JPH0719346A - シール部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリンダとピストンとの隙間を潤滑油を使用
せずにシールするシール部材の、シール性と装着性の改
良を図る。 【構成】 非連続部４２ｇを有するＣ字状のバックアッ
プリング４２と、相欠き継ぎ手状の非連続部４１ｇおよ
びこの非連続部と離れた内周面に非連続部４２ｇに嵌入
可能な突起４１ｂを備えて、非装着時の状態で内径がバ
ックアップリング４２の外径より小さく形成したシール
リング４１とからなるので、ピストンの環状溝（図示せ
ず）に突起４１ｂを非連続部４２ｇに嵌入して装着する
と、シールリング４１はバックアップリング４２から膨
径応力を受け、シールリング４１の外周面４１ａがピス
トンの内周面に押圧され、ピストンとシリンダ（図示せ
ず）との隙間がシールされる。突起４１ｂを非連続部４
２ｇに嵌入して位置決めしているので、運転中に非連続
部４１ｇと非連続部４２ｇとが重なって、ガス漏れ通路
が形成され、シール性が損なわれると云った懸念がな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリンダとピストンと
の間に生じる隙間を潤滑油を使用せずにシールするシー
ル部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ヘリウムガスなどを冷媒として使用する
極低温用の冷凍機、例えばギホード・マクマホン形冷凍
機、スターリング冷凍機、ビルミャ冷凍機などにおいて
は、潤滑油の融点より遥かに低い温度、例えば１０Ｋ以
下にまで冷却されるので、シール部に潤滑油を用いると
潤滑油が冷却動作中に凝固し、平滑なピストン運動が損
なわれる。このため、この種の装置では潤滑油を使用す
ることができないので、通常、シリンダとピストンとの
間にできる隙間を無潤滑タイプのシール部材によってシ
ールするようになっている。

【０００３】図６に例示したシール部材７は、例えばギ
ホード・マクマホン形極低温冷凍機におけるシール手段
の一例を示すものである。このシール部材７は、相欠き
継ぎ手状の非連続部７１ｇを備えてリング状に形成され
た樹脂製のシールリング７１と、このシールリング７１
の内側に装着される、非連続部７２ｇを備えてＣ字状に
形成された例えばステンレス鋼などからなるバックアッ
プリング７２とから構成されるものであり、このバック
アップリング７２は非装着時の状態で外径がシールリン
グ７１の内径より大きくなるように形成されている。

【０００４】前記構成のシール部材７は、図７・図８に
示したように、ピストンとして機能するディスプレーサ
１の外周面に形成された環状溝２に、シールリング７１
の非連続部７１ｇとバックアップリング７２の非連続部
７２ｇの位置が一致しないように、例えば１８０度ずれ
た状態に装着されると、非装着時の状態でバックアップ
リング７２の外径がシールリング７１の内径より大きい
ため、シールリング７１はバックアップリング７２から
膨径する応力が付与され、シールリング７１の外周面７
１ａがシリンダ３の内周面３ａと密着し、ディスプレー
サ１とシリンダ３との間の隙間Ｇを流れるヘリウムガス
の量が減少する。

【０００５】しかし、上記構成のシール部材７において
は、冷凍機の運転中にシールリング７１などが徐々に回
転してシールリング７１の非連続部７１ｇとバックアッ
プリング７２の非連続部７２ｇとが一致し、ガスリーク
のルートが生じ、シール性が低下すると云った問題点が
あった。

【０００６】また、特開平４−３６３７０号公報には図
９のように、ディスプレーサ１の外周面に形成された環
状溝２に、前記相欠き継ぎ手状の非連続部７１ｇと同様
の非連続部（図示せず）を備えた樹脂製のシールリング
８１と、このシールリング８１の内側に装着されてシー
ルリング８１をシリンダ３の内周面３ａに押し付ける、
例えばステンレス鋼製で、かつ前記非連続部７２ｇと同
様の非連続部（図示せず）を備えたばねリング８２と、
環状溝２の軸方向幅を規定する対向側壁の一方の側壁２
１とシールリング８１との間に装着されて、シールリン
グ８１を他方の側壁２２に押し付ける、例えばステンレ
ス鋼製で、非連続部（図示せず）を備えたばねリング８
３と、で構成されたシール部材８が開示されている。

【０００７】ばねリング８３は、ディスプレーサ１の動
きには左右されることなく、シールリング８１を常に側
壁２２へ押し付ける力を有するものが用いられる。

【０００８】このような構成とすることで、ばねリング
８３によってシールリング８１が付勢され、側壁２２と
シールリング８１との間にも隙間を生じることがなくな
り、ガス漏れ通路が形成されない。この結果、シール部
材８でのガス漏れを大幅に減少させることができ、冷凍
能力を顕著に向上させる利点があるとされている。

【０００９】しかし、上記シール部材８は、シールリン
グ８１を２個のばねリング８２・８３を用いて、二方向
に押し付ける構成となっているので、装着するのに手間
が掛かると云った問題点があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記したよ
うに従来のシール部材は何れも満足のいくものではなか
ったので、シール性と装着性に優れたシール部材の開発
が課題となっていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術の
課題を解決するための具体的手段として、ピストンの外
周面に形成された環状溝に相欠き継ぎ手状の一非連続部
を備えて装着されるシールリングと、このシールリング
の内側に装着されてシールリングに膨径応力を付与する
バックアップリングとから構成されるシール部材におい
て、前記シールリングが前記相欠き継ぎ手状非連続部と
離間した部位の内周面に突起を備えて形成されると共
に、前記バックアップリングが前記シールリングの前記
突起の嵌入を可能とする一非連続部によってＣ字状に形
成されたことを特徴とするシール部材と、

【００１２】ピストンの外周面に形成された環状溝に一
端面同士を接して並設される一対のシールリングと、こ
の一対のシールリングの内側に装着されてシールリング
に膨径応力を付与するバックアップリングとから構成さ
れるシール部材において、前記一対のシールリングの接
触側端面同士が摺動可能な傾斜面に形成されたことを特
徴とするシール部材と、

【００１３】ピストンの外周面に形成された環状溝に非
接触状態に並設される一対のシールリングと、この一対
のシールリングと接触して内側に装着される第３のシー
ルリングと、この第３のシールリングの内側に装着され
てシールリングに膨径応力を付与するバックアップリン
グとから構成されるシール部材において、前記一対のシ
ールリングそれぞれが、前記シリンダの内周面に接する
外周面と、前記環状溝の軸方向幅を規定する対向側壁に
接する端面と、傾斜した内面と、を備えて形成され、前
記第３のシールリングが前記一対のシールリングの傾斜
面それぞれと摺動可能に接する山形の傾斜面を備えて形
成されたことを特徴とするシール部材と、を提供する、
前記した従来技術の課題を解決するものである。

【００１４】

【作用】請求項１の場合：ピストンの外周面に形成され
た環状溝に装着されると、シールリングは内側に装着さ
れたバックアップリングから膨径応力を受け、シールリ
ングの外周面がシリンダの内周面に押圧され、ピストン
とシリンダとの隙間がシールされる。しかも、シールリ
ングとバックアップリングとは、シールリングの突起
が、バックアップリングの非連続部に嵌入して位置決め
されているので、運転中にシールリングの相欠き継ぎ手
状非連続部とバックアップリングの非連続部とが重なっ
てガス漏れ通路が形成されると云った懸念がない。

【００１５】請求項２の場合：ピストンの外周面に形成
された環状溝に装着されると、一対のシールリングの一
方が膨径応力を付与するバックアップリングと接触し
て、他方がシリンダの内周面に押圧され、且つ一対のシ
ールリングそれぞれの非接触側端面が、前記環状溝の軸
方向幅を規定する対向側壁に押圧されて、ピストンとシ
リンダとの隙間がシールされる。

【００１６】請求項３の場合：ピストンの外周面に形成
された環状溝に装着されると、第３のシールリングはバ
ックアップリングの付与する応力によって膨径し、一対
のシールリングは前記膨径した第３のシールリングの傾
斜面に沿って互いに離間する方向に摺動して、それぞれ
の外周面がシリンダの内周面に押圧されると共に、それ
ぞれの端面が前記環状溝の軸方向幅を規定する対向側壁
に押圧されて、ピストンとシリンダとの隙間がシールさ
れる。

【００１７】

【実施例】以下、図１〜図３に基づいて本発明の実施例
を詳細に説明する。なお、これらの図において、図６〜
図９における符号と同一の符号で示した部分は、図６〜
図９により説明した部分と同一の機能を持つ部分であ
り、本発明の理解を妨げない範囲で説明は省略した。ま
た、本発明のシール部材を装着する冷凍機自体の構造と
機能についても、本発明とは直接の関係がないので説明
は省略した。

【００１８】（実施例１）図１に示した第１の実施例で
あるシール部材４は、例えばシリコーン樹脂などの低温
強度と潤滑特性に優れた樹脂により形成されるシールリ
ング４１と、この内側に装着される、例えばステンレス
鋼製のバックアップリング４２とから構成されるもの
で、バックアップリング４２は前記シール部材７におけ
るバックアップリング７２の非連続部７２ｇと同様の非
連続部４２ｇを備えて、且つ非装着時の状態でシールリ
ング４１の内径より大きい外径を有してＣ字状に形成さ
れ、他方のシールリング４１は前記シール部材７におけ
るシールリング７１の非連続部７１ｇと同様の相欠き継
ぎ手状非連続部４１ｇと、この非連続部４１ｇと離間し
た部位、例えば丁度１８０度ずれた部位の内周面に、バ
ックアップリング４２の非連続部４２ｇに嵌入可能な突
起４１ｂを備えて形成されている。

【００１９】このため、本発明のシール部材４を前記図
７・図８に示したディスプレーサ１などの環状溝２に、
シールリング４１の突起４１ｂをバックアップリング４
２の非連続部４２ｇに嵌入した状態で装着すると、シー
ルリング４１は内側に装着された大径のバックアップリ
ング４２から径を大きくする応力、すなわち膨径応力を
受け、シールリング４１の外周面４１ａがシリンダ３の
内周面３ａに押圧され、ディスプレーサ１とシリンダ３
との隙間Ｇがシールされる。

【００２０】しかも、シールリング４１とバックアップ
リング４２とは、シールリング４１の突起４１ｂがバッ
クアップリング４２の非連続部４２ｇに嵌入されて位置
決めされているので、運転中にシールリング４１の相欠
き継ぎ手状非連続部４１ｇと、バックアップリング４２
の非連続部４２ｇとが重なって、ガス漏れ通路が形成さ
れ、シール性が損なわれると云った懸念がない。

【００２１】（実施例２）図２に示した第２の実施例で
あるシール部材５は、並設される一対のシールリング５
１・５２と、この内側に装着されるバックアップリング
５３とから構成されている。

【００２２】一対のシールリング５１・５２は、前記相
欠き継ぎ手状の非連続部４１ｇと同様の非連続部（図示
せず）を備えて、例えばシリコーン樹脂などの低温強度
と潤滑特性に優れた樹脂によって、互いに接触する側の
端面５１ａと５２ａとが摺動可能に傾斜し、且つ、装着
される環状溝２の幅より幾分広幅になるように形成され
る。したがって、ディスプレーサ１などの環状溝２に端
面５１ａ・５２ａを接して一対のシールリング５１・５
２を並設すると、シールリング５２が環状溝２の奥に入
り込み、シールリング５１が手前になるような配置とな
る。

【００２３】一方、バックアップリング５３は、前記バ
ックアップリング４２と同様に、ステンレス鋼などによ
り非連続部（図示せず）を有してＣ字状に形成されてい
る。そして、このバックアップリング５３の外径は、非
装着時の状態で前記一対のシールリング５１・５２の内
径より大きい。

【００２４】このため、バックアップリング５３を環状
溝２に装着し、この上に一対のシールリング５１・５２
を並設すると、シールリング５２の内周面５２ｂがバッ
クアップリング５３の外周面５３ａと接して、膨径応力
Ｆを受ける。

【００２５】そして、一対のシールリング５１・５２
は、傾斜した端面５１ａ・５２ａを介して摺動可能に接
触しているので、前記膨径応力Ｆをバックアップリング
５３から受けることによって、一対のシールリング５１
・５２は単に膨径するだけでなく、シールリング５１は
方向Ｄ１の側に移動させようとする応力を受けることに
なり、シールリング５２は同様の応力を方向Ｄ２の向き
に受けることになる。

【００２６】これにより、シールリング５１の外周面５
１ｂがシリンダ３の内周面３ａに、残余の端面５１ｃが
環状溝２の側壁２１に押圧され、シールリング５２の残
余の端面５２ｃが環状溝２の他の側壁２２に押圧され、
ディスプレーサ１とシリンダ３との間に形成された隙間
Ｇの上下は、一対のシールリング５１・５２とバックア
ップリング５３とからなるシール部材５によって完全に
シールされる。

【００２７】（実施例３）図３に示した第３の実施例で
あるシール部材６は、非接触状態に並設される一対のシ
ールリング６１・６２と、この内側に装着される第３の
シールリング６３と、この内側に装着されるバックアッ
プリング６４とから構成されている。

【００２８】一対のシールリング６１・６２と第３のシ
ールリング６３とは、前記相欠き継ぎ手状の非連続部４
１ｇと同様の非連続部（図示せず）を備えて、前記シー
ルリング４１などと同様、シリコーン樹脂などの低温強
度と潤滑特性に優れた樹脂によって形成されるものであ
り、一対のシールリング６１・６２それぞれは、シリン
ダ３の内周面３ａに接する外周面６１ａ・６２ａと、環
状溝２の軸方向幅を規定する対向側壁２１・２２に接す
る端面６１ｂ・６２ｂと、傾斜面６１ｃ・６２ｃと、を
備えて形成されており、第３のシールリング６３は、外
周面側に一対のシールリング６１・６２の傾斜面６１ｃ
・６２ｃそれぞれと摺動可能に接する山形の傾斜面６３
ａを備えて形成されている。

【００２９】一方、バックアップリング６４は、前記バ
ックアップリング４２と同様に、ステンレス鋼などによ
り非連続部（図示せず）を有してＣ字状に形成されてい
る。また、このバックアップリング６４の外径は、非装
着時の状態で前記第３のシールリング６３の内径より大
きくなっている。

【００３０】このため、バックアップリング６４を環状
溝２に装着し、この上に第３のシールリング６３を装着
し、さらにこの上に一対のシールリング６１・６２を並
設すると、第３のシールリング６３の内周面６３ｂがバ
ックアップリング６４の外周面６４ａと接して、膨径応
力Ｆを受ける。

【００３１】そして、一対のシールリング６１・６２
は、第３のシールリング６３の山形の傾斜面６３ａと傾
斜面６１ｃ・６２ｃを介して摺動可能に接触しているの
で、前記膨径応力Ｆをバックアップリング６４から受け
ることによって、一対のシールリング６１・６２は単に
膨径するだけでなく、シールリング６１は方向Ｄ１の側
に移動させようとする応力を受けることになり、シール
リング６２は同様の応力を方向Ｄ２の向きに受けること
になる。

【００３２】これにより、シールリング６１の外周面６
１ａがシリンダ３の内周面３ａに、端面６１ｂが環状溝
２の側壁２１にそれぞれ押圧され、シールリング６２の
外周面６２ａがシリンダ３の内周面３ａに、端面６２ｂ
が環状溝２の側壁２２にそれぞれ押圧され、ディスプレ
ーサ１とシリンダ３との間に形成された隙間Ｇの上下
は、一対のシールリング６１・６２と第３のシールリン
グ６３とバックアップリング６４とからなるシール部材
６によって完全にシールされる。

【００３３】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨を逸脱し
ない範囲で、各種の変形実施が可能である。例えば、図
４に示したようにシールリング５１の外周面の全体若し
くは一部を円弧状などに形成したり、図５に示したよう
にシールリング６１の端面６１ｂ、シールリング６２の
端面６２ｂの全体若しくは一部を円弧状などに形成する
ことも可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のシール部
材は何れも構成が簡単で装着が容易となったにも拘ら
ず、シール性能が良好となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の説明図。

【図２】第２の実施例の説明図。

【図３】第３の実施例の説明図。

【図４】実施例２の変形実施の説明図。

【図５】実施例３の変形実施の説明図。

【図６】従来のシール部材の説明図。

【図７】従来のシール部材を使用したギホード・マクマ
ホン形冷凍機の要部説明図。

【図８】図５におけるＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向
から見た説明図。

【図９】従来の他のシール部材の説明図。

【符号の説明】

１ ディスプレーサ ２ 環状溝 ２１・２２ 側壁 ３ シリンダ ３ａ 内周面 ４ シール部材 ４１ シールリング ４１ａ 外周面 ４１ｂ 突起 ４１ｇ 非連続部 ４２ バックアップリング ４２ｇ 非連続部 ５ シール部材 ５１・５２ シールリング ５１ａ・５１ｃ・５２ａ・５２ｃ 端面 ５１ｂ 外周面 ５２ｂ 内周面 ５３ バックアップリング ５３ａ 外周面 ６ シール部材 ６１・６２ シールリング ６１ａ・６２ａ 外周面 ６１ｂ・６２ｂ 端面 ６１ｃ・６２ｃ 傾斜面 ６３ （第３の）シールリング ６３ａ 傾斜面 ６３ｂ 内周面 ６４ バックアップリング ６４ａ 外周面 ７ シール部材 ７１ シールリング ７１ａ 外周面 ７１ｇ 非連続部 ７２ バックアップリング ７２ｇ 非連続部 ８ シール部材 ８１ シールリング ８２・８３ ばねリング Ｄ１・Ｄ２ 方向 Ｆ 膨径応力 Ｇ 隙間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンの外周面に形成された環状溝に
   相欠き継ぎ手状の一非連続部を備えて装着されるシール
   リングと、このシールリングの内側に装着されてシール
   リングに膨径応力を付与するバックアップリングとから
   構成されるシール部材であって、前記シールリングが前
   記相欠き継ぎ手状非連続部と離間した部位の内周面に突
   起を備えて形成されると共に、前記バックアップリング
   が前記シールリングの前記突起の嵌入を可能とする一非
   連続部によってＣ字状に形成されたことを特徴とするシ
   ール部材。
2. 【請求項２】 ピストンの外周面に形成された環状溝に
   一端面同士を接して並設される一対のシールリングと、
   この一対のシールリングの内側に装着されてシールリン
   グに膨径応力を付与するバックアップリングとから構成
   されるシール部材であって、前記一対のシールリングの
   接触側端面同士が摺動可能な傾斜面に形成されたことを
   特徴とするシール部材。
3. 【請求項３】 ピストンの外周面に形成された環状溝に
   非接触状態に並設される一対のシールリングと、この一
   対のシールリングと接触して内側に装着される第３のシ
   ールリングと、この第３のシールリングの内側に装着さ
   れてシールリングに膨径応力を付与するバックアップリ
   ングとから構成されるシール部材であって、前記一対の
   シールリングそれぞれが、前記シリンダの内周面に接す
   る外周面と、前記環状溝の軸方向幅を規定する対向側壁
   に接する端面と、傾斜した内面と、を備えて形成され、
   前記第３のシールリングが前記一対のシールリングの傾
   斜面それぞれと摺動可能に接する山形の傾斜面を備えて
   形成されたことを特徴とするシール部材。