密封结构及密封装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种相对于轴的偏心也能维持密封性，且即使在流体压力周期性变动的环境下也能保持长时间地维持密封性的密封结构和密封装置，所述密封装置(100)的特征在于，具有O型环(10)和支承环(20)，所述支承环(20)具有主体部(21)和在主体部(21)的外周面侧向密封对象流体侧(A)突出的环状突出部(23)，主体部(21)的内周面构成为，相对于设置在环状槽(210)的槽底的锥面(211)，在所述锥面(211)的范围内能自由滑动的锥面(22)，环状突出部(23)的内周面构成为向着密封对象流体侧(A)直径逐渐扩大的倾斜面。
【专利说明】
密封结构及密封装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于密封轴与壳体之间的环状间隙的密封结构及密封装置。
【背景技术】
[0002]以往，广泛已知一种具备橡胶状弹性体制的O型环和树脂制的支承环的密封装置作为用于高压环境下的密封装置。参照图7和图8，对这种现有例I的密封装置进行说明。图7和图8是现有例I的密封结构的示意剖视图。需要说明是，图7表示经由密封装置两侧的流体压力没有产生压差的状态，图8表示经由密封装置两侧的流体压力产生压差的状态。
[0003]密封装置500起到密封轴200与壳体300之间的环状间隙的作用。该密封装置500安装于轴200的外周面形成的环状槽210内。并且，密封装置500包括橡胶状弹性体制的O型环510和树脂制的支承环520。0型环510安装在环状槽210中密封对象流体侧(A)，支承环520在环状槽210中安装相对于O型环510的密封对象流体侧(A)的相反侧。(以下为了方便说明，将密封对象流体侧(A)的相反侧称为“相反侧(B)”。)该支承环520起到抑制O型环510向环状槽210的外侧挤出的作用。
[0004]对于该现有例的密封结构，在环状槽210的槽底的相反侧(B)，设置有从密封对象流体侧(A)向相反侧(B)直径逐渐扩大的锥面211。并且，支承环520的内周面构成为，相对于设置在环状槽210的槽底的锥面211能自由滑动的锥面521。由此，即使环状槽210的槽底与壳体300的轴孔内周面之间的距离随着轴200的偏心而改变，通过支承环520沿轴向移动，可以抑制支承环520与锥面211之间、以及支承环520与壳体300的轴孔内周面之间形成间隙。这样，即使在轴200偏心的条件下，对于该现有例的密封装置500和密封结构，也能稳定地维持密封性。
[0005]然而，在例如像喷注器的配管内这样的流体压力会周期性变动的环境下使用密封装置500时，O型环510产生磨损，而发生密封性能下降的现象。以下，对这种现象进行说明。
[0006]在密封对象流体侧(A)的相反侧(B)没有产生流体压力的压差时，O型环510在相反侧(B)的内周部分和外周部分成为离开支承环520的状态(参照图7)。相对于此，当密封对象流体侧(A)的流体压力高于相反侧(B)的流体压力时，O型环510在相反侧(B)的部分变形，使O型环510与支承环520之间没有间隙(参照图8)。这种O型环510在流体压力周期性变动的环境下将重复地进行变形。由此可知在图8所示的X部分处会发生O型环510磨损的现象。尤其，在密封对象流体侧(A)的流体压力达到高压的环境下，这种现象的发生变得显著。
[0007]其原因认为是，O型环510的一部分被局部地拉伸，成为增大变形的状态，使该一部分重复进行抵接于支承环520和壳体300的轴孔内周面的动作。需要说明的是，支承环520和壳体300的硬度高于O型环510，且表面粗糙度大，因此认为O型环510容易产生磨损。
[0008]另外，还已知一种抑制O型环受到流体压力时的变形量的技术。参照图9，对这种现有例2的密封装置进行说明。图9是现有例2的密封结构的示意剖视图。
[0009]该现有例的密封装置600也安装于轴200的外周面形成的环状槽210内。并且，该密封装置600也包括橡胶状弹性体制的O型环610和树脂制的支承环620。0型环610安装在环状槽210中密封对象流体侧(A)，支承环620在环状槽210中安装相对于O型环610的密封对象流体侧(A)的相反侧(B)。
[0010]对于该现有例的密封装置600，支承环620在密封对象流体侧(A)的端面构成为其截面形状呈圆弧的弯曲面。另外，该圆弧的曲率半径设计为与O型环610的截面形状的圆的半径相等。因此，即使O型环610从离开支承环620的状态成为与支承环620密合的状态，O型环610也基本上没有变形。因此，难以发生如上述现有例I这样的，O型环随着流体压力周期性变动而磨损的问题。
[0011]然而，对于该密封装置600，当环状槽210的槽底与壳体300的轴孔内周面之间的距离随着轴200的偏心而改变时，导致支承环620与槽底之间、以及支承环620与壳体300的轴孔内周面之间形成间隙。因此，会有O型环610的一部分夹入支承环620与槽底之间、或支承环620与壳体300的轴孔内周面之间而导致破损的问题。
[0012]另外，对于该现有例的支承环620，内周面侧和外周面侧均在密封对象流体侧(A)的前端构成尖形。因此，虽然能利用模具成形得到该支承环620，但存在难以提高尺寸精度这样的问题。
[0013]现有技术文献
[0014]专利文献
[0015]专利文献1:日本特开平11-315925号公报
[0016]专利文献2:日本特开平11-72162号公报
[0017]专利文献3:日本特开2006-336835号公报
[0018]专利文献4:日本实开昭64-24766号公报
[0019]专利文献5:日本实开昭59-165984号公报
【发明内容】
[0020]本发明要解决的问题
[0021]本发明的目的在于提供一种相对于轴的偏心也能维持密封性，且即使在流体压力周期性变动的环境下也能保持长时间地维持密封性的密封结构和密封装置。
[0022]用于解决课题的手段
[0023]本发明为了解决上述问题而采用了以下手段。
[0024]S卩，本发明的密封结构的特征在于，具有:
[0025]在外周面具有环状槽的轴；
[0026]具有使该轴穿过的轴孔的壳体;以及
[0027]安装在所述环状槽内，用于密封所述轴与轴孔之间的环状间隙的密封装置，
[0028]在所述环状槽的槽底的密封对象流体侧的相反侧，设置有从密封对象流体侧向该相反侧直径逐渐扩大的锥面，
[0029]所述密封装置具有:
[0030]橡胶状弹性体制的O型环，其安装在所述环状槽中密封对象流体侧；以及
[0031]树脂制的支承环，其在所述环状槽中安装在所述O型环的所述相反侧，抑制该O型环向所述环状槽的外侧挤出，
[0032]所述支承环具有:环状且呈板状的主体部和在该主体部的外周面侧向密封对象流体侧突出的环状突出部，
[0033]所述主体部的内周面构成为，相对于设置在所述环状槽的槽底的锥面，在所述锥面的范围内能自由滑动的锥面，
[0034]所述环状突出部的内周面构成为向着密封对象流体侧直径逐渐扩大的倾斜面。
[0035]另外，本发明的密封装置被安装在形成于轴的外周面的环状槽内，用于密封所述轴与具有使该轴穿过的轴孔的壳体之间的环状间隙，所述密封装置的特征在于，
[0036]在所述环状槽的槽底的密封对象流体侧的相反侧，设置有从密封对象流体侧向该相反侧直径逐渐扩大的锥面，
[0037]所述密封装置具有:
[0038]橡胶状弹性体制的O型环，其安装在所述环状槽中密封对象流体侧；以及，
[0039]树脂制的支承环，其在所述环状槽中安装在所述O型环的所述相反侧，抑制该O型环向所述环状槽的外侧挤出，
[0040]所述支承环具有:环状且呈板状的主体部和在该主体部的外周面侧向密封对象流体侧突出的环状突出部，
[0041 ]所述主体部的内周面构成为，相对于设置在所述环状槽的槽底的锥面，在所述锥面的范围内能自由滑动的锥面，
[0042]所述环状突出部的内周面构成为向着密封对象流体侧直径逐渐扩大的倾斜面。
[0043]根据本发明，在支承环安装的环状槽的槽底的密封对象流体侧的相反侧，设置有从密封对象流体侧向该相反侧直径逐渐扩大的锥面。并且，支承环主体部的内周面构成为，相对于所述锥面能自由滑动的锥面。由此，即使环状槽的槽底与壳体的轴孔内周面之间的距离随着轴的偏心而改变，通过支承环沿轴向移动，可以抑制支承环与环状槽槽底的锥面之间、以及支承环与壳体的轴孔内周面之间形成间隙。
[0044]另外，本发明的支承环具有在主体部的外周面侧向密封对象流体侧突出的环状突出部，该环状突出部的内周面构成为向着密封对象流体侧直径逐渐扩大的倾斜面。因此，O型环利用流体压力与支承环密合时，O型环在密封对象流体相反侧的外周部分与环状突出部的倾斜面密合。并且，本发明的支承环的主体部的内周面构成为，相对于设置在环状槽的槽底的锥面，在所述锥面的范围内能自由滑动的锥面。因此，O型环利用流体压力与支承环密合时，O型环在密封对象流体相反侧的内周部分与设置在环状槽的槽底的锥面密合。
[0045]综上所述，即使O型环从离开支承环的状态成为与支承环密合的状态，也能够使O型环基本上没有变形。因此，即使在流体压力周期性变动的环境下使用密封装置，也可以抑制O型环的磨损。
[0046]发明效果
[0047]如上所述，根据本发明，相对于轴的偏心也能维持密封性，且即使在流体压力周期性变动的环境下也能保持长时间地维持密封性。
【附图说明】
[0048]图1是本发明的实施例1的密封装置的示意剖视图。
[0049]图2是本发明的实施例1的密封结构的示意剖视图。
[0050]图3是本发明的实施例1的密封结构的示意剖视图。[0051 ]图4是本发明的实施例2的密封装置的示意剖视图。
[0052]图5是本发明的实施例3的密封装置的示意剖视图。
[0053]图6是参考例的密封结构的示意剖视图。
[0054]图7是现有例I的密封结构的示意剖视图。
[0055]图8是现有例I的密封结构的示意剖视图。
[0056]图9是现有例2的密封结构的示意剖视图。
【具体实施方式】
[0057]以下，参照附图，基于实施例，例示地详细说明用于实施本发明的实施方式。但是，在该实施例中记载的结构元件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，只要没有特别地特定性的记载，则本发明的范围不仅仅限定于此。
[0058](实施例1)
[0059]参照图1?图3，对本发明的实施例1的密封装置和密封结构进行说明。图1是本发明的实施例1的密封装置的示意剖视图。需要说明的是，图1中表示分别对构成密封装置100的O型环10和支承环20剖开局部的剖视图。图2和图3是本发明的实施例1的密封结构的示意剖视图。需要说明的是，图2表示经由密封装置两侧的流体压力没有产生压差的状态，图3表示经由密封装置两侧的流体压力产生压差的状态。
[0060]<密封装置>
[0061]对密封装置100的结构进行说明。本实施例的密封装置100包括橡胶状弹性体制的O型环10和树脂制的支承环20。作为支承环20的材料，可以采用尼龙、聚苯硫醚(PPS)、聚缩醛(POM)、聚酰胺(PA)、聚醚醚酮(PEEK)等硬质树脂材料，除此以外，也可以采用聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)等软质树脂材料。
[0062]本实施例的密封装置100被安装在形成于轴200的外周面的环状槽210内。并且，O型环10被安装在环状槽210中密封对象流体侧(A)，支承环20在环状槽210中安装相对于O型环10的密封对象流体侧(A)的相反侧。所述支承环20起到抑制O型环10向环状槽210的外侧挤出的作用。需要说明的是，以下为了方便说明，将密封对象流体侧(A)的相反侧称为“相反侧⑶”。
[0063]支承环20具有:环状且呈板状的主体部21和在主体部21的外周面侧向密封对象流体侧(A)突出的环状突出部23。需要说明的是，主体部21的两面(密封对象流体侧(A)的面和相反侧(B)的面)均是平面。并且，主体部21的内周面构成为锥面22。在此，在轴200的环状槽210的槽底的相反侧(B)，设置有从密封对象流体侧(A)向相反侧(B)直径逐渐扩大的锥面211。作为支承环20的主体部21的内周面的锥面22构成为，相对于设置在所述环状槽210的槽底的锥面211，在所述锥面211的范围内能自由滑动。换言之，作为主体部21内周面的锥面22不会相对于环状槽210中锥面211的范围，向密封对象流体侧(A)移动。由此，当O型环10受到流体压力而成为与支承环20密合的状态时，O型环10在相反侧(B)的内周部分与设置在环状槽210的槽底的锥面211密合。
[0064]另外，本实施例的支承环20上的环状突出部23内周面由向着密封对象流体侧(A)直径逐渐扩大的作为倾斜面的锥面24构成。
[0065]<密封结构>
[0066]对本实施例的密封结构进行说明。本实施例的密封结构具有:在外周面具有环状槽210的轴200;具有使该轴200穿过的轴孔的壳体300;以及用于密封所述轴200与壳体300之间的环状间隙的密封装置100。更具体而言，密封装置100安装在轴200所设置的环状槽210内，用于密封轴200与设置在壳体300上的轴孔之间的环状间隙。
[0067]另外，如上所述，密封装置100的O型环10安装在环状槽210中密封对象流体侧(A)。并且，支承环20在环状槽210中相对于O型环10安装在密封对象流体侧(A)的相反侧(B)。此时，支承环20的主体部21的内周面(锥面22)构成为，相对于设置在环状槽210的槽底的锥面211，在所述锥面211的范围内能自由滑动。
[0068]如以上这样构成的密封结构，在密封对象流体侧(A)和相反侧(B)没有产生流体压力的压差时，O型环10在相反侧(B)的内周部分和外周部分成为离开支承环20的状态(参照图2)。相对于此，当密封对象流体侧(A)的流体压力高于相反侧(B)的流体压力时，O型环10上相反侧(B)部分发生变形，使O型环10与支承环20之间间隙消失(图3参照)。即，O型环10上相反侧(B)的端部附近，与支承环20的主体部21上密封对象流体侧(A)的面相密合。另外，O型环10上相反侧(B)内周部分，与设置在环状槽210的槽底的锥面211相密合。并且，O型环10上相反侧(B)外周部分，与支承环20的环状突出部23内周面(锥面24)相密合。
[0069]<本实施例的密封结构和密封装置的优点>
[0070]如上所述，根据本实施例的密封结构和密封装置100，支承环20的主体部21的内周面(锥面22)构成为，可相对于设置在环状槽210的槽底的锥面211自由滑动。由此，即使环状槽210的槽底与壳体300的轴孔内周面之间的距离随着轴200的偏心而改变，也能够通过支承环20沿轴向移动，抑制在支承环20与锥面211之间、以及支承环20与壳体300的轴孔内周面之间形成间隙。因此，可以抑制O型环10的一部分夹入支承环20与槽底之间、或支承环20与壳体300的轴孔内周面之间而导致破损的情况。这样，根据本实施例的密封结构和密封装置100，即使在轴200偏心的条件下，也能稳定地维持密封性。
[0071]另外，对于本实施例，当密封对象流体侧(A)的流体压力高于相反侧(B)的流体压力时，O型环10在相反侧(B)的内周部分与设置在环状槽210的槽底的锥面211密合，且O型环10在相反侧(B)的外周部分与支承环20的环状突出部23的内周面(锥面24)密合。由此，即使O型环10从离开支承环20的状态成为与支承环20密合的状态，O型环10也基本上没有变形。因此，即使在例如像喷注器的配管等的流体压力会周期性变动的环境下使用密封装置100时，也可以抑制O型环10的磨损。因此，根据本实施例的密封结构和密封装置100，即使在流体压力周期性变动的环境下也能保持长时间地维持密封性。
[0072]需要说明的是，支承环20的主体部21越薄则偏心追随性越优异。另外，支承环20的环状突出部23的突出量越大，则能使O型环10的变形量越少。优选主体部21的厚度(轴向厚度)设定在例如0.7mm以上且1.5mm以下的范围。另外，优选支承环20设置环状突出部23的部分的最大厚度(夕卜周面部分的轴向厚度)设定在例如1.5mm以上且3.0mm以下的范围。需要说明的是，该环状突出部23的壁厚越厚则越难变形，可以抑制支承环20的外周面侧的一部分向环状槽210的外侧挤出。因此，当使用比硬质树脂材料容易变形的软质树脂材料作为支承环20的材料时，优选使该环状突出部23的壁厚加厚。
[0073](实施例2)
[0074]图4表示本发明的实施例2。在本实施例中，对支承环的结构与上述实施例1不同的情况进行说明。由于基本结构和作用与实施例1相同，因此对相同的构成部分标注相同的附图标记，并省略其说明。图4是本发明的实施例2的密封装置的示意剖视图。
[0075]本实施例的密封装置100也与上述实施例1的情况同样地，包括橡胶状弹性体制的O型环10和树脂制的支承环20。对于O型环10，由于与实施例1的O型环10为相同结构，因此省略其说明。另外，对于本实施例的支承环20可使用的材料，也与上述实施例1说明的相同。
[0076]本实施例的支承环20也与上述实施例1的情况同样地，具有环状且呈板状的主体部21和在主体部21的外周面侧向密封对象流体侧突出的环状突出部23。并且，主体部21的内周面由锥面22构成。另外，本实施例的支承环20上的环状突出部23内周面由向着密封对象流体侧直径逐渐扩大的作为倾斜面的锥面24构成。
[0077]并且，本实施例的支承环20构成为，通过弯曲面25连接主体部21在密封对象流体侧的平面部分和环状突出部23的内周面(锥面24)。仅在像这样设置弯曲面25的这一点上与上述实施例1的支承环20不同。对于上述实施例1的支承环20，当采用硬质树脂材料作为支承环20的材料时，会有在主体部21在密封对象流体侧的平面部分与环状突出部23的内周面(锥面24)的相交部分处容易产生裂纹的问题。相对于此，如本实施例的支承环20这样，通过利用弯曲面25连接主体部21在密封对象流体侧的平面部分和环状突出部23的内周面(锥面24)，可以抑制产生裂纹。
[0078]对于密封结构，由于与上述实施例1的密封结构相同，因此省略其说明。
[0079]如上所述，本实施例的密封结构和密封装置100也能得到与上述实施例1相同的效果。另外，对于本实施例，即使采用硬质树脂材料作为支承环20的材料，也能抑制主体部21在密封对象流体侧的平面部分与环状突出部23的内周面(锥面24)之间产生裂纹。因此，也可以采用普通廉价的尼龙作为支承环20的材料。
[0080](实施例3)
[0081 ]图5表示本发明的实施例3。在本实施例中，对支承环的结构与上述实施例1不同的情况进行说明。由于基本结构和作用与实施例1相同，因此对相同的构成部分标记相同的附图标记，并省略其说明。图5是本发明的实施例3的密封装置的示意剖视图。
[0082]本实施例的密封装置100也与上述实施例1的情况同样地，包括橡胶状弹性体制的O型环10和树脂制的支承环20。对于O型环10，由于与实施例1的O型环10为相同结构，因此省略其说明。另外，对于本实施例的支承环20可使用的材料，也与上述实施例1说明的相同。
[0083]本实施例的支承环20也与上述实施例1的情况同样地，具有环状且呈板状的主体部21和在主体部21的外周面侧向密封对象流体侧突出的环状突出部23。并且，主体部21的内周面由锥面22构成。
[0084]并且，对于本实施例的支承环20，环状突出部23的内周面由截面呈圆弧状的倾斜面(弯曲面26)构成，而不是锥面。如上所述，与上述实施例1的支承环20不同之处仅在于，环状突出部23的内周面构成为弯曲面26，而不是锥面。该弯曲面26与主体部21在密封对象流体侧的平面部分圆滑连接。
[0085]对于密封结构，由于与上述实施例1的密封结构相同，因此省略其说明。
[0086]如上所述，本实施例的密封结构和密封装置100也能得到与上述实施例1相同的效果。另外，对于本实施例，由于环状突出部23的作为内周面的弯曲面26与主体部21在密封对象流体侧的平面部分顺畅地连接，因此能得到与上述实施例2相同的效果。
[0087](参考例)
[0088]参照图6，对参考例的密封装置和密封结构进行说明。图6是参考例的密封结构的示意剖视图。需要说明的是，图6表示经由密封装置两侧的流体压力没有产生压差的状态。
[0089]本参考例的密封装置400也与上述实施例1的情况同样地，包括橡胶状弹性体制的O型环410和树脂制的支承环420。对于O型环410，与实施例1的O型环10为相同结构。另外，对于本参考例的支承环420可使用的材料，也与上述实施例1说明的相同。
[0090]本参考例的支承环420具备环状的主体部421。在所述主体部421的内周面由锥面422构成的这一点上，与上述实施例1的支承环20的情况相同。并且，对于本参考例，主体部421在密封对象流体侧(A)的整个面由截面呈圆弧状的弯曲面425构成，而不是平面。由此，在主体部421的外周面侧和内周面侧分别设有向密封对象流体侧(A)突出的环状突出部423、424。
[0091]如以上这样构成的本参考例的密封结构和密封装置400，能得到与上述各实施例相同的效果。但是，对于本参考例，在支承环420的内周面侧也设有环状突出部424。由此，由于该环状突出部424会超过O型环410向着径向内侧挤压等的原因，与上述各实施例的情况相比，支承环420难以沿轴向滑动。因此，在偏心追随性这一点上，与上述各实施例的密封装置100相比不良。并且，对于本参考例的支承环420，内周面侧和外周面侧均在密封对象流体侧(A)的前端构成尖形。因此，虽然能利用模具成形得到该支承环420，但存在难以提高尺寸精度这样的问题。另外，由于主体部421的内周面构成为锥面422，因此为了成形支承环420且不存在底切部分，则使模具构成为轴向开模，并且使模具分割面必须通过环状突出部424的前端。在这样构成模具的情况下，当开模时，使支承环420被包埋在一侧模具的内部中，因此还会有脱模性不良的问题。
[0092]附图标记说明
[0093]10 O型环
[0094]20支承环
[0095]21主体部
[0096]22 锥面
[0097]23环状突出部
[0098]24 锥面
[0099]25弯曲面
[0100]26弯曲面
[0101]100密封装置
[0102]200 轴
[0103]210环状槽
[0104]211 锥面
[0105]300 壳体
【主权项】
1.一种密封结构，其特征在于，具有: 在外周面具有环状槽的轴； 具有使该轴穿过的轴孔的壳体；以及 安装在所述环状槽内，用于密封所述轴与轴孔之间的环状间隙的密封装置， 在所述环状槽的槽底的密封对象流体侧的相反侧，设置有从密封对象流体侧向该相反侧直径逐渐扩大的锥面， 所述密封装置具有: 橡胶状弹性体制的O型环，其安装在所述环状槽中密封对象流体侧；以及树脂制的支承环，其在所述环状槽中安装在所述O型环的所述相反侧，抑制该O型环向所述环状槽的外侧挤出， 所述支承环具有:环状且呈板状的主体部和在该主体部的外周面侧向密封对象流体侧突出的环状突出部， 所述主体部的内周面构成为，相对于设置在所述环状槽的槽底的锥面，在所述锥面的范围内能自由滑动的锥面， 所述环状突出部的内周面构成为向着密封对象流体侧直径逐渐扩大的倾斜面。2.—种密封装置，其被安装在形成于轴的外周面的环状槽内，用于密封所述轴与具有使该轴穿过的轴孔的壳体之间的环状间隙，所述密封装置的特征在于， 在所述环状槽的槽底的密封对象流体侧的相反侧，设置有从密封对象流体侧向该相反侧直径逐渐扩大的锥面， 所述密封装置具有: 橡胶状弹性体制的O型环，其安装在所述环状槽中密封对象流体侧；以及树脂制的支承环，其在所述环状槽中安装在所述O型环的所述相反侧，抑制该O型环向所述环状槽的外侧挤出， 所述支承环具有:环状且呈板状的主体部和在该主体部的外周面侧向密封对象流体侧突出的环状突出部， 所述主体部的内周面构成为，相对于设置在所述环状槽的槽底的锥面，在所述锥面的范围内能自由滑动的锥面， 所述环状突出部的内周面构成为向着密封对象流体侧直径逐渐扩大的倾斜面。
【文档编号】F16J15/06GK105899858SQ201580004348
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年5月15日
【发明人】波多野诚
【申请人】Nok株式会社