JPH05240350A - 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にエキスパンダリング２１の凸部２
６、２６′をバックリング１８の合い口２７を介して係
合させ、両リング１５、１８の合い口をずらした位置関
係のまゝ、全リング１５、１８、２１を一体に回転させ
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５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６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、例えばポリテトラフル
オロエチレン即ち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とを個別に回転させる。尚、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るバックリング
と、バックリングの合い口を介してメインシールリング
の凹部に係合する凸部を有し且つ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、凸部がエキスパンダリングの
一部切り込みを内方へ折り曲げるか、Ｌ字体を固着した
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５に示されるスターリングサイクル機関の
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と２を参照して図５の構成に用いられ
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樹脂又はスチールの薄板よりなり且
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、エキスパンダリング２１に、
半径方向内方に突出した部分を有するＬ字体をその内周
面に固着した凸部２６を設ける。該凸部２６はバックリ
ング１８の合い口２７を介して凹部２５に係合し、凸部
２６と凹部２５を係合させた時エキスパンダリング２１
の合い口がメインシールリング１５の段付き合い口と対
向する。メインシールリング１５の凹部２５とエキスパ
ンダリング２１の凸部２６との係合は、バックリング１
８の合い口２７が凸部２６に当接し、メインシールリン
グとバックリングとの両リング１５、１８の相対的回転
を防止し、リング１５、１８、２１を一体に回転させ
る。

【００１５】図３と４を参照する。図３に示す組合せリ
ングは、図１の例とほゞ同じ構成であるが、エキスパン
ダリング２１の凸部２６′が異るので、その凸部２６′
について説明する。エキスパンダリング２１の凸部２
６′は、バックリング１８の内周面の一部に、内方へ突
出する部分を有するＬ字体を固着した形のものである。
この場合も、凸部２６′をバックリング１８の合い口２
７を介して、メインシールリング１５の凹部２５に係合
させると、バックリング１８の合い口２７は、凸部２
６′に当接し、バックリング１８のメインシールリング
１５に対する回転が阻止される。即ち、図１の例と同じ
く、リング１５、１８、２１を一体回転させる。

【００１６】一般には、メインシールリング１５の厚み
がエキスパンダリング２１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、
エキスパンダリング２１の厚みが大であれば、凹部２５
をエキスパンダリング２１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エキスパンダリングとに
凹部と凸部を設け、両者をバックリングの合い口を介し
て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ゝ、少くともメインシール
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】凸部を示す部分斜視図である。

【図３】別の例の組合せシールリングの平面図である。

【図４】凸部の別の例を示す部分斜視図である。

【図５】スターリングサイクル機関の断面図である。

【図６】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るバックリングと、バックリングの
   合い口を介してメインシールリングの凹部に係合する凸
   部を有し且つ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】 凸部がエキスパンダリングの一部切り込
   み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、エキスパンダリングの凸部が合い口の反
   対側に位置する請求項１のスターリングサイクル機関用
   軸封装置。
4. 【請求項４】 エキスパンダリングの凸部がその内周面
   の一部に固着したＬ字状の形である請求項１のスターリ
   ングサイクル機関用軸封装置。
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。