(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２対向面により形成される環状隙間のいずれか一方の面に形成された環状溝に嵌め込まれ、他方の面に当接する摺動面を備えたシール部材と、このシール部材に当接して前記他方の面へと付勢する付勢部材とを備えた密封装置において、
前記環状溝は、溝底部の軸方向中央部に突出した突条部を備え、
前記シール部材は、摺動面を有する軸方向部から径方向に突出し、前記突条部により分割された環状溝の２領域に対して進入する一対のフランジ部を備え、
前記付勢部材は、前記環状溝の２領域のそれぞれに配置されて前記一対のフランジ部をそれぞれ付勢して、前記摺動面の軸方向両端のそれぞれの側にピークを持つ２つの山を有する面圧分布を形成させるように構成されており、
前記突条部は、前記一対のフランジ部とそれぞれ当接する両側面のうち、少なくとも一方の側面は、前記他方の面に向くように傾斜する傾斜面により構成されていることを特徴とする密封装置。
【請求項２】
前記突条部の両側面は、いずれも前記他方の面に向くように傾斜する傾斜面により構成されてい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】
前記一対のフランジ部は前記突条部の傾斜面よりも柔らかい樹脂材料で構成されており、かつ、各フランジ部は、これらの角が前記傾斜面に対して摺動するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の密封装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環状溝に嵌め込まれるシール部材を備えた密封装置に関し、環状溝とシール部材の構成によりそのシール性を向上させる技術である。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高圧の密封流体（作動油や燃料等）が作用する装置の駆動力伝達部等において、例えばハウジングの軸孔内周面と該軸孔に挿通される軸の外周面（軸孔に対する回転軸やシリンダに対するピストン）との間の環状隙間からの密封流体の漏れを防止するために密封装置が備えられている。
【０００３】
図４は、このような密封装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃの断面概略構成（図４（ａ），（ｃ），（ｅ））と，使用形態を説明する断面構成説明図（図４（ｂ），（ｄ），（ｆ））である。
【０００４】
各密封装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは、外周側に配置される樹脂材料（例えばＰＴＦＥ等）による樹脂リング１１１，１１２，１１３と、これら樹脂リングの内周側に当接して拡張力を与えるゴム状弾性体によるＯリング１１４，１１５，１１６の２つの構成部材を備えている。
【０００５】
図４（ｂ），（ｄ），（ｆ）において、ハウジング１０１の軸孔１０１ａと軸１０２は同軸的に配置されており、軸１０２は目的に合わせて停止／往復動等の動作がなされる。そして、軸１０２の外周面１０２ａには断面矩形状の環状溝１０２ｂが設けられ、密封装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃが装着されている。
【０００６】
密封装置１００Ａと１００Ｂは断面矩形状の樹脂リング１１１，１１２を備え、樹脂リング１１１，１１２の外周面１１１ａ，１１２ａ（樹脂リングを円筒形状にみたてた場合その外周壁面）がハウジング１０１の軸孔１０１ａとの摺動面となっている。
【０００７】
また、密封装置１００Ｃは、装着状態において矢印Ａ１０１方向からの流体の進入をより防止可能とする片側シールとして機能させるために、樹脂リング１１３の断面形状を左右非対称としている。
【０００８】
具体的には、外周面を矢印Ａ１０１方向に向けて縮径させた傾斜面部１１３ａと、傾斜面部１１３ａよりも若干小径の平行面部１１３ｂとを軸方向に接続させた外周輪郭を有する断面形状である（図４の断面形状は外周輪郭の特徴を際立たせており、実際の傾斜面部１１３ａと平行面部１１３ｂとの間隔は図に示されたものよりも小さく設定されることもある）。
【０００９】
従って、このような構成の密封装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは、樹脂リングとＯリングを組み合わせることにより、弾性の低い樹脂リングに拡張力を与え、対向摺動面（図４ではハウジング１０１の軸孔１０１ａ）に対し所定の圧力で当接させてシール性を発揮させると共に、かつ樹脂材料の特性から摺動性／耐摩耗性に優れたものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
また近年においては、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等において低燃費や高出力等の性能向上を図る為に、シリンダ内に高圧力の燃料を直接噴射して燃焼させる筒内直接噴射方式のものが開発されている。
【００１１】
そして、このような筒内直接噴射方式のエンジンでは、燃料を高圧力に加圧するための高圧燃料ポンプが必要であり、この高圧燃料ポンプに使用される密封装置にもより高圧なシール性が要求されている。
【００１２】
このような高圧燃料ポンプの一形態としては、円筒状のシリンダの内側に軸方向に高速で往復動する加圧ピストンを備え、シリンダ室を加圧することにより燃料を加圧する方式のものがあり、また、密封装置としては、そのシリンダとピストンとの微小な環状隙間からの漏れを防止するために備えられている。
【００１３】
しかしながら、密封装置１００Ａ，１００Ｂにおいては、樹脂リング１１１，１１２がＯリング１１４，１１５により略軸方向略中央部に一番大きな拡張力を受けることから、その外周面１１１ａ，１１２ａにおける面圧分布ＰＤ１００Ａ，ＰＤ１００Ｂは、中央部に向かって序々に面圧が高くなる一つの山形形状となっており、面圧の低い軸方向端部より両方向より流体が進入し易くなり、高圧シール性を低下させている。
【００１４】
特に、上記のように往復動するピストンのシールを行なう場合には、２方向のシール性が必要となっている。
【００１５】
一方、密封装置１００Ｃでは、耐圧を発揮させる側（図において左側）に急な立ち上がりを有する面圧分布ＰＤ１００Ｃが形成されることになり、矢印Ａ１０１方向のシール性に対しては十分であるが、反対側（図において右側）からは流体が進入し易くなり、シール性を低下させている。
【００１６】
また、密封装置１００Ｃでは、外周壁面が平面（円筒壁面）ではないので、密封装置１００Ａ，１００Ｂに比較して製作性が劣り、また傾斜面部１１３ａの摩耗によって面圧分布が変化しシール性や寿命の低下につながることも懸念されていた。
【００１７】
本発明は上記従来技術の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、良好なシール性を発揮する面圧分布を形成可能とすること、両方向にシール性を発揮させること等を図り、かつ簡易な構成で密封装置のシール性を向上させることにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、２対向面により形成される環状隙間のいずれか一方の面に形成された環状溝に嵌め込まれ、他方の面に当接する摺動面を備えたシール部材と、このシール部材に当接して前記他方の面へと付勢する付勢部材とを備えた密封装置において、前記環状溝は、溝底部の軸方向中央部に突出した突条部を備え、前記シール部材は、摺動面を有する軸方向部から径方向に突出し、前記突条部により分割された環状溝の２領域に対して進入する一対のフランジ部を備え、前記付勢部材は、前記環状溝の２領域のそれぞれに配置されて前記一対のフランジ部をそれぞれ付勢して、前記摺動面の軸方向両端のそれぞれの側にピークを持つ２つの山を有する面圧分布を形成させるように構成されており、前記突条部は、前記一対のフランジ部とそれぞれ当接する両側面のうち、少なくとも一方の側面は、前記他方の面に向くように傾斜する傾斜面により構成されていることを特徴とする。
【００１９】
これにより、シール部材の摺動面に軸方向に離れて２つの山を有する面圧分布が形成され、両方向に対してシール性を発揮させることが可能となる。
【００２０】
また、２対向面の相対移動や密封流体の圧力により突条部とフランジ部が軸方向に移動してフランジ部と突条部における傾斜面により構成された側面が互いに当接した際に、摺動面を押し付けるような径方向分力が発生し、面圧を高めてシール性を向上可能とする。
【００２１】
この径方向分力による摺動面の付勢は、往復動する際に面圧を高める側を交互に変更させたり、高い圧力がかかる側の面圧を高めることができ、よりシール性を向上可能とする。
【００２２】
前記突条部の両側面は、いずれも前記他方の面に向くように傾斜する傾斜面により構成されていることも好適である。
【００２４】
また、前記一対のフランジ部は前記突条部の傾斜面よりも柔らかい樹脂材料で構成されており、かつ、各フランジ部は、これらの角が前記傾斜面に対して摺動するように構成されていることも好適である。
【００２５】
このようにすれば、突条部の傾斜面に対するシール部材のフランジ部の摺動（径方向分力の発生）をスムーズに行なうことができる。
【００２６】
かつ、フランジ部が軸方向に押圧された場合にフランジ部が外側に拡がり、摺動面を凹むように撓ませる方向の応力を与えることができ、シール部材の摺動面の軸方向両端部により高い面圧を付与することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用した実施の形態における密封装置１の構成を説明する図である。図１においては、密封装置１が２対向面としてのハウジング１０１の軸孔１０１ａと軸１０２の外周面１０２ａの間の環状隙間１０６に配置されると共に、シール性能を発揮している状態を説明する要部の断面構成説明図（軸１０２を軸方向に断面化した図）である。
【００２８】
図２は、環状溝１０２ｂからシール部材としての樹脂リング２を取り外した状態である。図１と図２を参照して以下に密封装置１の構成から説明する。
【００２９】
軸１０２は、金属材料により形成されており、その環状溝１０２ｂは、溝底部の軸方向略中央部に突出した突条部１０２ｃを備え、突条部１０２ｃにより軸方向に２つの領域に分割された溝部１０２ｄ，１０２ｅを備えている。
【００３０】
また、突条部１０２ｃは、２つの傾斜面１０２ｆ，１０２ｇを有する山形断面形状を呈している。
【００３１】
シール部材としての樹脂リング２は、ＰＴＦＥ等の耐摩耗及び摺動性に優れた樹脂材料で形成され、概略凹字断面形状（図における樹脂リング２の天地を逆とすることにより概略凹字断面形状となる）を呈した環状部材であり、軸１０２に設けた環状溝１０２ｂに嵌め込まれ、その軸方向部２ｂの外周面をハウジング１０１の軸孔１０１ａに当接・摺動する摺動面２ａとしている。
【００３２】
尚、この実施の形態における樹脂リング２の軸方向長さは、環状溝１０２ｂのそれよりも若干短く設定され、環状溝１０２ｂ内で軸方向に移動することができるようになっている。また、摺動面２ａは、軸方向に平坦な形状としている。
【００３３】
そして軸方向部２ｂの両端部には径方向内側に向かって突出する一対のフランジ部２ｃ，２ｄが備えられ、樹脂リング２が環状溝１０２ｂに嵌め込まれた状態で、フランジ部２ｃ，２ｄはそれぞれ溝部１０２ｄ，１０２ｅへと進入する。
【００３４】
フランジ部２ｃ，２ｄの突条部１０２ｃとの径方向における対向面部２ｅ，２ｆは、突条部１０２ｃの２つの傾斜面１０２ｆ，１０２ｇとそれぞれ略同方向に傾斜した傾斜面となっている。
【００３５】
３ａ，３ｂは、溝部１０２ｄ，１０２ｅに配置され、樹脂リング２のフランジ部２ｃ，２ｄの先端部に当接して樹脂リング２を付勢する付勢部材としてのＯリングである。
【００３６】
次に、樹脂リング２が環状溝１０２ｂに嵌め込まれた密封装置１の使用形態におけるシール作用を説明する。
【００３７】
樹脂リング２は、Ｏリング３ａ，３ｂが径方向につぶれる際の反作用として発生する拡張力をフランジ部２ｃ，２ｄを介して受け、フランジ部２ｃ，２ｄ近傍の摺動面２ａを中心として軸孔１０１ａに対し付勢される。
【００３８】
従って、摺動面２ａの軸方向両端部近傍をピークとする２つの山を有する面圧分布ＰＤ１，ＰＤ２が形成され、両方向にシール性を発揮する面圧分布を形成することができる。
【００３９】
また、図３（ａ）に示されるように２対向面の相対移動や密封流体の圧力により突条部１０２ｃとフランジ部２ｃ，２ｄが軸方向に移動して互いに当接した際に（図３（ａ）では、フランジ部２ｃの対向面部２ｅと突条部１０２ｃの傾斜面１０２ｆが当接）、摺動面２ａを押し付けるような径方向分力（矢印Ａ１）が発生する。
【００４０】
密封装置１が使用されている際に、この図３（ａ）の状態となると、径方向分力がフランジ部２ｃ側の面圧分布ＰＤ１’を高め、シール性が向上する。
【００４１】
尚、ハウジング１０１に対して軸１０２が往復動することにより発生する径方向分力は、面圧分布ＰＤ１とＰＤ２を交互に高くすることになり、シール性が必要とされる往動時（矢印Ａ２方向に軸１０２が移動する）には高い面圧となり、またシール性がそれほど必要とされない復動時には面圧を下げて潤滑を行なわせるので、例えば高圧燃料ポンプにこの密封装置１を適用した場合には、シール性が良く、摺動抵抗を小さくしてロスを抑え、また長寿命を得る事が可能となる。この実施の形態では、突条部１０２ｃとフランジ部２ｃ，２ｄの両方に傾斜面を備えたが、いずれか一方のみ備えるても、本発明を適用することになる。
【００４２】
しかし両方の部材に傾斜面を備えることにより、接触する際に面同士の接触となり、摩耗や変形を抑えると共に、より安定した径方向分力の発生を行なうことができる。
【００４３】
また、図２に示されたように、フランジ部２ｃ，２ｄ及び突条部１０２ｃの傾斜面と環状溝１０２ｂの溝底部との挟角を、それぞれθ１及びθ２とした場合に、９０°＞θ１≧θ２の関係を満たすことも好適であり、金属材料等で形成された環状溝１０２ｂの突条部１０２ｃの傾斜面１０２ｆ，１０２ｇに対してより軟らかい樹脂材料で形成された樹脂リング２のフランジ部２ｃ，２ｄの角を接触させるので摺動（径方向分力の発生）をスムーズに行なうことができる。
【００４４】
かつ、フランジ部２ｃ，２ｄが軸方向に押圧された場合にフランジ部２ｃ，２ｄが外側に拡がり、摺動面２ａを凹むように撓ませる方向の応力を与えることができ、樹脂リング２の摺動面２ａの軸方向両端部により高い面圧を付与することができる。
【００４５】
【発明の効果】
上記に説明されたように、本発明を適用した密封装置によると、シール部材の摺動面に軸方向に離れて２つの山を有する面圧分布が形成され、両方向に対してシール性を発揮させることが可能となる。
【００４６】
また、２対向面の相対移動や密封流体の圧力により突条部とフランジ部が軸方向に移動してフランジ部と突条部における傾斜面により構成された側面が互いに当接した際に、摺動面を押し付けるような径方向分力が発生し、面圧を高めてシール性を向上可能とする。
【００４７】
この径方向分力による摺動面の付勢は、往復動する際に面圧を高める側を交互に変更させたり、高い圧力がかかる側の面圧を高めることができ、よりシール性を向上可能とする。
【００４９】
また、前記一対のフランジ部は前記突条部の傾斜面よりも柔らかい樹脂材料で構成されており、かつ、各フランジ部は、これらの角が前記傾斜面に対して摺動するように構成することにより、突条部の傾斜面に対するシール部材のフランジ部の摺動（径方向分力の発生）をスムーズに行なうことができ、かつ、フランジ部が軸方向に押圧された場合にフランジ部が外側に拡がり、摺動面を凹むように撓ませる方向の応力を与えることができ、シール部材の摺動面の軸方向両端部により高い面圧を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は実施の形態に係る密封装置の断面構成説明図。
【図２】図２は実施の形態に係る密封装置の構成部材の図。
【図３】図３は実施の形態に係る密封装置の使用状態における作用を説明する図。
【図４】図４は従来の密封装置とその摺動面の面圧分布特性を示す図。
【符号の説明】
１  密封装置
２  樹脂リング（シール部材）
２ａ  摺動面
２ｂ  軸方向部
２ｃ，２ｄ  フランジ部
２ｅ，２ｆ  対向面部（傾斜面）
３ａ，３ｂ  Ｏリング
１０１  ハウジング
１０１ａ  軸孔
１０２  軸
１０２ａ  外周面
１０２ｂ  環状溝
１０２ｃ  突条部
１０２ｄ，１０２ｅ  溝部
１０２ｆ，１０２ｇ  傾斜面
１０６  環状隙間
ＰＤ１，ＰＤ２  面圧分布
【図１】
0003911848.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003911848.tif 000004
【図４】
0003911848.tif 000005