JP7354961B2 - composite seal ring - Google Patents
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Description
本発明は、複合シールリングに関する。 The present invention relates to a composite seal ring.
従来、排気再循環(以下「EGR」)ガス等が流れる通路の開閉に用いられるバタフライ弁式のバルブ装置において、バルブとガス通路との隙間をシールするシールリングが知られている。例えば、特許文献1には、樹脂製のシールリングに形成された挿入溝に金属製のスプリングを挿入した複合シールリングが開示されている。 Conventionally, in a butterfly valve type valve device used to open and close a passage through which exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as "EGR") gas or the like flows, a seal ring that seals a gap between a valve and a gas passage is known. For example, Patent Document 1 discloses a composite seal ring in which a metal spring is inserted into an insertion groove formed in a resin seal ring.
この複合シールリングは、ガス通路を開閉するバルブの外周溝に装着され、バルブの全閉時に、シールリングがガス通路の一部を形成するノズルの内壁に密接する。スプリングは、EGRガスの圧力に抗し、シールリングを密接状態に維持するとともに、バルブからのシールリングの脱落を防止する。 This composite seal ring is attached to an outer circumferential groove of a valve that opens and closes a gas passage, and when the valve is fully closed, the seal ring comes into close contact with the inner wall of a nozzle that forms part of the gas passage. The spring resists the pressure of the EGR gas, keeps the seal ring in close contact, and prevents the seal ring from falling off the valve.
通常、シールリングは、通路内壁の内径に応じた外径で真円状に成形され、周方向の一部に合口部が形成され、ガス圧の変動に伴って合口部を開閉しつつ径外方向および径内方向へ拡縮する。ところが、シールリングの外径寸法や流体通路の内径寸法に公差範囲内のバラツキがあると、バルブ全閉時にシールリングが楕円形に変形し、シールリングと通路内壁との間に生じた隙間から流体が漏れる可能性がある。 Normally, a seal ring is formed into a perfect circle with an outer diameter that corresponds to the inner diameter of the inner wall of the passage, and an abutment is formed in a part of the circumference, and the abutment opens and closes as the gas pressure fluctuates. Expands and contracts in the direction and radially inward direction. However, if there are variations within the tolerance range in the outer diameter of the seal ring or the inner diameter of the fluid passage, the seal ring deforms into an oval shape when the valve is fully closed, and the gap between the seal ring and the inner wall of the passage Fluid may leak.
本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、その目的は、シールリングの外径寸法や流体通路の内径寸法のバラツキに係わりなく、流体の漏れを抑制可能な複合シールリングを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a composite seal ring that can suppress fluid leakage regardless of variations in the outer diameter of the seal ring or the inner diameter of the fluid passage. It's about doing.
本発明の複合シールリングは、流体通路(12)を開閉するバルブ(14)の外周溝(141)に装着される複合シールリング(20)であって、流体通路の内壁(131、111)に摺接する樹脂製のシールリング(21)と、シールリングの軸方向の一端面に形成された挿入溝(211)に挿入された金属材料からなるC字形のスプリング(22)と、を備えている。シールリングは、周方向の一部に開閉可能な合口部(213)を有し、シールリングの中心を挟んで合口部と反対側にある支点(P)を中心に径方向へ弾性変形可能である。支点と合口部との周方向の中間位置に、一対の突起部(214)を径外方向からスプリングに当接可能に有し、突起部を除く角度範囲の挿入溝に、シールリングおよびスプリングの径方向における相対移動を許容する空隙部(215)を有している。 The composite seal ring of the present invention is a composite seal ring (20) that is attached to an outer circumferential groove (141) of a valve (14) that opens and closes a fluid passage (12), and is attached to an inner wall (131, 111) of the fluid passage. It includes a seal ring (21) made of resin that slides into contact, and a C-shaped spring (22) made of a metal material inserted into an insertion groove (211) formed on one end surface in the axial direction of the seal ring. . The seal ring has an abutment part (213) that can be opened and closed in a part of the circumferential direction, and is elastically deformable in the radial direction about a fulcrum (P) on the opposite side of the abutment part across the center of the seal ring. be. A pair of protrusions (214) are provided at circumferentially intermediate positions between the fulcrum and the abutment so as to be able to abut the spring from the radial direction, and the seal ring and spring are inserted into the insertion groove in the angle range excluding the protrusions. It has a cavity (215) that allows relative movement in the radial direction.
本発明の複合シールリングによれば、樹脂製のシールリングと金属製のスプリングの組み合わせからなり、バルブ全閉時に流体圧がシールリングに作用すると、スプリングの弾性反発力が突起部を介してシールリングに伝わる。突起部は、シールリングの合口部と変形中心である支点との中間位置に設けられているので、スプリングの弾性反発力が突起部を中心とする広い角度範囲に伝わる。突起部を除く角度範囲では、空隙部によってシールリングとスプリングとの相対移動が許容されているので、シールリングは通路内壁の形状に倣って変形する。したがって、シールリングの外径寸法または流体通路の内径寸法にバラツキがあっても、隙間を最小限にすることができ、バルブ全閉時の流体漏れを抑制することができる。 According to the composite seal ring of the present invention, it is made up of a combination of a resin seal ring and a metal spring, and when fluid pressure acts on the seal ring when the valve is fully closed, the elastic repulsive force of the spring is applied to the seal through the protrusion. transmitted to the ring. Since the protrusion is provided at an intermediate position between the abutment of the seal ring and the fulcrum, which is the center of deformation, the elastic repulsive force of the spring is transmitted over a wide angular range around the protrusion. In the angular range excluding the projection, the gap allows relative movement between the seal ring and the spring, so the seal ring deforms to follow the shape of the inner wall of the passage. Therefore, even if there are variations in the outer diameter of the seal ring or the inner diameter of the fluid passage, the gap can be minimized, and fluid leakage when the valve is fully closed can be suppressed.
(一実施形態)
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の複合シールリングは、車両用エンジンの排気の一部を吸気通路に還流させるEGRシステムにおいて、EGRガスの通路を開閉するバルブ装置に適用されている。
(One embodiment)
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described based on the drawings. The composite seal ring of this embodiment is applied to a valve device that opens and closes an EGR gas passage in an EGR system that recirculates a portion of exhaust gas from a vehicle engine to an intake passage.
まず、バルブ装置の構成を図1、図2に基づいて説明する。バルブ装置10のハウジング11には、EGRガスが流通する通路12(流体通路)が形成されている。通路12の一部には円筒形のノズル13が設けられ、その内壁131が通路12の内壁の一部を形成している。
First, the configuration of the valve device will be explained based on FIGS. 1 and 2. A
ノズル13の内側には、ディスク状のバタフライ弁からなるバルブ14が配置され、バルブ14の外周に断面矩形の外周溝141(図2参照)が形成されている。外周溝141には、複合シールリング20が嵌合により装着され、内壁131に接触する状態で、バルブ14と共にシャフト15によって回動される。
A
シャフト15は、軸受16,17でハウジング11に回動可能に支持され、モータ(図示略)によって回動される。そして、シャフト15にバルブ14が斜状に固定され、バルブ14の回動変位により複合シールリング20を介して通路12が開閉または開度調整される。
The
次に、複合シールリング20の構成を図3、図4に基づいて説明する。複合シールリング20は、シールリング21とスプリング22とを備えている。シールリング21は、PPS、PTFE、PEEK等の樹脂材料で略環状に成形されている。スプリング22は、ステンレス鋼等からなる金属材料で形成されている。図4に例示するスプリングは断面形状が円形であるが、断面形状が矩形等のスプリングが用いられてもよい。
Next, the configuration of the
シールリング21の軸方向の一端面には挿入溝211がC字形に形成され、この挿入溝211にスプリング22が所定の隙間を介して挿入されている。そして、複合シールリング20がバルブ14に装着された状態で、スプリング22がEGRガスの圧力に抗してシールリング21をノズル13の内壁131に密接させる。
A C-
シールリング21の周方向の一部には、互いに係合する一対のステップカット部212により合口部213が設けられ、ガス圧または組付時の外力によりシールリング21の周方向に開閉可能となっている。なお、スプリング22は、合口部213と対応する部分が開いたC字形に形成されている。
An
シールリング21は、合口部213の開閉を伴って、図3に示す支点Pを中心に径内方向および径外方向に弾性変形可能である。支点Pは、シールリング21の中心を挟んで合口部213と反対側に位置し、支点Pと合口部213との中間位置において、シールリング21に一対の突起部214が径方向から相対するように形成されている。
The
突起部214は、挿入溝の211の外周側の内壁面に、例えば0.1mm程度の高さで突設され、径外方向からスプリング22に当接可能である。また、2つの突起部214を除く角度範囲において、挿入溝211には空隙部215が周方向に延びるように形成され、ここではシールリング21とスプリング22との径方向の相対移動が許容されている。
The
次に、複合シールリング20の作用について説明する。複合シールリング20をバルブ装置10に組み付けるときは、図5に示すように、シールリング21がスプリング22の弾性に抗して支点Pを中心に径外方向に拡開され、合口部213が開放される。
Next, the function of the
このとき、合口部213は支点Pからの距離に応じた変位量で開き、自然状態で真円形であったシールリング21が楕円形に変形する。つまり、シールリング21は、支点Pから最も遠位の合口部213の長軸半径をR1とし、支点Pと合口部213との中間部位の短軸半径をR2(R1>R2)とする楕円形に変形する。
At this time, the
バルブ装置10の動作中は、図6に示すように、シールリング21がバルブ14と一体に回動し、ノズル13の内壁131に沿って摺動する。バルブ全閉時に、シールリング21にEGRガスの圧力が作用すると、スプリング22の弾性反発力が突起部214を介してシールリング21に伝わる。
During operation of the
ここで、図6に示すように、突起部214が設けられていない比較例によると、シールリング21の外径寸法や通路内壁の内径寸法のバラツキでシールリング21が楕円形に変形すると、シールリング21とノズル13の内壁131との間に、支点Pと合口部213との中間部位(図中、破線で囲まれた部位)を最大とする隙間Gが発生し、この隙間GからEGRガスが漏れる可能性がある。
Here, as shown in FIG. 6, according to the comparative example in which the
これに対し、本実施形態によれば、図7に示すように、一対の突起部214が合口部213と支点Pとの中間位置に設けられているので、シールリング21は、スプリング22の弾発力で突起部214に対応する部位がノズル13の内壁131に押圧され、押圧力が突起部214を中心とする周方向の広範囲に伝播する。
On the other hand, according to the present embodiment, as shown in FIG. The generated force presses a portion corresponding to the
そして、突起部214を除く角度範囲で空隙部215によりシールリング21とスプリング22との相対移動が許容されているので、シールリング21は広範囲にわたり内壁131に倣って変形し、その全周が内壁131に密接した状態を維持する。したがって、EGRガスが流通するバルブ装置10において、バルブ全閉時のガス漏れを未然に抑制することができる。
Since relative movement between the
次に、突起部214の形状を幾つかの実施例を挙げて説明する。
(実施例1)
実施例1の突起部214は、図8に示すように、スプリング22の外周面、つまり凸形の湾曲面と同じ曲率の凹形曲面2141を有している。凹形曲面2141は、シールリング21とスプリング22との当接可能な面積を増加させるので、当接部分の面圧を減少させ、擦れによる摩損を抑えることができる。
Next, the shape of the
(Example 1)
As shown in FIG. 8, the
(実施例2)
実施例2の突起部214は、図9に示すように、スプリング22の湾曲面に当接可能な平面2142を有している。平面2142によると、シールリング21とスプリング22との当接可能な面積が減少するので、スプリング22の弾発力を局部的に作用させ、シールリング21を大きく変形させることができる。
(Example 2)
The
(実施例3)
実施例3の突起部214は、図10に示すように、スプリング22の湾曲面に当接可能な少なくとも1つの尖端2143を有している。尖端2143は、スプリング22の弾発力をシールリング21に集中的に作用させ、シールリング21を大きく変形させることができる。
(Example 3)
As shown in FIG. 10, the
(実施例4)
実施例4の突起部214には、図11に示すように、スプリング22の湾曲面に当接可能な突起2144が軸方向に長く周方向に複数設けられている。突起2144を複数設けることで、所要の角度範囲でシールリング21を滑らかに変形させることができる。
(Example 4)
As shown in FIG. 11, the
(実施例5)
実施例5の突起部214には、図12に示すように、スプリング22の外周面に線接触する突起2144が、実施例4と比較し、周方向により広い間隔を介して複数設けられている。こうすれば、シールリング21をより滑らかに変形させることができる。
(Example 5)
As shown in FIG. 12, the
(他の実施形態)
なお、上記実施形態では、シールリング21の合口部213がステップカット部212で形成されているが、他の実施形態において、合口部を緩勾配の傾斜面で形成することも可能である。また、図13に示すように、バルブ装置10にノズルが設けられておらず、ハウジング11で構成される流体通路の内壁111に複合シールリング21が摺接してもよい。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the
上記実施形態では、本発明による複合シールリング20がEGRバルブ装置10に適用されているが、他の実施形態において、本発明の複合シールリングを吸気ガスが流れるスロットルバルブ装置や、その他バタフライ弁を用いる各種開閉弁、流量調整弁、圧力調整弁等に適用可能である。本発明の複合シールリングは、気体が流通する通路に限定されず、水やオイル等の液体が流通する通路に適用することも可能である。また、本発明の突起部について、高さは上述した実施形態の数値に限定されないし、形状も上述した実施形態の形状に限定されない。
In the above embodiment, the
その他、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の形状や構成を適宜に変更して実施することも可能である。 In addition, the present invention is not limited to the embodiments described above, and the shapes and configurations of each part can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention.
10・・・バルブ装置、12・・・流体通路、
131・・・流体通路の一部を形成するノズルの内壁、14・・・バルブ、
141・・・外周溝、20・・・複合シールリング、21・・・シールリング、
211・・・挿入溝、213・・・合口部、214・・・突起部、
215・・・空隙部、22・・・スプリング、P・・・支点。
10... Valve device, 12... Fluid passage,
131... Inner wall of a nozzle forming part of a fluid passage, 14... Valve,
141... Outer circumferential groove, 20... Composite seal ring, 21... Seal ring,
211... Insertion groove, 213... Abutment part, 214... Projection part,
215...Gap portion, 22...Spring, P...Fully point.
Claims (5)
前記流体通路の内壁(131、111)に摺接する樹脂製のシールリング(21)と、
前記シールリングの軸方向の一端面に形成された挿入溝(211)に挿入された金属材料からなるC字形のスプリング(22)と、を備え、
前記シールリングは、
周方向の一部に開閉可能な合口部(213)を有し、
前記シールリングの中心を挟んで前記合口部と反対側にある支点(P)を中心に径方向へ弾性変形可能であり、
前記支点と前記合口部との周方向の中間位置に、径外方向から前記スプリングに当接可能な一対の突起部(214)を有し、
前記突起部を除く角度範囲の前記挿入溝に、前記シールリングおよび前記スプリングの径方向における相対移動を許容する空隙部(215)を有している複合シールリング。 A composite seal ring (20) installed in an outer peripheral groove (141) of a valve (14) that opens and closes a fluid passageway (12),
a resin seal ring (21) slidingly in contact with the inner wall (131, 111) of the fluid passage;
a C-shaped spring (22) made of a metal material inserted into an insertion groove (211) formed on one end surface in the axial direction of the seal ring;
The seal ring is
It has an abutment part (213) that can be opened and closed in a part of the circumferential direction,
It is elastically deformable in the radial direction about a fulcrum (P) on the opposite side of the abutment part across the center of the seal ring,
a pair of protrusions (214) that can abut the spring from a radial direction at a circumferentially intermediate position between the fulcrum and the abutment;
A composite seal ring having a cavity (215) in the insertion groove in an angular range excluding the protrusion, which allows relative movement of the seal ring and the spring in the radial direction.
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