JPWO2018230306A1 - 密封装置 - Google Patents

Abstract

溝深さを小さくする段差を備える装着溝に装着されるシールリングと、装着溝内で段差に配置される第１バックアップリングと、装着溝内で段差ではない部分で両リング間に配置される第２バックアップリングとが設けられ、第１バックアップリングは、段差の底面に対向する底面側周面と、段差の反密封流体側側面に対向する端面と、他方の部材に対向する他方の部材側周面と、第２バックアップリングに対面する斜面部とを備え、底面側周面の軸方向長さを段差の底面の軸方向長さと同等以下に設定し、第２バックアップリングは、装着溝の底面に対向する周面と、装着溝の反密封流体側側面に対向する端面と、第１バックアップリングの斜面部に対面する斜面部と、シールリングに対面する密封流体側端面とを備える。

Description

本発明は、シール技術に係る密封装置に関する。本発明の密封装置は特に、高圧の密封流体をシールする高圧用シールとして用いられるのに適している。

従来から高圧用シールとして、図３に示す密封装置１０１が知られている。この密封装置１０１は、互いに対向する二部材１５１，１５２間に配置されて高圧側Ｈの密封流体が低圧側Ｌへ漏洩しないようシールする。密封装置１０１は、二部材１５１，１５２のうちの一方の部材（例えば軸）１５１に設けた環状の装着溝１５３に装着されて他方の部材（例えばハウジング）１５２に密接するシールリング１１１と、シールリング１１１の反密封流体側（低圧側）Ｌに配置される比較的硬質の第１バックアップリング１２１と、シールリング１１１および第１バックアップリング１２１間に配置される比較的軟質の第２バックアップリング１３１との組み合わせよりなる。

装着溝１５３は、加工が容易であることから断面矩形状の溝とされている。第１バックアップリング１２１は、装着溝１５３の反密封流体側側面１５３ｂに対向する軸直角平面状の端面１２１ａ、他方の部材１５２に対向する円筒面状の周面１２１ｂ、ならびに端面１２１ａおよび周面１２１ｂに対して交差する斜面部１２１ｃを備え、断面三角形状に形成されている。第２バックアップリング１３１は、シールリング１１１に対向する軸直角平面状の端面１３１ａ、装着溝１５３の底面１５３ａに対向する円筒面状の周面１３１ｂ、および第１バックアップリング１２１の斜面部１２１ｃに対応して設けられた斜面部１３１ｃを備え、第１バックアップリング１２１と同じく断面三角形状に形成されている。

上記構成の密封装置１０１は、シールリング１１１の反密封流体側（低圧側）Ｌに第１バックアップリング１２１が配置されているため、ゴム状弾性体よりなるシールリング１１１が高圧Ｐを受けたときに、二部材１５１，１５２間の隙間１５４にはみ出して破損するのを防止することができる。密封装置１０１はまた、シールリング１１１および第１バックアップリング１２１間に第２バックアップリング１３１が配置されているため、シールリング１１１が第１バックアップリング１２１および他方の部材１５２間の隙間（図示せず）にはみ出して破損するのを防止することができる。

特開平１０−６８４６７号公報

上記密封装置１０１においては、第１バックアップリング１２１および第２バックアップリング１３１の断面形状が共に単純な三角形状とされているため、以下の不都合が指摘される。

密封装置１０１を上記二部材１５１，１５２間に組み付ける際には、図４（Ａ）に示すように、まず密封装置１０１を一方の部材１５１の装着溝１５３に装着し、次いで密封装置１０１を一方の部材１５１と共に他方の部材１５２の内周側（軸孔１５２ａ）へ挿入する（矢印ｘ）。このとき挿入前のシールリング１１１の外径寸法ｄ_１の方が軸孔１５２ａの内径寸法ｄ_２より大きいことから、以下の事象が発生する。

図４（Ｂ）に示すように、上記挿入に際してシールリング１１１は、その外周部が軸孔１５２ａの開口周縁部１５２ｂと干渉する。このときシールリング１１１の挿入は一時的に停止する一方、一方の部材１５１ならびにこれに押される第１バックアップリング１２１および第２バックアップリング１３１の挿入動作は続行されるので（矢印ｘ）、装着溝１５３の側面１５３ｂおよびシールリング１１１間の間隔ｔが徐々に狭められる。

第２バックアップリング１３１は、その周面１３１ｂおよび斜面部１３１ｃ間の角部１３１ｄが鋭角をなし、この鋭角の角部１３１ｄは装着溝１５３の側面１５３ｂに押し付けられたとき軸方向に圧縮されやすい。したがって装着溝１５３の側面１５３ｂおよびシールリング１１１間の間隔ｔが狭められると、第２バックアップリング１３１は圧縮されて変形し、その全体として装着溝１５３の側面１５３ｂに近付く方向へ移動し、第１バックアップリング１２１を押圧する。第２バックアップリング１３１が第１バックアップリング１２１を押圧すると、両バックアップリング１２１，１３１は斜面部１２１ｃ，１３１ｃ同士で接触しているため、第１バックアップリング１２１は矢印ｙ方向の分力を受けてその外径寸法を拡大するように変形する。

拡径変形した状態で更に第１バックアップリング１２１の挿入が続けられると、その外周部が軸孔１５２ａの開口周縁部１５２ｂと干渉し、これにより第１バックアップリング１２１が損傷することがある。

本発明の課題は、シールリングと第１バックアップリングと第２バックアップリングとを組み合わせた密封装置をいずれか一方に装着した二部材のうち、一方の部材を他方の部材に挿入する際、第１バックアップリングが拡径して損傷するのを抑制することである。

本発明の密封装置は、互いに対向する二部材のうちの一方の部材に設けられた装着溝に装着されて他方の部材に密接するシールリングと、前記装着溝内の反密封流体側に設けられた溝深さを小さくする段差に配置される第１バックアップリングと、前記装着溝内の前記段差ではない部分で、前記シールリングおよび前記第１バックアップリング間に配置される前記第１バックアップリングよりも軟質の第２バックアップリングとを備え、前記第１バックアップリングは、前記段差の底面に対向し、軸方向長さがその段差の底面の軸方向長さと同等以下の長さに設定されている底面側周面と、前記段差の反密封流体側側面に対向する端面と、前記他方の部材に対向する他方の部材側周面と、前記他方の部材側周面の軸方向長さよりも前記底面側周面の軸方向長さの方を短くするよう傾斜する斜面部とを備え、前記第２バックアップリングは、前記装着溝の底面に対向する周面と、前記装着溝の反密封流体側側面に対向する反密封流体側端面と、前記第１バックアップリングの斜面部に対向する斜面部と、前記シールリングの反密封流体側側面に対向する密封流体側端面とを備える。

本発明においては、シールリングと第１バックアップリングと第２バックアップリングとを組み合わせた密封装置をいずれか一方に装着した二部材のうち、一方の部材を他方の部材に挿入する際、第１バックアップリングが拡径して損傷するのを抑制することができる。

実施の一形態を示す密封装置の要部断面図。 密封装置に高圧が作用した状態の要部断面図。 密封装置の従来の一例を示す断面図。 （Ａ）は図３に示す密封装置の装着工程の一工程の一場面を示す説明図、（Ｂ）は（Ａ）に示す工程の一場面からさらに進んだ場面を示す説明図。

図１は、実施の形態に係る密封装置１の要部断面を示している。当該実施の形態に係る密封装置１は、直噴インジェクタ等の油圧機器における高圧シール部に用いられる。

密封装置１は、互いに対向する二部材としての軸（一方の部材）５１およびハウジング（他方の部材）５２間の環状隙間に配置されて、図における右方向の高圧側（密封流体側）Ｈに存在する密封流体が図における左方向の低圧側（反密封流体側）Ｌへ漏洩しないようにこれをシールする。密封装置１は、軸５１の周面に設けた環状の装着溝５３に装着されてハウジング５２の軸孔内周面に密接するシールリングとしてのＯリング１１と、Ｏリング１１の反密封流体側Ｌに配置されて同じく装着溝５３に装着される第１バックアップリング２１と、Ｏリング１１および第１バックアップリング２１の間に配置されて同じく装着溝５３に装着される第２バックアップリング３１とを有している。Ｏリング１１はこれに代えて、ＤリングやＸリングなど他の断面形状のシールリングであっても良い。

Ｏリング１１は、ゴム状弾性体によって成形されている。第１バックアップリング２１は、第２バックアップリング３１よりも硬質の、例えばナイロン樹脂によって成形されている。第２バックアップリング３１は、第１バックアップリング２１よりも軟質の、例えばＰＴＦＥ樹脂によって成形されている。

装着溝５３は、加工が容易であることから断面矩形状の矩形溝として形成され、反密封流体側側面５３ｃに、溝深さを小さくした断面矩形状の段差５３ｄを設けている。装着溝５３は、円筒面状の底面５３ａと、軸直角平面状の密封流体側側面５３ｂと、同じく軸直角平面状の反密封流体側側面５３ｃとを備えている。段差５３ｄは、円筒面状の底面５３ｅと、軸直角平面状の反密封流体側側面５３ｆとを備えている。段差５３ｄの底面５３ｅは、装着溝５３の底面５３ａよりも径寸法が大きく設定されている。装着溝５３の反密封流体側側面５３ｃは密封流体側Ｈへ傾斜していても良い。

第１バックアップリング２１は、上記装着溝５３における段差５３ｄに装着されるものであって、段差５３ｄの底面５３ｅに対向する底面側周面である円筒面状の内周面２１ａと、段差５３ｄの反密封流体側側面５３ｆに対向する軸直角平面状の端面２１ｂと、ハウジング５２の軸孔内周面に対向する他方の部材側周面である円筒面状の外周面２１ｃと、外周面２１ｃの軸方向長さよりも内周面２１ａの軸方向長さの方を短くするよう傾斜するテーパ面状の斜面部２１ｄとを備えている。第１バックアップリング２１は、その断面形状を台形ないし略台形を基調としている。斜面部２１ｄはそのテーパの向きを、密封流体側（高圧側）Ｈから反密封流体側（低圧側）Ｌへかけて径寸法（内径寸法）が徐々に縮小する向きとされている。

第２バックアップリング３１は、段差５３ｄではなく、装着溝５３の本体部分の方に装着される。第２バックアップリング３１は、装着溝５３の底面５３ａに対向する周面である円筒面状の内周面３１ａと、装着溝５３の反密封流体側側面５３ｃに対向する軸直角平面状の反密封流体側端面３１ｂと、第１バックアップリング２１の斜面部２１ｄに対向する斜面部３１ｃと、Ｏリング１１の反密封流体側側面１１ａに対向する密封流体側端面３１ｄとを備えている。第２バックアップリング３１は、その断面形状を台形ないし略台形を基調としている。斜面部３１ｃは、第１バックアップリング２１の斜面部２１ｄに対応するように設けられ、そのテーパの向きを密封流体側（高圧側）Ｈから反密封流体側（低圧側）Ｌへかけて径寸法（外径寸法）が徐々に縮小する向きとされている。斜面部３１ｃは反密封流体側端面３１ｂの外周側に連続して設けられている。

第１バックアップリング２１は、その外径寸法ｄ_３をハウジング５２の内径寸法ｄ_２よりも小さく設定され、密封装置１をハウジング５２の軸孔５２ａに挿入する時に、ハウジング５２の軸孔開口周縁部（図示せず）と干渉しないようになされている。第２バックアップリング３１も、その外径寸法ｄ_４をハウジング５２の内径寸法ｄ_２よりも小さく設定され、密封装置１をハウジング５２の軸孔５２ａに挿入する時に、ハウジング５２の軸孔開口周縁部（図示せず）と干渉しないようになされている。

第１バックアップリング２１の内周部である内周面２１ａの軸方向長さＬ_１は、段差５３ｄの底面５３ｅの軸方向長さＬ_２と同等、もしくは同軸方向長さＬ_２よりも小さく設定されている（Ｌ_１≦Ｌ_２）。

第１バックアップリング２１の斜面部２１ｄは、凹状の断面円弧形の面として形成されている。第２バックアップリング３１の斜面部３１ｃは、凸状の断面円弧形の面として形成されている。両斜面部２１ｄ，３１ｃの曲率半径は同等に設定されている。したがって両斜面部２１ｄ，３１ｃは全面に亙って面接触することが可能とされている。

第２バックアップリング３１の密封流体側端面３１ｄは、凹状の断面円弧形の面として形成されている。Ｏリング１１の反密封流体側側面１１ａは、凸状の断面円弧形の面とされている。第２バックアップリング３１の密封流体側端面３１ｄの曲率半径はＯリング１１の反密封流体側側面１１ａの曲率半径よりも大きく設定されている。したがって密封装置１に未だ圧力や外力が作用しない装着の初期状態において、Ｏリング１１は第２バックアップリング３１の径方向中央部のみと接触し、第２バックアップリング３１の外周部および内周部と接触しておらず、ここに初期的な軸方向間隙４１が形成されている。

上記構成の密封装置１は、Ｏリング１１の反密封流体側Ｌに第１バックアップリング２１が配置されているため、Ｏリング１１が高圧Ｐを受けたときに軸５１およびハウジング５２間の径方向隙間５４にはみ出して破損するのを防止することができる。密封装置１はまた、Ｏリング１１および第１バックアップリング２１間に第２バックアップリング３１を配置しているため、Ｏリング１１が第１バックアップリング２１およびハウジング５２間の径方向隙間５５にはみ出して破損するのを防止することができる。したがってＯリング１１が隙間５４，５５にはみ出して破損するのを原因としてシール性が低下するのを抑制することができる。

密封装置１は、装着溝５３の反密封流体側側面５３ｃに対向する反密封流体側端面３１ｂを第２バックアップリング３１に設けている。第２バックアップリング３１は、反密封流体側端面３１ｂを装着溝５３の反密封流体側側面５３ｃに装着の当初から接触させておくことにより、その全体がＯリング１１によって押圧されても装着溝５３内を反密封流体側Ｌへ移動せず、第１バックアップリング２１を押圧しない。また第２バックアップリング３１の外周部は、Ｏリング１１との間に形成されている初期的な軸方向間隙４１が消失するまでＯリング１１によって押圧されず、第１バックアップリング２１を押圧しない。したがって密封装置１をハウジング５２の軸孔５２ａに挿入する際、第２バックアップリング３１は第１バックアップリング２１を押圧せず、第１バックアップリング２１はその外径寸法ｄ_３を拡大するよう変形しない。したがってこの挿入時に第１バックアップリング２１が軸孔５２ａの開口周縁部と干渉すると云う事態が発生しないため、第１バックアップリング２１が干渉により損傷するのを抑制することができる。

第１バックアップリング２１の斜面部２１ｄは凹状の断面円弧形の面とされ、第２バックアップリング３１の斜面部３１ｃは凸状の断面円弧形の面とされ、第２バックアップリング３１の密封流体側端面３１ｄは凹状の断面円弧形の面とされている。これらの各面２１ｄ，３１ｃ，３１ｄの形状は、図２に示すようにＯリング１１に密封流体側Ｈから高圧Ｐが作用したとき、シールリング１１が第２バックアップリング３１に押し付けられるかたちに弾性変形し、このとき間隙４１は消失し、Ｏリング１１は第２バックアップリング３１を押圧することを可能にする（矢印Ａ）。

押圧された第２バックアップリング３１は、その外径寸法ｄ_４を拡大するように弾性変形し、これにより第２バックアップリング３１が第１バックアップリング２１を押圧する（矢印Ｂ）。

押圧された第１バックアップリング２１はこれもその外径寸法ｄ_３を拡大するように弾性変形し、その結果としてハウジング５２の軸孔内周面に接触し、または少なくともハウジング５２の軸孔内周面との径方向間隔を狭めることになる（矢印Ｃ）。

したがって、このように径方向外方へ向けて弾性変形する第１バックアップリング２１がシール作用を発揮するため、第１バックアップリング２１によるシール効果を期待することができる。

Ｏリング１１によって押圧された第２バックアップリング３１はその内周部が装着溝５３の底面５３ａに押し付けられることがある（矢印Ｄ）。

この場合、装着溝５３の底面５３ａに押し付けられる第２バックアップリング３１がシール作用を発揮するため、第２バックアップリング３１によるシール効果を期待することもできる。

以上説明したように、Ｏリング１１のみならず、第１バックアップリング２１や第２バックアップリング３１もシール作用を発揮可能とされているため、密封装置１全体としてのシール性を向上させることができる。従来の直角三角形の組み合わせと比べ、取付時のせり上がりを考慮せず、第１バックアップリング（硬質バックアップリング）２１を軸方向に大きくできるため、第１バックアップリング（硬質バックアップリング）２１の剛性を上げることができ、耐圧性を上げることができる。

１ 密封装置
１１ Ｏリング（シールリング）
１１ａ，５３ｃ，５３ｆ 反密封流体側側面
２１ 第１バックアップリング
２１ａ 内周面（底面側周面）
２１ｂ 端面
２１ｃ 外周面（他方の部材側周面）
２１ｄ，３１ｃ 斜面部
３１ 第２バックアップリング
３１ａ 内周面（周面）
３１ｂ 反密封流体側端面
３１ｄ 密封流体側端面
４１ 軸方向間隙
５１ 軸（一方の部材）
５２ ハウジング（他方の部材）
５２ａ 軸孔
５３ 装着溝
５３ａ，５３ｅ 底面
５３ｂ 密封流体側側面
５３ｄ 段差
５４，５５ 隙間
Ｈ 密封流体側
Ｌ 反密封流体側

Claims (5)

1. 互いに対向する二部材のうちの一方の部材に設けられた装着溝に装着されて他方の部材に密接するシールリングと、
   前記装着溝内の反密封流体側に設けられた溝深さを小さくする段差に配置される第１バックアップリングと、
   前記装着溝内の前記段差ではない部分で、前記シールリングおよび前記第１バックアップリング間に配置される前記第１バックアップリングよりも軟質の第２バックアップリングと、
   を備え、
   前記第１バックアップリングは、
   前記段差の底面に対向し、軸方向長さがその段差の底面の軸方向長さと同等以下の長さに設定されている底面側周面と、
   前記段差の反密封流体側側面に対向する端面と、
   前記他方の部材に対向する他方の部材側周面と、
   前記他方の部材側周面の軸方向長さよりも前記底面側周面の軸方向長さの方を短くするよう傾斜する斜面部と、
   を備え、
   前記第２バックアップリングは、
   前記装着溝の底面に対向する周面と、
   前記装着溝の反密封流体側側面に対向する反密封流体側端面と、
   前記第１バックアップリングの斜面部に対向する斜面部と、
   前記シールリングの反密封流体側側面に対向する密封流体側端面と、
   を備えている、
   ことを特徴とする密封装置。
2. 請求項１に記載の密封装置において、
   前記シールリングの反密封流体側側面は、凸条の断面円弧形の面であり、
   前記第２バックアップリングの密封流体側端面は、前記シールリングの反密封流体側側面よりも曲率半径が大きい凹状の断面円弧形の面である、
   ことを特徴とする密封装置。
3. 請求項２に記載の密封装置において、
   前記シールリングは、Ｏリングである、
   ことを特徴とする密封装置。
4. 請求項１に記載の密封装置において、
   前記第１バックアップリングの斜面部は凹状の断面円弧形の面であり、
   前記第２バックアップリングの斜面部は凸状の断面円弧形の面である、
   ことを特徴とする密封装置。
5. 請求項２に記載の密封装置において、
   前記第１バックアップリングの斜面部は凹状の断面円弧形の面であり、
   前記第２バックアップリングの斜面部は凸状の断面円弧形の面である、
   ことを特徴とする密封装置。
   

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