特許 7428557 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】

(24)【登録日】2024-01-29

(45)【発行日】2024-02-06

(54)【発明の名称】密封装置

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/10 20060101AFI20240130BHJP

   F16B 43/00 20060101ALI20240130BHJP

【ＦＩ】

F16J15/10 K

F16B43/00 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020046500

(22)【出願日】2020-03-17

(65)【公開番号】P2021148157

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2023-01-26

(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】100179970

【弁理士】

【氏名又は名称】桐山 大

(74)【代理人】

【識別番号】100071205

【弁理士】

【氏名又は名称】野本 陽一

(72)【発明者】

【氏名】門馬 弘明

【審査官】大谷 謙仁

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５３－０３００６８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭６４－０２６０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２６９７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５２－０４３０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５０－０２０２１５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００９－２０９９８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｊ １５／１０

Ｆ１６Ｂ ４３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属環と、前記金属環の内周面から軸方向一方の端面へかけての部位に設けられた面取り部と、前記面取り部および前記軸方向一方の端面を含む前記金属環の表面に接着されたゴム状弾性体製のシールと、を備え、
前記金属環の最小内径寸法をｄ_１、寸法が最小となる内径箇所と軸方向同一位置における前記シールの内径寸法をｄとして、
ｄ＜ｄ_１≦１．１ｄ
の関係を充足することを特徴とする密封装置。

【請求項2】

請求項１記載の密封装置において、
前記面取り部は、断面直線状のカット部として設けられていることを特徴とする密封装置。

【請求項3】

請求項２記載の密封装置において、
前記面取り部の最大内径寸法をｄ_２、寸法が最小となる内径箇所と軸方向同一位置における前記シールの内径寸法をｄとして、
１．０５ｄ≦ｄ_２≦１．２ｄ
の関係を充足し、
前記面取り部を除く前記金属環の内周面の軸方向高さ寸法をＨ_１、前記面取り部を含む前記金属環の内周面の軸方向高さ寸法をＨとして、
０．１Ｈ≦Ｈ_１≦０．２５Ｈ
の関係を充足することを特徴とする密封装置。

【請求項4】

請求項１記載の密封装置において、
前記面取り部は、断面円弧状のアール部として設けられていることを特徴とする密封装置。

【請求項5】

請求項４記載の密封装置において、
前記面取り部の曲率半径をＲ、前記面取り部を含む前記金属環の内周面の軸方向高さ寸法をＨとして、
０．７５Ｈ≦Ｒ≦０．９Ｈ
の関係を充足し、
前記面取り部を除く前記金属環の内周面の軸方向高さ寸法をＨ_１、前記面取り部を含む前記金属環の内周面の軸方向高さ寸法をＨとして、
０．１Ｈ≦Ｈ_１≦０．２５Ｈ
の関係を充足することを特徴とする密封装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、密封装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から図３に示す密封装置５１が知られている（特許文献１参照）。

【0003】

密封装置５１は、金属環６１と、金属環６１に保持されたゴム状弾性体製のシール７１とを有している。

【0004】

シール７１は、金属環６１の内周面６２および軸方向一方（図では下方、密封対象側）の端面６３の双方に対し接着されている。

【0005】

またシール７１は、その内周面７２をもって相手部品（図示せず）に接触することにより相手部品との間のスキマを無くし、密封対象がスキマを通過して漏洩するのを抑制する。

【0006】

相手部品は例えば、締結用のボルト部品とされる。この場合、シール７１はボルトネジ部の外周面に接触し、径方向に圧縮され、ネジ部の谷部を埋めるよう弾性変形することによりスキマを無くすことになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】実開昭６０－１１０７０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記密封装置５１においては、以下の点で改良の余地がある。

【0009】

金属環６１の内径寸法ｄ_ａとシール７１の内径寸法ｄ_ｂとの寸法差が大きく設定され、これにより金属環６１の内周側におけるシール７１の径方向幅が大きく設定されているため、シール７１が径方向に圧縮されたときに軸方向他方（図では上方、反密封対象側）へ向けて大きく膨らむように弾性変形する可能性がある。

【0010】

したがって、シール７１が接触する相手面（ボルトネジ部の外周面）の形状やボルトの締め付け具合の如何によっては、シール７１が軸方向他方へ向けて大きく膨らむように弾性変形するため、その結果としてシール７１が相手面の形状に十分追随できずに相手面との間にスキマを生じ、スキマを通して密封対象が漏洩することが懸念される。状況としてはシール７１がネジ部の谷部を埋めきらずに谷底部にスキマが残る状態を想起されたい。

【0011】

また、金属環６１の内周面６２が円筒面状に形成される一方で金属環６１の軸方向一方の端面６３が軸直角平面状に形成されているため、両面６２，６３が交差する角部６４が断面直角状の角部として形成されている。

【0012】

したがって、圧力変動などによりこの角部６４に対しシール７１が繰り返し押し付けられると、シール７１に大きな応力集中が発生し、応力集中によるクラックが発生することが懸念される。

【0013】

本発明は、シールが軸方向へ向けて大きく弾性変形することなく内周側の相手面の形状に追随し、スキマを生じず、密封性能を向上させることができ、併せて、圧力変動などによりシールが金属環に繰り返し押し付けられても応力集中によるクラックを発生しにくい構造の密封装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

密封装置の一形態は、金属環と、前記金属環の内周面から軸方向一方の端面へかけての部位に設けられた面取り部と、前記面取り部および前記軸方向一方の端面を含む前記金属環の表面に接着されたゴム状弾性体製のシールと、を備え、前記金属環の最小内径寸法をｄ_１、寸法が最小となる内径箇所と軸方向同一位置における前記シールの内径寸法をｄとして、
ｄ＜ｄ_１≦１．１ｄ
の関係を充足する。

【発明の効果】

【0015】

シールが軸方向へ向けて大きく弾性変形することなく内周側の相手面の形状に追随し、スキマを生じず、密封性能を向上させることができ、併せて、圧力変動などによりシールが金属環に繰り返し押し付けられても応力集中によるクラックを発生しにくい構造の密封装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１実施の形態に係る密封装置の要部断面図

【図2】第２実施の形態に係る密封装置の要部断面図

【図3】背景技術に係る密封装置の断面図

【発明を実施するための形態】

【0017】

第１実施の形態・・・・
図１に示すように、密封装置１１は、金属環２１と、金属環２１に保持されたゴム状弾性体製のシール３１との組み合わせにより構成されている。金属環２１に対しシール３１は接着（加硫接着）されているので、密封装置１１は一体の成形品（加硫成形品）として成形されている。

【0018】

金属環２１は、板金プレスの加工品とされている。金属環２１は平板環状に成形され、内周面２２、軸方向一方（図では下方、密封対象側）の端面２３および軸方向他方（図では上方、反密封対象側）の端面２４を有している。金属環２１の外周部については、図示するように外周縁部が軸方向一方へ向けて屈曲されることにより外周筒部２５が一体に成形され、これにより金属環２１の軸方向高さが素材板金の厚みよりも大きく設定されている。

【0019】

金属環２１の内周部であって金属環２１の内周面２２から軸方向一方の端面２３へかけての部位に、内径寸法が軸方向他方から軸方向一方へかけて徐々に拡大する形状の面取り部２６が設けられている。

【0020】

面取り部２６は、金属環２１の内周面２２の全面ではなく軸方向一方の側に偏して一部に設けられている。したがって面取り部２６の軸方向他方の側には円筒面状のストレート部２７が設けられている。

【0021】

面取り部２６は、断面直線状のカット部として設けられている。したがって面取り部２６は全体としてテーパー状に形成されている。

【0022】

また、このように面取り部２６が断面直線状のカット部として設けられているので、面取り部２６と軸直角平面状の軸方向一方の端面２３とが交差する角部２８が断面鈍角状の角部として形成されている。

【0023】

面取り部２６および軸方向一方の端面２３を含む金属環２１の表面であってストレート部２７から面取り部２６を介して軸方向一方の端面２３へかけての部位に、シール３１が接着されている。

【0024】

シール３１は、金属環２１のストレート部２７に接着された被膜状シール部３２と、金属環２１の面取り部２６に接着された被膜状シール部３３と、金属環２１の軸方向一方の端面２３に接着されたリップ状シール部３４とを一体に有している。シール３１は環状に成形され、各シール部３２，３３，３４も環状に成形されている。

【0025】

リップ状シール部３４の外周側であってリップ状シール部３４と金属環２１の外周筒部２５との間に環状であってかつ溝状の空間部４１が設けられている。したがってリップ状シール部３４はその先端が径方向に向けて弾性変形しやすいものとされている。

【0026】

リップ状シール部３４の外周側に環状であってかつ薄膜状の被膜部３５が一体に成形されている。被膜部３５はリップ状シール部３４と共に金属環２１の軸方向一方の端面２３に接着され、更に金属環２１の外周筒部２５の内周面まで延長されてこの内周面にも接着されている。したがって上記空間部４１はこの被膜部３５およびリップ状シール部３４によって囲まれている。

【0027】

シール３１の軸方向他方の端面３６であって被膜状シール部３２の端面は、軸直角平面状に形成されている。また、このシール３１の端面３６は、金属環２１の端面２４と同一平面上に設けられている。

【0028】

シール３１の内周面３７は、円筒面状に形成されているが、軸方向他方から軸方向一方へかけて内径寸法が縮小または増大するテーパー状に形成されても良い。

【0029】

リップ状シール部３４の先端は、金属環２１の外周筒部２５よりも軸方向一方に突出するように設けられている。

【0030】

密封装置１１は、その寸法関係が以下のように設定されている。

【0031】

金属環２１の最小内径寸法ｄ_１すなわちストレート部２７の内径寸法が、これと軸方向同一位置（寸法が最小となる内径箇所と軸方向同一位置）におけるシール３１の内径寸法ｄすなわち被膜状シール部３２の内径寸法に対し、
ｄ＜ｄ_１≦１．１ｄ・・・・（Ａ）式
の関係を充足するように設定されている。

【0032】

また、面取り部２６の最大内径寸法ｄ_２が、上記金属環２１の最小内径寸法ｄ_１と軸方向同一位置（寸法が最小となる内径箇所と軸方向同一位置）におけるシール３１の内径寸法ｄすなわち被膜状シール部３２の内径寸法に対し、１０５～１２０％の範囲に設定され、
１．０５ｄ≦ｄ_２≦１．２ｄ・・・・（Ｂ）式
の関係を充足するように設定されている。

【0033】

また、面取り部２６を除く金属環２１の内周面２２の軸方向高さ寸法Ｈ_１すなわちストレート部２７の軸方向高さ寸法が、面取り部２６を含む金属環２１の内周面２２の軸方向高さ寸法Ｈすなわち金属環２１の全厚寸法に対し、１０～２５％の範囲に設定され、
０．１Ｈ≦Ｈ_１≦０．２５Ｈ・・・・（Ｃ）式
の関係を充足するように設定されている。

【0034】

上記構成の密封装置１１は例えば、ボルト締結部の固定用密封装置として用いられ、具体的には、ボルトおよびナットの締め付けにより被締結部材を締結する構造において、ナットおよび被締結部材間に装着され、シール３１の内周面をもってボルトのネジ部外周面に接触し、これにより被締結部材の内部から外部へと密封流体が漏洩するのを抑制する。

【0035】

上記構成の密封装置１１によれば、以下の作用効果が発揮される。

【0036】

金属環２１の最小内径寸法ｄ_１すなわちストレート部２７の内径寸法とこれと軸方向同一位置におけるシール３１の内径寸法ｄすなわち被膜状シール部３２の内径寸法の関係が上記（Ａ）式に基づいて設定されているため、軸方向他方の端部におけるシール３１の径方向幅すなわち被膜状シール部３２の径方向幅が従来対比で小さく形成されている。

【0037】

したがって、密封装置１１の装着使用時、シール３１が径方向に圧縮されても軸方向他方へ向けて大きく膨らむように弾性変形しないため、シール３１が相手面の形状に追随し、スキマを生じない。したがって、シール３１の過度の変形に基づいて密封性能が低下するのを抑制することが可能とされている。

【0038】

また、金属環２１の内周面２２から軸方向一方の端面２３へかけての部位に面取り部２６が設けられ、面取り部２６が断面直線状のカット部として設けられているため、面取り部２６と軸方向一方の端面２３とが交差する角部２８が断面鈍角状の角部として形成されている。

【0039】

したがって、圧力変動などによりシール３１が金属環２１に繰り返し押し付けられてもシール３１に発生する応力集中の度合いが従来よりも小さく抑えられるため、シール３１に応力集中によるクラックが発生するのを抑制することが可能とされている。

【0040】

面取り部２６の構成については、上記（Ｂ）式および（Ｃ）式に基づいて設定するのが好適である。面取り部２６の寸法関係が（Ｂ）式の下限値を下回ると応力集中が十分に緩和されないことがあり、上限値を上回ると金属環２１によるシール保持力が不足することにもなりかねない。

【0041】

第２実施の形態・・・・
上記第１実施の形態では金属環２１の内周面に面取り部２６として断面直線状のカット部を設けたが、これに代えて図２に示すように、面取り部２６を断面円弧状のアール部として設けても良い。

【0042】

また、この場合には、上記（Ｂ）式に代えて、以下の（Ｄ）式が（Ａ）式および（Ｃ）式とともに用いられる。

【0043】

面取り部２６の曲率半径Ｒが、面取り部２６を含む金属環２１の内周面２２の軸方向高さ寸法Ｈすなわち金属環２１の全厚寸法に対し、７５～９０％の範囲に設定され、
０．７５Ｈ≦Ｒ≦０．９Ｈ・・・・（Ｄ）式
の関係を充足するように設定されている。

【0044】

上記構成によれば、金属環２１の内周面２２から軸方向一方の端面２３へかけての部位に面取り部２６が設けられ、面取り部２６が断面円弧状のアール部として設けられているため、面取り部２６と軸方向一方の端面２３とが滑らかに接続され、金属環２１の内周面２２と軸方向一方の端面２３とが交差する角部と云うものが存在しない。

【0045】

したがって、圧力変動などによりシール３１が金属環２１に繰り返し押し付けられてもシール３１に発生する応力集中の度合いが従来よりも小さく抑えられるため、シール３１に応力集中によるクラックが発生するのを抑制することが可能とされている。

【0046】

面取り部２６の構成については、上記（Ｄ）式および（Ｃ）式に基づいて設定するのが好適である。面取り部２６の寸法関係が（Ｄ）式の下限値を下回ると応力集中が十分に緩和されないことがあり、上限値を上回ると金属環２１によるシール保持力が不足することにもなりかねない。

【0047】

第２実施の形態に係る密封装置１１のその他の構成および作用効果は、第１実施の形態に係る密封装置１１と同じである。したがって図２に図１と同じ符号を付してその説明を省略する。

【符号の説明】

【0048】

１１ 密封装置
２１ 金属環
２２，３７ 内周面
２３ 軸方向一方の端面
２４，３６ 軸方向他方の端面
２５ 外周筒部
２６ 面取り部
２７ ストレート部
２８ 角部
３１ シール
３２，３３ 被膜状シール部
３４ リップ状シール部
３５ 被膜部
４１ 空間部

【図1】

【図2】

【図3】