JPH0325254A - 極低温膨張機 - 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、絶対温度数十Ｋ程度の極低温を得る極低温膨
張機における主にスラックビス１・ンの往復作動機構の
改良に関するものである。

（従来の技術） 従来、特開昭８２−２５２８Ｃｉａ号公報に開示され、
かつ、第３図に示すように、ディスプレーサ（Ｄ）を駆
動させるスラックピストンＣＰ）の往復動作は、その両
側の作用室（Ｇ）と対抗室（Ｆ）．：の間の差圧により
行われるものであり、シリンダ（Ｓ）の内部と連通され
、高圧と低圧とが交互に切換わる作用室ＣＧ）に対して
、その対抗室（Ｆ）は、高圧に対し低く、低圧に対し高
い中間圧力にする必要がある。

このため、所定容積の中間圧力室（Ｍ）を別途形成して
、これをキャピラリ−（Ｋ）を介して切換弁装Ｒ　（Ｖ
）の切換えで高圧ガス管（Ｈ）と低圧ガス’！　（Ｌ）
との接続が切換えられる注排出通路（Ｒ）に接続すると
共に、プリード（Ｂ）を介して低圧ガス管（Ｌ）に接続
し、その内部を中間圧力に維持して、この中間圧力室（
Ｍ）に、前記対抗室（Ｆ）を、ステム（Ｗ）に形成する
オリフィス（０）を介して接続するのが専らのやり方で
ある。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように中間圧力室（Ｍ）を別に設け、これにオリ
フィス（０）を介して対抗室（Ｆ）を運通させれば、ス
ラックピストン（Ｐ）が上Ｆｌて対抗室（Ｆ）が狭くな
ると、オリフィス（０）の流量制限により対抗室ＣＦ）
の圧力が上昇させられ、スラックピストン（Ｐ）を減速
してステム（Ｗ）への衝突を回避できる利点が得られる
が、本間に対しては、対抗室（Ｆ）の輪方向長さをスラ
ブクピストン（Ｐ）のストロークに対し長くする等の考
慮を払えばもっと簡単に回避できる問題であり、対抗室
（Ｆ）の圧力操作のために常時中間圧力が得られる中間
圧力室ＣＭ）を独立して設ける必要性は薄い。むしろ中
間圧力室（Ｍ）を別に設け、対抗室（Ｆ）をこの中間圧
力室（Ｍ）にオリフィス（０）を介して接続することに
していたのでは、オリフィス（０）にゴミ等が詰まりや
すく、故障を招き易い問題があると共に、全体構成を複
雑化する問題がある。

又上記構成では、中間圧力値を容易に変更することがで
きないため、スラックピストン（Ｐ）及びディスプレー
サ（Ｄ）の往勤時と復勤時との運動抵抗の相違等に対応
した適性な駆動力を生むことができない問題もある。

本発明の目的は、構造簡単で故障原因の小さく、更には
駆動力ａｍが容易に行える極低温膨張機を提供するにあ
る。

（問題点を解決するための手段） そこで、シリンダ（１）にスラブクピストン（２）とこ
れに連動されるディスプレーサ（３）とを内装し、前記
シリンダ（１）の内部に通じる注排出通路（６）に、切
換弁装置（７）を介して高圧ガス管（８１）と低圧ガス
管（８２）とを接続し、スラックピストン（２）の作用
室（２１）とこれに対抗する対抗室（１３）との間に生
じる差圧により前記スラックピストン（２）及びディス
プレーサ（３）を往復動させるようにした構成において
、前記対抗室（１３）を、キャビラリ−（１４）を介し
て前記注排出通路（６）に接続すると共にプリード（１
５）を介して前記低圧ガス管（８２）に接続することに
した。

更に、以上の構成で、プリード（ｌ５）を可変にするこ
とにした。

（作用） 高圧又は低圧とされる作用室（２１）に対し対抗室（１
３）の圧力を中間圧力に調節でき、中間圧力室及びオリ
フィスがなくとも、スラックピストン（２）の往動及び
復勤動作を行わせることができ、全体構造をシンプルに
できると共に故障を低減できる。

又、プリード（１５）を可変にすれば、対抗室（１３）
の中間圧力値を変更でき、スラブクピストン（２）及び
ディスプレーサ（３）の復勤時と往勤時の各駆動力を、
これらスラックピストン（２）等の運動抵抗の相違等を
考慮した適性な値に設定することも可能となる。

（実施例） 第１図に示すものは、シリンダ（１）の内部に、スラブ
クピストン（２）とこれに連動して作動されるディスプ
レーサ（３）とを、ピストンリング（５）を介して摺勤
自由に内装し、ンリンダ（１）への高圧ガスの導入と低
圧ガスの排気とを繰り返し行うと共に、スラックビス１
・ン（２）ひいてはディスプレーサ（３）をシリンダ（
１）内で往復勤させて、シリンダ（１）の下部の膨張空
間（１０）に隣接するヒートステージ（１１）に極低温
を得るようにしたものである。ディスプレーサ（３）の
内部には銅や鉛等の蓄冷器（３０）を内装していると共
に、上部にはスラックビストン（２）に係合する連動ビ
ン（３１）を設けている。又、シリンダ（１）のヒート
ステージ側は真空室（１００）に収容している。

前記シリンダ（１）の内部に通じる注排出通路（６）に
は、高圧開閉弁（７１）及び低．圧開閉弁（７２）から
成る切換弁装置（７）を介して、ヘリウム圧縮ユニット
（８）から延びる高圧ガス管（８１）と低圧ガス管（８
２）とを接続している。切換弁装ｉ！　（７）を構成す
る高圧及び低圧開閉弁（７１）（７２）は可逆的な開閉
を繰り返し行うように制御される。

前記スラックピストン（２）の下方側の作用室（２１）
は、連通路（２０）を介してシリンダ（１）の内部に連
通され、前記切換弁装置（７）の切換えで高圧又は低圧
側に選択的に連通される。又、この作用室（２１）に対
抗する上部側の対抗室（１３）は、その軸方向長さをス
ラックピストン（２）のストロークに対し長《形成して
おり、その内部を、キャビラリ−（１４）を介して前記
注排出通路（ｅ）に接続すると共に、プリード（１５）
を介して前記低圧ガス管（８２）に接続して中間圧力が
得られるようにしている。

以上の構成で、高圧開閉弁（７１）が開かれると、高圧
ガスは、ディスプレーサ（３）に内装した蓄冷器（３０
）に流入すると共に、スラックピストン（２）の下方側
の作用室（２１）に流入する。そして、スラックピスト
ン（２）は、作用室（２１）と対抗室（ｌ３）との差圧
で上動し、やや時間遅れを伴って、連動ピン（３１）に
よりディスプレーサ（３）は引き上げられ、膨張空間（
１０）に高圧ガスが充満される。このとき、前の排気行
ｎｃ次記）で冷却された蓄冷器（３０）に高圧ガスが通
過しながら膨張空間（１０）に導入されるため、ヒート
ステージ（１１）が冷却されることになる。次に、高圧
開閉弁（７１）が閉じて低圧開閉弁（７２）が開かれる
と、膨張空間（１０）の高圧ガスは、膨張しながら排出
されると共に、作用室（２１）の圧力低下でスラックビ
ストン（２）が押し下げられ、やや時間遅れを伴ってデ
ィスプレーサ（３）も押し下げられて膨張空間（１０）
のガスは強制的に排出される。この排気行程時の膨張作
用で蓄冷器（３０）の温度が次第に低下されることにな
る。

以上の行程を繰り返し行うことにより、ヒートステージ
（１１）は数十Ｋ程度の極低温に冷却されるのである。

以上一連の動作は、別途に中間圧力室を設けずに成し得
るのであり、全体構造がシンプルであると共に、オリフ
ィスを廃止したことにより故障原因を低減できるのであ
る。

更に、以上の構成で、プリード（１５）を可変にするよ
うにしてもよい。

プリード（１５）を可変にすれば、第２図に示すように
、キャビラリ−（１４）のみが存在する場合の対抗室（
１３）の圧力平均値（Ｐｍｓ）に対する圧力低下の割合
を変更でき、実際の対抗室（１３）の圧力平均値（Ｐｍ
）を変化させることができる。このため、対抗室（１３
）の圧力平均値（Ｐｍ）を、高圧（ＰＨ）と低圧（ＰＬ
）．’．の真ん中の圧力（ＰＭ＝　（Ｐ｝Ｉ＋ＰＬ）／
２）に一致させたり、曲線（ａ）で示すように、高圧と
の差（ΔＰＨ）を低圧との差（ΔＰＬ）よりも大きくし
て、高圧開閉弁（７１）が開かれてスラックピストン（
２）及びディスプレーサ（３）が上昇する期間■の駆動
力（ΔＰＨ）と、逆に低圧開閉弁（７２）が圃かれてそ
れらが下降する期間■の駆動力（ΔＰＬ）とを異ならし
め、上昇及び下降時におけるスラックピストン（２）及
びディスプレーサ（３）の運動抵抗の相違等を考慮した
適性な駆動力を設定することも可能となる。

以上の実施例では、ディスプレーサ（３）を１段とし、
ヒートステージ（ｌ１）を１段としたものを示したが、
第３図に示したように、２段以上のディスプレーサをも
ち、ヒートステージを２段以上としたものでも同様に適
用できるのは云うまでもない。

（発明の効果） 以上本発明によれば、高圧又は低圧とされる作用室（２
１）に対し対抗室（１３）の圧力を中間圧力に調節でき
、中間圧力室を廃止して全体構造をシンプルにできると
共に、オリフィスを廃止して故障原因を低減できるので
ある． 又、この場合、プリード（１５）を可変にすれば、対抗
室（１３）の中間圧力値を変更可能にでき、スラックピ
ストン（２）及びディスプレーサ（３）の復勤時と往動
時の各駆動力を、これら復勤時と往動時の運動抵抗の相
違等を考慮した適性な値に設定で台、スラックピストン
（２）ひいてはディスプレーサ（３）の良好な往復運動
を行わせることができるのである．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明極低温膨張機の断面図、第２図はプリー
ドを可変にした場合の対抗室の一時間対圧力特性図、第
３図は従来例の断面図である．（１）・・・・シリンダ （２）・・・・スラックピストン （３）・・・・ディスプレーサ （８）・・・・注排出通路 （７）・・・・切換弁装置 （１３）・・・・対抗室 （１４）・・・・キャピラリ− （１５）・・・・プリード （２１）・・・・作用室 （８１）・・・・高圧ガス管 （８２）・・・・低圧ガス管 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）シリンダ（１）にスラックピストン（２）とこれに
   連動されるディスプレーサ（３）とを内装し、前記シリ
   ンダ（１）の内部に通じる注排出通路（６）に、切換弁
   装置（７）を介して高圧ガス管（８１）と低圧ガス管（
   ８２）とを接続し、前記スラックピストン（２）の作用
   室（２１）とこれに対抗する対抗室（１３）との間に生
   じる差圧により前記スラックピストン（２）及びディス
   プレーサ（３）を往復動させるようにした極低温膨張機
   において、前記対抗室（１３）を、キャピラリー（１４
   ）を介して前記注排出通路（６）に接続すると共にプリ
   ード（１５）を介して前記低圧ガス管（８２）に接続し
   たことを特徴とする極低温膨張機。 ２）プリード（１５）を可変にしている請求項１記載の
   極低温膨張機。