活塞泵的杆密封件的制作方法

本发明涉及一种活塞泵的杆密封件，所述杆密封件例如适合用于如下情况等，即，利用活塞将液化天然气等沸点极低的极低温液体等吸入到气缸套内，并利用该活塞将所述极低温液体等以高压喷出而供给到被供给体。

背景技术：

一直以来，将液化天然气作为燃料的柴油机至今为止不断被使用在车辆等中。然而，近年来，在使用重油系燃料的低速柴油机中，为了减少nox、sox等的排出量使排出环境性能提高，而推进开发了将高压天然气喷射到发动机的气缸内并使之燃烧的高压气体喷射型低速2循环柴油机。高压气体喷射型低速2循环柴油机是相对大型的柴油机，一般使用于船舶等。

另一方面，在船舶等中，必须使液化气体供给装置能够配置在气体危险区域，因此，推进开发了安全性优异的液化气体供给装置(例如参照专利文献1)。在该液化气体供给装置中，使用活塞泵作为升压设备，所述升压设备是用来将低温的液化天然气升压到所需压力后喷出并供给到对该高压的液化天然气加热而使之气化的加热装置中。

例如，如图7所示，所述以往的活塞泵具有如下构成(例如参照专利文献1)。配设有活塞泵101的气缸102内的气缸套103、气缸头室104、插入到气缸套103内的活塞105、配设在气缸头室104内的阀头106、以及安装在气缸102的气缸头107。

气缸头室104设置在气缸套103与气缸头107之间的气缸102内。活塞105将由未图示的控制器控制的油压泵等作为驱动源，经由曲柄机构等连动转换机构及安装在活塞105基部的活塞杆112等，在气缸套103内往复移动。气缸102具有液体燃料的供给口108，低温的液体燃料通过该供给口108以相对较低的压力被引导到气缸头室104内。

较活塞105加压后的液体燃料通过喷出口109以高压喷出到外部。在气缸头107内，在轴向上穿设与喷出口109连通的喷出通路110。气缸套103在阀头106侧具有阀收容室113，在阀收容室113内配设有吸入阀，所述吸入阀包含未图示的阀板及对阀板向阀头106侧施力的未图示的压力弹簧。活塞105在外周部切削形成多个活塞环槽118，在各活塞环槽118分别安装活塞环119。

另一方面，从气缸102与气缸套103之间泄漏的液体燃料经由排出口128、129分别返回到液体燃料的供给侧。所述活塞杆112是利用配设在气缸102内的包含多个密封件部的密封部121使它与气缸102之间成为液密，从而使经由所述排出口129等连通的供给侧的液体燃料不会从气缸102与活塞杆112之间漏出到外部。此外，对密封部121从外部供给氮气并予以增压，由此也能使液体燃料不会从气缸102与活塞杆112之间泄漏到外部。

构成所述密封件部的杆密封件122、123由如图8所示在圆周方向上被分割成三部分并且具有切线方向的分割部的3个切线分割型环形段124、或者如图9所示具有螺旋方向的分割部的3个螺旋型环形段125等构成，这些杆密封件122、123例如在轴向上每两个呈层状组装而构成一个密封件部，进而将该密封件部在轴向上配设多个，而构成所述密封部121。

杆密封件122、123的各环形段124、125被安装在外周部的未图示的拉伸弹簧分别向活塞杆112侧施力，而分别被推压到活塞杆112。此外，各环形段124、125也会因施加在呈层状组装的杆密封件122、123间的差压被推压。

因此，杆密封件122、123通常由具有相对柔软性的材质形成，利用所述推压力以沿着活塞杆112的外周部的方式变形，而使气缸102与活塞杆112之间成为液密。

[背景技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利第5934409号公报

技术实现要素：

[发明要解决的问题]

如上所述，以往的构成密封部121的各密封件的杆密封件122、123例如由如图8所示在圆周方向上被分割成三个部分并且具有切线方向的分割部的3个切线分割型环形段124、或者如图9所示具有螺旋方向的分割部的3个螺旋型环形段125等构成，杆密封件122、123例如在轴向上每两个呈层状组装而构成一个密封件部，进而，该密封件部在轴上向配设多个，而构成所述密封部121。

此外，环形段124、125被安装在外周部的拉伸弹簧分别向活塞杆112侧施力，而分别被推压到活塞杆112，并且也会因施加在呈层状组装的环形段124、125间的差压被推压，而沿着活塞杆112的外周部变形，从而使气缸102与活塞杆112之间液密。

另一方面，例如在用来对极低温液体进行加压的活塞泵的情况下，大多使用例如氟树脂复合材料作为杆密封件的材质，目的是即便无润滑也能够良好地保持滑动性。该氟树脂复合材料的热膨胀系数是金属材料的10倍左右，具有容易受到温度变化的影响而且在极低温条件下刚性变得极高而难以变形的性质。

因此，在用于对极低温液体进行加压的活塞泵中，杆密封件122、123的环形段124、125因伴随运转产生的温度降低而大幅收缩，其形状不会顺沿活塞杆112的外形，并且变得极硬，从而难以变形。因此，存在如下问题，即，在极低温下，杆密封件122、123的各环形段124、125不会沿着活塞杆112的外周部，而导致液体(也包括已经气化的液体)从气缸102与活塞杆112之间漏出。

作为应对该问题的对策，也考虑将杆密封件的圆周方向的分割数增多为例如以往的2倍也就是分割成6个部分，以确保极低温下的杆密封件整体的可挠性，由此，使杆密封件沿着活塞杆的外周部。然而，使该杆密封件的圆周方向的分割数增多的解决对策存在如下问题，即，杆密封件的构造变得复杂，使得制造本身变得困难，并且即便能够进行制造，制造成本也会大幅度增加。

本发明是为了解决所述问题而完成的，其课题在于提供一种活塞泵的杆密封件，所述活塞泵的杆密封件容易制造并且不会导致制造成本大幅增加，即便温度大幅度降低，也能够防止液体或气体从气缸与活塞杆之间漏出。

[解决问题的技术手段]

为了解决所述问题，本发明的活塞泵的杆密封件具备：气缸，在内部具有气缸套；活塞，能够往复移动地插通在气缸套内；活塞杆，连结于活塞并且插通在气缸内，而使活塞在气缸套内往复移动；密封部，配设在活塞杆与气缸之间，使活塞杆与气缸之间成为液密或气密；环状的杆密封件，配设在密封部，以内周部沿着活塞杆的外周部的方式形成；以及施力构件，对杆密封件向活塞杆侧施力，而将杆密封件推压到活塞杆；该杆密封件还具备在内周部具有开口部并且向外周部侧延伸的狭缝。

由于像这样，本发明的活塞泵的杆密封件具备在内周部具有开口部并且向外周部侧延伸的狭缝，因而即便因温度大幅度降低导致杆密封件产生如不沿着活塞杆的外周部的形状变化或材质硬化，也能够利用与将杆密封件分割成多部分时极其相近的作用，确保杆密封件整体的可挠性，借助施力构件的作用力使杆密封件以沿着活塞杆的外周部的方式变形而良好地密接。因此，防止液体或气体从气缸与活塞杆之间漏出。狭缝加工容易，不会导致制造成本增加。

在所述活塞泵的杆密封件中，理想的是，杆密封件包含在圆周方向上连接设置而成的多个环形段，并且在该环形段形成所述狭缝。

通过像这样，杆密封件包含在圆周方向上连接设置而成的多个环形段，并且在该环形段形成所述狭缝，不仅通过分割使杆密封件的可挠性增加，而且通过形成狭缝使环形段的可挠性也增加，从而即便因温度大幅度降低导致杆密封件产生形状变化或材质硬化，杆密封件也会更良好地密接于活塞杆的外周部，而进一步防止液体或气体从气缸与活塞杆之间漏出。

在所述活塞泵的杆密封件中，理想的是，所述环形段在内周部的圆周方向中央部具有狭缝的开口部。通过像这样，环形段在内周部的圆周方向中央部具有狭缝的开口部，而使该环形段在温度大幅度降低时的可挠性在圆周方向上均匀地增加。

在所述活塞泵的杆密封件中，理想的是，所述杆密封件在轴向上呈层状且同轴状重合配设多个，该重合的多个杆密封件的邻接的杆密封件的狭缝彼此在圆周方向上相互错开而配设。

通过像这样，重合的多个杆密封件的邻接的杆密封件的狭缝彼此在圆周方向上相互错开而配设，防止液体或气体通过狭缝漏出。

在所述活塞泵的杆密封件中，理想的是，所述狭缝从内周部向外周部侧延伸到相当于从杆密封件的内周部到外周部的半径方向长度的40％～70％的长度的区域为止。通过像这样，狭缝从内周部向外周部侧延伸到相当于从杆密封件的内周部到外周部的半径方向长度的40％～70％的长度的区域为止，能够最佳地实现杆密封件针对温度大幅度降低时的可挠性的增加。

也就是说，在狭缝从内周部向外周部侧只延伸到相当于小于从杆密封件的内周部到外周部的半径方向长度的40％的长度的区域为止的情况下，有无法充分实现杆密封件针对温度大幅度降低时的可挠性的增加的担忧，另一方面，在狭缝从内周部向外周部侧延伸到相当于超过从杆密封件的内周部到外周部的半径方向长度的70％的长度的区域为止的情况下，担忧杆密封件的强度降低。另外，根据以上观点，更理想的是，所述狭缝从内周部向外周部侧延伸到相当于从杆密封件的内周部到外周部的半径方向长度的50％～60％的长度的区域为止。

在所述活塞泵的杆密封件中，理想的是，狭缝从内周部向半径方向外侧直线状地延伸。通过像这样，狭缝从内周部向半径方向外侧直线状地延伸，能够最佳地实现杆密封件针对温度大幅度降低时的可挠性的增加。狭缝加工也变得更加容易。

[发明效果]

本申请的发明的活塞泵的杆密封件具备：气缸，在内部具有气缸套；活塞，能够往复移动地插通在气缸套内；活塞杆，连结于活塞并且插通在气缸内，而使活塞在气缸套内往复移动；密封部，配设在活塞杆与气缸之间，使活塞杆与气缸之间成为液密或气密；环状的杆密封件，配设在密封部，以内周部沿着活塞杆的外周部的方式形成；以及施力构件，对杆密封件向活塞杆侧施力，而将杆密封件推压到活塞杆；该杆密封件还具备在内周部具有开口部并且向外周部侧延伸的狭缝。

因此，本申请的发明的活塞泵的杆密封件发挥如下优异效果，即，容易制造并且不会导致制造成本大幅度增加，即便温度大幅度降低，也能够防止液体或气体从气缸与活塞杆之间漏出。

附图说明

图1是表示本发明的活塞泵的杆密封件的轴向剖视图。

图2是表示图1的密封部的详细情况的轴向剖视图。

图3是表示切线分割型环形段的前视图。

图4是表示螺旋分割型环形段的前视图。

图5是表示图1的杆密封件的拉伸弹簧的立体图。

图6是表示图3及图4的环形段的狭缝的局部前视图。

图7是表示以往的活塞泵的杆密封件的轴向剖视图。

图8是表示以往的切线分割型环形段的前视图。

图9是表示以往的螺旋分割型环形段的前视图。

具体实施方式

参照图1至图6，对用来实施本发明的活塞泵的方式详细地进行说明。图1表示作为一例的活塞泵1，该活塞泵1例如使用于船舶等，用于将高压的液化天然气喷射并使之燃烧的高压气体喷射型低速2循环柴油机的液化气体供给装置。该活塞泵1将所供给的极低温的液化天然气升压到所需压力后喷出并供给到用来对该液化气体加热而使之气化的加热装置。

在活塞泵1中配设：气缸2，在内部配设有气缸套3；活塞5，液密及气密地且能够往复移动地插通在气缸套3内；气缸头7，液密及气密地安装在气缸2的前端部；气缸头室4，作为在气缸2内的气缸套3与气缸头7之间划分形成的空腔；阀头6，配设在气缸头室4内；以及4个吸入通路17，穿设在阀头6内，使气缸头室4与气缸套3内连通。4个吸入通路17在阀头6的圆周方向上每隔大致90°而配设。

气缸头室4以横跨圆周方向的360°连通的方式设置在气缸套3与气缸头7之间的气缸2内。活塞5将由未图示的控制器控制的油压泵等作为驱动源，经由曲柄机构等运动转换机构、以及连结于活塞5且能够往复移动地插通在气缸2内的活塞杆12等，在气缸套3内往复移动。气缸2具有液体燃料的供给口8，将极低温的液体燃料经由该供给口8以相对较低的压力供给到气缸头室4内。

经活塞5加压后的液体燃料经由气缸头7的喷出口9以高压喷出到外部。在气缸头7内，在轴向上穿设连通于喷出口9的喷出通路10。气缸套3在阀头6侧具有阀收容室13，在该阀收容室13内配设有吸入阀，该吸入阀包含未图示的阀板及对该阀板向阀头6侧施力的未图示的压力弹簧。

活塞5在外周部切削形成多个活塞环槽18，在各活塞环槽18分别安装活塞环19。此外，活塞5的前端部具有形成为直径小于活塞5且向阀头6侧突出的突起16。

另一方面，从气缸2与气缸套3之间泄漏的液体燃料经由排出口28、29分别返回到液体燃料的供给侧。所述活塞杆12是利用配设在气缸2内的密封部30而使它与气缸2之间成为液密及气密，从而使例如经由所述排出口29连通的供给侧的液体燃料不会从气缸2与活塞杆12之间泄漏到外部。

此外，对密封部30经由穿设在气缸2的氮气供给通路33从外部供给氮气并予以增压，由此也能使液体燃料不会从气缸2与活塞杆12之间泄漏到外部。

在活塞泵1中，阀收容室13内的吸入阀在活塞5的吸入冲程时使吸入通路17的出口开阀，并且在活塞5的压缩冲程时使吸入通路17的出口闭阀。喷出阀11在活塞5的吸入冲程时使设置在气缸头7的喷出通路10闭阀，并且在活塞5的压缩冲程时使喷出通路10开阀。

在阀头6，穿设从气缸套3侧的端面连通到气缸头7的喷出通路10的出口开口部21，喷出阀11配设在气缸头7的喷出通路10的下部。喷出阀11在外周部具有多个流入孔，另一方面，在气缸套3侧的前端部未形成流入孔，因此，通过利用内部弹簧的作用力将该前端部抵接在阀头6的出口开口部21附近的气缸头7侧的端面，而能够进行闭阀。

当在压缩冲程时活塞5开始向阀头6侧伸长时，喷出阀11利用来自气缸套3侧的液体燃料的压力抵抗内部弹簧的作用力而开阀。此外，喷出阀11在活塞5的最大伸长时使活塞5的突起16贯通阀头6的出口开口部21，由此从出口开口部21侧供给的液体燃料的压力急剧降低。由此，喷出阀11利用内部弹簧的作用力而抵接在阀头6的出口开口部21附近的气缸头7侧的端面，从而再次闭阀。

这样一来，在活塞杆12与气缸2之间，配设使该活塞杆12与气缸2之间成为液密及气密的密封部30。密封部30经由保持件31由螺旋弹簧32被向轴向的活塞5相反侧施力，从而固定在气缸2内。

如图2所示，密封部30例如由在轴向上呈层状并列设置并且以内周部沿着活塞杆12的外周部的方式分别形成的环状的6个密封件部35～40、以及两个间隔件41、42形成。

各密封件部35～40是将图3及图4所示的两个(多个)杆密封件45、46组合且这些杆密封件45、46在轴向上呈层状且同轴状重合而形成。杆密封件45、46例如在半径方向上为平板状且以内周部内能够供活塞杆12插通的方式形成为环状，且由具有柔软性的氟树脂复合材料形成。

如图2所示，例如配设在最靠近活塞5侧的密封件部35是两个平板状的杆密封件45、46在轴向上呈层状且同轴状重合而配设，这些杆密封件45、46收容在轴向截面形状形成为l字型的密封件保持器52内。两个杆密封件45、46的配置也存在左右的位置关系与图示的杆密封件相反的情况。

如图3及图4所示，杆密封件45、46分别由形状为全周分别被大致均等地分割成三部分的3个(多个)切线分割型环形段47及螺旋分割型环形段48形成。切线分割型环形段47是在切线方向上形成分割部。螺旋分割型环形段48是螺旋型地形成分割部。

如图5所示，例如杆密封件46的3个环形段48是在凹设于该环形段的外周部48b的弹簧槽48c中卷绕截面形状为大致圆形且整体形成为环状的拉伸弹簧51(施力构件)而成为一体，由此形成杆密封件46。利用拉伸弹簧51的作用力，将各环形段48向活塞杆12的外周部推压而与活塞杆12的外周部密接。杆密封件45也一样，因而省略说明。

由此，使气缸2与活塞杆12之间成为液密及气密。图2所示的其他密封件部36～40也同样地由所述2个杆密封件45、46的组合形成。

但是，例如对于密封件部38，为了使这2个杆密封件45、46在轴向上压接，而将轴向截面形状朝向中心形成为前端变细的锥形状的第3密封件53在轴向上并且与杆密封件45、46呈层状且同轴状重合而安装。

在此情况下，邻接于密封件53的杆密封件45、46的轴向截面形状形成为整体如上所述为平板状，但与密封件53的锥形相对应而一部分具有其倒锥形。密封件53的内周部不密接于活塞杆12的外周部，而不直接使气缸2与活塞杆12之间成为液密及气密。密封件部39、40也一样。

如图3及图4所示，杆密封件45、46的各环形段47、48分别具有狭缝49、50。狭缝49、50在各环形段47、48的内周部47a、48a的圆周方向中央部具有其开口部49a、50a，并且向各环形段47、48的外周部47b、48b侧且从它们的内周部47a、48a向半径方向外侧直线状地延伸。

如图6所示，这些狭缝49、50形成为从杆密封件45、46的各环形段47、48的内周部47a、48a到外周部47b、48b的半径方向长度l0的40％～70％的长度l1。也就是说，狭缝49、50从内周部47a、48a向外周部47b、48b侧延伸到相当于从环形段47、48的内周部47a、48a到外周部47b、48b的半径方向长度l0的40％～70％的长度的区域为止。

在狭缝49、50从内周部47a、48a向外周部47b、48b侧只延伸到相当于小于从杆密封件45、46的环形段47、48的内周部47a、48a到外周部47b、48b的半径方向长度l0的40％的长度的区域为止的情况下，有无法充分实现杆密封件45、46在下述极低温时的可挠性增加的担忧。

另一方面，在狭缝49、50从内周部47a、48a向外周部47b、48b侧延伸到相当于超过从杆密封件45、46的环形段47、48的内周部47a、48a到外周部47b、48b的半径方向长度l0的70％的长度的区域为止的情况下，担忧环形段47、48本身的强度降低。

根据以上观点，理想的是，狭缝49、50从内周部47a、48a向外周部47b、48b侧延伸到相当于从杆密封件45、46的环形段47、48的内周部47a、48a到外周部47b、48b的半径方向长度l0的50％～60％的长度的区域为止。狭缝49、50例如通过喷水加工等切削形成，开口部的宽度49a、50a宜较窄。

在图2所示的密封件部35～40中，在轴向上呈层状且同轴状重合的2个杆密封件45、46的邻接的杆密封件45、46中所形成的狭缝49、50彼此以在圆周方向上相互错开特定角度而不重叠的方式配设。

如图3与图4的对比所示，例如在活塞泵1的密封件部35中，层状地重合的2个杆密封件45、46的邻接的杆密封件45、46的狭缝49、50彼此相互在圆周方向上每约120°错开而配设，也就是说以包含被大致均等地分割成三部分的环形段47、48的杆密封件45、46中最大限度的角度错开而配设，由此确实地防止液体燃料通过狭缝49、50漏出。图2所示的其它密封件部36～40也一样。

如图2所示，在以从轴向的两侧夹住密封件部39的方式配设的两个间隔件41、42中，配设有形成在外周部的环状的环状通路41a、42a、以及从该环状通路路41a、42a朝向内周部穿设的多个增压通路41b、42b。

经由所述气缸2的氮气供给通路33、以及两个间隔件41、42的环状通路41a、42a与增压通路41b、42b而供给氮气。由此，配设在比这些间隔件41、42更靠活塞5侧的密封件部35～39由氮气增压，从而进一步使液体燃料不会从密封部30泄漏到外部。

如上所述，本活塞泵1的杆密封件45、46具备在内周部47a、48a具有开口部49a、50a并且向外周部47b、48b侧延伸的狭缝49、50，因而即便用于对极低温的液体燃料进行加压而导致杆密封件45、46产生形状变化或材质硬化，也能够利用与将杆密封件45、46分割成多份而形成的情况极其相近的作用，增加杆密封件45、46整体的可挠性。

因此，杆密封件45、46借助拉伸弹簧51的作用力以沿着活塞杆12的外周部的方式变形而良好地密接，从而防止液体燃料从气缸2与活塞杆12之间漏出。狭缝49、50的加工容易，而不会导致制造成本增加。

此外，杆密封件45、46由在圆周方向上连接设置而成的3个环形段47、48形成，并且在这些环形段47、48形成狭缝49、50，由此不仅通过分割使杆密封件45、46在极低温时的可挠性增加，也能使各环形段47、48在极低温时的可挠性增加。

因此，杆密封件45、46即便在极低温时也更良好地密接于活塞杆12的外周部，从而防止液体燃料从气缸2与活塞杆12之间漏出。

进而，环形段47、48在各自的内周部47a、48a的圆周方向中央部具有狭缝49、50的开口部49a、50a，由此环形段47、48在极低温时的可挠性在环形段47、48整体的圆周方向上均匀地增加。

此外，狭缝49、50从杆密封件45、46的环形段47、48的内周部47a、48a向半径方向外侧直线状地延伸，由此能够最佳地实现杆密封件45、46在极低温时的可挠性增加。此外，狭缝加工变得更加容易。

另外，所述活塞泵1的杆密封件45、46只不过表示一例，能够基于本发明的主旨进行各种变化，这些变化并未被排除在本发明的范围之外。

例如，狭缝49、50未必形成在形成杆密封件45、46的全部环形段47、48，也可以形成在一部分环形段。此外，狭缝49、50的开口部49a、50a未必限定于配设在环形段47、48的内周部47a、48a的圆周方向中央部。进而，狭缝49、50未必限定于从环形段47、48的内周部47a、48a向半径方向外侧延伸、或呈直线状延伸。

此外，当然在杆密封件中有多种具有除所述切线分割型环形段47或螺旋分割型环形段48以外的形状的分割部的杆密封件，也可以由这些形成所述杆密封件45、46。此外，杆密封件45、46并不限定于由多个环形段分割形成。考虑其它各种变化。

[符号说明]

1活塞泵

2气缸

3气缸套

4气缸头室

5活塞

6阀头

7气缸头

8供给口

9喷出口

10喷出通路

11喷出阀

12活塞杆

13阀收容室

16突起

17吸入通路

18活塞环槽

19活塞环

21出口开口部

28、29排出口

30密封部

31保持件

32螺旋弹簧

33氮气供给通路

35～40密封件部

41、42间隔件

41a、42a环状通路

41b、42b增压通路

45、46杆密封件

47、48环形段

47a、48a内周部

47b、48b外周部

48c弹簧槽

49、50狭缝

49a、50a开口部

51拉伸弹簧

52密封件保持器

53密封件

101活塞泵

102气缸

103气缸套

104气缸头室

105活塞

106阀头

107气缸头

108供给口

109喷出口

110喷出通路

112活塞杆

113阀收容室

118活塞环槽

119活塞环

121密封部

122、123杆密封件

124、125环形段

128、129排出口

l0、l1长度