(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状で且つ薄板状の上側レール部材および下側レール部材、ならびに該両レール部材を連結し、複数個の油孔を周方向に離間して有する環状溝部を外周側に備えた支柱部とが一体成形され、一個所に切り口を有する鋼製油かきリング本体と、該環状溝部に伸張された状態で装着され、該支柱部を内径方向に押圧し該上側レール部材および下側レール部材の内周端面をピストンロッドの外周面に圧接させる環状コイルスプリングとでなる組合せ油かきリングを備えることを特徴とするピストンロッド用シール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸方向に往復動をおこなう軸まわりをシールするロッドシール装置に関し、更に詳しくは、特に船舶用等の大型２サイクルディーゼルエンジンなどにおいて使用されるピストンロッド用シール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に船舶用等の大型２サイクルディーゼルエンジンでは、エンジンの掃気室とクランク室との間に隔壁が設けられており、ピストンロッドは隔壁に設けられていてシール装置を収容するスタフィングボックスを通して往復動する。スタフィングボックスに収容されているロッドシール装置は、一般に上部、即ち掃気室側部に掃気室の気密を保持するための気密リングを有し、その下部、即ちクランク室側部にはピストンロッドの往復動に伴ってのクランク室から掃気室側への潤滑油の流出を阻止するための油かきリングが装着されている。ここで、油かきリングは、図９のＡに示すように複数に径方向に分割（図においては３分割）されたリング部片の組合せ及び図９のＢに示すように接線方向に分割されたリング部片の組合せで構成され外周にコイルスプリングを配接した２種のリングａ、ｂを重ね合わせて図１０に示すようにリング溝に装着し、コイルスプリングの収縮力によりその内周面がピストンロッドの外周面に圧接され、ピストンロッドの往復動に際して該ピストンロッド表面に付着して掃気室側に移動する潤滑油を掻き落し、潤滑油の過剰の消費を防止する手段としている。なお、ピストンロッド用シール装置に使用されるこの種の従来の油かきリングの中には、ピストンロッド外周面との摺動面に周溝が設けられ、この溝から径方法に細孔を設け、掻き落された潤滑油の除去排出を容易にする手段としたものも実用されている。
【０００３】
これらの従来の油かきリングは、高級鋳鉄、低リン鋳鉄、銅合金あるいは樹脂材で製作され、図１０に断面で示すように多段に装着される。
【０００４】
従来の分割形リングはその外周側に配設された環状コイルスプリングの収縮力により内方に押され、各リング部片の内周面がピストンロッド外周面に摺接し、ピストンロッド外周面の潤滑油を掻き除く作用をするわけであるが、従来の鋳鉄製あるいは銅合金製の油かきリングの場合、その分割形リングを構成する各リング部片は、剛性の高いブロック状として製作されているので、各リング部片の内周の曲率とピストンロッド外周の曲率とが相違する場合には環状コイルスプリングの収縮力の作用によってしてもピストンロッド外周面への追従変形が不可能であり、各リング部片の内周面が全周にわたってピストンロッド外周面に接し得ず、その間に間隙を生じるとともに両部材間の局所的な接触摺動によりピストンロッド外周面にキズや偏摩耗が生じて、潤滑油の掻き残しを生じ充分な油かき性能が得られない難がある。
【０００５】
なお、銅合金製油かきリングの場合には、その材質が比較的軟質であるので、使用の初期段階において摺動相手であるピストンロッドの外周形状に倣って摩耗が進行し、比較的早期に馴染み摺動面が形成され易く、したがって比較的良好な気密性が得られる利点がある。反面、摩耗が進行することによりピストンロッド摺動面との接触面積が増大して単位接触面積当りの接触面圧が低下し、その結果、油かき機能が低下し、潤滑油の消費を増大させる難がある。
【０００６】
鋳鉄製あるいは銅合金製油かきリング等の上記難点を解消する手段として、製作段階において歪取り熱処理を施すとともに加工後においては内部応力により生じる変形を除去する修正加工を更に施して高精度な製品を得る手段や、あるいは更に油かきリングの組付けに際して現物摺り合わせをおこない両組合せ部材間の寸法のマッチングを図る手段等が提案され実施されている。
【０００７】
しかしながら、これらの手段は煩雑な工数の増加を伴い経費の増大を招く手段であるとともに、ピストンロッドの円筒形状が不規則である場合には、前記手段を講じても、即ち、高精度な製品（油かきリング）を得られたとしてもあるいは現物摺り合わせをおこなったとしても、前記難点は解消し得ない。
【０００８】
なお、樹脂材、例えば４フッ化エチレン樹脂等を油かきリングの材料とする場合、剛性が低くピストンロッド外周面への内周当りが良好であり初期なじみが良く、したがって、初期においては良好な油かき性能が期待できるが、長期使用では潤滑油を吸湿して軟化し、摩耗を増大させ、困難な作業と径費を要する部品交換の必要が早期に生じる難がある。
【０００９】
【発明が解決しよとする課題】
本発明は、前記従来技術における難点を解消してピストンロッドの運動に伴って消費される潤滑油の消費を低減させるために、ピストンロッド外周面に対して良好に追従接触して良好な油かき性能を発揮するピストンロッド用シール装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明においては、円環状の上側レール部材および下側レール部材ならびに該両レール部材を連結し、複数個の油孔を周方向に離間して有する環状溝部を外周側に備えた支柱部とが一体成形され、一個所に切り口を有する鋼製油かきリング本体と、該環状溝部に伸張された状態で装着され、該支柱部を内径方向に押圧し該上側レール部材および下側レール部材の内周端面をピストンロッドの外周面に圧接させる環状コイルスプリングとでなる組合せ油かきリングを備えるピストンロッド用シール装置を提供する。なお、本発明においては、油かきリングの摺動部位に軟窒化、イオン窒化やガス窒化等の各種の窒化処理、クロムめっきやＮｉ−Ｐ系の複合分散めっき等のめっき処理、あるいはＣＶＤ、ＰＶＤによる耐摩耗性処理層を形成することが油かきリングの耐久性を更に向上させる上で望ましく、また、更に四三酸化鉄層の形成処理、パーカライジング処理、錫めっき処理等による表面処理層を形成させ、初期なじみ性を一層改善する手段とすることもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図示の実施例にもとづき説明する。なお、実施例は本発明を説明するためのものであって、本発明の範囲はこれに制約されるものではない。図１は、本発明の第１実施例に係る油かきリング１の構造を示す断面図であり、油かきリング１が矢印Ａ方向に往復動するピストンロッド８を外周側から握持するように装着されている状態を示す。また、本例の油かきリングの部分斜視図を図３に示す。ここで、油かきリング１は、上側レール部材２と下側レール部材３とが支柱部４により一体に連結されており、支柱部４はその外周側に環状の谷部６とその谷底部に周方向に離間して多数個の油流通孔５を有し、該谷部６には油流通孔と干渉しないように、即ち該谷部を構成する傾斜面に対接させた状態で伸張状態の環状コイルスプリング７が装着されている。なお、本実施例の上下レール部材２、３および支柱部４でなる油かきリング本体は、全体で断面略Ｍ字形をなしており、薄い鋼帯を型ロール成形することにより一個所に切り口を有する円環状に成形して一体に構成されている。環状コイルスプリング７は、その収縮力により支柱部４を径方向内方に押圧し、上下レール部材２、３の内周端をピストンロッド８の外周面１４に圧接させ、ピストンロッド周面からの油かき作用を効果的にする。
【００１２】
上記実施例の油かきリング本体は、断面略Ｍ字形をなすように薄い鋼帯から一体成形されたのであるから柔軟性があり、したがって、環状コイルスプリング７の収縮力により上下レール部材２、３の内周端が全周にわたりピストンロッド外周面に容易に追従接触し、初期の段階から良好な油かき性能が発揮される。また、上下レール部材は薄板状をなしているので、摩耗の進行に際しても接触面積を増大させることがなく、したがって、長期にわたり良好な油掻き性能が維持される。
【００１３】
なお、９は、油かきリングの耐久性を更に向上させ、あるいは初期なじみ性を一層改善するに有効な表面処理層を示す。
【００１４】
図２は、本発明の第２の実施例に係る油かきリング１の構造を示す断面図であり、前記図１に対応している。本実施例においても、油かきリング１は、上側レール部材２と下側レール部材３とが支柱部４により一体に連結されており、支柱部４はその外周側に環状の谷部６とその谷底部に周方向に離間して多数個の油流通孔５を有し、該谷部６には伸張状態の環状コイルスプリング７が装着されている。なお、本実施例の上下レール部材２、３および支柱部４でなる油かきリング本体は、全体で断面略Ｉ字形またはＨ字形をなしており、所定のＩ形あるいはＨ形に引き抜き加工して得られた異型線材をコイル加工により一個所に切り口を有する円環状に成形することにより一体に成形することができる。環状コイルスプリング７は、その収縮力により支柱部４を径方向内方に押圧し、上下レール部材２、３の内周端をピストンロッド８の外周面に圧接させ、ピストンロッド周面からの油かき作用を有効にする。
【００１５】
上記第２の実施例においても、油かきリングの上下レール部材および支柱部は断面略Ｉ字形またはＭ字形をなすように一体成形されているので柔軟性があり、したがって、環状コイルスプリング７の収縮力により上下レール部材２、３の内周端が全周にわたりピストンロッド外周面に容易に追従接触し、初期の段階から良好な油かき性能が発揮される。また、上下レール部材は薄板状をなしているので、摩耗の進行に際しても接触面積を増大させることがなく、したがって、長期にわたり良好な油掻き性能が維持される。
【００１６】
図４は本発明における第３の実施例の油かきリングの構造を示す部分斜視図である。本実施例においては、油かきリング１は、下側レール部材３と支柱部４とが一体に成形されており、上側レール部材２２は合い口を有し自己張力を有さない環状のサイドレール２２として別体で成形されいる。
環状のサイドレール２２は支柱部４の上部に形成されているサイドレール支持部により支持されて該支柱部に保持されている。
ここで、前記サイドレール支持部は、図５に装着状態で示されるように、油かきリングのサイドレール２２の内周側近傍の下側面に対接して該サイドレール２２を支える支持用突起部１０とサイドレール２２の外周端縁に対接して該サイドレール２２を内周方向に押圧する耳部１１を有しており、サイドレール２２は環状コイルスプリング７の収縮力の作用を該耳部１１を介して受け、サイドレール２２の内周端縁がピストンロッド８の外周面１４に圧接摺動する。
同時に、下側レール部材３の内周端も同様にピストンロッド外周面に圧接し摺動する。
【００１７】
また、前記耳部１１のサイドレール２２に対接する面１５は望ましくは径方向外方に若干傾斜する傾斜面１５として形成される。
該耳部１１の傾斜面１５は、サイドレール２２を内周方向に押圧しその内周端縁をピストンロッド８の外周面１４に圧接させると同時に、サイドレール２２の外周部分を軸方向上方に押し上げてリング溝１２の壁面１３にレール２２、３を当接させその間のシール性能（側面シール）を改善する。
ここで、耳部１１の傾斜面１５の傾斜角は、軸方向から測って５度以下ではその効果は顕著でなく、また、４０度を越えて大きくするとリング溝側壁１３とレール２２との間の接触圧が大きくなり、したがって摩擦力が大きくなるのでレール２２のピストンロッド外周面への追従性が損なわれるようになる。
本発明では、傾斜角を１０〜２５度の範囲で適宜選択することが望ましい。
なお、前記サイドレール支持部、支柱部６および下側レール３は、鋼帯の打ち抜き加工および型ロール成形加工により一体として製造される。
【００１８】
図６は、本発明における第４の実施例の油かきリングの構造を示す部分斜視図である。本実施例の油かきリング１では、上側レール部材および下側レール部材はそれぞれは合い口を有し自己張力を有さない環状のサイドレール２２および３３として別体で成形され、支柱部４には前記実施例３におけると同様な支持用突起部１０及び耳部１１を備えたサイドレール支持部が形成されていて、前記環状サイドレール２２および３３をそれぞれ保持している。
なお、本実施例の支柱部４および各サイドレール支持部は全体で断面略Ｉ字形またはＨ字形をなしており、所定のＩ形あるいはＨ形に引抜き加工して得られた異型線材をコイル加工により一個所に切り口を有する円環状に成形することにより一体として成形することができる。
環状コイルスプリング７は、その収縮力により支柱部４を径方向内方に押圧し、上下レール２、３の内周端をピストンロッド８の外周面に圧接させ、ピストンロッド周面からの油かき作用を有効にする。
【００１９】
上記第４の実施例においても、油かきリングの上下レール部材および支柱部は断面略Ｉ字形またはＨ字形をなすように成形されているので柔軟性があり、したがって、環状コイルスプリング７の収縮力により上下レール部材２２、３３の内周端が全周にわたりピストンロッド外周面に良好に追従接触し、初期の段階から良好な油かき性能が発揮される。また、上下レール部材は薄板状をしているので、摩耗の進行に際しても接触面積を増大させることがなく、したがって、長期にわたり良好な油掻き性能が維持される。
【００２０】
また、上記第４の実施例（図６参照）において、サイドレールを支持する部材、即ち、支柱部４および各サイドレール保持部でなる部材に、図７および図８にそれぞれ示すように内周側から、あるいは外周側から周方向に離間して径方向に切込み（スリット）を形成することにより、当該部材の柔軟性を更に向上させ、サイドレールのピストンロッド外周面への追従性を更に良好にする手段とすることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のピストンロッド用シール装置では、断面略Ｍ形、Ｉ形あるいはＨ形に構成することにより設けられた上下レール部材の内周端が、外周側に装着された環状コイルスプリングの収縮力によってピストンロッド外周面に圧接され摺動する追従特性の良好な構成の油かきリングを使用しているので、初期の段階からピストンロッド外周面と上下レール部材内周端との間に隙間を生ぜず全周にわたり良好な密着関係が維持される。したがって、潤滑油の掻き残し現象の発生が抑止され、潤滑油の消費を低減させるとともに、部品交換の頻度を少なくする上で顕著な効果が得られる。また、本発明で使用される前記油かきリングは、その追従特性が良好であるために、真円精度の低いピストンロッドに対して取り付ける場合においても良好に接触追従するので、現場での現物による摺り合わせ修正加工を必要とせず、部品交換作業を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例の油かきリングの装着状態を示す部分断面図である。
【図２】第２の実施例の油かきリングの装着状態を示す部分断面図である。
【図３】第１の実施例の油かきリングの部分斜視図である。
【図４】第３の実施例の油かきリングの部分斜視図である。
【図５】第３の実施例の油かきリングの装着状態を示す部分断面図である。
【図６】第４の実施例の油かきリングの部分斜視図である。
【図７】第４の実施例の油かきリングの変形例を示す部分斜視図である。
【図８】第４の実施例の油かきリングの別の変形例を示す部分斜視図である。
【図９】Ａ、Ｂ、Ｃの各図は従来の分割型油かきリングを示す図である。
【図１０】従来の分割型油かきリングの装着状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  油かきリング
２  上側レール部材
２２  上側レール部材（上側サイドレール）
３  下側レール部材
３３  下側レール部材（下側サイドレール）
４  支柱部
５  油孔
６  外周溝部
７  環状コイルスプリング
８  ピストンロッド
９  表面処理層
１０  サイドレール支持用突起部
１１  耳部
１２  リング溝
１３  リング溝側壁
１４  ピストンロッド外周面
１５  耳部の傾斜面
１６  切込み（スリット）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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