JP2785769B2 - 極低温冷凍機 - Google Patents
極低温冷凍機Info
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- JP2785769B2 JP2785769B2 JP7291470A JP29147095A JP2785769B2 JP 2785769 B2 JP2785769 B2 JP 2785769B2 JP 7291470 A JP7291470 A JP 7291470A JP 29147095 A JP29147095 A JP 29147095A JP 2785769 B2 JP2785769 B2 JP 2785769B2
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- cryogenic refrigerator
- alloy
- magnetic field
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は極低温冷凍機に関
し、さらに詳細にいえば、エキスパンダにおける改良さ
れたシール構造を有する極低温冷凍機に関する。
し、さらに詳細にいえば、エキスパンダにおける改良さ
れたシール構造を有する極低温冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】ヘリウムガスなどの冷媒ガスを膨脹させ
ることにより極低温を得るためのものとして極低温冷凍
機は特開昭６２−２２８８４１号公報に示されているよ
うに公知であって、第１ディスプレーサと第２ディスプ
レーサとを有する２段膨張型となっており、それ等両デ
ィスプレーサがシリンダ内をピストン運動する機構であ
るため、各ディスプレーサの外周部はシール材であるシ
ールリングがそれぞれ嵌着されている。
ることにより極低温を得るためのものとして極低温冷凍
機は特開昭６２−２２８８４１号公報に示されているよ
うに公知であって、第１ディスプレーサと第２ディスプ
レーサとを有する２段膨張型となっており、それ等両デ
ィスプレーサがシリンダ内をピストン運動する機構であ
るため、各ディスプレーサの外周部はシール材であるシ
ールリングがそれぞれ嵌着されている。
【０００３】ここで、シールリングは、極低温域でもば
ね性を維持することが要求されるとともに、高いシール
性能と高い耐磨耗性とを持たせることが要求されるので
あるから、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０２、ＳＵ
Ｓ３０４、ＳＵＳ６３０など）からなるものが採用され
ている。また、シリンダもステンレス鋼からなるものが
採用されている。この構成を採用すれば、ディスプレー
サのピストン運動に伴なってシールリングが摺動するこ
とにより良好なシール性能を達成することができ、ま
た、高い耐磨耗性によってシールリングまたはシリンダ
を交換する頻度を著しく低減することができる。
ね性を維持することが要求されるとともに、高いシール
性能と高い耐磨耗性とを持たせることが要求されるので
あるから、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０２、ＳＵ
Ｓ３０４、ＳＵＳ６３０など）からなるものが採用され
ている。また、シリンダもステンレス鋼からなるものが
採用されている。この構成を採用すれば、ディスプレー
サのピストン運動に伴なってシールリングが摺動するこ
とにより良好なシール性能を達成することができ、ま
た、高い耐磨耗性によってシールリングまたはシリンダ
を交換する頻度を著しく低減することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ディスプレー
サに対してステンレス鋼からなるシールリングを嵌装し
た場合には、シールリングに残留磁化が生じる可能性が
高く（例えば、冷間加工が施されること、低温環境に曝
されることなどによって磁化を生じ、これが残留磁化に
なる）、しかもディスプレーサはシリンダ内をピストン
運動するのであるから、残留磁化とピストン運動とによ
って磁気ノイズを発生させ、外部磁場を乱すなどの不都
合を生じさせることになる。
サに対してステンレス鋼からなるシールリングを嵌装し
た場合には、シールリングに残留磁化が生じる可能性が
高く（例えば、冷間加工が施されること、低温環境に曝
されることなどによって磁化を生じ、これが残留磁化に
なる）、しかもディスプレーサはシリンダ内をピストン
運動するのであるから、残留磁化とピストン運動とによ
って磁気ノイズを発生させ、外部磁場を乱すなどの不都
合を生じさせることになる。
【０００５】ここで、極低温冷凍機は、ＳＱＵＩＤ（超
伝導量子干渉素子、Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ
ＱＵａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉ
ｃｅ）などの超伝導素子を超伝導動作可能な極低温にま
で冷却するために用いられる。そして、ＳＱＵＩＤは極
めて微弱な磁場（生体磁場など）を測定するためのもの
であるから、極低温冷凍機が上述のように磁気ノイズを
発生させたり、外部磁場を乱したりすると、磁場検出感
度、精度が著しく低下してしまうことになる。特に、微
弱な磁場として生体磁場を測定する場合には、得られた
測定結果に基づいて診断を行うことになるので、磁場検
出感度、精度が低下すると、診断精度が大幅に低下して
しまい、最悪の場合には、誤診を招いてしまうことにな
る。
伝導量子干渉素子、Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ
ＱＵａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉ
ｃｅ）などの超伝導素子を超伝導動作可能な極低温にま
で冷却するために用いられる。そして、ＳＱＵＩＤは極
めて微弱な磁場（生体磁場など）を測定するためのもの
であるから、極低温冷凍機が上述のように磁気ノイズを
発生させたり、外部磁場を乱したりすると、磁場検出感
度、精度が著しく低下してしまうことになる。特に、微
弱な磁場として生体磁場を測定する場合には、得られた
測定結果に基づいて診断を行うことになるので、磁場検
出感度、精度が低下すると、診断精度が大幅に低下して
しまい、最悪の場合には、誤診を招いてしまうことにな
る。
【０００６】また、シールリングの残留磁化を消磁すれ
ば上述のような不都合は発生しないのであるが、シール
リングをキュリー温度以上にまで加熱する熱消磁法を採
用すれば、熱処理後のシールリングのばね特性を損なっ
てしまい、所期のシール性能を発揮し得なくなってしま
う可能性がある。また、シールリングに一定の強さの交
番磁界をかけ、その後、その磁界の強さを少しずつ滑ら
かに減少させてゼロにする交流消磁法を採用すれば、地
磁気の影響を避けるためにシールリングを回転させる必
要があるとともに、磁界強度を非常に滑らかに減少させ
る必要があり、作業が著しく繁雑であるとともに、磁界
強度の減少の割合を著しく高精度に制御することが困難
であるという不都合がある。
ば上述のような不都合は発生しないのであるが、シール
リングをキュリー温度以上にまで加熱する熱消磁法を採
用すれば、熱処理後のシールリングのばね特性を損なっ
てしまい、所期のシール性能を発揮し得なくなってしま
う可能性がある。また、シールリングに一定の強さの交
番磁界をかけ、その後、その磁界の強さを少しずつ滑ら
かに減少させてゼロにする交流消磁法を採用すれば、地
磁気の影響を避けるためにシールリングを回転させる必
要があるとともに、磁界強度を非常に滑らかに減少させ
る必要があり、作業が著しく繁雑であるとともに、磁界
強度の減少の割合を著しく高精度に制御することが困難
であるという不都合がある。
【０００７】また、熱消磁法、交流消磁法の何れを採用
しても、実際にディスプレーサに嵌装して実用に供する
段階において新たに磁化が発生する可能性がある。この
結果、シールリングの残留磁化に起因する磁気ノイズ、
外部磁場の乱れを解消し、または微弱な磁場の測定に大
きな悪影響を及ぼさない程度にまで磁気ノイズ、外部磁
場の乱れを抑制することは殆ど不可能であった。
しても、実際にディスプレーサに嵌装して実用に供する
段階において新たに磁化が発生する可能性がある。この
結果、シールリングの残留磁化に起因する磁気ノイズ、
外部磁場の乱れを解消し、または微弱な磁場の測定に大
きな悪影響を及ぼさない程度にまで磁気ノイズ、外部磁
場の乱れを抑制することは殆ど不可能であった。
【０００８】
【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、シールリングの残留磁化を著しく低減す
ることにより磁気ノイズの発生、外部磁場の乱れを著し
く抑制することができる極低温冷凍機を提供することを
目的としている。
たものであり、シールリングの残留磁化を著しく低減す
ることにより磁気ノイズの発生、外部磁場の乱れを著し
く抑制することができる極低温冷凍機を提供することを
目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の極低温冷凍機
は、シリンダ内にピストン運動可能に収容されたディス
プレーサの外周部に設けたリング溝に、径を広げてシリ
ンダの内面に摺接させるべく外方に張り出させる弾力を
保持するシールリングを嵌装してあり、このシールリン
グが非磁性合金からなるものである。この明細書におい
て、非磁性合金とは、常磁性合金であって、磁化率が著
しく小さい（ゼロを含む）ものを示す用語として使用さ
れる。
は、シリンダ内にピストン運動可能に収容されたディス
プレーサの外周部に設けたリング溝に、径を広げてシリ
ンダの内面に摺接させるべく外方に張り出させる弾力を
保持するシールリングを嵌装してあり、このシールリン
グが非磁性合金からなるものである。この明細書におい
て、非磁性合金とは、常磁性合金であって、磁化率が著
しく小さい（ゼロを含む）ものを示す用語として使用さ
れる。
【００１０】請求項２の極低温冷凍機は、非磁性合金と
して、銅合金、アルミニウム合金、チタン合金、高マン
ガン非磁性鋼から選ばれたものを採用している。請求項
３の極低温冷凍機は、シールリングとして、線材をコイ
ル状に巻回してなるものをリング状に形成してなり、し
かもコイル状に巻回された線材をピッチ方向に対して所
定角度傾斜させてなるものを採用している。
して、銅合金、アルミニウム合金、チタン合金、高マン
ガン非磁性鋼から選ばれたものを採用している。請求項
３の極低温冷凍機は、シールリングとして、線材をコイ
ル状に巻回してなるものをリング状に形成してなり、し
かもコイル状に巻回された線材をピッチ方向に対して所
定角度傾斜させてなるものを採用している。
【００１１】
【作用】請求項１の極低温冷凍機であれば、シリンダ内
にピストン運動可能に収容されたディスプレーサの外周
部に設けたリング溝に、径を広げてシリンダの内面に摺
接させるべく外方に張り出させる弾力を保持するシール
リングを嵌装してあり、このシールリングが非磁性合金
からなるものであるから、冷間加工、低温環境に曝され
ることなどによるシールリングの残留磁化を大幅に低減
することができ、ひいては磁気ノイズ、外部磁場の乱れ
を大幅に低減することができる。
にピストン運動可能に収容されたディスプレーサの外周
部に設けたリング溝に、径を広げてシリンダの内面に摺
接させるべく外方に張り出させる弾力を保持するシール
リングを嵌装してあり、このシールリングが非磁性合金
からなるものであるから、冷間加工、低温環境に曝され
ることなどによるシールリングの残留磁化を大幅に低減
することができ、ひいては磁気ノイズ、外部磁場の乱れ
を大幅に低減することができる。
【００１２】請求項２の極低温冷凍機であれば、非磁性
合金として、銅合金、アルミニウム合金、チタン合金、
高マンガン非磁性鋼から選ばれたものを採用しているの
で、請求項１と同様の作用を達成することができる。請
求項３の極低温冷凍機であれば、シールリングとして、
線材をコイル状に巻回してなるものをリング状に形成し
てなり、しかもコイル状に巻回された線材をピッチ方向
に対して所定角度傾斜させてなるものを採用しているの
で、シールリングの張り出し弾力を大きくして十分なシ
ール性能を達成することができるほか、請求項１と同様
の作用を達成することができる。
合金として、銅合金、アルミニウム合金、チタン合金、
高マンガン非磁性鋼から選ばれたものを採用しているの
で、請求項１と同様の作用を達成することができる。請
求項３の極低温冷凍機であれば、シールリングとして、
線材をコイル状に巻回してなるものをリング状に形成し
てなり、しかもコイル状に巻回された線材をピッチ方向
に対して所定角度傾斜させてなるものを採用しているの
で、シールリングの張り出し弾力を大きくして十分なシ
ール性能を達成することができるほか、請求項１と同様
の作用を達成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、添付図面によってこの発明
の実施の態様を詳細に説明する。図１はこの発明の極低
温冷凍機の一実施態様を示す部分縦断面図である。ただ
し、図１には、極低温冷凍機のうちのエキスパンダのみ
を示している。このエキスパンダは、高圧のヘリウムガ
スを断熱自由膨張させるためのものであり、高圧ガス配
管に接続される高圧ガス入口５と低圧ガス配管に接続さ
れる低圧ガス出口６とを有するモータ収容部１と、この
モータ収容部１の下方に配置され、上側の大径部である
第１シリンダ２および下側の小径部である第２シリンダ
３を同軸の一体に有する２段構造のシリンダ部とが一体
的に気密接合されてなるケーシング４とを有し、前記シ
リンダ部には、高圧ヘリウムガスが高圧ガス入口５を介
して供給されるようになっている。
の実施の態様を詳細に説明する。図１はこの発明の極低
温冷凍機の一実施態様を示す部分縦断面図である。ただ
し、図１には、極低温冷凍機のうちのエキスパンダのみ
を示している。このエキスパンダは、高圧のヘリウムガ
スを断熱自由膨張させるためのものであり、高圧ガス配
管に接続される高圧ガス入口５と低圧ガス配管に接続さ
れる低圧ガス出口６とを有するモータ収容部１と、この
モータ収容部１の下方に配置され、上側の大径部である
第１シリンダ２および下側の小径部である第２シリンダ
３を同軸の一体に有する２段構造のシリンダ部とが一体
的に気密接合されてなるケーシング４とを有し、前記シ
リンダ部には、高圧ヘリウムガスが高圧ガス入口５を介
して供給されるようになっている。
【００１４】また、モータ収容部１の内部には、低圧ガ
ス出口６に連通するサージボリューム室７が形成されて
いる。第１シリンダ２内には、その上端部にカップ形状
のスラックピストン８がその上端内側面をバルブステム
９の細径垂下部に摺動案内せしめた状態で往復動可能に
嵌合されている。ここで、バルブステム９は、サージボ
リューム室７への流量調節を担うキャピラリとオリフィ
スとを有しており、モータ収容部１に設けられている。
ス出口６に連通するサージボリューム室７が形成されて
いる。第１シリンダ２内には、その上端部にカップ形状
のスラックピストン８がその上端内側面をバルブステム
９の細径垂下部に摺動案内せしめた状態で往復動可能に
嵌合されている。ここで、バルブステム９は、サージボ
リューム室７への流量調節を担うキャピラリとオリフィ
スとを有しており、モータ収容部１に設けられている。
【００１５】前記シリンダ部内には、その内部を上下方
向にピストン往復動する摺動体としてのディスプレーサ
が往復動可能に嵌合されている。上記ディスプレーサ
は、第１シリンダ２の下半部内を摺動する密閉円筒状の
第１ディスプレーサ１０と、この第１ディスプレーサ１
０の下端にカップリング（図示せず）を介して同軸一体
に結合され、第２シリンダ内を摺動する密閉円筒状の第
２ディスプレーサ１１とからなっていて、このディスプ
レーサにより、スラックピストン８下方のシリンダ内空
間が上側から順に加圧室１２、第１段膨張室１３および
第２段膨張室１４に区画されている。
向にピストン往復動する摺動体としてのディスプレーサ
が往復動可能に嵌合されている。上記ディスプレーサ
は、第１シリンダ２の下半部内を摺動する密閉円筒状の
第１ディスプレーサ１０と、この第１ディスプレーサ１
０の下端にカップリング（図示せず）を介して同軸一体
に結合され、第２シリンダ内を摺動する密閉円筒状の第
２ディスプレーサ１１とからなっていて、このディスプ
レーサにより、スラックピストン８下方のシリンダ内空
間が上側から順に加圧室１２、第１段膨張室１３および
第２段膨張室１４に区画されている。
【００１６】第１ディスプレーサ１０の内部には第１段
膨張室１３に連通孔１５を介して常時連通する空間１６
が形成され、この空間１６には蓄冷型熱交換器よりなる
第１段蓄冷器１７が嵌装されている。一方、第２ディス
プレーサ１１の内部には、第１段膨張室１３に連通孔１
８を介して、第２段膨張室１４に連通孔１９を介してそ
れぞれ常時連通する空間２０が形成され、この空間２０
には蓄冷型熱交換器よりなる第２段蓄冷器２１が嵌装さ
れている。なお、第１段蓄冷器１７と第２段蓄冷器２１
とは互いに同じ構造であってもよいが、互いに異なる構
造であってもよい。
膨張室１３に連通孔１５を介して常時連通する空間１６
が形成され、この空間１６には蓄冷型熱交換器よりなる
第１段蓄冷器１７が嵌装されている。一方、第２ディス
プレーサ１１の内部には、第１段膨張室１３に連通孔１
８を介して、第２段膨張室１４に連通孔１９を介してそ
れぞれ常時連通する空間２０が形成され、この空間２０
には蓄冷型熱交換器よりなる第２段蓄冷器２１が嵌装さ
れている。なお、第１段蓄冷器１７と第２段蓄冷器２１
とは互いに同じ構造であってもよいが、互いに異なる構
造であってもよい。
【００１７】さらに、第１ディスプレーサ１０の上端は
スラックピストン８と一定のクリアランスをもって係合
しており、このスラックピストン８の上昇移動時、該ス
ラックピストン８が所定ストロークだけ上昇した時点で
その係合により、第１ディスプレーサ１０がスラックピ
ストン８に駆動されて上昇開始するように、つまり第１
ディスプレーサ１０が所定ストロークの遅れをもってス
ラックピストン８に追従移動するように構成されてい
る。
スラックピストン８と一定のクリアランスをもって係合
しており、このスラックピストン８の上昇移動時、該ス
ラックピストン８が所定ストロークだけ上昇した時点で
その係合により、第１ディスプレーサ１０がスラックピ
ストン８に駆動されて上昇開始するように、つまり第１
ディスプレーサ１０が所定ストロークの遅れをもってス
ラックピストン８に追従移動するように構成されてい
る。
【００１８】さらに、モータ収容部１のバルブ室２２内
にはモータ室２３に配置したパルブモータ２４により回
転駆動される切換バルブとしてのロータリーバルブ２５
が配設され、このロータリーバルブ２５の切換動作によ
り、高圧ガス入口５側と低圧ガス出口６側とをシリンダ
内の加圧室１２、第１段膨張室１３および第２段膨張室
１４に対し交互に冷媒の流通可能に接続するようになっ
ている。
にはモータ室２３に配置したパルブモータ２４により回
転駆動される切換バルブとしてのロータリーバルブ２５
が配設され、このロータリーバルブ２５の切換動作によ
り、高圧ガス入口５側と低圧ガス出口６側とをシリンダ
内の加圧室１２、第１段膨張室１３および第２段膨張室
１４に対し交互に冷媒の流通可能に接続するようになっ
ている。
【００１９】すなわち、バルブモータ２４の駆動により
ロータリーバルブ２５が回転して切換動作する際、ロー
タリーバルブ２５の切換に応じてディスプレーサをシリ
ンダ部内で往復動させ、高圧ガス入口５を加圧室１２、
第１段膨張室１３、第２段膨張室１４に連通させて、こ
れら各室１２〜１４に高圧ヘリウムガスを導入充填する
ことにより、スラックピストン８および該スラックピス
トン８によって駆動されるディスプレーサを上昇させる
一方、前記各室１２〜１４を低圧ガス出口６に連通させ
て、各室１２〜１４に充填されているヘリウルガスが断
熱膨張させられることにより、シリンダ部内に寒冷を発
生するように構成される。
ロータリーバルブ２５が回転して切換動作する際、ロー
タリーバルブ２５の切換に応じてディスプレーサをシリ
ンダ部内で往復動させ、高圧ガス入口５を加圧室１２、
第１段膨張室１３、第２段膨張室１４に連通させて、こ
れら各室１２〜１４に高圧ヘリウムガスを導入充填する
ことにより、スラックピストン８および該スラックピス
トン８によって駆動されるディスプレーサを上昇させる
一方、前記各室１２〜１４を低圧ガス出口６に連通させ
て、各室１２〜１４に充填されているヘリウルガスが断
熱膨張させられることにより、シリンダ部内に寒冷を発
生するように構成される。
【００２０】しかして、第１ディスプレーサ１０および
第２ディスプレーサ１１の外周面にはそれぞれ上部側に
断面が矩形状をなすリング溝２６，２７が形成されてい
て、各リング溝２６，２７にはそれぞれ２本のシールリ
ング２８，２８および２９，２９が装着されている。１
つのリング溝２６，２７に装着される各シールリング２
８，２８および２９，２９は互いに同じ構造であって、
所定範囲内での拡縮径が可能となっている。具体的に
は、図２に平面図を、図３に要部正面図をそれぞれ示す
ように、非磁性合金からなる線材を所定ピッチのコイル
状に巻回し、さらにコイル状に巻回された線材をリング
状に形成し、さらに、コイル状に巻回された線材をピッ
チ方向に対して所定角度だけ傾斜するように上部および
下部に偶力を与えて線材を変形させてなるものである。
ここで、非磁性合金としては、ベリリウム銅、リン青銅
などの銅合金、アルミニウム合金、チタン合金、窒素強
化高マンガンオーステナイト鋼などの高マンガン非磁性
鋼、高ニッケル非磁性合金としてのインコネルＸ７５０
（三菱電線株式会社製）が例示できる。
第２ディスプレーサ１１の外周面にはそれぞれ上部側に
断面が矩形状をなすリング溝２６，２７が形成されてい
て、各リング溝２６，２７にはそれぞれ２本のシールリ
ング２８，２８および２９，２９が装着されている。１
つのリング溝２６，２７に装着される各シールリング２
８，２８および２９，２９は互いに同じ構造であって、
所定範囲内での拡縮径が可能となっている。具体的に
は、図２に平面図を、図３に要部正面図をそれぞれ示す
ように、非磁性合金からなる線材を所定ピッチのコイル
状に巻回し、さらにコイル状に巻回された線材をリング
状に形成し、さらに、コイル状に巻回された線材をピッ
チ方向に対して所定角度だけ傾斜するように上部および
下部に偶力を与えて線材を変形させてなるものである。
ここで、非磁性合金としては、ベリリウム銅、リン青銅
などの銅合金、アルミニウム合金、チタン合金、窒素強
化高マンガンオーステナイト鋼などの高マンガン非磁性
鋼、高ニッケル非磁性合金としてのインコネルＸ７５０
（三菱電線株式会社製）が例示できる。
【００２１】この構成のシールリングは、自由状態から
縮径方向の外力が加えられると元の状態に拡径しようと
する張り出し方向の弾力を保持することができるもので
あり、優れた張り出し力を有しているとともに、優れた
シールの均一性を有している。ただし、シールリングと
して、例えば、前記線材よりも大径の線材をリング状に
形成し、一部を不連続状態にしてなるいわゆるＣリング
状のものを採用してもよく、非磁性合金からなる線材を
所定ピッチのコイル状に巻回し、さらにコイル状に巻回
された線材をリング状に形成してなるものを採用しても
よい。
縮径方向の外力が加えられると元の状態に拡径しようと
する張り出し方向の弾力を保持することができるもので
あり、優れた張り出し力を有しているとともに、優れた
シールの均一性を有している。ただし、シールリングと
して、例えば、前記線材よりも大径の線材をリング状に
形成し、一部を不連続状態にしてなるいわゆるＣリング
状のものを採用してもよく、非磁性合金からなる線材を
所定ピッチのコイル状に巻回し、さらにコイル状に巻回
された線材をリング状に形成してなるものを採用しても
よい。
【００２２】上記の構成の極低温冷凍機（シールリング
としてベリリウム銅からなるものを採用した極低温冷凍
機）を用いて第２段膨張室１４の下端部に極低温状態に
対応する寒冷を発生させ、この寒冷によって図示しない
ＳＱＵＩＤを超伝導状態にして動作させた場合における
外部磁場の周波数特性は図４に示すとおりであった。こ
れに対して、ベリリウム銅からなるシールリングに代え
てステンレス鋼からなるシールリング（図２、図３に示
す構成を有するもの）を採用した極低温冷凍機を用いて
ＳＱＵＩＤを動作させた場合における外部磁場の周波数
特性は図５に示すとおりであった。両図から明らかなよ
うに、図４の場合にはホワイトノイズレベルが２７．５
ｆＴであり、２Ｈｚのノイズピークが０．７７ｐＴであ
ったのに対し、図５の場合にはホワイトノイズレベルが
４２ｆＴであり、２Ｈｚのノイズピークが１．３ｐＴで
あった。したがって、心磁計測などに大きな影響を及ぼ
す２Ｈｚのピークはほぼ４０％低減されており、シール
リングの材質をステンレス鋼からベリリウム銅に代える
ことにより、磁気ノイズ、磁場の乱れを大幅に低減でき
ることが分かる。また、シールリングとしてベリリウム
銅からなるものを採用した極低温冷凍機を２５００時間
以上連続運転したところ、ホワイトノイズレベル、２Ｈ
ｚのノイズピークは殆ど変化せず、良好な経時安定性を
示している。図６はシールリングとしてインコネルＸ７
５０からなるものを採用し（ただし、このシールリング
は常温に保持した）、別途設けたＳＱＵＩＤを極低温状
態にして動作させた場合における外部磁場の周波数特性
を示しており、シールリングとしてベリリウム銅を採用
した場合の外部磁場の周波数特性を示す図７と同様の周
波数特性を有しているのであるから、磁気ノイズ、磁場
の乱れを大幅に低減できることが分かる。
としてベリリウム銅からなるものを採用した極低温冷凍
機）を用いて第２段膨張室１４の下端部に極低温状態に
対応する寒冷を発生させ、この寒冷によって図示しない
ＳＱＵＩＤを超伝導状態にして動作させた場合における
外部磁場の周波数特性は図４に示すとおりであった。こ
れに対して、ベリリウム銅からなるシールリングに代え
てステンレス鋼からなるシールリング（図２、図３に示
す構成を有するもの）を採用した極低温冷凍機を用いて
ＳＱＵＩＤを動作させた場合における外部磁場の周波数
特性は図５に示すとおりであった。両図から明らかなよ
うに、図４の場合にはホワイトノイズレベルが２７．５
ｆＴであり、２Ｈｚのノイズピークが０．７７ｐＴであ
ったのに対し、図５の場合にはホワイトノイズレベルが
４２ｆＴであり、２Ｈｚのノイズピークが１．３ｐＴで
あった。したがって、心磁計測などに大きな影響を及ぼ
す２Ｈｚのピークはほぼ４０％低減されており、シール
リングの材質をステンレス鋼からベリリウム銅に代える
ことにより、磁気ノイズ、磁場の乱れを大幅に低減でき
ることが分かる。また、シールリングとしてベリリウム
銅からなるものを採用した極低温冷凍機を２５００時間
以上連続運転したところ、ホワイトノイズレベル、２Ｈ
ｚのノイズピークは殆ど変化せず、良好な経時安定性を
示している。図６はシールリングとしてインコネルＸ７
５０からなるものを採用し（ただし、このシールリング
は常温に保持した）、別途設けたＳＱＵＩＤを極低温状
態にして動作させた場合における外部磁場の周波数特性
を示しており、シールリングとしてベリリウム銅を採用
した場合の外部磁場の周波数特性を示す図７と同様の周
波数特性を有しているのであるから、磁気ノイズ、磁場
の乱れを大幅に低減できることが分かる。
【００２３】なお、ベリリウム銅以外の銅合金、アルミ
ニウム合金、チタン合金、窒素強化高マンガンオーステ
ナイト鋼などの高マンガン非磁性鋼からなるシールリン
グを採用した極低温冷凍機を用いてＳＱＵＩＤを動作さ
せた場合における外部磁場の周波数特性は特には測定し
ていないが、ベリリウム銅、インコネルＸ７５０と同様
に。非磁性材料であるからシールリングの残留磁化を著
しく低減することができ、ひいては磁気ノイズ、磁場の
乱れを大幅に低減できると思われる。
ニウム合金、チタン合金、窒素強化高マンガンオーステ
ナイト鋼などの高マンガン非磁性鋼からなるシールリン
グを採用した極低温冷凍機を用いてＳＱＵＩＤを動作さ
せた場合における外部磁場の周波数特性は特には測定し
ていないが、ベリリウム銅、インコネルＸ７５０と同様
に。非磁性材料であるからシールリングの残留磁化を著
しく低減することができ、ひいては磁気ノイズ、磁場の
乱れを大幅に低減できると思われる。
【００２４】なお、以上にはディスプレーサに嵌装され
るシールリングとして非磁性材からなるものを採用した
場合について説明したが、スラックピストン８に嵌装さ
れるシールリングとしても非磁性材からなるものを採用
してもよいことはもちろんである。
るシールリングとして非磁性材からなるものを採用した
場合について説明したが、スラックピストン８に嵌装さ
れるシールリングとしても非磁性材からなるものを採用
してもよいことはもちろんである。
【００２５】
【発明の効果】請求項１の発明は、冷間加工、低温環境
に曝されることなどによるシールリングの残留磁化を大
幅に低減することができ、ひいては磁気ノイズ、外部磁
場の乱れを大幅に低減することができるという特有の効
果を奏する。請求項２の発明は、請求項１と同様の効果
を奏する。
に曝されることなどによるシールリングの残留磁化を大
幅に低減することができ、ひいては磁気ノイズ、外部磁
場の乱れを大幅に低減することができるという特有の効
果を奏する。請求項２の発明は、請求項１と同様の効果
を奏する。
【００２６】請求項３の発明は、シールリングの張り出
し弾力を大きくして十分なシール性能を達成することが
できるほか、請求項１と同様の効果を奏する。
し弾力を大きくして十分なシール性能を達成することが
できるほか、請求項１と同様の効果を奏する。
【図１】この発明の極低温冷凍機の一実施態様を示す部
分縦断面図である。
分縦断面図である。
【図２】シールリングの一実施態様を示す平面図であ
る。
る。
【図３】図２のシールリングの要部正面図である。
【図４】ベリリウム銅からなるシールリングを採用した
場合における外部磁場の周波数特性の測定結果を示す図
である。
場合における外部磁場の周波数特性の測定結果を示す図
である。
【図５】ステンレス鋼からなるシールリングを採用した
場合における外部磁場の周波数特性の測定結果を示す図
である。
場合における外部磁場の周波数特性の測定結果を示す図
である。
【図６】インコネルＸ７５０からなるシールリングを常
温で配置した場合における外部磁場の周波数特性の測定
結果を示す図である。
温で配置した場合における外部磁場の周波数特性の測定
結果を示す図である。
【図７】ベリリウム銅からなるシールリングを常温で配
置した場合における外部磁場の周波数特性の測定結果を
示す図である。
置した場合における外部磁場の周波数特性の測定結果を
示す図である。
２ 第１シリンダ ３ 第２シリンダ １０ 第１ディスプレーサ １１ 第２ディスプレー
サ ２６，２７ リング溝 ２８，２９ シールリング
サ ２６，２７ リング溝 ２８，２９ シールリング
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F25B 9/14 510
Claims (3)
- 【請求項１】 シリンダ（２）（３）内にディスプレー
サ（１０）（１１）をピストン運動可能に収容するとと
もに、ディスプレーサ（１０）（１１）の外周部に設け
たリング溝（２６）（２７）に、径を広げてシリンダ
（２）（３）の内面に摺接させるべく外方に張り出させ
る弾力を保持するシールリング（２８）（２９）を嵌装
してなる極低温冷凍機であって、前記シールリング（２
８）（２９）が非磁性合金からなるものであることを特
徴とする極低温冷凍機。 - 【請求項２】 非磁性合金が、銅合金、アルミニウム合
金、チタン合金、高マンガン非磁性鋼から選ばれたもの
である請求項１に記載の極低温冷凍機。 - 【請求項３】 シールリング（２８）（２９）が、線材
をコイル状に巻回してなるものをリング状に形成してな
り、しかもコイル状に巻回された線材をピッチ方向に対
して所定角度傾斜させてなるものである請求項１または
請求項２に記載の極低温冷凍機。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7291470A JP2785769B2 (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | 極低温冷凍機 |
| US08/745,299 US5787712A (en) | 1995-11-09 | 1996-11-08 | Cryogenic refrigerator |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7291470A JP2785769B2 (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | 極低温冷凍機 |
| US08/745,299 US5787712A (en) | 1995-11-09 | 1996-11-08 | Cryogenic refrigerator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09133420A JPH09133420A (ja) | 1997-05-20 |
| JP2785769B2 true JP2785769B2 (ja) | 1998-08-13 |
Family
ID=26558553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7291470A Expired - Fee Related JP2785769B2 (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | 極低温冷凍機 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5787712A (ja) |
| JP (1) | JP2785769B2 (ja) |
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| US20050144971A1 (en) * | 2003-07-21 | 2005-07-07 | Zabtcioglu Fikret M. | Super energy efficient refrigeration system with refrigerant of nitrogen gas and a closed cycle turbo fan air chilling |
| GB2430996B (en) * | 2005-10-07 | 2009-08-26 | Siemens Magnet Technology Ltd | Drive arrangement for rotary valve in a cryogenic refrigerator |
| US20090267711A1 (en) * | 2008-04-24 | 2009-10-29 | Agilent Technologies, Inc. | High frequency circuit |
| JP2011521201A (ja) * | 2008-05-21 | 2011-07-21 | ブルックス オートメーション インコーポレイテッド | リニア駆動を利用した極低温冷凍機 |
| JP6147208B2 (ja) * | 2014-03-05 | 2017-06-14 | 住友重機械工業株式会社 | 蓄冷式冷凍機 |
| TWI613878B (zh) * | 2016-10-28 | 2018-02-01 | 財團法人工業技術研究院 | 永磁式轉子與永磁式轉動構件 |
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| US4087988A (en) * | 1976-11-09 | 1978-05-09 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Cryogenic expansion machine |
| US5316321A (en) * | 1991-07-15 | 1994-05-31 | Teikoku Piston Ring Co., Ltd. | Nonferrous piston ring with hard surface treatment layer |
| JP2659684B2 (ja) * | 1994-05-31 | 1997-09-30 | 住友重機械工業株式会社 | 蓄冷器式冷凍機 |
| US5551709A (en) * | 1995-04-07 | 1996-09-03 | Dana Corporation | Multiple layer cylinder head gasket with a wire ring |
-
1995
- 1995-11-09 JP JP7291470A patent/JP2785769B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-11-08 US US08/745,299 patent/US5787712A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5787712A (en) | 1998-08-04 |
| JPH09133420A (ja) | 1997-05-20 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |