JP4601215B2 - 極低温冷凍装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス経路を切り替える手段をコンパクトに設計した極低温冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスサイクルにより冷凍作用を行う極低温冷凍装置には、シリンダ内の冷媒ガスを高圧から低圧に切り替える冷媒ガス切替え機構を有し、この冷媒ガス切替え機構の一例としては、特許公報第２８６９２３３号に記載の構成がある。この構成では、モータ軸に取り付けたクランク機構が棒状の弁体（スプールバルブ）を稼働させて、冷媒ガスの圧力の切替えを行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構成では、冷媒ガス切替え機構の構成要素として、上記クランク機構、棒状の弁体、バネ、棒状の弁体が往復動するスリーブなどがあり、部品点数が多くなり、構造が複雑で、製造するコストを低くしにくいという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、冷媒ガス切替え機構をコンパクトに設計した極低温冷凍装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、シリンダと、このシリンダ内に設けられたディスプレーサと、シリンダに連結され、このディスプレーサの駆動軸が延在するハウジングと、このハウジングに取り付けられ、モータ軸がハウジングに形成されたモータ軸孔を貫通し、上記ディスプレーサの駆動軸に連結されたモータとを備えた極低温冷凍装置において、上記ハウジングに、上記ディスプレーサの駆動軸が内部に延在する駆動軸孔と、該駆動軸孔に直交して形成されるモータ軸孔と、上記モータ軸孔の内周面に一端が開口し、他端が上記シリンダ内に連通する高圧ガス経路と、上記モータ軸孔の内周面に一端が開口し、他端が上記シリンダ内に連通する低圧ガス経路とを一体に形成し、上記モータ軸孔に嵌合される上記モータ軸の外周面に、上記高圧ガス経路を高圧ガス配管につなぐ高圧ガス用溝、及び上記低圧ガス経路を低圧ガス配管につなぐ低圧ガス用溝を形成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、上記高圧ガス用溝及び上記低圧ガス経路がモータ軸に形成された連結孔を含む構成を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、上記モータ軸が上記モータのロータと同一の直径で延出する構成を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のうちいずれか記載のものにおいて、上記高圧ガス経路、上記低圧ガス経路の途中にフィルタを設けた構成を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のうちいずれか記載のものにおいて、上記高圧ガス用溝と上記低圧ガス経路とを上記ディスプレーサの駆動軸よりモータ側に設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至４のうちいずれか記載のものにおいて、上記高圧ガス用溝と上記低圧ガス経路とをディスプレーサの駆動軸の両側に設けたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。図１は本発明に係る極低温冷凍装置１００の第一の実施の形態を示す縦断面図である。図１に示すように、極低温冷凍装置１００は、シリンダ１、ディスプレーサ２、ハウジング３、モータ５、高圧ガス配管６、低圧ガス配管７、ディスプレーサ用駆動機構１０、冷媒ガス切替え機構２０等から構成されている。
【００１３】
上記シリンダ１は、フランジ８を介して、ハウジング３に連結されており、上記シリンダ１内には、シリンダ１の軸方向に摺動されるディスプレーサ２が設けられている。ディスプレーサ２は寒冷を発生させて、シリンダ１に取り付けられる図示しない被冷却対象を冷却させる。このディスプレーサ２の駆動軸４が、上記ハウジング３内に形成された駆動軸孔３Ａに延在されている。このハウジング３の駆動軸孔３Ａに直交して、ハウジング３内にモータ軸孔３Ｂが形成されている。
【００１４】
モータ５は、モータフランジ９を介して、ハウジング３のモータ取付面３Ｃに取り付けられている。このモータ５には高圧ガス配管６、低圧ガス配管７が設けられている。高圧ガス配管６は、モータ５のモータフランジ９を介して、上記ハウジング３に連結されている。また、低圧ガス配管７は、モータ５内部及びモータフランジ９を介して、上記ハウジング３のモータ軸孔３Ｂに連通されている。
【００１５】
上記ハウジング３は、これら高圧ガス配管６と低圧ガス配管７とを介して、図示しないコンプレッサユニットに接続されており、冷媒であるヘリウムガスが極低温冷凍装置１００と図示しないコンプレッサユニットとの間で循環する。
【００１６】
上記ハウジング３のモータ軸孔３Ｂには、モータ５のロータ軸５Ｂに配設されたモータ軸５Ａが回転自在に設けられている。このモータ軸５Ａは、ディスプレーサ用駆動機構１０を介して上記ディスプレーサ２の駆動軸４に連結されている。上記ディスプレーサ用駆動機構１０は、クランクピン１１、軸受１２を有し構成されている。クランクピン１１は上記モータ５のモータ軸５Ａに設けられており、このクランクピン１１を受ける軸受１２と連結し、この軸受１２は上記駆動軸４に形成された軸受け収容部４ａに収納されている。
【００１７】
ここで、上記クランクピン１１は、上記モータ軸５Ａの一部に加工しても良い。また、このモータ軸５Ａに別部品として固定されてもよい。
【００１８】
上記ハウジング３内には、上記ハウジング３のモータ軸孔３Ｂに開口して、モータ軸孔３Ｂの中心軸方向に一列に並んだガス経路１３，１４，１５が設けられている。
【００１９】
高圧ガス経路１３は、略くの字型の経路であり、一端１３ａが上記ハウジング３のモータ軸孔３Ｂに開口し、他端１３ｂが上記モータ取付面３Ｃに開口する。この高圧ガス経路１３の他端１３ｂには、上記高圧ガス配管６が接続されている。
【００２０】
また、上記高圧ガス経路１３と上記ハウジング３の駆動軸孔３Ａとの間には、ガス経路１５が設けられる。このガス経路１５は、一端１５ａが上記モータ軸孔３Ｂに開口し、他端１５ｂがフランジ８を貫通して、シリンダ１に開口する。
【００２１】
低圧ガス経路１４は、逆Ｌ字型の経路であり、上記ガス経路１５と交差位置Ｚで交差される。この低圧ガス経路１４の一端１４ａが上記モータ軸孔３Ｂに開口し、他端１４ｂが交差位置Ｚでガス経路１５に開口する。
【００２２】
ここで、上記高圧ガス経路１３と低圧ガス経路１４とは、独立した経路であり、交差することはない。
【００２３】
また、上記ハウジング３のモータ軸孔３Ｂには、上記ガス経路１５の一端１５ａと上記駆動軸孔３Ａとの間に軸受２１が設けられ、また上記高圧ガス経路１３の一端１３ａと上記低圧ガス経路１４の一端１４ａとの間に軸受２２が設けられており、これら軸受２１，２２は上記モータ軸５Ａを支持する。
【００２４】
冷媒ガス切替え機構２０は、上記モータ軸５Ａ、上記高圧ガス経路１３、低圧ガス経路１４、ガス経路１５を有し構成されている。この冷媒ガス切替え機構２０は、シリンダ１内のガス圧力を高圧と低圧とに切り替える。
【００２５】
第一の実施の形態では、上記モータ軸５Ａは、上記モータ５のロータ軸５Ｂの径より太い軸径を有している。このモータ軸５Ａには、溝Ｈ，Ｌが設けられている。
【００２６】
高圧ガス用溝Ｈは、シリンダ１内と上記高圧ガス経路１３とを連通させ、シリンダ１内と上記高圧ガス配管６とをつなぐ第１の手段である。
【００２７】
低圧ガス用溝Ｌは、上記シリンダ１内と上記低圧ガス経路１４とを連通させ、上記シリンダ１内と上記低圧ガス配管７とをつなぐ第２の手段である。
【００２８】
これら第１の手段と第２の手段との協働によって、シリンダ１内のガス圧力が高圧と低圧とに切り替わる。
【００２９】
上記高圧ガス用溝Ｈは、図２に示すように、上記モータ軸５Ａの外周部の一部に、溝或いは穴加工が施された溝部ｈを有している。その他の外周部には溝或いは穴加工が施されていない。
【００３０】
上記低圧ガス用溝Ｌは、モータ軸５Ａの外周部の一部に、溝或いは穴加工が施された溝部ｌを有している。この溝部ｌの側面は、図１に示すように、上記モータ軸５Ａよりモータ５側に位置する空所３Ｄに開口している。その他の外周部には溝或いは穴加工が施されていない。
【００３１】
次に動作について、図３、４に基づき説明する。ここで、図３（ａ）、図４（ａ）は、図１において、ハウジング３を拡大した図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す上記ハウジング３のモータ軸孔３Ｂを、上記ハウジング３の駆動軸孔３Ａから、モータ軸孔３Ｂの中心軸方向に見た図である。また同様に、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す上記ハウジング３のモータ軸孔３Ｂを、上記ハウジング３の駆動軸孔３Ａから、モータ軸孔３Ｂの中心軸方向に見た図である。
【００３２】
上記モータ５が図示しない電源供給手段により駆動され、モータ５のモータ軸５Ａが図３（ｂ）中の矢印に示すように回転して、このモータ軸５Ａの溝部ｈが高圧ガス経路１３の一端１３ａ及びガス経路１５の一端１５ａに到達すると、図３（ａ）に示すように、高圧ガス経路１３とガス経路１５とが、モータ軸５Ａの溝部ｈを介して連結されて、高圧ガス経路１３がガス経路１５を介してシリンダ１内と連通される。また、高圧ガス経路１３の一端１３ａが、高圧ガス配管６に接続されているので、図３（ａ）中の太線に示すように、高圧ガス配管６とシリンダ１内とをつなぐ供給経路Ｏが形成される。この時、ディスプレーサ２は、シリンダ１内の上方に位置されており、シリンダ１内には、ディスプレーサ２の下部に空間Ｓが形成される。
【００３３】
供給経路Ｏが形成されると、図示しないコンプレッサから高圧ガス配管６に吐出される冷媒ガス（高圧ガス）が、供給経路Ｏを通り、シリンダ１内の空間Ｓへ流れこむ。この時、低圧ガス経路１４の一端１４ａには、モータ軸５Ａの外周部が当接しており、この外周部には溝或いは穴加工されていないため、低圧ガス経路１４の一端１４ａは塞がれ、供給経路Ｏを流れる高圧ガスが低圧ガス経路１４に流れない。
【００３４】
そして、図３（ｂ）に示すように、モータ軸５Ａの溝部ｈが高圧ガス経路１３の一端１３ａとガス経路１５の一端１５ａとを通過する間、供給経路Ｏは形成され、高圧ガスがディスプレーサ２内に設けられた図示しない蓄冷器を通り、シリンダ１内に充満する。
【００３５】
次にモータ軸５Ａが回転され、高圧ガス経路１３の一端１３ａとガス経路１５の一端１５ａとにモータ軸５Ａの外周部が到達すると、一端１３ａと一端１５ａとが塞がれ、図３（ａ）中の太線に示す供給経路Ｏが遮断され、シリンダ１内への高圧ガス供給が停止する。
【００３６】
供給経路Ｏが遮断される間には、ディスプレーサ２は上方から下方に摺動移動されて、シリンダ１内の高圧ガスは、ディスプレーサ２内の図示しない蓄冷器を通過して、ディスプレーサ２の上方へ移動する。この間、低圧ガス経路１４の一端１４ａには、図３（ｂ）に示すように、モータ軸５Ａの外周部が当接しており、一端１４ａは塞がれているため、シリンダ１内のガス圧力は高圧に保たれる。
【００３７】
次に図４（ｂ）に示すように、低圧ガス経路１４の一端１４ａにモータ軸５Ａの溝部ｌが到達すると、図４（ａ）に示すように、低圧ガス経路１４とモータ５の内部とが、溝部ｌと空所３Ｄとを介して、連結される。この時、高圧ガス経路１３の一端１３ａとガス経路１５の一端１５ａとには、モータ軸５Ａの外周部が当接しており、一端１３ａと一端１５ａとが塞がれているため、低圧ガス経路１４は、ガス経路１５の一部を介して、シリンダ１内に連通される。また、モータ５内部には、低圧ガス配管が連結されているので、図４（ａ）中の太線に示すように、シリンダ１と低圧ガス配管７とをつなぐ排気経路Ｐが形成される。
【００３８】
排気経路Ｐが形成されると、シリンダ１内の高圧ガスが排気経路Ｐを通り上記低圧ガス配管７へ流出されて、シリンダ１内のガス圧力が瞬間的に高圧から低圧へと降下する。この時、シリンダ１内のガスは断熱膨張され、ガス温度が低下する。
【００３９】
そして、図４（ｂ）に示すように、モータ軸５Ａの溝部ｌが低圧ガス経路１４の一端１４ａを通過する間、排気経路Ｐは形成され、この間には、図４（ａ）に示すように、シリンダ１内の高圧ガスが低圧ガス配管７に排出される。この間、高圧ガス経路１３の一端１３ａとガス経路１５の一端１５ａとには、モータ軸５Ａの外周部が当接しており、高圧ガス経路１３とガス経路１５とが塞がれているため、シリンダ１内のガスが高圧ガス経路１５へ流れない。
【００４０】
次に、モータ軸５Ａが回転され、図４（ｂ）に示すように、低圧ガス経路１４の一端１４ａにモータ軸５Ａの外周部が到達すると、図４（ａ）中太線の排気経路Ｐが遮断されて、高圧ガスの排出が停止される。この時、高圧ガス経路１３の一端１３ａとガス経路１５の一端１５ａとには、図４（ｂ）に示すように、モータ軸５Ａの外周部が当接しており、高圧ガス経路１３とガス経路１５とが塞がれているため、シリンダ１内のガス圧力は、低圧を保たれる。
【００４１】
また、上記排気経路Ｐが遮断され、高圧ガスの排出が停止される間には、ディスプレーサ２は下方から上方へと摺動移動されて、温度低下されたシリンダ１内のガスはディスプレーサ２内に設けられる図示しない蓄冷器を通る。この図示しない蓄冷器内でシリンダ１内のガスが熱交換され、図示しない蓄冷器が冷却される。熱交換されたシリンダ１内のガスはディスプレーサ２の下部に形成される空間Ｓに移動する。
【００４２】
このように、上記モータ軸５Ａは、上記供給経路Ｏと上記排気経路Ｐとを形成して、上記シリンダ１内のガス圧力を高圧と低圧とに交互に切替える動作を継続して行い、シリンダ１内のガスを繰り返し断熱膨張させてシリンダ１内のガス温度を低下させる。これに上記シリンダ１内のディスプレーサ２の上下摺動を連動させて、ディスプレーサ２の図示しない蓄冷器が徐々に冷却されて、シリンダ１内の温度が低下する。そして、シリンダ１に取り付けられる図示しない被冷却対象が冷却される。
【００４３】
第一の実施の形態では、高圧ガス経路１３とシリンダ１とがガス経路１５を介して連通され、高圧ガス経路１３を高圧ガス配管６につなぐ高圧ガス用溝Ｈと、低圧ガス経路１４とシリンダ１とがガス経路１５を介して連通され、低圧ガス経路１４を低圧ガス経路７につなぐ低圧ガス用溝Ｌとがモータ軸５Ａに形成される。このモータ軸５Ａがディスプレーサ２の駆動軸４に連結されたモータ５に設けられて、構造が簡単になると共に従来に比べて部品点数が少なくなるから、製造するコストが低くできると共に装置の信頼性が向上する効果がある。
【００４４】
また、上記高圧ガス用溝Ｈと、上記低圧ガス用溝Ｌとが上記モータ軸５Ａの外周部に溝或いは穴加工が施された溝部ｈ、ｌとを有して構成され、モータ軸が、高圧ガス配管６とシリンダ１とをつなぐ供給経路Ｏの形成と遮断と、シリンダ１と低圧ガス配管７とをつなぐ排気経路Ｐの形成と遮断とを行い、構造が簡単になるため、製造するコストが低くできる効果がある。
【００４５】
また、モータ軸５Ａが、上記ディスプレーサ２の駆動軸４よりモータ５側に設けたことから、コンパクトにできる効果がある。
【００４６】
ところで、図１では、上記高圧ガス用溝Ｈ、低圧ガス用溝Ｌが、モータ５のモータ軸５Ｂの軸径よりも太い径を有したモータ軸５Ａに設けられているが、図５に示すように、モータ軸５Ａとモータ軸５Ｂとが同一の軸径を有して構成されてもよい。その他の構成は、図１に示したものとほぼ同様の構成である。
【００４７】
上記モータ軸２５ａがモータ２５のロータ軸と同一の直径で構成されているから、従来に比べて部品点数が少なくなり、装置の信頼性が向上する効果がある。
【００４８】
また、図６に示すように、高圧ガス経路１３の一端１３ｂにフィルタ５１が設けられてもよい。このフィルタ５１は、上記高圧ガス配管６から異物が上記高圧ガス経路１３に流入する場合、異物を除去する。
【００４９】
また、低圧ガス経路１４の途中にフィルタ５２が設けられ、ガス経路１５の一端１５ａにフィルタ５３が設けられてもよい。これらフィルタ５２，５３は、上記ディスプレーサ２の上下摺動運動によって摩耗粉が発生して、その摩耗粉が上記低圧ガス経路１４、ガス経路１５に流入する場合、この摩耗粉を除去する。
【００５０】
なお、これらフィルタ５１，５２，５３は、例えば目の細かい金網やフェルトなどで構成されている。その他の構成は、図１に示したものとほぼ同様の構成である。
【００５１】
上記フィルタ５１，５２，５３は、上記異物や摩耗粉がハウジング３のモータ軸孔３Ｂとモータ軸５Ａとの微小な隙間に入る前に除去するため、モータ軸５Ａの摩耗や折損を防ぐことができる。なお、上記フィルタ５２は省かれてもほぼ同様の効果がある。
【００５２】
第二の実施の形態は、図７に示すように、高圧ガス配管２６が、ハウジング３３を挟んで、低圧ガス配管２７の反対位置に設けられる。
【００５３】
上記ハウジング３３には、モータ軸孔３３Ｂが設けられている。モータ軸孔３３Ｂは、モータ３５が取り付けられるモータ取付面３３Ｃから、ディスプレーサ２の駆動軸３４が延在する駆動軸孔３３Ａに直交し、駆動軸孔３３Ａを貫通して、低圧ガス配管２７が取り付けられる取付面３３Ｅの近傍まで形成されている。
【００５４】
上記モータ軸孔３３Ｂには、モータ３５のモータ軸３５Ａ，３５Ｃが回転自在に設けられる。
【００５５】
モータ軸３５Ａは、モータ３５のロータ軸３５Ｂに設けられ、ロータ軸３５Ｂの軸径より太い軸径を有して構成されている。このモータ軸３５Ａの両端をモータ軸孔３３に配設された軸受３７が支持する。
【００５６】
モータ軸３５Ｃは、上記ハウジング３３の駆動軸孔３３Ａを挟んで上記モータ軸３５Ａの反対位置に設けられている。このモータ軸３５Ａとモータ軸３５Ｃとは、同一の軸径を有し構成されている。このモータ軸３５Ｃの両端をモータ軸孔３３に配設された軸受３６が支持する。
【００５７】
また、上記モータ軸３５Ａと上記モータ軸３５Ｃとは、ディスプレーサ用駆動機構３０のクランクピン３１を介して連結されている。このクランクピン３１は、このクランクピン３１を受ける軸受３２を介して、上記駆動軸３４に連結されている。
【００５８】
図１の高圧ガス経路１３に相当する高圧ガス経路４３は、一端４３ａが上記ハウジング３３のモータ軸孔３３Ｂの中心に開口し、他端４３ｂが上記ハウジング３３の取付面３３Ｅに開口する。この他端４３ｂには、上記高圧ガス配管２６が接続されている。
【００５９】
また、図１の低圧ガス経路１４に相当する低圧ガス経路４４は、一端４４ａが上記モータ軸孔３３Ｂに開口しており、この一端４４ａはハウジング３３の駆動軸孔３３Ａよりモータ取付面３３Ｃ側に設けられる。そして、上記低圧ガス経路４４の他端４４ｂがシリンダ１内に開口する。
【００６０】
また、ハウジング３３には、上記ハウジング３３の駆動軸孔３３Ａを挟み、上記低圧ガス経路４４の反対位置に、ガス経路４５が形成されている。このガス経路４５の一端４５ａが上記モータ軸孔３３Ｂに開口し、他端４５ｂがシリンダ１内に開口する。
【００６１】
図１の冷媒ガス切替え機構２０相当する冷媒ガス切替機構４０は、モータ軸３５Ａ，３５Ｃ、高圧ガス経路４３、低圧ガス経路４４、ガス経路４５を有し構成されている。この冷媒ガス切替機構４０は、シリンダ１内のガス圧力を高圧と低圧とに切り替える。
【００６２】
上記モータ軸３５Ａの外周部の一部には、低圧ガス用溝Ｌが設けられる。この低圧ガス用溝Ｌは、溝或いは穴加工が施された溝部ｌを有する。その他の外周部には、溝或いは穴加工が施されていない。この溝部ｌと上記モータ軸５Ａよりモータ側に位置する空所３３Ｄとが、連結孔４１を介して連結されている。この連結孔４１の一端４１ａが上記溝部１の側面に開口し、他端４１ｂが、空所３３Ｄに開口している。
【００６３】
また、上記モータ軸３５Ｃの外周部の一部には、高圧ガス用溝Ｈが設けられる。この高圧ガス用溝Ｈは、溝或いは穴加工が施された溝部ｈを有する。その他の外周部には、溝或いは穴加工が施されていない。この溝部ｈと高圧ガス経路４３とが、連結孔４２を介して連結されている。この連結孔４２の一端４２ａが上記溝部ｈの底面に開口し、他端４２ｂが上記モータ軸３５Ｃの端面３５Ｄの中心に開口する。この他端４２ｂと上記高圧ガス経路４３の一端４３ａとが連結されている。
【００６４】
次に動作について、図８、図９に基づいて説明する。ここで図８（ａ）、図９（ａ）は図７において、ハウジング３３の周辺を拡大した図である。また、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すハウジング３３のモータ軸孔３３Ｂを、モータ軸孔３３Ｂの中心から、モータ軸孔３３Ｂの中心軸方向に見た図である。また同様に、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すに示すハウジング３３のモータ軸孔３３Ｂを、モータ軸孔３３Ｂの中心から、モータ軸孔３３Ｂの中心軸方向に見た図である。
【００６５】
モータ３５が回転駆動されて、モータ軸３５Ａ，３５Ｃが回転され、図８（ｂ）に示すように、上記モータ軸３５Ｃの溝部ｈが高圧ガス経路４５の一端４５ａに到達すると、図８（ａ）に示すように連結孔４２とガス経路４５とが溝部ｈを介して連結される。連結孔４２と高圧ガス経路４３とが連結されているので、高圧ガス経路４３は、連結孔４２とガス経路４５とを介して、シリンダ１に連通される。また、高圧ガス経路４３の一端４３ｂには、高圧ガス配管２６が接続されているので、図８（ａ）中の太線に示すように、高圧ガス配管２６とシリンダ１とをつなぐ供給経路Ｑが形成される。この間、低圧ガス経路４４の一端４４ａには、モータ軸３５Ｃの外周部が当接しており、この外周部には溝或いは穴加工が施されていないため、低圧ガス経路４４は塞がっている。
【００６６】
供給経路Ｑが形成されると、高圧ガス配管２６を流れる高圧ガスが供給経路Ｑを通りシリンダ１内に流入する。図８（ｂ）に示すように、モータ３５Ｃの溝部ｈがガス経路４５の一端４５ａを通過する間、高圧ガスがシリンダ１内に充満する。また、モータ３５Ｃの溝部ｈがガス経路４５の一端４５ａを通過すると、一端４５ａにはモータ３５Ｃの外周部が当接して、ガス経路１５が塞がり、シリンダ１内のガス圧力は高圧を保たれる。
【００６７】
次に、モータ軸５Ａが回転され、図９（ｂ）に示すように、上記モータ軸３５Ｃの溝部ｌが低圧ガス経路４４の一端４４ａに到達すると、図９（ａ）に示すように、低圧ガス経路４４とモータ３５内部とが、溝部ｌと連結孔４１と空所３３Ｄとを介して連結される。この低圧ガス経路４４はシリンダ１に連通されており、また、低圧ガス配管２７はモータ３５の内部と連結されているので、図９（ａ）中の太線に示すように、シリンダ１と低圧ガス配管２７とをつなぐ排気経路Ｒが形成される。この時、ガス経路４５の一端４５ａには、上記モータ軸３５Ｃの外周部が当節しており、ガス経路４５は塞がっている。
【００６８】
排気経路Ｒが形成されると、シリンダ１内の高圧ガスが上記低圧ガス配管２７へ流出され、シリンダ１内のガス圧力は瞬間的に高圧から低圧へと降下する。図９（ｂ）に示すように、モータ軸３５Ａの溝部ｌが低圧ガス経路４４の一端４４ａを通過する間、図９（ａ）に示すように、排気経路Ｒは形成されて、シリンダ１内の高圧ガスが低圧ガス配管２７に排出される。この時、シリンダ１内のガスは断熱膨張され、ガス温度が低下する。また、モータ軸３５Ａの溝部ｌが低圧ガス経路４４の一端４４ａを通過すると、低圧ガス経路４４が塞がり、この時ガス経路４５も遮断されているので、シリンダ１内のガス圧力は低圧を保たれる。
【００６９】
この間、ディスプレーサ２は下方から上方に摺動移動されて、温度低下されたシリンダ１内のガスはディスプレーサ２内に設けられる図示しない蓄冷器を通る。この図示しない蓄冷器内でシリンダ１内のガスが熱交換され、図示しない蓄冷器が冷却される。
【００７０】
このように、上記モータ軸３５Ａは、上記供給経路Ｑを形成し、また、上記モータ軸３５Ｃは、上記排気経路Ｐを形成する。上記モータ軸３５Ａ，３５Ｃは、これら供給経路Ｑと排気経路Ｒとを交互に形成させて、上記シリンダ１内のガス圧力を高圧と低圧とに交互に切替える動作を継続して行う。シリンダ１内のガスは、繰り返し断熱膨張されて、シリンダ１内のガス温度を低下させる。これに上記シリンダ１内のディスプレーサ２の上下摺動が連動されて、ディスプレーサ２の図示しない蓄冷器が徐々に冷却されて、シリンダ１内の温度が低下する。そして、シリンダ１に取り付けられる図示しない被冷却対象が冷却される。
【００７１】
第二の実施の形態では、高圧ガス経路４３とシリンダ１とが、連結孔４２とガス経路４５とを介して連通され、高圧ガス経路４３を高圧ガス配管２６につなぐ、高圧ガス用溝Ｈがモータ軸３５Ｃに形成される。また、シリンダ１と連通される低圧ガス経路１４を低圧ガス経路７につなぐ低圧ガス用溝Ｌが、モータ軸３５Ａに形成される。これらモータ軸３５Ａと３５Ｃとがディスプレーサ２の駆動軸３４に連結されたモータ３５に設けられて、構造が簡単になると共に従来に比べて部品点数が少なくなるから、製造するコストが低くできると共に装置の信頼性が向上する効果がある。
【００７２】
また、上記高圧ガス用溝Ｈが上記モータ軸３５Ｃの外周部に溝或いは穴加工が施された溝部ｈを有し、上記低圧ガス用溝Ｌがモータ軸３５Ａの外周部に溝或いは穴加工が施された溝部ｌを有し構成されて、モータ軸３５Ａが、シリンダ１と低圧ガス配管２７とをつなぐ排気経路Ｒの形成と遮断とを行い、モータ軸３５Ｃが、高圧ガス配管２６とシリンダ１とをつなぐ供給経路Ｑの形成と遮断とを行い、モータ軸３５Ａ，３５Ｃの構造が簡単になるから、製造するコストが低くできる効果がある。
【００７３】
また、上記モータ軸３５Ａには上記連結孔４１が形成され、上記低圧ガス経路４４が、上記モータ軸３５Ａの溝部ｌと上記連結孔４１と空所３３Ｄとを介して、モータ３５内部に連通される低圧ガス配管２７につながれる。また、上記モータ軸３５Ｃには連結孔４２が形成され、上記高圧ガス経路４３が、上記モータ軸３５Ａの溝部ｈと上記連結孔４２とを介して、シリンダ１内につながれる。このため、ハウジング３３内に形成されるガス経路の構造が簡単にできる効果がある。
【００７４】
また、上記モータ軸３５Ａと上記モータ軸３５Ｃとが、ディスプレーサ２の駆動軸３４の両側に、クランクピン３１を介して連結されて、モータ軸３５Ａ，３５Ｃの構造が簡単になるため、製造するコストが低くできる効果がある。
【００７５】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、ハウジングのモータ軸孔に開口し、シリンダ内に連通する低圧ガス経路、及び高圧ガス経路を形成し、モータ軸に上記低圧ガス経路を低圧ガス配管につなぐ第１の手段、及び上記高圧ガス経路を高圧ガス配管につなぐ第２の手段を形成して、構造が簡単になると共に従来に比べて部品点数が少なくなるため、製造するコストを低くできると共に装置の信頼性が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る極低温冷凍装置の第一の実施の形態を示した縦断面図である。
【図２】第一の実施の形態でのモータ軸を示した斜視図である。
【図３】（ａ）は図１の拡大図であり、高圧ガス経路が繋がった時の縦断面図である。（ｂ）は、（ａ）のモータ軸孔をモータ軸方向に見た図である。
【図４】（ａ）は図１の拡大図であり、低圧ガス経路が繋がった時の縦断面図である。（ｂ）は、（ａ）のモータ軸孔をモータ軸方向に見た図である。
【図５】第一の実施の形態でモータ軸とロータ軸とが同一の軸径を有した形態を示し、低圧ガス経路が繋がった時の縦断面図である。
【図６】第一の実施の形態でフィルタを設けた形態を示した縦断面図である。
【図７】本発明に係る極低温冷凍装置の第二の実施の形態を示した縦断面図である。
【図８】（ａ）は図７の拡大図であり、高圧ガス経路が繋がった時の縦断面図である。（ｂ）は（ａ）のモータ軸孔をモータ軸方向に見た図である。
【図９】（ａ）は図７の拡大図であり、低圧ガス経路が繋がった時の縦断面図である。（ｂ）は（ａ）のモータ軸孔をモータ軸方向に見た図である。
【符号の説明】
１ シリンダ
２ ディスプレーサ
３ ハウジング
３Ａ 駆動軸孔
３Ｂ モータ軸孔
４ 駆動軸
５ モータ
５Ａ モータ軸
６ 高圧ガス配管
７ 低圧ガス配管
１０ ディスプレーサ用駆動機構
１１ クランクピン
１３ 高圧ガス経路
１４ 低圧ガス経路
１５ ガス経路
２０ 冷媒ガス切替機構
１００ 極低温冷凍装置
３０ ディスプレーサ用駆動機構
３１ クランクピン
３３ ハウジング
３３Ａ 駆動軸孔
３３Ｂ モータ軸孔
３５ モータ
３５Ａ モータ軸
３５Ａ モータ軸
４０ 冷媒ガス切替機構
４１ 連結孔
４２ 連結孔
４３ 高圧ガス経路
４４ 低圧ガス経路
４５ ガス経路
Ｈ 高圧ガス用溝
Ｌ 低圧ガス用溝
Ｏ 供給経路
Ｐ 排気経路
Ｑ 供給経路
Ｒ 供給経路
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス経路を切り替える手段をコンパクトに設計した極低温冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスサイクルにより冷凍作用を行う極低温冷凍装置には、シリンダ内の冷媒ガスを高圧から低圧に切り替える冷媒ガス切替え機構を有し、この冷媒ガス切替え機構の一例としては、特許公報第２８６９２３３号に記載の構成がある。この構成では、モータ軸に取り付けたクランク機構が棒状の弁体（スプールバルブ）を稼働させて、冷媒ガスの圧力の切替えを行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構成では、冷媒ガス切替え機構の構成要素として、上記クランク機構、棒状の弁体、バネ、棒状の弁体が往復動するスリーブなどがあり、部品点数が多くなり、構造が複雑で、製造するコストを低くしにくいという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、冷媒ガス切替え機構をコンパクトに設計した極低温冷凍装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、シリンダと、このシリンダ内に設けられたディスプレーサと、シリンダに連結され、このディスプレーサの駆動軸が延在するハウジングと、このハウジングに取り付けられ、モータ軸がハウジングに形成されたモータ軸孔を貫通し、上記ディスプレーサの駆動軸に連結されたモータとを備えた極低温冷凍装置において、上記ハウジングに、上記ディスプレーサの駆動軸が内部に延在する駆動軸孔と、該駆動軸孔に直交して形成されるモータ軸孔と、上記モータ軸孔の内周面に一端が開口し、他端が上記シリンダ内に連通する高圧ガス経路と、上記モータ軸孔の内周面に一端が開口し、他端が上記シリンダ内に連通する低圧ガス経路とを一体に形成し、上記モータ軸孔に嵌合される上記モータ軸の外周面に、上記高圧ガス経路を高圧ガス配管につなぐ高圧ガス用溝、及び上記低圧ガス経路を低圧ガス配管につなぐ低圧ガス用溝を形成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、上記高圧ガス用溝及び上記低圧ガス経路がモータ軸に形成された連結孔を含む構成を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、上記モータ軸が上記モータのロータと同一の直径で延出する構成を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のうちいずれか記載のものにおいて、上記高圧ガス経路、上記低圧ガス経路の途中にフィルタを設けた構成を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のうちいずれか記載のものにおいて、上記高圧ガス用溝と上記低圧ガス経路とを上記ディスプレーサの駆動軸よりモータ側に設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至４のうちいずれか記載のものにおいて、上記高圧ガス用溝と上記低圧ガス経路とをディスプレーサの駆動軸の両側に設けたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。図１は本発明に係る極低温冷凍装置１００の第一の実施の形態を示す縦断面図である。図１に示すように、極低温冷凍装置１００は、シリンダ１、ディスプレーサ２、ハウジング３、モータ５、高圧ガス配管６、低圧ガス配管７、ディスプレーサ用駆動機構１０、冷媒ガス切替え機構２０等から構成されている。
【００１３】
上記シリンダ１は、フランジ８を介して、ハウジング３に連結されており、上記シリンダ１内には、シリンダ１の軸方向に摺動されるディスプレーサ２が設けられている。ディスプレーサ２は寒冷を発生させて、シリンダ１に取り付けられる図示しない被冷却対象を冷却させる。このディスプレーサ２の駆動軸４が、上記ハウジング３内に形成された駆動軸孔３Ａに延在されている。このハウジング３の駆動軸孔３Ａに直交して、ハウジング３内にモータ軸孔３Ｂが形成されている。
【００１４】
モータ５は、モータフランジ９を介して、ハウジング３のモータ取付面３Ｃに取り付けられている。このモータ５には高圧ガス配管６、低圧ガス配管７が設けられている。高圧ガス配管６は、モータ５のモータフランジ９を介して、上記ハウジング３に連結されている。また、低圧ガス配管７は、モータ５内部及びモータフランジ９を介して、上記ハウジング３のモータ軸孔３Ｂに連通されている。
【００１５】
上記ハウジング３は、これら高圧ガス配管６と低圧ガス配管７とを介して、図示しないコンプレッサユニットに接続されており、冷媒であるヘリウムガスが極低温冷凍装置１００と図示しないコンプレッサユニットとの間で循環する。
【００１６】
上記ハウジング３のモータ軸孔３Ｂには、モータ５のロータ軸５Ｂに配設されたモータ軸５Ａが回転自在に設けられている。このモータ軸５Ａは、ディスプレーサ用駆動機構１０を介して上記ディスプレーサ２の駆動軸４に連結されている。上記ディスプレーサ用駆動機構１０は、クランクピン１１、軸受１２を有し構成されている。クランクピン１１は上記モータ５のモータ軸５Ａに設けられており、このクランクピン１１を受ける軸受１２と連結し、この軸受１２は上記駆動軸４に形成された軸受け収容部４ａに収納されている。
【００１７】
ここで、上記クランクピン１１は、上記モータ軸５Ａの一部に加工しても良い。また、このモータ軸５Ａに別部品として固定されてもよい。
【００１８】
上記ハウジング３内には、上記ハウジング３のモータ軸孔３Ｂに開口して、モータ軸孔３Ｂの中心軸方向に一列に並んだガス経路１３，１４，１５が設けられている。
【００１９】
高圧ガス経路１３は、略くの字型の経路であり、一端１３ａが上記ハウジング３のモータ軸孔３Ｂに開口し、他端１３ｂが上記モータ取付面３Ｃに開口する。この高圧ガス経路１３の他端１３ｂには、上記高圧ガス配管６が接続されている。
【００２０】
また、上記高圧ガス経路１３と上記ハウジング３の駆動軸孔３Ａとの間には、ガス経路１５が設けられる。このガス経路１５は、一端１５ａが上記モータ軸孔３Ｂに開口し、他端１５ｂがフランジ８を貫通して、シリンダ１に開口する。
【００２１】
低圧ガス経路１４は、逆Ｌ字型の経路であり、上記ガス経路１５と交差位置Ｚで交差される。この低圧ガス経路１４の一端１４ａが上記モータ軸孔３Ｂに開口し、他端１４ｂが交差位置Ｚでガス経路１５に開口する。
【００２２】
ここで、上記高圧ガス経路１３と低圧ガス経路１４とは、独立した経路であり、交差することはない。
【００２３】
また、上記ハウジング３のモータ軸孔３Ｂには、上記ガス経路１５の一端１５ａと上記駆動軸孔３Ａとの間に軸受２１が設けられ、また上記高圧ガス経路１３の一端１３ａと上記低圧ガス経路１４の一端１４ａとの間に軸受２２が設けられており、これら軸受２１，２２は上記モータ軸５Ａを支持する。
【００２４】
冷媒ガス切替え機構２０は、上記モータ軸５Ａ、上記高圧ガス経路１３、低圧ガス経路１４、ガス経路１５を有し構成されている。この冷媒ガス切替え機構２０は、シリンダ１内のガス圧力を高圧と低圧とに切り替える。
【００２５】
第一の実施の形態では、上記モータ軸５Ａは、上記モータ５のロータ軸５Ｂの径より太い軸径を有している。このモータ軸５Ａには、溝Ｈ，Ｌが設けられている。
【００２６】
高圧ガス用溝Ｈは、シリンダ１内と上記高圧ガス経路１３とを連通させ、シリンダ１内と上記高圧ガス配管６とをつなぐ第１の手段である。
【００２７】
低圧ガス用溝Ｌは、上記シリンダ１内と上記低圧ガス経路１４とを連通させ、上記シリンダ１内と上記低圧ガス配管７とをつなぐ第２の手段である。
【００２８】
これら第１の手段と第２の手段との協働によって、シリンダ１内のガス圧力が高圧と低圧とに切り替わる。
【００２９】
上記高圧ガス用溝Ｈは、図２に示すように、上記モータ軸５Ａの外周部の一部に、溝或いは穴加工が施された溝部ｈを有している。その他の外周部には溝或いは穴加工が施されていない。
【００３０】
上記低圧ガス用溝Ｌは、モータ軸５Ａの外周部の一部に、溝或いは穴加工が施された溝部ｌを有している。この溝部ｌの側面は、図１に示すように、上記モータ軸５Ａよりモータ５側に位置する空所３Ｄに開口している。その他の外周部には溝或いは穴加工が施されていない。
【００３１】
次に動作について、図３、４に基づき説明する。ここで、図３（ａ）、図４（ａ）は、図１において、ハウジング３を拡大した図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す上記ハウジング３のモータ軸孔３Ｂを、上記ハウジング３の駆動軸孔３Ａから、モータ軸孔３Ｂの中心軸方向に見た図である。また同様に、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す上記ハウジング３のモータ軸孔３Ｂを、上記ハウジング３の駆動軸孔３Ａから、モータ軸孔３Ｂの中心軸方向に見た図である。
【００３２】
上記モータ５が図示しない電源供給手段により駆動され、モータ５のモータ軸５Ａが図３（ｂ）中の矢印に示すように回転して、このモータ軸５Ａの溝部ｈが高圧ガス経路１３の一端１３ａ及びガス経路１５の一端１５ａに到達すると、図３（ａ）に示すように、高圧ガス経路１３とガス経路１５とが、モータ軸５Ａの溝部ｈを介して連結されて、高圧ガス経路１３がガス経路１５を介してシリンダ１内と連通される。また、高圧ガス経路１３の一端１３ａが、高圧ガス配管６に接続されているので、図３（ａ）中の太線に示すように、高圧ガス配管６とシリンダ１内とをつなぐ供給経路Ｏが形成される。この時、ディスプレーサ２は、シリンダ１内の上方に位置されており、シリンダ１内には、ディスプレーサ２の下部に空間Ｓが形成される。
【００３３】
供給経路Ｏが形成されると、図示しないコンプレッサから高圧ガス配管６に吐出される冷媒ガス（高圧ガス）が、供給経路Ｏを通り、シリンダ１内の空間Ｓへ流れこむ。この時、低圧ガス経路１４の一端１４ａには、モータ軸５Ａの外周部が当接しており、この外周部には溝或いは穴加工されていないため、低圧ガス経路１４の一端１４ａは塞がれ、供給経路Ｏを流れる高圧ガスが低圧ガス経路１４に流れない。
【００３４】
そして、図３（ｂ）に示すように、モータ軸５Ａの溝部ｈが高圧ガス経路１３の一端１３ａとガス経路１５の一端１５ａとを通過する間、供給経路Ｏは形成され、高圧ガスがディスプレーサ２内に設けられた図示しない蓄冷器を通り、シリンダ１内に充満する。
【００３５】
次にモータ軸５Ａが回転され、高圧ガス経路１３の一端１３ａとガス経路１５の一端１５ａとにモータ軸５Ａの外周部が到達すると、一端１３ａと一端１５ａとが塞がれ、図３（ａ）中の太線に示す供給経路Ｏが遮断され、シリンダ１内への高圧ガス供給が停止する。
【００３６】
供給経路Ｏが遮断される間には、ディスプレーサ２は上方から下方に摺動移動されて、シリンダ１内の高圧ガスは、ディスプレーサ２内の図示しない蓄冷器を通過して、ディスプレーサ２の上方へ移動する。この間、低圧ガス経路１４の一端１４ａには、図３（ｂ）に示すように、モータ軸５Ａの外周部が当接しており、一端１４ａは塞がれているため、シリンダ１内のガス圧力は高圧に保たれる。
【００３７】
次に図４（ｂ）に示すように、低圧ガス経路１４の一端１４ａにモータ軸５Ａの溝部ｌが到達すると、図４（ａ）に示すように、低圧ガス経路１４とモータ５の内部とが、溝部ｌと空所３Ｄとを介して、連結される。この時、高圧ガス経路１３の一端１３ａとガス経路１５の一端１５ａとには、モータ軸５Ａの外周部が当接しており、一端１３ａと一端１５ａとが塞がれているため、低圧ガス経路１４は、ガス経路１５の一部を介して、シリンダ１内に連通される。また、モータ５内部には、低圧ガス配管が連結されているので、図４（ａ）中の太線に示すように、シリンダ１と低圧ガス配管７とをつなぐ排気経路Ｐが形成される。
【００３８】
排気経路Ｐが形成されると、シリンダ１内の高圧ガスが排気経路Ｐを通り上記低圧ガス配管７へ流出されて、シリンダ１内のガス圧力が瞬間的に高圧から低圧へと降下する。この時、シリンダ１内のガスは断熱膨張され、ガス温度が低下する。
【００３９】
そして、図４（ｂ）に示すように、モータ軸５Ａの溝部ｌが低圧ガス経路１４の一端１４ａを通過する間、排気経路Ｐは形成され、この間には、図４（ａ）に示すように、シリンダ１内の高圧ガスが低圧ガス配管７に排出される。この間、高圧ガス経路１３の一端１３ａとガス経路１５の一端１５ａとには、モータ軸５Ａの外周部が当接しており、高圧ガス経路１３とガス経路１５とが塞がれているため、シリンダ１内のガスが高圧ガス経路１５へ流れない。
【００４０】
次に、モータ軸５Ａが回転され、図４（ｂ）に示すように、低圧ガス経路１４の一端１４ａにモータ軸５Ａの外周部が到達すると、図４（ａ）中太線の排気経路Ｐが遮断されて、高圧ガスの排出が停止される。この時、高圧ガス経路１３の一端１３ａとガス経路１５の一端１５ａとには、図４（ｂ）に示すように、モータ軸５Ａの外周部が当接しており、高圧ガス経路１３とガス経路１５とが塞がれているため、シリンダ１内のガス圧力は、低圧を保たれる。
【００４１】
また、上記排気経路Ｐが遮断され、高圧ガスの排出が停止される間には、ディスプレーサ２は下方から上方へと摺動移動されて、温度低下されたシリンダ１内のガスはディスプレーサ２内に設けられる図示しない蓄冷器を通る。この図示しない蓄冷器内でシリンダ１内のガスが熱交換され、図示しない蓄冷器が冷却される。熱交換されたシリンダ１内のガスはディスプレーサ２の下部に形成される空間Ｓに移動する。
【００４２】
このように、上記モータ軸５Ａは、上記供給経路Ｏと上記排気経路Ｐとを形成して、上記シリンダ１内のガス圧力を高圧と低圧とに交互に切替える動作を継続して行い、シリンダ１内のガスを繰り返し断熱膨張させてシリンダ１内のガス温度を低下させる。これに上記シリンダ１内のディスプレーサ２の上下摺動を連動させて、ディスプレーサ２の図示しない蓄冷器が徐々に冷却されて、シリンダ１内の温度が低下する。そして、シリンダ１に取り付けられる図示しない被冷却対象が冷却される。
【００４３】
第一の実施の形態では、高圧ガス経路１３とシリンダ１とがガス経路１５を介して連通され、高圧ガス経路１３を高圧ガス配管６につなぐ高圧ガス用溝Ｈと、低圧ガス経路１４とシリンダ１とがガス経路１５を介して連通され、低圧ガス経路１４を低圧ガス経路７につなぐ低圧ガス用溝Ｌとがモータ軸５Ａに形成される。このモータ軸５Ａがディスプレーサ２の駆動軸４に連結されたモータ５に設けられて、構造が簡単になると共に従来に比べて部品点数が少なくなるから、製造するコストが低くできると共に装置の信頼性が向上する効果がある。
【００４４】
また、上記高圧ガス用溝Ｈと、上記低圧ガス用溝Ｌとが上記モータ軸５Ａの外周部に溝或いは穴加工が施された溝部ｈ、ｌとを有して構成され、モータ軸が、高圧ガス配管６とシリンダ１とをつなぐ供給経路Ｏの形成と遮断と、シリンダ１と低圧ガス配管７とをつなぐ排気経路Ｐの形成と遮断とを行い、構造が簡単になるため、製造するコストが低くできる効果がある。
【００４５】
また、モータ軸５Ａが、上記ディスプレーサ２の駆動軸４よりモータ５側に設けたことから、コンパクトにできる効果がある。
【００４６】
ところで、図１では、上記高圧ガス用溝Ｈ、低圧ガス用溝Ｌが、モータ５のモータ軸５Ｂの軸径よりも太い径を有したモータ軸５Ａに設けられているが、図５に示すように、モータ軸５Ａとモータ軸５Ｂとが同一の軸径を有して構成されてもよい。その他の構成は、図１に示したものとほぼ同様の構成である。
【００４７】
上記モータ軸２５ａがモータ２５のロータ軸と同一の直径で構成されているから、従来に比べて部品点数が少なくなり、装置の信頼性が向上する効果がある。
【００４８】
また、図６に示すように、高圧ガス経路１３の一端１３ｂにフィルタ５１が設けられてもよい。このフィルタ５１は、上記高圧ガス配管６から異物が上記高圧ガス経路１３に流入する場合、異物を除去する。
【００４９】
また、低圧ガス経路１４の途中にフィルタ５２が設けられ、ガス経路１５の一端１５ａにフィルタ５３が設けられてもよい。これらフィルタ５２，５３は、上記ディスプレーサ２の上下摺動運動によって摩耗粉が発生して、その摩耗粉が上記低圧ガス経路１４、ガス経路１５に流入する場合、この摩耗粉を除去する。
【００５０】
なお、これらフィルタ５１，５２，５３は、例えば目の細かい金網やフェルトなどで構成されている。その他の構成は、図１に示したものとほぼ同様の構成である。
【００５１】
上記フィルタ５１，５２，５３は、上記異物や摩耗粉がハウジング３のモータ軸孔３Ｂとモータ軸５Ａとの微小な隙間に入る前に除去するため、モータ軸５Ａの摩耗や折損を防ぐことができる。なお、上記フィルタ５２は省かれてもほぼ同様の効果がある。
【００５２】
第二の実施の形態は、図７に示すように、高圧ガス配管２６が、ハウジング３３を挟んで、低圧ガス配管２７の反対位置に設けられる。
【００５３】
上記ハウジング３３には、モータ軸孔３３Ｂが設けられている。モータ軸孔３３Ｂは、モータ３５が取り付けられるモータ取付面３３Ｃから、ディスプレーサ２の駆動軸３４が延在する駆動軸孔３３Ａに直交し、駆動軸孔３３Ａを貫通して、低圧ガス配管２７が取り付けられる取付面３３Ｅの近傍まで形成されている。
【００５４】
上記モータ軸孔３３Ｂには、モータ３５のモータ軸３５Ａ，３５Ｃが回転自在に設けられる。
【００５５】
モータ軸３５Ａは、モータ３５のロータ軸３５Ｂに設けられ、ロータ軸３５Ｂの軸径より太い軸径を有して構成されている。このモータ軸３５Ａの両端をモータ軸孔３３に配設された軸受３７が支持する。
【００５６】
モータ軸３５Ｃは、上記ハウジング３３の駆動軸孔３３Ａを挟んで上記モータ軸３５Ａの反対位置に設けられている。このモータ軸３５Ａとモータ軸３５Ｃとは、同一の軸径を有し構成されている。このモータ軸３５Ｃの両端をモータ軸孔３３に配設された軸受３６が支持する。
【００５７】
また、上記モータ軸３５Ａと上記モータ軸３５Ｃとは、ディスプレーサ用駆動機構３０のクランクピン３１を介して連結されている。このクランクピン３１は、このクランクピン３１を受ける軸受３２を介して、上記駆動軸３４に連結されている。
【００５８】
図１の高圧ガス経路１３に相当する高圧ガス経路４３は、一端４３ａが上記ハウジング３３のモータ軸孔３３Ｂの中心に開口し、他端４３ｂが上記ハウジング３３の取付面３３Ｅに開口する。この他端４３ｂには、上記高圧ガス配管２６が接続されている。
【００５９】
また、図１の低圧ガス経路１４に相当する低圧ガス経路４４は、一端４４ａが上記モータ軸孔３３Ｂに開口しており、この一端４４ａはハウジング３３の駆動軸孔３３Ａよりモータ取付面３３Ｃ側に設けられる。そして、上記低圧ガス経路４４の他端４４ｂがシリンダ１内に開口する。
【００６０】
また、ハウジング３３には、上記ハウジング３３の駆動軸孔３３Ａを挟み、上記低圧ガス経路４４の反対位置に、ガス経路４５が形成されている。このガス経路４５の一端４５ａが上記モータ軸孔３３Ｂに開口し、他端４５ｂがシリンダ１内に開口する。
【００６１】
図１の冷媒ガス切替え機構２０相当する冷媒ガス切替機構４０は、モータ軸３５Ａ，３５Ｃ、高圧ガス経路４３、低圧ガス経路４４、ガス経路４５を有し構成されている。この冷媒ガス切替機構４０は、シリンダ１内のガス圧力を高圧と低圧とに切り替える。
【００６２】
上記モータ軸３５Ａの外周部の一部には、低圧ガス用溝Ｌが設けられる。この低圧ガス用溝Ｌは、溝或いは穴加工が施された溝部ｌを有する。その他の外周部には、溝或いは穴加工が施されていない。この溝部ｌと上記モータ軸５Ａよりモータ側に位置する空所３３Ｄとが、連結孔４１を介して連結されている。この連結孔４１の一端４１ａが上記溝部１の側面に開口し、他端４１ｂが、空所３３Ｄに開口している。
【００６３】
また、上記モータ軸３５Ｃの外周部の一部には、高圧ガス用溝Ｈが設けられる。この高圧ガス用溝Ｈは、溝或いは穴加工が施された溝部ｈを有する。その他の外周部には、溝或いは穴加工が施されていない。この溝部ｈと高圧ガス経路４３とが、連結孔４２を介して連結されている。この連結孔４２の一端４２ａが上記溝部ｈの底面に開口し、他端４２ｂが上記モータ軸３５Ｃの端面３５Ｄの中心に開口する。この他端４２ｂと上記高圧ガス経路４３の一端４３ａとが連結されている。
【００６４】
次に動作について、図８、図９に基づいて説明する。ここで図８（ａ）、図９（ａ）は図７において、ハウジング３３の周辺を拡大した図である。また、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すハウジング３３のモータ軸孔３３Ｂを、モータ軸孔３３Ｂの中心から、モータ軸孔３３Ｂの中心軸方向に見た図である。また同様に、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すに示すハウジング３３のモータ軸孔３３Ｂを、モータ軸孔３３Ｂの中心から、モータ軸孔３３Ｂの中心軸方向に見た図である。
【００６５】
モータ３５が回転駆動されて、モータ軸３５Ａ，３５Ｃが回転され、図８（ｂ）に示すように、上記モータ軸３５Ｃの溝部ｈが高圧ガス経路４５の一端４５ａに到達すると、図８（ａ）に示すように連結孔４２とガス経路４５とが溝部ｈを介して連結される。連結孔４２と高圧ガス経路４３とが連結されているので、高圧ガス経路４３は、連結孔４２とガス経路４５とを介して、シリンダ１に連通される。また、高圧ガス経路４３の一端４３ｂには、高圧ガス配管２６が接続されているので、図８（ａ）中の太線に示すように、高圧ガス配管２６とシリンダ１とをつなぐ供給経路Ｑが形成される。この間、低圧ガス経路４４の一端４４ａには、モータ軸３５Ｃの外周部が当接しており、この外周部には溝或いは穴加工が施されていないため、低圧ガス経路４４は塞がっている。
【００６６】
供給経路Ｑが形成されると、高圧ガス配管２６を流れる高圧ガスが供給経路Ｑを通りシリンダ１内に流入する。図８（ｂ）に示すように、モータ３５Ｃの溝部ｈがガス経路４５の一端４５ａを通過する間、高圧ガスがシリンダ１内に充満する。また、モータ３５Ｃの溝部ｈがガス経路４５の一端４５ａを通過すると、一端４５ａにはモータ３５Ｃの外周部が当接して、ガス経路１５が塞がり、シリンダ１内のガス圧力は高圧を保たれる。
【００６７】
次に、モータ軸５Ａが回転され、図９（ｂ）に示すように、上記モータ軸３５Ｃの溝部ｌが低圧ガス経路４４の一端４４ａに到達すると、図９（ａ）に示すように、低圧ガス経路４４とモータ３５内部とが、溝部ｌと連結孔４１と空所３３Ｄとを介して連結される。この低圧ガス経路４４はシリンダ１に連通されており、また、低圧ガス配管２７はモータ３５の内部と連結されているので、図９（ａ）中の太線に示すように、シリンダ１と低圧ガス配管２７とをつなぐ排気経路Ｒが形成される。この時、ガス経路４５の一端４５ａには、上記モータ軸３５Ｃの外周部が当節しており、ガス経路４５は塞がっている。
【００６８】
排気経路Ｒが形成されると、シリンダ１内の高圧ガスが上記低圧ガス配管２７へ流出され、シリンダ１内のガス圧力は瞬間的に高圧から低圧へと降下する。図９（ｂ）に示すように、モータ軸３５Ａの溝部ｌが低圧ガス経路４４の一端４４ａを通過する間、図９（ａ）に示すように、排気経路Ｒは形成されて、シリンダ１内の高圧ガスが低圧ガス配管２７に排出される。この時、シリンダ１内のガスは断熱膨張され、ガス温度が低下する。また、モータ軸３５Ａの溝部ｌが低圧ガス経路４４の一端４４ａを通過すると、低圧ガス経路４４が塞がり、この時ガス経路４５も遮断されているので、シリンダ１内のガス圧力は低圧を保たれる。
【００６９】
この間、ディスプレーサ２は下方から上方に摺動移動されて、温度低下されたシリンダ１内のガスはディスプレーサ２内に設けられる図示しない蓄冷器を通る。この図示しない蓄冷器内でシリンダ１内のガスが熱交換され、図示しない蓄冷器が冷却される。
【００７０】
このように、上記モータ軸３５Ａは、上記供給経路Ｑを形成し、また、上記モータ軸３５Ｃは、上記排気経路Ｐを形成する。上記モータ軸３５Ａ，３５Ｃは、これら供給経路Ｑと排気経路Ｒとを交互に形成させて、上記シリンダ１内のガス圧力を高圧と低圧とに交互に切替える動作を継続して行う。シリンダ１内のガスは、繰り返し断熱膨張されて、シリンダ１内のガス温度を低下させる。これに上記シリンダ１内のディスプレーサ２の上下摺動が連動されて、ディスプレーサ２の図示しない蓄冷器が徐々に冷却されて、シリンダ１内の温度が低下する。そして、シリンダ１に取り付けられる図示しない被冷却対象が冷却される。
【００７１】
第二の実施の形態では、高圧ガス経路４３とシリンダ１とが、連結孔４２とガス経路４５とを介して連通され、高圧ガス経路４３を高圧ガス配管２６につなぐ、高圧ガス用溝Ｈがモータ軸３５Ｃに形成される。また、シリンダ１と連通される低圧ガス経路１４を低圧ガス経路７につなぐ低圧ガス用溝Ｌが、モータ軸３５Ａに形成される。これらモータ軸３５Ａと３５Ｃとがディスプレーサ２の駆動軸３４に連結されたモータ３５に設けられて、構造が簡単になると共に従来に比べて部品点数が少なくなるから、製造するコストが低くできると共に装置の信頼性が向上する効果がある。
【００７２】
また、上記高圧ガス用溝Ｈが上記モータ軸３５Ｃの外周部に溝或いは穴加工が施された溝部ｈを有し、上記低圧ガス用溝Ｌがモータ軸３５Ａの外周部に溝或いは穴加工が施された溝部ｌを有し構成されて、モータ軸３５Ａが、シリンダ１と低圧ガス配管２７とをつなぐ排気経路Ｒの形成と遮断とを行い、モータ軸３５Ｃが、高圧ガス配管２６とシリンダ１とをつなぐ供給経路Ｑの形成と遮断とを行い、モータ軸３５Ａ，３５Ｃの構造が簡単になるから、製造するコストが低くできる効果がある。
【００７３】
また、上記モータ軸３５Ａには上記連結孔４１が形成され、上記低圧ガス経路４４が、上記モータ軸３５Ａの溝部ｌと上記連結孔４１と空所３３Ｄとを介して、モータ３５内部に連通される低圧ガス配管２７につながれる。また、上記モータ軸３５Ｃには連結孔４２が形成され、上記高圧ガス経路４３が、上記モータ軸３５Ａの溝部ｈと上記連結孔４２とを介して、シリンダ１内につながれる。このため、ハウジング３３内に形成されるガス経路の構造が簡単にできる効果がある。
【００７４】
また、上記モータ軸３５Ａと上記モータ軸３５Ｃとが、ディスプレーサ２の駆動軸３４の両側に、クランクピン３１を介して連結されて、モータ軸３５Ａ，３５Ｃの構造が簡単になるため、製造するコストが低くできる効果がある。
【００７５】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、ハウジングのモータ軸孔に開口し、シリンダ内に連通する低圧ガス経路、及び高圧ガス経路を形成し、モータ軸に上記低圧ガス経路を低圧ガス配管につなぐ第１の手段、及び上記高圧ガス経路を高圧ガス配管につなぐ第２の手段を形成して、構造が簡単になると共に従来に比べて部品点数が少なくなるため、製造するコストを低くできると共に装置の信頼性が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る極低温冷凍装置の第一の実施の形態を示した縦断面図である。
【図２】第一の実施の形態でのモータ軸を示した斜視図である。
【図３】（ａ）は図１の拡大図であり、高圧ガス経路が繋がった時の縦断面図である。（ｂ）は、（ａ）のモータ軸孔をモータ軸方向に見た図である。
【図４】（ａ）は図１の拡大図であり、低圧ガス経路が繋がった時の縦断面図である。（ｂ）は、（ａ）のモータ軸孔をモータ軸方向に見た図である。
【図５】第一の実施の形態でモータ軸とロータ軸とが同一の軸径を有した形態を示し、低圧ガス経路が繋がった時の縦断面図である。
【図６】第一の実施の形態でフィルタを設けた形態を示した縦断面図である。
【図７】本発明に係る極低温冷凍装置の第二の実施の形態を示した縦断面図である。
【図８】（ａ）は図７の拡大図であり、高圧ガス経路が繋がった時の縦断面図である。（ｂ）は（ａ）のモータ軸孔をモータ軸方向に見た図である。
【図９】（ａ）は図７の拡大図であり、低圧ガス経路が繋がった時の縦断面図である。（ｂ）は（ａ）のモータ軸孔をモータ軸方向に見た図である。
【符号の説明】
１ シリンダ
２ ディスプレーサ
３ ハウジング
３Ａ 駆動軸孔
３Ｂ モータ軸孔
４ 駆動軸
５ モータ
５Ａ モータ軸
６ 高圧ガス配管
７ 低圧ガス配管
１０ ディスプレーサ用駆動機構
１１ クランクピン
１３ 高圧ガス経路
１４ 低圧ガス経路
１５ ガス経路
２０ 冷媒ガス切替機構
１００ 極低温冷凍装置
３０ ディスプレーサ用駆動機構
３１ クランクピン
３３ ハウジング
３３Ａ 駆動軸孔
３３Ｂ モータ軸孔
３５ モータ
３５Ａ モータ軸
３５Ａ モータ軸
４０ 冷媒ガス切替機構
４１ 連結孔
４２ 連結孔
４３ 高圧ガス経路
４４ 低圧ガス経路
４５ ガス経路
Ｈ 高圧ガス用溝
Ｌ 低圧ガス用溝
Ｏ 供給経路
Ｐ 排気経路
Ｑ 供給経路
Ｒ 供給経路
Claims (6)
- シリンダと、このシリンダ内に設けられたディスプレーサと、シリンダに連結され、このディスプレーサの駆動軸が延在するハウジングと、このハウジングに取り付けられ、モータ軸がハウジングに形成されたモータ軸孔を貫通し、上記ディスプレーサの駆動軸に連結されたモータとを備えた極低温冷凍装置において、
上記ハウジングに、
上記ディスプレーサの駆動軸が内部に延在する駆動軸孔と、該駆動軸孔に直交して形成されるモータ軸孔と、上記モータ軸孔の内周面に一端が開口し、他端が上記シリンダ内に連通する高圧ガス経路と、上記モータ軸孔の内周面に一端が開口し、他端が上記シリンダ内に連通する低圧ガス経路とを一体に形成し、
上記モータ軸孔に嵌合される上記モータ軸の外周面に、上記高圧ガス経路を高圧ガス配管につなぐ高圧ガス用溝、及び上記低圧ガス経路を低圧ガス配管につなぐ低圧ガス用溝を形成した
ことを特徴とする極低温冷凍装置。 - 上記高圧ガス用溝及び上記低圧ガス経路がモータ軸に形成された連結孔を含む構成を備えたことを特徴とする請求項１記載の極低温冷凍装置。
- 上記モータ軸が上記モータのロータ軸と同一の直径で延出する構成を備えたことを特徴とする請求項１記載の極低温冷凍装置。
- 上記高圧ガス経路、上記低圧ガス経路の途中にフィルタを設けた構成を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の極低温冷凍装置。
- 上記高圧ガス用溝と上記低圧ガス経路とを上記ディスプレーサの駆動軸よりモータ側に設けたことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の極低温冷凍装置。
- 上記高圧ガス用溝と上記低圧ガス経路とをディスプレーサの駆動軸の両側に設けたことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の極低温冷凍装置。
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