説明

シールリング用ストッパ部材及びシールリングのシール構造

【課題】流体機器類の組立時において、シール溝からOリングがはみ出すことやシール面に噛み込まれることがない、シール構造及びこのシール構造に用いられるシールリング用ストッパ部材を提供する。
【解決手段】ストッパ部材は、シール溝1内に挿入されたシールリング2において流体圧力の加わる側の隙間Sに挿入されるもので、シールリング2の長手方向に沿って所定間隔で配設され、シール溝1幅方向の厚みTがシールリング2をシール溝1内周面に押圧可能な締め代を備えたものである。シール構造10は、シール溝1内に平面用シールリング2を挿入し、被シール流体の圧力の加わる側の隙間に上記ストッパ部材3をシールリング2の長手方向に沿って所定間隔で挿入したものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば油圧機器や空圧機器等における作動流体のシール構造に関し、詳しくはシール溝内に装着されたOリングやDリングのように、圧縮による締め代を与えてシールするスクイズタイプの平面シール用シールリングに使用されるストッパ部材及びそのシール構造に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、例えば油圧、空圧機器等における作動流体の密封手段として、或いは配管内を流れる送液流体の漏れ防止手段として、接液部に環状のシール溝を形成し、これに平面シール用Oリングを装着して封止するシール方法が使用されてきた。
【0003】
これを図示したのが、図7(a)の通常良く知られている配管シール構造50である。
【0004】
このシール構造50は、図7(b)に示す断面円形の平面シール用Oリング51を、一方のフランジ52の合わせ面55(以降の説明において「被シール面」とも言う場合がある。)に形成されたシール溝53に挿入し、これに他方のフランジ54の合わせ面56(以降の説明において「シール面」とも言う場合がある。)を宛がい、両合わせ面55、56が密着するまでボルト57を捩じ込んで固定したものである。
【0005】
そして、Oリング51がシール溝53に適正に装着された後は、Oリング51は、シール溝53内の外径側内壁面53a、溝底面53c、他方フランジ54のシール面56の3平面に密着して、被シール流体の漏れを防止することになる。このようなシール構造50は、図のフランジ配管接続部に限らず、およそ液体、気体等の流体を扱う機器ならば、あらゆるシール部で採用されている一般的なシール構造である。
【0006】
しかしながら、上記シール構造50は、Oリング51をシール溝53に装着する前の状態において、以下に述べる問題があった。
【0007】
すなわち、図7(c)は、Oリング51をシール溝53に装着する前の状態におけるシール溝53の断面寸法と、自由状態のOリング51の外径dとの寸法関係を示した断面図である。
【0008】
図に示すように、自由状態のOリング51の平面視の外径Dは、シール溝53の外周側内壁面53aの内径D1よりも大きく、しかもOリング51を装着するシール溝53の深さHは、Oリング51に圧縮による締め代を付与するためにOリング51の周方向断面直径dよりも浅く、かつ、シール溝53の半径方向の幅Wは、Oリング51の周方向断面直径dよりも広く形成されている。すなわち、これら寸法は図示のごとくH<d<Wの関係にある。そのために、二点鎖線で示すシール溝53内部にOリング51が挿入されると、Oリング51は、溝幅W方向のOリング内周部51aと、シール溝53の内周側内壁面53bとの間に若干の隙間Sを残した状態で、溝深さH方向に少なくとも締め代分(d−H)だけ突出した状態となり、加えてシール溝53の外周側内壁面53aには、拡径しようとするOリング51の押圧力が常時作用するため、Oリング51の溝深さH方向の位置は非常に不安定な状態になる。
【0009】
したがって、図7(c)のように被シール面55が垂直面であったり、傾斜面であったりすると、Oリング重量や組立中の何らかのショックによって、Oリング51の一部がシール溝53からはみ出すことがある。
【0010】
又、組立後のシール溝53においても、シール面56のシール溝53に対する封止圧力が不十分であると、被シール流体の負荷圧力によってOリング51が接合面にはみ出す場合がある。Oリング51の一部がシール面56からはみ出すと、当該食み出し部分がシール面56により噛み込まれ、その部分が切断又は塑性変形するために再使用ができなくなる。
【0011】
流体機器の組立中にこのようなトラブルが生じると、作業者はシール面56を解体し、新しいOリング51への交換を余儀なくされ、その間、生産性が落ちることになる。
【0012】
そこで、特許文献1においては、図7(d)の横断面図に示すように、シール溝58内でのOリング自身の転動、移動又は溝内でのねじれを避けるため、断面円形のOリング本体59の内周面から半径方向に突出し、かつ、シール溝底面60に接触する長さの突状部59aを設けたOリング61をシール溝58内に装着し、Oリング61の相対移動中における上記転動、移動又は溝内でのねじれを防止するシール構造を提案している。
【0013】
しかし、この特許文献1のシール構造のOリング61は、油圧サーボ機構のシリンダ内周面の円筒シールであって、本発明分野の平面シール用シールリングではないため、直ちに比較の対象とすることはできないが、シール構造が本発明の目的とするものに類似しているため、仮に本発明のシール構造に用いられるシール溝53に適用したとしても、このOリング61は、シール溝53の溝幅方向の全てが突状部59aで占められ、しかもOリング61の剛性に抗してその全周をシール溝53内に圧入しなければならないため、挿入作業に困難を伴うものであった。
【0014】
したがって、このOリング61のシール溝58内への装着に際しての上記はみ出し問題に関しては、突状部59aが何ら設けられていないOリング51と何ら事情が変わらないものであった。
【特許文献1】実開平4−122802号公報(請求項3、図4の符号39b)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、流体機器類の組立中或いは組立後のシール溝からシールリングがはみ出すことや、シール面に噛み込まれることのないシール構造及びこれに用いられるシールリング用ストッパ部材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】
【0016】
上記課題を解決するため、本発明のシールリング用ストッパ部材は、シール溝内に挿入された平面用シールリングにおいて流体圧力の加わる側の隙間に挿入されるシールリング用ストッパ部材であって、シールリングの長手方向に沿って所定間隔で配設され、シール溝幅方向の厚みが、シールリングをシール溝内周面に押圧可能な締め代を備えたものであることを特徴とする。
【0017】
又、本発明のシール構造は、上記ストッパ部材を、被シール流体の圧力の加わる側の平面用シールリングとシール溝との間の隙間に、シールリングの長手方向に沿って所定間隔で配設してなるものである。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、平面用シールリングをシール溝内周面に押圧可能な締め代を備えた厚みのストッパ部材を、その長手方向に沿って所定間隔で配設したので、油圧機器や空圧機器等流体機器のシール部の組立中及び組立後において、シールリングをストッパ部材によりシール溝内周面に適切な押圧力で保持することができる。
【0019】
又、本発明のストッパ部材は、既存のシールリングの改造を要するものでなく、単体としてシールリングやシール溝の状況に応じて適宜寸法、適宜材質、適宜個数等のものを予め準備しておき、使用に際して適宜のものを選択して使用することができるので、単純な構造でありながら確実にシールリングをシール溝に保持することができる。
【0020】
更に、たとえシール面が傾斜面や垂直面であっても、又、組立中に何らかのショックが作用しても、シールリングのシール溝からのはみ出しやシール面への噛み込みを確実に防止することができ、シール部の封止機能を確実に発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、本発明を実施するための最良の形態(実施例)を、実施例の図面を参照して説明する。
【実施例1】
【0022】
図1(a)は、本発明に係るストッパ部材3が用いられているシール構造10の平面図で、環状シール溝1の溝内に縦断面が円形のOリング2が装着され、シール溝1の内径側内壁面1aとOリング内周面2a間に形成された隙間に、本発明のシールリング用ストッパ部材3が圧入された状態を示している。
【0023】
以下の説明においては、封止すべき流体はOリング2の内周面2a側に流体圧力が作用しているものとする。又、ストッパ部材3は、後述するように変形可能な弾性体であっても良いが、図示のものは説明の便宜上、変形しないものとする。
【0024】
図において、シール溝1の内径側内壁面1aとOリング内周面2aとの間に、4個のストッパ部材3が円周方向に沿って等分間隔で圧入されている。
【0025】
ストッパ部材3は、軸方向長さがLで、かつ、シール溝1の幅方向の厚さTは、図1(c)に示すように、シール溝1の内径側内壁面1aと自由状態のOリング内周面2a間の隙間Sよりも広幅(T>S=W-d)に形成されている。
【0026】
したがって、Oリング2は、ストッパ部材3の軸方向長さL部分に対応する部分がシール溝1の内径側内壁面1bに対して直線状に圧縮され、ストッパ部材3から離れた位置ではくびれた状態になり、その先では流体圧力を除けばほぼ元の直径dが回復した状態を示している。
【0027】
このストッパ部材3が位置する部分の縦断面図が図1(b)で、半径方向の溝幅がWで、溝深さがHの断面長方形状のシール溝1内に、断面円形のOリング2が装着されており、この両部材間にストッパ部材3が圧入された状態を示している。
【0028】
本実施例のストッパ部材3は、その長さH1が溝深さHよりも若干長く形成されているが、勿論、溝深さHと同等若しくはそれ以下の長さであっても良い。
【0029】
又、その厚さTは、前述したようにシール溝1の内径側内壁面1aとOリング内周面2a間の隙間Sよりも大なる寸法に形成されているので、Oリング2はシール溝1の内径側内壁面1bに圧縮されることになる。
【0030】
一方、図1(c)は、ストッパ部材3が位置しない部分を拡大して見た部分縦断面図で、シール溝1内にはストッパ部材3が配設されていないので、シール溝1内にはほぼ自由状態の外形dを維持した状態のOリング2が位置している。したがって、シール溝1の内径側内壁面1aとOリング内周面2a間の隙間は、図1(b)の場合よりもストッパ部材3で圧縮されない分、広くなっている。
【0031】
このように、本発明のストッパ部材3は、シール溝1にOリング2を装着するに際し、シール溝1の内径側内壁面1aとOリング内周面2a間に形成された流体圧力の加わる側の隙間に圧入して使用するものであり、このようにすることにより、シール溝1へのOリング装着時に一時的にOリング2をシール溝1の外径側内周面に押圧して固定するとができる。
【0032】
よって、前述したように、たとえシールすべき被シール面4の位置が水平面でなく、傾斜面や垂直面、さらには被シール面が天井面のように下方に向って開放されたものであってもOリング2を溝の中に固定でき、したがって、シール面による噛み込みがない状態で組み立てが続行でき、組立ての作業性が促進できる。
【0033】
ストッパ部材3の配設数としては、任意である。ストッパ部材3の圧入後にOリング2がシール溝1から離脱しない程度に適宜位置に、適宜寸法及び適宜材質のものを圧入すればよい。
【0034】
図2は、図1のストッパ部材3の拡大斜視図とその変形例の断面図を示したものである。である。
【0035】
図に示すように、本実施例のストッパ部材3は、全体形状が略直方体状のもので、図の矢印で示すシール溝1の深さ方向(Y軸方向)の両端部がシール溝1に圧入し易いように面取りが施されて台形状に形成され、シール溝幅方向(X軸方向)の幅Tと、シール溝1の深さ方向の長さH1と、シール溝1の周方向(Z軸方向)の軸方向長さLの各寸法を有している。
【0036】
ストッパ部材3の厚さTの好ましい寸法としては、基本的にはシール溝内にOリング2を圧入したときに、Oリング2がシール溝1の外周側内壁面1bに押圧可能であり、適当な締め代(図3のt=T−Sに相当)ができる程度にシール溝1と自由状態のOリング2間に形成される隙間Sよりも大きければよい。
【0037】
又、前述したように被シール面4が垂直面や裏面であるなど、シール溝1内に挿入したOリング2が外れ易い環境にある場合は、これに応じて厚さTをより大なるものにするのがよい。しかし、極端に厚いものは、Oリング2に局部的な押圧力を作用させることになるので避け、次に述べる軸方向長さLを長くしてシール溝1からのOリング2の離脱を避けた方がよい。
【0038】
ストッパ部材3の高さH1としては、前述したように基本的には任意であるが、少なくともOリング外径Dの二分の一あれば、ストッパ部材の圧入時においてOリング2に押圧力を作用させることができることになる。しかし、あまりにも短いものは圧入作業がしずらいので、シール溝1をシール面で封鎖したときにストッパ部材3に若干の締め代ができる程度にシール溝1の溝深さHより長いものが良い。
【0039】
したがって、ストッパ部材3の材質としては、高さH1が溝深さH以下である場合には弾性変形の有無にかかわらず任意のものでよいが、高さH1が溝深さH以上の締め代を有するものの場合はOリング材質と同一か又は同質のものを採用するとOリングとのなじみが良く、Oリング2に対し過大な応力の発生を防止できる。
【0040】
又、ストッパ部材3として、被シール流体に対して膨潤する材料を選択した場合は、流体機器組立後に被シール流体に接した段階で膨潤が発生し、あたかもストッパ部材3が存在しないような状態となり、Oリング2のシール内壁面に対する面圧が均一化する作用効果がある。
【0041】
このようなストッパ部材3の材料の具体例としては、例えば作動油が鉱油である場合において、Oリング2の材料として二トリルゴム(NBR)を用い、一方、ストッパ部材3の材料としてOリング材よりも二トリル成分を少なくした二トリルゴムを用いると、ストッパ部材3が膨潤し易くなるため、Oリング2のシール内壁面に対する面圧の均一化効果がある。
【0042】
又、ストッパ部材3の他の材料として、鉱油に対してエチレンプロピレンゴム(EPDM)を用いると膨潤するため、シール材としては不適であるが、本発明のストッパ部材3の材料としては、その膨潤効果を上記面圧の均一化のために活用できるので好ましい。
【0043】
シール溝1の周方向の長さLとしては、長ければ長いほどシール溝内にに例えばOリング2を一時固定できるOリング溝周方向の長さが長くなるので、好ましいといえるが、Oリング2の呼び径や前述したシール面の状況に応じて適宜、決定することができる。
【0044】
ストッパ部材3の横断面形状としては、上記図2(a)の形状のものの他、例えば図2(b)乃至図2(d)に示す断面形状のストッパ部材3A、3B、3Cにしてもよい。これらはいずれも先端部が、先に行くほど細くなる形状のもので、それぞれ長円形、楕円形、両端部がテーパー状のものである。これらは、挿入側と非挿入側とで対称形状を成しているので、シール溝内への圧入に際しては挿入方向を選ばないので作業性が向上する。
【0045】
又、図2(a)のY軸に直交する断面内の縦断面形状についても押圧中のOリング2に不要な傷を与えないために、図2(b)乃至図2(d)に示すのと同様の断面形状のものにしてもよい。
【0046】
次に、図3(a)乃至図4(b)を参照して、本発明のストッパ部材3及びシール構造10の使用方法を説明しつつ、本発明の作用を説明する。
【0047】
このうち、図3(a)乃至図3(d)は、ストッパ部材圧入部(図1(b)位置)における作用を、又、図4(a)及び図4(b)は、ストッパ部材3を圧入していない位置(図1(c)位置)における作用を示している。なお、ストッパ部材3の高さH1は、特に限定するものではない説明の便宜上、溝深さHよりも大きなものとする。
【0048】
先ず、図3(a)は、垂直面の被シール面4に形成されたシールリング溝1内に、Oリング2がやや縮径された状態で溝底1cに接するまで圧入され、隙間Sにストッパ部材3を図の矢印方向に圧入しようとする状態を示している。
【0049】
この状態でストッパ部材3の先端が溝底1cに接触するまで圧入されると、ストッパ部材3の厚さTから隙間Sを引いた厚さ分T−SがOリング2の締め代tとなる。
【0050】
図3(b)は、その状態を示したもので、Oリング2はストッパ部材3によりシール溝1の外径側内壁面1b方向に圧縮され、シール溝1の外径側内壁面1bはOリング2によって押圧さる。したがって、Oリング2は、この状態において、シール溝内からシール面方向にはみ出すことはなく、作業者の組立作業が促進される。
【0051】
一方、シール面側の頂部はシール面方向に向かって弾性変形する。
【0052】
次に図3(c)に示すように、シール溝1の開口面がシール面5により閉塞されると、Oリング2とストッパ部材3のシール面側が溝底1c方向に圧縮され、各部材の四隅部を除くシール溝1の空隙部を埋めるべく両部材が弾性変形する。
【0053】
この時、シール溝1の内壁面1a〜1b及びシール面5には、両部材2、3からの反力が作用し、その面圧分布を示したのが図3(d)である。シール溝1の内壁面及びシール面のそれぞれの対向面には、互いに打ち消しあう等価の面圧が発生する(Oリング2とストッパ部材3間に発生する面圧分布の図示は省略する。)。
【0054】
他方、ストッパ部材3を圧入していない、前述の図1(c)に示す位置においては、Oリング組立直後のシール溝1とOリング2との位置関係は、依然として当該図1(c)のままであるが、Oリング2の周方向の要所である4箇所に、前述した如くストッパ部材3が配設されているので、たとえシール面の位置関係が傾斜面或いは裏面であってもOリング2がシール溝1から離脱することない。
【0055】
このとき、Oリング2がシール溝底1cから浮き上がるなどの離脱兆候があれば、ストッパ部材3をOリング呼び径毎に予め複数個を保有しておき、ストッパ部材3間の適宜位置にさらに圧入する。
【0056】
この後、シール面5が閉塞され、封止流体が作用している状態を示したのが図4(a)であり、図4(b)に示すように、シール溝1の内径側内壁面1aとOリング2の外周面との間には封止流体が充満し、この封止流体による流体圧力がOリング内周面2aに一様に作用している。
【0057】
このように、本発明のストッパ部材3及びこのストッパ部材を用いたシール構造10は、Oリング2をシール溝内周面に押圧可能な締め代tを備えた厚みのストッパ部材3をその長手方向に沿って所定間隔で配設するので、油圧機器や空圧機器等流体機器のシール部の組立中及び組立後において、Oリング2を適切な押圧力で保持することができる。
【0058】
上記ストッパ部材3は、Oリング2の改造を要するものでなく、単体としてOリング2やシール溝1の状況に応じて適宜寸法、適宜材質、適宜個数等のものを予め準備しておき、使用に際して適宜のものを選択して使用することができる。
【0059】
したがって、使用の自由度の高いものであり、単純な構造でありながら確実にOリング2をシール溝1に保持することができる。
【0060】
又、たとえシール面が傾斜面や垂直面であっても、更には組立中に何らかのショックが作用しても、Oリング2のシール溝1からのはみ出しやシール面への噛み込みを確実に防止することができ、シール部の封止機能を確実に発揮することができる。
【0061】
又、ストッパ部材3自身としてもOリング2からの弾性力により、シール中は常時シール溝内壁面に押圧されているので、シール溝1から抜け落ちることがない。
【0062】
又、上記効果により、流体機器のシール部の組立作業の迅速化が図れる。
【0063】
なお、以上に述べた本発明のストッパ部材3及びこれを用いたシール構造10は、シール溝1及びOリング2の全体形状が平面視で円形のもののみに適用した例を説明したが、これは説明の便宜上であって、その他、例えば図5(a)及び図5(b)に示すように、長方形又は逆ハート形の形状のシール溝1A、1B及びOリング2A、2Bに適用できることは勿論である。
【0064】
又、シール溝1は、上記のように必ずしも平面に形成されているものでなくても良く、例えば図6に示すように垂直2平面と水平面の3平面からなる三次元的形状をしたシール溝であってもよい。
【0065】
更に、シール溝1の横断面形状は、本実施例では長方形(図1(b)参照)のものを例にとって説明したが、これらの断面形状は、流体機器の用途、封止すべき部位等に応じて適宜決定されるものであって、任意の形状のものであっても良いことは勿論である。
【0066】
これはOリング2の横断面形状についても同様であり、本実施例では円形状のものを例にとって説明したが、その他D形、三角形、X等の任意形状のものを採用できる。
【図面の簡単な説明】
【0067】
【図1】図1(a)は、本発明に係るストッパ部材がシール溝に装着された状態を示す平面図、図1(b)は、ストッパ部材が位置する部位における横断面図、図1(c)は、ストッパ部材が位置しない部位における横断面図である。
【図2】図2(a)は、図1のストッパ部材の拡大斜視図、図2(b)乃至図2(d)は、図2(a)のストッパ部材の変形例である。
【図3】図3(a)乃至図3(d)は、図1(b)のストッパ部材が位置する部位におけるストッパ部材の使用手順を説明する横断面図である。
【図4】図4(a)及び図4(b)は、図1(b)のストッパ部材が位置しない部位におけるストッパ部材の使用手順を説明する横断面図である。
【図5】図5(a)は、長方形状をしたシール溝及びOリングに本発明のストッパ部材を適用した平面図、図5(b)は、逆ハート形をしたシール溝及びOリングに本発明のストッパ部材を適用した平面図である。
【図6】三次元形状をしたシール溝の斜視図である。
【図7】従来のOリングのシール構造の説明図で、図7(a)は、フランジ形状のシール構造の縦断面図、図7(b)は、図7(a)のシール構造に適用されているOリングの平面図、図7(c)は、自由状態のOリングとシール溝の寸法関係を示す横断面図、図7(d)は、従来のOリングのシール構造の説明図である。
【符号の説明】
【0068】
1〜1C シール溝
1a 内径側内壁面
1b 外径側内壁面
1c 溝底
2〜2B Oリング
3〜3E ストッパ部材
4 被シール面
5 シール面
10 シール構造
S 隙間
T 厚さ
H1 高さ
L 長さ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
シール溝内に挿入された平面用シールリングにおいて流体圧力の加わる側の隙間に挿入されるシールリング用ストッパ部材であって、
シールリングの長手方向に沿って所定間隔で配設され、
シール溝幅方向の厚みが、シールリングをシール溝内周面に押圧可能な締め代を備えたものであることを特徴とするシールリング用ストッパ部材。
【請求項2】
ストッパ部材の挿入先端部が、先に行くほど細くなるテーパ状形状を有することを特徴とする請求項1に記載のシールリング用ストッパ部材。
【請求項3】
ストッパ部材の外形形状が、挿入側と非挿入側とで対称形状を成し、挿入方向を選ばないこと特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシールリング用ストッパ部材。
【請求項4】
ストッパ部材の材料が、シールリングの材料と同一であること特徴とする請求項1乃至請求項3のうちのいずれか1項に記載のシールリング用ストッパ部材。
【請求項5】
ストッパ部材の材料は、シールリングの材料に比べて、被シール流体に対する膨潤性が大きいことを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちのいずれか1項に記載のシールリング用ストッパ部材。
【請求項6】
ストッパ部材のシール溝の深さ方向の長さは、シール溝の深さよりも大なる寸法であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のうちのいずれか1項に記載のシールリング用ストッパ部材。
【請求項7】
シール溝内に平面用シールリングを挿入し、被シール流体の圧力の加わる側の隙間に、請求項1乃至請求項6のうちのいずれか1項に記載のストッパ部材を、シールリングの長手方向に沿って所定間隔で挿入したことを特徴とするシールリングのシール構造。
【請求項8】
シール溝及び平面用シールリングの長手方向の形状が、三次元的形状をしたものであることを特徴とする請求項7に記載のシールリングのシール構造。

【図1】
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【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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【図7】
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【公開番号】特開2008−303931(P2008−303931A)
【公開日】平成20年12月18日(2008.12.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−150249(P2007−150249)
【出願日】平成19年6月6日(2007.6.6)
【出願人】(000000929)カヤバ工業株式会社 (2,151)
【Fターム(参考)】