特許 6031753 密封装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6031753

(24)【登録日】2016年11月4日

(45)【発行日】2016年11月24日

(54)【発明の名称】密封装置

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/10 20060101AFI20161114BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/10 C

   F16J15/10 T

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2011-267157(P2011-267157)

(22)【出願日】2011年12月6日

(65)【公開番号】特開2013-119884(P2013-119884A)

(43)【公開日】2013年6月17日

【審査請求日】2014年11月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004385

【氏名又は名称】ＮＯＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085006

【弁理士】

【氏名又は名称】世良 和信

(74)【代理人】

【識別番号】100106622

【弁理士】

【氏名又は名称】和久田 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100131532

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 浩一郎

(72)【発明者】

【氏名】波多野 誠

【審査官】 竹村 秀康

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０５１２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６４−０２４７６６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１０−１９６７５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ１５／１０

Ｆ１６Ｊ ３／００− ３／０６

Ｆ１６Ｄ４９／００−７１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２部材のうちの一方に設けられた環状溝に装着されて、これら２部材間の環状隙間を封止する密封装置において、
前記環状溝内に装着されるゴム状弾性体製のシールリングと、
前記環状溝における低圧側の側面に密着可能に設けられる樹脂製のバックアップリングと、
前記シールリングとバックアップリングとの間に設けられ、内周側及び外周側がいずれも前記２部材に対して締め代を持つように設定され、かつ前記シールリングよりも硬度が大きく、前記バックアップリングよりも硬度が小さなゴム製リングと、
を備えることを特徴とする密封装置。

【請求項2】

前記ゴム製リングにおける前記シールリングが密着する面は、該シールリングにおける密着面の形状に沿う形状で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の密封装置。

【請求項3】

高圧側において圧力が脈動する環境下に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の密封装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バックアップリングを備える密封装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、環状隙間を封止する高圧用の密封装置として、Ｏリングなどのゴム状弾性体製のシールリングと、樹脂製のバックアップリングとからなるものが知られている。かかる従来例に係る密封装置について、図７及び図８を参照して説明する。図７は従来例に係る密封装置の使用状態を示す模式的断面図であり、同図（ａ）は無負荷時の状態を示し、同図（ｂ）は高圧時の状態を示している。また、図８は従来例に係る密封装置における経時劣化時の状態を示す模式的断面図である。

【0003】

密封装置５００は、軸２００に設けられた環状溝２１０に装着されて、軸２００とハウジング３００（の軸孔）との間の環状隙間を封止するために設けられる。この密封装置５００は、ゴム状弾性体製のシールリング（Ｏリング）５１０と、シールリング５１０の環状溝２１０の外側の微小隙間へのはみ出しを抑制するための樹脂製のバックアップリング５２０とから構成される。

【0004】

このように構成された密封装置５００においては、シールリング５１０は、高圧時には低圧側（Ｌ）に押されて圧縮した状態となり（図７（ｂ）参照）、無負荷時には自己の弾性復元力によって軸線方向に伸びた状態となる（同図（ａ）参照）。これにより、高圧時には、バックアップリング５２０における高圧側（Ｈ）の側面の全面に亘ってシールリング５１０が密着した状態となり、低圧時には、バックアップリング５２０に対してシールリング５１０は殆ど接触しない状態となる。

【0005】

ここで、例えば直噴エンジンにおける燃料配管系において、インジェクター，高圧ポンプまたはセンサーが取り付けられる箇所に密封装置５００が取り付けられる場合、高圧側（Ｈ）の圧力は脈動する。これにより、密封装置５００における低圧側（Ｌ）の外周側の部分５１１及び内周側の部分５１２が摩耗する現象が生じている（図８参照）。これは、上記のように無負荷時と高圧時ではシールリング５１０の状態が異なり、脈動によってシールリング５１０が繰り返し変形することにあると考えられる。すなわち、この繰り返し変形によって、シールリング５１０がバックアップリング５２０に対して接触した状態と離れた状態とを連続的に繰り返すことで、シールリング５１０の低圧側の外周側及び内周側において摩擦が生じたような状態が発生していると考えられる。なお、バックアップリング５２０は、ゴム製のシールリング５１０よりも硬く、表面粗さも大きなことからシールリング５１０に摩耗が発生し易いと考えられる。

【0006】

このように、シールリング５１０の低圧側（Ｌ）にバックアップリング５２０を設けることで、シールリング５１０のはみ出しを抑制することが可能になるものの、脈動が生じる環境下においてはシールリング５１０に摩耗が生じてしまっている。これにより、シール性に悪影響が出てしまっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平１１−７２１６２号公報

【特許文献2】特開２０００−４６１９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、シールリングの摩耗を低減可能とする密封装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

【0010】

すなわち、本発明の密封装置は、
２部材のうちの一方に設けられた環状溝に装着されて、これら２部材間の環状隙間を封止する密封装置において、
前記環状溝内に装着されるゴム状弾性体製のシールリングと、
前記環状溝における低圧側の側面に密着可能に設けられる樹脂製のバックアップリングと、
前記シールリングとバックアップリングとの間に設けられ、内周側及び外周側がいずれも前記２部材に対して締め代を持つように設定され、かつ前記シールリングよりも硬度が大きく、前記バックアップリングよりも硬度が小さなゴム製リングと、
を備えることを特徴とする。

【0011】

本発明によれば、ゴム製リングは、内周側及び外周側のいずれも２部材に対して締め代を持つように設定されているので、高圧時におけるシールリングのはみ出しを抑制できる。また、ゴム製リングの低圧側にはバックアップリングが設けられているので、ゴム製リングのはみ出しも抑制できる。そして、高圧側の圧力変動によってシールリングが繰り返し変形して、シールリングとゴム製リングとの間で摩擦が生じたような状態が発生しても、硬度が大きな樹脂製のバックアップリングとの間で摩擦が生じる場合に比してシールリングの摩耗を抑制することができる。また、ゴム製リングはシールリングよりも硬度が大きいため、ゴム製リング自体の摩耗を抑制することができる。

【0012】

前記ゴム製リングにおける前記シールリングが密着する面は、該シールリングにおける密着面の形状に沿う形状で構成されているとよい。

【0013】

これにより、シールリングにおけるゴム製リングに対する密着面の部位の変形を抑制できるため、シールリングの摩耗をより一層抑制することができる。

【0014】

以上のように、密封装置が高圧側において圧力が脈動する環境下に配置された場合であっても、シールリングの摩耗を低減させることができる。

【発明の効果】

【0015】

以上説明したように、本発明によれば、シールリングの摩耗を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は本発明の実施例１に係る密封装置の一部破断断面図である。

【図2】図２は本発明の実施例１に係る密封装置の使用状態（無負荷時の状態）を示す模式的断面図である。

【図3】図３は本発明の実施例１に係る密封装置の使用状態（高圧時の状態）を示す模式的断面図である。

【図4】図４は本発明の実施例２に係る密封装置の一部破断断面図である。

【図5】図５は本発明の実施例２に係る密封装置の使用状態（無負荷時の状態）を示す模式的断面図である。

【図6】図６は本発明の実施例２に係る密封装置の使用状態（高圧時の状態）を示す模式的断面図である。

【図7】図７は従来例に係る密封装置の使用状態を示す模式的断面図である。

【図8】図８は従来例に係る密封装置における経時劣化時の状態を示す模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

【0018】

（実施例１）
図１〜図３を参照して、本発明の実施例１に係る密封装置１００について説明する。なお、本実施例に係る密封装置１００は、例えば直噴エンジンにおける燃料配管系において、インジェクター，高圧ポンプまたはセンサーが取り付けられる箇所において、特にその効果を発揮する。すなわち、本実施例に係る密封装置１００は、高圧側（Ｈ）の圧力が脈動する場合において、特にその効果を発揮する。しかしながら、本実施例に係る密封装置１００は、２部材間の環状隙間を封止する各種の部位に適用可能である。以下、インジェクターの配管部用の密封装置として用いる場合を例にして説明する。

【0019】

＜密封装置＞
特に、図１及び図２を参照して、本実施例に係る密封装置１００の構成について説明する。密封装置１００は、ゴム状弾性体製のシールリング１０と、樹脂製のバックアップリング２０と、これらシールリング１０とバックアップリング２０との間に設けられるゴム製リング３０とから構成される。このように構成される密封装置１００によって、２部材としての軸（ここでは、インジェクター）２００とハウジング（ここでは配管）３００（の軸孔（ここでは、配管内周面））との間の環状隙間を封止する。また、密封装置１００は、軸２００の外周に設けられた環状溝２１０に装着され、この環状溝２１０の外周面（溝底面）とハウジング３００の内周面との間の隙間を封止する。

【0020】

本実施例に係るシールリング１０は、いわゆるＯリングであり、ショアＡ硬度が７０度以上８０度以下のゴム材料により構成される。このシールリング１０は、内周側が軸２００に対して締め代を持ち、かつ外周側がハウジング３００に対して締め代を持つように構成されている。すなわち、シールリング１０は、外力が作用していない状態において、その内径が軸２００における環状溝２１０の外周面の外径よりも小さく、その外径がハウジング３００の内周面の内径よりも大きくなるように構成されている。

【0021】

また、本実施例に係るバックアップリング２０は、環状溝２１０における低圧側（Ｌ）の側面に密着可能に設けられる。バックアップリング２０に用いる材料としては、ＰＴＦＥなどの軟質性樹脂や、ナイロン，ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド），ＰＯＭ（ポリアセタール），ＰＡ（ポリアミド），ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などの硬質性樹脂を用いることができる。なお、バックアップリング２０には、特に図示はしないが、装着性の観点から、周方向の一か所にカット部（合口）が設けられている。また、このバックアップリング２０は、内周側も外周側も締め代は設定されていない。すなわち、バックアップリング２０は、外力が作用していない状態において、その内径が軸２００における環状溝２１０の外周面の外径とほぼ同じかまたは僅かに大きく、その外径がハウジング３００の内周面の内径とほぼ同じか僅かに小さくなるように構成されている。これにより、装着状態に支障を来すことはない。なお、高圧時においては、軸線方向の圧縮に伴って径方向に拡張することで、バックアップリング２０は、その内周面が環状溝２１０の外周面に密着し、その外周面がハウジング３００の内周面に密着するためバックアップ
リングとしての機能は十分に発揮される。

【0022】

そして、本実施例に係るゴム製リング３０は、いわゆる角リングであり、ショアＡ硬度が８０度以上９５度以下の高硬度かつ高強度のゴム材料であって、シールリング１０よりも硬度が大きく、バックアップリング２０よりも硬度が小さな、好ましくは単一の材料から構成される。なお、ゴム材料は、密封対象流体に対して耐性を有するものを選択するのが望ましい。そして、このゴム製リング３０には、カット部（合口）が設けられていない。また、このゴム製リング３０は、内周側が軸２００に対して締め代を持ち、かつ外周側がハウジング３００に対して締め代を持つように構成されている。すなわち、ゴム製リング３０は、外力が作用していない状態において、その内径が軸２００における環状溝２１０の外周面の外径よりも小さく、その外径がハウジング３００の内周面の内径よりも大きくなるように構成されている。

【0023】

＜密封装置の使用状態＞
特に、図２及び図３を参照して、本実施例に係る密封装置１００の使用状態について説明する。

【0024】

上記のように構成された密封装置１００においては、シールリング１０は、高圧時には低圧側（Ｌ）に押されて圧縮した状態となり（図３参照）、無負荷時には自己の弾性復元力によって軸線方向に伸びた状態となる（図２参照）。これにより、高圧時には、ゴム製リング３０における高圧側（Ｈ）の側面の全面に亘ってシールリング１０が密着した状態となり、低圧時には、ゴム製リング３０に対してシールリング１０は殆ど接触しない状態となる。

【0025】

従って、高圧側（Ｈ）の圧力が脈動することによって、シールリング１０は、図２に示す状態と図３に示す状態が繰り返されることになり、繰り返し変形することになる。そのため、シールリング１０はゴム製リング３０に対して接触した状態と離れた状態とを連続的に繰り返すことで、シールリング１０の低圧側の外周側及び内周側において摩擦が生じたような状態が発生すると考えられる。

【0026】

＜本実施例に係る密封装置の優れた点＞
本実施例に係るゴム製リング３０は、内周側が軸２００に対して締め代を持ち、かつ外周側がハウジング３００に対して締め代を持つように構成されているので、高圧時におけるシールリング１０のはみ出しを抑制できる。また、ゴム製リング３０の低圧側にはバックアップリング２０が設けられているので、ゴム製リング３０のはみ出しも抑制できる。

【0027】

そして、高圧側の圧力変動（本実施例においては、周期的に圧力が変動する脈動）によってシールリング１０が繰り返し変形して、シールリング１０とゴム製リング３０との間で摩擦が生じたような状態が発生しても、硬度が大きな樹脂製のバックアップリング２０との間で摩擦が生じる場合に比してシールリング１０の摩耗を抑制することができる。また、ゴム製リング３０はシールリング１０よりも硬度が大きいため、ゴム製リング３０自体の摩耗も抑制することができる。

【0028】

以上より、密封装置１００が高圧側（Ｈ）において圧力が脈動する環境下に配置されても、シールリング１０の摩耗を低減させることができる。従って、長期に亘り安定したシール性能を実現させることができる。

【0029】

なお、シールリング１０が、一般的なゴム材料により構成される場合、そのショアＡ硬度は上記の通り、７０度以上８０度以下となる。この場合、ゴム製リング３０は、ショアＡ硬度を、上記の通り、８０度以上９５度以下に設定するのが望ましい。何故なら、ゴム
製リング３０の硬度をこの範囲よりも小さく設定すると、ゴム製リング３０自体の摩耗が大きくなってしまい、この範囲よりも大きく設定すると、シールリング１０の摩耗を抑制する効果が低減してしまうからである。

【0030】

また、ゴム製リング３０にはカット部が設けられていないため、シールリング１０におけるゴム製リング３０に対する圧力分布が均一的になり、不均一な摩耗の発生を抑制することができる。なお、樹脂製のリングの場合には、一般的に、装着性の観点からカット部を設ける必要が生じる。この場合、樹脂製のリングに対してシールリングが密着すると、カット部付近において圧力分布が乱れるため不均一な摩耗が生じてしまう。

【0031】

（実施例２）
図４〜図６には、本発明の実施例２が示されている。本実施例においては、上記実施例１に係る密封装置において、ゴム製リングの形状の変形例を説明する。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。

【0032】

本実施例に係る密封装置１００においても、上記実施例１の場合と同様に、ゴム状弾性体製のシールリング１０と、樹脂製のバックアップリング２０と、これらシールリング１０とバックアップリング２０との間に設けられるゴム製リング４０とから構成される。シールリング１０及びバックアップリング２０については、上記実施例１の場合と同一の構成であるので、その説明は省略する。

【0033】

そして、本実施例に係るゴム製リング４０は、角リングにおける高圧側（Ｈ）の側面に環状の溝４１が形成された構成である。また、このゴム製リング４０は、実施例１の場合と同様に、ショアＡ硬度が８０度以上９５度以下の高硬度かつ高強度のゴム材料であって、シールリング１０よりも硬度が大きく、バックアップリング２０よりも硬度が小さな、好ましくは単一の材料から構成される。このゴム製リング４０には、カット部（合口）が設けられていない。また、このゴム製リング４０は、内周側が軸２００に対して締め代を持ち、かつ外周側がハウジング３００に対して締め代を持つように構成されている。すなわち、ゴム製リング４０は、外力が作用していない状態において、その内径が軸２００における環状溝２１０の外周面の外径よりも小さく、その外径がハウジング３００の内周面の内径よりも大きくなるように構成されている。

【0034】

ここで、ゴム製リング４０に形成された溝４１は、装着時かつ無負荷時のシールリング１０における低圧側（Ｌ）の部位の形状に沿う形状で構成されている。すなわち、この溝４１は、断面形状が円弧形状となっている。これにより、ゴム製リング４０におけるシールリング１０が密着する面は、（装着時かつ無負荷時の）シールリング１０における密着面の形状に沿う形状となるように構成されている。

【0035】

以上の構成により、シールリング１０における低圧側の部位が、ゴム製リング４０における溝４１に嵌合可能な状態となり、無負荷時においても、シールリング１０とゴム製リング４０との間には殆ど隙間が形成されなくなる。そのため、高圧側（Ｈ）の脈動によって、シールリング１０が繰り返し変形しても、シールリング１０における低圧側（ゴム製リング４０側）の部位は殆ど変形しない。

【0036】

このように、本実施例に係る密封装置１００においては、シールリング１０におけるゴム製リング３０に対する密着面の部位の変形を抑制できるため、上記実施例１の場合に比べて、シールリング１０の摩耗をより一層抑制することができる。

【0037】

（その他）
上記実施例においては、軸２００側に環状溝２１０を設けて、この環状溝２１０に密封装置１００を装着する場合を例にして説明したが、ハウジング３００側に環状溝を設けて、当該環状溝に密封装置を装着する構成を採用することもできる。

【符号の説明】

【0038】

１０ シールリング
２０ バックアップリング
３０，４０ ゴム製リング
４１ 溝
１００ 密封装置
２００ 軸
２１０ 環状溝
３００ ハウジング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】