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1. (WO2015136777) 密封装置
Document

明 細 書

発明の名称 密封装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005   0006  

先行技術文献

特許文献

0007  

発明の開示

発明が解決しようとする課題

0008   0009   0010  

課題を解決するための手段

0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017  

発明の効果

0018  

図面の簡単な説明

0019  

発明を実施するための形態

0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046  

符号の説明

0047  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

明 細 書

発明の名称 : 密封装置

技術分野

[0001]
 本発明は、密封装置に関し、詳しくは、高圧下におけるバックアップリングと軸との間で、シール部材のクワレの原因となる隙間の発生を防止することのできる密封装置に関する。

背景技術

[0002]
 従来、例えば燃料噴射装置のような高圧の流体を移送する装置において、軸孔を有するハウジングと、その軸孔に挿入される軸との間で形成される環状隙間を密封するための密封構造がある。この密封構造として、シール部材(Oリング、又はUパッキン等のゴム状弾性材全般)と、このシール部材と同軸状に並設され、シール部材と反加圧側にPTFE(四フッ化エチレン)等の樹脂材料からなるバックアップリングが装着される。
[0003]
 前記密封構造は、専らシール部材によってなされ、バックアップリングは、作動油等の圧力によってシール部材が、軸の外周面とハウジングの内周面との間の環状隙間へはみ出すのを防止するように機能している。
[0004]
 前記シール部材は、ゴム状弾性材料であるため、軸の外周に装着する際は、大径に引き延ばしながら装着することができる。しかしながら、バックアップリングは、シール部材よりも硬質の合成樹脂材料からなるため、装着性を考慮して、図8に示す如く円周方向の少なくとも一箇所を切断するカット部103によって、軸200(図9参照)の外周面よりも大径に開くことができるようにしている。
[0005]
 バックアップリングの例として特許文献1に記載の技術を図9に示し説明する。
 軸200の外周に装着されたバックアップリング100の弾性変形を利用して、軸200とバックアップリング100との隙間をなくすだけではなく、バックアップリング100を軸200に対して摺動させることも併せて隙間が生じないようにするものである。
[0006]
 即ち、この従来例においては、ハウジング300の軸孔内周面に設けられた環状間隙400の溝底面における低圧側(L)には、高圧側(H)から低圧側(L)に向かって傾斜面201が設けられている(図10参照)。そして、シール部材500に隣接して低圧側(L)に配置されたバックアップリング100の内周面の全面も、傾斜面201に沿うように高圧側(H)から低圧側(L)に向かって傾斜するテーパー面102で構成されている。これら環状間隙400側の傾斜面201の角度と、バックアップリング100におけるテーパー面102の角度とは、両者間が密封されるように、等しくなるように構成されている。

先行技術文献

特許文献

[0007]
特許文献1 : 特許第3543617号公報

発明の開示

発明が解決しようとする課題

[0008]
 しかしながら、バックアップリング100の製造時の出来映え等によって、テーパー面102の角度が軸200の傾斜面201の角度と一致せず、図10に示すように、バックアップリング100のテーパー面102の高圧側(H)の先端縁102aと軸200の傾斜面201との間に隙間Sが発生する場合がある。バックアップリング100のテーパー面102と軸200の傾斜面201との間にこのような隙間Sが発生していると、高圧がかかって変形したシール部材500が環状間隙400にはみ出して隙間Sに食い込んでしまうクワレが発生し、シール部材500に損傷を与えるおそれがある。
[0009]
 そこで、本発明は、高圧下におけるバックアップリングと軸との間で、シール部材のクワレの原因となる隙間の発生を防止することのできる密封装置を提供することを課題とする。
[0010]
 また本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

課題を解決するための手段

[0011]
 上記課題は以下の各発明によって解決される。
[0012]
1.軸と、該軸が挿入される軸孔を有するハウジングの2部材との間に環状間隙が形成され、前記2部材のうちの一方の部材表面に、高圧側から低圧側に向けて相手部材との距離が次第に短くなる傾斜面が設けられ、該環状間隙内に、環状の弾性体からなるシール部材と、該シール部材よりも低圧側の前記傾斜面に接するようにバックアップリングとを配置させた密封装置において、
 前記バックアップリングは、軸方向に延びる筒状部と、該筒状部の高圧側の端部側に連設され、該端部側から前記傾斜面に向けて径方向に環状に張り出すように形成される張出部とを有し、
 前記張出部の径方向の先端面が、前記傾斜面に対面するテーパー面で構成されていることを特徴とする密封装置。
[0013]
2.前記バックアップリングの前記筒状部の径方向厚みは、バックアップリングの外周から前記張出部先端までの径方向厚みの30%~50%であることを特徴とする前記1に記載の密封装置。
[0014]
3.前記バックアップリングの前記張出部の軸方向厚みは、前記筒状部から前記張出部にわたる軸方向の全厚みの40%~60%であることを特徴とする前記1又は2に記載の密封装置。
[0015]
4.前記バックアップリングは、軸方向に沿う前記張出部側の側面と前記筒状部側の側面とにわたって、該両側面に対して斜めに交差するように直線状に切断されたカット部を有し、
 前記カット部は、前記張出部側の側面に露呈する第1の切断線と前記筒状部側の側面に露呈する第2の切断線が互いに平行な直線であり、
 前記第1の切断線の延長線が、バックアップリングの最内径よりも内側を通り、かつ、前記第1の切断線と前記第2の切断線の延長線が、前記筒状部の最内径よりも内側を通ることを特徴とする前記1~3のいずれか記載の密封装置。
[0016]
5.前記バックアップリングは、軸方向に沿う前記張出部側の側面と前記筒状部側の側面とにわたって、該両側面に対して斜めに交差するように直線状に切断されたカット部を有し、
 前記カット部は、前記張出部側の側面に露呈する第1の切断線と前記筒状部側の側面に露呈する第2の切断線が互いに平行な直線であり、
 前記第1の切断線の延長線が、バックアップリングの最内径よりも内側を通り、かつ、前記第1の切断線と前記第2の切断線との間の中心を通って該第1の切断線及び該第2の切断線と平行な直線が、バックアップリングの中心軸と交差せず、該中心軸よりも前記第2の切断線側に位置していることを特徴とする前記4に記載の密封装置。
[0017]
6.前記バックアップリングの前記カット部が前記張出部側の側面及び前記筒状部側の側面と交差する角度は、15°~30°であることを特徴とする前記4又は5に記載の密封装置。

発明の効果

[0018]
 本発明によれば、高圧下におけるバックアップリングと軸との間で、シール部材のクワレの原因となる隙間の発生を防止することのできる密封装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0019]
[図1] 本発明の第1の実施形態に係るバックアップリングの使用状態を示す断面説明図
[図2] 本発明に係るバックアップリングの張出部と、軸部に設けている傾斜面との状態を示す使用図で、(a)は本発明に係るバックアップリングにおける圧力が掛かっていない状態を示す使用状態図、(b)は圧力が掛かった状態を示す使用状態図
[図3] 本発明の第1の実施形態に係るバックアップリングの一部切り欠き断面説明図
[図4] 本発明の第1の実施形態に係るバックアップリングの構成を示すものであり、(a)はバックアップリングの一部断面説明図、(b)は平面図、(b)は底面図
[図5] 本発明の第2の実施形態に係るバックアップリングの構成を示すものであり、(a)はバックアップリングの一部断面説明図、(b)は平面図、(b)は底面図
[図6] 従来例に係るバックアップリングを標準的なカット角度で切断したときの斜視図
[図7] 従来例に係るバックアップリングのカット部を示す断面説明図
[図8] 従来例に係るバックアップリングの構成を示す模式図であり、(a)はバックアップリングの一部断面説明図、(b)は平面図、(b)は底面図
[図9] 従来例に係るバックアップリングの使用状態を示す断面説明図
[図10] 従来のバックアップリングの装着状態を示す説明図

発明を実施するための形態

[0020]
 以下、実施の形態を図面に基づいて詳述する。
[0021]
 本発明に係る密封装置は、図1に示すごとく、高圧の流体を移送する装置の軸2と、該軸2が挿入されるハウジング3の軸孔との2部材のうちの一方の部材表面(ここでは軸2の表面)に、高圧側(H)から低圧側(L)に向けて相手部材との距離が次第に短くなる傾斜面20が設けられてなる環状間隙4内に、環状の弾性体からなるシール部材5とともにバックアップリング1が装着される。そして、バックアップリング1は、前記シール部材5よりも低圧側(L)の前記傾斜面20に接するように配置されている。
[0022]
 なお、シール部材5は、環状間隙4の形状等の使用部位によって、Oリング、角リング、Xリング、Uリング等を使い分けをすることができる。
[0023]
 このバックアップリング1は、シール部材5よりも硬質で低摩擦係数の熱可塑性樹脂材料等から成形される。例えば、PA(ポリアミド樹脂)の他、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、ETFE(テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体)等の熱可塑性樹脂材料が好ましい。
[0024]
 バックアップリング1の構成は、軸方向に延びる筒状部10と、該筒状部10の高圧側(H)の端部に連設され、該筒状部10よりも内周側に環状に張り出すように形成される張出部11とを有し、断面形状がL字型となるように形成されている。そして、バックアップリング1を環状間隙4に装着したとき、軸2の傾斜面20に向けて張り出す張出部11の径方向の先端面が、軸2の傾斜面20に対面するテーパー面12として構成されている。このテーパー面12は、一般に傾斜面20と同一角度となるように形成されている。
[0025]
 また、図1において、前記バックアップリング1を軸2と、該軸2とハウジング3間の環状間隙4内に装着後、シール部材5を装着する。次いで本発明では、第2のバックアップリング6を装着後、抜け止め防止用の固定リング21で固定する構成としている。しかし、バックアップリング1のテーパー面12と前記軸2の傾斜面20との関係を満たすものであれば、軸2、ハウジング3及び環状間隙4の形状、配置等は特に限定するものではない。
[0026]
 本発明は、上述のように構成し、図2(a)に示すように、バックアップリング1に圧力が掛かっていない状態では、製作の出来映えにもよるが、バックアップリング1のテーパー面12と軸2の傾斜面20との間に隙間Sが生じる場合がある。
[0027]
 このような隙間Sは、シール部材5に高圧がかかって変形した際、シール部材5が食い込むことによってクワレを発生させる原因となる。しかし、本発明では、バックアップリング1は、断面L字型となるように筒状部10から径方向に環状に張り出した張出部11を有し、テーパー面12はこの張出部11の先端面に形成されているため、図2(b)に示すようにバックアップリング1の張出部11側の側面に、白矢印に示すように高圧側(H)から圧力が加わると、張出部11が筒状部10に対して屈曲するように容易に下方に変位し、黒矢印に示すように下方に押し下げられる。これにより、図2(b)に示すように、バックアップリング1のテーパー面12は、軸2の傾斜面20に密着するか、又は、テーパー面12の高圧側(H)の先端縁12a側が傾斜面20に密着し、いずれにしてもシール部材5のクワレの原因となる隙間Sを閉じるように作用し、シール部材5が環状間隙4にはみ出すことを確実に防止する。
[0028]
 また、ポリアミド樹脂を用いてバックアップリング1を製作した場合、PTFE材に比べてポリアミド樹脂は、一般的に比較的硬質である。しかし、本発明では、張出部11先端側が筒状部10に対して屈曲するように下方に変位し易いため、比較的硬質な材料を使用してもテーパー面12が軸2の傾斜面20に密着し易くなっている。
[0029]
 このため、本発明によれば、バックアップリング1に比較的硬質な材料を使用する必要がある高圧のかかる装置の密封装置、具体的には燃料噴射装置のように脈動の大きい高圧流体に対して密封を行う必要のある密封装置として好適に使用することができる。特に燃料噴射装置は噴射圧が大きく、今後噴射圧の最高圧が30MPa以上となる可能性もある。しかし、本発明によれば、このような高圧化にも十分対処できる密封装置を提供することができる。
[0030]
 また、このようにバックアップリング1を製作するに当たって、比較的広範囲な材料を使用することができるため、製品のコストダウンを図ることもできる。
[0031]
 更に、バックアップリング1は、図3に示すように、バックアップリング1の外周から張出部11先端までの径方向厚みをT、筒状部10の径方向の厚みをT1とすると、T1の厚みは、Tの厚みの30~50%が好ましい。
[0032]
 T1の厚みが30%以下の場合には、バックアップリング1に軸方向の圧力が加わった場合には、高圧側の圧力の大部分をテーパー面12で支えるとともに、筒状部10側の狭い側面にも過大な圧力が加わることになり、バックアップリング1の張出部11及び筒状部10の変形を生じる可能性があるからである。
[0033]
 逆に、T1の厚みが50%以上の場合には、高圧がかかった際に変位しにくくなる。
[0034]
 また、バックアップリング1は、図3に示すように、バックアップリング1の厚み、即ち、筒状部10から前記張出部11にわたる軸方向の厚みをH、張出部11の軸方向の厚みをH1とすると、H1の厚みは、Hの厚みの40~60%が好ましい。
[0035]
 H1の厚みが40%以下の場合には、バックアップリング1のテーパー面12が少なく、軸2の傾斜面20と筒状部10との空間部分が大きくなる。したがって、バックアップリング1全体として強度が弱くなるからである。
[0036]
 逆に、H1の厚みが60%以上の場合には、高圧がかかった際に変位しにくくなる。
[0037]
 ところで、バックアップリング1には、図4に示すように、軸方向に沿う張出部11側の側面(図4(a)上辺)と筒状部10側の側面(図4(a)下辺)とにわたって、該両側面に対して斜めに交差するように切断されたカット部13を1箇所有している。このカット部13は、該両側面に対して斜めに配置された切断刃を一方向に平行移動させることによって直線状に形成されている。ここで、このカット部13は、該両側面に対して10°~30°の角度、好ましくは22°±5°の角度で斜めに交差するように切断されている。
[0038]
 このカット部13は、張出部11側の側面に露呈する第1の切断線14(図4(b))と、筒状部10側の側面に露呈する第2の切断線15(図4(c)の外側の直線)と、第3の切断線16(図4(c)の内側の直線)が互いに平行な直線として現れる。
[0039]
 ここで、第1の切断線14は、図4(b)に示すように、該第1の切断線14の延長線L1が、バックアップリング1の張出部11の最内径よりも内側を通るように配置されている。また、第2の切断線15は、図4(c)に示すように、該第2の切断線15の延長線L2が、筒状部10の最内径よりも内側を通るように配置されている。
[0040]
 なお、図中17は、カット部13が、テーパー面12上に現れた切断曲線である。
[0041]
 ここで、カット部の角度を両側面に対して10°~30°の角度、好ましくは22°±5°の角度で形成しようとすると、図6に示すように従来のバックアップリング100を例にとると、一方の切断線(第1の切断線14)がバックアップリング100の最内径よりも外側を通らざるを得なくなる場合があり、その結果、バックアップリング100がカット部103で2分割されてしまう。
[0042]
 この場合、カット部103の角度をより鈍角に、具体的には45°±5°程度の角度で形成せざるを得なかった。バックアップリング100は、熱膨張を起こして周長が長くなることで、図7に示すように、互いのカット面103a、103a同士が乗り上げるようにずれが生じる。
[0043]
 このとき、カット面103aの先端は、高圧がかかった際に倒れ込むように変形するが、カット部103が45°±5°程度の角度である場合、高圧がかかった場合でもカット面103aの先端は変形し難く、カット面103a先端がシール部材を傷つけてしまうおそれがある。このような問題は、バックアップリング1が小径品になる程、カット部103の角度が鈍角にならざるを得ない場合が多くなるため顕著に現れる。
[0044]
 このような問題に対処するため、本発明ではカット部13に工夫を講じている。すなわち、図4において、バックアップリング1の直線状に切断されたカット部13の中心(第1の切断線14と第2の切断線15との間の中心)を通って第1の切断線14と第2の切断線15と平行な直線L3が、バックアップリング1の中心軸Oと交差せず、該中心軸Oよりも第2の切断線15側の位置にずれて配置されている。これによって、第1の切断線14と第2の切断線15との間の中心位置(直線L3の位置)は、図4に示すように癜ェだけ第2の切断線15側にオフセットしている。
[0045]
 第1の切断線14と第2の切断線15がこのような配置となるようにカット部13を形成することによって、カット部13を両側面に対して10°~30°の角度、好ましくは22°±5°の角度で形成しても、バックアップリング1の最内径となる張出部11側の側面に形成される第1の切断線14を、該最内径よりも内側を通るように形成することができ、バックアップリング1が2分割されてしまうような問題はなくなる。従って、バックアップリング1の互いのカット面13a同士が乗り上げるようにずれが生じた場合でも、カット面13aの先端は高圧がかかった際に容易に倒れ込むように変形することができ、シール部材の傷付きを防止できる。
[0046]
 以上説明した第1の実施形態に係る密封装置におけるバックアップリング1は、張出部11が筒状部10の内周側に向けて張り出すように形成したものを示したが、ハウジング3側に傾斜面20が設けられる場合には、図5に示すように、張出部11が筒状部10の外周側に張り出すように形成したものとすることができる。張出部11以外の構成については、上述した第1の実施形態と同様であるので省略する。

符号の説明

[0047]
 1  バックアップリング
  10 筒状部
  11 張出部
  12 テーパー面
   12a  先端縁
  13 カット部
   13a  カット面
  14 第1の切断線
  15 第2の切断線
  16 第3の切断線
  17 切断曲線
 2  軸
  20 傾斜面
  21 固定リング
 3  ハウジング
 4  環状間隙
 5  シール部材
 6  バックアップリング
 S  隙間

請求の範囲

[請求項1]
 軸と、該軸が挿入される軸孔を有するハウジングの2部材との間に環状間隙が形成され、前記2部材のうちの一方の部材表面に、高圧側から低圧側に向けて相手部材との距離が次第に短くなる傾斜面が設けられ、該環状間隙内に、環状の弾性体からなるシール部材と、該シール部材よりも低圧側の前記傾斜面に接するようにバックアップリングとを配置させた密封装置において、
 前記バックアップリングは、軸方向に延びる筒状部と、該筒状部の高圧側の端部側に連設され、該端部側から前記傾斜面に向けて径方向に環状に張り出すように形成される張出部とを有し、
 前記張出部の径方向の先端面が、前記傾斜面に対面するテーパー面で構成されていることを特徴とする密封装置。
[請求項2]
 前記バックアップリングの前記筒状部の径方向厚みは、バックアップリングの外周から前記張出部先端までの径方向厚みの30%~50%であ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]
 前記バックアップリングの前記張出部の軸方向厚みは、前記筒状部から前記張出部にわたる軸方向の全厚みの40%~60%であることを特徴とする請求項1又は2に記載の密封装置。
[請求項4]
 前記バックアップリングは、軸方向に沿う前記張出部側の側面と前記筒状部側の側面とにわたって、該両側面に対して斜めに交差するように直線状に切断されたカット部を有し、
 前記カット部は、前記張出部側の側面に露呈する第1の切断線と前記筒状部側の側面に露呈する第2の切断線が互いに平行な直線であり、
 前記第1の切断線の延長線が、バックアップリングの最内径よりも内側を通り、かつ、前記第1の切断線と前記第2の切断線の延長線が、前記筒状部の最内径よりも内側を通ることを特徴とする請求項1~3のいずれか記載の密封装置。
[請求項5]
 前記バックアップリングは、軸方向に沿う前記張出部側の側面と前記筒状部側の側面とにわたって、該両側面に対して斜めに交差するように直線状に切断されたカット部を有し、
 前記カット部は、前記張出部側の側面に露呈する第1の切断線と前記筒状部側の側面に露呈する第2の切断線が互いに平行な直線であり、
 前記第1の切断線の延長線が、バックアップリングの最内径よりも内側を通り、かつ、前記第1の切断線と前記第2の切断線との間の中心を通って該第1の切断線及び該第2の切断線と平行な直線が、バックアップリングの中心軸と交差せず、該中心軸よりも前記第2の切断線側に位置していることを特徴とする請求項4に記載の密封装置。
[請求項6]
 前記バックアップリングの前記カット部が前記張出部側の側面及び前記筒状部側の側面と交差する角度は、15°~30°であることを特徴とする請求項4又は5に記載の密封装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]