(57)【要約】【課題】ハウジングと軸の一方に設けられた環状溝に装着され、ハウジングと軸の間の環状隙間を封止するように、高圧側に配置されるシールリングと低圧側に配置されるバックアップリングとを備え、高圧付与時のシールリングのはみ出しとバックアップリングのはみ出しを共に防止できる密封装置を提供する。【解決手段】バックアップリング８の形状を断面Ｖ字形とする。バックアップリングは、シールリング５と対向する側の面部には高圧側Ｈに向かって谷となるＶ字形の断面形状を有する環状凹面部ｍｂが形成され、シールリングと反対向する側の面部には低圧側Ｌに向かって山となるＶ字形の断面形状を有する環状凸面部ｍａが形成されている。高圧側Ｈから高圧力Ｐが付与されるとバックアップリングは、環状凹面部ｍｂがシールリングに押圧されることにより環状凹面部ｍｂと環状凸面部ｍａのＶ字角度が広がるように変形してハウジング２と軸３に密着する。【選択図】図３
2020118212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側部材と内側部材の２つの部材のうちの少なくとも一方に設けられた環状溝に装着されて、当該２つの部材間の環状隙間を封止する高圧用の密封装置であって、
前記環状溝内において高圧側に装着されるシールリングと、
前記環状溝内において前記シールリングよりも低圧側に装着され、前記シールリングよりも硬質の材料からなるバックアップリングと、を備え、
前記バックアップリングは、前記シールリングと対向する側の面部には、高圧側に向かって谷となるＶ字形の断面形状を有する環状凹面部が形成され、前記シールリングと反対向する側の面部には、低圧側に向かって山となるＶ字形の断面形状を有する環状凸面部が形成されており、
高圧側から高圧力が付与された状態で前記バックアップリングは、前記環状凹面部が前記シールリングに押圧されることにより前記環状凹面部及び前記環状凸面部のＶ字角度が広がるように変形して、前記外側部材と前記内側部材に密着することを特徴とする密封装置。
【請求項２】
高圧側から高圧力が付与された状態で前記バックアップリングは、前記外側部材と前記内側部材に密着した状態において、前記環状凸面部がＶ字形を維持することを特徴とする請求項１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、例えばインジェクタ等の配管部分等に用いられる高圧用の密封装置に関し、特にシールリングとバックアップリングとを備える密封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばインジェクタ等の配管部における隙間を封止するために、ゴム弾性体製のＯリングからなるシールリングと、樹脂製のバックアップリングとを備えた高圧用の密封装置が開示されている。
【０００３】
その一例を図４に示す。この密封装置１は例えばインジェクタにおいて、外側部材であるハウジング２の内周面２１と内側部材である軸３の外周面３３との間に形成される環状隙間Ｄを封止するためのシールリング５と、このシールリング５を支持するバックアップリング６とを備えてなる。これらシールリング５とバックアップリング６は何れも軸３の外周面に形成された環状溝４内に収まるように装着されており、ここでシールリング５は圧力が付与される高圧側Ｈに配置され、バックアップリング６は低圧側Ｌに配置される。
【０００４】
この場合、シールリング５はゴム弾性体製の断面円形状のＯリングであり、ハウジング２の内周面２１と軸３の環状溝４の側壁面３１との間で環状隙間Ｄを封止している。一方バックアップリング６は一般的に断面長方形の樹脂製であり、低圧側Ｌの環状隙間Ｄへのシールリング５のはみ出しを防止すべく、シールリング５を支持している。
【０００５】
このように構成される密封装置において、図５に示すように高圧側Ｈから環状隙間Ｄ内に高圧力Ｐが付与されると、シールリング５は、バックアップリング６に強く密着するように弾性変形する。ここでバックアップリング６は本来、シールリング５のはみ出しを防止するために設けられているものであるが、使用条件によっては例えば図５に示す如く、ハウジング２の内周面２１とバックアップリング６の外周面６２との間に生じる環状隙間Ｄ１にシールリング５の一部が噛み込むように低圧側Ｌにはみ出し、これによってシールリング５が損傷して密封機能が維持できなくなるという問題があった。
【０００６】
そこで、このような問題を解決すべく、特許文献１において、図６に示されるように、環状溝４は、側壁面３１から低圧側Ｌに向かってハウジング２のとの間隔が狭くなる方向に傾斜するテーパ状溝底部３４を有し、この環状溝４内に、高圧側Ｈから順にシールリング５と、テーパ部となる内周壁面７１を有するバックアップリング７を備えた密封装置が記載されている。
【０００７】
この発明によると、低圧側Ｌへの軸方向荷重によりバックアップリング７の内周壁面７１がテーパ状溝底部３４に圧着するように当接し、その径方向分力によってバックアップリング７は径方向外方に拡径することで、外周壁面７２がハウジング２の内周面２１に密着し、これによってシールリング５の低圧側Ｌへのはみ出しを防止できる効果があるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許３５４３６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような発明によって、シールリング５の低圧側Ｌへのはみ出しが防止されたとしても、継続的な高圧力の負荷でバックアップリング７に変形が生じると、ハウジング２の内周面２１と軸３の外周面３３との環状隙間Ｄにバックアップリング７の一部がはみ出して損傷するというおそれがあった。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、高圧付与時のシールリングのはみ出し及びバックアップリングのはみ出しを共に防止でき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】
【００１１】
かかる目的を達成するために本発明は、外側部材と内側部材の２つの部材のうちの少なくとも一方に設けられた環状溝に装着されて、２つの部材間の環状隙間を封止する高圧用の密封装置であって、
環状溝内において高圧側に装着されるシールリングと、
環状溝内においてシールリングよりも低圧側に装着され、シールリングよりも硬質の材料からなるバックアップリングと、を備え、
バックアップリングは、シールリングと対向する側の面部には、高圧側に向かって谷となるＶ字形の断面形状を有する環状凹面部が形成され、シールリングと反対向する側の面部には、低圧側に向かって山となるＶ字形の断面形状を有する環状凸面部が形成されており、
高圧側から高圧力が付与された状態でバックアップリングは、環状凹面部が前記シールリングに押圧されることにより環状凹面部及び環状凸面部のＶ字角度が広がるように変形して、外側部材と内側部材に密着することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の密封装置では、高圧力が付与されると環状凹面部及び環状凸面部のＶ字角度が広がるようにバックアップリングが変形して外側部材と内側部材に密着することにより、シールリングのはみ出しが防止される。そしてさらに本発明では、バックアックリングにおけるシールリングと反対向する側の面がＶ字形の環状凸面部として形成されていることにより、高圧力が付与されてバックアップリングが変形した状態でもバックアップリングが低圧側の環状隙間まで到達することはないので、バックアップリングのはみ出しも防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る密封装置の圧力を付与してない状態を示す要部断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る密封装置のシールリングとバックアップリングの要部断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る密封装置に圧力を付与している状態を示す要部断面図である。
【図４】従来技術に係る密封装置の圧力を付与してない状態を示す要部断面図である。
【図５】従来技術に係る密封装置の圧力を付与している状態を示す要部断面図である。
【図６】従来技術に係る他の密封装置の圧力を付与している状態を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る密封装置について、添付図面を参照して説明する。なお、本実施形態と従来技術と同一の構成部分については同一の符号を付すこととし、適宜説明は省略する。また、本実施形態は本発明の一実施形態にすぎず、何等これに限定解釈されるものではなく、本発明の範囲内で設計変更可能である。
【００１５】
本実施形態の密封装置１は、図１に示すように、外側部材であるハウジング２と内側部材である軸３の２つの部材のうちの一方である軸３に設けられた環状溝４に装着されて、ハウジング２と軸３の２つの部材間の環状隙間Ｄを封止するものである。この密封装置１は、環状溝４の高圧側Ｈに配置されるシールリング５と、このシールリング５を支持するように、低圧側Ｌにシールリング５と隣接して配置されるバックアップリング８とを備えて構成される。
【００１６】
本実施形態の密封装置１の軸３に設けられた環状溝４は、ハウジング２の内周面２１と対向する軸３の外周面３３において、軸中心に向かって長方形に窪んだ凹状に形成され、シールリング５とバックアップリング８がこの環状溝４内に収まるように装着されて封止部を構成する。
なお、本実施形態においては、シールリング５とバックアップリング８が装着される環状溝４を軸３側に形成した例を示しているが、環状溝４はハウジング２側に形成してもよく、またハウジング２と軸３の両側に環状溝４を形成した構造としてもよい。
【００１７】
本実施形態の密封装置１を構成するシールリング５は、図２に示されるように、圧力による弾性変形が生じていない状態では、軸線方向において円形の断面を有するゴム弾性材料のいわゆるＯリングである。このシールリング５は、その内径が軸３における環状溝４内の側壁面３１の外径よりも小さく、その外径がハウジング２の内周面２１の内径よりも大きくなるように成形されている。従ってこのシールリング５の装着状態では、図１に示す如く、シールリング５はその内径側が軸３の環状溝４の側壁面３１に密着し、かつ外径側がハウジング２の内周面２１に密着するように弾性変形することで、環状隙間Ｄを封止する。
【００１８】
そして、高圧側Ｈから低圧側Ｌに高圧力Ｐが付与されると、図３に示すように、シールリング５はバックアップリング８に隙間なく密着するように弾性変形する。この状態においてシールリング５は、ハウジング２の内周面２１及び環状溝４の側壁面３１に対し初期状態（図１）よりも広い範囲で密着し、これによって環状空間Ｄがより確実に封止され、高圧力Ｐに耐え得る密封性が確保される。
【００１９】
また、シールリング５としてのＯリングは、一般的なゴム製の弾性体であり、その材料としては例えばフッ素ゴムが好適に用いられる。その他にもニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコンゴム、アクリルゴム等、各種ゴム材料が使用可能である。
【００２０】
バックアップリング８は、シールリング５よりも硬質の（硬度の高い）材料からなり、その断面形状がＶ字形に形成されている。すなわちバックアップリング８は、シールリング５と対向する側の面部には高圧側Ｈに向かって谷（谷部８０）となるＶ字形の断面形状を有する環状凹面部ｍｂが形成され、シールリング５と反対向する側の面部には低圧側Ｌに向かって山（突出部８１）となるＶ字形の断面形状を有する環状凸面部ｍａが形成されている。
【００２１】
そして、高圧側Ｈの傾斜面と低圧側Ｌの傾斜面同士とが平行となった平行四辺形２つを組合せて、山と谷になるような形状になっている。
具体的には、図２のバックアップリング８の断面形状において、環状凹面部ｍｂは高圧側Ｈ側の内側上傾斜面８２と外側上傾斜面８３とからなり、また、環状凸面部ｍａは低圧側Ｌ側の内側下傾斜面８４と外側下傾斜面８５とからなっている。また、高圧側Ｈ側の外側上傾斜面８３と低圧側Ｌ側の外側下傾斜面８５とが平行に、高圧側Ｈ側の内側上傾斜面８２と低圧側Ｌ側の内側下傾斜面８４とが平行となっている。すなわち、バックアップリング８はその外周面８７の肉厚と内周面８６の肉厚は寸法ｍ１で同じ長さで、突出部８１と谷部８０の肉厚は寸法ｍ２で同じ長さで、内径側の内側上傾斜面８２と内径側の内側下傾斜面８４とは寸法ｍ３で同じ長さと傾きを成し、外径側の内側上傾斜面８３と外径側の内側下傾斜面８５とは寸法ｍ４で同じ長さと傾きを成している。
また、内側上傾斜面８２及び外側上傾斜面８３の端部と谷部８０の底との軸方向の深さ寸法ｍ５は、内側下傾斜面８４及び外側下傾斜面８５の径方向端部と突出部８１との軸方向の高さ寸法ｍ６と同じ長さを成している。
【００２２】
バックアップリング８に用いる材料としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）が好適に用いられる。その他にもＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルエチレン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂等、各種樹脂材料が使用可能であり、これらは使用時の条件（圧力や温度）に応じて適宜選択して用いられる。
【００２３】
次に、本実施形態において、高圧力Ｐがシールリング５に付与される前後のバックアップリング８の状態について説明する。
図１に示す如く、密封装置１に高圧力が付与されていない状態では、バックアップリング８の環状凹面部ｍｂの谷となるＶ字角度と環状凸面部ｍａの山となるＶ字角度は略１４０度の鈍角であり、この状態ではバックアップリング８の外周面８７と内周面８６は夫々ハウジング２の内周面２１と軸３の環状溝４の側壁面３１に密着していない。
【００２４】
なお、環状凹面部ｍｂの谷となるＶ字角度と環状凸面部ｍｂの山となるＶ字角度が同一でなくても、Ｖ字形の断面形状であれば本発明の実施範囲内である。また、バックアップリング８の外径側と内径側の肉厚が異なっていても、Ｖ字形の断面形状であれば本発明の実施範囲内である。
【００２５】
また、高圧力が付与されていない状態では、シールリング５と隣接するバックアプリング８の環状凹面部ｍｂがＶ字形の谷形状のため、シールリング５とバックアップリング８は、接触点ｄ２、ｄ３の２点で当接している。
一方、低圧側Ｌに向いたバックアップリング８の環状凸面部ｍａの突出部８１と軸３の環状溝４の外周底面３２は、接触点ｄ１の１点で当接している。
【００２６】
この密封装置１に高圧力Ｐが付与されると、図３に示すように、バックアップリング８は、環状凹面部ｍｂがシールリング５に押圧されることにより、突出部８１を支点として環状凹面部ｍｂ及び環状凸面部ｍａのＶ字角度が広がるように変形する。本実施形態では、バックアップリング８の環状凹面部ｍｂのＶ字角度及び環状凸面部ｍａのＶ字角度は略１６０度とさらに鈍角となるように広がり、これによってバックアップリング８の外周面８７がハウジング２の内周面２１に隙間なく密着すると共に、バックアップリング８の内周面８６が軸３の環状溝４の側壁面３１に隙間なく密着する。
【００２７】
この状態においては、シールリング５は高圧力Ｐにより弾性変形してバックアップリング８の環状凹面部ｍｂに全面的に密接する状態となるが、ここでバックアップリング８は上述の如くハウジング２の内周面２１と軸３の環状溝４の側壁面３１に隙間なく密着することにより、シールリング５の低圧側Ｌへのはみ出しを抑える如く作用し、これによってシールリング５のはみ出しが効果的に防止される。
【００２８】
そしてさらにこの密封装置１では、バックアックリング８におけるシールリング５と反対向する側の面がＶ字形の環状凸面部ｍａとして形成されていることにより、高圧力Ｐが付与されてバックアップリング８が変形した状態でもバックアップリング８は低圧側Ｌの環状隙間Ｄまで到達することはなく、このためバックアップリング８のはみ出しも効果的に防止されることになる。
【００２９】
ここで特にバックアップリング８の環状凸面部ｍａについて見ると、高圧力Ｐが付与されてバックアップリング８がハウジング２の内周面２１と軸３の環状溝４の側壁面３１に密着した状態において、環状凸面部ｍａは、初期状態よりＶ字角度が広がるものの、Ｖ字形状を維持している。
【００３０】
従って、バックアップリング８は環状溝４収まる状態に保持され、低圧側Ｌの環状隙間Ｄまで到達することはないので、バックアップリング８のはみ出しがより確実に防止されるものである。
【００３１】
このように本実施形態の密封装置１では、高圧付与時のシールリング５のはみ出し及びバックアップリング８のはみ出しを共に防止することができるので、十分な密封機能が維持され、これによって信頼性の高い密封装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、インジェクタ等の配管部分に用いられる高圧用の密封装置に限らず、一般機械等に利用される圧力センサ装置等の環状隙間を封止する高圧用の密封装置としても利用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１    密封装置
２    ハウジング（外側部材）
３    軸（内側部材）
４    環状溝
５    シールリング
８    バックアップリング
Ｄ    環状隙間
ｍａ  環状凸面部
ｍｂ  環状凹面部
Ｐ    高圧力
【図１】
2020118212.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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