JPH02183768A

JPH02183768A - ディスプレーサ駆動装置

Info

Publication number: JPH02183768A
Application number: JP33394788A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Saito; 英文斎藤
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1988-12-30
Filing date: 1988-12-30
Publication date: 1990-07-18
Anticipated expiration: 2011-11-20
Also published as: JP2555721B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、スターリング冷凍機に適用されるディスプレ
ーサ駆動装置に関するものである。

［従来の技術］第２図は、従来の一般的なスプリットスターリング冷凍
機を示している。このものは、ディスプレーサ１０１内
部にリジェネレータ（蓄冷器）１０２を収容するように
したもので、ディスプレーサ１０１をシリンダ１０３の
開口端１０３ａから該シリンダ１０３内に進退可能に挿
入し、その低温端１０１ａとシリンダ１０３との間に膨
脹室１０４を形成している。また、シリンダ１０３の下
端近傍部にガス導出入ボート１０５を設け、このガス導
出入ボート１０５と前記膨脹室１０４とをリジェネレー
タ１０２を介して連通させている。

ガス導出入ポート１０５は別置のピストン１０６の圧縮
室１０７と接続しである。そして、膨脹室１０４に適宜
作動ガスを導入してピストン１０６で圧縮し、これを断
熱膨脹させることによって、シリンダ１０３の外方端に
極低温のコールドヘッドを生起させることができるよう
になっている。

一方、ディスプレーサ１０１を駆動するために、その常
温端１０１ｂ側にシリンダ１０３と一体に中間圧室１０
８が設けてあり、この中間圧室１０８内に、膨脹室１０
４に導入される作動ガスの高圧時と低圧時の中間圧に相
当する圧のディスプレーサ付勢用ガスを封入している。

そして、ピストン１０６が膨脹室１０３内のガスを圧縮
する高圧時にその作動圧が中間圧に抗してディスプレー
サ１０１を押下げ、ピストン１０６が膨脹室１０３内の
ガスを減圧する低圧時に中間圧が作動圧に抗してディス
プレーサ１０１を押上げることができるようになってい
る。

なお、１０９はガス導出入ポート１０５内の作動ガスが
摺動隙間から中間圧室１０８に漏れることを防止するた
めのシールであり、１１０は作動ガスがリジェネレータ
１０２を通らずに摺動隙間を通って膨脹室１０３とガス
導出入ボート１０５との間を行き来することを防止する
ためのシールである。また、１１１はディスプレーサ１
０１の可動範囲を規制するためのストッパである。

［発明が解決しようとする課題］ところで、この種のスターリング冷凍機は、例えば人工
衛星に搭載されて赤外線素子を冷却するなどメンテナン
スのできない所に使用されることが多く、そのため一般
に長期に渡って安定して作動できるものが要求される。

そこで、次に述べるような課題は、冷凍機の安定性と耐
久性を向上させるためにぜひとも克服しておかなければ
ならない。

すなわち、第２図に示したものは、低圧時の作動圧を通
常１０〜２０ａｔｍに設定してあり、これが高圧時には
その２〜３倍の圧力にまで上昇するようにしである。し
たがって、中間圧室１０８に低圧時と高圧時の中間圧に
相当するガスを封入すると、シール１０９には両側から
１０〜２０ａｔｍ程度の差圧が交互に作用することにな
る。このため、ディスプレーサ１０１が摺動するとシー
ル１０９が変形・摩耗してシール機能が低下し易く、そ
の摺動隙間を通じて作動圧がガス導出入ポート１０５か
ら中間圧室１０８に漏れる恐れが大きい。

これにより、冷凍能力が低下して作動が不安定になとい
う回復し難い事態を生じる危険性を抱えている。そこで
、このシール１０９をより密閉性の高いものにしてオイ
ル潤滑することも考えられるが、このようにすると油分
が作動ガスに混入するので、尚更冷凍機の性能を損ねる
結果となっていしまう。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであ
って、作動ガスを確実に封入することにより、冷凍機の
安定性と耐久性を向上させることを目的としている。

［課題を解決するための手段］本発明は、かかる目的を達成するために、次のような構
成を採用したものである。

すなわち、本発明のディスプレーサ駆動装置は、シリン
ダの開口端から進退可能にディスプレーサを挿入し、こ
のディスプレーサの低温端と前記シリンダとの間に形成
される膨脹室に作動ガスを導入して断熱膨脹させるよう
にしたスターリング冷凍機に適用されるものであって、
前記ディスプレーサを低温端方向に押圧するスプリング
部材と、前記シリンダの開口端をディスプレーサ収容状
態で無摺動下に閉止し得る可撓性シール機構とを設け、
前記スプリング部材を、膨脹室の高圧時にディスプレー
サに押圧されて反発力を蓄勢し低圧時にディスプレーサ
を押圧しつつ反発力を放出し得るような弾性力に設定し
たことを特徴としている。

［作用］このような構成であれば、別置のピストンが膨脹室内の
ガスを圧縮する高圧時にはディスプレーサが押下げられ
、ピストンが膨脹室内のガスを減圧する低圧時にはディ
スプレーサが押上げられることになり、ディスプレーサ
の適正な作動が確保される。

そして、従来では密封したガスによって中間圧を与える
ようにしていたため、ディスプレーサの常温端にガス圧
が直接作用するよう、中間圧室をシリンダ開口端に連接
しておく必要があった。このため、シールを介設しても
、構造上、摺動隙間を通じて作動ガスが中間圧室に漏れ
る危険性を完全に抑止することは困難であった。これに
対して、本発明は、シリンダにディスプレーサを収容し
、このディスプレーサにスプリング部材を取り付けた状
態でシリンダ開口端を可撓性シール機構によって閉止し
ているので、シリンダと可撓性シール機構とによって閉
成される空間内に作動ガスを完全に封入することができ
る。このため、摺動隙間にシールを介設する必要がなく
なり、ガス漏れの問題を根本的に解決し得るものとなる
。

［実施例］以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

この実施例のディスプレーサ駆動装置は、第１図に示す
ようなスターリング冷凍機に一体に組み込まれている。

シリンダ１はその開口端１ａに拡開された上部固定フラ
ンジ部２を連設し、この上部固定フランジ部２に対して
一定距離を隔てた対向位置にボルト３を介して下部固定
フランジ部４を固定している。そして、ディスプレーサ
５の常温端５ａに可動フランジ部６を固設し、このディ
スプレーサ５を前記シリンダ１の開口端１ａから該シリ
ンダ１内に進退可能に挿入している。また、この状態に
おいて、前記可動フランジ部６と前記下部固定フランジ
部４との間にコイルスプリング７を弾設し、このコイル
スプリング７によってディスプレーサ５を低温端５ｂ方
向に押圧するようにしている。さらに、本実施例では可
撓性シール機構としてベローズ８を採用しており、この
ベローズ８の両開口端を前記可動プランジ部６と前記上
部固定フランジ部２とに貼着してシリンダ開口端１ａを
無摺動下に閉止している。

一方、ディスプレーサ５は内部にリジェネレータ９を収
容してなる従来タイプのもので、該リジェネレータ９を
介して、ディスプレーサ５の低温端５ｂとシリンダ１と
の間に閉成された膨脹室１１をベローズ８の内周空間と
連通させている。また、前記上部固定フランジ部にガス
導出人口１２を穿設し、このガス導出人口１２を通じて
、ベローズ８の内周空間を外設したピストン１３の圧縮
室１４に接続している。

なお、前述したコイルスプリング７は、膨脹室１１内の
作動ガスがピストン１３に圧縮されて高圧となった時に
ディスプレーサ５に押圧されて反発力を蓄勢し、膨脹室
１１内の作動ガスがピストン１３により減圧されて低圧
となった時にディスプレーサ５を押圧しつつ反発力を放
出し得るような付勢力に使用される環境に応じて設定し
である。

また、１０はディスプレーサ５の可動範囲を規制するた
めのストッパである。

次に、本実施例の作動を説明する。圧縮室１４で作動ガ
スが圧縮されて高圧になると、膨脹室１１内のガス圧が
高くなって、ストッパ１０に当接するまでディスプレー
サ５を押下げる。次に、圧縮室１４の容積が拡大してガ
ス圧が下がると、膨脹室１１内のガスは断熱膨張し、一
部を圧縮室１４側に流出させつつディスプレーサ５がコ
イルスプリング７によって押上げられるので、これによ
り膨脹室１１内のガスはさらに押し出されることになる
。そして、このような冷却サイクルが繰り返されること
によって、シリンダ１の外方端に極低温のコールドヘッ
ドが生起されるものとなる。

しかして、このディスプレーサ駆動装置を従来のそれと
比較すると、従来のものが密封したガスによって中間圧
を与えるようにしていたため、ディスプレーサの常温端
にガス圧が直接作用するよう、中間圧室をシリンダ開口
端に連接しておく必要があった。このため、摺動隙間を
通じて作動ガスが中間圧室に漏れることをある程度以上
防ぎようがないという構造上の問題があった。これに対
して、本実施例のものは、シリンダ１にディスプレーサ
５を収容し、このディスプレーサ５にコイルスプリング
７を取り付けた状態でシリンダ開口端１ａをベローズ８
によって閉止しているので、シリンダ１とベローズ８と
によって閉成される空間内に作動ガスを完全に封入する
ことが可能となっている。このため、摺動隙間にシール
を介設せずとも、ガス漏れが起こる恐れは略完全に解消
される。

なお、コイルスプリング７は可動フランジ部６と上部固
定フランジ部２との間に該可動プランジ部６を引き上げ
るような態様で介設してもよい。

また、スプリング部材はコイルスプリングに限らず、他
のばね等を用いることができる。さらに、スプリングの
弾性力を調整するために、第３図に示すように構成して
もよい。このものは、ストッパ２０１を独立した可動式
のものにし、このストッパ２０１の高さ位置を下部固定
フランジ部４に螺着したねじ２０２により可変すること
によって、スプリング７の弾性力を調整可能にしたもの
である。また、外周にはリング状のストロークストッパ
２０３が固設しである。このようにすると、圧力バラン
スが変わり、ディスプレーサの動く速度を変えることが
できるので、コールドヘッドの温度低下に合わせたタイ
ミング調整を行うことが可能となる。すなわち、コール
ドヘッド温度が高い冷し込み前は膨脹室流入ガス世が少
なく、該膨脹室の圧力上昇が速い。このため、スプリン
グ７の弾性力は強い方がよい。逆に、コールドヘッド温
度が低下すると、膨脹室流入ガスは密度が高くなるため
、流入歯が増加すると圧力上昇が遅くなる。

このため、スプリング７の弾性力は弱めた方がよい。し
かして、図示の構造を採用すると、このような調整を好
適に行うことが可能となる。その他、可撓性シール機構
等も図示実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しな
い範囲で種々変形が可能である。

［発明の効果］本発明のディスプレーサ駆動装置は、以上のような構成
によって従来から摺動隙間を密閉するために介設してい
た大きな差圧の働くシールを不要にし、代わってその部
位を可撓性シール機構によってフレキシブルに密閉する
ようにしたので、作動ガスの封入状態の万全を期すこと
が可能になり、冷凍機の安定性と耐久性の向上に寄与で
きるものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したスターリング冷凍機を示す模
式的な断面図、第２図は従来例を示す第１図対応の断面
図である。また、第３図は本発明の他の実施例を示す第
１図対応の断面図である。１・・・シリンダ１ａ・・・開口端５・・・ディスプレーサ５ｂ・・・低温端７・・・スプリング部材（コイルスプリング）８・・・
可撓性シール機構（ベローズ）１１・・・膨脹室

Claims

【特許請求の範囲】

シリンダの開口端から進退可能にディスプレーサを挿入
し、このディスプレーサの低温端と前記シリンダとの間
に形成される膨脹室に作動ガスを導入して断熱膨脹させ
るようにしたスターリング冷凍機に適用されるものであ
って、前記ディスプレーサを低温端方向に押圧するスプ
リング部材と、前記シリンダの開口端をディスプレーサ
収容状態で無摺動下に閉止し得る可撓性シール機構とを
設け、前記スプリング部材を、膨脹室の高圧時にディス
プレーサに押圧されて反発力を蓄勢し低圧時にディスプ
レーサを押圧しつつ反発力を放出し得るような弾性力に
設定したことを特徴とするディスプレーサ駆動装置。