JPH07259997A

JPH07259997A - ピストンリング

Info

Publication number: JPH07259997A
Application number: JP4836994A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Kitamura; 直之北村
Original assignee: NIPPON JOHN KUREEN KK
Current assignee: NIPPON JOHN KUREEN KK
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1995-10-13
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: JP2780632B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ガスタービンやコンプレッサ等の流体機器の
軸封に使用する非接触メカニカルシール等の二次シー
ル、あるいはレシプロコンプレッサのピストンとシリン
ダー間のシールとして用い、摺動摩擦抵抗を少なく且つ
密封を良好に行うことが可能なピストンリングを提供す
る。【構成】ピストン体２の外周面３に軸方向へ摺動可能
に密嵌するとともに、ピストン体の半径方向外周に位置
するシリンダー体４の軸方向と直交する端面５に押圧手
段６によって圧接し、ピストン体と軸方向へ相対的に変
動するシリンダー体間を密封するカーボンピストンリン
グ１であって、一ヶ所にスプリットを形成した複数の構
成リング８，９，１０を互いに密嵌し、外周をガーター
スプリング１１で緊迫するとともに、ピストン体に接触
し少なくとも高圧側に位置する構成リング９の軸方向外
側縁に環状凹部１２を形成してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ピストンリングに係わ
り、更に詳しくはガスタービンやコンプレッサ等の流体
機器の軸封に使用する非接触メカニカルシール等の二次
シールとしてあるいはレシプロコンプレッサのピストン
とシリンダー間のシールとして用いるピストンリングに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンプレッサ等における回転軸と
ケーシング間を密封する高温用メカニカルシールでは、
回転軸の回転に伴って発生するメーティングリングの軸
振れや軸方向変動に追従して軸方向へ変動するプライマ
リーリング（シリンダー体）と、リテーナースリーブ
（ピストン体）間の密封を、耐熱性の高いカーボンピス
トンリングで行っている。

【０００３】図９及び図１０に示すように、従来のカー
ボンピストンリング１００は、プライマリーリング（シ
リンダー体）１０１の軸方向と直交する端面１０２と、
複数のコイルばねからなる押圧手段１０３のディスク１
０４との間に位置し、該端面１０２に一側面を圧接する
とともに、リテーナースリーブ（ピストン体）１０５の
外周面に密嵌してプライマリーリング（シリンダー体）
１０１とリテーナースリーブ（ピストン体）１０５間を
密封するものである。その構造は、略同形の一対の内構
成リング１０６ａ，１０６ｂを軸方向に密接し、それぞ
れの外周に略同形の一対の外構成リング１０７ａ，１０
７ｂを密嵌するとともに、各外構成リング１０７ａ，１
０７ｂの外周に設けた環状溝にそれぞれガータースプリ
ング１０８ａ，１０８ｂを嵌着して緊迫したものであ
る。

【０００４】ここで、各構成リング１０６，１０７は、
それぞれ三ヶ所に形成したスプリット１０９，…で三分
割されたものであり、全てのスプリット１０９が軸方向
及び半径方向に重ならないように互いに位置をずらせて
組立てられている。それにより、ガータースプリング１
０８ａ，１０８ｂによって、内構成リング１０６ａ，１
０６ｂの内周摺接面１１０ａ，１１０ｂがリテーナース
リーブ（ピストン体）１０５の外周面１１１に密接する
のである。

【０００５】しかし、前述の構造のピストンリングは、
内構成リングの摺接面とリテーナースリーブ（ピストン
体）の外周面との間の摺動摩擦抵抗が大きいので、メー
ティングリングに対するプライマリーリング（シリンダ
ー体）の素早い追従性が損なわれる。また、実際にプラ
イマリーリング（シリンダー体）とリテーナースリーブ
（ピストン体）との間の密封に寄与するのは、プライマ
リーリング（シリンダー体）側の内構成リング１０６ａ
であり、他のリングは該内構成リング１０６ａの三つの
スプリット１０９，…からの漏れを防止する目地材の作
用をなすのであるが、図１０の断面における十字状の接
合部での目地作用が不十分であるためＯリングと比較し
て漏れが多いのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が前述
の状況に鑑み、解決しようとするところは、ピストン体
の外周面に軸方向へ摺動可能に密嵌するとともに、ピス
トン体の半径方向外周に位置するシリンダー体の軸方向
と直交する端面に押圧手段によって圧接し、ピストン体
と軸方向へ相対的に変動するシリンダー体間を密封する
ものであって、ピストン体に対する摺動摩擦抵抗を少な
くして軸方向変動を円滑にするとともに、シリンダー体
とピストン体間の密封を良好に行うことが可能なピスト
ンリングを提供する点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題解
決のために、ピストン体の外周面に軸方向へ摺動可能に
密嵌するとともに、ピストン体の半径方向外周に位置す
るシリンダー体の軸方向と直交する端面に押圧手段によ
って圧接し、ピストン体と軸方向へ相対的に変動するシ
リンダー体間を密封するピストンリングであって、一ヶ
所にスプリットを形成した複数の構成リングを互いに密
嵌し、外周をガータースプリングで緊迫するとともに、
ピストン体に接触し少なくとも高圧側に位置する構成リ
ングの軸方向外側縁に環状凹部を形成してなるピストン
リングを構成した。

【０００８】ここで、前記ピストン体に密嵌する一対の
内構成リングを軸方向に並設して互いに密接し、両内構
成リングの外周にわたって一つの外構成リングを密嵌す
るとともに、該外構成リングの外周をガータースプリン
グで緊迫し、ピストン体に接触し高圧側に位置する内構
成リングと低圧側に位置する内構成リングの各軸方向外
側縁に環状凹部を形成してなることが好ましい実施例で
ある。この場合、前記押圧手段側に位置する内構成リン
グと外構成リングの側面に膨張グラファイトシートを添
設し、押圧手段の押圧力を該膨張グラファイトシートを
介して伝達してなるとより好ましい。

【０００９】また、前記ピストン体に密嵌する内構成リ
ングの外周に外構成リングを密嵌するとともに、内外構
成リング一側の両側端面であって押圧手段側にピストン
体に密嵌する側構成リングを密接し、前記外構成リング
と側構成リングをそれぞれガータースプリングで緊迫
し、ピストン体に接触し高圧側に位置する内構成リング
と低圧側に位置する側構成リングの各軸方向外側縁に環
状凹部を形成してなることも好ましい実施例である。

【００１０】更に、前記ピストン体に密嵌する一対の内
構成リングを軸方向に並設して互いに密接し、両内構成
リングの外周にわたって一つの外構成リングを密嵌する
とともに、該外構成リングの外周をガータースプリング
で緊迫し、ピストン体に接触し高圧側に位置する内構成
リングの軸方向外側縁に環状凹部を形成するとともに、
低圧側に位置する内構成リングの軸方向外側縁に環状凸
部を形成し、該環状凸部をシリンダー体の端面内周部に
形成した環状切欠部内に遊嵌してなることも好ましい実
施例である。この場合も、前記押圧手段側に位置する内
構成リングと外構成リングの側面に膨張グラファイトシ
ートを添設し、押圧手段の押圧力を該膨張グラファイト
シートを介して伝達してなるとより好ましい。

【００１１】そして、各構成リングをカーボンで形成し
てなることがより好ましい。

【００１２】

【作用】以上の如き内容からなる本発明のピストンリン
グは、各構成リングには一ヶ所のみスプリットが形成さ
れているので、ガータースプリングの緊迫力によって弾
性的に変形する程度の構造的弾性を備え且つ該スプリッ
トを通しての封入流体の漏れを最小限に抑制し、更にピ
ストン体に接触し少なくとも高圧側に位置する構成リン
グの軸方向外側縁に環状凹部を形成したので、該ピスト
ン体の外周面との接触面積が少なくなって軸方向への摺
動摩擦抵抗が小さくなり、もってシリンダー体とピスト
ン体の軸方向への相対的変動を円滑にするのである。

【００１３】更に、ピストン体に密嵌する一対の内構成
リングを軸方向に並設して互いに密接し、両内構成リン
グの外周にわたって一つの外構成リングを密嵌するとと
もに、該外構成リングの外周をガータースプリングで緊
迫し、ピストン体に接触し高圧側に位置する内構成リン
グと低圧側に位置する内構成リングの各軸方向外側縁に
環状凹部を形成してなる構造のもの、あるいはピストン
体に密嵌する内構成リングの外周に外構成リングを密嵌
するとともに、内外構成リング一側の両側端面であって
押圧手段側にピストン体に密嵌する側構成リングを密接
し、前記外構成リングと側構成リングをそれぞれガータ
ースプリングで緊迫し、ピストン体に接触し高圧側に位
置する内構成リングと低圧側に位置する側構成リングの
各軸方向外側縁に環状凹部を形成してなる構造のものと
した場合、各構成リングの断面における接合部がＴ字状
になり、シリンダー体側に位置する内構成リングに対す
る他の構成リングの目地作用が十分になって、漏れを最
小限に抑制するとともに、ピストン体の外周面との接触
面積が更に少なくなって摺動摩擦抵抗を減少させるので
ある。また、前者の構造のピストンリングは、ガーター
スプリングが一つになるので部品点数が減少する。

【００１４】また、前者の構造のピストンリングにおい
て、前記押圧手段側に位置する内構成リングと外構成リ
ングの側面に膨張グラファイトシートを添設し、押圧手
段の押圧力を該膨張グラファイトシートを介して伝達す
ることにより、ピストンリングの端面の歪みを吸収し、
押圧力が内外構成リングに均等に加わるのである。

【００１５】そして、前記ピストン体に密嵌する一対の
内構成リングを軸方向に並設して互いに密接し、両内構
成リングの外周にわたって一つの外構成リングを密嵌す
るとともに、該外構成リングの外周をガータースプリン
グで緊迫し、ピストン体に接触し高圧側に位置する内構
成リングの軸方向外側縁に環状凹部を形成するととも
に、低圧側に位置する内構成リングの軸方向外側縁に環
状凸部を形成し、該環状凸部をシリンダー体の端面内周
部に形成した環状切欠部内に遊嵌してなるものは、低圧
側に位置する内構成リングとピストン体の外周面との接
触面積が増加して良好なシール性を確保しつつ、環状凸
部はシリンダー体の端面よりも低圧側に位置するバラン
スタイプであるので、接触面圧が減少し、従来のものと
比較して摺動摩擦抵抗は逆に小さくなるのである。

【００１６】更に、前記各構成リングをカーボンで形成
することにより、３００〜５００℃での連続運転が可能
な耐熱性と、−１００℃以下の極低温においても素材の
特性が損なわれることがないので良好なシール性を備
え、勿論その間の温度領域においても良好なシール性を
有するのである。

【００１７】

【実施例】次に添付図面に示した実施例に基づき更に本
発明の詳細を説明する。図１〜図３は本発明のピストン
リングの代表的実施例（第一実施例）を示し、図４は第
二実施例を示し、図５は第三実施例を示している。

【００１８】本発明のピストンリング１は、ピストン体
２の外周面３に軸方向へ摺動可能に密嵌するとともに、
ピストン体２の半径方向外周に位置するシリンダー体４
の軸方向と直交する端面５に押圧手段６によって圧接
し、ピストン体２と軸方向へ相対的に変動するシリンダ
ー体４間を密封するものであって、一ヶ所にスプリット
７を形成した複数の構成リング８，９，１０を互いに密
嵌し、外周をガータースプリング１１で緊迫するととも
に、ピストン体２に接触する軸方向内外縁に環状凹部１
２，１２を形成してなることを要旨としている。

【００１９】ここで、前記ピストン体２とシリンダー体
４とは軸方向へ相対的に往復移動するものであり、図３
及び図４に示した実施例は固定したピストン体２に対し
てシリンダー体４が変動するものであり、図５に示した
実施例は固定したシリンダー体４に対してピストン体２
が変動するものである。また、ピストンリング１は、そ
の各構成リング８，９，１０をカーボンで形成すると、
高温用若しくは極低温用として使用することが可能であ
るので最も好ましいが、用途によっては他にフッ素樹脂
系（ＰＴＦＥ等）や軟質金属を用いることも可能であ
る。

【００２０】更に詳しくは、第一実施例のピストンリン
グ１は、図１〜図３に示すように、ピストン体２の外周
面３に密嵌する一対の内構成リング８，９を軸方向に並
設して互いに密接し、両内構成リング８，９の外周にわ
たって一つの外構成リング１０を密嵌するとともに、該
外構成リング１０の外周に形成した環状溝１３にガータ
ースプリング１１を緊張状態で嵌着し、外構成リング１
０を介して両内構成リング８，９をピストン体２の外周
面３に緊迫するものであり、各構成リング８，９，１０
にはそれぞれ一ヶ所にスプリット７，…を形成して構造
的な弾力性を付与したものである。ここで、両内構成リ
ング８，９の軸方向幅の和と外構成リング１０の軸方向
幅とを一致させている。更に、一対の両内構成リング
８，９のピストン体２に接触する各外縁に、即ち低圧側
Ａに位置する内構成リング８の軸方向外側縁と、高圧側
Ｂに位置する内構成リング９の軸方向外側縁に、図３に
示すように環状凹部１２，１２を形成し、ピストン体２
に接触する摺接面１４，１４の軸方向幅を狭くし、ピス
トン体２に対する摺接摩擦抵抗を減少させている。尚、
前記環状凹部１２は、高圧側Ｂのみに設けることも可能
である。また、両内構成リング８，９は、完全に同一の
形状で良く、その一方を反転させて使用することで、コ
スト低減化を図れる。

【００２１】それから、ピストン体２に、内構成リング
８，９及び外構成リング１０を、各スプリット７，…の
位置を約１２０°の回転角度だけずらせて次々に嵌合
し、最後にガータースプリング１１で緊迫するのであ
る。この組付状態において、図３に示すように、断面に
おいて各構成リング８，９，１０の接合部はＴ字状とな
り、軸方向内方に位置する内構成リング８と外構成リン
グ１０の半径方向シール面１５，１５は正確に面一とな
ってシリンダー体４の半径方向端面５に密接している。
一方、軸方向外方に位置する内構成リング９と外構成リ
ング１０の半径方向側面１６，１６とは正確に面一に設
定することが好ましいが、多少の寸法誤差があっても押
圧手段６のディスク１７との間に膨張グラファイトシー
ト１８を介在させることで、その寸法誤差を吸収して、
押圧手段６を構成するコイルばね１９の押圧力を略均等
に、内構成リング９を介して内構成リング８と、外構成
リング１０に伝達し、前記端面５と各シール面１５，１
５との面圧の均衡が図れる。勿論、内構成リング９と外
構成リング１０の側面１６，１６が正確に面一であれ
ば、膨張グラファイトシート１８は省略可能である。

【００２２】また、図４に示した第二実施例のピストン
リング１は、一ヶ所にスプリット７，…を形成した三つ
の構成リングからなり、各構成リングの断面における接
合部がＴ字状となる基本構成は第一実施例と同じもので
ある。本実施例のピストンリング１は、ピストン体２の
外周面３に密嵌する内構成リング２０の外周に外構成リ
ング２１を密嵌するとともに、内外構成リング２０，２
１一側の両側端面であって押圧手段６のディスク１７側
にピストン体２に密嵌する側構成リング２２を密接し、
前記外構成リング２１と側構成リング２２をそれぞれガ
ータースプリング２３，２３で緊迫してなるものであ
る。ここで、内構成リング２０と外構成リング２１の軸
方向幅を正確に一致させ、また内構成リング２０に外構
成リング２１を外嵌した状態の形状と、側構成リング２
２の形状を反対称となしている。更に、前記同様に内構
成リング２０と側構成リング２２のピストン体２に接触
する各外縁に、即ち低圧側Ａに位置する構成リング２０
の軸方向外側縁と、高圧側Ｂに位置する側構成リング２
２の軸方向外側縁に、図４に示すように環状凹部２４，
２４を形成し、ピストン体２に接触する摺接面２５，２
５の軸方向幅を狭くし、ピストン体２に対する摺接摩擦
抵抗を減少させている。そして、軸方向内方（低圧側
Ａ）に位置する内構成リング２０と外構成リング２１の
半径方向シール面２６，２６は正確に面一となってシリ
ンダー体４の半径方向端面５に密接している。一方、軸
方向外方（高圧側Ｂ）に位置する側構成リング２２の半
径方向側面２７は、押圧手段６のディスク１７で圧接さ
れている。尚、前記側面２７とディスク１７との間に膨
張グラファイトシート１８を介在させて、コイルばね１
９による押圧力を側面２７の全面に均等に作用させるこ
とも可能であるが、本実施例の場合には特に膨張グラフ
ァイトシート１８を用いる必要はない。

【００２３】更に、図５に示した第三実施例のピストン
リング１は、基本的構造は図３に示した第一実施例のも
のと同じであるが、ピストン体２に接触し高圧側に位置
する内構成リング９の軸方向外側縁に環状凹部１２を形
成するとともに、低圧側に位置する内構成リング８の軸
方向外側縁に環状凸部１２ａを形成し、該環状凸部１２
ａをシリンダー体４の端面５内周部に形成した環状切欠
部５ａ内に遊嵌した構造のものである。また、押圧手段
６は、シリンダー体４に固定された保持部材４ａに取付
けられ、ピストンリング１はシリンダー体４と保持部材
４ａの間の環状シール空間内に位置し、押圧手段６によ
ってシリンダー体４の端面５に圧接されている。他の構
成は、図３に示した第一実施例と同様であるので、同一
構成には同一符号を付してその説明は省略する。

【００２４】本実施例のピストンリング１の組付状態に
おける圧力分布を図６に示している。図示したように、
ピストンリング１には、端面５と高圧側Ｂの環状凹部１
２の半径方向壁面間に、該端面５に平行に圧力Ｐが作用
し、ピストン体２の外周面３とピストンリング１の摺接
面１４，１４との間の接触面圧は、高圧側Ｂの圧力Ｐか
ら低圧側Ａの所定圧力へ略直線的に減少している。従っ
て、低圧側Ａの内構成リング８に設けた環状凸部１２ａ
によって摺接面１４の接触面積は増加するが、ピストン
体２の外周面３に対する接触面圧は低くなるので摺動摩
擦抵抗及び摺接面１４の摩耗は減少するのである。尚、
前述のようにガータースプリング１１で外周を緊迫せ
ず、軸方向外側縁に環状凸部１２ａを有する前記内構成
リング８を単体として用いたバランスタイプのピストン
リング１でも、ある程度の漏れを許容すれば使用するこ
とが可能である。

【００２５】次に、本発明のピストンリング１の代表的
な使用例を、第一実施例のピストンリング１を二次シー
ルとして採用した高温のガスシール用非接触メカニカル
シールに基づいて説明するが、液体シール用でも同様で
ある。

【００２６】図７は非接触メカニカルシールＭの全体構
造を示し、流体機器の密封容器であるケーシング２８
と、該ケーシング２８の開放端を貫通する回転軸２９と
の間に設けている。ここで、図中Ａは大気圧（低圧）
側、Ｂはプロセス（高圧）側を示している。

【００２７】本実施例の非接触メカニカルシールＭは、
前記ケーシング２８にシールハウジング３０、リテーナ
ー３１を順次ボルト締めして形成したシール空間内に、
前記回転軸２９に密封固定したメーティングリング３２
と、前記リテーナー３１に固定しシール空間内に突出さ
せたリテーナースリーブ（ピストン体）２に密封装着し
たプライマリーリング（シリンダー体）４を配し、該メ
ーティングリング３２とプライマリーリング４の互いの
シール面３３，３４を対接させ、そしてプライマリーリ
ング４はリテーナー３１とリテーナースリーブ２間に非
回転且つ軸方向可動となしてリテーナースリーブ２に密
封するとともに、リテーナー３１で保持された押圧手段
６にて各シール面３３，３４が接近する方向に付勢して
いる。ここで、前記押圧手段６は、リテーナー３１とリ
テーナースリーブ２間に配したホルダー３５で支持され
た複数のコイルばね１９，…とその軸方向内方に配した
リング状のディスク１７とから構成されている。そし
て、前記ディスク１７とプライマリーリング４の軸方向
と直交する端面５間に、リテーナースリーブ２に摺動可
能に密嵌したカーボン製のピストンリング１を介在させ
て、プライマリーリング４とリテーナースリーブ２間を
密封している。

【００２８】そして、図８に示す如く、前記メーティン
グリング３２のシール面３３には、その外周縁を始端と
して内方へ延び、回転方向Ｒに対して前進角を有する螺
旋溝３６を円周方向に一定間隔毎に多数設けている。そ
れにより、プロセスガスの存在下でメーティングリング
３２がプライマリーリング４に対して回転（回転方向
Ｒ）することにより、螺旋溝３６によってシール面３
３，３４間に半径方向中心へ向かう動圧を発生させてプ
ロセスガスを圧送し、両シール面３３，３４間に微少ギ
ャップを形成するとともに、プロセス側の圧力よりも高
いシール圧を形成して密封するのである。一方、図示し
ないが、前記プライマリーリング４のシール面３４にも
同様な螺旋溝３７を形成し、この螺旋溝３７は相対的回
転方向に対して前進角を有するものであっても、後進角
を有するものであっても良く、前進角を有する場合には
前記螺旋溝３６と同じ作用をなし、後進角を有する場合
には前記螺旋溝３６によって圧送されたプロセスガスを
一部逆流させて、漏れを少なくする作用をなすのであ
る。尚、本実施例では、前記メーティングリング３２の
素材はタングステンカーバイドであり、プライマリーリ
ング４の素材はカーボンである。

【００２９】前記メーティングリング３２の回転軸２９
への固定については、先ず回転軸２９に外挿固定したア
センブリスリーブ３８に密嵌したドライブカラー３９を
ボルト締めし、該ドライブカラー３９にその内方側、即
ちシール空間内に位置し、アセンブリスリーブ３８に外
嵌したシャフトスリーブ４０をボルトで軸方向に締付け
て固定し、更にシャフトスリーブ４０にその内方側に位
置し、アセンブリスリーブ３８に外嵌したロッキングス
リーブ４１をボルトで軸方向に締付けて固定すると同時
に、前記シャフトスリーブ４０に設けた環状段部４２に
トレランスリング４３を介在させて外嵌したメーティン
グリング３２を、該環状段部４２の半径方向壁面とロッ
キングスリーブ４１のフランジ４４とで挾持して固定す
るのである。尚、前記アセンブリスリーブ３８は、複数
の非接触メカニカルシールＭを軸方向へ配列してタンデ
ムタイプの軸封装置を構成するために使用するものであ
り、単数の場合にはアセンブリスリーブ３８を省略して
前述の各部材を直接回転軸２９に取付けるのである。

【００３０】そして、アセンブリスリーブ３８とシャフ
トスリーブ４０との密封は、前記ドライブカラー３９の
内方側にシャフトスリーブ４０に沿って延設した筒状の
押圧部４５に、シャフトスリーブ４０の外方側であって
アセンブリスリーブ３８に沿って形成した環状空間部４
６を外嵌し、押圧部４５の先端で環状空間部４６内に密
嵌したグラファイト製の台形状ガスケット４７を圧縮
し、該ガスケット４７をシャフトスリーブ４０の環状空
間部４６の壁面とアセンブリスリーブ３８の外周面に密
着させて行っている。また、メーティングリング３２と
シャフトスリーブ４０との密封は、前記シャフトスリー
ブ４０の環状段部４２の半径方向壁面に形成した環状の
シール溝にグラファイト製のガスケット４８を嵌着して
おき、ロッキングスリーブ４１をシャフトスリーブ４０
に固定する締結力を利用して該ガスケット４８をメーテ
ィングリング３２に圧接することにより行っている。ま
た、前記ロッキングスリーブ４１とメーティングリング
３２を回転に対して一体化するために、ロッキングスリ
ーブ４１のフランジ４４に突設したピン４９をメーティ
ングリング３２に埋設している。

【００３１】また、ケーシング２８とシールハウジング
３０との密封は、両部材の接合面にグラファイト製のガ
スケット５０を介在させて行い、シールハウジング３０
とリテーナー３１との密封は、両部材の接合面にグラフ
ァイト製のガスケット５１を介在させて行い、更にリテ
ーナー３１とリテーナースリーブ２は、半径方向にトレ
ランスリングを介して調心され、熱膨張差による同心ず
れを防止するとともに、その密封は、前記同様に両部材
の接合面にグラファイト製のガスケット５２を介在させ
て行っている。

【００３２】次に、プライマリーリング４の組付構造に
ついて説明すれば、該プライマリーリング４のバランス
直径部を前記リテーナースリーブ２の外周面に軸方向移
動可能に外嵌するとともに、外周に突設した回転規制部
５３をリテーナー３１の内周面に軸方向に向けて形成し
たスプライン溝５４に軸方向移動可能に嵌挿して、該プ
ライマリーリング４の非回転状態を維持するのである。
ここで、前記プライマリーリング４とリテーナースリー
ブ２との間には、メーティングリング３２に対するプラ
イマリーリング４の素早い追従性を確保するために、微
少間隙を設けることが好ましい。

【００３３】最後に、このようなピストンリング１を採
用した場合におけるプロセスガスの密封作用について簡
単に説明する。先ず、図３及び図５に示した構造のもの
は、プライマリーリング４側に位置する内構成リング８
のスプリット７を、内構成リング９の半径方向接合面
と、外構成リング１０の軸方向内周接合面とで塞いで密
封し、密封作用に関しては内構成リング９と外構成リン
グ１０があたかも目地の作用をなすのである。また、図
４に示した構造のものは、前記同様にプライマリーリン
グ４側に位置する内構成リング２０のスプリット７を、
外構成リング２１の軸方向内周接合面と、側構成リング
２２の半径方向接合面とで塞いで密封するのである。

【００３４】

【発明の効果】以上にしてなる本発明のピストンリング
によれば、以下に示すような効果を奏するのである。

【００３５】請求項１によれば、各構成リングには一ヶ
所のみスプリットが形成されているので、ガータースプ
リングの緊迫力によって弾性的に変形する程度の構造的
弾性を備え且つ該スプリットを通しての封入流体の漏れ
を最小限に抑制することができ、更にピストン体の外周
面に接触する軸方向内外縁に環状凹部を形成したので、
該ピストン体の外周面との接触面積が少なくなって軸方
向への摺動摩擦抵抗を小さくすることができ、もってシ
リンダー体の軸方向変動を阻害することがないのであ
る。

【００３６】請求項２によれば、断面における各構成リ
ングの接合部がＴ字状となって、前述の一ヶ所のスプリ
ットの効果に加えて、構造的なシール性を有するので、
プロセス流体の漏れを最小限に抑制できるとともに、ガ
ータースプリングが一つで足りるので、部品点数が減少
してコスト低減化を図れるのである。

【００３７】請求項３によれば、前記同様に断面におけ
る各構成リングの接合部がＴ字状となって、前述の一ヶ
所のスプリットの効果に加えて、構造的なシール性を有
するので、プロセス流体の漏れを最小限に抑制できる。

【００３８】請求項４によれば、低圧側に位置する内構
成リングとピストン体の外周面との接触面積が増加して
良好なシール性を確保できるとともに、環状凸部はシリ
ンダー体の端面よりも低圧側に位置するバランスタイプ
であるので、ピストン体の外周面との接触面圧が減少
し、従来のものと比較して摺動摩擦抵抗及び摩耗を小さ
くすることができる。

【００３９】請求項５によれば、３００〜５００℃の高
温での連続運転が可能な耐熱性と、−１００℃以下の極
低温においても素材の特性が損なわれることがないので
良好なシール性を備え、使用温度幅を格段に広げること
ができるのである。

【００４０】請求項６によれば、請求項２記載の構造の
ピストンリングにおいて、前記押圧手段側に位置する内
構成リングと外構成リングの側面に膨張グラファイトシ
ートを添設し、押圧手段の押圧力を該膨張グラファイト
シートを介して伝達することにより、ピストンリングの
端面の歪みを吸収し、押圧力を内外構成リングに均等に
加えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例のピストンリングの分解斜
視図である。

【図２】同じくピストンリングの組立てた状態の側面図
である。

【図３】同じくピストンリングを組付けた状態の簡略断
面図である。

【図４】第二実施例のピストンリングを組付けた状態の
簡略断面図である。

【図５】第三実施例のピストンリングを組付けた状態の
簡略断面図である。

【図６】同じく圧力分布を表した簡略断面図である。

【図７】非接触メカニカルシールを回転軸とケーシング
間に装着した状態の要部断面図である。

【図８】メーティングリングのシール面に形成した螺旋
溝のパターンの一例を示す側面図である。

【図９】従来のピストンリングの組立てた状態の側面図
である。

【図１０】同じくピストンリングを組付けた状態の簡略
断面図である。

【符号の説明】

Ｍ非接触メカニカルシール１ピストンリング２ピストン体（リテーナースリーブ）３外周面４シリンダー体（プライマリーリング）４ａ保持部材５端面５ａ環状切欠部６押圧手段７スプリット８内構成リング９内構成リング１０外構成リング１１ガータースプリング１２環状凹部１２ａ環状凸部１３環状溝１４摺接面１５シール面１６側面１７ディスク１８膨張グラファイトシート１９コイルばね２０内構成リング２１外構成リング２２側構成リング２３ガータースプリング２４環状凹部２５摺接面２６シール面２７側面２８ケーシング２９回転軸３０シールハウジング３１リテーナー３２メーティングリング３３，３４シール面３５ホルダー３６，３７螺旋溝３８アセンブリスリーブ３９ドライブカラー４０シャフトスリーブ４１ロッキングスリーブ４２環状段部４３トレランスリング４４フランジ４５押圧部４６環状空間部４７，４８，５０，５１，５２ガスケット４９ピン５３回転規制部５４スプライン溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピストン体の外周面に軸方向へ摺動可能
に密嵌するとともに、ピストン体の半径方向外周に位置
するシリンダー体の軸方向と直交する端面に押圧手段に
よって圧接し、ピストン体と軸方向へ相対的に変動する
シリンダー体間を密封するピストンリングであって、一
ヶ所にスプリットを形成した複数の構成リングを互いに
密嵌し、外周をガータースプリングで緊迫するととも
に、ピストン体に接触し少なくとも高圧側に位置する構
成リングの軸方向外側縁に環状凹部を形成してなること
を特徴とするピストンリング。
【請求項２】前記ピストン体に密嵌する一対の内構成
リングを軸方向に並設して互いに密接し、両内構成リン
グの外周にわたって一つの外構成リングを密嵌するとと
もに、該外構成リングの外周をガータースプリングで緊
迫し、ピストン体に接触し高圧側に位置する内構成リン
グと低圧側に位置する内構成リングの各軸方向外側縁に
環状凹部を形成してなる請求項１記載のピストンリン
グ。
【請求項３】前記ピストン体に密嵌する内構成リング
の外周に外構成リングを密嵌するとともに、内外構成リ
ング一側の両側端面であって押圧手段側にピストン体に
密嵌する側構成リングを密接し、前記外構成リングと側
構成リングをそれぞれガータースプリングで緊迫し、ピ
ストン体に接触し高圧側に位置する内構成リングと低圧
側に位置する側構成リングの各軸方向外側縁に環状凹部
を形成してなる請求項１記載のピストンリング。
【請求項４】前記ピストン体に密嵌する一対の内構成
リングを軸方向に並設して互いに密接し、両内構成リン
グの外周にわたって一つの外構成リングを密嵌するとと
もに、該外構成リングの外周をガータースプリングで緊
迫し、ピストン体に接触し高圧側に位置する内構成リン
グの軸方向外側縁に環状凹部を形成するとともに、低圧
側に位置する内構成リングの軸方向外側縁に環状凸部を
形成し、該環状凸部をシリンダー体の端面内周部に形成
した環状切欠部内に遊嵌してなる請求項１記載のピスト
ンリング。
【請求項５】前記各構成リングをカーボンで形成して
なる請求項１又は２又は３又は４記載のピストンリン
グ。
【請求項６】前記押圧手段側に位置する内構成リング
と外構成リングの側面に膨張グラファイトシートを添設
し、押圧手段の押圧力を該膨張グラファイトシートを介
して伝達してなる請求項２又は４記載のピストンリン
グ。