JP2005214610A - 極低温冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】 極低温冷凍機のシリンダーをケースの内部に組立てる際、該シリンダーの軸ずれを防止すること。
【解決手段】 本発明の極低温冷凍機では、ケースの内部にシリンダーが配設され、シリンダーの外側面に半径方向へ垂直にフランジが突出されている。ケースの内部にシリンダーの軸方向にシリンダーのフランジを載せて、ねじで結合するためのステップが形成され、ケースのステップとシリンダーのフランジとの間にパッキンが介在される。ここで、パッキンがシリンダーの軸ずれを誘発しないように配設され、ケースとシリンダーとの間の気密を保持する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、極低温冷凍機に関し、特に、気密を保持させるパッキンが前記シリンダーとケースが前記シリンダーの軸方向に接する部位に介在された極低温冷凍機に関する。

従来の技術に係る極低温冷凍機は、図１に示すように、開口された先端にコールドチップ(Cold-tip)２が配設されたケース４と、該ケース４の内部に固定され、作動流体が充填されたシリンダー６と、該シリンダー６の内部に往復動可能に設けられ、中空７が形成されたピストン８と、該ピストン８の中空７に往復動可能に設けられたディスプレイサ１０と、該ディスプレイサ１０と長さ方向に連結され、前記コールドチップ２との間に作動流体が充填できるような空間１が備えられた再生器１２と、前記シリンダー６及び再生器１２と連結された熱交換器１４とを具備する。

前記シリンダー６には、外側面に半径方向に垂直にフランジ５が形成され、前記ケース４には前記シリンダー６の軸方向に前記シリンダー６のフランジ５が載せられるステップ３が形成され、前記シリンダー６のフランジ５とケース４のステップ３とが互いにねじ１６で結合される。

前記ピストン８は、前記ケース４とシリンダー６との間に配設されたリニアモータ１８と連結されて往復動し、前記ディスプレイサ１０は、前記再生器１２と対向するように前記ケース４に取り付けられた弾性部材１９と連結されて前記コールドチップ２に向かって弾性支持される。前記再生器１２には前記コールドチップ２側に穴１１が形成される。

前記熱交換器１４は、前記再生器１２側のシリンダー６とケース４との間に備えられた熱交換室２０に配設された内部熱交換器１３と、前記ケース４を中心に前記内部熱交換器１３と対向するように前記ケース４の外側面に配設された外部熱交換器１５とからなる。そして、前記シリンダー６には前記熱交換室２０に連通する第１穴２２が形成され、前記熱交換室２０及び前記再生器１２側のディスプレイサ１０に形成されたディスプレイサの穴９と連通する第２穴２４が形成される。

一方、前記シリンダー６のフランジ５と前記ケース４のステップ３がねじ１６で結合される部位側には、前記熱交換室２０から作動流体が漏れないように前記シリンダー６の半径方向に前記シリンダー６の外側面と前記ケース４とが接する部位にＯリング３０が介在される。

次に、上記のように構成された極低温冷凍機の作用について説明する。
前記ピストン８が前記コールドチップ２に向かって移動すると、前記シリンダー６の作動流体は等温・圧縮された後前記熱交換室２０に吐出され放熱され、前記再生器１２で流入して顕熱を奪われた後、前記再生器１２とコールドチップ２との間の空間１に満たされながら等温膨脹される。この時、作動流体が前記再生器１２とコールドチップ２との間の空間１に満たされることによって前記再生器１２及びディスプレイサ１０が前記コールドチップ２と対向する方向へ移動する。

その後、前記ピストン８が前記コールドチップ２と対向する方向へ移動すると、前記ディスプレイサ１０及び再生器１２が前記弾性部材１８の弾性力により前記コールドチップ２に向かって元位置に移動する。そして、前記再生器１２とコールドチップ２との間の空間１に充填された作動流体が前記再生器１２と熱交換室２０を次々と通りながら熱を吸収した後、前記シリンダー６に再び満たされる。

しかし、従来の技術に係る極低温冷凍機は、前記シリンダー６が前記Ｏリング３０がはめ込まれた状態で前記ケース４の内部に挿入されて組立てられるため、前記Ｏリング３０が前記ケース４とシリンダー６との間において無理な力を受けて変形し易く、さらには、この過程で前記シリンダー６の軸ずれが起こると、前記シリンダー６の内部を往復動するピストン８及びディスプレイサ１０が摩耗し易く、故障の主原因となる点において問題があった。

本発明は、上記の従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、パッキンが、作動流体の漏れを防ぎつつ、シリンダーをケースの内部に組立てる際、該シリンダーの軸ずれを誘発しないように構成された極低温冷凍機を提供することにある。

上記の目的を達成するべく本発明一側面による極低温冷凍機は、先端にコールドチップが配設されたケースと、前記ケースに固定され、内部にピストンが往復動可能に設けられたシリンダーと、前記ピストンの内部に往復動可能に設けられたディスプレイサと、前記ディスプレイサとコールドチップとの間に設けられた再生器と、前記再生器及びシリンダーと連結された熱交換器と、前記シリンダーの軸方向に前記シリンダーとケースが互いに接触された部位に介在されたパッキンと、を含めて構成されたことを特徴とする。

前記熱交換器は、前記シリンダーとケースとの間に備えられた熱交換室に設けられた内部熱交換器と、前記ケースの外側に前記内部熱交換器と対向するように設けられた外部熱交換器とからなり、前記パッキンは、前記熱交換室の気密を保持させられるように前記熱交換室側に備えられたことを特徴とする。

前記内部熱交換器と対向する前記シリンダーの外側面にはＯリングが配設される。
前記シリンダーには、前記シリンダーの半径方向に前記ケースと接触されて前記熱交換室を形成する部位にＯリングが配設され、前記Ｏリングは、前記シリンダーの軸方向に前記熱交換室を中心に前記パッキンと対向するように設けられる。

前記パッキンは、前記シリンダーの外側面から半径方向へ垂直に突出されたフランジと、該フランジが載せられる前記ケースのステップとの間に介在される。
前記パッキンには、前記シリンダーのフランジと前記ケースのステップとを結合するためのねじ部材が貫通する穴が形成される。

また、前記パッキンは、前記シリンダーの外側面にはめ込まれるようにリング状に形成される。
また、上記の目的を達成するべく本発明の他の側面による極低温冷凍機は、先端にコールドチップが配設されたケースと、前記ケースに固定され、内部にピストンが往復動可能に設けられたシリンダーと、前記ピストンの内部に往復動可能に設けられたディスプレイサと、前記ディスプレイサとコールドチップとの間に配設された再生器と、前記ケースとシリンダーとの間に備えられた熱交換室の内外にそれぞれ配設され、前記シリンダー及び再生器と連結された熱交換器と、前記シリンダーの熱交換室側の外側面に形成されたフランジと、前記シリンダーの軸方向に前記フランジが載せられるケースのステップとの間に介在され、前記熱交換室の気密を保持させるパッキンと、を具備する。

また、上記の目的を達成するべく本発明のさらに他の側面による極低温冷凍機は、先端にコールドチップが配設されたケースと、前記ケースに固定され、内部にピストンが往復動可能に設けられたシリンダーと、前記ピストンの内部に往復動可能に設けられたディスプレイサと、前記ディスプレイサとコールドチップとの間に配設された再生器と、前記ケースとシリンダーとの間に備えられた熱交換室の内外にそれぞれ配設され、前記シリンダー及び再生器と連結された熱交換器と、前記シリンダーの熱交換室側の外側面に形成されたフランジと、前記シリンダーの軸方向に前記フランジが載せられるケースのステップとの間に介在されて前記熱交換室の気密を保持させるパッキンと、前記パッキンと前記シリンダーの軸方向に離隔され、前記シリンダーの半径方向に前記ケースと接触されて前記熱交換室を形成する前記シリンダーの一部位に介在されたＯリングと、を具備する。

本発明に係る極低温冷凍機は、ケースのステップとシリンダーのフランジとの間にパッキンが前記シリンダーの軸ずれを誘発することなく介設され、前記ケースとシリンダーとの間の気密が保持できる効果がある。

以下、添付図面を参照しつつ本発明に係る極低温冷凍機の実施例を詳細に説明する。
本発明に係る極低温冷凍機の実施例は多数存在することができるものの、以下では最も好ましい実施例について説明する。ただし、極低温冷凍機をなす基本的な構造は前述した従来の技術におけると同様なので詳細な説明は省略するものとする。

本発明に係る極低温冷凍機は、図２に示すように、開口された先端にコールドチップ(Cold-tip)５２が配設されたケース５０と、該ケース５０の内部に固定され、作動流体が充填されたシリンダー５４と、該シリンダー５４の軸方向に前記ケース５０とシリンダー５４との接触部位に介在されたパッキン７０とを具備する。

前記ケース５０とシリンダー５４の上部との間にはリニアモータ５６が配設され、前記シリンダー５４の内部には前記リニアモータ５６と連結されたピストン５８が往復動可能に設けられ、前記ピストン５８の内部には前記ケース５０の上側に配設された弾性部材６０により支持されたディスプレイサ６２が往復動可能に設けられ、前記ディスプレイサ６２とコールドチップ５２との間に再生器６４が配設される。

また、前記ケース５０とシリンダー５２の下部との間には、前記シリンダー５２及び再生器６４とそれぞれ連通して作動流体が熱交換されるようにする熱交換室６６が備えられる。前記熱交換室６６には、内部熱交換器６８が配設され、前記ケース５０の外側には前記内部熱交換器６８と対向するように前記熱交換室６６を取り囲む外部熱交換器６８が配設される。

ここで、前記熱交換室６６は、前記シリンダー５４の軸方向に離隔された前記シリンダー５４の２部位５３、５３′が前記ケース５０と密着されるとともに、前記ケース５０と密着された前記シリンダー５４の２部位５３、５３′のうち、図２において相対的に下側に位置した部位５３′が、上側に位置した部位５３より狭く形成されてなる。もちろん、前記ケース５０は、前記熱交換室６６が備えられるように、前記シリンダー５４とそれぞれ接する部位が上部より狭くなるように段がついたステップ５１、５１′がそれぞれ形成される。

一方、前記熱交換室６６は、前記シリンダー５４及び再生器６４との間で作動流体が流動する所であり、前記熱交換室６６の気密を保持するとともに、前記シリンダー５４が前記ケース５０のステップ５１、５１′の間にはめ込まれながら動軸が変わらないようにするためには前記パッキン７０が必要となる。

前記パッキン７０は、特に、相対的に上側に位置した前記ケース５０のステップ５１が前記シリンダー５４の軸にもっとも大きく影響を及ぼすので、相対的に上側に位置した前記ケース５０のステップ５１側に配置される。

したがって、前記シリンダー５４の外側面には半径方向に垂直に突出されて、相対的に上側に位置した前記ケース５０のステップ５１に前記シリンダー５４の軸方向に載せられるフランジ５５が形成され、前記パッキン７０は、相対的に上側に位置した前記ケース５０のステップ５１と前記シリンダー５４のフランジ５５との間に介在される。

また、前記パッキン７０は、前記シリンダー５４の円周方向に沿って前記熱交換室６６の全周面が気密を保持できるように前記シリンダー５４の外側にはめ込まれるようなリング状から形成される。併せて、前記パッキン７０は、円中心から外周縁までの半径７０′が前記シリンダー５４の半径方向に前記シリンダー５４の中心から前記シリンダー５４のフランジ５５までの距離と同一に形成される。この時、前記リング状のパッキン７０が前記シリンダー５４の半径方向に均一に圧着されて前記熱交換室６６がさらに堅固に気密され得るように前記シリンダー５４のフランジ５５もリング状に形成されることができ、こうすると、前記パッキン７０と前記シリンダー５４のフランジ５５は同じ形状となる。

そして、前記相対的に上側に位置したケース５０のステップ５１とシリンダー５４のフランジ５５は互いにねじ８０で結合されるので、前記パッキン７０は前記シリンダー５４と共に前記ケース５０に固定されるように、前記ねじ８０が貫通する穴７１が形成される。

一方、前記ケース５０と密着される前記シリンダー５４の両部位５３、５３′のうち相対的に下側に位置した部位５３′には、前記熱交換室６６の気密が確実に保持され得るようにＯリング７２が介在される。したがって、前記Ｏリング７２と前記パッキン７０が前記シリンダー５４の軸方向に沿って前記熱交換室６６を間において対向形成され、前記熱交換室６６の気密が保持される。

また、前記熱交換室６６に位置した前記シリンダー５４の外側面には前記内部熱交換器６８との間に気密が保持され得るようにＯリング７４を介在することができる。

以下、このように構成される本発明に係る極低温冷凍機の作用及び効果を説明する。
前記リニアモータ５６が駆動すると、前記ピストン５８が前記コールドチップ５２に向かって移動して前記シリンダー５４の作動流体が前記熱交換室６６、再生器６４を経て前記再生器６４とコールドチップ５２との間に流動され、前記再生器６４及びディスプレイサ６２が前記コールドチップ５２と対向する方向に移動する。

一方、前記リニアモータ５６により前記ピストン５８が前記コールドチップ５２と対向する方向に移動すると、前記再生器６４とコールドチップ５２との間に満たされた作動流体が前記再生器６４、熱交換室６６を経て再び前記シリンダー５４に満たされる。

この時、前記熱交換室６６は前記パッキン７０とＯリング７２、７４により確実に気密されるので前記熱交換室６６に満たされた作動流体は前記再生器６４以外の所には漏れない。

そして、前記パッキン７０が相対的に上側に位置した前記ケース５０のステップ５１と前記シリンダー５４のフランジ５５との間で前記シリンダー５４の軸方向に圧着されるので、前記シリンダー５４が前記ケース５０に容易に組立てられることができ、前記ピストン５８及びディスプレイサ６２が前記シリンダー５４の動軸に往復動できるので、前記シリンダー５４、ピストン５８、及びディスプレイサ６２の寿命が向上する。

従来の技術に係る極低温冷凍機の断面図である。 本発明に係る極低温冷凍機の断面図である。 本発明に係る極低温冷凍機の要部構成のうちパッキンの平面図である。

符号の説明

５０ ケース
５１ ステップ
５１′ ステップ
５２ コールドチップ
５４ シリンダー
５５ フランジ
５６ リニアモータ
５８ ピストン
６２ ディスプレイサ
６４ 再生器
６６ 熱交換室
６８ 内部熱交換器
６８ 外部熱交換器
７０ パッキン
７２ Ｏリング
７４ Ｏリング

Claims (10)

1. 先端にコールドチップが配設されたケースと、
   前記ケースに固定され、内部にピストンが往復動可能に設けられたシリンダーと、
   前記ピストンの内部に往復動可能に設けられたディスプレイサと、
   前記ディスプレイサとコールドチップとの間に設けられた再生器と、
   前記再生器及びシリンダーと連結された熱交換器と、
   前記シリンダーの軸方向に沿って前記シリンダーとケースが互いに接触された部位に介在されたパッキンと、を含めて構成されたことを特徴とする極低温冷凍機。
2. 前記熱交換器は、前記シリンダーとケースとの間に備えられた熱交換室に設けられた内部熱交換器と、前記ケースの外側に前記内部熱交換器と対向するように設けられた外部熱交換器とからなり、
   前記パッキンは、前記熱交換室の気密が保持できるように前記熱交換室側に備えられたことを特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。
3. 前記内部熱交換器と対向する前記シリンダーの外側面にはＯリングが配設されたことを特徴とする請求項２に記載の極低温冷凍機。
4. 前記シリンダーには、前記シリンダーの半径方向に前記ケースと接触されて前記熱交換室を形成する部位にＯリングが配設されたことを特徴とする請求項２に記載の極低温冷凍機。
5. 前記Ｏリングは、前記シリンダーの軸方向に沿って前記熱交換室を中心に前記パッキンと対向するように設けられたことを特徴とする請求項４に記載の極低温冷凍機。
6. 前記パッキンは、前記シリンダーの外側面から半径方向へ垂直に突出されたフランジと、該フランジが載せられるように形成された前記ケースのステップとの間に介在されたことを特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。
7. 前記パッキンには、前記シリンダーのフランジと前記ケースのステップとを結合するためのねじ部材が貫通する穴が形成されたことを特徴とする請求項６に記載の極低温冷凍機。
8. 前記パッキンは、前記シリンダーの外側面にはめ込まれるようにリング状に形成されたことを特徴とする請求項６に記載の極低温冷凍機。
9. 先端にコールドチップが配設されたケースと、
   前記ケースに固定され、内部にピストンが往復動可能に設けられたシリンダーと、
   前記ピストンの内部に往復動可能に設けられたディスプレイサと、
   前記ディスプレイサとコールドチップとの間に配設された再生器と、
   前記ケースとシリンダーとの間に備えられた熱交換室の内外部にそれぞれ配設され、前記シリンダー及び再生器と連結された熱交換器と、
   前記シリンダーの熱交換室側の外側面に形成されたフランジと、前記シリンダーの軸方向に前記フランジが載せられるケースのステップとの間に介在され、前記熱交換室の気密を保持させるパッキンと、を含めて構成されたことを特徴とする極低温冷凍機。
10. 前記パッキンには前記シリンダーのフランジと前記ケースのステップを結合するためのねじ部材が貫通する穴が形成されたことを特徴とする請求項９に記載の極低温冷凍機。

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