WO2007055307A1

WO2007055307A1 - 炭酸ガスシール用密封装置

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Publication number: WO2007055307A1
Application number: PCT/JP2006/322439
Authority: WO
Inventors: Hidekazu Kanagae
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2005-11-14
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2007-05-18
Anticipated expiration: 2008-05-14
Also published as: JP2007132498A; JP4877474B2; US20090045584A1; EP1950473A1; US7900934B2; EP1950473A4; EP1950473B1

Abstract

　軸の挿通荷重を低減することができ、高圧流体が付与されてもシールリングの低圧側へのはみ出し防止機能、シール機能を確保することができる炭酸ガスシール用密封装置を提供する。このため、軸２に設けられたテーパ状溝底部１２を有する取付溝１０内に、シールリング２０とそれより低圧側Ｌに位置しテーパ状溝底部１２に対応するテーパ部３５を有するバックアップリング３０とを備え、高圧側Ｈからの圧力が作用した際に取付溝１０の低圧側Ｌの側壁面１１とバックアップリング３０の低圧側Ｌの側端面３２との間に間隙ｇを設けた炭酸ガスシール用密封装置１において、バックアップリング３０のテーパ部３５とは反対側の周面３４に高圧側Ｈの側端面３１から低圧側Ｌに向かってハウジング３の周面３ａに近づいていくテーパ面３６を設けた。更に、テーパ部３５を２段テーパにした。

Description

明細書

炭酸ガスシール用密封装置

技術分野

[0001] 本発明は、密封装置に係り、更に詳しくは、高圧流体のガス等をシールする取付溝内にシールリングとバックアップリングとを備えた炭酸ガスシール用密封装置に関する。

背景技術

[0002] 従来、ハウジングに形成された軸孔と軸との間をシールし、軸に設けられた低圧側の側端面からハウジングとの間隔が高圧側に向かって拡がる方向に傾斜するテーパ状溝底部を有する取付溝内に、ゴム状弾性体製の Oリング等のシールリングとそれより低圧側に位置する榭脂製等のバックアップリングとを備えた炭酸ガスシール用密封装置では、流体の圧力が高圧側力付与されると、シールリングを介してバックアップリングが高圧側力も低圧側に押圧される。ノックアップリングは、内周面が取付溝のテーパ状溝底部に対応し同方向に傾斜するテーパ部で形成され、外周面はハウジングの内周面と平行な平行面で形成されていて、高圧側力もの押圧によりバックアツプリングの内周面が取付溝のテーパ状溝底部に当接すると、その径方向分力で外周面がハウジングの内周面に密接する。これにより、ノックアップリングとハウジング内周面との隙間が埋められ、シールリングの低圧側へのはみ出しの防止が図られている。

[0003] この構成だと、通常の流体圧力や軸の偏心が小さい場合は問題がないが、高圧流体の場合や軸の偏心が大きい場合等では、バックアップリング外周面とハウジング内周面との間に隙間が発生し、シールリングの低圧側へのはみ出しが起こる虞があった。そのため下記特許文献では、図 12に示すように、ノックアップリング 101の低圧側 Lの側端面 101aと取付溝 102の低圧側 Lの側壁面 102aとの間に間隙 gを設けることが提案されている。

[0004] これにより、高圧流体が付与されたときにバックアップリング 101が低圧側 Lに移動し、その際に発生する径方向分力によりバックアップリング 101のテーパ部と取付溝 1 02との間の隙間およびバックアップリング 101の外周面とハウジング 104との間の隙間を低減している。また、この方法によれば、ゴム状弾性体で成形されているシールリングを透過したガスにっ、てバックアップリング 101自体がシール効果を有することが認められ、ノックアップリング内外周部における隙間漏れの低減に効果があることが近年わ力つてきた。更に、隙間低減効果を得るために、ノックアップリング 101の外径をハウジング 104の内径と同じか、それより大きく設定し，嵌合することも考えられる

[0005] し力し、図 13に示すように、バックアップリング 101の外径をハウジング 104の内径と同じか、それより大きく設定すると、ハウジング 104に軸を揷通したときに、ック了ップリング 101の高圧側 Hの側端面 101bがハウジング 104の先端部 104Aと当接し、軸の挿通荷重が高くなる。また、当接されながら挿通されるので、ノックアップリング 101が傾いたりして内外周面が相手部材と正常に密接しないような状態で装着される可能性がある。この装着状態だと、ノックアップリング 101としてのシールリング 105 はみ出し防止機能を果たさなくなり、高圧流体が付与されたときに、シールリング 105 の低圧側へのはみ出しが起こり、破損につながる。またバックアップリング 101自体のシール機能の効果も期待できなくなる。よって当接されながら挿通されることにより、シール機能を果たさなくなる虞があった。

[0006] 特許文献 1 :特開平 11 315925号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 本発明は上記の問題点に鑑みてされたもので、軸の挿通荷重を低減することができ、高圧流体が付与されてもシールリングの低圧側へのはみ出し防止機能、シール機能を確保することができる炭酸ガスシール用密封装置を提供することを目的とする課題を解決するための手段

[0008] 上記目的を達成するため、本発明の請求項 1に係る炭酸ガスシール用密封装置は、互いに同心的に組み付けられた二部材間をシールするもので、一の部材に設けられた環状の取付溝内に装着されるゴム状弾性体のシールリングと、このシールリングを隔てて幅方向低圧側に配置されるバックアップリングとを備え、前記バックアツプリングの溝底側の周面にて低圧側に向かって徐々に他の部材周面との間隔が狭まる方向に傾斜するテーパ部を設けると共に、前記取付溝の溝底面に前記バックアップリングのテーパ部に対応するテーパ状溝底部を設け、高圧側からの圧力が作用した際に、前記取付溝における前記バックアップリングの低圧側に間隙を設けた炭酸ガスシール用密封装置にぉ、て、前記バックアップリングのテーパ部とは反対側の周面が高圧側の側端面力低圧側に向かって他の部材の周面に近づいていくテーパ面を有することを特徴とするものである。

[0009] また、請求項 2に係る炭酸ガスシール用密封装置は、上記した請求項 1に係る炭酸ガスシール用密封装置にお、て、前記バックアップリングのテーパ部が高圧側テーパ部と該高圧側テーパ部より勾配角が大き、、低圧側テーパ部とで形成されて、る 2 段テーパであることを特徴とするものである。発明の効果

[0010] 本発明は、以下の効果を奏する。

[0011] すなわち、上記構成を備えた本発明の請求項 1に係る炭酸ガスシール用密封装置は、バックアップリングのテーパ部とは反対側の周面が高圧側の側端面力低圧側に向かって他の部材の周面に近づ!/、て!/、くテーパ面を有して!/、るので、一の部材揷通時に、バックアップリングの高圧側の側端面に他の部材が当接することなくテーパ面によりガイドされるので、挿通荷重を低減しながら確実に挿通することができる。よつて、ノックアップリングの装着不具合によるシール性悪ィ匕を防止することができる。更に、高圧流体が付与されたときには、間隙が存在することにより、ノックアップリングの軸方向への移動により生じる径方向分力が作用するが、この径方向分力は、テーパ面を設けたことにより生じていた他の部材との径方向隙間をも無くすぐらいに大きな圧縮力を発生させる。即ち、高圧側から圧力が作用した際、まずはバックアップリングの外周面と内周面がそれぞれの相手面に接するが、取付溝の低圧側の側壁面とノックアップリングの低圧側の側端面との間に間隙を設けているので、その後更に高圧が作用しながらバックアップリングの低圧側への移動が可能となる。これにより径方向の分力が発生して、それぞれの相手面に接して、た外周面と内周面が更に圧接される。よって、これまで通りのはみ出し防止機能およびシール機能を有する。

[0012] これに加えて、上記構成を備えた本発明の請求項 2に係る炭酸ガスシール用密封装置は、バックアップリングのテーパ部が高圧側テーパ部とそれより勾配角の大きい低圧側テーパ部との 2段テーパで形成されているので、テーパ面に他の部材がガイドされて揷通されていくときバックアップリングの径中心方向への反力が減少し、より一層挿通荷重を低減させることができる。更に、高圧側力高圧流体が付与したとき、ノックアップリングには時計方向に回転する回転力が作用するので、テーパ部の面圧が増加しバックアップリングのシール性を向上させることが可能となる。

[0013] なお、バックアップリングとはシールリングがはみ出すのを防止するためのものであるため、従来、ノックアップリングとハウジングとの間に隙間を設けないのであって、本案のようにテーパ面を設けて隙間を発生させてしまうような形状に積極的に変更することは考えられな力つた。しかし本案では、高圧流体と軸方向低圧側の間隙との相乗効果により、テーパ面形状としても高圧流体が付与されたときに隙間が極力小さくなり、 'はみ出し防止機能 'と'シール機能'を維持することが可能となった。

図面の簡単な説明

[0014] [図 1]本発明の実施形態 1に係る密封装置の構成説明図

[図 2]図 1におけるノックアップリング部の寸法を示す説明図

[図 3]実施形態 1が装着された状態で圧力が付与された状態を示す説明図

[図 4]実施形態 1が装着された状態で圧力が付与された状態を示す説明図

[図 5]本発明の実施形態 2に係る密封装置の構成説明図

[図 6]本発明の実施形態 3に係る密封装置の構成説明図

[図 7]本発明の実施形態 4に係る密封装置の構成説明図

[図 8]実施形態 4における軸の挿通時の状態を示す説明図

[図 9]実施形態 4における軸の挿通時の状態を示す説明図

[図 10]実施形態 4が装着された状態で圧力が付与された状態を示す説明図

[図 11]実施形態 4が装着された状態で圧力が付与された状態を示す説明図

[図 12]従来例に係る密封装置の構成説明図

[図 13]従来例における不具合が発生した状態を示す説明図符号の説明

[0015] 1 炭酸ガスシール用密封装置

2 軸 (一の部材）

3 ハウジング (他の部材）

10 取付溝

11 側壁面

12 テーパ状溝底部

13 底面

20 シールリング

30 バックアップリング

31, 32 側端面

33, 34, 3a 周面

35 テーパ部

36 テーパ面

37 平行周面

42 クリアランス

g 間隙

H 高圧側

L 低圧側

発明を実施するための最良の形態

[0016] 以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示して説明する。ただし

、この発明の範囲は、特に限定的記載がないかぎりは、この実施の形態に記載されて、る内容に限定する趣旨のものではな、。

[0017] 図 1は、本発明の実施形態 1に係る炭酸ガスシール用密封装置の要部断面図を示しており、この炭酸ガスシール用密封装置は、ハウジングに設けられた軸孔と、該軸孔の内周に挿通される軸との間の環状空間に装着されるものである。

[0018] この炭酸ガスシール用密封装置 1は、軸 2の外周面に設けられた取付溝 10内に装着されたシールリング 20と、ノックアップリング 30とを備えている。 [0019] 取付溝 10は、低圧側 Lの側壁面 11から高圧側 Hに向力つてハウジング 3の内周面 3aとの間隔が拡がる方向に傾斜するテーパ状溝底部 12と、テーパ状溝底部 12の高圧側 Hの端部力も高圧側 Hに向力つてハウジング 3の内周面 3aと平行な平行底面 1 3とから構成されている。

[0020] シールリング 20は、ゴム状弾性体で成形されていて、自由状態では断面が略円形の Oリングであり、取付溝 10に装着された状態では、ハウジング 3の内周面 3aと取付溝 10の平行底面 13とで径方向に圧縮されて楕円形状となり、その反発力で高圧側 Hと低圧側 Lとに仕切っている。

[0021] ノックアップリング 30は、 PTFE、ナイロン等の榭脂等、またはこれらの複合材で成形されていて、円筒形状をしていて、断面形状における側端面 31 , 32は、高圧側 H および低圧側 L共にハウジング 3の内周面 3aと直交する面を形成し、低圧側側端面 32と取付溝 10の低圧側 Lの側壁面 11との間に所定の間隙 gが設けられ、ノックアツプリング 30の低圧側側端面 32の径方向寸法は取付溝 10の低圧側 Lの側壁面 11におけるテーパ状溝底部 12からハウジング 3の内周面 3aまでの間隔より大きく設定されている。なお、ガスが透過しにくい材料としては、ナイロンを用いることが好ましい。

[0022] また、ノックアップリング 30の内周面 33は、取付溝 10のテーパ状溝底部 12に対向し、テーパ状溝底部 12の勾配角と略同じ勾配角を有する同方向に傾斜したテーパ部 35で形成されている。外周面 34は、ハウジング 3の内周面 3aに対向し、高圧側側端面 31から低圧側 Lに向かってハウジング 3の内周面 3aに近づいていくテーパ面 36 と、テーパ面 36の低圧側 Lの端部力も低圧側 Lに向かってハウジング 3の内周面 3aと平行な平行周面 37とから構成されている。

[0023] 本実施形態 1におけるテーパ面 36の形状としては、図 2に示す通り、ハウジング 3の内径を φ ϋ,バックアップリング 30の外径を φ (11 ,バックアップリング 30のテーパ面 3 6の高圧側角部外径を φ (12,とした場合、

0≤ φ (11— 、力つ 0< φ Ό - ά2≤0. 6

であることが好適であり、更に好ましくは、

0≤ άΐ - ϋ≤0. 3、力つ 0< φ Ό - ά2≤0. 6

であるのが良い。なお、本実施の形態とは逆にハウジングに設けられている取付溝にバックアップリングが装着された場合には、「バックアップリングの内径≤軸の外径」となる。

また、テーパ面の勾配角 0については、揷通性の観点より

5≤ Θ≤30°

の範囲であることが好適である。

[0024] 上記構成において、ハウジング 3に軸 2を揷通するとき、ノックアップリング 30にハウジング 3の先端部 3Aが当接することになるが、バックアップリング 30にはテーパ面 36 が形成されて、るので、先端部 3Aはバックアップリング 30の高圧側側端面 31に当接することなくテーパ面 36によりガイドされるので、挿通荷重を低減しながら確実に挿通することが可能となる。

[0025] また、ハウジング 3の先端部 3Aがバックアップリング 30の高圧側側端面 31に当接しな！/、ので、ノックアップリング 30の装着不具合によるシール性悪ィ匕を防止することが可能となる。

[0026] 更に、高圧側 Hから低圧側 Lへ低温低圧流体（25°C X 5MPa)が付与されたときは、図 3に示すように、ノックアップリング 30とハウジング 3との径方向隙間 41が残存する力低圧であるのでシールリング 20が低圧側 Lにはみ出すことがなくシールリング 2 0の損傷は生じない。また、高温高圧流体 (80°C X 15MPa)が付与されたときは、バックアップリング 30の低圧側側端面 32と取付溝 10の低圧側 Lの側壁面 11との間に間隙 gが設けられていることにより、ノックアップリング 30の軸方向への移動により生じる径方向分力が作用する力この径方向分力は、図 4に示すように、テーパ面 36を設けたことにより生じていたバックアップリング 30とハウジング 3との径方向隙間をも無くすぐらいに大きな圧縮力を発生させる。したがって、シールリング 20の低圧側へのはみ出しを防止することが可能となり、シールリング 20の破損によるシール性不良を防止することが可能になると共に、シールリング 20を透過したガスをシールすることが可能となり、ノックアップリング 30の内外周部における隙間漏れの低減が可能となる

[0027] 本実施形態 1について、挿通荷重を従来品と比較して測定した結果、従来品に対して 5乃至 10%のレベルとなり、従来品と比較して 90%以上低減することが可能となつた。また、揷通後における (1)常温で 5MPa(2)80°Cで 15MPa、の条件で高圧流体を付与し確認した結果、 V、ずれの条件でも Oリングのはみ出し防止およびシール性が維持されることが確認できた。

[0028] なお、本実施形態 1では、テーパ面 36がバックアップリング 30の外周面 34の一部に形成されている場合について説明した力図 5の実施形態 2に示しように、外周面 34の全面がテーパ面 36であっても良い。

[0029] 更に、テーパ面 36とは、傾斜平面だけを言うのでなぐ図 6の実施形態 3に示すように、傾斜曲面であっても良い。この場合に図には示さないが、傾斜曲面が外周面 34 の一部であっても良、ことは言うまでもな、。

[0030] また、図 7に示す実施形態 4では、ノックアップリング 30の内周面 33が、取付溝 10 のテーパ状溝底部 12の勾配角と略同じ勾配角 aを有する高圧側テーパ部 35aと、高圧側テーパ部 35aの勾配角 αより勾配角が大きい勾配角 |8で形成されている低圧側テーパ部 35bとの 2段テーパのテーパ部で形成されている。

[0031] したがって、本実施形態 4においては、軸 2が揷通される当初は、図 8に示す通り、高圧側テーパ部 35aがテーパ状溝底部 12と接しているので、ハウジング 3の先端部 3Aは勾配角 αを有するテーパ面 36にガイドされて低圧側 Lに移動していく。図 9に示す通り、先端部 3Αが破線で示す位置から実線で示す位置まで矢印 m方向に低圧側に移動し挿通荷重が増加して、くと、低圧側テーパ部 35bとテーパ状溝底部 12とにクリアランス 42が存在するので、ノックアップリング 30が揷通荷重に対して逃げるように変形し、即ち図における破線で示す形状から実線で示す形状に変形する。その結果、テーパ状溝底部 12には低圧側テーパ部 35bが接することになるので、先端部 3Aは勾配角 αより勾配角が小さい勾配角 βのテーパ面 36にガイドされて低圧側 L に移動することになる。よって、実施形態 1より更に挿通荷重を低減させることが可能となる。

[0032] 本実施形態 4について、バックアップリング 30がハウジング 3に嵌合されたときにバックアップリング 30のつぶし代が約 0. 1mm (バックアップリング 30外径ハウジング 3内径 =約 0. 2mm)について、上述の実施形態 1と比較して測定して結果、実施形態 1に対して 25乃至 30%のレベルとなり、実施形態 1と比較して 75%程度低減することが可能となった。

[0033] 更に、高圧側 Hから低圧側 Lへ低温低圧流体（25°C X 5MPa)が付与されたときは、図 10に示すように、ノックアップリング 30とハウジング 3との径方向隙間 41が残存する他に更に、ノックアップリング 30と軸 2との径方向隙間 43が残存する。しかし低圧であるのでシールリング 20が低圧側 Lにはみ出すことがなくシールリング 20の損傷は生じない。また、高温高圧流体 (80°C X 15MPa)が付与されたときは、ノックアツプリング 30の低圧側側端面 32と取付溝 10の低圧側 Lの側壁面 11との間に間隙 gが設けられていることにより、ノックアップリング 30の軸方向への移動により生じる径方向分力が作用し、図 11に示すようにバックアップリング 30が変形し該径方向隙間（4 1, 43)を無くす。よってシールリング 20の低圧側 Lへのはみ出しを防止することが可能となり、シールリング 20の破損によるシール性不良を防止することが可能となる。

[0034] また、高圧側 H力も流体が付与したとき、ノックアップリング 20の外周面 34の一部にはテーパ面 36が形成されて、るので、テーパ面が形成されてヽな、部分との境界において勾配角が異なる変化点 pが存在し、また内周面 33においても高圧側テーパ部 35aと低圧側テーパ部 35bとの境において勾配角の異なる変化点 qが存在する。したがって、勾配角の異なる変化点 (p, q)において大きい面圧が発生するので、ノックアップリング 30のガスシール性（隙間漏れ)を向上させることが可能となる。

[0035] なお、本実施例では低圧側テーパ部 35bは傾斜平面で説明したが、傾斜曲面であつてもよぐこの場合には軸揷通前の高圧側テーパ部 35aが取付溝 10のテーパ状溝底部 12と密接した状態であるとき、低圧側テーパ部 35bは取付溝 10のテーパ状溝底部 12と隙間を有している状態に形成されている。

[0036] なお、ノックアップリング 30には、嵌合時に圧縮されるつぶし代を設けてもよい。

産業上の利用可能性

[0037] 本発明は、高圧流体のガス等をシールする取付溝内にシールリングとバックアップリングとを備えた炭酸ガスシール用密封装置として、好適に利用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 互いに同心的に組み付けられた二部材間をシールするもので、一の部材に設けられた環状の取付溝内に装着されるゴム状弾性体のシールリングと、このシールリングを隔てて幅方向低圧側に配置され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の溝底側の周面にて低圧側に向力つて徐々に他の部材周面との間隔が狭まる方向に傾斜するテーパ部を設けると共に、前記取付溝の溝底面に前記バックアップリングのテーパ部に対応するテーパ状溝底部を設け、

高圧側からの圧力が作用した際に、前記取付溝における前記バックアップリングの低圧側に間隙を設けた炭酸ガスシール用密封装置において、

前記バックアップリングのテーパ部とは反対側の周面が高圧側の側端面力低圧側に向力つて他の部材の周面に近づいていくテーパ面を有することを特徴とする炭酸ガスシール用密封装置。

[2] 請求項 1に記載の炭酸ガスシール用密封装置にぉ、て、

前記バックアップリングのテーパ部が高圧側テーパ部と該高圧側テーパ部より勾配角が大き、低圧側テーパ部とで形成されて、る 2段テーパであることを特徴とする炭酸ガスシール用密封装置。