JP5326384B2 - 密封装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば燃料を高圧力に加圧するための燃料ポンプ用の密封装置に関するものである。

近年、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関では、低燃費や高出力等の性能向上を図るために、シリンダ内に高圧力の燃料を直接噴射して燃焼させる方式のものが多く採用されている。このような内燃機関には、燃料を高圧化するためのポンプが搭載されており、その高圧燃料ポンプのプランジャ（軸）部には、図４に示すような密封装置が使用されている。図４は、従来技術に係る密封装置の模式的半断面図である。

密封装置１０１は、プランジャ（軸）の摺動部側からカム側へ燃料が流出するのを防止するとともに、カム側からプランジャ摺動部側へオイルが侵入するのを防止するために用いられるものである。

密封装置１０１は、ハウジング１１１の端部に設置されており、密封対象側である高圧側Ｈには高圧燃料（ガソリン、アルコール、軽油等）が供給され、反密封対象側である低圧側Ｌには潤滑や冷却を目的とするオイルが密封されている。

密封装置１０１は、ハウジング１１１の端部外周に嵌合する筒部１０２ａを有する金属環１０２と、この金属環１０２の筒部１０２ａ低圧側Ｌ端に設けられた内向きフランジ部１０２ｂから高圧側Ｈ及び低圧側Ｌにそれぞれ延出して軸１１０に摺動自在に接触するゴム状弾性体製の第１、第２シールリップ１０３，１０４と、を備えている。

しかしながら、このような密封装置では、薄肉形状のゴム状弾性体からなるシールリップの過大摩耗、破損等のおそれがあるため、高圧のポンプ用として採用するためには、燃料タンクへのリターン配管を設けることにより圧力を許容範囲に抑えることが必要となる。したがって、ポンプ構造が複雑となりコストが高くなってしまう。

一方、燃料タンクへのリターン配管を必要とすることなく高圧下で使用可能な密封装置として、特許文献１には、図５に示すようなものが提案されている。図５は、従来技術に係る他の密封装置の模式的半断面図である。

図５に示すように、密封装置２０１は、内径が拡径されたハウジング１１１の端部に、高圧側Ｈから第１シール部２０２、第２シール部２０３の順に取り付けられている。

第１シール部２０２は、軸１１０に摺動自在に密封接触する樹脂製シール部材としての樹脂リング２２１と、樹脂リング２２１を軸１１０に付勢する付勢部材としてのＯリング２２２と、から構成される。

シール押さえ２０４の取付溝には、第２シール部２０３が嵌め込まれ、第２シール部２０３が軸１１０に当接・摺動して低圧側Ｌのシールを行っている。第２シール部２０３は、Ｘリング２３１を用いている。

しかしながら、この密封装置２０１は、第１シール部２０２と第２シール部２０３との間の密封空間に蓄圧が発生するのを回避するための機構を備えていないため、蓄圧の発生によって摺動抵抗が増大し、シール破損等を生じてシール機能を維持することができなく
なるおそれがある。

また、特許文献１には、第２シール部として、断面略Ｕ字状のリップパッキンを採用した構成も開示されているが、該構成においては、第２シール部のシールリップがリップパッキンの低圧側Ｌに延びるシールリップのみとなるため、作動条件によっては高圧側Ｈの液体を低圧側Ｌにかき出してしまう可能性がある。したがって、シール破損のおそれは少ないものの漏れが多く生じてしまうことになり、シール機能を維持するためには作動条件が制約されてしまう。

なお、関連する技術としては特許文献２、３に記載されたものもある。
ＷＯ２００２／０９９３２０ 実開平０３−０３８４０５号公報 実用新案登録第０２５７９９８６号

本発明は上記の従来技術の課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、第１シール部と第２シール部との間の空間に蓄圧が発生してもシール機能の維持を図ることができる密封装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明における密封装置は、
燃料ポンプにおいて軸方向に相対的に往復移動するように設けられた軸と該軸が挿通さ
れる軸孔とを有するハウジングとの間に形成される環状隙間において、
軸方向一方側の第１密封領域に存在する燃料が軸方向他方側の第２密封領域に侵入するのを防止するとともに、前記第２密封領域に存在するオイルが前記第１密封領域に侵入するのを防止すべく、第１密封領域側に配置される第１シール部と、第２密封領域側に配置される第２シール部と、を備え、
前記第２シール部が、
第１密封領域側に向かって延びるとともに、前記軸と前記軸孔のうちの一方の表面に摺動自在に接触する第１シールリップと、
第２密封領域側に向かって延びるとともに、前記第１シールリップよりも第２密封領域側において前記一方の表面に摺動自在に接触する第２シールリップと、
を有し、かつ前記第２シール部は前記軸と軸孔のうちの他方に設けられた環状溝に装着される密封装置であって、
前記第１シールリップが、前記第１シール部と前記第２シール部との間の第１空間と、前記第１シールリップと前記第２シールリップとの間の第２空間とを連通する連通孔を有しており、
前記第２シールリップが、前記第２空間の圧力が第２密封領域の圧力に対して上昇すると、前記第２空間の圧力が前記第１シールリップ及び前記第２シールリップの破損を生ぜしめる高さまで上昇する前に、前記一方の表面と一時的に非接触となって前記第２空間と前記第２密封領域とを疎通する変形を生じうるように設けられていることを特徴とする。

かかる構成によれば、第１シール部と第２シール部との間の第１空間に蓄圧が生じた場合には、第１空間と連通する第１シールリップと第２シールリップとの間の第２空間に圧力が開放されるとともに、第２シールリップが、一時的に一方の表面と非接触となって第２空間と第２密封領域とを疎通する変形を生じることにより、第１空間の圧力が第２密封領域に開放されることになる。これにより、第１シール部と第２シール部との間の第１空間の圧力の上昇が抑制され、シールリップの破損を防止することができる。

以上説明したように、本発明により、第１シール部と第２シール部との間の空間に蓄圧が発生してもシール機能の維持を図ることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１〜図３を参照して、本発明の実施例に係る密封装置について説明する。図１は、本実施例に係る密封装置の模式的断面図である。図２は、本実施例に係る密封装置の模式的断面図である。図３は、本実施例に係る密封装置の第２シール部の模式的断面図である。

本実施例に係る密封装置１は、ガソリン直噴エンジン等の内燃機関に備えられる燃料ポンプのプランジャシールとして使用され、プランジャ（軸）の摺動部側からカム側へ燃料が流出するのを防止するとともに、カム側からプランジャ摺動部側へオイルが侵入するのを防止する、いわゆる２液シールである。

図１に示すように、密封装置１は、ハウジング２００と、ハウジング２００の軸孔２０１に挿通される軸３００との間の環状隙間を密封する。環状隙間の軸方向一方側の第１密封領域である高圧側Ｈには、燃料ポンプにおける加圧対象流体である燃料（ガソリン、アルコール、軽油等）が存在する。また、軸方向他方側の第２密封領域である低圧側Ｌには、潤滑や冷却を目的とするオイルが密封されている。

密封装置１は、概略、高圧側Ｈに配置される第１シール部１１と、低圧側Ｌに配置される第２シール部１２と、から構成されている。第１シール部１１及び第２シール部１２は、ハウジング２００の軸孔２０１の内周面に設けられた第１環状溝２１１及び第２環状溝２１２にそれぞれ装着される。

第１シール部１１は、軸３００の外周面３０１に摺動自在に接触する断面略矩形の樹脂製のシールリング１３と、シールリング１３と第１環状溝２１１の溝底２１３との間に装着されるゴムリング１４と、から構成されている。ゴムリング１４は、シールリング１３と溝底２１３との間に圧縮された状態で装着されており、その弾性反発力によってシールリング１３を軸３００の外周面３０１に向かって付勢してシールリング１３のシール性を高めている。

第２シール部１２は、環状のシール本体１５の軸方向両端の各内外周両側からそれぞれ４つのシールリップが延びた断面略Ｘ字状のシールリングであり、例えば、フッ素系ゴム、アクリルゴム等のゴム材料からなる。シール本体１５から高圧側Ｈかつ軸３００側に延びるシールリップ１６及び低圧側Ｌかつ軸３００側に延びるシールリップ１７は、軸３００の外周面３０１に摺動自在に接触する。シール本体１５から高圧側Ｈかつ溝底２１４側に延びるシールリップ１８及び低圧側Ｌかつ溝底２１４側に延びるシールリップ１９は、溝底２１４に密着する。

上述のように構成された密封装置１においては、第１シール部１１が、燃料ポンプのプランジャシールにおける燃料シール部として、主として、ガソリン等の高圧の燃料が高圧側Ｈから低圧側Ｌ（第１シール部１１と第２シール部１２との間の第１空間Ｓ１）へ侵入するのを防止する。また、第２シール部１２は、オイルシール部として、主として、エン
ジンオイル等のオイルが低圧側Ｌから高圧側Ｈ（第１空間Ｓ１）へ侵入するのを防止する。

なお、各図においては、第１シール部１１及び第２シール部１２は、ハウジング２００及び軸３００との寸法関係をわかり易くするために、それぞれハウジング２００と軸３００とに挟まれて圧縮変形を生じる前の状態で図示している。

ここで、本実施例に係る密封装置１においては、第１シールリップとしてのシールリップ１６に、貫通孔２０が設けられている。貫通孔２０は、第１空間Ｓ１と、第２シールリップとしてのシールリップ１７とシールリップ１６との間の空間（第２空間Ｓ２）とを連通する。貫通孔２０は、シールリップ１６の円周上に複数個設けられている。

図２に示すように、第１シール部１１と第２シール部１２とによって略密閉された状態にある第１空間Ｓ１は、軸３００とハウジング２００との間の軸方向の往復移動によって、その内部圧力が徐々に上昇して低圧側Ｌの圧力に対して高くなることがある（蓄圧の発生、図２中のＡＰ）。このような状態になると、第１空間Ｓ１内の圧力の大きさによっては、シールリップの挙動が不安定となったり、シールリップが相手部材に押し付けられる力が強まることでハウジング２００と軸３００との間の摺動抵抗が増大し、ひいてはシールリップの破損を生じてしまうことがある。

図３に示すように、本実施例に係る密封装置１は、第２シール部１２のシールリップ１６に設けられた貫通孔２０が、第１空間Ｓ１内の圧力を第２空間Ｓ２に開放する構成となっている。また、第１空間Ｓ１内の圧力が貫通孔２０を介して導入されることにより、第２空間Ｓ２内の圧力が上昇して低圧側Ｌの圧力よりも高くなると、先端が低圧側Ｌに延びる構成となっているシールリップ１７は、リップ先端側が開くように変形して軸３００の表面と非接触状態となり、第２空間Ｓ２と低圧側Ｌとを疎通する。これにより、第１空間Ｓ１内の圧力は低圧側Ｌに逃げることができ、第１空間Ｓ１内の圧力のさらなる上昇が抑制される。したがって、蓄圧の発生によってシールリップが破損を生じるのを防止することができる。すなわち、第１シール部１１と第２シール部１２との間の第１空間Ｓ１に蓄圧が発生してもシール機能の維持を図ることができる。

また、シールリップ１７は、蓄圧を低圧側Ｌに排出する際に瞬間的に開き、蓄圧が解消されると直ぐに閉じるため、第２シール部１２のシール機能を大きく低下させることはない。すなわち、シールリップ１７と軸３００との非接触状態は一時的なものであり、第１空間Ｓ１内の圧力が低圧側Ｌに開放されて第２空間Ｓ２内の圧力が減少すれば、シールリップ１７は再び軸３００の表面に接触する状態に戻るため、第２シール部１２のシール機能に大きな影響を及ぼすことはない。

また、燃料ポンプにおいては、第２シール部１２の高圧側のシールリップ１６に達する高圧側Ｈの燃料の量は、通常時は油膜レベルであり、貫通孔２０を設けたことによって第２シール部１２のシール性が大きく低下することはない。

貫通孔２０の数や孔径は、蓄圧の発生によって第１空間Ｓ１の圧力が各シールリップの破損を生じる圧力まで上昇するよりも前に、第２空間Ｓ２の圧力をシールリップ１７を開くことができる程度の圧力まで高められるように、第１空間Ｓ１内の圧力を効率よく第２空間Ｓ２に導くことができるか否かの観点等から、適宜設定されるものである。

上記実施例では、密封装置がハウジングの軸孔に設けられた環状溝に装着される構成について説明したが、密封装置が軸の外周面に設けられた環状溝に装着される構成であっても、本発明は好適に適用することができる。

また、上記実施例では、燃料ポンプにおけるプランジャシールとしての使用例についてのみ説明したが、２つの密封領域の間をシールする２液シールとしての用途としてはこれに限られるものではない。

また、第１シール部については、いわゆるＵパッキンやＳＰシール、スプリングシールなども適用することができる。しかし、多種の燃料（ガソリン、アルコール、軽油等）に対応するためには、摺動面を樹脂材とするＳＰシール（シールリングとゴムリングとの組み合わせ）が望ましいといえる。また、シールリングの断面形状も上記実施例のような矩形断面のものに限られるものではない。

また、第２シール部としては、上記実施例のようなＸリングに限られるものではなく、シール面にシールリップが２箇所以上摺動自在に接触する構成のシール部材であれば本発明を好適に適用することができる。

実施例に係る密封装置の模式的断面図である。 実施例に係る密封装置の模式的断面図である。 実施例に係る密封装置の第２シール部の模式的断面図である。 従来技術に係る密封装置の模式的断面図である。 従来技術に係る他の密封装置の模式的断面図である。

符号の説明

１ 密封装置
１１ 第１シール部
１２ 第２シール部
１３ シールリング
１４ ゴムリング
１５ シール本体
１６、１７、１８、１９ シールリップ
２０ 貫通孔
２００ ハウジング
２０１ 軸孔
２１１ 第１環状溝
２１２ 第２環状溝
２１３、２１４ 溝底
３００ 軸（プランジャ）
３０１ 外周面

Claims (1)

1. 燃料ポンプにおいて軸方向に相対的に往復移動するように設けられた軸と該軸が挿通される軸孔とを有するハウジングとの間に形成される環状隙間において、
   軸方向一方側の第１密封領域に存在する燃料が軸方向他方側の第２密封領域に侵入するのを防止するとともに、前記第２密封領域に存在するオイルが前記第１密封領域に侵入するのを防止すべく、第１密封領域側に配置される第１シール部と、第２密封領域側に配置される第２シール部と、を備え、
   前記第２シール部が、
   第１密封領域側に向かって延びるとともに、前記軸と前記軸孔のうちの一方の表面に摺動自在に接触する第１シールリップと、
   第２密封領域側に向かって延びるとともに、前記第１シールリップよりも第２密封領域側において前記一方の表面に摺動自在に接触する第２シールリップと、
   を有し、かつ前記第２シール部は前記軸と軸孔のうちの他方に設けられた環状溝に装着される密封装置であって、
   前記第１シールリップが、前記第１シール部と前記第２シール部との間の第１空間と、前記第１シールリップと前記第２シールリップとの間の第２空間とを連通する連通孔を有しており、
   前記第２シールリップが、前記第２空間の圧力が第２密封領域の圧力に対して上昇すると、前記第２空間の圧力が前記第１シールリップ及び前記第２シールリップの破損を生ぜしめる高さまで上昇する前に、前記一方の表面と一時的に非接触となって前記第２空間と前記第２密封領域とを疎通する変形を生じうるように設けられていることを特徴とする密封装置。

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