JPH0544645A - Sealing device - Google Patents

Sealing device

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Publication number
JPH0544645A
JPH0544645A JP19779291A JP19779291A JPH0544645A JP H0544645 A JPH0544645 A JP H0544645A JP 19779291 A JP19779291 A JP 19779291A JP 19779291 A JP19779291 A JP 19779291A JP H0544645 A JPH0544645 A JP H0544645A
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JP
Japan
Prior art keywords
sealing device
cylinder
seal ring
displacer
seal
Prior art date
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Pending
Application number
JP19779291A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryuichi Hakamata
龍一 袴田
Toru Kuriyama
透 栗山
Hideki Nakagome
秀樹 中込
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0544645A publication Critical patent/JPH0544645A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a nonlubrication type sealing device with which the sealing performance can be improved drastically without making the structure complicated. CONSTITUTION:As for a sealing device for sealing the gap between a cylinder 15 and a piston 19 without using lubricating oil, an edged shape spring ring 45 is fitted into the groove inside an inner peripheral seal ring 44, and the first and second outermost peripheral seal rings 42 and 43 are installed on the outer periphery of the inner peripheral seal ring 44. The first and second outermost peripheral seal rings 42 and 43 and the inner peripheral seal ring 44 are formed in each edged shape, and the gaps 46-48 are formed between the edged parts. These gaps 46-48 are arranged so as not to be superposed on the outer periphery of the piston 19. The sealing device having such structure is installed in the groove on the outer periphery of the piston 19, and the outer periphery is pushed to the inner peripheral surface of the cylinder 15 by the action of the spring ring 45.

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、シール装置に係り、
特にシリンダとこのシリンダに嵌合されたピストンとの
間の隙間を潤滑油を用いずにシールするシール装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sealing device,
In particular, the present invention relates to a seal device that seals a gap between a cylinder and a piston fitted in the cylinder without using lubricating oil.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリンダとこのシリンダに嵌合されたピ
ストンとの間の隙間をシールするシール装置には、種々
のタイプがあるが、通常、これらのシール装置の多く
は、摺接部を潤滑油で潤滑する方式が採用されている。
然ながら、シリンダ及びシリンダに嵌合されたピストン
を組み込んだ装置の中には、潤滑油を用いるシール装置
では不適当なものがある。このような装置の代表例とし
て、ヘリウムガスを冷媒として用いる極低温用の冷凍機
がある。この冷凍機では、シール部に潤滑油を使用する
と、この潤滑油が低温下で凍ってしまい、潤滑の機能を
果たさなくなってしまう問題がある。従って、ヘリウム
ガスを冷媒として用いる極低温用冷凍機では、通常、シ
リンダとピストンとの間の隙間が無潤滑タイプのシール
装置でシールされている。
2. Description of the Related Art There are various types of sealing devices for sealing a gap between a cylinder and a piston fitted in the cylinder, but usually, most of these sealing devices lubricate a sliding contact portion. The method of lubricating with oil is adopted.
However, some devices incorporating a cylinder and a piston fitted into the cylinder are not suitable for a sealing device using lubricating oil. A typical example of such a device is a cryogenic refrigerator using helium gas as a refrigerant. In this refrigerator, if lubricating oil is used for the seal portion, the lubricating oil freezes at a low temperature, and there is a problem that the lubricating function is not fulfilled. Therefore, in a cryogenic refrigerator using helium gas as a refrigerant, the gap between the cylinder and the piston is usually sealed by a non-lubricating type seal device.

【0003】図7には冷媒としてヘリウムガスを用い、
しかも無潤滑タイプのシール装置を組み込んだ従来のギ
フォード・マクマホン形の冷凍機が示されている。この
ギフォ−ド・マクマフォン型の冷凍機は、例えば、特願
平1ー27678に開示されるように冷媒ガス、即ち、
ヘリウムガスを冷却するコールドヘッド1と及び冷媒ガ
スが循環される冷媒ガス導排出系2とで構成されてい
る。コールドヘッド1では、閉じられたシリンダ11内
に往復動自在にピストン、すなわち断熱材で形成された
冷媒ガスを圧縮するディスプレーサ12が収納され、こ
のディスプレーサ12は、モ−タ13からの動力で往復
動される。シリンダ11は、大径の第1シリンダ14
と、この第1シリンダ14に同軸的に接続された小径の
第2シリンダ15とで構成されている。第1シリンダ1
4及び第2シリンダ15は、通常、薄いステンレス鋼板
等で形成されている。この第1及び第2シリンダ14、
15内には、直列的に配置された第1及び第2の冷却ス
テージ16、17が設けられている。即ち、第1シリン
ダ14と第2シリンダ15との境界部分には、圧縮され
た冷媒ガスを膨張させて冷媒ガスを冷却する第1段冷却
ステ−ジ16が設けられ、また、第2シリンダ15の先
端部分には、同様に圧縮された冷媒ガスを膨張させて第
1段冷却ステ−ジ16での冷却よりもより低温に冷媒ガ
スを冷却する第2段冷却ステ−ジ17が設けられてい
る。
In FIG. 7, helium gas is used as a refrigerant,
Moreover, a conventional Gifford-McMahon type refrigerator incorporating a non-lubricated seal device is shown. This Gifford-McMahon type refrigerator is, for example, a refrigerant gas, that is, as disclosed in Japanese Patent Application No. 1-27678.
It comprises a cold head 1 for cooling the helium gas and a refrigerant gas guide / exhaust system 2 in which the refrigerant gas is circulated. In the cold head 1, a piston, that is, a displacer 12 for compressing a refrigerant gas formed of a heat insulating material is housed in a closed cylinder 11 so as to reciprocate. The displacer 12 is reciprocated by power from a motor 13. Be moved. The cylinder 11 is a large diameter first cylinder 14
And a small-diameter second cylinder 15 coaxially connected to the first cylinder 14. 1st cylinder 1
The fourth and second cylinders 15 are usually formed of a thin stainless steel plate or the like. The first and second cylinders 14,
First and second cooling stages 16 and 17 that are arranged in series are provided in the unit 15. That is, at the boundary between the first cylinder 14 and the second cylinder 15, a first stage cooling stage 16 for expanding the compressed refrigerant gas to cool the refrigerant gas is provided, and the second cylinder 15 is also provided. A second stage cooling stage 17 for expanding the compressed refrigerant gas to cool the refrigerant gas to a lower temperature than the cooling in the first stage cooling stage 16 is provided at the tip portion of the. There is.

【0004】ディスプレーサ12は、第1シリンダ14
内を往復動する第1ディスプレーサ18と、第2シリン
ダ15内を往復動する第2ディスプレーサ19とから構
成されている。第1ディスプレーサ18と第2ディスプ
レーサ19とは、連結機構20によって軸方向に連結さ
れ、第1ディスプレーサ18の内部には、蓄冷機を構成
するための流体通路21が軸方向に形成されている。こ
の流体通路21には、銅で作られたメッシュ構造等の蓄
冷材22が収容されている。同様に、第2ディスプレー
サ19の内にも軸方向に延びる流体通路23が形成さ
れ、この流体通路23には、鉛の球などで形成された蓄
冷材24が収容されている。第1ディスプレーサ18の
外周面と第1シリンダ14の内周面との間及び第2ディ
スプレーサ19の外周面と第2シリンダ15の内周面と
の間には、それぞれシール装置25、26が装着されて
いる。
The displacer 12 includes a first cylinder 14
It is composed of a first displacer 18 that reciprocates inside and a second displacer 19 that reciprocates inside the second cylinder 15. The first displacer 18 and the second displacer 19 are axially connected by a connecting mechanism 20. Inside the first displacer 18, a fluid passage 21 for forming a regenerator is formed in the axial direction. The fluid passage 21 accommodates a regenerator material 22 such as a mesh structure made of copper. Similarly, a fluid passage 23 extending in the axial direction is also formed in the second displacer 19, and a regenerator material 24 formed of a lead ball or the like is accommodated in the fluid passage 23. Sealing devices 25 and 26 are mounted between the outer peripheral surface of the first displacer 18 and the inner peripheral surface of the first cylinder 14, and between the outer peripheral surface of the second displacer 19 and the inner peripheral surface of the second cylinder 15, respectively. Has been done.

【0005】シール装置25、26は、例えば、シール
装置26を代表して示すと、図8から図10に示す構造
を有している。即ち、このシール装置26では、図9に
示すように第2ディスプレーサ19の外周面に形成され
た環状溝27内に外周面が第2シリンダ15の内周面に
接触するように設けられた樹脂製の有端形のシールリン
グ28が装着されるとともに、シールリング28の内側
の面に、このシールリング28を第2シリンダ15の内
周面に押し付けるための有端形のばねリング29が装着
されている。シールリング28の両端部には、図10に
示すように両端部相互を半径方向に重ね合わせられる重
合部30が形成されている。
The seal devices 25 and 26 have, for example, the structure shown in FIGS. 8 to 10 as a representative of the seal device 26. That is, in the sealing device 26, as shown in FIG. 9, the resin provided in the annular groove 27 formed in the outer peripheral surface of the second displacer 19 so that the outer peripheral surface contacts the inner peripheral surface of the second cylinder 15. The endless seal ring 28 made of metal is attached, and the endless spring ring 29 for pressing the seal ring 28 against the inner peripheral surface of the second cylinder 15 is attached to the inner surface of the seal ring 28. Has been done. At both ends of the seal ring 28, as shown in FIG. 10, overlapping portions 30 are formed in which both ends are superposed in the radial direction.

【0006】第1ディスプレーサ18の上端には、連結
ロッド31、スコッチヨ−ク、或は、クランク軸32を
介してモ−タ13の回転軸に連結されている。従って、
モ−タ13が作動されてその回転軸が回転されると、こ
の回転に同期してディスプレーサ12が図中実線矢印3
3で示すように往復動される。
The upper end of the first displacer 18 is connected to the rotary shaft of the motor 13 via a connecting rod 31, a scotch yoke, or a crank shaft 32. Therefore,
When the motor 13 is actuated and its rotating shaft is rotated, the displacer 12 is synchronized with this rotation and the displacer 12 is indicated by a solid arrow 3 in the figure.
It is reciprocated as indicated by 3.

【0007】第1シリンダ14の側壁上部には、冷媒ガ
スの導入口34及び排出口35が設けられ、これら導入
口34と排出口35は、冷媒ガス導排出系2に接続され
ている。冷媒ガス導排出系2は、シリンダ11を経由す
るヘリウムガスの循環系を構成するもので、排出口35
は、低圧弁36、圧縮機37、高圧弁38を介して導入
口34に接続されている。即ち、この冷媒ガス導排出系
2によって低圧(約5atm)のヘリウムガスが圧縮機
37で高圧(約18atm)に圧縮されてシリンダ11
内に送り込まれる。この冷媒ガス排出系2の低圧弁36
及び高圧弁38は、ディスプレーサ12の往復動との関
連において後述する関係に開閉制御される。
An inlet 34 and an outlet 35 for the refrigerant gas are provided in the upper portion of the side wall of the first cylinder 14, and the inlet 34 and the outlet 35 are connected to the refrigerant gas guide / exhaust system 2. The refrigerant gas introduction / exhaust system 2 constitutes a helium gas circulation system passing through the cylinder 11, and has an exhaust port 35.
Is connected to the inlet 34 via a low pressure valve 36, a compressor 37, and a high pressure valve 38. That is, the low-pressure (about 5 atm) helium gas is compressed to a high pressure (about 18 atm) by the compressor 37 by the refrigerant gas guide / discharge system 2, and the cylinder 11
Sent in. This low pressure valve 36 of the refrigerant gas discharge system 2
The high pressure valve 38 and the high pressure valve 38 are controlled to be opened / closed in the relationship described later in relation to the reciprocal movement of the displacer 12.

【0008】このように構成された冷凍機においては、
寒冷が第1段ステ−ジ16及び第2段冷却ステ−ジ17
の2段で発生される。この第1及び第2段ステージ1
6、17では、熱負荷のない理想状態では、夫々30K
及び、8K程度まで冷却され、第1ディスプレーサ18
の上下端間には、常温(300K)から30Kまでの温
度勾配が生じ、また第2ディスプレーサ19の上下端間
には、30Kから8Kまでの温度勾配が生じる。尚、こ
の第1及び第2段ステージ16、17の温度は、各段の
冷却ステ−ジの熱負荷によって変化し、通常、第1段冷
却ステ−ジ16では、30〜80K、第2段冷却ステ−
ジ17では、8〜20Kとなる。
In the refrigerator thus constructed,
Cold is the first stage 16 and the second stage 17
It is generated in two stages. This first and second stage 1
6 and 17 are 30K in ideal condition without heat load
And, the first displacer 18 is cooled down to about 8K.
A temperature gradient from room temperature (300K) to 30K occurs between the upper and lower ends, and a temperature gradient from 30K to 8K occurs between the upper and lower ends of the second displacer 19. The temperatures of the first and second stages 16 and 17 change depending on the heat load of the cooling stage of each stage. Normally, the first stage cooling stage 16 has a temperature of 30 to 80K and a second stage. Cooling station
In Ji17, it becomes 8 to 20K.

【0009】モ−タ13が回転を開始すると、ディスプ
レーサ12が下死点と上死点との間を往復動される。デ
ィスプレーサ12が下死点に達した際に、高圧弁38が
開成されて高圧ヘリウムガスがコールドヘッド1内に流
入され。次に、ディスプレーサ12が上死点へと移動さ
れる。前述の如く、第1ディスプレーサ18の外周面と
第1シリンダ14の内周面との間及び第2ディスプレー
サ19の外周面と第1シリンダ15の内周面との間に
は、それぞれシール装置25、26が装着されているた
め、ディスプレーサ12が上死点へ向かうと、高圧ヘリ
ウムガスは、第1ディスプレーサ18に形成された流体
通路21及び第2ディスプレーサ19に形成された流体
通路23を通って、第1ディスプレーサ18と第2ディ
スプレーサ19との間に形成された1段膨張室39及び
第2ディスプレーサ19と第2シリンダ15の先端壁と
の間に形成された2段膨張室40へと流入される。この
流入れにともなって、高圧ヘリウムガスは、蓄冷材2
2、24によって冷却され、1段膨張室39に流れ込ん
だ高圧ヘリウムガスは、30K程度に、また、2段膨張
室40に流れ込んだ高圧ヘリウムガスは8K程度に冷却
される。
When the motor 13 starts rotating, the displacer 12 is reciprocated between the bottom dead center and the top dead center. When the displacer 12 reaches the bottom dead center, the high pressure valve 38 is opened and the high pressure helium gas flows into the cold head 1. Next, the displacer 12 is moved to the top dead center. As described above, the sealing device 25 is provided between the outer peripheral surface of the first displacer 18 and the inner peripheral surface of the first cylinder 14, and between the outer peripheral surface of the second displacer 19 and the inner peripheral surface of the first cylinder 15, respectively. , 26 are mounted, the high-pressure helium gas passes through the fluid passage 21 formed in the first displacer 18 and the fluid passage 23 formed in the second displacer 19 when the displacer 12 moves toward the top dead center. , A first stage expansion chamber 39 formed between the first displacer 18 and the second displacer 19 and a second stage expansion chamber 40 formed between the second displacer 19 and the tip wall of the second cylinder 15. To be done. With this inflow, the high-pressure helium gas is cooled by the regenerator material 2.
The high-pressure helium gas cooled by 2 and 24 and flowing into the first-stage expansion chamber 39 is cooled to about 30K, and the high-pressure helium gas flowing into the second-stage expansion chamber 40 is cooled to about 8K.

【0010】ここで、ディスプレーサ12が上死点に達
すると、高圧弁38が閉成され、低圧弁36が開成され
る。このように低圧弁36が開成されると、1段膨張室
39内及び2段膨張室40内の高圧ヘリウムガスが膨脹
されて寒冷が発生される。この寒冷によって第1冷却ス
テ−ジ16がさらに冷却され、また第2冷却ステ−ジ1
7も4Kレベルに冷却される。そして、ディスプレーサ
12が再び下死点へ移動すると、これに伴って1段膨張
室39内及び2段膨張室40内のヘリウムガスは、流体
通路21、23、内を通過されるが、この通過の際に蓄
冷材22、24を冷却し、温度の上昇したヘリウムガス
がコールドヘッド1から低圧弁36を介して圧縮器37
に排出される。このようなサイクルが繰返されて冷凍運
転が実行されてヘリウムガスが冷却される。このタイプ
の冷凍機は、クライオスタットの断熱層内に配置されて
いるシ−ルド板の冷却、赤外線センサの冷却、或は、ク
ライオソープションポンプの冷却源として使用される。
When the displacer 12 reaches the top dead center, the high pressure valve 38 is closed and the low pressure valve 36 is opened. When the low-pressure valve 36 is opened in this manner, the high-pressure helium gas in the first-stage expansion chamber 39 and the second-stage expansion chamber 40 is expanded to generate cold. Due to this cold, the first cooling stage 16 is further cooled, and the second cooling stage 1 is also cooled.
7 is also cooled to the 4K level. Then, when the displacer 12 moves to the bottom dead center again, the helium gas in the first-stage expansion chamber 39 and the second-stage expansion chamber 40 passes through the fluid passages 21 and 23 along with this, but this passage At this time, the regenerator materials 22, 24 are cooled, and the helium gas whose temperature has risen is passed from the cold head 1 through the low pressure valve 36 to the compressor 37.
Is discharged to. Such a cycle is repeated and the refrigerating operation is executed to cool the helium gas. This type of refrigerator is used for cooling a shield plate arranged in a heat insulating layer of a cryostat, for cooling an infrared sensor, or as a cooling source for a cryosorption pump.

【0011】このように構成された従来の冷凍機にあっ
ては次のような問題があることが指摘されている。即
ち、シール装置25は、常温部と1段膨張室39との間
においてヘリウムガスが第1シリンダ14と第1ディス
プレーサ18との間の隙間を通して流れるのを防止し、
また、シール装置26は、1段膨張室39と2段膨張室
40との間においてヘリウムガスが第2シリンダ15と
第2ディスプレーサ19との間の隙間を通して流れるの
を防止している。これらのシール装置25、26は、ヘ
リウムガスの純度(99.99%)の維持および凍結による動
作不良を防止するために潤滑油を用いていない。
It has been pointed out that the conventional refrigerator configured as described above has the following problems. That is, the sealing device 25 prevents the helium gas from flowing through the gap between the first cylinder 14 and the first displacer 18 between the room temperature portion and the first expansion chamber 39,
Further, the sealing device 26 prevents the helium gas from flowing through the gap between the second cylinder 15 and the second displacer 19 between the first expansion chamber 39 and the second expansion chamber 40. These sealing devices 25 and 26 do not use lubricating oil in order to maintain the purity (99.99%) of helium gas and prevent malfunction due to freezing.

【0012】ここで今、1段膨張室39内の温度が30
K、2段膨張室40内の温度が10Kである場合を例に
とると、シール装置26の部分で漏れが生じると、30
Kのヘリウムガスが第2ディスプレーサ19内の蓄冷材
24に接触することなく2段膨張室40内に入り、ま
た、逆に10Kのヘリウムガスが1段膨張室39内に入
ることになる。この結果、第1段冷却ステ−ジ16の温
度が下降し、第2段冷却ステ−ジ17の温度が上昇して
しまうことになる。図11にはシール装置26でのヘリ
ウムガスの漏れ量割合(2段膨張室40へ流れ込むヘリ
ウムガスの総量に対するシール装置26を通して流れ込
むヘリウムガスの割合)と各段冷却ステ−ジの温度との
関係を計算で求めた結果が示されている。この図11か
ら判明するように、シール装置26の部分での漏れが各
段冷却ステ−ジの温度に大きい影響を与える。これはシ
ール装置26に限らず、シール装置25についても同様
な問題となっている。
Now, the temperature inside the first-stage expansion chamber 39 is 30
If the temperature inside the second expansion chamber 40 is 10 K, for example, if a leak occurs in the sealing device 26, it is 30
The K helium gas enters the second-stage expansion chamber 40 without contacting the regenerator material 24 in the second displacer 19, and conversely, the 10K helium gas enters the first-stage expansion chamber 39. As a result, the temperature of the first-stage cooling stage 16 drops and the temperature of the second-stage cooling stage 17 rises. FIG. 11 shows the relationship between the leakage amount ratio of helium gas in the sealing device 26 (the ratio of helium gas flowing through the sealing device 26 to the total amount of helium gas flowing into the two-stage expansion chamber 40) and the temperature of each stage cooling stage. The result obtained by calculating is shown. As can be seen from FIG. 11, the leakage at the sealing device 26 has a great influence on the temperature of each stage cooling stage. This is not limited to the sealing device 26, and the sealing device 25 has the same problem.

【0013】従来の冷凍機では、図8から図10に示し
たように、第2ディスプレーサ19の外周面に形成され
た環状溝27内に、重合部30が図11に示すように構
成された有端形のシールリング28を1個だけ装着し、
更にその背面側に押圧力を付与するための有端形のばね
リング29を装着した構成のシール装置26を用いてい
る。このような構成のシール装置26では、極低温下に
おいてシールリング28が熱収縮したとき、重合部30
の特に周方向の密着度が悪化し易く、この重合部30か
らのヘリウムガスの漏れ量が増加して第2段冷却ステ−
ジ17の温度上昇を招く問題がある。第2段冷却ステ−
ジ17の温度上昇は、結果的にある温度での冷凍能力の
減少につながることになる。
In the conventional refrigerator, as shown in FIGS. 8 to 10, the overlapping portion 30 is formed in the annular groove 27 formed on the outer peripheral surface of the second displacer 19 as shown in FIG. Attach only one end type seal ring 28,
Further, a sealing device 26 having a structure in which an end-shaped spring ring 29 for applying a pressing force is attached to the back side thereof is used. In the sealing device 26 having such a structure, when the seal ring 28 is thermally shrunk at an extremely low temperature, the overlapping portion 30
In particular, the adhesion in the circumferential direction is apt to deteriorate, and the leak amount of helium gas from the superposition section 30 increases, so that the second stage cooling stage
There is a problem that the temperature of the die 17 rises. Second stage cooling station
An increase in the temperature of the die 17 will result in a decrease in refrigerating capacity at a certain temperature.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の無
潤滑タイプのシール装置では、望まれるシール性能を発
揮することができず、これが原因して、たとえば極低温
用冷凍機に組み込んだ場合には冷凍能力を低下させる問
題がある。
As described above, the conventional non-lubricating type sealing device cannot exhibit the desired sealing performance, and when this is incorporated into, for example, a cryogenic refrigerator. Has a problem of reducing the refrigerating capacity.

【0015】そこで、この発明は、構造の複雑化を招く
ことなく、シール性能を大幅に向上させることができる
無潤滑タイプのシール装置を提供することを目的として
いる。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a non-lubricating type sealing device which can greatly improve the sealing performance without inviting a complicated structure.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明によれば、ピストンの外周面に形成された
環状溝に嵌合され、その外面がシリンダに接触されてシ
リンダとピストンとの間の隙間をシールするシール装置
が提供される。この発明のシール装置によれば、第1、
第2の最外周のシールリングは、有端形であってその有
端間に第1及び第2の間隙が夫々設けられるとともに前
記環状溝内に軸方向に沿って積み重ねられて装着され、
また、有端形であってその有端間に第3の間隙が設けら
れた第3のシールリングがこれら第1、第2の最外周シ
ールリングの内側に装着され、更に、有端形のばねリン
グがこの第3のシールリングの溝内に装着され、上記第
3のシールリングを介して前記第1、第2のシールリン
グを前記シリンダの内周面に押し付けている。
To achieve the above object, according to the present invention, a piston and a piston are fitted into an annular groove formed in the outer peripheral surface of the piston, and the outer surface of the piston is brought into contact with the cylinder. A sealing device is provided for sealing the gap between. According to the sealing device of the present invention,
The second outermost seal ring has an end shape, and first and second gaps are provided between the ends, and the second outermost seal ring is axially stacked and mounted in the annular groove,
In addition, a third seal ring, which is an end type and has a third gap between the ends, is mounted inside these first and second outermost peripheral seal rings, and A spring ring is mounted in the groove of the third seal ring, and presses the first and second seal rings against the inner peripheral surface of the cylinder via the third seal ring.

【0017】[0017]

【作用】第3のシールリングにばねリングを納められる
ことによって、ばねリングの押し付け力が第3のシール
を介して第1、第2のシールリングに均等に作用し、シ
リンダへの押し付け力が片当たりせず安定したものとな
り、シリンダ面とシールのガス漏れを低減できる。ま
た、第3のシールリングをピストンの環状溝の奥まで挿
入できるため、ピストン環状溝の中心方向へのガス漏れ
を大幅に減らすことができる。したがって、極低温用冷
凍機に組み込んだときは冷凍能力向上に寄与できる。
By storing the spring ring in the third seal ring, the pressing force of the spring ring acts evenly on the first and second seal rings via the third seal, and the pressing force to the cylinder is increased. It is stable without one-sided contact, and gas leakage from the cylinder surface and seal can be reduced. Moreover, since the third seal ring can be inserted deep into the annular groove of the piston, gas leakage toward the center of the annular groove of the piston can be greatly reduced. Therefore, when incorporated in a cryogenic refrigerator, it can contribute to the improvement of refrigerating capacity.

【0018】[0018]

【実施例】以下、図面を参照しながらこの発明のシール
装置の一実施例を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the sealing device of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0019】図1には、この発明の一実施例に係るシー
ル装置を組み込んだギホード・マクマホン形冷凍機が示
されている。この図1には、図7に示された符号と同一
部分、或は、同一箇所は、同一符号を付してその詳細な
説明を省略する。
FIG. 1 shows a Gifode-McMahon type refrigerator incorporating a sealing device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same parts or the same parts as those shown in FIG. 7 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0020】この冷凍機では、第2ディスプレーサ19
の外周面と第2シリンダ15との隙間は、この発明の一
実施例に係るシール装置41によってシールされてい
る。このシール装置41は、図2から図4に示すよう
に、第2ディスプレーサ19の外周面に形成された環状
溝27内に装着されている。このシール装置41では、
最外周に2段構造のアウターシーリング42、43が第
2ディスプレーサ19の軸に沿って配置されている。ア
ウターシールリング42、43は、有端形状を有し、そ
の外周面が第2シリンダ15の内周面に接触されてい
る。このアウタシールリング42、43の内側には、有
端形状のインナーシールリング44が装着され、更に、
このインナーシールリング44の内側には、例えば、ス
テンレス鋼製の有端形状のバネリング45が装着されて
いる。このバネリング45からのバネ力がインナーシー
ルリング44を介してアウターシールリング42、43
に付加されることによってアウターシールリング42、
43が第2シリンダ15の内周面へ押し付けられてい
る。
In this refrigerator, the second displacer 19
The gap between the outer peripheral surface of the second cylinder 15 and the second cylinder 15 is sealed by the sealing device 41 according to the embodiment of the present invention. The sealing device 41 is mounted in an annular groove 27 formed on the outer peripheral surface of the second displacer 19, as shown in FIGS. In this sealing device 41,
The outer sealings 42, 43 having a two-step structure are arranged along the axis of the second displacer 19 at the outermost periphery. The outer seal rings 42 and 43 have end shapes, and the outer peripheral surfaces thereof are in contact with the inner peripheral surface of the second cylinder 15. Inside the outer seal rings 42, 43, an end-shaped inner seal ring 44 is mounted, and further,
Inside the inner seal ring 44, for example, a spring ring 45 made of stainless steel and having an end shape is attached. The spring force from the spring ring 45 is applied to the outer seal rings 42, 43 via the inner seal ring 44.
Is added to the outer seal ring 42,
43 is pressed against the inner peripheral surface of the second cylinder 15.

【0021】アウターシールリング42、43及びイン
ナーシールリング44は、それぞれ四弗化エチレンと対
摩耗材との複合材、グラスファイバとポリアミイドとの
複合材等の樹脂系の部材で形成されている。アウターシ
ールリング42、43は、軸方向の厚みがそれぞれ等し
く、また半径方向の厚みもそれぞれ等しく形成されてい
る。インナーシールリング44は、アウターシールリン
グ42、43の軸方向の厚みの和と等しい軸方向の厚み
に形成されている。またインナーシールリング44に
は、その内側に溝が設けられ、コの字型の断面形状に形
成されている。ばねリング45は、このインナ−シール
リング44の内側の溝に嵌合される寸法に形成されてい
る。
The outer seal rings 42 and 43 and the inner seal ring 44 are each made of a resin-based material such as a composite material of ethylene tetrafluoride and a wear resistant material, a composite material of glass fiber and polyamid, or the like. The outer seal rings 42 and 43 are formed to have the same axial thickness and the same radial thickness. The inner seal ring 44 has an axial thickness equal to the sum of the axial thicknesses of the outer seal rings 42 and 43. Further, the inner seal ring 44 is provided with a groove inside thereof and is formed in a U-shaped cross section. The spring ring 45 is dimensioned to fit in the groove inside the inner seal ring 44.

【0022】このように形成されたアウターシールリン
グ42、43及びインナーシールリング44は、夫々図
2及び図4に示すようにそれらの両端間に僅かな距離R
の間隙46(47、48)が設けられ、しかも、間隙4
6、47、48が図2に示すように周方向にほぼ120
度を成すように環状溝27内に装着されている。
The outer seal rings 42, 43 and the inner seal ring 44 formed in this manner have a small distance R between their ends as shown in FIGS. 2 and 4, respectively.
The gap 46 (47, 48) of the
6, 47, and 48 are approximately 120 in the circumferential direction as shown in FIG.
It is mounted in the annular groove 27 so as to form a degree.

【0023】このような構造をシール装置が有する場合
には、3個のシールリング42、43、44の各々に間
隙が生じることから、合計3個の間隙46、47、48
が生じることとなるが、これらの間隙46、47、48
が周方向にずらして配置されていることから、実質的に
シール装置には、切れ目が生ぜず、しかも、このシール
装置は、第2シリンダ15の内周面に押し付けられた切
れ目のない1つのシールリングを装着したと等価なシー
ル状態となる。また、インナーシールリング44には、
バネリング45が装着され、このバネリング45が内側
の溝内に装着されているため、ばねリングの押し付け力
がシール装置の中央に作用され、肩当たりのない均等な
押し付け力が得られる。その結果、この発明のシール装
置41によれば、ガス漏れを大幅に減少させることがで
きる。したがって第2膨張室、つまり第2段冷却ステ−
ジ17の温度上昇を抑制でき、冷凍能力を向上させるこ
とができる。
When the sealing device has such a structure, a gap is generated in each of the three seal rings 42, 43 and 44, so that a total of three gaps 46, 47 and 48.
Will occur, but these gaps 46, 47, 48
Since they are arranged so as to be displaced in the circumferential direction, there is substantially no break in the sealing device, and the sealing device is a single continuous member pressed against the inner peripheral surface of the second cylinder 15. A sealing state equivalent to that with a seal ring attached is obtained. In addition, the inner seal ring 44 has
Since the spring ring 45 is installed and the spring ring 45 is installed in the inner groove, the pressing force of the spring ring is applied to the center of the sealing device, and a uniform pressing force without shoulder contact is obtained. As a result, according to the sealing device 41 of the present invention, gas leakage can be greatly reduced. Therefore, the second expansion chamber, that is, the second stage cooling station
It is possible to suppress an increase in the temperature of the die 17 and improve the refrigerating capacity.

【0024】図5には、図9に示すシール装置を組込ん
だ従来の冷凍機及び図3に示すこの発明の一実施例に係
るシール装置41を組込んだ冷凍機のガス漏れ量の測定
結果が示されている。この測定結果は、環状溝の軸方向
の幅を等しくするとともにばねリングの押圧力を等しく
して常温・静止状態で測定して得られた。実際の使用条
件、即ち、低温状態でデイスプレーサが往復動される条
件とは異なるが、漏れ料が大幅に減少していることが理
解される。この傾向は、実際の使用条件下にも反映され
るものと考えられる。また、図6には、図9に示すシー
ル装置を組込んだ従来の冷凍機及び図3に示すシール装
置41を組込んだ冷凍機の冷凍曲線が示されている。横
軸は、第2段冷却ステ−ジ17の温度 (K)を示し、縦
軸は、第2段冷却ステ−ジ17に加えた熱負荷 (W)を
示している。この図から分かるように、同一温度で冷凍
し得る能力は、本発明のシール装置41を組込んだ冷凍
機の方が大きい。従って、上記構成のシール装置41を
組込むことによって冷凍能力を向上させ得ることが理解
される。
FIG. 5 shows the measurement of the amount of gas leakage in a conventional refrigerator having the seal device shown in FIG. 9 and a refrigerator having the seal device 41 shown in FIG. 3 according to an embodiment of the present invention. Results are shown. This measurement result was obtained by making the axial width of the annular groove the same and the pressing force of the spring ring the same at room temperature and in a stationary state. Although it is different from the actual use condition, that is, the condition in which the displacer reciprocates at a low temperature, it is understood that the leakage material is greatly reduced. This tendency is considered to be reflected in the actual use condition. Further, FIG. 6 shows freezing curves of a conventional refrigerator incorporating the sealing device shown in FIG. 9 and a refrigerator incorporating the sealing device 41 shown in FIG. The horizontal axis represents the temperature (K) of the second stage cooling stage 17, and the vertical axis represents the heat load (W) applied to the second stage cooling stage 17. As can be seen from this figure, a refrigerator incorporating the seal device 41 of the present invention has a greater ability to be frozen at the same temperature. Therefore, it is understood that the refrigerating capacity can be improved by incorporating the sealing device 41 having the above structure.

【0025】尚、上述した実施例では、第2ディスプレ
ーサと第2シリンダとの間に設けられるシール装置に本
発明を適用しているが、第1ディスプレーサと第1シリ
ンダとの間に設けられるシール装置にも適用できる。ま
た、この発明に係るシール装置は、極低温用冷凍機に限
らず、無潤滑が要求される類似した装置全般に組込むこ
とができることは勿論である。なお、この発明は、上述
した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を
逸脱しない限りにおいて、種々の変形が可能であるのは
勿論である。
In the embodiment described above, the present invention is applied to the seal device provided between the second displacer and the second cylinder, but the seal provided between the first displacer and the first cylinder is used. It can also be applied to devices. Further, it goes without saying that the sealing device according to the present invention can be incorporated not only in a cryogenic refrigerator but also in all similar devices requiring no lubrication. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
簡単な構成であるにも拘らず、広い温度範囲に亘って良
好なシール機能を発揮させることができるシール装置が
提供される。
As described above, according to the present invention,
Provided is a sealing device which has a simple structure but can exert a good sealing function over a wide temperature range.

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

【図1】この発明の一実施例に係るシール装置を組込ん
だギホード・マクマホン形冷凍機を局部的に切欠して示
す構成図。
FIG. 1 is a block diagram showing a Gifode-McMahon refrigerating machine in which a sealing device according to an embodiment of the present invention is incorporated by partially cutting away.

【図2】図1に示されるギホード・マクマホン形冷凍機
に組込まれたシール装置を軸方向から見た図。
FIG. 2 is an axial view of a sealing device incorporated in the Gifode-McMahon type refrigerator shown in FIG.

【図3】図1に示されるこの発明に係るシール装置を局
部的に取り出して示す縦断面図。
FIG. 3 is a vertical sectional view showing a sealing device according to the present invention shown in FIG.

【図4】図3に示されるこの発明に係るシール装置に組
込まれたシールリングの両端の形態を示す図。
FIG. 4 is a view showing a form of both ends of a seal ring incorporated in the seal device according to the present invention shown in FIG.

【図5】この発明のシール装置を組込んだ冷凍機の特性
を、従来のシール装置を組込んだ冷凍機のものと比較し
て示す図。
FIG. 5 is a diagram showing the characteristics of a refrigerator incorporating the sealing device of the present invention in comparison with those of a refrigerator incorporating a conventional sealing device.

【図6】この発明のシール装置を組込んだ冷凍機の特性
を従来のシール装置を組込んだ冷凍機のそれと比較して
示す図。
FIG. 6 is a diagram showing the characteristics of a refrigerator incorporating the sealing device of the present invention in comparison with those of a refrigerator incorporating a conventional sealing device.

【図7】従来のシール装置を組込んだギホード・マクマ
ホン形冷凍機の概略構成図。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a Gifode-McMahon type refrigerator incorporating a conventional sealing device.

【図8】従来の冷凍機に組込まれたシール装置を図7に
おけるA−A線に沿って切断し矢印方向から見た図。
8 is a view of the sealing device incorporated in the conventional refrigerator, taken along the line AA in FIG. 7 and viewed from the arrow direction.

【図9】従来のシール装置を局部的に取出して示す縦断
面図。
FIG. 9 is a vertical cross-sectional view showing a conventional sealing device partially taken out.

【図10】従来のシール装置に組込まれたシールリング
の両端部の形態を示す図。
FIG. 10 is a view showing a form of both ends of a seal ring incorporated in a conventional sealing device.

【図11】従来のシール装置を組込んだギホード・マク
マホン形冷凍機の問題点を説明するための図。
FIG. 11 is a diagram for explaining a problem of a Gifode-McMahon type refrigerator incorporating a conventional sealing device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…コールドヘッド、 2…冷媒ガス導排出系、 11…シリンダ、 12…ディスプレーサ、 13…モ−タ、 14…第1シリンダ、 15…第2シリンダ、 16…第1段冷却ステ−ジ、 17…第2段冷却ステ−ジ、 18…第1ディスプレーサ、 19…第2ディスプレーサ、 21、23…流体通路、 22、24…蓄冷材、 27…環状溝、 39…第1膨張室、 40…第2膨張室、 41、41a…シール装置、 42、43…アウタ−シールリング、 44…インナ−シールリング、 45…ばねリング、 46、47、48…切れ目。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cold head, 2 ... Refrigerant gas guide / exhaust system, 11 ... Cylinder, 12 ... Displacer, 13 ... Motor, 14 ... First cylinder, 15 ... Second cylinder, 16 ... First stage cooling stage, 17 ... 2nd stage cooling stage, 18 ... 1st displacer, 19 ... 2nd displacer, 21, 23 ... Fluid passage, 22, 24 ... Regenerator material, 27 ... Annular groove, 39 ... 1st expansion chamber, 40 ... 2 expansion chambers, 41, 41a ... Sealing device, 42, 43 ... Outer seal ring, 44 ... Inner seal ring, 45 ... Spring ring, 46, 47, 48 ... Breaks.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ピストンの外周面に形成された環状溝に
嵌合され、その外面がシリンダに接触されてシリンダと
ピストンとの間の隙間をシールするシール装置におい
て、前記環状溝内に軸方向に沿って積み重ねられて装着
され、有端形であってその有端間に第1及び第2の間隙
が夫々設けられた第1、第2の最外周のシールリング
と、これら第1、第2の最外周シールリングの内側に装
着され、有端形であってその有端間に第3の間隙が設け
られた第3のシールリングと、この第3のシールリング
の溝内に装着されて上記第3のシールリングを介して前
記第1、第2のシールリングを前記シリンダの内周面に
押し付ける有端形のばねリングとを具備し、第1、第2
及び第3のシールリングがピストンの外周に沿って異な
る位置に配置されることを特徴とするシール装置。
1. A sealing device fitted in an annular groove formed on an outer peripheral surface of a piston, the outer surface of which is brought into contact with a cylinder to seal a gap between the cylinder and the piston, in an axial direction of the annular groove. First and second outermost seal rings, which are stacked along and attached to each other, are end-shaped, and are provided with first and second gaps respectively between the ends, and the first and second outermost seal rings. And a third seal ring, which is mounted inside the outermost peripheral seal ring 2 and has an end shape and a third gap is provided between the ends, and is installed in the groove of the third seal ring. And an endless spring ring that presses the first and second seal rings against the inner peripheral surface of the cylinder via the third seal ring.
And a third seal ring is arranged at different positions along the outer circumference of the piston.
【請求項2】 前記第3のシールリングは、前記第1及
び第2のシールリングの軸方向の厚みの和と等しい軸方
向の厚みを有していることを特徴とする請求項1に記載
のシール装置。
2. The third seal ring has an axial thickness equal to the sum of the axial thicknesses of the first and second seal rings. Sealing device.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109780213A (en) * 2013-12-10 2019-05-21 豪顿托马森压缩机有限责任公司 The sealing ring used in the stuffing box chamber of reciprocating compressor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109780213A (en) * 2013-12-10 2019-05-21 豪顿托马森压缩机有限责任公司 The sealing ring used in the stuffing box chamber of reciprocating compressor
CN109780213B (en) * 2013-12-10 2021-06-08 豪顿托马森压缩机有限责任公司 Sealing ring for use in a stuffing box cavity of a reciprocating compressor

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