JP2667493B2 - 高圧流体用回転軸シール装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、スターリングサイクルを利用したエンジン
や冷凍機、或いは、圧縮機等のクランク室内の高圧流体
をシールする装置に関する。

（従来技術） スターリングエンジンは、ヘリウム等の作動ガスの等
容、等温変化により、作動ピストンを往復動させ、この
往復動を回転運動に変換可能とさせる構成を有す。この
スターリングエンジンの作動ピストンの往復運動は、ク
ランク或いは斜板を介して出力軸により回転運動として
機械的に取出されている。この出力取出機構を備えるク
ランクケース内には、スターリングエンジンの圧縮室と
膨張室とを有する閉ガス回路から導入された高圧作動ガ
スが封入される。このクランクケース内からの機関外部
へのガス漏れは、作動ガスの平均流体圧を下げ、スター
リングエンジンの出力を低下させることから、クランク
ケース内の高圧流体をシールさせることはきわめて重要
である。

第４図を参照して、クランクケース内の従来のシール
機構を説明する。クランクケース１内のクランク室13に
は、作動ピストンに連結されたガイドピストン４が往復
動自在に装着され、このガイドピストン４と回転シャフ
ト２′と一体のクランクシャフト２とがコンロッド３に
より連結される。

クランクケース１より側方に延出し且つその内部に回
転シャフト２′を納めるシールハウジング152の内周部
にはうけがね149と、合成ゴム製または樹脂製などの緩
衝リング143を介して、シートリング141が装着されてお
り、該シートリングはシールハウジング152に圧入した
ノック150をシートリング141に設けた溝内に挿入するこ
とによりシートリング141の回転が防止されている。

又、シートリング141の内方の従動リング142は、パッ
キン144とバックアップリング148を介して、シャフト２
の外周部には接触せず、軸方向には動くことができるよ
うにシャフト２にはめてある。この従動リング142いは
該パッキン144によって緩衝的にシャフトに支持されて
いる。コンプレッションリング146はパッキン144の側部
に接触させストッパー147はシャフト２にはめ、押しね
じ151によりこのシャフトと固定してあり、このストッ
パーとコンプレッションリングの間にはスプリング145
が装着されている。

更に、従動リング142とストッパー147はかみ合うよう
にし、これらの間の相対回転は防止されるが、軸方向は
動くことを可能にしてある。

シートリング141の側端面と従動リング142の側端面は
ラッピングにより表面あらさを小さくし、平坦度を高度
に保たせる、いわゆる高精度に仕上げられている。

該、側端面同志を密接させて、密封端面を構成し、ス
プリングの弾発力によって接触圧力が強められている。

シャフトが回転するとストッパーはこのシャフトと共
に回転し、更に従動リングを回転させる。もちろんパッ
キン、コンプレッションリング、スプリングも回転す
る。但しシートリングは回転しないから、密封端面での
摺動となり、該、摩擦によって摩耗すると、スプリング
の弾発力により従動リングがシートリングの方へ押し進
められる構造となっている。即ち、メカニカルシールが
採用されている。

（本発明が解決しようとする課題） このようなメカニカルシールで高圧流体をシールする
場合は、シートリングや従動リングの摺動材料にはカー
ボンや超硬合金あるいはセラミック等の難加工材を使用
し、該摺動面を前記のようにラッピング等の超仕上げで
高精度に仕上げ、又、更にシール装置の構造が複雑な為
に非常にコストが高くなっている。

しかし、それにもかかわらず高圧流体をシールする為
に密封端面の接触面圧を上昇させるので、摺動面に油膜
切れを起こし、傷付きが発生し、ガス漏れ量が増加した
り、又、密封端面の摺動面の外周側の速度が速くなる為
に摩耗量が多く、結果として偏摩耗を生じ、漏れ量が増
加し、性能の低下をきたし、使用出来ないという問題点
があった。

それ故に、本発明は、前述した従来技術の不具合を解
消させることを解決すべき課題とする。

（課題を解決するための手段とその作用） 本発明は、低コストにして、簡易構造、しかも高シー
ル効果を示すシール装置を提供することで、従来技術の
不具合を解消させることを意図したもので、基本的に
は、回転軸の外周面に密接する内周面を有するシールリ
ング本体の外周面を傾斜面とし且つこの傾斜面を、ケー
シング側のホルダーリングの内周傾斜面に対接させる手
段を採用する。

より具体的には、本発明は、高圧流体を封入したクラ
ンク室を画定するクランクケース、該クランクケースに
軸支され且つクランク室内を延出する回転軸、その外周
面が０−リングを介してクランクケースの内周面に密封
され且つ該クランクケースに支持されたホルダーリン
グ、該ホルダーリングの内周傾斜面と対接する外周傾斜
面を有し且つ回転軸の外周面に密接する樹脂製のシール
リング本体、該シールリング本体をホルダーリングに押
圧させる装置とを有する高圧流体用回転軸シール装置を
提供する。

好ましくは、ホルダーリングが金属製であり、シール
リング本体を断面略台形とする。

さらに好ましくは、シールリング本体をリテーナを介
してスプリングで附勢し、シールリング本体の内側面側
にクランク室内の流体圧を作用させる。

（実施例） 第１−３図を参照する。スターリングエンジンの膨張
室と圧縮室を画定する作動ピストン（図示なし）に連結
されたガイドピストン４をコンロッド３を介してクラン
クシャフト２に連結し、クランクシャフト２により作動
ピストンの往復動を回転運動に変換し、回転軸２′を回
転させる。

そこで本考案のシール装置の一例を回転軸２′に装着
した駆動部の略図を第１図に又、拡大図を第２図に示
す。すなわち、クランクケース１内のクランク室13は高
圧流体の容器の一種となっており、同様に該高圧流体は
潤滑油とともにコロ軸受５部を通り高圧油室12へも流れ
込む、更に該高圧油室12にはクランクシャフト２と回転
軸２′の内部の潤滑油供給穴15を通りオイルポンプより
冷却用のオイルが噴射される。本シール装置の一例を作
る合成樹脂製のシールリング本体６は第３図に示す如
く、回転軸２の外周に対接する内周面62と低圧側に対向
する外側面63と高圧側に対向する内側面61と、高圧側か
ら低圧側へ且つ径方向内方に角度をもって傾斜した傾斜
外周面64とでなる断面略台形状をなし、クランクケース
１に固定されるケーシング７側の金属ホルダーリング８
がシールリング本体６の傾斜外周面64に対接する内周傾
斜面を有し、該ホルダーリング８の外周に位置してホル
ダーリング８とケーシング７との間をシールする０−リ
ング11とからなり、更にシールリング本体６の高圧側内
側面61をスプリングリテーナー９を介して、スプリング
10で予圧し、金属製ホルダーリング８の内周傾斜面と回
転軸２′の外周面に予かじめ密着するような構造とす
る。該シールリング本体６は基本的には四フッ化エチレ
ンやポリイミド等の樹脂製である為非常に柔軟性に富み
追従性が良好であるとともに、低摩擦係数の為に機械損
失の低減が可能である。

シールリング本体６は、摺動面が摩耗すると、スプリ
ング10の附勢力とクランク室内の流体圧の作用により回
転軸２′の外周面に沿って滑動して、ホルダーリング８
の内周傾斜面と回転軸２′の外周面で形成される楔状空
間へ押し込まれ、シールリング本体６とホルダーリング
８あるいは回転軸との間の接触圧を一定にしシール性能
を損なうことなく、長期間安定して使用することができ
ることと、樹脂製材料がなじみ性に優れている為に仕上
げ精度を向上させることなく使用でき、非常に低コスト
で提供できる。

（効果） 本発明は、シール装置の構造が簡単で、摺動面の摩耗
に対してシールリング本体自身が自己追従する能力をも
ち、耐久性のある高圧流体用回転軸シール装置を安いコ
ストで提供する。

更に、本発明のシール装置を構成するシールリング本
体は、四フッ化エチレンやポリイミド等の樹脂製で形成
することで、柔軟性に優れ、追従性が良く、シール性能
は良好で、摩擦係数が小さく、機械損失も低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一例の回転軸シール装置を装着した
駆動部の断面図、第２図は本発明の回転軸シール装置の
部分拡大断面図、第３図は本発明のシールリング本体の
部分断面図、第４図は従来の回転軸シール装置を装着し
た駆動部の断面図である。 図中:1……クランクケース、２′……回転軸、 ６……シールリング本体、７……ケーシング、 ８……ホルダーリング、10……スプリング、 13……クランク室、64……外周傾斜面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勝田 洋行 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイ シン精機株式会社内 審査官 奥 直也 (56)参考文献 特開 昭63−243574（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−112151（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭40−10011（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧流体を封入したクランク室を画定する
   クランクケース、該クランクケースに軸支され且つクラ
   ンク室内を延出する回転軸、その外周面が０−リングを
   介してクランクケースの内壁面に密封され且つ該クラン
   クケースに支持されたホルダーリング、該ホルダーリン
   グの内周傾斜面と対接する外周傾斜面を有し且つ回転軸
   の外周面に密接する樹脂製のシールリング本体、該シー
   ルリング本体をホルダーリングに押圧させる装置とを有
   する高圧流体用回転軸シール装置。
2. 【請求項２】ホルダーリングが金属製であり、シールリ
   ング本体が断面略台形をしている請求項（１）のシール
   装置。
3. 【請求項３】シールリング本体をリテーナを介してスプ
   リングで附勢し、シールリング本体の内側面側にクラン
   ク室内の流体圧を作用させる請求項（１）のシール装
   置。