JPH0740675Y2

JPH0740675Y2 - スターリングエンジンのロツドシール装置

Info

Publication number: JPH0740675Y2
Application number: JP1988087475U
Authority: JP
Inventors: 良昭和田; 浩一郎笠原; 常作板羽; 豊百瀬; 智公水野
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Riken Corp
Current assignee: Riken Corp; Aisin Corp
Priority date: 1988-07-02
Filing date: 1988-07-02
Publication date: 1995-09-20
Anticipated expiration: 2003-07-02
Also published as: JPH0213154U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、スターリングエンジンのロッドシール装置に
関する。

（従来の技術）外燃機関であるスターリングエンジンは、シリンダ内の
作動ピストンにより区画される圧縮室と膨脹室とを、ク
ーラ、蓄熱器及び燃焼室内のヒータを介して連通させ、
ヘリウム等の作動ガスをこれら圧縮室と膨脹室との間を
往復動させることで作動ピストンから機械的出力を取出
している。即ち、作動ピストンの往復動をクランクシャ
フトや斜板を用いて回転運動に変換させている。

このような構造を有するスターリングエンジンは、熱効
率が良く、一定負荷の下での長時間の運転に適するので
空調用や冷凍機用のヒートポンプの動力源として、即
ち、ヒートポンプのフレオンガス等のガス圧縮機の動力
源として使用される。そこで、圧縮機一体型のスターリ
ングエンジンが提案されているので、その例を第３図に
示す。90度位相関係の４個の作動ピストン（図示なし）
に連結されたロッド１は、下部ハウジング２内に往復自
在に収納されたガイドピストン３に連結される。ガイド
ピストン３はハウジング２内のボア４に圧縮室５を作
り、この圧縮室５を吸入・吐出弁６を介して外部と連通
させる。ガイドピストン３は、その中央に腹部７を有
し、又、ハウジング２の中央に位置する回転シャフト８
に固定された斜板９の外周部がその腹部７内に延在し、
ガイドピストン３と斜板９とをシュー10を介して連結さ
せる。シャフト８をスタータ11にクラッチを介して連結
し、始動時はスタータ11の回転運動を斜板９、ガイドピ
ストン３、ロッド１を介して作動ピストン（図示なし）
に伝達してこれを強制的に往復動させる。しかし、作動
ピストンが安定したアイドル回転数に達したらスタータ
11をオフとさせる。

第３図は、右側のアイドピストン３が、上死点近くに移
動し、ガスを圧縮室５内に吸入し、又、左側のガイドピ
ストン３が、下死点近くに移動し、圧縮したガスを吐出
させた状態を示す。このように、作動ピストン（図示な
し）の往復動に追従するガイドピストン３が、圧縮室５
の容積を順次変えながら、ガスを吸入して、これを圧縮
し、次いで、圧縮ガスを吐出させる。斜板９は、作動ピ
ストンからの出力を受けているガイドピストン３により
回転させられ、この出力を受けていないガイドピストン
３の動きを補助する。

ガイドピストン３の動きを斜板３に効率良く伝達させる
ためにシュー10への潤滑が重要で、このシュー10には、
オイル切れによるシュー10の焼付を防止するために、常
時オイルが供給される。さらに、作動ピストン（図示な
し）とガイドピストン３の軸心を常に一致させ、両者間
のコジレを防止させるためにベアリング12をハウジング
２又は中間部材13に配し、ロッド１を軸支させている
が、このベアリング12にも常時オイルを供給させてい
る。このベアリング12へのオイル供給は、シュー10へ供
給されるオイル（オイル供給回路は特に図示なし）を、
ガイドピストン３によりはね上げることで行なう。

（本考案が解決しようとする課題）第４図に示すように、ベアリング12に供給されたオイ
ル、仮りに、無潤滑タイプのベアリング12を用いたとし
てもガイドピストン３の往復動によってはね上げられる
オイルは、ロッド１の表面に付着して、作動ピストン側
の圧縮室へ洩れようとする。このため、ベアリング12の
上方側に対のオイルシール14を配設し、ロッド１の表面
に付着したオイルのかき落しを行なっている。

再び第３図に戻るが、圧縮室５でガイドピストン３によ
り圧縮されたフレオンガスは、シールリング15により斜
板９の位置する空間に洩れるのを防止しているが、しか
し、実際には、圧縮ガスの一部がシールリング15を介し
て洩れ出るのを完全に防止しきれない。そこで、一体型
圧縮機では、前記斜板の位置する空間、あるいはボア４
は吸入回路と連通され、吸入圧力空間となっている。そ
のためフレオンガスは、ロッド１に付着したオイル内に
混入し、対のオイルシール14を連通したオイルから蒸発
して、作動ピストン側のヘリウムガスの入った圧縮室あ
るいは膨張室内へ入り、高温雰囲気にさらされることか
ら、そのフレオンガスが熱分解し、発生した腐蝕性ガス
により各部が腐蝕され、強度低下から破損する事故にな
る。それ故に、このようなフレオンガスの作動ピストン
側への蒸発を防止することで、スターリングエンジンの
出力を維持させることが望まれている。

さらに、第４図に示すように、対のオイルシール14によ
ってかき落されたオイルは、このオイルシール14とベア
リング12との間の中間室16にたまり、ロッド１へのオイ
ル付着量を多くしている。それ故に、この中間室16のオ
イルの適切な処置、即ち、ベアリング12へのオイル供給
を維持した上での適切な処置が望まれている。

それ故に、本考案は、前述した如き要望を満たすことを
解決すべき課題とする。

（課題を解決するための手段）本考案は、前述した課題を解決するために、作動ピスト
ンとガイドピストンとを連結するロッドまわりのオイル
シールとベアリングとの間の第１の中間室を油戻し孔を
介してハウジングのボアに連通させると共に、少くとも
２個のオイルシールを用い、両オイルシールをロッドの
ストローク量以上離間させ且つ両オイルシール間の第２
の中間室を通路を介して第１の中間室に連通させる技術
的手段を用いる。

（作用）ガイドピストンの往復動によってはね上げられ、且つ一
方のオイルシールによってかき落されたオイルは第１の
中間室にたまることなく、油戻し孔を介してハウジング
ボア内に戻り、又、一方のオイルシールを通過したオイ
ルは、他方のオイルシールに達することなく且つ第２の
中間室内でロッドに付着したオイルから蒸発したガス
は、他方のオイルシールによって作動ピストン側へのガ
ス洩れが防止される。又、第２の中間室へ洩れたオイル
は通路と油戻し孔を介してハウジングボアに還流する。

（実施例）ヒートポンプ用の圧縮機一体型のスターリングエンジン
の圧縮室５及びロッド１のシール14については、その基
本的構成を、第3,4図と関連して既に説明したので、こ
こでは、第１図を参照して、本考案の一例の要部を説明
するが、第3,4図と同一構成には同一参照番号を付し
て、その構造及び作用の説明を省略する。

第１図に示すオイルシール14とベアリング12との間の中
間室16を、ハウジング２に設けた少くとも１個の油戻し
孔17を介して、ボア４に連通させる。油戻し孔17は、ベ
アリング12の外周側に穿設される。

ロッド１の上昇行程時、中間室16が油戻し孔17のため油
封室となっておらず、ロッド１へのオイル付着量が制約
され且つオイルシール14によってオイルがかき落される
ので、オイルシール14を通過するオイル膜18も薄く、従
って、ボア４すなわち吸入圧力空間よりオイルに混入し
たフレオンガスの蒸発量はきわめて少ない。尚、ロッド
１の下降行程時には、ロッド１上のオイル膜18は容易に
中間室16内に戻り得る。

オイルシール14は、第１のカップシール19と、この第１
のカップシール19からロッド１の往復動ストローク以
上、好ましくは、このストローク分に10mm加えた分離間
Ｓする位置に配される第２のオイルシール20とからな
り、この離間Ｓは、両オイルシール19,20間に配される
リテーナ21により確保される。リテーナ21は、ハウジン
グ２又は中間部材13の中空部22に配される円筒体で、ロ
ッド１とリテーナ21との間に第２の中間室23を設ける。

リテーナ21に第２の中間室23を第１の中間室16及び油戻
し孔17に通じる通路24を設ける。この通路24は、油戻し
孔17と同じ大きさで同じ位置に設けるとよい。

ロッド１が上昇行程に入ると、ガイドピストン３により
はね上げられ且つベアリング12とロッド１との間を通過
したオイルは、第１のオイルシール19によりかき落さ
れ、第１の中間室16から油戻し孔17を介してボア４内に
戻る。一方、第１のオイルシール19を通過し且つロッド
１に付着したオイル18は、第２のオイルシール20が第１
のオイルシール19よりロッド１のストローク以上離れて
いるので、第２のオイルシール20に達しない。

従って、作動ピストン側にオイルが洩れることはない。
そして、オイル18内に混入し且つ第２の中間室23に蒸発
したフレオンガスは第２のオイルシール20によってシー
ルされ通路24、油戻し孔17を介してボア４内に戻る。
又、ロッド１に付着し第２の中間室23に入ったオイル18
は、ロッド１の下降時に第１の中間室16に戻されるが、
とり残されたオイルは、通路24及び油戻し路17を介して
ボア４内に戻る。尚、第２のオイルシール20を複数個配
し、ガスシール性を向上させるとよい。この場合も第１
のオイルシール19と第２のオイルシール20をロッド１の
ストローク以上に離間Ｓさせる。

第１図の本考案の一例と第４図の従来例とを、ガイドピ
ストン３を1000回／分で往復動させ、且つボア４すなわ
ち吸入圧力空間にフレオンガス圧力4kg/cm²を印加し、
シール性能の実験をした。尚、第４図の例はオイルシー
ルを一個とし、ポリテトラフルオロエチレン型のものを
用い、第１図の例は、55mmのロッド１のストロークに対
し、オイルシール19,20を65mm離間させ、第４図の従来
例と同じオイルシールを用いた。その実験結果を第２図
に示す。第２図から明らかなように本考案の一例は、フ
レオンガス洩れ量を3.3cc/分から1.0cc/分に減少させ且
つオイルの作動ピストン側への上り量は320mg/時間か
ら、ほとんどゼロとすることができた。

（効果）本考案では、ロッドまわりにリテーナを配する作業のみ
が必要で、ガイドピストンや斜板の形を変更させないの
で、製作が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一例の要部を示す部分断面図、第２図
はガス洩れ量とオイル上り量を示すグラフ図、第３図は
圧縮機一体型のスターリングエンジンの要部代表例を示
す断面図、第４図はロッドシール装置の従来例を示す部
分断面図である。図中:1……ロッド、２……ハウジング、３……ガイドピ
ストン、４……ボア、５……圧縮室、９……斜板、12…
…ベアリング、14……オイルシール、16……中間室、17
……オイル戻し孔、19,20……オイルシール、21……リ
テーナ、23……中間室、24……通路。

フロントページの続き (72)考案者板羽常作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)考案者百瀬豊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)考案者水野智公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 (56)参考文献特開昭56−80558（ＪＰ，Ａ) 特公昭62−24662（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】往復動する作動ピストンにロッドを介して
連結され且つハウジング内のボアに前記作動ピストンの
動きに追従するよう配されたガイドピストン、該ガイド
ピストンと協働する斜板、前記ガイドピストンにより区
画される前記ハウジングのボア内の圧縮室、前記ロッド
を軸支するよう前記ハウジングに配されたベアリング、
該ベアリングと前記作動ピストンとの間に位置し且つ前
記ロッドに摺接しその間に中間室を作る対の離間したオ
イルシールとを有し、前記中間室と前記ハウジングのボ
アとを連通させるオイル戻し孔並びに前記中間室とおよ
び一方の前記オイルシールと前記ベアリングとの間の室
とを連通させる通路を前記ハウジングが有し、且つ両前
記オイルシールが前記ロッドのストローク以上に離間す
ることを特徴とするスターリングエンジンのロッドシー
ル装置。