JPH1137584A - 冷凍機のシール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 断面が凹形状のシールリング５は、高
さＨがシール溝３の深さＤよりも大きく、シール溝３に
完全に没入することがない。横置きされたシリンダ１の
下部側では、シールリング５の凹部６の両側部５ａ,５
ａ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。コイルスプリング４は凹部６とシール溝３の底
との間に在る。

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３
２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、上記スプリング
が上記シールリングの凹部とシール溝の底との間にあっ
て、上記シールリングの高さが上記シール溝の深さより
大きい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、シールリングの断面が凹形状をなし、シールリン
グの高さがシール溝の深さより大きいから、シールリン
グがシール溝に完全に押し込まれることは無い。このた
め、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
はなくなる。

【００１０】また、シールリングがシール溝に完全に没
入することがないから、スプリングの力をディスプレー
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。

【００１１】さらに、スプリングが上記シールリングの
凹部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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】請求項２に記載の膨張式冷凍機によれば、
膨張式冷凍機を横に置いても、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い。さらに、シールリングの背
が高いから、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。

【００１５】

【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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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いから、ディスプレーサ２の重量を
支持するためにコイルスプリング４の力を大きくする必
要がない。したがって、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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１の冷凍機のシール構造は、シールリングの断面が凹形
状をなし、シールリングの高さがシール溝の深さより大
きいので、シールリングがシール溝に完全に没入するこ
とがなくて、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
発熱はなくなる。

【００２８】また、シールリングがシール溝に完全に没
入することがないから、スプリングの力を、ディスプレ
ーサを支持する場合の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。さらに、スプリングが上記シールリングの凹部とシ
ール溝の底との間にあって、シールリングをシリンダの
内周面に向けて付勢するので、漏れを防止できる。

【００２９】また、上記シールリングにディスプレーサ
から大きな力が掛かった場合には、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。

【００３０】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
るので、膨張式冷凍機を横に置いてもシールリングがシ
ール溝の中に完全に没入することがない。したがって、
シリンダ内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い。さらに、シールリングの背
が高いから、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が小さくなってスムーズにシー
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、上記シール
リングにディスプレーサから大きな力が掛かった場合に
は、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)

【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、上記シールリング(５)の高
   さ(Ｈ)が上記シール溝(３)の深さ(Ｄ)より大きいことを
   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。