| 【発明の名称】 |
極低温冷凍機のシ―ル材 |
| 【発明者】 |
【氏名】鳥居 宏年
【氏名】完山 起尚
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| 【要約】 |
【課題】耐クリープ性がよく寿命の長い極低温冷凍機のシール材を提供する。
【解決手段】シールリング１６のシール部材１９を変性ＰＴＦＥで形成する。変性ＰＴＦＥは、ＰＰＶＥで変性されたＰＴＦＥ(変性量：０.０１wt％〜１wt％)のことであり、未変性ＰＴＦＥに比べて変性部で分子が曲がりやすくて分子の絡み合いが多く、滑りが起こりにくい。こうして、変性ＰＴＦＥで形成されたシール部材を用いた極低温冷凍機のシール材は、低摩擦性に加えて耐クリープ性に優れ、その寿命は長い。さらに、５wt％〜６０wt％のブロンズまたは５wt％〜３０wt％のＰＯＢを充填することによって耐クリープ性が更に向上し、機械的特性が改善される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 極低温冷凍機における相対的に移動する二つの部材間をシールする極低温冷凍機のシール材であって、上記シール材は、パーフルオロアルキルポリビニルエーテルで変性された四フッ化エチレンを用いて形成されたことを特徴とする極低温冷凍機のシール材。
【請求項２】 請求項１に記載の極低温冷凍機のシール材において、上記二つの部材の一方はディスプレーサであり、他方は膨張シリンダであることを特徴とする極低温冷凍機のシール材。
【請求項３】 請求項１に記載の極低温冷凍機のシール材において、上記変性体には、耐磨耗性を向上させる充填材が充填されていることを特徴とする極低温冷凍機のシール材。
【請求項４】 請求項３に記載の極低温冷凍機のシール材において、上記充填材は、ブロンズであることを特徴とする極低温冷凍機のシール材。
【請求項５】 請求項４に記載の極低温冷凍機のシール材において、上記ブロンズは、５wt％以上且つ６０wt％以下の充填率で充填されていることを特徴とする極低温冷凍機のシール材。
【請求項６】 請求項３に記載の極低温冷凍機のシール材において、上記充填材は、ポリオキシベンゾイルであることを特徴とする極低温冷凍機のシール材。
【請求項７】 請求項６に記載の極低温冷凍機のシール材において、上記ポリオキシベンゾイルは、５wt％以上且つ３０wt％以下の充填率で充填されていることを特徴とする極低温冷凍機のシール材。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、極低温冷凍機のシリンダとディスプレーサとの間のシール等に用いられる極低温冷凍機のシール材に関する。
【０００２】
【従来の技術】極低温冷凍機としてギフォードマクマホン冷凍機やスターリング冷凍機等がある。以下、上記ギフォードマクマホン冷凍機について、図３に示すような２段ギフォードマクマホン冷凍機を例に簡単に説明する。この極低温冷凍機では、圧縮機１からの高圧ヘリウムガスを第１膨張シリンダ２および第２膨張シリンダ３内に導入排出するためのバルブディスク４を有している。そして、吸気時には、バルブディスク４を図３(a)に示すように位置させて、ヘリウムガスの吸入口５と第１膨張シリンダ２とを連通させる。そうすると、第１膨張シリンダ２に供給されたヘリウムガスは第１ディスプレーサ６内の蓄冷材７によって冷却されながら第２膨張シリンダ３に供給され、第２ディスプレーサ８内の蓄冷材９によって冷却されながら先端部の膨張室１０に至る。その場合に、中間圧力に保持されている中間圧室１１側の圧力と高圧の膨張室１０側の圧力との圧力差によって、両ディスプレーサ６,８がバルブディスク４側に移動し、膨張室１０の体積が増加する。
【０００３】一方、排気時においては、上記バルブディスク４を図３(b)に示すように位置させて、ヘリウムガスの排気口１２と第１膨張シリンダ２とを連通させる。そうすると、膨張室１０内が一気に減圧され、発生した冷熱で冷却されたヘリウムガスが両蓄冷材９,７を冷却しながら排気口１２より排気される。その場合、中間圧力に保持されている中間圧室１１の圧力と低圧の膨張室１０の圧力との圧力差によって、両ディスプレーサ６,８が膨張室１０側に移動し、膨張室１０の体積が減少する。
【０００４】こうして、上記バルブモータ１３によってバルブディスク４を回転駆動することによって第１ヒートステーション１４および第２ヒートステーション１５が極低温に冷却される。また、得られた冷熱が蓄冷材７,９に蓄えられて、吸入口５から吸気されたヘリウムガスを冷却する。
【０００５】ところで、上記第１膨張シリンダ２内における第２ディスプレーサ８側とバルブディスク４側とには、上記冷凍サイクルにおいて圧力差が発生する。同様に、第２膨張シリンダ３内における末端側と第１ディスプレーサ６側とには、上記冷凍サイクルを行う際に圧力差が発生する。そこで、第１ディスプレーサ６の上部外周面に環状のシールリング１６を取り付けて、第１膨張シリンダ２の内周面と第１ディスプレーサ６の外周面との間をシールしている。同様に、第２ディスプレーサ８の上部外周面に環状のシールリング１７を取り付けて、第２膨張シリンダ３の内周面と第２ディスプレーサ８の外周面との間をシールしている。
【０００６】図４は、上記シールリング１６の詳細な断面図である。シールリング１６は、上方に開口した環状溝１８を有するシール部材１９と、シール部材１９の環状溝１８内に装着される環状のスプリング２０から構成される。そして、スプリング２０によってシール部材１９の外周壁１９aを外側に付勢することによって、外周壁１９aのリップ部を第１膨張シリンダ２の内周面２aに密着させて、第１膨張シリンダ２と第１ディスプレーサ６との間をシールするのである。また、シールリング１７も同様の構成を有している。
【０００７】尚、上記極低温冷凍機に使用されるシール材としては、上述のシールリング１６,１７のような接触シールの他にクリアランスシール等がある。そして、上記シールリング１６,１７のシール部材１９や上記クリアランスシールのシール部材としては、低摩擦の理由から、四フッ化エチレン(−ＣＦ2−ＣＦ2−)n(以下、ＰＴＦＥと略称する)が使用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来の極低温冷凍機用のシール部材はＰＴＦＥで形成されているため、低摩擦ではあるがシール部材自身が柔らかく、弾性変形やクリープ変形が起こりやすい。また、耐磨耗性(削れやすさ)や圧縮強度が劣る。そのために、上記シール部材がＰＴＦＥで形成されている極低温冷凍機のシール材は、例えば図４におけるシール部材１９へのスプリング２０の食い込みやシール部材１９の外周壁１９aにおける上記リップ部の磨耗によってその寿命が短いという問題がある。
【０００９】そこで、この発明の目的は、耐クリープ性がよく寿命の長い極低温冷凍機のシール材を提供することにある。
【００１０】
【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に係る発明は、極低温冷凍機における相対的に移動する二つの部材間をシールする極低温冷凍機のシール材であって、上記シール材は、パーフルオロアルキルポリビニルエーテル(ＣＦ2＝ＣＦＯＸ：Ｘは、１〜１０個の炭素(Ｃ)を有するパーフルオロアルキル基)(以下、ＰＰＶＥと略称する)で変性されたＰＴＦＥを用いて形成されたことを特徴としている。
【００１１】上記構成によれば、極低温冷凍機における相対的に移動する二部材間をシールするシール材が、摩擦性の良いＰＰＶＥで変性されたＰＴＦＥを用いて形成されているために、上記シール材は、低摩擦性を保持しつつ耐クリープ性が改善される。こうして、上記シール材のシール性の向上と長寿命化が図られる。
【００１２】また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の極低温冷凍機のシール材において、上記二つの部材の一方はディスプレーサであり、他方は膨張シリンダであることを特徴としている。
【００１３】上記構成によれば、極低温冷凍機の膨張シリンダとディスプレーサとの間をシールするシール材の耐クリープ性が改善されて、長寿命化が図られる。
【００１４】また、請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明の極低温冷凍機のシール材において、上記変性体には、耐磨耗性を向上させる充填材が充填されていることを特徴としている。
【００１５】上記構成によれば、上記シール材の耐磨耗性が改善されて、更なる長寿命化が図られる。
【００１６】また、請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明の極低温冷凍機のシール材において、上記充填材はブロンズであることを特徴としている。
【００１７】上記構成によれば、上記シール材の低摩擦性および耐クリープ性を保持しつつ耐磨耗性が改善されて、更なる長寿命化が図られる。
【００１８】また、請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明の極低温冷凍機のシール材において、上記ブロンズは、５wt％以上且つ６０wt％以下の充填率で充填されていることを特徴としている。
【００１９】上記構成によれば、上記ブロンズが、上記シール材の耐クリープ性が低下しない５wt％以上であり、成形性が低下しない６０wt％以下の充填率で充填されている。したがって、上記シール材は、低摩擦性,耐クリープ性および耐磨耗性を有すると共に、適正な加工性を併せ持っている。
【００２０】また、請求項６に係る発明は、請求項３に係る発明の極低温冷凍機のシール材において、上記充填材は、ポリオキシベンゾイル(ＰＯＢ)であることを特徴としている。
【００２１】上記構成によれば、上記シール材の低摩擦性および耐クリープ性を保持しつつ耐磨耗性が改善されて、更なる長寿命化が図られる。
【００２２】また、請求項７に係る発明は、請求項６に係る発明の極低温冷凍機のシール材において、上記ＰＯＢは、５wt％以上且つ３０wt％以下の充填率で充填されていることを特徴としている。
【００２３】上記構成によれば、上記ＰＯＢが、上記シール材の耐クリープ性が低下しない５wt％以上であって、成形性が低下しない３０wt％以下の充填率で充填されている。したがって、上記シール材は、低摩擦性,耐クリープ性および耐磨耗性を有すると共に、適正な加工性を併せ持っている。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。尚、本実施の形態における極低温冷凍機のシール材は、図３に示すようなギフォードマクマホン冷凍機におけるディスプレーサの外周面と膨張シリンダの内周面との間をシールする図４に示すようなシールリングを対象としているが、特にそれに限定するものではない。
【００２５】第１実施の形態における極低温冷凍機のシール材は、上記ディスプレーサの外周面あるいは上記膨張シリンダの内周面に直接接触してシールに拘わるシール部材を変性ＰＴＦＥで構成することによって、ＰＴＦＥで形成されたシール部材の耐クリープ性の低さを改良したものである。尚、ここで言う変性ＰＴＦＥとは、ＰＰＶＥで変性されたＰＴＦＥのことであり、変性量は０.０１wt％〜１wt％である。
【００２６】クリープ現象は、基本的には、その多くは結晶内分子の滑りで起こるとされている。変性ＰＴＦＥにおいては、未変性ＰＴＦＥに比べて変性部で分子が曲がりやすく、その分だけ分子の絡み合いが多く、滑りが起こりにくいと考えられる。尚、一般的に、低温時には、分子の振動が不活発になるため分子間距離が小さくなって分子間力が強くなる。そのために滑り難くなり、クリープ量が更に小さくなる。すなわち、本実施の形態における上記変性ＰＴＦＥで形成されたシール部材を用いた極低温冷凍機のシール材は、低摩擦性に加えて低温時における耐クリープ性に優れ、その寿命が長いのである。
【００２７】尚、極低温冷凍機のシール材として、上記変性ＰＴＦＥで形成されたシール部材を用いて図４に示すようなシールリングを形成して、上記未変性ＰＴＦＥで形成されたシールリングと比較した場合に、上記シール部材に対するスプリングの食い込み量(クリープ量)を上記未変性ＰＴＦＥの場合に比して１/２〜１/３にすることができた。
【００２８】ところで、上述のような変性ＰＴＦＥにおいては、耐クリープ性は改善されるものの、圧縮強度や耐磨耗性(削れ難さ)は未だ劣っている。そこで、第２実施の形態においては、以下のような充填材を用途に応じて選択し、適正量充填することによって、耐クリープ性を更に向上しつつ、上述の機械的特性の改善を図るのである。
【００２９】上記変性ＰＴＦＥの機械的特性を向上できる充填材としては、硝子繊維、カーボン繊維、ブロンズ粉、グラファイト、ＭoＳ2粉、コークス粉、ＰＯＢ(ポリオキシベンゾイル)、その他無機系粉末、および、ウイスカー等がある。
【００３０】図１は、上記充填材としてブロンズ粉を用いた場合のブロンズ含有率(充填率)とクリープ量との関係を示す。図１において、ブロンズの含有率が５wt％より低い場合にはクリープ量が大きい。したがって、クリープ変形が起こりやすく、弾性変形しやすく、削れやすい。一方、ブロンズ含有率が６０wt％より高い場合には、クリープ量は小さいのであるが、機械的強度が強くなり過ぎて上記シール部材の成形が不可能になる。また、ブロンズ含有率が５wt％以上であり且つ６０wt％以下の場合には、耐クリープ性がよく、機械的強度も上記シール部材の成形が可能な程度に適度に高く、上記シール材として適度な摩擦性,耐磨耗性,耐クリープ性および機械的強度を得ることができる。
【００３１】また、図２は、上記充填材として上記ＰＯＢを用いた場合のＰＯＢ含有率(充填率)とクリープ量との関係を示す。図２において、ＰＯＢ含有率が５wt％より低い場合にはクリープ量が大きい。したがって、クリープ変形が起こりやすく、弾性変形しやすく、削れやすい。一方、ＰＯＢ含有率が３０wt％より高い場合には、クリープ量は小さいのであるが、機械的強度が強くなり過ぎて上記シール部材の成形が不可能になる。したがって、最適ＰＯＢ含有率は、５wt％以上であり且つ３０wt％以下である。
【００３２】以上のように、第２実施の形態によれば、上記変性ＰＴＦＥに、５wt％以上であり且つ６０wt％以下のブロンズ、或は、５wt％以上であり且つ３０wt％以下のＰＯＢを充填することによって、摩擦性,耐クリープ性に優れ、且つ、耐磨耗性,圧縮強度等の機械的特性の良いシール部材を得ることができる。すなわち、本実施の形態によれば、寿命の長い加工性に富むシール材を提供できるのである。
【００３３】尚、上記各実施の形態においては、ディスプレーサの外周面と膨張シリンダの内周面との間にシールリングを配する場合を例に説明しているが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記ディスプレーサの外周面あるいは膨張シリンダの内周面の何れか一方に、上記変性ＰＴＦＥや上記変性ＰＴＦＥに充填材を入れた物をコーティングしても差し支えない。また、上記ディスプレーサと膨張シリンダとの間以外の相対的に移動する二つの部材間に適用しても差し支えない。また、クリアランスシール等に適用してもよい。
【００３４】
【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１に係る発明の極低温冷凍機のシール材は、ＰＰＶＥで変性されたＰＴＦＥ(変性ＰＴＦＥ)を用いて形成されているので、ＰＴＦＥの低摩擦性を活かしつつ耐クリープ性を改善できる。したがって図４に示すような構造のシール材を形成した場合にスプリングによる食い込みが防止されて、上記シール材の長寿命化を図ることができる。
【００３５】また、請求項２に係る発明の極低温冷凍機のシール材は、極低温冷凍機における膨張シリンダとディスプレーサとの間をシールするシール材であるので、ディスプレーサの外周に設けられるシールリングの耐クリープ性を改善し、長寿命化を図ることができる。
【００３６】また、請求項３に係る発明の極低温冷凍機のシール材は、耐磨耗性を向上させる充填材が充填された上記変性ＰＴＦＥによって形成されているので、上記シール材の耐磨耗性を改善することができる。したがって、上記シール材の、更なる長寿命化を図ることができる。
【００３７】また、請求項４に係る発明の極低温冷凍機のシール材は、上記充填材としてブロンズが充填された上記変性ＰＴＦＥによって形成されているので、上記シール材の低摩擦性および耐クリープ性を保持しつつ耐磨耗性を改善でき、更なる長寿命化を図ることができる。
【００３８】また、請求項５に係る発明の極低温冷凍機のシール材における上記ブロンズの充填率は５wt％以上且つ６０wt％以下であるので、上記シール材には、低摩擦性,耐クリープ性および耐磨耗性と適正な加工性とを併せ持たせることができる。
【００３９】また、請求項６に係る発明の極低温冷凍機のシール材は、上記充填材としてＰＯＢが充填された上記変性ＰＴＦＥによって形成されているので、上記シール材の低摩擦性および耐クリープ性を保持しつつ耐磨耗性を改善でき、更なる長寿命化を図ることができる。
【００４０】また、請求項７に係る発明の極低温冷凍機のシール材における上記ＰＯＢの充填率は５wt％以上且つ３０wt％以下であるので、上記シール材には、低摩擦性,耐クリープ性および耐磨耗性と適正な加工性とを併せ持たせることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２８５３
【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１月１９日（１９９９．１．１９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６２１４４
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 葆 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２０５６７９（Ｐ２０００−２０５６７９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年７月２８日（２０００．７．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１０３６２ |
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