WO2015125959A1 - シール機構 - Google Patents

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WO2015125959A1
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stopper
seal
axis
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礼 三原
智哉 角田
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株式会社Ihi
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    • F16J15/3204—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16J15/322—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip supported in a direction perpendicular to the surfaces
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    • F16J15/3204—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip
    • F16J15/3228—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip formed by deforming a flat ring

Definitions

  • the present invention relates to a sealing mechanism.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2014-31553 for which it applied to Japan on February 21, 2014, and uses the content here.
  • turbo pumps for rocket engines are extremely low temperature (for example, about -200 ° C)
  • a seal mechanism using a seal lip is not used. This is because the seal lip is generally formed of a material that becomes brittle at an extremely low temperature, such as an elastomer.
  • highly reliable resin materials have been developed even at extremely low temperatures, and a seal mechanism using a seal lip made of such materials is used in the above-mentioned cryogenic environment. It is considered that it will be used in future.
  • the material is highly reliable even at an extremely low temperature, it is a resin material, and therefore has a larger thermal expansion coefficient than that of a metal shaft or a metal housing. That is, the shrinkage rate when the temperature is changed from room temperature to extremely low temperature is greatly different between the resin seal lip and the metal shaft or housing.
  • the seal lip in order for the seal lip to shrink while maintaining the coaxial condition with the shaft, the seal lip needs to be held with an equal force around the axis. The lip is not necessarily held around the axis with equal force. For this reason, even if the centering of the seal lip and the shaft is accurately performed at room temperature, the shaft of the seal lip and the shaft of the shaft may not coincide with each other at an extremely low temperature. If the shaft of the seal lip and the shaft of the shaft deviate, the pressure distribution of the seal lip against the shaft will be biased in the circumferential direction of the seal lip. As a result, the rotational resistance of the shaft will increase and the sealing performance May get worse.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems.
  • a seal mechanism having a seal lip and used at an extremely low temperature the shaft of the seal lip and the shaft of the shaft are made to coincide even at an extremely low temperature.
  • the purpose is to provide a good seal.
  • the present invention adopts the following configuration as means for solving the above-described problems.
  • a seal mechanism including an annular and resin seal lip that is arranged coaxially with respect to a shaft and abuts on a peripheral surface of the shaft, and is made of a metal that surrounds the shaft.
  • a stopper provided on the housing and spaced apart from a peripheral surface of the shaft between a portion of the seal lip excluding an edge portion that directly contacts the shaft and the shaft, and the stopper includes the seal.
  • the shaft of the seal lip is made to coincide with the shaft of the shaft by coming into contact with the seal lip, which is made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than that of the material for forming the lip and is reduced in diameter upon cooling.
  • the stopper is provided in an annular shape around the axis of the shaft.
  • the stopper is formed of the same material as the housing.
  • the seal lip is provided at a position farther from the shaft than the edge and contacts the shaft side.
  • a bent portion having a surface is provided, and the stopper is disposed between the contact surface of the bent portion and the shaft.
  • the seal mechanism according to the present invention includes a stopper disposed apart from the peripheral surface of the shaft between the shaft and a portion other than the edge portion that directly contacts the shaft of the seal lip.
  • a stopper is provided in a housing provided around the shaft, and contacts the seal lip during cooling.
  • the seal lip contracts while being supported by the stopper, and the position of the seal lip in the contraction process can be defined.
  • the stopper allows the contracting seal lip axis to coincide with the shaft axis. Therefore, according to the present invention, in a seal mechanism having a seal lip and used at a cryogenic temperature, it is possible to achieve a good seal by matching the shaft of the seal lip and the shaft of the shaft even at a cryogenic temperature. It becomes.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the seal mechanism 1 of the present embodiment.
  • the seal mechanism 1 of the present embodiment is incorporated in a device (for example, a rocket engine turbo pump) that has a shaft S and a housing H that surrounds the shaft S and is used at a cryogenic temperature. It is done.
  • the shaft S and the housing H are metal members formed of, for example, a nickel base alloy or stainless steel.
  • FIG. 1A only a part of the shaft S and the housing H is shown.
  • Such a seal mechanism 1 includes a seal lip 2 and an attachment part 3 as shown in FIG. 1A.
  • FIG. 1B is a perspective view of the seal lip 2.
  • the seal lip 2 is an annular member centered on the axis L1, and is bent at a substantially central portion in a direction orthogonal to the axis L1.
  • the inner portion 21 located inside the bent portion (hereinafter referred to as the bent portion 20) has an edge portion 21a on the axis L1 side located on the high pressure side (left side of the seal mechanism 1 in FIG. 1A), and the bent portion 20
  • the side root portion 21b is tapered such that it is located on the low pressure side (the right side of the seal mechanism 1 in FIG. 1A). That is, the shape of the inner portion 21 is set so as to be narrowed toward the high-pressure side.
  • the edge portion 21a of the inner portion 21 is in contact with the outer peripheral surface of the shaft S as shown in FIG. 1A, and is in sliding contact with the shaft S when the shaft S rotates.
  • the outer portion 22 located outside the bent portion 20 is a portion disposed outside the inner portion 21, and is a thin plate-like annular portion having front and back surfaces orthogonal to the axis L1. As shown in FIG. 1A, such an outer portion 22 is a portion that is sandwiched between the attachment component 3 and the housing H, and functions as an attachment portion that is attached to the housing H.
  • the seal lip 2 is a resin member formed of a resin material that is not easily brittle at extremely low temperatures.
  • the material for the seal lip 2 include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyether ether ketone (PEEK), and the like.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PEEK polyether ether ketone
  • the above-mentioned materials are all resin materials, and have a higher thermal expansion coefficient than the metal materials forming the shaft S and the housing H. For this reason, the seal lip 2 contracts more greatly than the shaft S and the housing H when cooled from normal temperature to extremely low temperature.
  • Such a seal lip 2 is attached to the housing H so that the axis L1 overlaps the axis LS (see FIG. 1A) of the shaft S at room temperature. That is, the seal lip 2 is disposed so as to be coaxial with the shaft S.
  • the attachment part 3 is a part that attaches the seal lip 2 to the housing H and performs centering of the seal lip 2 that contracts during cooling, and includes a base portion 31 and a stopper 32.
  • the base portion 31 is an annular block-shaped portion having substantially the same size as the outer portion 22 of the seal lip 2 when viewed from the direction along the axis LS of the shaft S. As shown in FIG. 1A, the base portion 31 is fixed to the housing H with a bolt (not shown) or the like so as to sandwich the outer portion 22 of the seal lip 2.
  • the stopper 32 is provided closer to the shaft LS side of the shaft S than the base portion 31, and the tip 32a (see FIGS. 2A and 2B) on the shaft LS side is located closer to the inner portion 21 of the seal lip 2, and the root portion 32b. (Refer to FIGS. 2A and 2B) has a tapered shape located farther from the seal lip 2 than the tip 32a. That is, the shape of the stopper 32 is set so as to narrow toward the seal lip 2 side. Such a stopper 32 is arranged so that the tip 32 a enters between the root 21 b of the seal lip 2 and the shaft S.
  • the stopper 32 is disposed between the shaft S and the base portion 21b of the seal lip 2 (a portion excluding the edge portion 21a that directly contacts the shaft S) and the shaft S.
  • the shaft S is provided in an annular shape around the axis LS.
  • the stopper 32 is made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than the material for forming the seal lip 2, and is made of the same material as the housing H in the present embodiment. That is, when the housing H is formed of a nickel base alloy, the stopper 32 is also formed of a nickel base alloy. Note that the base portion 31 is also formed of the same material as the stopper 32. The base part 31 and the stopper 32 are integrated to form one attachment part 3. By fixing the mounting part 3 to the housing H, a stopper 32 is provided at a predetermined position with respect to the housing H.
  • Such a stopper 32 is in contact with the base portion 21b of the seal lip 2 whose diameter is reduced during cooling, so that the axis L1 of the seal lip 2 coincides with the axis LS of the shaft S when the diameter of the seal lip 2 is reduced. Guide the deformation in.
  • FIG. 2A is a schematic enlarged sectional view including a part of the sealing mechanism 1 at normal temperature
  • FIG. 2B is a schematic enlarged sectional view including a part of the sealing mechanism 1 at a cryogenic temperature.
  • a gap is formed between the stopper 32 and the root portion 21b of the seal lip 2 at room temperature.
  • the seal lip 2 is deformed by the stopper 32 so that the axis L1 of the seal lip 2 coincides with the axis LS of the shaft S. Is supported.
  • the seal mechanism 1 of the present embodiment as described above is separated from the peripheral surface of the shaft S between the shaft 21 and the root portion 21b of the seal lip 2 (a portion excluding the edge portion 21a that directly contacts the shaft S).
  • a stopper 32 is provided. Such a stopper 32 is provided in a housing H provided around the shaft S, and abuts against the seal lip 2 during cooling. As a result, the seal lip 2 contracts while being supported by the stopper 32, and the position of the seal lip 2 in the contraction process is defined. Therefore, the stopper 32 enables the axis L1 of the seal lip 2 that contracts to coincide with the axis LS of the shaft S. Therefore, according to the seal mechanism 1 of the present embodiment, it is possible to perform a good seal by matching the axis L1 of the seal lip 2 and the axis LS of the shaft S even at an extremely low temperature.
  • the stopper 32 is provided in an annular shape around the axis LS of the shaft S. For this reason, no matter how the seal lip 2 contracts, the axis L1 of the seal lip 2 and the axis LS of the shaft S are more reliably matched by the contact between the stopper 32 and the seal lip 2. Is possible.
  • the stopper 32 is formed of the same material as the housing H. For this reason, the stopper 32 and the housing H are similarly contracted during cooling, and the relative positional relationship of the stopper 32 with respect to the housing H does not change. Therefore, even during cooling, a change in the relative positional relationship of the stopper 32 with respect to the axis LS of the shaft S is prevented, and the axis L1 of the seal lip 2 and the axis LS of the shaft S can be matched more reliably. .
  • 3A and 3B are schematic enlarged sectional views including a part of the seal mechanism 1A of the present embodiment.
  • 3A is a schematic enlarged cross-sectional view including a part of the sealing mechanism 1 at normal temperature
  • FIG. 3B is a schematic enlarged cross-sectional view including a part of the sealing mechanism 1 at cryogenic temperature.
  • the seal mechanism 1A includes a mounting part 3 that does not have the stopper 32 described in the first embodiment, a seal lip 4 that has a bent portion 41, and a housing H.
  • a stopper 5 provided integrally therewith is provided.
  • the seal lip 4 has an annular shape similar to that of the seal lip 2 of the first embodiment, and is arranged so that the inner edge 42 abuts the outer peripheral surface of the shaft S.
  • the bent portion 41 of the seal lip 4 is provided at the end portion on the outer peripheral side of the seal lip 4 that is located farther from the shaft S than the edge portion 42 that contacts the shaft S, and is disposed so as to face the shaft S side.
  • the contact surface 41a is provided.
  • Such a seal lip 4 is formed of the same material as the seal lip 2 of the first embodiment.
  • the stopper 5 is made of the same material as the housing H, and is disposed between the bent portion 41 and the shaft S.
  • the stopper 5 has an annular shape having a smaller diameter than the contact surface 41a of the bent portion 41, and the outer peripheral surface thereof is disposed to face the contact surface 41a of the bent portion 41 as shown in FIG. 3A. .
  • FIG. 3B such a stopper 5 is in contact with the contact surface 41a of the seal lip 4 whose diameter is reduced during cooling so that the axis of the seal lip 4 coincides with the axis of the shaft S. Guides the deformation of the lip 4 when the diameter is reduced.
  • the axis of the contracting seal lip 4 can be made to coincide with the axis of the shaft S by the stopper 5 as in the sealing mechanism of the first embodiment. Therefore, according to the seal mechanism 1A of the present embodiment, it is possible to perform a good seal by matching the axis of the seal lip 4 and the axis of the shaft S even at an extremely low temperature.
  • the contact surface 41a of the bent portion 41 faces the shaft S side so as to be orthogonal to the radial direction of the shaft S.
  • the stopper 5 can be brought into contact with the seal lip 4 from the surface facing the direction). Therefore, the seal lip 4 can be reliably guided.
  • FIG. 4A and 4B are enlarged sectional views schematically showing modifications of the present invention.
  • 4A is an enlarged cross-sectional view at normal temperature
  • FIG. 4B is an enlarged cross-sectional view at extremely low temperature.
  • a sealing mechanism 1B whose shape is reversed from that of the sealing mechanism 1 may be installed on the higher pressure side of the sealing mechanism 1 of the first embodiment.
  • a fluid having a higher sealing property can be obtained by sealing a fluid such as a flushing gas between the seal mechanism 1 and the seal mechanism 1A.

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Abstract

シャフト（Ｓ）に対して同軸に配置されると共にシャフトの周面に当接する環状かつ樹脂製のシールリップ（２）を備えるシール機構（１）であって、シャフトを囲う金属製のハウジング（Ｈ）に設けられると共に、シールリップのシャフトと直接当接する縁部を除く箇所とシャフトとの間にシャフトの周面と離間して配置されるストッパ（３）を備え、ストッパは、シールリップの形成材料よりも熱膨張係数が小さい材料からなり、冷却時に縮径するシールリップと当接することにより、シールリップの軸をシャフトの軸（ＬＳ）と一致させる。

Description

シール機構
　本発明は、シール機構に関する。
　本願は、２０１４年２月２１日に日本に出願された特願２０１４－３１５５３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来から、例えば特許文献１及び特許文献２に示すようなシールリップを用いたシール機構が用いられている。このようなシール機構では、環状のシールリップの内側の縁部がシャフトの周面に当接された状態で配置され、シャフトが回転するときにはシールリップがシャフトに対して摺動した状態でシールを行う。
国際特許出願公開第２０１０／０６１６７０号 国際特許出願公開第２００６／０６８０４７号
　一方、ロケットエンジン用のターボポンプ等では、極低温（例えば、－２００°Ｃ程度）となるため、シールリップを用いたシール機構は用いられていない。これは、一般的にシールリップがエラストマ等の極低温において脆くなる材料によって形成されていることによる。ただし、近年の技術の進歩により、極低温においても信頼性の高い樹脂材料が開発されてきており、このような材料からなるシールリップを用いたシール機構を上述のような極低温の環境で使用する装置に用いることが今後考えられる。
　しかしながら、極低温においても信頼性が高い材料であっても、樹脂材であることから、金属製のシャフトや同様に金属製のハウジングに対して熱膨張係数が大きい。つまり、常温から極低温となったときの収縮率は、樹脂製のシールリップと、金属製のシャフトやハウジングとで大きく異なる。このような場合に、シールリップがシャフトと同軸状態を維持して収縮するには、シールリップが軸周りに均等な力で保持される必要があるが、当然に存在する組み付け誤差等によって、シールリップは必ずしも軸周りに均等な力で保持されない。このため、常温において、シールリップとシャフトとの芯出しが正確に行われていたとしても、極低温においてシールリップの軸とシャフトの軸とが一致していない可能性がある。シールリップの軸とシャフトの軸とがずれた場合には、シールリップのシャフトに対する押圧力分布に、シールリップの周方向における偏りが生じ、その結果、シャフトの回転抵抗が増加したり、シール性が悪化したりする可能性がある。
　本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、シールリップを有すると共に極低温で用いられるシール機構において、極低温であってもシールリップの軸とシャフトの軸とを一致させることで良好なシールを行うことを目的とする。
　本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
　本発明に係る第１の態様は、　シャフトに対して同軸に配置されると共に上記シャフトの周面に当接する環状かつ樹脂製のシールリップを備えるシール機構であって、上記シャフトを囲う金属製のハウジングに設けられると共に、上記シールリップの上記シャフトと直接当接する縁部を除く箇所と上記シャフトとの間に上記シャフトの周面と離間して配置されるストッパを備え、上記ストッパが、上記シールリップの形成材料よりも熱膨張係数が小さい材料からなり、冷却時に縮径する上記シールリップと当接することにより、上記シールリップの軸を上記シャフトの軸と一致させる。
　　本発明に係る第２の態様は、上記第１の態様において、上記ストッパが、上記シャフトの軸を中心として環状に設けられている。
　本発明に係る第３の態様は、上記第１または第２の態様において、上記ストッパが、上記ハウジングと同一の材料によって形成されている。
　本発明に係る第４の態様は、上記第１～第３のいずれかの態様において、上記シールリップが、上記縁部よりも上記シャフトから離間した位置に設けられると共に上記シャフト側を向く当接面を有する屈曲部を有し、上記ストッパが、上記屈曲部の上記当接面と上記シャフトとの間に配置されている。
　本発明に係るシール機構は、シールリップのシャフトと直接当接する縁部を除く箇所とシャフトとの間にシャフトの周面と離間して配置されるストッパを備えている。このようなストッパは、シャフトの周囲に設けられたハウジングに設けられており、冷却時にシールリップに当接する。この結果、シールリップはストッパに支えられた状態で収縮することになり、シールリップの収縮過程における位置を規定することができる。よって、ストッパによって、収縮するシールリップの軸をシャフトの軸と一致させることが可能となる。したがって、本発明によれば、シールリップを有すると共に極低温で用いられるシール機構において、極低温であってもシールリップの軸とシャフトの軸とを一致させることで良好なシールを行うことが可能となる。
本発明の第１実施形態のシール機構の概略構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第１実施形態のシール機構が備えるシールリップの斜視図である。 常温時における本発明の第１実施形態のシール機構の一部を含む模式的な拡大断面図である。 極低温時における本発明の第１実施形態のシール機構の一部を含む模式的な拡大断面図である。 常温時における本発明の第２実施形態のシール機構の一部を含む模式的な拡大断面図である。 極低温時における本発明の第２実施形態のシール機構の一部を含む模式的な拡大断面図である。 常温時における本発明の変形例の模式的な拡大断面図である。 極低温時における本発明の変形例の模式的な拡大断面図である。
　以下、図面を参照して、本発明に係るシール機構の実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
（第１実施形態）
　図１Ａは、本実施形態のシール機構１の概略構成を模式的に示す断面図である。本実施形態のシール機構１は、図１Ａに示すように、シャフトＳとシャフトＳを囲うハウジングＨとを有すると共に極低温にて用いられる装置（例えば、ロケットエンジン用ターボポンプ）に組み込まれて用いられる。なお、シャフトＳ及びハウジングＨは、例えば、ニッケル基合金やステンレス鋼によって形成された金属製の部材である。また、図１Ａにおいては、シャフトＳ及びハウジングＨの一部のみを図示している。
　このようなシール機構１は、図１Ａに示すように、シールリップ２と、取付部品３とを備えている。図１Ｂは、シールリップ２の斜視図である。図１Ｂに示すように、シールリップ２は、軸Ｌ１を中心とする環状の部材であり、軸Ｌ１と直交する方向における略中央部にて屈曲されている。
　屈曲された箇所（以下、屈曲箇所２０と称する）の内側に位置する内側部２１は、軸Ｌ１側の縁部２１ａが高圧側（図１Ａにおいてシール機構１の左側）に位置し、屈曲箇所２０側の根元部２１ｂが低圧側（図１Ａにおいてシール機構１の右側）に位置するテーパ形状とされている。つまり、内側部２１の形状は、高圧側に向けて窄むように設定されている。このような内側部２１の縁部２１ａは、図１Ａに示すようにシャフトＳの外周面に対して当接されており、シャフトＳが回転したときにはシャフトＳに対して摺接される。
　屈曲箇所２０の外側に位置する外側部２２は、内側部２１の外側に配置された部位であり、軸Ｌ１に対して直交する表裏面を有する薄板状の環状部である。このような外側部２２は、図１Ａに示すように、取付部品３とハウジングＨとに狭持される部位であり、ハウジングＨに対して取り付けられる取付部として機能する。
　このシールリップ２は、極低温において脆くなり難い樹脂材料によって形成された樹脂製の部材である。例えば、このようなシールリップ２の材料としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が挙げられる。また、ポリテトラフルオロエチレンをベース材としてポリエーテルエーテルケトンを添加した材料や、ポリエーテルエーテルケトンをベース材としてポリテトラフルオロエチレン（その他フッ素系樹脂でも良い）を添加した材料を用いてシールリップ２を形成することもできる。
　上述の材料は、どれも樹脂材料であり、シャフトＳやハウジングＨを形成する金属材料よりも熱膨張係数が高い。このため、シールリップ２は、常温から極低温に冷却されたときには、シャフトＳやハウジングＨよりも大きく収縮する。
　このようなシールリップ２は、常温において、軸Ｌ１がシャフトＳの軸ＬＳ（図１Ａ参照）と重なるように、ハウジングＨに取り付けられる。つまり、シールリップ２は、シャフトＳに対して同軸をなすように配置されている。
　取付部品３は、シールリップ２をハウジングＨに対して取り付けると共に、冷却時に収縮するシールリップ２の芯出しを行う部品であり、ベース部３１と、ストッパ３２とを備えている。
　ベース部３１は、シャフトＳの軸ＬＳに沿った方向から見て、シールリップ２の外側部２２と略同一の大きさとされた環状のブロック状の部位である。このベース部３１は、図１Ａに示すように、シールリップ２の外側部２２を挟み込むようにしてハウジングＨに対して不図示のボルト等によって固定されている。
　ストッパ３２は、ベース部３１よりもシャフトＳの軸ＬＳ側に設けられており、軸ＬＳ側の先端３２ａ（図２Ａ及びＢ参照）がシールリップ２の内側部２１寄りに位置し、根元部３２ｂ（図２Ａ及びＢ参照）が先端３２ａよりもシールリップ２から遠方に位置するテーパ形状とされている。つまり、ストッパ３２の形状は、シールリップ２側に向けて窄むように設定されている。このようなストッパ３２は、先端３２ａがシールリップ２の根元部２１ｂとシャフトＳとの間に入り込むように配置されている。
　つまり、このようストッパ３２は、シールリップ２の根元部２１ｂ（シャフトＳと直接当接する縁部２１ａを除く箇所）とシャフトＳとの間にシャフトＳの外周面と離間して配置されており、シャフトＳの軸ＬＳを中心として環状に設けられている。
　また、ストッパ３２は、シールリップ２の形成材料よりも熱膨張係数が小さい材料からなり、本実施形態においては、ハウジングＨと同一の材料から形成されている。つまり、ハウジングＨがニッケル基合金によって形成されている場合は、ストッパ３２もニッケル基合金によって形成される。なお、ベース部３１もストッパ３２と同一の材料によって形成されている。これらのベース部３１とストッパ３２とが一体化されて１つの取付部品３が形成されている。このような取付部品３がハウジングＨに対して固定されることにより、ハウジングＨに対する所定の位置にストッパ３２が設けられている。
　このようなストッパ３２は、冷却時に縮径するシールリップ２の根元部２１ｂと当接することによって、シールリップ２の軸Ｌ１がシャフトＳの軸ＬＳと一致するように、シールリップ２の縮径時における変形をガイドする。
　図２Ａは常温時のシール機構１の一部を含む模式的な拡大断面図であり、図２Ｂは極低温時のシール機構１の一部を含む模式的な拡大断面図である。図２Ａに示すように、常温時には、ストッパ３２とシールリップ２の根元部２１ｂとの間には隙間が形成されている。シール機構１が冷却されて、ハウジングＨ、シャフトＳ及びストッパ３２に対して、シールリップ２が大きく収縮すると、図２Ｂに示すように、シールリップ２の根元部２１ｂがストッパ３２に当接する。ここでストッパ３２の形状がシャフトＳの軸ＬＳを中心とする環状とされていることから、ストッパ３２によって、シールリップ２の軸Ｌ１がシャフトＳの軸ＬＳと一致するようにシールリップ２の変形がサポートされる。
　以上のような本実施形態のシール機構１は、シールリップ２の根元部２１ｂ（シャフトＳと直接当接する縁部２１ａを除く箇所）とシャフトＳとの間にシャフトＳの周面と離間して配置されるストッパ３２を備えている。このようなストッパ３２は、シャフトＳの周囲に設けられたハウジングＨに設けられており、冷却時にシールリップ２に当接する。この結果、シールリップ２はストッパ３２に支えられた状態で収縮することになり、シールリップ２の収縮過程における位置が規定される。よって、ストッパ３２によって、収縮するシールリップ２の軸Ｌ１をシャフトＳの軸ＬＳと一致させることが可能となる。したがって、本実施形態のシール機構１によれば、極低温であってもシールリップ２の軸Ｌ１とシャフトＳの軸ＬＳとを一致させることで良好なシールを行うことが可能となる。
　また、本実施形態のシール機構１においては、ストッパ３２が、シャフトＳの軸ＬＳを中心として環状に設けられている。このため、シールリップ２がどのように収縮した場合であっても、ストッパ３２とシールリップ２との当接により、より確実にシールリップ２の軸Ｌ１とシャフトＳの軸ＬＳとを一致させることが可能となる。
また、本実施形態のシール機構１においては、ストッパ３２がハウジングＨと同一の材料によって形成されている。このため、冷却時にストッパ３２とハウジングＨとが同様に収縮することになり、ハウジングＨに対するストッパ３２の相対的な位置関係が変化しない。よって、冷却時においてもストッパ３２のシャフトＳの軸ＬＳに対する相対的な位置関係の変化が防止され、より確実にシールリップ２の軸Ｌ１とシャフトＳの軸ＬＳとを一致させることが可能となる。
（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略する。
　図３Ａ及びＢは、本実施形態のシール機構１Ａの一部を含む模式的な拡大断面図である。なお、図３Ａは、常温時のシール機構１の一部を含む模式的な拡大断面図であり、図３Ｂは極低温時のシール機構１の一部を含む模式的な拡大断面図である。
　これらの図に示すように、本実施形態のシール機構１Ａは、上記第１実施形態において説明したストッパ３２を有していない取付部品３と、屈曲部４１を有するシールリップ４と、ハウジングＨに対して一体的に設けられたストッパ５とを備えている。
　シールリップ４は、上記第１実施形態のシールリップ２と同様の環状とされており、内側の縁部４２がシャフトＳの外周面に当接するように配置されている。シールリップ４の屈曲部４１は、シャフトＳに当接する縁部４２よりもシャフトＳから離間した位置であるシールリップ４の外周側の端部に設けられており、シャフトＳ側を向くように配置される当接面４１ａを有している。このようなシールリップ４は、第１実施形態のシールリップ２と同様の材料によって形成されている。
　ストッパ５は、ハウジングＨと同一の材料から形成されており、屈曲部４１とシャフトＳとの間に配置されている。このストッパ５は、屈曲部４１の当接面４１ａよりも径の小さな環状とされており、図３Ａに示すように、外周面が屈曲部４１の当接面４１ａに対向して配置されている。このようなストッパ５は、図３Ｂに示すように、冷却時に縮径するシールリップ４の当接面４１ａと当接することによって、シールリップ４の軸がシャフトＳの軸と一致するように、シールリップ４の縮径時における変形をガイドする。
　このような本実施形態のシール機構１Ａにおいても、上記第１実施形態のシール機構と同様に、ストッパ５によって、収縮するシールリップ４の軸をシャフトＳの軸と一致させることが可能となる。したがって、本実施形態のシール機構１Ａによれば、極低温であってもシールリップ４の軸とシャフトＳの軸とを一致させることで良好なシールを行うことが可能となる。
　さらに、本実施形態のシール機構１Ａにおいては、屈曲部４１の当接面４１ａがシャフトＳの半径方向と直交するようにシャフトＳ側を向いているため、収縮方向の正面（シールリップ４の収縮方向と対向する面）からストッパ５をシールリップ４に対して当接させることができる。よって、確実にシールリップ４をガイドすることが可能となる。
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
　図４Ａ及びＢは、本発明の変形例を模式的に示す拡大断面図である。図４Ａは、常温時の拡大断面図であり、図４Ｂは極低温時の拡大断面図である。これらの図に示すように、上記第１実施形態のシール機構１のさらに高圧側に、シール機構１と形状が反転されたシール機構１Ｂを設置するようにしても良い。このような場合には、これらのシール機構１とシール機構１Ａとの間にフラッシングガス等の流体を封入してよりシール性の高い構造とすることができる。
　シールリップを有すると共に極低温で用いられるシール機構において、極低温であってもシールリップの軸とシャフトの軸とを一致させることで良好なシールを行うことが可能となる。
　１、１Ａ、１Ｂ　シール機構
２、４　シールリップ
３　取付部品
５、３２　ストッパ
２０　屈曲箇所
２１　内側部
２１ａ、４２　縁部
２１ｂ　根元部
２２　外側部
３１　ベース部
３２ａ　先端
３２ｂ　根元部
４１　屈曲部
４１ａ　当接面
Ｈ　ハウジング
Ｌ１　シールリップの軸
ＬＳ　シャフトの軸
Ｓ　シャフト

Claims (8)

  1. 　シャフトに対して同軸に配置されると共に前記シャフトの周面に当接する環状かつ樹脂製のシールリップを備えるシール機構であって、
    　前記シャフトを囲う金属製のハウジングに設けられると共に、前記シールリップの前記シャフトと直接当接する縁部を除く箇所と前記シャフトとの間に前記シャフトの周面と離間して配置されるストッパを備え、
    　前記ストッパは、前記シールリップの形成材料よりも熱膨張係数が小さい材料からなり、冷却時に縮径する前記シールリップと当接することにより、前記シールリップの軸を前記シャフトの軸と一致させる、
    　シール機構。
  2. 　前記ストッパが、前記シャフトの軸を中心として環状に設けられている請求項１に記載のシール機構。
  3. 　前記ストッパが、前記ハウジングと同一の材料によって形成されている請求項１に記載のシール機構。
  4. 　前記ストッパが、前記ハウジングと同一の材料によって形成されている請求項２に記載のシール機構。
  5. 　前記シールリップが、前記縁部よりも前記シャフトから離間した位置に設けられると共に前記シャフト側を向く当接面を有する屈曲部を有し、
    　前記ストッパが、前記屈曲部の前記当接面と前記シャフトとの間に配置されている請求項１に記載のシール機構。
  6. 　前記シールリップが、前記縁部よりも前記シャフトから離間した位置に設けられると共に前記シャフト側を向く当接面を有する屈曲部を有し、
    　前記ストッパが、前記屈曲部の前記当接面と前記シャフトとの間に配置されている請求項２に記載のシール機構。
  7. 　前記シールリップが、前記縁部よりも前記シャフトから離間した位置に設けられると共に前記シャフト側を向く当接面を有する屈曲部を有し、
    　前記ストッパが、前記屈曲部の前記当接面と前記シャフトとの間に配置されている請求項３に記載のシール機構。
  8. 　前記シールリップが、前記縁部よりも前記シャフトから離間した位置に設けられると共に前記シャフト側を向く当接面を有する屈曲部を有し、
    　前記ストッパが、前記屈曲部の前記当接面と前記シャフトとの間に配置されている請求項４に記載のシール機構。
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