JPH0893547A - サイドスラスト受け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置の簡略化・小型化、特にピストン動作方
向での装置全体長の単尺化を図りながら、ピストン摺接
シール部とシリンダ内面との偏り摺接を効果的に防止す
る。 【構成】 ピストンロッド１０，１１を介してクランク
機構１２に連結したピストン７，８に、そのピストン
７，８の往復動作に伴いピストン内装シリンダ１，２の
内面上を転動して前記ピストン７，８を支えるローラ１
４を、ピストン周方向に複数個分散配置して装備する。
また好ましくは、前記ローラ１４における周面の断面形
状を、前記シリンダ１，２の内弧面に沿う弧状に形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クランク機構との連動
に伴うピストンロッドの姿勢変化のためにピストンにお
ける摺接シール部がシリンダ内面に対し周方向について
偏った押圧状態で摺接動作すること（すなわち、ピスト
ン往復動作方向に対し直交する分力がピストンロッドか
らピストンに作用して生じるピストン摺接シール部とシ
リンダ内面との偏り摺接）を防止するサイドスラスト受
け装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記の如き偏り摺接が生じると、ピスト
ンにおける摺接シール部（すなわち、シリンダ内面に対
し摺接してシリンダ内面とピストンとの間をシールする
部分、一般にはピストンリング）やシリンダ内面が偏磨
耗して、ピストンとシリンダ内面との間のシール性が大
きく低下し、また、ピストンの動作抵抗が大きくなって
大きな動力ロスを生じ、特に、潤滑シール油の飛沫付着
による熱交換効率の低下を防止する観点から潤滑シール
油の使用を避けるスターリングサイクル機器では殊に、
この偏り摺接による磨耗シール性低下や動力ロスが顕著
となるが、従来、このようなピストン摺接シール部の偏
り摺接を防止するものとしては次の（イ）〜（ハ）に示
す如き技術があった。

【０００３】（イ）クロスヘッド方式 図３の（イ）に示すように、ピストンＰにクロスヘッド
部Ｃを一体連設するとともに、このクロスヘッド部Ｃを
ピストンＰの往復動方向についてのみ摺動自在に嵌入す
る軸受部Ｊを設ける。

【０００４】すなわち、軸受部Ｊによりその半径方向へ
の力を受け止めて、ピストン摺接シール部Ｓとシリンダ
内面との偏り摺接を防止する。

【０００５】図中、Ｋはクランク機構、ＰＲはピストン
ロッド、Ｏはピストン姿勢保持用のライダーリングであ
る。

【０００６】（ロ）ロンビック方式 図３の（ロ）に示すように、互いに対称な位相で逆回転
する二つのクランク機構Ｋ１，Ｋ２をピストンロッドＰ
Ｒに対し対称な位置に配置するとともに、これら二つの
クランク機構Ｋ１，Ｋ２とピストンロッドＰＲの連設ヨ
ークＹとを対称姿勢のコンロッドＣＲ１，ＣＲ２により
連結し、これにより、ピストンロッドＰＲの動作そのも
のを直線的動作としてピストン摺接シール部Ｓとシリン
ダ内面との偏り摺接を防止する。

【０００７】（ハ）ワットリンク方式 図３の（ハ）に示すように、中立位置で互いに平行姿勢
となる所定長さ比の二つの揺動リンクＲ１，Ｒ２を設け
るとともに、これら揺動リンクＲ１，Ｒ２の遊端どうし
を連結する連動リンクＲ３における所定比の内分点にピ
ストンロッドＰＲを連結する。

【０００８】すなわち、このリンク連結構造によりピス
トンロッドＰＲの動作を近似的な直線動作とし、これに
より、ピストン摺接シール部Ｓとシリンダ内面との偏り
摺接を防止する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記（イ）〜
（ハ）のいずれの従来技術においても、共通の問題とし
て装置構造が複雑で大型化し、特にピストンの往復動作
方向における装置全体長が大きくなる問題があり、ま
た、各従来技術においては構造の複雑化・大型化に加え
て次の如き問題もあった。

【００１０】つまり、（イ）のクロスヘッド方式では、
ピストン摺接シール部Ｓとシリンダ内面との偏り摺接は
防止できるものの、それに代わって、クロスヘッド部Ｃ
と軸受部Ｊとの間で同様の偏り摺接が生じ、このため、
クロスヘッド部・軸受部での偏磨耗による装置機能の低
下や、クロスヘッド部・軸受部での偏り摺接による動力
ロスを生じる。

【００１１】また、（ロ）のロンビック方式や（ハ）ワ
ットリンク方式では、ピストンロッドＰＲの動作を直線
化するものの、リンク構造が複雑で製作に高精度が要求
されるため、製作誤差や近似誤差に起因した偏り摺接が
ピストン摺接シール部Ｓとシリンダ内面との間に残存し
易い。

【００１２】以上の実情に対し、本発明の目的は次の通
りである。

【００１３】本発明の第１目的は、装置構造が簡略かつ
小型で、ピストン動作方向における装置全体長も短かな
ものとしながら、上記の如き偏り摺接による偏磨耗や動
力ロスを効果的に抑止する点にある。

【００１４】本発明の第２目的は、上記第１目的を達成
するための構成において高い耐久性を得る点にある。

【００１５】本発明の第３目的は、ピストン姿勢の保持
を合わせ図って偏磨耗や動力ロスの防止を一層効果的に
達成する点にある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

〔第１特徴構成〕本発明の第１特徴構成は、ピストンロ
ッドを介してクランク機構に連結したピストンに、その
ピストンの往復動作に伴いピストン内装シリンダの内面
上を転動して前記ピストンを支えるローラを、ピストン
周方向に複数個分散配置して装備したことにある。

【００１７】〔第２特徴構成〕本発明の第２特徴構成
は、上記第１特徴構成の実施において好適な構成を特定
するものであり、前記ローラにおける周面の断面形状
を、前記シリンダの内弧面に沿う弧状に形成してあるこ
とにある。

【００１８】〔第３特徴構成〕本発明の第３特徴構成
は、上記第１又は第２特徴構成の実施において好適な構
成を特定するものであり、前記ローラをピストン往復動
方向に複数個並べたローラ群を、ピストン周方向に複数
群分散配置して前記ピストンに装備してあることにあ
る。

【００１９】

【作用】

〔第１特徴構成の作用〕第１特徴構成においては、ピス
トンロッドの姿勢変化によりピストンに生じるピストン
往復動作方向に対する直交分力を、ピストンに装備のロ
ーラとシリンダ内面との当接により受け止め、その受け
止め状態でのローラの転動によりピストンの往復動作を
案内する。

【００２０】〔第２特徴構成の作用〕第２特徴構成にお
いては、上記ローラとシリンダ内弧面との接触を円弧状
の線接触にする。

【００２１】すなわち、ローラ周面の断面形状を直線に
すれば、ローラとシリンダの内弧面との接触がローラ周
面の両側縁での点接触（つまり、ローラ周面の直線断面
形状における両端での点接触）となるが、これに対し、
第２特徴構成ではローラ周面の断面形状をシリンダ内弧
面に沿う弧状に形成することで、ローラとシリンダ内弧
面との接触を線接触にする。

【００２２】〔第３特徴構成の作用〕第３特徴構成にお
いては、ピストン往復動作方向に並べた複数個のローラ
とシリンダ内面との当接により、ピストンロッド枢支連
結点周りでのピストン姿勢を、ピストン中心線が常にシ
リンダ中心線と平行となるように保持し、これにより、
ピストン往復動方向に対しピストン姿勢が傾いた状態で
のピストン摺接シール部の摺動動作、すなわち、ピスト
ン摺接シール部のシリンダ内面に対するこじれ的摺動動
作を合わせ防止する。

【００２３】

【発明の効果】

〔第１特徴構成の効果〕本発明の第１特徴構成によれ
ば、ピストンロッドの姿勢変化によるピストン摺接シー
ル部とシリンダ内面との偏り摺接を、ローラによるピス
トンの受け止め及び案内により防止し、これにより、ピ
ストンの摺接シール部やシリンダ内面の偏磨耗を防止し
てピストンとシリンダ内面との間のシール性を高く保つ
ことができるとともに、ピストンの動作抵抗を小さくし
て動力ロスを効果的に低減できる。

【００２４】そして、装置構造についてはピストンにロ
ーラを装備する構造であるから、先述の（イ）〜（ハ）
の従来技術に比べ、装置構造を簡略で小型なものとし、
特にピストンの往復動作方向における装置全体長を短く
することができ、しかも、（イ）のクロスヘッド方式の
如くピストン摺接シール部以外の部分での偏り摺接によ
る磨耗や動力ロスを生じることもなく、また、簡略な構
造であることから、（ロ）のロンビック方式や（ハ）ワ
ットリンク方式の如く製作誤差や近似誤差に起因してピ
ストン摺接シール部とシリンダ内面との間に偏り摺接が
残るといったことも少ないものとすることができる。

【００２５】〔第２特徴構成の効果〕本発明の第２特徴
構成によれば、シリンダ内弧面との線接触によりローラ
そのものの磨耗を抑制して装置耐久性を高く確保でき、
これにより、上記第１特徴構成の効果を長期にわたって
安定的に得ることができる。

【００２６】〔第３特徴構成の効果〕本発明の第３特徴
構成によれば、ピストンロッドの姿勢変化によるピスト
ン摺接シール部の偏り摺接を防止することに加え、ピス
トン往復動方向に対しピストン姿勢が傾くことによるピ
ストン摺接シール部のこじれ的摺動動作も合わせ防止で
きることにより、ピストン摺接シール部やシリンダ内面
の偏磨耗防止、及び、ピストン動作抵抗の低減を一層効
果的に達成でき、また、従来必要となっていたピストン
姿勢保持用のライダーリングを不要にし得る。

【実施例】図１はスターリングサイクル・エンジンや逆
スターリングサイクル・冷凍機などのスターリングサイ
クル機器の基本構成を示し、１は膨張主体シリンダ、２
は圧縮主体シリンダ、３は膨張主体シリンダ１と圧縮主
体シリンダ２とを連通するガス連通路であり、このガス
連通路３には蓄熱機能を有する再生熱交換器４を介装し
てある。

【００２７】５は入熱器、６は出熱器であり、スターリ
ングサイクル・エンジンの場合、入熱器５は流通作動ガ
スＧを加熱する加熱器として機能させ、かつ、出熱器６
は流通作動ガスＧを冷却する冷却器として機能させ、ま
た、逆スターリングサイクル・冷凍機の場合、入熱器５
は流通作動ガスＧに吸熱させる吸熱器として機能させ、
かつ、出熱器６は流通作動ガスＧを放熱させる放熱器と
して機能させる。

【００２８】なお、作動ガスＧには例えばヘリウムガス
や水素ガス等の種々の気体を採用できる。

【００２９】７は膨張主体シリンダ１に内装した膨張主
体ピストン、８は圧縮主体シリンダ２に内装した圧縮主
体ピストン、９は各ピストン７，８のピストンロッド１
０，１１に対しクランク機構１２を介して連係させる回
転軸であり、各ピストンロッド１０，１１のクランク側
連結点は回転軸９の軸芯周りで同位相位置に配置してあ
る。

【００３０】そして、圧縮主体ピストン８の往復動作方
向（すなわち、圧縮主体シリンダ２の向き）は、膨張主
体ピストン７の往復動作方向（すなわち、膨張主体シリ
ンダ１の向き）に対し回転軸９の回転方向で下手側へ約
９０°だけ傾けてあり、これにより、各シリンダ１，２
の作動ガス吐出・吸入動作として、両シリンダ１，２は
互いに等しい周期で、かつ、圧縮主体シリンダ２は膨張
主体シリンダ１に対し約１／４周期分だけ位相が遅れた
状態で、作動ガスＧの吐出・吸入を繰り返すようにして
ある。

【００３１】つまり、スターリングサイクル・エンジン
の場合、再生熱交換器４、加熱器としての入熱器５、及
び、冷却器としての出熱器６の作用下において、上記形
態の作動ガス吐出・吸入を行わせることにより、スター
リングサイクルを実行させて回転軸９に回転動力を発生
させる。

【００３２】また、逆スターリングサイクル・冷凍機の
場合、再生熱交換器４、吸熱器としての入熱器５、及
び、放熱器としての出熱器６の作用下において、回転軸
９からの動力入力で前記形態の作動ガス吐出・吸入を行
わせることにより、逆スターリングサイクルを実行させ
て、低温吸熱源から高温放熱源への熱の汲み上げを行わ
せる。

【００３３】各ピストン７，８には、図１及び図２に示
すように、シリンダ１，２の内面に対し摺接させること
によりピストン７，８とシリンダ内面との間をシールす
る摺接シール部としてのピストンリング１３を装着する
とともに、ピストン往復動作に伴いシリンダ内面上を転
動してピストン７，８を案内支持するローラ１４をピス
トン周方向に分散配置（本例ではピストン横断面視で対
象配置）して装備してある。

【００３４】つまり、クランク機構１２との連動に伴う
ピストンロッド１０，１１の姿勢変化のためにピストン
７，８における摺接シール部としてのピストンリング１
３がシリンダ内面に対し周方向について偏った押圧状態
で摺接動作する偏り摺接を、これらローラ１４によるピ
ストン７，８の受け止め及び案内により防止し、これに
より、ピストンリング１３やシリンダ内面の偏磨耗を防
止してピストン７，８とシリンダ内面との間をシールを
良好に保つとともに、ピストン動作抵抗を軽減して動力
ロスを小さくする。

【００３５】ローラ１４には低摩擦で耐磨耗性に優れた
テフロン等の材質、また場合によっれは、テフロン等の
主材にグラスファイバーやカーボンなどを混入して耐磨
耗性を高めた材質を用いるとともに、ローラ周面の断面
形状はシリンダ内弧面に沿う弧状に形成してあり、この
弧状形状によりローラ１４とシリンダ内弧面との接触を
線接触にすることで、ローラ１４の早期磨耗を防止して
上記した偏り摺接の防止機能を長期にわたって安定的に
保つ。

【００３６】また、ローラ１４は、ピストン往復動作方
向にローラ１４を複数個（本例では２個）並べたローラ
群として、このローラ群をピストン周方向に複数群分散
配置する形態でピストン７，８に装備してあり、これに
より、ピストンロッド枢支連結点周りでのピストン姿勢
をピストン往復動作方向に並ぶ上記ローラ群とシリンダ
内面との当接により保持して、ピストン往復動方向に対
しピストン姿勢が傾いた状態でピストンリング１３がシ
リンダ内面に対しこじれ的に摺動動作することも合わせ
防止する。

【００３７】〔別実施例〕次に別実施例を列記する。

【００３８】（１）本発明の実施にあたり、ピストン周
方向でのローラ１４の分散配置数については種々の構成
変更が可能である。

【００３９】（２）ローラ１４としては一軸芯周りで回
転するローラに代え、一中心周りで回転する球ローラを
適用してもよい。

【００４０】（３）本発明はスターリングサイクル機器
への適用に限らず、種々の用途のシリンダ・ピストン装
置に適用できる。

【００４１】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするため符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】スターリングサイクル機器の構成図

【図２】要部の拡大断面図

【図３】従来装置を示す構成図

【符号の説明】

１０，１１ ピストンロッド １２ クランク機構 ７，８ ピストン １，２ シリンダ １４ ローラ

フロントページの続き (72)発明者 藤島 一郎 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会社 クボタ基盤技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンロッド（１０），（１１）を介
   してクランク機構（１２）に連結したピストン（７），
   （８）に、そのピストン（７），（８）の往復動作に伴
   いピストン内装シリンダ（１），（２）の内面上を転動
   して前記ピストン（７），（８）を支えるローラ（１
   ４）を、ピストン周方向に複数個分散配置して装備した
   サイドスラスト受け装置。
2. 【請求項２】 前記ローラ（１４）における周面の断面
   形状を、前記シリンダ（１），（２）の内弧面に沿う弧
   状に形成してある請求項１記載のサイドスラスト受け装
   置。
3. 【請求項３】 前記ローラ（１４）をピストン往復動方
   向に複数個並べたローラ群を、ピストン周方向に複数群
   分散配置して前記ピストン（７），（８）に装備してあ
   る請求項１又は２記載のサイドスラスト受け装置。