JP7370779B2 - 密封構造 - Google Patents

Description

本発明は、ガスケットを備える密封構造に関する。

例えば、エンジンのシリンダーヘッドに対してインジェクターが取り付けられる部位においては、シリンダーヘッドに形成された取付孔とインジェクターとの間の環状隙間から高圧の燃焼ガスが漏れてしまうことを防止するために燃焼ガスシールが設けられている。この燃焼ガスシールとして、金属製のシールを用いる場合に比べて、部品点数が少なく、振動による騒音を抑制することのできる樹脂製のガスケットを採用した技術が知られている。

図５を参照して従来例に係るガスケットを備える密封構造について説明する。図５は従来例に係る密封構造の模式的断面図である。なお、図５では、ガスケットについては、外力が作用していない状態における断面の外形のみを点線にて示している。

図示のように、従来例に係る密封構造においては、取付孔３１０を有する部材３００と、取付孔３１０に取り付けられる取付部材２５０と、取付孔３１０と取付部材２５０との間の環状隙間を封止する環状かつ樹脂製のガスケット５００とを備えている。ガスケット５００は、取付部材２５０の外周面に形成される環状溝２６０に装着される。図５においては、取付部材２５０と、取付孔３１０と、ガスケット５００との寸法関係を分かりやすくするために、それぞれの中心軸線を一致させた場合におけるガスケット５００の断面の外形を点線にて示している。なお、密封構造が、上記の燃焼ガスシールとして適用された場合には、取付部材２５０がインジェクターに相当し、部材３００がシリンダーヘッドに相当する。

図示の技術においては、取付部材２５０の中心軸線を含む面で取付部材２５０を切断した場合の環状溝２６０の形状が、Ｗ字形状となるように構成されている。このような構成により、ガスケット５００が環状溝２６０に装着された状態では、楔効果によって、ガスケット５００による取付孔３１０の内周面に対する面圧を高くすることができ、密封性を高めることができる。

この従来技術の場合には、使用初期の段階では、ガスケット５００の幅方向（図中、左右方向）の中央付近の面圧が局所的に高く、優れた密封性が発揮される。しかしながら、ガスケット５００には、長期に亘って使用されることで、徐々に形が変形するクリープ現象が生じる。図５中の矢印は、クリープが進む方向を示している。これにより、ガスケット５００による取付孔３１０の内周面に対する面圧は、幅方向の両側の方が徐々に高くなり、面圧ピークは徐々に低下する。このように、経時的に、面圧ピークの位置が変化し、かつ面圧ピークが減少するため、密封性が不安定になってしまうことが懸念される。

クリープ現象による密封性の低下を抑制するためには、環状溝２６０に対するガスケット５００の充填率を高めればよい。上記の従来構造においては、ガスケット５００の外径を大きくするほど、充填率を高めることができる。しかしながら、ガスケット５００の外径を大きくすると組立性が低下してしまう。つまり、環状溝２６０にガスケット５００を装着させた状態で、取付部材２５０を取付孔３１０に取り付ける必要があるが、ガスケット５００の外径が大きいと、取付孔３１０の開口部の部分にガスケット５００が引っ掛かってしまう。そのため、従来構造においては、ガスケット５００の外径を大きくするのには限度があった。

特表２００４－５０６１３５号公報

本発明の目的は、密封性の安定化を図ることのできる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、本発明の密封構造は、
取付孔を有する部材と、
前記取付孔に取り付けられる取付部材と、
前記取付部材の外周面に形成される環状溝に装着されることで、前記取付孔と前記取付部材との間の環状隙間を封止する環状かつ樹脂製のガスケットと、
を備える密封構造であって、
前記ガスケットは、内周面と外周面が円柱面により構成され、両端が中心軸線に垂直な平面により構成され、かつ、外周面と両端は、端部に向かうにつれて縮径する一対の傾斜面により繋がるように構成されると共に、
前記環状溝は、溝底面が幅方向の中央から幅方向両端に向かうにつれて縮径する一対の傾斜面により構成され、両側面が中心軸線に垂直な平面により構成され、かつ、溝底面と両側面は湾曲面により繋がるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、環状溝の溝底面は、幅方向の中央から幅方向両端に向かうにつれて縮径する一対の傾斜面により構成されているため、ガスケットが環状溝に装着された状態においては、楔効果によって、ガスケットによる取付孔の内周面への面圧を高めることができる。また、ガスケットの両端と、環状溝の両側面は、いずれも中心軸線に垂直な平面により構成されている。そのため、経時的にガスケットのクリープが進行しても、環状溝の両側面により、ガスケットの両端が押さえつけられるため、ガスケットによる取付孔の内周面への面圧の低下を抑制することができる。また、環状溝においては、溝底面と両側面は湾曲面により繋がるように構成されているため、ガスケットは無理なく変形するので、環状溝に対するガスケットの充填率を高めることができ、ガスケットによる取付孔の内周面への面圧を安定させることができる。更に、ガスケットにおいては、外周面と両端は、端部に向かうにつれて縮径する一対の傾斜面により繋がるように構成されるため、ガスケットの外径を大きく設定しても、取付部材の取付孔への組立性の低下を抑制することができる。従って、ガスケットの外径を大きくすることで、環状溝に対するガスケットの充填率を高めることができる。

前記取付部材の中心軸線を含む面で該取付部材を切断した場合の前記湾曲面の形状は、円弧または楕円弧形状であるとよい。

前記ガスケットの内径をＤ１１，前記ガスケットにおける外周面側に設けられた傾斜面における最も径の小さな部位の外径をＤ１２，前記ガスケットの外径をＤ１３とし、
前記溝底面のうち最も径の小さな部位の外径をＤ２１，前記溝底面のうち最も径の大きな部位の外径をＤ２２，前記取付部材における前記環状溝の両側の部位の外径をＤ２３とし、
前記取付孔の内径をＤ３０とすると、
Ｄ２１＜Ｄ１１＜Ｄ２２＜Ｄ１２＜Ｄ２３＜Ｄ３０＜Ｄ１３
を満たすとよい。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、密封性の安定化を図ることができる。

図１は本発明の実施例に係るガスケットの平面図である。 図２は本発明の実施例に係るガスケットの一部破断断面図である。 図３は本発明の実施例に係る取付部材の一部を示す側面図である。 図４は本発明の実施例に係る密封構造の模式的断面図である。 図５は従来例に係る密封構造の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）
図１～図４を参照して、本発明の実施例に係る密封構造について説明する。図１は本発明の実施例に係るガスケットの平面図である。図２は本発明の実施例に係るガスケットの一部破断断面図である。なお、図２においては、図中、上側に、ガスケットの中心軸線を含む面でガスケット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取付部材の一部を示す側面図である。なお、図３においては、取付部材と、取付孔と、ガスケットとの寸法関係を分かりやすくするために、それぞれの中心軸線を一致させた状態において、取付孔の位置と、ガスケットの断面の外形を点線で示している。ガスケットについては、外力が作用していない状態におけるガスケットの断面の外形を示している。図４は本発明の実施例に係る密封構造の模式的断面図である。

＜密封構造＞
本実施例に係る密封構造全体の構成について、特に、図３及び図４を参照して説明する。本実施例に係る密封構造は、取付孔３１０を有する部材３００と、取付孔３１０に取り付けられる取付部材２００と、取付孔３１０と取付部材２００との間の環状隙間を封止するガスケット１００とを備える。なお、ガスケット１００は、取付部材２００の外周面に形成される環状溝２１０に装着される。密封構造の一例として、部材３００がシリンダーヘッドで、取付部材２００がインジェクターで、ガスケット１００が燃焼ガスシールの場合を例に挙げることができる。

＜ガスケット＞
特に、図１及び図２を参照して、本実施例に係るガスケット１００について説明する。ガスケット１００は、環状かつ樹脂製（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製）の部材により構成される。このガスケット１００は、内周面１１０と外周面１２０が円柱面により構成され、両端１３１，１３２が中心軸線に垂直な平面により構成されている。また、ガスケット１００は、外周面１２０と両端１３１，１３２は、端部に向かうにつれて縮径する一対の傾斜面１４１，１４２により繋がるように構成されている。なお、本実施例においては、一対の傾斜面１４１，１４２は、テーパ面により構成されている。ただし、これらの傾斜面は、中心軸線を含む面でガスケットを切断した断面図において、湾曲線となるような傾斜面とすることもできる。

＜取付部材における環状溝＞
特に、図３及び図４を参照して、取付部材２００における環状溝２１０について説明する。本実施例に係る環状溝２１０の溝底面は、幅方向の中央から幅方向両端に向かうにつれて縮径する一対の傾斜面２１１，２１２により構成されている。なお、本実施例においては、一対の傾斜面２１１，２１２は、テーパ面により構成されている。ただし、これらの傾斜面は、中心軸線を含む面で取付部材２００を切断した断面図において、湾曲線となるような傾斜面とすることもできる。

また、環状溝２１０の両側面２２１，２２２は、中心軸線に垂直な平面により構成されている。そして、溝底面（一対の傾斜面２１１，２１２）と両側面２２１，２２２は湾曲面２３１，２３２により繋がるように構成されている。なお、取付部材２００の中心軸線を含む面で取付部材２００を切断した場合の湾曲面２３１，２３２の形状は、円弧形状となっている。ただし、当該形状は、円弧形状ではなく、楕円弧形状にすることもできる。

＜各部の寸法関係＞
特に、図３を参照して、ガスケット１００と、取付部材２００の環状溝２１０と、取付孔３１０との寸法関係について説明する。

ガスケット１００の内径をＤ１１，ガスケット１００における外周面側に設けられた傾斜面１４１，１４２における最も径の小さな部位の外径をＤ１２，ガスケット１００の外径をＤ１３とする。そして、環状溝２１０の溝底面（一対の傾斜面２１１，２１２）のうち最も径の小さな部位の外径をＤ２１，溝底面のうち最も径の大きな部位の外径をＤ２２，取付部材２００における環状溝２１０の両側の部位の外径をＤ２３とする。また、取付孔３１０の内径をＤ３０とする。

すると、Ｄ２１＜Ｄ１１＜Ｄ２２＜Ｄ１２＜Ｄ２３＜Ｄ３０＜Ｄ１３を満たすように、各部の寸法は設定されている。

また、ガスケット１００の幅をＨ１０，環状溝２１０の溝幅をＨ２０とすると、Ｈ２０＞Ｈ１０を満たすように、それぞれの寸法は設定されている。なお、Ｈ１０とＨ２０については、ガスケット１００が環状溝２１０に装着されて、取付部材２００が取付孔３１０に取り付けられると、ガスケット１００の両端１３１，１３２が環状溝２１０の両側面２２１，２２２に密着するように設定されている。

＜本実施例に係る密封構造の優れた点＞
本実施例に係る密封構造によれば、取付部材２００の環状溝２１０の溝底面は、幅方向の中央から幅方向両端に向かうにつれて縮径する一対の傾斜面２１１，２１２により構成されている。そのため、ガスケット１００が環状溝２１０に装着された状態においては、楔効果によって、ガスケット１００による取付孔３１０の内周面への面圧を高めることができる。

また、ガスケット１００の両端１３１，１３２と、環状溝２１０の両側面２２１，２２２は、いずれも中心軸線に垂直な平面により構成されている。そのため、経時的にガスケット１００のクリープが進行しても、環状溝２１０の両側面２２１，２２２により、ガスケット１００の両端１３１，１３２が押さえつけられるため、ガスケット１００による取付孔３１０の内周面への面圧の低下を抑制することができる。なお、図４中の矢印は、ガスケット１００におけるクリープの進行方向を示している。

また、環状溝２１０においては、溝底面（２１１，２１２）と両側面２２１，２２２は
湾曲面２３１，２３２により繋がるように構成されている。そのため、ガスケット１００は無理なく変形するので、環状溝２１０に対するガスケット１００の充填率を高めることができ、ガスケット１００による取付孔３１０の内周面への面圧を安定させることができる。

更に、ガスケット１００においては、外周面１２０と両端１３１，１３２は、端部に向かうにつれて縮径する一対の傾斜面１４１，１４２により繋がるように構成されるため、ガスケット１００の外径を大きく設定しても、取付部材２００の取付孔３１０への組立性の低下を抑制することができる。すなわち、Ｄ１２＜Ｄ３０を満たすようにすれば、Ｄ３０＜Ｄ１３であっても、取付部材２００を取付孔３１０に取り付ける際に、ガスケット１００が取付孔３１０の開口部の周囲に引っ掛かってしまうことを抑制することができる。従って、ガスケット１００の外径Ｄ１３を大きくすることが可能となり、環状溝２１０に対するガスケット１００の充填率を高めることができる。

以上のように、本実施例に係る密封構造によれば、密封性の安定化を図ることができる。

１００ ガスケット
１１０ 内周面
１２０ 外周面
１３１，１３２ 両端
１４１，１４２ 傾斜面
２００ 取付部材
２１０ 環状溝
２１１，２１２ 傾斜面
２２１，２２２ 両側面
２３１，２３２ 湾曲面
３００ 部材
３１０ 取付孔

Claims (5)

1. 取付孔を有する部材と、
   前記取付孔に取り付けられる取付部材と、
   前記取付部材の外周面に形成される環状溝に装着されることで、前記取付孔と前記取付部材との間の環状隙間を封止する環状かつ樹脂製のガスケットと、
   を備える密封構造であって、
   前記ガスケットは、内周面と外周面が円柱面により構成され、両端が中心軸線に垂直な平面により構成され、かつ、外周面と両端は、端部に向かうにつれて縮径する一対の傾斜面により繋がるように構成されると共に、
   前記環状溝は、溝底面が幅方向の中央から幅方向両端に向かうにつれて縮径する一対の傾斜面により構成され、両側面が中心軸線に垂直な平面により構成され、かつ、溝底面と両側面は湾曲面により繋がるように構成されていることを特徴とする密封構造。
2. 前記取付部材の中心軸線を含む面で該取付部材を切断した場合の前記湾曲面の形状は、円弧または楕円弧形状であることを特徴とする請求項１に記載の密封構造。
3. 前記ガスケットの内径をＤ１１，前記ガスケットにおける外周面側に設けられた傾斜面における最も径の小さな部位の外径をＤ１２，前記ガスケットの外径をＤ１３とし、
   前記溝底面のうち最も径の小さな部位の外径をＤ２１，前記溝底面のうち最も径の大きな部位の外径をＤ２２，前記取付部材における前記環状溝の両側の部位の外径をＤ２３とし、
   前記取付孔の内径をＤ３０とすると、
   Ｄ２１＜Ｄ１１＜Ｄ２２＜Ｄ１２＜Ｄ２３＜Ｄ３０＜Ｄ１３
   を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の密封構造。
4. 前記環状溝における溝底面は、幅方向の中央から幅方向両端に向かうにつれて縮径する一対のテーパ面により構成されることを特徴とする請求項１，２または３に記載の密封構造。
5. 前記ガスケットの両端が前記環状溝の両側面に密着することを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の密封構造。

Images