JPS6078152A - 往復運動装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はたとえば低温冷却装置やガスコンプレッサ等の
往復運動装置に関するもので、とくにキャップシールな
いしクリアランスシールを利用した往復運動装置に係わ
るものである。

［従来の技術］ 従来、たとえば１８７５年６月１０日発行の米４国特許
第３．８８１４．１１９号に開示された低温冷却装置等
の往復運動装置には、モータのほかに第１図に示すよう
に、クランクシャフト、連接棒およびピストンのほかに
、駆動軸上の偏心カムによりピストンが所望の往復運動
を行なうように構成されている。　作動時には前記連接
棒はカムの円運動により円弧上を揺動する。　この結果
書られる力ベクトルは横方向成分を有するため、この横
方向力成分をピストンシール機構により吸収して静的な
平衡を得るようにしなければならない。

このようなピストン・シリンダシール機構は「ブローバ
イ」を防止するために設けられるもので、第１図かられ
かるように、従来のシール機構におけるシール動作はシ
ールリンプとシリンダ側壁間の接触状態に依存するが、
こうした接触により摩擦が発生し、電力消費量が若干増
加する。・またこのような摩擦によりシールが摩耗し、
該摩耗およびシールの裂断により発生するシール粒子が
往復運動装置全体にわたって分散して性能をさらに劣化
させ、往復運動装置の「非稼働時間」や部品コスト、保
守および電力等の増大を招くこととなる。

このような横方向ベクトルを減少させ、駆動機構を安定
化させるために、従来装置では連接棒が揺動する円弧を
できる限り小さく（たとえば最大揺動角８度）維持する
ことが必要であった。

こうした目的のためには、連接棒の長さをクランク軸の
ストロークよりも少なくとも３．５倍以上とすることが
必要であるのみならず、さらにこの長さに連接棒の軸端
結合用部材（ベアリング、可撓ピボット、ボール継手等
の）の長さを加えなければならない、このように連接棒
の長さが増大する結果、往復運動装置の全長が増加して
しまう。

しかるところ、最近「クリアランス」ないしは「ギャッ
プ」シールと一般に呼ばれる新規なシール技術が開発さ
れている。　このようなりリアランスシール技術によれ
ば、往復運動部材とスリーブ間に小さなキャップを設け
てこのキャップを適切に調整するとともに、該キャンプ
を充分小さくすることにより流体の流れに対する抵抗を
きわめて大きくして、効果の高いシールを形成している
。　この場合、シールの実効性は長さや、直径および半
径方向ギャップの寸法に依存し、就中キャップの寸法が
最も重要な要因である。　かくて、たとえば２ないし４
マイクロメータの半径方向キャップを用いてヘリウム等
の流体をシールすることが一般的に行われている。

しかしながら前述した横方向ベクトルの作用故に、上記
のようなりリアランスシールな２回転連動を変換して得
られる往復運動に依存する往復運動装置のためのシール
機構として用いることは今まで行なわれておらず、その
用途はもっばらピストンに作用する力が軸方向のみに発
生する往復運動装置に限定され、そのような往復運動装
置においてピストンとシリンダとが固着したり摩耗した
りするのを防止するのに用いられているが現°状である
。

を発明が解決しようとする問題点］ 故に本発明の第１の目的は、ピストン・シリンダシール
機構において回転運動を往復運動に変換する際に伴なう
横方向ベクトルが該機構に及ばないようにすることにあ
る。

また本発明の第２の目的は、往復運動装置を小型化する
に適した駆動機構を提供することにある。

さらに本発明の第３の目的は、シールの実効性を向上さ
せることにある。

（問題点を、解決しようとするための手段］本発明によ
る往復運動装置は、ピストンとシリンダ間にクリアラン
スシールを形成するとともに、共通の回転駆動軸により
駆動される少なくとも１個の往復運動部材を崩し、前記
回転駆動軸によって発生する横方向ベクトルがピストン
とシリンダ間のクリアランスシールに対して実質的に悪
影響を及ぼさないように構成したものである。

［実施例］ 次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第２図に本発明を実施する低温冷却装置１０を示すが、
これはもっばら本発明の一態様を示すものであって本発
明の要旨はこれに限定されるものではない、　低温冷却
装置ｌＯは冷却装置電子回路用の電子回路ハウジング１
２と、適当な電源に接続される入力端子１４とを′備え
ている。　モータ固定子支持板１８は電子回路ハウジン
グ１２とハウジング１８との間に設けられ、これらの電
子回路／＼ウジング１２およびモータ固定子支持板１Ｂ
　ｉｔ複数のポルト２０によって前記／＼ウジング１８
に取り付けられてし）る、　該ハウジング１２はポルト
２４＆こより該ｌ＼ウジング本体に取り付けられたピス
トンキャップ２２と、クリアランスシールおよび再生押
出し装置のロッドハウジング２６を有する。　また前記
ロッドハウジンク２８内には、コールドフィンカ゛２８
の一端が位置している。

第３図に示すように、前記／＼ウジング１８４こ１士低
温コンプレ・ンサピストン３０により構成される第１の
往復運動部材が収納され、さらにピストン３０の外周と
スリーブ３４との間にはり１）アランスシール３２が形
成されており、／＼ウジング１Ｂ＆こ【士ス１）−ブ３
４が固着されている。　またピストン案内装置３６は、
前記ピストン３０に固着した一端部と、ピストン３０に
対向する他端部と、これら両端部間に形成される本体部
とからなり、力）つ全体として例えば円筒状の中空体３
８を有してｌ／〜る。　さらに前記中空体３８の端部に
は中空体支持部材４０力く固着され該中空体３８の底部
を画定している。　／＼ウジング１日にはさらに案内装
置材４２が固着され、前記中空体支持部材４０は該案内
装置材４２内に滑動自在に設けられている。

また連接棒４６の一端はクランクシャフト４８に、他端
は前記中空体３８の端部に軸支されたピストンピン５０
に結合されている。　該クランクシャフト４８はモータ
５２により駆動されて連接棒４８を角度φ度の円弧上で
移動し、従って連接ｓ４８は中空体３８およびこの中空
体３８に結合されたピストン３０を往復動させる。　ピ
ストン３０およびピストン案内装置３６はこれをモータ
ケース内の中心に配置することにより装置全体を小型化
するようにする。

上記構成においては、ピストン３０の直径（または幅）
を設計者により随意に変更することが可能であり、これ
により直径とストロークとの間の比率を最適とすること
ができる。　また案内部材４２をピストンピン５０に隣
接配置することにより。

横方向のスラスト負荷をピストン案内装置３８の案内領
域内に導くようにする。　すなわち２人力に対して案内
部材を近接配置することにより１強制的に該案内部材に
横方向スラスト負荷を吸収させる構成としているので、
案内部材４２には横方向ベクトルに対する反力が作用す
ることになる。　またこの駆動機構内で生ずる偶力がク
リアランスシール３２に発生させる反作用はきわめて軽
微である。　従って、案内部材４２（支点）を入力位置
もしくはその近傍に配設するとともに梃子作用の腕の長
さくピストンピン５０とシール３２との間の距離）を大
きくとることにより、力の平衡に対するシールの影響度
は無視することができるように、なることから、シール
３２は実質的に横方向ベクトルとは無関係となる。　こ
のように梃子作用の腕を長くすることにより、案内部材
とピストンの各端面間の寸法上の誤差に対する機構全体
の許容度が大きくなるという利点も得られる。

さらに本実施例においては、第２の往復運動部材５４に
より再生押出し装置を構成し、この再生押出し装置を前
記コールドフィンガ２８内で往復運動させる６　再生押
出し装置５４はロッド５６の第１の端部に固着され、こ
のロッド５６の第２の端部はこれをフランジ端とし、こ
のフランジ端の一方の面で受板を形成するとともに他方
の面でバネ座を形成するが、これら受板およびバネ座の
目的については後述する。

クリアランスシール５８は前記第２の往復運動部材５４
用のシールとして、ロッド５８とスリーブ６゜との間の
キャップ内に形成されている。　このスリーブ６０はハ
ウジング１８に結合されたクリアランスシールハウジン
グ２θ内に設けられている。　またスリーブ６０の端部
と連接棒５６のフランジ状端部との間には圧縮バネ６２
が設けられていて、これらの端部により圧縮バネ６２の
バネ座が形成される。

さらにシリンダすなわち中空体３８内の溝を介してロー
ラ手段６４が図示のように連接棒４６のアームないしカ
ム４４に固着されている。

次に上記往復運動装置の動作について説明する。

クランクシャフト４８により連接棒４６が駆動されると
、クリアランスシール５８に対して横方向への力を実質
的に加えることなく連接棒４６がローラ６４を前方に抑
圧駆動する。　この連接棒４６の前方移動により、再生
押出し装置５４が前方に駆動され圧縮バネ６２が圧縮さ
れる。　ついでこの圧縮バネ８２は、クランクシャフト
アーム（カム）４４が後方へ移動するに伴ない連接棒４
６および再生押出し装置５４を復帰させる。　このよう
な駆動機構によりコールドフィンガ軸における冷却装置
の長さが実質的に減少するとともに、往復運動装置に用
いる往復運動部材が１個のみの場合には、上記２種の駆
動装置のうちいずれかを適宜利用することができる。

［発明の効果］ 本発明による往復運動装置は、上記のように往復運動部
材と２回転運動を発生させる手段と。

前記往復運動部材および前記回転運動を発生させる手段
に作動的に結合された往復ピストン案内装置を有する駆
動機構を有し、横方向のベクトルの影響を実質的に及ぼ
すことなく前記往復運動部材の往復運動を行なわせるよ
うに構成したので、ピストンＱシリンダシール機構が横
方向ベクトルの影響を受けることがなく、往復運動装置
を小型化するに適した駆動機構が実現できるとともに、
シールの実効性が向上する等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の低温冷却装置の構成を示す断面図、第２
図は本発明を実施する低温冷却装置の斜視図、第３図は
第２図のＡ−Ａ線に沿う低温冷却装置の断面図である。 １０、　、　、　、　、低温冷却装置。 ＋２．１８，２Ｅｉ、　、ハウジング。 ２Ｂ、　、　、　、　、コールドフィンガー。 ３０、　、　、　、　、ピストン。 ３２、５８．　、　、クリアランスシール。 ３８、　、　、　、　、ピストン案内手段。 ３Ｂ、　−、、、本体部（中空部）。 ４２、　、　、　、　、案内部材。 ４４、　、　、　、　、カム。 ４１（、、、、、連接棒。 ４８５９２１．クランクシャフト。 ５４、　、　、、　、　、往復運動部材。 ５６・・・・・ロッド・ ８２、　、０．、圧縮バネ。 特許出願人　テキサスインスッルメンツインコーポレイ
ッド

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. （１）　往復運動部材と２回転運動を発生させる手段と
   、前記往復運動部材および前記回転運動を発生させる手
   段に作動的に結合された往復ピストン案内手段を有する
   駆動機構とからなり、前記回転運動を往復運動に変換し
   て前記往復運動部材に横方向ベクトルの全く伴わない往
   復運動を行なわせるようにしたことを特徴とする往復運
   動装置。
2. （２）　前記駆動機構は、第１および第２の端部な備え
   た連接棒を有し、前記ピストン案内手段は。 案内部材と、一端部９本体部および前記一端部に対向し
   た他端とからなる中空部材とを有し、前記連接棒の第１
   および第２の端部を、前記回転運動を発生させる手段と
   前記本体部の前記一端部にそれぞれ結合し、前記中空体
   の前記一端部を前記案内部材内に滑動自在に設け、前記
   中空部材の前記本体部は前記連接棒の周囲をとり囲みか
   つ前記中空体の一端部から該連接棒の前記第１の端部を
   越えて該一端部に対向した前記他端へ延在させ、さらに
   該一端部に対向した前記他端を前記往復運動部材に固着
   することにより、前記往復運動部材の寸法を任意に選択
   することができるようにするとともに、前記駆動機構と
   前記回転運動を発生させる手段に応答して、実質的に横
   方向成分を伴なうことなく、前記往復運動部材に前記中
   空部材により往復運動を行なわせるようにした特許請求
   の範囲第１項記載の往復運動装置。
3. （３）　前記駆動機構を、前記回転運動を発生させる手
   段に作動的に結合されたカム手段と、前記往復運動部材
   に作動的に結合された受板と、該受板に作動的に結合さ
   れた復帰手段とから構成することにより、前記往復運動
   部材を前記カム部材と接触状態で駆動して、該往復運動
   部材を往復運動させるようにした特許請求の範囲第１項
   記載の往復運動装置。
4. （４）　前記復帰部材はこれを圧縮バネとした特許請求
   範囲第３項記載の往復運動装置。
5. （５）　ハウジングと、該／＼ウジングに作動的に結合
   され、再生押出し装置を有するコールドフィンガ手段と
   、前記ハウジングに結合されたモータと、該モータに作
   動的に結合されたクランクシャフトと、第１および第２
   の端部を備え、該第１の端部を前記クランクシャフトと
   前記コールドフィンガの再生押出し装置に作動的に結合
   してなる連接棒と、前記ハウジングに固着された案内部
   材および該案内部材内に一部が設けられ、前記連接棒の
   第２の端部に軸支された中空体部材とを備え該連接棒の
   移動に応答して往復運動を行うように構成してなるピス
   トン案内手段と、シリンダ手段たる前記中空体部材に固
   着された低温圧縮ピストンおよび該ピストンから離隔さ
   れた状態で前記／＼ウジノグに固着されたスリーブ部材
   とを有し２両者の間に延在するシールギャップを形成す
   ることにより、クリアランスシールに悪影響を与える横
   方向ベクトルを実質的に伴なうことなく前記低温圧縮ヒ
   ストンの往復運動を行なわせるようにしたことを特徴と
   する低温冷却装置。
6. （６）　クリアランスシールハウジングと、前記連接棒
   に装着された力部材と、フランジ利き端部を備えかつ、
   該フランジ付き端部を前記クリアランスシールハウジン
   グに作動的に関連させて前記力部材用の受板を形成して
   なるクリアランスシールロッドと、前記クリアランスシ
   ールハウジングに固着され前記クリアランスシール棒と
   協働してクリアランスシールを形成するスリーブ部材と
   を有し、前記コールドフィンガの再生押出し装置ハウジ
   ングを前記フランジ付き端部に対向した前記クリアラン
   スシールロッドの端部に結合させるようにした特許請求
   の範囲第５項記載の低温冷却装置。
7. （７）　前記クリアランスシールロッドを、力部材の後
   退と略同時に復帰させるための復帰手段をさらに有する
   ようにした特許請求の範囲第６項記載の低温冷却装置。
8. （８）　前記復帰手段は圧縮バネで構成され、この圧縮
   バネを前記クリアランスシールスリーブと前記クリアラ
   ンスシールロッドのフランジ刊き端部との間に作動的に
   配設するようにした特許請求の範囲第７項記載の低温冷
   却装置。
9. （９）　複数の往復運動部材と９回転運動を発生させる
   手段と、一端部を前記回転運動を発生させる手段に作動
   的に結合してなる連接棒と、前記複数の往復運動部材の
   うちの第１の往復運動部材を含むコールドフィンガと、
   前記連接棒に作動的に結合された前方駆動部材、前記第
   １の回転運動部材に作動的に結合され前記前方駆動部材
   に作動的に関連して前記第１の回転運動部材を前方に駆
   動する力受は手段、前記第１の回転運動部材に結合され
   た前記力受は手段に作動的に関連して前記駆動手段の後
   方移動と実質的に同時に前記往復運動部材を駆動する復
   帰手段を備えることにより往復運動が前記前方駆動手段
   と前記復帰手段の動作により前記第１の往復運動部材に
   伝えられるようにした第１の駆動機構と、第２の往復運
   動部材と、前記連接棒の第２の端部および前記第２の往
   復運動部材に作動的に結合された可動手段を有しかつ前
   記回転運動を発生させる手段の回転運動を往復運動に変
   換して前記第２の往復運動部材に実質的に横方向の力の
   伴わない往復運動を行なわせるようにしたことを特徴と
   する低温冷却装置。
10. （１０）前記連接棒に作動的に結合された第１の駆動機
    構の前方駆動手段をカムとし、前記力受は手段には受板
    を含みこの受板上で前記カムを前記第１の往復運動部材
    を前方に駆動すべく動作するようにした特許請求の範囲
    第９項記載の低温冷却装置。
11. （１１）前記復帰手段は前記受板に作動的に関連する圧
    縮ハネを含み、この圧縮ハネを前記カムの前方運動期間
    中は圧縮させ該カムの後方運動期間中は伸張させること
    により、前記回転運動部材を前記カムの運動と実質的に
    同時に後方に駆動するようにした特許請求の範囲第１０
    項記載の低温冷却装置。
12. （１２）前記受板をフランジ付きロフトから構成すると
    ともに、該フランジ刊きロッドと協動してりリアランス
    シールを形成するスリーブ部材と前記スリーブ部材を固
    定し支持するためのクリアランスシールハウジングとを
    有し、該スリーブ部材と前記フランジ付きロッドが協動
    して前記圧縮バネのバネ座を形成するようにした特許請
    求の範囲第１１項記載の低温冷却装置。
13. （１３）前記第１の往復運動部材を再生押出し装置によ
    り構成し、該再生押出し装置を前記フランジ付きロッド
    のフランジ端部に対向したフランジ付きロッドの端部に
    固着するようにした特許請求の範囲第１２項記載の低温
    冷却装置。
14. （１４）前記案内部材は、前記第２の往復運動部材を往
    復運動させる前記連接棒の第２の端部に作動的に結合さ
    れた可動手段と案内部材とをさらに含み、前記案内部材
    内に滑動自在に設けるとともに前記連接棒の第２の端部
    に軸支された一端と、前記連接棒の前記第１の端部を越
    えて延在する本体部と、前記第２の往復運動部材を固着
    した他端部とから中空体により前記可動手段を構成した
    特許請求の範囲第９項記載の低温冷却装置。
15. （１５）前記中空体に固着された前記第２の往復運動部
    材はこれを低温圧縮ピストンとした特許請求の範囲第１
    ４項記載の低温冷却装置。 （１Ｂ）前記低温圧縮ピストンと作動的に関連させてク
    リアランスシールを形成するスリーブ部材をさらに含む
    ようにした特許請求の範囲第１５項記載の低温冷却装置
    。