JPH11507430A - シール部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 円形の断面を備えたピストンロッドのためのシール部材（１２）は、スペーサ（１ａ）及び補償間隙（Ｓ）を備えた一体的なシールリング（１）と、同シールリング（１）をその周方向に囲むカバーリング（２）とを備える。シールリング（１）ば、少なくともその一方の端部（１ｂ）に、リングの外周に延び、かつシールリング（１）の他方の端部（１ｃ）とともに重複係合部を形成するセクション（１ｄ，１ｅ）を有する。シールリング（１）はスペーサ（１ａ）に向かって径方向の厚み（Ｄ）が減少する。開示されたシール部材は径方向において優れた密封効果を与える。

Description

【発明の詳細な説明】 シール部材 本発明は、請求項１の前提部分に従うシール部材に関する。 ピストンロッドのような円形の断面を備えたボディに対するシール部材は、特 にピストン圧縮機においては周知である。乾式駆動型ピストン圧縮機は、外部か らの潤滑剤を必要としない圧縮機である。そのような圧縮機は、ピストンロッド が移動される前部に固定された密封部材を備える。密封部材は、通常互いに対し て上下に配置され、いわゆるパッキンを形成する。シール部材及びシールリング を備えたこの型のパッキンは、スイス国特許第４３９，８９７号にて公知である 。シールリングは、ピストンロッドに対向する密封面が摩耗を受ける。それにも かかわらず長期間にわたって密封機能を維持するために、公知のシールリングは 、シールリングが３つのシールリング部材に分割され、その部分接合部がピスト ンロッドに対する接線に平行に延び、かつ径方向の接合部が補償リング間隙を形 成している磨耗補償部を有する。シールリングを周方向に囲むホースバネは、シ ールリング部材に対して、ピストンロッドの方向に予め負荷をかける。この公知 のシール部材は、シールリングが複数の部分接合部を有し、それが密封機能を損 ねるという欠点がある。これらの接合部を密封するために、軸方向に接触して存 在するカバーリングがシールリングに隣接して配置される。そのようなシール部 材は軸方向に比較的広範囲を占めるという欠点を有する。ピストンロッドにその ようなシール部材を配置させる場合の問題点としては、摩擦熱の発生が知られて いる。密封部材自身を介して摩擦熱を消失させることは、可能であるが非常に難 しい。その理由としては、密封部材は通常プラスチック製であり、熱的には殆ど 断熱材として作用するからである。従って、大部分の摩擦熱は、ピストンロッド によってはあまり効果的な方法では消失しない。即ち、発生する摩擦熱により、 非常に摩耗しやすくなる。特にプラスチック製のシールリングが使用された場合 は 顕著である。従って、シール部材を含むパッキンの複雑かつ高価な冷却がしばし ば必要とされる。 本発明の目的は、公知のシール部材の欠点を解決することである。 この目的は、請求項１の特徴部分に従って達成される。従属請求項２〜９は更 なる有効な実施形態に関する。 円形の断面を備えたピストンロッドに対する本発明に従うシール部材は、リン グ間隙及び補償間隙を備える一体的なシールリングと、同シールリングを周方向 に囲む、即ち包囲するカバーリングとを備え、同シールリングは、少なくとも一 方の端部が他方の端部とともに重複リング間隙を形成する領域を有し、かつ同シ ールリングはそれぞれ部分接合部あるいはリング間隙に向かって減少する壁厚を 有する。 本発明に従うシール部材の利点は、軸方向に重なり合うリング間隙が高いガス 気密性を生ずることにある。それを囲む、即ち包囲するカバーリングが密封作用 を補助し、更には、ピストンロッドに向かってシールリングに作用する付勢力を 発生する。囲む、即ち包囲するカバーリングは重複部分接合部を径方向に密封す る。 シールリングに適する材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ ＰＴＦＥ）マトリックスの充填ポリマー、例えば、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「高温ポリマー」としても称される機械的に固 体の、耐高温及び耐摩耗性のポリマー混合物、あるいはエポキシ樹脂のような乾 式駆動型装置に適用されるプラスチックである。高温ポリマーは、それのみから 形成されたものは乾式駆動型においては使用できないので、炭素、グラファイト 、硫化モリブデン、ＰＴＦＥ等のような固体潤滑剤を加える必要がある。そのよ うな高温ポリマーは「改質されたもの」として称される。 本発明に従うシール部材の利点は、高温ポリマーで製造されたシールリングが 特に使用され得るという点である。 「高温」ポリマーという用語は、通常充填されるＰＴＦＥ材料とは以下に示す 特徴にて区別されるプラスチックを、ピストン圧縮機の密封部材の使用と関係す る総称として使用される。その特徴とは： −高温ポリマーは、乾式駆動型においては一般的である高温条件下においてさえ も高い機械的安定性を有する。 −高温ポリマーは、低温流動特性を備えておらず、そのために、精巧に成形され たシールリングでさえも形状安定性が保持され、特に高圧条件下のパッキンに使 用される場合でも付随的な支持リングを必要としない。 −高温ポリマーは、本質的に高い弾性率を示し、それによりシールリングの直径 が大きくなるに従ってより剛性となる。 −充填されたＰＴＦＥと比べ、高温ポリマーによって製造されたシールリングは 、実質的により小さな直径とすることができるにも関わらず、より高い機械負荷 能力を備えることが可能であり、その結果、高温ポリマーにて製造されたシール リングは特に高い圧縮限界圧力における使用にも適している。 高温ポリマーを使用した従来技術の欠点は、特殊な形状に適用する能力に欠け ることであり、結果としてピストンロッドの外周全体にわたってシールリングを 完全に接触させることが困難となり、漏れの原因となる点が挙げられる。 本発明に従うシールリングは、部分接合部、あるいはリング間隙にそれぞれ向 かって減少する径方向の壁厚を有し、即ち、シールリングは、重複リング間隙の 領域において、いくらか薄く、従ってより柔軟に撓むように形成されることを意 味する。このように設計されていることにより、高温ポリマーからなるシールリ ングは良好な形状適合性を有する。 本発明に従うシールリングは、特に乾式駆動型リングピストン圧縮機に適して おり、シールリングはいわゆる自己潤滑特性を備える改質高温ポリマーから好適 に構成される。この型のシールリングは非常に狭いリングとして製造されるので 、パッキンへの放射熱を介してピストンロッドが良好に熱を伝導する一方、シー ル リングとピストンロッドとの間に小さな摩擦面しか存在しないので、過熱を減ず ることができる。この方法ではピストンロッドの過熱が回避され、シールリング の摩耗を低減できるという更なる利点をも備える。 本発明に従うシール部材は優れた不透過性を備え、シール部材からはわずかな 漏れが起こるのみであり、この漏れは、主としてピストンロッドとシールリング の密封面との間に起こる。この間、ピストンロッドと密封面との間に気体軸受が 生じ、熱の発生が低減し、惹いては、ピストンロッドの過熱並びにシールリング の磨耗が減少する。 本発明の種々の実施例を以下に示す図面とともに説明する。 図１は、シール部材の斜視図である。 図２は、シールリングの平面図である。 図３は、シールリングの底面図である。 図４は、シールリングの断面図である。 図４ａは、シールリングのＢ−Ｂ線に沿った更なる断面図である。 図４ｂは、図４ａのシールリングのＣ−Ｃ線に沿った更なる断面図である。 図５は、シールリングの更なる断面図である。 図６は、カバーリングの平面図である。 図７は、シールリングの更なる実施例の平面図である。 図７ａは、図２のシールリングの方向Ｅから眺めた側面図である。 図７ｂは、図７のシールリングの方向Ｅから眺めた側面図である。 図８は、乾式駆動型シール部材の長手方向断面図である。 図１は、シール部材１２の斜視図を示し、同シール部材１２はシールリング１ と、同シールリング１上においてその周方向に置かれるカバーリング２と、同カ バーリング２をその周方向に囲むホースバネ、即ち環状バネ３を備える。図２に 示すシールリング１の平面図は、密封されるべきピストンロッド４のボディに対 面する内側円に沿って環状に延びる面１ｈを有し、密封機能を提供する。シール リング１は部分接合部１ａを備えた一体的なリングとして機能し、同シールリン グは２つの端部１ｂ，１ｃにて終了する。端部１ｃは、図３の底面図から明らか なように、シールリング１の周方向に延びるセクション１ｄを有し、同セクショ ン１ｄは、他方の端部１ｂと共に周方向にリング間隙重複部を形成するように構 成されている。シールリング１は弾性特性を備え、それにより部分接合部１ａの 領域に間隙Ｓが形成される。本実施例において、シールリング１は、部分接合部 １ａと相対向する位置Ｄｍａｘから始まって部分接合部１ａに向かって、即ちＤ １或いはＤ２の方向に向かって径方向の壁圧Ｄが連続的に減少するように設計さ れる。この態様において、例えば高温ポリマーのような高い弾性率を備えた材料 から製造されるシールリングでさえも、部分接合部１ａに向かって弾性が更に増 大するか、あるいは部分接合部１ａに向かって柔軟に撓むかの少なくとも一方の 特性を有することができる。シールリング１を囲むホースバネ３を備えたカバー リング２は、シールリング１に対して、ピストンロッドに向かって作用する力を 生ずる。カバーリング２は開放リングとして構成される。部分接合部１ａにおけ る間隙Ｓ並びに部分接合部１ａに向かう弾性特性によって、シールリング１はピ ストンロッド４の形状に対して良好に適合し、それによりシールリング１はピス トンロッド４をその周方向全体にわたって密封包囲する。シールリング１は、外 側に対面し、かつ環状に延びる面１ｍ，１ｎを備える。図示された実施例では、 ２つの面１ｈ，１ｍの形状は、それらが互いに対して異なる中心のまわりに延び るように配置されている。シールリング１は、径方向に延びる５つの逆流溝、即 ち圧力解放溝４ａを有する。これらの圧力解放溝４ａは、シリンダの吸気行程時 に、パッキンリングチャンバ１４内に封入されたガスがシリンダ内へ逆流するこ と（例えば、図８）を可能にし、それにより、密封部材１の密封機能の同時作用 、即ち吸気行程時とシリンダの圧縮行程時の両方の場合における密封機能を回避 する。逆流溝４ａを省略してシールリング１を構成することも可能である。代わ りに、逆流溝４ａは例えばチャンバリング５の金属製の基底部にフライス加工に て形成され得る。 図６は、扇型の切欠部２ａを有する開放カバーリング２の実施例を示す。シー ルリング１は、カバーリング２がシールリング１上に配置された場合に切欠部２ ａに配置される円筒状の突出した保持手段１ｇを備え、それにより、カバーリン グ２はシール部材１２の周方向の回動に対して固定される。 図７ａは、図２のシールリングを方向Ｅから眺めた側面図である。シールリン グ１のリング接合部は２つの端部１ｂ，１ｃを備え、端部１ｂは周方向に延びる 末端セクション１ｄを有し、それにより周方向のリング間隙重複部が形成される 。 図５は、図２のシールリング１のＡ−Ａ線に沿った断面図を示し、部分接合部 １ａは、図１〜３に従う実施例とは異なっている。シールリングの各端部１ｂ， １ｃでは、末端セクション１ｄ，１ｅはシールリング１の周方向に延びるように 配置され、周方向において重なり合い、重複リング接合部を形成する。部分接合 部１ａは、ここでも間隙Ｓを有する。シールリング１の側面図７ｂは、方向Ｅか ら眺めた場合、図５に従う実施形態に対応する。シールリング１は２つの端部１ ｂ，１ｃにて終了し、同端部１ｂ，１ｃは周方向に重なり合う末端セクション１ ｄ，１ｅを有する。端部１ｂ，１ｃの間には、それぞれ幅Ｓ１及びＳ２である中 間空間部が形成される。好ましい実施形態では、２つの幅Ｓ１，Ｓ２は等しく形 成され、それによりシールリング１は周方向に間隙Ｓ＝Ｓ１＝Ｓ２を有する。カ バーリング２は凹部１ｎに嵌合し、凹部１ｎは非常に広く形成されているので、 凹部１ｎはまた周方向において末端セクション１ｅまで延び、それによりカバー リング２は凹部１ｎの領域において末端セクション１ｅを包囲する。この種のシ ール部材１２は、優れた密封機能を備える。その理由は、カバーリング２が幅Ｓ １を備えた中間空間部並びに末端セクション１ｄ，１ｅの間の間隙を囲み、それ により径方向における不透過性が得られるからである。加えて、２つの末端セク ション１ｄ，１ｅの径方向における相対移動が阻止される。 図４は、断面の設計における更なる可能性を備えた図２のシールリング１のＡ −Ａ線に沿った断面図を示す。シールリング１はピストンロッド４の摺動面に対 向する面１ｈを有する。同面１ｈは軸方向に高さＨを有し、密封面１ｉを形成す るために、部分１ｉにわたって円筒状に延び、かつ残りの部分１ｋに沿って広が るように設計されている。拡大された面１１は例えば角度βにて円錐状に広がる ように設計されている。 本発明に従うシール部材１２は流れが軸方向にも径方向にも遮断されるので優 れた密封効果を有する。この態様において、ガス成分は主として密封面１ｉとピ ストンロッド４との間から漏れ、このことは、シールリング１が摺動面から容易 に離れ、従って摩擦が低減されるといる利点となる。拡散する面１１は、ガス成 分が減少する密封面１ｉに向かう方向に妨害を受けることなく流れるという効果 を有し、ガス成分は面１１及び面１ｉのいずれにおいても径方向外向きに作用す る力をシールリング１に対して及ぼす。これにより、密封面１ｉとピストンロッ ド４の摺動面との間からの漏れが促進され、それにより気体軸受がシールリング １とピストンロッド４との間に形成される。密封面１ｉは、優れた気体軸受を生 成するために、軸方向に対しては比較的狭く形成されている。これにより、密封 面１ｉとピストンロッド４との間の摩擦が低減され、シールリング１の過熱及び 摩耗のいずれもが軽減されるという利点となる。シールリング１はカバーリング ２を受承するための凹部１ｎを備える。この凹部１ｎは別態様においても構成さ れ得、あるいは省略することもできる。 図８は乾式駆動型シール部材、即ちいわゆるパッキン６の長手方向断面図を示 す。少なとも一つの密封チャンバ１４が包含され、同チャンバ１４はピストンロ ッド４を囲み、かつ２つのチャンバリング５から形成され、かつ対応するシリン ダ空間１５へ密封固定される。シールリング１並びにカバーリング２の２つの部 分からなるシールリングディスク１２は密封チャンバ１４中へ置かれる。更に、 ホースバネ３がカバーリング２を囲む。リング１の密封機能により、圧縮チャン バ１４の圧力Ｐ１は以下に示す圧縮チャンバ１４に開口する通路の圧力Ｐ２より 大きくなる。 図２の実施形態とは異なり、図７に示すシールリング１の実施例は、円錐状の 部分面１１を備えた面１ｈを有する。部分面１１は、ウェブ１ｐによって３カ所 遮断される。３つ以上のウェブ１ｐを外周の回りに分配して配置されることは有 効なことでもある。図４ａは、シールリング１のＢ−Ｂ線に沿った断面を示し、 幅１ｋにわたって軸方向に延びる円錐状の部分である面１１並びに円筒状に延び る部分である面１ｉを示す。円錐状に延びる部分である面１１は、ピストンロッ ド４の面と角度βにて交差する。図４ｂは、シールリング１のＣ−Ｃ線に沿った ウェブ１ｐの断面を示す。ウェブ１ｐは、内側面１ｈがシールリング１の幅Ｈに 対応して軸方向に幅を有し、かつピストンロッド４と平行に延びるように形成さ れる。ウェブ１ｐは、幅Ｈの全体にわたってピストンロッド４と接触し、シール リング１を安定化させる。図７に従う実施例では、３つのウェブ１ｐは、それら が面１ｈの外周にわたって均等に分配され、かつ部分接合部１ａの領域に置かれ るように配置される。当然のことながら、シールリング１ｂはウェブ１ｐを省略 することも可能であり、それにより円錐状の部分である面１１は遮断されること なく面１ｈの周方向全体にわたって延びる。 円錐状に延びる部分である面１１は図４ａに従って、ピストンロッド４までの 最大距離Ｂを有する。シールリング１の実施形態において、間隙Ｂは非常に広く 形成され、その幅は「２πＢ」である。このように形成されたシールリング１は 操作の第一段階では摩擦リングを形成し、操作の第二段階では流動リングを形成 する。操作の第一段階では、シールリング１は円錐状に延びる部分である面１１ を有する。密封面１ｉにおける摩耗が進むと、円錐状に延びる部分である面１１ は密封面１ｉが幅Ｈの全体にわたって延びるまで漸減される。仮に間隙Ｓが「２ πＢ」の幅に対応して形成されたとすると、部分的な領域１１が完全に摩耗して 消失された時点で、間隙はゼロとなる。この状態ではシールリング１は流動リン グとなる。その理由は、遊びがゼロとなるので、密封面１ｉはそれ以上摩耗せず 、その結果、シールリング１は、操作の第二段階ではほぼ一定に漏れが生ずるこ とになるからである。従って、シールリング１は操作の第二段階において最大流 体抵抗を有する。 部分的な面１１は円錐状に広がるように形成され得るばかりでなく、ピスロン ロッド４とシールリング１との間の部分的な面１１の領域に形成される空間であ れば任意の形状にすることも可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．円形の断面を備えたピストンロッドに対するシール部材（１２）であって、 部分接合部（１ａ）及び補償間隙（Ｓ）を備えた一体的なシールリング（１） と、前記シールリング（１）を周方向に囲む、即ち包囲するカバーリング（２） とを備え、前記シールリング（１）は、少なくともその一方の端部（１ｂ）に同 シールリング（１）の周方向に延びるセクション（１ｄ，１ｅ）を有し、同セク ション（１ｄ，１ｅ）は、同シールリング（１）の他方の端部（１ｃ）とともに 重複リング接合部を形成し、前記シールリング（１）は、前記部分接合部（１ａ ）に向かって減少する径方向の壁厚（Ｄ）を有するシール部材。 ２．請求項１に記載のシール部材（１２）であって、 前記シールリング（１）は密封されるべきボディに向かって径方向内向きに対 向し、かつ環状に延びる面（１ｈ）を有し、前記シールリング（１）は、同シー ルリング（１）の周方向に環状に延びる放射状の外側面において、前記面（１ｈ ）と異なる中心を備える面（１ｍ）を有することを特徴とするシール部材。 ３．前記シールリング（１）は、同シールリング（１）とカバーリング（２）と の間の相対的な回動を阻止するための固定手段（１ｇ）を備えることを特徴とす る請求項１あるいは２のいずれか１項に記載のシール部材（１２）。 ４．前記カバーリング（２）が弾性特性を備えるか、あるいは同カバーリング（ ２）上にあり、かつ前記シールリング（１）の周方向に延びるバネ（３）によっ て囲まれるかの少なくとも一方であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ か１項に記載のシール部材（１２）。 ５．請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシール部材（１２）であって、 前記シールリング（１）は密封されるべきボディに向かって径方向内向きに対 向する面（１ｈ）を備え、前記面（１ｈ）は前記シールリング（１）の周方向と 垂直に延びる方向に高さ（Ｈ）を有し、前記面（１ｈ）は密封面（１ｉ）を形成 するために、高さ（Ｈ）の一部分において円筒状であり、かつ残りの部分（１ｋ ）においては、前記密封面（１ｉ）に対して増大する半径を備えた面（１１）を 有することを特徴とするシール部材。 ６．前記面（１１）は円錐状に広がって形成されることを特徴とする請求項５に 記載のシール部材（１２）。 ７．前記面（１１）は最大距離Ｂまで径方向に広がり、かつ補償間隙（Ｓ）は「 ２πＢ」の幅を有することを特徴とする請求項５あるいは６のいずれか１項に記 載のシール部材（１２）。 ８．複数のウェブ（１ｐ）が内側面（１ｈ）の周方向に沿って均等に配置される ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のシール部材（１２）。 ９．前記シールリング（１）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、あるいはポリ（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）あるいはポリアミドイミド（Ｐ ＡＩ）から製造されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の シール部材（１２）。 １０．請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシール部材（１２）を備えたピス トンロッドを密封するためのパッキン。 １１．請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシール部材（１２）を備えたピス トン圧縮機。