密封结构体的制作方法

专利名称：密封结构体的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用0形密封环来防止流体泄漏的密封结构体。
背景技术：
以往，为了防止从搭载在燃料电池车等上且内部填充有高压氢的氢箱(填充室体)发生氢泄漏，或者为了防止从液压设备的往复运动部分发生油泄漏，开发出各种密封结构体。例如，氢箱的外形为圆柱状，在该氢箱的一端形成有圆筒状的接头部(被插入构件)，该接头部供阀体(插入构件)插入。需要说明的是，在接头部的内周面上形成有内螺纹部，在阀体的外周面上形成有外螺纹部，接头部和阀体通过螺合来组装。此外，在接头·部与阀体之间设置有环状的收容区域，在该收容区域内安装有用于防止氢泄漏的0形密封环。另外，为了防止0形密封环咬入接头部与阀体的间隙而造成损伤，有时在所述收容区域内设置支承环。在专利文献I中记载了以如下方式形成的密封装置，即，在轴(插入构件)或轴孔(被插入构件)的任意一方上设置环状的安装槽，从高压侧作用压力时所述安装槽的低压侧的内壁面与支承环的低压侧的端部之间具有间隙。根据专利文献I记载的密封装置，能够防止密封环(0形密封环)受损，从而能够维持密封性能良好。另外，在专利文献2中记载了如下的密封装置，S卩，在相互同轴地组装的轴(插入构件)与外壳(被插入构件)中的一方的构件上设置的环状的安装槽内，具备密封环(0形密封环)和夹着该密封环的两个支承环。此外，所述两个支承环的周面由与设置在所述安装槽的两端部的槽锥部对应的锥面形成，且以与所述槽锥部相抵接的方式安装。根据专利文献2记载的密封装置，通过将作用于支承环的轴向按压力转换为径向朝外作用的力及径向朝内作用的力，从而支承环将轴与外壳的间隙填埋，从而能够防止密封环的伸出或损伤。在先技术文献专利文献专利文献I日本专利第3543617号公报专利文献2日本特开2002-161983号公报然而，在专利文献I及专利文献2中记载的技术中，如所述那样，构成为在插入构件与被插入构件中的一方设置环状的安装槽。因此，当将插入构件向被插入构件插入时，存在各构件彼此接触而造成损伤的可能性这种问题。例如，在专利文献2记载的密封装置(密封结构体)中，如图7(a)所示，在轴(插入构件)8上设置有环状的安装槽13，在该安装槽13中安装有0形密封环10和两个支承环11、12，并通过向外壳(被插入构件)9插入而进行组装。通常，考虑到轴8与外壳9的组装和制造时的误差，在轴剖面上，轴8的外径比外壳9的内径稍小。然而，当插入轴8时，不易使轴8的中心轴与外壳9的中心轴完全一致而使轴8与外壳9完全不接触。
S卩，如图7(b)所示，当将所述密封装置的轴8安装到外壳9上时，轴8的外周面与外壳9的内周面接触的可能性高。如图7(b)所示，当将轴8插入外壳9时，外壳9的内周面S的部分与轴8的外周面相接触，轴8的外周面及外壳9的内周面S受损的可能性高。这样一来，安装有0形密封环10的收容区域Fl中的相当于外壳9的内周面的部分也发生损伤。从而，无法利用0形密封环10实现充分密封,存在可能泄漏流体的问题。

发明内容
本发明的课题在于能够将插入构件容易地组装在被插入构件上且防止插入构件及被插入构件发生损伤的密封结构体。用于解决课题的手段作为解决所述课题的手段，本发明的密封结构体具备插入构件，其外形为圆柱状；圆筒状的被插入构件，其与在内部填充有流体的填充室体一体形成，且供所述插入构件插入；0形密封环，其设置在所述插入构件与所述被插入构件之间，对流体进行密封，所述 密封结构体的特征在于，所述插入构件具有第一大径圆柱部；与所述第一大径圆柱部一体形成且外径比所述第一大径圆柱部的外径小的第一小径圆柱部；由所述第一大径圆柱部和所述第一小径圆柱部的台阶形成的第一台阶部，所述被插入构件具有内径与所述第一大径圆柱部的外径对应的第二大径圆筒部；与所述第二大径圆筒部一体形成且内径与所述第一小径圆柱部的外径对应的第二小径圆筒部；由所述第二大径圆筒部和所述第二小径圆筒部之间的外径差所形成的台阶而形成的第二台阶部，在从所述插入构件的所述第一小径圆柱部的端部与所述被插入构件的所述第二大径圆筒部的端部对置的状态将所述插入构件插入所述被插入构件而同轴地组装的状态下，通过所述第一小径圆柱部的外周面、所述第一台阶部的外表面、所述第二大径圆筒部的内周面和所述第二台阶部的内表面而形成收容所述0形密封环的收容区域。根据这种结构，当插入构件插入被插入构件时，首先，插入构件的第一小径圆柱部进入由被插入构件的第二大径圆筒部的内周面围成的区域内。在此，与第一小径圆柱部的外径(后述说明的外径L22)相比第二大径圆筒部的内径(后述说明的内径L31)更大，因此能够在插入构件的第一小径圆柱部不与被插入构件的第二大径圆筒部的内周面接触的状态下将其插入。于是，第一小径圆柱部的外周面和第二大径圆筒部的内周面不易发生损伤。此外，若从所述状态将插入构件进一步插入被插入构件，则0形密封环受到插入构件的第一小径圆柱部的外周面与被插入构件的第二大径圆筒部的内周面间的宽度限制而发生弹性变形。此时，第一小径圆柱部的外周面沿径向向外按压0形密封环的力的大小在0形密封环与第一小径圆柱部的环状的接触面上是均匀的。同样地，第二大径圆筒部的内周面沿径向向内按压0形密封环的力的大小在0形密封环与第二大径圆筒部的环状的接触面上是均匀的。因此，由于0形密封环在将插入构件插入被插入构件时起到导向件的作用，因此能够将插入构件容易地组装在被插入构件上，且能够防止插入构件的外周面及被插入构件的内周面的损伤。进而，在插入构件组装在被插入构件上的状态下，通过第一小径圆柱部的外周面、第一台阶部的外表面、第二大径圆筒部的内周面、第二台阶部的内表面而形成收容区域，成为在该收容区域内安装O形密封环的状态。在此，如所述那样，为了防止插入构件的外周面及被插入构件的内周面受到损伤，在收容区域内，O形密封环沿径向向内适当地按压插入构件的外周面，并且沿径向向外适当地按压被插入构件的内周面。从而，通过O形密封环对插入构件与所述被插入构件之间进行密封，能够针对来自填充室的压力变动而对流体泄漏进行密封。另外，在所述密封结构体中，优选具备在所述收容区域内配置在所述插入构件侧且对所述0形密封环在轴向上的移动进行限制的第一支承环；在所述收容区域内配置在所述被插入构件侧且对所述0形密封环在轴向上的移动进行限制的第二支承环，所述第一支承环的与所述第一台阶部的外表面对置的对置面以与所述第一台阶部的外表面对应的方式形成，所述第二支承环的与所述第二台阶部的内表面对置的对置面以与所述第二台阶部的内表面对应的方式形成。根据这种结构，由于第一支承环的与第一台阶部的外表面对置的对置面以与第一台阶部的外表面对应的方式形成，因此，在被插入构件侧成为高压的情况下，第一支承环与第一台阶部密接。另外，由于第二支承环的与第二台阶部的内表面对置的对置面以与第二台阶部的内表面对应的方式形成，因此在插入构件侧成为高压的情况下，第二支承环与第二台阶部密接。因此，在施加交替压力的情况下，各支承环与所述交替压力对应而变形，从而能够防止0形密封环向插入构件与被插入构件的间隙咬入。于是，由于0形密封环的损伤被防止，因此能够更加适当地防止流体泄漏。另外，在所述密封结构体中，优选所述第一台阶部的外表面具有第一锥面，该第一锥面以朝向所述被插入构件组装的组装方向直径逐渐减小的方式倾斜，所述第二台阶部的内表面具有第二锥面，该第二锥面以朝向所述组装方向直径逐渐减小的方式倾斜。根据这种结构，在被插入构件侧成为高压的情况下，第一支承环沿着第一锥面变形，进而朝径向向内按压第一锥面且朝径向向外按压第二大径圆筒部的内周面。从而，第一支承环对该第一支承环与插入构件的外周面的间隙及第一支承环与被插入构件的内周面的间隙进行密封。由此，由于能够防止0形密封环咬入所述间隙而受损，因此能够更加适当地对流体的泄漏进行密封。另外，关于插入构件侧为高压时的第二支承环的作用，也与上述相同。另外，在所述密封结构体中，优选所述第一台阶部具有从所述第一锥面沿径向向外延伸的第一外壁面，所述第二台阶部具有从所述第二锥面沿径向向内延伸的第二内壁面，在所述插入构件插入所述被插入构件而同轴地组装的状态下，在所述第一支承环与所述第一外壁面之间以及所述第二支承环与所述第二内壁面之间设置有间隙。根据这种结构，由于在第一支承环与第一外壁面之间形成间隙，因此在被插入构件侧成为高压的情况下，第一支承环朝向插入构件侧移动与所述压力对应的规定量。此外，第一支承环的所述移动被第一锥面的形状(以朝向被插入构件组装的组装方向直径逐渐减小的方式倾斜的形状)限制。此外，第一支承环与第二大径圆筒部的内周面及第一锥面密接，由此能够防止0形密封环损伤且能够进一步提高密封性能。另外，对于第二支承环，也与上述同样。另外，在所述密封结构体中，优选以所述0形密封环的填充率成为规定值以上的方式设定以包含轴的平面剖开所述密封结构体时的所述0形密封环的截面积、所述第一支承环的截面积、所述第二支承环的截面积、所述第一小径圆柱部的外径、所述第二大径圆筒部的内径以及所述收容区域在轴向上的长度。根据这种结构，即使在使用透气系数比较高的0形密封环的情况下，由于设定成0形密封环的填充率成为规定值以上，因此能够防止0形密封环与第一支承环之间或者0形密封环与第二支承环之间滞留透过气体。因此，能够防止因所述透过气体的压力使0形密封环向低压侧移动而伸出并发生损伤。发明效果根据本发明，能够提供一种可容易地将插入构件组装到被插入构件上且防止插入构件及被插入构件损伤的密封结构体。


图1是本实施方式的密封结构体的分解立体图。图2是在将本实施方式的密封结构体分解的状态下以包含中心轴的平面剖开时的剖视图。图3是对本实施方式的密封结构体以通过中心轴的平面剖开时的端面图，其示出插入构件的小径圆柱部进入由被插入构件的大径圆筒部的内周面围成的空间时的状态。图4是对本实施方式的密封结构体以通过中心轴的平面剖开时的端面图，(a)表示安装在插入构件上的0形密封环与被插入构件的大径圆筒部的端部接触的状态，(b)表示插入构件组装在被插入构件上的状态。图5(a)是图4(b)所示的区域T的局部放大图，(b)是表示从插入构件侧施加压力时的状态，其为区域T的局部放大图。图6是表示本发明的变形例的相当于区域T的部位的局部放大图，(a)表示支承环的剖面形成为梯形而与插入构件或被插入构件密接的结构的情况，(b)表示支承环的剖面形成为三角形的情况，(c)表示支承环的剖面形成为长方形的情况，(d)表示未安装支承环而仅以0形密封环进行密封的情况。图7是表示现有的密封结构体的端面图，(a)表示插入构件和被插入构件被组装后的状态，(b)表示插入构件组装在被插入构件时的状态。符号说明I密封结构体2、2A、2B、2C、2D 插入构件21大径圆柱部(第一大径圆柱部)22小径圆柱部(第一小径圆柱部)23台阶部(第一台阶部)23a锥面(第一锥面)23b壁面(第一壁面)3、3A、3B、3C、3D 被插入构件3a箱室体(填充室体)31大径圆筒部(第二大径圆筒部)32小径圆筒部(第二小径圆筒部)
33台阶部(第二台阶部)33a锥面(第二锥面)33b壁面(第二壁面)4、4A、4B、4C、4D 0 形密封环5、5A、5B、5C、ro 第一支承环6、6A、6B、6C、6D 第二支承环X中心轴F收容区域
具体实施例方式以下，参照图1至图6详细说明本发明的一实施方式。需要说明的是，在各图中，对共用的部分赋予同一符号，并省略重复的说明。另外，在图1 图3中，为了对各构件进行详细说明，针对插入构件2及被插入构件3的0形密封环4、支承环5、6的尺寸记载得要比实际使用的尺寸大。《密封结构体的结构》图1是本实施方式的密封结构体的分解立体图，图2是以含有中心轴的平面剖开时的剖视图。如图1所示，密封结构体I具备插入构件2、被插入构件3、0形密封环4、第一支承环5、第二支承环6。关于密封结构体I，例如，对于通过使氢和氧发生电极反应而进行发电的燃料电池(未图示)而言，作为供给氢的氢箱(箱室体3a:参照图1))的接头部(被插入构件3)以及与该接头部螺合的阀体(插入构件2)，为了对将它们组合时的间隙进行密封而设置密封结构体1，但是不局限于此。需要说明的是，在以下的记载中，将插入构件2与被插入构件3同轴地组装后的状态下的中心轴称为“中心轴X”。<插入构件>如图1所示，插入构件2具有大径圆柱部21、小径圆柱部22、台阶部23。对于大径圆柱部21(第一大径圆柱部)而言，其外形呈圆柱形状而成为外径L21(参照图2)。此外，在大径圆柱部21的端部(组装时，与被插入构件2对置的端部的相反侧的端部)设置有用于使插入构件2与被插入构件3螺合的外螺纹部24。另外，对于小径圆柱部22 (第一小径圆柱部)而言，其外形呈圆柱形状，其与大径圆柱部21 —体地形成且成为外径L22 (参照图2)。在此，大径圆柱部21的外径L21设计得比小径圆柱部22的外径L22大。台阶部23 (第一台阶部)在大径圆柱部21与小径圆柱部22之间通过这些台阶形成。台阶部23的外表面具有锥面23a和外壁面23b。锥面23a(第一锥面)以朝着向被插入构件3组装的组装方向(图1中为朝左的插入方向)其直径逐渐减小的方式倾斜。另外，外壁面23b (第一外壁面)成为从锥面23沿径向向外延伸的圆环状的面。另外，在图1、图2中，为了简便起见，插入构件2被记载成不具备与外部连通的孔等，但是不局限于此。
例如，在插入构件2作为将向燃料电池(未图示)供给氢的氢箱(箱室体3a)的接头部(被插入构件3)闭塞的阀体发挥作用的情况下，追加了如下结构。即，在这种情况下，在插入构件2上设置有使用了螺线管的电磁阀(未图示)、或者设置有用于从外部向氢箱填充氢或从氢箱向燃料电池供给氢的氢流路(未图示)。<被插入构件>如图1所示，被插入构件3与在内部填充有流体的箱室体3a(填充室体)一体形成，其具有大径圆筒部31、小径圆筒部32、台阶部33。另外，箱室体3a内的压力在流体填充时成为高压，而流体排出时成为低压。因此，在插入构件2和被插入构件3组装时形成的收容区域F内，在流体填充时，与箱室体3a —体形成的被插入构件3侧成为相对高压，在流体排出时，插入构件2侧成为相对高压，因此，作用所谓的交替压力。需要说明的是，关于收容区域F在后叙述。大径圆筒部31 (第一大径圆筒部)呈圆筒形状，且内径为L31(参照图2)。在此，内径L31设计成与插入构件2的大径圆柱部21的外径L21对应(L31 ^ L21)。另外，考虑 插入构件2与被插入构件3组装时的容易度和制造时的误差等，大径圆筒部31的内径L31形成得比大径圆柱部21的外径L21稍大。此外，在大径圆筒部31的端部(组装时，与插入构件2对置的一侧的端部)设置有用于使被插入构件3与插入构件2螺合的内螺纹部34。另外，小径圆筒部32 (第一小径圆筒部)呈圆筒形状，并且与大径圆筒部31 —体形成，且成为内径L32 (参照图2)。在此，内径L32设计成与插入构件2的小径圆柱部22的外径L22相对应(L32 L22)。另外，考虑插入构件2与被插入构件3组装时的容易度和制造时的误差等，小径圆筒部32的内径L32形成得比小径圆柱部22的外径L22稍大。因此，在大径圆柱部21的外周面与大径圆筒部31的内周面之间、以及在小径圆柱部22的外周面与小径圆筒部32的内周面之间产生微小的环状的间隙(参照图5(a)的间隙 Y1、Y2)。台阶部33(第二台阶部)在大径圆筒部31与小径圆筒部32之间由这些台阶形成。台阶部33的内表面具有锥面33a和内壁面33b。锥面33a (第二锥面)以朝向插入构件2组装的组装方向(图1中朝左)直径逐渐减小的方式倾斜。另外，内壁面33b (第二内壁面)成为从锥面33a沿径向向内延伸的圆环状的面。〈O形密封环>如图1所示，0形密封环4在未被从外部按压的状态下，以包含中心轴X的平面剖开时的剖面为圆形的环状，且该0形密封环4由橡胶状的弹性材料构成。0形密封环4的外径L42(参照图2)设计成比插入构件2的大径圆柱部21的外径L21稍大(参照图2)。另外，0形密封环4的内径L41设计成比插入构件2的小径圆柱部22的外径L22稍小(参照图2)。S卩，大径圆柱部21的外径L21与小径圆柱部22的外径L22的差(L21-L22)比0形密封环4的剖面圆的直径(L42-L41)小。由此，0形密封环4在插入构件2和被插入构件3组装后的状态下，小径圆柱部22的外周面被沿径向向内按压，且大径圆筒部33的内周面被沿径向向外按压，因此，能够良好地密封插入构件2和被插入构件3的间隙。〈第一支承环〉
如图2所示，第一支承环5为连续环，其侧剖面(以包含中心轴X的平面剖开时的剖面)为梯形。另外，第一支承环5在其内侧(朝向中心轴X的一侧)具有斜面51。第一支承环5由氟树脂、聚酰胺树脂、硬质橡胶、轻金属等材料形成。如此，第一支承环5由比较硬的硬质的材料形成。需要说明的是，支承环无需形成为硬质支承环和软质支承环的双重结构。这时因为，如后述那样，在组装时，通过插入构件2穿过支承环5的孔，能够在不使支承环5变形的状态下将其安装到插入构件2上。假设在支承环为硬质的有端支承环的情况下，由于可防止该有端支承环的切缝咬A 0形密封环4而造成损伤，因此，需要在0形密封环4侧安装软质的支承环。在本实施方式中，如上述那样，作为支承环6可使用连续支承环，因此不但结构简单而且成本能够得以削减。需要说明的是，支承环6也与所述同样。
第一支承环5的外径L52与插入构件2的大径圆柱部21的外径L21大致相同，与被插入构件3的大径圆筒部31的内径L31大致相同(参照图2)。另外，第一支承环5的环状的斜面51中的距离中心轴X最近的部分即圆的直径L51与插入构件2的小径圆柱部22的外径L22大致相同。另外，第一支承环5的、从插入侧(图2为右侧)观察时的面(环状的平面)在径向上的长度L53(参照图2)设计得比插入构件I的外壁面23b的径向的长度L23大。由此，在插入构件2组装于被插入构件3时，第一支承环5的插入构件2侧的端部在与插入构件2的外壁面23b抵接前与锥面23a抵接，因此与插入构件2的外壁面23b之间形成间隙(参照图5(a)的距离L72)。另外，与插入构件2的台阶部23的外表面相对的第一支承环5的对置面形成得与台阶部23的所述外表面相对应。S卩，从插入侧(图2中为右侧)观察第一支承环5时的面(环状的平面)与斜面51 (参照图2)所成的角度0 5 (参照图5 (a))和锥面23a从插入构件2的小径圆柱部22打开的角度9 2的和被设计成为90° ( 0 2+ 0 5 = 90° )。由此，在插入构件2与被插入构件3组装后的状态下，当填充室体3a为高压时，能够防止因支承环5沿轴向按压沿轴线按压0形密封环4而使0形密封环4朝向插入构件2的外周面侧或被插入构件3的内周面侧变形。需要说明的是，被插入构件3的台阶部33的外表面和与第二支承环6对置的对置面的关系也与所述同样。<第二支承环>如图2所示，第二支承环6为连续环，侧剖面为梯形。另外，第二支承环6在其外侧(远离中心轴X的一侧)具有斜面61。需要说明的是，第二支承环6与所述第一支承环5的情况同样，也由比较硬的硬质的聚酰胺树脂等形成。第二支承环6的环状的斜面61 (参照图2)中的距离中心轴X最远的部分即圆的直径L62与被插入构件3的大径圆筒部31的内径L31大致相同。另外，第二支承环6的内径L61与被插入构件3的小径圆筒部32的内径L32大致相同，与插入构件2的小径圆柱部21的外径L21大致相同。另外，第二支承环6的、从被插入侧(图2中为左侧)观察时的面(环状的平面)在径向上的长度L63(参照图2)设计得比被插入构件3的内壁面33b在径向上的长度L33大。由此，在被插入构件3组装到插入构件2上的情况下，第二支承环6的被插入构件3侧的端部在与被插入构件2的外壁面33b抵接前与锥面33a抵接，因此，在第二支承环6的被插入构件3侧的端部与被插入构件3的外壁面33b之间形成间隙(参照图5(a)的距离 L71)。另外，第二支承环6的与被插入构件3的台阶部33的内表面对置的对置面形成得与台阶部33的所述内表面对应。S卩，从被插入侧(图2中左侧)观察第二支承环6时的面(环状的平面)与斜面61 (参照图2)所成的角度0 6 (参照图5 (a))、与锥面33a从被插入构件2的大径圆筒部31变窄的角度9 3的和被设计成为90° ( 0 3+ 0 6 = 90° )。另外，只要满足所述的条件，图5(a)所示的角度0 5与角度0 6的大小可以相同，也可以为互不相同的值。例如，角度可以是0 5 = 45° (在这种情况下为0 2 = 90° -0 5= 45。)，也可以是角度0 6 = 60。(在这种情况下，0 3 = 90。- 0 6 = 30。)。《插入构件与被插入构件的组装顺序》(1. 0形密封环及各支承环的安装)在将插入构件2插入被插入构件3前，首先，如图3所示，使插入构件2贯通地插入第一支承环5的孔。然后，使第一支承环5的斜面51 (参照图2)与插入构件2的锥面 23a(参照图2)抵接。此时，如所述那样，第一支承环5的插入构件2侧的端部与插入构件2的壁面23b具有间隙(参照图5 (a)的距离L72)。另外，如所述那样，图5(a)所示的角度0 2与角度0 5的和为90°。因此，在使第一支承环5的斜面51与插入构件2的锥面23a抵接的状态下，从插入构件2侧观察的支承环5的上表面、底面及插入构件2的外壁面23b平行。接下来，使插入构件3穿过0形密封环4的孔而插入。如所述那样，0形密封环4的内径L41比插入构件2的小径圆柱部22的内径L22稍小(参照图2)。因此，当插入构件2插入0形密封环4时(参照图3)，0形密封环4将小径圆柱部22的外周面沿径向向内按压，从而能够将0形密封环4本身安装到插入构件2上，并且能够防止第一支承环5从插入构件2脱离。另外，如所述那样，虽然使第一支承环5的斜面51与插入构件2的锥面23a抵接，但是不局限于此。这是因为，即使在第一支承环5的斜面51与插入构件2的锥面23a分离的状态下，在插入构件2插入被插入构件3的过程中，第一支承环5被0形密封环4按压，从而斜面51与锥面23a抵接。另一方面，如图3所示，对于被插入构件3而言，第二支承环6安装在被插入构件3上。即，以第二支承环的斜面61 (参照图2)与被插入构件3的锥面33a(参照图2)抵接的方式使第二支承环6移动。此时，如所述那样，第二支承环6的被插入构件3侧的端部与被插入构件3的壁面33b具有间隙(参照图5 (a)的距离L71)。另外，如所述那样，图5(a)所示的角度0 3与角度0 6的和为90°。因此，在第二支承环6的斜面61与被插入构件4的锥面33a抵接的状态下，从被插入构件2侧观察的第二支承环6的上表面、底面及被插入构件3的内壁面33b平行。
(2.插入构件与被插入构件的组装)如所述那样，插入构件2的小径圆柱部22 (参照图2)的外径L22设计得比被插入构件3的大径圆筒部31 (参照图2)的内径L31小。因此，如图3所示，当插入构件2的小径圆柱部22进入由被插入构件3的大径圆筒部31的内周面围成的空间时，在插入构件2与被插入构件3之间，能够在径向上空出距离(L31-L22)的富裕量。即，在图3的状态下，即使插入构件2与被插入构件3的位置关系稍错位，各构件的中心轴不一致，插入构件2与被插入构件3接触的可能性也极小。即，插入构件2的小径圆柱部22的外周面与被插入构件3的大径圆筒部31的内周面不易损伤。此外，当从图3的状态进一步将插入构件2向被插入构件3插入时，成为图4(a)所示的状态。如所述那样，0形密封环4的外径L42设计得比被插入构件3的大径圆筒部31的内径L31稍大(参照图2)。因此，如图4(a)所示，安装在插入构件2上的0形密封环4与被插入构件3的大径圆筒部31的端部接触。另外，如所述那样，大径圆柱部21的外径L21与小径圆柱部22的外径L22的差(L21-L22)比0形密封环4的剖面圆的直径(L42-L41)小(参照图2)。因此，当从图4(a)的状态将插入构件2插入被插入构件3时，0形密封环4受到插入构件2的小径圆柱部22的外周面与被插入构件3的大径圆筒部31的内周面的间隔的限制而被按压，发生弹性变形。此时，插入构件2的小径圆柱部22的外周面沿径向向外按压0形密封环4的力的大小在0形密封环4与小径圆柱部22的接触面(环状的接触面)上均匀。同样，被插入构件3的大径圆筒部31沿径向向内按压0形密封环4的力的大小在0形密封环4与大径圆筒部31的接触面(环状的接触面)上均匀。因此，从图4(a)所示的状态将插入构件2进一步向被插入构件3插入时，插入构件2的中心轴与被插入构件3的中心轴变得难以错位，并且，0形密封环4起到引导件的作用。另外，如图3所示，小径圆柱部21在轴向上的长度L24与台阶部23在轴向上的长度L25的和(L24+L25)比大径圆筒部31在轴向上的长度L34与台阶部33在轴向上的长度L35的和(L34+L35)越小越好。在这种情况下，在插入构件2的小径圆柱部22的端部到达被插入构件3的小径圆筒部32的插入侧的端部之前，大径圆柱部21 (参照图2)的被插入构件3侧的端部进入由大径圆筒部31的内周面围成的空间内。在此，如所述那样，插入构件2的大径圆柱部21的外径L21与被插入构件3的大径圆筒部的内径L31大致相同。如此一来，0形密封环4在插入构件2的小径圆柱部22与被插入构件3的大径圆筒部31之间进行引导，并且插入构件2被组装在被插入构件3上。此外，如所述那样，在大径圆柱部21 (参照图2)的被插入构件3侧的端部进入由大径圆筒部31的内周面围成的空间内的时刻，插入构件2的中心轴与被插入构件3的中心轴大致一致。如此，当中心轴大致一致而对心且进而将插入构件2插入被插入构件3时，插入构件2的小径圆柱部22的端部进入到由被插入构件3的小径圆筒部32围成的空间内。此时，如所述那样，由于插入构件2和被插入构件3对心，因此，能够在小径圆柱部22的外周面不损伤小径圆筒部32的内周面的情况下顺畅地进行组装。
此外，若通过将设置在插入构件2的大径圆柱部21上外螺纹部24与设置在被插入构件3的大径圆筒部31上的内螺纹部34螺合而组装，则成为图4(b)所示的状态。如图4(b)所示，在插入构件2组装在被插入构件3上的状态下，通过小径圆柱部22的外周面、台阶部23的外表面、大径圆筒部31的内周面、台阶部33的内表面形成收容0形密封环4的收容区域F。此外，在该收容区域F内，在第一支承环5与第二支承环6之间安装有0形密封环4。《O形密封环的填充率》图5(a)是表示图4(b)的区域T的局部放大图。0形密封环4的填充率a [%]通过以下的式(I)求出。需要说明的是，在式(I)中，SI (参照图5(a))表示在将插入构件2和被插入构件3组装后的状态下，以包含中心轴X的平面剖开时的收容区域F的面积。另外，S5是第一支承环5的剖面即梯形的面积，S6 表示第二支承环6的剖面即梯形的面积。另外，R是未从外部按压的状态下以中心轴X剖开0形密封环4时的剖面圆的半径。a = (jiR2/(S1-S5-S6))X10(>..S (I)在本实施方式的密封结构体I中，以0形密封环4的填充率a成为规定值(例如，60%)以上的方式，设定以包含中心轴X的平面剖开时的0形密封环4的截面积(Ji R2)、第一支承环5的截面积S5及第二支承环6的截面积S6、第一小径圆柱部22的外径L22、第二大径圆筒部31的内径L31、收容区域F在轴向上的长度L73 (参照图5 (a))。《O形密封环及各支承环的功能》如图5(a)所示，在大径圆柱部21的外周面与大径圆筒部31的内周面之间、以及小径圆柱部22的外周面与小径圆筒部32的内周面之间存在微小的环状的间隙Y1、Y2。另外，如图5 (a)所示，第一支承环5的插入构件2侧的端部和插入构件2的外壁面23b具有规定距离L72，第二支承环6的被插入构件3侧的端部和被插入构件3的内壁面33b具有规定距离L71。另外，如所述那样，图5(a)所示的02与0 5的和以及03与0 6的和分别为90。。例如，如图5(b)所示，在填充室体3a内的压力成为相对低压而从插入构件2侧施加压力P的情况下，0形密封环4从高压的插入构件2侧向低压的被插入构件3侧移动，并与第二支承环6的0形密封环4侧的端面抵接。进一步而言，若第二支承环6被从0形密封环4按压时，第二支承环6朝向被插入构件3方(低压侧)移动与该压力对应的规定量。第二支承环的所述移动受到锥面33a的形状(以朝向插入构件2组装的组装方向直径逐渐减小的方式倾斜的形状)的限制。S卩，第二支承环6的斜面61 (参照图2)从锥面33a沿径向向内被按压，并且第二支承环6的内表面从小径圆柱部22的外周面沿径向向外被按压。因此，第二支承环6与小径圆柱部22的外周面及锥面33a密接。需要说明的是，在所述内容中，虽然说明了从插入构件2侧施加压力P的情况，但是在填充室体3a内的压力成为相对高压而从被插入构件3侧施加压力的情况下，第二支承环5朝向插入构件2方(低压侧)与该压力对应地移动。这种情况下的说明因为与所述同样，因此省略。
《效果》根据这种本实施方式的密封结构体1，能够获得如下的效果。S卩，由于与插入构件2的小径圆柱部22的外径相比，被插入构件3的大径圆筒部31的内径更大，因此当插入构件2插入被插入构件3时，能够在插入构件2的小径圆柱部22不与被插入构件3的大径圆柱部31接触(损伤)的状态下容易地插入。另外，当从所述状态将插入构件2进一步插入被插入构件3时，被插入构件3的大径圆柱部31的端部与安装在插入构件2上的0形密封环4接触。在此，0形密封环4由弹性构件形成，因此即使0形密封环4与被插入构件3的大径 圆筒部31的端部及内周面接触，它们也不会被损伤。此外，当从所述状态进一步将插入构件2插入被插入构件3时，0形密封环4受到小径圆柱部22的外周面和大径圆筒部31的内周面之间的宽度的限制而弹性变形，并且，使插入构件2的中心轴与被插入构件3的中心轴一致，起到插入时的引导件的作用。因此，能够容易地将插入构件2组装到被插入构件3上，并且能够防止插入构件2及被插入构件3发生损伤。进一步而言，在最终插入构件组装在被插入构件3上的状态下，形成收容区域F。由于各支承环5、6夹着0形密封环4而位于该收容区域F内，所以即使对收容区域F施加交替压力的情况下，也能够适当地保护0形密封环4且提高密封性能。第一支承环5的与台阶部23的外表面对置的对置面以与台阶部23的外表面对应的方式形成。因此，在被插入构件6侧成为高压的情况下，第一支承环5与台阶部23密接。同样，由于第二支承环6的与台阶部33的内表面对置的对置面以与台阶部33的内表面对应的方式形成，因此在插入构件5侧成为高压的情况下，第二支承环6与台阶部33密接。因此，在施加交替压力的情况下，也能够防止0形密封环4向插入构件2与被插入构件6的间隙Y1、Y2咬入。S卩，由于可防止0形密封环4受损，因此能够更加适当对流体的泄漏进行密封。另外，例如，在被插入构件3侧成为高压的情况下，第一支承环5沿着锥面23a变形，进一步沿径向向内按压锥面23a，且沿着径向向外按压大径圆筒部31的内周面。由此，第一支承环5将该第一支承环5与插入构件2的外周面的间隙、以及第一支承环5与被插入构件3的内周面的间隙密封。从而，由于能够防止0形密封环4被所述间隙咬入而损伤，因此能够适当地对流体的泄漏进行密封。需要说明的是，插入构件2侧成为高压时的、第二支承环的作用与所述的情况同样。另外，由于第一支承环5的插入构件2侧的端面与内壁面23b以具有规定距离的方式形成，因此在从被插入构件3侧(高压侧)施加压力的情况下，第一支承环5朝向插入构件2侧(低压侧)与该压力对应地移动。此外，第一支承环5的所述移动受到锥面23a的形状的限制，第一支承环5与锥面23a及大径圆筒部31的内周面密接，由此能够进一步提高密封性能。需要说明的是，第二支承环6也是同样的。另外，当以插入构件2贯通第一支承环5的孔的方式实施安装时，可以使其沿着插入构件2的小径圆柱部22的外周面移动，并且朝向锥面23a地直接插入第一支承环5而进行安装。这与0形密封环4的安装也是同样的。另外，当第二支承环6安装在插入构件3上时，使其沿着被插入构件3的大径圆筒部31的内周面移动，从而能够朝向锥面33a直接插入并安装第二支承环6。因此，根据本实施方式的密封结构体1，能够容易地安装0形密封环4及支承环5、6。另外，为了组装，作为支承环5、6无需使用不连续的支承环，可以使用连续的支承环。假设在使用不连续的支承环而进行高压气体的密封的情况下，为了防止能够防止从该切断部产生气体泄漏而损伤0形密封环4，需要使用了硬质材料的有端支承环和软质材料的有端支承环的双重支承环。在这种情况下，密封结构体变得复杂化且同时造成成本增加。另一方面，根据本实施方式的密封结构体1，由于如所述那样使用连续的支承环5、6，因此无需双重的支承环。因此，能够以简单的结构发挥高密封性能，且能够削减密封结构体的制造成本。另外，在本实施方式的密封结构体I中，构成为0形密封环4的填充率a为规定值(例如，60%)以上。因此，即使在使用透气系数比较高的0形密封环的情况下，能够防止0形密封环4与第一支承环5之间或0形密封环4与第二支承环6之间滞留透过气体。即，能够防止因所述透过气体的压力使0形密封环4向低压侧移动而伸出并造成损伤。另外，能够缓和伴随压力变化的0形密封环4的变形量且充分确保密封所需的0形密封环4的弹性力，且能够延长0形密封环4的寿命。进一步而言，通过使0形密封环4的填充率a成为规定值以上，从而扩大0形密封环4的材质的适用范围。另外，由于如所述那样0形密封环4的填充率a为规定值以上，因此，在插入构件2组装于被插入构件3上的状态下，0形密封环4具有充分的要还原成原形(参照图1)的力。因此，作为支承环5、6，无需使用具有弹力垫的作用的软质的支承环，可以使用比较硬的硬质的支承环。此外，由于该硬质的支承环5、6伴随着作用于收容区域F的压力而分别在锥面23a、33a上滑动且密接(参照图5(b))，因此能够可靠地防止流体从间隙Yl、Y2(参照图5(a))泄漏。《变形例》以上，虽然通过所述实施方式说明了本发明的密封结构体，但是本发明的主旨不限于这些记载，可以进行各种变更等。例如，如图6(a)所示，可以构成为在第一支承环5A的插入构件2A侧的端面与外壁面23b (参照图2)之间及第二支承环6A的被插入构件3A侧的端面与内壁面33b (参照图2)之间不设置间隙。另外，如图6(b)所示，第一支承环5B及第二支承环6B的剖面形成为直角三角形，各直角三角形的斜边构成为分别与形成在插入构件2上的锥面和形成在被插入构件3上的锥面抵接。另外，如图6 (C)所示，在插入构件2及被插入构件3均未设置锥面，台阶侧面23C、33C构成为分别与垂直于中心轴X的平面平行，第一支承环5C及第二支承环6C的剖面可以构成为长方形而分别与台阶侧面23C、33C抵接。在图6(a) (C)的情况下，能够将插入构件容易地组装在被插入构件上，且能够防止插入构件及被插入构件发生损伤。另外，由于夹着O形密封环地存在两个支承环，因此即使作用了交替压力也适当地密封，且能够防止O形密封环的损伤。另外，如图6(d)所示，在插入构件2及被插入构件3上均未设置锥面，而台阶侧面23D、33D构成为与分别垂直于中心轴X的平面平行，而仅安装0形密封环4D。在图6(d)的情况下，能够将插入构件2容易地组装到被插入构件3上，且能够防止插入构件2及被插入构件3的损伤。需要说明的是，在图5(a)、图6(a) (d)中，关于作为密封结构体采用哪种结构，考虑作用于收容区域F的压力的大小等适当选择即可。另外，所述各密封结构体能够以将插入构件与被插入构件之间的环状的间隙密封而防止流体(液体或者气体)泄漏为目的，而应用于各种设备。另外，对于所述的各密封结构体而言，在来自插入构件侧的压力与来自被插入构件侧的压力的大小关系发生时间性地变化(即，交替压力)的情况下能够应用，除此之外，当然在插入构件侧与被插入构件侧中的任意一方始终为高压的情况下也能够适用。
权利要求
1.一种密封结构体，其具备 插入构件，其外形为圆柱状； 圆筒状的被插入构件，其与在内部填充有流体的填充室体一体形成，且供所述插入构件插入； O形密封环，其设置在所述插入构件与所述被插入构件之间，对流体进行密封， 所述密封结构体的特征在于， 所述插入构件具有第一大径圆柱部；与所述第一大径圆柱部一体形成且外径比所述第一大径圆柱部的外径小的第一小径圆柱部；由所述第一大径圆柱部和所述第一小径圆柱部的台阶形成的第一台阶部， 所述被插入构件具有内径与所述第一大径圆柱部的外径对应的第二大径圆筒部；与所述第二大径圆筒部一体形成且内径与所述第一小径圆柱部的外径对应的第二小径圆筒部；由所述第二大径圆筒部和所述第二小径圆筒部之间的外径差所形成的台阶而形成的第二台阶部， 在从所述插入构件的所述第一小径圆柱部的端部与所述被插入构件的所述第二大径圆筒部的端部对置的状态将所述插入构件插入所述被插入构件而同轴地组装的状态下，通过所述第一小径圆柱部的外周面、所述第一台阶部的外表面、所述第二大径圆筒部的内周面和所述第二台阶部的内表面而形成收容所述O形密封环的收容区域。
2.根据权利要求1所述的密封结构体，其特征在于，具备 在所述收容区域内配置在所述插入构件侧且对所述O形密封环在轴向上的移动进行限制的第一支承环； 在所述收容区域内配置在所述被插入构件侧且对所述O形密封环在轴向上的移动进行限制的第二支承环， 所述第一支承环的与所述第一台阶部的外表面对置的对置面以与所述第一台阶部的外表面对应的方式形成， 所述第二支承环的与所述第二台阶部的内表面对置的对置面以与所述第二台阶部的内表面对应的方式形成。
3.根据权利要求2所述的密封结构体，其特征在于， 所述第一台阶部的外表面具有第一锥面，该第一锥面以朝向所述被插入构件组装的组装方向直径逐渐减小的方式倾斜， 所述第二台阶部的内表面具有第二锥面，该第二锥面以朝向所述组装方向直径逐渐减小的方式倾斜。
4.根据权利要求3所述的密封结构体，其特征在于， 所述第一台阶部具有从所述第一锥面沿径向向外延伸的第一外壁面， 所述第二台阶部具有从所述第二锥面沿径向向内延伸的第二内壁面， 在所述插入构件插入所述被插入构件而同轴地组装的状态下，在所述第一支承环与所述第一外壁面之间以及所述第二支承环与所述第二内壁面之间设置有间隙。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的密封结构体，其特征在于， 以使所述O形密封环的填充率成为规定值以上的方式设定以包含轴的平面剖开所述密封结构体时的所述O形密封环的截面积、所述第一支承环的截面积、所述第二支承环的截面积、所述第一小径圆柱部的外径、所述第二大径圆筒部的内径以及所述收容区域在轴向上的长度。全文摘要
提供能够容易地将插入构件组装在被插入构件上且防止插入构件及被插入构件损伤的密封结构体。该密封结构体的特征在于，插入构件具有第一大径圆柱部、外径比第一大径圆柱部小的第一小径圆柱部、由第一大径圆柱部和第一小径圆柱部的台阶形成的第一台阶部，被插入构件具有内径与第一大径圆柱部的外径对应的第二大径圆筒部、内径与第一小径圆柱部的外径对应的第二小径圆筒部、由第二大径圆筒部和第二小径圆筒部的台阶形成的第二台阶部，通过第一小径圆柱部的外周面、第一台阶部的外表面、第二大径圆筒部的内周面、第二台阶部的内表面而形成收容O形密封环的收容区域。
文档编号F16J15/18GK103016738SQ201210352088
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者三浦种昭, 尾崎浩靖, 高久晃一, 加藤航一, 朝野护人 申请人:本田技研工业株式会社