JPS6234986B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高圧ガス空間と大気側空間との間
の隔壁を貫通して往復動や回転運動をするロツ
ド、軸等の運動部材の回りから高圧ガスが漏洩す
るのを防止するための高圧ガスシール装置に関す
るものである。

例えばエンジンやコンプレツサ等においては、
シリンダー内の動作ガス空間と大気側空間との間
を、ピストンやロツドまたは軸等の運動部材が往
復動または回転運動をなしており、動作ガスの漏
洩を阻止するためには、この様な運動部材とシリ
ンダーとの隙間をシールすることが必要である。
しかし動作ガス空間のガス空間は非常に高く、し
かもその圧力が変動しているという厄介な条件が
あつて、そのガスシールはかならずしも完全には
行ない得ないというのが実情である。

従来、この様なガスシールには、金属、ゴムあ
るいはプラスチツク材料等で作られたシールリン
グを用いてロツド等の運動部材の外周面を締付け
ているが、シールを効果的にするためにその締付
力を強くすれば摩擦抵抗が増大して出力損失が大
きくなるだけでなく、ロツド等の運動部材の摩耗
が激しくなり、またシール自体の寿命も短くなる
という問題がある。

この様な問題を改善するため、従来も高圧ガス
の圧力を油圧に転換し、比較的シールの容易なオ
イルシールによつて高圧ガスをシールすることが
提案されている。すなわち、油はガスに比較して
圧縮性が極端に小さく、他方粘性はガスに比べて
極度に大きいから、ガスのシールよりも油のシー
ルのほうが条件は緩かであり、したがつて、圧力
を一度油圧に転換すると、後は条件に緩いオイル
シールによつて高圧ガスを比較的容易にシールす
ることができる。しかしこの場合でも、高圧ガス
の圧力変動が激しい時や振動などが大きい時は完
全なシールを行いがたいし、またガスと油を直接
的に接触させると、振動などによつて油が波立
ち、ガスの中に油が混入するとか、逆にガスが油
の中に巻込まれて漏洩してしまうという問題があ
る。この対策として油面に浮蓋を浮かせて油の波
立ちを防ぐ等の方策が取られているが、必ずしも
満足すべき結果を得るにいたつていない。

この発明は、上記のごとき事情に鑑みてなされ
たものであつて、シール装置内部にガス圧力−油
圧変換手段として、ロツド等の運動部材に対し摺
動可能なスライダー機構を配置し、これにより変
動するガス圧力に対して油圧を常に平衡させるよ
うにしてガスシールを完全にすると共に、振動や
衝動などに対してもガスとシール油とが混合しな
いようにして高圧ガスのシールを完全になしうる
高圧ガスシールを提供することを目的としたもの
である。

この目的に対応して、この発明の高圧ガスシー
ルは、高圧ガス空間と大気側空間とを仕切る隔壁
を貫通する運動部材の回りのシール装置であつ
て、高圧ガス空間と大気側空間との中間に形成さ
れたシール油を収容する第１油室と、前記第１油
室から漏洩したシール油を貯溜する第２油室と、
これら両油室の間及び第２油室と大気側空間との
間に施されたオイルシール手段と、前記第１油室
の油圧の上昇を制限する圧力調整弁と、前記第１
油室と高圧ガス空間との間の一定範囲内をスライ
ドできるように前記運動部材の回りに嵌合された
スライダーと、このスライダーと前記運動部材と
の隙間に施された第１ガスシール手段と、前記ス
ライダーの外側に配置されたシール枠とスライダ
ーとの隙間に施された第２ガスシール手段と、こ
れらの第１及び第２ガスシール手段を通過した漏
洩ガスを貯溜する前記スライダーの内部に形成さ
れた漏洩ガス溜室と、この漏洩ガス溜室へ前記第
１油室からのシール油が浸入するのを阻止するオ
イルシール手段、及び前記シール枠とスライダー
の間にかけられた伸縮自在の隔膜とを備え、かつ
高圧ガス空間の圧力空間に対応して前記スライダ
ーを一定範囲内だけ往復動させることによりガス
圧と油圧とを常時平衡させるように構成したこと
を特徴としている。

以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面に
ついて説明する。

第１図において、１は高圧ガス空間、２は大気
側空間、３は両空間１，２を仕切る隔壁を示して
いる。隔壁３を貫通する運動部材として、ここで
は往復運動をするロツド４が例示され、このロツ
ド４の回りに、この発明の高圧シール装置５が設
備されている。すなわち、隔壁３に開けられた貫
通孔６の中には、ロツド４を取巻くシール枠７，
８，９がそれらの間のスペーサー１０，１１によ
つて適当な間隔を保持された状態で隔壁３に固定
され、シール枠７，８の間が第１油室１２とな
り、またシール枠８と９の間が第２油室１３とな
つている。そしてロツド４の周面に摺擦する部材
として、シール枠７の内側に後述するスライダー
１４が、またシール枠８の内側にオイルシール手
段としてオイルスクレーパー１５とポンピングリ
ング１６が、さらにシール枠９の内側にオイルシ
ール手段としてオイルスクレーパー１７がそれぞ
れ設けられている。

スライダー１４は、その一端１８を高圧ガス空
間１に、他端１９を第１油室１２に臨ませ、ロツ
ド４と摺擦する内面には、高圧ガス空間１側にシ
ールリング２０，２１およびその間に設けられた
ダンプ室２２からなる第１ガスシール手段Ｓ１を
備え、さらに第１油室１２側にオイルシール手段
としてオイルスクレーパー２３を備えている。

また、スライダー１４の内側には第１ガスシー
ル手段Ｓ１を通過した漏洩ガスを貯溜するための
漏洩ガス溜室２４が設けられている。

シール枠７とスライダー１４との間の隙間にも
シールリング２５と２６、それらの間のダンプ室
２７からなる第２ガスシール手段Ｓ２がシール枠
７側に設けられ、かつ、この第２ガスシール手段
Ｓ２を通過した漏洩ガスが第１油室１２へ入るの
を防ぐため、シール枠７とスライダー１４との間
に伸縮自在な隔膜（ベローズ）２８が連結されて
いる。そして第２ガスシール手段Ｓ２を通過した
漏洩ガスは通孔２９から漏洩ガス溜室２４に入る
ようにしてある。第１油室１２には図示されてい
ない油タンクから供給されたシール油３０が満た
されており、このシール油３０は高圧ガスによつ
て押圧されるスライダー１４から圧力を受けてい
る。シール枠８には圧力調整弁３１が設けられ、
第１油室１２内のシール油の圧力が極度に高くな
つた場合にそれを調整するようにしてある。この
圧力調整弁３１は、第１油室１２に通ずる孔３２
を塞いでいるボール３３をダイヤフラムバネ３４
を介してプランジヤー３５で押圧させている。こ
のプランジヤー３５はスプリング３６によつて常
時第１油室側へ押されている。スプリング３６の
後端はシールナツト３７によつて受けられてい
る。前記スプリング３６が配置されている圧力室
３８には細い連通路３９によつて高圧ガス空間１
からガス圧力が導入される。

すなわち、シール枠７の内側に配置された内枠
４０に細い孔を有するキヤピラリーネジ４１が取
付けられ、このキヤピラリーネジ４１からシール
枠７と内枠４０との間に設けられたダンプ室４２
をへて連通路３９はシール枠７、スペイサー１０
及びシール枠８を通つて圧力室３８に通じてい
る。したがつて、圧力調整弁のプランジヤー３５
は、スプリング３６の弾発力と圧力室３８のガス
圧力の双方によつてボール３３を押し付けている
から、第１油室１２内の油圧が極度に高くならな
い限り、孔３２からシール油が流入することはな
い。また圧力室３８に導入されたガスはプランジ
ヤー３５回りに設けられているガスシールリング
４３とシールナツト３７によつて外部に漏れない
ようシールされている。前述の内枠４０にはスラ
イダー１４の摺動範囲を制限するためのストツパ
ー４４が設けられている。第２油室１３は第１油
室１２から漏洩したシール油を貯溜するためのも
のであるが、その内部に溜つたシール油の油圧が
所定の値以上になつた場合は圧力調整弁４５が機
能してシール油を大気空間側へ逃がすようにして
ある。圧力調整弁４５は、シール枠９にあけられ
た孔４６を塞ぐボール４７とそのボールを押して
いるスプリング４８及びスプリング４８の後端を
受けているナツト４９を有し、ナツト４９には大
気側空間へ通じる小さい孔５０があけられてい
る。なお、シール枠７，８，９の外周にもそれぞ
れシールリング５１，５２，５３が取付けられて
いる。この実施例ではオイルシール手段として採
用されているオイルスクレーパー１５，１７，２
３は、単にシールの役をなすだけでなく、ロツド
４の外面に付着したシール油を掻き落す役を兼ね
ている。そのロツド４に接する部分は、図示のご
とく山形の頂線であり、この頂線を境とした左右
両側の傾斜角度は一方が大きく他方が小さくなつ
ているので、幾分ポンプ作用をなす。例えばオイ
ルスクレーパー１５についていえば、第１油室１
２側から漏れようとする油は通り難いが、逆に第
２油室１３側からは油は通り易いという性質を持
つている。このことはポンピングリング１６につ
いても同様である。ポンピングリング１６は金属
またはプラスチツク材料で作られ、その内面はゆ
るやかな山形をなし、山形の頂線を境にして第１
油室側への傾斜はきつく、第２油室側への傾斜は
緩くなつているから、第１油室側からの油は通り
難たく、第２油室側からの油は通り易くなつてい
る。したがつて、ロツド４が往復動すると、第２
油室側の油を第１油室側へ少しずつ逆流させるポ
ンプ機能を持つている。

この発明の高圧シール装置は、高圧ガスの圧力
を油圧に転換し、高圧ガスをシールの容易なオイ
ルシールによつてシールするもので、そのガス圧
力を油圧に転換する手段としてスライダー１４を
採用し、このスライダー１４をガス圧力の変動に
連れて一定範囲内を自動的にスライドさせること
により、ガス圧力と油圧を常に平衡させる点に重
要な特徴を有している。

すなわち、スライダー１４はシール枠８とスト
ツパー４４の間の範囲を自由にスライドすること
ができ、またその一端１８は高圧ガス空間１に臨
んでいるので高圧ガスの圧力を受けて第１油室１
２内のシール油３０を圧縮するから、シール油３
０の圧力が高くなり、結果的にガス圧と油圧が平
衡する位置で静止する。そしてガス圧が高くなれ
ばスライダー１４は第１油室１２側へ押されて油
圧が平衡する位置で再び静止する。逆にガス圧が
低くなれば油圧に押されてガス圧と油圧が平衡す
る位置までスライドして静止する。このようにガ
ス圧の変動につれてスライダー１４が自然にスラ
イドして油圧を平衡させるから、第１油室内のシ
ール油によつてガスのもれをほとんど完全に阻止
することができ、後は第１油室内のシール油のも
れを防ぐだけでよい。もちろん、高圧ガスはロツ
ド４とスライダー１４との隙間５４及びスラスダ
ー１４とシール枠７との隙間５５から漏れようと
するが、これらの隙間にはそれぞれ第１及び第２
のガスシール手段Ｓ１，Ｓ２が施されているので
ガスの漏洩は阻止される。例えば、第１ガスシー
ル手段Ｓ１においては、隙間５４を通つて漏れよ
うとするガスはまずシールリング２０によつて阻
止されるが、そこを通過したガスも次はダンプ室
２２に入つて圧力を減圧された上、一定化され
る。したがつて次のシールリング２１によつてガ
ス漏れはほとんど阻止される。たとえシールリン
グ２１を通過してもさらに漏洩ガス溜室２４で圧
力を減圧、一定化され、圧力変動が無くなる。こ
の様な作用は隙間５５に施されたシーリング２
５，２６、ダンプ室２７で構成される第２ガスシ
ール手段Ｓ２についても同様であり、第１ガスシ
ール手段Ｓ２を通過したガスも結局漏洩ガス溜室
２４に入ることになる。漏洩ガス溜室２４に入つ
た漏洩ガスの圧力は、高圧ガス空間１のガス圧力
より高くなることはないし、仮に同じになつたと
しても、第１油室１２の油圧と平衡することにな
るから、漏洩ガス溜室２４から第１油室へガスが
漏れることがない。

また第１油室内のシール油は、スライダー１４
とロツド４との隙間から漏洩ガス溜室２４側へ浸
入しようとしても、ここにはオイルスクレーパ２
３があるため浸入を阻止される。

他方、第１油室１２から第２油室１３への漏れ
はオイルスクレーパー１５とポンピングリング１
６のポンプ作用によつて第２油室１３からシール
油が逆流される。圧力調整弁３１は、圧力室３８
内のガス圧と、スプリング３６の弾発力によつて
孔３２を閉じているから、常時は孔３２からシー
ル油が漏れることはないが、第１油室の油圧がガ
ス圧に比較して異常に高くなつたときには、ボー
ル３３をおしてシール油をバイパス５６から第２
油室１３へ逃し、第１油室１２内の油圧を調整す
る。したがつてスライダー１４がストツパー４４
に衝突して本来の機能を失うということを阻止す
ることができる。

また、第２油室１３に貯溜されたシール油はオ
イルスクレーパー１７によつて大気側空間への漏
洩を阻止されているが、もし第２油室１３の油圧
が高くなりすぎることがあつても、その圧力で圧
力調整弁４５を作動し、ボール４７を押し込み、
孔４６及び小孔５０を通して第２油室のシール油
を外部へ逃がし、第２油室内の圧力を調整するこ
とができる。

この様に高圧ガスシールに万全を期することが
できる。特に、この発明による場合は、高圧ガス
の変動に対応してスライダー１４を自動的に移動
させ、それによつてシール油の油圧を常に平衡す
るようにしたから、高圧ガス空間のガス圧がいか
に高くても、またガス圧の変動が激しくても、高
圧ガスのもれを効率良く、確実にシール出来ると
いう効果がある。また高圧ガスとシール油とが直
接接触しないよう伸縮自在の隔膜２８を用いてい
るから、振動や衝動等がひどくても、ガスと油が
混合する恐れがなく、万全を期すことができる。
なお、実施例にはオイルシール手段としてオイル
スクレーパーやポンピングリング等を例示した
が、この他にもいろいろなシール手段を用い得る
し、また圧力調整弁３１の圧力室３８へ導入され
る圧力は、ガス圧の代りに油圧を導入する場合も
ありうる。

さらに実施例では運動部材として往復動をなす
ロツドの場合をしめしたが、この他にも回転運動
をなす軸などについてもこの発明のシール装置を
適用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明に係わる高圧ガスシール装置の
一実施例を示す断面説明図である。 １……高圧ガス空間、２……大気側空間、３…
…隔壁、４……ロツド（運動部材）、５……シー
ル装置、７，８，９……シール枠、１２……第１
油室、１３……第２油室、１４……スライダー、
Ｓ１……第１ガスシール手段、Ｓ２……第２ガス
シール手段、２４……漏洩ガス溜め室、２７……
ダンプ室、２８……隔膜、３１……圧力調整弁、
４５……圧力調整弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高圧ガス空間と大気側空間とを仕切る隔壁を
   貫通する運動部材の回りのシール装置であつて、
   高圧ガス空間と大気側空間との中間に形成された
   シール油を収容する第１油室と、前記第１油室か
   ら漏洩したシール油を貯溜する第２油室と、これ
   ら両油室の間及び第２油室と大気側空間との間に
   施されたオイルシール手段と、前記第１油室の油
   圧の上昇を制限する圧力調整弁と、前記第１油室
   と高圧ガス空間との間の一定範囲内をスライドで
   きるように前記運動部材の回りに嵌合されたスラ
   イダーと、このスライダーと前記運動部材との隙
   間に施された第１ガスシール手段と、前記スライ
   ダーの外側に配置されたシール枠とスライダーと
   の隙間に施された第２ガスシール手段と、これら
   の第１及び第２ガスシール手段を通過した漏洩ガ
   スを貯溜する前記スライダーの内部に形成された
   漏洩ガス溜室と、この漏洩ガス溜室へ前記第１油
   室からのシール油が浸入するのを阻止するオイル
   シール手段、及び前記シール枠とスライダーの間
   にかけられた伸縮自在の隔膜とを備え、かつ高圧
   ガス空間の圧力変動に対応して前記スライダーを
   一定範囲内だけ往復動させることによりガス圧と
   油圧とを常時平衡させるように構成したことを特
   徴とする高圧ガスシール装置。 ２ 前記圧力調整弁を常時閉鎖する力としてスプ
   リングの弾発力と高圧ガス空間から導入したガス
   圧力を併用したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の高圧ガスシール装置。 ３ 前記オイルシール手段としてオイルスクレー
   パーを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の高圧ガスシール装置。 ４ 前記第１油室と第２油室の間に施したオイル
   シール手段の一とつとして、第２油室から第１油
   室へシール油を逆流させる機能を有するポンピン
   グリングを用いたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項、第２項または第３項記載の高圧ガスシ
   ール装置。 ５ 前記第２油室の油圧の上昇を制限する圧力調
   整弁を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項、第２項、第３項または第４項記載の高圧シ
   ール装置。 ６ 前記第１及び第２ガスシール手段は、それぞ
   れ複数のガスシールリングとそれらの間に介在す
   るダンプ室を有することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項、第２項、第３項、第４項または第５
   項記載の高圧シール装置。