JPH0271059A - 極低温圧縮機及び該圧縮機を用いた極低温冷凍機 - Google Patents

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、ヘリウム等の冷媒ガスを極低温レベルで圧縮
する極低温圧縮機及び該圧縮機を用いた極低温冷凍機に
関し、特に、その高効率化、小形化を図る技術に関する
ものである。

（従来の技術） 従来より、この種の極低温冷凍機として、その最終到達
温度レベルとして約４にの寒冷を発生させる場合、予冷
冷凍回路とＪ−７回路とを組み合わせた２元の冷凍回路
を持つものが知られている。

すなわち、このものは、例えば冷媒ガスとしてのヘリウ
ムガスを圧縮する圧縮機及び同ガスを膨脹させる膨脹機
を閉回路に接続してなる予冷冷凍回路と、圧縮機から吐
出されたヘリウムガスをＪＴ熱交換器でのリターン側ヘ
リウムガスとの熱交換及び上記予冷冷凍回路との熱交換
により冷却した後にＪ−Ｔ弁でジュールトムソン膨張さ
せるＪ−７回路とを備え、そのＪ−７回路のＪ−Ｔ弁で
膨脹したヘリウムガスの潜熱により４にレベルの寒冷を
得るようになされている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、この従来のものでは、冷媒ガスをその流路を絞
って膨脹させるＪ−Ｔ弁を用いているため、そのロスが
大きく、しかも、Ｊ−７回路が常温レベルから極低温レ
ベルまで亘って配置されるために、大形化する難がある
。

ところで、圧縮機又は膨脹機を極低温レベルのクライオ
スタット（低温槽）内に配設し、極低温レベルで冷媒ガ
スの圧縮又は膨脹を行うようにすると、冷凍機の作動効
率を高め、併せてその小形化をも図り得ることは知られ
ている。

しかるに、現状では、上記の如き極低温レベルで高い信
頼性をもって作動する圧縮機がなく、その実用化が妨げ
られている。

本発明の目的は、極低温レベルで高い信頼性をもって作
動する圧縮機を提供し、よって極低温冷凍機の高効率化
、小形化を実現しようとすることにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明の解決手段は、基本
的に、圧縮機における圧縮用ピストンを駆動するために
振動型のりニアモータを使用する。

すなわち、本発明では、例えば第１図及び第３図に示す
ように、極低温圧縮機として、シリンダ（１４）と、該
シリンダ（１４）内に圧縮室（１５）を区画形成するよ
うに往復動可能に嵌装されたピストン（１６）とを有し
、該ピストン（１６）の往復動により圧縮室（１５）で
冷媒ガスを圧縮する圧縮機構（１３）を備えるとともに
、上記ピストン（１６）を駆動する振動型リニアモータ
（１９）を備えたものとし、上記圧縮機構（１３）及び
リニアモータ（１９）を、極低温レベルに保持されるク
ライオスタット（Ｃ）内に配設する。

さらに、こうした圧縮機の用途として、圧縮機（１１）
を、冷媒ガスを膨脹させる膨脹機（１２）に対し閉回路
に接続することにより、圧縮機（１１）から吐出された
冷媒ガスを膨脹機（］２）で膨脹させて極低温レベルの
寒冷を発生させるようにした極低温冷凍機を構成する。

また、冷凍機の作動効率をさらに向上させるために、上
記膨脹機（１２）をクライオスタット（Ｃ）内に配設置
、て、冷媒ガスを極低温レベルでのみ圧縮膨脹させる冷
凍サイクルを構成するか、或いは第５図に示すように膨
脹機（１２）をクライオスタット（Ｃ）内に配設し、か
つ該膨脹機（１２）に対し圧縮機（１１）を冷媒ガスを
常ｌＨで圧縮する常温圧縮機（７）を介して接続して、
極低温レベルで圧縮された冷媒ガスを常温に戻して再圧
縮する冷凍サイクルを構成する。

そして、具体的には、上記圧縮機構（１３）の圧縮室（
１５）に対する冷媒ガスの供給排出を行う吸入弁（３１
）及び吐出弁（４４）を設け、該両弁（３１）、（４４
）を、ピストン（１６）駆動用のりニアモータ（１９）
に同期して作動する振動型リニアモータ（３６）により
開閉駆動するように構成する。

又は、圧縮室（１５）に対するガスの供給排出を行う吸
入／吐出弁をリード弁で構成する。

さらには、第４図に示すように、圧縮機構（１３′）に
おけるピストン（１６’）として、一端が圧縮室（１５
）に開口し、他端がピストン（１６′）外周面に開口す
るボア（２７）を有するものとし、シリンダ（１４’）
は、ピストン（１６′）が圧縮方向に向かうストローク
エンドに移動したときに上記ボア（２７）のピストン（
１６’）外周面への開口端に連通ずる吸入口（１７’）
と、ピストン（１６’）が非圧縮方向に向かうストロー
クエンドに移動したときに圧縮室（１５）に連通ずる吐
出口（１８’）とを有するものとして、圧縮機構（１３
’）をいわゆるドルエダ（ＤｏｌＩ＆Ｅｄｅｒ）タイプ
とする。

（作用） 上記の構成により、本発明では、振動型のりニアモータ
（１９）の作動により、圧縮機構（１３）におけるピス
トン（１６）がシリンダ（１４）内で往復動じ、このピ
ストン（１６）の往復動により圧縮室（１５）内で冷媒
ガスが圧縮される。このとき、上シ己ピストン（１６）
駆動用のアクチュエータが振動型のりニアモータ（１９
）であるので、圧縮機構（１３）及びリニアモータ（１
９）がクライオスタット（Ｃ）内で極低温レベルに保持
されていても、その作動が支障なく行われ、圧縮機の作
動信頼性を向上できることとなる。

また、このように圧縮機（１１）をクライオスタット（
Ｃ）内の極低温レベルでも高い信頼性でもって作動させ
ることができるので、この圧縮機（１１）を膨脹機（１
２）と閉回路に接続して極低温冷凍機を構成することに
より、その作動効率を高めることができる。

その場合、上記膨脹機（１２）をクライオスタット（Ｃ
）内に配設して、冷媒ガスを極低温レベルでのみ圧縮膨
脹させる冷凍サイクルを構成するか、或いは膨脹機（１
２）をクライオスタット（Ｃ）内に配設するとともに、
圧縮機（１１）を該膨脹機（１２）に対し冷媒ガスを常
温で圧縮する常温圧縮機（７）を介して接続して、極低
温レベルで圧縮された冷媒ガスを常温に戻して再圧縮す
る冷凍サイクルを構成すると、冷媒ガスの圧縮及び膨脹
がいずれも極低温レベルで行われることとなり、冷凍機
の作動効率をさらに向上させることができる。

さらに、上記圧縮機構（１３）における圧縮室（１５）
に対するガスの供給排出を行う吸入弁（３１）及び吐出
弁（４４）を、振動型リニアモータ（３６）によりピス
トン（１６）駆動用のりニアモータ（１９）に同期して
開閉駆動するようにすると、吸入／吐出弁（３１）、　
　（４４）の作動をも安定して確実に行わせ得、上記圧
縮機（１２）の作動信頼性をさらに向上できる。

また、上記圧縮室（１５）に対する冷媒ガスの給排をリ
ード弁からなる吸入／吐出弁で行うと、弁機構の構造を
簡略化できる。

さらに、圧縮機ｔＭ（１３’）をドルエダタイプのもの
とすると、圧縮室（１５）に対する冷媒ガスの給排を、
弁機構を要することなくピストン（１６’）の往復動に
伴って自動的に行うことができ、構造の簡単化及び作動
信頼性のより一層の向上を図ることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明の第１実施例に係る極低温冷凍機として
の２元の圧縮サイクルのヘリウム冷凍機の全体構成を示
し、（１）は冷媒ガスとしてのヘリウムガスを圧縮した
後に膨張させて寒冷を発生させる予冷冷凍回路、（６）
は、圧縮されたヘリウムガスを上記予冷冷凍回路（１）
により予冷した後に膨張させて予冷冷凍回路（１）によ
る寒冷よりも低いレベルの寒冷を発生させる主冷凍回路
である。上記予冷冷凍回路（１）はヘリウムガスを圧縮
する公知の圧縮機（図示せず）と、該圧縮機から吐出さ
れた高圧ヘリウムガスを膨脹させる膨脹機（２）を備え
、この膨脹機（２）は極低温レベルに保持されるクライ
オスタット（Ｃ）（低温槽）に嵌装されている。

上記膨脹機（２）は、大径部（３ａ）及びその下側に小
径部（３ｂ）を有する２段構造の密閉状シリンダ（３）
と、該シリンダ（３）内に往復動可能に嵌装され、シリ
ンダ（３）内に膨脹室を区画形成するディスプレーサ（
いずれも図示せず）と、上記膨脹室に対し圧縮機の吐出
側又は吸入側を交互に切り換えて連通させる切換バルブ
（図示せず）とを備え、上記シリンダ（３）の大径部（
３ａ）下端及び小径部（３ｂ）下端はそれぞれ第１及び
第２のヒートステーション（４）、　　（５）とされて
いる。そして、切換バルブの開閉に伴うディスプレーサ
の往復動より、高圧のヘリウムガスをシリンダ（３）の
膨張室内で断熱膨張させて所定温度レベルの寒冷を発生
させるとともに、その寒冷をシリンダ（３）の第１及び
第２ヒートステーシヨン（４）、　　（５）にて保持す
るようになされている。よって、圧縮機から吐出された
高圧のヘリウムガスを膨脹機（２）に供給し、その膨脹
機（２）でのヘリウムガスの断熱膨張により後述の予冷
器（５１）、　　（５２）を冷却するための寒冷を発生
させるとともに、その膨張した低圧ヘリウムガスを圧縮
機吸入側に戻して再圧縮するようにした予冷冷凍回路（
１）が構成されている。

一方、上記主冷凍回路（６）は、ヘリウムガスを常温で
所定圧力に圧縮する常温圧縮機（７）と、上記クライオ
スタット（Ｃ）内に配設され、１次側及び２次側をそれ
ぞれ通過するヘリウムガス間で互いに熱交換させる第１
〜第３の熱交換器（８）〜（１０）と、クライオスタッ
ト（Ｃ）内に配設され、ヘリウムガスを極低温レベルで
圧縮する極低温圧縮機（１１）と、クライオスタット（
Ｃ）内に配設され、ヘリウムガスを極低温レベルで膨脹
させる極低温膨脹機（１２）とを備えている。

上記第１熱交換器（８）の１次側配管は高圧配管（５０
）を介して上記常温圧縮機（７）の吐出側に接続されて
いる。また、上記第１及び第２の熱交換器（９）、　　
（１０）の各１次側配管同士は、上記予冷冷凍回路（１
）における膨脹機（２）の第１ヒートステーシヨン（４
）に配置した第１予冷器（５１）を介して互いに接続さ
れ、第２及び第３熱交換器（９）、（１０）の各１次側
配管同士は同様に膨脹機（２）の第２ヒートステーシヨ
ン（５）に配置した第２予冷器（５２）を介して互いに
接続されている。さらに、上記第３熱交換器（１０）の
１次側配管は上記極低温膨脹機（１２）を介して冷却器
（５３）に接続されている。

この冷却器（５３）は上記極低温圧縮機（１１）の吸入
側に接続され、この圧縮機（１１）の吐出側は上記第３
〜第１熱交換器（１０）〜（８）の各２次側及び低圧配
管（５４）を介して常温圧縮機（７）の吸入側に接続さ
れている。よって、上記常温圧縮機（７）によりヘリウ
ムガスを高圧に圧縮し、その高圧ヘリウムガスを高圧配
管（５ｏ）を介してクライオスタット（Ｃ）側に供給し
て、第１〜第３の熱交換器（８）〜（１０）において常
温圧縮機（７）に戻る２次側の低温低圧のヘリウムガス
と熱交換させるとともに、第１及び第２予冷器（５１）
、（５２）で膨脹機（２）の第１及び第２ヒートステー
シヨン（４）、　　（５）で冷却した後、極低温膨脹機
（１２）で断熱膨張させて冷却器（５３）で１気圧、約
４にのヘリウムガスとなし、しかる後、その低圧のヘリ
ウムガスを極低温圧縮機（１１）により極低温レベルで
圧縮したのち、第３〜第１熱交換器（１０）〜（８）の
各２次側を通して元の常温圧縮機（７）に吸入させて再
圧縮するようにした主冷凍回路（６）が構成されている
。

上記極低温圧縮機（１１）は、その構造を第１図に概略
的に示すように、冷媒ガスとしてのヘリウムガスを圧縮
する圧縮機構（１３）と、該圧縮機構（１３）に対する
ヘリウムガスの給排を切り換える弁機構（３０）とから
なる。上記圧縮機構（１３）は、上端が開放されたシリ
ンダ（１４）と、該シリンダ（１４）に往復動可能に気
密シールせしめて嵌装され、シリンダ（１４）内下部に
圧縮室（１５）を区画形成するピストン（１６）とを備
え、上記シリンダ（１４）の底壁にはガス吸入口（１７
）及び吐出口（１８）が開口されている。

上記シリンダ（１４）周りには上記ピストン（１６）を
駆動するための振動型のりニアモータ（１９）が配設さ
れている。このリニアモータ（１９）は、シリンダ（１
４）の周りに配置されかつシリンダ（１４）の底壁に一
体形成された底壁を有する密閉状のケーシング（２０）
を備え、該ケーシング（２０）の内側壁には、上方に開
放された間隙（２１）内に磁界を形成する環状の磁石部
（２２）がシリンダ（１４）を取り巻くように配置され
て取り付けられ、該磁石部（２２）の間隙（２１）には
リング状の振動子（２３）が上下方向に移動可能に嵌挿
されている。また、上記振動子（２３）には励磁用のコ
イル（２４）が−体に取り付けられており、そのコイル
（２４）への通電に伴う電磁力により振動子（２３）を
上方向に移動させるものである。そして、上記振動子（
２３）は連結部（２５）を介して上記ピストン（１６）
の上端に移動一体に連結されている。また、ピストン（
１６）上端とケーシング（２０）上壁内面との間にはピ
ストン（１６）を下方（圧縮室（１５）容積を減少させ
る方向）に付勢するスプリング（２６）が縮装されてお
り、第２図（ａ）に示すようにリニアモータ（１９）の
コイル（２４）に所定周波数の電圧を印加することによ
り、ピストン（１６）をシリンダ（１４）内で往復動さ
せるようになされている。

上記弁環ｆＭ（３０）は吸入弁（３１）と吐出弁（４４
）とからなる。上記吸入弁（３１）は、内部が上記シリ
ンダ（１４）のガス吸入口（１７）に接続された上下方
向に延びる円筒状のバルブケース（３２）を備え、該バ
ルブケース（３２）の中間部にはシリンダ（１４）内の
圧縮室（１５）にガス吸入口（１７）を介して連通ずる
弁孔（３３）が開口され、該弁孔（３３）にはガス吸入
管（３４）が接続され、この吸入管（３４）は上記膨脹
機（１２）の吐出側（冷却器（５３））に連通されてい
る。また、バルブケース（３２）にはロッド状の弁体（
３５）が摺動可能に気密シールして嵌装されており、こ
の弁体（３５）の摺動により弁孔（３３）を開閉し、弁
体（３５）を上昇端位置に位置付けたときには、弁体（
３５）により弁孔（３３）を閉塞する一方、下降端位置
に位置付けたときには、弁孔（３３）を開いてガス吸入
管（３４）内のヘリウムガスを圧縮室（１５）に流入さ
せるようになされている。

また、上記吸入弁（３１）は振動型の吸入弁駆動リニア
モータ（３６）によって駆動されるように構成されてい
る。このリニアモータ（３６）は、上記バルブケース（
３２）の下端に一体的に接合された密閉状のケーシング
（３７）を備え、該ケーシング（３７）の内側壁には上
方に開放された間隙（３８）に磁界を形成する環状の磁
石部（３９）が取り付けられ、該磁石部（３つ）の間隙
（３８）には振動子（４０）が上下方向に移動可能に嵌
挿されている。上記振動子（４０）には励磁用のコイル
（４１）が取り付けられており、コイル（４１）への通
電により振動子（４０）を下方向に移動させる。そして
、上記振動子（４０）は連結部（４２）を介して上記吸
入弁（３１）における弁体（３５）の下端に移動一体に
連結されている。また、該弁体（３５）の下端とケーシ
ング（３７）底壁内面に突設したスプリング受部（３７
ａ）との間には弁体（３５）を閉弁方向（上方向）に付
勢するスプリング（４３）が縮装されており、リニアモ
ータ（３６）の駆動力により弁体（３５）をバルブケー
ス（３２）内で往復動させて吸入弁（３１）を開閉駆動
するようになされている。

一方、上記吐出弁（４４）は上記吸入弁（３１）と同様
の構成であり、シリンダ（１４）のガス吐出口（１８）
に接続され弁孔（４５）が開設された円筒状のバルブケ
ース（４６）と、該バルブケース（４６）内に摺動可能
に嵌装され、弁孔（４５）を開閉するロッド状の弁体（
４７）とを備えてなり、弁孔（４５）にはガス吐出管（
４８）が接続されている。また、こめ吐出弁（４４）は
図示しないが上記吸入弁駆動リニアモータ（３６）と同
じ構造の吐出弁駆動リニアモータ及びスプリングに駆動
連結されており、リニアモータの駆動力及びスプリング
の付勢力により弁体（４７）をバルブケース（４６）内
で往復動させて吐出弁（４４）を開閉駆動するようにな
されている。

そして、上記ピストン（１６）駆動用のりニアモータ（
１，９）、吸入弁駆動リニアモータ（３６）及び吐出弁
駆動リニアモータに電圧を印加してそれらを第２図に示
すように所定のタイミングで同期させて作動させること
により、ピストン（］６）をシリンダ（１４）内で往復
動させるとともに、そのピストン（１６）の動きに対応
して吸入／吐出弁（３１）、　　（４４）を開閉し、ピ
ストン（１６）が非圧縮方向（図で上方向）に向かうス
トロークでは、吸入弁（３１）を開いて圧縮室（１５）
にヘリウムガスを吸入しく吸入行程）、その後、ピスト
ン（１６）が圧縮方向（図で下方向）に向かうストロー
クでは、両弁（３１）、（４４）を閉じて圧縮室（１５
）内のヘリウムガスを圧縮し、そのストロークの周期に
吐出弁（４４）を開いて圧縮室（１５）内の高圧ガスを
吐出させる（吐出行程）ように構成されている。

これに対し、上記極低温膨脹機（１２）は、基本的に上
記極低温圧縮機（１］）と同様であり、圧縮機（１１）
における吸入側が吐出側に、吐出側が吸入側に、またピ
ストン（１６）がディスプレーサにそれぞれ代ったもの
であるので、ここではその構造及び作動についての説明
は省略する。

そして、上記極低温圧縮機（１１）によりヘリウムガス
をクライオスタット（Ｃ）内の極低温レベルで圧縮する
ともに、その圧縮された冷媒ガスを常温に戻して常温圧
縮機（７）により再圧縮し、このヘリウムガスを極低温
膨脹機（１２）に供給して膨張させることにより、極低
温レベルの寒冷を発生させるようにした冷凍サイクルが
構成されている。

次に、上記実施例のヘリウム冷凍機の作動について説明
する。

予冷冷凍回路（１）の圧縮機と、主冷凍回路（６）の２
台の圧縮機（７）、（１１）及び極低温膨脹機（１２）
とが起動された後の冷凍機の定常運転状態では、予冷冷
凍回路（１）における圧縮機から供給された高圧のヘリ
ウムガスがクライオスタット（Ｃ）の膨脹機（２）で膨
張し、このガスの膨張作用によりそのシリンダ（３）の
第１ヒートステーシヨン（４）が例えば７０Ｋに、また
第２ヒートステーシヨン（５）が２０Ｋにそれぞれ温度
降下する。

一方、これと同時に、主冷凍回路（６）では、常温圧縮
機（７）から吐出された高圧のヘリウムガスがクライオ
スタット（Ｃ）側に供給され、この高圧ヘリウムガスは
第１熱交換器（８）の１次側配管に入り、上記常温圧縮
機（７）へ戻る２次側内の低圧ヘリウムガスと熱交換さ
れて冷却され、その後、上記予冷冷凍回路（１）の膨脹
機（２）における第１ヒートステーシヨン（４）外周の
第１予冷器（５１）に人って約７０　Ｋまで゛冷却され
る。この冷却されたガスは第２熱交換器（９）の１次側
配管に入って、常温圧縮機（７）へ戻る２次側内の低圧
ヘリウムガスとの熱交換により冷却された後、同膨脹機
（２）の第２ヒートステーシヨン（５）外周の第２予冷
器（５２）に入って約２０　Ｋまで冷却される。さらに
、ガスは第３熱交換器（１０）の１次側配管に入って、
その２次側の低圧ヘリウムガスとの熱交換により約１０
Ｋまで冷却され、極低温膨脹機（１２）に至る。この極
低温膨脹機（１２）で高圧ヘリウムガスは断熱膨張し、
その後、冷却器（５３）へ供給される。

この冷却器（５３）では、上記ヘリウムの潜熱がクライ
オスタット（Ｃ）内の蒸発ヘリウムガスの液化や再凝縮
或いは冷却対象物の冷却に利用される。　しかる後、上
記冷却器（５３）を経由した低圧ヘリウムガスは、約４
，２にの飽和ガスとなり、極低温圧縮１　（１１）に吸
入されて圧縮され、次いで第３〜第１熱交換器（１０）
〜（８）においてそれぞれ１次側配管内の高圧ヘリウム
ガスを冷却して、最後に約３００Ｋに温度上昇した後、
常温圧縮機（７）の吸入側に吸入される。以後、同様な
サイクルが繰り返されて冷凍運転が行われる。

そ【２て、この実施例では、上記主冷凍回路（６）にお
ける極低温圧縮機（１１）のピストン（１６）が振動型
のりニアモータ（１９）によって駆動されるので、圧縮
機ｔＭ（１３）及びリニアモータ（１９）がクライオス
タット（Ｃ）内で極低温レベルに保持されていても、そ
の作動を支障なく行うことができ、よって極低温圧縮機
（１１）の作動信頼性を向上させることができる。しか
も、極低温膨脹機（１２）も、そのディスプレーサが振
動型のりニアモータによって駆動されるものであるので
、膨脹機構及びリニアモータをクライオスタット（Ｃ）
内の極低温レベルに保持しつつ、その作動を支障なく行
うことができ、よって極低温膨脹機（１２）の作動信頼
性を向上できる。

また、このように圧縮機（１１）及び膨脹機（１２）を
極低温レベルで作動できるので、この圧縮機（１１）及
び膨脹機（１２）を閉回路に接続してなる極低温冷凍機
の作動効率を高めることができるとともに、その小形化
を図ることができる。

さらに、上記極低温圧縮機（１１）の圧縮機構（１３）
における圧縮室（１５）に対するガスの供給排出を行う
吸入弁（３１）及び吐出弁（４４）が、圧縮機構（１３
）のピストン（１６）駆動用のリニアモータ（１９）に
同期して振動型リニアモータ（３６）により開閉駆動さ
れるので、極低温レベルで吸入／吐出弁（３１）、　　
（４４）の作動を安定して確実に行わせることができ、
圧縮機（１１）の作動信頼性をさらに向上させて、極低
温冷凍機の高効率化及び小形化に寄与することができる
。

尚、上記実施例において、シリンダ（１４）内の圧縮室
（１５）に対するガスの給排を行うための吸入／排出弁
（３１）、　　（４４）をそれぞれリード弁に変更して
もよく、弁機構の構造を簡略化できる利点がある。

第４図は本発明の第２実施例を示しく尚、第１図と同じ
部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略
する）、極低温圧縮機（１１’）の圧縮機構（１３’）
として、ドルエダ（Ｄｏｌｌ＆Ｅｄｅｒ）タイプのもの
を使用したものである。

すなわち、この実施例では、圧縮機構（１３’）におけ
るピストン（１６’）にはその中心部にボア（２７）が
形成され、該ボア（２７）の一端はピストン（１６’）
下端においてシリンダ（１４′）内の圧縮室（１５）に
開口している。また、ボア（２７）の上端は２股状に分
岐し、その各分岐部（２７ａ）の先端はピストン（１６
’）外周に穿設した溝部（２８）に開口している。

一方、シリンダ（１４’　）にはその中間側壁の所定位
置にガス吸入口（１７Ｍ及びガス吐出口（１８’）が開
口し、ガス吸入口（１７’）にはガス吸入管（３４）が
、またガス吐出口（１８’）にはガス吐出管（４８）が
それぞれ接続されている。そして、上記ガス吸入口（１
７Ｍ及びガス吐出口（１８’）は、ピストン（１６’）
が図で仮想線にて示すように圧縮方向（図で下方向）に
向かうストロークエンドに移動したときには、ガス吸入
口（１７’）が上記ボア（２７）のピストン（１６’）
外周に開口する開口端に連通し、方、ピストン（１６’
）が非圧縮方向（上方向）に向かうストロークエンドに
移動したときに、ガス吐出口（１８’）が圧縮室（１５
）に連通ずるように設定されており、リニアモータ（１
９）の作動によりピストン（１６’）がシリンダ（１４
′）内で往復動したとき、そのシリンダ（１４’　）側
壁のガス吸入口（１７’）とピストン（１６’）のボア
（２７）との連通及びガス吐出口（１８’）と圧縮室（
１５）との連通を交互に行わせ、ピストン（１６′）の
非圧縮方向へのストロークエンドでガス吸入口（１７’
）に合致したボア（２７）により圧縮室（１５）内にヘ
リウムガスを吸入する一方、ピストン（１６’）の圧縮
方向へのストロークでは上記圧縮室（１５）内に吸入し
たヘリウムガスを圧縮し、そのストロークエンドで圧縮
ガスをボア（２７）におけるピストン（１６’）外周の
開口に合致したガス吐出口（１８’）を介して吐出させ
るようになされている。

したがって、この実施例の場合、上記実進例の如き吸入
／吐出弁（３１）、　　（４４）及びその駆動用リニア
モータ（３６）が不要であるので、極低温圧縮機（１１
’）の構造を簡単化することができる利点がある。

尚、クライオスタット（Ｃ）内に配設される極低温膨脹
機（１２）における膨脂機構を上記ドルエダタイプとす
ることも可能である。

さらに、第５図は第３実施例を示し、主冷凍回路（６′
）を変更したものである。

この実施例では、主冷凍回路（６）は極低温圧縮機（１
１）、極低温膨脹機（１，２）、熱交換器（５５）、予
冷器（５６）及び冷却器（５３）で構成され、これらの
機器はいずれもクライオスタット（Ｃ）内に配設され、
上記予冷器（５６）は予冷冷凍回路（１）における膨脹
機（２）の第２ヒートステーシヨン（５）周囲に配設さ
れている。

そして、上記圧縮機（１１）の吐出側は予冷器（５６）
及び熱交換３（５５）の１次側を介して極低温膨脹機（
１２）の吸入側に接続され、この膨脹機（１２）の吐出
側は上記熱交換器（５５）の２次側を介して圧縮ＩＩ　
（１１）の吸入側に接続されており、クライオスタット
（Ｃ）内の極低温レベルで、圧縮機（１１）によりヘリ
ウムガスを圧縮し、そのヘリウムガスを予冷器（５６）
及び熱交換器（５５）で冷却した後、極低温膨脹機（１
２）で膨張させて、極低温レベルの寒冷を発生させ、さ
らに膨張Ｍ（１２）で膨張した後のヘリウムガスを熱交
換Ｊｇ（５５）で１次側ヘリウムガスの冷却に供したの
ち、圧縮機（１１）に吸入して圧縮するようにした主冷
凍回路（６′）が構成されている。

したがって、この実施例では、ヘリウムガスの圧縮及び
膨張がいずれも極低温レベルで行われるので、上記第１
実施例に比べ、冷凍機の作動効率をさらに向上させるこ
とができる。

尚、本発明は、上記実施例の如くヘリウムガスを使用す
るタイプ以外の極低温圧縮機及び冷凍機に対しても適用
することができるのはいうまでもない。

（発明の効果） 以上の如く、本発明によると、極低温圧縮機として、シ
リンダと、該シリンダ内に圧縮室を区画形成するように
往復動可能に嵌装されたピストンとを有し、該ピストン
の往復動により圧縮室で冷媒ガスを圧縮する圧縮機構を
備えるとともに、上記ピストンを駆動する振動型リニア
モータを備えたものとし、上記圧縮機構及びリニアモー
タを、極低温レベルに保持されるクライオスタット内に
配設したことにより、極低温レベル条件下での圧縮機の
作動信顆性を高めることができる。そして、この圧縮機
を、冷媒ガスを膨張させる膨脹機に対し閉回路に接続し
て極低温冷凍機を構成すると、圧縮機の極低温レベルで
の作動により冷凍機の作動効率の向上及びその小形化を
図ることができる。

また、上記膨脹機をクライオスタット内に配設して、冷
媒ガスを極低温レベルでのみ圧縮膨脂させる冷凍サイク
ルを構成するか、或いぽ膨脹機をクライオスタット内に
配設するとともに、圧縮機を該膨脹機に対し冷媒ガスを
常温で圧縮する常温圧縮機を介して接続して、極低温レ
ベルで圧縮された冷媒ガスを常温に戻して再圧縮する冷
凍サイクルを構成すると、冷媒ガスの圧縮及び膨張をい
ずれも極低温レベルで行うことができ、冷凍機の作動効
率をさらに向上させることができる。

さらに、上記圧縮機構の圧縮室に対するガスの供給排出
を行う吸入弁及び吐出弁を設け、その両弁を振動型リニ
アモータによりピストン駆動用リニアモータに同期して
開閉駆動するようにすると、吸入／吐出弁の極低温レベ
ルでの作動を安定して確実に行うことかでき、圧縮機の
作動信頼性のより一層の向上を図ることができる。

また、上記圧縮室に対するガスの給排をリート弁からな
る吸入／吐出弁で行うと、弁機構の構造を簡略化するこ
とかできる。

さらに、圧縮機構として、内部にボアをａするピストン
と、該ピストンが圧縮方向のストロークエンドに移動し
たときにピストン外周のボア開口端に連通ずる吸入口及
びピストンが非圧縮方向のストロークエンドに移動した
ときに圧縮室に連通ずる吐出口を有するシリンダとを備
えたドルエダタイプのものとすると、吸入弁及び吐出弁
が不要となり、圧縮機の構造の簡単化及び作動信頼性の
向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】 図面は本発明の実施例を示し、第１図は第１実施例にお
ける極低温圧縮機の概略断面図、第２図はピストンの往
復動作に対する吸入弁及び吐出弁の作動タイミングを示
すタイムチャート図、第３図は冷凍機の回路構成を示す
冷凍回路図である。 第４図は第２実施例における圧縮機の概略断面図である
。第５図は第３実施例における冷凍機の冷凍回路図であ
る。 （１）・・・予冷冷凍回路、（２）・・・膨脹機、（６
）（６′）・・・主冷凍回路、（７）・・・常温圧縮機
、（１１）、（１１’）・・・極低温圧縮機、（１２）
・・・極低温膨脹機、（１Ｂ）、　　（１３’　）・・
・圧縮機構、（１４）、（１４’）・・・シリンダ、（
１５）・・・膨張室、（１６）、　　（１６’）・・・
ピストン、（１７）、　　（１７’　）・・・ガス吸入
口、（１８）。 （１８’）・・・ガス吐出口、（１９）・・・リニアモ
ータ、（２７）・・・ボア、（３０）・・・弁機構、（
３１）・・・吸入弁、（３６）・・・吸入弁駆動リニア
モータ、（４４）・・・吐出弁、（Ｃ）・・・クライオ
スタット。 第１図 第 図 第 図 第 図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダ（１４）と、該シリンダ（１４）内に圧
   縮室（１５）を区画形成するように往復動可能に嵌装さ
   れたピストン（１６）とを有し、該ピストン（１６）の
   往復動により圧縮室（１５）で冷媒ガスを圧縮する圧縮
   機構（１３）を備えるとともに、上記ピストン（１６）
   を駆動する振動型リニアモータ（１９）を備え、上記圧
   縮機構（１３）及びリニアモータ（１９）は、極低温レ
   ベルに保持されるクライオスタット（Ｃ）内に配設され
   ていることを特徴とする極低温圧縮機。
2. （２）圧縮機構（１３）の圧縮室（１５）に対する冷媒
   ガスの供給排出を行う吸入弁（３１）及び吐出弁（４４
   ）を有し、該両弁（３１）、（４４）は、ピストン（１
   ６）駆動用のリニアモータ（１９）に同期して作動する
   振動型リニアモータ（３６）により開閉駆動されるよう
   に構成されている請求項（１）記載の極低温圧縮機。
3. （３）圧縮機構（１３）の圧縮室（１５）に対する冷媒
   ガスの供給排出を行うリード弁からなる吸入弁及び吐出
   弁を備えてなる請求項（１）記載の極低温圧縮機。
4. （４）圧縮機構（１３′）のピストン（１６′）は、一
   端が圧縮室（１５）に開口し、他端がピストン（１６′
   ）外周面に開口するボア（２７）を有し、シリンダ（１
   ４′）は、該ピストン（１６′）が圧縮方向に向かうス
   トロークエンドに移動したときに上記ボア（２７）ピス
   トン（１６′）の外周面への開口端に連通する吸入口（
   １７′）と、ピストン（１６′）が非圧縮方向へ向かう
   ストロークエンドに移動したときに圧縮室（１５）に連
   通する吐出口（１８′）とを有する請求項（１）記載の
   極低温圧縮機。
5. （５）極低温レベルに保持されるクライオスタット（Ｃ
   ）内に配設され、シリンダ（１４）及び該シリンダ（１
   ４）内に圧縮室（１５）を区画形成するように往復動可
   能に嵌装されたピストン（１６）を有し、該ピストン（
   １６）の往復動により圧縮室（１５）で冷媒ガスを圧縮
   する圧縮機構（１３）を備えるとともに、上記クライオ
   スタット（Ｃ）内に配設され、上記ピストン（１６）を
   駆動する振動型リニアモータ（１９）を備えた圧縮機（
   １１）と、冷媒ガスを膨脹させる膨脹機（１２）とを閉
   回路に接続してなり、圧縮機（１１）から吐出された冷
   媒ガスを膨脹機（１２）で膨脹させて極低温レベルの寒
   冷を発生させるように構成されていることを特徴とする
   極低温冷凍機。
6. （６）膨脹機（１２）がクライオスタット（Ｃ）内に配
   設されていて、冷媒ガスを極低温レベルでのみ圧縮膨脹
   させる冷凍サイクルが構成されている請求項（５）記載
   の極低温冷凍機。
7. （７）膨脹機（１２）がクライオスタット（Ｃ）内に配
   設されている一方、圧縮機（１１）は該膨脹機（１２）
   に対し冷媒ガスを常温で圧縮する常温圧縮機（７）を介
   して接続されていて、極低温レベルで圧縮された冷媒ガ
   スを常温に戻して再圧縮する冷凍サイクルが構成されて
   いる請求項（５）記載の極低温冷凍機。