JPH0522759Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は例えば赤外線検出素子を極低温に冷
却するスターリング冷凍機に関するものである。

〔従来の技術〕

第２図に従来のスターリング冷凍機の構成例を
示す。図に示したスターリング冷凍機はスプリツ
ト式スターリング冷凍機と呼ばれるもので、スタ
ーリング冷凍機の代表的一例である。

第２図において、スプリツト式スターリング冷
凍機は大きくわけて１の圧縮機と２のコールドフ
インガとこれらを結ぶ連結管３より構成される。
前記圧縮機１はシリンダ４とピストン５を備え、
前記ピストン５は連接棒６とクランク７を介して
図には示されていないが電動機によつて駆動され
て前記シリンダ４内部を往復運動する構造となつ
ている。前記シリンダ４の上部にはシリンダヘツ
ド８がとりつけられ、前記シリンダ４、前記ピス
トン５および前記シリンダヘツド８でしきられた
内部空間を圧縮室９と呼ぶ。前記クランク７等の
前記ピストン５を駆動する機構部材は１０のハウ
ジング１０内に収められ、前記ピストン５によつ
て前記圧縮室９と仕切られた前記ハウジング１０
内の空間をバルク室１１と呼ぶ。前記シリンダ
４、前記シリンダヘツド８および前記ハウジング
１０は互いに外部との気密性を保つように接合さ
れ、内部の前記圧縮室９や前記バルク室１１には
例えばヘリウム、水素などの高圧の作動ガスが封
入されている。前記ピストン５の側面には、前記
シリンダ４との間のすきまを作動ガスが通過しな
いようにピストンリング１２が装着されている。
また、前記シリンダ４の外面には外部への放熱性
を高めるためのフイン１３が設けられている。以
上が圧縮機１の構成である。一方前記コールドフ
インガ２は円筒状の低温シリンダ１４を有し、前
記低温シリンダ１４内を摺動自在に往復するデイ
スプレーサ１５を有している。前記低温シリンダ
１４内部の空間は前記デイスプレーサ１５によつ
て２分割されており、前記デイスプレーサ１５よ
り上方の空間を低温室１６、下方の空間を高温室
１７と呼ぶ。前記デイスプレーサ１５内部には再
生器１８とガス通過孔１９が設けられ、前記低温
室１６と前記高温室１７は前記再生器１８と前記
ガス通過孔１９を介して端通しており、前記再生
器１８内には例えば銅の金網などの蓄冷材２０が
充てんされている。前記低温シリンダ１４と前記
デイスプレーサ１５のすきまを作動ガスが通過し
ないように、前記デイスプレーサの側部にはシー
ルリング２１がはめ込まれている。前記コールド
フインガ２の下部には制御シリンダ２２と制御室
２３が設けられ、前明デイスプレーサ１５の下端
にとりつけられている２４の制御ピストンは前記
高温室１７と前記制御シリンダ２２を通抜け前記
制御室２３に突出している。前記制御シリンダ２
２と前記制御ピストン２４のすきまを作動ガスが
通過しないように前記制御シリンダにはシールリ
ング２５が取付けられている。上記したコールド
フインガ２の各室は前記圧縮機１と同様に例えば
ヘリウム、水素などの高圧の作動ガスが封入され
ている。以上がコールドフインガ２の構成であ
り、前記圧縮機１の圧縮室９と前記コールドフイ
ンガ２の高温室１７は前記連結管３を介して連通
している。また、前記圧縮室９、前記連結管３、
内部の空間、前記低温室１６、前記高温室１７、
前記再生器１８および前記ガス通過孔１９は互い
に連通しており、これらの室全体を総合して作動
室２６と呼ぶ。

上記のように構成された従来の冷凍機の動作に
ついて説明する。ピストン５はシリンダ４の内部
を往復することによつて、圧縮室９から低温室１
６に至る作動室２６のガス圧力に正弦波状の波動
を与える。一方バルク室１１は、その容積がピス
トン５の行程容積より充分に大きいため、内部の
ガス圧はピストン５が往復運動をしてもあまり変
化しない。コールドフインガ２の制御シリンダ２
２にとりつけられたシールリング２５は、前述の
作動室２６のガスの圧力波動のように短い周期の
圧力変化に対してはほぼ完全に密封するが長時間
的にみれば密封は不完全であるので、制御室２３
内のガス圧はほぼ作動室２６内のガス圧の平均値
に保たれる。

第３図から第５図は従来装置の動作原理を冷凍
サイクルの順を追つて説明するものである。

第３図に示したサイクルの一過程において、圧
縮機１のピストン５はシリンダ４内の下方に位置
し、コールドフインガ２のデイスプレーサ１５は
低温シリンダ１４の上方に位置している。第３図
から第４図に至る間にピストン５は上昇して作動
室２６のガスを圧縮する。この圧縮によつて発生
する熱はシリンダ５の外周のフイン１３より外部
に放出される。第４図の時点において作動室２６
のガス圧力は制御室２３内のガス圧力よりも大き
くなつており、この差圧によつて制御ピストン２
４に生ずる下向きの力は、シールリング２１およ
び２５の静摩擦力に打ち勝つてデイスプレーサ１
５を下方へと動かし始め、第５図に示す様に低温
シリンダ１４の下部へ移動させる。このデイスプ
レーサ１５の移動に伴つて高温室１７のガスは再
生器１８を通つて低温室１６に移り、このとき再
生器１８に充てんされている蓄冷材２０は追加す
るガスから熱を吸収しガスを温度降下させる。第
５図から第６図に至る過程で圧縮機１のピストン
５は下降し作動室２６のガスを膨張させ、この膨
張によつて低温室１６内のガスはさらに温度降下
し、コールドフインガ上部の周囲から熱を吸収す
る。この吸熱作用が冷凍機としての被冷除体を冷
除する役割を担う。作動室２６ではガスの膨張に
より圧力が低下するので第６図の時点では作動室
２６内より制御室２３内の方がガス圧力は大きく
なつている。この差圧によつて制御ピストン２４
に上向きにかかる力はシールリング２１およびシ
ールリング２２の静摩擦力に打ち勝つて、デイス
プレーサ１５を上方へと動かし始め、第３図に示
した様に低温シリンダ１４の上部へ移動させる。
このデイスプレーサ１５の移動に伴つて低温室１
６の低温ガスは再生器１８を通過し、再生器１８
内の蓄冷材２０に冷熱を蓄えるとともに、ガス自
身は温度上昇しながら高温室１７へ流入する。以
上の様なサイクルをくり返すことによつて、冷凍
運転が行なわれる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

前記の様な従来装置には、以下に述べる様な問
題点があつた。すなわち、デイスプレーサ１５が
上方へ移動してゆくと、低温室１６の壁面に衝突
し、下方へ移動してゆくと、制御ピストン２４が
制御室２３の壁面に衝突する。これらの衝突によ
りデイスプレーサ１５の可動範囲が定まつている
ため、これらの衝突の際に発生する衝突音が耳障
りな騒音となり、作業者が近くで冷凍機を運転す
る場合、この騒音を遮蔽するなど何らかの騒音対
策を考えねばならなかつた。この考案は、上記の
ような問題点を解消するためになされたもので、
デイスプレーサ１５の動きを妨げることなく、発
生する騒音が小さい冷凍機を得ることを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この考案に係る冷凍機は、デイスプレーサの可
動範囲を設定するとともに、デイスプレーサと、
低温室内壁および制御室内壁との衝突を防止また
は緩衝するコイルばねを設けたものである。

〔作用〕

この考案は、コイルばねがデイスプレーサと低
温室内壁及び制御室内壁との衝突を防止または緩
衝するので、冷凍機の騒音を小さくする。

〔実施例〕

第１図は、この考案の一実施例を示している図
である。図において１は圧縮機の各部及び３の連
結管は、第２図に示した従来装置とまつたく同一
のものである。２のコールドフインガーにおいて
は、制御ピストン２４の端部にコイルばね２７が
取り付けられている。作動空間２６内の圧力が制
御室２３の圧力よりも高くなり、デイスプレーサ
が下降すると、コイルばね２７の下端が、制御室
２３の下部室内壁に衝突し、デイスプレーサ１５
の運動を徐々にとめる。逆に作動空間２６の圧力
が制御室２３の圧力より低くなり、デイスプレー
サ１５が上昇するとコイルばね２７の上端が、制
御室２３の上部内壁に衝突してデイスプレーサ１
５の運動を徐々にとめ、デイスプレーサ１５上端
が低温室１６内壁に衝突するのを防止する。

上記実施例ではデイスプレーサの可動範囲を設
定し、かつデイスプレーサと低温室内壁および制
御室内壁との衝突を防止または緩衝するためのコ
イルばねをデイスプレーサ自体に設けるようにな
つているが、この考案はこれに限定されるもので
はなく、コイルばねは前記デイスプレーサが往復
運動中その運動方向を反転する間際に、自身の端
部が最初に他の部材に衝突し前記デイスプレーサ
の運動を徐々に止めることによつて、前記デイス
プレーサの可動範囲を設定するように設ければ良
い。

〔考案の効果〕

以上のように、この考案は、コイルばねを設け
たことにより、デイスプレーサの動きを徐々にと
めることができるので、デイスプレーサと低温室
内壁及び制御室内壁との衝突を防止または緩衝す
ることができ、制御室内壁および低温室内壁とデ
イスプレーサの衝突の際の騒音を小さくすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、考案の一実施例を示す図、第２図か
ら第６図は従来の冷凍機を示す図である。 図において、１は圧縮機、２はコールドフイン
ガー、３は連結管、１５はデイスプレーサ、１６
は低温室、２３は制御室、１７は高温室、２４は
制御ピストン、２７はコイルばねである。なお、
各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. シリンダと、前記シリンダ内を往復運動するピ
   ストンと、前記ピストンが往復運動することによ
   つて容積が変化する圧縮室と、筒状の低温シリン
   ダと、前記低温シリンダの内部を低温室と高温室
   に分け、かつ前記低温シリンダ内を往復運動する
   デイスプレーサと、前記デイスプレーサ内部に設
   けられた再生器と、前記デイスプレーサの一端を
   かこむ制御室とを備えた冷凍機において、前記デ
   イスプレーサが往復運動中その運動方向を反転す
   る間際に、自身の端部が最初に他の部材に衝突し
   前記デイスプレーサの運動を徐々に止めることに
   よつて、前記デイスプレーサの可動範囲を設定
   し、かつ前記デイスプレーサと前記低温室内壁お
   よび前記制御室内壁との衝突を防止または緩衝す
   るためのコイルばねを設けたことを特徴とする冷
   凍機。