JPH0361770A - 高圧流体用回転軸シール装置 - 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】 （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、
パツキン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にはめである。この従動リン
グ１４２は該パツキン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
ツキン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ブレフジョンリング
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である。

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、密封端面を構威し、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。

もちろんパツキン、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、咳、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、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、且つシールリング本体をホルダーリングとクランク
ケースの端壁との間に介在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
ング本体にホルダーリングを押圧させる装置とを有し、
ホルダーリングの内周傾斜面が低圧側に面するように形
成され且つシールリング本体の外周傾斜面が高圧側に面
するよう形成され、シールリング本体がホルダーリング
とクランクケースとの間に配されている高圧流体用回転
軸シール装置を提供する。

好ましくは、シールリング本体を断面略台形とし、ホル
ダーリングをリテーナ−を介してスプリングで附勢し、
更にホルダーリングの高圧側の側面にクランク室内の流
体圧を作用させる。

本発明では、シールリング本体がホルダーリングにより
クランクケースの側壁に押圧されながら、シャフトに摺
接し、シールリング本体の外周傾斜面がホルダーリング
に密接し、シールを行なう。

シールリング本体がシャフトと共に回転する時には再伸
斜面が摺接面となるが、シールリング本体が静止する場
合が多いので、シールリング本体の内周面とシャフト外
周面とが主たる摺接面となる。

（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
径方向外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６５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Ｏ−リング１
１とからなり、更にホルダーリング８の高圧側内側面を
スプリングリテーナ−９を介して、スプリング１０で予
圧し、シールリング本体６をホルダーリング８の内周傾
斜面６５と回転軸２′の外周面に予かしめ密着させるよ
うな構造とする。即ち、シールリング本体６は、ケーシ
ング７の側壁とホルダーリング８との間に介在し、シャ
フト２′及びホルダーリング８との摺接面をシールする
。該シールリング本体６は基本的には四フフ化エチレン
やポリイミド等の樹脂製である為非常に柔軟性に冨み追
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の摺動面が摩耗すると、ホルダーリ
ング８に作用するスプリング１０の附勢力とクランク室
内の流体圧により、ホルダーリング８が該傾斜面に沿っ
て低圧側へ押込まれ、シールリング本体６と回転軸２′
の外周面とホルダーリング８の内周側傾斜面へ押圧させ
る。したがってシールリング本体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、四フフ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１１２′・・・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。 代　理　人　弁理士　　桑　　原　　英　　明第２図 第３図 ４

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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にホルダーリ
   ングを押圧させる装置とを有し、ホルダーリングの内周
   傾斜面が低圧側に面するように形成され且つシールリン
   グ本体の外周傾斜面が高圧側に面するよう形成され、シ
   ールリング本体がホルダーリングとクランクケースとの
   間に配されている高圧流体用回転軸シール装置。
2. （２）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. （３）ホルダーリングをリテーナーを介してスプリング
   で附勢し、ホルダーリングの高圧側の側面にクランク室
   内の流体圧を作用させる請求項（１）のシール装置。