JP6942421B2 - 密封装置及び密封構造 - Google Patents

Description

本発明は、２部材間の環状隙間を封止する密封装置及び密封構造に関する。

２部材間の環状隙間を封止する密封装置として、ゴム状弾性体製のシールリングと、シールリングが装着領域からはみ出してしまうことを抑制するバックアップリングとを備える密封装置が知られている。このような密封装置は、例えば、メカニカルシールにおいて、固定環の取付部位や、回転環の取付部位にも用いられている。図７を参照して、従来例に係る密封装置について説明する。

図示の例においては、ハウジングに設けられた環状部７１０と、環状部７１０に取り付けられる固定環１１０との間の環状隙間を封止するために、密封装置Ｍ０が設けられている。密封装置Ｍ０は、環状部７１０の外周面に設けられた環状溝７１１に装着されている。この密封装置Ｍ０は、ゴム状弾性体製のシールリング１０と、シールリング１０における軸線方向の両側に配置され、シールリング１０が環状溝７１１の外側にはみ出すことを抑制する樹脂製のバックアップリング５０，６０とから構成される。

ここで、シールリング１０の場合には、ゴム状弾性体により構成され、外側に容易に拡げることができるため、環状溝７１１への装着作業に特に問題はない。これに対して、バックアップリング５０，６０の場合には、樹脂により構成されるため、無端状の環状部材により構成した場合には、環状溝７１１への装着作業は困難となる。そのため、装着作業性の観点から、バックアップリング５０，６０には、合口部（不図示）が設けられる。これにより、合口部を介して拡げることで、バックアップリング５０，６０の環状溝７１１への装着作業は容易になる。

しかしながら、合口部を設けた場合には、バックアップリング５０，６０を環状溝７１１に装着させた際に、バックアップリング５０，６０が外側に拡がってしまうことがある（図８中の矢印参照）。これにより、バックアップリング５０，６０が環状溝７１１から径方向外側に大きく飛び出した状態となってしまうことがある（図８中の点線部参照）。この状態で、固定環１１０を環状部７１０に取り付けようとした場合、固定環１１０がバックアップリング５０，６０に突き当たってしまうため、取り付け作業性が低下してしまう。また、バックアップリング５０，６０が破損してしまうおそれもある。

特開平１１−３１５９２５号公報 特許第５９３９３６７号公報

本発明の目的は、バックアップリングが拡がってしまうことを原因とする取り付け作業性の低下を抑制可能な密封装置及び密封構造を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の密封装置は、
２部材間に形成された環状の装着領域内に配置され、これら２部材間の環状隙間を封止する密封装置において、
前記２部材のうちの径方向内側の第１部材の外周面と、前記２部材のうちの径方向外側の第２部材の内周面の双方に対して密着するゴム状弾性体製のシールリングと、
前記シールリングにおける軸線方向の両側のうちの少なくとも一方に配置され、第１部材と第２部材との間の隙間のうち前記装着領域の外側の隙間と前記シールリングとの間を塞ぐことで、前記シールリングが前記装着領域の外側にはみ出すことを抑制する樹脂製のバックアップリングと、
を備え、
前記バックアップリングには、周方向の一か所に合口部が設けられると共に、
前記バックアップリングの内周面側には、前記シールリングが配置されている側に向かって突出し、該シールリングによって径方向内側に向かって締め付けられる環状凸部が設けられており、
第１部材に対して前記シールリングと前記バックアップリングが取り付けられ、かつ第２部材が取り付けられる前の状態においても、前記バックアップリングに設けられた前記環状凸部が前記シールリングによって締め付けられていることを特徴とする。

また、本発明の密封構造は、
２部材と、
前記２部材間に形成された環状の装着領域内に配置され、これら２部材間の環状隙間を封止する密封装置と、を備える密封構造において、
前記密封装置は、
前記２部材のうちの径方向内側の第１部材の外周面と、前記２部材のうちの径方向外側の第２部材の内周面の双方に対して密着するゴム状弾性体製のシールリングと、
前記シールリングにおける軸線方向の両側のうちの少なくとも一方に配置され、第１部
材と第２部材との間の隙間のうち前記装着領域の外側の隙間と前記シールリングとの間を塞ぐことで、前記シールリングが前記装着領域の外側にはみ出すことを抑制する樹脂製のバックアップリングと、
を備え、
前記バックアップリングには、周方向の一か所に合口部が設けられると共に、
前記バックアップリングの内周面側には、前記シールリングが配置されている側に向かって突出し、該シールリングによって径方向内側に向かって締め付けられる環状凸部が設けられており、
第１部材に対して前記シールリングと前記バックアップリングが取り付けられ、かつ第２部材が取り付けられる前の状態においても、前記バックアップリングに設けられた前記環状凸部が前記シールリングによって締め付けられていることを特徴とする。

これらの発明によれば、バックアップリングの内周面側に設けられた環状凸部が、シールリングによって、径方向内側に向かって締め付けられる。従って、バックアップリングには合口部が設けられているものの、装着領域に装着させた状態で、外側に拡がってしまうことが抑制される。

前記シールリングにおける軸線方向の最大幅をＷＳとし、前記バックアップリングの内周面側の軸線方向の幅の総和をＷＢとし、前記装着領域の軸線方向の幅をＷ０とすると、
ＷＳ＋ＷＢ＞ＷＯ
を満たすとよい。

これにより、バックアップリングの内周面側に設けられた環状凸部は、シールリングによって、より確実に締め付けられる。

以上説明したように、本発明によれば、バックアップリングが拡がってしまうことを原因とする取り付け作業性の低下を抑制することができる。

図１は本発明の実施例に係る密封装置及び密封構造が適用されるメカニカルシールの模式的断面図である。 図２は本発明の実施例１に係る密封構造の模式的断面図である。 図３は本発明の実施例に係るバックアップリングの正面図である。 図４は本発明の実施例に係るバックアップリングの模式的断面図である。 図５は本発明の実施例１に係る密封装置の装着時の様子を示す模式的断面図である。 図６は本発明の実施例２に係る密封構造の模式的断面図である。 図７は従来例に係る密封構造の模式的断面図である。 図８は従来例に係る密封装置の装着時の様子を示す模式的断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
＜密封装置及び密封構造の適用例＞
図１を参照して、本発明の実施例に係る密封装置及び密封構造の適用例について説明する。本実施例に係る密封装置及び密封構造は、例えば、メカニカルシールにおいて、固定環の取付部位や、回転環の取付部位に用いることができる。図１は本発明の実施例に係る密封装置及び密封構造が適用されるメカニカルシールの模式的断面図である。以下、「軸線方向」とは、各種環状部材における中心軸線が伸びる方向を意味する。

メカニカルシール１００は、回転軸５００とハウジング７００との間の環状隙間を封止するために用いられる。そして、メカニカルシール１００は、固定環１１０と、固定環１１０に対して摺動自在に設けられる回転環１２０と、回転環１２０を固定環１１０に向けて付勢するスプリング１３０とを備えている。固定環１１０は、ハウジング７００に設けられた環状部７１０に取り付けられている。なお、固定環１１０は、環状部７１０に対して、軸線方向の多少の移動が許容され、かつ回り止めがなされている。また、回転環１２０は、回転軸５００に取り付けられた環状部材６００に取り付けられている。なお、回転環１２０は、環状部材６００に対して、軸線方向の多少の移動が許容され、かつ回り止めがなされている。

以上のように構成されたメカニカルシール１００によれば、回転軸５００と共に、環状部材６００と回転環１２０が回転し、回転環１２０と固定環１１０との間で摺動する。回転環１２０はスプリング１３０によって固定環１１０に向けて付勢されるため、回転環１２０と固定環１１０とが接した状態が保たれる。従って、回転軸５００とハウジング７００との間の環状隙間が封止される。

そして、ハウジング７００における環状部７１０と固定環１１０との間の環状隙間を封止するために密封装置Ｍ１が設けられている。すなわち、２部材（ハウジング７００と固定環１１０）と、これら２部材間の環状隙間を封止する密封装置Ｍ１とにより密封構造が構成されている。より具体的には、ハウジング７００の環状部７１０の外周面に形成された環状溝７１１と固定環１１０の内周面とにより形成された断面矩形の環状空間（装着領域）Ｋ１に密封装置Ｍ１が装着される。これにより、２部材のうちの径方向内側の第１部材（ハウジング７００の環状部７１０に相当）と、２部材のうちの径方向外側の第２部材（固定環１１０に相当）との間の環状隙間が封止される。

また、環状部材６００と回転環１２０との間の環状隙間を封止するために密封装置Ｍ２が設けられている。すなわち、２部材（環状部材６００と回転環１２０）と、これら２部材間の環状隙間を封止する密封装置Ｍ２とにより密封構造が設けられている。より具体的
には、環状部材６００の外周面に形成された環状の切り欠き６１０と、回転環１２０の内周面に形成された環状の切り欠き１２１とにより形成された断面矩形の環状空間（装着領域）Ｋ２に密封装置Ｍ２が装着される。これにより、２部材のうちの径方向内側の第１部材（環状部材６００に相当）と、２部材のうちの径方向外側の第２部材（回転環１２０に相当）との間の環状隙間が封止される。

＜密封装置及び密封構造＞
本実施例に係る密封装置は、上述したメカニカルシールにおいて、密封装置Ｍ１として適用可能であり、また、密封装置Ｍ２としても適用可能である。以下、密封装置Ｍ１の場合を例にして、本実施例に係る密封装置及び密封構造について、図２〜図５を参照して、より詳細に説明する。図２は本発明の実施例１に係る密封構造の模式的断面図である。なお、本実施例に係る密封装置は略回転対称形状であり、図２においては、密封装置の中心軸線を含む面で密封構造を切断した断面図を示している。図３は本発明の実施例に係るバックアップリングの正面図である。図４は本発明の実施例に係るバックアップリングの模式的断面図であり、図３中のＡＡ断面図である。図５は本発明の実施例１に係る密封装置の装着時の様子を示す模式的断面図である。

本実施例に係る密封装置Ｍ１は、ゴム状弾性体製のシールリング１０と、シールリング１０における軸線方向の両側にそれぞれ配置される樹脂製の一対のバックアップリング２０，３０とから構成される。本実施例に係るシールリング１０は、外力が作用していない状態において、断面が円形の無端状のシールリング（いわゆるＯリング）である。このシールリング１０は、第１部材（ハウジング７００の環状部７１０）の外周面と、第２部材（固定環１１０）の内周面の双方に対して密着するように構成される。

バックアップリング２０，３０は、シールリング１０が装着領域（環状空間Ｋ１）の外側にはみ出すことを抑制するために設けられている。そして、これらのバックアップリング２０，３０には、周方向の一か所に合口部（図３，４中の合口部２２参照）が設けられている。これにより、バックアップリング２０，３０の装着性が高められている。なお、本実施例においては、図３，４に示す合口部２２は、斜めに切断したバイアスカットの場合を示しているが、合口部については、バイアスカットに限られることはない。例えば、中心軸線を含む面で真っ直ぐに切断したストレートカットや、階段状に切断したステップカットなどを採用してもよい。また、バックアップリング２０，３０の内周面側には、シールリング１０が配置されている側に向かって突出し、シールリング１０によって径方向内側に向かって締め付けられる環状凸部２１，３１が設けられている。

以上のように構成される密封装置Ｍ１によれば、第１部材と第２部材との間の環状隙間がシールリング１０によって封止される。また、バックアップリング２０，３０によって、シールリング１０が装着領域（環状空間Ｋ１）の外側にはみ出してしまうことが抑制される。これにより、シールリング１０が第１部材と第２部材との環状の微小隙間にはみ出してしまい、損傷してしまうことが抑制される。なお、バックアップリング２０とバックアップリング３０は、同一の部品を用いることができる。すなわち、配置させる際の向きを変えるだけでよい。

図５は、ハウジング７００の環状部７１０の外周面に形成された環状溝７１１に密封装置Ｍ１を装着した状態を示している。図示のように、シールリング１０における軸線方向の最大幅（本実施例の場合にはＯリングの線径に相当）をＷＳとする。また、バックアップリング２０，３０の内周面側の軸線方向の幅の総和をＷＢとする。本実施例の場合には、図示のように、バックアップリング２０の内周面側の軸線方向の幅をＷＢ１とし、バックアップリング３０の内周面側の軸線方向の幅をＷＢ２とすると、ＷＢ＝ＷＢ１＋ＷＢ２となる。更に、装着領域（環状空間Ｋ１）の軸線方向の幅（環状溝７１１の溝幅に相当）
をＷ０とする。

すると、ＷＳ＋ＷＢ＞ＷＯを満たすように構成されている。これにより、バックアップリング２０が装着領域うち最も一方側に偏った位置に配置され、バックアップリング３０が装着領域のうち最も他方側に偏った位置に配置された場合でも、シールリング１０の内周面は、バックアップリング２０，３０の環状凸部２１，３１に接することになる。

なお、以上の説明においては、図１に示すメカニカルシール１００における密封装置Ｍ１の場合を例にして説明したが、密封装置Ｍ２においても同様の構成を採用することができる。

＜本実施例に係る密封装置及び密封構造の優れた点＞
本実施例に係る密封装置及び密封構造によれば、バックアップリング２０，３０の内周面側に設けられた環状凸部２１，３１が、シールリング１０によって、径方向内側に向かって締め付けられる。従って、バックアップリング２０，３０には合口部が設けられているものの、装着領域に装着させた状態で、外側に拡がってしまうことが抑制される。従って、密封装置Ｍ１の場合には、固定環１１０を取り付ける際に、固定環１１０がバックアップリング２０，３０に突き当たってしまうことが抑制される。また、密封装置Ｍ２の場合には、回転環１２０を取り付ける際に、回転環１２０がバックアップリング２０，３０に突き当たってしまうことが抑制される。従って、本実施例に係る密封装置及び密封構造によれば、バックアップリング２０，３０が拡がってしまうことを原因とする取り付け作業性の低下を抑制することができる。

また、本実施例に係る密封構造においては、シールリング１０における軸線方向の最大幅をＷＳとし、バックアップリング２０，３０の内周面側の軸線方向の幅の総和をＷＢとし、装着領域の軸線方向の幅をＷ０とすると、ＷＳ＋ＷＢ＞ＷＯを満たす。これにより、バックアップリング２０，３０の内周面側に設けられた環状凸部２１，３１は、シールリング１０によって、より確実に締め付けられる。

（実施例２）
図６には、本発明の実施例２に係る密封構造が示されている。上記実施例１では、シールリングにおける軸線方向の両側にそれぞれバックアップリングが配置される場合の構成を示した。しかしながら、上記の通り、バックアップリングはシールリングが装着領域の外側にはみ出してしまうことを抑制するために設けられる。従って、シールリングが軸線方向の一方側にはみ出す可能性があるものの、他方側にはみ出す可能性が殆どないような場合には、他方側にバックアップリングを配置させる必要はない。そこで、本実施例においては、シールリングにおける軸線方向の片側にのみバックアップリングが配置される場合の構成を説明する。基本的な構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

本実施例においても、ハウジングにおける環状部７１０Ｘと固定環１１０との間の環状隙間を封止するための密封装置Ｍ３を例にして説明する。すなわち、２部材（ハウジングと固定環１１０）と、これら２部材間の環状隙間を封止する密封装置Ｍ３とにより密封構造が構成されている。より具体的には、環状部７１０Ｘの外周面に形成された環状溝７１１Ｘと固定環１１０の内周面とにより形成された断面矩形の環状空間（装着領域）Ｋ３に密封装置Ｍ３が装着される。これにより、２部材のうちの径方向内側の第１部材（環状部７１０Ｘに相当）と、２部材のうちの径方向外側の第２部材（固定環１１０に相当）との間の環状隙間が封止される。

本実施例に係る密封装置Ｍ３は、ゴム状弾性体製のシールリング１０と、シールリング
１０における軸線方向の片側に配置される樹脂製のバックアップリング２０とから構成される。本実施例に係るシールリング１０及びバックアップリング２０の構成及び作用については、実施例１で説明した通りである。

本実施例の場合には、上記実施例１に示す密封構造と比べて、バックアップリング３０が設けられていない点が異なっている。そして、シールリング１０における軸線方向の最大幅（本実施例の場合にはＯリングの線径に相当）をＷＳとする。また、バックアップリング２０の内周面側の軸線方向の幅の総和をＷＢとする。本実施例の場合には、バックアップリング２０は一つだけ設けられているため、このバックアップリング２０の内周面側の軸線方向の幅ＷＢ１とすると、ＷＢ＝ＷＢ１となる。更に、装着領域（環状空間Ｋ３）の軸線方向の幅（環状溝７１１の溝幅に相当）をＷ０とする。

すると、ＷＳ＋ＷＢ＞ＷＯを満たすように構成されている。これにより、バックアップリング２０が装着領域うち最も一方側に偏った位置に配置され、シールリング１０が装着領域のうち最も他方側に偏った位置に配置された場合でも、シールリング１０の内周面は、バックアップリング２０の環状凸部２１に接することになる。

以上のような構成により、本実施例に係る密封装置Ｍ３及び密封構造においても、上記実施例１の場合と同様の効果を得ることができる。

１０ シールリング
２０，３０ バックアップリング
２１，３１ 環状凸部
２２ 合口部
１００ メカニカルシール
１１０ 固定環
１２０ 回転環
１３０ スプリング
５００ 回転軸
６００ 環状部材
７００ ハウジング
７１０，７１０Ｘ 環状部
７１１，７１１Ｘ 環状溝
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３ 環状空間
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ 密封装置

Claims (3)

1. ２部材間に形成された環状の装着領域内に配置され、これら２部材間の環状隙間を封止する密封装置において、
   前記２部材のうちの径方向内側の第１部材の外周面と、前記２部材のうちの径方向外側の第２部材の内周面の双方に対して密着するゴム状弾性体製のシールリングと、
   前記シールリングにおける軸線方向の両側のうちの少なくとも一方に配置され、第１部材と第２部材との間の隙間のうち前記装着領域の外側の隙間と前記シールリングとの間を塞ぐことで、前記シールリングが前記装着領域の外側にはみ出すことを抑制する樹脂製のバックアップリングと、
   を備え、
   前記バックアップリングには、周方向の一か所に合口部が設けられると共に、
   前記バックアップリングの内周面側には、前記シールリングが配置されている側に向かって突出し、該シールリングによって径方向内側に向かって締め付けられる環状凸部が設けられており、
   第１部材に対して前記シールリングと前記バックアップリングが取り付けられ、かつ第２部材が取り付けられる前の状態においても、前記バックアップリングに設けられた前記環状凸部が前記シールリングによって締め付けられていることを特徴とする密封装置。
2. ２部材と、
   前記２部材間に形成された環状の装着領域内に配置され、これら２部材間の環状隙間を封止する密封装置と、を備える密封構造において、
   前記密封装置は、
   前記２部材のうちの径方向内側の第１部材の外周面と、前記２部材のうちの径方向外側の第２部材の内周面の双方に対して密着するゴム状弾性体製のシールリングと、
   前記シールリングにおける軸線方向の両側のうちの少なくとも一方に配置され、第１部材と第２部材との間の隙間のうち前記装着領域の外側の隙間と前記シールリングとの間を塞ぐことで、前記シールリングが前記装着領域の外側にはみ出すことを抑制する樹脂製のバックアップリングと、
   を備え、
   前記バックアップリングには、周方向の一か所に合口部が設けられると共に、
   前記バックアップリングの内周面側には、前記シールリングが配置されている側に向かって突出し、該シールリングによって径方向内側に向かって締め付けられる環状凸部が設けられており、
   第１部材に対して前記シールリングと前記バックアップリングが取り付けられ、かつ第２部材が取り付けられる前の状態においても、前記バックアップリングに設けられた前記環状凸部が前記シールリングによって締め付けられていることを特徴とする密封構造。
3. 前記シールリングにおける軸線方向の最大幅をＷＳとし、前記バックアップリングの内周面側の軸線方向の幅の総和をＷＢとし、前記装着領域の軸線方向の幅をＷ０とすると、
   ＷＳ＋ＷＢ＞ＷＯ
   を満たすことを特徴とする請求項２に記載の密封構造。

Images