JP2943777B2 - 冷凍機のシール構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クライオポンプ等
の膨張式冷凍機に使用される冷凍機のシール構造および
それを用いた膨張式冷凍機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、たとえばクライオポンプの冷
凍機としては、図３に示すような膨張式冷凍機がある。
この膨張式冷凍機は、縦置型で、バルブモータ３４が内
側に取り付けられた駆動部３１と、上記駆動部３１の一
端に一端が接続された大径部３２と、上記大径部３２の
他端に一端が接続され、他端が底部３８で閉鎖された小
径部３３とを備えている。上記大径部３２と小径部３３
でシリンダ３０を構成している。この膨張式冷凍機の圧
縮機３７は、上記駆動部３１の低圧側に開閉弁３５を介
して接続される一方、開閉弁３６を介して高圧側に接続
されている。上記開閉弁３５,３６を交互に開閉するこ
とにより、大径部４２と小径部４３とを有するディスプ
レーサ４０をピストン４１によりシリンダ３０内を往復
運動させると、ディスプレーサ４０の蓄冷室５１,５２
内のヘリウムガスの温度を低下させ、発生した冷熱をデ
ィスプレーサ４０の蓄冷室５１,５２内の図示しない蓄
冷材に蓄積する。こうして、上記膨張冷凍機では、シリ
ンダ３０の先端側を４Ｋ以下の極低温に冷却する冷凍能
力を得ている。

【０００３】しかしながら、上記縦置型の膨張式冷凍機
は、大型機の場合、鉛直方向にかさ張って据え付け工事
および補修や保守点検が大掛かりになるという問題があ
った。このため、膨張式冷凍機を横置きにしている。

【０００４】図４は、横置型膨張式冷凍機のシール構造
を示す断面図である。図４において、シリンダ６１に嵌
合されたディスプレーサ６２の外周に、シール溝６３が
環状に形成されている。このシール溝６３には、コイル
スプリング６４と断面矩形のシールリング６５が嵌め込
まれている。シール溝６３の深さｄは、シールリング６
５の高さｈよりも大きくなっている。そして、上記コイ
ルスプリング６４はシールリング６５を半径方向外側に
シリンダ６１に向けて押し付けて、ディスプレーサ６２
とシリンダ６１の間を密封している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
横置型膨張式冷凍機では、ディスプレーサ６２の重量は
密封に必要なコイルスプリング６４の力よりも大きい。
このため、ディスプレーサ６２の重量がコイルスプリン
グ６４の力に打ち勝つ。そして、シール溝６３の深さｄ
がシールリング６５の高さｈよりも大きいため、図４に
示すように、シールリング６５の下側の部分は、シール
溝６３の中に完全に押し込まれる。図５はシールリング
６５の下側の部分の拡大図である。このように、シール
リング６５がシール溝６３の中に完全に押し込まれる
と、シリンダ６１とディスプレーサ６２とが直接接触す
る。冷凍機の作動時には、ディスプレーサ６２は、シリ
ンダ６１とディスプレーサ６２とが直接接触した状態
で、往復運動する。このため、シリンダ６１とディスプ
レーサ６２とが擦り合って、熱を発生して、冷凍能力を
低下させ、かつ、それらが摩耗するという問題がある。

【０００６】この問題を解決するために、上記ディスプ
レーサ６２の重量に打ち勝つことができる弾性力の大き
なコイルスプリングを使用すると、シリンダ６１を押す
シールリング６５の力が過大になって、シールリング６
５とシリンダ６１の間の摩擦が大きくなる。このため、
シールリング６５とシリンダ６１の発熱が大きくなっ
て、冷凍機の冷凍能力が低下し、また、シールリング６
５の耐久性が低下するという問題が生じる。

【０００７】そこで、本発明の目的は、冷凍機を配置す
る方向の如何に拘わらず、シリンダとディスプレーサが
直接接触することがなく、また、シリンダとシールリン
グの間の摩擦による発熱が小さくて、かつ、漏れのない
冷凍機のシール構造および冷凍能力の優れた膨張式冷凍
機を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の冷凍機のシール構造は、シリンダ
に嵌合されたディスプレーサの外周に環状に形成された
シール溝と、このシール溝に嵌合されたシールリング
と、このシールリングをシリンダに向けて付勢するスプ
リングとを備えている冷凍機のシール構造において、上
記シールリングの断面が凹形状をなし、上記シールリン
グの高さを上記シール溝の深さより大きく設定し、か
つ、上記スプリングがコイルスプリングであって、上記
シールリングの凹部の底と上記シール溝の底とに接触し
ていて、上記シールリングに上記スプリングの設定荷重
以上の押圧力が作用したとき、このシールリングを上記
シール溝の底部に接触させる構成にしたことを特徴とし
ている。

【０００９】請求項１に記載の冷凍機のシール構造によ
れば、シールリングの高さがシール溝の深さより大きく
設定されている。このため、上記シールリングにコイル
スプリングの設定荷重以上の押圧力が作用しても、シー
ルリングがシール溝に完全に押し込まれることが無く、
したがってシールリングがシール溝に押し込まれること
によって起こるディスプレーサとシリンダとの直接的な
接触は起こらず、シリンダとディスプレーサの摩擦によ
る発熱はなくなって、ディスプレーサがシリンダに焼き
付くのが防止される。

【００１０】さらに、シールリングの高さがシール溝の
深さより高いのに加えて、シールリングの断面が凹形状
をなし、コイルスプリングが上記シールリングの凹部の
底とシール溝の底とに接触している。したがって、上記
シールリングにスプリングの設定荷重以上の押圧力が作
用したときも、コイルスプリングはシールリング凹部に
押し込まれ、凹部の両側部がディスプレーサを支持す
る。そのためコイルスプリングはそれ以上圧縮されるこ
とがなく、コイルスプリングが押し潰されることがなく
て、スプリングの耐久性が向上する。

【００１１】また、シールリングの高さがシール溝の深
さより高くてシールリングがシール溝に完全に没入する
ことがなくシールリングがディスプレーサを支持するか
ら、スプリングの力でディスプレーサを支持するように
大きくする必要がなく、したがってシールリングは滑ら
かにスライドすることができる。そのため、シールリン
グとシリンダの間の摩擦を小さくし、シールの発熱を小
さくできて、冷凍機の能力を向上できる。また、シール
リングの耐久性が向上する。

【００１２】さらに、スプリングが上記シールリングの
凹部の底とシール溝の底との間にあって、シールリング
をシリンダに向けて付勢する。上記スプリングは、密閉
に必要な所定の力でシールリングに向けて押し付けるの
で、漏れを防止できる。

【００１３】また、上記断面凹形状のシールリングの両
側部でシールリングがシール溝の底に支持されるので、
シールリングが傾くことはない。したがって、良好なシ
ール性が得られる。

【００１４】請求項２に記載の膨張式冷凍機は、請求項
１の冷凍機のシール構造を有するディスプレーサを備え
たことを特徴としている。

【００１５】請求項２に記載の膨張式冷凍機によれば、
膨張式冷凍機を横置にした場合のように設定荷重以上の
押圧力がシールリングに作用しても、シールリングの高
さがシール溝の深さより大きく設定されているため、シ
ールリングがシール溝の中に完全に没入することがな
い。したがって、シリンダの内周面とディスプレーサと
が直接摺動することがなく、シリンダ内周面とディスプ
レーサとの摺動による摩擦熱が発生することはなくて、
シリンダがディスプレーサに焼き付くことがない。

【００１６】さらに、シールリングの高さがシール溝の
深さより大きく設定されているのに加えて、シールリン
グの断面が凹形状をなし、コイルスプリングが上記シー
ルリングの凹部の底とシール溝の底とに接触している。
したがって、上記シールリングにスプリングの設定荷重
以上の押圧力が作用したときも、コイルスプリングはシ
ールリング凹部に押し込まれ、凹部の両側部がディスプ
レーサを支持する。そのためコイルスプリングはそれ以
上圧縮されることがなく、コイルスプリングが押し潰さ
れることがなくて、スプリングの耐久性が向上する。

【００１７】さらに、シールリングはそれのみでディス
プレーサを常にシリンダに支持し、しかも、スプリング
の力を密封に必要なだけの小さい力とできるので、シー
ルリングとシリンダとの間の摩擦熱を小さくして、スム
ーズにシールリングを動かすことができる。したがっ
て、摩擦熱が小さくなって、冷凍機の冷凍能力を高くで
きる。また、シールリングの耐久性が向上する。さら
に、上記断面凹形状のシールリングが両側部でシール溝
の底に支持されるので、シールリングが傾くことはな
く、良好なシール性が得られる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
により詳細に説明する。

【００１９】図１は、横置型の膨張式冷凍機の一実施の
形態の断面図である。この膨張式冷凍機は、シール構造
を除いたその他の構成および作用は、図３の従来例と全
く同じなので、それらの説明は省略する。

【００２０】この実施の形態は、図１に示すように、横
置きのシリンダ１に嵌合するディスプレーサ２の外周
に、シール溝３を環状に形成し、上記シール溝３の中に
環状のコイルスプリング４とシールリング５を嵌め込ん
でいる。このシールリング５は、図２に示すように、断
面が凹の形状をして、シールリング５の高さＨがシール
溝３の深さＤよりも大きい。上記コイルスプリング４
は、シールリング５の凹部６とシール溝３の底部との間
にあって、シールリング５を密封に必要な所定の力で半
径方向外側にシリンダ１の内周面８に向けて押し付けて
いる。

【００２１】上記シリンダ１の下部側では、ディスプレ
ーサ２の重量がコイルスプリング４に掛かって、シール
リング５をシール溝３に完全に没入させようとする。し
かし、図２に示すように、上記シールリング５の高さＨ
がディスプレーサ２の溝の深さＤよりも大きいので、断
面凹形状のシールリング５はシール溝３に完全に没入す
ることはなく、断面凹形状のシールリング５の両端部５
ａ,５ａはシール溝３の底に当接する。すなわち、シー
ルリング５がディスプレーサ２を支持する。また、コイ
ルスプリング４はシールリング５の凹部６に押し込ま
れ、ディスプレーサ２はシールリング５の両側部５ａ,
５ａによって支持されるため、コイルスプリング４が押
し潰されることがない。このように、シールリング５の
両端部５ａ,５ａでシールリング５がシール溝３の底に
支持されるから、シールリング５が傾くことはない。し
たがって、良好なシール性が得られる。

【００２２】一方、シリンダ１の上部側では、図１に示
すように、ディスプレーサ２の重量はシールリング５に
掛からず、コイルスプリング４の力によって、シールリ
ング５がシリンダ１の内周面８に押し付けられる。こう
して、シールリング５はディスプレーサ２とシリンダ１
の間を密封する。

【００２３】このように、シールリング５の断面が凹形
状をなし、シールリング５の高さＨがシール溝の深さＤ
より大きいから、シールリング５がシール溝３に完全に
押し込まれることは無い。したがって、シールリング５
がシール溝３に完全に押し込まれることによって起こる
シリンダ１とディスプレーサ２との直接的な接触は起こ
らない。このため、シリンダ１とディスプレーサ２の摩
擦による発熱はなくなる。

【００２４】また、シールリング５がシール溝３に完全
に没入することがなくシールリング５がディスプレーサ
２の重量を支持するから、コイルスプリング４の力を大
きくする必要がない。すなわち、コイルスプリング４の
力は密封に要する力のみでよい。そのため、コイルスプ
リング４の力でディスプレーサ２の重量を支持する場合
と比較して、シールリング５を押すコイルスプリング４
の力は小さくできる。したがって、シリンダ１とシール
リング５との間の摩擦が小さくなり、シリンダ１とシー
ルリング５の間で生じる摩擦熱を小さくできる。この小
さな摩擦熱によって冷凍機の能力を向上することができ
る。また、摩擦が小さいことから、シールリング５の耐
久性も向上する。

【００２５】また、コイルスプリング４が上記シールリ
ング５の凹部６とシール溝３の底との間にあって、シー
ルリング５をシリンダ１に向けて付勢している。上記コ
イルスプリング４は、密閉に必要な所定の力でシールリ
ング５に向けて押し付けるので、漏れを防止できる。

【００２６】また、シールリング５は、断面が凹形状を
していて、凹形状の両側部５ａ,５ａがシール溝３の底
に当接してディスプレーサ２を支持する。このように、
上記シールリング５の両側部５ａ,５ａでシールリング
５がシール溝３の底に支持されるから、シールリング５
が傾くことはない。したがって、良好なシール性が得ら
れて、シールリング５は滑らかにスライドすることがで
きる。

【００２７】このように、シリンダ１の下部側では、シ
ールリング５がシリンダ溝３の底部に当接してディスプ
レーサ２の重量を支えるので、コイルスプリング４がデ
ィスプレーサ２の重量を支持する場合のように、コイル
スプリング４は大きな力を必要とせず、密封に必要な力
だけでよい。その結果、シリンダ１とコイルスプリング
４との間の摩擦力は最小限とすることができ、シールリ
ング４の発熱を小さくできて、冷凍機の冷凍能力を向上
できる。

【００２８】なお、本実施の形態では、スプリングとし
てコイルスプリングを使用したが、板状のスプリングで
あっもよいし、テープコイルを使用してもよい。

【００２９】また、上記実施の形態では、各ディスプレ
ーサに１本のシールリングを使用しているが、各ディス
プレーサに２本以上のシールリングを使用して、シール
リング１本当たりに掛かるディスプレーサの重量を軽減
してもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の冷凍機のシール構造によれば、シールリング
の高さがシール溝の深さより大きく設定されているの
で、上記シールリングにコイルスプリングの設定荷重以
上の押圧力が作用しても、シールリングがシール溝に完
全に押し込まれることが無く、したがって、シールリン
グがシール溝に押し込まれることによって起こるディス
プレーサとシリンダとの直接的な接触は起こらず、シリ
ンダとディスプレーサの摩擦による発熱がなくなって、
ディスプレーサがシリンダに焼き付くのを防止できる。

【００３１】さらに、シールリングの高さがシール溝の
深さより高いのに加えて、シールリングの断面が凹形状
をなし、コイルスプリングが上記シールリングの凹部の
底とシール溝の底とに接触している。このため、上記シ
ールリングにスプリングの設定荷重以上の押圧力が作用
したときも、コイルスプリングはシールリング凹部に没
入し、凹部の両側部がディスプレーサを支持する。した
がって、コイルスプリングは凹部の深さ以上に圧縮され
ることがなく、コイルスプリングが押し潰されることが
なくて、スプリングの耐久性を向上できる。

【００３２】また、シールリングの高さがシール溝の深
さより高くてシールリングがシール溝に完全に没入する
ことがなくシールリングがディスプレーサを支持するか
ら、スプリングの力でディスプレーサを支持するように
大きくする必要がなく、したがって、シールリングは滑
らかにスライドすることができる。そのため、シールリ
ングとシリンダの間の摩擦を小さくし、シールの発熱を
小さくできて、冷凍機の能力を向上できる。また、シー
ルリングの耐久性を向上できる。

【００３３】さらに、スプリングが上記シールリングの
凹部の底とシール溝の底との間にあって、シールリング
をシリンダに向けて付勢する。上記スプリングは、密閉
に必要な所定の力でシールリングに向けて押し付けるの
で、漏れを防止できる。

【００３４】また、上記断面凹形状のシールリングの両
側部でシールリングがシール溝の底に支持されるので、
シールリングが傾くことはない。したがって、良好なシ
ール性を得ることができる。

【００３５】請求項２に記載の膨張式冷凍機は、請求項
１の冷凍機のシール構造を有するディスプレーサを備
え、膨張式冷凍機を横置にして設定荷重以上の押圧力が
シールリングに作用しても、シールリングの高さがシー
ル溝の深さより大きく設定されているため、シールリン
グがシール溝の中に完全に没入することがない。したが
って、シリンダの内周面とディスプレーサとが直接摺動
することがなく、シリンダ内周面とディスプレーサとの
摺動による摩擦熱が発生することはなくて、シリンダが
ディスプレーサに焼き付くのを防止できる。

【００３６】さらに、シールリングの高さがシール溝の
深さより大きく設定されているのに加えて、シールリン
グの断面が凹形状をなし、コイルスプリングが上記シー
ルリングの凹部の底とシール溝の底とに接触している。
したがって、上記シールリングにスプリングの設定荷重
以上の押圧力が作用したときも、コイルスプリングはシ
ールリング凹部に没入し、凹部の両側部がディスプレー
サを支持する。このため、コイルスプリングはそれ以上
圧縮されることがなく、コイルスプリングが押し潰され
ることがなくて、スプリングの耐久性を向上できる。

【００３７】さらに、シールリングの高さがシール溝の
深さより高いために、シールリングはそれのみでディス
プレーサをシリンダに支持し、しかも、スプリングの力
を密封に必要なだけの小さい力とできるので、シールリ
ングとシリンダとの間の摩擦熱を小さくして、スムーズ
にシールリングを動かすことができる。したがって、摩
擦熱が小さくなって、冷凍機の冷凍能力を高くできる。
また、シールリングの耐久性を向できる。さらに、上記
断面凹形状のシールリングが両側部でシール溝の底に支
持されるので、シールリングが傾くことはなく、良好な
シール性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の冷凍機のシール構造の一実施の形態
の断面図である。

【図２】 図１のシール構造の部分の拡大図である。

【図３】 従来の縦置型膨張式冷凍機の概略断面図であ
る。

【図４】 従来の冷凍機のシール構造の断面図である。

【図５】 図４のシール構造の部分の拡大図である。

【符号の説明】

１…シリンダ、 ２…ディスプレーサ、 ３…シール
溝、４…コイルスプリング、 ５…シールリング、 ６
…凹部、 Ｈ…高さ、Ｄ…深さ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ(１)に嵌合されたディスプレー
   サ(２)の外周に環状に形成されたシール溝(３)と、この
   シール溝(３)に嵌合されたシールリング(５)と、このシ
   ールリング(５)をシリンダ(１)に向けて付勢するスプリ
   ング(４)とを備えている冷凍機のシール構造において、 上記シールリング(５)の断面が凹形状をなし、上記シー
   ルリング(５)の高さ(Ｈ)を上記シール溝(３)の深さ(Ｄ)
   より大きく設定し、かつ、上記スプリング(４)がコイル
   スプリングであって、上記シールリング(５)の凹部(６)
   の底と上記シール溝(３)の底とに接触していて、上記シ
   ールリング(５)に上記スプリング(４)の設定荷重以上の
   押圧力が作用したとき、このシールリング(５)を上記シ
   ール溝(３)の底部に接触させる構成にしたことを特徴と
   する冷凍機のシール構造。
2. 【請求項２】 請求項１の冷凍機のシール構造を有す
   るディスプレーサ(２)を備えたことを特徴とする膨張式
   冷凍機。