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JPH0566508B2 - - Google Patents
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JPH0566508B2 - - Google Patents

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JPH0566508B2
JPH0566508B2 JP11960985A JP11960985A JPH0566508B2 JP H0566508 B2 JPH0566508 B2 JP H0566508B2 JP 11960985 A JP11960985 A JP 11960985A JP 11960985 A JP11960985 A JP 11960985A JP H0566508 B2 JPH0566508 B2 JP H0566508B2
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JP
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piston
cylinder
valve
core
expander
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Hidefumi Saito
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Shimadzu Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、クロードサイクルを利用したHe液
化装置等の極低温冷凍機に用いられるレシプロ型
膨張機のピストン構造に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a piston structure of a reciprocating expander used in a cryogenic refrigerator such as a He liquefier using a Claude cycle.

[従来の技術] 例えば、クロードサイクルのヘリウム液化装置
においては、流量の少ない小型の場合、膨張機に
効率面で有利となるレシプロ方式のものが採用さ
れる。そして、この種の膨張機では外部からの熱
侵入を出来るだけ小さくしてシステム効率を高め
る目的で、そのシリンダには強くてしかもなるべ
く熱伝導率の小さいステンレス鋼等の金属材料を
用いる一方、そのピストンには軽量でしかも一層
熱伝導率の小さいPTFE(ポリテトラフルオルエ
チレン)等の高分子材料を使用する例が多い。
[Prior Art] For example, in a Claude cycle helium liquefaction device, when the flow rate is small and the device is small, a reciprocating type expander is used, which is advantageous in terms of efficiency. In this type of expander, in order to minimize heat intrusion from the outside and increase system efficiency, the cylinder is made of a strong metal material such as stainless steel with as low thermal conductivity as possible. Pistons are often made of polymeric materials such as PTFE (polytetrafluoroethylene), which is lightweight and has even lower thermal conductivity.

ところが、シリンダとピストンとを互いに異材
質で形成すると、両者の熱伝導率が相違するのみ
ならず(例えばSUS304の熱伝導係数が9〜
15w/m℃に対し、PTFEのそれは0.24w/m
℃)、同時に熱膨張率も大きく相違することから
(例えばSUS304の線膨張係数が1.3×10-5/℃に
対し、PTFEのそれは5〜10×10-5/℃)、両者
の熱伸縮量のアンバランスに起因して膨張機の特
性が温度によつて変化する不都合を来たす。具体
的には、この膨張機を冷やし込んでいくと、シリ
ンダに比べてピストンの熱収縮量が相対的に大き
いため次第にピストン先端の位置がシリンダ底部
から離反していき、この結果ピストン上死点位置
での膨張室容積が増大し、ひいては膨張比に変化
を来たして膨張機に最適効率の膨張比を保つこと
ができなくなることである。
However, when the cylinder and piston are made of different materials, not only do they have different thermal conductivities (for example, the thermal conductivity of SUS304 is 9~9).
15w/m℃, while that of PTFE is 0.24w/m
℃), and at the same time, the coefficient of thermal expansion is also significantly different (for example, the linear expansion coefficient of SUS304 is 1.3×10 -5 /℃, while that of PTFE is 5 to 10×10 -5 /℃), so the amount of thermal expansion and contraction of both is This imbalance causes the inconvenience that the characteristics of the expander change depending on the temperature. Specifically, as this expander cools down, the amount of heat contraction of the piston is relatively larger than that of the cylinder, so the tip of the piston gradually moves away from the bottom of the cylinder, and as a result, the piston top dead center This increases the volume of the expansion chamber at the location, which in turn causes a change in the expansion ratio, making it impossible for the expander to maintain an optimally efficient expansion ratio.

また、最近では膨張機全体としてのコンパクト
化を図る目的等から、レシプロ型膨張機におい
て、そのシリンダ底部にピストンの往復動作によ
り直接開閉されるように構成した吸、排気弁機構
を設けることが採用されつつある。しかるに、か
かるピストン直接作動形の吸、排気弁機構を搭載
した膨張機において、ピストンとシリンダの相対
的熱伸縮量の差が大きいと、とりわけ不都合な問
題を来たす。すなわち、この種の吸、排気弁機構
では、ピストン先端が弁体等と膨張機の吸排サイ
クルに対応した各所定の高さ位置で接離して弁開
閉の切換えを行なわしめるものであるが、もし先
述のような理由でピストン先端のシリンダ底部に
対する相対位置が変化すると、これら吸、排気弁
を開閉するタイミングにずれを生じてしまうこと
になるからである。
In addition, recently, in order to make the expander more compact as a whole, reciprocating type expanders have been equipped with intake and exhaust valve mechanisms that are configured to be opened and closed directly by the reciprocating movement of the piston at the bottom of the cylinder. It is being done. However, in an expander equipped with such a piston-directly actuated suction and exhaust valve mechanism, a particularly disadvantageous problem arises when there is a large difference in the relative amount of thermal expansion and contraction between the piston and the cylinder. In other words, in this type of intake/exhaust valve mechanism, the tip of the piston approaches and separates from the valve body etc. at predetermined height positions corresponding to the intake/exhaust cycle of the expander to switch between opening and closing the valve. This is because if the relative position of the tip of the piston with respect to the bottom of the cylinder changes for the reasons mentioned above, the timing of opening and closing these intake and exhaust valves will be shifted.

[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、このような問題点に着目してなされ
たものであつて、レシプロ型膨張機に供するピス
トンに、全体として外部からの熱侵入の防止に有
効となる断熱特性をもたせたまま、温度変化によ
るシリンダとの相対的な熱伸縮量の差を少なくす
ることができる構造のものを提供しようとするも
のである。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made with attention to these problems, and is effective in preventing heat from entering from the outside into a piston for a reciprocating expander as a whole. The object of the present invention is to provide a structure that can reduce the difference in the amount of thermal expansion and contraction relative to the cylinder due to temperature changes while maintaining the thermal insulation properties.

[問題点を解決するための手段] 本発明は、このような目的を達成するために、
ピストンをシリンダにスライド自在に嵌装してな
るレシプロ型膨張機において、前記ピストンを、
一端にピストン先端部を連設しかつ前記シリンダ
と同等もしくは近似する熱膨張率を有する素材で
形成されたピストン芯体と、低熱膨張性素材で形
成されるとともに前記ピストン芯体のまわりに該
ピストン芯体の熱伸縮を拘束しない状態で包設さ
れるピストン成形体とからなる複合体に構成した
ことを特徴としている。
[Means for solving the problems] In order to achieve such objects, the present invention has the following features:
In a reciprocating expander in which a piston is slidably fitted into a cylinder, the piston is
A piston core body is formed of a material with a piston tip connected to one end and has a coefficient of thermal expansion equal to or similar to that of the cylinder; It is characterized by being constructed as a composite body consisting of a piston molded body that is wrapped in a state in which the core body is not restrained from thermal expansion and contraction.

[作用] このような複合構造を有するピストンであれ
ば、そのピストン芯体の断面積は小さくてよいか
ら、全体が高分子材料のような低熱膨張性素材で
形成される従前のものと比較しても殆ど断熱特性
が阻害されない上に、シリンダとピストンの熱伸
縮量が大きく相違する問題点を有効に解決できる
ものとなる。すなわち、このピストンではその芯
体がシリンダと同等もしくは近似する熱膨張率を
有する素材で形成されているので、該ピストン芯
体の軸長はシリンダの熱伸縮度合に応じて伸縮す
ることになる。そして、このピストン芯体には一
体又は別体にピストン先端部を連設しており、し
かも該ピストン芯体に対し周囲の熱膨張率の異な
るピストン成形体は拘束せずその自由な伸縮を可
能にする構造となつているから、その先端に位置
するピストン先端部とシリンダ底部とは温度変化
にかかわらず相対位置が常に略一定に保たれる。
[Function] If a piston has such a composite structure, the cross-sectional area of the piston core may be small, compared to conventional pistons that are entirely made of a low thermal expansion material such as a polymer material. In addition, the thermal insulation properties are hardly impaired even when the cylinder and piston are heated, and the problem that the amount of thermal expansion and contraction between the cylinder and the piston is greatly different can be effectively solved. That is, since the core of this piston is made of a material having a coefficient of thermal expansion equal to or similar to that of the cylinder, the axial length of the piston core expands and contracts in accordance with the degree of thermal expansion and contraction of the cylinder. A piston tip is attached integrally or separately to this piston core, and the surrounding piston molded bodies with different coefficients of thermal expansion are not restrained and can freely expand and contract. Because of this structure, the relative positions of the piston tip located at the tip and the cylinder bottom are always kept substantially constant regardless of temperature changes.

[実施例] 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図と第2図は、本発明に係るレシプロ型膨
張機の要部を示し、その基本構成は通常の如く、
有底円筒状のシリンダ1に棒状のピストン2をシ
ール3を介しスライド自在に嵌装してなるもので
ある。シリンダ1は、強度と断熱性の要求に合致
した素材、例えばステンレス鋼などから形成され
る。そして、そのシリンダ底部1aには、各々後
に詳しく説明する弁を介して該シリンダ底部1a
とピストン先端との間に形成される膨張室4に連
通される吸気ポート5と排気ポート6を開口させ
ている。
FIG. 1 and FIG. 2 show the main parts of the reciprocating type expander according to the present invention, and its basic configuration is as usual,
A rod-shaped piston 2 is slidably fitted into a bottomed cylindrical cylinder 1 via a seal 3. The cylinder 1 is made of a material that meets the requirements for strength and heat insulation, such as stainless steel. The cylinder bottom 1a is connected to the cylinder bottom 1a through valves which will be described in detail later.
An intake port 5 and an exhaust port 6 are opened to communicate with an expansion chamber 4 formed between the piston and the piston tip.

一方、前記ピストン2は、その中心に貫通され
る小径中実のピストン芯体2aと、該芯体2aの
まわりに嵌合状に包設される大径中空のピストン
成形体2bとからなる複合体で構成されている。
ピストン芯体2aは、ピストン2に掛る力を支え
る構造材の役目を担うものであつて、その上方一
端に図外のクランクシヤフトと結合される往復動
ロツド7を連結する鍔状のピストン基端部2を
連設しているとともに、その下方一端には前記シ
リンダ底部1aと対向し膨張室4を画成する鍔状
のピストン先端部2を連設している。そして、
ピストン芯体2aは、これらの両端に一体又は別
体に連設している鍔状部2,2を除いた少な
くともその軸部2を、前記シリンダ1と同等も
しくは近似する熱膨張率を有する素材(例えばシ
リンダ1と同一もしくは同系のステンレス鋼)で
形成するようにしている。なお、図示例の場合で
は、ピストン芯体2aに上方で連結される往復動
ロツド7を含めて全体を同一素材の一体物で形成
している。これに対し、外周のピストン成形体2
bは、ピストン2全体としての断熱性を維持しつ
つこれに所定の外径寸法を与える役目を担うもの
であつて、特に低熱膨張性素材、例えば先述の
PTFEにより形成される。そして、このピストン
成形体2bは、ピストン2の軸長即ち前記芯体軸
部2の長さよりも短寸に成形されているととも
に、ピストン芯体2aのまわりに該ピストン芯体
2aの熱伸縮を拘束しない状態で包設されてい
る。具体的には、この場合ピストン成形体2b
を、ピストン芯体2aの前記先端部2と前記基
端部2の間の芯体軸部2まわりに摺動シール
8を介してスライド可能に緩嵌しているととも
に、その上端面に一体に貼着してあるばね座9と
前記基端部2との間につくられる間隙に、該ピ
ストン成形体2bを前記先端部2に向けて付勢
するばね10(図示例では皿ばね)を介入してい
る。したがつて、かかる複合体からなるピストン
2では、膨張機の運転に伴つて温度変化すると、
芯体2aと成形体2bとが各々の固有の熱膨張率
で互いに拘束することなく自由に伸縮することが
でき、しかも芯体2aのまわりの成形体2bは、
ばね10の力で常に鍔状の先端部2に密着され
て振動することがなく、芯体2a(軸部2)の
まわりで該芯体2aと一体的に運動する。
On the other hand, the piston 2 is a composite body consisting of a small-diameter solid piston core 2a penetrated through the center and a large-diameter hollow piston molded body 2b fitted around the core 2a. It is made up of the body.
The piston core 2a plays the role of a structural member that supports the force applied to the piston 2, and has a flange-shaped piston base end that connects a reciprocating rod 7 connected to a crankshaft (not shown) at one upper end thereof. A flange-shaped piston tip 2 that faces the cylinder bottom 1a and defines an expansion chamber 4 is provided at one lower end thereof. and,
The piston core 2a is made of a material having a coefficient of thermal expansion equal to or similar to that of the cylinder 1, at least the shaft portion 2 excluding the flanges 2, 2 which are integrally or separately connected to both ends of the piston core 2a. (For example, the cylinder 1 is made of the same or similar stainless steel). In the illustrated example, the entire piston including the reciprocating rod 7 connected above to the piston core 2a is made of the same material. On the other hand, the piston molded body 2 on the outer periphery
b plays the role of maintaining the heat insulation properties of the piston 2 as a whole and giving it a predetermined outer diameter, and is made of a particularly low thermal expansion material, such as the above-mentioned material.
Made of PTFE. The piston molded body 2b is formed to have a shorter dimension than the axial length of the piston 2, that is, the length of the core body shaft portion 2, and is formed around the piston core body 2a to prevent thermal expansion and contraction of the piston core body 2a. Encased without restraint. Specifically, in this case, the piston molded body 2b
is slidably and loosely fitted around the core shaft portion 2 between the tip end portion 2 and the base end portion 2 of the piston core body 2a via a sliding seal 8, and is integrally attached to the upper end surface of the piston core body 2a. A spring 10 (a disc spring in the illustrated example) that biases the piston molded body 2b toward the tip end 2 is inserted into the gap created between the attached spring seat 9 and the base end 2. are doing. Therefore, in the piston 2 made of such a composite body, when the temperature changes due to the operation of the expander,
The core body 2a and the molded body 2b can freely expand and contract without restricting each other due to their respective coefficients of thermal expansion, and the molded body 2b around the core body 2a is
Due to the force of the spring 10, it is always in close contact with the brim-shaped tip 2 and does not vibrate, and moves around the core 2a (shaft 2) integrally with the core 2a.

次に、シリンダ底部1aに設けられる吸気弁と
排気弁の構造について説明する。まず吸気弁につ
いては、シリンダ底部1aの中心に開口される吸
気ポート5の内方に拡径するバルブ室11を設け
かつ該バルブ室11のピストン側端に弁座12を
形成するとともに、このバルブ室11内に中空体
からなる弁体13を第1スプリング14で前記弁
座12に向けて付勢しつつ装入し、さらにこの弁
体13内に、その内部から吸気ポート5の開口部
を通して前記膨張室4に突出されるピストン当接
体15を該弁体13内に介装した第2スプリング
16(前記第1スプリング14よりもバネ力を優
勢にしてある)でピストン側に付勢しつつ所定の
ストロークで伸縮可能に格納して構成される。そ
して、このような吸気弁では、そのピストン当接
体15とピストン2の接離によつて、次のように
自動開閉される。すなわち、膨張室4の排気過程
(第1図の状態)においてピストン2がシリンダ
底部1a側に接近してくると、その先端部2が
ピストン当接体15に当接してこれを押し下げ、
ピストン2の上死点に至るとピストン当接体15
の一端が弁体13内でその対向壁に当り、排気過
程完了と同時に弁体13を押し下げて吸気ポート
5を開く(第2図の状態)。次いで吸気過程に移
ると、そのピストン当接体15がピストン先端部
2から離れるまでは優勢な第2スプリング16
の働きで弁開成状態を保ち、両者が離れると同時
に第1スプリング14の力で弁体13が弁座12
に当接復帰し、吸気ポート5を閉じる。
Next, the structure of the intake valve and exhaust valve provided at the cylinder bottom 1a will be explained. First, regarding the intake valve, a valve chamber 11 that expands in diameter inward of the intake port 5 opened at the center of the cylinder bottom 1a is provided, and a valve seat 12 is formed at the end of the valve chamber 11 on the piston side. A valve body 13 made of a hollow body is inserted into the chamber 11 while being biased toward the valve seat 12 by a first spring 14, and then passed through the opening of the intake port 5 from inside the valve body 13. The piston abutting body 15 protruding into the expansion chamber 4 is biased toward the piston by a second spring 16 (having a more dominant spring force than the first spring 14) interposed within the valve body 13. It is constructed so that it can be retracted and expanded with a predetermined stroke. In such an intake valve, the piston abutting body 15 and the piston 2 come into contact with each other, and the intake valve is automatically opened and closed as follows. That is, when the piston 2 approaches the cylinder bottom 1a side during the exhaust process of the expansion chamber 4 (the state shown in FIG. 1), its tip 2 comes into contact with the piston abutting body 15 and pushes it down.
When the piston 2 reaches the top dead center, the piston contact body 15
One end hits the opposite wall within the valve body 13, and at the same time as the exhaust process is completed, the valve body 13 is pushed down to open the intake port 5 (the state shown in FIG. 2). Next, when the intake process begins, the dominant second spring 16 remains until the piston contact body 15 separates from the piston tip 2.
The valve body 13 is kept in the open state by the action of
It returns to contact and closes the intake port 5.

また、排気弁については、前記排気ポート6が
前記吸気ポート5のまわりにシリンダ底面20に
環状に開口されているとともに、シリンダ内周面
にシリンダ底面20からピストン2側に向けて一
定の高さを有する周溝17を凹設し、この周溝1
7に前記シリンダ底面20を弁座とする中空板状
の弁体18を前記排気ポート6内に介装した第3
スプリング19でピストン2側に付勢しつつ所定
区間のストロークで往復動可能に装填して構成さ
れる。そして、このような排気弁では、ピストン
2がシリンダ底部1aに接近してくる膨張室4の
排気過程(第1図の状態)において、該ピストン
2がその上死点近傍まで降下するとその先端部2
が弁体18に当接し、第3スプリング19のば
ね力に抗してこれを強制的に押し下げ、ピストン
2が上死点に到達すると同時に弁体18をシリン
ダ底面20(弁座)に密着させて排気ポート6を
閉じる(第2図の状態)。次いで、吸気膨張過程
に移ると、ピストン先端部2が弁体18から離
れても膨張室4内には高圧作動ガスが充満されて
いるので、弁体18は弁座に密着したままの弁閉
止状態を保ち、予めその第3スプリング19のば
ね力を膨張室4の膨張過程終了時における内圧に
拮抗して調整しておけば、弁体18は該第3スプ
リング19の力が勝るピストン2の下死点近傍位
置で浮上位置に自動復帰し、ここに弁開成状態が
実現されることになる。
In addition, regarding the exhaust valve, the exhaust port 6 is opened in an annular manner on the cylinder bottom surface 20 around the intake port 5, and has a certain height on the cylinder inner peripheral surface from the cylinder bottom surface 20 toward the piston 2 side. A circumferential groove 17 is recessed, and this circumferential groove 1
7, a hollow plate-shaped valve body 18 having the cylinder bottom surface 20 as a valve seat is interposed in the exhaust port 6;
It is configured to be loaded so as to be able to reciprocate in a predetermined stroke while being biased toward the piston 2 side by a spring 19. In such an exhaust valve, when the piston 2 descends to the vicinity of its top dead center during the exhaust process of the expansion chamber 4 (the state shown in FIG. 1) in which the piston 2 approaches the cylinder bottom 1a, its tip end 2
contacts the valve body 18 and forcibly pushes it down against the spring force of the third spring 19, causing the valve body 18 to come into close contact with the cylinder bottom surface 20 (valve seat) at the same time as the piston 2 reaches the top dead center. to close the exhaust port 6 (as shown in Figure 2). Next, when the intake expansion process begins, the expansion chamber 4 is still filled with high-pressure working gas even when the piston tip 2 separates from the valve body 18, so the valve body 18 remains in close contact with the valve seat and closes the valve. If the condition is maintained and the spring force of the third spring 19 is adjusted in advance to counteract the internal pressure of the expansion chamber 4 at the end of the expansion process, the valve body 18 will be able to move toward the piston 2 where the force of the third spring 19 is superior. The valve automatically returns to the floating position near the bottom dead center, and the valve is in the open state.

さて、かかるピストン直接作動形の吸、排気弁
を設けたシリンダ1に、上記のような構造からな
るピストン2を使用すれば、膨張機の特性が温度
変化によつて変動したり、そのシリンダ底部1a
に設置される各弁の開閉のタイミングがずれたり
あるいは作動不能になるおそれがある従来の問題
点を確実に解消し得るものとなる。すなわち、ピ
ストン2はシリンダ1と同等乃至近似する熱膨張
率を有するその芯体2aの熱伸縮に専らその軸長
の変化が支配される構造のものとされているか
ら、膨張機が運転前後において大きく温度変化し
ても、シリンダ1とピストン2との軸長に関する
相対的な伸縮量の差は僅かなものに抑えられる。
言い換えれば、膨張機の温度変化にかかわらず、
ピストン2の先端部2とシリンダ底部1aとの
相対位置は殆ど不変に保たれる。したがつて、こ
のことにより、第1には、レシプロ型膨張機一般
に発現される作用効果として、膨張室4の容積特
にそのピストン上死点での容積が一定に保たれる
ので、膨張機の膨張比を効率のよい設定値に常時
維持することができるという有利な特性が実現さ
れる。また第2には、特に上述の如きピストン2
で直接開閉される機構の吸、排気弁をシリンダ1
に搭載する膨張機の場合において、シリンダ底部
1a側のピストン当接体15又は弁体18に対す
るピストン先端部2の相対位置が不変とみなせ
ることから、その吸排サイクルにおいてこれらに
接当離反するピストン2の位相を初期の設定状態
のままに保つことができる。そして、このことに
より吸、排気弁の各開閉切換わりのタイミングに
ずれを生じることが無くなり、また前記ピストン
当接体15や前記弁体18がその所要のストロー
クで押し付けられず吸、排気弁の開閉が不能にな
るといつた事態も当然起こり得なくなる。
Now, if the piston 2 having the above-mentioned structure is used in the cylinder 1 equipped with the piston-directly actuated suction and exhaust valves, the characteristics of the expander may fluctuate due to temperature changes, and the bottom of the cylinder may 1a
It is possible to reliably solve the conventional problems in which the opening/closing timing of each valve installed in the valve may be shifted or the valve may become inoperable. That is, since the piston 2 has a structure in which the change in its axial length is exclusively controlled by the thermal expansion and contraction of the core body 2a, which has a coefficient of thermal expansion that is the same or similar to that of the cylinder 1, Even if there is a large temperature change, the difference in the relative expansion and contraction amount with respect to the axial length of the cylinder 1 and the piston 2 can be suppressed to a small amount.
In other words, regardless of the temperature change in the expander,
The relative position between the tip 2 of the piston 2 and the cylinder bottom 1a remains almost unchanged. Therefore, as a result of this, firstly, the volume of the expansion chamber 4, especially the volume at the top dead center of the piston, is kept constant as a function and effect generally exhibited by reciprocating type expanders. The advantageous property is that the expansion ratio can be maintained at an efficient set value at all times. Secondly, especially the piston 2 as described above.
The intake and exhaust valves of the mechanism that are directly opened and closed by the cylinder 1
In the case of an expander installed in an expander, the relative position of the piston tip 2 with respect to the piston abutting body 15 or the valve body 18 on the cylinder bottom 1a side can be regarded as unchanged, so that the piston 2 that comes into contact with and separates from them during the suction/discharge cycle can be considered to be unchanged. The phase of can be maintained at the initial setting state. As a result, there is no difference in timing between opening and closing of the intake and exhaust valves, and the piston abutment body 15 and the valve body 18 are not pressed with their required strokes, and the intake and exhaust valves are closed. Naturally, the situation where opening and closing becomes impossible will no longer occur.

なお、上記複合体からなるピストン2ではかか
る利点をもたらすとともに、そのピストン芯体2
aが比較的細径のもので足るから、従来の例えば
PTFE製棒状一体品に比較して、その断熱特性も
殆ど劣化しない。
In addition, the piston 2 made of the above-mentioned composite body provides such advantages, and the piston core 2
Since it is sufficient that a has a relatively small diameter, the conventional example
Compared to PTFE rod-shaped integral products, its insulation properties hardly deteriorate.

本発明は、上記の実施例に示すような構成を具
備してなるものであるが、既に述べたように、本
発明に係るピストン2は必ずしもピストン直接作
動タイプの吸排バルブ機構を搭載した膨張機への
適用のみを企図しているものではなく、勿論この
種以外のレシプロ型膨張機に対しても一般的に利
用でき、かつ前記特有の効果を奏するものであ
る。そして、特にピストン直接作動形弁を採用す
る場合には、その利用価値が倍加されるものとな
る。なお、このピストン直接作動形弁として示し
た実施例の構造のものは、もとよりその一例を示
すに過ぎず、その様々の構造、作動原理を有する
ものの適用が可能である。
The present invention has the configuration shown in the above embodiment, but as already mentioned, the piston 2 according to the present invention is not necessarily an expander equipped with a piston-directly actuated intake/exhaust valve mechanism. It is of course not intended to be applied only to reciprocating type expanders of this type, but can also be used generally for reciprocating type expanders other than this type, and provides the above-mentioned unique effects. In particular, when a piston-directly operated valve is adopted, its utility value is doubled. It should be noted that the structure of the piston direct actuation type valve shown in the embodiment is merely an example, and it is possible to apply valves having various structures and operating principles.

また、ピストン芯体2aとピストン成形体2b
との複合体よりなる本発明のピストン2は、実施
例のように中心に挿通せしめた1本の芯体2aの
まわりに成形体2bを被嵌させる構造のものに限
らず、分散状に配置して挿通せしめた複数本の芯
体の内外空間を充填するようにピストン成形体を
包設する構造のものであつてもよい。そして、ピ
ストン芯体2aを包むピストン成形体2bは、ピ
ストン先端部2を連設しピストン軸長を支配す
るピストン芯体2aの熱伸縮を拘束しない状態で
包設するものであればよく、実施例のようにばね
付勢力で安定に位置決め保持させる構造以外に
も、例えばその基端側端面をフリーにする一方で
先端側端面をピストン先端部2に接着して固定
したり、あるいは両者を機械的な結合手段により
固定するようにすることも可能である。
In addition, the piston core body 2a and the piston molded body 2b
The piston 2 of the present invention is not limited to the structure in which the molded body 2b is fitted around a single core body 2a inserted through the center as in the embodiment, but can also be arranged in a dispersed manner. It may be of a structure in which the piston molded body is wrapped so as to fill the inner and outer spaces of a plurality of core bodies inserted through the core body. The piston molded body 2b that encloses the piston core body 2a may be any type as long as it does not restrict the thermal expansion and contraction of the piston core body 2a, which connects the piston tip 2 and controls the piston axial length. In addition to the structure in which the spring biasing force is used to stably position and hold the structure, for example, the proximal end surface may be left free while the distal end surface may be fixed by adhesive to the piston tip 2, or both may be machined. It is also possible to fix it by a conventional coupling means.

[発明の効果] 以上述べたように、本発明の構造に係るピスト
ンを使用すれば、膨張機がその温度変化によつて
膨張比などの特性が変化する不都合が解消され、
また特にピストン直接作動形の吸、排気弁を採用
する場合にあつては、その弁開閉のタイミングが
ずれたり作動不良に陥つたりするおそれが確実に
排除されるという効果が得られる。
[Effects of the Invention] As described above, by using the piston according to the structure of the present invention, the inconvenience that the expansion ratio and other characteristics of the expander change due to temperature changes can be eliminated.
In particular, when a piston-directly actuated intake and exhaust valve is employed, the possibility of the valve opening/closing timing being off or malfunctioning is reliably eliminated.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を示すレシプロ型膨
張機の要部構造を示す断面図であり、第2図は第
1図とピストンの位置を違えて示すその部分断面
図である。 1……シリンダ、1a……シリンダ底部、2…
…ピストン、2a……ピストン芯体、2b……ピ
ストン成形体、2……ピストン基端部、2…
…ピストン先端部、2……芯体軸部、4……膨
張室、5……吸気ポート、6……排気ポート、7
……往復動ロツド、9……ばね座、10……ば
ね、11……バルブ室、12……弁座、13……
弁体(吸気弁)、14……第1スプリング、15
……ピストン当接体、16……第2スプリング、
17……周溝、18……弁体(排気弁)、19…
…第3スプリング、20……シリンダ底面(弁
座)。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the main structure of a reciprocating expander according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the piston in a different position from that shown in FIG. 1. 1... Cylinder, 1a... Cylinder bottom, 2...
...Piston, 2a... Piston core, 2b... Piston molded body, 2... Piston base end, 2...
...Piston tip, 2...Core shaft, 4...Expansion chamber, 5...Intake port, 6...Exhaust port, 7
... Reciprocating rod, 9 ... Spring seat, 10 ... Spring, 11 ... Valve chamber, 12 ... Valve seat, 13 ...
Valve body (intake valve), 14...first spring, 15
...Piston contact body, 16...Second spring,
17... Circumferential groove, 18... Valve body (exhaust valve), 19...
...Third spring, 20... Cylinder bottom (valve seat).

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 ピストンをシリンダにスライド自在に嵌装し
てなるレシプロ型膨張機において、前記ピストン
を、一端にピストン先端部を連設しかつ前記シリ
ンダと同等もしくは近似する熱膨張率を有する素
材で形成されたピストン芯体と、低熱膨張性素材
で形成されるとともに前記ピストン芯体のまわり
に該ピストン芯体の熱伸縮を拘束しない状態で包
設されるピストン成形体とからなる複合体に構成
したことを特徴とする膨張機のピストン構造。
1. In a reciprocating expander in which a piston is slidably fitted into a cylinder, the piston is formed of a material having a piston tip connected to one end and having a coefficient of thermal expansion equal to or similar to that of the cylinder. A composite body consisting of a piston core and a piston molded body made of a low thermal expansion material and wrapped around the piston core in a manner that does not restrict thermal expansion and contraction of the piston core. The piston structure of the expander is a feature.
JP11960985A 1985-05-31 1985-05-31 Expander piston structure Granted JPS61276668A (en)

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