JPH09287667A - 軸シール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ラビリンスシールよりもシール性を向上させ
て、シール部をコンパクトにし、設計自由度の増加を図
る。 【解決手段】 回転軸１１と回転軸１１の外周を覆うア
ウタケース１２との隙間１３の漏れ止めを行う軸シール
構造である。回転軸１１に隙間１３を拡縮させるラビリ
ンス部１５を不連続な螺旋溝１４にて形成する。螺旋溝
１４の始端１４ａと終端１４ｂとを接続する直線溝１６
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転体と該回転体
の外周を覆う外被体との隙間の流体漏れ止めを行う軸シ
ール構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回転体と静止体との間における圧縮性流
体等の漏れ止めを行う軸シール構造として、ラビリンス
シールが知られている。図７に示すようにこの軸シール
構造は、回転軸１の表面２にリング状の溝３を設けて、
隙間（漏れ通路）４が軸方向に狭い部分４ａと広い部分
４ｂとを繰り返すようにして、高圧側（Ｈ）から低圧側
（Ｌ）へと漏れる流体（ガス）の圧力を低下させてエネ
ルギ損失を発生させ、非接触で漏れを防止するものであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの種の
ラビリンスシールは、原理的に漏れ量を０にすることが
出来ないので、そのシール性に限界があった。従って所
望の漏れ量に抑えるためには、シール部（溝３）の設置
区間を大きくしたり、基本の隙間４をできる限り小さく
する必要があり、設計自由度が小さくなるという問題が
あった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決すべく本
発明は、回転体と回転体の外周を覆う外被体との隙間の
流体漏れ止めを行う軸シール構造であって、回転体或い
は外被体に、隙間を流体漏出方向に拡縮させるラビリン
ス部を不連続な螺旋形状部材にて形成したものである。
この構成によって、ラビリンスシールの作用とねじポン
プの作用によりシール性が向上する。螺旋形状部材は、
その始端と終端とを接続する接続部を備えたものである
ことが好ましい。また回転体が分配型燃料噴射ポンプに
備えられた燃料圧送用のプランジャであり、外被体がプ
ランジャの有効ストロークを制御するためのコントロー
ルスリーブであってよい。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って説明する。

【０００６】図１及び図２は、本発明の軸シール構造の
第一の実施の形態を示したものである。この軸シール構
造は、回転体である回転軸１１と、回転軸１１の外周を
覆う外被体であるアウタケース１２との隙間１３の流体
漏れ止めを行うものであって、アウタケース１２の軸方
向外方のうちの一方が流体の高圧側（Ｈ）に、他方が低
圧側（Ｌ）になっている。すなわち流体が隙間１３を通
る漏出方向は、軸方向となる。そして回転軸１１の外周
のうち、アウタケース１２に摺動する部分に、不連続の
互いに独立した四本の螺旋溝１４が形成されて、その形
成範囲Ａがラビリンス部１５として構成されている。な
お図２においては、煩雑化を避けるために一本の螺旋溝
１４のみを示している。

【０００７】螺旋溝１４は、所定の幅及び深さを以て回
転軸１１を略一周する長さにて形成され、適宜接近した
間隔で配置されている。すなわち各螺旋溝１４の始端１
４ａと終端１４ｂとは、軸方向に1 ピッチ分だけ隔てら
れている。各螺旋溝１４同士の間隔は、螺旋ピッチより
も小さいものとしてよい。そして始端１４ａと終端１４
ｂとは、接続部となる軸方向に沿った直線溝１６にて連
結されている。従って、螺旋溝１４及び直線溝１６とア
ウタケース１２の内壁１７との間が隙間１３を拡大させ
る部分として区画され、各螺旋溝１４の間の、直線溝１
６によって区切られた部分１８が実質的に隙間縮小の部
分として区画されているものである。この接続部として
は、軸方向に沿った直線溝１６に限らず、軸方向に対し
て傾斜していてもよく、さらには曲線の溝にて接続する
ようにしてもよい。

【０００８】また各螺旋溝１４の始端１４ａ及び終端１
４ｂの位置は、直線溝１６同士が過度に接近しない程度
に、周方向に順次ずれて位置されている。そして螺旋の
傾斜方向（捩じり方向）としては、回転軸１１の一定方
向Ｒの回転によるねじポンプの作用で、図２中矢印Ｂに
て示したように、溝１４，１６内に入った流体を高圧側
（Ｈ）に戻すように形成されている。なおこの溝１４，
１６を回転軸１１に形成するには、切削加工によるほ
か、塑性加工（転造）等にて容易に成形することができ
る。

【０００９】このように構成したことで、回転軸１１と
アウタケース１２との間に高圧側（Ｈ）から低圧側
（Ｌ）へと入り込んできた流体は、広い部分と狭い部分
とが繰り返される隙間１３を通過することで圧力低下し
てエネルギが失われ、漏れ量が抑えられると共に、螺旋
溝１４が回転軸１１の回転によるポンプ作用で流体を高
圧側（Ｈ）に戻すことで、さらに漏れを防止することが
できる。すなわちシール性の向上が達成され、従来のラ
ビリンスシールよりもシール部（設置範囲Ａ）が小さい
コンパクトな構成にでき、設計自由度を増加させること
ができる。なお溝１４，１６の断面形状や幅、本数、ピ
ッチなどは、漏れ止めの対象となる流体の性質や圧力差
などに応じて適宜選択すべきものである。とくに溝１
４，１６の本数は、一本でもある程度の漏れ止めの効果
は期待できるが、ラビリンス効果を強めるという点で、
二本以上の溝とすることが好ましい。

【００１０】次に図３は、より具体的な第二の実施の形
態として、本発明を分配型燃料噴射ポンプ２１に適用し
た場合を示したものである。すなわち燃料圧送用のプラ
ンジャ２２が回転軸であり、プランジャ２２の有効スト
ロークを制御するためのコントロールスリーブ２３がア
ウタケースに相当する。

【００１１】プランジャ２２は、圧送室２４を有したプ
ランジャバレル２５に保持され、その軸回りに回転自在
（回転方向Ｒ）に、及び軸方向に往復移動自在となって
いる。プランジャ２２の内部には軸心位置に延びる燃料
通路２６が形成されている。この燃料通路２６は、マグ
ネットバルブ２７により開閉されるインレットポート２
８にインレットスリット２９及び圧送室２４を介して連
通していると共に、デリバリバルブ３０を備えたアウト
レットポート（分配ポート）３１にアウトレットスリッ
ト３２を介して連通している。そして燃料通路２６の他
端には径方向に開口するカットオフポート３３が形成さ
れ、この部分のプランジャ２２にコントロールスリーブ
２３が嵌合されている。プランジャ２２の基端にはフェ
イスカム３４が設けられ、ドライブシャフト（ポンプ
軸）３５が1 回転すると、固定のローラ３６に押し付け
られたフェイスカム３４のプロフィルに従ってプランジ
ャ２２が回転と同時に往復運動を行って、全気筒に燃料
の圧送分配を行うようになっている。従って有効ストロ
ークは、プランジャ上昇行程（図中右行）において、加
圧開始からカットオフポート３３がポンプ室３７内へ開
放されて圧送が終わるまでとなる。そして有効ストロー
クの制御（燃料噴射量の調整）は、ガバナ機構（図示せ
ず）がコントロールスリーブ２３を軸方向に移動させる
ことで、カットオフポート３３の開口時期を変えるよう
になっている。

【００１２】そしてラビリンス部３８は、コントロール
スリーブ２３との摺動範囲において、カットオフポート
３３の位置を挟むように軸方向の両側にそれぞれ設けら
れており、前記第一の実施の形態で示した螺旋溝１４及
び直線溝１６で成る周回溝３９，４０が複数本（三本〜
四本）ずつ形成されている。その螺旋傾斜方向は、プラ
ンジャ２２の回転（回転方向Ｒ）によって、低圧側とな
るポンプ室３７側から高圧側となるカットオフポート３
３側へとそれぞれ燃料を流すように形成されている。す
なわち両側の周回溝３９，４０の螺旋形状は互いに反対
方向の傾斜で形成され、コントロールスリーブ２３がカ
ットオフポート３３を塞いでいる状態で、プランジャ２
２の外周との隙間に漏れてきた燃料を、カットオフポー
ト３３側へと戻すようになっている。

【００１３】このように、プランジャ２２のカットオフ
ポート３３の両側に不連続な螺旋形状の周回溝３９，４
０で成るラビリンス部３８を設けたので、プランジャ２
２とコントロールスリーブ２３との間のシール性を向上
させることができ、カットオフポート３３からの漏れ量
を微小に保ちながら、プランジャ２２とコントロールス
リーブ２３との隙間を従来よりも広げることができる。
すなわち非常に厳しい隙間精度が要求される分配型燃料
噴射ポンプの寿命を延ばすことができる。

【００１４】なお従来技術として、実開昭５９−２２９
８０号公報には、燃料噴射ポンプのプランジャの周面に
螺旋状の溝を設ける構成が開示されているが、この溝は
単なる油溝であり、プランジャの回転によるポンプ作用
はあっても、連続した溝により低圧側と高圧側とが連通
する状態となっているので、シール機能は全く期待でき
ない。本発明は、この第二の実施の形態も示したよう
に、不連続の互いに独立した複数の螺旋溝３９，４０を
並設させているので、ラビリンス効果による非接触のシ
ール性が確実に発揮できるものである。

【００１５】次に図４は、本発明の第三の実施の形態を
示したもので、螺旋溝５１とその始端５１ａ及び終端５
１ｂを結ぶ直線状の溝５２とをアウタケース１２の内壁
５３に形成して、ラビリンス部５４を構成しているもの
である。すなわち回転軸１１の外周面は滑らかなまま
で、溝５１，５２により隙間１３の拡大する部分が区画
されていると共に、隙間１３に入った流体が回転軸１１
の回転に連れて溝５１，５２に沿って動くことで、前記
第一の実施の形態と同様なポンプ作用により、流体を高
圧側に戻すことができる。

【００１６】また図５は、本発明の第四の実施の形態を
示したもので、回転軸１１に不連続な螺旋溝１４のみが
形成されて、始端１４ａと終端１４ｂとが隔離されたま
まのラビリンス部６１が構成されている。この構成で
は、隙間１３の縮小部分（各溝間の部分６２）が高圧側
から低圧側へと連なっているので、高いラビリンス効果
は得られないが、螺旋溝１４により隙間１３の拡大部分
が独立して区画並設されていること、及び回転軸１１の
回転を利用したポンプ作用は前記第一の実施の形態と同
様に発揮されることにより、従来のラビリンスシールよ
りも良好なシール性が得られるものである。

【００１７】図６は、本発明の第五の実施の形態を示し
たもので、回転軸１１に螺旋状の突起７１と、その始端
７１ａ及び終端７１ｂを結ぶ直線状の突起７２とが形成
されてラビリンス部７３を構成している。従って、突起
７１の外周端とアウタケース１２の内壁１７との間に隙
間１３を縮小する部分７４が区画され、隣り合う突起７
１の間７５が実質的に隙間拡大の部分となって、ラビリ
ンス効果が得られると共に、螺旋状の突起７１によるね
じポンプ作用で、流体を高圧側に戻すことができる。す
なわちこの実施の形態によっても、前記実施の形態と同
様にシール性の向上が達成される。

【００１８】なお以上の実施の形態で示した軸シール構
造は、それぞれ単独で用いるほか、適宜組み合わせて構
成するようにしてもよい。また本発明は前記第二の実施
の形態で示した分配型燃料噴射ポンプ２１にのみ適用さ
れるものではなく、他の同様な回転体と外被体との隙間
の流体漏れ止めに広く適用できるものである。

【００１９】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、従来のラ
ビリンスシールよりも非接触のシール性を向上すること
ができ、シール部の小型化、隙間の拡大化等が可能にな
って、設計自由度の増加が達成されるという優れた効果
を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態を示した斜視図であ
る。

【図２】図１の要部を示した側面図である。

【図３】本発明の第二の実施の形態を示した側断面図で
ある。

【図４】本発明の第三の実施の形態を示した側断面図で
ある。

【図５】本発明の第四の実施の形態を示した側面図であ
る。

【図６】本発明の第五の実施の形態を示した側面図であ
る。

【図７】従来の軸シール構造であるラビリンスシールを
示した側断面図である。

【符号の説明】

１１ 回転軸（回転体） １２ アウタケース（外被体） １３ 隙間 １４ 螺旋溝（不連続な螺旋形状部材） １４ａ 始端 １４ｂ 終端 １５，３８，５４，６１，７１ ラビリンス部 １６ 直線溝（接続部） ２１ 分配型燃料噴射ポンプ ２２ プランジャ ２３ コントロールスリーブ ３９，４０ 周回溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体と該回転体の外周を覆う外被体と
   の隙間の流体漏れ止めを行う軸シール構造であって、上
   記回転体或いは外被体に、上記隙間を流体漏出方向に拡
   縮させるラビリンス部を不連続な螺旋形状部材にて形成
   したことを特徴とする軸シール構造。
2. 【請求項２】 上記螺旋形状部材が、その始端と終端と
   を接続する接続部を備えた請求項１記載の軸シール構
   造。
3. 【請求項３】 上記回転体が分配型燃料噴射ポンプに備
   えられた燃料圧送用のプランジャであり、上記外被体が
   上記プランジャの有効ストロークを制御するためのコン
   トロールスリーブである請求項１又は２に記載の軸シー
   ル構造。