JPH031052A

JPH031052A - 冷凍機

Info

Publication number: JPH031052A
Application number: JP13151689A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yamashita; 剛山下; Shigeki Kadoma; 茂樹門間
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-05-26
Filing date: 1989-05-26
Publication date: 1991-01-07

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、冷凍機に係り、特に、ギフオード・る。

（従来の技術）極低温用の冷凍機には、種々のタイプがある。

これらの中にギフオード・マクマホン形の冷凍機がある
。この冷凍機は通常第３図に示すように構成されている
。このタイプの冷凍機は大きく分けてコールドヘッド１
と冷媒ガス導排出系２とで構成される。コールドヘッド
１は、閉じられたシリンダ３とこのシリンダ３内に往復
動自在に収容された。ディスプレーサ４と、シリンダ３
の上部に配置され、上記ディスプレーサ４に往復動に必
要な動力を与える駆動部４０とで構成される。尚、シリ
ンダ３と上記駆動部４０とは、シール機構２７によりシ
リンダ３内と駆動部空間４１とは遮断されている。

シリンダ３は、大径の第１シリンダＳとこの第１シリン
ダ５に同軸に接続された小径の第２シリンダ６とで構成
されている。

そして、第１シリンダＳと第２シリンダ６との境界壁部
分で冷却面としての１段ステージ７を構成し、また第２
シリンダ６の先端壁部分で１段ステージ７より低温の２
段ステージ８を構成している。ディスプレーサ４は第１
シリンダ５内を往復動する第１デイスプレーサ９と、第
２シリンダ６内を往復動する第２デイスプレーサ１０と
で構成されている。第１デイスプレーサ９と第２デイス
プレーサ１０とは、連結部材１１によって軸方向に連結
されている。

第１デイスプレーサ９の内側には、軸方向に延びる流体
通路１２が形成されており、この流体通路１２には、銅
メツシユ等で形成された蓄冷材１３が収容されている。

同様に、第２デイスプレーサ１０の内側にも軸方向に延
びる流体通路１４が形成されており、この流体通路１４
内には球状の鉛などで形成された蓄冷材１５が収容され
ている。

第１デイスプレーサ９の外周面と第１シリンダ５の内周
面との間および第２デイスプレーサ１０の外周面と第２
シリンダ６の内周面との間には、それぞれシール機構１
６．１７が装着されている。

第１デイスプレーサ９の上端は、往復駆動軸１８に連結
されており、往復駆動軸１８の外周面と駆動部ケーシン
グ４２との間にシール機構２７が装着されている。

上記往復駆動軸１８の上部は、コの字形のスライダ一部
１９で形成されており、スライダ一部１９の内面２０内
に偏心カム２２に取り付けられたベアリング２１が入っ
ている。

偏心カム２２は、インダクションモータ２４に取り付け
られている減速機２３の軸に取り付けられている。

駆動部ケーシング４２鍔壁部には、シリンダ３内に通じ
る冷媒ガスの導入口３０と排出口３１とが設けられてお
り、これら導入口３０と排出口３１は冷媒ガス導排出系
２に接続されている。冷媒ガス導排出系２は、シリンダ
３を経由したヘリウムガス循還系を構成するもので、排
出口３１を低圧弁３２、圧縮器３３、高圧弁３４を介し
て導入口３０に接続したものとなっている。すなわち、
この冷媒ガス導排出系２は低圧（約５　ａｔｍ）のヘリ
ウムガスを圧縮＠３３で高圧（約１８ａｔｓｉ）に圧縮
してシリンダ３内に送り込むものである。そして、低圧
弁３２、高圧弁３４の開閉はディスプレーサ４の往復動
との関連において後述する関係に制御される。

次に上記のように構成された冷媒機の動作について簡単
に説明する。この冷凍機では寒冷の発生する部分、つま
り冷却面に供給される部分は、第１ステージ７と第２ス
テージ８とである。これらは、熱負荷の無い場合にそれ
ぞれ３０に、８に程度までに冷える。このため、第１デ
イスプレーサ９の図中上下端間には、常温（３００Ｋ）
から３０にまで温度勾配がつき、また第２デイスプレー
サ１０の図中上下端間には３０Ｋから８Ｋまでの温度勾
配がつく。

ただし、この温度は、各段の熱負荷によって変化し、通
常１段ステージ７では、３０〜８０Ｋ、２段ステージ８
では、８〜２０にの間となる。

インダクションモータ２４の回転を減速機２３にて減速
し、減速機２３の軸に取り付けられた、偏心カム２２が
、ベアリング２１を伴ないコの字形のスライダ一部１９
の内面２０を減速機軸を中心として偏心運動することに
より、ベアリング２１は、コの字形スライダ一部１９の
内面２０を第４図中紙面上左右にすベリながら、上下の
運動を行ない、結局、往復駆動軸１８に連結された、デ
ィスプレーサ４がシリンダ３内を往復動することになる
。

ディスプレーサ４が上死点にあるとき、高圧弁３４が開
いて高圧のヘリウムガスがシリンダ３内に流入する０次
に、ディスプレーサ４が下死点へと移動する。前述の如
く、第１デイスプレーサ９の外周面と第１シリンダ５の
内周面との間および第２デイスプレーサ１０の外周面と
第２シリンダ６の内周面との間にはそれぞれシール機構
１６．１７が装着されている。このため、ディスプレー
サ４が下死点へ移動する。ことにより、高圧のヘリウム
ガスは、第１デイスプレーサ９の内部に形成された流体
通路１２、および第２デイスプレーサ１０の内部に形成
された流体通路１４を通り第１デイスプレーサ９と第２
デイスプレーサ１０との間に形成された１段膨張室３５
、および第２デイスプレーサ１ｏと第２シリンダ６の先
端壁との間に形成された２段膨張室３６へと流れる。こ
の流れに伴なって高圧のヘリウムガスは、蓄冷材、１３
．１４により冷却され、結局１段膨張室３５に流れ込ん
だ高圧ヘリウムガスは３０に程度に、また２段膨張室３
６に流れ込んだ高圧ヘリウムガスは８に程度に冷却され
る。

ここで高圧弁３４が閉じ、低圧弁３２が開く、低圧弁３
２が開くことにより、１段膨張室３５．および２段膨張
室３６内の高圧ヘリウムガスが膨張し寒冷を発生する。

この寒冷によって第１ステージ７、および第２ステージ
８が冷却される。そしてディスプレーサ４が再び上死点
へと移動し、これに伴ない１段膨張室３５内、および２
段膨張室３６内のヘリウムガスが排除される。膨張した
ヘリウムガスは流体通路１２．１４内を通過する間に蓄
冷材１３．１５により暖められ常温となり排出される。

そして、このような動作を繰り返すことにより冷凍が連
続して行なわれることになる。

このタイプの冷凍機は、超電導マグネットの冷却や、赤
外線センサの冷却あるいは、またタライオポンプの冷却
源等として使用することができ有望視されている。

（発明が解決しようとする課題）前記の通り構成される冷凍機では、次のような問題があ
った。すなわち、このように構成される冷凍機において
はシール機構１６．１７の両側の差圧は、流体通路１２
．１４内の圧力損失で決まり非常に小さい。したがって
、インダクションモータ２４に要求される駆動力は、シ
リンダ３内と駆動部空間４１との往復駆動軸１８の軸径
に相当する差圧力と。

シール機構部２７．およびディスプレーサ４のシール機
構部１６．１７における摩擦力また。ディスプレーサ４
にかかる重力に打ち勝つものであればよい。

しかしながら、インダクションモータ２４の回転を往復
動に変換するとき、偏心カム２２に取り付けられたベア
リング２１が、コの字形スライダー１９の内面２０を第
４図中左右にすべることにより、往復駆動軸１８は往復
駆動軸１８の軸中心より左右に離れた位置にて力を受け
てしまう、このため、往復駆動軸１８は、左右に振られ
ながら往復動を行なうことになる。往復駆動軸１８が左
右に振られながら往復動することは、シール機構部２７
の摩擦力が増加することになり、ひいては、インダクシ
ョンモータに要求される駆動力の増加につながってくる
。

また、往復駆動軸１８の軸径を大きくすることで、左右
の振れを小さくすることは、シリンダ３内と駆動部空間
４１との往復駆動軸１８の軸径に相当する差圧力を増加
することになる。これもまた、インダクションモータに
要求される駆動力の増加につながることになる。

さらに、往復駆動軸１８の左右の振れにより、シール機
構部２７は、均一なシール力を得られず、シール性能が
悪化し、冷凍能力の低下を招くだけでなく、シール寿命
の低下を招くことになる８また、インダクションモータ
２４に要求される駆動力の増加は、モータの大型化なら
びに冷凍機全体の大型化を招くことになる。

本発明は、上記した課題を解決する目的でなされ、往復
駆動軸１の振れを防ぎ、シール機構部に均一なシール力
を与えることにより、冷凍能力の向上を図るとともに、
往復駆動軸の細径化による駆動用モータの小型化ひいて
は冷凍機全体の小型化をズ現できる冷凍機を提供するこ
とを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明では、往復駆動軸の
スライダ一部にガイド機構を設けこのガイド機構により
スライダ一部がガイドされながら往復動を行なう構成と
なっている。

（作　用）本発明によればスライダ一部にガイド機構を配置するこ
とにより、往復駆動軸は振れることなく往復動を行なう
、往復駆動軸が振れないためシール機構部に均・−なシ
ール力が得られる。

また、往復駆動軸の軸径を細くできるため、モータに要
求される駆動力が小さくなり、小型のモータが使用可能
となる。

（実施例）以下１図面を参照しながら実施例を説明する。

尚、従来の第３図と第４図と同一部材あるいは相当する
ものには、同一符号を付し５重複する説明は省略する。

第１図は、本発明に係る冷凍機を示している。

この実施例に係る冷凍機が従来の冷凍機と異なる点は、
ディスプレーサ４を往復動させる機構すなわち、インダ
クシ五ンモータ２４の回転を往復動に変換する駆動部４
０にある。ディスプレーサ４の上端は往復駆動軸１８に
連結され、往復駆動軸１８の上部は、コの字形のスライ
ダ一部１９で形成されており、スライダ一部１９の内面
２０内に、偏心カム２２に取り付けられたベアリング２
１が入っている。

また、コの字形スライダ一部１９の内部には、ガイド機
構５０が、コの字形スライダ一部１９の端に左右１本づ
つ配置されている構成となっている。

このガイド機構５０の具体的な構成としては１例えばコ
の字形スライダ一部１９を貫通して駆動部ケーシング４
２に固定される２本の支柱５０ａ、　５０ｂであって、
コの字形スライダ一部１９は、この２本の支柱５０ａ：
　５０ｂに支持されて移動可能となっている。

このような構成であると、ガイド機構５０の存在により
、インダクションモータ２４の回転によりコの字形スラ
イダ一部１９の内面２０内をベアリング２１が第２図中
左右にすべりながらかつコの字形スライダ一部１９が上
下運動するとき、往復駆動軸１８の振れをガイド機構５
０が防止することになり、往復駆動軸１８の振れは起こ
らなくなる。

この結果シール機構部２７は、往復駆動軸１８の振れに
よる摩擦力の増加がなくなる。また、シール機構部２７
には、均一なシール力を得ることになり、シール機構部
２７のシール性能の向上が計れるばかりでなく冷凍能力
の向上が計れる。

また、往復駆動軸１８の軸径を大きくすることで往復駆
動軸１８のゆれを防ぐ必要はなく、往復駆動軸１８の細
径化ができる。往復駆動軸１８の細径化によりシリンダ
３と駆動部空間４１との軸径に相当する差圧力を小さく
することができ、その結果インダクションモータ２４に
必要とされる駆動力が小さくなり、小型のインダクショ
ンモータの使用が可能となる。

また、小型のポンプクシ１ンモータを使用することによ
り、冷凍機全体の小型化も実現できる。

なお、上述した実施例では、インダクションモータを減
速機を介して駆動させているが、往復駆動軸の細径化に
よりモータに要求される駆動力を小さくすることができ
るため、低速のシンクロナスモータを使用でき、減速機
を使用しなくてもよい。

なお、上述のガイド機構５０としては支柱５０ａ。

５０ｂに限定されることなく、例えばスライダ一部１９
の周囲をガイドするようにしたものでもよくまた、スラ
イダ一部１９の上部に往復駆動軸１８に対応する軸を突
出させて上部の駆動部ケーシング４２に摺動可能に支持
すれば往復駆動軸１８を両持ち支持することになりより
効果的である。すなわち本発明のガイド機構５０は、そ
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形できる。

また、スライダ一部もコの字形スライダ一部１９に限定
されることなく１周知の回転−直線往復運動機構を採用
できる。

このように構成された冷凍機は、超電導マグネットの冷
却や赤外線センサの冷却や、あるいはまた、クライオポ
ンプの冷却源等として使用できる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、往復駆動軸のゆれを
無くすことができるので、シール性能の低下を防止する
ことができ、また、冷凍能力の低下も防止できる。

さらに、往復駆動軸の細径化が計れることにより、小型
のモータの使用を可能化でき、全体の小型化を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】第１図は、本発明に係る冷凍機を示す概略図、第２図は
、同冷凍機のスライダ一部を示す概略図、第３図は、従
来の冷凍機を示す概略図、第４図は、従来の冷凍機のス
ライダ一部を示す概略図である。１・・・コールドヘッド　　　　２・・・冷媒ガス導排
出系：３・・・シリンダ　　　　　　　４・・・ディス
プレーサ５・・・第１シリンダ　　　　　６・・・第２
シリンダ７・・・第１ステージ　　　　　８・・・第２
ステージ９・・第１デイスプレーサ　　１０・・・第２
デイスプレーサ１１・・・連結金具　　　　　　　１２
．１４・・・流体通路１３．１５・・・蓄冷材　　　　
　　１６，１７．２７・・・シール部材１８・・・往復
駆動軸１９・・・スライダ一部（往復運動部）２１・・・ベア
リング　　　　　　２２・・・偏心カム２３・・・減速
機２４・・・インダクションモータ（駆動手段）３５・・
・第１膨張室　　　　　　３６・・・第２膨張室４０・
・・駆動部　　　　　　　　４１・・・駆動部室間４２
・・・駆動部ケーシング　　　５０・・・ガイド機構（
ガイド手段）代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　松山光之

Claims

【特許請求の範囲】シリンダーと、このシリンダー内を所定方向に往復運動可能なディスプ
レーサと、このディスプレーサ内に取付けられる畜冷器と、前記デ
ィスプレーサを駆動するための回転駆動力を供給する駆
動手段と、この駆動手段からの回転駆動力を往復運動に変換して前
記ディスプレーサに伝達する変換機構と、前記ディスプ
レーサが所定方向に往復運動するように前記変換機構の
往復運動部を案内するガイド手段と、から成ることを特徴とする冷凍機。