JPH05240349A - スターリングサイクル機関用軸封装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 組合せシールリング１２のメインシールリン
グ１５とバックリング１８との相対的回転により両リン
グの合い口の重なりを防止し、作動流体の圧縮室８から
の洩れを最小とする。これによりスターリングサイクル
機関の出力、熱効率の向上を図る。 【構成】 組合せシールリング１２のメインシールリン
グ１５の凹部２５をバックリング１８の凸部２６，２
６′に係合させ、両リング１５，１８の合い口をずらし
た位置関係のまま、一体に回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スターリングサイクル
を用いたエンジン、冷凍機或いは圧縮機等のスターリン
グサイクル機関に用いられる軸封装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スターリングサイクル機関は、作動流体
を等温圧縮、等容変化、等温膨張を繰返し原動機或るい
は、圧縮機、冷凍機として利用されている。このスター
リングサイクル機関の出力や熱効率の低下を防止する上
で重要なことは、作動流体の閉回路を構成する圧縮部か
ら高圧の作動流体をクランク室側に漏洩させないよう
に、作動流体をシールすることにある。実際、閉回路内
の作動流体の漏れは、機関の出力や熱効率の低下を招く
だけでなく、機関を停止させ、長期間安定した運転を維
持する妨げとなる。

【０００３】スターリングサイクル機関の代表的な具体
例とその機関に用いられる組合せシールリングとが、実
公昭６１−４１９７０号に示されるが図３と図４とを用
いて説明する。

【０００４】図３を参照する。往復動可能なピストンロ
ッド１の一端をクランク室２内のクロスヘッド３に連結
し、他端をシリンダ４内のピストン５に連結する。シリ
ンダ４内にその段部６に着座するようハウジング７を収
納させ、ピストン５とハウジング７の頂壁との間にピス
トン５の動きに応じてその容積が可変となる圧縮部空間
８を作る。ハウジング７内に背圧室９を形成しクランク
室２との間にクランク室の潤滑油が背圧室９に入り作動
流体と混ざるのを防止すると共に、低圧クランク室２へ
の作動流体の漏れを防ぐシール１０を配す。更に、ハウ
ジング７の頂壁のリング溝１１にピストンロッド１と摺
接する組合せシールリング１２を配し、作動流体の圧縮
部空間８から背圧室９への作動流体の漏れを防止する。
１３は、駆動部への潤滑油供給口を、１４は圧縮部空間
８に対する作動流体の出入口をしめす。

【０００５】図４を参照する。この組合せシールリング
１２は、非常に柔軟性に富んだ、例えば四フッ化エチレ
ン樹脂で形成したメインシールリング１５と更に、その
メインシールリングの外周面に対接し同じく四フッ化エ
チレン樹脂からなるバックリング１８と、そのメインシ
ールリング１５ををバックリング１８を介してピストン
ロッド外周面に押し付けるように半径方向外方より締め
付ける為の鋼製のエキスパンダリング２１による組合せ
タイプのいわゆるスリーピースリングよりなる。尚、バ
ックリングの材質は鋼製の薄板でもよい。

【０００６】

【本発明が解決しようとする課題】ピストン５のシリン
ダ４内での往復動による圧縮室８の作動流体圧の変化
は、組合せシールリング１２を、リング溝内で上下に動
かし且つ周方向にメインシールリング１５とバックリン
グ１８とが個別に回転させる。組合せリングがリング溝
の上側面に密着した時メインシールリング１５の上側の
スリット１７が背圧室９の高圧を圧縮室８へ逆流させ
る。

【０００７】メインシールリング１５とバックリング１
８とが個別に周方向に動くと、両リングの合い口が重な
り、圧縮室８の高圧作動流体を該重なった合い口を介し
て背圧室９へ大量に流出させる。これは圧縮室内の圧を
下げ、スターリングサイクル機関の出力や熱効率を低下
させる。それ故に、組合せシールリングを構成する各リ
ングの相対的回転を阻止することは、スターリングサイ
クル機関の出力や熱効率を維持する上で重要なことであ
る。本発明は、リングの合い口が重ならないようにする
ことを解決すべき課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述した課題
を解決するために、基本的には、メインシールリングと
バックリングとを凹部と凸部とを係合させることで、互
いの相対的回転を阻止させる手段を用いる。

【０００９】具体的には、本発明は、シリンダ内を往復
動するピストンと、該ピストンに連結されたピストンロ
ッドと、シリンダ内に配され且つピストンとの間に圧縮
室を作るハウジングと、ピストンロッドとハウジングと
の間に配され且つ圧縮室とハウジング内の背圧室との間
をシールする組合せシールリングとを有し、該組合せシ
ールリングが、その内周面がピストンロッドの外周面に
接し且つその外周面に凹部を有するメインシールリング
と、メインシールリングの外側に配され且つ凹部と係合
する凸部を有するバックリングと、バックリングの外側
に位置するエキスパンダリングとを有し、凹部と凸部と
の係合がメインシールリングの合い口とバックリングの
合い口を離間させるスターリングサイクル機関用軸封装
置を提供する。

【００１０】好ましくは、凸部がバックリングの一部を
内方へ折り曲げるか一部肉盛りした形状であり、メイン
シールリングの凹部が合い口の反対側に位置し、バック
リングの合い口をメインシールリングの合い口と凹部と
の中間に位置させる。メインシールリングとバックリン
グとをポリテトラフルオロエチレン製とする。

【００１１】

【作用】ピストンの往復動により圧縮室内の作動流体圧
が高くなり、高圧流体が組合せシールリングに作用し、
又、メインシールリングの内周面とピストンロッドとが
摺接するので、メインシールリングとバックリングとが
個別に相対的に回転しようとする。しかし、凹部と凸部
との係合により、メインシールリングとバックリングと
が一体に回転し、両リングの合い口を離間した位置関係
に保つ。この結果、メインシールリングとバックリング
との合い口が重なることはない。

【００１２】

【実施例】本発明によるスターリングサイクル機関用軸
封装置は、図３に示される構成に使用されるが、その構
成は既に説明したので、ここではその説明を省略する。

【００１３】図１を参照して図３に用いられる組合せシ
ールリング１２を説明する。組合せシールリング１２
は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂より
なり且つ段付合い口を有するメインシールリング１５
と、ＰＴＦＥ樹脂よりなり且つ突き合せ合い口を有する
バックリング１８と、両リング１５，１８を半径方向内
方に押し、メインシールリング１５の内周面をピストン
ロッド１に密接させる金属製のエキスパンダリング２１
とよりなる。

【００１４】メインシールリング１５の合い口の反対側
に凹部２５を設ける。又、バックリング１８に半径方向
内方に折り曲げた凸部２６を設ける。バックリング１８
の合い口は、凸部２６と凹部２５とを係合させた時、メ
インシールリング１５の合い口と凹部２５とのほぼ中間
に位置する。メインシールリング１５の凹部２５とバッ
クリング１８の凸部２６との係合は、両リング１５，１
８の相対的回転を防止し、両リング１５，１８を一体に
回転させる。

【００１５】図２を参照する。図２に示す組合せリング
は、図１の例とほぼ同じ構成であるが、バックリング１
８の凸部２６′が異るので凸部２６′について説明す
る。バックリング１８の凸部２６′は、バックリング１
８の内周面の一部を、成形時、内側に肉盛りした形のも
のである。この場合も、凸部２６′を凹部２５に係合さ
せると、バックリング１８の合い口は、メインシールリ
ング１８の凹部２５と合い口の中間部に位置し、両リン
グ１５，１８が一対的に回転する。

【００１６】一般には、メインシールリング１５の厚み
がバックリング１８のそれより大であるので、凹部２５
をメインシールリング１５の外周面に設けたが、バック
リング１８の厚みが大であれば、凹部２５をバックリン
グ１８に、凸部２６′をメインシールリング１５に設け
てもよい。

【００１７】

【効果】メインシールリングとバックリングとに凹部と
凸部を設け、両者を係合関係とさせたが、両凹部と凸部
の存在は、エキスパンダリングの内方への力を均一にバ
ックリングに作用させる妨げとならず、メインシールリ
ングのピストンロッドへの接触を均一に保ちつつメイン
シールリングとバックリングを一体に回転させる。この
ため合い口の重なりがなく、流体の洩れを最小限とさせ
得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例に用いられる組合せシールリング
の平面図である。

【図２】別の例の組合せシールリングの平面図である。

【図３】スターリングサイクル機関の断面図である。

【図４】ピストンロッドと組合せシールリングとの関係
を示す断面図である。

【符号の説明】

１ ピストンロッド ４ シリンダ ５ ピストン ７ ハウジング ８ 圧縮室 ９ 背圧室 １２ 組合せシールリング １５ メインシールリング １８ バックリング ２１ エキスパンダリング ２５ 凹部 ２６，２６′ 凸部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 良昭 新潟県柏崎市北斗町１番37号 株式会社リ ケン柏崎事業所内 (72)発明者 大内 弘之 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 (72)発明者 林 真司 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

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ内を往復動するピストンと、該
   ピストンに連結されたピストンロッドと、シリンダ内に
   配され且つピストンとの間に圧縮室を作るハウジング
   と、ピストンロッドとハウジングとの間に配され且つ圧
   縮室とハウジング内の背圧室との間をシールする組合せ
   シールリングとを有し、該組合せシールリングが、その
   内周面がピストンロッドの外周面に接し且つその外周面
   に凹部を有するメインシールリングと、メインシールリ
   ングの外側に配され且つ凹部と係合する凸部を有するバ
   ックリングと、バックリングの外側に位置するエキスパ
   ンダリングとを有し、凹部と凸部との係合がメインシー
   ルリングの合い口とバックリングの合い口を離間させる
   スターリングサイクル機関用軸封装置。
2. 【請求項２】 凸部がバックリングの一部を内方へ折り
   曲げた形である請求項１のスターリングサイクル機関用
   軸封装置。
3. 【請求項３】 メインシールリングの凹部が合い口の反
   対側に位置し、バックリングの合い口がメインシールリ
   ングの合い口と凹部との中間に位置する請求項１のスタ
   ーリングサイクル機関用軸封装置。
4. 【請求項４】 バックリングの凸部がその内周面の一部
   を肉盛りした形の請求項１のスターリングサイクル機関
   用軸封装置。
5. 【請求項５】 メインシールリングとバックリングとが
   ポリテトラフルオロエチレン製である請求項３のスター
   リングサイクル機関用軸封装置。