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    • 专利摘要:

    公开号:WO1990005256A1
    申请号:PCT/JP1989/001102
    申请日:1989-10-26
    公开日:1990-05-17
    发明作者:Toru Kuriyama；Hideki Nakagome
    申请人:Kabushiki Kaisha Toshiba；
    IPC主号:F16J9-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 シ ー ル 装 置 技術分野
    [0002] 本発明 は、 シ リ ン ダ と ピ ス ト ン と の 間の隙間を潤滑油を 使用せずに シ ー ルす る シ ー ル装置 に関す る 。
    [0003] 背景技術
    [0004] シ リ ン ダ と ピ ス ト ン と の 間 の隙間 を シ 一 ノレす る シ ー ノレ装 置 に は種 々 の タ イ プ力《あ る 。 こ れ ら の シ ー ル装置 の 多 く は 摺動部を潤滑油で潤滑す る タ イ プの も の で あ る 。 し 力、 し 、 シ リ ン ダ と ピ ス ト ン と を必要 と す る 装置 の 中 に は 、 シ ー ル 装置で使われ る 潤滑油を嫌 う も の が あ る 。 こ の よ う な 装置 の 代表的な も の と し て、 ベ リ ゥ ム ガ ス を冷媒 と して用 い る 極低温用 冷凍機を あ げ る こ と がで き る 。 こ の 冷凍機で は シ ー ル部 に潤滑油 を使用 す る と 、 冷凍効率が著 し く 低下す る し た が っ て、 こ の 冷凍機で は潤滑油 を使用 で き な い。 こ の た め、 こ の極低温用 冷凍機で は、 通常、 シ リ ン ダ と ピ ス ト ン と の 間の隙間を無潤滑 タ ィ プの シ ー ル装置で シ ー ルす る よ う に し て い る 。
    [0005] 無潤滑 タ イ プ の シ ー ル装置 は 、 通常、 ピ ス ト ン の外周 面 に 形成 さ れた リ ン グ溝 と 、 こ の リ ン グ溝 内 に 外周 面力く シ リ ン ダの 内周面 に接触す る よ う に リ ン グ状 に 装着 さ れ た シ ー ノレ部村 と 、 こ の シ ー ル部材 よ り 内側 に 装着 さ れ て シ ー ル部 材を シ リ ン ダ内面 に 押 し 付 け る 有端形の エ キ ス パ ン ダ一 リ ン グ とで構成 さ れてい る 。 シ ー ル部材は、 無潤滑下で も良 好な 低摩擦特性お よ び低磨耗特性を発揮す る 樹脂系の材料 で形成 さ れて い る 。 シ ー ル部材の両端部は、 そ れぞれ半径 方向 の厚みが他の部分の それに比べて 1 / 2 に形成 さ れてい る 。 そ し て、 こ の シ ー ル部材 は両端部を半径方向 に重合 さ せ、 均一な厚みの リ ン グが形成 さ れ る よ う に リ ン グ溝内 に 装着 さ れて い る 。
    [0006] し 力、 し なが ら 、 上記の よ う に構成 さ れた無潤滑 タ イ プの シ ー ル装置 に あ っ て は、 シ ール部材の両端重合部 に お け る ガ ス 漏れ量が多 い 問題があ つ た。 良好な シ ー ル特性を発揮 さ せ る に は、 シ ー ル部材の両端部を半径方向 に も 、 周方向 に も 密接 さ せ、 こ の シ ール部材に よ っ て あ た力、 も 無端 シ ー ル リ ン グが形成 さ れて い る が如 き 形態 にす る 必要が あ る 。 し 力、 し、 シ ー ル装置を必要 と す る 機器 に よ っ て は、 上記形 態を作 り 出す こ と が極めて困難な も のがあ る 。 た と え ば、 前述 し た極低温用冷凍機を例 に と る と 、 シ ー ル装置の組み 込み は、' 通常、 常温下で行われ る 。 し 力、 し 、 シ ー ル装置 は 運転時に お い て数 1 0 K の温度に冷却 さ れ る 。 こ の よ う な 低温に さ ら さ れ る と 、 シ ー ル部材が熱収縮す る 。 し た力《 つ て、 組み立て時に シ ー ル部材の両端部が半径方向 に も 、 周 方向 に も 密接状態であ っ て も 、 運転時 に は、 特に、 周方向 の密接状態が悪化す る 。 シ ー ル部材の両端部に お け る 密接 状態が悪化す る と 、 シ ー ル性能が低下す る 。 こ の よ う に従 来の無潤滑 タ イ プの シ ー ル装置 に あ っ て は、 特に極低温下 で使用 し た と き 良好な シ ー ル性能を期待で き な い 問題があ つ た o
    [0007] そ こ で本発明 は、 構造の複雑化を招 く こ と な く 、 し か も 極低温下で使用 し た場合で あ っ て も 良好な シ ー ル性能を発 揮す 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 。 ―
    [0008] 発明 の 開示
    [0009] 上記 目 的を達成す る た め に 、 本発明 に係 る シ ー ル装置 は ピ ス ト ン の外周面に形成 さ れた リ ン グ溝 と 、 そ れぞれ樹脂 系の材料で形成 さ れて上記 リ ン グ溝内 に軸方向 に 2 段積み 重ね状態 に 、 かつ それぞれの両端部間 に 切れ 目 を設 け て リ ン グ状 に装着 さ れた第 1 , 第 2 の シ ー ル部材 と 、 こ れ ら 第 1 , 第 2 の シ ー ル部材の 内側 に両端部間 に 切れ 目 を設 け て リ ン グ状 に装着 さ れた'第 3 の シ ー ル部材 と 、 こ の 第 3 の シ — ル部材の 内側 に装着 さ れて上記第 3 の シ ー ル部材を 介 し て前記第 1 , 第 2 の シ ー ル部材を シ リ ン ダの 内周 面 に 押 し 付 け る 有端形の エキ ス パ ン ダ一 リ ン グ と を備 え た こ と を特 徵 と し て い る 。
    [0010] こ の シ ー ル装置で は 3 つ の シ ー ル部材を前記関係 に 配置 し て い る の で、 各 シ ー ル部材の 切れ 目 を周 方向 に 、 た と え ば 1 2 ◦ ° ずつ離す こ と がで き る 。 こ の よ う に 、 各 シ ー ル 部材の 切れ 目 を周方向 に離す と 、 各切れ 目 は 隣接す る シ ー ル部材 に よ っ て完全 に塞がれ る 。 こ の シ ー ル装置で は 、 あ た か も 切れ 目 の な い 1 個の シ ー ル リ ン グを組 み込ん だ場 合 と 同 じ 形態が得 ら れ る 。 そ し て、 熱収縮 に よ っ て各 シ ー ル 部材の 切れ 0 の 幅が変 化 し て も 、 こ れ ら の 切れ 目 は 隣接す る シ ー ル部材 に よ っ て完全に塞がれて い る ので、 そ の影響 は ま っ た く 現れな い。 し た力《 つ て、 シ ー ル装置を介 し ての ガス漏れを大幅に減 ら す こ と がで き 、 た と え ば極低温用 冷 凍機 に組み込ん だ と き に は冷凍能力向上に寄与で き る 。
    [0011] 図面の 簡単な説明
    [0012] 第 1 図 は本発明 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 ン形冷凍機を使っ て ク ラ イ オ ス タ ッ 卜 の断熱層内 に配設 さ れて い る 輻射熱 シール ド扳を冷却 し てい る 例 の概略構成図、 第 2 図 は上記ギホ ー ド ♦ マ ク マ ホ ン形冷凍機を局部的 に 切欠 し て示す側面図、 第 3 図 は同冷 凍機に組込ま れた シ ー ル装置を第 2 図に お け る J 一 I 線に 沿 っ て切断 し矢印方向 に見た 図、 第 4 図 は同 シ ー ル装置を 第 3 図 に お け る Π — Π 線 に沿 っ て切断 し矢印方向 に見た 図 第 5 図 は同 シ ー ル装置に組込ま れた シ ー ル部材の両端の形 態を示す図、 第 6 図 は上記 シ ー ル装置の シ ー ル特性を従来 の シ ー ル装置の シ ー ル特性 と 比較 し て示す図、 第 7 図 は上 記 シ ー ル装 Sを組み込ん だ冷凍機の特性を従来の シ ー ル装 置を組み込ん だ冷凍機の それ と 比較 し て示す図、 第 8 図 は シ ー ル装置の変形例の構成を第 3 図 に対応 さ せて示す図、 第 9 図 は有端形の エキ スパ ン ダ一 リ ン グに よ る 押 し 付 け力 が周方向位置 に よ っ て異な る こ と を説明す る た め の 図、 第 1 ◦ 図 は本発明 の 別の実施例 に係 る シ ー ル装置の 構成を第 4 図 に対応 さ せて示す図、 第 1 1 図 は本発明 の さ ら に別の 実施例 に係 る シ ー ル装置 を第 3 Μに 対応 さ せて示す図、 第 1 2 図 は问 シ ー ル装置を第 1 1 図 に おけ る HI— m線に沿 つ て切断 し 矢印方向 に 見た 図、 第 1 3 図 は本発明 の異な る 実 施例 に係 る シ ー ル装置の構成を第 3 図 に 対応 さ せて示す図 第 1 4 図 は同 シ ー ル装置を第 1 3 図 に お け る IV— IV線 に 沿 つ て切断 し 矢印方向 に見た 図、 第 1 5 図 は本発明 の さ ら に 異な る 実施例 に係 る シ ー ル装置の構成を第 3 図 に 対応 さ せ て示す図、 第 1 6 図 は 同 シ ー ル装置を第 1 5 図 に お け る V 一 V線に沿 っ て切断 し 矢印方向 に 見 た 図であ る 。
    [0013] 発明 を実施す る た め の最良の形態
    [0014] 図面を参照 し な が ら 本発明 の実施例 を説明す る 。
    [0015] 第 1 図 に は本発明 の一実施例 に 係 る 無潤滑 タ イ プの シ ー ル装置を組み込ん だギホ — ド ♦ マ ク マ ホ ン 形冷凍機 2 で ク ラ イ ォ ス タ ツ ト 4 の超断熱層 6 内 に 配設 さ れ た 輻射熱 シ ー ル ド板 8 , 1 0 を冷却 し て い る 例が示 さ れて い る 。
    [0016] ク ラ イ オ ス タ ツ ト 4 は 、 金属材あ る い は繊維強化 プ ラ ス チ ッ ク 材な どで形成 さ れ、 内部 に 4 . 2 K の 液体ヘ リ ウ ム 1 1 を収容す る 内槽 1 2 と 、 こ の 内槽 1 2 を取 り 囲む よ う に 配置 さ れた外槽 1 4 と 、 こ の外槽 1 4 と 内槽 1 2 と の 間 に形成 さ れた超断熱層 6 と で構成 さ れて い る 。
    [0017] 超断熱層 6 は、 真空断熱層を主体 に構成 さ れて い る 。 超 断熱層 6 内 に は、 内槽 1 2 を取 り 囲む よ う に 、 た と え ばァ ル ミ ニ ゥ ム 板で形成 さ れた輻射熱 シ ー ル ド板 8 , 1 0 が二 重構造 に配置 さ れて い る 。 超断熱層 6 に良好 な 断熱特性を 発撺 さ せ る に は、 内側 に 位置す る 輻射熱 シ ー ル ド板 8 を常 に 1 5 K 程度に 保 ち 、 ま た 外側 に 位置す る 輻射熱 シ ー ル ド 板 1 0 を常 に 4 ◦ K 程度 に 保つ必要があ る 。 第 1 図 に 示 さ れてい る 例で は、 ギホ ー ド ♦ マ ク マ ホ ン形冷凍機 2 に よ つ て輻射熱 シ ー ル ド扳 8 力《 1 5 K程度に 、 ま た輻射熱 シ ー ル ド板 1 0 力 4 0 K程度に冷却 さ れる 。
    [0018] ギホ ー ド · マ ク マ ホ ン形冷凍機 2 は、 第 2 図 に示すよ う に構成 さ れて い る 。 すな わ ち 、 こ の冷凍機 2 は、 大 き く 別 け て、 コ ー ル ドへ ッ ド 2 2 と 、 冷媒ガ ス圧縮機 2 4 と で構 成 さ れてい る 。
    [0019] コ 一 ノレ ドヘ ッ ド 2 2 は、 閉 じ ら れた シ リ ン ダ 2 6 と 、 こ の シ リ ン ダ 2 6 内 に往復動 自 在に収容 さ れた ビ ス 卜 ン 、 す な わ ち デ ィ ス プ レ ー サ 2 8 と 、 こ の デ ィ ス プ レ ー サ 2 8 に 往復動に必要な動力を与え る モ ー タ 3 0 と 、 デ ィ ス プ レ ー サ 2 8 の往復動 に連動 し て開閉制御 さ れ る 低圧弁 3 2 お よ び高圧弁 3 4 と で構成 さ れて い る 。 *
    [0020] シ リ ン ダ 2 6 は、 大径の第 1 シ リ ン ダ 3 6 と 、 こ の第 1 シ リ ン ダ 3 6 に同軸的 に接続 さ れた小径の第 2 シ リ ン ダ 3 8 と で構成 さ れてい る 。 第 1 シ リ ン ダ 3 6 お よ び第 2 シ リ ン ダ 3 8 は、 通常、 薄い ス テ ン レ ス鋼板等で形成 さ れて い る 。 こ の 冷凍機 2 に おい て は、 第 1 シ リ ン ダ 3 6 と 第 2 シ リ ン ダ 3 8 と の境界壁 4 0 で第 1 段冷却 ス テ ー ジ 4 2 が搆 成 さ れ、 ま た第 2 シ リ ン ダ 3 8 の 先端壁 4 4 で第 1 段冷却 ス テ ー ジ 4 2 よ り 低温の第 2 段冷却ス テ ー ジ 4 6 が構成 さ れて い る 。
    [0021] デ ィ ス プ レ ー サ 2 8 は、 第 1 シ リ ン ダ 3 6 内 を往復動す る 第 1 デ ィ ス プ レ ー サ 4 8 と 、' 第 2 シ リ ン ダ 3 8 内 を往復 動す る 第 2 デ ィ ス プ レ ー サ 5 0 と で構成 さ れてい る 。 第 1 デ ィ ス プ レ ー サ 4 8 と 第 2 デ ィ ス プ レ ー サ 5 0 と は、 共 に ベー ク ラ イ 卜 の如 き 断熱材で形成 さ れて い る 。 ま た 、 第 1 デ ィ ス プ レ ー サ 4 8 と 第 2 デ ィ ス プ レ ー サ 5 0 と は連結機 構 5 2 に よ っ て軸方向 に連結 さ れて い る 。
    [0022] 第 1 デ ィ ス プ レ — サ 4 8 の 内部 に 'は、 軸方向 に延び る 流 体通路 5 4 が形成 さ れて い る 。 こ の流体通路 5 4 に は銅 メ ッ シ ュ 等で形成 さ れた蓄冷材 5 6 が収容 さ れて い る 。 同様 に 、 第 2 デ ィ ス プ レ ー サ 5 0 の 内部 に も 軸方向 に延 び る 流 体通路 5 8 が形成 さ れて い る 。 こ の 流体通路 5 8 に は鉛 の 球な どで形成 さ れた蓄冷材 6 0 が収容 さ れて い る 。
    [0023] 第 1 デ ィ ス プ レ ー サ 4 8 の外周面 と 第 1 シ リ ン ダ 3 6 の 内周面 と の 間お よ び第 2 デ ィ ス プ レ ー サ 5 ◦ の外周面 と 第 2 シ リ ン ダ 3 8 の 内周面 と の 間 に は、 そ れぞれ シ ー ル装置 6 2 , 6 4 が装着 さ れて い る 。 · シ 一 ノレ装置 6 2 , 6 4 は 、 た と え ば シ 一 ノレ装置 6 4 を 代 表 し て示す と 、 第 3 図か ら 第 5 図 に示す よ う に 構成 さ れて い る 。 すな わ ち 、 シ 一 ノレ装置 6 4 は、 第 2 デ ィ ス プ レ 一 サ 5 〇 の外周面に形成 さ れた リ ン グ溝 6 6 と 、 こ の リ ン グ溝 6 6 内 に軸方向 に 2 段構成 に 、 かつ そ れぞれの外周面が第 2 シ リ ン ダ 3 8 の 内周面 に 接触す る よ う に リ ン グ状 に 装着 さ れた ア ウ タ ー シ ー ル部材 6 8 , 7 0 と 、 こ れ ら ア ウ タ ー シ ー ノレ部材 6 8 , 7 0 の 内側 に 装着.さ れた イ ン ナ 一 シ 一 ノレ 部材 7 2 と 、 こ の ィ ン ナ — シ ー ル部材 7 2 の 内側 に装着 さ れて ィ ン ナ 一 シ ー ル部材 7 2 を 介 し て ア ウ タ ー シ ー ル部材 6 8 , 7 0 を第 2 シ リ ン ダ 3 8 の 内周 面へ押 し 付 け る 有端 形の エ キス 、。 ン ダー リ ン グ 7 4 と で構成 さ れて い る 。
    [0024] ア ウ タ ー シ ー ノレ部材 6 8 7 0 お よ びィ ン ナ ー シ ー ル部 材 7 2 は、 それぞれ四弗化工チ レ ン と 耐磨耗材 と の複合材、 グラ ス フ ァ イ バ-と ポ リ ア ミ ィ ド と の複合材等の樹脂系の部 材で断面が角型に形成 さ れてい る 。 ァ ウ タ — シ ー ル部材 6 8 , 7 0 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 一 シ 一 ル部材 7 2 は、 ア ウ タ ー シ ー ノレ部材 6 8 , 7 0 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 。 エキ ス ン ダ一 リ ン グ 7 4 は、 ス テ ン レ ス鋼な どで、 断面が角 型 に 、 かつ軸方向の厚み力 イ ン ナ 一 シ ー ル部材 7 2 と 等 し く 形成 さ れて い る 。 一方、 リ ン グ溝 6 6 の軸方向 の 幅 は、 ァ ウ タ 一 シ ー ル部材 6 8 , 7 0 の 軸方向の厚み の和 に対 し て ± 5 Q m の精度に形成 さ れて い る 。 上記の よ う に形成 さ れ た ア ウ タ ー シ ー ノレ部材 6 8 , 7 0 お よ び ィ ン ナ ー シ 一 ル部 材 7 2 は、 第 5 図 に示す よ う に、 両端間 に僅かな距離 R の 切れ 目 7 6 ( 7 8 , 8 0 ) を設け た状態で、 かつ 各 切れ 目
    [0025] 7 6 , 7 8 8 0 が第 3 図 に示す よ う に周方向 に ほぼ 1 2 0 度離れ る よ う に し て リ ン グ溝 6 6 内 に装着 さ れてい る 。
    [0026] 第 1 デ ィ ス プ レ ー サ 4 8 の 図中上端は、 連結 ロ ッ ド 8 2 ク ラ ン ク 軸 8 4 を介 し てモ ー 夕 3 0 の 回転軸 に連結 さ れて い る 。 し た 力《 つ て 、 モ ー タ 3 〇 の 回転軸力《回転す る と 、 こ の 回転に 同期 し てデ ィ ス プ レ — サ 2 8 が笫 2 図中実線矢印
    [0027] 8 6 で示す方向 に往復動す る 。
    [0028] 低圧弁 3 2 お よ び高圧弁 3 4 の一方の開 口 部 は、 そ れぞ れ第 1 シ リ ン ダ 3 6 内 の上部空間 に通 じ て い る 。 低圧弁 3 2 の他方の 開 口 部 は第 1 シ リ ン ダ 3 6 の側壁 に 設 け ら れた 冷媒ガス 排出 口 8 8 に通 じ て い る 。 高圧弁 3 4 の他方の 開 口 部 は第 1 シ リ ン ダ 3 6 の側壁 に設 け ら れた 冷媒ガ ス 導入 口 9 0 に通 じ て い る 。 冷媒ガス 排出 口 8 8 は圧縮機 2 4 を 介 し て冷媒ガス 導入 口 9 0 に接続 さ れて い る 。 圧縮機 2 4 は、 シ リ ン ダ 2 6 を経由す る ヘ リ ウ ム ガス 循環系を構成 し て い る 。 す な わ ち 、 圧縮機 2 4 は、 シ リ ン ダ 2 6 内力、 ら 低 圧 （約 5 a t m ) の ヘ リ ウ ム ガ ス を吸 い込み、 こ れを高圧 (約 1 8 a t πι ) に圧縮 し て シ リ ン ダ 2 6 内 に 送 り 込む。 な お、 低圧弁 3 2 、 高圧弁 3 4 は デ ィ ス プ レ ー サ 2 8 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 。
    [0029] こ の よ う に構成 さ れ た冷凍機 2 は 、 超断熱層 6 の真空を 破 る こ と な く 、' し 力、 も 第 2 段冷却 ス テ ー ジ 4 6 が輻射熱 シ 一 ル ド板 8 に密接 し 、 ま た第 1 段冷却 ス テ ー ジ 4 2 が輻射 熱 シ ー ル ド扳 1 ◦ に 密接す る 関係 に設 け ら れて い る 。
    [0030] 次 に 、 上記の よ う に構成 さ れた 冷凍機 2 の動作を簡単 に 説明す る 。 こ の 冷凍機 2 に お い て、 冷却面 に 供 さ れ る 部分 は第 1 段冷却 ス テ ー ジ 4 2 と 第 2 段冷却 ス テ ー ジ 4 6 と で あ る 。 こ れ ら は熱負荷の な い場 台 に そ れぞれ 3 0 K 、 8 K 程度 ま で冷却 さ れ る 。 こ の た め 、 第 1 デ ィ ス プ レ ー サ 4 8 の 図中上下端間 に は常温 （ 3 0 0 K ) 力、 ら 3 0 K ま で の 温 度勾配がつ く 。 ま た 、 第 2 デ ィ ス プ レ ー サ 5 0 の 図 中上下 端間 に は 3 ϋ Κ 力、 ら 8 Κ での 温度勾配がつ く 。 た だ し 、 こ の温度 は 各段冷却 ス テ ー ジ の熱負荷 に よ っ て変 化 し 、 通常 第 1 段冷却 ス テ ー ジ 4 2 では 3 0 K 〜 8 0 K、 第 2 段冷却 ス テ — ジ 4 6 で は 8 Κ〜 2 0 Κ の 間 と な る 。
    [0031] モ ー タ 3 0 が回転を開始す る と 、 デ ィ ス プ レ ー サ 2 8力 下死点 と 上死点 と の 間を往復動す る 。 デ ィ ス プ レ ー サ 2 8 が下死点に あ る と き 、 高圧弁 3 4 が開 い て高圧ヘ リ ウ ム ガ ス が シ リ ン ダ 2 6 内 に流入す る 。
    [0032] 次に、 デ ィ ス プ レ ー サ 2 8が上死点へ と 移動す る 。 前述 の如 く 、 第 1 デ ィ ス プ レ ー サ 4 8 の外周面 と第 1 シ リ ン ダ 3 6 の 内周面 と の 間およ び第 2 デ ィ ス プ レ ー サ 5 ◦ の外周 面 と第 2 シ リ ン ダ 3 8 の 内周面 と の 間 に は それぞれ シ ー ノレ 装置 6 2 、 6 4 が装着 さ れて い る 。 こ の た め 、 デ ィ ス プ レ — サ 2 8が上死点へ と 向力、 う と 、 高圧ヘ リ ゥ ム ガ ス が第 1 デ ィ ス プ レ ー サ 4 8 に形成 さ れた流体通路 5 4 を通 っ て第 1 デ ィ —ス プ レ ー サ 4 8 と 第 2 デ ィ ス プ レ ー サ 5 0 と の 間 に 形成 さ れた 1 段膨張室 9 2 へ と流れ る 。 こ の 1 段膨脹室 9 2 に流れ込ん だ高圧ヘ リ ゥ ム ガス の一部 は第 2 デ ィ ス プ レ — サ 5 0 に形成 さ れた流体通路 5 8 を通 っ て第 2 デ ィ. ス プ レ ー ザ 5 0 と第 2 シ リ ン ダ 3 8 の先端壁 4 4 と の 間 に形成 さ れた 2 段膨張室 9 4 へ と 流れ る 。 こ の流れに伴 っ て、 高 圧ヘ リ ゥ ム ガ ス は蓄冷材 5 6 , 6 0 に よ っ て冷却 さ れ る 。 こ の結果、 1 段膨張室 9 2 へ流れ込ん だ高圧ヘ リ ウ ム ガ ス は 3 0 Κ ¾度 に 、 ま た 2 段膨張室 9 4 へ流れ込んだ高圧へ リ ゥ ム ガ ス は 8 Κ程度に冷却 さ れ る 。
    [0033] こ こ で、 高圧弁 3 4 が 閉 じ 、 低圧弁 3 2 が開 く 。 こ の よ う に低圧弁 3 2 が開 く と 、 1 段膨張室 9 2 内お よ び 2 段膨 張室 9 4 内 の高圧ヘ リ ウ ム ガス が断熱膨張す る 。 こ の断熱 膨脹に よ っ て、 1 段膨張室 9 2 内 お よ び 2 段膨張室 9 4 内 の ヘ リ ゥ ム ガ ス が一層低温 と な る 。 こ の温度低下 に よ っ て 第 1 段冷却ス テ ー ジ 4 2 お よ び第 2 段冷却 ス テ ー ジ 4 6 が さ ら に 低温 に冷却 さ れ る 。
    [0034] 次 に 、 デ ィ ス プ レ ー サ 2 8 が再 び下死点へ移動す る と 、 こ れ に 伴 っ て 1 段膨張室 9 2 内 お よ び 2 段膨張室 9 4 内 の ヘ リ ゥ ム ガスが排除 さ れ る 。 膨張 し たヘ リ ゥ ム ガス は流体 通路 5 8 ， 5 4 内 を通 る 間 に 蓄冷材 6 0 , 5 6 を冷却 し 、 常温 と な っ て排出 さ れ る 。 以下、 上述 し た サ イ ク ルが繰返 さ れて冷凍運転が行な われ る 。 し た 力 つ て、 輻射熱 シ 一 ル ド扳 8 は常 に 1 5 K 程度 に保持 さ れ、 ま た輻射熱 シ'一 ル ド 板 1 0 は常 に 4 0 K 程度 に保持 さ れ る 。
    [0035] 上記の よ う に 構成 さ れた 冷凍機 2 の 冷凍性能 は、 シ ー ル 装置 6 2 , 6 4 の シ ー ル性能 に よ っ て大 き く 左右 さ れ る 。
    [0036] た と え ば、 シ ー ル装置 6 4 の シ ー ル性能が悪い場 台 に は 次の よ う な現象 起 こ る 。 す な わ ち 、 2 段膨脹室 9 4 へ高 圧ヘ リ ゥ ム ガス が流れ込む と き に は、 1 段膨張室 9 2 力、 ら 流体通路 5 8 へ流れ込 も う と す る 比較的高温の ヘ リ ウ ム ガ ス の一部が流体通路 5 8 を通 ら ず に 、 つ ま り 蓄冷材 6 0 に 触れ る こ と な く 第 2 デ ィ ス プ レ ー サ 5 0 と 第 ： 2 シ リ ン ダ 3 8 と の 間の 隙間を通 っ て 直接、 2 段膨脹室 9 4 へ と 流れ込 む。 ま た 、 第 2 膨脹室 9 4 か ら 低温 の ヘ リ ウ ム ガ ス が排 出 さ れ る と き に は、 一部が蓄冷材 6 0 に触れ る こ と な く 第 2 デ ィ ス プ レ ー サ 5 0 と 笫 2 シ リ ン ダ 3 8 と の 間 の 隙 間 を通 つ て直接、 1 段膨脹室 9 2 へ と流れ込む。 こ の結果、 第 1 段冷却 ス テ - ジ 4 2 の温度は降下す る が、 第 2 段冷却 ス テ ー ジ 4 6 の温度は上昇 し て し ま う こ と に な る 。 し た力《 つ て . 良好な冷凍特性が得 ら れな い こ と に な る 。
    [0037] し 力、 し 、 こ の実施例の よ う に、 ア ウ タ ー シ ー ル部材 6 8 7 0 と 、 イ ン ナー シ ー ル部材 6 4 と 、 エキ ス パ ン ダ一 リ ン グ 7 4 と を第 4 図 に示す よ う に組み合わせた シ ー ル装置 6 2 , 6 4 を用 い る と 、 シ ー ル装置 6 2 ， 6 4 での ガス漏れ 量を少な く で き 、 こ の結果 と し て冷凍能力 を向上 さ せ る こ と がで き る 。
    [0038] すな わ ち 、 こ の シ 一 ノレ装置 6 2 , 6 4 では 3 個の シ ー ル 部材 6 8 , 7 0 , 7 2 を用 い てい る 。 し た力 つ て、 合計 3 個の 切れ 目 7 6 , 7 8 ， 8 0 力 存在 し てい る 。 し 力、 し 、 こ れ ら の 切れ 目 7 6 ， 7 8 ， 8 0 の 位置が周方向 にずれ る よ う に各 シ ー ル部材 6 8 , 7 ◦ ，' 7 2 を装着すれば、 各 シ ー ル部材 6 8 ， 7 0 , 7 2 に よ っ て切れ 目 7 6 , 7 8 , 8 0 を半径方向 に も 、 轴方向 に も塞 ぐ こ と がで き る 。 し た力 つ て、 実質的 に切れ 目 がな く 、 し か も シ リ ン ダの 内周面に押 し 付け可能な 1 つ の無端 シ 一 ル リ ン グを装着 し た と 等価な 形態が形成 さ れ る 。 そ し て、 リ ン グ溝 6 6 の軸方向幅の選 択等に よ っ て運転中 に ア ウ タ ー シ — ル部材 6 8 , 7 ◦ お よ びィ ン ナ ー シ ー ル部材 7 2が周方向 に移動す る の を防止す る こ と も 容易で あ る こ と 力、 ら 、 結局、 シ ー ル装置 6 2 , 6 4 での ガ ス ¾tれを大幅 に減少 さ せ る こ と 力 で き る 。 こ こ で 注 すべ き 点は、 シ ー ル装置 6 2 , 6 4 の シ ー ル性能 に 対 し て切れ 目 7 6 , 7 8 , 8 0 の周方向 の距離 R が影響を与 え な い こ と であ る 。 こ の た め、 運転時の温度で シ ー ル部材 6 8， 7 0 , 7 2 が周方向 に収縮 し て距離 R が拡が っ て も シ ー ル性能 は何等変わ ら な い Λ し た力く つ て 、 上記構成の シ — ル装置 6 2 ， 6 4 を組み込ん だ冷凍機 2 で は 、 特 に第 2 段冷却 ス テ ー ジ 4 6 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 。
    [0039] 第 6 図 に は従来の シ ー ル装置の ガス 漏れ量 と 第 4 図 に示 す シ - ル装置の ガス 漏れ量の 測定結果が示 さ れて い る 。 図 中 Α 曲線が従来の シ ー ル装置の ガ ス 漏れ量を示 し 、 B 曲線 が第 4 図 に 示す シ ー ル装置の ガ ス 漏れ量を示 し て い る 。 こ れ ら は リ ン グ溝の軸方向 の幅を等 し く す る と と も に エ キ ス パ ン ダ一 リ ン グの押 し 付 け力 を等 し く し て常温 · 静止状態 で測定 し た結果で あ る 。 実際の使用条件 （低温、 往復動） と は異 な る が、 漏れ量が大幅 に 減少 し て い る こ と が判力、 る こ の傾向 は、 使用条件 に お い て も 反映 さ れ る も の と 考え ら れ る 。 ま た 、 第 7 図 に は従来の シ ー ル装置 を組込ん だ冷凍 機の冷凍特性が A 曲線で示 さ れ、 第 4 図 に 示す シ ー ル装置 を組込ん だ冷凍機の 冷凍曲線が B 曲線で示 さ れて い る 。 横 軸 は第 2 段冷却ス テ ー ジ 4 6 の温度 （ K ) を示 し 、 縦軸 は 第 2 段冷却 ス テ ー ジ 4 6 に力 []え た熱負荷 （ W ) を示 し て い る 。 こ の 図力、 ら 判力、 る よ う に 、 冷凍 し 得 る 能力 は、 第 4 図 に示す シ ー ル装置を組み込ん だ冷凍機の 方が大 き い 。 し た が っ て、 上記構成 の シ ー ル装置 6 2 , 6 4 を組 み込 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 。 上記説明では、 エ キ スノ、。 ン ダー リ ン グ 7 4 と ア ウ タ ー シ 一ノレ部材 6 8 ， 7 0 と の関係 につ い て格別 に触れて い な い。 ( 第 3 図 に対応 さ せて第 8 図 に示す よ う に 、 エキス パ ン ダー リ ン グ 7 4 の 切れ 目 9 6 の位置を基準に し て ア ウ タ ー シ ー ル部材 6 8 , 7 0 の切れ 目 7 6 , 7 8 の位置を そ れぞれ周 方向 に ほぼ ± 9 0 ° ず ら す と 効果的で あ る 。 勿論 こ の と き ， ィ ン ナ 一 シ ー ル部材 7 2 は、 そ の切れ目 8 0 力《ア ウ タ ー シ 一ル部材 6 8 ， 7 0 の 切れ 目 7 6 ， 7 8 に重な ら な い よ う に装着 さ れ る 。
    [0040] 冷凍機 2 が運転伏態に入 る と 、 特 に シ ー ル装置 6 4 は低 温下に さ ら さ れる 。 こ の た め、 シ ー ノレ装置 6 4 に組み込 ま れた ア ウ タ ー シ 一 ノレ部材 6 8 ， 7 0 お よ びィ ン ナー シ ー ル 部材 7 2 が熱収縮す る 。 こ の熱収縮で特 に ア ウ タ ー シ ー ル 部材 6 -8 , 7 0 の両端部分が第 2 シ リ ン ダ 3 8 の 内面力、 ら 離れよ う と （浮 き 上がろ う と ） す る 。 こ の よ う な浮 き 上が り が発生す る と 、 ガ ス漏れ量が増加す る 虞があ る 。 し た が つ て 、 ア ウ タ ー シ ー ル部材 6 8 , 7 0 の特に両端部分 につ い て は、 第 2 シ リ ン ダ 3 8 の 内面 に強い力で押 し 付 けて お く こ と が望ま れ る 。 一方、 有端形の エキ ス パ ン ダ一 リ ン グ 7 4 に よ る 半径方向外側への押 し 付け力'は、 第 9 図 に 示す よ う に、 中心 と 切れ目 9 6 と を結ぶ線上の押 し 付け力 X が 最 も 小 さ く 、 上記線 と 直交す る 線上の押 し 付 け力 Y が最 も 大 き い。 第 8 図 に示す よ う に、 エ キ ス パ ン ダー リ ン グ 7 4 の 切れ B 9 6 の位置を基準に し てア ウ タ ー シ ー ル部材 6 8 7 〇 の 切れ 目 7 6 ， 7 8 の 位置がそ れぞれ周方向 に ほぼ 土 9 〇 。 ずれ る よ う に シ ー ノレ部材 6 8 , 7 0 と エ キ ス パ ン ダ ー リ ン グ 7 4 と を装着す る と 、 ア ウ タ ー シ ー ル部材 6 8 , 7 0 の両端部分 に最 も 強 い押 し 付 け力 を与え る こ と がで き る 。 し た 力く つ て、 ア ウ タ ー シ ー ル部材 6 8 , 7 0 の 両端部 分での浮 き 上が り を防止す る こ と がで き る の で、 ガ ス 漏れ 量を よ り 少な く す る こ と 力 で き る 。
    [0041] 上述 し た機能は、 運転中 に ア ウ タ ー シ ー ル部材 6 8 , 7 0 、 イ ン ナ ー シ一ノレ部材 7 2 お よ びエ キ スノ、。 ン ダ一 リ ン グ 7 4 が周方向 に位置ずれ し な い条件で発揮 さ れ る 。 こ れ ら 部材の周方向への位置ずれ は、 リ ン グ溝 6 6 を加工す る と き 、 そ の 軸方向幅を ァ ウ タ シ ー ル部材 6 8 , 7 0 の軸方向 の幅の和 に対 し て 土 5 0 m の精度 に設 け る こ と に よ っ て 防止で き る 。 し 力、 し 、 第 1 0 図 に 示す よ う に 、 隣接す る 部 材同志が周方向 の 1 箇所の み で係合す る よ う に 各部材同志 の接触面 に 凸部 9 8 お よ び凹部 1 0 0 を設 け 、 こ れ ら 凸部 9 8 と 凹部 1 ◦ 0 と の 係合 に よ っ て周 方向 の 相対位置 のず れを防止す る こ と も 効果的で あ る 。
    [0042] 第 1 1 図お よ び第 1 2 図 に は別の 実施例 に 係 る シ ー ル装 置 6 4 b が示 さ れて い る 。 第 1 1 図 は第 3 図 に 対応 し て お り 、 第 1 2 図 は第 4 図 に 対応 し て い る 。 そ し て、 こ れ ら の 図で は第 3 図 お よ び第 4 図 と 同一部分が同一符号で示 さ れ て い る 。 し た が っ て、 重複す る 部分の詳 し い 説明 は省略す る o
    [0043] こ の実施例 に 係 る シ ー ル装置 6 4 b で は、 ィ ン ナ 一 シ ー ル部材 7 2 の 内側 に 、 半径方向 に 重ね て 2 個 の有端形の ェ キ スパ ン ダー リ ン グ 1 0 2 , 1 0 4 を装着 し てい る 。 そ し て、 こ の例ではエキス パ ン ダー リ ン グ 1 0 2 の切れ 目 1 0 6 の位置 に対 し てエキス パ ン ダー リ ン グ 1 0 4 の 切れ 目 1 0 8 の位置を周方向 にほぼ 9 0 ° ず ら し て い る 。
    [0044] こ の よ う な構成であ る と 、 ア ウ タ ー シ ー ル部材 6 8 ， 7 0 を全周 に直 っ て ほぼ均一 に第 2 シ リ ン ダ 3 8 の 内面に押 し 付け る こ と がで き る 。 す な わ ち 、 有端形の エキス パ ン ダ 一 リ ン グに よ る 押 し 付け力 は、 第 9 図を用 い て説明 し た よ う に 、 中心 と 切れ 目 と を結ぶ線上の押 し 付け力 X が最 も 小 さ く 、 上記線 と 直交す る 線上の押 し 付け力 Υが最 も 大 き い， し た力 つ て、 こ の実施例 の よ う に エキス パ ン ダー リ ン グ 1 0 2 の切れ 目 1 0 6 の 位置 に対 し てエキ スパ ン ダー リ ン グ 1 〇 4 の切れ 目 1 0 8 の位 Sを周方向 に ほ ぼ 9 0 ° ず ら し てお ぐと 、 エキ スパ ン ダー リ ン グ 1 0 2 に よ る 押 し 付け力 の最 も 小 さ い部分 に エキ ス パ ン ダ一 リ ン グ 1 ◦ 4 に よ る 押 し 付け力の最 も大 き い部分を位置 さ せ る こ と がで き 、 ま た エ キ スパ ン ダ一 リ ン グ 1 0 4 に よ る 押 し 付け押圧力 の最 も 小 さ い部分に エキ スパ ン ダー リ ン グ 1 0 2 に よ る 押 し 付け 力 の最 も大 き い部分を位置 さ せ る こ と がで き る 。 こ の結果 ア ウ タ ー シ ー ル部材 6 8 , 7 0 を全周 に亘 つ て ほぼ均一な 力で第 2 シ リ ン ダ 3 8 の 内周 面 に押 し 付け る こ と 力 で き る 第 1 3 図 およ び第 1 4 図 に は別の実施例 に 係 る シ ー ル装 置 6 4 c 力く示 さ れて い る 。 第 1 3 図 は第 1 1 図 に 対応 し て お り 、 第 1 4 図 は第 1 2 図 に 対応 し て い る 。 そ し て、 こ れ ら の 図では第 1 1 図 お よ び第 1 2 図 と 同一部分が同一符号 で示 さ れて い る 。 し た が っ て、 重複す る 部分 の詳 し い 説明 は省略す る 。
    [0045] こ の実施例 に係 る シ ー ル装置 6 4 c で は、 ィ ン ナ ー シ 一 ル部材 7 2 の 内側 に 、 軸方向 に重ね て 2 個 の有端形の ェ キ ス ノ、。 ン ダー リ ン グ 1 1 0 ， 1 1 2 を装着 し て い る 。 そ し て こ の 例で は エ キ ス パ ン ダ 一 リ ン グ 1 1 0 の 切れ 目 1 1 4 の 位置 に対 し て エキ ス パ ン ダー リ ン グ 1 1 2 の 切れ 目 1 1 6 の 位置を周 方向 に ほ ぼ 9 ◦ ° ず ら し て い る 。
    [0046] こ の よ う に構成て も 前記実施例 と 同様の 効果を得 る こ と がで き る 。 勿論、 イ ン ナ ー シ ー ル部材 7 2 の 内側 に N 個
    [0047] ( た だ し 、 N は 3 以上） の有端形の エ キ ス パ ン ダ一 リ ン グ を半径方向 あ る い は軸方向 に積み重ね る よ う に 装着す る と と も に 、 こ れ ら エ キ ス パ ン ダ一 リ ン グの 切れ 目 を周方向 に 3 6 - 0 ° N ずつず ら す よ う に し て も よ い 。
    [0048] 第 1 5 図 お よ び第 1 6 図 に は別の 実施例 に 係 る シ ー ル装 置 6 4 d が示 さ れて い る 。 第 1 5 図 は第 1 3 図 に対応 し て お り 、 第 1 6 図 は第 1 4 図 に対応 し て い る 。 そ し て、 こ れ ら の 図で は第 1 3 図お よ び第 1 4 図 と 同一部分が同一符号 で示 さ れて い る 。 し た が っ て、 重複す る 部分の詳 し い説明 は省略す る 。
    [0049] こ の シ ー ル装置 6 4 d は、 有端形の コ イ ル ばね 1 1 8 を エ キ ス パ ン ダー リ ン グ と し て用 い て い る 。 こ の コ ィ ノレばね 1 1 8 は、 圧縮 コ ィ ノレ ばね や 引 っ 張 り コ イ ル ばね と は違 つ て側面で加重を受 け る 。 す な わ ち 、 筇 1 6 図 に 示す よ う に コ ィ ノレ ばね 1 1 8 は 、 側面間で得 ら れ る 復元力 を押 し 付 け 力 と し て与え る よ う に し て い る 。
    [0050] こ の よ う な構成で あ る と 、 コ ィ ノレばね 1 1 8 の周方向の どの位置か ら も 半径方向 の復元力 を得る こ と がで き る 。 し 于こ が っ て 、 コ ィ ノレ ばね 1 1 8 と ア ウ タ ー シ 一 ノレ部材 6 8 , 7 0 と の周方向 の位置関係を厳密に特定 し な く て も ァ ウ タ — シ ー ル部材 6 8 , 8 0 の両端部の 浮 き 上が り を防止で き る 。 た と え ば、 コ ィ ノレばね 1 1 8 の切れ 目 1 2 0 と 、 ァ ゥ タ ー シ ー ル部材 6 8 , 7 0 の切れ 目 7 6 , 7 8 と が周方向 に 1 2 0 ° 間隔、 あ る い は 5 0 。 間隔 に な る よ う に装着 し た場 ^であ っ て も 、 ア ウ タ ー シ ー ノレ部材 6 8， 7 0 の 全体 を強い力で均一に第 2 シ リ ン ダ 3 8 の 内面に押 し付け る こ とがで き る 。 し た力く つ て、 ガ ス漏れを一層少な く で き る ば か り か組み立ての容易化を実現で き る 。
    [0051] な お、 上述 し た各例 は、 本発明 に係 る シ ール装置を極低 温用冷凍機 に組み込ん だ例であ る が、 無潤滑が要求 さ れ る 類似 し た装置全般に組み込む こ とがで き る こ と は勿論であ 産業上の利用可能性
    [0052] 以上の よ う に 、 本発明 に係 る シ ー ル装置は、 3 つ の シ ー ル部材 と エ キ ス パ ン ダ一 リ ン グ と を組み合わせて い る ので た と え極低温下に おい て シ ー ル部材が熱収縮 し た場 台で あ つ て も 、 こ の熱収縮の影響を受け る こ と な く 良好な シ ー ル 機能を発揮す る 。 し たが っ て、 常温雰囲気 は 勿論の こ と 極 低温雰囲気に至ま での広い温度範囲 に亘 つ て使用 で き る 。
    权利要求:
    Claims 請 求 の 範 囲
    ( 1 ) シ リ ン ダ と ピ ス ト ン と の 間 に存在す る 隙間 を潤滑油 を使用 せず に シ ー ルす る た め の も ので あ っ て、 前記 ビ ス ト ン の外周 面 に形成 さ れた リ ン グ溝 と 、 そ れぞれ樹脂系 の 材 料で形成 さ れて前記 リ ン グ溝 内 に軸方向 に 2 段積み重ね状 態に リ ン グ状 に装着 さ れた第 1 , 第 2 の シ ー ル部材 と 、 こ れ ら 第 1 , 第 2 の シ ー ル部材の 内側に リ ン グ状 に装着 さ れ た第 3 の シ ー ル部材 と 、 こ の第 3 の シ ー ル部材の 内側 に 装 着 さ れて上記第 3 の シ ー ル部材を介 し て前記第 1 , 第 2 の シ ー ル部材を前記 シ リ ン ダの 内周 面 に 押 し 付 け る 有端形 の エ キ ス パ ン ダ一 リ ン グ と を具備 し て な る こ と を特徴 と す る シ ー ル装置。
    ( 2 ) 前記第 1 ， ·第 2 お よ び第 3 の シ ー ル部材 は 、 そ れぞ れの両端部間 に存在す る 切れ 目 の 位置が周 方向 に ずれ る 関 係 に前記 リ ン グ溝内 に装着 さ れて い る こ と を特徴 と す る 請 求の範囲 1 に 記載の シ ー ル装置。
    ( 3 ) 前記第 3 の シ ー ル部材 は、 前記第 1 お よ び第 2 の シ 一ル部材の軸方向 の厚み の和 と 等 し い事由方向 の 厚み を有 し て い る こ と を特徴 と す る 請求の範囲 1 に 記載の シ ー ル装置
    ( 4 ) 前記第 1 お よ び第 2 の シ ー ル部材 は、 前記有端形の エ キ ス パ ン ダー リ ン グの 切れ 目 位置 を基準 に し て そ れ ぞれ の 切れ S 位置が周 方向 に ほ ぼ ± 9 0 0 離れ る 関係 に 前記 リ ン グ溝 内 に 装着 さ れて い る こ と を特徴 と す る 請求の範囲 1 に記載の シ ー ル装置。
    ( 5 ) 前記有端形の エキ ス パ ン ダ一 リ ン グは、 半径方向 ま た は軸方向 に積み重ね状態に装着 さ れた実質的 に 2 個 の ェ キ スパ ン ダー リ ン グで構成 さ れてお り 、 上記 2 個 の エキ ス パ ン ダー リ ン グの切れ 目 位置が周方向 に ほぼ 9 0 。 離れて い る こ と を特徴 と す る 請求の範囲 1 に記載の シ ー ル装置。
    ( 6 ) 前記有端形の エキ ス パ ン ダー リ ン グは、 有端形の コ ィ ルばねで構成 さ れてい る こ と を特徵 と す る 請求の範囲 1 に記載の シ ー ル装置。
    ( 7 ) 前記 リ ン グ溝は， そ の軸方向の幅が前記第 1 , 第 2 の シ ー ル部材の軸方向の厚み の和 に対 し て 土 5 0 m の精 度に 形成 さ れてい る こ と を特徵 と す る 請求の範囲 1 に記載 の シ ー ル装置。
    ( 8 ) 前記第 1 ， 第 2 お よ び第 3 の シ ー ル部材は、 隣接 し て接触す る シ ー ル部材同志を周方向の 1 箇所の みで係合 さ せ る 凸部お よ び凹部を備え てい る こ と を特徴 と す る 請求の 範囲 1 に記載の シ ー ル装置。
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