JP6660759B2

JP6660759B2 - 密封装置

Info

Publication number: JP6660759B2
Application number: JP2016026567A
Authority: JP
Inventors: 大介松本
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2020-03-11
Anticipated expiration: 2036-02-16
Also published as: JP2017145852A

Description

本発明は、シール技術に係る密封装置に関し、更に詳しくは、パッキンに対してバックアップリングを組み合わせた構造の密封装置に関する。本発明の密封装置は主に、往復動用途の密封装置として用いられる。

従来から図４に示す密封装置５１が知られており、この密封装置５１は、ハウジング６１と前記ハウジング６１に挿通した軸６２との間に装着される密封装置であって、ハウジング６１および軸６２の間に挿入する挿入部材６３の圧力Ｐ側に配置されるパッキン５２を有している。挿入部材６３は例えばフリーピストンであって、フリーピストンはハウジング６１の内周面および軸６２の外周面の双方に対し摺動する。

しかしながらこの密封装置５１では、ゴム状弾性体よりなるパッキン５２が単独で挿入部材６３の圧力Ｐ側に配置されているため、パッキン５２に対し高圧が作用するとパッキン５２が大きく弾性変形し、ハウジング６１および挿入部材６３間の隙間ｃ_１や軸６２および挿入部材６３間の隙間ｃ_２にはみ出し、損傷する虞がある。

上記パッキン５２のはみ出しによる損傷を防止するには、パッキン５２および挿入部材６３間にバックアップリングを装着することが考えられ、すなわち、パッキン５２の外周部側でパッキン５２および挿入部材６３間に外周側バックアップリング（図示せず）を配置することにより、パッキン５２がハウジング６１および挿入部材６３間の隙間ｃ_１にはみ出すのを防止することができ、パッキン５２の内周部側でパッキン５２および挿入部材６３間に内周側バックアップリング（図示せず）を配置することにより、パッキン５２が軸６２および挿入部材６３間の隙間ｃ_２にはみ出すのを防止することができる。

特開２０００−９２３１号公報

しかしながら一般に、バックアップリングは、断面矩形に形成された単純な形状の樹脂製リングとされている（上記特許文献１の図６または図７に掲載されているように、断面矩形の角部にアール状の面取り部を設けたものを含む）。

したがって、このような形状のバックアップリングでは、ハウジング６１および挿入部材６３間の隙間ｃ_１が大きくてハウジング６１および挿入部材６３が大きく偏心するときや、軸６２および挿入部材６３間の隙間ｃ_２が大きくて軸６２および挿入部材６３が大きく偏心するとき、これらの偏心に対してバックアップリングが充分に追随することができず、よってはみ出し隙間を埋めることができないことがある。

本発明は以上の点に鑑みて、ハウジングおよび軸ならびに挿入部材などの偏心に対して優れた追随性を発揮するバックアップリングを備え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、ハウジングと前記ハウジングに挿通した軸との間で圧力を密封する密封装置であって、前記ハウジングおよび前記軸の間に挿入された挿入部材の圧力側に配置されるパッキンと、前記パッキンの外周部側で前記パッキンおよび前記挿入部材の間に配置される外周側バックアップリングと、前記パッキンの内周部側で前記パッキンおよび前記挿入部材の間に配置される内周側バックアップリングと、を有し、前記挿入部材の外周部における前記パッキン側の端部位置に外周側テーパ部を設けるのに対応して、前記外周側テーパ部と摺動可能なテーパ面を前記外周側バックアップリングに設け、前記挿入部材の内周部における前記パッキン側の端部位置に内周側テーパ部を設けるのに対応して、前記内周側テーパ部と摺動可能なテーパ面を前記内周側バックアップリングに設け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、挿入部材に外周側テーパ部を設けるのに対応して外周側バックアップリングにテーパ面が設けられているため、外周側バックアップリングが圧力により挿入部材に押し付けられると、外周側テーパ部に対しテーパ面が摺動することにより外周側テーパ部に対し外周側バックアップリングが乗り上げる。したがって外周側バックアップリングが挿入部材とハウジングの間でくさび（楔）作用を発揮するため、外周側のはみ出し隙間を埋めることが可能とされる。また同様に、挿入部材に内周側テーパ部を設けるのに対応して内周側バックアップリングにテーパ面が設けられているため、内周側バックアップリングが圧力により挿入部材に押し付けられると、内周側テーパ部に対しテーパ面が摺動することにより内周側テーパ部に対し内周側バックアップリングが乗り上げる。したがって内周側バックアップリングが挿入部材と軸の間でくさび作用を発揮するため、内周側のはみ出し隙間を埋めることが可能とされる。

したがって、ハウジングおよび軸ならびに挿入部材などの相手取付部材に大きな偏心が生じる状況下であっても、バックアップリングが偏心に対して優れた追随性を発揮するため、パッキンがはみ出しにより損傷するのを防止することができる。

パッキンと挿入部材の間には、軸方向の初期間隙を設定するのが好適であり、これによればパッキンが挿入部材と接触するまで軸方向に移動するため、パッキンによってバックアップリングが強く押圧される。したがってバックアップリングのテーパ部に対する乗り上げ量を増大させることが可能とされる。

また、パッキンに段差部を設けてバックアップリングを保持するようにしても良く、この場合には、パッキンおよびバックアップリングを予め組み付けられたアッセンブリ品として取り扱うことが可能とされる。

本発明においては、外周側バックアップリングおよび内周側バックアップリングがそれぞれ圧力により挿入部材に押し付けられときにくさび作用を発揮するため、偏心に対して優れた追随性を発揮する。したがってハウジングおよび軸ならびに挿入部材などの相手取付部材に大きな偏心が生じる状況下であっても、バックアップリングが偏心に対し優れた追随性を発揮し、パッキンがはみ出しにより損傷するのを防止することができる。

本発明の実施例に係る密封装置の要部断面図本発明の他の実施例に係る密封装置の要部断面図本発明の他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要部断面図

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１１の要部断面を示している。

当該実施例に係る密封装置１１は、ハウジング６１と前記ハウジング６１の軸孔に挿通した軸６２との間に装着されて圧力Ｐを密封する密封装置であって、ハウジング６１および軸６２の間に挿入する挿入部材６３の圧力Ｐ側に配置されるパッキン２１と、パッキン２１の外周部側でパッキン２１および挿入部材６３の間に配置される外周側バックアップリング３１と、パッキン２１の内周部側でパッキン２１および挿入部材６３の間に配置される内周側バックアップリング４１と、を有している。

軸６２は、ハウジング６１の軸孔内周において軸方向に往復動するが、回転または揺動するものであっても良い。

挿入部材６３は具体的には、所定の樹脂または金属よりなる環状のフリーピストンとされている。フリーピストンはハウジング６１の軸孔内周面および軸６２の外周面の双方に対しそれぞれ摺動するので、ハウジング６１との間、軸６２との間にそれぞれ径方向の隙間ｃ_１，ｃ_２が形成されることが多い。

パッキン２１は、所定のゴム状弾性体よりなるリップパッキンとされ、すなわち環状基部２２の外周部圧力側に、ハウジング６１の軸孔内周面に対し摺動可能に接触する外周側シールリップ２３が一体に設けられるとともに、環状基部２２の内周部圧力側に、軸６２の外周面に対し摺動可能に接触する内周側シールリップ２４が一体に設けられている。

外周側バックアップリング３１は、所定の樹脂（ＰＴＦＥ、またはナイロン等の硬質樹脂など）によって形成されている。また、この外周側バックアップリング３１はその断面形状を矩形を基本として形成され、このためパッキン２１の反圧力側端面に摺動可能に接触する軸直角平面状の圧力側端面３２と、ハウジング６１の軸孔内周面に摺動可能に接触する円筒面状の外周面３３とを備えているが、その内周部反圧力側には、挿入部材６３の外周部圧力側に環状の外周側テーパ部６４が設けられるのに対応して、この外周側テーパ部６４と摺動可能な環状のテーパ面３４が設けられている。

テーパの向きとして、外周側テーパ部６４は挿入部材６３の外径寸法が圧力側から反圧力側へかけて徐々に拡大する向きとされ、テーパ面３４は外周側バックアップリング３１の内径寸法が同じく圧力側から反圧力側へかけて徐々に拡大する向きとされている。中心軸線０に対するテーパ面３４の傾斜角度θ_１は、外周側テーパ部６４の傾斜角度θ_２に対し、
θ_１≦θ_２
の関係とされている。また、外周側バックアップリング３１の外径寸法ｄ_１は、ハウジング６１の軸孔内径寸法ｄ_２に対し、
ｄ_１≦ｄ_２
の関係とされている。

内周側バックアップリング４１は、これも所定の樹脂（ＰＴＦＥ、またはナイロン等の硬質樹脂など）によって形成されている。また、この内周側バックアップリング４１はその断面形状を矩形を基本として形成され、このためパッキン２１の反圧力側端面に摺動可能に接触する軸直角平面状の圧力側端面４２と、軸６２の外周面に摺動可能に接触する円筒面状の内周面４３とを備えているが、その外周部反圧力側には、挿入部材６３の内周部圧力側に環状の内周側テーパ部６５が設けられるのに対応して、この内周側テーパ部６５と摺動可能な環状のテーパ面４４が設けられている。

テーパの向きとして、内周側テーパ部６５は挿入部材６３の内径寸法が圧力側から反圧力側へかけて徐々に縮小する向きとされ、テーパ面４４は内周側バックアップリング４１の外径寸法が同じく圧力側から反圧力側へかけて徐々に縮小する向きとされている。中心軸線０に対するテーパ面４４の傾斜角度θ_３は、内周側テーパ部６５の傾斜角度θ_４に対し、
θ_３≦θ_４
の関係とされている。内周側バックアップリング４１の内径寸法ｄ_３は、軸６２の外径寸法ｄ_４に対し、
ｄ_３≧ｄ_４
の関係とされている。

また、図示するように、パッキン２１が外周側バックアップリング３１および内周側バックアップリング４１に接触し、外周側バックアップリング３１がテーパ面３４をもって挿入部材６３の外周側テーパ部６４に接触し、内周側バックアップリング４１がテーパ面４４をもって挿入部材６３の内周側テーパ部６５に接触した状態で、パッキン２１と挿入部材６３との間には、軸方向の初期間隙ｃ_３が設定されている。

上記構成の密封装置１１においては、挿入部材６３に外周側テーパ部６４が設けられるのに対応して外周側バックアップリング３１にテーパ面３４が設けられているため、外周側バックアップリング３１が圧力Ｐにより挿入部材６３に押し付けられると、外周側テーパ部６４に対しテーパ面３４が摺動することにより外周側テーパ部６４に対し外周側バックアップリング３１が乗り上げる。したがって外周側バックアップリング３１が挿入部材６３の外周側テーパ部６４とハウジング６１の軸孔内周面との間に深く入り込んで、くさび作用を発揮し、これにより外周側バックアップリング３１の外周面３３がハウジング６１の軸孔内周面に強く押し付けられるため、はみ出し隙間ｃ_１を埋める（閉塞する）ことが可能とされる。

また同様に、挿入部材６３に内周側テーパ部６５が設けられるのに対応して内周側バックアップリング４１にテーパ面４４が設けられているため、内周側バックアップリング４１が圧力Ｐにより挿入部材６３に押し付けられると、内周側テーパ部６５に対しテーパ面４４が摺動することにより内周側テーパ部６５に対し内周側バックアップリング４１が乗り上げる。したがって内周側バックアップリング４１が挿入部材６３の内周側テーパ部６５と軸６２の外周面との間に深く入り込んで、くさび作用を発揮し、これにより内周側バックアップリング４１の内周面４３が軸６２の外周面に強く押し付けられるため、はみ出し隙間ｃ_２を埋める（閉塞する）ことが可能とされる。

したがって、ハウジング６１および軸６２ならびに挿入部材６３よりなる相手取付部材に大きな偏心が生じる状況下であっても、バックアップリング３１，４１がくさび作用を発揮して、偏心に対して優れた追随性を発揮するため、パッキン２１がはみ出しにより損傷するのを防止することができる。

また加えて、上記実施例では、パッキン２１と挿入部材６３の間に軸方向の初期間隙ｃ_３が設定されているため、パッキン２１は挿入部材６３と接触するまで軸方向に移動することが可能とされている。したがってパッキン２１によりバックアップリング３１，４１が強く押圧されるため、バックアップリング３１，４１のテーパ部６４，６５に対する乗り上げ量を増大させることが可能とされている。したがってバックアップリング３１，４１のくさび作用が充分に発揮される。

上記実施例に係る密封装置１１においては、その構成を以下のように付加または変更することができる。

すなわち、図２に示すように、パッキン２１の外周部反圧力側に環状の外周側段差部２５を設け、この外周側段差部２５に外周側バックアップリング３１を嵌め合わせることにより、パッキン２１および外周側バックアップリング３１を予め組み付けられたアッセンブリ品とする。

また同様に、パッキン２１の内周部反圧力側に環状の内周側段差部２６を設け、この内周側段差部２６に内周側バックアップリング４１を嵌め合わせることにより、パッキン２１および内周側バックアップリング４１を予め組み付けられたアッセンブリ品とする。

この構成によれば、パッキン２１および両バックアップリング３１，４１が予め組み付けられたアッセンブリ品として取り扱われるため、製品の取り扱い作業性を向上させることができる。

また、図３に示すように、パッキン２１の外周部反圧力側に、圧力側から反圧力側へかけて外径寸法が徐々に縮小する向きの環状のテーパ面２７を設け、これに対応して、外周側バックアップリング３１の内周部圧力側に、圧力側から反圧力側へかけて内径寸法が徐々に縮小する向きの環状のテーパ面３５を設け、両テーパ面２７，３５を摺動可能に接触させる。

また同様に、パッキン２１の内周部反圧力側に、圧力側から反圧力側へかけて内径寸法が徐々に拡大する向きの環状のテーパ面２８を設け、これに対応して、内周側バックアップリング４１の外周部圧力側に、圧力側から反圧力側へかけて内径寸法が徐々に拡大する向きの環状のテーパ面４５を設け、両テーパ面２８，４５を摺動可能に接触させる。

この構成によれば、パッキン２１が圧力Ｐにより外周側バックアップリング３１および内周側バックアップリング４１に押し付けられたときに各テーパ面２７，３５、２８，４５が摺動することにより、パッキン２１の反圧力側端部が外周側バックアップリング３１のテーパ面３５と内周側バックアップリング４１のテーパ面４５の間に深く入り込んで、くさび作用を発揮する。したがって外周側バックアップリング３１がハウジング６１に押し付けられる（径方向外方へ向けての押し付け分力が発生する）とともに内周側バックアップリング４１が軸６２に押し付けられる（径方向内方へ向けての押し付け分力が発生する）ため、両バックアップリング３１，４１の偏心追随性を一層向上させることができる。

１１密封装置
２１パッキン
２２環状基部
２３，２４シールリップ
２５，２６段差部
２７，２８，３４，３５，４４，４５テーパ面
３１外周側バックアップリング
３２，４２端面
３３外周面
４１内周側バックアップリング
４３内周面
６１ハウジング
６２軸
６３挿入部材
６４外周側テーパ部
６５内周側テーパ部

Claims

ハウジングと前記ハウジングに挿通した軸との間で圧力を密封する密封装置であって、
前記ハウジングおよび前記軸の間に挿入された挿入部材の圧力側に配置されるパッキンと、前記パッキンの外周部側で前記パッキンおよび前記挿入部材の間に配置される外周側バックアップリングと、前記パッキンの内周部側で前記パッキンおよび前記挿入部材の間に配置される内周側バックアップリングと、を有し、
前記挿入部材の外周部における前記パッキン側の端部位置に外周側テーパ部を設けるのに対応して、前記外周側テーパ部と摺動可能なテーパ面を前記外周側バックアップリングに設け、
前記挿入部材の内周部における前記パッキン側の端部位置に内周側テーパ部を設けるのに対応して、前記内周側テーパ部と摺動可能なテーパ面を前記内周側バックアップリングに設けたことを特徴とする密封装置。
請求項１記載の密封装置において、
前記パッキンが前記外周側バックアップリングおよび前記内周側バックアップリングに接触し、前記外周側バックアップリングがそのテーパ面をもって前記挿入部材の外周側テーパ部に接触し、前記内周側バックアップリングがそのテーパ面をもって前記挿入部材の内周側テーパ部に接触した状態で、前記パッキンと前記挿入部材との間に軸方向の初期間隙を設定することを特徴とする密封装置。
請求項１または２記載の密封装置において、
前記パッキンの外周部に、前記外周側バックアップリングを保持する外周側段差部を設けるとともに、前記パッキンの内周部に、前記内周側バックアップリングを保持する内周側段差部を設けたことを特徴とする密封装置。