JP2713675B2 - Cooler - Google Patents

Cooler

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JP2713675B2
JP2713675B2 JP3356660A JP35666091A JP2713675B2 JP 2713675 B2 JP2713675 B2 JP 2713675B2 JP 3356660 A JP3356660 A JP 3356660A JP 35666091 A JP35666091 A JP 35666091A JP 2713675 B2 JP2713675 B2 JP 2713675B2
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piston
cylinder
displacer
cold finger
cooler
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和生 柏村
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/001Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor

Landscapes

  • Compressor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は冷却機、特にスターリ
ング冷却機のような赤外線素子の冷却や空気液化等に用
いられているガス冷却機に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chiller, and more particularly to a gas chiller used for cooling an infrared device such as a Stirling cooler or liquefying air.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は、例えば特公昭54−28980
号公報に開示された従来のスターリングサイクルガス冷
却機の概略構成を示す断面側面図である。図において、
1はシリンダであり、このシリンダ1の内部でピストン
2が往復運動を行う。3はコールドフィンガであり、作
動ガスの圧力変動によって往復運動するディスプレーサ
4を内包すると共に、その下部は連通管5により上記シ
リンダ1と連通している。
2. Description of the Related Art FIG. 6 shows, for example, Japanese Patent Publication No. 54-28980.
FIG. 1 is a cross-sectional side view showing a schematic configuration of a conventional Stirling cycle gas cooler disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. H10-115,026. In the figure,
Reference numeral 1 denotes a cylinder in which a piston 2 reciprocates. Reference numeral 3 denotes a cold finger, which includes a displacer 4 which reciprocates due to pressure fluctuations of the working gas, and a lower portion of which is connected to the cylinder 1 by a communication pipe 5.

【0003】上記ディスプレーサ4の上部の作動表面4
bは膨張空間6との境界をなしており、この膨張空間6
は上記ディスプレーサ4の下部の作動表面4aと上記連
通管5の間の第一圧縮空間7、上記ピストン2の上部の
作動表面2aと上記連通管5の間の第二圧縮空間8、上
記ディスプレーサ4内に備えた蓄熱器9及び上記連通管
5内の空間等とともに作動空間を構成している。
The upper working surface 4 of the displacer 4
b forms a boundary with the expansion space 6, and this expansion space 6
The first compression space 7 between the lower working surface 4a of the displacer 4 and the communication pipe 5, the second compression space 8 between the upper working surface 2a of the piston 2 and the communication pipe 5, the displacer 4 Together with the heat storage device 9 provided therein and the space inside the communication pipe 5, an operation space is formed.

【0004】上記蓄熱器9は中心孔10を経てその下側
の作動ガスに通ずるとともに、また中心孔11と半径方
向流通ダクト12を経て上側の作動ガスに通ずることが
できる。また、この機械では膨張させられた冷作動ガス
と冷却すべき物体の間の熱交換のための熱交換器として
フリーザ13を備えている。
[0004] The regenerator 9 can communicate with the lower working gas through the center hole 10 and with the upper working gas through the center hole 11 and the radial flow duct 12. The machine also includes a freezer 13 as a heat exchanger for heat exchange between the expanded cold working gas and the object to be cooled.

【0005】上記ピストン2と上記シリンダ1の壁の間
にはすきまシール14が配置され、上記ピストン2の下
側に存在するバッファ空間15と上記作動空間との間の
作動ガスの流れを防止している。また、上記ディスプレ
ーサ4と上記コールドフィンガ3の間にはすきまシール
16を備え、上記膨張空間6と上記第一圧縮空間7の間
の作動ガスの流れが上記蓄熱器9内を流れるように強制
している。
[0005] A clearance seal 14 is disposed between the piston 2 and the wall of the cylinder 1 to prevent the flow of working gas between the buffer space 15 located below the piston 2 and the working space. ing. Further, a clearance seal 16 is provided between the displacer 4 and the cold finger 3 to force the flow of the working gas between the expansion space 6 and the first compression space 7 to flow in the heat storage device 9. ing.

【0006】上記ピストン2はその下側の上記バッファ
空間15中にアルミニウム等の非磁性及び非磁化材料か
ら成る軽量のスリーブ17を備える。スリーブ17には
導通体を巻き付けてコイル18を形成し、このコイル1
8は上記シリンダ1の壁を通すリード線19,20に接
続され、これ等のリード線19、20は上記シリンダ1
の外部でそれぞれ電気端子21、22に接続されてい
る。
The piston 2 is provided with a lightweight sleeve 17 made of a non-magnetic and non-magnetic material such as aluminum in the buffer space 15 below the piston 2. A coil 18 is formed by winding a conductor around the sleeve 17.
8 are connected to lead wires 19 and 20 passing through the wall of the cylinder 1, and these lead wires 19 and 20 are connected to the cylinder 1
Are connected to electrical terminals 21 and 22, respectively.

【0007】上記コイル18は上記ピストン2の軸線方
向に環状間隔23内で往復運動でき、この環状間隔23
内には電機子磁界が存在している。この電機子磁界の力
線は上記コイル18の移動方向を横切る半径方向に延び
ている。この場合、永久磁石は上側と下側に磁極を持つ
環状永久磁石24、軟鉄環状ディスク25、軟鉄シリン
ダ26及び軟鉄円形ディスク27より成り、これ等は一
体となって閉磁気回路、すなわち閉磁力線回路を構成し
ている。
The coil 18 can reciprocate within an annular space 23 in the axial direction of the piston 2.
There is an armature magnetic field inside. The lines of force of the armature magnetic field extend in the radial direction crossing the moving direction of the coil 18. In this case, the permanent magnet is composed of an annular permanent magnet 24 having upper and lower magnetic poles, a soft iron annular disk 25, a soft iron cylinder 26 and a soft iron circular disk 27, which are integrally formed as a closed magnetic circuit, that is, a closed magnetic force line circuit. Is composed.

【0008】以上述べた上記スリーブ17、上記コイル
18、上記リード線19、20、上記環状間隔23、上
記環状永久磁石24、上記軟鉄環状ディスク25、上記
軟鉄シリンダ26及び上記軟鉄円形ディスク27は全体
としてピストン駆動用のリニアモータ28を構成してい
る。
The sleeve 17, the coil 18, the lead wires 19 and 20, the annular space 23, the annular permanent magnet 24, the soft iron annular disk 25, the soft iron cylinder 26 and the soft iron circular disk 27 described above are all formed. Constitutes a linear motor 28 for driving the piston.

【0009】また、上記ピストン2及び上記ディスプレ
ーサ4はそれぞれピストン用共振ばねであるコイルばね
29とディスプレーサ用共振ばねであるコイルばね30
によって、上記シリンダ1及びコールドフィンガ3内に
往復動可能に係合され、上記ピストン2及び上記ディス
プレーサ4の静止時の固定位置及び運転時の中立位置を
定めている。
The piston 2 and the displacer 4 are respectively composed of a coil spring 29 serving as a resonance spring for the piston and a coil spring 30 serving as a resonance spring for the displacer.
Thereby, the piston 2 and the displacer 4 are engaged with the cylinder 1 and the cold finger 3 so as to be able to reciprocate, thereby defining a stationary position when the piston 2 and the displacer 4 are stationary and a neutral position during operation.

【0010】次に、上記した従来のスターリングサイク
ルガス冷却機の動作について説明する。電気端子21、
22に系の共振周波数に等しい交流電源(図示しない)
を接続すると、コイル18には円周方向の交流電流が流
れ、この交流電流と環状永久磁石24の作る半径方向の
磁場との相互作用によってコイル18には軸方向に周期
的なローレンツ力が働き、その結果、ピストン2、スリ
ーブ17及びコイル18から構成される組立体とピスト
ン用コイルばね29から成る系は共振状態となり、上記
組立体は軸方向に振動する。
Next, the operation of the above-described conventional Stirling cycle gas cooler will be described. Electrical terminal 21,
AC power supply (not shown) equal to the resonance frequency of the system at 22
Is connected, a circumferential alternating current flows through the coil 18, and a periodic Lorentz force acts on the coil 18 in the axial direction due to the interaction between the alternating current and the radial magnetic field generated by the annular permanent magnet 24. As a result, the assembly comprising the piston 2, the sleeve 17 and the coil 18 and the system comprising the coil spring 29 for the piston come into resonance, and the assembly vibrates in the axial direction.

【0011】ピストン2の振動は、膨張空間6、第一圧
縮空間7、第二圧縮空間8、連通管5、蓄熱器9、中心
孔10、中心孔11、半径方向流通ダクト12及びフリ
ーザ13から成る作動空間内に封入された作動ガスに周
期的な圧力変化をもたらすとともに、蓄熱器9を通過す
るガスの流量変化によりディスプレーサ4に周期的な軸
方向の交番振動力を生ぜしめる。このようにして蓄熱器
9を含むディスプレーサ4はピストン2と同じ周波数
で、かつ異なった位相でコールドフィンガ3内を軸方向
に往復運動することになる。
The vibration of the piston 2 is transmitted from the expansion space 6, the first compression space 7, the second compression space 8, the communication pipe 5, the heat storage 9, the center hole 10, the center hole 11, the radial flow duct 12 and the freezer 13. A periodic pressure change is caused to the working gas enclosed in the working space, and a periodic axial vibration force is generated in the displacer 4 by a change in the flow rate of the gas passing through the regenerator 9. In this way, the displacer 4 including the regenerator 9 reciprocates in the cold finger 3 in the axial direction at the same frequency as the piston 2 and at a different phase.

【0012】ピストン2及びディスプレーサ4が適当な
位相差を保って運動する時、上記作動空間に封入された
作動ガスは、「逆スターリングサイクル」として既知の
熱力学的サイクルを構成し、主として膨張空間6及びフ
リーザ13に冷熱を発生する。
When the piston 2 and the displacer 4 move with an appropriate phase difference, the working gas enclosed in the working space constitutes a thermodynamic cycle known as a "reverse Stirling cycle" and mainly comprises an expansion space. 6 and the freezer 13 generate cold heat.

【0013】上記「逆スターリングサイクル」とその冷
熱発生の原理については、文献クリオ クーラー ジ
ィ.ウォーカー,プリーナム プレス,ニューヨーク,
「Cryo cooler」(G.Walker,Pl
enum Press,NewYork,1983,p
p123〜177)に詳細に説明されている。
Regarding the above-mentioned "reverse Stirling cycle" and the principle of its generation of cold heat, reference is made to Clio Cooler Gy. Walker, Plenham Press, New York,
"Cryo cooler" (G. Walker, Pl
enum Press, New York, 1983, p
pp. 123-177).

【0014】以下にその原理について簡単に説明する。
ピストン2により圧縮された第二圧縮空間8内の作動ガ
スは連通管5を経て流れる間に圧縮熱が冷却され、第一
圧縮空間7、中心孔10、蓄熱器9に流れ込む。蓄熱器
9で半サイクル前に蓄えられた冷熱により予冷され、作
動ガスは、さらに中心孔11、半径方向流通ダクト12
及びフリーザ13を通って膨張空間6内に入る。
The principle will be briefly described below.
The working gas in the second compression space 8 compressed by the piston 2 is cooled by the heat of compression while flowing through the communication pipe 5, and flows into the first compression space 7, the center hole 10, and the regenerator 9. The working gas is precooled by the cold stored in the regenerator 9 a half cycle before, and the working gas is further supplied to the center hole 11 and the radial flow duct 12
And enters the expansion space 6 through the freezer 13.

【0015】そして、大部分の作動ガスが膨張空間6内
に入ると膨張が始まり、膨張空間6内に冷熱を発生す
る。作動ガスは、次に逆の順序で蓄熱器9に冷熱を放出
しながら流路を戻り、第二圧縮空間8内に入る。この
時、フリーザ13内で外部から熱を奪いその外部を冷却
する。しかして、大部分作動ガスが第二圧縮空間8内に
戻ると再び圧縮が始まり、次のサイクルに移行する。以
上のようなプロセスにより、上記「逆スターリングサイ
クル」が完了して冷熱が発生する。
When most of the working gas enters the expansion space 6, expansion starts, and cold heat is generated in the expansion space 6. The working gas then returns in the flow path while discharging cold heat to the regenerator 9 in the reverse order, and enters the second compression space 8. At this time, heat is taken from outside in the freezer 13 to cool the outside. Thus, when most of the working gas returns into the second compression space 8, compression starts again, and the next cycle is started. By the above-described process, the above-mentioned “reverse Stirling cycle” is completed and cold heat is generated.

【0016】図7に図6で説明した従来の冷却機のピス
トンに装着した共振ばねであるコイルばね29の構造を
示す。図7(a)は上面図、図7(b)は側面図、図7
(c)は下面図である。図7に示す如く、コイルばね2
9は、その加工精度上コイルばねの両端の中心軸32、
33を一致させることは難しく、両端の中心軸32と3
3には、偏心εが存在していた。
FIG. 7 shows a structure of a coil spring 29 which is a resonance spring mounted on a piston of the conventional cooler described in FIG. 7A is a top view, FIG. 7B is a side view, and FIG.
(C) is a bottom view. As shown in FIG.
9 is a central axis 32 at both ends of the coil spring due to its processing accuracy;
It is difficult to make 33 coincide with each other.
3 had eccentricity ε.

【0017】次に図8に従来の冷却機のピストン用共振
ばねであるコイルばね29のピストンへの取り付け状態
の詳細を示す。図8に示す如く、従来の冷却機では、ピ
ストン用共振ばねとして図7で説明したコイルばね29
を用いているために、コイルばね両端の中心軸32と3
3には、偏心εが存在することになる。
FIG. 8 shows details of a state in which a coil spring 29, which is a resonance spring for a piston of a conventional cooler, is attached to a piston. As shown in FIG. 8, in the conventional cooler, the coil spring 29 described in FIG.
, The center axes 32 and 3 at both ends of the coil spring are used.
3 has an eccentricity ε.

【0018】一方、すきまシール14のすきまδは、所
定のシール性能を確保するために、10〜20μm程度
の極めて小さな値に設定しなければならず、この偏心ε
の大きさはすきまシール14のすきまδよりもはるかに
大きい。従って、ピストン2をコイルばね29の下部中
心軸33と同一軸上にあるシリンダ1に装着した場合、
この偏心εによりピストン用コイルばね29には横方向
の復元力Fが働く。この横方向の復元力Fは、ピストン
2をシリンダ1に押し付ける荷重となって作用すること
になる。
On the other hand, the clearance δ of the clearance seal 14 must be set to an extremely small value of about 10 to 20 μm in order to secure a predetermined sealing performance.
Is much larger than the clearance δ of the clearance seal 14. Therefore, when the piston 2 is mounted on the cylinder 1 which is coaxial with the lower central axis 33 of the coil spring 29,
Due to this eccentricity ε, a lateral restoring force F acts on the piston coil spring 29. The lateral restoring force F acts as a load for pressing the piston 2 against the cylinder 1.

【0019】従って、この押し付け荷重が作用した状態
でピストン2を往復動させるために、すきまシール14
を形成するシリンダ1とピストン2の摺動面には、摩耗
が発生する。この摩耗をできるだけ小さくする目的で、
すきまシール14を構成するシリンダ1とピストン2の
摺動面のどちらか一方に、グラスファイバやカーボンフ
ァイバを添加したポリテトラフルオロエチレン(PTF
E)で作られた複合材料を用い、もう一方の相手面を金
属で作り摺動面を形成していた。
Therefore, in order to reciprocate the piston 2 in a state where the pressing load is applied, the clearance seal 14 is required.
Wear occurs on the sliding surface between the cylinder 1 and the piston 2 which forms In order to minimize this wear,
One of the sliding surfaces of the cylinder 1 and the piston 2 constituting the clearance seal 14 is made of polytetrafluoroethylene (PTF) in which glass fiber or carbon fiber is added.
The sliding surface was formed by using the composite material prepared in E) and making the other mating surface of metal.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】この発明に係る冷却機
は以上のように構成されているので、グラスファイバや
カーボンファイバを添加した複合材料は、摺動する相手
材の表面を傷つけ、相手材の表面あらさを荒くするとと
もに、摺動部の摩耗に対して、有害な金属摩耗粉を発生
し、十分な耐摩耗性を確保することができなかった。
Since the cooler according to the present invention is constructed as described above, the composite material to which glass fiber or carbon fiber is added damages the surface of the sliding counterpart material, In addition to roughening the surface roughness, harmful metal abrasion powder was generated with respect to the abrasion of the sliding portion, and sufficient abrasion resistance could not be secured.

【0021】特に、近年の冷却機に要求されている、長
寿命化、小型化にともなう高面圧化には耐えられず、ピ
ストン2の往復動によってすきまシール14を構成する
ピストン2およびシリンダ1の摺動面は著しく摩耗し、
ピストンシール部でのガス漏れが増大することになり、
長寿命な冷却機が得られないという問題点があった。
In particular, the piston 2 and the cylinder 1 which form the clearance seal 14 due to the reciprocating motion of the piston 2 cannot withstand the high surface pressure required for a long life and miniaturization required for a recent cooler. The sliding surface of is significantly worn,
Gas leakage at the piston seal will increase,
There was a problem that a long-life cooling machine could not be obtained.

【0022】なお、ディスプレーサ用共振ばねであるコ
イルばね30についても同様な問題があり、ディスプレ
ーサ4の往復動によってすきまシール16を構成するデ
ィスプレーサ4およびコールドフィンガ3の摺動面は著
しく摩耗し、ディスプレーサシール部でのガス漏れが増
大することになり、長寿命な冷却機が得られないという
問題点があった。
The coil spring 30, which is a resonance spring for the displacer, has a similar problem. The reciprocating motion of the displacer 4 causes the sliding surfaces of the displacer 4 and the cold finger 3 constituting the clearance seal 16 to be significantly worn, and There is a problem in that gas leakage at the seal portion increases, and a long-life cooler cannot be obtained.

【0023】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、シール部での摩耗が少なく、
長寿命な冷却機を得ることを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and has little wear at a seal portion.
The purpose is to obtain a cooler with a long life.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
る冷却機は、すきまシールを構成するコールドフィンガ
の内周面と上記シリンダの内周面のいずれか一方に、ポ
リパラオキシベンゾイルとポリテトラフルオロエチレン
からなる複合材料で作られた円筒状のライナを設け、こ
の円筒状のライナと摺動する上記ディスプレーサと上記
ピストンの外周面の表面あらさを中心線平均あらさRa
で、Ra=0.05μm以下に設定したものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a cooler comprising a polyparaoxybenzoyl and a polyparaoxybenzoyl on one of an inner peripheral surface of a cold finger and an inner peripheral surface of the cylinder constituting a clearance seal. A cylindrical liner made of a composite material composed of tetrafluoroethylene is provided, and the surface roughness of the outer peripheral surface of the displacer and the piston sliding with the cylindrical liner is calculated as a center line average roughness Ra.
And Ra is set to 0.05 μm or less.

【0025】また、請求項2記載の発明に係る冷却機
は、すきまシールを構成するディスプレーサと上記ピス
トンの外周面のいずれか一方に、ポリパラオキシベンゾ
イルとポリテトラフルオロエチレンからなる複合材料で
作られた円筒状のライナを設け、上記円筒状のライナと
摺動する上記コールドフィンガと上記シリンダの内周面
の表面あらさを中心線平均あらさRaで、Ra=0.0
5μm以下に設定したものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a cooler, wherein one of a displacer constituting a clearance seal and an outer peripheral surface of the piston is made of a composite material comprising polyparaoxybenzoyl and polytetrafluoroethylene. A cylindrical liner is provided, and the surface roughness of the cold finger sliding on the cylindrical liner and the inner peripheral surface of the cylinder is determined by a center line average roughness Ra, Ra = 0.0
It is set to 5 μm or less.

【0026】[0026]

【作用】請求項1または請求項2記載の発明における冷
却機は、すきまシールを構成する摺動面例えばコールド
フィンガとシリンダの内周面のいずれか一方、または、
ディスプレーサとピストンの外周面のいずれか一方に、
芳香族ポリエステル系樹脂であるポリパラオキシベンゾ
イルとポリテトラフルオロエチレンからなる複合材料で
作られた円筒状のライナを設け、この円筒状のライナと
摺動する相手面、例えばディスプレーサとピストンの外
周面またはコールドフィンガとシリンダの内周面の表面
あらさを、中心線平均あらさRaで、Ra=0.05μ
m以下に設定したことにより、相手材の表面を傷つけ、
相手材の表面あらさを荒くすることがなくなるととも
に、摺動部の摩耗に対して有害な金属摩耗粉を発生する
こともなくなり、すきまシールの摩耗が減少し、長寿命
となる。
According to the first or second aspect of the present invention, there is provided a cooler having a sliding surface constituting a clearance seal, for example, one of a cold finger and an inner peripheral surface of a cylinder, or
On either the displacer or the outer peripheral surface of the piston,
A cylindrical liner made of a composite material composed of polyparaoxybenzoyl and polytetrafluoroethylene, which are aromatic polyester resins, is provided, and a mating surface that slides with the cylindrical liner, for example, an outer peripheral surface of a displacer and a piston or The surface roughness of the inner peripheral surface of the cold finger and the cylinder is determined by the center line average roughness Ra, Ra = 0.05 μ
m or less, damages the surface of the mating material,
The surface roughness of the mating material is not roughened, and metal wear powder harmful to the wear of the sliding portion is not generated, so that the wear of the clearance seal is reduced and the life is extended.

【0027】[0027]

【実施例】【Example】

実施例1.以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1において、31はピストン2と摺動してすき
まシール14を形成するポリパラオキシベンゾイルを添
加したポリテトラフルオロエチレンで作られた円筒状の
シリンダ用ライナである。ここで、ピストン2の表面あ
らさは、中心線平均あらさRaで、Ra=0.05μm
以下に仕上げてある。
Embodiment 1 FIG. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 31 denotes a cylindrical cylinder liner made of polytetrafluoroethylene to which polyparaoxybenzoyl is added, which slides with the piston 2 to form the clearance seal 14. Here, the surface roughness of the piston 2 is the center line average roughness Ra, Ra = 0.05 μm
Finished below.

【0028】一般に、ポリイミド樹脂や芳香族ポリエス
テル樹脂を充填材料として用いたポリテトラフルオロエ
チレン系の複合材料は、相手鋼面研磨性がないために、
軟質の相手材料を傷つけることのない摺動材料として知
られている。従来開発されているポリテトラフルオロエ
チレン系の摺動材料の中で、耐摩耗性が良好で、かつ、
軟質の相手材料を傷つけることのない摺動材料として芳
香族ポリエステル系樹脂であるポリパラオキシベンゾイ
ルとポリテトラフルオロエチレンからなる複合材料であ
る。
In general, a polytetrafluoroethylene-based composite material using a polyimide resin or an aromatic polyester resin as a filler material has no abrasive property on the mating steel surface.
It is known as a sliding material that does not damage a soft mating material. Among the conventionally developed polytetrafluoroethylene-based sliding materials, the wear resistance is good, and
As a sliding material that does not damage a soft mating material, it is a composite material composed of polyparaoxybenzoyl, which is an aromatic polyester resin, and polytetrafluoroethylene.

【0029】この材料に着目して発明者が行った、往復
動摩耗試験結果を図2に示す。試験は、外径5(m
m)、長さ7(mm)の円柱状試験片を、ポリパラオキ
シベンゾイルを20(Wt%)添加したポリテトラフル
オロエチレンで作り、その端面をすべり面として、相手
材料の表面あらさをパラメータとして実施した。
FIG. 2 shows the results of a reciprocating wear test performed by the inventor focusing on this material. The test was performed with an outer diameter of 5 (m
m), a cylindrical test piece with a length of 7 (mm) is made of polytetrafluoroethylene to which 20% (Wt%) of polyparaoxybenzoyl is added, and its end surface is used as a sliding surface, and the surface roughness of the mating material is used as a parameter. did.

【0030】試験条件は、雰囲気をヘリウムガスとし、
接触面圧を0.25(MPa)、平均すべり速度を0.
6(m/sec)、総摩擦時間は100時間とし、相手
材料にはステンレス鋼を用いた。図2において、横軸は
相手材であるステンレス鋼の表面あらさ、Ra(μm)
であり、縦軸はポリパラオキシベンゾイルを20(Wt
%)添加したポリテトラフルオロエチレンの比摩耗量を
示している。
The test conditions were as follows: the atmosphere was helium gas;
The contact surface pressure is 0.25 (MPa), and the average sliding speed is 0.
6 (m / sec), the total friction time was 100 hours, and stainless steel was used as the mating material. In FIG. 2, the horizontal axis is the surface roughness of the stainless steel as the mating material, Ra (μm).
And the vertical axis represents polyparaoxybenzoyl at 20 (Wt).
%) Shows the specific wear of the added polytetrafluoroethylene.

【0031】ここで、比摩耗量Ws(mm3 /N・m)
は、 Ws=V/(P・L) V:摩耗体積(mm3 ) P:荷重(N) L:摩擦距離(m) で与えた。図2からポリパラオキシベンゾイルを添加し
たポリテトラフルオロエチレンの比摩耗量は、相手材料
の表面あらさがRa=0.05(μm)以上になると急
激に増加するような傾向を示すことがわかる。また、表
面あらさがRa=0.05(μm)以下の領域における
比摩耗量は、Ws=1〜2×10-7(mm3 /N・m)
の極めて小さな摩耗範囲にあることがわかる。
Here, the specific wear amount Ws (mm 3 / N · m)
Is given by: Ws = V / (P · L) V: Wear volume (mm 3 ) P: Load (N) L: Friction distance (m) From FIG. 2, it can be seen that the specific abrasion amount of polytetrafluoroethylene to which polyparaoxybenzoyl is added tends to rapidly increase when the surface roughness of the mating material becomes Ra = 0.05 (μm) or more. The specific wear amount in a region where the surface roughness is Ra = 0.05 (μm) or less is Ws = 1 to 2 × 10 −7 (mm 3 / N · m).
It can be seen that the wear range is extremely small.

【0032】なお、図2においては比較のために、同一
の試験条件で試験前の相手材料の表面あらさをRa=
0.01〜0.02(μm)に設定して実施した、グラ
スファイバ入りポリテトラフルオロエチレンの比摩耗量
の測定結果も示している。図2より、グラスファイバ入
りポリテトラフルオロエチレンの比摩耗量は、Ws=3
〜5×10-7(mm3 /N・m)の範囲にあり、ポリパ
ラオキシベンゾイルを添加したポリテトラフルオロエチ
レンに比べて、摩耗が大きいことがわかる。
In FIG. 2, for the sake of comparison, the surface roughness of the mating material before the test under the same test conditions was Ra =
The measurement results of the specific wear amount of polytetrafluoroethylene containing glass fiber, which was set at 0.01 to 0.02 (μm), are also shown. From FIG. 2, the specific wear amount of polytetrafluoroethylene containing glass fiber is Ws = 3.
55 × 10 −7 (mm 3 / N · m), indicating that the abrasion is greater than that of polytetrafluoroethylene to which polyparaoxybenzoyl is added.

【0033】以下、本実施例について説明する。本実施
例では、ピストン2の表面あらさを中心線平均あらさR
aで、Ra=0.05μm以下に仕上げて、ポリパラオ
キシベンゾイルを添加したポリテトラフルオロエチレン
で作られた円筒状のシリンダ用ラナ31をシリンダ1
の内周面に設けたので、すきまシール14の摺動面の摩
耗が減少し、冷却機の長寿命化が可能となる。
Hereinafter, the present embodiment will be described. In the present embodiment, the surface roughness of the piston 2 is determined by the center line average roughness R
In a, finish below Ra = 0.05 .mu.m, La for cylindrical cylinder made of polytetrafluoroethylene was added poly-p-oxybenzoyl Lee na 31 cylinders 1
Is provided on the inner peripheral surface, the wear of the sliding surface of the clearance seal 14 is reduced, and the life of the cooler can be extended.

【0034】なお、本実施例に示した冷却機の動作原理
については、従来例と全く同様であるため、ここでは省
略する。
The operation principle of the cooler shown in the present embodiment is exactly the same as that of the conventional example, and therefore will not be described here.

【0035】実施例2. 上記実施例1ではピストン2の表面あらさを中心線平均
あらさRaで、Ra=0.05μm以下に仕上げ、シリ
ンダ1の内周面にポリパラオキシベンゾイルを添加した
ポリテトラフルオロエチレンで作られた円筒状のシリン
ダ用ラナ31をシリンダ1の内周面に設けた構造につ
いて示したが、図3に示すようにディスプレーサ4の表
面あらさを中心線平均あらさRaで、Ra=0.05μ
m以下に仕上げ、コールドフィンガ3の内周面にポリパ
ラオキシベンゾイルを添加したポリテトラフルオロエチ
レンで作られた円筒状のコールドフィンガ用ライナ32
を設けた場合には、すきまシール16の摺動面の摩耗が
少なくなり、冷却機の長寿命化がはかれる。
Embodiment 2 FIG. In Example 1 above, the surface roughness of the piston 2 was finished to have a center line average roughness Ra of Ra = 0.05 μm or less, and a cylindrical shape made of polytetrafluoroethylene in which polyparaoxybenzoyl was added to the inner peripheral surface of the cylinder 1. the cylinder la Lee Na 31 has been described structure provided on the inner surface of the cylinder 1, the center line average roughness Ra of the surface roughness of the displacer 4, as shown in Figure 3, Ra = 0.05 .mu.m
m or less, and a cylindrical cold finger liner 32 made of polytetrafluoroethylene with polyparaoxybenzoyl added to the inner peripheral surface of the cold finger 3.
Is provided, the wear of the sliding surface of the clearance seal 16 is reduced, and the life of the cooler is extended.

【0036】実施例3.上記実施例1では、ピストン2
の表面あらさを中心線平均あらさRaで、Ra=0.0
5μm以下に仕上げ、シリンダ1の内周面にポリパラオ
キシベンゾイルを添加したポリテトラフルオロエチレン
で作られた円筒状のシリンダ用ライナ31をシリンダ1
の内周面に設けた構造について示したが、図4に示すよ
うに、シリンダ1の内周面の表面あらさを中心線平均あ
らさRaで、Ra=0.05μm以下に仕上げ、ピスト
ンの外周面にポリパラオキシベンゾイルを添加したポリ
テトラフルオロエチレンで作られた円周状のピストン用
ライナ33を設けても良く、上記実施例1と同様の効果
を奏する。
Embodiment 3 FIG. In the first embodiment, the piston 2
Is the center line average roughness Ra, Ra = 0.0
A cylindrical cylinder liner 31 made of polytetrafluoroethylene with polyparaoxybenzoyl added to the inner peripheral surface of cylinder 1
As shown in FIG. 4, the surface roughness of the inner circumferential surface of the cylinder 1 is finished to Ra = 0.05 μm or less with the center line average roughness Ra as shown in FIG. A circumferential piston liner 33 made of polytetrafluoroethylene to which polyparaoxybenzoyl is added may be provided, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0037】実施例4.上記実施例2では、ディスプレ
ーサ4外周面の表面あらさを中心線平均あらさRaで、
Ra=0.05μm以下に仕上げ、コールドフィンガ3
の内周面にポリパラオキシベンゾイルを添加したポリテ
トラフルオロエチレンで作られた円筒状のコールドフィ
ンガ用ライナ32を設けた構造について示したが、図5
に示すように、コールドフィンガ3の内周面の表面あら
さを中心線平均あらさRaで、Ra=0.05μm以下
に仕上げ、ディスプレーサ4の外周面にポリパラオキシ
ベンゾイルを添加したポリテトラフルオロエチレンで作
られた円筒状のディスプレーサ用ライナ34を設けても
良く、上記実施例2と同様の効果を奏する。
Embodiment 4 FIG. In the second embodiment, the surface roughness of the outer peripheral surface of the displacer 4 is determined by the center line average roughness Ra,
Finished to Ra = 0.05μm or less, cold finger 3
5 shows a structure in which a cylindrical cold finger liner 32 made of polytetrafluoroethylene to which polyparaoxybenzoyl is added is provided on the inner peripheral surface of FIG.
As shown in the figure, the surface roughness of the inner peripheral surface of the cold finger 3 is finished to Ra = 0.05 μm or less with the center line average roughness Ra, and the outer peripheral surface of the displacer 4 is made of polytetrafluoroethylene to which polyparaoxybenzoyl is added. A cylindrical displacer liner 34 may be provided, and the same effects as those of the second embodiment can be obtained.

【0038】実施例5.なお、上記実施例では、スター
リング冷却機のすきまシールを構成する摺動面に芳香族
ポリエステル系樹脂であるポリパラオキシベンゾイルと
ポリテトラフルオロエチレンからなる複合材料で作られ
た円筒状のライナを設け、このライナと摺動する相手材
の表面あらさを中心線平均あらさRaで、Ra=0.0
5μm以下に設定した場合について示したが、例えば、
ギフォード・マクマホンサイクルなどのドライ状態で摺
動する他方式の冷却機の摺動部や、一般的なドライ状態
で摺動する軸受などの摺動部に適用しても良く、上記実
施例と同様の効果を奏する。
Embodiment 5 FIG. In the above embodiment, a cylindrical liner made of a composite material consisting of polyparaoxybenzoyl, which is an aromatic polyester resin, and polytetrafluoroethylene is provided on a sliding surface constituting a clearance seal of a Stirling cooler, The surface roughness of the mating material sliding with this liner is defined as the center line average roughness Ra, Ra = 0.0
Although the case where it is set to 5 μm or less is shown, for example,
It may be applied to sliding parts of other types of coolers that slide in a dry state such as Gifford McMahon cycle, or sliding parts such as bearings that slide in a general dry state, as in the above embodiment. Has the effect of

【0039】[0039]

【発明の効果】以上のように請求項1または請求項2記
載の発明によれば、すきまシールを形成する摺動面に芳
香族ポリエステル系樹脂であるポリパラオキシベンゾイ
ルとポリテトラフルオロエチレンからなる複合材料で作
られた円筒状のライナを設け、上記円筒状のライナと摺
動する相手面の表面あらさを、中心線平均あらさRa
で、Ra=0.05μm以下に設定したので、すきまシ
ールを形成する摺動面の摩耗が減少し、長寿命な冷却機
が得られる。
As described above, according to the first or second aspect of the present invention, the sliding surface forming the clearance seal is made of a composite comprising polyparaoxybenzoyl, which is an aromatic polyester resin, and polytetrafluoroethylene. A cylindrical liner made of a material is provided, and the surface roughness of the mating surface that slides with the cylindrical liner is determined by the center line average roughness Ra.
Since Ra is set to 0.05 μm or less, the wear of the sliding surface forming the clearance seal is reduced, and a long-life cooler can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施例1による冷却機を示す部分断
面図である。
FIG. 1 is a partial sectional view showing a cooler according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】摩耗試験結果を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a wear test result.

【図3】この発明の実施例2による冷却機を示す部分断
面図である。
FIG. 3 is a partial sectional view showing a cooler according to Embodiment 2 of the present invention.

【図4】この発明の実施例3による冷却機を示す部分断
面図である。
FIG. 4 is a partial sectional view showing a cooler according to Embodiment 3 of the present invention.

【図5】この発明の実施例4による冷却機を示す部分断
面図である。
FIG. 5 is a partial sectional view showing a cooler according to Embodiment 4 of the present invention.

【図6】従来の冷却機を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing a conventional cooler.

【図7】従来の冷却機に装着するコイルばねの構造図で
ある。
FIG. 7 is a structural view of a coil spring mounted on a conventional cooler.

【図8】従来の冷却機におけるコイルばねの取り付け状
態の詳細図である。
FIG. 8 is a detailed view of a state where a coil spring is mounted in a conventional cooler.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリンダ 2 ピストン 3 コールドフィンガ 4 ディスプレーサ 5 連通管 14 すきまシール 16 すきまシール 29 コイルばね(ピストン用共振ばね) 30 コイルばね(ディスプレーサ用共振ばね) 31 シリンダ用ライナ(円筒状のライナ) 32 コールドフィンガ用ライナ(円筒状のライナ) 33 ピストン用ライナ(円筒状のライナ) 34 ディスプレーサ用ライナ(円筒状のライナ) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder 2 Piston 3 Cold finger 4 Displacer 5 Communication pipe 14 Clearance seal 16 Clearance seal 29 Coil spring (resonant spring for piston) 30 Coil spring (resonant spring for displacer) 31 Liner for cylinder (cylindrical liner) 32 For cold finger Liner (cylindrical liner) 33 Liner for piston (cylindrical liner) 34 Liner for displacer (cylindrical liner)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 作動ガスを封入したコールドフィンガ内
に収納されディスプレーサ用共振ばねにより該コールド
フィンガに往復動可能に係合されたディスプレーサと、
作動ガスを封入したシリンダ内に収納されピストン用共
振ばねにより該シリンダに往復動可能に係合されたピス
トンと、上記コールドフィンガと上記シリンダとを連通
する連通管とを有する冷却機において、すきまシールを
構成する上記コールドフィンガの内周面と上記シリンダ
の内周面のいずれか一方に、ポリパラオキシベンゾイル
とポリテトラフルオロエチレンからなる複合材料で作ら
れた円筒状のライナを設け、この円筒状のライナと摺動
する上記ディスプレーサと上記ピストンの外周面の表面
あらさを中心線平均あらさRaで、Ra=0.05μm
以下に設定したことを特徴とする冷却機。
A displacer housed in a cold finger filled with a working gas and reciprocally engaged with said cold finger by a displacer resonance spring;
A clearance seal is provided for a cooler having a piston housed in a cylinder filled with a working gas and reciprocally engaged with the cylinder by a piston resonance spring, and a communication pipe communicating the cold finger and the cylinder. A cylindrical liner made of a composite material composed of polyparaoxybenzoyl and polytetrafluoroethylene is provided on one of the inner peripheral surface of the cold finger and the inner peripheral surface of the cylinder. The surface roughness of the outer peripheral surface of the displacer and the piston sliding with the liner is represented by a center line average roughness Ra, Ra = 0.05 μm
A cooling machine characterized by the following settings.
【請求項2】 作動ガスを封入したコールドフィンガ内
に収納されディスプレーサ用共振ばねにより該コールド
フィンガに往復動可能に係合されたディスプレーサと、
作動ガスを封入したシリンダ内に収納されピストン用共
振ばねにより該シリンダに往復動可能に係合されたピス
トンと、上記コールドフィンガと上記シリンダとを連通
する連通管とを有する冷却機において、すきまシールを
構成する上記ディスプレーサと上記ピストンの外周面の
いずれか一方に、ポリパラオキシベンゾイルとポリテト
ラフルオロエチレンからなる複合材料で作られた円筒状
のライナを設け、上記円筒状のライナと摺動する上記コ
ールドフィンガと上記シリンダの内周面の表面あらさを
中心線平均あらさRaで、Ra=0.05μm以下に設
定したことを特徴とする冷却機。
2. A displacer housed in a cold finger filled with a working gas and reciprocally engaged with said cold finger by a displacer resonance spring.
A clearance seal is provided for a cooler having a piston housed in a cylinder filled with a working gas and reciprocally engaged with the cylinder by a piston resonance spring, and a communication pipe communicating the cold finger and the cylinder. A cylindrical liner made of a composite material consisting of polyparaoxybenzoyl and polytetrafluoroethylene is provided on one of the outer peripheral surfaces of the displacer and the piston, and the cylindrical liner slides with the cylindrical liner. A cooler characterized in that the surface roughness of the cold finger and the inner peripheral surface of the cylinder is set to be Ra = 0.05 μm or less as a center line average roughness Ra.
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