JP2553203B2

JP2553203B2 - 極低温冷凍機

Info

Publication number: JP2553203B2
Application number: JP1276787A
Authority: JP
Inventors: 透栗山; 秀樹中込
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1989-10-24
Publication date: 1996-11-13
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: EP0396775A1; EP0396775A4; JPH02199370A; WO1990005256A1; DE68925113D1; EP0396775B1; DE68925113T2

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、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シール装置を備えた極
低温冷凍機に関する。

（従来の技術）シリンダとピストンとの間に存在する隙間をシールす
るシール装置には種々のタイプがある。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方式を採用し
ている。しかし、シリンダとピストンを必要とする装置
の中には、シール装置で使われる潤滑油を好まないもの
がある。このような装置の代表的なものとして、ヘリウ
ムガスを冷媒として用いる極低温用の冷凍機を上げるこ
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、この潤滑油が低温化で凍ってしまう。したがっ
て、このような装置では潤滑油を使用できない。このた
め、ヘリウムガスを冷媒として用いる極低温用冷凍機で
は、通常、シリンダとピストンとの間に存在する隙間を
無潤滑タイプのシール装置でシールするようにしてい
る。

第15図には冷媒としてヘリウムガスを用い、しかも無
潤滑タイプのシール装置を組み込んだ従来のギホード・
マクマホン形の冷凍機が示されている。この冷凍機は、
大きく別けて、コールドヘッド１と、冷媒ガス導排出系
２とで構成されている。コールヘッド１は、閉じられた
シリンダ11と、このシリンダ11内に往復動自在に収容さ
れたピストン、すなわち断熱材で形成されたディスプレ
ーサ12と、このディスプレーサ12に往復動に必要な動力
を与えるモータ13とで構成されている。

シリンダ11は、大径の第１シリンダ14と、この第１シ
リンダ14の同軸的に接続された小径の第２シリンダ15と
で構成されている。第１シリンダ14および第２シリンダ
15は、通常、薄いステンレス動板等で形成されている。
そして、第１シリンダ14と第２シリンダ15との境界壁部
分で第１段冷却ステージ16を構成し、また第２シリンダ
15の先端壁部分で第１段冷却ステージ16より低温の第２
段冷却ステージ17を構成している。

ディスプレーサ12は、第１シリンダ14内を往復動する
第１ディスプレーサ18と、第２シリンダ15内を往復動す
る第２ディスプレーサ19とで構成されている。第１ディ
スプレーサ18と第２ディスプレーサ19とは、連結機構20
によって軸方向に連結されている。第１ディスプレーサ
18の内部には、軸方向に延びる流体通路21が形成されて
おり、この流体通路21には銅メッシュ等で形成された蓄
冷材22で収容されている。同様に、第２ディスプレーサ
19の内部にも軸方向に延びる流体通路23が形成されてお
り、この流体通路23には鉛の球などで形成された蓄冷材
24が収容されている。第１ディスプレーサ18の外周面と
第１シリンダ14の内周面との間および第２ディスプレー
サ19の外周面と第２シリンダ15の内周面との間には、そ
れぞれシール装置25、26が装着されている。

シール装置25、26は、たとえばシール装置26を代表し
て示すと、第16図から第18図に示すように構成されてい
る。すなわち、第２ディスプレーサ19の外周面に形成さ
れた環状溝27内に外周面が第２シリンダ15の内周面に接
触するように樹脂製で、有端形のシールリング28を装着
するとともにシールリング28の内側に、このシールリン
グ28を第２シリンダ15の内面に押付けるための有端形の
ばねリング29を装着したものとなっている。シールリン
グ28の両端部には第19図に示すように両端部相互を半径
方向に重ね合わせる合い口部30が形成されている。

第１ディスプレーサ18の図中上端は、連結ロッド30、
スコッチヨークあるいはクランク軸32を介してモータ13
の回転軸に連結されている。したがって、モータ13の回
転軸が回転すると、この回転に同期してディスプレーサ
12が図中実線矢印33で示すように往復動する。

第１シリンダ14の側壁上部には冷媒ガスの導入口34と
排出口35とが設けてあり、これら導入口34と排出口35は
冷媒ガス導排出系２に接続されている。冷媒ガス導排出
系２は、シリンダ11を経由するペリウムガス循環系を構
成するもので、排出口35を低圧弁36、圧縮機37、高圧弁
38を介して導入口34に接続したものとなっている。すな
わち、この冷媒ガス導排出系２は、低圧（約5atm）のヘ
リウムガスを圧縮機37で高圧（約18atm）に圧縮してシ
リンダ11内に送り込むものである。そして、低圧弁36、
高圧弁38はディスプレーサ12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。

このように構成された冷凍機の動作を簡単に説明する
と以下の通りである。この冷凍機において、寒冷の発生
する部分、つまり冷却面に供される部分は第１段冷却ス
テージ16と第２段冷却ステージ17とである。これらは熱
負荷のない場合にそれぞれ30K、8K程度まで冷える。こ
のため、第１ディスプレーサ18の図中上下端間には常温
（300K）から30Kまでの温度勾配がつき、また第２ディ
スプレーサ19の図中上下端間には30Kから8Kまでの温度
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16では
30〜80K、第２段冷却ステージ17では８〜20Kの間とな
る。

モータ13が回転を開始すると、ディスプレーサ12が不
死点と上死点との間を往復動する。ディスプレーサ12が
下死点にあるとき、高圧弁38が開いて高圧ヘリウムガス
がコールドヘッド１内に流入する。次に、ディスプレー
サ12が上死点へと移動する。前述の如く、第１ディスプ
レーサ18の外周面と第１シリンダ14の内周面との間およ
び第２ディスプレーサ19の外周面と第２シリンダ15の内
周面との間にはそれぞれシール装置25、26が装着されて
いる。このため、ディスプレーサ12が上死点へと向かう
と、高圧ヘリウムガスは第１ディスプレーサ18に形成さ
れた流体通路21および第２ディスプレーサ19に形成され
た流体通路23を通って、第１ディスプレーサ18と第２デ
ィスプレーサ19との間に形成された１段膨張室39および
第２ディスプレーサ19と第２シリンダ15の先端壁との間
に形成された２段膨張室40へと流れる。この流れに伴っ
て、高圧ヘリウムガスは蓄冷材22、24によって冷却さ
れ、結局、１段膨張室39に流れ込んだ高圧ヘリウムガス
は30K程度に、また２段膨張室40に流れ込んだ高圧ヘリ
ウムガスは8K程度に冷却される。

ここで、高圧弁38が閉じ、低圧弁36が開く。このよう
に低圧弁36が開くと、１段膨張室39内および２段膨張室
40内の高圧ヘリウムガスが膨張して寒冷を発生する。こ
の寒冷によって第１段冷却ステージ16および第２段冷却
ステージ17がさらに冷却される。そして、ディスプレー
サ12が再び下死点へ移動すると、これに伴って１段膨張
室39内および２段膨張室40内のヘリウムガスが排除され
る。膨張したヘリウムガスは流体通路21、23内を通る間
に蓄冷材22、24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。このタイプの冷凍機は、クライオスタットの断熱層
内に配置されているシールド板の冷却や、赤外線センサ
の冷却や、あるいはまたクライオソープションポンプの
冷却源として使用される。

しかしながら、上記のように構成された従来の冷凍機
にあっては次のような問題があった。すなわち、シール
装置25は常温部と１段膨張室39との間においてヘリウム
ガスが第１シリンダ14と第１ディスプレーサ18との間の
隙間を通して流れるのを防止しており、またシール装置
26は１段膨張室39と２段膨張室40との間においてヘリウ
ムガスが第２シリンダ15と第２ディスプレーサ19との間
の隙間を通して流れるのを防止している。これらのシー
ル装置25、26は、ヘリウムガスの純度（99.99％）維持
および凍結による動作不良を防止するために潤滑油を使
用していない。

ここで今、１段膨張室39内の温度が30K、２段膨張室4
0内の温度が10Kである場合を例にとると、シール装置26
が部分で漏れが生じると、30Kのヘリウムガスが第２デ
ィスプレーサ19内の蓄冷材24に接触することなく２段膨
張室40内に入り、また逆に10Kのヘリウムガスが１段膨
張室39内に入ることになる。この結果、第１段冷却ステ
ージ16の温度が下降し、第２段冷却ステージ17の温度が
上昇してしまうことになる。第19図にはシール装置26で
のヘリウムガスの漏れ量割合（２段膨張室40へ流れ込む
ヘリウムガスの総量に対するシール装置26を通して流れ
込むヘリウムガスの割合）と各段冷却ステージの温度と
の関係を計算で求めた結果が示されている。この図から
判かるように、シール装置26の部分での漏れが各段冷却
ステージの温度に大きい影響を与える。これはシール装
置26に限らず、シール装置25にも言えることである。

従来の冷凍機では、第16図から第18図に示したよう
に、第２ディスプレーサ19の外周面に形成された環状溝
27内に、合い口部30が第19図に示すように構成された有
端形のリールリング28を１個だけ装着し、さらにその背
面側に押圧力を付与するための有端形のばねリング29を
装着した構成のシール装置26を用いている。このような
構成のシール装置26では、極低温下においてシールリン
グ28が熱収縮したとき、合い口部30の特に周方向の密着
度が悪化し易く、この合い口部30からのヘリウムガスの
漏れ量が増加して第２段冷却ステージ17の温度上昇を招
く問題があった。第２段冷却ステージ17の温度上昇は、
結果的にある温度での冷凍能力の減少につながることに
なる。

（発明が解決しようとする課題）上述の如く、従来の無潤滑タイプのシール装置では、
望まれるシール性能を発揮することができず、これが原
因して、極低温冷凍機に組み込むと冷凍能力を低下させ
る問題があった。

そこで本発明は、構造の複雑化を招くことなく、シー
ル性能を大幅に向上させて優れた冷凍能力を発揮する極
低温冷凍機を提供することを目的としている。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的達成するために、本発明はシリンダと、この
シリンダ内に往復動自在に収容されたピストンと、この
ピストンに往復動に必要な駆動力を与える駆動手段と、
前記ピストンと前記シリンダ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シール装置と、シリ
ンダ内に冷媒ガスを導入する導入口およびシリンダ内か
ら冷媒ガスを排出する排出口を備えた冷媒ガス導排出系
統と、冷媒ガスを圧縮して前記シリンダ内に供給する圧
縮手段とを備え、圧縮した冷媒ガスを低温部で膨張させ
ることにより寒冷を発生させる極低温冷凍機において、
前記シール装置は、前記ピストンの外周面に形成された
環状溝と、それぞれが樹脂系の材料で形成されて前記環
状溝内にそれぞれの切れ目位置を周方向にずらして軸方
向に２段積み重ね状態に装着された有端形の第１、第２
のアウターシールリングと、これら第１、第２のアウタ
ーシールリングの内側にその切れ目位置を上記第１、第
２のアウターシールリングの前記切れ目位置に対して周
方向にずらして装着された有端形のインナーシールリン
グと、このインナーシールリングの内側に装着されて該
インナーシールリングを介して前記第１、第２のアウタ
ーシールリングを前記シリンダの内周面に押し付ける有
端形のばねリングと、を具備し前記第１および第２のア
ウターシールリングの軸方向の厚みの和は、前記インナ
ーシールリングの軸方向と厚みと等しく形成され、かつ
前記環状溝の軸方向の幅は、前記第１および第２のアウ
ターシールリングの軸方向の厚みの和よりも50μｍ以下
の精度で小さく形成されていることを特徴とする極低温
冷凍機である。

（作用）３つのシールリングを前記関係に配置しているので、
各シールリングの切れ目を周方向に、たとえば120度離
しておくと、熱収縮で各シールリングの切れ目の幅が変
化した場合であっても、各切れ目を各シールリングで完
全に塞ぐことができ、あたかも切れ目のないシールリン
グを使用しているが如き形態となり、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る。

また、第１および第２のアウターシールリングの軸方
向の厚みの和を、インナーシールリングの軸方向の厚み
と等しく形成し、かつ環状溝の軸方向の幅を、第１およ
び第２のアウターシールリングの軸方向の厚みの和より
も50μｍ以下の精度で小さく形成したため、冷凍機を運
転して寒冷を発生させ各シールリングが熱収縮やピスト
ンの移動に伴う摩擦力で軸方向の厚みが減少しようとし
ても、環状溝の軸方向内面と各シールリングとの間に隙
間が生じるのを防止でき、上記隙間が生じた時に起こる
環状溝内へのガスの回り込みに伴うシール性能の低下を
防止できる。したがって、極低温冷凍機に組み込んで冷
凍能力の向上が図れる。

（実施例）以下、図面を参照しながら実施例を説明する。第１図
に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が示されている。この図で
は第15図と同一部分が同一符号で示されている。したが
って、重複する部分の説明は省略する。

この冷凍機では、第２ディスプレーサ19の外周面と第
２シリンダ15との間の隙間を本発明の一実施例に係るシ
ール装置41でシールしている。

シール装置41は、第２図から第４図に示すように、第
２ディスプレーサ19の外周面に形成された環状溝27と、
この環状溝27内に軸方向に２段構成に、かつ外周面を第
２シリンダ15の内周面に接触させて装着させた有端形の
アウターシールリング42,43と、このアウターシールリ
ング42,43の内側に装着された有端形のインナーシール
リング44と、このインナーシールリング44の内側に装着
されてインナーシールリング44を介してアウターシール
リング42、43を第２シリンダ15の内周面へ押し付ける。
たとえばステンレス鋼製で、かつ有端形のばねリング45
とで構成されている。

アウターシールリング42,43およびインナーシールリ
ング44は、それぞれ四弗化エ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イドとの複合材等の樹脂
系の部材で形成されている。アウターシールリング42,4
3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。インナーシール
リング44は、アウターシールリング42,43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。そし
て、環状溝27の軸方向の幅は、アウターシールリング4
2,43の軸方向の厚みの和に対して、50μｍ以下の精度で
小さく形成されている。上記のように形成されたアウタ
ーシールリング42,43およびインナーシールリング44
は、第４図に示すように、両端間に僅かな距離Ｒの切れ
目46（47,48）を設けた状態で、かつ各切れ目46,47,48
が第２図に示すように周方向にほぼ120度離れるように
して環状溝27内に装着されている。

このような構成であると、３個のシールリング42,43,
44で、その切れ目46,47,48も合計３個となるが、これら
切れ目46,47,48の位置を周方向にずらすことによって、
実質的に切れ目がなく、しかも第２シリンダ15の内周面
にい押し付け可能な１つのシールリングを装着したのと
等価な形態が形成される。また、アウターシールリング
42,43の軸方向の厚みの和を、インナーシールリング44
の軸方向の厚みと等しく形成し、かつ環状溝27の軸方向
の幅を、アウターシールリング42,43の軸方向の厚みの
和よりも50μｍ以下の精度で小さく形成しているので、
冷凍機を運転して寒冷を発生させ各シールリング42,43,
44が熱収縮やピストンの移動に伴う摩擦力で軸方向の厚
みが減少しようとしても、環状溝27の軸方向内面と各シ
ールリング42,43,44との間に隙間が生じるのを防止で
き、上記隙間が生じた時に起こる環状溝内へのガスの回
り込みに伴うシール性能の低下を防止できる。このた
め、シール装置41でのガス漏れを大幅に減少させること
ができる。したがって、第２膨張室、つまり第２段冷却
ステージ17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。

第５図には第17図に示すシール装置を組込んだ従来の
冷凍機と第３図に示すシール装置41を組込んだ冷凍機と
のガス漏れ量の測定結果が示されている。これは環状溝
の軸方向の幅を等しくするとともにばねリングの押圧力
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かる。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６
図には第17図に示すシール装置を組込んだ従来の冷凍機
と第３図に示すシール装置41を組込んだ冷凍機との冷凍
曲線が示されている。横軸は第２段冷却ステージ17の温
度（Ｋ）を示し、縦軸は第２段冷却ステージ17に加えた
熱負荷（Ｗ）を示している。この図から判かるように、
同じ温度で冷凍し得る能力は本発明のシール装置41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41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。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
い。すなわち、上記実施例では、アウターシールリング
42,43およびインナーシールリング44の切れ目46,47,48
が周方向にほぼ120度間隔となるように上記３つのシー
ルリングを装着しているが、第７図に示すように、ばね
リング45の切れ目49の位置を基準にしてアウターシール
リング42,43の切れ目46,47の位置がそれぞれ周方向にほ
ぼ±90゜ずれるように両シールリング42,43とばねリン
グ45とを装着することも効果的である。勿論このとき、
インナーシールリング44は、その切れ目48がアウターシ
ールリング42,43の切れ目46、47に重ならないように装
着される。

冷凍機が運転状態に入ると、シールリングが熱収縮す
る。この熱収縮でアウターシールリング42,43が第２シ
リンダ15の内周面から浮き上がろうとする。このとき、
特にアウターシールリング42,43の両端部、つまり切れ
目46,47の部分が第２シリンダ15の内面から浮き上がる
と、切れ目46,47が存在しているが故にガス漏れ量が増
加する虞がある。したがって、アウターシールリング4
2,43の特に両端部分については、第２シリンダ15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
形のばねリング45による押し付け力は、第８図に示すよ
うに、中心と切れ目49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。したがって、第７図に示すように、ばねリング
45の切れ目49の位置を基準にしてアウターシールリング
42,43の切れ目46,47の位置がそれぞれ周方向にほぼ±90
゜ずれるように両シールリング42,43とばねリング45と
を装着すると、アウターシールリング42,43の切れ目46,
47の部分に最も強い押し付け力を与えることができ、切
れ目46、47の部分での浮き上がりを防止できるので、ガ
ス漏れ量をより少なくすることができる。

上述した例では、ばねリング45の切れ目49の位置を基
準にして特定の関係にアウターシールリング42,43を装
着することによってアウターシールリング42,43の切れ
目部分の浮き上がりを防止している。この方法も有効で
あるが、第９図および第10図に示す方法も有効である。
すなわち、第９図および第10図に示す例では、ばねリン
グの代りに有端形のコイルばねリング51を用いている。
このコイルばねリング51は、圧縮コイルばねや引っ張り
コイルばねとは違って側面で加重を受ける。すなわち、
第10図に示すように、コイルばねリング51は、このリン
グ51の半径方向の復元力を押し付け力として与える。

このような構成であると、コイルばねリング51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
るので、第７図に示したシール装置41aとは違って、コ
イルばねリング51とアウターシールリング42,43との周
方向の位置関係を厳密に特定しなくてもアウターシール
リング42,43の端部の浮き上がりを防止できる。コイル
ばねリング51のように半径方向の外方に対して強い力で
均一に押し付けることができる構成にあっては、アウタ
ーシールリング42,43の切れ目46、47の部分は勿論のこ
と全体を強い力で均一に第２シリンダ15の内面に押し付
けることができる。したがって、切れ目46,47,48を周方
向に120度間隔に配置することが望ましい。これにより
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。

第12図および第13図には別の実施例に係るシール装置
41cが示されている。これらの図では第２図および第３
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。

この実施例では、インナーシールリング44の内側に、
半径方向に重ねて２個の有端形のばねリング53,54を装
着している。そして、この例ではばねリング53の切れ目
55の位置に対してばねリング54の切れ目56の位置を周方
向にほぼ90゜ずらしている。

このような構成であると、第９図および第10図に示し
た実施例と同様に、アウターシールリング42,43を全周
に亘って均一に第２シリンダ15の内面に押し付けること
ができる。すなわち、有端形のばねリングによる押し付
け力は、第８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Ｙが最も大きい。したがって、
この実施例のようにばねリング53の切れ目55の位置に対
してばねリング54の切れ目56の位置を周方向にほぼ90゜
ずらしておくと、ばねリング53による押圧力の最も小さ
い部分にばねリング54による押圧力の最も大きい部分が
位置し、またばねリング54による押圧力の最も小さい部
分にばねリング53による押圧力の最も大きい部分が位置
することになる。したがって、アウターシールリング4
2,43を全周に亘って第２シリンダ15の内周面に均一な力
で押し付けることができる。

第11図および第12図に示す実施例では、半径方向に積
み重ねるように装着されたばねリング53,54でアウター
シールリング42,43を全周に亘って第２シリンダ15の内
周面に均一な力で押し付けるようにしているが、第13図
および第14図に示すように、インナーシールリング44の
内側に、軸方向に積み重ねるように有端形のばねリング
59,59を、これらの切れ目60,61が周方向にほぼ90゜ずれ
るように装着しても前記実施例と同様の効果を得ること
ができる。勿論、インナーシールリング44の内側にＮ個
（ただし、Ｎは３以上）の有端形のばねリングを半径方
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、これらばねリングの切れ目を周方向に360゜/Nずつ
ずらすようにしてもよい。

なお、上述した各例では、第２ディスプレーサと第２
シリンダとの間に設けられるシール装置に本発明を適用
しているが、第１ディスプレーサと第１シリンダとの間
に設けられるシール装置にも適用できる。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、シール性能を向上
させてガス漏れ量を大幅に低減させることができるので
優れた冷凍能力を発揮できる極低温冷凍機を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

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局部的に切欠して示
す構成図、第２図は同冷凍機に組込まれたシール装置を
軸方向から見た図、第３図は同シール装置を局部的に取
り出して示す縦断面図、第４図は同シール装置に組込ま
れたシールリングの両端の形態を示す図、第５図および
第６図は上記シール装置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７図は本発明の別の実施例に係るシール装置の
構成を第２図に対応させて示す図、第８図は有端形ばね
リングによる押圧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９図は本発明のさらに別の実施例
に係るシール装置の構成を第２図に対応させて示す図、
第10図は同シール装置を局部的に取り出して示す縦断面
図、第11図は本発明のさらに別の実施例に係るシール装
置の構成を第２図に対応させて示す図、第12図は同シー
ル装置を局部的に取り出して示す縦断面図、第13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
２図に対応させて示す図、第14図は同シール装置を局部
的に取り出して示す縦断面図、第15図は従来のシール装
置を組み込んだギホード・マクマホン形冷凍機の概略構
成図、第16図は同冷凍機に組込まれたシール装置を第15
図におけるＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た
図、第17図は同シール装置を局部的に取出して示す縦断
面図、第18図は同シール装置に組込まれたシールリング
の両端部の形態を示す図、第19図は従来のシール装置を
組み込んだギホード・マクマホン形冷凍機の問題点を説
明するための図である。１……コールドヘッド、２……冷媒ガス導排出系、11…
…シリンダ、12……ディスプレーサ、13……モータ、14
……第１シリンダ、15……第２シリンダ、16……第１段
冷却ステージ、17……第２段冷却ステージ、18……第１
ディスプレーサ、19……第２ディスプレーサ、21、23…
…流体通路、22、24……蓄冷材、27……環状溝、39……
第１膨張室、40……第２膨張室、41,41a,41b,41c,41d…
…シール装置、42、43……アウターシールリング、44…
…インナーシールリング、45,53,54,58,59……ばねリン
グ、46,47,48,49,52,55,56,60,61……切れ目、51……コ
イルばねリング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−56666（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−171359（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−148157（ＪＰ，Ａ) 実開昭57−26645（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダと、このシリンダ内に往復動自在
に収容されたピストンと、このピストンに往復動に必要
な駆動力を与える駆動手段と、前記ピストンと前記シリ
ンダとの間に存在する隙間を潤滑油を使用せずにシール
するためのシール装置と、シリンダ内に冷媒ガスを導入
する導入口およびシリンダ内から冷媒ガスを排出する排
出口を備えた冷媒ガス導排出系統と、冷媒ガスを圧縮し
て前記シリンダ内に供給する圧縮手段とを備え、圧縮し
た冷媒ガスを低温部で膨張させることにより寒冷を発生
させる極低温冷凍機において、前記シール装置は、前記ピストンの外周面に形成された環状溝と、それぞれが樹脂系の材料で形成されて前記環状溝内にそ
れぞれの切れ目位置を周方向にずらして軸方向に２段積
み重ね状態に装着された有端形の第１、第２のアウター
シールリングと、これら第１、第２のアウターシールリングの内側にその
切れ目位置を上記第１、第２のアウターシールリングの
前記切れ目位置に対して周方向にずらして装着された有
端形のインナーシールリングと、このインナーシールリングの内側に装着されて該インナ
ーシールリングを介して前記第１、第２のアウターシー
ルリングを前記シリンダの内周面に押し付ける有端形の
ばねリングと、を具備し前記第１および第２のアウターシールリングの
軸方向の厚みの和は、前記インナーシールリングの軸方
向の厚みと等しく形成され、かつ前記環状溝の軸方向の
幅は、前記第１および第２のアウターシールリングの軸
方向の厚みの和よりも50μｍ以下の精度で小さく形成さ
れていることを特徴とする極低温冷凍機。
【請求項２】前記第１および第２のアウターシールリン
グは、前記有端形のばねリングの切れ目位置を基準にし
てそれぞれの切れ目位置が周方向にほぼ±90゜離れる関
係に装着されていることを特徴とする請求項１に記載の
極低温冷凍機。
【請求項３】前記有端形のばねリングは、半径方向また
は軸方向に積み重ね状態に装着された２個のばねリング
で構成されており、上記２個のばねリングの切れ目位置
が周方向にほぼ90゜離れていることを特徴とする請求項
１に記載の極低温冷凍機。
【請求項４】前記有端形のばねリングは、有端形のコイ
ルばねリングで構成されていることを特徴とする請求項
１に記載の極低温冷凍機。