JPS63210468A - 環状封止体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、往復圧縮装置等に用いられるピストンとシ
リンダ間のシール構造に関する。

〔従来の技術〕

スターリング機関や医療用に用いられる往復圧縮装置の
ピストンの接触式シールは潤滑油による作動流体の汚染
を防止するために無潤滑で用いられる。この種の接触式
シールとしてコイルばねを内包してそのばね力によって
シールの面圧を与えるものが用いられる。これは金属性
のコイルばね得ること、荷重−たわみ特性の線形性が良
好であるなど種々の利点をもっためである。このような
コイルばねを用いて環状の封止体として構成した接触式
シールの断面図を第２図に示す。

第２図において環状封止体としてのシールリング１は、
円環状の幹体としてのウェブ２とシリンダ５および保持
体としてのピストン６の溝９に保持される封止片として
のシールリップ３．４とから成り、横断面形状がコの字
形の円環状をなしてあらかじめ設定された半径方向のた
わみを与えられて保持体としてのピストン６の溝９に装
着されている。

一対のシールリップ３．４の互いに対向する面内すなわ
ち前記のコの字形部分には例えば線材又は薄板材によっ
て作られた前述の円環に沿う中心軸をもつコイルばね７
が内包され該シールリップ３．４をそれぞれ保持体とし
てのピストン６の溝９と、保持体と相対的に移動する移
動面８としてのシリンダ５の内面とに接触させて、シー
ルする力を与えるようになっている。

また、前記シールリップ３．４には、互いに対向する面
の先端部に突起部１０．１１がそれぞれ設けられ、これ
ら突起部１０．１１と前記シールリング１のウェブ２に
よって、前記コイルばね７の保持がなされている。

シールリング１は、摩耗係数が小さくて可撓性の大きい
例えば、充填材入り４フツ化エチレン樹脂で一体的に構
成され、コイルばね７は、ステンレス鋼、ハステロイ、
インコネルなどのばね性のある金属材料で構成されてい
る。

［発明が解決しようとする問題点〕 接触式シールの寿命時間Ｔ　（ｈｒ）は一般に次式によ
って与えられる。

Ｔ　−−ｆｉｌ ＰＶ ここでＲ，に、Ｐ、Ｖはそれぞれ摩耗可能量（ｎ？）　
、材料によって定まる摩耗係数（ａｊ　・ｓｉｎ／ｋｇ
ｆ−ｍ−ｈ）、　　シール面圧（ｋｇｆ／ｃｄ）、滑り
速度（ｍ／＋ｍ１ｎ）である、すなわちシールの寿命時
間Ｔを長くするためには、Ｒを大に、Ｋ、　　Ｐ。

■を小にする対等が必要である。ここでシール面圧Ｐは
下記の各寄与分によって与えられる。

Ｐ＝Ｐ１　＋Ｐｚ　＋Ｐｓ　　　　　ｆ２）Ｐ、ばばね
力による面圧寄与分、Ｐｚはシールリングの剛性による
面圧寄与分、Ｐ、は差圧による面圧寄与分である。＋１
１　＋２１においてＲ，に、Ｖ、Ｐ３はあらかじめ定め
ることのできる量である。したがってＴを大にするには
Ｐ、＋Ｐ、すなわちばね力とシールリングの剛性による
面圧寄与分の和をシール性を保ち得る範囲でできるだけ
小さくし、シールに必要な面圧をもっばら差圧によって
与える必要がある。

ところで第２図の構成においては、シールリップ３．４
の先端部に突起部１０．１１をそれぞれ設けであるので
シールリップ先端部の肉厚が摩耗に関与する中間部１２
および中間部１３に（らべて厚くなり、突起部１０．１
１を環状体としてみたとき、その剛性がいずれも大きく
なり、半径方向にたわませるのに大きな力を必要とする
。このためシールリップ３とシリンダ５との接触部の面
圧特に突起部１０の接触部の面圧が大になる。これを避
けて突起部１０の外径を小さめにとるとやはり剛性が大
であるために逆にシール性を損なうおそれを生ずるとい
う問題がある。

また、シールリップ３が摩耗して、ばね力によってシー
ルリップ３を半径方向に拡張してシリンダとの接触を保
たせる場合においても、コイルばね７の力とシールリッ
プ３の剛性による力とが打消し合って前述のようにＰＩ
　＋ｐ、をほぼ０にすることが望ましいが、温度などの
周囲環境やシールリップ３の摩耗状態によって突起部１
０の剛性が変化するので、ばね力は、突起部１０の比較
的大きな初期剛性に合わせて選定することになり、摩耗
や温度変化などに対してはばね力とシールリップ剛性に
よる力の差が生じる。この力の差は突起部１０を含むシ
ールリップ３の剛性が大きい程大きくなり、この力によ
ってシール面圧を大きくしてしまうという問題もあった
。

さらに、コイルばね７の荷重が作用する点（荷重点）は
、第２図おにいて矢印で示すように、コイルばね７の軸
心付近にあり、突起部１０の剛性の変化の影響を受ける
ので、シリンダ５とシールリップ３の接触面に作用する
力のばらつきが大きくなるという問題もあった。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、移動面側の封止片の摩耗に関与する部分の肉厚を
減少させることなく、封止片の剛性によるシール面圧寄
与分と、コイルばねによるシール面圧寄与を減少させる
とともに、これらが摩耗や温度変化の影響を受けぬよう
にして、シール寿命を延長させると同時にシール摩擦に
よる損失を小さくすることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

前述の問題点を解決するためにこの発明では移動面側の
封止片には前記コイルばねとの接触箇所と幹体との距離
をやや超える長さと前記接触箇所近傍の領域においてほ
ぼ一定となる厚みとを与え、移動面側の封止片に連なる
部分の幹体の厚みを減少させ、かつ保持体側の封止片に
はコイルばねの外径とほぼ等しい幅の溝を設ける。

〔作用〕

移動面側の封止片にはコイルばねの接触箇所と幹体との
距離をやや超える長さしか与えられていないので、封止
片は移動面にコイルばねの荷重点近傍において接触する
ようになる。また封止片の厚みが前記の接触箇所近傍の
領域においてほぼ一定であって、特に剛性の高い部分を
もたない、しかも前記封止片に連なる部分の幹体の厚み
を減少させているので、封止片の取り付は部の剛性も小
となる。したがって封止片の剛性はきわめて小となり、
封止片を移動面に押しつける力はコイルばねのたわみ力
のみで与えられ、封止片の摩耗による厚みの変化、温度
変化による幹体と封止片の剛性変化は前記の力にほとん
ど影響を及ぼさなくなる。しかも上述のように封止片が
コイルばねの荷重点において移動面に接触しているので
、コイルばねのたわみ力がそのまま接触部の面圧を定め
ることとなるり、所定の面圧を与えることが容易となる
。

一方保持体側の封止片にはコイルばねの外径とほぼ等し
い幅の溝を備えているので、コイルばねは確実にこの溝
に保持され、移動面側の封止片が短かくなり、突起部が
なくなってもコイルばねが脱落することはない。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例である。環状封止体２１として
のシールリングは幹体２２としてのウェブと２個の封止
片２３．２４としてのシールリップを備え、断面がコの
字形に形成され、そのコの字形の部分にコイルば□ね７
を内包している。この実施例では上記の環状封止体２１
は保持体としてのピストン６の４９に保持されており、
幹体２２の外周部側の封止片２３がシリンダ５の内面に
接している。このシリンダ５の内面が、保持体としての
ピストン５に対して相対的に移動する移動面８となって
いる。

移動面８に接触する封止片２３の長さはコイルばね７と
の接触箇所をやや超えた所までとなっており、もう一方
の封止片２４より短かく、その厚さは前記のコイルばね
７との接触箇所近傍において一定にとられている。また
この封止片２３に連なる部分の幹体２２の厚みを薄クシ
である。幹体２２のピストン６側すなわち幹体２２の内
周部側の封止片２４はピストン６の溝９の幅とほぼ等し
い長さをもち、前記コイルばね７の外径とほぼ等しい幅
の保持溝２５が設けてあり、この溝２５によってコイル
ばね７を保持する。したがって外周部の移動面側の封止
片２３の長さが短かくともコイルばね７が脱落するおそ
れは全くない。

上記の構成において移動面８に接触する封止片２３には
コイルばね７との接触箇所と幹体２２との距離をやや超
える長さしか与えられていないので、封止片２３は移動
面８にコイルばね７の荷重点近傍で接触するようになる
。したがってコイルばね７のたわみ力が直接に接触部の
面圧として伝達されるようになる。−力対止片２３の厚
みは前記の接触箇所近傍においてほぼ一定であり、従来
技術のような剛性の高い突起部がないため、コイルばね
７が封止片２３を開こうとする力にほとんど抗しない。

さらに幹体２３の封止片に連なる部分の厚みが薄く形成
されているので、この部分の剛性も小となる。

このため（２）式におけるＰ８を零として差し支えなく
、環状封止体２１の面圧はコイルばね７のたわみ量をあ
らかじめ所要面圧を与える値に設定しておくことによっ
て望み通りの値を与えることが容易となる。そしてこの
たわみには封止片２３の剛性と平衡させる分を考慮する
必要は全くない、既に述べたようにこの値は接触部のシ
ール性を保持し得る範囲で極力小にとることとなり、こ
のような微妙な値をあらかじめ与えることが容易にでき
るようになる。しかも封止片２３の摩耗による厚みの変
化や、環境温度変化による幹体２２と封止片２３の剛性
の変化があっても、封止片２３の剛性がきわめて小さく
なっているので、これらの変化はコイルばね７のたわみ
力によって与えられている接触部の面圧にほとんど影響
を及ぼさなくなる。

したがって環状封止体２１を構成するには、まずあらか
じめ設定したたわみ分だけ外径を大きめにとったコイル
ばね７を封止片２４の保持溝２５中に装着する。このよ
うにして外周部の封止片２１の外径が前記のあらかじめ
設定したたわみ分だけ径方向の寸法が大であるような環
状封止体２１を保持体としてピストン６に設けた溝９に
装着する。

この実施例では環状封止体２１をピストン６に装着した
ものを説明したので、保持体がピストン６゜移動面８が
シリンダ５の内面となっているが、環状封止体ｌをシリ
ンダ５に装置してシリンダ５を保持体とし、移動面８を
ピストン外面としてもよいのはもちろんである。ただし
この場合は封止片２１は内周側になり、封止片２４は外
周側となる。

〔発明の効果〕

この発明によれば環状封止体の移動面側の封止片の長さ
をコイルばねの接触箇所と幹体との距離をやや超えるだ
けのものとし、また前記の接触箇所近傍の厚みを一定と
し、さらにこの封止片に連なる部分の幹体の厚みを薄ク
シたので、封止片が移動面に接触する箇所が環状封止体
に内包されたコイルばねの荷重点近傍となるとともに前
記の封止片の剛性がきわめて小となる。このため移動面
との接触部の面圧をコイルばねのたわみ量のみで定める
ことが可能となり、封止が可能な範囲で出来るだけ小さ
な面圧を与え得るたわみ量があらかじめ設定できるよう
になる。しかも前記の封止片の剛性が小さいことから、
封止片の摩耗や環境温度の変化によってその剛性が変っ
ても、接触部の面圧はその影響をほとんど受けることが
ない、したがってシール寿命を延長させるとともに摩擦
損失を低減させることができる。

保持体側の封止片にはコイルばねの幅にほぼ等しい保持
溝を設けてコイルばねを脱落させることなく確実に保持
し、上記の効果を得させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の断面図、第２図は従来技術
による環状封止体の断面図である。 １：シールリング（環状封止体）、２：ウェブ（幹体）
、３，４：シールリップ（封止片）、５ニジリンダ、６
：ピストン（保持体）、７：コイルばね、８：移動面、
２１：環状封止体、２２：幹体、葛ｊ　閃 ｌシール・ル７パ 冨２（！ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）シリンダおよびピストンのいずれか一方を保持体と
   し、円環状の幹体の内周部と外周部とにそれぞれ一方が
   保持体側に他方がその保持体と相対的に移動する移動面
   側に配された封止片を備えたコの字形の断面をもち、そ
   のコの字形部分に前記円環に沿う中心軸をもつコイルば
   ねを内包して前記封止片をそれぞれ前記保持体および移
   動面に圧着してシリンダ内面およびピストン外面の間の
   空間の流体を封止する摩擦係数の小さな可撓材料より成
   る封止体において、移動面側の封止片には前記コイルば
   ねとの接触箇所と幹体との距離をやや超える長さと前記
   接触箇所近傍の領域においてほぼ一定となる厚みとを与
   えるとともにこの封止片に連なる部分の幹体の厚みを減
   少させ、かつ保持体側の封止片には前記コイルばねの外
   径とほぼ等しい幅の溝を設けたことを特徴とする環状封
   止体。