JPH0714773Y2 - 極低温冷凍機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は極低温冷凍機に係り、特にディスプレーサにお
けるシール構造の改良に関する。

（従来の技術） ヘリウムガス等の冷媒ガスを膨張させることにより極低
温を得るためのものとして極低温冷凍機は特開昭62−22
8841号公報に開示される通り公知であって、第１ディス
プレーサと第２ディスプレーサとを有する２段膨張型と
なっており、それ等両ディスプレーサがシリンダ内をピ
ストン運動する機構であるために、各ディスプレーサの
外周部にはシール材であるシールリングが夫々嵌着され
ている。

（考案が解決しようとする課題） 上述する従来装置は特に第１図にもとづく説明を参照す
れば明らかなように、シールリング（26），（31）の摺
接部分には、各々に直接接する補助シリンダ（41），
（42）を着脱自在に嵌着してなり、シリンダ側で摺接に
より摩耗や損傷が生じるのは補助シリンダ（41），（4
2）だけであるからこれを交換するだけでシリンダ本体
はそのままでメンテナンスを行わないで済むように形成
している。

ところがこの種の一般構造としては、シリンダ側（補助
シリンダも同様）に高剛性のステンレス鋼を、ディスプ
レーサのシールリングには合成樹脂を使用しているのが
殆どであって、このような材質の違いにより当然のこと
であるが運転時間の経過と共にシールリングの摺動部分
だけが摩耗して僅かなクリアランスが生じることから、
冷凍能力の低下の原因となり、従って比較的短い一定時
間ごとにシールリングを交換する必要があった。

このシールリング交換は各シリンダから対応するディス
プレーサを全部引抜いた後に行わなければならないので
交換作業は大掛かりで煩雑なものとなり、長時間運転を
停止することと併せて交換周期が短い点は運転経済性に
不利をもたらす問題があった。

かかる問題点に対処して本考案は成されたものであっ
て、特に摺接作用によって摩耗が最も早く生じるのを、
前記補助シリンダ等のシリンダ側における特定した部材
に限らせるようにして、シリンダ側のシールリングは長
寿命が保たれる低摩耗率の材料からなる構造と成し得る
ことによって、内周層（33）だけの取替えによる交換作
業の簡便さならびに交換周期の延長を期さしめ、以っ
て、運転効率を高め、かつ保守管理を容易ならしめるこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段） しかして本考案は添付図面の実施例によって明らかな如
く、まず請求項１の考案は、外周の所定個所にリング溝
（26,27）が凹設されたディスプレーサ（10,11）と、径
を拡げる外方に張り出させる弾力を保持して前記リング
溝（26,27）に嵌装せしめたシールリング（28,29）と、
このシールリング（28,29）との摩擦により先に摩耗す
る性質を持つ合成樹脂の内周層（33）が金属製の筒本体
（32）における少なくとも前記シールリング（28,29）
が摺接する部分に設けられたシリンダ（2,3）とを、極
低温冷凍機のシリンダ部に備えてなることを特徴とす
る。

また、請求項２の考案は、請求項１に記載の考案におい
て、前記内周層（33）が、筒本体（32）の内壁に形成さ
れた合成樹脂のコーティング層であり、一方、請求項３
の考案は、前記内周層（33）が、筒本体（32）に対し着
脱可能に嵌着される合成樹脂製の内筒であって前記筒本
体（32）と内周層（33）により二重筒部を形成する点を
夫々構成上の好ましい条件としている。

（作用） 摺接部分で摩耗，損傷を受けるものは先に摩耗が成され
る内周層（33）であって、この内周層（33）のみを定期
的に取り換えればよくて、シールリング（28,29）はス
テンレス鋼，バネ鋼などの耐摩耗性に優れ、高寿命が期
される材料から形成することによって、半永久的に使用
可能でメンテナンスフリーであり、従って取換作業は簡
単になる。

しかも単位面積当たりの摺接頻度はシールリング（28,2
9）よりも、該シールリング（28,29）がピストン往復動
により接する内周層（33）の方が少いのは当然であっ
て、従って、単位面積当たりの摩耗量が減少して交換サ
イクルが長くなる。

請求項２は内周層（33）がライニング加工などの処理で
形成し得るので簡単な加工で復元可能であり、一方、請
求項３の考案は内周層（33）を筒体の予備部品として付
属させておいて交換するだけで済み、復元のための作業
はより容易である。

（実施例） 以下、本考案の実施例を添付図面により説明する。

第１図は本考案に係る極低温冷凍機の部分断面示構造で
あって、ヘリウムガスを冷媒ガスとして用いる冷凍系の
高圧ヘリウムガスを膨張させる膨張機に機能するもので
あり、高圧ガス配管に接続される高圧ガス入口（５）及
び低圧ガス配管に接続される低圧ガス出口（６）を有す
るモータ収容部（１）と、このモータ収容部（１）の下
方に配置され上側の大径部である第１シリンダ（２）及
び下側の小径部である第２シリンダ（３）を同軸の一体
に有する２段構造のシリンダ部とが一体的に気密接合さ
れてなるケーシング（４）を備え、前記シリンダ部には
圧縮された高圧ヘリウムガスが高圧ガス入口（５）を介
し供給されるようになっている。

また、モータ収容部（１）の内部には低圧ガス出口
（６）に連通するサージボリューム室（７）が形成され
ている。

第１シリンダ（２）内にはその上端部にカップ形状のス
ラックピストン（８）がその上端内側面をバルブステム
（９）の細径垂下部に摺動案内せしめた状態で往復動可
能に嵌合されている。

また、前記シリンダ部内にはその内部を上下方向にピス
トン往復動する摺動体としてのディスプレーサが往復動
可能に嵌合されている。

上記ディスプレーサは第１シリンダ（２）の下半部内を
摺動する密閉円筒状の第１ディスプレーサ（10）と、こ
の第１ディスプレーサ（10）の下端にカップリング（図
示せず）を介して同軸一体に結合され、第２シリンダ
（３）内を摺動する密閉円筒状の第２ディスプレーサ
（11）とからなっていて、このディスプレーサにより、
スラックピストン（８）下方のシリンダ内空間が上側か
ら順に加圧室（12）、第１段膨張室（13）及び第２段膨
張室（14）に区画されている。

第１ディスプレーサ（10）の内部には第１段膨張室（1
3）に連通孔（15）を介して常時連通する空間（16）が
形成され、この空間（16）には蓄冷型熱交換器よりなる
第１段蓄冷器（17）が嵌装されている。

一方、第２ディスプレーサ（11）の内部には第１段膨張
室（13）に連通孔（18）を介して、第２段膨張室（14）
に連通孔（19）を介してそれぞれ常時連通する空間（2
0）が形成され、この空間（20）には第１段蓄冷器（1
7）と同じ構造の第２段段蓄冷器（21）が嵌装されてい
る。

さらに、第１ディスプレーサ（10）の上端はスラックピ
ストン（８）と一定のクリアランスをもって係合してお
り、このスラックピストン（８）の上昇移動時、該ピス
トン（８）が所定ストロークだけ上昇した時点でその係
合により、第１ディスプレーサ（10）がピストン（８）
に駆動されて上昇開始するように、つまり第１ディスプ
レーサ（10）が所定ストロークの遅れをもってスラック
ピストン（８）に追従移動するように構成されている。

さらに、モータ収容部（１）のバルブ室（22）内にはモ
ータ室（23）に配置したバルブモータ（24）により回転
駆動される切換バルブとしてのロータリバルブ（25）が
配設され、このバルブ（25）の切換動作により、高圧ガ
ス入口（５）側と低圧ガス出口（６）側とをシリンダ内
の加圧室（12）、第１段膨張室（13）及び第２段膨張室
（14）に対し交互に冷媒の流通可能に接続するようにな
っている。

すなわち、バルブモータ（24）の駆動によりロータリー
バルブ（25）が回転して切換動作する際、ロータリバル
ブ（25）の切換に応じてディスプレーサをシリンダ部内
で往復動させ、高圧ガス入口（５）を加圧室（12），第
１段膨張室（13），第２段膨張室（14）に連通させて、
これら各室（12）〜（14）に高圧ヘリウムガスを導入充
填することにより、スラックピストン（８）及び該ピス
トン（８）によって駆動されるディスプレーサを上昇さ
せる一方、前記各室（12）〜（14）を低圧ガス出口
（６）に連通させて、各室（12）〜（14）に充填されて
いるヘリウムガスが膨張されせることにより、シリンダ
部内に寒冷を発生するように構成される。

しかして、第１ディスプレーサ（10）及び第２ディスプ
レーサ（11）の外周面にはそれぞれ上部側に断面が矩形
状をなすリング溝（26），（27）が形成されていて、各
リング溝（26），（27）にはそれぞれ２本のシールリン
グ（28），（28）及び（29），（29）が装着されてい
る。

１つのリング溝（26），（27）に装着される各シールリ
ング（28），（28）及び（29），（29）は同じ構造であ
って、１個所において切れ目を有し、所定範囲内での拡
縮径可能となっていて、この切れ目の個所が不揃いにな
るよう位置をずらして隣り合わせにリング溝（26），
（27）内に装着される。

なお、各シールリング（28），（28），（29），（29）
はバネ鋼などの耐摩耗性にすぐれた材料からなってい
て、自由状態から縮径方向の外力ちが加えられると元の
状態に拡径しようとする張り出し方向の弾力を保持し得
るように形成している。

従って、各リング溝（26），（27）内に装着した後、各
シリンダ（２），（３）内に介装せしめると、前記弾力
の作用で径を拡げる方向に張り出される結果、各シリン
ダ（２），（３）内でその内壁に弾力を有して摺接する
状態となるものである。

一方、各シリンダ（２），（３）については、第２図以
降の各例に示される通り、内周部分における各シールリ
ング（28），（28），（29），（29）が摺接する部分に
（第２図及び第３図の例）、または該部分を最小限度領
域としてシリンダ（２），（３）の各内周部分の全領域
（第４図の例）あるいは一部領域に対して、シールリン
グ（28），（29）と摩耗した際に先行して摩耗が成され
る性質の合成樹脂製の内周層（33）を、シリンダ
（２），（３）の本体部となる金属製の筒本体（32）に
一体的に固着させて、シールリング（28），（28），
（29），（29）との摺接面に配置せしめている。

上記筒本体（32）はシリンダの筒部における基本となる
部材であって、第２図図示例では内壁部の前記摺接部分
を若干長凹ませて他の個所よりも僅かに薄肉構造となし
ており、この凹所を利用して、前記内周層（33）をコー
ティング加工することにより、筒本体（32）と同レベル
又は僅かに浮き上った樹脂の内筒面を形成せしめ、この
内筒面を前記摺接部分となしている。

かかる構造は請求項２の考案に係る例である。

一方、第３図図示例は、第1,第２両シリンダ（２），
（３）の各ディスプレーサ（10），（11）挿入側となる
上部開口から始まって前記摺接部分を含む所定長例えば
20mm長の部分の筒本体（32）を、内径が他の部分に比し
て若干長大きくなるように段付筒に形成せしめて、上部
側の大径筒部に合成樹脂製の筒体（33）を着脱可能に嵌
着せしめて、この筒体（33）を前記内周層（33）となし
た構造であって、この例は請求項３の考案に係る例で筒
本体（32）と内周層（33）とで二重筒部を形成してい
る。

なお、上記内周層（33）は、上端開口縁に鍔を一体に持
つ片鍔付樹脂製円筒に形成していて、この鍔部を利用し
て各シリンダ（２），（３）の上端側に確実に固定させ
ることが可能となり、さらに第１シリンダ（２）側にお
いては、二重筒部の筒本体（32）と内周槽（33）おの間
のシール性を高めるために、前記鍔部の両面をＯリング
（34）によって夫々シールせしめることが好ましく、ま
た、第２シリンダ（３）側においては前記鍔部と筒本体
（32）との接触部に、黒塗りの層で示す接着剤を介在せ
しめることによって、固着と同時にシール処理が行えて
好ましい。

さらに、第４図図示例は第１シリンダ（２）及び第２シ
リンダ（３）からなるシリンダ部全体を、金属製の筒本
体（32）が外筒に、合成樹脂製の相似形筒（33）が筒本
体（32）に密嵌着された内筒になる二重筒構造としたも
のであって、各シリンタ（２），（３）の全内周が合成
樹脂製の内周層（33）に形成されてなり、これもまた請
求項３の考案の他実施例に該当するものである。

次に第５図図示例は各リング溝（26），（27）にそれぞ
れ２本のシールリング（28），（28）及び（29），（2
9）が、また各１本のバネ部材（30）及び（31）が装着
されてなる構造が異なる他、第２図図示例と同じ形態の
ものである。

この例はシールリング（28），（28），（29），（29）
として耐熱性及び耐摩耗性にすぐれ、しかもシール性に
も優る例えば４弗化エチレン樹脂で構成させる一方、各
バネ部材（30），（31）は、例えば所定長さのコイルバ
ネを前記ピストンリング（28），（28），（29），（2
9）の嵌着に先行して各リング溝（26），（27）内に鉢
巻状に介装せしめるものであって、コイルの径を拡げる
方向のバネ力をリング溝（26），（27）内で全周に亘っ
て作用し得るように構成される。

従って、各バネ部材（30），（31）を介装せしめること
によって、各ピストンリング（28），（28），（29），
（29）は前記バネ力の作用で径を拡げる方向に張り出さ
れることになり、各シリンダ（２），（３）内でその内
壁に弾力を有して摺接する状態となるのは言うまでもな
い。

以上説明した本考案の各実施例は、いずれもシールリン
グ（28），（29）が摺接する相手方部材が、それ等シー
ルリング（28），（29）に対して該リングとの摩擦よっ
て摩耗が早い性質を持つ合成樹脂製の内周層（33）であ
るから、専ら摩耗を受けるのは内周層（33）であって、
従って、交換を要するのは内周層（33）のみで、シール
リング（28），（29）は摩耗が殆ど起こらないので取換
えないで長期間そのまま使用できる。

かくして相当期間運転してオーバオールの必要から両シ
リンダ（２），（３）の分解手入れを行う際に、前記内
周層（33）の交換あるいはコーティング処理を行えばよ
い。

（考案の効果） つづいて本考案の効果を挙げると以下述べる通りであ
る。

（イ）シールリング（28），（29）と摺接する相手方部
材を該シールリング（28），（29）よりも耐摩耗性に劣
る樹脂製の内周層（33）に形成しているので、摩耗，損
傷等により交換等のメンテナンスが特に必要であるのは
専ら内周層（33）であって特定されるところから、管理
面での簡素化がはかれる。

（ロ）上記内周層（33）はシールリング（28），（29）
の往復動によって一様に摩耗を受けるので単位面積当た
りの摩耗量が同材質のシールリング（28），（29）の場
合に比較すると少くなるのは当然であり、従って、交換
等のメンテナンスを要するサイクルは飛躍的に長くな
り、長期間に亘って所定の冷凍能力を安定的に発揮し得
る。

（ハ）内周層（33）は切削、研磨加工によって直円度及
び軸平行度を正確に取り得るのでシールリング（28），
（29）の張り出し力を一定にさせてシール性能を安定維
持し得る。

（ニ）請求項２はコーティング加工によって内周層（3
3）を形成しているので、加工処理が単純かつ簡単であ
る。

（ホ）請求項３は内周層（33）を着脱可能な筒体に形成
しているので交換の際の作業が頗る容易で予備部材を備
えることによって、短時間に保守作業が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１実施例に係る部分断面示正面図、第
２図乃至第５図は本考案の各実施例に係るシリンダ部の
概要示構造図である。 （２）…第１シリンダ、（３）…第２シリンダ、（10）
…第１ディスプレーサ、（11）…第２ディスプレーサ、
（26），（27）…リング溝、（28），（29）…シールリ
ング、（30），（31）…バネ部材、（32）…筒本体、
（33）…内周層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 森下 弘之 大阪府堺市築港新町３丁目12番 ダイキン 工業株式会社堺製作所臨界工場内 (72)考案者 浜田 行弘 大阪府堺市築港新町３丁目12番 ダイキン 工業株式会社堺製作所臨界工場内 (72)考案者 宮武 智紀 大阪府堺市築港新町３丁目12番 ダイキン 工業株式会社堺製作所臨界工場内 (56)参考文献 特開 昭62−228841（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】外周の所定個所にリング溝（26,27）が凹
   設されたディスプレーサ（10,11）と、径を拡げる外方
   に張り出させる弾力を保持して前記リング溝（26,27）
   に嵌装せしめたシールリング（28,29）と、このシール
   リング（28,29）との摩擦により先に摩耗する性質を持
   つ合成樹脂の内周層（33）が金属製の筒本体（32）にお
   ける少なくとも前記シールリング（28,29）が摺接する
   部分には設けられたシリンダ（2,3）とを備えてなるこ
   とを特徴とする極低温冷凍機。
2. 【請求項２】シリンダ（2,3）における前記内周層（3
   3）が、筒本体（32）の内壁に形成された合成樹脂のコ
   ーティング層である請求項１又は２記載の極低温冷凍
   機。
3. 【請求項３】シリンダ（2,3）における前記内周層（3
   3）が、筒本体（32）に対し着脱可能に嵌着される合成
   樹脂製の内筒であって前記筒本体（32）と内周層（33）
   により二重筒部を形成する請求項１又は２記載の極低温
   冷凍機。