JPH0361681A - 冷凍機の圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、逆スターリングサイクル冷凍機などに用いら
れる小形の冷凍機の圧縮機に関する。

〔従来の技術〕

この種の冷凍機の圧縮機の従来例を第４図に基づいて説
明する。第４図は、分離層冷凍機と呼ばれるこの種の冷
凍機の従来例を示す断面図である。

第４図において、冷凍機は圧縮機３と膨張部４とこれら
を結ぶ接続管６とから構成されている。

圧縮８１３は、円筒状の内周面８を有するシリンダ１０
とこのシリンダ１０に接続して形成されたバッファ室１
２に設けられた図示を省略した連接棒とクランクとから
なる機構などをモータ駆動することによってシリンダ１
０内を往復動されるピストン１４とから構成され、シリ
ンダ頭部内面１０ａとシリンダ内周面８とピストン１４
の頂部１４ｂとの間に形成される圧縮機１６に作動ガス
を吸引し７この作動ガスを圧縮する。なお、この作動ガ
スは、接続管６を流れて膨張部４に給排されている。前
記ピストン１４には、シリンダ内周面８との間に所望の
すきまを保持して直接接触を防止し、シリンダ１０内で
のピストン１４の姿勢を安定させるために、ピストンリ
ングの形状の環状のガイド１９ａ、　１９ｂが、ピスト
ン１４の頂部１４ｂと下部との両端近傍の円柱面１４ａ
に設けられた溝に装着されている。

第５図は、従来例の圧縮機５のピストン１４に装着され
る前記ガイド１９ａ、１９ｂを示す斜視図である。

第４図において、ピストン１４への装着および加工を容
易にし、係合する各部材の製作誤差による影響を少なく
するために、前記ガイド１９ａ、　１９ｂは環状の一部
を周方向に対して直角に切断した直角合い口１９ｃで、
この直角合い口１９ｃにおいて周方向に分離している形
状で、シリンダ１４の内径寸法よりわずかに大きい外径
寸法のＣ字状に形成されている。これによって、圧縮機
３の組立状態においては、外径が縮められ、ガイド１９
ａ、　１９ｂの弾性変形の力で、所望の接触圧を保持し
て、シリンダ内周面８にガイド１９ａ、１９ｂが接触す
る。

さらにピストン１４の頂部１４ｂの近傍に設けられた溝
に、ａ状のシール２０が装着され、このシール２０は接
触シール構造のもので、圧縮機３の組立状態においては
、外径が縮められてシリンダ内周面８に接触して、シリ
ンダ内周面８とピストン１４の円柱面１４ａとのすき間
を封止する。

前記ガイド１９ａ　と、シール２０との装着位置の関係
は、ｆｉ＋シール２０のｖｔ装着位置対して、これより
ピストン１４の頂部１４ｂ側、すなわち圧縮室１６側に
ガイド１９ａが装着される場合と、（２）第４図に示す
ようにシール２０の装着位置に対して、バッファ室１２
側にガイド１９ａが装着される場合とがある。前者（１
）はガイＦ１９ａがピストン１４の姿勢を安定させる効
果を考慮したものであり、後者（２）は圧縮室１６の死
容積を減少させる効果を考慮したものである。

膨張部４は、内部に金網などを積層した蓄冷器２２を有
するディスプレーサ　（膨張ピストン）２４が、膨張シ
リンダ２６の内壁の高温側端面２８にばね３０によって
支持され、膨張シリンダ２６内を往復動自在に構成され
ている。ディスプレーサ２４には、膨張シリンダ２６の
内面との間に、微小のすき間を有するシール部材３２．
３２が設けられ、作動ガスのもれを封止している。圧縮
機５から接続管６を介して作動ガスが膨張部４に給排さ
れ、これによって、膨張部４の低ｉｓが作動ガスの膨張
により冷却される。

前記圧縮機のガイド１９ａ、　１９ｂと、シール２０と
、前記ディスプレーサ２４のシール部材３２とは、作動
ガスの汚染を防止するために、無潤滑で使用されるため
、無潤滑で使用できてかつ耐摩耗性の高い特殊充填材入
りのポリテトラフルオルエチレン樹脂（四フフ化樹脂、
ＰＴＦＥ樹脂と略記されている）が使用されるが、前記
ガイド１９ａ、１９ｂ　、　　シール２０．　シール部
材３２はすべり動作に伴い摩耗粉が発生する。

〔発明が解決しようこする課題〕

前記の摩耗粉は、接触シールの形状をとる圧縮機３のピ
ストン１４に装着されるシール２０からの発生が最も多
く、冷凍機の膨張部４に、この摩耗粉が入り込み、ディ
スプレーサ２４のシール部材３２の膨張シリンダ２６の
内面との間の微小のすき間を閉そくして、ディスプレー
サ２４の運動を妨げるε共に、蓄冷器２２が汚染されて
、冷凍機の冷却性能が低下するという問題があった。シ
ール２０′からの摩耗粉は、シール２０の装着位置に対
して、これより圧縮室１６側にガイド１９ａが装着され
る前記の前者（１）の場合のほうが、前記の後者（２）
の場合よりも、摩耗粉がガイド１９ａによって阻止され
るから、より少なくはなるものの、ガイド１９ａは周方
向に対して直角に切断した直角合い口１９ｃであり、こ
の直角合い口１９ｅの部分から摩耗粉が通過してしまい
、阻止が十分でないという問題があった。

この問題を解決するために、特開昭６３−１５３３６８
号公報によれば、圧１ｉ！１１３の圧縮室１６と膨張部
４とを結ぶ作動ガスの作動空間内に、金網などのフィル
タを挿入して、膨張部４への摩耗粉などの汚染物質が移
動することを防止する提案がなされている。これによれ
ば、フィルタによって汚染物質が移動することは防止で
きるものの、フィルタ部を別に設けるために、冷凍機の
構造が大きくなり、重量も増加するため、特に飛翔体に
搭載される冷凍機としては好ましくなく、また追加コス
トを必要とするという問題があった。

本発明は、前記の問題を解決して、冷凍機の構造が大き
くなることを防ぎ、大部分の摩耗粉の発生源は、圧縮機
３の接触シール構造をとるピストン１４に装着されるシ
ール２０である点に着目し、このシール２０から発生し
た摩耗粉が膨張部４へ移動するのを防止できる冷凍機の
圧縮機を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

前記のＩＩＩ！Ｉを解決するために、本発明は、円筒状
の内周面を有するシリンダとこのシリンダに接続して形
成されたパンツ１室に設けられた駆動装置によってこの
シリンダ内を往復動されるピストンとこのピストンの円
柱面に設けられた溝に装着されこのピストンをシリンダ
内周面に対して案内するガイドとこのピストンの円柱面
に設けられた溝に装着されシリンダ内周面とピストン円
柱面との間のすき間を封止するシールとを備えシリンダ
頭部内面とシリンダ内周面とピストンの頂部との間に形
成される圧縮室に作動ガスを吸引してこの作動ガスを圧
縮する冷凍機の圧縮機において、ピストンの頂部近傍の
ピストン円柱面に設けられた溝に装着される環状のシー
ルとこのシールの装着位置よりも圧縮室側のピストン円
柱面に設けられた溝に装着される環状でその一部を階段
状に切断した段付き合い口のシリンダ内径寸法よりわず
かに大きい外形寸法に形成され圧縮機の組立状態におい
ては所望の接触圧を保持してシリンダ内周面に接触する
ガイドとを備える。

上記の構成において、シールとガイドとの間に低蒸気圧
のグリースを充填するとより好適である。

〔作用〕

本発明は、冷凍機の圧縮機において、ビス＋ンに装着さ
れるシールとガイドとの装着位置関係を、ピストンの頂
部近傍にシールを装着すると共に、このシールよりもさ
らに圧縮室側にガイドを装着し、さらにガイドの合い口
を段付き合い口としたものである。またガイドは、所望
の接触圧でシリンダ内周面に接触しており、段付き合い
口はラビリンス（Ｌａｂｙｒｉｎｔｈ　：迷路）を形成
して、ガスの流れ方向を変えてガスの通過を妨げ、段付
き合い口がガイドの厚み方向に重なり合って、この部分
でガスの流路が閉じられるので、ガスの流れを封止する
までには至らないものの、従来例のＣ字状の直角合い口
のガイドのように、ガスが直角合い口を直線的に吹き抜
けることがない、これにより、シールから発生する摩耗
粉の移動が防止され、この摩耗粉はガイドとシールとの
間の空間にためられるので、フィルタが不必要で冷凍機
の構造が大きくなることがなく、ピストンに装着された
シールから発生する摩耗粉が膨張部へ移動するのを防止
できる。

さらに、第２の手段として充填したグリースは、シリン
ダ内周面とシールおよびガイドの摺動面との間の潤滑剤
として作用し、シールの摩耗で発生する摩耗粉の量を減
らし、段付き合い口部でのガスの吹き抜は防止、および
シールの封止作用がより向上されると共に、シールの摩
耗で発生する摩耗粉がグリース中に取り込まれる作用に
より、冷凍機を構造的に大きくすることなく、シールか
ら発生する摩耗粉が膨張部へ移動するのをより一層防止
できる。

〔実施例〕

本発明の冷凍機の圧縮機の第１の実施例を第１図に基づ
いて説明する。第１図は本発明の冷凍機の圧縮機と接続
管で結ばれた膨張部とを示す断面図である。なお、第１
図は、前記従来例を示す第４図に相当する図であるから
、同じ機能の要素には、同じ符号を付している。第１図
に示す実施例と、第４図に示す従来例との相異点は、（
１）従来例の圧縮ｌ１５のピストン１４に装着されるシ
ール２０とガイド１９ａとの装着位置関係が、シール２
０の装着位置に対してバッファ室１２側にガイド１９ａ
が装着されているのに対して、実施例の圧縮ａ４におい
ては、シール２０の装着位置に対して圧縮室１６側にガ
イド１８ａが装着されている点と、（２）従来例のガイ
ド１９ａ、　１９ｂが第５図に示すように直角合い口１
９ｃであるのに対して、後記する第３図の実施例のガイ
ド１８ａ、　１８ｂは段付き合い口１８ｃである、とい
う点である。従ってその他の点は、実施例と従来例とは
同じであるので、これについては前記の従来例での説明
を適用し、重複説明を省略する。

第１図において、圧縮機４のピストン１４の頂部１４ｂ
近傍の、ピストン円柱面１４ａに設けられた溝に環状の
シール２０が装着されている。このシール２０は、前記
従来例のシール２０と同じく接触シールの形状で従来例
のシール２０と同じ材質で形成されている。シール２０
内に設けられるばね２０ａによる（」勢力で、シリンダ
内周面８にそのリップ部を押し付けて、ガスの封止効果
を出し、これによって、シール２０のガス封止性ε摩耗
が生じてもリップ部が常にシリンダ内周面８に追従し、
長寿命のシール２０となっている。

第３図は、本発明の実施例の冷凍機の圧縮機のガイド１
８ａ、　１８ｂを示す斜視図である。第３図において、
環状のガイド１８ａ、　１８ｂは環状の一部を、図示の
ように階段状に切断した段付き合い口１８ｃで、この段
付き合い口１８ｃにおいて周方向に分離している形状で
、シリンダ１０の内径寸法よりわずかに大きい外径寸法
で、従来例のガイド１９ａ、　１９ｂと同じ材質で形成
されている。これによって、圧縮機２の組立状態におい
ては、外径が縮められ、ガイド１８ａ、　１８ｂの弾性
変形の力で、所望の接触圧を保持して、シリンダ内周面
８にガイド１８ａ、１８ｂガ接触する。

第１図において、前記ガイド１８ａとシール２０との装
着位置関係は、シール２０の装着位置よりもさらに圧縮
室１６鍔にガイド１８ａを装着し、さらにバッファ室１
２側にガイド１８ｂを装着して本発明の冷凍機の圧縮機
が構成されている。

前記のｉｌｌ或の本発明の冷凍機の圧縮機においては、
ガイド１８ａ、　１８ｂの段付き合い口１８ｃは、ラビ
リンス（ｌａｂｙｒｉｎｔｈ　：迷路）を形成して、ガ
スの流れ方向を変えてガスの通過を妨げ、段付き合い口
１８ｃがガイド１８ａ、１８ｂの厚み方向に重なり合っ
て、この部分でガスの流路が閉じられるので、ガスの流
れを封止するまでには至らないものの、第５図に示す従
来例のＣ字状の直角合い口１９ｃのガイド１９ａ、　１
９ｂのように、ガスが直角合い口１９ｃを直線的に吹き
抜けることがない、これにより、シール２０がガス封止
のために常にリップ部が全周にわたって、ばね２０ａの
付勢力で押し付けられて、シリンダ内周面８に接触され
ているために、ピストン１４の往復動に伴って、このリ
ップ部が摩耗され、その結果発生する摩耗粉は、ガイド
１８ａとシール２０との空間にためられ、膨張部４に移
動することがないため、特に圧縮機４の圧縮室１６と膨
張部４とを結ぶ作動ガスの作動空間内に、フィルタを設
置する必要がない、また、シール２０から発生する摩耗
粉は、バッファ室工２側のガイド１８ｂによって、前記
説明と同し作用によって、バッファ室１２側に移動する
ことが防止され、バッファ室１２を清浄に維持できて、
ピストン１４の駆動装置の前記摩耗粉による劣化が防止
される。

一方、ガイド１８ａ、　１８ｂ自身から摩耗粉が発生す
ることが考えられる。しかし、（１）ガイド１８ａ、１
８ｂは自身の弾性変形の力で所望の接触圧を保持して、
シリンダ内周面８に接触し、この接触圧は弱く、ガイド
１８ａ、　１８ｂは前記のように、無潤滑で使用できて
かつ耐摩耗性゛の高い材料で形成されているため、摩耗
粉の発生は微少である。また、（２）仮に、ピストン１
４の往復動の姿勢がずれて、これによって片当たりして
、ガイド１８ａ、１８ｂの一部分が、シリンダ内周面８
に強い力で接触された時にのみ、摩耗粉が発生するが、
このために発生する摩耗粉量は、シール２０から発生す
る摩耗粉量に比べて格段に少なく、ピストン１４の往復
動の姿勢がずれることは、殆どない、前記（１１，（２
１に説明した理由によって、ガイド１８ａ、１８ｂ自身
から発生する摩耗粉は微少であり、問題とならない。

本発明の冷凍機の圧縮機の第２の実施例を第２図に基づ
いて説明する。第２の実施例は、前記第１の実施例と同
じ構成とし、シール２０とガイド１８ａとの間に低蒸気
圧のグリース３４を充填したものである。このグリース
３４によって、シール２０で発生した摩耗粉を付着し、
摩耗粉が膨張部４に入り込むのを防ぐ、さらに、グリー
ス３４によって、圧縮機のシール２０を潤滑し、シール
２０の摩耗粉発生量を減らす、これは、膨張部４に入り
込む摩耗粉量を減らすことだけでなく、シール２０の寿
命を伸ばすものである。使用するグリース３４としては
、グリース３４からの発生不純ガス分ガ少ない様、真空
グリース等の低蒸気圧のグリースである必要がある。こ
れは、発生不純ガス分が冷凍機の膨張部４の低温部分に
入り込み凍結付着し、ディスプレーサ２４の運動を妨げ
たり、蓄冷器２２を汚染すると冷凍機の冷却性能が低下
するからである。

本発明の冷凍機の圧縮機２は、シール２０から発生する
摩耗粉が、フィルタを設置することなく、膨張部４へ移
動するのを防止でき、またバッファ室１２へ移動するの
を防止できる。これにより、摩耗粉による各要素の劣化
が防止され、冷凍機の冷却性能が低下しない長寿命の圧
縮機２が得られる。

さらに第２の実施例での充填したグリース３４は、シリ
ンダ内周面８とシール２０およびガイド１８ａ。

１８ｂの摺動面との間の潤滑剤として作用し、シール２
０の摩耗で発生する摩耗粉の量を減らし、ガイド１８ａ
、１８ｂの段付き合い口部でのガスの吹き抜は防止、お
よびシール２０の封止作用がより向上されると共に、シ
ール２０の摩耗で発生する摩耗粉がグリース３４中に取
り込まれる作用により、冷凍機を構造的に大きくするこ
となく、シール２０から発生する摩耗粉が膨張部４へ移
動するのをより一層防止できる。

〔発明の効果〕

本発明は、冷凍機の圧縮機において、ピストンに装着さ
れるシールとガイドとの装着位置関係を、ピストン頂部
近傍にシールを装着すると共に、このシールよりもさら
に圧縮機室側にガイドを装着したもので、さらにガイド
の合い口を段付き合い口としたものである。ガイドは所
望の接触圧でシリンダ内周面に接触しており、段付き合
い口は、ガスの流れを封止するまでには至らないものの
、従来例の直角合い口のように、ガスが直線的に吹き抜
けることがなく、ガスの通過を妨げる。これにより、シ
ールから発生する摩耗粉の移動が防止され、この摩耗粉
はガイドとシールとの間の空間にためられ、一方シール
自身からの摩耗粉の発生は殆ど問題とならない微少なも
のであり、膨張部との間にフィルタを設けなくても冷凍
機の冷却性能の低下がないから、冷凍機の構造が大きく
なることがなく、これにより重量増加がないから、特に
飛翔体搭載に好適の冷凍機の圧縮機が追加コストなしに
提供できる。

また、圧縮機のシールとガイドとの間に低蒸気圧のグリ
ースを充填した場合には、このグリースによりシリンダ
内周面とシールおよびガイドの摺動面との間が潤滑され
、圧縮機がより一層円滑に運転できると共に、シールの
摩耗で発生する摩耗粉の量が減少し、ガイドの段付き合
い口部でのガスの吹き抜けと、シールの防止効果がより
向上され、またシールの摩耗で発生する摩耗粉がグリー
ス中に取り込まれるため、シールから発生する摩耗粉が
膨張部へ移動するのをより一層防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷凍機の圧縮機の第１の実施例を示す
圧縮機と接続管で結ばれた膨張部とを示す断面図、第２
図は本発明の冷凍機の圧縮機の第２の実施例を示す圧縮
機と接続管で結ばれた膨張部とを示す断面図、第３図は
本発明の冷凍機の圧縮機のピストンに装着されるガイド
を示す斜視図、第４図は冷凍機の圧縮機の従来例を示す
圧縮機と接続管で結ばれた膨張部とを示す前記実施例の
第１図に相当する断面図、第５図は従来例の冷凍機の圧
縮機のピストンに装着されるガイドを示す斜視図である
。 ２．３：圧縮機、４：膨張部、８ニジリンダ内周面、Ｉ
Ｏ＝シリンダ、１０ａニジリンダ頭部内面、１２：バッ
ファ室、１４：ピストン、１４ａ：円柱面、１４ｂ：頂
部、１６：圧縮室、１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ　
ニガイド、１８ｃ：段付き合い口、１９ｃ　　：直角合
い口、２０：シール、２２：蓄冷器、２４：ディスプレ
ーサ、４膨張部 １８ａ　　、１８ｂ　　カ′イｈ゛ １９ａ、１９ｂ 第５図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）円筒状の内周面を有するシリンダとこのシリンダに
   接続して形成されたバッファ室に設けられた駆動装置に
   よってこのシリンダ内を往復動されるピストンとこのピ
   ストンの円柱面に設けられた溝に装着されこのピストン
   をシリンダ内周面に対して案内するガイドとこのピスト
   ンの円柱面に設けられた溝に装着されシリンダ内周面と
   ピストン円柱面との間のすき間を封止するシールとを備
   えシリンダ頭部内面とシリンダ内周面とピストンの頂部
   との間に形成される圧縮室に作動ガスを吸引してこの作
   動ガスを圧縮する冷凍機の圧縮機において、ピストンの
   頂部近傍のピストン円柱面に設けられた溝に装着される
   環状のシールとこのシールの装着位置よりも圧縮室側の
   ピストン円柱面に設けられた溝に装着される環状でその
   一部を階段状に切断した段付き合い口のシリンダ内径寸
   法よりわずかに大きい外形寸法に形成され圧縮機の組立
   状態においては所望の接触圧を保持してシリンダ内周面
   に接触するガイドとを備えることを特徴とする冷凍機の
   圧縮機。 ２）請求項１記載の冷凍機の圧縮機において、シールと
   ガイドとの間に低蒸気圧のグリースを充填することを特
   徴とする冷凍機の圧縮機。