JPS63210469A - シ−ル装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、シール装置に係り、特に、シリンダとピスト
ンとの間に存在する隙間をリップ形シールリングでシー
ルするシール装置に関する。

（従来の技術） 周知のように、シリンダ内部の油や空気などの圧力作用
によってピストンを往復動させる場合には、シリンダと
ピストンとの間に存在する隙間から流体が漏れるのを防
止するためにシール装置を設ける必要がある。このよう
なシール装置には種々の方式があり、適用する装置によ
って選択される。

たとえば、ヘリウム液化冷凍機に用いられる膨張エンジ
ンでは２通常、自己潤滑性を有する材料で形成されたシ
ールリングを用いてシールするようにしている。第６図
は、従来の膨張エンジンの主要部だけを取り出して示す
もので、シリンダ１内にピストン２を往復動自在に収容
し、シリンダ１のヘッド壁３側に膨張室４を形成してい
る。そして、ピストン２の上端部外周に環状溝５を設け
。

この環状溝５内に第７図に示すようにリップ形シールリ
ング６を装着している。リップ形シールリング６は、自
己潤滑性を有する材料、たとえば弗素樹脂で横断面がＵ
字状に形成されており、開口部が上流側、つまり膨張室
４Ｉｌ１１１に位置するように環状溝５内に収容されて
いる。また、リップ形シールリング６内には、リップ部
７ａ、７ｂをシリンダ１の内周面および環状溝５の底壁
へ押付けるための板ばね８が周方向へ複数装着されてい
る。

このように構成された膨張エンジンの動作を簡単に説明
すると以下の通りである。すなわち、ピストン２が下死
点近傍まで下降すると、これに連動して吸気弁９が開き
、高圧ヘリウムガスがシリンダ１内に流れ込む。ピスト
ン２は下死点に達した後、ガス圧によって上死点側へと
移動する力を与えられる。シリンダ１内に所定量のヘリ
ウムガスが導入された時点で吸気弁９が閉じられる。一
方、ピストン２が上死点側へ移動するに伴なって膨張室
４の容積が急激に増加するので、膨張室４内のヘリウム
ガスは断熱膨張して低圧、低温となる。ピストン２が上
死点近傍まで移動すると、これに連動して排気弁１０が
開く。そして、ピストン２が下降を開始すると、膨張室
４内の低温のヘリウムガスはピストン２に押され、排気
弁１０を介して排出される。以後、上述した動作が繰返
され、これによって得られるピストン２の運動エネルギ
が図示しない装置によって回収される。また。

このときリップ形シールリング６には、シールすべき流
体の圧力がリップ部７ａ、７ｂを押し広げる力となって
作用する。このため、リップ形シールリング６は確実な
シールを実現する。

しかしながら、上記のようにリップ形シールリング６を
組込んだ膨張エンジンにあっては次のような問題があっ
た。すなわち、第８図は膨張ｖ４内のヘリウムガスの圧
力変化と容積変化との関係を示す図である。この図から
判かるように、膨張エンジンでは、下死点（８点）の手
前のＡ点において吸気弁９が開くので、この時点で膨張
室４内のガス圧が急激に増加し、そのまま下死点までそ
の圧力が保たれる。このため、上記期間ではリップ形シ
ールリング６に衝撃的なガス圧荷重が加わることになる
。また、吸気弁９が開いた初期時点では、まだ下死点に
到達していないことからして。

上記荷重を受けたままりツブ形シールリング６が下死点
方向へ僅かではあるが移動することになる。

このように、リップ形シールリング６に過大な荷重が加
わった状態で、このリップ形シールリング６が開口方向
へ移動すると、摺動面の面圧が非常に大きくなり、これ
が原因して摩耗が急速に進む。

特に、乾燥潤滑の場合には著しい。このため、シールリ
ングの寿命が短くなり、シールリングの交換を頻繁に行
なわなければならない問題があった。

また、摩耗を放置しておくと効率が著しく低下する。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の如く、リップ形シールリングを組み込んでなる従
来の、いわゆるシール装置にあっては。

衝撃的な荷重が加わった状態で摺動すると、リップ形シ
ールリングの寿命が大幅に短くなる問題があった。

そこで本発明は、リップ形シールリングの特徴であるシ
ール性に優れている点を最大限に活用できるとともにリ
ップ形シールリングの長寿命化を実現できるシール装置
を提供することを目的としている。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、シリンダとピストンとの間に存在するｒｉ間
をシールするシール装置において、前記シリンダの内周
面または前記ピストンの外周面に設けられた環状溝と、
この環状溝内に開口部を前記隙間内の上流側に向けて装
着された横断面Ｕ字状のリップ形シールリングと、この
リップ形シールリングを境にして上流側または下流側に
設けられ上記リップ形シールリングに加わる衝撃的荷重
を吸取する緩衝機構とを設けている。

（作用） 上流側の圧力が急激に高くなると、リップ形シールリン
グに衝撃的荷重が加わろうとする。しかし、この荷重は
緩１１ｉ１１構によって吸収される。

このため、上流側の圧力が急激に増加したときにリップ
形シールリングを開口側、つまり上流側へ移動させても
摺動面の面圧が異常に大きくなるようなことはない。し
たがって、上記のような動作のときに起こり易い過大な
摩耗の発生を防止できることになる。

（実施例） 以下２図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るシール装置をヘリウム
液化冷凍機の膨張エンジンに組込んだ例を示すもので、
第６図と同一部分は同一符号で示しである。したがって
２重複する部分の詳しい説明は省略する。

この実施例が従来のものと異なる点は、リップ形シール
リング６が設けられている位置より上流側に補助シール
！Ｉ＃１１１を設け、この補助シール機構１１でリップ
形シールリング６に加わろうとする衝撃的荷重を吸収さ
せたことにある。

補助シール装置２１１は、ピストン２の外周面に設けら
れた環状溝１２と、この環状溝１２内に装着され自己ｍ
滑性を有する弗素樹脂等で薄肉円筒状に形成された補助
シールリング１３と、環状溝１２内に装着され補助シー
ルリング１３を、その上下端を環状溝１２内に挟み込ん
だ状態でシリンダ１の内周面に押付けるＯリング１４と
で構成されている。

このような構成であると、第８図に示すＡ点から８点で
示すように膨張室４内の圧力が急激に高くなると、この
圧力がリップ形シールリング６に加わろうとするが、リ
ップ形シールリング６と膨張室４との間には補助シール
装置１１が介挿されているので、膨張室４内の圧力が直
接的にリップ形シールリング６に加わるようなことはな
く、補助シール装置１１から漏れたガス分の圧力が加わ
ることになる。したがって、膨張室４内の圧力が急激に
高くなったとき、ピストン２が下死点側へ向けて移動し
てもリップ形シールリング６の摺動面の面圧が異常に大
きくなることはない。このため、リップ形シールリング
６に過大な摩耗が発生するのを防止でき、結局、リップ
形シールリング６のシール特性に影響を与えることなく
、このシールリングの長寿命化を実現することができる
。

なお、このとき補助シール装置１１には衝撃的荷重が加
わるが、この補助シール装＠１１は円筒状のシールリン
グ１３と０リング１４とを主体に構成されているため、
シール性能には劣るが構成的に衝撃的荷重の影響は受は
難い。したがって、Ｉｌｉ撃的荷重で補助シール装置１
１の摩耗が促進されるようなこともない。この実施例に
おいて、一段の補助シール装置だけではリップ形シール
リング６に加わる衝撃的荷重を吸収できないときには補
助シール装置を二段あるいは三段設けるようにしてもよ
い。

なお９本発明は上記実施例に限定されるものではない。

すなわち、上記実施例ではリップ形シールリング６が設
けられている位置より上流側に補助シール装置を介挿し
て衝撃的荷重を吸収させるようにしているが、リップ形
シールリング６が設けられている位置より下流側に吸収
機構を設けるようにしてもよい。

第２図はリップ形シールリング６が設けられている位置
より下流側に吸収機構を設けた実施例を示している。す
なわち、この実施例ではリップ形シールリング６が装着
されている環状溝５の上死点側に位置する側面１５とリ
ップ形シールリング６との間に金属製のリング１６を軸
方向に移動自在に装着し、さらにリング１６と側面１５
との間にゴム等の粘弾性材で形成されたリング、この実
施例ではゴム製の０リング１７を介在させている。

なお、リング１６の装着されている部分は深溝１８とな
っており、この深溝１８によってリング１６の軸方向移
動範囲が規制されている。

このような構成であると、膨張室内の圧力が急激に増加
すると、リップ形シールリング６に衝撃的な荷重が加わ
ろうとする。しかし、リップ形シールリング６と側面１
５との間には軸方向に移動自在なリング１６を介してＯ
リング１７が装着されているので、このＯリング１７が
第３図に示すように変形し、この変形によって衝撃的荷
重が吸収されることになる。したがって、前記実施例と
同様にリップ形シールリング６の過大な摩耗を防止でき
ることになる。なお、リング１６は、リップ形シールリ
ング６に加わった衝撃的荷重をＯリング１７に伝える際
に、０リング１７が過度に変形してピストン２とシリン
ダ１との間に噛み込まれるのを防止するとともにＯリン
グ１７が弾性変形範囲を越えるのを防止している。

第４図は本発明の別の実施例を局部的に示すものである
。この実施例では第２図に示したリング１６を省略した
ものとなっている。このように構成しても前記各実施例
と同様の効果を発揮させることができる。

第５図は本発明の別の実施例を局部的に示すものである
。この実施例は、第４図に示すＯリング１７を粘弾性材
で形成された角形リング１９に代えたものとなっている
。このように構成しても前記各実施例と同様の効果を発
揮させることができる。

なお、上述した各実施例は１本発明に係るシール装置を
ヘリウム液化冷凍機の膨張エンジンに組み込んだ例であ
るが１本発明はこの使用例に限定されるものではなく、
シリンダとピストンとの間に存在する隙間をシールする
とき全般に適用できることは勿論である。また、シール
リングを設けるだめの環状溝もピストン側に限らず、シ
リンダ側に設けるようにしてもよい。また、環状溝の設
けられる要素は、環状溝の部分で軸方向に接続される構
造を採用していることは勿論である。

［発明の効果］ 以上述べたように１本発明によれば、リップ形シールリ
ングの特徴を損うことなく、リップ形シールリングの長
寿命化を図れ、もって保守の容易化および連続運転の可
能化に寄与できるシール装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るシール装置を組込んだ
膨張エンジンの局部的構成図、第２図は本発明の別の実
施例に係るシール装置を組み込んでなる膨張エンジンの
局部的構成図、第３図は同シール装置の動作を説明する
ための図、第４図は本発明のさらに別の実施例に係るシ
ール装置を組み込んでなる膨張エンジンの局部的構成図
、第５図は本発明の異なる実施例に係るシール装置を組
み込んでなる膨張エンジンの局部的構成図、第６図は従
来のシール装置を組み込んでなる膨張エンジンの局部的
構成図、第７図は同シール装置を拡大して示す図、第８
図は同シール装置の問題点を説明するための図である。 １・・・シリンダ、２・・・ピストン、５．１２・・・
環状溝。 ６・・・リップ形シールリング、８・・・板ばね、１１
・・・ｉ１面機構としての補助シール装置、１７・・・
緩衝線溝を構成するＯリング、１９・・・緩［ｉ機構を
構成する角形リング。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図　　　第３図 第４図　　　第５図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダとピストンとの間に存在する隙間をシー
   ルするシール装置において、前記シリンダの内周面また
   は前記ピストンの外周面に設けられた環状溝と、この環
   状溝内に開口部を前記隙間内の上流側に向けて装着され
   た横断面Ｕ字状のリップ形シールリングと、このリップ
   形シールリングを境にして上流側または下流側に設けら
   れ上記リップ形シールリングに加わる衝撃的荷重を吸収
   する緩衝機構とを具備してなることを特徴とするシール
   装置。
2. （２）前記緩衝機構は、前記シリンダの内周面または前
   記ピストンの外周面で、前記リップ形シールリングより
   上流側位置に設けられた補助環状溝と、この補助環状溝
   内に装着された薄肉円筒状の補助シールリングと、前記
   補助環状溝内に装着され前記補助シールリングを摺動相
   手面に押付けるＯリングとで構成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のシール装置。
3. （３）前記緩衝機構は、前記リップ形シールリングより
   下流側に配置され、上記リップ形シールリングに衝撃的
   荷重が加わったとき、この力を上記リップ形シールリン
   グを介して受け、その力で変形する粘弾性リングである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシール装
   置。
4. （４）前記リップ形シールリングは、自己潤滑性を有す
   る樹脂で形成されたものであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のシール装置。
5. （５）前記補助シールシングは、自己潤滑性を有する樹
   脂で形成されたものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載のシール装置。