JP2012193926A

JP2012193926A - 極低温冷凍機

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Publication number: JP2012193926A
Application number: JP2011059876A
Authority: JP
Inventors: Yoji Mizuno; 陽治水野
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2012-10-11
Also published as: CN102679608A; TW201239299A; KR20120106581A; CN102679608B; TWI460386B; US20120234023A1; KR101333054B1

Abstract

【課題】超伝導電磁石の冷却に適した極低温冷凍機を提供すること。
【解決手段】超伝導磁石の冷却に用いられる極低温冷凍機１は、スコッチヨーク８におけるクランクピン軸受２８であり、円筒形状の非磁性樹脂材料で構成され、モータ６の出力軸２４に偏心して取り付けられるクランクピン２５を円周方向に摺動可能に支持する円筒内壁と、スコッチヨーク８における窓部３４の内壁と接触する円筒外壁とを有するクランクピン軸受２８を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、極低温冷凍機に関し、特に、超伝導磁石の冷却に用いられる極低温冷凍機に関する。

従来、モータの回転運動を直線往復運動に変換するスコッチヨークを備えたＧＭ（Gifford McMahon）冷凍機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

このＧＭ冷凍機は、主に、圧縮機、蓄冷器、膨張機、及び切換弁で構成され、圧縮機で圧縮された冷媒ガスを切換弁及び蓄冷器を介して膨張機に供給し、蓄冷機で冷却された冷媒ガスを膨張機で膨張させることによって極低温を実現する。

膨張機は、主に、シリンダ、及びそのシリンダ内を往復動するディスプレーサで構成され、ディスプレーサは、スコッチヨークを介してシリンダ内を往復動させられる。

スコッチヨークは、主に、上下に突出する二つの軸を備えた平板部と、その平板部に形成された角丸長方形の窓部内に転動可能に配置されるクランクピン軸受とから構成される。そして、クランクピン軸受は、モータの出力軸に偏心して取り付けられるクランクピンを円周方向に摺動可能に支持するよう構成される。

特開平６−３００３７８号公報

しかしながら、クランクピン軸受は、通常、硬さに優れた鉄で形成されている。そのような強磁性体である鉄で形成されるクランクピン軸受を含むＧＭ冷凍機を、強磁場を発生させる超伝導電磁石の冷却に用いると、ＧＭ冷凍機の配置によっては超伝導磁石からの外力を受けるため、クランクピン軸受が偏摩耗するおそれがある。

上述の点に鑑み、本発明は、超伝導電磁石の冷却に適した極低温冷凍機を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係る極低温冷凍機は、超伝導磁石の冷却に用いられる極低温冷凍機であって、スコッチヨークにおけるクランクピン軸受であり、円筒形状の非磁性樹脂材料で形成され、モータの出力軸に偏心して取り付けられるクランクピンを円周方向に摺動可能に支持する円筒内壁と、該スコッチヨークにおける窓部の内壁と接触する円筒外壁とを有するクランクピン軸受を備えることを特徴とする。

上述の手段により、本発明は、超伝導電磁石の冷却に適した極低温冷凍機を提供することができる。

本発明の実施例に係る極低温冷凍機の構成例を示す断面図である。ハウジング内のクランク部材、スコッチヨーク、及びロータリーバルブの分解斜視図である。ロータリーバルブの分解斜視図である。バルブプレートとバルブ本体との間の相対関係を示す図である。クランクピン軸受の詳細図（その１）である。クランクピン軸受の詳細図（その２）である。クランクピン軸受の円筒内壁部の幅と円筒外壁部の幅との間の関係を示す図である。クランクピン軸受の詳細図（その３）である。クランクピン軸受の詳細図（その４）である。

図１は、本発明の実施例に係る極低温冷凍機の構成例を示す断面図であり、極低温冷凍機１は、例えば、ＧＭ冷凍機であって、主に、圧縮機２及び冷凍機３を含む。

圧縮機２は、冷媒ガス（ヘリウムガス）をその低圧側２Ａから吸い込み、冷媒ガスの圧力を高めて高圧側２Ｂに排出し冷凍機３に供給する。

冷凍機３は、ハウジング４、シリンダ５、モータ６、クランク部材７、スコッチヨーク８、ロータリーバルブ９、ディスプレーサ１０、第一冷却ステージ１１、及び第二冷却ステージ１２で構成される。

ハウジング４は、圧縮機２の高圧側２Ｂに接続される冷媒ガス導入口１３と、圧縮機２の低圧側２Ａに接続される冷媒ガス導出口１４とを有する。

シリンダ５は、図で示されるように、二段式のディスプレーサ１０を上下方向に往復摺動可能に収容し、その摺動部分にはシールが配置される。

モータ６は、例えば電動モータであって、クランク部材７に連結される出力軸２４を有する。

ここで、図２及び図３を参照しながら、ハウジング４内のクランク部材７、スコッチヨーク８、及びロータリーバルブ９の詳細について説明する。なお、図２は、ハウジング４内のクランク部材７、スコッチヨーク８、及びロータリーバルブ９の分解斜視図であり、図３は、ロータリーバルブ９の分解斜視図である。

クランク部材７は、キー接続によりモータ６の出力軸２４に連結され、モータ６の出力軸２４から偏心して配置されその出力軸２４に平行に延びるクランクピン２５を有する。

スコッチヨーク８は、横長の平板部２６、上方軸２７Ｕ、下方軸２７Ｄ、及びクランクピン軸受２８を有し、下方軸２７Ｄをディスプレーサ１０の上部に固定し、横長の平板部２６に角丸長方形の窓部３４を形成してその内側に円筒形状のクランクピン軸受２８を転動可能に配置する。

また、スコッチヨーク８は、クランクピン軸受２８の内壁にクランクピン２５を摺動可能に受け入れる。

また、スコッチヨーク８は、回転止めのピン（図示せず）により上方軸２７Ｕ及び下方軸２７Ｄ周りの回転が規制され、シール材を兼ねる一対の滑り軸受３５Ｕ、３５Ｄ（図１参照。）のそれぞれによって上方軸２７Ｕ、下方軸２７Ｄが支持され、上下方向に往復動可能となるように構成される。

このようにして、スコッチヨーク８は、クランク部材７の回転運動をディスプレーサ１０の上下往復運動に変換する。

なお、クランクピン軸受２８は、好適には、非磁性樹脂材料で形成されるものとする。

ロータリーバルブ９は、バルブプレート２９、バルブ本体３０、圧縮スプリング３１、及び固定ピン３２を有し、バルブプレート２９に形成されたクランクピン係合孔３３にクランクピン２５を受け入れる。

バルブプレート２９は、クランク部材７側に位置する低圧側面２９Ａと、低圧側面２９Ａの反対側にあるバルブ本体３０に面する高圧側面２９Ｂとを有する。

また、バルブプレート２９は、低圧側面２９Ａと高圧側面２９Ｂとを連通する軸方向の円弧状貫通孔２９Ｃと、高圧側面２９Ｂの面に形成される径方向長溝２９Ｄとを有する。

バルブ本体３０は、高圧側面２９Ｂに密着して接触する第一側面３０Ａと、第一側面３０Ａの反対側にあり圧縮機２の高圧側２Ｂから冷媒ガスを受ける第二側面３０Ｂとを有する。

また、バルブ本体３０は、第一側面３０Ａと第二側面３０Ｂとを連通する中心貫通孔３０Ｃと、第一側面３０Ａに形成される円弧状溝３０Ｄと、円弧状溝３０Ｄに連通してバルブ本体３０の外周面に開口する連通用矩形孔３０Ｅと、固定ピン３２を挿入する固定用孔３０Ｆとを有する。

なお、連通用矩形孔３０Ｅは、ハウジング４のガス流路３６（図１参照。）を介してディスプレーサ１０の第一空間１７と連通する。

図４は、バルブプレート２９とバルブ本体３０との当接面（高圧側面２９Ｂ及び第一側面３０Ａ）をバルブ本体３０側から見た図である。

図４で示されるように、円弧状貫通孔２９Ｃは、バルブプレート２９の中心から中心貫通孔３０Ｃと円弧状溝３０Ｄとの間の距離に等しい半径の位置にある丸孔を、同一半径の円周上に所定の円周角度分だけ広げた形状を有する。

バルブプレート２９における小判型の形状を有する径方向長溝２９Ｄは、バルブプレート２９の中心から中心貫通孔３０Ｃと円弧状溝３０Ｄとの間の距離に等しい長さを有する。

また、バルブ本体３０における円弧状溝３０Ｄの形状は、円弧状貫通孔２９Ｃと同様に、バルブ本体３０の中心から中心貫通孔３０Ｃと円弧状溝３０Ｄとの間の距離に等しい半径の位置にある丸孔を、同一半径の円周上に所定の円周角度分だけ広げた形状を有する。

このように、バルブプレート２９は、その中心軸をバルブ本体３０の中心軸と一致させ、高圧側面２９Ｂを第一側面３０Ａに接触させながら摺動回転し、中心貫通孔３０Ｃと径方向長溝２９Ｄとを常に連通状態とする。

また、バルブプレート２９は、径方向長溝２９Ｄが円弧状溝３０Ｄと連通しているときを吸気弁「開」及び排気弁「閉」の状態とし、円弧状貫通孔２９Ｃが円弧状溝３０Ｄと連通しているときを吸気弁「閉」及び排気弁「開」の状態とする。

なお、バルブプレート２９は、ベアリング３７（図１参照。）により、回転可能且つ軸方向に移動不能に支持される。また、バルブ本体３０は、固定ピン３２により、ハウジング４に対して回転不能となり、且つバルブプレート２９に対して摺動するように固定される。

圧縮スプリング３１は、バルブ本体３０の偏りを防止するための部材であり、バルブ本体３０をバルブプレート２９に押し付けるようにする。

ここで、再び図１を参照しながら、極低温冷凍機１における冷凍機３の構成要素の説明を継続する。

ディスプレーサ１０は、第一蓄冷材１５及び第二蓄冷材１６を内蔵し、シリンダ５との間に第一空間１７（室温空間）、第二空間１８（第一膨張空間）、及び第三空間１９（第二膨張空間）を形成し、第一連通孔２０、第二連通孔２１、第三連通孔２２、及び第四連通孔２３を介して三つの空間のそれぞれを連通可能にする。

ディスプレーサ１０が上昇すると、第一空間１７はその容積を減少させ、反対に、第二空間１８及び第三空間１９はその容積を増大させる。

第一冷却ステージ１１及び第二冷却ステージ１２は、シリンダ５から外側に延びるフランジによって構成され、シリンダ５内で発生する冷熱を冷却対象物に対して熱伝導可能に配置される。

ここで、極低温冷凍機１の通常の冷却モード運転について説明する。

圧縮機２の高圧側２Ｂから出た高圧のヘリウムガスは、冷媒ガス導入口１３を通じてハウジング４内に導かれる。その際、高圧のヘリウムガスは、圧縮スプリング３１とともにバルブ本体３０をバルブプレート２９に押し付ける。

ヘリウムガスの大部分は、バルブ本体３０の中心貫通孔３０Ｃからバルブプレート２９の径方向長溝２９Ｄに伝わる。

バルブプレート２９は、モータ６の回転により、図３で示されるように反時計方向に回転させられ、径方向長溝２９Ｄと円弧状溝３０Ｄとを接続して第一空間１７に冷媒ガスが供給されるようにする。この状態が前述の吸気弁「開」の状態である。スコッチヨーク８及びディスプレーサ１０は、吸気弁「開」の状態が創出されるのと同時に上昇を開始する。

吸気弁「開」及びディスプレーサ１０の上昇にともない、ヘリウムガスは、中心貫通孔３０Ｃ、径方向長溝２９Ｄ、円弧状溝３０Ｄ、連通用矩形孔３０Ｅ、及びガス流路３６を経て第一空間１７に至り、第一蓄冷材１５で冷却されて第二空間１８に至り、更に、第二蓄冷材１６で冷却されて第三空間１９に至る。

ディスプレーサ１０が上死点に達すると、バルブプレート２９は、径方向長溝２９Ｄと円弧状溝３０Ｄとの間の接続を解除し、円弧状貫通孔２９Ｃを円弧状溝３０Ｄに接続する。

その結果、バルブプレート２９は、圧縮機２からシリンダ５への高圧ヘリウムガスの流入を遮断する一方で、排気弁「開」の状態を創出して、ディスプレーサ１０の下降とともに第二空間１８及び第三空間１９内の高圧ヘリウムガスを膨張させる。

膨張させられたヘリウムガスは、第一蓄冷材１５及び第二蓄冷材１６を冷却し、ガス流路３６、連通用矩形孔３０Ｅ、円弧状溝３０Ｄ、及び円弧状貫通孔２９Ｃを通過し、更にはスコッチヨーク８及びクランク部材７の近傍を通過して、冷媒ガス導出口１４から圧縮機２の低圧側２Ａに戻る。

このような冷却モード運転を繰り返すことによって、極低温冷凍機１は、第一冷却ステージ１１及び第二冷却ステージ１２を冷却する。

次に、図５を参照しながら、スコッチヨーク８におけるクランクピン軸受２８の詳細について説明する。なお、図５は、クランクピン軸受２８の詳細図であり、図５（Ａ）は、図１の点線円で囲まれた領域を拡大した図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ線断面図である。また、図５（Ｂ）のＶＡ−ＶＡ線断面図が図５（Ａ）に対応するものとする。

クランクピン軸受２８は、好適には、円筒形状の非磁性樹脂材料で構成され、クランクピン２５に接触する円筒内壁と、平板部２６に形成された角丸長方形の窓部３４の内壁に接触する円筒外壁とを有する。

なお、スコッチヨーク８は、クランクピン軸受２８の円筒内壁とクランクピン２５との間の接触摩擦力が、クランクピン軸受２８の円筒外壁と平板部２６との間の接触摩擦力よりも小さくなるように構成されるものとする。

クランクピン軸受２８が、その円筒内壁でクランクピン２５を摺動可能に支持しながら、窓部３４の内壁上を転動できるようにするためである。

そのため、クランクピン軸受２８は、例えば、硬く摺動性に優れたフッ素樹脂材料等で一体的に形成される。

また、非磁性樹脂材料で形成されたクランクピン軸受２８は、非磁性ステンレス鋼で形成されたクランクピン２５及び平板部２６との焼き付けを防止できるという効果も有する。

また、クランクピン軸受２８は、モータ６の出力軸２４を中心とする円軌道ＴＲ（図５（Ｂ）参照。）に沿って移動（公転）するクランクピン２５の外周面とクランクピン軸受２８の円筒内壁とを摺動させる。

更に、クランクピン軸受２８は、その円筒外壁を平板部２６に形成された窓部３４の内壁に摩擦接触させ、矢印ＡＲの方向に回転（自転）しながら、見かけ上、窓部３４内を図の左方向に移動（転動）する。

このように、クランクピン軸受２８は、クランクピン２５上でクランクピン２５に対し相対的に回転しながら、窓部３４の内壁上を摺動することなく転動することにより、円軌道ＴＲに沿って公転しながら自転することとなり、見かけ上、窓部３４内を図の左右方向に往復動することとなる。

以上の構成により、クランクピン軸受２８を備えた極低温冷凍機１は、超伝導電磁石が発生させる強磁場の影響を受けないスコッチヨーク８によりディスプレーサ１０を上下に往復動させることができ、超伝導電磁石を適切に冷却することができる。

次に、図６を参照しながら、スコッチヨーク８におけるクランクピン軸受の別の実施例であるクランクピン軸受２８ａについて説明する。なお、図６は、クランクピン軸受２８ａの詳細図であり、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）はそれぞれ、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に対応する図である。

クランクピン軸受２８ａは、円筒内壁部２８ａ１及び円筒外壁部２８ａ２の二部材で形成され、それらのそれぞれが別々の非磁性樹脂材料で形成される点でクランクピン軸受２８と異なる。なお、円筒内壁部２８ａ１及び円筒外壁部２８ａ２は、公知の技術を用いて相対回転不能に結合されているものとする。

また、円筒内壁部２８ａ１を形成する非磁性樹脂材料は、円筒外壁部２８ａ２を形成する非磁性樹脂材料よりも摺動性の高い材料が選択される。

クランクピン軸受２８ａが、その円筒内壁部２８ａ１でクランクピン２５を摺動可能に支持しながら、窓部３４の内壁上を転動できるようにするためである。

例えば、クランクピン軸受２８ａは、その円筒内壁部２８ａ１がフッ素樹脂材料等の摺動性の高い高硬度樹脂材料（例えば、ＰＴＦＥ、ＰＰＳ等である。）で形成され、その円筒外壁部２８ａ２がより硬度の低い低硬度樹脂材料（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド等である。）で形成される。

これにより、クランクピン軸受２８ａは、クランクピン軸受２８のようにフッ素樹脂材料で一体的に形成される場合と比べ、製造コストを低減させることができる。

この場合、高硬度樹脂材料及び低硬度樹脂材料のそれぞれの使用量、すなわち、円筒内壁部２８ａ１及び円筒外壁部２８ａ２のそれぞれの厚みは、機能面とコスト面とを考慮しながら適宜決定されるものとする。

また、クランクピン軸受２８ａは、基本的に高硬度樹脂材料で形成され、その円筒外壁の表面が低硬度樹脂材料でコーティングされたものであってもよい。クランクピン軸受２８ａがその円筒内壁でクランクピン２５を摺動可能に支持しながら窓部３４の内壁上を空転することなく転動するというクランクピン軸受２８ａの特性を更に改善するためである。

反対に、クランクピン軸受２８ａは、基本的に低硬度樹脂材料で形成され、その円筒内壁の表面が高硬度樹脂材料でコーティングされたものであってもよい。クランクピン軸受２８ａの上述の特性を維持しながらも、高価な高硬度樹脂材料の使用量を低減させることで、製造コストを低減させるためである。

図７は、クランクピン軸受２８ａの円筒内壁部２８ａ１の幅Ｗ１と円筒外壁部２８ａ２の幅Ｗ２との間の関係を示す図であり、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）はそれぞれ、図５（Ａ）に対応する図である。

また、図７（Ａ）は、幅Ｗ１が幅Ｗ２と等しい場合を示し、図７（Ｂ）は、幅Ｗ２が幅Ｗ２１に拡大された場合を示し、図７（Ｃ）は、幅Ｗ１が幅Ｗ１１に縮小された場合を示す。

図７（Ｂ）で示されるように円筒外壁部２８ａ２の幅Ｗ２を幅Ｗ２１に拡大した場合には、窓部３４内におけるクランクピン軸受２８ａの転動を安定化させる効果がある。

また、図７（Ｃ）で示されるように円筒内壁部２８ａ１の幅Ｗ１を幅Ｗ１１に縮小した場合には、高価な高硬度樹脂材料の使用量を低減させる効果がある。

このように、クランクピン軸受２８ａは、その二部材構成により、円筒内壁部２８ａ１の幅Ｗ１及び円筒外壁部２８ａ２の幅Ｗ２を別々に設定できるようにし、上述の効果を含む所望の効果に応じて幅Ｗ１及び幅Ｗ２をより柔軟に選択できるようにする。

なお、円筒内壁部２８ａ１の幅Ｗ１及び円筒外壁部２８ａ２の幅Ｗ２のそれぞれは、平板部２６の幅Ｗ３より大きいものであってもよく、平板部２６の幅Ｗ３より小さいものであってもよい。また、円筒内壁部２８ａ１の幅Ｗ１は、円筒外壁部２８ａ２の幅Ｗ２より大きいものであってもよい。

以上の構成により、クランクピン軸受２８ａを備えた極低温冷凍機１は、超伝導電磁石が発生させる強磁場の影響を受けないスコッチヨーク８によりディスプレーサ１０を上下に往復動させることができ、超伝導電磁石を適切に冷却することができる。

また、クランクピン軸受２８ａは、比較的摩耗し易い円筒内壁部２８ａ１に高硬度樹脂材料を用い、比較的摩耗しにくい円筒外壁部２８ａ２に低硬度樹脂材料を用いることにより、所要の耐摩耗性能を維持しながらも、全体に高硬度樹脂材料を用いる場合に比べ、製造コストを低減させることができる。

次に、図８を参照しながら、スコッチヨーク８におけるクランクピン軸受の更に別の実施例であるクランクピン軸受２８ｂについて説明する。なお、図８は、クランクピン軸受２８ｂの詳細図であり、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）はそれぞれ、図５（Ａ）に対応する図である。

具体的には、図８（Ａ）は、クランクピン２５の軸線とスコッチヨーク８の軸線（上方軸２７Ｕ及び下方軸２７Ｄの軸線）とが直交した状態を示す。

また、図８（Ｂ）は、クランクピン２５の軸線が水平線に対して角度αだけ傾斜し、スコッチヨーク８の軸線と直交しない状態を示し、図８（Ｃ）は、スコッチヨーク８の軸線が鉛直線に対して角度βだけ傾斜し、クランクピン２５の軸線と直交しない状態を示す。

クランクピン軸受２８ｂは、その軸方向に垂直な方向から見たとき（図を正面から見たとき）のその円筒外壁の輪郭２８ｂ１が、凸状である点でクランクピン軸受２８、２８ａと異なる。

なお、輪郭２８ｂ１は、明確化のため、太い実線で強調表示されており、具体的には、所定の半径を有する円の一部を構成する円弧で表される。

輪郭２８ｂ１のこのような形状は、クランクピン２５の軸線とスコッチヨーク８の軸線とが直交しない場合であっても、スコッチヨーク８を動作させる際に、クランクピン軸受２８ｂに無理な力が掛からないようにするという効果を有する。

例えば、クランクピン軸受２８ｂは、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）のそれぞれで示されるような場合であっても、輪郭２８ｂ１が凸状であることにより、窓部３４の内壁の幅方向中央でその内壁と接触することができ、無理な力を受けることなくスコッチヨーク８の円滑な上下往復動を継続させることができる。

ここでいう「無理な力」とは、例えば、輪郭２８ｂ１の形状がクランクピン軸受２８、２８ａのように直線状である場合にその円筒外壁の表面が窓部３４の内壁の表面に対して傾斜しながら接触することにより、クランクピン軸受２８ｂが窓部３４から受ける過度の力を含む。

また、「無理な力」は、例えば、輪郭２８ｂ１の形状が直線状である場合にその円筒内壁の表面がクランクピン２５の外面に対して傾斜しながら接触することにより、クランクピン軸受２８ｂがクランクピン２５から受ける過度の力を含む。

なお、図８において、クランクピン軸受２８ｂは、その幅Ｗ４が平板部２６の幅Ｗ３より大きいものとなっているが、幅Ｗ４は、幅Ｗ３に等しいものであってもよく、幅Ｗ３より小さいものであってもよい。

以上の構成により、クランクピン軸受２８ｂを備えた極低温冷凍機１は、超伝導電磁石が発生させる強磁場の影響を受けないスコッチヨーク８によりディスプレーサ１０を上下に往復動させることができ、超伝導電磁石を適切に冷却することができる。

また、クランクピン軸受２８ｂは、無理な力を受けることなくスコッチヨーク８の円滑な上下往復動を継続させることができ、その無理な力に起因する異音の発生を抑制或いは消失させることができる。

なお、クランクピン軸受２８ｂは、クランクピン軸受２８、２８ａと同様に、非磁性樹脂材料で形成され、クランクピン軸受２８ｂを備えた極低温冷凍機１が超電導磁石の冷却用途に用いられることを想定している。しかしながら、クランクピン軸受２８ｂの輪郭２８ｂ１に関する特徴は、クランクピン軸受２８ｂを備えた極低温冷凍機１が超電導磁石の冷却以外の用途に用いられる場合にも有利的に適用可能である。この場合、クランクピン軸受２８ｂは、磁性材料で形成されたものであってもよい。

次に、図９を参照しながら、スコッチヨーク８におけるクランクピン軸受の更に別の実施例であるクランクピン軸受２８ｃ〜２８ｅについて説明する。なお、図９は、クランクピン軸受２８ｂ〜２８ｅのそれぞれの断面図である。

図９（Ａ）は、図８で説明されたクランクピン軸受２８ｂの断面図を比較対象として示す。

上述のように、クランクピン軸受２８ｂの輪郭２８ｂ１は、所定の半径を有する円の一部を構成する円弧で表される。

輪郭２８ｂ１は、クランクピン軸受２８ｂの円筒外壁を常に窓部３４の内壁の幅方向中央に接触させることができ、その曲率半径が小さくなるにつれて、対応可能な傾斜角の範囲を増大させる。なお、傾斜角は、クランクピン２５の軸線の水平線に対する傾斜角、又は、スコッチヨーク８の軸線の鉛直線に対する傾斜角を意味する。

図９（Ｂ）は、クランクピン軸受２８ｃの断面図を示し、クランクピン軸受２８ｃの輪郭２８ｃ１は、その中央に直線部分を含み、その両側に曲線部分を含む。

輪郭２８ｃ１は、その直線部分により、クランクピン２５の軸線とスコッチヨーク８の軸線とが直交している場合には、図９（Ａ）の輪郭２８ｂ１に比べ、クランクピン軸受２８ｃの円筒外壁と平板部２６との間の接触面積を増大させることができ、クランクピン軸受２８ｃの転動をより安定化させることができる。

更に、輪郭２８ｃ１は、その曲線部分により、クランクピン２５の軸線とスコッチヨーク８の軸線とが直交しない場合であっても、クランクピン軸受２８ｃに無理な力を受けさせることなくスコッチヨーク８の円滑な上下往復動を継続させることができる。

なお、その場合における平板部２６とクランクピン軸受２８ｃとの間の接触は、図９（Ａ）の輪郭２８ｂ１に比べ、窓部３４の内壁の縁により近いところで行われることとなる。

図９（Ｃ）は、クランクピン軸受２８ｄの断面図を示し、クランクピン軸受２８ｄは、主に、図９（Ａ）の輪郭２８ｂ１と同じ凸状の輪郭を有する非磁性樹脂材料でできた本体部２８ｄ１で構成される。なお、この非磁性樹脂材料は、好適には、低硬度樹脂材料である。

また、本体部２８ｄ１は、その円筒内壁が別の非磁性樹脂材料によってコーティングされている。なお、この別の非磁性樹脂材料によってコーティングされた被覆層２８ｄ２は、好適には、フッ素樹脂材料等の高硬度樹脂材料によるものである。

図９（Ｄ）は、クランクピン軸受２８ｅの断面図を示し、クランクピン軸受２８ｅは、図９（Ａ）の輪郭２８ｂ１と同じ凸状の輪郭を有する非磁性樹脂材料でできた円筒外壁部２８ｅ１と、円筒外壁部２８ｅ１とは別の非磁性樹脂材料でできた円筒内壁部２８ｅ２とで構成される。

なお、円筒外壁部２８ｅ１は、好適には、低硬度樹脂材料で形成され、円筒内壁部２８ｅ２は、好適には、フッ素樹脂材料等の高硬度樹脂材料で形成される。

以上の構成により、クランクピン軸受２８ｄ、２８ｅは、クランクピン軸受２８ｂによる効果（曲線を含む輪郭形状による効果）を実現させながら、更に、クランクピン軸受２８ａによる効果（二種類の樹脂材料を使い分けることによる効果）を実現させることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例において、クランクピン軸受２８ａ、２８ｄ、２８ｅは、二種類の樹脂を用いて構成されるが、三種類以上の樹脂材料を用いて構成されていてもよい。

その場合、クランクピン軸受２８ａ、２８ｄ、２８ｅは、他の部材と接触しない部分に低硬度樹脂材料を使用し、他の部材と接触する二つの部分のそれぞれに別々の高硬度樹脂材料を使用するようにしてもよい。

また、クランクピン軸受２８ａ、２８ｄ、２８ｅは、他の部材と接触する二つの部分のそれぞれに同じ高硬度樹脂材料を使用するようにしてもよい。

また、本発明の実施例に係る極低温冷凍機は、磁気ノイズを発生させないため、特にＭＲＩ用途に好適である。

１・・・極低温冷凍機２・・・圧縮機２Ａ・・・圧縮機２の低圧側２Ｂ・・・圧縮機２の高圧側３・・・冷凍機４・・・ハウジング５・・・シリンダ６・・・モータ７・・・クランク部材８・・・スコッチヨーク９・・・ロータリーバルブ１０・・・ディスプレーサ１１・・・第一冷却ステージ１２・・・第二冷却ステージ１３・・・冷媒ガス導入口１４・・・冷媒ガス導出口１５・・・第一蓄冷材１６・・・第二蓄冷材１７・・・第一空間１８・・・第二空間１９・・・第三空間２０・・・第一連通孔２１・・・第二連通孔２２・・・第三連通孔２３・・・第四連通孔２４・・・モータ出力軸２５・・・クランクピン２６・・・平板部２７Ｕ・・・上方軸２７Ｄ・・・下方軸２８、２８ａ〜２８ｅ・・・クランクピン軸受２８ａ１・・・クランクピン軸受２８ａの円筒内壁部２８ａ２・・・クランクピン軸受２８ａの円筒外壁部２８ｂ１・・・クランクピン軸受２８ｂの円筒外壁の輪郭２８ｃ１・・・クランクピン軸受２８ｃの円筒外壁の輪郭２８ｄ１・・・クランクピン軸受２８ｄの本体部２８ｄ２・・・被覆層２８ｅ１・・・クランクピン軸受２８ｅの円筒外壁部２８ｅ２・・・クランクピン軸受２８ｅの円筒内壁部２９・・・バルブプレート２９Ａ・・・バルブプレート２９の低圧側面２９Ｂ・・・バルブプレート２９の高圧側面２９Ｃ・・・バルブプレート２９の円弧状貫通孔２９Ｄ・・・バルブプレート２９の径方向長溝３０・・・バルブ本体３０Ａ・・・バルブ本体３０の第一側面３０Ｂ・・・バルブ本体３０の第二側面３０Ｃ・・・バルブ本体３０の中心貫通孔３０Ｄ・・・バルブ本体３０の円弧状溝３０Ｅ・・・バルブ本体３０の連通用矩形孔３０Ｆ・・・バルブ本体３０の固定用孔３１・・・圧縮スプリング３２・・・固定ピン３３・・・クランクピン係合孔３４・・・窓部３５Ｕ、３５Ｄ・・・滑り軸受３６・・・ガス流路３７・・・ベアリング

Claims

超伝導磁石の冷却に用いられる極低温冷凍機であって、
スコッチヨークにおけるクランクピン軸受であり、円筒形状の非磁性樹脂材料で形成され、モータの出力軸に偏心して取り付けられるクランクピンを円周方向に摺動可能に支持する円筒内壁と、該スコッチヨークにおける窓部の内壁と接触する円筒外壁とを有するクランクピン軸受を備えることを特徴とする極低温冷凍機。
前記円筒内壁は、前記円筒外壁を形成する非磁性樹脂材料とは異なる別の非磁性樹脂材料で形成されることを特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。
前記円筒内壁の硬度は、前記円筒外壁の硬度よりも高いことを特徴とする請求項２に記載の極低温冷凍機。
前記クランクピン軸受を側方から見たときの前記円筒外壁の輪郭が凸状であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の極低温冷凍機。
前記クランクピン軸受を側方から見たときの前記円筒外壁の輪郭が円弧で表されることを特徴とする請求項４に記載の極低温冷凍機。
前記クランクピン軸受を側方から見たときの前記円筒外壁の輪郭が直線部分を含むことを特徴とする請求項４に記載の極低温冷凍機。