(57)【要約】【課題】樹脂製のシールリングの密封機能が低下した状態であっても、密封機能を発揮させることを可能とする密封装置を提供する。【解決手段】環状溝２１０内において、高圧ガスの圧力を受ける側に設けられる樹脂製のシールリング１１０と、シールリング１１０に対して、高圧ガスの圧力を受ける側とは反対側に設けられるゴム状弾性体製の弾性リング１２０と、を備え、シールリング１１０は、インジェクター取付孔３１０の内周面と環状溝２１０の溝底面２１０ａとの間に、初期つぶし代が付与された状態で設けられると共に、弾性リング１２０は、インジェクター取付孔３１０の内周面と環状溝２１０の溝底面２１０ａとの間に、外周面側及び内周面側のいずれも圧縮された状態で配置されることを特徴とする。【選択図】図２
2014105710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガスに曝される部材に形成された取付孔と、該取付孔に取り付けられる取付部品との間の環状隙間を密封する密封装置であって、
前記取付部品の外周面側に形成された環状溝に装着される密封装置において、
前記環状溝内において、高圧ガスの圧力を受ける側に設けられる樹脂製のシールリングと、
前記環状溝内において、前記シールリングに対して、高圧ガスの圧力を受ける側とは反対側に設けられるゴム状弾性体製の弾性リングと、
を備え、
前記シールリングは、前記取付孔の内周面と前記環状溝の溝底面との間に、初期つぶし代が付与された状態で設けられると共に、
前記弾性リングは、前記取付孔の内周面と前記環状溝の溝底面との間に、外周面側及び内周面側のいずれも圧縮された状態で配置され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、高圧ガスの漏れを防止する密封装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンのシリンダーヘッドに対してインジェクターが取り付けられる部位においては、シリンダーヘッドに形成された取付孔とインジェクターとの間の環状隙間から高圧の燃焼ガスが漏れてしまうことを防止するために密封装置が設けられている。また、シリンダーヘッドに対して、その他の各種センサーが取り付けられる部位においても、同様に密封装置が設けられている。このような密封装置において、金属製のワッシャ状のシールを用いる場合に比して、部品点数が少なく、振動による騒音を抑制することのできる樹脂製のシールリングを採用した技術が知られている。
【０００３】
しかしながら、樹脂製のシールリングの場合には、クリープ変形によって、経時的に外周面側でのつぶし代が減少していき、密封機能が低下していくといった課題を有している。このような課題を解決するために、燃焼ガスの圧力によりセルフシール機能が発揮される構造や、部分的に面圧を高める構造を採用する技術が知られている（特許文献１，２，３参照）。しかし、このような技術の場合には、ある程度寿命を延ばすことが可能であるものの、経時的なつぶし代の減少による密封機能の低下を十分に抑制しているとは言えない。特に、つぶし代がなくなり、かつ低温低圧状態における密封機能の低下に対する対策が十分ではない。
【０００４】
また、樹脂製のシールリングの内周面側に、当該シールリングを外周面側に向けて押圧する弾性部材を設けることで、密封機能の低下を抑制する技術も知られている（特許文献４参照）。しかし、この技術の場合には、弾性部材が燃焼ガスに直接曝され得る。そのため、弾性部材の素材として耐熱性の高いものを用いなければならず、また、弾性部材の機能低下という問題もある。従って、未だ、改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８３０８９６号公報
【特許文献２】特許第４３１１２１８号公報
【特許文献３】特許第４１９３４９８号公報
【特許文献４】特開２００９−２６４１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、樹脂製のシールリングの密封機能が低下した状態であっても、密封機能を発揮させることを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】
【０００７】
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。
【０００８】
すなわち、本発明の密封装置は、
高圧ガスに曝される部材に形成された取付孔と、該取付孔に取り付けられる取付部品との間の環状隙間を密封する密封装置であって、
前記取付部品の外周面側に形成された環状溝に装着される密封装置において、
前記環状溝内において、高圧ガスの圧力を受ける側に設けられる樹脂製のシールリング
と、
前記環状溝内において、前記シールリングに対して、高圧ガスの圧力を受ける側とは反対側に設けられるゴム状弾性体製の弾性リングと、
を備え、
前記シールリングは、前記取付孔の内周面と前記環状溝の溝底面との間に、初期つぶし代が付与された状態で設けられると共に、
前記弾性リングは、前記取付孔の内周面と前記環状溝の溝底面との間に、外周面側及び内周面側のいずれも圧縮された状態で配置されることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、シールリングだけでなく、シールリングにおける高圧ガスの圧力を受ける側とは反対側に設けられたゴム状弾性体製の弾性リングによっても密封機能が発揮される。従って、樹脂製のシールリングが、クリープ変形によって経時的に密封機能が低下した状態や、低温環境の下で密封機能が低下した状態であっても、弾性リングによって密封機能が維持される。
【００１０】
また、シールリングは、取付孔の内周面と環状溝の溝底面との間に、初期つぶし代が付与された状態で設けられることから、シールリングの外周面は取付孔の内周面に密着し、かつ、内周面は環状溝の溝底面に密着した状態となる。従って、シールリングに対して、高圧ガスの圧力を受ける側とは反対側に配置された弾性リングが、高圧ガスに直接曝されることはない。このように、本発明によれば、ゴム状弾性体製の弾性リングにおいて、一般的に懸念される耐熱性、耐油性、耐薬品性についての問題が解消される。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、樹脂製のシールリングの密封機能が低下した状態であっても、密封機能を発揮させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の実施例に係るインジェクターの取り付け構造を示す模式的断面図である。
【図２】図２は本発明の実施例１に係る密封装置の装着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２に係る密封装置の装着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】
【００１３】
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。
【００１４】
本発明に係る密封装置は、燃焼ガスなどの高圧ガスの漏れを防止するために用いられる。より具体的には、本発明に係る密封装置は、高圧ガスに曝される部材に形成された取付孔と、該取付孔に取り付けられる取付部品との間の環状隙間を密封するために用いられる。以下の説明においては、高圧ガスに曝される部材としてのシリンダーヘッドに形成された取付孔と、この取付孔に取り付けられる取付部品としてのインジェクターとの間の環状隙間を密封する密封装置の場合を例にして説明する。なお、本発明は、シリンダーヘッドに形成された取付孔と、この取付孔に取り付けられる各種センサー（例えば、燃焼圧センサー）との間の環状隙間を密封する密封装置にも適用可能である。また、本発明は、シリンダーヘッドに限らず、高圧ガスに曝される部材に形成された取付孔と、該取付孔に取り付けられる各種取付部品との間の環状隙間を密封する密封装置にも適用可能である。
【００１５】
（インジェクターの取り付け構造）
本実施例に係る密封装置を説明するに先立って、本実施例に係る密封装置が適用されるインジェクターの取り付け構造について、図１を参照して説明する。なお、図１においては、説明の便宜上、密封装置は省略している。
【００１６】
エンジンのシリンダーヘッド３００には、インジェクター取付孔３１０が形成されている。インジェクター２００は、このインジェクター取付孔３１０に、その先端部分が挿入されるように取り付けられる。図中、シリンダーヘッド３００を介して下側が燃焼室側（Ｅ）であり、上側が大気側（Ａ）である。燃焼室側（Ｅ）においては、高圧の燃焼ガスが発生するため、インジェクター取付孔３１０とインジェクター２００との間の環状隙間から、燃焼ガスが大気側（Ａ）に漏れるのを防止する必要がある。そこで、インジェクター２００の先端部分に環状溝２１０を設け、この環状溝２１０に密封装置（先端シール）を装着することによって、上記環状隙間から燃焼ガスが大気側（Ａ）に漏れるのを防止している。
【００１７】
（実施例１）
図２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。図２は本発明の実施例１に係る密封装置の装着状態を示す模式的断面図であり、密封装置の中心軸線を含む面で切断した断面の一部を示している。なお、本実施例に係る密封装置１００は、回転対称形状であり、中心軸線を含むいずれの面においても、同一の断面形状をなしている。
【００１８】
本実施例に係る密封装置１００は、樹脂製のシールリング１１０と、ゴム状弾性体製の弾性リング１２０とから構成される。そして、環状溝２１０内において、燃焼室側（Ｅ）にシールリング１１０が設けられ、大気側（Ａ）に弾性リング１２０が設けられる。なお、燃焼室側（Ｅ）が燃焼ガス（高圧ガス）の圧力を受ける側であり、大気側（Ａ）が燃焼ガスの圧力を受ける側とは反対側である。また、本実施例においては、環状溝２１０は、断面が矩形の環状の溝である。
【００１９】
シールリング１１０は、少なくとも２００℃の耐熱性を有する樹脂材料（ＰＴＦＥやＰＴＦＥと充填材からなる樹脂組成物など）により構成された円筒形状の部材である。すなわち、このシールリング１１０の外周面側は、インジェクター取付孔３１０の内周面に密着する円柱面１１１によって構成されている。また、このシールリング１１０の内周面側は、環状溝２１０の溝底面２１０ａに密着する円柱面１１２によって構成されている。なお、シールリング１１０は、少なくとも初期状態ではつぶし代を有している。そのため、外周面側の円柱面１１１及び内周面側の円柱面１１２は、それぞれインジェクター取付孔３１０の内周面及び環状溝２１０の溝底面２１０ａに対して、十分な面圧を有する状態で密着している。
【００２０】
弾性リング１２０の材料としては、エンジンなどから伝熱される熱（約２００℃以下）を考慮し、フッ素ゴムやアクリルゴム等の耐熱ゴム材を採用するのが望ましい。本実施例に係る弾性リング１２０は、断面形状が円形であるＯリングを採用している。ただし、弾性リング１２０については、Ｏリング以外の各種のシールリングを採用し得る。
【００２１】
また、弾性リング１２０は、インジェクター取付孔３１０の内周面と環状溝２１０の溝底面２１０ａとの間に、外周面側及び内周面側のいずれも圧縮された状態で配置されるように構成されている。つまり、弾性リング１２０は、外力が作用していない状態において、その外径がインジェクター取付孔３１０の内径よりも大きく、その内径が環状溝２１０の溝底面２１０ａの外径よりも小さく設定されている。これにより、弾性リング１２０は
、外径側と内径側の両側につぶし代が設けられており、装着状態においては、外周面側及び内周面側のいずれも圧縮された状態で配置される。
【００２２】
なお、弾性リング１２０が配置される位置は、環状溝２１０のうち、軸線方向において、中心よりも大気側（Ａ）の領域内とするのが望ましい。また、シールリング１１０の内周面側における環状溝２１０の溝底面２１０ａに対して接触する部位の軸方向長さは、環状溝２１０の軸方向長さの１／３以上に設定するのが望ましい。
【００２３】
（本実施例に係る密封装置の優れた点）
本実施例に係る密封装置１００によれば、シールリング１１０だけでなく、シールリング１１０の大気側（Ａ）に設けられたゴム状弾性体製の弾性リング１２０によっても密封機能が発揮される。従って、樹脂製のシールリング１１０が、クリープ変形によって経時的に密封機能が低下した状態や、低温環境の下で密封機能が低下した状態であっても、弾性リング１２０によって密封機能が維持される。また、ゴムは、樹脂に比べて、密着する相手側の部材表面における凸凹や傷等の隙間に食い込み易いため、このような隙間からの微小な漏れをも抑制することが可能となる。
【００２４】
また、本実施例に係る密封装置１００の場合には、燃焼ガスの圧力によって、シールリング１１０を介して弾性リング１２０が大気側（Ａ）に押圧される。そのため、弾性リング１２０は、シールリング１１０と、環状溝２１０における大気側（Ａ）の側壁面２１０ｂとによって圧縮される。これにより、弾性リング１２０は、径方向に拡張するように変形しようとするため、弾性リング１２０によるインジェクター取付孔３１０の内周面、及び環状溝２１０の溝底面２１０ａに対する密着力は、より増加する。従って、燃焼ガスの圧力が高くなるほど、弾性リング１２０による密封機能はより高くなる。
【００２５】
また、シールリング１１０は、インジェクター取付孔３１０の内周面と環状溝２１０の溝底面２１０ａとの間に、初期つぶし代が付与された状態で設けられる。そのため、シールリング１１０は、外周面側の円柱面１１１がインジェクター取付孔３１０の内周面に密着し、内周面側の円柱面１１２がインジェクター２００の環状溝２１０の溝底面２１０ａに密着した状態となる。これにより、シールリング１１０に対して大気側（Ａ）に配置された弾性リング１２０は、燃焼ガスに直接曝されることはない。従って、燃焼ガスによって、弾性リング１２０が劣化してしまうことが抑制される。また、燃焼ガスは高温であるが、弾性リング１２０の場合には、シールリング１１０の場合のように、必ずしも２００℃以上の耐熱性を持たす必要もない。ここで、本実施例では、弾性リング１２０が配置される位置を、環状溝２１０のうち、軸線方向において、中心よりも大気側（Ａ）の領域内としている。また、シールリング１１０の内周面側における環状溝２１０の溝底面２１０ａに対して接触する部位の軸方向長さは、環状溝２１０の軸方向長さの１／３以上に設定している。従って、弾性リング１２０が燃焼ガスに直接曝されてしまうことをより確実に防止することができる。
【００２６】
（実施例２）
図３には、本発明の実施例２が示されている。図３は本発明の実施例２に係る密封装置の装着状態を示す模式的断面図であり、密封装置の中心軸線を含む面で切断した断面の一部を示している。なお、本実施例に係る密封装置１００は、回転対称形状であり、中心軸線を含むいずれの面においても、同一の断面形状をなしている。
【００２７】
本実施例に係る密封装置１００も、実施例１の場合と同様に、樹脂製のシールリング１１５と、ゴム状弾性体製の弾性リング１２５とから構成される。そして、環状溝２１０内において、燃焼室側（Ｅ）にシールリング１１５が設けられ、大気側（Ａ）に弾性リング１２５が設けられる。なお、燃焼室側（Ｅ）が燃焼ガス（高圧ガス）の圧力を受ける側で
あり、大気側（Ａ）が燃焼ガスの圧力を受ける側とは反対側である。
【００２８】
本実施例における環状溝２１０は、その溝底面が、円柱面部２１０ｃと傾斜面部２１０ｄとから構成されている。傾斜面部２１０ｄは、大気側（Ａ）に向かうにつれて拡径するように構成されている。なお、環状溝２１０における燃焼室側（Ｅ）の側壁面は、実施例１の場合と同様に軸線に垂直な面で構成されている。また、環状溝２１０の大気側（Ａ）には側壁面は設けられておらず、上記の傾斜面部２１０ｄがインジェクター２００の胴体部分の外周表面まで続いている。
【００２９】
シールリング１１５は、少なくとも２００℃の耐熱性を有する樹脂材料（ＰＴＦＥやＰＴＦＥと充填材からなる樹脂組成物など）により構成された略円筒形状の部材である。すなわち、このシールリング１１５の外周面側は、インジェクター取付孔３１０の内周面に密着する円柱面１１６によって構成されている。また、このシールリング１１５の内周面側は、燃焼室側（Ｅ）において環状溝２１０の溝底面のうちの円柱面部２１０ｃに密着する円柱面部１１７と、大気側（Ａ）において環状溝２１０の溝底面のうち傾斜面部２１０ｄに密着する傾斜面部１１８によって構成されている。ここで、本実施例においては、環状溝２１０における傾斜面部２１０ｄと、シールリング１１５における傾斜面部１１８は、いずれもテーパ面であり、両者のテーパ角度は等しくなるように設計されている。なお、これらの傾斜面部２１０ｄ，１１８については、テーパ面以外の傾斜面を採用してもよい。
【００３０】
また、シールリング１１５は、少なくとも初期状態ではつぶし代を有している。そのため、外周面側の円柱面１１６と、内周面側の円柱面部１１７及び傾斜面部１１８は、それぞれインジェクター取付孔３１０の内周面及び環状溝２１０の溝底面に対して、十分な面圧を有する状態で密着している。
【００３１】
弾性リング１２５の材料としては、エンジンなどから伝熱される熱（約２００℃以下）を考慮し、フッ素ゴムやアクリルゴム等の耐熱ゴム材を採用するのが望ましい。本実施例に係る弾性リング１２５も、実施例１の場合と同様に、断面形状が円形であるＯリングを採用している。ただし、弾性リング１２５については、Ｏリング以外の各種のシールリングを採用し得る。
【００３２】
また、弾性リング１２５は、インジェクター取付孔３１０の内周面と環状溝２１０の溝底面のうち傾斜面部２１０ｄとの間に、外周面側及び内周面側のいずれも圧縮された状態で配置されるように構成されている。つまり、弾性リング１２５は、外力が作用していない状態において、その外径がインジェクター取付孔３１０の内径よりも大きく、その内径が環状溝２１０の溝底面における傾斜面部２１０ｄのうち弾性リング１２５が装着される部位の外径よりも小さく設定されている。これにより、弾性リング１２５は、外径側と内径側の両側につぶし代が設けられており、装着状態においては、外周面側及び内周面側のいずれも圧縮された状態で配置される。
【００３３】
なお、弾性リング１２５が配置される位置は、環状溝２１０のうち、軸線方向において、中心よりも大気側（Ａ）の領域内とするのが望ましい。また、シールリング１１５の内周面側における環状溝２１０の溝底面に対して接触する部位の軸方向長さは、環状溝２１０の軸方向長さの１／３以上に設定するのが望ましい。
【００３４】
（本実施例に係る密封装置の優れた点）
本実施例に係る密封装置１００においても、シールリング１１５だけでなく、シールリング１１５の大気側（Ａ）に設けられたゴム状弾性体製の弾性リング１２５によっても密封機能が発揮され、実施例１の場合と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
また、本実施例に係る密封装置１００の場合には、燃焼ガスの圧力によって、シールリング１１５を介して弾性リング１２５が大気側（Ａ）に押圧される。そのため、弾性リング１２５は、環状溝２１０における溝底面における傾斜面部２１０ｄから反作用による力を受ける。この反作用による力は、外周面側にも分力を有する。従って、弾性リング１２５によるインジェクター取付孔３１０の内周面、及び環状溝２１０の溝底面における傾斜面部２１０ｄに対する密着力は、より増加する。従って、燃焼ガスの圧力が高くなるほど、弾性リング１２５による密封機能はより高くなる。
【００３６】
更に、シールリング１１５についても、燃焼ガスの圧力を受けることで、大気側（Ａ）に押圧されて、傾斜面部１１８は、環状溝２１０の溝底面における傾斜面部２１０ｄから反作用による力を受ける。従って、燃焼ガスの圧力が高くなるほど、シールリング１１５によるインジェクター取付孔３１０の内周面、及び環状溝２１０の溝底面における傾斜面部２１０ｄに対する密着力は、より増加する。従って、燃焼ガスの圧力が高くなるほど、シールリング１１５による密封機能も高くなる。
【００３７】
また、本実施例においても、シールリング１１５に対して大気側（Ａ）に配置された弾性リング１２５は、燃焼ガスに直接曝されることはなく、実施例１の場合と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
また、本実施例の場合には、弾性リング１２５は、インジェクター取付孔３１０の内周面と、環状溝２１０の溝底面における傾斜面部２１０ｄとの間に配置されるので、実施例１の場合に比べて、弾性リング１２５の線径は小さくなる。このように、弾性リング１２５は小サイズのものが採用されるので、実施例１に比べてコストを抑えることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１００  密封装置
１１０，１１５  シールリング
１１１，１１２，１１６  円柱面
１１７  円柱面部
１１８  傾斜面部
１２０，１２５  弾性リング
２００  インジェクター
２１０  環状溝
２１０ａ  溝底面
２１０ｂ  側壁面
２１０ｃ  円柱面部
２１０ｄ  傾斜面部
３００  シリンダーヘッド
３１０  インジェクター取付孔
【図１】
2014105710.tif 000003
【図２】
2014105710.tif 000004
【図３】
2014105710.tif 000005