JPH0472104B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 相互に離れて位置していてプランジヤ３を囲
む密封室１４中を軸方向に移動可能な二つの密封
アセンブリ３６，３７を含む密封装置１４，３
６，３７と、該密封装置１４，３６，３７によつ
て囲まれていて圧力室１２に含まれる流体を圧縮
するために該圧力室１２中を長手方向に往復運動
するプランジヤ３と、密封流体で満たされている
前記密封アセンブリ３６，３７間に含まれるスペ
ースと、夫々円筒状表面と円錐状表面を有し且つ
該表面に沿つて少なくとも互いに部分的に当接さ
れている外側リング３８，４８及び内側３９，４
９から成る少なくとも二つのリングで形成されて
いる少なくとも一つの前記密封アセンブリ３６，
３７とを含んでいる、相対運動する二要素間の高
圧密封装置において、 少なくとも一つの前記密封アセンブリ３６，３
７は少なくとも二つの円錐状リング３８，３９；
４８，４９を含む円筒状アセンブリを形成し、該
円筒状アセンブリはその横断面が対角線に沿つて
切断されたほぼ長方形の形状を呈し、且つ少なく
とも一つの半径方向の表面上に、弾性オーリング
４４，４５，５１；６３，６４が嵌着する軸方向
に開口する円形溝４０，４１，５０を有してお
り、該円形溝４０，４１，５０は他のリングの円
錐状表面に接するリングの一つに形成されている
ことを特徴とする高圧密封装置。

２ 外側リング３８，４８，５９，６７は、弾性
のガスケツトが中に嵌着される溝４６，５５を円
筒状の表面に有していることを特徴とする請求の
範囲１に記載の装置。

３ 内側リング３９，６１，７１は、弾性のガス
ケツトが中に嵌着される溝４７を円筒状の表面に
有していることを特徴とする請求の範囲２に記載
の装置。

４ Ｏリングが接しているリングの円錐状の表面
の端は、Ｏリングを保持するための溝の入口に狭
窄を形成するビード４２，５４を有することを特
徴とする請求の範囲１に記載の装置。

５ 少なくとも一つの密封アセンブリ５７は、半
径方向の面に対して対称に配置されている前記二
つの密封アセンブリ３７を一体化して形成されて
おり、前記密封アセンブリ５７は二つの外側リン
グ５８，５９と一つの内側リング６０を含んでお
り、該内側リング６０は周囲の対称なほぼ半径方
向の面に、台形状の肩部６２を擁する内側の円筒
状の部分６１を有していることを特徴とする請求
の範囲１に記載の装置。

６ 少なくとも一つの密封アセンブリが、それぞ
れ密封室１４の外側の表面及びプランジヤ３と相
互に作用し、且つ二つの円筒状部分に対して90゜
より大きい角度を形成している傾斜部分６９によ
つて連結されている、二つの円筒状の支持表面６
８，６７を含む、扁平の直線状のＳ形の横断面を
持つ中央リング６６を含み、又外側リング７０と
内側リング７１とは、中央リング６６の傾斜部分
６９によつて形成される円錐状の表面と相互に作
用する円錐状の表面を夫々有し且つ中央リング６
６に対して対称に配置されていることを特徴とす
る、請求の範囲１に記載の装置。

７ 一方が低圧側にそして他方が高圧側にある二
つの密封アセンブリ３７；３６，５７を含んでい
て、高圧側に位置する密封アセンブリ３６，５７
は、低圧側に向けられていて二つの密封アセンブ
リ間に最小間隔を維持するためのストツパーとし
て機能するフランジ５６を、内側リング３９，６
０に有していることを特徴とする、請求の範囲１
乃至６に何れかに記載の装置。

８ 高圧側に位置する密封アセンブリ３６，５
７，６５は、高圧側に位置する半径方向の面を介
して、前記二つの密封アセンブリの間に含まれる
スペースを満たしている密封流体に圧力を伝達す
ることを特徴とする請求の範囲１乃至７のいずれ
かに記載の装置。

９ 内側及び外側リングが金属でつくられ、そし
てＯリングおよびガスケツトがエラストマーまた
はゴムでつくられていることを特徴とする請求の
範囲１乃至８のいずれかに記載の装置。

相対運動する二要素間の高圧密封装置 本発明は、相対運動する二要素間の、特には、
導入される流体を高圧下で圧縮するため密封室中
を長手方向に往復運動するプランジヤを含むポン
プまたは圧力増加器に適する、高圧密封装置に関
する。

ポンプまたは圧力増加器用の密封装置は、たと
えばフランス特許第2182519号により公知である
が、この密封装置は、プランジヤの表面と、ポン
プの円筒状の本体の中に形成される室のスリーブ
との間に配設される。

本装置はスリーブに装着されているが、外部の
密封流体供給回路と連結しているセグメントを含
んでいる。リングがセグメントの半径方向の壁を
押圧しており、このリングの第二の側面は凸状の
形をなしている。この面は山形（chevron）密封
リングと相互に作用する。最後のリングは外側リ
ングと接触するが、外側リングの隣接面は山形リ
ングと対になり、外側リングの他方の面は、プラ
ンジヤの案内ブツシユの半径方向の壁と接触して
いる支持リングに相対している。リングとセグメ
ントから成るアセンブリは、円筒状の本体にねじ
で締められるナツトにより、締め付けられる。密
封流体はセグメントを介して、圧縮サイクルの間
ポンプ室に行き渡つている圧力に対応する圧力で
導入され、密封リングとピストン及びスリーブの
表面との間を通つて低圧の端部へ向かう。

漏出流体は大気圧の環状のスペースで回復され
る。

本装置はリングの摩耗が大きく、このためリン
グの締め付け量を頻繁に再調整しなければなら
ず、煩雑であり、しかも締め付けの有無又は度合
いによつて密封流体の漏出量が変動する欠点があ
る。

フランス特許第2225043号は、環状の室の中を
封止的に移動可能な浮動ピストンから成る密封装
置を有する、高圧用往復ポンプを示している。ピ
ストンの一方の面は、圧縮工程の間にスリーブと
ポンプピストンの壁との間を逃れる高圧流体の下
に置かれており、その後、浮動ピストンは押し戻
されて、その他方の面によつて、吸引工程の間に
低圧側に位置する室に導入される密封流体を圧縮
する。密封流体はスリーブとピストンとの間を低
圧側へ押しやられ、復元されて供給回路に戻され
る。

このようにして得られる密封は満足すべきもの
だが、密封流体の漏出という他の従来技術と同様
の欠点がある。更に、高圧の液体との間の密封を
確実ならしめる装置はかなりの摩耗を被り、効率
の低減を避けようとすれば密封装置の交換を頻繁
に行なわなければならないという欠点がある。

米国特許第3877707号に開示された高圧ポンプ
では、その内部のシリンダーに密封装置用の凹部
が含まれている。この密封装置は高圧シリンダー
壁とピストンの間に配置されていて、金属製の内
部及び外部密封リングが含められている。これら
密封リングは凹部内に静止され、そして弾力のあ
る密封ジヨイントが置かれる環状溝を別の各凹部
によつて形成する。内部及び外部密封リングは
夫々少なくとも部分的に互いに対向配置された円
錐状表面を有し、そして弾力のある密封ジヨイン
トによつて両リング間の空間が保たれている。

作動において、シリンダー内で圧縮された流体
は二つのリング間に浸透し、そして密封を確実に
するためにピストンに対して外部密封リングを押
す。密封装置は前以つて加圧することによつて、
圧縮された弾力のある密封ジヨイントの重大な摩
耗と可能な流動が予想される。従つて本装置も密
封装置の摩耗と密封流体の漏出が大きいという欠
点を有する。

本発明は上述の従来装置に類似するものではあ
るが、密封流体の漏れが非常に少なく、且つ密封
能力と製品寿命を向上させることのできる遊び補
整可能の密封リングを有する高圧密封装置を提供
することを目的とする。

本発明による密閉装置は、少なくとも一つの密
封アセンブリが少なくとも二つの円錐状リングを
含む円筒状アセンブリを形成し、この密封アセン
ブリの横断面は対角線に沿つて切断されたほぼ長
方形の形状を呈し、且つ少なくとも一つの半径方
向の表面上に弾性Ｏリングが嵌着する、軸方向に
開口する円形溝を有しており、この円形溝は一方
のリングの円錐状表面に接する他方のリングの一
つに形成されていることを特徴とするものであ
る。

以下に例として与えられる説明と図面によつ
て、本発明がいかに実施され得るかを理解するこ
とが可能となるであろう。

第１図は、密封装置の第一実施例を含む高圧ポ
ンプの概略断面図である。

第２図は第１図の密封装置の要部拡大断面図で
ある。

第３図乃至第６図は本発明による密封装置の別
の実施例を示す。

第１図は、本発明の実施例による密封装置を含
む高圧ポンプまたは圧力増加器を概略断面図で示
している。

以下の記述において、「ポンプ」という一般用
語は、高圧ポンプ、圧力増加器及び、ピストンま
たはプランジヤの移動によつて高圧を発生せしめ
ることの可能な他の装置をさす。

ポンプは、以下のものを含む円筒状のアセンブ
リから成る：往復運動をプランジヤ３に伝える出
力部材２を有する駆動装置に、一端で装着されて
いる円筒状のケーシング１； −連結目板６によつてケーシングの他端に位置す
る対応する連結目板７に締付けられている本体
４。この本体には軸方向に穿孔が通つており、
穿孔内には、内部をプランジヤ３が移動する比
較的厚さの薄いスリーブ８が配設されている。
穿孔と本体４の半径方向の面１１とは、流路９
及び10を介してそれぞれ、外側の表面に備えら
れているオリフイスに連結されている； −本体４の端に固定されていて、その軸上に圧力
室１２を形成する穿孔を有しているカバー、
５；カバー５の肉厚部分に設けられた流路１６
を介して供給室１５と連結している密封室１
４。

圧力室１２の底部はリリーフ流路１７及び圧力
流体吸込ダクト１８と連通している。

カバー５は公知の手段でボルト１９によつて本
体４に固定されている。

第１図及び第２図の例によれば、密封室１４
は、本体４の軸方向の穿孔中に収められたスリー
ブ８の延長上に、カバー５に備えられている軸方
向の穿孔内に直接開口している。密封アセンブリ
３６，３７はプランジヤ３と直接接触している。

高圧側に位置する密封アセンブリ３６は、二つ
のリング、すなわち、同軸で、互いに向かい合つ
た二つの円錐状の表面に沿つて当接されている外
側リング３８と内側リング３９とから成る。二つ
のリング３８，３９はほぼ三角形の横断面を有
し、且つその半径方向の面に他方のリングの円錐
状の表面に接する半管状の受容部４０及び４１を
有しており、他方、受容部を擁するリングの円錐
状の表面の端部は、円錐状の表面への連結表面が
直径面において環状の受容部と等しい湾曲半径を
持つているビード４２，４３を有している。二つ
のリング３８，３９が相互に合わせられると、受
容部４０，４１とビード４２，４３とは入口が狭
くなつていて中に二つの弾性Ｏリング４４，４５
が嵌着される半環状の溝を形成している。これら
のＯリング４４，４５は、二つのリング３８，３
９をアセンブリ化させるために相互に固く締め合
わせ、また、二つの円錐状の表面の間に存在する
境目における密封を確実ならしめる。リング３
８，３９の各々は、環状のガスケツトを受容する
溝４６，４７を、円筒状の面に有している。円錐
状の表面が密封室１４の中心軸に対して形成する
角度は約25゜である。

尚、「外側」及び「内側」という用語は圧力室
の軸に関しての相対的な位置を示すのに用いられ
ている。「外側」という用語は軸から最も離れた
位置を指し、「内側」という用語は軸に最も近い
位置を指す。

低圧側に位置する密封アセンブリ３７は、外側
リング４８と内側リング４９から形成されてい
る。

外側リング４８は三角形の横断面を有し、その
面の一つを介して密封室１４の外側の表面と相互
に作用し、中にガスケツトが嵌着される環状の溝
５５を有している。第二の面は、内側リング４９
の対応する円錐状の表面と相互に作用する円錐状
の表面を形成している。第三の面は、Ｏリング５
１の受容部の一部を形成する環状の溝を有してい
る。

内側リング４９も同様に三角形の横断面を有
し、その直交する二つの面５２，５３を介して、
それぞれ、スリーブ８の端面、及びプランジヤ３
の表面と相互に作用し合つている。第三の面は、
密封室１４の軸に対してほぼ65゜の角度をなして
いて、Ｏリング５１の受容部の他方の部分を形成
して内側リング４９の縁のビード５４を画成して
いる環状の表面を介して面５３のほぼ平行な部分
に連結されている、円錐状の表面を形成する。

外側リング４８と内側リング４９は、ビード５
４により受容部５０の底に保持されるＯリング５
１によつて互いに固定される。

単純化された形においては、この発明による密
封アセンブリ３６，３７は、夫々二つの円錐状の
リングから形成される円筒状のアセンブリとして
定義することが可能であるが、アセンブリの横断
面は、ほぼ、対角線に沿つて切断されている長方
形の形をしていて、弾性のＯリングを受容する環
状の溝を半径方向の面の少なくとも一つに有して
おり、リングの一方につくられた溝は他方のリン
グの円錐状の表面に接している。

第１図に概略的に示されている本発明の第一実
施例によれば、密封室１４には外部ポンプによつ
て密封流体が供給されない。この発明の特徴によ
れば、圧力室１２で発生せしめられ且つプランジ
ヤ３と密封室１４の底部との間を圧力流体が通過
する結果伝えられる圧力を、高圧側に向いた面が
各圧縮工程の間支えると共にピストンとして機能
する密封アセンブリの一つによつて、圧力は密封
室１４中の流体に伝えられる。

上記の実施例による密封装置の作用は次の通り
である。圧縮工程の間、圧力室１２の底部の方へ
移動するプランジヤ３は、プランジヤ３の表面と
圧力室１２の壁の間を密封室１４の底にまで導入
される圧力流体を圧縮するが、圧力流体はそこか
ら密封アセンブリ３６を低圧側の方（図上左側）
へ押し戻す。標準圧力の下で密封室１４を満たし
ている密封流体は、移動する高圧側の密封アセン
ブリ３６により液圧が上昇し、低圧側の密封を確
実にならしめている密封アセンブリ３７にこの圧
力を伝達する。Ｏリング５１を介して外側リング
４８に作用する圧力は、初期の遊びを除去してこ
のリング４８を密封室１４の外側表面に強く押し
当て、他方、外側リング４８の円錐状の支持表面
を介して内側リング４９に押し当てる。同じ過程
が、プランジヤ３上に支持されている内側リング
４９についても実行され、プランジヤ３と内側リ
ング４９との間の密封を確実にする。

密封流体のわずかな漏出は許容され、これはプ
ランジヤ３を滑らかにするのに役立ち、かくして
可動部材の摩擦と有効寿命を改善する。

吸引工程の間、プランジヤ３は低圧側へ移動
し、圧力室１２中の圧力は下がり、高圧側の密封
アセンブリ３６はもはや圧力流体によつて押され
ず、密封流体によつて押し戻されて密封室１２の
高圧側の底部の初期位置へ戻される。低圧側の密
封アセンブリ３７に加わつていた応力はなくな
る。溝５５，４６及び４７に嵌着されているガス
ケツトによつて、低圧側でも高圧側でも密封は保
証される。

密封流体の漏出は許容されるが密封室１４への
流体の連続的な供給はないので、高圧側に位置す
る密封アセンブリ３６の内側リング３９には、低
圧側に向いていて二つの密封アセンブリの間の最
小間隔を維持するためのストツパーとして機能す
るフランジ５６があつて、密封流体の漏出分を間
欠的に補償することができるようになつている。

第３図に示された本発明の別の実施例によれ
ば、低圧側に位置する密封アセンブリ３７は上記
のものと同じであり、他方、高圧側に位置する密
封アセンブリ５７は、二つの外側リング５８，５
９と、その外周面上でほぼ対称的な半径方向の面
に台形状の肩部６２が形成された円筒状部分６１
を有する内側リング６０とを含んでいる。

外側リング５８及び５９は、低圧側に位置する
密封アセンブリ３７の外側リング４８とあらゆる
点で同様である。

密封アセンブリ５７は、半径方向の面に対して
対称に配置された二つの密封アセンブリ３７が相
互に一体化されて形成されていると考えることが
可能である。

上記の密封アセンブリ５７におけるように、リ
ング５８，５９，６０は、適合する形状を有する
溝中に保持されるＯリング６３，６４によつて相
互に固定される。

密封アセンブリの作動原理は外側リング５９と
内側リング６０については密封アセンブリ３７と
同様である。すなわち、Ｏリングによつて伝えら
れる圧力がリングにはたらいて遊びを補正せし
め、密封室１４中にこれら要素の間の接触を確実
ならしめる。

密封アセンブリの別の実施例が第４図に示され
ている。低圧側の密封アセンブリ３７は先の実施
例の対応する密封アセンブリと同じである。高圧
側の密封アセンブリ６５は、それぞれ密封室１４
の外側の表面及びプランジヤ３の表面と相互に作
用し、二つの部分６８，６７に対して90゜より大
きい角度（たとえば115゜）をなしている傾斜部分
６９によつて連結されている二つの円筒状の部分
６８，６７を含む、平たくされた直線状のＳ形の
横断面を有する中央リング６６、及び、密封アセ
ンブリ３７の外側リング４８と同様にリング６６
の傾斜部分６９によつて形成される円錐状の表面
と相互に作用する円錐状の表面を有し、リング６
６に対して対称に配置されている、それぞれ外側
及び内側の二つのリング７０，７１を含む。

密封アセンブリ６５の作動様式は、圧力が高圧
側に加わるにせよ低圧側に加わるにせよ、あらゆ
る点で密封アセンブリ３７の作動と比較され得
る。

図示されている実施例では密封室１４は閉じら
れている。密封流体は低圧側に位置する密封アセ
ンブリ３７の上流に注ぐダクト７２を介して室７
３に導入される。圧力流体吸引サイクルの間、密
封アセンブリ３７はもはや高圧を受けておらず、
その時、密封流体を比較的低圧（たとえば100バ
ール）で送ることにより内側リング４９をプラン
ジヤ３の表面から離し、流体を密封室１４へ流入
させれば、密封室１４内で漏出のために起こり得
る流体の損失を補うことが可能である。

第５図は、密封室１４を満たしている密封流体
が、たとえばテフロン粒子、または予定される特
定の用途に従つて粒径が選択される他の適当な物
質の粒子を有する結合剤から成るペースト状の生
成物である場合の、密封装置の例を図示してい
る。

第６図は、密封アセンブリ３６の外側リング３
８が動かなくなるのを防ぐために、密封室１４の
高圧側の底部に止めリング７４が置かれている、
先述の実施例と同様な密封装置を図示している。

密封室１４はたとえば約2000乃至3000バールの
高圧を受けるので、鋭角を有するように機械加工
された部材は、鋭角部分が、腐食を助長し且つ部
材を破壊せしめる力の集中点となるので許容され
得ない。この不都合を避けるために、密封室１４
の底部は、第２図以下の図面に示されているよう
な外側リングの縁の特別な機械加工又はストツパ
ーリングの挿入を必要とする、カーブを有してい
る。

本発明による密封装置の有利な点は次の通りで
ある。：−ただ一つの要素が圧力応力下に置かれ
るよう、カバー内でのすべての密封アセンブリ
の統合化； −スリーブの単純化及び高圧力による応力の除
去； −カバー内に位置することによる、密封室の表面
硬化処理の可能性、それにより密封室の硬度を
高め、その結果よりよい密封とより長い寿命を
得ることが可能になる； −機械加工の単純化 従来装置で得られるよりも良好な密封の質と寿
命； −リングはその配置によつて、曲げ応力の下では
なくただ圧縮応力のみの下で、円錐状の表面に
おける一方のリングの他方のリングに対する相
対運動の結果として、遊びの補整を伴つてはた
らくことが可能になつている。

尚、内側リングは、例えば鋼でつくられる外
側リングの作動のもとで変形可能なように、例
えば青銅のような材料を機械加工することによ
つてつくられることが好ましい。

上述のように本発明に係る高圧密封装置によれ
ば、低圧の状態では、密封室とプランジヤに対し
て密封アセンブリの各リングは遊びを有するが、
高圧時にのみ各リングは円錐状表面を夫々相対運
動し、密封室の外周とプランジヤとに強く圧接さ
れ、密封される。従つて、各リングの摩耗は小さ
くて済み、有効寿命を長くすることができる。し
かも高圧時の密封流体の漏出が少ないという利点
もある。又、本発明の構成によれば、高圧が作用
しても密封アセンブリに曲げ応力が働くことはな
く、この点からも密封装置の寿命を長くすること
ができる。