CN113251685B - 超低温制冷机及密封部件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种长期可靠性优异的超低温制冷机用密封部件及具备该密封部件的超低温制冷机。密封部件(56)将连接杆(26)支承为能够沿轴向往复移动，连接杆(26)将置换器驱动机构连接于置换器。密封部件(56)具备：衬套(80)，供连接杆(26)贯穿，并在衬套(80)与连接杆(26)之间设定有作为非接触密封件(83)而起作用的径向间隙(84)；第1接触密封件(81)，相对于径向间隙(84)在置换器驱动机构侧保持于衬套(80)上从而密封径向间隙(84)；及第2接触密封件(82)，相对于径向间隙(84)在置换器侧保持于衬套(80)上从而密封径向间隙(84)。

Description

超低温制冷机及密封部件

本申请主张基于2020年2月13日申请的日本专利申请第2020-022796号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考而援用于本说明书中。

技术领域

本发明涉及一种超低温制冷机及密封部件。

背景技术

有一种具有为了使工作气体的膨胀空间的容积周期性地变化而进行往复移动的置换器的超低温制冷机(例如，吉福德-麦克马洪(Gifford-McMahon；GM)制冷机)。通过使膨胀空间的压力变动与膨胀空间的周期性的容积变动适当地同步，在超低温制冷机中构成制冷循环。

作为驱动置换器往复移动的代表性的方式之一，存在使用连接杆将驱动源(电动机等)与置换器机械连接的类型。连接杆从容纳置换器和膨胀空间的气密容器的内部贯穿设置于气密容器上的杆插通孔而朝向外部延伸。若气密容器存在工作气体的泄漏而导致膨胀空间的压力下降，则超低温制冷机的制冷能力会下降。因此，在气密容器的杆插通孔中安装有密封部件以防止工作气体的泄漏。

专利文献1：日本特开2017-142036号公报

在上述超低温制冷机中，在置换器进行往复移动时，连接杆相对于杆插通孔的密封部件滑动。在超低温制冷机长期运行时，反复的滑动会导致密封部件逐渐磨损，最终密封部件会丧失密封性能。虽然依赖于运行条件，但是，例如连续运行几年会导致密封部件显著老化。密封部件的老化会导致超低温制冷机的制冷能力下降，因此不被期望。

发明内容

本发明的一种实施方式的示例性目的之一在于提供一种长期可靠性优异的超低温制冷机用密封部件及具备该密封部件的超低温制冷机。

根据本发明的一种实施方式，超低温制冷机具备：置换器；置换器驱动机构；连接杆，将置换器驱动机构连接于置换器；及密封部件，将连接杆支承为能够沿轴向往复移动。密封部件具备：衬套，供连接杆贯穿，并在衬套与连接杆之间设定有作为非接触密封件而起作用的径向间隙；第1接触密封件，相对于径向间隙在置换器驱动机构侧保持于衬套上从而密封径向间隙；及第2接触密封件，相对于径向间隙在置换器侧保持于衬套上从而密封径向间隙。

根据本发明的一种实施方式，密封部件将连接杆支承为能够沿轴向往复移动，连接杆将置换器驱动机构连接于置换器。密封部件具备：衬套，供连接杆贯穿，并在衬套与连接杆之间设定有作为非接触密封件而起作用的径向间隙；第1接触密封件，相对于径向间隙在置换器驱动机构侧保持于衬套上从而密封径向间隙；及第2接触密封件，相对于径向间隙在置换器侧保持于衬套上从而密封径向间隙。

另外，以上构成要件的任意组合或将本发明的构成要件或表述在方法、装置、系统等之间彼此置换的方式也作为本发明的方式而有效。

根据本发明，能够提供一种长期可靠性优异的超低温制冷机用密封部件及具备该密封部件的超低温制冷机。

附图说明

图1是示意地表示一种实施方式所涉及的超低温制冷机的图。

图2是示意地表示图1所示的超低温制冷机的膨胀机的驱动机构的立体分解图。

图3是示意地表示搭载于图1所示的超低温制冷机上的密封部件的图。

图4是表示密封部件的另一例的图。

图中：10-超低温制冷机，24-置换器，26-连接杆，38-置换器驱动机构，56-密封部件，80-衬套，81-第1接触密封件，82-第2接触密封件，83-非接触密封件，84-径向间隙，86-密封环，88-垫环。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。在说明书及附图中，对相同或等同的构成要件、部件及处理标注相同的符号，并适当省略重复说明。并且，在各附图中，为了便于说明，适当设定了各部的缩尺或形状，除非另有说明，其并不作限定性的解释。实施方式仅为示例，其并不对本发明的范围作任何限定。实施方式中所记载的所有特征或其组合并不一定是发明的本质。

图1是示意地表示一种实施方式所涉及的超低温制冷机的图。图2是示意地表示图1所示的超低温制冷机的膨胀机的驱动机构的立体分解图。

超低温制冷机10具备：压缩机12，压缩工作气体(还称为制冷剂气体)；及膨胀机14，使工作气体绝热膨胀而被冷却。工作气体例如为氦气。膨胀机14又被称为冷头。膨胀机14具备对工作气体进行预冷的蓄冷器16。超低温制冷机10具备气体配管18，该气体配管18包括分别连接压缩机12和膨胀机14的第1管18a和第2管18b。图示的超低温制冷机10为单级式的GM制冷机。

众所周知，具有第1高压的工作气体从压缩机12的吐出口12a经由第1管18a供给至膨胀机14。通过在膨胀机14中绝热膨胀，工作气体从第1高压减压至低于第1高压的第2高压。具有第2高压的工作气体从膨胀机14经由第2管18b回收至压缩机12的吸入口12b。压缩机12压缩回收过来的具有第2高压的工作气体。如此，工作气体再次被升压至第1高压。通常，第1高压及第2高压均远高于大气压。而为了方便说明，将第1高压及第2高压分别简称为高压及低压。通常，高压例如为2～3MPa，低压例如为0.5～1.5MPa。高压与低压的压差例如为1.2～2MPa左右。

膨胀机14具备膨胀机可动部分20和膨胀机静止部分22。膨胀机可动部分20构成为相对于膨胀机静止部分22能够沿轴向(图1中的上下方向)往复移动。在图1中由箭头A表示膨胀机可动部分20的移动方向。膨胀机静止部分22构成为将膨胀机可动部分20支承为能够沿轴向往复移动。并且，膨胀机静止部分22构成为将膨胀机可动部分20与高压气体(包括第1高压气体及第2高压气体)一同容纳的气密容器。

膨胀机可动部分20包括置换器24及驱动置换器24往复移动的连接杆26。置换器24中内置有蓄冷器16。在置换器24的内部空间填充有蓄冷材料，由此在置换器24内形成蓄冷器16。置换器24例如具有沿轴向延伸的实质上为圆柱状的形状，具有在轴向上实质上相同的外径及内径。因此，蓄冷器16也具有沿轴向延伸的实质上为圆柱状的形状。

膨胀机静止部分22大致具有由缸体28及驱动机构壳体30构成的两个部分结构。膨胀机静止部分22的轴向上的上部为驱动机构壳体30，膨胀机静止部分22的轴向上的下部为缸体28，它们彼此牢固地结合在一起。缸体28构成为引导置换器24往复移动。缸体28从驱动机构壳体30沿轴向延伸。缸体28具有在轴向上实质上相同的内径，因此，缸体28具有沿轴向延伸的实质上为圆筒的内表面。其内径稍微大于置换器24的外径。

并且，膨胀机静止部分22包括制冷机工作台32。制冷机工作台32在轴向上的与驱动机构壳体30相反的一侧固定于缸体28的末端。制冷机工作台32是为了将由膨胀机14生成的寒冷传递至其他物体而设置的。该物体安装于制冷机工作台32上，从而在超低温制冷机10工作时被制冷机工作台32冷却。制冷机工作台32有时还被称为冷却台或热负荷工作台。

缸体28被置换器24分隔成膨胀空间34和上部空间36。在置换器24的轴向上的一端与缸体28之间划定有膨胀空间34，在置换器24的轴向上的另一端与缸体28之间划定有上部空间36。膨胀空间34的容积在置换器24位于上止点时变得最大，置换器24位于下止点时变得最小。上部空间36的容积在置换器24位于上止点时变得最小，置换器24位于下止点时变得最大。制冷机工作台32以从外侧包围膨胀空间34的方式固定于缸体28上。制冷机工作台32与膨胀空间34热连接。

在超低温制冷机10工作时，蓄冷器16在轴向上的一侧(图中为上侧)具有蓄冷器高温部16a，在相反的一侧(图中为下侧)具有蓄冷器低温部16b。如此，蓄冷器16在轴向上具有温度分布。包围蓄冷器16的膨胀机14的其他构成要件(例如，置换器24及缸体28)也同样具有轴向温度分布，因此膨胀机14在工作时在轴向上的一侧具有高温部而在轴向上的另一侧具有低温部。高温部例如具有室温程度的温度。关于低温部，根据超低温制冷机10的用途而不同，但是例如被冷却至约100K至约10K范围内的某一温度。

在本说明书中，为了方便说明，使用轴向、径向及周向等术语。如图中的箭头A所示，轴向表示膨胀机可动部分20相对于膨胀机静止部分22移动的方向。径向表示与轴向垂直的方向(图中为横向)，周向表示包围轴向的方向。有时将膨胀机14的某一要件在轴向上与制冷机工作台32相对较近的情况称为“下”，相对较远的情况称为“上”。因此，膨胀机14的高温部及低温部在轴向上分别位于上部及下部。这种表述只是为了便于理解膨胀机14的要件之间的相对位置关系而使用，与在现场进行设置的膨胀机14的配置并没有关系。例如，可以将膨胀机14设置成制冷机工作台32朝上而驱动机构壳体30朝下。或者，也可以将膨胀机14设置成其轴向与水平方向一致。

膨胀机14具备置换器驱动机构38，该置换器驱动机构38被膨胀机静止部分22支承且驱动置换器24。置换器驱动机构38包括马达40(例如，电动机等)及止转棒轭机构42。连接杆26形成止转棒轭机构42的一部分。连接杆26连接于止转棒轭机构42，以便通过止转棒轭机构42的驱动沿轴向移动。连接杆26的直径小于置换器24的直径，例如，连接杆26的直径小于置换器24的直径的一半。

置换器驱动机构38容纳于划定在驱动机构壳体30内部的低压气体室37中。由于第2管18b与驱动机构壳体30连接，因此低压气体室37经由第2管18b与压缩机12的吸入口12b连通。因此，低压气体室37始终维持为低压。

如图2所示，止转棒轭机构42包括曲柄44及止转棒轭46。曲柄44固定于马达40的旋转轴40a上。曲柄44在从旋转轴40a的固定位置偏心的位置上具有曲柄销44a。因此，若将曲柄44固定于旋转轴40a上，则曲柄销44a成为与马达40的旋转轴40a平行地延伸并且相对于旋转轴40a偏心的状态。

止转棒轭46包括轭板48及滚子轴承50。轭板48为板状部件。在止转棒轭46的上部中央，以朝向上方延伸的方式连接有上部杆52，在其下部中央，以朝向下方延伸的方式连接有连接杆26。在轭板48的中央形成有横向窗48a。横向窗48a沿与上部杆52及连接杆26的延伸方向(即，轴向)交叉(例如，正交)的方向延伸。滚子轴承50能够滚动地配设于横向窗48a内。在滚子轴承50的中心形成有与曲柄销44a卡合的卡合孔50a，曲柄销44a贯穿卡合孔50a。

若马达40驱动旋转轴40a旋转时，则与曲柄销44a卡合的滚子轴承50以描绘出圆的方式进行旋转。通过使滚子轴承50以描绘出圆的方式旋转，止转棒轭46沿轴向往复运动。此时，滚子轴承50在横向窗48a内沿与轴向交叉的方向进行往复移动。

如图1所示，连接杆26将置换器驱动机构38连接于置换器24。连接杆26从低压气体室37贯穿上部空间36并朝向置换器24延伸。因此，通过使止转棒轭46沿轴向移动，置换器24在缸体28内沿轴向进行往复移动。

如图1所示，滑动轴承54及密封部件56设置于膨胀机静止部分22的驱动机构壳体30内。上部杆52被滑动轴承54支承为能够沿轴向移动，连接杆26被密封部件56支承为能够沿轴向移动。因此，上部杆52及连接杆26甚至轭板48更甚至止转棒轭46成为沿轴向能够移动的结构。

如后述，由于设置有密封部件56，因而驱动机构壳体30构成为相对于缸体28气密，因此，低压气体室37与上部空间36分隔开。在低压气体室37与上部空间36之间不存在直接的气体流通。

膨胀机14具备回转阀58，该回转阀58构成为，与置换器24的轴向往复移动同步地切换膨胀空间34的吸气和排气。回转阀58作为用于将高压气体供给至膨胀空间34的供应路径的一部分而发挥作用，并且还作为用于将低压气体从膨胀空间34排出的排出路径的一部分而发挥作用。回转阀58构成为，与置换器24的往复移动同步地切换工作气体的供给功能和排出功能，从而控制膨胀空间34的压力。回转阀58与置换器驱动机构38连接，并且容纳于驱动机构壳体30内。

并且，膨胀机14具有壳体气体流路64、置换器上盖气体流路66及置换器下盖气体流路68。高压气体从第1管18a经过回转阀58、壳体气体流路64、上部空间36、置换器上盖气体流路66、蓄冷器16、置换器下盖气体流路68而流入膨胀空间34。来自膨胀空间34的返回气体经过置换器下盖气体流路68、蓄冷器16、置换器上盖气体流路66、上部空间36、壳体气体流路64、回转阀58而进入低压气体室37。

壳体气体流路64贯穿形成于驱动机构壳体30，从而使气体在膨胀机静止部分22与上部空间36之间流通。

上部空间36在蓄冷器高温部16a侧形成于膨胀机静止部分22与置换器24之间。更详细而言，上部空间36在轴向上被驱动机构壳体30和置换器24夹住，并且在周向上被缸体28包围。上部空间36与低压气体室37邻接。上部空间36又被称为常温室。上部空间36为形成于膨胀机可动部分20与膨胀机静止部分22之间的可变容积。

置换器上盖气体流路66为以使蓄冷器高温部16a与上部空间36连通的方式形成的置换器24的至少一个开口。置换器下盖气体流路68为以使蓄冷器低温部16b与膨胀空间34连通的方式形成的置换器24的至少一个开口。在置换器24的侧面设置有密封置换器24与缸体28之间的间隙的密封部70。密封部70可以以沿周向包围置换器上盖气体流路66的方式安装于置换器24上。

膨胀空间34在蓄冷器低温部16b侧形成于缸体28与置换器24之间。与上部空间36同样，膨胀空间34也是形成于膨胀机可动部分20与膨胀机静止部分22之间的可变容积，并且通过相对于缸体28的置换器24的相对移动，膨胀空间34的容积与上部空间36的容积以互补方式变动。由于设置有密封部70，因此气体不会在上部空间36与膨胀空间34之间直接流通(即，气体不会以绕过蓄冷器16的方式流动)。

回转阀58具备转子阀部件60及定子阀部件62。转子阀部件60连接于马达40的旋转轴40a，以便通过马达40的旋转而旋转。转子阀部件60以相对于定子阀部件62旋转滑动的方式与定子阀部件62面接触。转子阀部件60在驱动机构壳体30内被图1所示的转子阀轴承75支承为能够旋转。定子阀部件62通过定子阀固定销73而固定于驱动机构壳体30内。定子阀部件62构成为接受从第1管18a进入驱动机构壳体30的高压气体。

图3是示意地表示搭载于图1所示的超低温制冷机上的密封部件56的图。密封部件56将连接杆26支承为能够沿轴向往复移动。连接杆26从低压气体室37贯穿设置于驱动机构壳体30的下端部的杆插通孔77而延伸至上部空间36。

密封部件56具备衬套80、第1接触密封件81及第2接触密封件82。第1接触密封件81及第2接触密封件82安装于衬套80上，密封部件56构成为单个部件(所谓的组件)。

衬套80为供连接杆26贯穿的筒状部件。连接杆26具有细长的圆柱状的形状，因此与此相对应地，衬套80也形成为包围连接杆26的圆筒状。衬套80具有容纳第1接触密封件81的第1环状凹部及容纳第2接触密封件82的第2环状凹部。这两个环状凹部分别形成在衬套80的内周面上的轴向上的两端部。

衬套80由树脂材料制成。相对于衬套80进行滑动的连接杆26典型地由金属材料(例如，不锈钢等)制成。因此，通过由树脂材料制成衬套80，能够防止或减少连接杆26滑动时与衬套80接触或发生干扰而引起连接杆26磨损或损伤。衬套80例如可以由聚四氟乙烯等氟树脂或滑动性和/或耐久性优异的其他合成树脂材料制成。由此，还能够防止或减少连接杆26的滑动引起的衬套80的磨损或损伤。

作为非接触密封件83而起作用的径向间隙84设定于衬套80与连接杆26之间。径向间隙84相当于衬套80的内径与连接杆26的外径之差的一半。径向间隙84的尺寸设定为如下：即使在衬套80上并未设置有第1接触密封件81及第2接触密封件82的情况下也能够密封低压气体室37与上部空间36之间的气体流动或者能够将气体流动减少至实质上不影响超低温制冷机10的制冷性能的程度。径向间隙84的尺寸例如可以在5μm至30μm的范围内。或者，径向间隙84与连接杆26的直径之比例如可以在0.005至0.03的范围内。

衬套80(即，密封部件56)的轴向长度可以长于杆插通孔77的轴向长度(或者，驱动机构壳体30的厚度)的至少一半，例如可以设为与杆插通孔77的轴向长度大致相同的长度。如此，若将衬套80的轴向长度设为较长，则能够使非接触密封件83变长，因此非接触密封件83的密封性能得到提高。在允许的情况下，衬套80也可以超过杆插通孔77的轴向长度而延伸，例如可以延伸至低压气体室37内。但是，为了避免与配置于低压气体室37内的止转棒轭机构42等置换器驱动机构38发生干扰，优选衬套80的轴向长度不超过杆插通孔77的轴向长度。

第1接触密封件81在径向间隙84的置换器驱动机构38侧保持于衬套80上，从而密封径向间隙84。第2接触密封件82在径向间隙84的置换器24侧保持于衬套80上，从而密封径向间隙84。

第1接触密封件81在比衬套80的轴向长度的中央更靠轴向上的上方位置保持于衬套80上，第2接触密封件82在比衬套80的轴向长度的中央更靠轴向上的下方位置保持于衬套80上。例如，第1接触密封件81保持于衬套80的第1轴向端部，第2接触密封件82保持于衬套80的与第1轴向端部相反一侧的第2轴向端部。

第1接触密封件81具备：密封环86，与连接杆26接触；及垫环88(Buckling)，配置于密封环86与衬套80之间并且朝向连接杆26按压密封环86。同样地，第2接触密封件82具备密封环86及垫环88。如此，第1接触密封件81及第2接触密封件82采用所谓的滑动密封件(Slipper seal)。密封环86例如由聚四氟乙烯等氟树脂或滑动性和/或耐久性优异的其他合成树脂材料制成。垫环88例如可以为O形环或其他合成橡胶制的环。另外，第1接触密封件81及第2接触密封件82中的至少一个也可以不是滑动密封件而是其他密封部件(例如，O形环等)。

密封部件56设计成，在安装有第1接触密封件81(或第2接触密封件82)的情况下，衬套80实质上不会因从第1接触密封件81受到的反作用力而变形。因此，例如，容纳第1接触密封件81的衬套80的第1环状凹部(或衬套80的轴向端部)的刚性可以大于第1接触密封件81的刚性(例如，密封环86的刚性)。并且，密封环86的刚性可以大于垫环88的刚性。

假设衬套80的刚性不够充分，则在衬套80的第1环状凹部中，基于第1接触密封件81要扩径的弹性复原力，衬套80的轴向端部可能会变形。衬套80的变形会使径向间隙84变化，可能会对非接触密封件83的密封性能或连接杆26的滑动带来不利影响。但是，在本实施方式中，由于衬套80具有足够的刚性，因此径向间隙84得到保持，不会带来上述不利影响或能够将上述不利影响最小化。

垫环88的内径可以大于衬套80的内径(径向间隙84处的衬套80的内径)。由此，在密封环86并未安装于密封部件56上的情况下，连接杆26不会与垫环88接触而与衬套80的内周面接触。如此一来，即使超低温制冷机10长时间运行而导致密封环86磨损(消失)，也能够利用衬套80支承连接杆26的滑动。虽然取决于材料的选择，但是作为典型，在强度方面衬套80优于垫环88。由此，能够避免密封环86磨损之后垫环88与连接杆26接触而引起垫环88破损或伴随垫环88的破损而产生异物。

从第1接触密封件81至第2接触密封件82为止的轴向距离(即，非接触密封件83的轴向长度)可以长于从第1接触密封件81至低压气体室37侧的驱动机构壳体30的内表面为止的距离。同样地，非接触密封件83的轴向长度可以长于从第2接触密封件82至面向上部空间36的驱动机构壳体30的表面为止的距离。非接触密封件83的轴向长度可以长于衬套80的轴向长度的至少一半。如此，通过将非接触密封件83设为较长，能够提高非接触密封件83的密封性能。

另外，第1接触密封件81及第2接触密封件82并非一定要配置于衬套80的轴向上的末端。衬套80也可以超过第1接触密封件81而朝向轴向上的上方延伸。衬套80也可以超过第2接触密封件82而朝向轴向上的下方延伸。此时，可以在比第1接触密封件81更靠轴向上方的衬套80与连接杆26之间形成作为追加的非接触密封件而发挥作用的径向间隙。同样地，可以在比第2接触密封件82更靠轴向下方的衬套80与连接杆26之间形成作为追加的非接触密封件而发挥作用的径向间隙。

密封部件56在杆插通孔77中安装于驱动机构壳体30上。上垫圈90与密封部件56的上端邻接，上垫圈90夹在驱动机构壳体30与密封部件56之间。在轴向上，第1接触密封件81被衬套80与上垫圈90夹住并保持。并且，下垫圈92与密封部件56的下端邻接，下垫圈92夹在驱动机构壳体30与密封部件56之间。在轴向上，第2接触密封件82被衬套80与下垫圈92夹住并保持。下垫圈92例如可以为C字状的挡圈，其将密封部件56保持于驱动机构壳体30上以免密封部件56从驱动机构壳体30脱落至上部空间36。

并且，在容纳密封部件56的驱动机构壳体30的凹部与衬套80的外周面之间安装有密封部件94(例如，O形环等)。通过密封部件94，防止密封部件56外侧的气体泄漏。

以上，对实施方式所涉及的超低温制冷机10的结构进行了叙述。接着，对其动作进行说明。在置换器24位于下止点或其附近时，回转阀58被切换成使压缩机12的吐出口12a与膨胀空间34连通，从而开始制冷循环的吸气工序。高压气体从回转阀58经由壳体气体流路64、上部空间36、置换器上盖气体流路66进入蓄冷器高温部16a。气体经过蓄冷器16的同时被冷却，并从蓄冷器低温部16b经由置换器下盖气体流路68进入膨胀空间34。在气体流入膨胀空间34的期间，置换器24在缸体28内从下止点朝向上止点而朝向轴向上方移动。由此，膨胀空间34的容积增加。如此，膨胀空间34被高压气体充满。

在置换器24位于上止点或其附近时，回转阀58被切换成使压缩机12的吸入口12b与膨胀空间34连通，从而开始制冷循环的排气工序。此时，高压气体在膨胀空间34内膨胀并被冷却。已膨胀的气体从膨胀空间34经由置换器下盖气体流路68进入蓄冷器16。气体经过蓄冷器16的同时冷却蓄冷器16。气体从蓄冷器16经过壳体气体流路64、回转阀58、低压气体室37返回至压缩机12。在气体从膨胀空间34流出的期间，置换器24在缸体28内从上止点朝向下止点而朝向轴向下方移动。由此，膨胀空间34的容积减少，低压气体从膨胀空间34排出。若排气工序结束，则重新开始吸气工序。

在驱动机构壳体30与连接杆26之间设置有密封部件56，上部空间36及膨胀空间34相对于低压气体室37密封，因此，实质上不会产生从上部空间36及膨胀空间34朝向低压气体室37的气体泄漏。

以上为超低温制冷机10的一次制冷循环。超低温制冷机10通过重复进行制冷循环，将制冷机工作台32冷却至所期望的温度。因此，超低温制冷机10能够将与制冷机工作台32热连接的物体冷却至超低温。

根据实施方式，密封部件56具备第1接触密封件81及第2接触密封件82，因此新制造的超低温制冷机10在运行开始后的一段时间(例如，几年左右)内，这两个接触密封件有效地发挥作用。与仅具有一个接触式密封件的比较例所涉及的密封部相比，两个接触密封件的各个接触密封件应承受的负载成为大致一半。因此，能够延迟基于连接杆26的滑动而引起的第1接触密封件81及第2接触密封件82的磨损的进展，能够长期维持这两个接触密封件的密封性能。

在超低温制冷机10运行的期间，置换器24周围的压力(即，上部空间36及膨胀空间34的压力)在第1压力(高压)与低于第1压力的第2压力(低压)之间周期性地变动。置换器驱动机构38周围的压力(即，低压气体室37的压力)维持在第2压力。非接触密封件83具有第1压力与第2压力之间的中间压。因此，与仅设置有一个接触式密封件的比较例相比，分别作用于第1接触密封件81及第2接触密封件82的压差成为大致一半。作用于第1接触密封件81及第2接触密封件82的负载减半，这有助于延长第1接触密封件81及第2接触密封件82的寿命。

而且，即使超低温制冷机10长期运行导致第1接触密封件81及第2接触密封件82磨损，由于密封部件56还具有非接触密封件83，因此密封部件56的密封性能也不会消失。虽然与两个接触密封件有效地发挥作用时相比非接触密封件83个体的密封性能可能会稍微差，但是能够将非接触密封件83设计成不会显著损害超低温制冷机10的制冷性能。在仅设置有一个接触式密封件的比较例中，若接触式密封件磨损则制冷性能可能会立即大幅度下降，但是根据实施方式，能够消除或缓和这种不良情况。

因此，实施方式所涉及的密封部件56相对于接触式密封部件的消耗具有更加可靠(robust)的设计。根据实施方式，能够提供一种长期可靠性优异的超低温制冷机用密封部件56及具备该密封部件56的超低温制冷机10。

图4是表示密封部件56的另一例的图。如图4所示，密封部件56还可以具备中间接触密封件96，该中间接触密封件96以沿轴向分割非接触密封件83的方式在第1接触密封件81与第2接触密封件82之间保持于衬套80上。非接触密封件83被中间接触密封件96分割为第1部分83a和第2部分83b。如此，通过设置追加的接触密封件，施加于各个接触密封件的负载更加减小。

以上，根据实施例对本发明进行了说明。本领域技术人员应当理解，本发明并不只限定于上述实施方式，能够进行各种设计变更，能够存在各种变形例，并且这种变形例也在本发明的范围内。在一种实施方式中进行说明的各种特征也可以适用于其他实施方式中。通过组合而产生的新的实施方式兼具所组合的各实施方式的效果。

在一种实施方式中，密封部件56也可以作为将上部杆52支承为能够滑动的滑动轴承54而安装于驱动机构壳体30上。

在一种实施方式中，可以向驱动机构壳体30内导入高压的工作气体，置换器驱动机构38可以配置于高压气体室中。此时，在超低温制冷机运行的期间，置换器周围的压力在第1压力与低于第1压力的第2压力之间周期性地变动，置换器驱动机构周围的压力维持在第1压力。如此设定，也与上述实施方式同样地，非接触密封件83能够具有第1压力与第2压力之间的中间压。

在上述实施方式中，举例说明了置换器驱动机构38包括止转棒轭机构42的情况，但是，本发明也可以适用于其他形式的置换器驱动机构。例如，超低温制冷机10也可以为通过气压来驱动置换器24的所谓的气体驱动型GM制冷机。此时，从置换器24延伸的连接杆26取代止转棒轭机构42而与驱动活塞刚性连接。驱动活塞可以容纳于驱动机构壳体30中。控制作用于驱动活塞的压力，以使置换器24基于作用于驱动活塞的压力与作用于置换器24的压力的压力差而沿轴向往复移动。关于作用于驱动活塞的压力的控制，通常，例如可以利用回转阀58来进行。与上述实施方式同样地，连接杆26被密封部件56支承为能够沿轴向移动。与此同时，通过密封部件56保持使置换器24沿轴向往复移动的压力差。

在上述说明中，利用单级式GM制冷机对实施方式进行了说明。本发明并不只限于此，实施方式所涉及的密封部件56也可以适用于二级式GM制冷机或多级式GM制冷机、或者具有将置换器驱动机构连接于置换器的连接杆的其他超低温制冷机。

以上，根据实施方式并使用具体语句对本发明进行了说明，但是实施方式仅表示本发明的原理、应用的一方面，在实施方式中，在不脱离技术方案范围中所规定的本发明的思想的范围内，可以允许有很多变形例或配置的变更。

Claims (6)

1.一种超低温制冷机，其特征在于，具备：

置换器；

置换器驱动机构；

连接杆，将所述置换器驱动机构连接于所述置换器；及

密封部件，将所述连接杆支承为能够沿轴向往复移动，

所述密封部件具备：

衬套，供所述连接杆贯穿，并在所述衬套与所述连接杆之间设定有作为非接触密封件而起作用的径向间隙；

第1接触密封件，相对于所述径向间隙在所述置换器驱动机构侧保持于所述衬套上从而密封所述径向间隙；及

第2接触密封件，相对于所述径向间隙在所述置换器侧保持于所述衬套上从而密封所述径向间隙；

在所述超低温制冷机运行的期间，所述置换器周围的压力在第1压力与低于第1压力的第2压力之间周期性地变动，所述置换器驱动机构周围的压力维持在所述第1压力或所述第2压力中的任一个压力，所述非接触密封件具有所述第1压力与所述第2压力之间的中间压。

2.根据权利要求1所述的超低温制冷机，其特征在于，还具备，

驱动机构壳体，容纳所述置换器驱动机构，

垫圈，夹在所述第1接触密封件及所述第2接触密封件中的至少一个接触密封件与所述驱动机构壳体之间。

3.根据权利要求1或2所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述第1接触密封件及所述第2接触密封件中的至少一个接触密封件具备：密封环，与所述连接杆接触；及垫环，配置于所述密封环与所述衬套之间并且朝向所述连接杆按压所述密封环。

4.根据权利要求1或2所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述衬套由树脂材料制成。

5.根据权利要求1或2所述的超低温制冷机，其特征在于，

所述密封部件还具备中间接触密封件，所述中间接触密封件以沿轴向分割所述非接触密封件的方式在所述第1接触密封件与所述第2接触密封件之间保持于所述衬套上。

6.一种密封部件，其将连接杆支承为能够沿轴向往复移动，所述连接杆将置换器驱动机构连接于置换器，所述密封部件的特征在于，具备：

衬套，供所述连接杆贯穿，并在所述衬套与所述连接杆之间设定有作为非接触密封件而起作用的径向间隙；

第1接触密封件，相对于所述径向间隙在所述置换器驱动机构侧保持于所述衬套上从而密封所述径向间隙；及

第2接触密封件，相对于所述径向间隙在所述置换器侧保持于所述衬套上从而密封所述径向间隙，

在超低温制冷机运行的期间，所述置换器周围的压力在第1压力与低于第1压力的第2压力之间周期性地变动，所述置换器驱动机构周围的压力维持在所述第1压力或所述第2压力中的任一个压力，所述非接触密封件具有所述第1压力与所述第2压力之间的中间压。

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