(57)【要約】  長期に亘り密封性を維持させつつ、摺動抵抗の増加の抑制を図ることのできる密封装置を提供する。  板バネ２００には、軸６００がハウジング７００の軸孔に挿入されるに伴って、シール部材１００の径方向内側が密封対象流体側に向かって湾曲するように変形し、かつ板バネ２００の径方向内側がシール部材１００に沿って湾曲するように変形する過程で、シール部材１００に食い込む突起２１０が周方向に間隔を空けて複数設けられていることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を密封する密封装置において、
前記ハウジングに設けられた軸孔に固定される金属環と、
板状かつ環状のポリテトラフルオロエチレン製の部材により構成され、径方向外側が前記金属環に固定されて、密封対象流体が密封される密封対象流体側に向かって径方向内側が湾曲するように変形した状態で前記軸の外周面に摺動自在に密着するシール部材と、
板状かつ環状の金属部材により構成され、径方向外側が前記金属環に固定されて、径方向内側が前記シール部材に沿って湾曲するように変形し、該シール部材の径方向内側を前記軸の外周面に向かって押圧する板バネと、
を備え、
前記板バネには、前記軸が前記軸孔に挿入されるに伴って、前記シール部材の径方向内側が前記密封対象流体側に向かって湾曲するように変形し、かつ前記板バネの径方向内側が前記シール部材に沿って湾曲するように変形する過程で、前記シール部材に食い込む突起が周方向に間隔を空けて複数設けられていることを特徴とする密封装置。
【請求項２】
前記突起は、前記シール部材のうち前記軸の外周面に摺動自在に密着する部位の裏面の位置に食い込むことを特徴とする請求項１に記載の密封装置。
【請求項３】
前記突起は、径方向内側かつ前記密封対象流体側に向かって伸びてい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、ポリテトラフルオロエチレン製のシール部材を備える密封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＧＲなどの排気ガス系統において、相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を密封するために用いられる密封装置には、環境規制への対応等を背景として、更なる密封性の安定化が求められている。そこで、本出願人は、耐熱性に優れ、かつ摺動摩耗の少ないポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製のシール部材を用い、かつこのシール部材の経時的なクリープ現象によるヘタリ対策のために板バネを用いた密封装置に関する技術を提案している（特許文献１参照）。図８〜図１０を参照して、従来例に係る密封装置について説明する。【０００３】
図８は従来例に係る密封装置の模式的断面図である。図９及び図１０は従来例に係る密封構造の模式的断面図である。なお、図９は初期状態を示し、図１０は長期使用後の状態を示している。また、図８〜図１０においては、切断面のみを示し奥行き線は省略している。【０００４】
この従来例に係る密封装置８００は、金属環８３０と、ＰＴＦＥ製のシール部材８１０と、板バネ８２０と、金属環８３０の内周面側に固定される金属製の固定環８４０とから構成される。シール部材８１０と板バネ８２０は、固定環８４０によって、金属環８３０に固定される。そして、シール部材８１０は、径方向外側が金属環８３０に固定されて、径方向内側が密封対象流体側（高圧側（Ｈ））に向かって湾曲するように変形した状態で軸６００の外周面に摺動自在に密着するように構成されている。また、板バネ８２０は、径方向外側が金属環８３０に固定されて、径方向内側がシール部材８１０に沿って湾曲するように変形し、シール部材８１０の径方向内側の端部付近を軸６００の外周面に向かって押圧するように構成されている。【０００５】
以上のように構成される密封装置８００によれば、板バネ８２０が設けられているため、シール部材８１０にヘタリが生じてしまっても、シール部材８１０の径方向内側の端部付近が軸６００の外周面に密着した状態が維持される。そのため、長期に亘って密封性が維持される。【０００６】
しかしながら、シール部材８１０は、長期に亘って、高温環境下において、密封対象流体の圧力を受ける。そのため、経時的にクリープ現象が進み、シール部材８１０のうち、平面状の部分と円筒状の部分との間の湾曲部分が、密封対象流体側とは反対側（低圧側（Ｌ））に向かって突出するように変形してしまう（図１０参照）。これにより、シール部材８１０と軸６００との摺動面積が徐々に増加してしまう。なお、図９は初期状態を示し、図１０は長期使用後の状態を示している。初期状態においては、シール部材８１０と軸６００との摺動部分の範囲がＳ１であるのに対して、長期使用後においては、シール部材８１０と軸６００との摺動部分の範囲がＳ２（＞Ｓ１）となっている。【０００７】
以上のように、従来例に係る密封装置８００の場合には、板バネ８２０を設けることによって、長期に亘って密封性が維持されるものの、シール部材８１０と軸６００との摺動面積が経時的に増加してしまっていた。これにより、摺動抵抗が増加して、トルクが増加してしまっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−２０３４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、長期に亘り密封性を維持させつつ、摺動抵抗の増加の抑制を図ることの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】
【００１０】
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。【００１１】
すなわち、本発明の密封装置は、
相対的に回転する軸とハウジングとの間の環状隙間を密封する密封装置において、
前記ハウジングに設けられた軸孔に固定される金属環と、
板状かつ環状のポリテトラフルオロエチレン製の部材により構成され、径方向外側が前記金属環に固定されて、密封対象流体が密封される密封対象流体側に向かって径方向内側が湾曲するように変形した状態で前記軸の外周面に摺動自在に密着するシール部材と、
板状かつ環状の金属部材により構成され、径方向外側が前記金属環に固定されて、径方向内側が前記シール部材に沿って湾曲するように変形し、該シール部材の径方向内側を前記軸の外周面に向かって押圧する板バネと、
を備え、
前記板バネには、前記軸が前記軸孔に挿入されるに伴って、前記シール部材の径方向内側が前記密封対象流体側に向かって湾曲するように変形し、かつ前記板バネの径方向内側が前記シール部材に沿って湾曲するように変形する過程で、前記シール部材に食い込む突起が周方向に間隔を空けて複数設けられていることを特徴とする。【００１２】
本発明において、「密封対象流体側」とは、上記の通り、密封対象流体が密封される側を意味している。つまり、現に、密封対象流体が密封されていない状態においても、密封対象流体が密封される側は、「密封対象流体側」である。【００１３】
本発明に係る密封装置おいては、次のようなシール部材を備える構成を採用している。すなわち、本発明におけるシール部材は、板状かつ環状のポリテトラフルオロエチレン製の部材により構成され、径方向外側が金属環に固定されて、径方向内側が密封対象流体側に向かって湾曲するように変形した状態で軸の外周面に摺動自在に密着するように構成されている。これにより、ゴム状弾性体製のシール部材を用いた場合に比べて、耐熱性等に優れ、かつ摺動摩耗を少なくすることができる。そして、本発明の密封装置は、シール部材の径方向内側を軸の外周面に向かって押圧する板バネを備えているので、シール部材自体にヘタリが生じても、長期に亘って安定した密封性を維持することができる。【００１４】
また、本発明の密封装置においては、板バネには、シール部材に食い込む突起が周方向に間隔を空けて複数設けられている。これにより、複数の突起が食い込んだ部分において、シール部材が板バネに対して移動してしまうことが抑制される。これにより、シール部材は、密封対象流体の圧力を受けても、密封対象流体側とは反対側に突出するように変形してしまうことが抑制される。従って、シール部材と軸との摺動面積が増加してしまうことを抑制することができる。【００１５】
そして、突起は、軸が軸孔に挿入されるに伴って、シール部材の径方向内側が密封対象流体側に向かって湾曲するように変形し、かつ板バネの径方向内側がシール部材に沿って湾曲するように変形する過程で、シール部材に食い込むように構成されている。これにより、シール部材と板バネは無理なく変形するため、いずれか一方に歪みが生じてしまうことが抑制され、食い込んだ突起が外れてしまうことが抑制される。【００１６】
前記突起は、前記シール部材のうち前記軸の外周面に摺動自在に密着する部位の裏面の位置に食い込むとよい。【００１７】
これにより、突起を、シール部材に対して、より確実に食い込ませることが可能となる。【００１８】
前記突起は、径方向内側かつ前記密封対象流体側に向かって伸びているとよい。【００１９】
これにより、シール部材が密封対象流体の圧力を受けても、シール部材に食い込んだ突起が抜けてしまうことをより確実に抑制することができる。【００２０】
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、長期に亘り密封性を維持させつつ、摺動抵抗の増加の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は本発明の実施例に係る密封装置の正面図である。
【図２】図２は本発明の実施例に係る密封装置の背面図である。
【図３】図３は本発明の実施例に係る板バネの背面図である。
【図４】図４は本発明の実施例に係る板バネの模式的断面図である。
【図５】図５は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図である。
【図６】図６は本発明の実施例に係る密封構造の模式的断面図である。
【図７】図７は本発明の実施例に係る密封装置の一部を破断した斜視図である。
【図８】図８は従来例に係る密封装置の模式的断面図である。
【図９】図９は従来例に係る密封構造の模式的断面図である。
【図１０】図１０は従来例に係る密封構造の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
（実施例）
図１〜図７を参照して、本発明の実施例に係る密封装置について説明する。本実施例に係る密封装置１０は、例えば、ＥＧＲなどの排気ガス系統において、相対的に回転する軸６００とハウジング７００との間の環状隙間を密封するために用いられる。従って、密封装置１０は、高温環境下で用いられる。ここで、以下の説明において、「密封対象流体側」とは、密封対象流体が密封される側を意味する。つまり、現に、密封対象流体が密封されていない状態においても、密封対象流体が密封される側は、「密封対象流体側」である。なお、密封対象流体側は、その反対側に比べて高圧となる。そこで、以下の説明においては、適宜、密封対象流体側を高圧側（Ｈ）と称し、その反対側を低圧側（Ｌ）と称する。
【００２５】
＜密封装置＞
本実施例に係る密封装置１０の構成について説明する。図１は本発明の実施例に係る密封装置の正面図である。図２は本発明の実施例に係る密封装置の背面図である。図３は本発明の実施例に係る板バネの背面図である。図４は本発明の実施例に係る板バネの模式的断面図であり、図３中のＢＢ断面図である。図５は本発明の実施例に係る密封装置の模式的断面図であり、図２中のＡＡ断面図である。図６は本発明の実施例に係る密封構造の模式的断面図である。なお、図５及び図６においては、切断面のみを示し、奥行き線は省略している。図７は本発明の実施例に係る密封装置の一部を破断した斜視図である。なお、図７は、本発明の実施例に係る密封構造において、密封装置を切断した断面付近を斜めから見た様子を模式的に示した図であり、軸及びハウジングを省略して示している。
【００２６】
本実施例に係る密封装置１０は、金属環３００と、シール部材１００と、板バネ２００と、金属環３００の内周面側に固定される金属製の固定環４００とから構成される。金属環３００は、円筒部３１０と、円筒部３１０の一端側から径方向内側に向かって伸びる内向きフランジ部３２０と、円筒部３１０の他端側において径方向内側に向かって折り曲げられることにより形成される加締め部３３０とを備えている。円筒部３１０は、ハウジング７００に設けられた軸孔の内周面に密着した状態で嵌合される。これにより、仮にハウジング７００が鋳物（例えば、アルミニウム製の鋳物）で構成される場合であっても、金属環３００の外周面とハウジング７００の軸孔の内周面との間に十分な密封性を得ることができる。つまり、ハウジング７００の軸孔の内周面に鋳巣のような微小の凹部が複数存在していても、密封性を発揮させることができる。なお、密封構造においては、上記の「一端側」は「低圧側（Ｌ）」に相当し、上記の「他端側」は「高圧側（Ｈ）」に相当する。
【００２７】
シール部材１００は、板状かつ環状のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の部材により構成される。ＰＴＦＥは、耐熱性，耐圧性及び耐薬品性に優れ、かつ摺動摩耗が少ないといった特性を有している。また、本実施例に係るシール部材１００は、径方向外側が金属環３００に固定されて、径方向内側が高圧側（Ｈ）に向かって湾曲するように変形した状態で軸６００の外周面に摺動自在に密着するように構成されている。
【００２８】
板バネ２００は、板状かつ環状の金属部材により構成される。また、板バネ２００は、径方向外側が金属環３００に固定されて、径方向内側がシール部材１００に沿って湾曲するように変形し、シール部材１００の径方向内側を軸６００の外周面に向かって押圧するように構成される。また、この板バネ２００には、内周面側の端部から外周面側の端部に向かって伸びる内周面側スリット２２０が周方向に間隔を空けて複数設けられている。更に、板バネ２００には、外周面側の端部から内周面側の端部に向かって伸びる外周面側スリット２３０が周方向に間隔を空けて複数設けられている。そして、内周面側スリット２２０と外周面側スリット２３０は、周方向に交互に設けられている。また、本実施例に係る板バネ２００には、シール部材１００に食い込む突起２１０が周方向に間隔を空けて複数設けられている。
【００２９】
固定環４００は、金属環３００の内周面側に固定される円筒部４１０と、円筒部４１０の一端側から径方向内側に向かって伸びる内向きフランジ部４２０とから構成される。そして、シール部材１００と板バネ２００と固定環４００が、金属環３００の内周面側に配置された状態で、金属環３００における他端側の端部が固定環４００の端部に突き当たるように径方向内側に向かって折り曲げられて加締め部３３０が形成される。これにより、シール部材１００の径方向外側の端部と、板バネ２００の径方向外側の端部が、内向きフランジ部３２０と固定環４００との間に圧縮されることによって、金属環３００に固定される。
【００３０】
＜密封装置の装着方法及び使用時の状態＞
特に、図５〜図７を参照して、本実施例に係る密封装置１０の装着方法及び密封構造について説明する。上記のように構成される密封装置１０は、ハウジング７００に設けられた軸孔内に挿入され、この軸孔内に嵌合される。このとき、密封装置１０における金属環３００の円筒部３１０の外周面が、軸孔の内周面に密着した状態となる。そして、軸６００が図６中左側（使用時における低圧側（Ｌ））から右側（使用時における高圧側（Ｈ））に挿入される。これにより、シール部材１００及び板バネ２００は、その径方向内側の端部が軸６００によって押される。そのため、これらシール部材１００及び板バネ２００は、内向きフランジ部３２０と固定環４００との間に圧縮されている位置よりも径方向内側が密封対象流体側に向かって湾曲するように変形する。これにより、シール部材１００の湾曲した部分における先端付近の内周面が軸６００の外周面に密着した状態となる。また、板バネ２００の湾曲した部分における先端付近の内周面が、シール部材１００の湾曲した部分における先端付近の外周面に密着した状態となる。そして、板バネ２００の弾性復元力によって、板バネ２００の先端付近の部分により、シール部材１００の湾曲した部分における先端付近が軸６００の外周面に向かって押圧される。
【００３１】
＜板バネの突起＞
板バネ２００に設けられた突起２１０について、より詳細に説明する。密封装置１０が組み立てられた状態（軸６００が挿入される前の状態）においては、突起２１０はシール部材１００には食い込まないように構成されている。すなわち、この状態においては、突起２１０の先端がシール部材１００に突き当たるものの、板バネ２００の径方向内側の部分が少し撓んだ状態となり、突起２１０がシール部材１００に食い込まないように、板バネ２００の弾性力が調整されている（図５参照）。
【００３２】
そして、突起２１０は、軸６００がハウジング７００の軸孔に挿入されるに伴って、シール部材１００の径方向内側が密封対象流体側に向かって湾曲するように変形し、かつ板バネ２００の径方向内側がシール部材１００に沿って湾曲するように変形する過程で、シール部材１００に食い込むように構成されている。
【００３３】
すなわち、軸６００の挿入に伴って、シール部材１００の径方向内側が変形し、かつ板バネ２００の径方向内側が変形すると、シール部材１００の径方向内側の部分は、軸６００と板バネ２００とに挟み込まれた状態となる。そのため、軸６００が挿入される前の状態に比べて、板バネ２００に設けられた突起２１０のシール部材１００に対する押圧力は大きくなる。これにより、突起２１０がシール部材１００に食い込むように構成されている。
【００３４】
ここで、突起２１０は、シール部材１００のうち軸６００の外周面に摺動自在に密着する部位の裏面の位置に食い込むように構成されている。また、突起２１０は、径方向内側かつ密封対象流体側に向かって伸びるように構成されている（図５参照）。
【００３５】
＜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１０においては、次のようなシール部材１００を備える構成を採用している。すなわち、このシール部材１００は、板状かつ環状のＰＴＦＥ製の部材により構成され、径方向外側が金属環３００に固定されて、径方向内側が密封対象流体側に向かって湾曲するように変形した状態で軸６００の外周面に摺動自在に密着するように構成されている。これにより、ゴム状弾性体製のシール部材を用いた場合に比べて、耐熱性等に優れ、かつ摺動摩耗を少なくすることができる。そして、密封装置１０は、シール部材１００の径方向内側を軸６００の外周面に向かって押圧する板バネ２００を備えているので、シール部材１００自体にヘタリが生じても、長期に亘って安定した密封性を維持することができる。
【００３６】
また、本実施例に係る板バネ２００には、シール部材１００に食い込む突起２１０が周方向に間隔を空けて複数設けられている。これにより、複数の突起２１０が食い込んだ部分において、シール部材１００が板バネ２００に対して移動してしまうことが抑制される。これにより、シール部材１００は、密封対象流体の圧力を受けても、低圧側（Ｌ）に突出するように変形してしまうことが抑制される。つまり、単に、板バネによってシール部材を軸の外周面に向かって押圧しているだけの場合、シール部材は、高温環境下で密封対象流体の圧力を受け続けることで、クリープ現象によって、低圧側に向かって突出するように徐々に変形してしまう。このとき、板バネによるシール部材に対する押圧部分においては、板バネに対してシール部材が低圧側（Ｌ）に向かって徐々に摺動する。
【００３７】
これに対して、本実施例に係る密封装置１０の場合、上記の通り、複数の突起２１０が食い込んだ部分において、シール部材１００が板バネ２００に対して移動してしまうことが抑制される。従って、シール部材１００が低圧側（Ｌ）に突出するように変形してしまうことが抑制される。これにより、シール部材１００と軸６００との摺動面積が増加してしまうことを抑制することができる。従って、シール部材１００と軸６００との摺動抵抗が増加してしまうことを抑制することができる。
【００３８】
また、突起２１０は、軸６００が軸孔に挿入されるに伴って、シール部材１００の径方向内側が密封対象流体側に向かって湾曲するように変形し、かつ板バネ２００の径方向内側がシール部材１００に沿って湾曲するように変形する過程で、シール部材１００に食い込むように構成されている。これにより、シール部材１００と板バネ２００は無理なく変形するため、いずれか一方に歪みが生じてしまうことが抑制され、食い込んだ突起２１０が外れてしまうことが抑制される。
【００３９】
すなわち、シール部材１００と板バネ２００の変形時の曲げ度合は異なる。そのため、仮に、変形前の状態で突起２１０をシール部材１００に食い込ませた場合には、シール部材１００と板バネ２００が変形する過程で、いずれか一方に歪みが生じてしまい、食い込んでいた突起２１０が抜けてしまい易くなる。これに対して、本実施例においては、これらシール部材１００と板バネ２００が変形する過程で、突起２１０がシール部材１００に食い込むため、いずれか一方に歪みが生じてしまうことを抑制することができる。
【００４０】
また、本実施例に係る突起２１０は、シール部材１００のうち軸６００の外周面に摺動自在に密着する部位の裏面の位置に食い込むように構成されている。これにより、シール部材１００は、突起２１０と軸６００により両面側から直接挟み込まれるため、突起２１０を、シール部材１００に対して、より確実に食い込ませることが可能となる。
【００４１】
更に、本実施例に係る突起２１０は、径方向内側かつ密封対象流体側に向かって伸びるように構成されている。これにより、シール部材１００が密封対象流体の圧力を受けても、シール部材１００に食い込んだ突起２１０が抜けてしまうことをより確実に抑制することができる。
【００４２】
（その他）
板バネ２００において、突起２１０を設ける位置については、上記実施例で示した場合に限定されることはない。
【符号の説明】
【００４３】
１０  密封装置
１００  シール部材
２００  板バネ
２１０  突起
２２０  内周面側スリット
２３０  外周面側スリット
３００  金属環
３１０  円筒部
３２０  内向きフランジ部
３３０  加締め部
４００  固定環
４１０  円筒部
４２０  内向きフランジ部
６００  軸
７００  ハウジング
【図１】
2019073808.tif 000003
【図２】
2019073808.tif 000004
【図３】
2019073808.tif 000005
【図４】
2019073808.tif 000006
【図５】
2019073808.tif 000007
【図６】
2019073808.tif 000008
【図７】
2019073808.tif 000009
【図８】
2019073808.tif 000010
【図９】
2019073808.tif 000011
【図１０】
2019073808.tif 000012
【国際調査報告】
2019073808.tif 000013
2019073808.tif 000014
2019073808.tif 000015