JP2005233461A

JP2005233461A - 冷却装置

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Publication number: JP2005233461A
Application number: JP2004040680A
Authority: JP
Inventors: Masaru Kishimoto; 勝岸本
Original assignee: SCINICS KK
Current assignee: SCINICS KK
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2005-09-02
Anticipated expiration: 2024-02-18
Also published as: JP4290031B2

Abstract

【課題】スターリングサイクル冷凍機のような内部に往復運動をする機構を備えた冷凍機を使用した冷却装置において、該冷凍機に起因する振動を伝達することなく、被冷却物を効率的に冷却する冷却装置を提案すること。
【解決手段】上端部に吸熱部５を有する冷凍機１と、該冷凍機１を懸架する懸架ユニット５０と、上記吸熱部５を包囲するように配置されて該吸熱部５との間に熱伝導流体を保持する熱伝導流体室７を形成する可撓性を有する壁体１０と、上記熱伝導流体室７を閉じるように配設されて該熱伝導流体室７内に保持されている上記熱伝導流体に接触する熱伝導部８ａを有する冷却ブロック８からなる冷却装置とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却装置に関するもので、特に、冷凍機から発生する振動を被冷却物に伝えることなく、被冷却物を効率よく冷却できる冷却装置に関するものである。
なお、本明細書では、冷凍機とは、例えばスターリングサイクルを用いて放熱部から熱を放出し、吸熱部で熱を吸収する冷凍装置の機関部を意味し、冷却装置とは、前記冷凍機、被冷却物収容部、冷凍機と被冷却物収容部の間の熱伝達部、筐体等を含む装置全体を意味する。

近年、スターリングサイクルを利用した冷凍機、即ちスターリングサイクル冷凍機が実用化されている。
このスターリングサイクル冷凍機の原理及び構造は、既に公知となっているため、ここではその説明は省略するが、例えばスターリングサイクル冷凍機の駆動機構の一例が、特許文献１に開示されている。また、スターリングサイクル冷凍機を用いた冷却装置が、例えば特許文献２乃至４等に開示されている。

ここで、図１５は、従来のスターリングサイクル冷凍機を用いた冷却装置の一例を示した概念的立面断面図である。
この冷凍装置においては、スターリングサイクル冷凍機１０１が、筐体１０２の内部で複数のバネ１０３によって懸架されている。
さらに詳しく説明すると、略円筒形のスターリングサイクル冷凍機１０１の外周上に、複数、例えば３組或いは４組の取り付け金具１０４が等間隔に設けられ、このそれぞれの金具１０４から斜め上方と斜め下方に向かって、上記バネ１０３が取り付けられ、それらのバネの他端が、筐体１０２の内面に固定されている。

そして、この冷凍機１０１の上端部に存在する吸熱部１０５は、ヒートパイプ１０６を介して被冷却部１０７に連結され、被冷却部１０７を冷却するように構成されている。この際、吸熱部１０５とヒートパイプ１０６は、グリース等を介して直接接触されているため、熱伝導効率は良好ではあるが、スターリングサイクル冷凍機１０１からの振動が、ヒートパイプ１０６及び被冷却部１０７に伝わり易いという問題がある。

特開２０００−３３７７２５号公報特開平８−２３３０２８号公報米国特許第５，８９５，０３３号公報特開２００３−２１４４８７号公報

上記したようなスターリングサイクルを利用した冷凍機は、小型でありながら急速に冷凍する能力を有するため、バイオ、生化学、遺伝子工学、医療、農芸化学、物性物理、光検出器の感度向上等の広範な分野での利用が期待される。即ち、小容量の試料を専用の容器に充填し、冷却しながら反応、保管、培養、凍結したり、顕微鏡下で観察等をしたりするのに適し、研究室、検査室で扱いに便利な卓上小型冷却装置としての利用が大いに期待できる。

しかしながら、上述したような従来の構造の冷却装置では、スターリングサイクル冷凍機のような内部に往復運動をする機構を備えた装置の振動を十分には吸収できず、上記した目的に使用するには不十分であった。即ち、例えば遠心分離して積層沈殿させた試料を、研究・検査目的で冷却しようとすると、冷凍機の振動が積層沈殿体の構造を乱し、研究・検査目的を達成することができない場合が生じる。

そこで、本発明は、スターリングサイクル冷凍機のような内部に往復運動をする機構を備えた冷凍機を使用した冷却装置において、該冷凍機に起因する振動を伝達することなく、被冷却物を効率的に冷却する冷却装置を提案することを課題とする。

上記した課題は、請求項１に記載の本発明に係る冷却装置により解決された。
即ち、上端部に吸熱部を有する冷凍機と、該冷凍機を懸架する懸架ユニットと、上記吸熱部を包囲するように配置されて該吸熱部との間に熱伝導流体を保持する熱伝導流体室を形成する可撓性を有する壁体と、上記熱伝導流体室を閉じるように配設されて該熱伝導流体室内に保持されている上記熱伝導流体に接触する熱伝導部を有する冷却ブロックからなる冷却装置によって解決された。

ここで、好ましい実施の形態では、上記壁体を、断面が半円又は三角の波型が一つ或いは複数個形成された蛇腹構造とする。また、上記冷却ブロックの熱伝導部を略円筒状とし、上記冷凍機の上記吸熱部を包囲するように配置し、上記熱伝導流体室を上記吸熱部側の内環部と上記壁体側の外環部に分けて構成する。そして、さらに好ましくは、上記内環部に第１の導管を連結し、上記外環部に第２の導管を連結し、そしてさらに、上記第１の導管を介して上記内環部と連結されているポンプと、上記第２の導管を介して上記外環部と連結されている外部冷却部を備える冷却装置とする。

また、好ましい実施の形態では、上記冷凍機を懸架する懸架ユニットを、下端に雄ネジが形成された複数のシャフトと、それぞれのシャフトの雄ネジと螺合する雌ネジが上面に形成された基底部材と、上記冷凍機の外周面に固定されて上記シャフトが貫通する貫通孔を有する中間部材と、上記シャフトが貫通している弾性部材であって上記中間部材の上記貫通孔の下側に装着された第１の弾性部材と、上記シャフトが貫通している弾性部材であって上記中間部材の上記貫通孔の上側に装着された第２の弾性部材と、上記第１の弾性部材の上記貫通孔と反対側の端部で該第１の弾性部材の端部を支える上記シャフトに固定された第１の支持部材と、上記第２の弾性部材の上記貫通孔と反対側の端部で該第２の弾性部材を支える上記シャフトに固定された第２の支持部材とを備えるものとする。

また、好ましい実施の形態では、上記冷凍機を、スターリングサイクルを用いて低温を発生させるスターリングサイクル冷凍機とする。

上記した本発明に係る冷却装置によれば、例えばスターリングサイクル冷凍機から発生する振動を被冷却物に伝えることなく、該被冷却物を急速に温度を降下させながら試験・検査を行うことが可能になる。例えば、遠心分離して積層させた試料の積層構造を壊すことなく、急速に温度を降下させることができる。
また、本発明に係る冷却装置によれば、液体窒素等を使わなくても、簡単に冷却できる安価な卓上小型冷却装置として実現することができる。
さらに、試験・検査目的に応じて、冷却ブロックを設計したり、交換したり、保守したりすることが容易である。

以下、上記した本発明に係る冷却装置の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、スターリングサイクル冷凍機を用いた本発明に係る冷却装置の概念的立面断面図である。
この冷却装置に使用されたスターリングサイクル冷凍機１は、下面に外部の電源部・制御部と接続するための配線群２を備え、上部の円筒形突起部分３の下部分に放熱部４を、上部分に吸熱部５を各々備えている。そして、放熱部４で放熱された熱は、放熱フィン６を介して外部に放熱される。吸熱部５は熱伝導流体室７を介して冷却ブロック８に熱的に結合され、冷却ブロック８に装着された試料を冷却する。スターリングサイクル冷凍機１の内部には、鉛直方向で往復運動をするピストン（図示せず）等の機構があり、該スターリングサイクル冷凍機１は、主として鉛直方向に振動する。

図２は、上記スターリングサイクル冷凍機１の吸熱部５と冷却ブロック８との熱的結合部の一実施の形態を詳細に示した概念的拡大断面図である。
この実施の形態においては、冷凍機１の円筒状突起部３の端部に存在する上記吸熱部５の周りに、熱伝導流体室７を形成するように壁体１０が取り囲んでいる。

上記壁体１０は、ゴム等の可撓性を有する材料で作られ、断面が一つの半円形である蛇腹状に形成されている。また、この壁体１０は、下部において上記円筒状突起部３と２連のＯリング状部分１０ａにより液密に密接している。

また、上記壁体１０は、僅かな間隙をあけて保温材１１の中に収容され、該保温材１１の下部には発泡ゴム断熱材１２が設けられ、これらが冷凍機１の放熱部４と上記吸熱部５とを熱的に遮断している。また、上記壁体１０の上部は、箱型収納部１０ｂに形成され、上記壁体１０の上記熱伝導流体室７の上縁部分で、上記箱型収納部１０ｂの底面が熱伝導流体室７の上方にせり出すように唇状部分１０ｃを形成している。

上記箱型収納部１０ｂには、排水用ホース１３が接続されている。この排水用ホース１３は、図１に示したように配管１４に接続する手前でＵ字状に折曲され、常時液溜まり１３ａが形成されるように配管１４に接続されている。これにより、温度差の有る外気が装置内に進入するのを阻止し、また冷却ブロック８に外気が触れて結露が生じるのを防止している。

上記壁体１０で取り囲まれた熱伝導流体室７の中に、冷却ブロック８の円筒状の熱伝導部８ａが上から差し込まれている。この際、この円筒状の熱伝導部８ａの外周と上記唇状部分１０ｃは液密に密接し、熱伝導流体室７を密封する。また、冷却ブロック８の本体部８ｂは、上記箱型収納部１０ｂに収納される。

この実施の形態では、上記冷却ブロック８の本体部８ｂに、被冷却物収容部８ｃが一体的に形成されている。また、熱伝導流体を注入するための熱伝導流体注入孔８ｄと、その背後に空気抜き孔８ｅが設けられている。また、冷却ブロック８の円筒状の熱伝導部８ａには、複数の熱伝導流体用導孔８ｆが設けられている。上記熱伝導流体室７は、下部はＯリング状部分１０ａで液密に封止され、上部は上記唇状部分１０ｃで液密に封止された閉鎖空間となっている。

熱伝導流体は、上記熱伝導流体注入孔８ｄを介して上記閉鎖空間である熱伝導流体室７に注入され、該熱伝導流体室７を満たす。その後、必要に応じて、上記熱伝導流体注入孔８ｄを介して熱伝導流体が補充され、不使用時は、ゴム栓などで閉じられる。
熱伝導流体としては、熱伝導度が高く、液状で低温でも凍結しない物質、例えば、シリコンオイル、エチレングリコール、或いは流動性のある粘度の小さいグリースなどを採用することができる。

冷凍機１が作動すると、放熱部４から放熱フィン６を介して熱が放出され、吸熱部５で吸熱する。これにより熱伝導流体室７の中の熱伝導流体が冷却され、熱伝導流体の対流・熱伝導等により冷却ブロック８の熱伝導部８ａが急速に冷却され、これに伴い冷却ブロック８の本体部８ｂも冷却される。上記冷却ブロック８の熱伝導部８ａに設けられた熱伝導流体用導孔８ｆは、この熱伝導流体の対流を促進させる作用を果たす。

この際、冷凍機１が振動しても、該冷凍機１と冷却ブロック８は直接には接触せず、熱伝導流体を介して熱的接触をしているだけであるため、その振動は冷却ブロック８には伝わらない。即ち、熱伝導流体室７を形成している上記可撓性を有する壁体１０の変形が、その振動を吸収する。
特に、冷凍機１の懸架ユニット５０として、後に詳述する構成を採用すると、冷凍機１の円筒状突起部３の振動をその円筒の軸方向に規制できると共に、その振動を大きく抑えることができるため、冷凍機１からの残余の振動は、壁体１０の蛇腹等の変形によりほぼ完全に吸収することができる。

図２の実施の形態では、上記冷却ブロック８の本体部８ｂに、被冷却物収容部８ｃが一体的に形成され、該収容部８ｃに試料が入れられた容器、例えばマイクロプレート１５が挿着され、試料が冷却される。
この場合、冷却ブロック８に直接試料を入れた容器を挿着できるため、熱伝導効率が良いという利点がある。冷却する試料収納容器を変更した場合には、現在使用している冷却ブロック８を熱伝導流体室７から抜き出し、その容器が挿着できる収容部８ｃが形成された他の冷却ブロック８を、熱伝導流体室７に嵌め込むことにより対処すればよい。

図３の実施の形態は、上記冷却ブロック８の本体部８ｂを平板とし、該平板状の本体部８ｂ上に、種々の形状の被冷却物収容部８ｃが形成されたブロック１６を載置し得る構造としたものである。また、図４は、シャーレ１７等の容器を冷却ブロック８の本体部８ｂ上に載置した状態を示した図である。
この実施の形態の場合、上記被冷却物収容部８ｃが形成されたブロック１６は、試験目的・検査目的に応じて適切なデザインで実現することができ、試験目的・検査目的に応じてブロック１６を自由に交換できるという利点がある。

上記したいずれの冷却ブロック８の実施の形態においても、冷却ブロック８の内部にヒータ１８を配設することにより、冷凍機１による冷却と、ヒータ１８による加熱を組み合わせて、冷却ブロック８を所定の温度に制御することも可能である。

図５は、冷却ブロック８の更に他の実施の形態を示した概念的拡大断面図である。
この実施の形態に係る冷却ブロック８は、円筒形の外筒８ｇと、その外筒８ｇの中に配置された円筒形の内筒８ｈを備え、その両者が上記した熱伝導流体と接触している熱伝導部８ａを構成している。そして、内筒８ｈには第１の導管１９ａが接続され、外筒８ｇには第２の導管１９ｂが接続されている。

冷凍機１の円筒形突起部３は、上記冷却ブロック８の内筒８ｈの内部に挿入され、上記壁体１０のＯリング状部分１０ａが、冷凍機１の円筒形突起部３の外周に液密に密着し、また、冷却ブロック８の外筒８ｇの下端が壁体１０に圧接すると共に、外筒８ｇの外周に壁体１０の唇状部分１０ｃが液密に密接し、熱伝導流体室７は閉鎖空間とされる。

そして、熱伝導流体室７の内部は、上記円筒形突起部３と内筒８ｈに囲まれた内環部７ａと、上記内筒８ｈと上記外筒８ｇに囲まれた外環部７ｂに分かれる。なお、内環部７ａと外環部７ｂは、上記内筒８ｈの下端で互いに導通している。

内筒８ｈには第１の導管１９ａが接続され、外筒８ｇには第２の導管１９ｂが接続されているので、内環部７ａは第１の導管１９ａに連通し、外環部７ｂは第２の導管１９ｂに連通している。したがって、第１の導管１９ａを介して内環部７ａに液を送ると、内環部７ａと接触している吸熱部５でその液の温度が下がり、導通している外環部７ｂを経由して第２の導管１９ｂに至る。そのため、第１の導管１９ａと第２の導管１９ｂを図示しない外部冷却部に連結することにより、その外部冷却部に入れた試料の温度を下げることができる。この場合、この冷却装置と外部冷却部とを離すことができるので、さらに振動の遮断を確実にすることができる。

図６は、上記図５に示した冷却ブロック８の構造を利用し、冷却恒温水循環機として実現した装置の概念的立面断面図である。
この装置においては、ポンプ２０から上記第１の導管１９ａを介して水が内環部７ａに送られ、そこで吸熱される。その水は内環部７ａから外環部７ｂを通り、第２の導管１９ｂを介して加熱タンク２１に送られる。そして、温度センサ２２とヒータ２３等により所定の温度にされ、送水口２４から外部に送られ、吸水口２５に還流してきた水は、再びポンプ２０に戻る。

このような構造の冷却恒温水循環機は、レーザー光源の冷却、光学関係の測定試料の冷却、顕微鏡ステージの冷却、コンピューターのＣＰＵの冷却などの幅広い用途が期待できる。

図７は、上記熱伝導流体室７を形成する壁体１０の、他の種々の実施の形態を示した図であり、（ａ）は壁体１０がテーパーを持つ円錐状に形成された例、（ｂ）は円柱状に形成された例、（ｃ）は断面が三角形の二つの波型を持つ蛇腹状に形成された例である。
壁体１０の形状は、これらの例に限られず、冷凍機１の振動を変形することにより効率的に吸収し得る形状及び構造であれば良いが、断面が半円又は三角の波型が一つ或いは複数個形成された蛇腹構造とすることが、振動を吸収し易く、また膨らんだ部分に熱伝導流体の貯蔵機能を持たせることができるために好ましい。

更に、図８は、上記熱伝導流体室７を形成する壁体１０、及び冷却ブロック８の更に他の実施の形態を示した概念的な要部拡大断面図である。
この実施の形態においては、冷凍機１の円筒形突起部３の吸熱部５を取り囲む熱伝導流体室７が形成されるように、壁体１０と冷却ブロック８が上記円筒形突起部３を取り囲んでいる。

この場合、壁体１０は下部の直径の小さい円筒形部分であるＯリング状部分１０ａと、上部の直径が大きい部分である冷却ブロック把持部１０ｄ、及び上記Ｏリング状部分１０ａと上記冷却ブロック把持部１０ｄを結合する平面上の弾性変形部１０ｅからなる。即ち、壁体１０の断面は、クランク状になっている。

そして、この実施の形態に係る冷却ブロック８は、上記図５に示した実施の形態に係る冷却ブロック８と同様に、円筒形の外筒８ｇと、その外筒８ｇの中に配置された円筒形の内筒８ｈを備え、内筒８ｈには第１の導管１９ａが接続され、外筒８ｇには第２の導管１９ｂが接続されている。

冷凍機１の円筒形突起部３は上記内筒８ｈの内部に挿入され、そして壁体１０の上記Ｏリング状部分１０ａは、冷凍機１の円筒形突起部３の外周に液密に密着し、また上記冷却ブロック把持部１０ｄは、冷却ブロック８の外筒８ｇの下部端部の外周部に液密に密着している。中間の弾性変形部１０ｅは、熱伝導流体を保持すると共に、冷凍機１からの振動を吸収し、冷却ブロック８に振動を伝えない機能を有している。

このように構成されている図８の実施の形態に係る装置においても、図５に示した装置と同様に、第１の導管１９ａを介して内環部７ａに液を送ると、内環部７ａと接触している吸熱部５でその液の温度が下がり、導通している外環部７ｂを経由して第２の導管１９ｂに至る。そのため、第１の導管１９ａと第２の導管１９ｂを図示しない外部冷却部に連結することにより、その外部冷却部に入れた試料の温度を下げることができ、また、図９に示したように、ポンプ２０、加熱タンク２１、ヒータ２３等と連結することにより、図６に示した装置と同様に、冷却恒温水循環機を構成することができる。

以上、詳述したような冷凍機１の吸熱部５と冷却ブロック８との熱的結合とすることにより、冷凍機１が振動しても、該冷凍機１と冷却ブロック８は直接には接触せず、可撓性を有する壁体１０により形成された熱伝導流体室７内に保持された熱伝導流体を介して熱的接触をしているだけであるため、その振動は冷却ブロック８には伝わらず、被冷却物を振動させることはなく、該被冷却物を急速に温度を降下させながら試験・検査を行うことが可能になる。そのため、例えば、遠心分離して積層させた試料の積層構造を壊すことなく、急速に温度を降下させることができる卓上小型冷却装置として実現することが可能となる。

次に、上記スターリングサイクル冷凍機１を、装置の躯体に安定的に支持する懸架ユニット５０の好ましい実施の形態を説明する。

先ず、図１に示したように、上記冷凍機１を下方から支持する基底部材３０には、鉛直方向に向けて複数の雌ネジ３１が設けられている。この実施の形態では、冷凍機１の外周の基底部材３０への投影に沿った円周上に、等間隔で三つの貫通雌ネジ３１が設けられている。そして、これらの雌ネジ３１の下部分を用いて、上記基底部材３０は、筐体３２に固定ネジ３３により水平に固定されている。

上記スターリングサイクル冷凍機１の下面に設けられた配線群２の一部は、上記基底部材３０の中央部に設けられた凹部の中に収納されている。
なお、上記基底部材３０を円環状に形成し、その中央の空間に上記配線群２の一部を収納するように形成することも可能である。

上記基底部材３０の雌ネジ３１の上部分には、それぞれシャフト３４が螺合している。雌ネジ３１は、それぞれに螺合したシャフト３４が鉛直方向、即ち上記スターリングサイクル冷凍機１の図示していないピストン等の往復運動機構の運動方向と平行になるように、上記基底部材３０に形成されている。

上記各々のシャフト３４には、図１０或いは図１１に示すように、一方の端部である下端に上記基底部材３０の雌ネジ３１に螺合する第１の雄ネジ３５ａが形成され、他方の端部である上部端面に取り付き部分３６としての溝が形成されている。そして、図示しないマイナスドライバを上記取り付き部分３６に差し込み、それを回すことにより各シャフト３４を上記基底部材３０の雌ネジ３１と螺合させことができる。そして、上記第１の雄ネジ３５ａに螺合された固定ナット３７を基底部材３０の方向に締めつけることにより、シャフト３４をしっかりと基底部材３０に固定することができる。

また、図１０に示すシャフト３４の実施の形態では、各シャフト３４に第１の止め輪溝３８ａと第２の止め輪溝３８ｂが形成されている。そして、第１の止め輪溝３８ａに第１の支持部材３９ａとしてのＥ形止め輪が装着され、その上に第１の弾性部材４０ａとしての圧縮バネが載置されている。

一方、図１１に示すシャフト３４の他の実施の形態では、各シャフト３４に第１の止め輪溝３８ａと第２の雄ネジ３５ｂが形成されている。そして、第１の止め輪溝３８ａに上記と同様に第１の支持部材３９ａとしてのＥ形止め輪が装着され、その上に第１の弾性部材４０ａとしての圧縮バネが載置されている。また、上記第２の雄ネジ３５ｂには、第２の支持部材３９ｂとしてのダブルナットが装着されている。

図１２は、中間部材４１の一実施の形態を示した斜視図である。
この中間部材４１は、細長い平板の両端の近傍を直角に曲げることによって形成されたコ字状部材である。そして、コ字の下辺に対応する下部分４１ａとコ字の上辺に対応する上部分４１ｂに、それぞれ上記シャフト３４を貫通させるための第１と第２の貫通孔４１ｃ，４１ｄがそれぞれ形成されている。また、コ字の縦辺に対応する中央部分４１ｅには、スターリングサイクル冷凍機１をネジで固定するための貫通孔４１ｆが設けれられている。

一方、図１３は、中間部材４１の他の実施の形態を示した斜視図である。
この中間部材４１は、スターリングサイクル冷凍機１の外周を取り囲む略円筒状の中央部分４１ｅと、該略円筒状の中央部分４１ｅの下端と上端に該円筒の軸に対して垂直にそれぞれ設けたフランジである下部分４１ａと上部分４１ｂで形成されたボビン状部材である。そして、上記下部分４１ａと上部分４１ｂに、上記シャフト３４を貫通させるための第１と第２の貫通孔４１ｃ、４１ｄが、それぞれ１２０°の等間隔で形成されている。

そして、図１２或いは図１３に示した中間部材４１の上下の貫通孔４１ｃ、４１ｄには、それぞれ軸受けブッシュ４２が差し込まれ、図１に示すように、その軸受けブッシュ４２を上記シャフト３４が貫通している。上記軸受けブッシュ４２は自己潤滑樹脂で成形されており、上記シャフト３４との間の摩擦抵抗を小さくする機能を有する。

図１０に示したシャフト３４の実施の形態においては、上記中間部材４１の下部分４１ａの上部と、上記第２の支持部材３９ｂとしてのＥ形留め輪との間に第２の弾性部材４０ｂとして圧縮バネが装着されている。この結果、中間部材４１の上記下部分４１ａは、下方からは第１の支持部材３９ａであるＥ形留め輪で支持された第１の弾性部材４０ａにより上方向に弾性的に押圧され、上方からは第２の支持部材３９ｂであるＥ形留め輪で支持された第２の弾性部材４０ｂにより下方向に弾性的に押圧されている。

したがって、静止状態では、上記中間部材４１の位置は、上記第１と第２の弾性部材４０ａ，４０ｂの弾性的平衡により定まる。この平衡位置は、上記シャフト３４の取り付き部分３６である端面の溝にマイナスドライバを差し込み、該シャフト３４をその軸の周りで回し、上記基底部材３０の雌ネジ３１へのネジ込み量を調整することにより調節することができる。

一方、図１１に示したシャフト３４の実施の形態においては、上記中間部材４１の下部分４１ａの上部と、上記第２の支持部材３９ｂとしてのダブルナットとの間に第２の弾性部材４０ｂとして圧縮バネが装着されている。この結果、上記中間部材４１の下部分４１ａは、上記と同じく下方からは第１の支持部材３９ａであるＥ形留め輪で支持された第１の弾性部材４０ａにより上方向に弾性的に押圧され、上方からは第２の支持部材３９ｂであるダブルナットで支持された第２の弾性部材４０ｂにより下方向に弾性的に押圧されている。

したがって、静止状態では、上記中間部材４１の位置は、上記第１と第２の弾性部材４０ａと４０ｂの弾性的平衡により定まる。この平衡位置は、上記シャフト３４の取り付き部分３６である端面の溝にマイナスドライバを差し込み、該シャフト３４をその軸の周りで回し、上記基底部材３０の雌ネジ３１へのネジ込み量を調整することにより調節することができる。また、この実施の形態では、第２の支持部材３９ｂがダブルナットで形成されているため、そのダブルナットの位置を移動させることにより第１と第２の弾性部材４０ａ，４０ｂの弾性定数を変化させることができ、個々の構成要素のバラツキに対応した微調整が可能となる。弾性定数及び平衡位置を所望のものに調整した後、第２の支持部材３９ｂであるダブルナット、及びシャフトの固定ナット３３を締め付け、その位置を固定する。

図１２に示したコ字状部材である中間部材４１を用いた場合は、この中間部材４１の中央部分４１ｅの貫通孔４１ｆを貫通する固定用ネジ９を用いて、スターリングサイクル冷凍機１の外周側面に複数、この実施の形態においては３つの中間部材４１が１２０°の等間隔で固定される。

一方、図１３に示したボビン状部材である中間部材４１を用いた場合は、この中間部材４１の略円筒状の中央部分４１ｅと、スターリングサイクル冷凍機１の外周側面とがスポット溶接されて固定される。図１４に、スポット溶接の箇所の例をＸで示す。このようにスターリングサイクル冷凍機１を覆う状態で中間部材４１をスポット溶接することにより、防音効果と補強の効果も得られる。

上記のように構成された懸架ユニット５０は、図１に示すように、スターリングサイクル冷凍機１を、基底部材３０、複数のシャフト３４、それぞれのシャフト３４に装着された第１と第２の弾性部材４０ａ，４０ｂ及び中間部材４１を介して、宙吊り状態で保持する。

そして、各シャフト３４は、スターリングサイクル冷凍機１の往復運動機構等の振動源の振動方向とほぼ平行になるように配設され、中間部材４１は、上記シャフト３４に沿って第１と第２の弾性部材４０ａ，４０ｂによって弾性的に支持され、スターリングサイクル冷凍機１は上記中間部材４１により保持されているため、スターリングサイクル冷凍機１の振動は、上記シャフト３４の方向だけに規制される。

そしてさらに、第１と第２の弾性部材４０ａ，４０ｂの弾性定数等を適切に設定することにより、第１と第２の弾性部材４０ａ，４０ｂ及びスターリングサイクル冷凍機１からなる振動系の固有振動数を、スターリングサイクル冷凍機１の内部の振動源の振動数から外すことができる。即ち、図１０に示したシャフト３４の実施の形態の場合には、第１と第２の弾性部材４０ａ，４０ｂの素材の弾性率、密度、及び第１と第２の止め輪溝３８ａ，３８ｂの位置を予め適切な値に設定しておくことによりこれを達成できる。また、図１１に示したシャフト３４の実施の形態の場合は、上記に加えて、シャフト３４に形成された第２の雄ネジ３５ｂに螺合するダブルナットである第２の支持部材３９ｂの位置を調整することにより、さらに第１と第２の弾性部材４０ａ，４０ｂの弾性定数を微妙に調整することができる。

このように、弾性率等を適切に設定すると、共振が避けられ、スターリングサイクル冷凍機１の内部の振動源からの振動は吸収されることとなる。また、スターリングサイクル冷凍機１の懸架位置は、シャフト３４の取り付き部分３６である端面の溝にマイナスドライバを差し込み、該シャフト３４をその軸の周りで回し、基底部材３０の雌ネジ３１へのネジ込み量を調整することにより、容易に調節することができる。

以上、本発明に係る冷却装置の実施の形態を説明したが、本発明は、何ら既述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の技術的思想の範囲内において、種々の変形及び変更が可能であることは当然である。

スターリングサイクル冷凍機を用いた本発明に係る冷却装置の概念的立面断面図である。スターリングサイクル冷凍機の吸熱部と冷却ブロックとの熱的結合部の一実施の形態を詳細に示した概念的拡大断面図である。冷却ブロックの他の実施の形態を示した概念的断面図である。冷却ブロックの更に他の実施の形態を示した概念的断面図である。スターリングサイクル冷凍機の吸熱部と冷却ブロックとの熱的結合部の他の実施の形態を詳細に示した概念的拡大断面図である。図５に示した吸熱部と冷却ブロックとの熱的結合部の構造を利用して冷却恒温水循環機として実現した実施の形態を示した概念的立面断面図である。壁体の他の種々の実施の形態を示した概念的断面図である。スターリングサイクル冷凍機の吸熱部と冷却ブロックとの熱的結合部の更に他の実施の形態を示した概念的拡大断面図である。図８に示した吸熱部と冷却ブロックとの熱的結合部の構造を利用して冷却恒温水循環機として実現した実施の形態を示した概念的立面断面図である。懸架ユニットの要部の一実施の形態を示した分解立面図である。懸架ユニットの要部の他の実施の形態を示した分解立面図である。中間部材の一実施の形態を示した斜視図である。中間部材の他の実施の形態を示した斜視図である。図１３に示した中間部材とスターリングサイクル冷凍機のスポット溶接箇所の例を示した概念図である。スターリングサイクル冷凍機を用いた従来技術の冷却装置の概念的立面断面図である。

符号の説明

１：スターリングサイクル冷凍機（被懸架体）、２：配線群、３：円筒形突起部、４：放熱部、５：吸熱部、６：放熱フィン、７：熱伝導流体室、７ａ：内環部、７ｂ：外環部、８：冷却ブロック、８ａ：熱伝導部、８ｂ：本体部、８ｃ：被冷却物収容部、８ｄ：熱伝導流体注入孔、８ｅ：空気抜き孔、８ｆ：熱伝導流体用導孔、８ｇ：外筒、８ｈ：内筒、９：固定ネジ、１０：壁体、１０ａ：Ｏリング状部分、１０ｂ：箱型収納部、１０ｃ：唇状部分、１０ｄ：冷却ブロック把持部、１０ｅ：弾性変形部、１１：保温材、１２：発泡ゴム断熱材、１３：排水用ホース、１３ａ：液溜まり、１４：配管、１５：マイクロプレート、１６：ブロック、１７：シャーレ、１８：ヒータ、１９ａ：第１の導管、１９ｂ：第２の導管、２０：ポンプ、２１：加熱タンク、２２：温度センサ、２３：ヒータ、２４：送水口、２５：吸水口、３０：基底部材、３１：雌ネジ、３２：筐体、３３：固定ネジ、３４：シャフト、３５ａ：第１の雄ネジ、３５ｂ：第２の雄ネジ、３６：取り付き部分（溝）、３７：固定ナット、３８ａ：第１の止め輪溝、３８ｂ：第２の止め輪溝、３９ａ：第１の支持部材、３９ｂ：第２の支持部材、４０ａ：第１の弾性部材、４０ｂ：第２の弾性部材、４１：中間部材、４１ａ：上部分、４１ｂ：下部分、４１ｃ：第１の貫通孔、４１ｄ：第２の貫通孔、４１ｅ：貫通孔、４２：ブッシュ、５０：懸架ユニット

Claims

上端部に吸熱部を有する冷凍機と、該冷凍機を懸架する懸架ユニットと、上記吸熱部を包囲するように配置されて該吸熱部との間に熱伝導流体を保持する熱伝導流体室を形成する可撓性を有する壁体と、上記熱伝導流体室を閉じるように配設されて該熱伝導流体室内に保持されている上記熱伝導流体に接触する熱伝導部を有する冷却ブロックからなることを特徴とする、冷却装置。
上記壁体が、断面が半円又は三角の波型が一つ或いは複数個形成された蛇腹構造であることを特徴とする、請求項１に記載の冷却装置。
上記冷却ブロックの熱伝導部が略円筒状で、上記冷凍機の上記吸熱部を包囲するように配置され、上記熱伝導流体室を上記吸熱部側の内環部と上記壁体側の外環部に分けていることを特徴とする、請求項１、又は２に記載の冷却装置。
上記内環部と連結されている第１の導管と、上記外環部と連結されている第２の導管を備えることを特徴とする、請求項３記載の冷却装置。
上記第１の導管を介して上記内環部と連結されているポンプと、上記第２の導管を介して上記外環部と連結されている外部冷却部を備えることを特徴とする、請求項５記載の冷却装置。
上記懸架ユニットが、下端に雄ネジが形成された複数のシャフトと、それぞれのシャフトの雄ネジと螺合する雌ネジが上面に形成された基底部材と、上記冷凍機の外周面に固定されて上記シャフトが貫通する貫通孔を有する中間部材と、上記シャフトが貫通している弾性部材であって上記中間部材の上記貫通孔の下側に装着された第１の弾性部材と、上記シャフトが貫通している弾性部材であって上記中間部材の上記貫通孔の上側に装着された第２の弾性部材と、上記第１の弾性部材の上記貫通孔と反対側の端部で該第１の弾性部材の端部を支える上記シャフトに固定された第１の支持部材と、上記第２の弾性部材の上記貫通孔と反対側の端部で該第２の弾性部材を支える上記シャフトに固定された第２の支持部材とを備えることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の冷却装置。
上記冷凍機が、スターリングサイクルを利用した冷凍機であることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の冷却装置。