JP4397234B2 - 高圧封止装置 - Google Patents

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    • F16J15/164Sealings between relatively-moving surfaces the sealing action depending on movements; pressure difference, temperature or presence of leaking fluid

Description

本発明は、第1の機械部分が溝を有し、第2の機械部分がその溝に対向する外周面を有する互いに相対的に移動可能な2つの同軸的機械部分間の間隙を封止する高圧封止装置に関する。
この種の高圧封止装置は、例えば、ドイツ国特許出願公開第4323266号明細書(特許文献1)に開示されている。
互いに相対的に移動可能な2つの同軸的機械部分間の間隙を封止する従来の装置では、溝が、静止状態で機械要素に取り付けられる封止リングを有する。この封止リングは、封止リングに作用する半径方向及び軸方向の力に対して可撓性がある。封止リングの圧力に依存する変形は元に戻せるものである、すなわち、高圧側の流体圧力が低下すると封止リングは自動的に元の形を執る。封止面即ち封止エッジは、圧力緩和されることが可能である。
ドイツ国特許出願公開第4323266号明細書
従来の封止リング装置をさらに発展させて、動的な封止の領域における摩擦及び押出挙動を向上させることが本発明の主要な目的である。
この目的は次のような高圧封止装置によって達成される。すなわち、この高圧封止装置では、溝は、耐押出し性(押出しがしにくい)材料から成る封止リングとエラストマ材料から成る張力リングを有し、流体荷重下では、封止リングの低圧側成形部分は外周面側へ撓み可能であり、圧力が減少すると、封止リングの圧力に依存する撓みは、自動的に封止リングの元の加圧されていない状態に戻り、封止リングは、加圧されていない状態では、断面で視て、外周面に面する成形された封止リング面を有し、該封止リング面は、少なくとも低圧側の成形された領域に関して前記外周面から第1の間隔d1だけ離間したショルダ面に結合し、該ショルダ面は前記外周面からより大きい第2の間隔d2にあるショルダ面側面に結合している。
封止リング表面の形状は、ギザギザ形、波形、又は段状であってよい。封止リング表面は、予張力が加えられた封止面を有する支持脚部即ち支持部を有する。これによって低い流体圧力で封止が可能になる。高い圧力荷重では、支持脚部即ち支持部が傾斜し、封止面は圧力緩和され、低圧側のショルダ面上の縁又は丸い形を有するエッジ、段部、又は突起がその上に位置して封止エッジ又は封止面となる。このようにして、第2の機械部分の外周面に当接する封止リング要素の圧力緩和が向上する。封止リングは、張力リングの材料よりも硬く、弾性率がより大きい材料から製造される。本発明の要旨は、材料の選択、及び第2の機械部分の外周面の領域における多段階封止リング表面の選択にある。この多段階封止リング表面は、封止リングの回動によって外周面上に位置するようになる。第2の機械部分の回転と平行移動(translation)によって生ずる摩擦は小さくなる。
封止リングは対称形状であることが好ましい。圧力が減少すると、圧力に依存する封止リングの撓みは加圧されていない状態の封止リングの初期状態に自動的に戻り、封止リングは、加圧されていない状態では、断面で視て、外周面に面する成形された封止リング表面を有し、該表面は両側で外周面から離間した2つのショルダ面に段状に結合し、少なくとも1つのエッジを介して側面に結合する。
本発明の別の実施の形態では、ショルダ面は外周面に対して横方向に延びる傾斜面を介して側面に結合する。高圧側と低圧側へ向かう各1つの間隙が形成される。圧力が加えられたときに高圧側において流体が傾斜面の下に入り込むことができ、これが封止リングの回動を助ける。
本発明の高圧封止装置は、流体力学分野における回転式伝達に利用できる。
概略図は以下に説明する本発明の封止装置の一実施の形態を示す。本封止装置の個々の図や断面で示された対象は、一部が大きく拡大されており、封止装置の機能を分かりやすく示すために誇張して変形されている。
図1は、ポリウレタンや同様の材料などの硬い耐押出し性材料、すなわち、押出しがしにくい材料から成る封止リング1、及びエラストマ材料から成る張力リング2を示している。封止リング1と張力リング2は、回転可能な第2の機械部分5に対向して配置された第1の機械部分4の溝3内に取り付けられている。封止リング1と張力リング2は合わせると溝3よりも大きい。封止リング1と張力リング2を溝3に入れることによって、支持脚部即ち支持部の封止面6は第2の機械部分5の外周面7に押し付けられ、静的な封止領域における干渉(interference)を減らすことができる。図1に示した取付状態で、張力リング2は溝底部8で予張力が加えられて接触線9と10を介して溝底部8と低圧側の溝側面11に当接する。接触線9と10は、静的に作用する(active)封止エッジとしての機能を有する。
図1において、Hは高圧側を表し、Nは低圧側を表す。図1で、封止リングには低い流体荷重がかかっている。封止リング1は略台形の断面形状を有し、外周面7に面する封止リングの側面はいくつかの形を有する。動的封止領域に関わる中央封止面6は両側で2つのショルダ面13と14に段状に結合し(merge)、これらの面は外周面7から離間してスペース15と16を形成する。ショルダ面13と14は、夫々、外周面7に対して横方向に延びる傾斜面17と18を介して封止リングの側面19と20に接続される。傾斜面17と18は、側面19と20にエッジ21と22で交わる。ショルダ面13と14はエッジ23と24で傾斜面17と18に交わる。封止リング1の裏側面25は張力リング2に当接する。封止リング1は、機械部分4と5間の間隙26を封止する。本発明に重要なことは2つの異なる間隔d1、d2であるが、本例において、間隔d2は傾斜面のために一定ではない。例えば、段状に形成された場合は、d2も一定になる。
図2は、高圧側Hから加圧されている封止リング1を示す。封止リング1には、矢印27の方向に圧力Pによる荷重がかかる。封止リング1は、流体圧力Pによって溝側面11に押し付けられる。封止リング1の形状によって、封止リング1は低圧側Nの方へ回動してエッジ23が外周面7に押し付けられる。エッジ23,ショルダ面13及び中央封止面6は閉じた円環状スペース28を形成する。エッジ23と部分的に圧力緩和された封止面6が動的封止の機能を果たす。封止リング1は外周面7に、封止面6を介して平坦に、且つエッジ23を介して直線状に当接する。封止リング1と張力リング2は低圧側の溝側面11に押しつけられて平面的に当接する。傾斜面18は流体圧力Pによって持ち上げられる。裏側面25は張力リング2側へ湾曲している。ショルダ面14と外周面7との間の距離は増加する。流体はショルダ面14の下に侵入することができる。
溝側面11での変形、及び外周面7への押し付け又はそれからの離反は、圧力荷重(流体圧力P)の強さによって異なる。
この変形は元に戻せるものであり、圧力が減少すると小さくなる。
圧力荷重がほとんど又は全く加えられないときの封止装置の断面を示す図である。 高圧荷重下にある図1の封止装置を示す図である。
符号の説明
1 封止リング
2 張力リング
3 溝
4 機械部分
5 機械部分
6 封止面
7 外周面
8 溝底部
9 接触線
10 接触線
11 溝側面
13 ショルダ面
14 ショルダ面
15 スペース
16 スペース
17 傾斜面
18 傾斜面
19 側面
20 側面
21 交線
22 交線
23 エッジ
24 エッジ
25 裏側
26 間隙
27 矢印方向
28 円環状スペース
d1 外周面からの間隔
d2 外周面からの間隔

Claims (4)

  1. 第1の機械部分(4)が溝(3)を備え、第2の機械部分(5)が該溝(3)に対向する外周面(7)を備える互いに相対的に移動可能な2つの同軸的機械部分(4,5)間の間隔(26)を封止する高圧封止装置であって、前記溝(3)内に押出しがしにくい材料から成る封止リング(1)とエラストマ材料から成る張力リング(2)が設けられ、該封止リング(1)の低圧側成形部分は流体圧力荷重によって外周面(7)側へ撓み可能であり、圧力が減少すると該封止リング(1)の圧力に依存する撓みが自動的に該封止リング(1)の元の加圧されない状態に戻り、該封止リング(1)は、加圧されていない状態では、断面で視て、前記外周面(7)に面する成形された封止リング面(6)を有し、該封止リング面(6)は、少なくとも前記低圧側成形部分に関して前記外周面(7)から第1の間隔d1だけ離間したショルダ面(13)に結合し、該ショルダー面(13)は、前記外周面(7)からより大きな第2の間隔d2だけ離間したショルダ面(13)の側面(20)に結合する高圧封止装置において、多段階封止リング面が形成され、該多段階封止リング面は、高圧荷重の場合には前記封止リングの回動後に前記第2の機械部分(5)の前記外周面(7)上に位置して円環状スペース(28)を形成することを特徴とする高圧封止装置。
  2. 前記封止リング(1)は流体圧力荷重によって低圧側で溝縁部(11)側へ撓み可能であり、圧力が減少すると該封止リング(1)の圧力に依存する撓みは自動的に該封止リング(1)の元の加圧されない状態に戻り、該封止リング(1)は、加圧されていない状態では、断面で視て、前記外周面(7)に面する成形された封止リング面(6)を有し、該封止リング面(6)は、両側で前記外周面(7)から離れた2つのショルダ面(13,14)に段状に結合し、該ショルダ面(13,14)は、少なくとも1つのエッジ(23,24)を介して側面(19,20)に再び結合することを特徴とする請求項1記載の高圧封止装置。
  3. 前記ショルダ面(13,14)は、外周面に対して横方向に延びる傾斜面(17,18)を介して側面(19,20)に結合することを特徴とする請求項1又は2に記載の高圧封止装置。
  4. 流体力学分野における回転式伝達に使用される請求項1又は2に記載の高圧封止装置。
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