた装着溝に装着されて他方の部材に密接するシールリングと、前記シールリングの反密封流体側に配置される比較的硬質の第１バックアップリングと、前記シールリングおよび前記第１バックアップリング間に配置される比較的軟質の第２バックアップリングとを有し、
   前記装着溝は断面矩形状の溝とされ、
   前記第１バックアップリングは、前記装着溝の反密封流体側側面部に接触する端面部、前記他方の部材に対向する周面部ならびに前記端面部および前記周面部に対し交差する斜面部を備える形状とされ、
   前記第２バックアップリングは、前記シールリングが接触する端面部、前記装着溝の底面部に対向する周面部および前記第１バックアップリングの斜面部に対応して設けられた斜面部を備える形状とされ、
   前記第２バックアップリングにおける前記斜面部の内周端部に、前記装着溝の反密封流体側側面部に接触する軸直角平面状の接触面部を設け、
   前記第１バックアップリングの内径寸法を前記第２バックアップリングにおける前記接触面部の外径寸法よりも大きく設定し、
   前記第１バックアップリングの外径寸法を前記他方の部材の内径寸法よりも小さく設定したことを特徴とする密封装置。
2. 請求項１記載の密封装置において、
   前記第１バックアップリングにおける前記斜面部は凹状の断面円弧形の面とされるとともに前記第２バックアップリングにおける前記斜面部は凸状の断面円弧形の面とされ、前記第２バックアップリングにおける前記端面部は凹状の断面円弧形の面とされていることを特徴とする密封装置。

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