WO2012105638A1 - 密封構造 - Google Patents

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    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/062—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces characterised by the geometry of the seat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/10—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing
    • F16J15/104—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing characterised by structure
    • F16J15/106—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing characterised by structure homogeneous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L27/00—Adjustable joints; Joints allowing movement
    • F16L27/08—Adjustable joints; Joints allowing movement allowing adjustment or movement only about the axis of one pipe
    • F16L27/087—Joints with radial fluid passages

Definitions

  • the present invention relates to a sealing structure for preventing fluid leakage, which is suitable for use in a structure provided with a flow path through which a fluid flows through two curved members facing each other.
  • FIG. 9 and FIG. 10 in a structure in which a flow path 130 through which fluid flows through two members 110 and 120 facing each other on curved surfaces is provided, the flow path 130 is sandwiched between the two members 110 and 120.
  • two ring-shaped sealing members (O-rings) 140A and 140B are arranged to prevent fluid leakage between the two members 110 and 120 (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2006-307881). See FIG. 1 of the publication).
  • the present invention is intended to provide a sealing structure capable of preventing fluid leakage while suppressing cost.
  • the first member in which the first flow path is formed and the second member in which the second flow path is formed face each other with a curved surface, and the curved surface of the first member
  • the first opening end of the first channel is formed and the second opening end of the second channel is formed on the curved surface of the second member.
  • 1 is a sealing structure that prevents a fluid flowing through the first flow path and the second flow path from leaking between the first member and the second member. It is characterized by being arranged so as to surround the outer circumferences of both the first opening end and the second opening end while being sandwiched between one member and the second member.
  • the seal member is preferably arranged coaxially with at least one of the first opening end and the second opening end.
  • a groove for arranging the seal member is processed in at least one of the first member and the second member.
  • the seal member is formed in an elliptical or rectangular ring shape in plan view so as to allow relative movement of the first member and the second member, and moves in the longitudinal direction thereof. It is preferable to arrange them in the same direction.
  • one of the first member and the second member is a shaft member
  • the other of the first member and the second member is a housing in which the shaft member is inserted.
  • the sealing structure of the present invention it is not necessary to process a plurality of seal members and a plurality of seal member mounting grooves, and the number of parts of the seal member is reduced, and the groove processing is simplified, so that the fluid can be reliably manufactured at low cost. An excellent effect that leakage can be prevented can be obtained.
  • This embodiment is a structure in which a flow path (a first flow path and a second flow path) through which fluid flows through two members (a first member and a second member) facing each other on a curved surface is provided. It is a sealing structure that prevents leakage of fluid from between members.
  • one of the two members is a shaft member 10 and the other is a housing 20 in which the shaft member 10 is inserted.
  • These two members are components such as an engine, a transmission, a power steering, or a switching valve mounted on an automobile, for example, and lubricating oil or hydraulic oil is used as a fluid.
  • the devices and members provided with the two members as constituent elements are not limited to those described above, and the two members are not limited to the shaft member 10 or the housing 20.
  • the two members are members having at least curved surfaces, and any member may be used as long as a flow path having an inlet or an outlet is formed on each curved surface, and at least the curved surfaces are opposed to each other.
  • the fluid is not limited to lubricating oil or hydraulic oil, and may be other liquid such as water or gas.
  • the shaft member 10 is formed with a flow path (hereinafter also referred to as a first flow path) 31 having an open end (hereinafter also referred to as a first open end) 31a serving as an inlet or an outlet.
  • the housing 20 is formed with a flow path (hereinafter also referred to as a second flow path) 32 having an open end (hereinafter also referred to as a second open end) 32a serving as an inlet or an outlet.
  • the first flow path 31 is formed by combining at least a flow path extending in the axial direction and a flow path connected to the flow path and extending in the radial direction.
  • the second flow path 32 includes at least a flow path extending in the radial direction of the shaft member 10 in a state where the shaft member 10 is inserted into the housing 20.
  • a series of flow paths 30 is formed through the shaft member 10 and the housing 20 by the first flow path 31 and the second flow path 32.
  • the first opening end 31a and the second opening end 32a are formed on the curved surfaces of the shaft member 10 and the housing 20 that face each other. Furthermore, the first opening end 31a and the second opening end 32a are formed at opposing positions that are coaxial.
  • the ring-shaped seal member 40 While being sandwiched between the curved surfaces of the shaft member 10 and the housing 20, the ring-shaped seal member 40 is disposed so as to surround the outer periphery of both the first opening end 31a and the second opening end 32a. .
  • the seal member 40 is disposed coaxially with the first opening end 31a and the second opening end 32a.
  • the seal member 40 is an elastic member (for example, an O-ring) that can be elastically deformed, and as the material, for example, synthetic rubber, synthetic resin, or a flexible metal can be used.
  • the shape of the seal member 40 is not limited to a substantially rectangular cross section as shown in FIGS. 1 and 2, but a spherical cross section, a lip shape having a C-shaped cross section as shown in FIG.
  • Various shapes such as a shape in which a rib-like protrusion is provided on the sealing surface as shown in a) and (b) can be adopted.
  • the seal surface portions 40 a and 40 b expand in a direction away from each other by the internal pressure of the fluid, and the curved surfaces (wall surfaces) of the shaft member 10 and the housing 20 face each other. Adhering closely, sealing performance can be improved more.
  • a groove 11 for arranging the seal member 40 is processed into a concave shape on the outer periphery of the first opening end 31a.
  • the groove 11 has a circular shape in a top view as shown in FIG. 3 so as to match the position / shape of the first opening end 31a and the second opening end 32a and the shape of the seal member 40. Is formed.
  • the shape of the groove 11 is not limited to this.
  • sealing structure of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the scope of the present invention.
  • the groove 11 is processed into a circular shape when viewed from the top, but is, for example, elliptical or rectangular when viewed from the top, or a circular shape (circular or elliptical as shown in FIG. 6). Shape) or a rectangular ring shape.
  • the open end 31 a of the flow path 31 on the shaft member 10 side and the open end 32 a of the flow path 32 on the housing 20 side can be brought close to each other. This is preferable in that the gap between the shaft member 10 and the housing 20 can be further reduced.
  • the grooves 11 and 11 ′ are processed on the shaft member 10 side.
  • the grooves 21 may be processed on the housing 20 side. That is, the seal member 40 may be grooved and attached to one of the shaft member 10 and the housing 20, or may be grooved and attached to both the shaft member 10 and the housing 20. It may be.
  • the seal member 40 is disposed coaxially with both the open end 31a of the flow path 31 on the shaft member 10 side and the open end 32a of the flow path 32 on the housing 20 side. What is necessary is just to be arrange
  • shaft member 10 and the housing 20 are relatively stationary.
  • shaft member 10 and the housing 20 are relatively moved (shaft member). 10 and the housing 20 may be allowed to be misaligned).
  • the groove 21 ′ is processed on the housing 20 side.
  • the groove 21 ′ is formed on the outer periphery of the open end 32 a of the flow channel 32 in a concave shape coaxial with the open end 32 a of the flow channel 32, and in the moving direction as compared with the direction orthogonal to the moving direction of the shaft member 10. It is formed in a shape that extends long.
  • the seal member 40 ′ is formed in an elliptical or rectangular ring shape in plan view, and is fitted in the groove 21 ′ with its longitudinal direction coinciding with the moving direction.
  • the center position of the seal member 40 ′ is coaxial with the center position of the opening end 32 a of the flow path 32 on the housing 20 side, and deviates from the center position of the opening end 31 a of the flow path 31 on the shaft member 10 side. Allows to be placed.
  • the groove 21 'on the housing 20 side has a circumferential direction as compared with the axial direction so as to allow the circumferential movement (for example, rocking) of the shaft member 10. And processed into a shape extending long along the line.
  • an elliptical or rectangular ring-shaped member is used as the sealing member 40 'in plan view, and the sealing member 40' is mounted in the groove 21 'with its longitudinal direction coinciding with the circumferential direction.
  • the groove 21 'on the housing 20 side is processed into a shape extending longer in the axial direction than in the circumferential direction so as to allow the axial movement of the shaft member 10. Shall be.
  • an elliptical or rectangular ring-shaped member is used as the seal member 40 'in plan view, and the seal member 40' is mounted in the groove 21 'with its longitudinal direction coinciding with the axial direction.
  • the opening end 31 a of the flow path 31 on the shaft member 10 side and the opening end 32 a of the flow path 32 on the housing 20 side are connected to the groove 21 ′ and Even when the seal member 40 ′ is displaced in the movement direction (circumferential direction or axial direction) within the range of the movement direction length (circumferential length or axial length), the opening end 31 a of the flow path 31.
  • the open end 32a of the flow path 32 is surrounded by the seal member 40 'and communicates with the inside of the seal member 40', and the leakage of the fluid can be reliably prevented by the seal member 40 '.
  • the sealing structure of the present invention can be used for manufacturing various devices and members that require prevention of fluid leakage, such as an engine, transmission, power steering, or switching valve mounted on an automobile.

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Abstract

　第１の流路３１が形成された第１の部材１０と第２の流路３２が形成された第２の部材２０とが互いに曲面で対向し、第１の部材１０の前記曲面に第１の流路３１の第１の開口端３１ａが形成されているとともに第２の部材２０の前記曲面に第２の流路３２の第２の開口端３２ａが形成されている構造において、リング状のシール部材４０を、第１の開口端３１ａおよび第２の開口端３２ａの双方の外周を取り囲むようにして、第１の部材１０および第２の部材２０の前記曲面で挟んで配置する。この結果として、曲面で対向する二部材を通して流体が流れる流路が設けられてなる構造において、コストを抑制しながら上記二部材間からの流体の漏洩を防止することができる密封構造を提供する。

Description

密封構造
　本発明は、曲面で対向する二部材を通して流体が流れる流路が設けられてなる構造に用いて好適な、流体の漏洩を防止する密封構造に関する。
　従来、図９および図１０に示すように、曲面で対向する二部材１１０，１２０を通して流体が流れる流路１３０が設けられてなる構造においては、前記二部材１１０，１２０間に流路１３０を挟んで２個のリング状のシール部材（Ｏリング）１４０Ａ，１４０Ｂを配置して、二部材１１０，１２０間からの流体の漏洩を防止することが一般的である（例えば、特開２００６－３０７８８１号公報の図１参照）。
　しかしながら、このような構造は複数個のシール部材１４０Ａ，１４０Ｂを必要とし、また、シール部材１４０Ａ，１４０Ｂを設置するための溝１５０Ａ，１５０Ｂの加工も複数箇所に必要となるため、高価なものとなっていた。
　本発明は、斯かる実情に鑑み、コストを抑制しながら流体の漏洩を防止することができる密封構造を提供しようとするものである。
　本発明の密封構造は、第１の流路が形成された第１の部材と第２の流路が形成された第２の部材とが互いに曲面で対向し、前記第１の部材の前記曲面に前記第１の流路の第１の開口端が形成されているとともに前記第２の部材の前記曲面に前記第２の流路の第２の開口端が形成されている構造において、前記第１の流路および前記第２の流路を通して流れる流体が前記第１の部材および前記第２の部材の間から漏洩することを防止する密封構造であって、リング状のシール部材が、前記第１の部材および前記第２の部材に挟まれながら、前記第１の開口端および前記第２の開口端の双方の外周を取り囲むようにして配置されていることを特徴としている。
　なお、前記シール部材は、前記第１の開口端および前記第２の開口端の少なくとも一方と同軸に配置されていることが好ましい。
　また、前記第１の部材および前記第２の部材の少なくとも一方に、前記シール部材を配置するための溝が加工されていることが好ましい。
　また、前記シール部材は、前記第１の部材および前記第２の部材の相対的な移動を許容するように、平面視で楕円状または長方形状のリング状に形成され、その長手方向を前記移動方向に一致させて配置されていることが好ましい。
　また、前記第１の部材および前記第２の部材の一方は軸部材であり、前記第１の部材および前記第２の部材の他方は前記軸部材が内挿されるハウジングであることが好ましい。
　本発明の密封構造によれば、複数個のシール部材と複数箇所のシール部材装着溝の加工が不要となり、シール部材の部品点数を削減するとともに、溝加工を簡略化し、廉価で確実に流体の漏洩を防止することができるという優れた効果を奏し得る。
本発明の一実施形態に係る密封構造を模式的に示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る密封構造を模式的に示す横断面図である。 本発明の一実施形態に係る密封構造を模式的に示す上面図である。 本発明の一実施形態に係る密封構造のシール部材の第１の変形例を模式的に示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）ともに、本発明の一実施形態に係る密封構造のシール部材の第２の変形例を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る密封構造の溝加工の第１の変形例を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る密封構造の溝加工の第２の変形例を模式的に示す縦断面図である。 （ａ）および（ｂ）ともに、本発明の一実施形態に係る密封構造の変形例を模式的に示す上面図である。 従来技術に係る密封構造を模式的に示す上面図である。 従来技術に係る密封構造を模式的に示す縦断面図である。
　以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
　本実施形態は、曲面で対向する二部材（第１の部材および第２の部材）を通して流体が流れる流路（第１の流路および第２の流路）が設けられてなる構造において、二部材間からの流体の漏洩を防止する密封構造である。
　図１および図２に示すように、本密封構造では、二部材のうち一方を軸部材１０とするとともに、他方を軸部材１０が内挿されるハウジング２０とする。これらの二部材は、例えば自動車に搭載されるエンジン、トランスミッション、パワーステアリング、あるいは切換バルブ等の構成要素であって、流体として潤滑油や作動油が用いられるものである。ただし、二部材を構成要素として備える機器や部材は上述のものに限定されず、また、二部材は軸部材１０やハウジング２０に限定されるものでもない。二部材は、少なくとも曲面を有する部材であって、各曲面上に入口または出口が開口する流路が形成され、少なくとも当該曲面が互いに対向するように配置される任意の部材であればよい。さらに、流体についても、潤滑油や作動油に限定されるものではなく、例えば水等の他の液体や、あるいは気体であってもよい。
　軸部材１０には、入口または出口となる開口端（以下、第１の開口端ともいう）３１ａを有する流路（以下、第１の流路ともいう）３１が形成されている。また、ハウジング２０には、入口または出口となる開口端（以下、第２の開口端ともいう）３２ａを有する流路（以下、第２の流路ともいう）３２が形成されている。
　第１の流路３１は、軸方向に延びる流路と当該流路に接続されて径方向に延びる流路とを少なくとも組み合わせて形成されている。第２の流路３２は、ハウジング２０に軸部材１０が内挿された状態で軸部材１０の径方向に延びる流路を少なくとも備えて形成されている。第１の流路３１および第２の流路３２によって、軸部材１０およびハウジング２０を通して一連の流路３０が形成される。
　第１の開口端３１ａおよび第２の開口端３２ａは、軸部材１０およびハウジング２０の互いに対向する曲面上にそれぞれ開口して形成されている。さらに、第１の開口端３１ａおよび第２の開口端３２ａは、同軸となる対向する位置に形成されている。
　このような軸部材１０およびハウジング２０の曲面に挟まれながら、第１の開口端３１ａおよび第２の開口端３２ａの双方の外周を取り囲むようにして、リング状のシール部材４０が配置されている。シール部材４０は、第１の開口端３１ａおよび第２の開口端３２ａと同軸に配置されている。
　シール部材４０は弾性変形可能な弾性部材（例えばＯリング）であり、その素材としては、例えば合成ゴムや合成樹脂、あるいは柔軟性金属などを使用することが可能である。また、シール部材４０の形状は、図１および図２に示すような断面略矩形状のほかに、断面球形状や、図４に示すような断面Ｃ字状のリップ形状、さらには図５（ａ）および（ｂ）に示すようなシール面にリブ状の突起を設けた形状など、種々の形状を採用することが可能である。特に、図４に示すようなリップ形状のシール部材４０によれば、流体の内圧でシール面部４０ａ，４０ｂが互いに離隔する方向に拡張し、軸部材１０およびハウジング２０の対向する曲面（壁面）により密着して、シール性能をより高めることができる。
　軸部材１０には、シール部材４０を配置するための溝１１が、第１の開口端３１ａの外周に凹状に加工されている。溝１１は、第１の開口端３１ａおよび第２の開口端３２ａの位置・形状とシール部材４０の形状とに適合するように、本実施形態では図３に示すような上面視で正円状に形成されている。ただし、溝１１の形状はこれに限定されるものではない。
　本発明の一実施形態に係る密封構造は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。
　本実施形態の密封構造は、軸部材１０に溝１１を一つ加工し、その溝１１に一つのシール部材４０を装着するだけとなっている。したがって、従来の密封構造のように複数個のシール部材および複数箇所の溝加工が不要となり、シール部材の部品点数を削減するとともに溝加工を簡略化することができ、廉価で確実に流体の漏洩を防止することができる。
　なお、本発明の密封構造は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
　例えば、上述の実施形態では、溝１１は上面視で正円状に加工されているが、例えば上面視で楕円状や、矩形状や、あるいは図６に示すように円形（正円状や楕円状）乃至は矩形状のリング状に加工されていてもよい。例えばリング状の溝１１′であれば、軸部材１０側の流路３１の開口端３１ａとハウジング２０側の流路３２の開口端３２ａとを接近させることができる。これは、軸部材１０とハウジング２０との間の隙間をより小さくできるという点で好ましい。
　また、上述の実施形態では、軸部材１０側に溝１１，１１′を加工したが、図７に示すように、ハウジング２０側に溝２１を加工してもよい。すなわち、シール部材４０は、軸部材１０およびハウジング２０のうちのいずれか一方に溝加工して装着するようにしてもよいし、あるいは軸部材１０およびハウジング２０の両方に溝加工して装着するようにしてもよい。
　また、上述の実施形態では、シール部材４０は軸部材１０側の流路３１の開口端３１ａおよびハウジング２０側の流路３２の開口端３２ａの両方と同軸に配置されているが、少なくとも一方と同軸に配置されていればよい。
　すなわち、上述の実施形態では、軸部材１０およびハウジング２０は相対的に静止しているものを想定しているが、変形例として、軸部材１０およびハウジング２０が相対的に移動するもの（軸部材１０およびハウジング２０の設置位置のズレを許容するものを含む）であってもよい。
　例えば、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、軸部材１０がハウジング２０に対して移動するものとする。このとき、ハウジング２０側に溝２１′を加工する。溝２１′は、流路３２の開口端３２ａの外周に、流路３２の開口端３２ａと同軸の凹状に形成されているとともに、軸部材１０の移動方向に直交する方向に比べて移動方向に長く延びる形状に形成されている。そして、シール部材４０′は、平面視で楕円状または長方形状のリング状に形成され、その長手方向を前記移動方向に一致させて溝２１′内に装着されるようにする。これにより、シール部材４０′の中心位置が、ハウジング２０側の流路３２の開口端３２ａの中心位置と同軸である一方、軸部材１０側の流路３１の開口端３１ａの中心位置からずれて配置されることを可能とする。
　より具体的には、図８（ａ）に示すように、軸部材１０の周方向の移動（例えば揺動）を許容するように、ハウジング２０側において溝２１′が軸方向に比べて周方向に沿って長く延びる形状に加工されたものとする。同時に、シール部材４０′としては平面視で楕円状または長方形状のリング状のものを用い、その長手方向を周方向に一致させて溝２１′内に装着するようにする。
　また、図８（ｂ）に示すように、軸部材１０の軸方向の移動を許容するように、ハウジング２０側において溝２１′が周方向に比べて軸方向に沿って長く延びる形状に加工されたものとする。同時に、シール部材４０′としては平面視で楕円状または長方形状のリング状のものを用い、その長手方向を軸方向に一致させて溝２１′内に装着するようにする。
　これによれば、溝２１′内にシール部材４０′を装着した際、軸部材１０側の流路３１の開口端３１ａとハウジング２０側の流路３２の開口端３２ａとが、溝２１′およびシール部材４０′の移動方向長さ（周方向長さまたは軸方向長さ）の範囲内で移動方向（周方向または軸方向）にずれている場合であっても、流路３１の開口端３１ａおよび流路３２の開口端３２ａはシール部材４０′によって取り囲まれて、シール部材４０′の内側を介して連通し、シール部材４０′によって流体の漏洩を確実に防止することができる。
　本発明の密封構造は、例えば自動車に搭載されるエンジン、トランスミッション、パワーステアリング、あるいは切換バルブ等の、流体の漏洩防止が必要とされる各種の機器や部材の製造に利用することができる。

Claims (5)

  1. 　第１の流路が形成された第１の部材と第２の流路が形成された第２の部材とが互いに曲面で対向し、前記第１の部材の前記曲面に前記第１の流路の第１の開口端が形成されているとともに前記第２の部材の前記曲面に前記第２の流路の第２の開口端が形成されている構造において、前記第１の流路および前記第２の流路を通して流れる流体が前記第１の部材および前記第２の部材の間から漏洩することを防止する密封構造であって、
    　リング状のシール部材が、前記第１の部材および前記第２の部材に挟まれながら、前記第１の開口端および前記第２の開口端の双方の外周を取り囲むようにして配置されている
    ことを特徴とする、密封構造。
  2. 　前記シール部材は、前記第１の開口端および前記第２の開口端の少なくとも一方と同軸に配置されている
    ことを特徴とする、請求の範囲１に記載の密封構造。
  3. 　前記第１の部材および前記第２の部材の少なくとも一方に、前記シール部材を配置するための溝が加工されている
    ことを特徴とする、請求の範囲１または２に記載の密封構造。
  4. 　前記シール部材は、前記第１の部材および前記第２の部材の相対的な移動を許容するように、平面視で楕円状または長方形状のリング状に形成され、その長手方向を前記移動方向に一致させて配置されている
    ことを特徴とする、請求の範囲１～３のいずれか１項に記載の密封構造。
  5. 　前記第１の部材および前記第２の部材の一方は軸部材であり、
    　前記第１の部材および前記第２の部材の他方は前記軸部材が内挿されるハウジングである
    ことを特徴とする、請求の範囲１～４のいずれか１項に記載の密封構造。
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