JPH0618109A - 極低温膨張機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 緩衝部材６の耐久性を向上しながら、ディス
プレーサ４の往復動に伴うカップリング３とステム５０
との間の衝突音及び振動を十分に低減する。 【構成】 ステム５０に、カップリング３を受け入れる
凹所５１を形成し、この凹所５１の底部に、中央部にＯ
リング６１ａの高さに対しやや低い突出部６３ａを残し
て環状溝６１ｂを設け、該溝６１ｂにエラストマ製のＯ
リング６１ａを介装すると共に、溝開放側に合成樹脂製
のプレートダンパー６２ａを介装し、衝突前期にはＯリ
ング６１ａでエネルギーを吸収し、後期はプレートダン
パー６２ａで残存エネルギーを吸収して、Ｏリング６１
ａの座屈を防止しながら二段階の緩衝作用により衝突音
及び振動を十分に低減した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、作動流体に主にヘリウ
ムを用い、その高圧ガスの導入と低圧ガスの排気との繰
り返しにより、シリンダの内部にスラックピストン並び
にこれに追従するディスプレーサを往復動させて、絶対
温度数十Ｋレベルの極低温を得る極低温膨張機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開昭６２−２９９６６２号公報
等に開示され且つ図３に示すように、シリンダＣの内部
に、スラックピストンＳと該ピストンＳにカップリング
Ｊを介して連動するディスプレーサＤとを配設し、シリ
ンダＣの端部部材となるステムＢに設けた注排出通路Ｔ
を、外部圧縮機ユニットから延びる高圧通路に連通し、
シリンダＣの内部に高圧ガスを導入することにより、高
圧となるスラックピストンＳの作用室Ｆと、通路Ｒを介
して中間圧力域に通じる対抗室Ｍとの間の差圧により、
スラックピストンＳを上昇させると共に、これに追従し
てディスプレーサＤを上昇させ、次に、注排出通路Ｔを
外部圧縮機ユニットに至る低圧通路に切換えて連通する
ことにより、低圧となる作用室Ｆと中間圧の対向室Ｍと
の差圧により、スラックピストンＳを下降させると共
に、これに追従してディスプレーサＤを下降させ、これ
ら上下動の繰り返しにより、シリンダＣの底部膨張空間
に隣接するヒートステージに極低温を得るようにしてい
る。

【０００３】そして、この場合、ディスプレーサＤは、
差圧駆動するスラックピストンＳの動きに遅延して追従
移動するものであり、スラックピストンＳに駆動力を与
える圧力変化の微妙なずれ等により、ディスプレーサＤ
は死点位置を越えて移動し、カップリングＪとステムＢ
との間で衝突が起こり易いため、ステムＢの下面にはプ
レート状のダンパーＰを緩衝材として介装している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、単一のダンパ
ーＰで緩衝材を構成した場合、十分な緩衝効果を得よう
として、その材質にエラストマ等の比較的軟質な材料を
選ぶと、ディスプレーサＤの往復動に伴って繰り返し付
与される衝撃荷重により、ダンパーＰは短時間のうちに
疲労し、座屈その他の破壊が生じて耐久性に問題が生
じ、一方、その材質にエラストマに対し十分硬い合成樹
脂材料を選ぶと、緩衝効果が少なく、衝突音を十分解消
できないし、振動の発生を効果的に抑制できない問題が
ある。

【０００５】本発明では、緩衝部材の構成を工夫するこ
とにより、その耐久性を向上しながら、ディスプレーサ
の往復動に伴う衝突音並びに、その衝突に伴い発生する
振動を十分に低減できる極低温膨張機を提供することを
主目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、上記主目的の達
成のため、第一に、シリンダ１の内部に、該シリンダ１
への高圧ガスの導入と低圧ガスの排気とで往復動するス
ラックピストン２と、該スラックピストン２にカップリ
ング３を介して連動し、前記スラックピストン２に追従
して往復動するディスプレーサ４とを配設した極低温膨
張機において、前記ディスプレーサ４と前記シリンダ１
の端部部材５との間に、軟質材料を用いた第一緩衝部材
６１と、該第一緩衝部材６１よりも硬質の第二緩衝部材
６２とから成り、前記ディスプレーサ４の死点位置を越
える移動を受け止める緩衝部材６を介装すると共に、前
記第一緩衝部材６１の変形方向に、該第一緩衝部材６１
の一定範囲を越える変形を阻止する規制部６３を設け
た。

【０００７】第二に、上記第一の手段において、簡易且
つ安価な構成で、しかも良好に所期の目的を達成するた
め、第一緩衝部材６１が、エラストマ製のＯリング６１
ａから成り、第二緩衝部材６２が、前記Ｏリング６１ａ
に当接する平面をもち、エラストマよりも硬質の合成樹
脂を用いたプレートダンパー６２ａから成り、規制部６
３が、前記Ｏリング６１ａの介装溝６１ｂの底部に対し
て突出し、前記プレートダンパー６２ａを受け止める突
出部６３ａから成る構成にした。

【０００８】第三に、上記第二の手段において、全体構
成の大形化を回避し、組付性及び信頼性の向上をも図る
ため、スラックピストン２の内方に突入し、シリンダ１
の端部部材５を構成するステム５０の端面に、カップリ
ング３の頂部を受け入れる凹所５１を形成して、この凹
所５１に、Ｏリング６１ａ及びプレートダンパー６２ａ
を、プレートダンパー６２ａを開放側に配置して介装
し、前記凹所５１の開放部に、前記プレートダンパー６
２ａの脱落を阻止する係止部５２を設けた。

【０００９】

【作用】上記第一の手段により、ディスプレーサ４と緩
衝部材６との間で衝突が行われ始めた衝突前期には、先
ず、軟質材料を用いた第一緩衝部材６１の変形により衝
撃荷重が受け止められ、その衝突のエネルギーが一部減
衰される。この状態が、第一緩衝部材６１の変形が規制
部６３により阻止されるまで継続した後、衝突後期に
は、引き続いて、硬質の第二緩衝部材６２により残存エ
ネルギーが吸収される。こうして、衝突前期における軟
質材料を用いた第一緩衝部材６１の変形は、規制部６３
により一定範囲内に阻止されるから、第一緩衝部材６１
の疲労を緩和でき、その耐久性を向上することができ
る。そして、軟質の第一緩衝部材６１による緩衝作用
と、これに引き続いて行われる硬質の第二緩衝部材６２
による緩衝作用との二段階の緩衝作用により衝突のエネ
ルギーを吸収するから、衝突に伴う音の発生及び振動の
発生を低減することができる。

【００１０】上記第二の手段により、Ｏリング６１ａを
用いて安価に第一緩衝部材６１を構成できると共に、Ｏ
リング６１ａの介装溝６１ｂの底部に対して突出する突
出部６３ａにプレートダンパー６２ａを受け止めさせる
ことにより、Ｏリング６１ａの一定範囲の変形に引き続
いて、円滑にプレートダンパー６２ａに衝突後期の残存
エネルギーを受け止めさせることができ、簡易且つ安価
な構成で、しかも良好に衝突音及び振動の発生を低減す
ることができる。

【００１１】上記第三の手段により、ステム５０に設け
る凹所５１にＯリング６１ａ及びプレートダンパー６２
ａを収納するため、緩衝部材６の介装に際し殊更軸長が
長くなることもなく、しかも、凹所５１の開放部に設け
る係止部５２により、Ｏリング６１ａ及びプレートダン
パー６２ａの脱落を阻止できるため、組付性及び信頼性
を向上することもできる。

【００１２】

【実施例】図２に示すものは、作動流体にヘリウムを用
いた極低温膨張機であって、底部に膨張空間１０及びヒ
ートステージ１１をもったシリンダ１の内部に、スラッ
クピストン２と、該ピストン２にカップリング３を介し
て連動し、内部に鉛等の蓄冷器４０を保持したディスプ
レーサ４を配設している。

【００１３】シリンダ１の端部部材５を構成し、スラッ
クピストン２の内方に突入するステム５０には、注排出
通路７を開口しており、この注排出通路７は、モータ８
０に連動して回転するバルブ８の切換えにより、外部圧
縮機ユニットから延びる高圧通路９１と、外部圧縮機ユ
ニットに至る低圧通路９２とに交互に連通するようにな
っている。即ち、バルブ８が図示位置に切換えられた
時、注排出通路７は、ステム５０の内部に連続して設け
る一対の連通路７１，７１並びにバルブ８の端面に設け
る一対の側方開放溝８１，８１及びモータ室８２を介し
て高圧通路９１に連通し、バルブ８が図示位置から９０
度回転した位置に切換えられた時、前記連通路７１，７
１並びにこれらの開口部間を跨ぐようにバルブ９の端面
に設けた側方非開放溝８３、ステム５０に設ける中心穴
７２及び環状溝７３を介して低圧通路９２に連通するよ
うになっている。

【００１４】スラックピストン２のディスプレーサ側端
面に接する作用室２１は、傾斜状の連通穴２２を介して
注排出通路７の開口側に連通させており、又、作用室２
１に対抗する対抗室２３は、オリフィス２４を介して中
間圧力域に保持されるサージボリウム２５に連通させて
いる。

【００１５】こうして、注排出通路７と高圧通路９１と
の連通により、シリンダ１の内部に高圧ガスを導入し、
高圧となる作用室２１と中間圧力の対抗室２３との間の
差圧により、スラックピストン２を上昇させると共にこ
れに追従してディスプレーサ４を上昇させ、次に、注排
出通路７と低圧通路９２との連通により、低圧となる作
用室２１と中間圧力の対抗室２３との間の差圧により、
スラックピストン２を下降させると共にこれに追従して
ディスプレーサ４を下降させ、これらの繰り返しによ
り、ヒートステージ１１に極低温を得るようにしてい
る。

【００１６】以上の構成において、図１に明示するよう
に、ディスプレーサ４のカップリング３と、シリンダ１
の端部部材５を構成するステム５０との間に、軟質材料
を用いた第一緩衝部材６１と、該第一緩衝部材６１より
も硬質の第二緩衝部材６２とから成り、ディスプレーサ
４の死点位置を越える移動を受け止める緩衝部材６を介
装すると共に、第一緩衝部材６１の変形方向に、該第一
緩衝部材６１の一定範囲を越える変形を阻止する規制部
６３を設ける。

【００１７】具体的には、第一緩衝部材６１は、エラス
トマ製のＯリング６１ａで構成し、第二緩衝部材６２
は、Ｏリング６１ａに当接する平面をもち、エラストマ
よりも硬質の例えばポリアセタール樹脂等の合成樹脂を
用いたプレートダンパー６２ａで構成する。

【００１８】又、ステム５０の端面に、カップリング３
の頂部を受け入れる凹所５１を形成し、この凹所５１の
底部に、中央部にＯリング６１の高さに対しやや高さを
低くした突出部６３ａを残して、環状に沿うＯリング６
１ａの介装溝６１ｂを設けると共に、凹所５１の内周部
に、プレートダンパー６２ａの外周を受け入れるガイド
壁６２ｂを設けて、凹所５１の内部に、Ｏリング６１ａ
及びプレートダンパー６２ａを、プレートダンパー６２
ａを開放側に配置して介装する。

【００１９】そして、Ｏリング６１ａの介装溝６１ｂの
底部から突出させた突出部６３ａにより、Ｏリング６１
ａの一定範囲のみの変形を許容し、この一定範囲の変形
後はプレートダンパー６２ａを受け止める規制部６３を
構成する。

【００２０】更に、凹所５１の開放部には、カシメ等に
より内方側に張り出す爪５２ａをもち、プレートダンパ
ー６２ａの脱落を阻止する係止部５２を設ける。

【００２１】尚、プレートダンパー６２ａの中心部に
は、注排出通路７に符合し、該通路７をシリンダ１の内
部に開放する開放穴６２１を開口していると共に、この
開放穴６２１の周りには、表裏面間を均圧すると共に、
メンテナンス時にプレートダンパー６２ａを抜き取る治
具を結合する複数のネジ穴６２２を開口している。

【００２２】以上の構成により、スラックピストン２の
上動に追従してディスプレーサ４が上動し、カップリン
グ３の頂面と緩衝部材６との間で衝突が行われ始めた衝
突前期には、Ｏリング６１ａの変形により衝撃荷重が受
け止められ、その衝突のエネルギーが一部減衰される。
そして、Ｏリング６１ａが一定範囲にわたり変形し、プ
レートダンパー６２ａが突出部６３ａに受け止められた
衝突後期には、引き続いてこの硬質のプレートダンパー
６２ａにより残存エネルギーが吸収される。この場合、
衝突前期におけるＯリング６１ａの変形は、突出部６３
ａにより一定範囲内に阻止されるから、該Ｏリング６１
ａの疲労を緩和でき、その耐久性を向上することができ
る。そして、Ｏリング６１ａによる緩衝作用と、これに
引き続いて行われるプレートダンパー６２ａによる緩衝
作用との二段階の緩衝作用により衝突のエネルギーを吸
収するから、衝突に伴う音の発生及び振動の発生を低減
することができるのである。

【００２３】又、以上のものでは、Ｏリング６１ａを用
い、しかも、このＯリング６１ａの一定範囲の変形後に
その介装溝６１ｂの底部に対して突出する突出部６３ａ
にプレートダンパー６２ａを受け止めさせているから、
Ｏリング６１ａの一定範囲の変形に引き続いて円滑にプ
レートダンパー６２ａに衝突後期の残存エネルギーを受
け止めさせることができ、簡易且つ安価な構成で、しか
も良好に衝突音及び振動の発生を低減することができる
のである。

【００２４】更に、以上のものでは、ステム５０に設け
る凹所５１にＯリング６１ａ及びプレートダンパー６２
ａを収納するようにしているため、緩衝部材６の介装に
際し殊更軸長が長くなることもなく、しかも、凹所５１
の開放部に設ける係止部５２により、Ｏリング６１ａ及
びプレートダンパー６２ａの脱落を阻止できるため、組
付性及び信頼性を向上することもできるのである。

【００２５】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、軟質材料
を用いた第一緩衝部材６１と、硬質の第二緩衝部材６２
とを組み合わせ、且つ、軟質な第一緩衝部材６１の一定
範囲を越える変形を阻止する規制部６３を設けたから、
緩衝部材６としての耐久性を向上できながら、ディスプ
レーサ４の往復動に伴う衝突音並びにその衝突に伴い発
生する振動を十分に低減することができるのである。

【００２６】請求項２記載の発明によれば、エラストマ
製のＯリング６１ａを用い、該Ｏリング６１ａの介装溝
６１ｂの底部に対して突出する突出部６３ａに合成樹脂
製のプレートダンパー６２ａを受け止めさせたから、簡
易且つ安価な構成でしかも良好に衝突音及び振動の発生
を低減することができるのである。

【００２７】請求項３記載の発明によれば、ステム５０
に設ける凹所５１にＯリング６１ａ及びプレートダンパ
ー６２ａを収納でき、且つプレートダンパー６２ａの脱
落を阻止する係止部５２を設けたから、全体構造の大形
化を回避できると共に、組付性及び信頼性を向上するこ
ともできるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る極低温膨張機の要部拡大断面図。

【図２】同全体構造を示す断面図。

【図３】従来の極低温膨張機の断面図。

【符号の説明】

１；シリンダ、２；スラックピストン、３；カップリン
グ、４；ディスプレーサ、５；端部部材、５０；ステ
ム、５１；凹所、５２；係止部、６；緩衝部材、６１；
第一緩衝部材、６１ａ；Ｏリング、６１ｂ；介装溝、６
２；第二緩衝部材、６２ａ；プレートダンパー、６３；
規制部、６３ａ；突出部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダ１の内部に、該シリンダ１への高
   圧ガスの導入と低圧ガスの排気とで往復動するスラック
   ピストン２と、該スラックピストン２にカップリング３
   を介して連動し、前記スラックピストン２に追従して往
   復動するディスプレーサ４とを配設した極低温膨張機に
   おいて、前記ディスプレーサ４と前記シリンダ１の端部
   部材５との間に、軟質材料を用いた第一緩衝部材６１
   と、該第一緩衝部材６１よりも硬質の第二緩衝部材６２
   とから成り、前記ディスプレーサ４の死点位置を越える
   移動を受け止める緩衝部材６を介装すると共に、前記第
   一緩衝部材６１の変形方向に、該第一緩衝部材６１の一
   定範囲を越える変形を阻止する規制部６３を設けている
   ことを特徴とする極低温膨張機。
2. 【請求項２】第一緩衝部材６１が、エラストマ製のＯリ
   ング６１ａから成り、第二緩衝部材６２が、前記Ｏリン
   グ６１ａに当接する平面をもち、エラストマよりも硬質
   の合成樹脂を用いたプレートダンパー６２ａから成り、
   規制部６３が、前記Ｏリング６１ａの介装溝６１ｂの底
   部に対して突出し、前記プレートダンパー６２ａを受け
   止める突出部６３ａから成る請求項１記載の極低温膨張
   機。
3. 【請求項３】スラックピストン２の内方に突入し、シリ
   ンダ１の端部部材５を構成するステム５０の端面に、カ
   ップリング３の頂部を受け入れる凹所５１を形成して、
   この凹所５１に、Ｏリング６１ａ及びプレートダンパー
   ６２ａを、プレートダンパー６２ａを開放側に配置して
   介装し、前記凹所５１の開放部に、前記プレートダンパ
   ー６２ａの脱落を阻止する係止部５２を設けている請求
   項２記載の極低温膨張機。