JP4104654B2 - シールリング - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分に従うシールリングに関する。
３つのリングセグメントより形成される複合シールリングは、スイス国特許第４３９，８９７号において公知である。リングセグメント間には軸方向に貫通する小孔が形成される。そのようなシールリングは、例えばピストン圧縮機のピストンロッドのような密封されるべきボディの摺動面を密封するために、通常、一対が互いに対して上下に配置されて、いわゆるパッキンを形成している。この公知のシールリングは、軸方向の貫通孔を密封するために、２つのシールリングを互いに隣接した対の状態で配置する必要があるという欠点を有する。更なる欠点としては、隣接して配置された一対のシールリングは軸方向において比較的広範囲を占めるので、摩擦熱の増大を引き起こすことが挙げられる。加えて、この摩擦熱は放散させることが困難である。その理由としては、シールリングは、通常、プラスチック製で、熱伝導が悪く、それにより密封されるべきボディから外部冷却装置への熱の伝導が阻止されるからである。
本発明の目的は、これらの欠点を解決するシールリングを提供することにある。
この目的は、請求項１の特徴部分に従うシールリングによって達成される。従属請求項２〜１０は、本発明に従うシールリングの更なる好適な実施形態に関する。
本発明に従うシールリングは、少なくとも２つのリングセグメントによって形成される複合リングであって、リングセグメントは相互接合部を有し、同接合部はシールリングの周方向に重なり合って形成される。
本発明に従うシールリングの利点は、隣接するリングセグメントがそれぞれ相互に重なり合う接合部を有する点にあり、結果として、シールリングに対して垂直に延びる方向において、あるいは可能性としては密封されるべきボディの軸方向において、隣接するリングセグメント間にまっすぐな貫通孔は存在しない。この種のシールリングは優れた密封効果を有する。本発明に従うシールリングの更なる優れた実施形態では、カバーリングがリングセグメントの外側周方向に延びるように配置され、同カバーリングがリングセグメント間に延びる接合部を径方向外側から覆い、それにより同接合部が密封される。カバーリングはまた、リングセグメントを互いに安定化させる機能をも有する。例えば、ホースバネ、環状バネのような周方向に延びるバネが、リングセグメントに対して径方向内向きの力を作用させるためにカバーリングの外側に有利に配置される。更に、カバーリングは、個々のリングセグメントに対するカバーリングの回動を阻止するために、リングセグメントの一つと協働する連結部材を備え得る。
密封されるべきロッドに関して、シールリングは、個々のリングセグメントがシールリングの周方向に延びる相互間隙を有するように形成され得る。シールリングはロッドに対向する面が動作時に徐々に摩耗される。本発明に従うシールリングは、個々のリングセグメント間の間隙によって、更にはシールリングを囲むホースバネによって、リングセグメントがロッドに向かって径方向に作用する一定の力を受け、それにより、漸進的な摩耗時に、リングセグメントがロッドに接触し、かつ密封機能を維持しながら、リングセグメント間の間隙が常に減少するという利点を備える。その上、シールリングの密封機能は、重複接合部により軸方向において維持される。
リングセグメントの互いに重複する部分は、一つあるいはそれ以上の隣接するリングセグメントの間隙が仮にゼロになっても、残りの隣接するリングセグメントが重複接合部を備えるように設計されている。従って、接合部における軸方向の漏れはリングセグメントのいかなる部分においても発生しないことが保証される。
少なくとも２つのリングセグメント並びにその外側にて周方向に延びるカバーリングを備えるシールリングは、重複接合部とその外側にて周方向に延びるカバーリングを組み合わせることにより、軸方向における非常に優れた密封作用が得られるという利点を有する。更に、軸方向における密封には一つのシールリングが必要とされるのみであり、従ってシールリングの軸方向における高さを小さくできるという利点を有する。本発明に従うシールリングの更なる利点としては、リングセグメントの材料として比較的硬い材料を使用することも可能である点が挙げられ、例えば改質されたＰＥＥＫのような高温ポリマーをリングセグメントの材料として使用することができる。
更に有利な実施形態において、本発明に従うシールリングは、相互リングセグメントが相互間隙を備えることなく設計され、密封されるべきロッドの直径は、分割リングシールがシールリングとロッドとの間に生ずるように選択されている。このように設計されたシールリングでは、リングセグメントを周方向に囲むカバーリングがプラスチック製であっても、リングセグメントがセラミック材料から形成され得る。
シールリングの更なる利点は、このような構成によって、すでに据え付けられたピストンロッドへのリングの装着が可能であり、容易であるという点にある。
以下に示す図面は、本発明の好ましい実施形態を示す。
図１ａは、複合シールリングを示す。
図１ｂは、図１ａにおける線Ａ−Ａに沿った断面図である。
図１ｃは、２つの環状セグメント間の接合部の側面図である。
図１ｄは、周方向に延びるカバーリングの平面図である。
図１ｅは、シールリングのリングセグメントの平面図である。
図１ｆは、リングセグメントの線Ａ−Ａに沿った断面の更に別の実施形態である。
図１ａは、３つのリングセグメント１ａ，１ｂ，１ｃを備えた複合リングとして設計されたシールリング１を示す。個々のリングセグメント１ａ，１ｂ，１ｃは、シールリング１の周方向に延びる相互間隙Ｓを備えた相互接合部を有する。セグメント１ａ，１ｂ，１ｃは重複接合部を形成する、周方向に延びる部分２ａ，２ｂを有する。図１ｂは、図１ａの線Ａ−Ａに沿った断面図を示す。リングセグメント１ａ，１ｃはシールリングの中心Ｚに指向する摺動面１ｄを有し、面１ｄは、例えばピストンロッドのような円形の断面を有する密封されるべき面上に存在するか、あるいはわずかの距離だけ離間されて存在する。本実施形態において、リングセグメント１ａ，１ｃは、図示された断面図においてＬ字型に形成され、長角の凹部１ｅを有する。この凹部１ｅは図１ｄに示されるカバーリング３を受承するために供せられ、同カバーリング３は、寸法に関しては、凹部１ｅに対応する断面を有するように設計され、それによりカバーリング３が凹部１ｅに嵌合され得る。カバーリングはバネ弾性特性を有し、同カバーリングが凹部１ｅにおいて周方向に存在する個々のリングセグメント１ａ，１ｂ，１ｃを囲むように、シールリング１の上に配置される。図１ｄに示したように、カバーリングは切欠部３ａを有する。更に、カバーリング３は周方向に延びるホースバネによって包囲され得る。このバネは、中心Ｚに向かって作用する力をリングセグメントに与える。図１ａに従う実施形態において、リングセグメント１ａ，１ｂ，１ｃは径方向に延びる接合部を有する。カバーリング３は径方向において、セグメント間に延びる間隙、あるいは接合部を密封する。バネの張力はリングセグメントをピストンロッド上に密着させ、その結果、密封面１ｄの摩耗に伴い、個々のリングセグメント１ａ，１ｂ，１ｃ間の間隙Ｓは減少する。ゼロより大きい接合間隙を有するこの種のシールリングはまた、摩擦リングとして定義される。
シールリング１がセグメント１ａ，１ｂ，１ｃ間に間隙Ｓを有する限り、個々のセグメント１ａ，１ｂ，１ｃ間の間隙は異なった幅であり得る。極端な場合、２つの接合部の接合間隙がゼロであれば、第三の接合部は非常に大きな間隙Ｓとなる。シールリング１の周方向に延びる部分２ａ，２ｂは、上述のような極端な場合でさえ、それらが相互に重なり合い、軸方向における密封効果を有するように有利に設計されている。
図１ｃにおいて、シールリング１の周方向に延びる部分２ａ，２ｂを備えた２つのリングセグメント１ｂ，１ｃの間の接合部の側面図を示す。間隙幅Ｓ，Ｓ１は同一の、あるいは異なった幅を有する。リングセグメント１ｂ，１ｃはシールリング３に対する凹部１ｅを有する。図１ｅは、凹部１ｅ並びに２つの部分２ａ，２ｂを備えた一つのリングセグメント１ａを示す。本発明の主要な特徴は、互いに隣接して存在するリングセグメントの接合部２ａ，２ｂがシールリング１の周方向に重なり合う点にある。そうでなければ、接合部２ａ，２ｂは、軸方向における密封機能並びにシールリング１の周方向における間隙Ｓを与えるために種々の態様に設計され得る。同様に、凹部１ｅは、カバーリング３を受承するために、あるいはカバーリング３を省略して直接ホースバネを受承するために種々の態様に設計され得る。シールリング１は、図１に示すように、３つ以上のリングセグメント１ａ，１ｂ，１ｃのみを備え、凹部１ｅを省略して形成され得る。
図１ｆは、例えば図１ａに従う線Ａ−Ａに沿ったリングセグメントの断面形状の他の例を示す。リングセグメント１ａは、ピストンロッドとして実施される摺動面４に対向する面１ｆを有する。この面１ｆは軸方向に高さＨを有し、密封面１ｄを形成するために、一方の部分１ｄにおいては円筒状に延びるように設計され、かつ残りの部分１ｈにおいては拡大するように設計される。拡大された面１ｇは、例えば円錐状に設計され得る。本発明に従うシールリング１は、流れが軸方向にも周方向にも遮断されるので、優れた密封作用を有する。従って、ガス成分は主として密封面１ｄと摺動面４との間から放出され、シールリング１が摺動面４からわずかに離れることにより摩擦が低減されるので有利である。拡大された面１ｇは、ガス成分がシールリング１に径方向外向きに力を与えるのみでなく、面１ｇおよび面１ｄにも作用するので、図１ｆにおける減少した密封面１ｄの方向にガス成分が自由に流通する効果を与える。従って、密封面１ｄとピストンロッドの摺動面４との間の漏れは、密封部材の気体軸受機能が向上するので好ましいものである。
リングセグメント１ａ，１ｂ，１ｃは種々の材料から製造され得、特にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなプラスチック、ポリ（エーテルエーテルケトン）（ＰＥＥＫ）、ポリ（エーテルケトン）（ＰＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ（硫化フェニレン）（ＰＰＳ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）のような改質された高温ポリマーあるいは変性エポキシ樹脂から製造され得る。高温ポリマーは、それらのみから形成されたものは乾式駆動型（即ち、ドライランニング型）には適さず、例えば、炭素、グラファイト、硫化モリブデンあるいはＰＴＦＥのような付随的な潤滑剤が必要である。
更なる実施形態において、ピストンロッドを所定の直径に設定し、シールリングは、個々のセグメントを間隙Ｓを省略した状態、即ち接合間隙がゼロの状態にてピストンロッドを囲む様に設計される。この種のシールは間隙リングシールとして定義される。この種の実施形態において、リングセグメントを囲むカバーリングがプラスチック製であっても、リングセグメントはセラミック材料から製造され得る。シールリングの最適な密封効果は、閉じられた接合部、即ち接合間隙がゼロである接合部によって達成される。この状態において、セグメントの接触圧がピストンロッドにはかからず、従って摩擦も起こらない。その上、間隙が開放されないので漏れも最小である。この状態はセラミック製のリングセグメントを備えた場合、長期間にわたって維持される。その理由としては、ピストンロッドを磨耗させるようないかなる接触をも起こらないからである。その上、セグメントは本質的に安定であるので、セグメントは圧力差の生ずる状態であっても変形されない。同時に、セグメントとピストンロッドとの間の高い表面圧力も、広範囲にわたる接触も起こらないことに注目されたい。接合間隙がゼロの状態では、セグメント間の径方向及び軸方向の接合部は非常に接近するので、密封面１ｄとピストンロッドの摺動面４との間に漏れが生じ、気体軸受が形成される。好適な実施形態において、セラミック製のセグメントは図１ｆに図示されたような断面を有する。減少された密封面１ｄ並びに拡大された面１ｇは気体軸受を引き起こす漏れを促進する。

Claims (8)

1. 少なくとも２つのセグメント（１ａ，１ｂ，１ｃ）からなるドライランニング用ピストンロッドのシールリング（１）であって、
   セグメント（１ａ，１ｂ，１ｃ）は前記シールリング（１）の周方向に延びる部分（２ａ，２ｂ）を備え、同部分（２ａ，２ｂ）が重複接合部を形成し、同部分（２ａ，２ｂ）は、前記２つの隣接するセグメント（１ａ，１ｂ，１ｃ）が前記シールリング（１）の周方向に相互間隙（Ｓ）を有するように形成され、
   前記セグメント（１ａ，１ｂ，１ｃ）は密封されるべき摺動面（４）に対向する面（１ｆ）を有し、前記面（１ｆ）は、前記シールリング（１）の周方向と垂直な方向に延びる高さ（Ｈ）を有し、前記面（１ｆ）は、密封面（１ｄ）を形成するために高さ（Ｈ）の一部にわたって円筒状に形成されるとともに、残りの部分（１ｈ）にわたって前記面（１ｄ）に対して拡大された半径を備えた面（１ｇ）を有し、前記シールリング（１）は同シールリング（１）の周方向において前記セグメント（１ａ，１ｂ，１ｃ）を囲むカバーリング（３）を更に備え、かつ前記シールリング（１）は、前記カバーリング（３）の周方向に延びるとともに同カバーリング（３）上に存在するバネによって更に囲まれることを特徴とするシールリング（１）。
2. 前記面（１ｇ）は残りの部分（１ｈ）にわたって円錐状に広がるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のシールリング（１）。
3. 前記部分（２ａ，２ｂ）は、仮に一つ以上の隣接するセグメント（１ａ，１ｂ，１ｃ）の相互間隙がゼロである場合でも、残りの隣接するセグメントの部分（２ａ，２ｂ）が重複接合部を形成するように設計されることを特徴とする請求項１に記載のシールリング（１）。
4. 前記セグメント（１ａ，１ｂ，１ｃ）はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなプラスチック、ポリ（エーテルエーテルケトン）（ＰＥＥＫ）、ポリ（エーテルケトン）（ＰＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ（硫化フェニレン）（ＰＰＳ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）のような改質された高温ポリマーあるいは変性エポキシ樹脂から製造されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシールリング（１）。
5. 前記セグメント（１ａ，１ｂ，１ｃ）はセラミック材料から製造されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシールリング。
6. 前記シールリング（１）はバネ弾性特性を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシールリング（１）。
7. ボディの摺動面（４）を密封するためのパッキンであって、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシールリングを備えたパッキン。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシールリングを備えたピストン圧縮機。

Images