WO2026009586A1 - シール構造体 - Google Patents
シール構造体Info
- Publication number
- WO2026009586A1 WO2026009586A1 PCT/JP2025/018269 JP2025018269W WO2026009586A1 WO 2026009586 A1 WO2026009586 A1 WO 2026009586A1 JP 2025018269 W JP2025018269 W JP 2025018269W WO 2026009586 A1 WO2026009586 A1 WO 2026009586A1
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- WIPO (PCT)
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- seal
- male
- female
- seal surface
- gap
- Prior art date
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Classifications
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- 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
- 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
- F16J15/10—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with non-metallic packing
-
- 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
- F16L19/00—Joints in which sealing surfaces are pressed together by means of a member, e.g. a swivel nut, screwed on, or into, one of the joint parts
- F16L19/02—Pipe ends provided with collars or flanges, integral with the pipe or not, pressed together by a screwed member
- F16L19/0212—Pipe ends provided with collars or flanges, integral with the pipe or not, pressed together by a screwed member using specially adapted sealing means
Definitions
- This disclosure relates to a sealing structure.
- Patent documents 1 to 3 disclose the use of a pipe joint used to connect refrigerant pipes in a refrigeration cycle, which uses a seal washer with an annular retainer and an annular sealing portion. This pipe joint fastens the male and female members with a bolt, with the seal washer interposed between them, compressing the sealing portion between the male and female members and creating a seal between the male and female members.
- Patent Documents 1 to 3 use a one-sided fastening method in which the fastening bolt fastens the male and female members at a position away from the seal washer, making it easy for the male and female members to be fastened at an angle. When the male and female members are fastened at an angle, there is a risk of bolt damage or poor sealing due to insufficient fastening force.
- Patent Documents 2 and 3 a gap is provided between the sealing portion of the seal washer and the seal washer mounting location, and internal fluid pressure is applied to the sealing portion, so that sealing performance can be ensured even with low bolt axial tension.
- the sealing portion when internal fluid pressure is applied to the sealing portion, the sealing portion is unable to fully adapt to bolt elongation and warping of the male and female components, which could shorten the seal's lifespan.
- the present disclosure aims to improve sealing performance while reducing the force required to fasten male and female members in a seal structure that uses a seal washer to seal between the male and female members.
- one aspect of the present disclosure comprises a first member, a second member, and a seal washer.
- the first member has a male seal surface and a male mating portion formed on the male seal surface so as to protrude from the male seal surface.
- the second member has a female seal surface opposing the male seal surface and a female mating portion formed on the female seal surface so that the male mating portion can be inserted.
- the seal washer has an annular retainer and an annular inner seal portion provided on the inner periphery of the retainer, and is sandwiched between the male seal surface and the female seal surface while being positioned on the outer periphery of the male mating portion.
- the first and second members are fastened together so that they approach each other and compress the inner seal portion at the male and female seal surfaces.
- the inner seal portion seals tightly against the male and female seal surfaces.
- a first gap is formed between the male and female seal surfaces, where the male and female seal surfaces are arranged parallel to each other with a predetermined distance between them, and a second gap is formed on the side closer to the male and female mating portions than the first gap, with a wider gap than the predetermined distance.
- the inner seal portion is positioned across the first and second gaps. In a circumferential cross section of the inner seal portion, of the maximum thickness portion of the inner seal portion in its free state and the center of gravity of the inner seal portion, at least the one located radially inward is located in the second gap.
- the inner seal portion enters the second gap, reducing the amount of deformation and allowing it to deform with low reaction force.
- the fastening force between the first and second members can be reduced, ensuring sufficient sealing performance with a small axial force.
- FIG. 2 is a plan view of the pipe joint of the first embodiment. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 1.
- FIG. 2 is a plan view of the sealing washer.
- FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
- FIG. 10A and 10B are diagrams illustrating a gap formed between a male seal surface and a female seal surface. 4A and 4B are diagrams illustrating an inner seal portion in a free state according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a diagram showing a state before the male member and the female member are assembled together.
- 5 is a cross-sectional view showing the changes that occur when the seal washer of the first embodiment is compressed by a male member and a female member.
- FIG. 10A and 10B are diagrams illustrating a state in which internal pressure acts on the seal washer.
- FIG. 10 is a diagram showing reaction force measurement results of the seal washers of the first embodiment and the comparative example.
- 10A and 10B are diagrams showing the results of a high-temperature storage test performed on the seal washers of the first embodiment and a comparative example.
- FIG. 10 is a plan view of a seal washer according to a second embodiment.
- 15 is a cross-sectional view of FIG. 14 taken along the line XV-XV.
- FIG. 10 is a perspective cross-sectional view of a seal washer according to a second embodiment
- 10A and 10B are diagrams illustrating an inner seal portion and an outer seal portion in a free state according to a second embodiment.
- 10 is a cross-sectional view showing the change when the seal washer of the second embodiment is compressed by a male member and a female member.
- FIG. 10A and 10B are diagrams illustrating a state in which internal pressure acts on the seal washer of the second embodiment.
- FIG. 10 is a cross-sectional view of a pipe joint according to a third embodiment.
- FIG. 11 is a diagram showing a state before the male member and the female member of the third embodiment are assembled together.
- FIG. 10 is a diagram showing the low-temperature sealing property and refrigerant gas permeability of the third embodiment and a comparative example.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a modified example of the inner seal portion.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a modified example of the inner seal portion.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a modified example of the inner seal portion.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a modified example of the inner seal portion.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a modified example of the outer seal portion.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a modified example of the outer seal portion.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a modified example of the outer seal portion.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a modified example of the outer seal portion.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a modified example of the seal structure.
- the seal structure of the present disclosure can be used in a mechanical fastening part that fastens two members to separate two spaces.
- the seal structure seals between the two members and restricts fluid movement between one space and the other.
- the seal structure suppresses fluid movement based on a pressure difference between the two spaces, fluid movement based on a fluid concentration difference between the two spaces, or the intrusion of foreign matter (e.g., water) from the outside.
- the seal structure can be used with gases, liquids, and mixed fluids of gas and liquid.
- the fluids that can be used in the seal structure include gases such as water vapor, air, oxygen, carbon dioxide, nitrogen, hydrogen, rare gases, ammonia, hydrocarbons or mixtures thereof, fluorine-based gases, hydrogen fluoride, etc., as well as liquids obtained by liquefying these gases, mineral oil, synthetic oil, animal and vegetable oil, alcohols, phenols, ethers, organic and inorganic acids, or mixtures of these liquids.
- gases such as water vapor, air, oxygen, carbon dioxide, nitrogen, hydrogen, rare gases, ammonia, hydrocarbons or mixtures thereof, fluorine-based gases, hydrogen fluoride, etc.
- liquids obtained by liquefying these gases mineral oil, synthetic oil, animal and vegetable oil, alcohols, phenols, ethers, organic and inorganic acids, or mixtures of these liquids.
- the sealing structure disclosed herein is applied to a pipe joint 100 for a refrigeration cycle.
- the pipe joint 100 seals between the refrigerant passages 13, 23 of the refrigeration cycle and the outside (atmosphere).
- the refrigeration cycle is a vapor compression refrigeration cycle whose main components include a compressor that compresses the refrigerant, a condenser that condenses the refrigerant, and an evaporator that evaporates the refrigerant.
- the refrigeration cycle can be used in an air conditioning system for a moving body such as a vehicle.
- the pipe fitting 100 of this embodiment is used to connect refrigerant pipes through which a refrigerant flows.
- the refrigerant used in the refrigeration cycle which is the fluid used in the pipe fitting 100, can be, for example, a fluorine-based gas refrigerant such as HFO-1234yf, or a natural refrigerant such as a CO2 refrigerant or propane refrigerant.
- the pipe fitting 100 comprises a male member 1, a female member 2, a seal washer 3, and a fastening bolt 5.
- an aluminum alloy is used for the male member 1 and the female member 2.
- the male member 1 is the first member
- the female member 2 is the second member.
- the seal washer 3 provides a seal between the male member 1 and the female member 2.
- the fastening bolt 5 is a fastening member that fastens the male member 1 and the female member 2 together.
- the male member 1 and the female member 2 are joined by bolt fastening. By tightening the fastening bolt 5, the male member 1 and the female member 2 are brought closer to each other, allowing the male member 1 and the female member 2 to be fastened together.
- the male member 1 is formed with a male pipe insertion portion 12 into which the male refrigerant pipe 11 is inserted. With the end of the male refrigerant pipe 11 inserted into the male pipe insertion portion 12, the male member 1 and the male refrigerant pipe 11 are materially joined by brazing or welding. Therefore, the male member 1 and the male refrigerant pipe 11 are configured as a single component. However, the male member 1 and the male refrigerant pipe 11 may not be materially joined, but may be mechanically joined by crimping or other processes.
- the female member 2 is formed with a female pipe insertion portion 22 into which the female refrigerant pipe 21 is inserted. With the end of the female refrigerant pipe 21 inserted into the female pipe insertion portion 22, the female member 2 and the female refrigerant pipe 21 are materially joined by brazing or welding. Therefore, the female member 2 and the female refrigerant pipe 21 are configured as a single component. However, the female member 2 and the female refrigerant pipe 21 may not be materially joined, but may be mechanically joined by crimping or other processes.
- the first refrigerant passage 13 is connected to the male refrigerant piping 11.
- the second refrigerant passage 23 is connected to the female refrigerant piping 21.
- a convex male fitting portion 14 that protrudes toward the female member 2 is formed on the surface of the male member 1 facing the female member 2.
- the male fitting portion 14 is cylindrical and has a first refrigerant passage 13 provided inside.
- a female fitting portion 24 into which the male fitting portion 14 can be inserted is formed on the surface of the female member 2 facing the male member 1.
- the female fitting portion 24 has a concave shape that corresponds to the shape of the male fitting portion 14.
- the bottom of the female fitting portion 24 is connected to the second refrigerant passage 23.
- a seal washer 3 is positioned on the outer periphery of the male mating portion 14.
- the portion of the surface of the male member 1 facing the female member 2 that surrounds the male mating portion 14 forms the male seal surface 15 against which the seal washer 3 abuts.
- the portion of the surface of the female member 2 facing the male member 1 that surrounds the female mating portion 24 forms the female seal surface 25 against which the seal washer 3 abuts.
- the male seal surface 15 and female seal surface 25 face each other. The seal washer 3 will be explained in detail later.
- the central axes of the male fitting portion 14 and the female fitting portion 24 are aligned.
- the central axis directions of the male fitting portion 14 and the female fitting portion 24 are parallel to the outer peripheral surface of the male fitting portion 14 and the inner peripheral surface of the female fitting portion 24.
- the central axis directions of the male fitting portion 14 and the female fitting portion 24 are vertical in Figure 2. Note that, in principle, the central axes of the male fitting portion 14 and the female fitting portion 24 are aligned, however, the central axes may become misaligned when fastened with the fastening bolt 5.
- the male member 1 and female member 2 move parallel to the central axis of the male fitting portion 14 and female fitting portion 24, and the male fitting portion 14 is inserted into the female fitting portion 24.
- the direction in which the male member 1 and female member 2 approach each other is parallel to the central axis of the male fitting portion 14 and female fitting portion 24.
- the male refrigerant pipe 11, first refrigerant passage 13, second refrigerant passage 23, and female refrigerant pipe 21 are arranged in series with their central axes aligned.
- the male refrigerant pipe 11, first refrigerant passage 13, second refrigerant passage 23, and female refrigerant pipe 21 are all in communication with each other.
- the pressure difference between the refrigerant passages 13, 23 and the outside (atmospheric side) can be set as desired.
- the refrigerant in the refrigerant passages 13, 23 is assumed to be at a higher pressure than atmospheric pressure. Therefore, refrigerant pressure acts on the seal washer 3.
- refrigerant pressure is also referred to as internal pressure.
- the refrigerant passages 13, 23 can communicate with the outside (atmospheric side) through the space between the male member 1 and the female member 2.
- a seal washer 3 is interposed between the male member 1 and the female member 2, and the seal washer 3 seals the space between the male member 1 and the female member 2.
- the male member 1 has a bolt insertion hole 16 into which the fastening bolt 5 is inserted.
- the female member 2 has a female threaded portion 26 into which the fastening bolt 5 is threaded, formed at a position corresponding to the bolt insertion hole 16.
- the central axes of the fastening bolt 5, bolt insertion hole 16, and female threaded portion 26 are parallel to the central axes of the male fitting portion 14 and female fitting portion 24.
- the male member 1 and female member 2 are fastened together by a single fastening bolt 5.
- the fastening bolt 5 When the fastening bolt 5 is tightened, the male member 1 and female member 2 move in the direction of the central axis of the fastening bolt 5.
- the central axis of the fastening bolt 5 is located away from the central axis of the seal washer 3. Therefore, fastening by the fastening bolt 5 is a one-sided fastening in which the seal washer 3, which is sandwiched between the male fitting portion 14 and the female fitting portion 24, is tightened from only one side.
- Figures 3 to 5 show the seal washer 3 in a free state where no external force is acting.
- the up-down direction in the figures is the thickness direction of the seal washer 3
- the left-right direction in the figures is the radial direction of the seal washer 3.
- the thickness direction of the seal washer 3 can be said to be the direction of the central axis of the seal washer 3, which in principle coincides with the central axis of the male mating portion 14 and the female mating portion 24.
- the seal washer 3 comprises an annular retainer 31 and an annular inner seal portion 32.
- the retainer 31 and the inner seal portion 32 do not overlap when viewed in the thickness direction.
- the retainer 31 is an annular plate member that restrains and holds the inner seal portion 32.
- the retainer 31 has a plate surface that is perpendicular to the central axis.
- the retainer 31 is made of a material that is more rigid than the inner seal portion 32, and can be made of, for example, metal or hard resin. In this embodiment, an aluminum alloy is used for the retainer 31.
- the inner seal portion 32 is an annular elastic member provided at least on the inner periphery of the retainer 31.
- the thickness of the inner seal portion 32 is thicker than that of the retainer 31.
- the outer periphery of the inner seal portion 32 is joined to the inner periphery of the retainer 31.
- the outer periphery of the inner seal portion 32 is joined to the retainer 31 by at least one of mechanical adhesion, chemical adhesion, and welding.
- the inner seal portion 32 is an elastic member, and any sealing material can be used.
- sealing materials that can be used for the inner seal portion 32 include rubber materials such as natural rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, styrene butadiene rubber, butyl rubber, ethylene propylene rubber, chlorinated polyethylene rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, acrylic rubber, chloroprene rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, urethane rubber, hydrin rubber, epichlorohydrin rubber, fluororubber, perfluoroelastomer, and tetrafluoroethylene-propylene-based fluororubber, as well as thermoplastic elastomer materials such as polystyrene-based, polyolefin-based, polyurethane-based, and polyester-based.
- the sealing material can be selected based on factors such as heat resistance, cold resistance, oil resistance, gas permeability, and fluid resistance, depending on the environment in which the seal washer 3 will be used.
- Hydrogenated nitrile rubber, ethylene propylene rubber, butyl rubber, acrylic rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, epichlorohydrin rubber, fluororubber, perfluoroelastomer, tetrafluoroethylene-propylene fluororubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, and chlorinated polyethylene rubber have excellent heat resistance.
- Natural rubber, isoprene rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butadiene rubber, ethylene propylene rubber, fluororubber, perfluoroelastomer, and tetrafluoroethylene-propylene fluororubber have excellent cold resistance.
- Nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, acrylic rubber, fluorosilicone rubber, urethane rubber, fluororubber, perfluoroelastomer, and tetrafluoroethylene-propylene fluororubber have excellent oil resistance.
- nitrile rubber In terms of gas permeability resistance, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, butyl rubber, hydrin rubber, epichlorohydrin rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, urethane rubber, chloroprene rubber, fluororubber, perfluoroelastomer, and tetrafluoroethylene-propylene fluororubber have excellent properties.
- Sealing materials may also be selected based on the material's resistance to the fluid being used.
- sealing materials highly resistant to engine oil include nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, acrylic rubber, and fluororubber.
- sealing materials highly resistant to ATF automated transmission fluid
- sealing materials highly resistant to brake oil include natural rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, ethylene propylene rubber, butyl rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, acrylic rubber, and fluororubber.
- sealing materials highly resistant to fuel oil include chlorosulfonated polyethylene rubber, urethane rubber, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, hydrin rubber, fluorosilicone rubber, and fluororubber.
- sealing materials that are highly resistant to cooling water (coolant), water, hot water, or water vapor include natural rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, ethylene propylene rubber, butyl rubber, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, and fluororubber.
- sealing materials that are highly resistant to organic acids include butyl rubber, silicone rubber, and fluororubber.
- sealing materials that are highly resistant to inorganic acids include natural rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, ethylene propylene rubber, butyl rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, acrylic rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, and fluororubber.
- sealing materials with high alkali resistance examples include natural rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, chlorosulfonated polyethylene rubber, ethylene propylene rubber, butyl rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, and fluororubber.
- sealing materials that are highly resistant to fluorine-based gas refrigerants (and compressor oil) include ethylene propylene rubber, butyl rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, and fluororubber.
- sealing materials that are highly resistant to natural refrigerants (and compressor oil) include natural rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, ethylene propylene rubber, chloroprene rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, acrylic rubber, and fluororubber.
- sealing materials that are highly resistant to hydrogen include ethylene propylene rubber, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, and fluororubber.
- the resistance of a sealing material to the fluid being used can be determined by its Hansen solubility parameter (HSP value).
- HSP value Hansen solubility parameter
- HSP value Hansen solubility parameter
- the retainer 31 and the inner seal portion 32 can be joined by thermal welding. In this case, no adhesive is required to join the retainer 31 and the inner seal portion 32.
- HNBR hydrogenated nitrile rubber
- the sealing material used for the inner seal portion 32 has a hardness within a specified range. If the hardness of the sealing material is low, the sealing performance will decrease. On the other hand, if the hardness of the sealing material is high, the reaction force when fastening will increase, and the fastening force required for sealing will increase. For this reason, it is desirable that the sealing material used for the inner seal portion 32 have a Shore A hardness within the range of 60 to 90 degrees in order to achieve both sealing performance and low reaction force.
- a low Shore A hardness of the sealing material reduces elasticity, resulting in reduced sealing performance and durability, so it is desirable for the Shore A hardness to be 60 degrees or higher.
- the lower limit of the Shore A hardness of the sealing material can be determined from the relationship between the refrigerant pressure (fluid pressure) and the maximum thickness portion 32c of the inner seal portion 32.
- the seal washer 3 of this embodiment exhibits the same sealing action as an O-ring when the compression ratio is low. Therefore, the lower limit of the Shore A hardness of the sealing material used for the inner seal portion 32 can be determined based on the relative magnitude of the O-ring surface pressure (sealing pressure) and the fluid pressure.
- reaction force F of an O-ring when the compression rate is low can be calculated using the following formula (1).
- Formula (1) is described in “Latest Sealing Technology: Understanding Sealing and Leakage and Troubleshooting (Authors: Niuchi Akio/Sawa Toshiyuki, Publisher: Techno System Co., Ltd., Publication Year: 2010).”
- F [kgf] 4.8 x 10 -7 d 1.2 ( ⁇ /d) 1.3 H 4.5 L... (1)
- d is the thickness of the O-ring [10 ⁇ 1 mm]
- ⁇ is the compression allowance of the O-ring [mm]
- H is the Shore A hardness
- L is the circumferential length of the center diameter of the thick part of the O-ring [10 ⁇ 1 mm].
- the O-ring contact width that results in the recommended compression rate of 8% for an O-ring is 2 ⁇ (r 2 - (92/100 ⁇ r) 2 ) 1/2 ⁇ 0.784 ⁇ r according to Pythagorean theorem, where r [mm] is the radius of the O-ring thickness.
- the seal surface pressure P is the average surface pressure across the contact width of an O-ring with a compression rate of 8%, and is calculated by dividing the reaction force F by 0.784r and then converting kgf to N using the following formula (2).
- Seal surface pressure P 6.25 ⁇ 10 ⁇ 8 d 1.2 ( ⁇ /d) 1.3 H 4.5 /r (2) If the seal surface pressure P calculated by formula (2) exceeds the fluid pressure, it can be considered that the lower limit of the Shore A hardness required for sealing is met. Note that if the Shore A hardness is less than 75 degrees, the gasket coefficient m value is 0.5 (JIS B 2206), and the fluid pressure is added to the seal surface pressure P, so the seal surface pressure P can be calculated by doubling formula (2). In other words, if formula (2) ⁇ 2 > fluid pressure, it can be considered that the lower limit of the Shore A hardness required for sealing is met.
- the desirable Shore A hardness of the sealing material is preferably 60 degrees or more from the perspective of rubber elasticity, or, in terms of its relationship with fluid pressure, a Shore A hardness of at least a magnitude that satisfies the formula (2) x 2 > fluid pressure.
- the sealing material used for the inner seal portion 32 have a Shore A hardness of less than 90 degrees in order to achieve both sealing properties and low reaction force.
- a Shore A hardness of less than 75 degrees reduces the seal surface pressure against the internal fluid pressure. For this reason, it is more desirable to have a Shore A hardness of less than 75 degrees. In other words, in terms of the balance between sealing performance and the required fastening force, it is more desirable to have a Shore A hardness of less than 75 degrees for the sealing material.
- the seal material since rubber has a hardness tolerance of approximately ⁇ 5 degrees due to manufacturing variations, it is most desirable for the seal material to have a Shore A hardness of 65 degrees or greater but less than 75 degrees. In this embodiment, HNBR with a Shore A hardness of 70 degrees is used for the inner seal portion 32.
- the inner seal portion 32 in its free state has a thick portion 32a and a connecting portion 32b.
- the thick portion 32a is the main portion of the inner seal portion 32 and is thicker than the retainer 31.
- the thick portion 32a is the portion that abuts against the male seal surface 15 and the female seal surface 25 to provide a sealing function.
- the thick portion 32a has a circular circumferential cross section perpendicular to the circumferential direction.
- connection portion 32b connects the thick portion 32a to the retainer 31.
- the connection portion 32b is a straight portion with a linear circumferential cross section and has a thickness similar to that of the retainer 31. In principle, the connection portion 32b does not come into contact with the male seal surface 15 or the female seal surface 25 and does not perform a sealing function.
- the thick portion 32a is positioned radially inward from the retainer 31 by the radial length of the connecting portion 32b. Therefore, when the thick portion 32a is deformed by compression between the male member 1 and the female member 2, the inner seal portion 32 is prevented from deforming to a position where it overlaps with the retainer 31 and becoming caught in it.
- the inner seal portion 32 has a circular circumferential cross section in the free state, so the maximum thickness portion 32c corresponds to the center of the circle, and the center of gravity 32d is also the center of the circle. Therefore, in the free state, the maximum thickness portion 32c and center of gravity 32d of the inner seal portion 32 are located at the same position in the radial direction.
- the maximum thickness portion 32c of the inner seal portion 32 is the portion where the width in the thickness direction of the inner seal portion 32 in the free state is greatest.
- the seal washer 3 is attached to the outer periphery of the male fitting portion 14.
- the inner diameter of the inner seal portion 32 is smaller than the outer diameter of the male fitting portion 14. Therefore, when the seal washer 3 is attached to the outer periphery of the male fitting portion 14, the inner seal portion 32 is subjected to a radial compressive force.
- the outer periphery of the male fitting portion 14 serves as a retaining surface that holds the seal washer 3 and prevents it from falling off.
- Figures 6 to 8 show an enlarged view of the area surrounded by the circular dashed line in Figure 2, showing the portion where the seal washer 3 is sandwiched between the male member 1 and female member 2.
- Figure 6 shows the seal washer 3 sandwiched between the male member 1 and the female member 2, with the inner seal portion 32 compressed and deformed by the male member 1 and the female member 2.
- Figure 7 shows the seal washer 3 with a dashed line.
- Figure 8 shows the inner seal portion 32 in a free state, not compressed or deformed by the male member 1 and the female member 2.
- the up-down direction in the figures corresponds to the thickness direction of the seal washer 3.
- the left-right direction in the figures corresponds to the radial direction of the seal washer 3, with the left side in the figures being the radially outer side and the right side in the figures being the radially inner side.
- the thickness direction of the seal washer 3 is parallel to the central axis direction of the male fitting portion 14 and the female fitting portion 24.
- the seal washer 3 is sandwiched between the male member 1 and the female member 2, the refrigerant passes through the radially inner side of the seal washer 3.
- the surface of the male member 1 facing the female member 2 has a stepped shape, and a gap A with a predetermined distance is formed around the male mating portion 14 between the male seal surface 15 and the female seal surface 25.
- the seal washer 3 is placed in the gap A.
- the seal washer 3 is positioned at the base of the male mating portion 14 and is sandwiched between the male seal surface 15 and the female seal surface 25.
- the inner seal portion 32 adheres closely to the male seal surface 15 and the female seal surface 25, sealing the gap between the male seal surface 15 and the female seal surface 25 and isolating the refrigerant passages 13, 23 from the outside (atmospheric side).
- the male seal surface 15 is a plane perpendicular to the central axis of the male fitting portion 14.
- the female seal surface 25 includes a first female seal surface 25a and a second female seal surface 25b.
- the first female seal surface 25a is a plane perpendicular to the central axis of the female fitting portion 24. Therefore, when the male fitting portion 14 is inserted into the female fitting portion 24, the male seal surface 15 and the first female seal surface 25a are parallel to each other.
- the second female seal surface 25b is a tapered surface that is inclined relative to the male seal surface 15 and the first female seal surface 25a, and the male seal surface 15 and the first female seal surface 25a are non-parallel seal surfaces that are not parallel.
- the distance between the male seal surface 15 and the second female seal surface 25b is greater than the distance between the male seal surface 15 and the first female seal surface 25a.
- the second female seal surface 25b is located closer to the female mating portion 24 than the first female seal surface 25a.
- the second female seal surface 25b can be formed by chamfering the annular corner formed by the connection between the female seal surface 25 and the inner circumferential surface of the female mating portion 24.
- the second female seal surface 25b is formed at an angle of 15 to 30 degrees relative to the inner circumferential surface of the female mating portion 24.
- the first female seal surface 25a and the second female seal surface 25b are formed continuously.
- the distance between the second female seal surface 25b and the male seal surface 15 gradually increases as it approaches the male mating portion 14 and the female mating portion 24, and the distance between the second female seal surface 25b and the male seal surface 15 gradually increases toward the radial inside of the seal washer 3.
- the gap A includes a first gap A1 and a second gap A2.
- first gap A1 is indicated by dashed hatching slanting upward to the right
- second gap A2 is indicated by dashed hatching slanting upward to the left.
- the intersection of the first female seal surface 25a and the second female seal surface 25b forms the boundary between the first gap A1 and the second gap A2 in the radial direction.
- the first gap A1 is located farther from the male mating portion 14 and the female mating portion 24.
- the second gap A2 is located closer to the male mating portion 14 and the female mating portion 24.
- the first gap A1 is formed by arranging the male seal surface 15 and the first female seal surface 25a at a predetermined distance, and is the space sandwiched between the male seal surface 15 and the first female seal surface 25a.
- the second gap A2 is formed by arranging the male seal surface 15 and the second female seal surface 25b at a predetermined distance, and is the space sandwiched between the male seal surface 15 and the second female seal surface 25b. The closer the second gap A2 is to the male mating portion 14 and the female mating portion 24, the larger the distance between the male seal surface 15 and the second female seal surface 25b becomes.
- the male seal surface 15 and the first female seal surface 25a are parallel.
- the male seal surface 15 and the second female seal surface 25b are not parallel, and the second female seal surface 25b is inclined relative to the male seal surface 15.
- the second female seal surface 25b that constitutes the second gap A2 is a tapered surface that is inclined relative to the male seal surface 15 and first female seal surface 25a that constitute the first gap A1.
- the distance between the male seal surface 15 and the female seal surface 25 is wider than in the first gap A1.
- the distance between the male seal surface 15 and the second female seal surface 25b in the second gap A2 is larger than the distance between the male seal surface 15 and the first female seal surface 25a in the first gap A1.
- the first gap A1 can be considered a standard gap
- the second gap A2 can be considered an enlarged gap.
- a seal washer 3 is placed in the gap A between the male seal surface 15 and the female seal surface 25.
- a retainer 31 is placed in the first gap A. The thickness of the retainer 31 is smaller than the distance between the male seal surface 15 and the first female seal surface 25a.
- the inner seal portion 32 is positioned across the first gap portion A1 and the second gap portion A2. As shown in Figure 8, the thickness of the maximum thickness portion 32c of the inner seal portion 32 is greater than the distance between the male seal surface 15 and the first female seal surface 25a. Furthermore, the thickness of the maximum thickness portion 32c of the inner seal portion 32 is greater than the distance between the male seal surface 15 and at least a portion of the second female seal surface 25b.
- the maximum thickness portion 32c and the center of gravity 32d of the inner seal portion 32 are located in the same radial position, so both the maximum thickness portion 32c and the center of gravity 32d are located in the second gap portion A2. Furthermore, in a circumferential cross section of the inner seal portion 32, more than half of the cross-sectional area of the thick portion 32a is located in the second gap portion A2.
- the filling rate of the inner seal portion 32 in the gap A is set to be within a predetermined range.
- the filling rate is a numerical value expressed as a percentage, which represents the ratio of the volume of the inner seal portion 32 to the volume of the portion of the gap A where the inner seal portion 32 can deform.
- the portion of the gap A where the inner seal portion 32 can deform is the portion located radially inward of the seal washer 3 relative to the boundary between the retainer 31 and the inner seal portion 32 in the gap A.
- the portion of the gap A where the inner seal portion 32 can deform is the portion indicated by dashed hatching slanting upward to the right.
- the circumferential cross-sectional areas of the inner seal portion 32 and the gap A may be used instead of the volumes of the inner seal portion 32 and the gap A.
- the filling rate of the inner seal portion 32 improves the sealing performance of the inner seal portion 32, while decreasing the filling rate of the inner seal portion 32 reduces the tightening torque of the fastening bolt 5 that fastens the male member 1 and female member 2, thereby reducing the bolt axial force.
- the filling rate of the inner seal portion 32 in the gap portion A is set to be 70% or more and less than 100%.
- FIG. 9 shows the state in which the male and female members 1 and 2 are not pressing against the seal washer 3
- the bottom part of Figure 10 shows the state in which the male and female members 1 and 2 are pressing against the seal washer 3.
- the seal washer 3 is assembled to the base of the male mating portion 14 so that it contacts the male seal surface 15.
- the male seal surface 15 is the seating surface of the seal washer 3, and the female seal surface 25 is the opposing surface facing the seating surface. Because the inner seal portion 32 receives a compressive force from the outer peripheral surface of the male mating portion 14, the contact area of the inner seal portion 32 with the outer peripheral surface of the male mating portion 14 deforms toward the male seal surface 15 and the female seal surface 25.
- the male member 1 and female member 2 are tightened with the fastening bolt 5, causing the male member 1 and female member 2 to move closer to each other. This causes the male mating portion 14 to be inserted into the female mating portion 24.
- the inner seal portion 32 is deformed by pressure from the male seal surface 15 and female seal surface 25.
- the deformed inner seal portion 32 adheres closely to the outer peripheral surfaces of the male seal surface 15, female seal surface 25, and male mating portion 14. As a result, the inner seal portion 32 seals between the male seal surface 15 and female seal surface 25.
- the inner seal portion 32 receives compressive forces from the male seal surface 15, the female seal surface 25, and the outer peripheral surface of the male mating portion 14. As a result, surface pressure is generated at the contact point between the inner seal portion 32 and the male seal surface 15, the contact point between the inner seal portion 32 and the female seal surface 25, and the contact point between the inner seal portion 32 and the outer peripheral surface of the male mating portion 14.
- arrows indicate the force vectors acting on the inner seal portion 32 from the male seal surface 15, female seal surface 25, and male mating portion 14.
- the force vectors acting on the inner seal portion 32 from the male seal surface 15, female seal surface 25, and outer peripheral surface of the male mating portion 14 are all different.
- the inner seal portion 32 is pressed in the thickness direction by the male seal surface 15. As a result, the contact area of the inner seal portion 32 with the male seal surface 15 deforms toward the female seal surface 25 and the retainer 31.
- the inner seal portion 32 is pressed in the thickness direction by the first female seal surface 25a, and is pressed in a direction non-parallel to the thickness direction by the second female seal surface 25b. In other words, the force that the inner seal portion 32 receives from the female seal surface 25 is distributed in the thickness direction and in a direction different from the thickness direction.
- the contact area of the inner seal portion 32 with the female seal surface 25 comes into contact with the corner formed by the first female seal surface 25a and the second female seal surface 25b, deforming toward the retainer 31 and the rear of the second gap A2.
- the distance between the male seal surface 15 and the female seal surface 25 increases toward the radially inward direction of the inner seal portion 32.
- the inner seal portion 32 deforms more toward the rear of the second gap A2, allowing it to deform to enter the rear space of the second gap A2 with little reaction force.
- the refrigerant pressure in the refrigerant passages 13, 23 is higher than atmospheric pressure, so internal pressure acts on the seal washer 3 from the refrigerant passages 13, 23 side.
- the upper part of Figure 11 shows the state before internal pressure acts on the seal washer 3, and the lower part of Figure 11 shows the state after internal pressure acts on it.
- the direction of deformation of the inner seal portion 32 due to the application of internal pressure is diagonally upward to the left in Figure 11, and the inner seal portion 32 deforms in a direction that wraps around the corner formed by the first female seal surface 25a and the second female seal surface 25b.
- the retainer 31 When the inner seal portion 32 is deformed by the application of internal pressure, the retainer 31 tends to move closer to either the male seal surface 15 or the female seal surface 25. In the example shown in the lower part of Figure 11, the retainer 31 is shown biased toward the female seal surface 25.
- the lower part of Figure 11 shows an example in which the application of internal pressure causes the inner seal portion 32 to deform and get into the gap between the upper seal surface 15 and the retainer 31, but the application of internal pressure may also cause the inner seal portion 32 to deform and get into the gap between the upper seal surface 15 and the retainer 31. In this case, the retainer 31 will be biased toward the male seal surface 15.
- the inner seal portion 32 When internal pressure is applied to the inner seal portion 32, it deforms and is pressed against the outer peripheral surfaces of the male seal surface 15, female seal surface 25, and male mating portion 14. The inner seal portion 32 deforms in the direction approaching the male seal surface 15, and is pressed strongly against the male seal surface 15, which tends to increase the surface pressure between the inner seal portion 32 and the male seal surface 15.
- the contact area between the inner seal portion 32 and the female seal surface 25 is smaller than the contact area between the inner seal portion 32 and the male seal surface 15, and stress is more likely to concentrate when pressed against the corners. This increases the effect of increasing the surface pressure between the inner seal portion 32 and the female seal surface 25.
- Figure 12 shows the results of measuring the reaction force during assembly of the seal washer 3 of this first embodiment.
- the seal washer described in JP 2018-48653 A is used as a comparative example.
- the thickest part of the inner seal portion 32 is located in the first gap A1, where the male seal surface 15 and female seal surface 25 are arranged parallel to each other with a predetermined gap between them.
- the inner seal portion 32 does not have a connection portion 32b, and the retainer 31 and inner seal portion 32 partially overlap when viewed in the thickness direction.
- Figure 12 shows the results of measuring the reaction force with a load cell when a rubber material equivalent to JIS B2401 HNBR-70 is used for the inner seal portion 32 in both the first embodiment and the comparative example, and the filling rates are 70%, 80%, and 90%.
- the reaction force on the vertical axis in Figure 12 is expressed as a percentage, with the reaction force of the comparative example with a filling rate of 90% being set at 1.
- the first embodiment is able to significantly reduce the reaction force compared to the comparative example.
- the higher the filling rate the greater the effect of the first embodiment in reducing the reaction force.
- Figure 13 shows the results of a high-temperature storage test (leak test) conducted on the seal washers of the first embodiment and the comparative example.
- the comparative example used a seal washer described in JP 2018-48653 A.
- samples were prepared of fastened bodies using M6 bolts with a strength classification of 8.8 and fastened with a tightening torque of 8 N ⁇ m, with filling rates of 70% and 90%.
- a high-temperature storage test at 150°C was conducted on three fasteners of the first embodiment and the comparative example, and the test was continued every 24 hours until a leak occurred in one sample using a water immersion inspection device.
- a pressure of 3.53 MPa was applied to the water immersion inspection device.
- At least the maximum thickness portion 32c and center of gravity 32d of the inner seal portion 32 of the seal washer 3, whichever is located radially inward, are positioned in the second gap A2.
- the inner seal portion 32 enters the second gap A2 when the first member 1 and second member 2 are fastened together, reducing the amount of deformation and allowing it to deform with low reaction force.
- This makes it possible to reduce the tightening torque when fastening the male member 1 and female member 2 with the fastening bolt 5, ensuring sufficient sealing performance with a small axial force.
- the retainer 31 and the inner seal portion 32 do not overlap when viewed in the thickness direction.
- the retainer 31 is not sandwiched between the inner seal portion 32, which reduces the tightening torque when fastening the male member 1 and female member 2 with the fastening bolt 5.
- the seal washer 3 of this embodiment has a small contact area between the inner seal portion 32 and the female seal surface 25, and is prone to being pressed against the corners, resulting in stress concentration. This means that the surface pressure between the inner seal portion 32 and the female seal surface 25 tends to increase when internal pressure is applied. This effectively increases the surface pressure between the inner seal portion 32 and the female seal surface 25, against which it is difficult to press when internal pressure is applied, thereby improving sealing performance.
- the tightening torque of the fastening bolt 5 can be reduced, so the male member 1 and female member 2 can be reliably fastened together even in a configuration in which one-sided fastening is performed using the fastening bolt 5. This makes it less likely that the fastening will be at an angle, and it is possible to prevent insufficient sealing and damage to the fastening bolt 5. Furthermore, it is possible to prevent a decrease in sealing performance due to deterioration of the inner seal portion 32 and the intrusion of impurities into the gap between the male member 1 and female member 2.
- the distance from the central axis of the fastening bolt 5 to the thick portion 32a of the inner seal portion 32 is reduced.
- elongation of the fastening bolt 5 and warping of the male member 1 when internal pressure is applied to the inner seal portion 32 are reduced, thereby extending the life of the seal washer 3.
- the internal stress of the inner seal portion 32 can be reduced, and distortion occurring in the inner seal portion 32 can be reduced.
- the seal washer 3 can have a longer lifespan.
- reducing the tightening torque makes it possible to reduce the size of the fastening bolt 5. This reduces the size of the pipe fitting 100, improving its mountability on a vehicle. Furthermore, reducing the size of the fastening bolt 5 also makes it possible to reduce costs.
- the inner seal portion 32 deforms to penetrate into the depths of the second gap A2
- the contact area between the inner seal portion 32 and the female seal surface 25 can be increased, and the contact area between the inner seal portion 32 and the outer peripheral surface of the male mating portion 14 can be increased.
- the gas permeation distance can be increased. This makes it possible to suppress surface leakage from the contact surfaces between the inner seal portion 32 and the male seal surface 15 and female seal surface 25, as well as permeation leakage within the inner seal portion 32, thereby improving the sealing performance of the inner seal portion 32.
- the circumferential cross section of the inner seal portion 32 is circular.
- Such an inner seal portion 32 with a circular cross section is easy to manufacture and can reduce dimensional variation.
- the seal washer 3 having an inner seal portion 32 with a circular cross section has a symmetrical shape in the thickness direction, assembly errors can be eliminated when assembling the seal washer 3 to the outer periphery of the male mating portion 14.
- the inner seal portion 32 with a circular cross section has uniform and minimal stress distribution during deformation. As a result, it is easier for deformation to occur deep into the second gap portion A2, and the gas permeation distance can be increased.
- the seal washer 3 of this second embodiment has an outer seal portion 33.
- the outer seal portion 33 is located radially outward of the inner seal portion 32.
- the outer seal portion 33 is positioned closer to the outside than the inner seal portion 32.
- the outer seal portion 33 functions as a waterproofing portion that prevents foreign matter such as water from entering the refrigerant passages 13 and 23 from the outside.
- the refrigerant pressure in the refrigerant passages 13, 23 is higher than the external atmospheric pressure, a lower pressure acts on the outer seal portion 33 than on the inner seal portion 32.
- the outer seal portion 33 can have lower sealing properties than the inner seal portion 32.
- the inner seal portion 32 can be positioned as the main seal portion, and the outer seal portion 33 as the sub-seal portion.
- the outer seal portions 33 are in contact with the plate surface of the retainer 31 and are provided on both sides of the plate surface of the retainer 31.
- the outer seal portions 33 are shaped symmetrically across the retainer 31.
- the outer seal portions 33 are provided so as to overlap the retainer 31 when viewed in the thickness direction.
- the inner seal portion 32 and the outer seal portion 33 are integrated and made of the same material. As shown in Figure 15, the maximum thickness portion 33a of the outer seal portion 33 in a free state is thinner than the maximum thickness portion 32c of the inner seal portion 32. The circumferential cross-sectional area of the outer seal portion 33 is smaller than the circumferential cross-sectional area of the inner seal portion 32.
- the circumferential cross section of the outer seal portion 33 in a free state is a triangle with a base that contacts the plate surface of the retainer 31. More specifically, the circumferential cross section of the outer seal portion 33 is a right triangle with a base that contacts the plate surface of the retainer 31, a side that is perpendicular to the plate surface of the retainer 31, and a hypotenuse that is inclined relative to the plate surface of the retainer 31. In the circumferential cross section of the outer seal portion 33 around the retainer 31, the side that is perpendicular to the plate surface of the retainer 31 is located radially outward.
- the circumferential cross section of the outer seal portion 33 forms an acute angle that protrudes from the plate surface of the retainer 31.
- the acute angle that protrudes from the plate surface of the retainer 31 is formed by two sides that connect to the base that contacts the plate surface of the retainer 31.
- the outer seal portion 33 in the free state, has an acute angle where the tip portion in the thickness direction of the maximum thickness portion 33a protrudes from the plate surface of the retainer 31.
- the tip portion of the acute angle that protrudes from the plate surface of the retainer 31 may be chamfered.
- the outer seal portion 33 is positioned in the first gap A1 formed by the male seal surface 15 and the first female seal surface 25a.
- the maximum thickness portion 33a of the outer seal portion 33 in its free state is greater than the distance between the male seal surface 15 and the first female seal surface 25a. As a result, the outer seal portion 33 receives a compressive force from the male seal surface 15 and the first female seal surface 25a.
- the filling rate of the outer seal portion 33 in the gap A is set to be within a predetermined range.
- the filling rate is a numerical value expressed as a percentage, which is the ratio of the volume of the outer seal portion 33 to the volume of the portion of the gap A where the outer seal portion 33 can deform.
- the portion of the gap A where the outer seal portion 33 can deform is the portion where the retainer 31 and the outer seal portion 33 overlap when viewed in the thickness direction of the gap A.
- the portion of gap A where the outer seal portion 33 can deform is indicated by dashed hatching slanting upward to the left.
- the circumferential cross-sectional areas of the outer seal portion 33 and gap A may be used instead of the volumes of the outer seal portion 33 and gap A.
- the filling rate of the outer seal portion 33 improves the sealing performance of the outer seal portion 33, while decreasing the filling rate of the outer seal portion 33 reduces the tightening torque between the male member 1 and female member 2.
- the filling rate of the outer seal portion 33 in the gap portion A is set to be greater than or equal to 70% and less than 100%.
- Figure 18 will be used to explain the case where the seal washer 3 of this second embodiment is pressed by the male member 1 and female member 2.
- the upper part of Figure 18 shows the state where the male member 1 and female member 2 are not pressing the seal washer 3, and the lower part of Figure 18 shows the state where the male member 1 and female member 2 are pressing the seal washer 3.
- the inner seal portion 32 and outer seal portion 33 are deformed by the pressure from the male seal surface 15 and female seal surface 25.
- the deformed inner seal portion 32 and outer seal portion 33 come into close contact with the male seal surface 15 and female seal surface 25.
- the space between the male seal surface 15 and female seal surface 25 is sealed by the inner seal portion 32 and outer seal portion 33.
- the seal washer 3 of this second embodiment has outer seal portions 33 on both sides of the retainer 31.
- the outer seal portions 33 are in close contact with the male seal surface 15 and the female seal surface 25, restricting movement of the retainer 31. Therefore, as shown in the lower part of Figure 19, even when internal pressure is applied to the inner seal portion 32, the retainer 31 is prevented from shifting toward either the male seal surface 15 or the female seal surface 25. This stabilizes the position of the retainer 31 in the gap A, making it easier for the inner seal portion 32 to deform in the direction toward the male seal surface 15 and the female seal surface 25. As a result, the surface pressure between the inner seal portion 32 and the female seal surface 25 can be effectively increased, improving sealing performance.
- the female side seal surfaces 25 are sealed by the outer seal portion 33 in addition to the inner seal portion 32.
- the outer seal portion 33 is located radially outward of the inner seal portion 32, preventing foreign matter from entering the internal refrigerant passages 13, 23 from the outside.
- the outer seal portion 33 has an acute angle at the tip of the maximum thickness portion 33a, so the outer seal portion 33 is easily deformed when pressed against the male seal surface 15 and the female seal surface 25. This reduces the tightening torque of the fastening bolt 5 required to press the outer seal portion 33.
- the maximum thickness portion 33a of the outer seal portion 33 is thinner than the maximum thickness portion 32c of the inner seal portion 32. This also reduces the tightening torque of the fastening bolt 5 required to press the outer seal portion 33.
- the outer seal portion 33 has a symmetrical shape in the thickness direction. This eliminates assembly errors when assembling the seal washer 3 to the outer periphery of the male mating portion 14.
- the pipe fitting 100 of this third embodiment is provided with an O-ring 4.
- the O-ring 4 is interposed between the male fitting portion 14 and the female fitting portion 24.
- a groove 14a into which the O-ring 4 is inserted is formed on the outer peripheral side of the male fitting portion 14.
- the groove 14a is formed between the tip and base of the male fitting portion 14.
- the O-ring 4 is an elastic member and can be made of any of the sealing materials used for the inner seal portion 32 of the seal washer 3 exemplified in the first embodiment above.
- the O-ring 4 may be made of the same sealing material as the inner seal portion 32 and outer seal portion 33 of the seal washer 3, or a different sealing material may be used.
- HNBR hydrogenated nitrile rubber
- EPDM ethylene propylene rubber
- the radial dimension of the O-ring 4 is larger than the depth dimension of the groove 14a.
- the difference between the radial dimension of the O-ring 4 and the depth dimension of the groove 14a is the compression allowance of the O-ring 4.
- the radial direction of the O-ring 4 is the left-right direction in Figure 20.
- the O-ring 4 is compressed by the outer peripheral surface of the male fitting portion 14 and the inner peripheral surface of the female fitting portion 24.
- the O-ring 4 adheres closely to the outer peripheral surface of the male fitting portion 14 and the inner peripheral surface of the female fitting portion 24, sealing the space between the male fitting portion 14 and the female fitting portion 24 and insulating the refrigerant passages 13, 23 from the outside (atmospheric side).
- the O-ring 4 is positioned closer to the refrigerant passages 13 and 23 than the seal washer 3. Therefore, the internal pressure acting on the O-ring 4 is higher than the internal pressure acting on the seal washer 3.
- the internal pressure acting on the seal washer 3 due to the refrigerant that has permeated the O-ring 4 is an intermediate pressure that is lower than the refrigerant pressure in the refrigerant passages 13 and 23 but higher than the external atmospheric pressure.
- the EPDM used for the O-ring 4 has a higher refrigerant permeability than the HNBR used for the inner seal portion 32 of the seal washer 3, so the intermediate pressure acting on the inner seal portion 32 is relatively high.
- the pipe fitting 100 of this third embodiment fastens the male member 1 and female member 2 with the seal washer 3 attached to the base of the male mating portion 14 and the O-ring 4 attached to the groove 14a of the male mating portion 14.
- the second female seal surface 25b functions as a guide surface that abuts against the O-ring 4 when the male fitting portion 14 with the O-ring 4 attached is inserted into the female fitting portion 24, allowing the male fitting portion 14 to be smoothly inserted into the female fitting portion 24. This prevents the O-ring 4 from being damaged when the male fitting portion 14 is inserted into the female fitting portion 24.
- Figure 22 shows the measurement results of the low-temperature sealing property and refrigerant gas permeability of the pipe fitting 100 of this third embodiment.
- comparative examples 1 and 2 are pipe fittings equipped with an O-ring 4 but no seal washer 3.
- EPDM is used as the O-ring 4
- HMBR is used as the O-ring 4.
- the third embodiment and comparative example 2 did not experience any leakage and maintained negative pressure.
- comparative example 1 experienced leakage and the pressure rose to atmospheric pressure after the test.
- the third embodiment and comparative example 2 use EPDM for the O-ring 4, while comparative example 1 uses HNBR for the O-ring 4.
- EPDM which has excellent cold resistance, as a sealing material can improve low-temperature sealing performance.
- the refrigerant gas permeation rate is expressed as an index, with the refrigerant gas permeation rate per unit time for Comparative Example 1 set to 1.
- the refrigerant gas permeation rate for each sample was 0.11 for the third embodiment, 1 for Comparative Example 1, and 0.30 for Comparative Example 2.
- Comparative Example 2 which uses an O-ring 4 made of HNBR, which has excellent gas permeability resistance, is able to reduce the refrigerant gas permeation rate more than Comparative Example 1, which uses an O-ring 4 made of EPDM.
- the third embodiment which combines an EPDM O-ring 4 with an HNBR seal washer 3, is able to significantly reduce the refrigerant gas permeation rate.
- the O-ring 4 is provided closer to the refrigerant passages 13, 23 than the seal washer 3.
- the space between the male member 1 and the female member 2 is sealed not only by the seal washer 3 but also by the O-ring 4, ensuring a more reliable seal between the male member 1 and the female member 2.
- the O-ring 4 abuts against the second female seal surface 25b, allowing the male fitting portion 14, which has the O-ring 4 on its outer surface, to be smoothly inserted into the female fitting portion 24. This prevents the O-ring 4 from being damaged when the male fitting portion 14 is inserted into the female fitting portion 24.
- the tapered surface provided at the entrance of the female mating portion 24 can be used as the second female seal surface 25b.
- the tapered surface provided for the O-ring 4 it is possible to reduce the reaction force of the inner seal portion 32 formed by the male member 1 and female member 2 when the inner seal portion 32 is compressed.
- a tapered surface that increases the gap between the male seal surface 15 and the female seal surface 25 is provided on the female seal surface 25, but the tapered surface may be provided on at least one of the male seal surface 15 or the female seal surface 25. In other words, the tapered surface may be provided only on the male seal surface 15, or on both the male seal surface 15 and the female seal surface 25.
- the second female seal surface 25b constituting the second gap portion A2 is a tapered surface inclined relative to the male seal surface 15, but the second female seal surface 25b may have a configuration other than a tapered surface. It is sufficient that the distance between the second female seal surface 25b and the male seal surface 15 is larger than that of the first female seal surface 25a, and for example, the second female seal surface 25b may be stepped.
- FIGS. 23 to 27 show specific examples of inner seal portions 32 in which the cross-sectional shape of the thick portion 32a varies.
- Examples of cross-sectional shapes of the thick portion 32a include a rectangle as shown in Figure 23, a diamond as shown in Figure 24, an ellipse as shown in Figure 25, a combination of two ellipses as shown in Figure 26, and a combination of two rectangles as shown in Figure 27.
- the circumferential cross section of the outer seal portion 33 was a right-angled triangle, but it may also be a triangle other than a right-angled triangle.
- At least one of the two sides forming an acute angle protruding from the plate surface of the retainer 31 may be curved inward and concave.
- Figure 28 shows an example in which the oblique side is concave
- Figure 29 shows an example in which the side perpendicular to the plate surface of the retainer 31 is concave
- Figure 30 shows an example in which both the oblique side and the side perpendicular to the plate surface of the retainer 31 are concave.
- seal structure of the present disclosure was used in a pipe fitting 100 in which a male member 1 and a female member 2 are fastened together with a fastening bolt 5, but the seal structure of the present disclosure can also be applied to different configurations.
- the seal structure of the present disclosure can be used in the screw-type mounting structure shown in Figure 31.
- the screw-type mounting structure shown in Figure 31 does not have a fastening bolt 5, and the male member 1 and female member 2 are provided with a fastening structure. Note that the internal structure of the male member 1 is not shown in Figure 31.
- the female member 2 can be, for example, the wall of a pipe having a fluid flow path 28 inside.
- Figure 31 shows a portion of the pipe that makes up the female member 2.
- the male member 1 can be, for example, a pressure sensor that detects the pressure in the fluid flow path 28.
- a male thread is formed on the outer peripheral surface of the male fitting portion 14, and a female thread is formed on the inner peripheral surface of the female fitting portion 24.
- the male member 1 and female member 2 can be fastened together by rotating and screwing the male fitting portion 14 into the female fitting portion 24.
- a first member (1) having a male seal surface (15) and a male fitting portion (14) formed on the male seal surface so as to protrude from the male seal surface;
- a second member (2) having a female seal surface (25) facing the male seal surface and a female fitting portion (24) formed on the female seal surface so that the male fitting portion can be inserted;
- a seal washer (3) having an annular retainer (31) and an annular inner seal portion (32) provided on the inner circumferential side of the retainer, the seal washer (3) being sandwiched between the male seal surface and the female seal surface while being disposed on the outer circumferential side of the male fitting portion; Equipped with the first member and the second member are fastened together so as to approach each other and compress the inner seal portion at the male seal surface and the female seal surface, the inner seal portion tightly contacts and seals with the male seal surface and the female seal surface, Between the male-side seal surface and the female-side seal surface, a first gap (A1) is formed in which the male seal surface (15) and a male fitting portion (14) formed
- (Item 2) 2. The seal structure according to claim 1, wherein a compressive force acts on the inner seal portion in the second gap from at least one of the male seal surface and the female seal surface in a direction different from the thickness direction of the seal washer.
- a tapered surface (25b) inclined relative to the male seal surface and the female seal surface that constitute the first gap portion is formed on at least one of the male seal surface and the female seal surface that constitute the second gap portion, 3.
- the seal structure according to item 1 or 2 wherein the second gap portion has a gradually increasing distance between the male seal surface and the female seal surface toward the male fitting portion and the female fitting portion.
- (Item 4) 4. The seal structure according to item 3, wherein the tapered surface is formed on the female seal surface that constitutes the second gap portion.
- the connector has an O-ring (4) that seals between the outer periphery of the male fitting portion and the inner periphery of the female fitting portion, 5.
- the retainer includes an annular outer seal portion (33) provided radially outward of the inner seal portion and on both sides of the plate surface of the retainer, the outer seal portion is disposed in the first gap portion, and when the first member and the second member are fastened together, is in close contact with the male seal surface and the female seal surface to seal between the male seal surface and the female seal surface, 6.
Landscapes
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Abstract
オス側シール面(15)とオス側嵌合部(14)とを有する第1部材(1)と、メス側シール面(25)とメス側嵌合部(24)とを有する第2部材(2)と、オス側シール面とメス側シール面との間に挟持されるシールワッシャ(3)とを備える。オス側シール面とメス側シール面との間には、第1隙間部(A1)と第1隙間部よりも広い間隔が設けられた第2隙間部(A2)とが形成されている。シールワッシャの内側シール部(32)は、第1隙間部と第2隙間部にまたがって配置されている。内側シール部の周方向断面において、自由状態での最大厚み部(32c)および内側シール部の重心(32d)のうち、少なくとも径方向内側に位置する方が第2隙間部に位置しているシール。
Description
本出願は、2024年7月3日に出願された日本特許出願番号2024-107321号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
本開示は、シール構造体に関する。
特許文献1~3には、冷凍サイクルの冷媒配管の連結に用いる配管継手に、環状のリテーナと、環状のシール部を備えるシールワッシャを用いることが開示されている。この配管継手は、オス部材とメス部材の間にシールワッシャを介在させた状態でオス部材とメス部材をボルトで締結することで、オス部材とメス部材でシール部を圧縮してオス部材とメス部材の間をシールしている。
しかしながら、特許文献1~3の構成では、オス部材とメス部材を締結する際にシール部の反力が大きい。このため、オス部材とメス部材の締結に大きなボルト軸力が必要となり、ボルト軸力が不足するとシール性が悪化する。さらに特許文献1~3の構成は、締結ボルトによるオス部材とメス部材の締結をシールワッシャから離れた位置で行う片締め締結になっており、オス部材とメス部材が斜めになる斜め締結になりやすい。オス部材とメス部材が斜め締結になると、ボルトの破損や締結力不足に起因するシール不良が発生するおそれがある。
特許文献2、3では、低いボルト軸力でもシール性を確保できるように、シールワッシャのシール部とシールワッシャ装着部位との間に隙間を設け、シール部に流体内圧を作用させている。ところが、特許文献2、3の構成では、シール部に流体内圧が印加されると、ボルトの伸びやオス部材およびメス部材の反りにシール部が追従しきれず、シール寿命が短くなるおそれがある。
本開示は上記点に鑑み、オス部材とメス部材の間をシールワッシャによってシールするシール構造体において、オス部材とメス部材の締結に必要な力を低減しつつ、シール性を向上させることを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示の一態様では、第1部材と、第2部材と、シールワッシャとを備える。第1部材は、オス側シール面と、オス側シール面から突出するようにオス側シール面に形成されたオス側嵌合部とを有する。第2部材と、オス側シール面に対向するメス側シール面と、オス側嵌合部が挿入できるようにメス側シール面に形成されたメス側嵌合部とを有する。シールワッシャは、環状のリテーナと、リテーナの内周側に設けられた環状の内側シール部とを有し、オス側嵌合部の外周側に配置された状態でオス側シール面とメス側シール面との間に挟持される。
第1部材と第2部材は、互いに接近してオス側シール面とメス側シール面で内側シール部を圧縮するように締結されている。内側シール部は、オス側シール面とメス側シール面のそれぞれに密着してシールしている。オス側シール面とメス側シール面との間には、オス側シール面とメス側シール面が所定間隔を設けて平行に配置された第1隙間部と、第1隙間部よりもオス側嵌合部およびメス側嵌合部に近い側で所定間隔よりも広い間隔が設けられた第2隙間部とが形成されている。内側シール部は、第1隙間部と第2隙間部にまたがって配置されている。内側シール部の周方向断面において、内側シール部の自由状態での最大厚み部および内側シール部の重心のうち、少なくとも径方向内側に位置する方が第2隙間部に位置している。
これにより、第1部材と第2部材の締結時に、内側シール部は第2隙間部に入り込むことで変形量が小さくなり、低反力で変形することができる。この結果、第1部材と第2部材の締結力を低減することができ、小さい軸力で充分なシール性を確保することができる。
以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。
(第1実施形態)
以下、本開示の第1実施形態について図1~図11に基づいて説明する。本開示のシール構造体は、2つの部材を締結して2つの空間を隔てる機械的締結部に用いることができる。シール構造体は、2つの部材の間をシールして一方の空間と他方の空間の間で流体が移動することを制限する。シール構造体は、2つの空間の圧力差に基づく流体の移動、2つの空間での流体濃度差に基づく流体の移動、あるいは外部からの異物(例えば水)の侵入などを抑制する。シール構造体の対象となる使用流体は、気体、液体、気体と液体の混合流体である。
以下、本開示の第1実施形態について図1~図11に基づいて説明する。本開示のシール構造体は、2つの部材を締結して2つの空間を隔てる機械的締結部に用いることができる。シール構造体は、2つの部材の間をシールして一方の空間と他方の空間の間で流体が移動することを制限する。シール構造体は、2つの空間の圧力差に基づく流体の移動、2つの空間での流体濃度差に基づく流体の移動、あるいは外部からの異物(例えば水)の侵入などを抑制する。シール構造体の対象となる使用流体は、気体、液体、気体と液体の混合流体である。
例えば、シール構造体の使用流体として、水蒸気、空気、酸素、二酸化炭素、窒素、水素、希ガス類、アンモニア、炭化水素またはその混合物、フッ素系ガス類、フッ化水素等の気体や、これらの気体を液化させた液体、鉱物油、合成油、動植物油、アルコール類、フェノール類、エーテル類、有機・無機酸、またはこれらの液体の混合液体を用いることができる。
本第1実施形態では、本開示のシール構造体を冷凍サイクルの配管継手100に適用している。配管継手100は、冷凍サイクルの冷媒通路13、23と外部(大気)との間をシールする。
図示を省略しているが、冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を凝縮させる凝縮器、冷媒を蒸発させる蒸発器等を主要構成要素とする蒸気圧縮式冷凍サイクルである。
冷凍サイクルは、車両等の移動体の空調装置に用いることができる。本実施形態の配管継手100は、冷媒が流通する冷媒配管の連結に用いられる。配管継手100の使用流体である冷凍サイクルの冷媒としては、例えばHFO-1234yfといったフッ素系ガス冷媒や、CO2冷媒、プロパン冷媒等の自然冷媒を用いることができる。
冷凍サイクルは、車両等の移動体の空調装置に用いることができる。本実施形態の配管継手100は、冷媒が流通する冷媒配管の連結に用いられる。配管継手100の使用流体である冷凍サイクルの冷媒としては、例えばHFO-1234yfといったフッ素系ガス冷媒や、CO2冷媒、プロパン冷媒等の自然冷媒を用いることができる。
図1、図2に示すように、配管継手100は、オス部材1、メス部材2、シールワッシャ3、締結ボルト5を備えている。本実施形態では、オス部材1およびメス部材2としてアルミニウム合金を用いている。オス部材1は第1部材であり、メス部材2は第2部材である。
シールワッシャ3は、オス部材1とメス部材2の間をシールしている。締結ボルト5は、オス部材1とメス部材2を締結する締結部材である。本実施形態のオス部材1とメス部材2の結合はボルト締結によって行われる。締結ボルト5を締め付けることで、オス部材1とメス部材2とを互いに接近させ、オス部材1とメス部材2を締結することができる。
オス部材1には、オス側冷媒配管11が挿入されるオス側配管挿入部12が形成されている。オス側配管挿入部12にオス側冷媒配管11の端部が挿入された状態で、オス部材1とオス側冷媒配管11はろう付けまたは溶接によって材料的に接合されている。このため、オス部材1とオス側冷媒配管11は1つの部品として構成されている。なお、オス部材1とオス側冷媒配管11は、材料的に接合せず2つの部品をカシメ加工等によって機械的に接合してもよい。
メス部材2には、メス側冷媒配管21が挿入されるメス側配管挿入部22が形成されている。メス側配管挿入部22にメス側冷媒配管21の端部が挿入された状態で、メス部材2とメス側冷媒配管21はろう付けまたは溶接によって材料的に接合されている。このため、メス部材2とメス側冷媒配管21は1つの部品として構成されている。なお、メス部材2とメス側冷媒配管21は、材料的に接合せず2つの部品をカシメ加工等によって機械的に接合してもよい。
オス部材1の内部には、冷媒が流通可能な第1冷媒通路13が形成されている。第1冷媒通路13は、オス側冷媒配管11と接続されている。メス部材2の内部には、冷媒が流通可能な第2冷媒通路23が形成されている。第2冷媒通路23は、メス側冷媒配管21と接続されている。
オス部材1におけるメス部材2に対向する面には、メス部材2側に向かって突出する凸形状のオス側嵌合部14が形成されている。本実施形態のオス側嵌合部14は円筒状であり、内部に第1冷媒通路13が設けられている。
メス部材2におけるオス部材1に対向する面には、オス側嵌合部14が挿入可能なメス側嵌合部24が形成されている。メス側嵌合部24は、オス側嵌合部14の形状に対応した凹形状となっている。メス側嵌合部24の底部は、第2冷媒通路23に接続されている。
オス側嵌合部14の外周側には、シールワッシャ3が配置される。オス部材1におけるメス部材2に対向する面のうちオス側嵌合部14を囲む部分は、シールワッシャ3が当接するオス側シール面15となっている。メス部材2におけるオス部材1に対向する面のうちメス側嵌合部24を囲む部分は、シールワッシャ3が当接するメス側シール面25となっている。オス側シール面15とメス側シール面25は対向している。シールワッシャ3については、後で詳細に説明する。
オス側嵌合部14およびメス側嵌合部24は、原則として中心軸が一致している。オス側嵌合部14およびメス側嵌合部24の中心軸方向は、オス側嵌合部14の外周面およびメス側嵌合部24の内周面に平行になっている。オス側嵌合部14およびメス側嵌合部24の中心軸方向は、図2の上下方向である。なお、オス側嵌合部14およびメス側嵌合部24の中心軸は原則として一致しているが、締結ボルト5による締結を行った場合に中心軸がずれることがある。
オス部材1とメス部材2は、オス側嵌合部14およびメス側嵌合部24の中心軸方向と平行に移動し、オス側嵌合部14がメス側嵌合部24に挿入される。つまり、オス部材1とメス部材2が近接する方向は、オス側嵌合部14およびメス側嵌合部24の中心軸方向と平行になっている。
オス側嵌合部14がメス側嵌合部24に挿入された状態では、オス側冷媒配管11、第1冷媒通路13、第2冷媒通路23、メス側冷媒配管21は、中心軸が一致するように直列に並んで配置されている。オス側嵌合部14がメス側嵌合部24に挿入された状態では、オス側冷媒配管11、第1冷媒通路13、第2冷媒通路23、メス側冷媒配管21は、それぞれ連通している。
冷媒通路13、23と外部(大気側)の圧力差は任意に設定できる。本実施形態では、冷媒通路13、23の冷媒が大気圧よりも高圧になっているものとする。このため、シールワッシャ3には、冷媒圧力が作用する。本明細書では、冷媒圧力を内圧ともいう。
冷媒通路13、23と外部(大気側)は、オス部材1とメス部材2との間を介して連通可能になっている。オス部材1とメス部材2との間にはシールワッシャ3が介在しており、シールワッシャ3によってオス部材1とメス部材2との間がシールされている。
オス部材1には、締結ボルト5が挿入されるボルト挿通孔16が形成されている。メス部材2には、締結ボルト5が螺合されるメスねじ部26が、ボルト挿通孔16に対応する位置に形成されている。締結ボルト5、ボルト挿通孔16およびメスねじ部26の中心軸方向は、オス側嵌合部14およびメス側嵌合部24の中心軸方向と平行になっている。
オス部材1とメス部材2は、1個の締結ボルト5によって締結される。締結ボルト5を締め付けることで、オス部材1とメス部材2は締結ボルト5の中心軸方向に移動する。締結ボルト5の中心軸は、シールワッシャ3の中心軸から離れた位置にある。このため、締結ボルト5による締結は、オス側嵌合部14とメス側嵌合部24に挟持されたシールワッシャ3を一方向側のみから締め付ける片締め締結となっている。
次に、シールワッシャ3の構成について図3~図5を用いて説明する。図3~図5は、外力が作用していない自由状態のシールワッシャ3を示している。図4、図5では、図中の上下方向がシールワッシャ3の厚み方向であり、図中の左右方向がシールワッシャ3の径方向である。シールワッシャ3の厚み方向は、シールワッシャ3の中心軸方向ということができ、原則としてオス側嵌合部14およびメス側嵌合部24の中心軸方向と一致している。
図3~図5に示すように、シールワッシャ3は、環状のリテーナ31と環状の内側シール部32とを備えている。リテーナ31と内側シール部32は、厚み方向からみて重なり合っていない。
リテーナ31は、内側シール部32を拘束し保持する円環状の板部材である。リテーナ31は、中心軸に直交する板面を有している。リテーナ31は、内側シール部32よりも剛性が高い材料からなり、例えば金属または硬質樹脂を用いることができる。本実施形態では、リテーナ31としてアルミニウム合金を用いている。
内側シール部32は、リテーナ31の少なくとも内周側に設けられた環状の弾性部材である。内側シール部32の厚みはリテーナ31よりも厚くなっている。
内側シール部32の外周側とリテーナ31の内周側が接合されている。内側シール部32の外周側とリテーナ31は、機械的接着、化学的接着および溶着の少なくともいずれかによって接合されている。
内側シール部32は弾性部材であり、任意のシール材料を用いることができる。内側シール部32として用いるシール材料としては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ウレタンゴム、ヒドリンゴム、エピクロロヒドリンゴム、フッ素ゴム、パーフルオロエラストマー、テトラフルオロエチレン-プロピレン系フッ素ゴムなどのゴム材料や、ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系などの熱可塑性エラストマー材料を例示できる。
シール材料は、シールワッシャ3の使用環境に応じて、耐熱性、耐寒性、耐油性、耐ガス透過性、流体に対する材料の耐性などの観点から選択できる。
耐熱性は、水素化ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、エピクロロヒドリンゴム、フッ素ゴム、パーフルオロエラストマー、テトラフルオロエチレン-プロピレン系フッ素ゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、塩素化ポリエチレンゴムが優れている。
耐寒性は、天然ゴム、イソプレンゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム、パーフルオロエラストマー、テトラフルオロエチレン-プロピレン系フッ素ゴムが優れている。耐油性は、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、アクリルゴム、フロロシリコンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、パーフルオロエラストマー、テトラフルオロエチレン-プロピレン系フッ素ゴムが優れている。
耐ガス透過性は、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、ブチルゴム、ヒドリンゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、フッ素ゴム、パーフルオロエラストマー、テトラフルオロエチレン-プロピレン系フッ素ゴムが優れている。
また、使用流体に対する材料の耐性に基づいてシール材料を選択してもよい。エンジンオイルに対して耐性が高いシール材料としては、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴムを例示できる。ATF(オートマチック・トランスミッション・フルード)に対する耐性が高いシール材料としては、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴムを例示できる。ブレーキオイルに対する耐性が高いシール材料としては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴムを例示できる。燃料油に対する耐性が高いシール材料としては、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、ヒドリンゴム、フロロシリコンゴム、フッ素ゴムを例示できる。
冷却水(クーラント)、水、温水あるいは水蒸気に対する耐性が高いシール材料としては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、フッ素ゴムを例示できる。
有機酸に対する耐性が高いシール材料としては、ブチルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムを例示できる。無機酸に対する耐性が高いシール材料としては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、フッ素ゴムを例示できる。
アルカリに対する耐性が高いシール材料としては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴムを例示できる。
フッ素系ガス冷媒(およびコンプレッサオイル) に対する耐性が高いシール材料としては、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴムを例示できる。自然系冷媒(およびコンプレッサオイル) に対する耐性が高いシール材料としては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴムを例示できる。水素に対する耐性が高いシール材料としては、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴムを例示できる。
また、使用流体に対するシール材料の耐性は、ハンセン溶解度パラメータ(HSP値)によって決定することができる。例えば、流体としてHFO-1234yfを用い、シール材料として水素化ニトリルゴム(HNBR)とエチレンプロピレンゴム(EPDM)を用いた場合のHSP値を比較すると、HNBRの方がEPDMよりもハンセン溶解度パラメータ(HSP値)が離れており溶解しにくい。このため、HNBRの方がEPDMよりも体積変化やガス透過性が小さく、シール材料としての性能が優れると考えることができる。
また、リテーナ31として樹脂材料を用い、内側シール部32を構成するシール材料として熱可塑性エラストマー材料を用いた場合には、リテーナ31と内側シール部32を熱溶着により接合することができる。この場合、リテーナ31と内側シール部32の接合に接着剤が不要となる。
本実施形態では、内側シール部32として水素化ニトリルゴム(HNBR)を用いている。HNBRは、耐熱性、耐油性、耐ガス透過性に優れる弾性部材である。
また、内側シール部32として用いるシール材料は、所定範囲の硬さを有していることが望ましい。シール材料の硬さが低いとシール性が低下する。一方、シール材料の硬さが高いと締結時の反力が増大し、シールに必要な締結力が増大する。このため、内側シール部32として用いるシール材料は、シール性と低反力を両立させるためにショアA硬さが60度~90度の範囲内とすることが望ましい。
シール材料のショアA硬さが低いと弾性が低くなり、シール性や耐久性が低下するため、ショアA硬さが60度以上であることが望ましい。また、シール材料のショアA硬さの下限値は、冷媒圧力(流体圧力)および内側シール部32の最大厚み部32cとの関係から決定することができる。
本実施形態のシールワッシャ3は、圧縮率が低い場合はOリングと同じシール作用が発生する。このため、Oリングの面圧(シール圧)と流体圧力の大小関係に基づいて、内側シール部32に用いるシール材料のショアA硬さ下限値を決定できる。
圧縮率が低い場合のOリングの反力Fは、以下の数式(1)によって求めることができることが知られている。なお、数式(1)は、「最新シーリングテクノロジー : 密封・漏れの解明とトラブル対策(著者:似内昭夫/澤俊行、出版社:株式会社テクノシステム、出版年:2010年)」に記載されている。
F[kgf]=4.8×10―7d1.2(δ/d)1.3H4.5L・・・(1)
ただし、dはOリングの厚み[10―1mm]、δはOリングのつぶし代[mm]、HはショアA硬さ、LはOリングの厚み部中心径の円周長[10―1mm]である。
ただし、dはOリングの厚み[10―1mm]、δはOリングのつぶし代[mm]、HはショアA硬さ、LはOリングの厚み部中心径の円周長[10―1mm]である。
Oリングで推奨される圧縮率8%となるOリング接触幅は、Oリング厚みの半径をr[mm]とした場合、三平方の定理より、2×(r2-(92/100×r)2)1/2≒0.784×rとなる。
ここで、シール面圧Pは圧縮率8%のOリング接触幅の平均面圧、反力Fを0.784rで除算し、さらにkgfをNに換算した以下の数式(2)によって得られる。
シール面圧P=6.25×10―8d1.2(δ/d)1.3H4.5/r・・・(2)
数式(2)で算出したシール面圧Pが流体圧力を上回っていれば、シールに必要なショアA硬さの下限値を満たしていると考えることができる。なお、ショアA硬さが75度未満の場合はガスケット係数m値が0.5となり(JIS B 2206)、流体圧力がシール面圧Pに加算されるため、数式(2)を2倍してシール面圧Pを算出してもよい。つまり、数式(2)×2>流体圧力であれば、シールに必要なショアA硬さの下限値を満たしていると考えることができる。
数式(2)で算出したシール面圧Pが流体圧力を上回っていれば、シールに必要なショアA硬さの下限値を満たしていると考えることができる。なお、ショアA硬さが75度未満の場合はガスケット係数m値が0.5となり(JIS B 2206)、流体圧力がシール面圧Pに加算されるため、数式(2)を2倍してシール面圧Pを算出してもよい。つまり、数式(2)×2>流体圧力であれば、シールに必要なショアA硬さの下限値を満たしていると考えることができる。
このため、シール材料の望ましいショアA硬さは、ゴム弾性の観点から60度以上とすることが望ましく、あるいは流体圧力との関係から数式(2)×2>流体圧力を満たす大きさのショアA硬さ以上であることが望ましい。
また、シール材料のショアA硬さが高い場合には、オス部材1とメス部材2の締結時の反力が増大し、シールに必要な締結力が増大する。このため、内側シール部32として用いるシール材料は、シール性と低反力を両立させるために、ショアA硬さが90度未満とすることが望ましい。
さらにJIS B 8265付属書3記載のガスケット係数m値より、ショアA硬さが75度未満では流体内圧に対するシール面圧を低減できる。このため、ショアA硬さを75度未満することがより望ましい。つまり、シール性と必要な締結力とのバランスから、シール材料のショアA硬さを75度未満にすることがより望ましい。
また、ゴムは製造ばらつきで±5度程度の硬さ公差幅を持つため、シール材料のショアA硬さは65度以上75度未満とすることが最も望ましい。本実施形態では、内側シール部32としてショアA硬さ70度のHNBRを用いている。
図4、図5に示すように、自由状態の内側シール部32は、肉厚部32aと接続部32bを有している。
肉厚部32aは、内側シール部32の主要部であり、リテーナ31よりも厚みが大きくなっている。肉厚部32aは、オス側シール面15およびメス側シール面25と当接してシール機能を発揮する部位である。本実施形態の肉厚部32aは、周方向に直交する周方向断面が円形となっている。
接続部32bは、肉厚部32aとリテーナ31を接続している。接続部32bは、周方向断面が直線状のストレート部であり、リテーナ31と同程度の厚みを有している。接続部32bは、原則としてオス側シール面15およびメス側シール面25と当接せずシール機能を発揮しない部位である。
肉厚部32aは、接続部32bの径方向長さ分だけリテーナ31から径方向内側に離れて配置されている。このため、肉厚部32aがオス部材1とメス部材2による圧縮で変形した場合に、内側シール部32がリテーナ31に重なり合う位置まで変形して噛みこむことを抑制できる。
本実施形態の内側シール部32は自由状態の周方向断面が円形であることから、最大厚み部32cは円の中心に対応する部位になり、重心32dが円の中心になる。このため、自由状態の内側シール部32は、径方向における最大厚み部32cと重心32dの位置が同じになっている。なお、内側シール部32の最大厚み部32cは、自由状態における内側シール部32の厚み方向の幅が最も大きい部位である。
シールワッシャ3は、オス側嵌合部14の外周側に装着される。自由状態での内側シール部32の内径は、オス側嵌合部14の外径よりも小さくなっている。このため、オス側嵌合部14の外周側にシールワッシャ3を装着した際に、内側シール部32は径方向に圧縮力を受けるようになっている。オス側嵌合部14の外周面は、シールワッシャ3を保持して脱落を防止する保持面となっている。
次に、オス部材1とメス部材2にシールワッシャ3が挟まれている部分の構成について図6~図8を用いて説明する。図6~図8は、図2における円形の破線で囲んだ部分を拡大して示しており、シールワッシャ3がオス部材1とメス部材2に挟まれている部分を示している。
図6は、シールワッシャ3がオス部材1とメス部材2によって挟持されている状態を示しており、内側シール部32がオス部材1とメス部材2で圧縮されて変形している状態を示している。図7は、説明の便宜のためにシールワッシャ3を破線で示している。図8は、内側シール部32がオス部材1とメス部材2に圧縮されておらず変形していない自由状態となっている場合を示している。
図6~図8では、図中の上下方向がシールワッシャ3の厚み方向である。図6~図8では、図中の左右方向がシールワッシャ3の径方向であり、図中の左側が径方向外側であり、図中の右側が径方向内側である。
オス部材1とメス部材2にシールワッシャ3が挟まれた状態では、シールワッシャ3の厚み方向はオス側嵌合部14およびメス側嵌合部24の中心軸方向と平行になっている。オス部材1とメス部材2にシールワッシャ3が挟まれた状態では、シールワッシャ3の径方向内側を冷媒が通過する。
オス部材1におけるメス部材2に対向する面は段付き形状になっており、オス側嵌合部14の周囲では、オス側シール面15とメス側シール面25との間に所定間隔を有する隙間部Aが形成されている。シールワッシャ3は、隙間部Aに配置される。
シールワッシャ3は、オス側嵌合部14の根本部に配置され、オス側シール面15とメス側シール面25との間に挟持される。内側シール部32は、オス側シール面15とメス側シール面25に密着して、オス側シール面15とメス側シール面25の間をシールし、冷媒通路13、23と外部(大気側)との間を遮断する。
オス側シール面15は、オス側嵌合部14の中心軸に直交する平面である。メス側シール面25には、第1メス側シール面25aと第2メス側シール面25bが含まれている。第1メス側シール面25aは、メス側嵌合部24の中心軸に直交する平面である。このため、オス側嵌合部14がメス側嵌合部24に挿入された状態では、オス側シール面15と第1メス側シール面25aは互いに平行になっている。
第2メス側シール面25bは、オス側シール面15と第1メス側シール面25aに対して傾斜したテーパ面であり、オス側シール面15と第1メス側シール面25aとは平行ではない非平行シール面である。オス側シール面15と第2メス側シール面25bとの間隔は、オス側シール面15と第1メス側シール面25aとの間隔よりも大きくなっている。
第2メス側シール面25bは、第1メス側シール面25aよりもメス側嵌合部24に近い側に設けられている。第2メス側シール面25bは、メス側シール面25とメス側嵌合部24の内周面の接続部分で構成される環状の角部を面取りすることによって形成することができる。本実施形態では、第2メス側シール面25bをメス側嵌合部24の内周面に対して15~30°の角度で形成している。
第1メス側シール面25aと第2メス側シール面25bは連続して形成されている。第2メス側シール面25bは、オス側嵌合部14およびメス側嵌合部24に近づくほど、オス側シール面15との間隔が徐々に大きくなっており、シールワッシャ3の径方向内側に向かって、オス側シール面15との間隔が徐々に大きくなっている。
ここで、オス側シール面15とメス側シール面25との間に形成される隙間部Aと、シールワッシャ3との位置関係について説明する。
図7に示すように、隙間部Aには、第1隙間部A1と第2隙間部A2が含まれている。図7では、第1隙間部A1を右上がりの破線ハッチングで示し、第2隙間部A2を左上がりの破線ハッチングで示している。第1メス側シール面25aと第2メス側シール面25bとの交点が径方向における第1隙間部A1と第2隙間部A2の境界となっている。
第1隙間部A1は、オス側嵌合部14およびメス側嵌合部24から遠い側に位置している。第2隙間部A2は、オス側嵌合部14およびメス側嵌合部24に近い側に位置している。
第1隙間部A1は、オス側シール面15と第1メス側シール面25aが所定間隔を設けて配置されることで形成されており、オス側シール面15と第1メス側シール面25aで挟まれた空間である。第2隙間部A2は、オス側シール面15と第2メス側シール面25bが所定間隔を設けて配置されることで形成されており、オス側シール面15と第2メス側シール面25bで挟まれた空間である。第2隙間部A2は、オス側嵌合部14およびメス側嵌合部24に近づくほど、オス側シール面15と第2メス側シール面25bの間隔が大きくなっている。
第1隙間部A1では、オス側シール面15と第1メス側シール面25aが平行になっている。第2隙間部A2では、オス側シール面15と第2メス側シール面25bが平行になっておらず、第2メス側シール面25bはオス側シール面15に対して傾斜している。つまり、第2隙間部A2を構成する第2メス側シール面25bは、第1隙間部A1を構成するオス側シール面15および第1メス側シール面25aに対して傾斜したテーパ面となっている。
第2隙間部A2は、第1隙間部A1よりもオス側シール面15およびメス側シール面25の間隔が広くなっている。つまり、第1隙間部A1におけるオス側シール面15と第1メス側シール面25aの間隔よりも第2隙間部A2におけるオス側シール面15と第2メス側シール面25bの間隔の方が大きくなっている。第1隙間部A1は標準隙間部であり、第2隙間部A2は拡大隙間部ということができる。
オス側シール面15とメス側シール面25との間の隙間部Aに、シールワッシャ3が配置されている。リテーナ31は、第1隙間部Aに配置されている。リテーナ31の厚みは、オス側シール面15と第1メス側シール面25aとの間隔よりも小さくなっている。
内側シール部32は、第1隙間部A1と第2隙間部A2にまたがって配置されている。図8に示すように、内側シール部32の最大厚み部32cの厚みは、オス側シール面15と第1メス側シール面25aとの間隔よりも大きくなっている。さらに内側シール部32の最大厚み部32cの厚みは、オス側シール面15と第2メス側シール面25bの少なくとも一部との間隔よりも大きくなっている。
内側シール部32の周方向断面において、内側シール部32の最大厚み部32cと重心32dのうち、少なくとも内側シール部32の径方向内側に位置する方が第2隙間部A2に位置している。本実施形態では、内側シール部32の最大厚み部32cと重心32dの径方向の位置は同じであるので、最大厚み部32cと重心32dの両方が第2隙間部A2に位置している。また、内側シール部32の周方向断面において、肉厚部32aの断面積の半分以上が第2隙間部A2に位置している。
本実施形態では、隙間部Aにおける内側シール部32の充填率が所定範囲内となるようにしている。充填率は、隙間部Aにおける内側シール部32が変形可能な部分の体積に占める内側シール部32の体積の割合を百分率で表した数値である。隙間部Aにおける内側シール部32が変形可能な部分は、隙間部Aにおけるリテーナ31と内側シール部32との境界よりもシールワッシャ3の径方向内側に位置する部分である。図8において、隙間部Aにおける内側シール部32が変形可能な部分は、右上がり破線ハッチングで示す部分である。充填率の算出には、内側シール部32および隙間部Aの体積に代えて、内側シール部32および隙間部Aの周方向の断面積を用いてもよい。
内側シール部32の充填率を高くした場合は、内側シール部32のシール性を向上させることができ、内側シール部32の充填率を低くした場合は、オス部材1とメス部材2を締結する締結ボルト5の締め付けトルクを低減でき、ボルト軸力を小さくすることができる。一方、充填率が低すぎるとシール性が低下し、充填率が高すぎると、反力が増大して大きな締結力が必要となる。このため、本実施形態では、隙間部Aにおける内側シール部32の充填率を70%以上100%未満としている。
次に、締結ボルト5によってオス部材1とメス部材2を締結する際のオス部材1とメス部材2によるシールワッシャ3の押圧について図9、図10を用いて説明する。図10の上段はオス部材1とメス部材2がシールワッシャ3を押圧していない状態を示しており、図10の下段はオス部材1とメス部材2がシールワッシャ3を押圧している状態を示している。
図9に示すように、オス部材1とメス部材2の締結に先立ち、シールワッシャ3をオス側シール面15に接触するようにオス側嵌合部14の根本部に組み付ける。オス側シール面15は、シールワッシャ3の着座面であり、メス側シール面25は着座面に対向する対面である。内側シール部32はオス側嵌合部14の外周面から圧縮力を受けるので、内側シール部32におけるオス側嵌合部14の外周面との接触部位は、オス側シール面15側とメス側シール面25側に変形する。
続いて、締結ボルト5によってオス部材1とメス部材2を締め付けることで、オス部材1とメス部材2が互いに近接する方向に移動する。これにより、オス側嵌合部14がメス側嵌合部24に挿入される。
図10の上段に示すように、オス部材1とメス部材2が互いに近接する方向に移動することで、内側シール部32はオス側シール面15とメス側シール面25によって押圧され圧縮力を受ける。
図10の下段に示すように、オス側シール面15とメス側シール面25による押圧によって内側シール部32が変形する。変形した内側シール部32は、オス側シール面15、メス側シール面25およびオス側嵌合部14の外周面に密着する。これにより、オス側シール面15とメス側シール面25の間が内側シール部32によってシールされる。
内側シール部32は、最大厚み部32cが第2メス側シール面25bに対応する位置にあることから、締結ボルト5によってオス部材1とメス部材2を締結する際の締め付けトルクを小さくすることができる。以下、この点について説明する。
内側シール部32は、オス側シール面15、メス側シール面25、オス側嵌合部14の外周面から圧縮力を受ける。このため、内側シール部32とオス側シール面15との当接部、内側シール部32とメス側シール面25との当接部、内側シール部32とオス側嵌合部14の外周面との当接部のそれぞれに面圧が発生する。
図9の下段において、オス側シール面15、メス側シール面25およびオス側嵌合部14から内側シール部32に作用する力のベクトルを矢印で示している。オス側シール面15、メス側シール面25およびオス側嵌合部14の外周面から内側シール部32に作用する力のベクトルは、それぞれ異なっている。
内側シール部32は、オス側シール面15から厚み方向に押圧される。このため、内側シール部32におけるオス側シール面15との接触部位は、メス側シール面25側とリテーナ31側に変形する。
内側シール部32は、第1メス側シール面25aによって厚み方向に押圧され、第2メス側シール面25bによって厚み方向に非平行な方向に押圧される。つまり、内側シール部32がメス側シール面25から受ける力は、厚み方向と、厚み方向と異なる方向に分散される。
内側シール部32におけるメス側シール面25との接触部位は、第1メス側シール面25aと第2メス側シール面25bから形成される角部に接触し、リテーナ31側と第2隙間部A2の奥側に変形する。第2隙間部A2は、内側シール部32の径方向内側に向かってオス側シール面15とメス側シール面25の間隔が大きくなっている。このため、内側シール部32は、第2隙間部A2の奥側への変形が大きくなり、低反力で第2隙間部A2の奥側空間に入り込むように変形することができる。
また、本実施形態では、冷媒通路13、23の冷媒圧力が大気圧より高くなっているため、シールワッシャ3に冷媒通路13、23側から内圧が作用する。図11の上段はシールワッシャ3に内圧が作用する前の状態を示し、図11の下段は内圧が作用した後の状態を示している。
図11の上段において矢印で示すように、内側シール部32には冷媒通路13、23側から内圧が印加される。図11の下段は、内側シール部32が内圧印加によって図11の下段において矢印で示す方向に変形する例を示している。
内圧印加による内側シール部32の変形方向は、図11における左斜め上方向に向かう方向となっており、第1メス側シール面25aと第2メス側シール面25bで形成される角部を回り込む方向に内側シール部32が変形する。
内圧印加によって内側シール部32が変形すると、リテーナ31はオス側シール面15またはメス側シール面25のいずれかに近づきやすくなる。図11下段に示す例では、リテーナ31はメス側シール面25側に片寄った状態を示している。
図11の下段は、内圧印加によって内側シール部32が上側シール面15とリテーナ31の間に入り込むように変形する例を示したが、内圧印加によって内側シール部32が上側シール面15とリテーナ31の間に入り込むように変形する場合もある。この場合は、リテーナ31はオス側シール面15側に片寄った状態となる。
内側シール部32は内圧が印加されることで、オス側シール面15、メス側シール面25、オス側嵌合部14の外周面に押し付けられるように変形する。内側シール部32の変形方向はオス側シール面15に近づく方向であり、内側シール部32はオス側シール面15に強く押し付けられ、内側シール部32とオス側シール面15との面圧が大きくなりやすい。
一方、内側シール部32の変形方向はメス側シール面25に近づく方向ではないため、内側シール部32とメス側シール面25との面圧が大きくなりにくい。これに対し、本実施形態では、内側シール部32とオス側シール面15との接触面積よりも、内側シール部32とメス側シール面25との接触面積が小さく、かつ角部に押圧され応力集中しやすくなっている。このため、内側シール部32とメス側シール面25との面圧を上昇させる効果が高くなっている。
内側シール部32に内圧が印加されることで、内側シール部32とオス側シール面15との面圧、内側シール部32とメス側シール面25との面圧、内側シール部32とオス側嵌合部14の外周面との面圧がそれぞれ上昇する。内圧印加前に内側シール部32と各接触面との面圧が内圧より低い場合であっても、内圧印加によってそれぞれの面圧が上昇することで、内側シール部32と各接触面との面圧は内圧を上回ることになる。この結果、シール性を向上させることができる。
このため、締結ボルト5による締結力が小さく、オス部材1とメス部材2による内側シール部32に対する圧縮力が低い場合であっても、内側シール部32に内圧が作用することで、内側シール部32のシール性を向上させることができる。
図12は、本第1実施形態のシールワッシャ3の組付け時の反力を測定した結果を示している。図12では、特開2018-48653号公報に記載されたシールワッシャを比較例として用いている。比較例のシールワッシャは、内側シール部32の最大厚み部がオス側シール面15とメス側シール面25が所定間隔を設けて平行に配置された第1隙間部A1に位置している。また、比較例のシールワッシャは、内側シール部32に接続部32bが設けられておらず、厚み方向からみてリテーナ31と内側シール部32の一部が重なり合っている。
図12は、本第1実施形態、比較例ともに内側シール部32としてJIS B2401 HNBR-70相当のゴム材料を用い、充填率を70%、80%、90%にした場合の反力をロードセルで測定した結果を示している。図12縦軸の反力は、充填率90%の比較例の反力を1とした場合の割合で示している。
図12に示すように、充填率70%、80%、90%のいずれにおいても、本第1実施形態は比較例よりも大幅に反力を低減できている。特に充填率が高くなるほど、本第1実施形態は反力を低減する効果が高くなっている。
図13は、本第1実施形態と比較例のシールワッシャに対して高温放置試験(漏れ試験)を行った結果を示している。比較例は、図12と同様、特開2018-48653号公報に記載されたシールワッシャを用いた。第1実施形態および比較例ともに、強度区分8.8のM6ボルトを用いて締め付けトルク8N・mで締結して充填率70%、90%とした締結体をサンプルとして用意した。
第1実施形態および比較例の締結体を用いて150℃での高温放置試験をn=3で行い、24h毎に水没検査装置にて1サンプルで漏れが発生するまで高温放置試験を継続した。水没検査装置では、印加圧力を3.53MPaとした。
図13に示すように、比較例は、充填率70%では48h経過時に漏れが発生し、充填率90%では72h経過時に漏れが発生した。これに対し、本第1実施形態では、充填率70%で120h経過時に漏れが1回発生し、残りは120h経過時に漏れが発生せず、高温放置試験を打ち切った。本第1実施形態の構成によれば、高温放置試験でのシール性が大幅に向上している。
以上説明した本実施形態では、シールワッシャ3の内側シール部32の最大厚み部32cおよび重心32dのうち少なくとも径方向内側に位置する方を第2隙間部A2に配置している。これにより、内側シール部32は、第1部材1と第2部材2の締結時に第2隙間部A2に入り込むことで変形量が小さくなり、低反力で変形することができる。このため、締結ボルト5によるオス部材1とメス部材2を締結する際の締め付けトルクを低減することができ、小さい軸力で充分なシール性を確保することができる。
また、本実施形態のシールワッシャ3は、リテーナ31と内側シール部32が厚み方向からみて重なり合っていない。このため、オス部材1とメス部材2で内側シール部32を圧縮する際にリテーナ31が内側シール部32によって挟まれた状態にならないので、締結ボルト5によるオス部材1とメス部材2を締結する際の締め付けトルクを低減することができる。
また、本実施形態のシールワッシャ3は、内側シール部32とメス側シール面25との接触面積が小さく、かつ角部に押圧され応力集中しやすいことから、内圧印加時に内側シール部32とメス側シール面25との間の面圧が上昇しやすい。このため、内圧印加時に内側シール部32が押し付けられにくいメス側シール面25との間の面圧を効果的に上昇させることができ、シール性を向上させることができる。
また、本実施形態では、締結ボルト5の締め付けトルクを低減できることから、締結ボルト5による片締め締結を行う構成においても、オス部材1とメス部材2を確実に締結できる。このため、斜め締結になりにくく、シール不足や締結ボルト5の破損を抑制することができる。さらに、内側シール部32の劣化によるシール性の低下やオス部材1とメス部材2の隙間に不純物が侵入することを抑制できる。
また、本実施形態では、シールワッシャ3の内側シール部32の最大厚み部32cおよび重心32dのうち少なくとも径方向内側に位置する方を第2隙間部A2に配置することで、締結ボルト5の中心軸から内側シール部32の肉厚部32aまでの距離(つまりシール径)が小さくなる。このため、内側シール部32に内圧が印加された際にオス部材1とメス部材2に作用する内圧推力が小さくなる。この結果、内側シール部32に内圧が印加された際の締結ボルト5の伸びやオス部材1の反りが小さくなり、シールワッシャ3の寿命を長くすることができる。
また、内側シール部32を低圧縮率で使用することで、内側シール部32の内部応力を低減でき、内側シール部32に発生する歪を低減できる。このため、シールワッシャ3を長期的に使用した場合であっても、内側シール部32のへたり量が低下し、シールワッシャ3を長寿命化できる。
また、締め付けトルクの低減によって締結ボルト5を小型化することが可能になる。これにより、配管継手100の体格を低減して車両への搭載性を向上できる。さらに締結ボルト5の小型化によって、コスト低減も可能となる。
また、内側シール部32は第2隙間部A2の奥側に入り込むように変形するため、内側シール部32とメス側シール面25との接触面積を拡大させることができ、内側シール部32とオス側嵌合部14の外周面との接触面積を拡大させることができる。さらに、内側シール部32が第2隙間部A2の奥側に入り込むように変形することで、ガス透過距離を長くすることができる。これにより、内側シール部32と、オス側シール面15およびメス側シール面25との接触面からの接面漏洩、内側シール部32内部の透過漏洩を抑制でき、内側シール部32のシール性を向上させることができる。
また、本実施形態では、内側シール部32の周方向断面を円形にしている。このような断面円形の内側シール部32は、製造性に優れており、寸法バラツキを低減することができる。さらに、断面円形の内側シール部32を有するシールワッシャ3は厚み方向に対称な形状となるため、シールワッシャ3をオス側嵌合部14の外周に組み付ける際の組付けミスをなくすことができる。さらに、断面円形の内側シール部32は変形時の応力分布が均一かつ最小になる。このため、第2隙間部A2の奥側まで変形しやすくなり、ガス透過距離を長くすることができる。
(第2実施形態)
次に、本開示の第2実施形態について説明する。本第2実施形態では、上記第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
次に、本開示の第2実施形態について説明する。本第2実施形態では、上記第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図14~図18に示すように、本第2実施形態のシールワッシャ3は、外側シール部33を備えている。外側シール部33は、内側シール部32よりも径方向外側に設けられている。
外側シール部33は、内側シール部32よりも外部に近い側に配置される。外側シール部33は、外部から冷媒通路13、23側に水のような異物の侵入を抑制する止水部として機能する。
本第2実施形態では、冷媒通路13、23の冷媒圧力が外部の大気圧よりも高いため、外側シール部33は内側シール部32よりも低圧が作用する。このため、外側シール部33は、内側シール部32よりもシール性を低くすることができる。つまり、内側シール部32をメインシール部、外側シール部33をサブシール部として位置づけることができる。
外側シール部33は、リテーナ31の板面に接しており、リテーナ31の板面の両側に設けられている。外側シール部33は、リテーナ31を挟んで対称な形状となっている。外側シール部33は、厚み方向からみてリテーナ31と重なるように設けられている。
本第2実施形態では、内側シール部32と外側シール部33は一体化されており、同一の材料から構成されている。図15に示すように、自由状態の外側シール部33の最大厚み部33aは内側シール部32の最大厚み部32cよりも厚みが小さくなっている。外側シール部33の周方向断面積は、内側シール部32の周方向断面積よりも小さくなっている。
ここで、外側シール部33のリテーナ31の一面側における周方向断面について説明する。以下、「外側シール部33のリテーナ31の一面側における周方向断面」を単に「外側シール部33の周方向断面」という。
図15、図16に示すように、自由状態の外側シール部33の周方向断面は、リテーナ31の板面に接する底辺を有する三角形となっている。より具体的には、外側シール部33の周方向断面は、リテーナ31の板面に接触する底辺と、リテーナ31の板面に垂直な辺と、リテーナ31の板面に対して傾斜した斜辺とを有する直角三角形となっている。外側シール部33のリテーナ31の周方向断面において、リテーナ31の板面に垂直な辺は径方向外側に位置している。
外側シール部33の周方向断面には、リテーナ31の板面から突出する鋭角が形成されている。リテーナ31の板面から突出する鋭角は、リテーナ31の板面に接する底辺につながる2辺によって形成されている。つまり、自由状態の外側シール部33は、最大厚み部33aの厚み方向の先端部分がリテーナ31の板面から突出する鋭角となっている。リテーナ31の板面から突出する鋭角は、先端部分が面取りされていてもよい。
図17に示すように、外側シール部33は、オス側シール面15と第1メス側シール面25aで形成される第1隙間部A1に配置されている。自由状態の外側シール部33の最大厚み部33aは、オス側シール面15と第1メス側シール面25aとの間隔よりも大きくなっている。このため、外側シール部33は、オス側シール面15と第1メス側シール面25aから圧縮力を受ける。
本第2実施形態では、隙間部Aにおける外側シール部33の充填率が所定範囲内となるようにしている。充填率は、隙間部Aにおける外側シール部33が変形可能な部分の体積に占める外側シール部33の体積の割合を百分率で表した数値である。隙間部Aにおける外側シール部33が変形可能な部分は、隙間部Aの厚み方向からみてリテーナ31と外側シール部33が重なる部分である。
図17において、隙間部Aにおける外側シール部33が変形可能な部分は、左上がり破線ハッチングで示す部分である。充填率の算出には、外側シール部33および隙間部Aの体積に代えて、外側シール部33および隙間部Aの周方向の断面積を用いてもよい。
外側シール部33の充填率を高くした場合は、外側シール部33のシール性を向上させることができ、外側シール部33の充填率を低くした場合は、オス部材1とメス部材2の締め付けトルクを低減できる。一方、充填率が低すぎるとシール性が低下し、充填率が高すぎると、反力が増大して大きな締結力が必要となる。このため、本第2実施形態では、隙間部Aにおける外側シール部33の充填率を70%以上100%未満としている。
次に、本第2実施形態のシールワッシャ3をオス部材1とメス部材2で押圧した場合について図18を用いて説明する。図18の上段はオス部材1とメス部材2がシールワッシャ3を押圧していない状態を示しており、図18の下段はオス部材1とメス部材2がシールワッシャ3を押圧している状態を示している。
本第2実施形態では、オス部材1とメス部材2が互いに近接する方向に移動することで、内側シール部32と外側シール部33がオス側シール面15とメス側シール面25によって押圧され圧縮力を受ける。
図18の下段に示すように、オス側シール面15とメス側シール面25による押圧によって内側シール部32と外側シール部33が変形する。変形した内側シール部32および外側シール部33は、オス側シール面15およびメス側シール面25に密着する。これにより、オス側シール面15とメス側シール面25の間が内側シール部32および外側シール部33によってシールされる。
図19の上段は本第2実施形態のシールワッシャ3に内圧が作用する前の状態を示し、図19の下段は内圧が作用した後の状態を示している。
図19の上段に示すように、本第2実施形態のシールワッシャ3においても、上記第1実施形態と同様、内側シール部32に内圧が印加される。図19の下段は、内側シール部32が内圧印加によって図19の下段において矢印で示す方向に変形する例を示している。
本第2実施形態のシールワッシャ3は、リテーナ31の両面側に外側シール部33が設けられている。外側シール部33は、オス側シール面15とメス側シール面25に密着しており、リテーナ31の移動を規制する。このため、図19の下段に示すように、内側シール部32に内圧が印加された場合であっても、リテーナ31はオス側シール面15およびメス側シール面25のいずれかに片寄ることが抑制される。このため、隙間部Aにおけるリテーナ31の位置が安定し、内側シール部32がオス側シール面15とメス側シール面25に向かう方向に変形しやすくなる。この結果、内側シール部32とメス側シール面25との面圧を効果的に上昇させることができ、シール性を向上させることができる。
以上説明した本第2実施形態では、内側シール部32に加えて外側シール部33によってもメス側シール面25の間をシールしている。外側シール部33は、内側シール部32よりも径方向外側に設けられており、外部から内部の冷媒通路13、23への異物の侵入を抑制することができる。
また、自由状態の外側シール部33は、最大厚み部33aの先端が鋭角になっているため、外側シール部33がオス側シール面15とメス側シール面25に押圧された場合に変形しやすい。このため、外側シール部33の押圧に必要な締結ボルト5の締め付けトルクを小さくすることができる。
また、外側シール部33の最大厚み部33aは、内側シール部32の最大厚み部32cよりも厚みが小さくなっている。これによっても、外側シール部33の押圧に必要な締結ボルト5の締め付けトルクを小さくすることができる。
また、外側シール部33は、厚み方向に対称な形状となっている。このため、シールワッシャ3をオス側嵌合部14の外周に組み付ける際の組付けミスをなくすことができる。
また、本第2実施形態では、リテーナ31の両面側に外側シール部33を設けることで、シールワッシャ3への内圧印加時にリテーナ31の位置を安定させることができ、シール性を向上させることができる。
(第3実施形態)
次に、本開示の第3実施形態について説明する。本第2実施形態では、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
次に、本開示の第3実施形態について説明する。本第2実施形態では、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図20に示すように、本第3実施形態の配管継手100には、Oリング4が設けられている。Oリング4は、オス側嵌合部14とメス側嵌合部24の間に介在している。
オス側嵌合部14の外周側面には、Oリング4が挿入される溝部14aが形成されている。溝部14aは、オス側嵌合部14の先端部と根本部との間に形成されている。
Oリング4は弾性部材であり、上記第1実施形態で例示したシールワッシャ3の内側シール部32のシール材料のいずれかを用いることができる、Oリング4は、シールワッシャ3の内側シール部32および外側シール部33と同一のシール材料を用いてもよく、異なるシール材料を用いてもよい。
本第3実施形態では、シールワッシャ3の内側シール部32および外側シール部33として水素化ニトリルゴム(HNBR)を用い、Oリング4としてエチレンプロピレンゴム(EPDM)を用いている。EPDMは、HNBRよりも耐寒性に優れている。HNBRは、EPDMよりもガス透過性に優れている。
Oリング4の径方向寸法は、溝部14aの深さ寸法よりも大きくなっている。Oリング4の径方向寸法と溝部14aの深さ寸法との差がOリング4のつぶし代となっている。Oリング4の径方向は、図20の左右方向である。
Oリング4はオス側嵌合部14の外周面およびメス側嵌合部24の内周面によって圧縮された状態となっている。Oリング4は、オス側嵌合部14の外周面およびメス側嵌合部24の内周面に密着して、オス側嵌合部14およびメス側嵌合部24の間をシールし、冷媒通路13、23と外部(大気側)との間を遮断している。
Oリング4は、シールワッシャ3よりも冷媒通路13、23に近い側に配置されている。このため、Oリング4に作用する内圧は、シールワッシャ3に作用する内圧よりも高くなる。
Oリング4を透過した冷媒によってシールワッシャ3に作用する内圧は、冷媒通路13、23の冷媒圧力より低く外部の大気圧より高い中間圧力となる。本実施形態でOリング4として用いているEPDMは、シールワッシャ3の内側シール部32として用いているHNBRよりも冷媒透過量が大きいため、内側シール部32に作用する中間圧力は比較的高くなる。
図21に示すように、本第3実施形態の配管継手100は、シールワッシャ3をオス側嵌合部14の根本部に組み付け、オス側嵌合部14の溝部14aにOリング4を組み付けた状態で、オス部材1とメス部材2を締結する。
オス側嵌合部14がメス側嵌合部24に挿入される際に、Oリング4は第2メス側シール面25bに当接する。第2メス側シール面25bは、Oリング4が装着されたオス側嵌合部14をメス側嵌合部24に挿入する際に、Oリング4に当接してオス側嵌合部14を円滑にメス側嵌合部24に挿入するための案内面としての機能を有している。このため、オス側嵌合部14をメス側嵌合部24に挿入する際にOリング4が傷つくことを抑制できる。
図22は、本第3実施形態の配管継手100の低温シール性と冷媒ガス透過量の測定結果を示している。図22では、Oリング4が設けられ、シールワッシャ3が設けられていない配管継手を比較例1、2としている。比較例1では、Oリング4としてEPDMを用いており、比較例2では、Oリング4としてHMBRを用いている。
低温シール性の評価では、本第3実施形態、比較例1、比較例2のそれぞれについて、M8ボルトを用いて締め付けトルク16N・mで締結した締結体をサンプルとして用意した。続いて各サンプルを真空ポンプで負圧状態にし、冷熱衝撃試験機で-40℃と常温のサイクル試験を24サイクル行い、負圧を維持したサンプルは「漏れなし」、内圧が負圧から上昇したサンプルを「漏れあり」と評価した。
図22に示すように、本第3実施形態と比較例2は漏れが発生せず負圧を維持した。これに対し、比較例1では漏れが発生し、試験後に大気圧まで上昇した。本第3実施形態と比較例2はOリング4にEPDMを用い、比較例1はOリング4にHNBRを用いている。つまり、シール材料として耐寒性に優れるEPDMを用いることで、低温シール性を向上させることができる。
冷媒ガス透過量の測定では、低温シール性の評価と同一構成のサンプルを用いた。冷媒ガスとしてHFO-1234yfを気相と液相が混在する量を封入し、雰囲気温度40℃としたガス透過率測定装置によって、各サンプルの冷媒ガス透過量を測定した。
図22では、冷媒ガス透過量を比較例1の単位時間当たりの冷媒ガス透過量を1とした指数で表している。図22に示すように、各サンプルの冷媒ガス透過量は、本第3実施形態が0.11、比較例1が1、比較例2が0.30であった。耐ガス透過性に優れるHNBRのOリング4を用いた比較例2の方が、EPDMのOリング4を用いた比較例1よりも冷媒ガス透過量を低減できている。さらにEPDMのOリング4とHNBRのシールワッシャ3を組み合わせた本第3実施形態は、冷媒ガス透過量が大幅に低減できている。
以上説明した本第3実施形態によれば、シールワッシャ3よりも冷媒通路13、23に近い側にOリング4を設けている。このため、オス部材1とメス部材2の間は、シールワッシャ3に加えてOリング4によってもシールされており、オス部材1とメス部材2の間をより確実にシールすることができる。
また、オス側嵌合部14がメス側嵌合部24に挿入される際に、Oリング4は第2メス側シール面25bに当接するため、外周面にOリング4が設けられたオス側嵌合部14をメス側嵌合部24に円滑に挿入することができる。これにより、オス側嵌合部14をメス側嵌合部24に挿入する際にOリング4が傷つくことを抑制できる。
また、オス側嵌合部14にOリング4が設けられる構成では、メス側嵌合部24の入口に設けられたテーパ面を第2メス側シール面25bとして利用することができる。つまり、Oリング4のために設けられたテーパ面を利用して、オス部材1とメス部材2による内側シール部32が圧縮された際に内側シール部32の反力を低減することが可能となる。
本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
例えば上記各実施形態では、オス側シール面15とメス側シール面25の間隔を拡大するテーパ面をメス側シール面25に設けた例について説明したが、テーパ面はオス側シール面15とメス側シール面25の少なくともいずれかに設けられていればよい。つまり、テーパ面は、オス側シール面15のみに設けられていてもよく、オス側シール面15とメス側シール面25の両方に設けられていてもよい。
また、上記各実施形態では、第2隙間部A2を構成する第2メス側シール面25bをオス側シール面15に対して傾斜したテーパ面とした例について説明したが、第2メス側シール面25bをテーパ面以外の構成としてもよい。第2メス側シール面25bは、第1メス側シール面25aよりもオス側シール面15との間隔が大きくなっていればよく、例えば第2メス側シール面25bを階段状としてもよい。
また、上記各実施形態では、内側シール部32の肉厚部32aの周方向断面を円形とした例について説明したが、肉厚部32aの周方向断面を円形以外の形状としてもよい。図23~図27は、肉厚部32aの断面形状が異なる内側シール部32の具体例を示している。肉厚部32aの断面形状として、図23に示す矩形、図24に示す菱形、図25に示す楕円、図26に示す2つの楕円の組み合わせ、図27に示す2つの矩形の組み合わせ等を例示することができる。
また、上記第2実施形態では、外側シール部33の周方向断面を直角三角形とした例について説明したが、直角三角形以外の三角形としてもよい。
また、上記第2実施形態で説明した外側シール部33の周方向断面において、リテーナ31の板面から突出する鋭角を構成する2辺のうち少なくとも1辺を内側に向かって湾曲した凹状にしてもよい。例えば、図28は斜辺を凹状にした例であり、図29はリテーナ31の板面に垂直な辺を凹状にした例であり、図30は斜辺とリテーナ31の板面に垂直な辺の両方を凹状にした例である。
これにより、リテーナ31の板面から突出する鋭角の角度が小さくなり、オス側シール面15とメス側シール面25で外側シール部33が押圧された際に、外側シール部33が変形しやすくなる。このため、外側シール部33の押圧に必要な締結ボルト5の締め付けトルクを小さくすることができる。
また、上記各実施形態では、本開示のシール構造体をオス部材1とメス部材2を締結ボルト5で締結する配管継手100に用いた例について説明したが、本開示のシール構造体を異なる構成に適用することもできる。
例えば、本開示のシール構造体を図31に示すねじ込み式取付構造に用いることができる。図31に示すねじ込み式取付構造は、締結ボルト5が設けられておらず、オス部材1とメス部材2が締結構造を備えている。なお、図31では、オス部材1の内部構成の図示を省略している。
メス部材2は、例えば内部に流体流路28を有する配管の壁部とすることができる。図31では、メス部材2を構成する配管の一部を図示している。オス部材1は、例えば流体流路28の圧力を検出する圧力センサとすることができる。メス部材2に貫通口として形成されたメス側嵌合部24にオス側嵌合部14が挿入されることで、オス部材1の先端に設けられた検出部がメス部材2の流体流路28に配置される。
オス側嵌合部14の外周面に雄ネジが形成され、メス側嵌合部24の内周面に雌ネジが形成されている。メス側嵌合部24にオス側嵌合部14を回転させてねじ込むことで、オス部材1とメス部材2を締結できる。
本開示のシール構造体を図31に示すねじ込み式取付構造に適用した場合においても、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができ、オス部材1とメス部材2の締め付けトルクを低減できる。図31に示す構成において、シールワッシャ3に外側シール部33を設けた場合には、上記第2実施形態と同様の効果を得ることできる。
本明細書に開示されたシール構造体の特徴を以下の通り示す。
(項目1)
オス側シール面(15)と、前記オス側シール面から突出するように前記オス側シール面に形成されたオス側嵌合部(14)とを有する第1部材(1)と、
前記オス側シール面に対向するメス側シール面(25)と、前記オス側嵌合部が挿入できるように前記メス側シール面に形成されたメス側嵌合部(24)とを有する第2部材(2)と、
環状のリテーナ(31)と、前記リテーナの内周側に設けられた環状の内側シール部(32)とを有し、前記オス側嵌合部の外周側に配置された状態で前記オス側シール面と前記メス側シール面との間に挟持されるシールワッシャ(3)と、
を備え、
前記第1部材と前記第2部材は、互いに接近して前記オス側シール面と前記メス側シール面で前記内側シール部を圧縮するように締結されており、
前記内側シール部は、前記オス側シール面と前記メス側シール面のそれぞれに密着してシールしており、
前記オス側シール面と前記メス側シール面との間には、前記オス側シール面と前記メス側シール面が所定間隔を設けて平行に配置された第1隙間部(A1)と、前記第1隙間部よりも前記オス側嵌合部および前記メス側嵌合部に近い側で前記所定間隔よりも広い間隔が設けられた第2隙間部(A2)とが形成されており、
前記内側シール部は、前記第1隙間部と前記第2隙間部にまたがって配置されており、
前記内側シール部の周方向断面において、前記内側シール部の自由状態での最大厚み部(32c)および前記内側シール部の重心(32d)のうち、少なくとも径方向内側に位置する方が前記第2隙間部に位置しているシール構造体。
(項目2)
前記第2隙間部において前記内側シール部には、前記オス側シール面と前記メス側シール面の少なくともいずれかから前記シールワッシャの厚み方向と異なる方向の圧縮力が作用する項目1に記載のシール構造体。
(項目3)
前記第2隙間部を構成する前記オス側シール面および前記メス側シール面の少なくともいずれかに、前記第1隙間部を構成する前記オス側シール面および前記メス側シール面に対して傾斜したテーパ面(25b)が形成されており、
前記第2隙間部は、前記オス側嵌合部および前記メス側嵌合部に向かって前記オス側シール面と前記メス側シール面の間隔が徐々に大きくなっている項目1または2に記載のシール構造体。
(項目4)
前記テーパ面は、前記第2隙間部を構成する前記メス側シール面に形成されている項目3に記載のシール構造体。
(項目5)
前記オス側嵌合部の外周側と前記メス側嵌合部の内周側との間をシールするOリング(4)を有しており、
前記オス側嵌合部が前記メス側嵌合部に挿入される際に、前記オス側嵌合部の外周側に装着された前記Oリングは前記テーパ面に当接する項目4に記載のシール構造体。
(項目6)
前記内側シール部よりも径方向外側で、前記リテーナの板面の両面側に設けられた環状の外側シール部(33)を備えており、
前記外側シール部は、前記第1隙間部に配置され、前記第1部材と前記第2部材が締結された状態で、前記オス側シール面と前記メス側シール面に密着して前記オス側シール面と前記メス側シール面との間をシールしており、
前記外側シール部の自由状態での最大厚み部(33a)は、前記内側シール部の自由状態での最大厚み部分よりも薄くなっている項目1ないし5のいずれか1つに記載のシール構造体。
(項目7)
前記外側シール部の前記リテーナの一面側における周方向断面は、底辺が前記リテーナの板面に接する三角形状である項目6に記載のシール構造体。
(項目8)
前記外側シール部の前記リテーナの一面側における周方向断面は、前記底辺を除く2辺のうち少なくとも1辺が内側に向かって湾曲した凹状になっている項目7に記載のシール構造体。
(項目9)
前記第1部材と前記第2部材を互いに接近させて締結する締結部材(5)を備え、
前記第1部材と前記第2部材は、前記締結部材の中心軸方向に移動することができ、
前記締結部材の中心軸は、前記シールワッシャの中心軸から離れて配置されている項目1ないし8のいずれか1つに記載のシール構造体。
(項目10)
前記内側シール部のショアA硬さは、60度以上90度未満である項目1ないし9のいずれか1つに記載のシール構造体。
(項目11)
前記内側シール部のショアA硬さは、65度以上75度未満である項目1ないし9のいずれか1つに記載のシール構造体。
(項目12)
前記第1隙間部と前記第2隙間部における前記内側シール部の充填率は、70%以上100%未満である項目1ないし11のいずれか1つに記載のシール構造体。
(項目1)
オス側シール面(15)と、前記オス側シール面から突出するように前記オス側シール面に形成されたオス側嵌合部(14)とを有する第1部材(1)と、
前記オス側シール面に対向するメス側シール面(25)と、前記オス側嵌合部が挿入できるように前記メス側シール面に形成されたメス側嵌合部(24)とを有する第2部材(2)と、
環状のリテーナ(31)と、前記リテーナの内周側に設けられた環状の内側シール部(32)とを有し、前記オス側嵌合部の外周側に配置された状態で前記オス側シール面と前記メス側シール面との間に挟持されるシールワッシャ(3)と、
を備え、
前記第1部材と前記第2部材は、互いに接近して前記オス側シール面と前記メス側シール面で前記内側シール部を圧縮するように締結されており、
前記内側シール部は、前記オス側シール面と前記メス側シール面のそれぞれに密着してシールしており、
前記オス側シール面と前記メス側シール面との間には、前記オス側シール面と前記メス側シール面が所定間隔を設けて平行に配置された第1隙間部(A1)と、前記第1隙間部よりも前記オス側嵌合部および前記メス側嵌合部に近い側で前記所定間隔よりも広い間隔が設けられた第2隙間部(A2)とが形成されており、
前記内側シール部は、前記第1隙間部と前記第2隙間部にまたがって配置されており、
前記内側シール部の周方向断面において、前記内側シール部の自由状態での最大厚み部(32c)および前記内側シール部の重心(32d)のうち、少なくとも径方向内側に位置する方が前記第2隙間部に位置しているシール構造体。
(項目2)
前記第2隙間部において前記内側シール部には、前記オス側シール面と前記メス側シール面の少なくともいずれかから前記シールワッシャの厚み方向と異なる方向の圧縮力が作用する項目1に記載のシール構造体。
(項目3)
前記第2隙間部を構成する前記オス側シール面および前記メス側シール面の少なくともいずれかに、前記第1隙間部を構成する前記オス側シール面および前記メス側シール面に対して傾斜したテーパ面(25b)が形成されており、
前記第2隙間部は、前記オス側嵌合部および前記メス側嵌合部に向かって前記オス側シール面と前記メス側シール面の間隔が徐々に大きくなっている項目1または2に記載のシール構造体。
(項目4)
前記テーパ面は、前記第2隙間部を構成する前記メス側シール面に形成されている項目3に記載のシール構造体。
(項目5)
前記オス側嵌合部の外周側と前記メス側嵌合部の内周側との間をシールするOリング(4)を有しており、
前記オス側嵌合部が前記メス側嵌合部に挿入される際に、前記オス側嵌合部の外周側に装着された前記Oリングは前記テーパ面に当接する項目4に記載のシール構造体。
(項目6)
前記内側シール部よりも径方向外側で、前記リテーナの板面の両面側に設けられた環状の外側シール部(33)を備えており、
前記外側シール部は、前記第1隙間部に配置され、前記第1部材と前記第2部材が締結された状態で、前記オス側シール面と前記メス側シール面に密着して前記オス側シール面と前記メス側シール面との間をシールしており、
前記外側シール部の自由状態での最大厚み部(33a)は、前記内側シール部の自由状態での最大厚み部分よりも薄くなっている項目1ないし5のいずれか1つに記載のシール構造体。
(項目7)
前記外側シール部の前記リテーナの一面側における周方向断面は、底辺が前記リテーナの板面に接する三角形状である項目6に記載のシール構造体。
(項目8)
前記外側シール部の前記リテーナの一面側における周方向断面は、前記底辺を除く2辺のうち少なくとも1辺が内側に向かって湾曲した凹状になっている項目7に記載のシール構造体。
(項目9)
前記第1部材と前記第2部材を互いに接近させて締結する締結部材(5)を備え、
前記第1部材と前記第2部材は、前記締結部材の中心軸方向に移動することができ、
前記締結部材の中心軸は、前記シールワッシャの中心軸から離れて配置されている項目1ないし8のいずれか1つに記載のシール構造体。
(項目10)
前記内側シール部のショアA硬さは、60度以上90度未満である項目1ないし9のいずれか1つに記載のシール構造体。
(項目11)
前記内側シール部のショアA硬さは、65度以上75度未満である項目1ないし9のいずれか1つに記載のシール構造体。
(項目12)
前記第1隙間部と前記第2隙間部における前記内側シール部の充填率は、70%以上100%未満である項目1ないし11のいずれか1つに記載のシール構造体。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態が本開示に示されているが、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
Claims (12)
- オス側シール面(15)と、前記オス側シール面から突出するように前記オス側シール面に形成されたオス側嵌合部(14)とを有する第1部材(1)と、
前記オス側シール面に対向するメス側シール面(25)と、前記オス側嵌合部が挿入できるように前記メス側シール面に形成されたメス側嵌合部(24)とを有する第2部材(2)と、
環状のリテーナ(31)と、前記リテーナの内周側に設けられた環状の内側シール部(32)とを有し、前記オス側嵌合部の外周側に配置された状態で前記オス側シール面と前記メス側シール面との間に挟持されるシールワッシャ(3)とを備え、
前記第1部材と前記第2部材は、互いに接近して前記オス側シール面と前記メス側シール面で前記内側シール部を圧縮するように締結されており、
前記内側シール部は、前記オス側シール面と前記メス側シール面のそれぞれに密着してシールしており、
前記オス側シール面と前記メス側シール面との間には、前記オス側シール面と前記メス側シール面が所定間隔を設けて平行に配置された第1隙間部(A1)と、前記第1隙間部よりも前記オス側嵌合部および前記メス側嵌合部に近い側で前記所定間隔よりも広い間隔が設けられた第2隙間部(A2)とが形成されており、
前記内側シール部は、前記第1隙間部と前記第2隙間部にまたがって配置されており、
前記内側シール部の周方向断面において、前記内側シール部の自由状態での最大厚み部(32c)および前記内側シール部の重心(32d)のうち、少なくとも径方向内側に位置する方が前記第2隙間部に位置しているシール構造体。 - 前記第2隙間部において前記内側シール部には、前記オス側シール面と前記メス側シール面の少なくともいずれかから前記シールワッシャの厚み方向と異なる方向の圧縮力が作用する請求項1に記載のシール構造体。
- 前記第2隙間部を構成する前記オス側シール面および前記メス側シール面の少なくともいずれかに、前記第1隙間部を構成する前記オス側シール面および前記メス側シール面に対して傾斜したテーパ面(25b)が形成されており、
前記第2隙間部は、前記オス側嵌合部および前記メス側嵌合部に向かって前記オス側シール面と前記メス側シール面の間隔が徐々に大きくなっている請求項1に記載のシール構造体。 - 前記テーパ面は、前記第2隙間部を構成する前記メス側シール面に形成されている請求項3に記載のシール構造体。
- 前記オス側嵌合部の外周側と前記メス側嵌合部の内周側との間をシールするOリング(4)を備え、
前記オス側嵌合部が前記メス側嵌合部に挿入される際に前記Oリングは前記テーパ面に当接する請求項4に記載のシール構造体。 - 前記内側シール部よりも径方向外側で、前記リテーナの板面の両面側に設けられた環状の外側シール部(33)を備えており、
前記外側シール部は、前記第1隙間部に配置され、前記第1部材と前記第2部材が締結された状態で、前記オス側シール面と前記メス側シール面に密着して前記オス側シール面と前記メス側シール面との間をシールしており、
前記外側シール部の自由状態での最大厚み部(33a)は、前記内側シール部の自由状態での最大厚み部分よりも薄くなっている請求項1に記載のシール構造体。 - 前記外側シール部の前記リテーナの一面側における周方向断面は、底辺が前記リテーナの板面に接しており、前記リテーナの板面から突出する鋭角を有する三角形状である請求項6に記載のシール構造体。
- 前記外側シール部の前記リテーナの一面側における周方向断面は、前記底辺を除く2辺のうち少なくとも1辺が内側に向かって湾曲した凹状になっている請求項7に記載のシール構造体。
- 前記第1部材と前記第2部材を互いに接近させて締結する締結部材(5)を備え、
前記第1部材と前記第2部材は、前記締結部材の中心軸方向に移動することができ、
前記締結部材の中心軸は、前記シールワッシャの中心軸から離れて配置されている請求項1に記載のシール構造体。 - 前記内側シール部のショアA硬さは、60度以上90度未満である請求項1に記載のシール構造体。
- 前記内側シール部のショアA硬さは、65度以上75度未満である請求項1に記載のシール構造体。
- 前記第1隙間部と前記第2隙間部における前記内側シール部の充填率は、70%以上100%未満である請求項1に記載のシール構造体。
Applications Claiming Priority (2)
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| JP2024107321 | 2024-07-03 | ||
| JP2024-107321 | 2024-07-03 |
Publications (1)
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| WO2026009586A1 true WO2026009586A1 (ja) | 2026-01-08 |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2006002894A (ja) * | 2004-06-18 | 2006-01-05 | Nok Corp | シールワッシャ |
| JP2014047901A (ja) * | 2012-09-04 | 2014-03-17 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | シールワッシャ |
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-
2025
- 2025-05-20 WO PCT/JP2025/018269 patent/WO2026009586A1/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006002894A (ja) * | 2004-06-18 | 2006-01-05 | Nok Corp | シールワッシャ |
| JP2014047901A (ja) * | 2012-09-04 | 2014-03-17 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | シールワッシャ |
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