JPH0495672A - スターリングサイクル用軸封装置 - 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、エンジン、圧縮機や冷凍機に用いられるスタ
ーリングサイクル用軸封装置に関する。

（従来の技術） 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
ンクある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
スを封入する。このクランクケース内から機関外部への
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５図を参照して、クランクケース内の従来より使用さ
れている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（図示なし）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を回転シャフト２′と一体のクランク
シャフト２にコンロッド３を用いて連結する。

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′を納めるクランクケース１の一部となる
シールハウジング１５２の内周部にはうけ金１４９と、
合成ゴム類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の回転が防止される。

又、ソートリング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、
回転シャフト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回転シャフト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る。

コンプレッションリング１４６はパ・ンキン１４４の側
部に接触させ、ストッパー１４７は回転シャフト２′に
はめ、押しねし１５１によりこの回転シャフトと固定し
てあり、このストッパーとコンプレッションリングとの
間にはスプリング１４５が装着される。

更に、従動リング１４２とストッパー１４７はかみ合い
、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アラサを
小さくし、平坦度を高度に保たれる。いわゆる高精度に
仕上げられる。

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、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
、又該摺動面は前記のようにラッピングやボリシング等
の超仕上げで高精度に仕上げなければならない。

しかし、それにもかかわらず、シートリングと従動リン
グの摺動により発生する摩擦熱により、第６図に示すよ
うな従動リングの熱変形が生し、高圧流体が直接作用す
る、密封端面の外周側に若干のすきまが生じ、高圧油室
１２内の高圧流体が機関外部へ漏れるという問題点があ
った。

それ故に、本発明は、前記メカニカルシールの持つ問題
点を解決し、できるだけ安いコストで確実に機関外部へ
の漏れを防くことができる軸封装置を提供することを解
決すべき課題とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は前述した課題を解決し、低コストで高性能の高
圧流体用回転軸の軸封装置を提供する為に、従動リング
の摺動面に咳、従動リング本体の材料の熱膨張係数より
も小さい熱膨張係数をもつ材料で作られたリング状の薄
板を従動リング本体に刻設した段部に圧入した構成とす
る。

より具体的には、本発明は、高圧流体を封入したスター
リングナイクル用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るクランクシャフトと一
体の回転軸、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
されたシートリング、該シートリングの密封端面と対接
し、且つ摺動面を形成する他の密封端面を持ち、回転軸
と共に回転運動をする従動リングからなるスターリング
サイクル用軸封装置において、該従動リング本体の密封
端面が圧入されたリング状薄板を有し、該薄板を摺動面
とするスターリングサイクル用軸封装置を提供する。

（作用） 本発明では、従動リング本体と圧入されたリング状薄板
との熱膨張量の違いにより、締め代が小さくなり、リン
グ状薄板の表面が中央に凹状となり、シートリングの外
周側摺接面の接触圧を高めるように薄板を密接させるこ
とを可能にする。

（実施例） 本発明に拘る軸封装置の一例の基本構成は、第５図を参
照して既に説明したので、ここではその構造説明を省略
し、本発明の要旨の一例について述べる。

以下に本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

従来より使用されてきた回転軸の軸封装置であるメカニ
カルシールの従動リング１４２を第１図に示すように従
動リング本体１４２ａと密封端面を構成するリング状薄
板１４２ｂに分割し、該本体１４２ａを一般に良く使用
される構造用炭素＠３５０　Ｃ、リング状薄板１４２ｂ
を超硬合金で製作し、両者を締代０．１鵬でプレス圧入
した。

該圧入した後の概略図を第２図に示す。更に圧入後該リ
ング状薄板の内周側が皿状に盛り上った部分を研削ある
いはラッピングで仕上げる。該仕上加工後の概略図を第
３図に示す。そして該密封端面が仕上加工された従動リ
ングをシール性能試験機に組み付け、シートリング１４
１と回転摺動させると、両者の摩擦発熱により次第に従
動リングの温度が上昇する。従動リングの温度の上昇に
伴い、該従動リングは熱膨張量が大きくなる。更に、そ
の時従動リング本体１４２ａとリング状薄板１４２ｂの
熱膨張係数の違いにより、圧入時に設定した０、　１　
ｍｍの締代が小さ（なり、該結果圧入により内周側が盛
り上る変形をしていたリング状薄板が元に戻る、即ち回
転摺動中の概略図を第４図に示す。

このような密封端面形状で回転摺動を行うと、高圧油室
１２よりの高圧流体の漏れは完全に防止することができ
る。即ち、第４図に示した如き中央に凹状となっている
薄板が、高圧流体が直接作用する密封端面の外周側での
シートリングとの接触圧を高くするのでシール効果を高
める。

尚、前記従動リングの材料を、従動リング本体を５ＵＳ
３０４、リング状薄板をＳＫＤに窒化処理したものを使
用しても全（同じ結果を得ることができた。

又、従動リング１４２を前記のように超硬合金やセラミ
ック等の高硬度の難削材で更に、高価な材料で製作する
よりも、リング状の薄板という単純形状でなおかつ材料
費も安く製作することで全体の軸封装置も低コストでの
提供が可能となる。

（効果） 本発明では従動リング本体に薄板を圧入するのろである
から、製造作業は容易で、しかも、高温時の薄板摺動面
をシートリングの摺動面に対して、高圧流体が直接作用
する密封端面の外周側の接触圧を高めるように中央部を
凹状に変形させるのでシール効果が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の軸封装置の要部断面図、第２図は従
動リング本体にリング状薄板を圧入した後の従動リング
の概略断面図、第３図は本発明の密封端面を仕上加圧し
た後の従動リングの概略断面図、第４図は本発明の従動
リングの摺動時の概略断面図、第５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、第６図は従来の軸
封装置の摺動時の要部断面図である。 図中＝１−クランクケース、２′一回転シャフト、１４
１−　シートリング、１４２ａ−従動リング本体、１４
２ｂ−薄板。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）高圧流体を封入したスターリングサイクル用クラ
   ンク室を画定するクランクケース、該クランクケースに
   軸支されるクランクシャフトと一体の回転軸、その外周
   面がＯ−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シートリング、
   該シートリングの密封端面と対接し、且つ摺動面を形成
   する他の密封端面を持ち、回転軸と共に回転運動をする
   従動リングからなるスターリングサイクル用軸封装置に
   おいて、該従動リングが従動リング本体の密封端面に圧
   入されたリング状薄板を有し、該薄板を摺動面とするス
   ターリングサイクル用軸封装置。
2. （２）リング状薄板の表面が中央に凹状となっている請
   求項（１）の軸封装置。
3. （３）従動リング本体の熱膨張係数が、シートリングと
   の摺動面を形成するリング状薄板の熱膨張係数よりも大
   きい材料で製作され組合わされた請求項（１）の軸封装
   置。