JPS60233380A - ピストンを浮動保持する方法およびその装置 - 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】 イ、産業上の利用分野 本発明はスプリット・スターリング低温冷蔵庫のような
低温冷凍機に関する。特にリニアモータによって駆動さ
れるディスプレーりおよび／またｔよコンプレツリを右
する小型冷凍機シスｊｌ＼に関−りる。

Ｉ支術の費用 従来のスプリット・スターリング冷凍機は一般に１１複
式コンゾレッサと、このコンプレツリから除去された：
］−ルドフィンガ内に聞直されるディスプレー１ブとを
含んでいる。コンプレツリのピストンは機械的に駆動さ
れ、加圧冷凍ガスにほぼラメソイ１〜関数のＬＥ力変化
を生せしめる。冷凍ガスは通富はヘリウムである。この
圧力変化は供給管を通ｊノで」−ルドノインが内のディ
スプレー１ノへ伝えられる。

す１！望的【こは、」ンプレッサに回転可能に固定され
ているクランクシャフトを介して電気モータが１ンＪレ
ツリを駆動するのである。コンプレッサの圧縮連動【ま
作動空間における圧力を最小圧力から最大ＬＬ力へ＾め
、これにより作蛎空間のガスを温める。この温められた
ガスから熱は周囲へ伝えられ、これにより］−ルドフィ
ンガの高温側端部においてはほぼ等温圧縮となるように
される。この高い圧力が」−ルドフィンガ内におけるデ
ィスプレーサの両側に１１−力差を９−せしめるのであ
り、このディスプレー１ノは抑制力よりも大きな力が作
用すると］−ルトフィンガ内を自由に移動されるように
なっている。ディスプレー４ノーが移動されると、人（
４１雰囲気圧ツノである高圧の０動ガスは再生器を通し
て低温スペース内へ推進される。この再生器は流れる加
圧冷凍ガス叩ら作動ガスから熱を吸収し、これによりこ
のガスの温度を低小させる。

コンブレラ１すのピストンが移動方向を逆転し、作動空
間におりるガス体積の膨張を開始すると、ディスプレー
サ内の高圧ヘリウムは冷却される。

ディスプレーサの低温側端部におけるこの冷却が、再生
器の長さ範囲にわたって２００’　Ｋ以上の時間平均温
度勾配を維持づるための冷凍を行うのＣある。

ある点においてピストンによる膨張運動で生じる圧力低
下は］−ルドフィンガ内のディスプレーサに働く抑制力
を充分に上回るまでに低下する、１これによりディスプ
レーサは初動位置へ拶帰される。低温ガスは再び再生器
を通してコールドフィンガの低温側端部から移動され、
コールドフィンガから熱を奪うのである。

最近、コンプレッサにおける１つまたはそれ以上の数の
ピストンの移動およびディスプレーサの移動を制御する
ために、リニアモータで駆動される冷凍機が提案され製
造されてきた。この装置はハードセラミックおよびシリ
ンダライナーの間にクリヤランスシールを使用している
。−例が１９８３年１月１７日付（ブで二−ガス・ヤン
グにより出願された米国特許願第４５８７１８号に記載
されている。

このようなリニア式冷凍機の目標は、航空機および宇宙
空間飛行体に使用するために備えていな（〕ればならな
いような長い寿命および低減された摩耗にある。

ハ０発明の概要 本発明はリニア式」ンプレッ４ノのピストンのためのガ
ス軸受装置を包含する。このリニア式コンプレッυのピ
ストンはピストンハウジング内に軸線方向へ移動可能に
配置され、ピストンヘットの空間に高圧ガスが収容され
ている時にこの空間が高圧ガス槽と連通される。ピスト
ンヘッドの空間が低圧ガスを収容している時即ち死空間
容積のカスを収容している時には、この空間は低圧ガス
槽と連通さ机る。高圧ガス槽から低圧ガス槽へのガスの
流れが、ピストンとピストンハウジング内ヤ面またはス
リーブとの間を流れる時にガス軸受を形成する。

好ましい１つの実施例においては、高圧ガス槽はピスト
ン内に配向され、史に２絹のガスポケットを有して構成
されるように説明される１、高ロガス槽とガスポケット
との間のチャンネル内にバルブまたはオリフィスが配置
され、槽とポケットどの間のガスの流れを調整するよう
になっている。

各ガスポケットは３つの別々のポケットを有しており、
これらはピストンの回りにηいに当間隔に位置決めされ
る。

また好ましい実施例では、ピストンのヘッド空間と低圧
環状部との間に１組のガスポケットが配置される。第２
の組は低圧環状部とピストンの後部空間との間に配置さ
れる。、低圧環状部低圧ガス槽と連通される。

このガス軸受装置はコンプレッサ伯動空間の流体が高圧
である時、コンプレツリ作動空間の流体から高圧ガス槽
へと僅かな量の高圧ガスが導かれることで作動する。作
動空間の流体が低圧である時には、ガスは低圧ガス槽か
ら作動空間へ排出される。ピストンの作動中、ガスは高
圧ガス槽から低肚万ス槽へ送られる。このカスはピスト
ン周囲のクリヤランス空間へ与えられ、これによりピス
トンの摩擦および摩耗を低減するために周囲のスリーブ
から離して浮動状態に保持する。作動空間とガス槽どの
間の連通はチェックバルブまたはビスＩ−ン４；Ｉ　ｉ
Ｆｌの何れによって６制御できる。

仙の好ましい実施例においては、ガスは高圧ガス槽から
ピストン表面に形成されて軸線方向へ砥石され−Ｃいる
チャンネルへと送られる１、このガス１１チヤンネルを
囲む低圧凹部へ横方向へ流れ、ガス軸受を形成する。こ
れらの四部はピストンの死空間自由に連通されて高圧ガ
ス槽およびチャンネルよりｂ低圧に維持できることが好
ましい。この好ましい実施例では、ガスポケットは安定
ｆ１を促進させるとしてチャンネルの端部に位圓される
。

スリーブへ向かうビス］−ンのｌｊ＋　＠　ｌ；Ｌ影響
されるチャンネル内における隣接ポケットへ向かう流れ
を増大する。この増大された流れはガスポケットの圧力
を高め、この圧力がピストンをスリーブ内での中央位胃
に戻すのである。

本発明の前述したおよびその伯の目的、特徴ｄ３よび利
点は添付図面に示されているような本発明のりｒましい
実施例の双手の特に詳細イ１説明から明白となろう。図
面では全図を通じて同じ符号が同じ部材を示している。

これらの図面は尺度、誇張を必要とけず、本発明の原理
を示まために与えられている。

二０図面を参照した実施例の説明 好ましいリニアモータ式〕ンプレッザ２０が第１図に示
されている。このコンプレツリは２つの往復ピストン部
材２２および２４を含み、これらのピストンがθいに向
かって駆動される時にコンプレッサのヘット空間２６内
でヘリウムガスを圧縮する。この圧縮されたガスは圧縮
室シリンダ３０の側部ボート２８を通り、このシリンダ
の外側環状部３２へ至る。環状部３２からガスは外側ハ
ウジング３４を通してチューブ取付はホール３６へ〒る
７、このブコーブ取付はホール３６に接続されるチュー
ブ（図示せず）はこのガスをスプリッ１−・スターリン
グ冷凍機のコールドフィンガへ導く働きをなすのであり
、こΦ冷凍機はディスプレー１ノ（図示せず）を内蔵し
ている。

ピストン２２および２４、および圧縮至シリンダ３０は
勺−プツト、セラミックスまたはその他の硬い低摩擦材
料から作られるのが好ましい。これらのピストン部材お
よびシリンダ室はそれらの間にクニャランスシールを形
成するように密接嵌合される。ピストンが周囲のスリー
ブ３０と接触するのを最小限とするようにピストンをガ
ス軸受が支持する。このガス軸受は第３図から第１２図
迄を参照して詳しく後述する。

ピストン２２および２４はそれぞれリニア駆動モータの
アマチコアのための１１１−の機械的な支持体である。

同様のモータが２つのピストンを駆動する。第１図には
右側のモータが詳しく示してあり、そのアマデユアは第
２図の分解図に示しである。

スリーブ３８はコンプレッサノ゛のヘッド空間２６から
離れた側の端部にてピストン２４に連結されている。ス
リーブ３８は内側クリＶランス３９を有し、これにより
圧縮室シリンダと接触せずにコンプレッサの圧縮室シリ
ンダ３０に沿って前後に自由に往復できるようになって
いる。スリーブ３８は左端にテーパー状のフランジ４０
を有している。拡径可能カラー４２は内側の磁束反射体
であり、高い透磁率を有する。このカラー４２はまた２
組の半径方向の組磁石４４および４６を支持し、これら
のＩＩ組磁石スペー勺４８により朗唱されている。永久
ＩＥの各組４４．４６において６個の磁石４９が磁石保
持リング５ｏおよび５２により保持されている。

紺１Ｉｉ１石４４および４６は第２図で密接に束ねられ
て示されＣいるが、拡径可能カラー４２の周囲に配置さ
れた時は１ｉｔｔ？ｉ間に間隔が維持される。この構成
によりコンプレッサの死容積内のヘリウムガスは、駆動
モータのアマチュアおにび］ンプレッリのピストン組立
体が前後に往復される時に個個の磁石の間を自由に流れ
ることができるのであ−る。

磁石部材４９が同じでないと、これらのｌｌｉ石の磁力
軸線はピストンの機械的な軸線ｈ１ら偏心してしまう。

機械的な軸線からのこのような磁力軸線の偏心はピスト
ン２４に半径方向の力を作用さゼることになり、この力
はピストンをシリンダ３０内で束縛する傾向を示すので
ある。拡径可能カラー４２の周囲における磁石の互いに
対する角度位置を調整することにより、磁力軸線を機械
的な軸線と一致させることができ、このように磁石間の
間隔を使用できる。半径方向の力の刊除番よアマチュア
のための唯一の機械的な支持悴がシリンダ３０内のピス
トン２４である場合に特に重要である。以下に説明する
ようにガス軸受は、磁力軸線が機械的な軸線から大幅に
変位されているならば、シリンダ３０の内面に１ｍ　＜
スコアー）が生じるのを防止できない。

第２図に示されるように、拡径可能カラー４２は複数の
スロット６０を有し、これらが拡径を可能にしている。

アマチュア上の所定位置に磁石４４および４６を永続的
に固定するために、テーパー状のコレット５６が拡径可
能カラー４２とテーパー状のスリーブ３８との間にナツ
ト５８で梗嵌合される。プツト５８がスリーブ３８にね
し締められると、拡径可能カラーはテーパー状のフラン
ジ４０および］レット５６によって外方へ押しつけられ
る。こうして拡径可能カラーは磁石組４４および４６を
磁石保持リング５０および５２に対して押圧する。

テーパー状のスリーブ３８は端部に形成された２゛〕の
スロット５９および６１を有しており、コレットが外方
へ拡径可能カラー４２を押しつける際にコレットはまた
スリーブ３８を内方へ押しつけて珪縮し、スリーブとピ
ストン２４との間に緊密な結合を形成する。アマチ１ア
に拡径および圧縮結合を採用することは、ヘリウムガス
を汚損することになるあらゆるエポキシおよびあらゆる
その他の接着剤の必要性を排除する。

いま説明したアマチュア組立体はハウジング８６（第１
図）内に配置された電磁コイルの使用によって作動され
る。２つの］イル７６および７８がピストン２４を位置
決めするために使用される。同様に２つのコイル（７２
および図示していない他の：Ｊコイルがピストン２２を
位Ｆ）決めするために使用される。スペーサ８０がこれ
らの２つのコイルを離隔させている。このスペーサ内に
は１１＼−ル効果式位侃ヒン４ノ８７が配置されており
、これが電子的にビスミーン位置を決定する。右側のア
マヂコアのコイル７６および７８はスペー４ノア７によ
って左側のアマデユアのコイルから離隔されている。ス
ペー１ノア７は分割されていて、ホール３６内にブ］−
−１取付は部材を（Ｏ置できるようにし−Ｃいる。

スペーサ、位置決めセン＋Ｊおよびコイルは総てハウジ
ング３４の外周囲りに配置されている３、ハウジング３
４および同様な左側のハウジング６６はねじ８８によっ
て端部キャップ８２Ａ５よび８１にシールされている。

これらのねじは端部キャップ８１．８２をインジウムシ
ー　／Ｌ／　９０　Ｊ５　Ｊ：び９２へ密着して押しつ
け、これによりアマチコ７、ピストンおよびこれらを取
り囲むヘリウム雰囲気を密閉シールする。

端部↑ヤップ８２はボート９６を通してヘリウムガスを
コンプレツリ゛に容易に充填できるようになず組立体を
含んでいる。詳しくはボール９４が端部カバー８２のボ
ート９６を密封している。このボールは保持ねじ９８に
よりポー１−にλ１して保持され、また栓４４によって
汚損から保護されている。

上述のアマチュア組立体およびリニアー［−夕はまた１
９８３年１月１７日付１）で出願された関連米国特許願
第４５８−１１８号に訂しく記載されている。クリヤラ
ンスシールを有するこのようなリニアモータが小型航空
改や宇宙空間飛行体の冷凍機システムに利用され場合、
保守ゼ１゛に数十億サイクルにわたって作動することが
重要であり、それ故に適当な１ｌＩＪｔｖ耗ｔ！ｉを右
することが必要である。

リニアモータ式のヘリウムガスを光頃され／、１−コン
プレツリノのＢｉ　ｔ’ｌにＪ、す、潤滑はヘリウムガ
スを）ち１０シて冷凍機システムの効率を低−トさせな
いようにしな（）れば４１らない。これらの理由のため
に、以トに説明するカス軸受によって与えられる非接触
作動を使用しｈＩ′Ｊればならないのである、１第３図
は拡大した断面図であり、第１図のピストン２４および
シリンダ３０の機械的な軸線を含む図面である。第４図
は第３図の栓４−４に沿うビスＩ〜ン２４の横断面図で
ある。これらの図面はガス軸受ポケットの２つのリング
によりシリンダ３０の内ヤど接触しないで浮動されてい
るガス」大ンプレッサのピストンを示している２前方の
ガスポケット１００のリングおよび後方のガスポケット
１０２のリングは環状部１０４に対して等しいガスの流
れを与える。このガス流による軸受はシリンダ３０内で
ピストンを等しく浮動させる。ガスポケッ１−の両方共
高圧ヘリウムガスの流れを給送される。

ポケット１００．１０２のそれぞれの絹はピストンの周
囲に等間隔で隔てられた３つのボケツＩ〜を有している
。例えば第４図に示づように、ポケット１００のリング
は３つのポケット１０１．１０３おＪ、び１０５を右し
ている。５第５図は第３図に示したピストンおよびシリ
ンダの図面であり、これにおいてピストンはピストンヘ
ッド空間２６内のヘリウムガスが最も高く圧縮される位
置にある。第５図に見られるように高い圧力に圧縮され
たヘリウムカスは、シリンダ３０の拡径されたカットバ
ック１１１によりポケットリング１００を通して内部通
路および槽１０６内に流入できる。内部槽１０６は作動
空間２６と連通することを防止するために栓１０９で蓋
をされている。ピストンが第３図に示１完全な前進位置
から後３口される時、高圧ヘリウムガスは槽１０６内に
収容されている、１ピストンのこの１ｊ稈の間に、槽１
０６からガスはポケットリング１００および１０２内へ
流れる。このようにして圧力の低下したガスは、ピスト
ンが第３図の位置にある時に低圧ボート、環状部１０４
、ヘッド空間２６おＪ：び死容積５４へ排出される。

ピストンが第３図に示すように最も後退した位置にある
時、中央空間２６内のヘリウムガスは最も低い最低圧へ
と膨張される。低圧環状部（よ導管１０８を通してピス
トンヘッド空間２６内へガスを枯山する。シリンダ３０
の内壁に形成されている段部１１０が低圧環状部１０４
から導管１０８を通してガスが流れるのを可能にしてい
る。残るピストン行程を通じてガスが段部１１０および
導管１０８を通って流れることはなく、これにより環状
部１０４は低圧溜として動くのである１゜これによりガ
スの運動は、普通は高圧ガスがポケット１００および１
０２から低圧尾、状部１０４へ向かって流れることが判
るであろう。

第４図を参照すれば、ガス導管および槽１０６はボート
チャンネル１１２．１１４および１１６よりも人容吊の
ガスを保持Ｊることが判るであろう。これらのチャンネ
ルの直径はカスポケットに対する流れを制御し、大体等
しい吊のガスが等間隔のポケット１００へ流れるように
するのである１゜これらのチャンネルはまた、ｌｌ　１
０６の高圧へりラムガスに対する間歇間Ｄ　ｖＪ作によ
って与えられたピーク圧力を滑らかにし、ガスポケット
を通るガスの流れを充分に一定の流れとな覆ような制限
部として働く。符号１１７で示すようなその伯のチャン
ネルは同様にしてポケットリング１０２に高圧ガスを与
えるものである。槽１０６がピストン２４の中央に位置
するものとしたならば、３つのチャンネルは等しい長さ
となり、それ故に等しい直径で最も良く構成されること
になる。長さが異なると、等しい流量を５えるために直
径が相違する。ガス軸受を通る滑らかな一員した流れを
与えるように流れをａｔ＋　ＩＩＩするためにはその他
の方法も使用できる。これらの方法はチャンネル１１２
．１１４および１１６内にバルブまたはオリスイスを配
置することを含む。

ポケット１００および１０２内の高圧ガスは一般にピス
トン２４とシリンダ３０との間の非常に狭いクリへ７ラ
ンス空間を通して環状部１０４へ向りて流れる。しかし
コンプレッサの運転中は成る隼の高圧ガスがまた］ンプ
レッサ死容積５４およびヘッド空間２６へ向けて流れる
。死容積５４内のガス圧力は通常は環状部１０４内の圧
ツノよりも高いが、ガスポケット１０２よりも低い圧力
にある。それ故に、成る隼のガスは後部空間へ逃げ、ピ
ストンの中央部をシリンダ壁から離して浮動さけるのを
１１」゛る。ガスはまたガスポケット１００からヘッド
空間２６へ向りて流れるが、ヘッド空間内のｆ［動流体
が高圧に仕縮されるｔう程の部分においてはポケットか
らの流れは遮断される。

ポケット１００から環状部１０４への連続せるガスの流
れを伴わないのでピストンの前ノラ部分はシリンダ３０
の内壁に接触する傾向を示すために、低圧の中央環状部
１０４が最も重要になるのはコンブレラ号作勤行程のこ
の位置である。このような接触は摩耗を生ぜしめ、これ
はコンプレッサの作動にし影響を及はづ。

第６図は自己充填式のガスポケット軸受の他の実施例を
示す。この実施例においては、チェックバルブ１３２お
よび１３４はガス流体槽１２８および１５０の充填を制
御し、これにより高圧ガスポケットおよび低圧環状部の
圧力を制御覆る、１高圧ガスポケツトリング１２０およ
び１２２はピストン１２４の前端部および中央部に位置
されており、これによりピストンがシリンダ１３０の内
壁と接触しないように浮動させる方法でピストンを支持
する。上述したように、高圧ヘリウムガスは高圧ポケッ
トリング１２０．１２２から低Ｂ’環状部１２６へ流れ
る。しかしながらこの実施例では檜に対するガスの流れ
は予め設定されるチェックバルブ１３２および１３４を
通して選択的に制御される。

作動空間２６内のヘリウムガスがコンプレッサの作動行
程に′より最低圧力迄完全に膨張されると、ヂＪツクバ
ルブ１３４はガスを槽１２８から逃がし、これにより環
状部１２６を掃気する。逆に作初空間２６内のヘリウム
ガスが最高汁力迄完全に圧縮されると、ヂコックバルブ
１３２が聞１：１され、槽１５０を高圧ガスで再び充填
するようになづ。

これ以外の総ての時はチェックバルブが閉じた状態に保
持され、これにより槽１２８および１５０はヘリウムガ
ス作動空間２６から密閉される、１導管１３６等の導管
は、ガスポゲットリング１２０．１２２に対づるガスの
流れを滑らかにして連続的に軸受が作動するように槽か
らのガスの流れを抑制するために正確な向径とされる、
。

ここに記載するような小型のコンブレツリ機械は高いリ
イクルにて０動づるので、それ故に振動圧力源にできる
だけ近い位置にチェックバルブを右することか望ましい
。この理由は、もしチェックバルブが圧縮空間から離れ
ているとコンプレツリ死容積が大きくなり、チェックバ
ルブにより作用される圧力範囲が中間の導管に影響され
、ることにある。これら２つの現象の何れもが結果とし
て」ンプレッ１ノおよびガス軸受効率に影響する。

それ故に第一の実施例において上述したとほぼ同様に軸
受ヘガスが流れる。高圧ポヶッ１−からのガスは低Ｉｆ
領域へ向けて流れる。、ＴＩン／レッザの行程の大半に
おいてはカスは高圧ポリツｌ−１２０および１２２から
低圧環状部１２６、ピストンヘッド空間２６および後部
空間５４へ向りて流れる。

これによりガスの流れはピストン１２４をシリンダ１３
０の内壁から離して浮動させて保持するだめのガス軸受
を形成するのである。

空間２６内のガスが最も高圧に圧縮される峙、ポケット
１２０からのガスは作動空間２６へ向けて流れようとは
しない。これによりこの実施例の低圧環状部１２６が第
一の実施例の環状部１０４のように与えられていないな
らば、完全な圧縮位置におけるピストンは底部を接し、
恐らくシリンダ１３０の内壁を剥ぎ取る傾向を示Ｊであ
ろう。

このように、低圧環状部は高圧ポケットからの流れが止
まることを防止するのである。

ピストンおよびシリンダ壁の摩耗を防止する軸受として
働く上に、このシステムはまたヘリウム作動空間の汚損
を防止するように作用する。後部の［−タ窄５４からの
ヘリウムガスはボケツ１−１０２．１２２が後部空間よ
りも常に高圧であるから作動空間に直接に流入すること
は決してない。

ボケッｔ−１０２，１２２および後部空囮の間の流れは
これにより常に後部空間へ向かう。それ故に、らし後部
空間即ちモータ室のヘリウムが汚損されても、このガス
はガス軸受のポケットからの全体の流れの特徴によって
ピストンの上流へ流入しないのである。軸受システムか
らクランクケース即ち死容積５４内へ失われるヘリウム
ガスは汚物を除去するフィルタを通して作動空間へ戻す
ことができる。１この他として、この死容積はヘッド空
間より高い圧力に維持させることができる。

第７図から第１２図迄はリニアモータシステムのピスト
ンのための自己充填式ガス軸受の他の実施例を示す。こ
の実施例においては、ピストン１５２の周面に形成され
た複数の低圧四部が高圧槽からのガス流を指向してガス
軸受を形成するようになっている。

第７図はこの実施例を示すものでピストンの拡大縦断面
図である。第１０図からｌ３１２図迄は第７図のシリン
ダの横断面図である。これらの縦断面図は第７図に関連
して見なければならない。中央に配置されたチェックバ
ルブ１５４は、槽１５６がヘッド空間２６がら高圧ガス
を充填されるようにガスの流れを制御するのに使用され
る。

チェックバルブ１５４は通常は閉じており、ヘッド空間
２６内のヘリウムガスが最大圧力に達した時に開いて槽
へガスが流れるようにする。槽１５６は収容せる高圧ガ
スをボート１５８を通してチャンネル１６４および１６
６へ導く。

高圧チャンネル１６４．１６６は第９図に示すピストン
および第８図の展開図にそれぞれ判りゃすく示されてい
る。チャンネル１６４および１６６はピストンの軸線方
向へ延在し、それぞれ前部および後部のポケットリング
１６０および１６２と連通されている。第８図に示すよ
うに、ピストン面の延在領域は窪んでいて、死容積５４
と自由に連通ずるようになっている。これらの低圧窪み
１７２．１６８．１８０は高圧チャンネル１６４および
１６６、およびポケット１６０および１６２からのガス
の流れを受【プ入れる。

ピストン周面は４つのレベル即ち部分から作られている
。最大直径の部分はヘッド空間２６に隣接することが見
られる。この大直径部分１７０はシリンダ１３０と最小
のクリヤランスを保持してクリＡ７ランスシールとして
働き、ヘッド空間２６からこの部分１７０を越えて比較
的少量のガスが漏れるようになされている。窪み１６８
．１７２．１８０はピストンにおける最小直径部分であ
る。

これらの窪みはピストンの大きな面積部分が比較的安定
した圧力を維持する死容積５４と連通づるようにしてお
り、該圧力はヘッド空間における圧力の人体平均の圧力
である。死容積との流体の連通は窪み内のガス圧力を低
下する。隆起部１７４はＲＬポケットおよびチャンネル
を取り囲み、高圧および低圧部分を隔離するとともにガ
ス軸侵における流れを指向している。チャンネル１６４
およσ１６６はガスポケット１６０および１６２に較べ
て僅かに大直径とされており、ガスポケットは低圧部分
１７２と同じ小さな直径とされている１゜この複雑なシ
リンダ周面はマス」ングをしてシリンダをエツチングま
たはグリッドブラスト加［することで形成され、これは
内周向にポケットを形成することに較べて茗しく容易で
ある１、シかしこの他の方法として、シリンダ表面を使
用出来ないならばシリンダ内壁に窪みおよびチャンネル
を形成するように成形できる。

ピストン周面に様々な直径部分を形成すること−は、ピ
ストンがシリンダに接触しないようにガス軸受の流れを
適当に指向するのに適している。１図示したシステムは
また高い安定度を維持り“る。四通、ガスはチャンネル
１６４および１６６からそれらを取り巻（低圧窪みへと
横り向へ漏れ出る。

チャンネル１６４および１６６はそれらを通る流れがこ
の横り向の漏れにおける変化によって大きく影響される
ようにかなり小さい。もしピストンがあるチャンネル付
近にて周囲のシリンダ１３０に接近するように移動すれ
ば、そのチャンネルからの横方向の漏れは減少する。こ
のことが生じると、ポケット１６０およσ１６２はより
高い圧力のガスがう９かれることになる９、ポケットに
対Ｊる流れの増大の結末としてピストンはシリンダ壁か
ら離れる方向へ移動する。これによりシスーｊムは、ピ
ストンが中心から外れる移動に自動的に逆らう作用をす
ることでピストンの作動クリヤランスを安定化させる傾
向を示す。このガスの流れの結果どしく、各ポケットリ
ングの３つのポケットの総てがシリンダ壁やスリーブか
ら富に実質的に等しいクリヤランス寸法を、Ｉｌｌ持Ｊ
るのである、２外部チャンネル１６４および１６６のイ
σ（の利点は、小さな流れ制限ホールのようには詰まら
ないことである。これらのブヤンネルはピストンおよび
シリンダの相対的な運動によって問いた状態を肩１持す
るのである。

口の実施例では、溜り部分の圧力が常に死容積５４の圧
力よりも高くされる。槽１５６内（収容ＵるカスＬ［力
はヘッド空□間２６から間歇的に繰り返し充１眞されて
本質的に一定に維持される。溜り部分のＦＩ力が木質的
に一定に維持されるので、ピストンは１；３に組合うシ
リンダ１３０と接触しない状態に維持される。

多くのコンプレツリにおいては作動空間内の最低圧力が
死容積５４内のガス圧力よりも低い。それ故にタヒ容槓
は比較的高い圧力のガスの供給諒として使用され、中火
の溜り部分は作動空間２６へと掃気される１、ガスの流
れは上述したのと同様にガス軸受を形成するように指向
される。

炎＝且貝−辺匁浬 イれ故に長期にわたって全く保守を必要としないための
ヘリウムコンプレツリを構成り−ることを可能にするガ
ス軸受装Ｗが示された。この長ノｉ命は可動部分の間の
接触を低減することでりえられている。もし殆どｂｔ、
＜は全く接触のないことか達成されるならば、これらの
部材は殆どもしくは全く摩耗を受りない。ピストン内に
流体槽を絹み合わせることは、非常に小型のガス軸受装
置をりえる。更に、示した実施例は安価に製造でき、航
空機および宇宙空間飛行体に使用する小型コンプレッサ
に容易に使用できる。。

本発明はその好ましい実施例を参照しＣ特に図示し説明
したが、当業名にとっては特許請求の範囲の欄に記載し
たような本発明の精神および範囲から逸脱することなく
形態および細部に様々な変更がでさることは理解されよ
う１１例えばこのガス軸受はコンプレツリ以外に適用Ｃ
きる。同様なガス軸受は冷？ｌｉ機のディスプレーりの
駆動ピストンに使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はスプリット・スターリングサイクル冷凍機の本
発明を具体化せるリニアコンプレッサの、リニアーし一
部およ、び冷媒ガス通路を示すために部分的に断面とぜ
る側面図。 第２図は第１図に示したコンプレッサのアマチ］ア組立
体の分解図。 第３図は第１図のピストンおよびスリーブの一部の１１
ム人断面図。 第４図は第３図の線４−４に沿うピストンの縦断面図。 第５図はガスが最大限に圧縮される最前位置にピストン
が移動した状態での第３図に示したのと同様な拡大断面
図。 第６図は上述の図面とは多少相違せる本発明の原理を具
体化したりニヤコンブレラ４ノのピストンおよびシリン
ダ部分の拡大断面図。 第７図は］ンプレッサの死容積のカスを使用づる本発明
の原理を具体化したリニアコンプレツリのピストンおよ
びシリンダ部分の拡大断面図。 第８図はピストン表面の低圧窪みを示すための第７図の
ピストンの展開図。 第９図は第７図および第８図のピストンの斜視図。 第１０図は第７図および第８図のピストンの、高圧槽Ｊ
５よびチャンネルを示すための第７図の線１０−１０に
沿う横断面図。 第１１図は低圧窪みおよび高圧チャンネルを示１°ため
の、第１０図とは軸線方向に異なる位置での第７図の線
１１−１１に沿うピストンの横断面図。 第１２図はガスポケットを示Ｍための第７図のＦＴ＋　
１２−１２に沿うピストンの横断面図。 ２０・・・リニ＼−ノモータ」ンプレツサ２２．２４・
・・ピストン ２６・・・］ンプレッシのヘッド空間 ３０・・・シリンダ ３２・・・環状部 ３８・・！スリーブ ３９・・・クリヤランス ４４．４６・・・磁石リング ４９・・・磁石 ５４・・・死容積 ８１．８２・・・端部キャップ ８７・・・イゾ！貿センザ １００．１０２・・・ガスポケットリング１０１．１０
３．１０５・・・ガスポケット１０４・・・環状部 １０６・・・槽 １０８・・・導管 １１０・・・段部 １１１・・・カットバック １１２．１１４．１１６・・・ボートチャンネル１２０
．１２２・・・高圧ポケットリング１２６・・・低圧環
状部 １２８．１５０・・・槽 １３０・・・シリンダ １３２．１３４・・・チェックバルブ １５２・・・ピストン １５４・・・チェックバルブ １５６・・・槽 １６０・・・ポケットリング １６４．１６６・・・高１＋チヤンネル１６８．１７２
．１８０・・・低圧住み１７４・・・隆起部 代理人　浅　村　皓 図面の浄書（内容に変更なし） Ｊ 景　囚 手続補正書（、え。 昭和６０年　３月１２日 特許庁長官殿 ■、小事件表示 昭和　６０年特胎願第　１８４７４　号２、発明の名称 ピストンを浮動保持する方法およびその装置３、補正を
する者 １１１１！ｌ−との関係　持お出騨１人住　所 氏名　へリツクス　テクノロジー　コーポレーション（
名　称） ４、代理人 ５、補正命令の日刊 昭η１　年　月　日 ６、補正により増加する発明の数 ８、補正の内容　別紙のとおり　−ｍ−明細書の浄書（
内容に変更なし） 昭和６０年３月に一日 特許庁長官殿− １、事件の表示 昭和乙Ｑ年特許願第１ヨ４−７Ｉ４１７−　号３、補正
をする者 事１４との関係　特許出願人 ５、補正命令の日イ」 １任状、及びその訳文者１通 図　面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１ン（↑復作動ピストンであって、 ａ、、一端にガスの作動空間を有するシリンダハウジン
   グ内で軸線方向へ移動するように配置されたピストン、 ｉ、　前記ピストンが行程の一端に位置する時に前記ガ
   スの作動空間と流体連通する前記ピストン内に位置され
   たガスＭ借、 Ｃガス槽ど流体連通する前記ピストン円面に形成された
   四部、 ｄ　前記四部と前記ガス溜槽との間のガスの流れにより
   ピストンとシリンダハウジングとの間に形成されるガス
   軸受、 を含んで構成されたことを特徴とするｆｆ復作動ピスト
   ン。 （２）　前記ガス溜槽がピストン周面に位置された軸線
   Ｚｊ向のチャンネルを含み、該チャンネルがガスを凹部
   へ横方向に流してガス軸受を形成するようになされてい
   る特許請求の範囲第１項記載の往復作動ピストン。 （３）　往復作動ピストンであって、 ａ、　一端にガスの作動空間を有するスリーブ内で軸線
   方向へ移動するように配置されたピストン、 ｂ、　前記作動空間が高圧の時に前記ガスの０初空間と
   流体連通ずる前記ピストン内に位置された高圧ガス槽、 Ｃ１前記作動空間が低圧ガスを収容している時に前記作
   動空間と流体連通ずる低圧ガス槽、ｄ、　ピストンとス
   リーブとの間で前記高圧ガス槽から前記低圧ガス楕ヘガ
   スが流れることで形成されるピストンとスリーブとの間
   のガス軸受と、を含んで構成されたことを特徴とするＵ
   ′復作動ピストン。 （４）　ピストンヘッド空間（作動空間）からの高圧ガ
   スが前記高圧ガス槽に連通ずるのを間歇的に可能とする
   ために前記ピストン内に位置されたヂ１ツクバルブを更
   に含む特許請求の範囲第３項記載の往復作ｆＪＪピスト
   ン。 （５）　前記低圧流体槽が前記ピストン内に位置されで
   いる特許請求の範囲第３１Ａ記載の往復作動ピストン。 （６）　前記ピストン作動空間からの高圧ガスが前ｉピ
   高圧ガス槽に連通ずるのを間歇的に可能とするために位
   置されたチェックバルブを更に含む特許請求の範囲第３
   項記載の往復作動ピストン。 （７）　前記ピストン作動空間と前記高圧ガス槽との間
   の流体連通が前記スリーブ内の前記ピストンの位置に応
   じて行われる特許請求の範囲第３項記〜載の往復作動ピ
   ストン。 （８）　前記作動空間と前記低圧ガス槽との間の流体連
   通が前記スリーブ内の前記ピストンの位置に応じて行わ
   れる特許請求の範囲第３項記載の往復作動ピストン。 （９）　前記高圧ガス槽が、第一の組がヘッド空間と低
   圧環状部との間に位置され、第二の組が該低圧環状部と
   前記ピストン死容積どの間に位置されている２絹のガス
   出口ポケットを更に含み、また前記低圧環状部が前記低
   圧ガス槽と流体連通されている特許請求の範囲第３項記
   載の往復作動ピストン。 （１０）作動空間内で冷媒ガスをＤ縮および拡張ηるた
   めのスリーブ内のピストンと、前記ピストンを駆動づる
   ための駆動モータと、そしてコンプレッサの前記作動空
   間と流体連通せるディスプレーサとを有する低温冷凍機
   であって、ピストンが、前記ピストン内に形成され、］
   ンプレッサの作動空間が高圧である時に該作動空間と流
   体連通し、またピストンおよびスリーブの間のクリヤラ
   ンス空間と連通されている高圧ガス槽ど、 前記ピストンおよびシリンダの間のクリヤランス空間と
   流体連通する低圧槽と、 を含んで構成されたガス軸受を有している低温冷凍機。 （１１）前記低圧槽が前記ピストンの周面に位置ゼる凹
   部を更に含んでいる特許請求の範囲第１０項記載の低温
   冷凍機。 （１２）前記高圧槽に連結されたガス軸受のポケットを
   更に含んでいる特許請求の範囲第１０項記載の低温冷？
   １１ｉＩＩ０ （１３）高圧槽と各ポケットとの間のガスの流れを等し
   くするために前記高圧槽と前記ガス軸受のポケットとの
   間に位置されたガス制限手段を更に含んでいる特許請求
   の範囲第１２項記載の低湿冷凍機。 （１４）前記ガス軸受のポケットが前記ビスｉ・ンの周
   囲に互いに等間隔で配置されている特許請求の範囲第１
   ０項記載の低温冷凍機。 （１５）　ピストンハウジングの内壁から離して浮動状
   態でコンプレッサピストンを保持する方法であって、 作動流体がコンプレッサである時にコンプレッサの作動
   空間からの高圧ガスを前記ピストン内の高圧ガス槽へ連
   通させ、 低圧ガス槽からガスを低圧空間へ排出し、前記高圧ガス
   槽から高圧ガスボートへガスを給送し、 低圧ポー１〜から前記低圧ガス槽へガスを排出し、前記
   ピストン周囲のクリヤランス空間を通して前記高圧ボー
   トから前記低圧ボートへガスを指向する、 諸段階を包含することを特徴どするピストンを浮動状態
   で保持する方法。 （１６）前記作動空間と前記高圧槽との間の流体連通を
   チェックバルブによって制御する特許請求の範囲第１５
   項記載のピストンを浮動状態で保持する方法。 （１７）　前記作動空間と槽との間の流体連通がピスト
   ン位置に応じて行われる特許請求の範囲第１５項記載の
   ピストンを浮動状態で保持する方法。 （１８）往復作動ピストンであって、 ａ　行程の一端にガスの作動空間を有するスリーブ内で
   軸線方向へ移動するように配路されｌこピストン、 ｂ　前記ピストンが（ｊ稈の一端に位置づる峙に前記作
   動空間と流体連通するガス溜槽、Ｃ１前記ピストンとス
   リーブどの界面における周面に位置され、前記ガス溜槽
   と流体連通する少なくとも２つの実質的に軸線方向のチ
   ャンネル、ｄ　前記ピストンとスリーブとの界面にお（
   プる周面に位置され、第二のガス槽と流体連通ずる凹部
   、 ｅ、　四部とチャンネルとの間の横方向のカスの流れに
   よってピストンとスリーブとの間に形成されたガス軸受
   と、 を含んで構成されたことを特徴どする往ｖｉｆｒ動ビス
   ］〜ン。 （１９）前記軸線方向のチャンネルど流体連通し、該チ
   ャンネルと組合って前記スリーブ内でのピストン位置を
   安定化するピストン表面のガスポケットを更に含んでい
   る特許請求の範囲第１８項記載の往復作動ピストン。 （２０）　ピストンおよびピストンハウシングの間に安
   定したガス軸受を発４−させる方法で場って、ａ　行稈
   の一端にピストンが位置する時にピストン作動空間がガ
   スをガス溜槽に導き、１）　前記ピストンの周面の凹部
   からガスをガスの非作動空間へｕ１出し、 Ｃ１前記ガス溜槽からガスを前記ピストン表面の軸線方
   向のチャンネルへ給送し、 ｄ、　前記軸線方向のチャンネルから前記四部へ横方向
   にガスを指向して前記ピストンの周囲にカス軸受を形成
   させる、 諸段階をゴむ安定したガス軸受を発生させる方法。 （２１）前記軸線方向のチャンネルがスリーブに接近さ
   れた時に該チャンネルを通るガスの流れを増大し、また
   この増大した流れを前記チャンネルの端部に位１Ｎする
   ポケットへ指向させ、これによりピストンハウジングに
   向かうピストンの動きを」］める段階を更に含む特許請
   求の範囲第２０項記載のピストンおよびピストンハウジ
   ングの間に安定したガス軸受を発生させる方法。