JPH0784962B2

JPH0784962B2 - 極低温冷凍機の給排気装置

Info

Publication number: JPH0784962B2
Application number: JP2262518A
Authority: JP
Inventors: 勝治吉川; 勇治山口
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1995-09-13
Anticipated expiration: 2010-09-13
Also published as: JPH04139357A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野この発明はギフォードマクマホンサイクル、ソルベーサ
イクル等のガスサイクルを備えた極低温冷凍機の給排気
装置の改良に関する。

（ロ）従来の技術従来の極低温冷凍機の給排気装置は例えば特開昭63−21
451号公報に示されているように構成されている。ここ
で、この公報を参考に従来例を説明する。第８図におい
て、この種の極低温冷凍機はシリンダ50と、このシリン
ダ内を上下に往復動するディスプレーサ51と、このディ
スプレーサによってシリンダ50内部に区画形成されるバ
ッファー空間52及び膨張空間53と、ディスプレーサ51に
貫設され、バッファー空間52及び膨張空間53を連通する
ガス通路54と、このガス通路に配設した蓄熱材55と、ヘ
リウムガス等の作動ガスの圧縮を行う圧縮装置56と、シ
リンダ50の給排気口57を圧縮装置56の高圧ライン58及び
低圧ライン59とに交互に連通させる給排気装置60とを備
えている。この給排気装置には給気用の弁61と排気用の
弁62とが設けられている。また、シリンダ50のコールド
ヘッド63には熱伝達部材64を介して負荷65が接続されて
いる。

第９図は給排気装置60の詳細を示す図である。第９図に
おいて、モータ66の両端には透孔67,68及び透孔69,70を
夫々有する端蓋71,72が設けられ、透孔67が圧縮装置56
の低圧ライン59と連通している。また、透孔68にはモー
タ66のハーメチック端子が挿入される。端蓋72にはクラ
ンクケース73が連設され、このケース下側にはシリンダ
50との隔壁74が取付けられている。クランクケース73の
内部にはモータシャフト75に偏心して固着されたクラン
クピン76,77,78が配設されている。クランクケース73の
下部には２個の円筒状空間79,80と連絡路81,82,83,84,8
5とを有する案内体86が一体に形成されている。そし
て、円筒状空間79,80が連絡路83,84と、隔壁74に設けた
連絡路87とを介してシリンダ50の給排気口57に連通さ
れ、円筒状空間80が連通路81,82を介して圧縮装置56の
高圧ライン58に連通され、円筒状空間79が連絡路85、ク
ランクケース73内部、透孔69,70、モータ66及び透孔67
を介して圧縮装置56の低圧ライン59に連通されている。
円筒状空間79,80には夫々周溝88,89を有するスプール弁
体90,91が摺動自在に収容されている。これらのスプー
ル弁体は隔壁74側の端部が夫々スプリング92,93にて押
圧されることにより、他端が常時クランクピン77,78と
接触している。また、クランクピン76はガイド94を介し
てディスプレーサ51のシャフト95に連結されている。

この構造の極低温冷凍機の給排気装置は、ディスプレー
サ51がシリンダ50内の最下位（上死点）にあるとき、給
気弁61を開、排気弁62を閉とし、圧縮装置56で圧縮され
た作動ガスをバッファー空間52に流入させる。そして、
ディスプレーサ51がシリンダ50内の最下位から最上位
（下死点）へ移動する過程ではバッファー空間52の作動
ガスをガス流路54の蓄熱材55で冷却させながら、膨張空
間53に流入させる。また、ディスプレーサ51の移動に伴
って膨張空間53の容積が増大する。ディスプレーサ51が
シリンダ50内の最上位にあるとき、給気弁61を閉にする
とともに、排気弁62を開にする。このため、膨張空間53
では作動ガスを膨張して寒冷が発生する。その後、ディ
スプレーサ51が最上位から最下位へ移動する過程では膨
張空間53の作動ガスが蓄熱材55を冷却しながらガス流路
54を流れ、さらにバッファー空間52及び排気弁62を通っ
て低圧ライン59に排気される。以上の繰り返しにより、
シリンダ50のコールドヘッド63が冷却され、負荷に極低
温の寒冷を与える。

（ハ）発明が解決しようとする課題しかしながら、極低温冷凍機の給排気装置は円筒状空間
79,80内を摺動するスプール弁体90,91の外周に周溝88,8
9を設けているため、このスプール弁体の構造が複雑に
なるとともに、スプール弁体90,91をクランクピン77,78
側に押圧するスプリング92,93の収納空間が密封され、
このスプリングのバネ力のほかにガス圧による押圧が作
用し、スプール弁体90,91を介してモータ66に加えられ
る応力が大きくなり、このモータに大きなトルクを必要
とさせる問題があり、また、スプール弁体90,91の摺動
時に、案内路83,85側のスポール弁体90,91摺動面が案内
路83,85の角と接触し、次第に磨耗してスプール弁体90,
91と円筒状空間79,80との隙間が大きくなり振動が発生
する等の問題があった。そして、振動の発生等のため
に、スプール弁体90,91を例えば定期的に交換する必要
があり、メンテナンスが煩雑になるという問題もあっ
た。

この発明は上記の問題を解決するもので、スプール弁体
の構造を簡単にした極低温冷凍機の給排気装置を提供す
ることを目的としたものである。

（ニ）課題を解決するための手段この発明はシリンダと、このシリンダ内で往復動するデ
ィスプレーサと、このディスプレーサによってシリンダ
内部に区画形成されるバッファー空間及び膨張空間と、
これらのバッファー空間と膨張空間とを連通するガス流
路に配設された蓄熱材と、圧縮装置と、シリンダの給排
気口を圧縮装置の高圧ライン及び低圧ラインとに交互に
連通させる給排気装置とからなる極低温冷凍機におい
て、前記給排気装置を内部に２個の円筒状空間を有する
案内体と、この案内体の円筒状空間内を所定の位相差を
保って往復動する一対のスプール弁体と、前記案内体と
シリンダとの間に取付けて円筒状空間の一方を封じる隔
壁と、この隔壁に接してスプール弁体を押圧するスプリ
ングとで形成し、前記スプール弁体の往復動する２個の
円筒状空間を、隔壁側のこれらの円筒状空間の端でシリ
ンダの給排気口に連通する連絡路を隔壁に設けるととも
に、一方の円筒状空間を圧縮装置の高圧ラインに、他方
の円筒状空間を圧縮装置の低圧ラインに夫々連通する連
絡路を案内体に設けたものである。

（ホ）作用この発明は上記のように構成したことにより、スプール
弁体を摺動自在に収納する円筒状空間を、隔壁側のこれ
らの円筒状空間の端で給排気口に連通する連絡路を設け
るとともに、これらの円筒状空間内に夫々連通する連絡
路を案内体の両側に設けて形成し、前記スプール弁体の
外周に周溝を設けることなく、しかも、モータの応力の
増加も抑えてシリンダ内に作動ガスを給排気できるよう
にしたものである。

（ヘ）実施例以下この発明を第１図乃至第７図に実施例に基いて説明
する。

１は圧縮装置で、この圧縮装置には高圧ライン２と低圧
ライン３とが接続されている。４はシリンダで、このシ
リンダ内には後述するクランク機構５で駆動されるシャ
フト６により往復動するディスプレーサ７が収納されて
いるとともに、このディスプレーサによって可変面積の
バッファー空間８と膨張空間９とが区画形成されてい
る。これらのバッフアー空間と膨張空間とはディスプレ
ーサ７内の空間10を介して連通している。この空間内に
は蓄熱材11が配置されている。シリンダ４の上壁12には
バッファー空間８に開口した給排気口13が設けられてい
る。14はこの給排気口に接続された給排気装置で、この
給排気装置は高圧ライン２と低圧ライン３とを交互に給
排気口13に連通させている。シリンダ４の底壁15には被
冷却物を冷却する負荷熱交換器16が取付けられている。

第２図は給排気装置14の詳細を示す図である。第２図に
おいて、17はモータ、18,19はこのモータの両側に設け
られた端蓋で、これらの端蓋には夫々透孔20,21,22,23
が設けられている。端蓋18の透孔20は圧縮装置１の低圧
ライン３と連通している。また、透孔21にはモータ17へ
電力を供給するハーメチック端子（図示せず）が挿入さ
れる。端蓋19にはクランクケース24が連設され、このク
ランクケースの下側にはシリンダ４との隔壁25が取付け
られている。クランクケース24の内部にはモータシャフ
ト26に偏心して固着された３個のクランクピン27,28,29
が配設されている。これらのクランクピンの外周には夫
々ボールベアリング30,31,32が取付けられている。33は
クランクケース24の下部に設けられた案内体で、この案
内体には一対の円筒状空間34,35が設けられている。こ
れらの円筒状空間内には夫々スプール弁体36,37が摺動
自在に収容されている。38,39は円筒状空間34,35内の隔
壁25側に設けたスプリングで、これらのスプリングはス
プール弁体36,37を常時ボールベアリング31,32に押圧し
ている。円筒状空間34,35は隔壁25に設けられた連絡路4
0,41を介してシリンダ４の給排気口13に連通されてい
る。円筒状空間35は案内体33に設けた連絡路42を介して
圧縮装置１の高圧ライン２に連通している。円筒状空間
34は案内体33の連絡路43、クランクケース24内部、透孔
22,23、モータ17及び端蓋18の透孔20を介して圧縮装置
１の低圧ライン３に連通している。シャフト６に接続さ
れたクランク機構５はボールベアリング30に連結されて
いる。

このように構成された極低温冷凍機の給排気装置におい
て、給排気装置14の動作を説明する。第３図（イ）
（ロ）（ハ）乃至第７図（イ）（ロ）（ハ）において、
Ａはクランクピン27の中心の軌跡、Ｂ（Ｃ）はクランク
ピン28,29の中心の軌跡を示している。

クランクピン27の中心が第３図（イ）のA₁で示す位置に
あると、クランクピン28,29の中心は夫々第３図（ロ）
のB₁,C₁の位置にある。このとき、スプール弁体36,37は
第３図（ハ）に示す状態にあり、スプール弁体36は下向
きに、スプール弁体37は上向きに夫々移動している。ま
た、圧縮装置１の高圧ライン２とシリンダ４の給排気口
13との間、並びに給排気口13と圧縮装置１の低圧ライン
３との間はともにスプール弁体36,37にて遮断されてい
る。

クランクピン27の中心が僅かに時計方向に移動し、ディ
スプレーサ７が最下位（上死点）に近付くと、給排気装
置14は給気領域に入る。この給気領域では、例えばクラ
ンクピン27の中心が第４図（イ）のA₂の位置にあると
き、クランクピン28,29の中心は第４図（ロ）のB₂,C₂の
位置にある。このとき、スプール弁体36はなお下向きに
移動し、スプール弁体37は下向きに反転する。また、第
４図（ハ）に示すように、スプール弁体36が連絡路43を
塞ぎ、スプール弁体37が連絡路42を開放するので、圧縮
装置１の高圧ライン２が連絡路42、円筒状空間35及び連
絡路41を介してシリンダ４の給排気口13に連通され、シ
リンダ４内部に作動ガスが供給されている。

クランクピン27の中心27が第５図（イ）の、A₃の位置に
あると、クランクピン28,29の中心は夫々第５図（ロ）
のB₃,C₃で示す位置にある。このとき、スプール弁体36
は上向きに、スプール弁体37は下向きに夫々移動してい
る。また、第５図（ハ）に示すように、スプール弁体37
が連絡路42を塞ぐため、高圧ライン２と給排気口13との
間がスプール弁体37で遮断され、スプール弁体36が連絡
路43を塞いでいるので、給排気口13と低圧ライン３との
間も遮断されている。このような全閉状態はスランクピ
ン27の中心が第６図（イ）のA₄の位置に、クランクピン
28,29の中心が第６図（ロ）のB₄,C₄の位置に夫々移動
し、スプール弁体36,37が第６図（ハ）の位置に移動す
るまで継続する。

クランクピン27,28,29が第６図の位置から僅かに時計方
向に移動し、ディスプレーサ７が最上位（下死点）に近
付くと、給排気装置14は排気領域に入る。この排気領域
では、例えばクランクピン27の中心が第７図（イ）のA₅
の位置にあるとき、クランクピン28,29の中心は第７図
（ロ）のB₅,C₅の位置にある。このとき、スプール弁体3
6は下向きに反転し、スプール弁体37は上向きに移動し
ている。また、第７図（ハ）に示すように、スプール弁
体36が連絡路43を開放し、スプール弁体37は連絡路42を
塞いでいる。このため、シリンダ４の給排気口13が連絡
路40、円筒状空間34、連絡路43、クランクケース24内
部、端蓋19の透孔22,23、モータ17及び透孔20を介して
圧縮装置１の低圧ライン３に連通され、シリンダ４内部
の作動ガスが排気される。給排気装置14は以上の動作を
繰り返すことにより、給排気口13を圧縮装置１の高圧ラ
イン２と低圧ライン３とに交互に連通させる。

スプール弁体36,37は外周面に高圧ライン２と給排気口1
3及び低圧ライン３と給排気口13を連通させる周溝を形
成しないので、構造がシンプルとなるとともに、外周面
の凹凸による摩耗を防止できるようにされている。

また、円筒状空間34,35と給排気口13とを連通する連絡
路40,41はスプール弁体36,37をボールベアリング31,32
を常時押圧するスプリング38,39側に設けられているこ
とにより、スプール弁体36,37をボールベアリング31,32
側に押圧するバネ力の上昇を抑えて、モータ17のトルク
が大きくならないようにしている。

高圧ライン２あるいは低圧ライン３に連通する案内体33
の連絡路42,43は円筒状空間34,35の間で、これらの空間
に共通に開口する孔を設ける必要がないので、この孔を
連絡路42,43と一緒にあける必要がなく、他の孔に関係
なく孔位置を決めることができるようにされている。

この発明はスプール弁体36,37のスプリング38,39側の先
端で案内体33の連絡路42,43と隔壁25の連絡路40,41とを
円筒状空間34,35内を介して交互に連通させることによ
り、スプール弁体36,37の構造をシンプルにして摩耗を
防止するとともに、スプリング38,39とともに作用する
ガス圧によってモータ17のトルクが大きくならないよう
にしたものである。

（ト）発明の効果以上のようにこの発明によれば、給排気装置を内部に２
個の円筒状空間を有する案内体と、この案内体の円筒状
空間内を所定の位相差を保って往復動する一対のスプー
ル弁体と、前記案内体とシリンダとの間に取付けて円筒
状空間の一方を封じる隔壁と、この隔壁に接してスプー
ル弁体を押圧するスプリングとで形成し、前記スプール
弁体の往復動する２個の円筒状空間を隔壁側でシリンダ
の給排気口に連通する連絡路を隔壁に設けるとともに、
一方の円筒状空間を圧縮装置の高圧ラインに、他方の円
筒状空間を圧縮装置に低圧ラインに夫々連通する連絡路
を案内体に設けたのであるから、スプール弁体の外周の
周溝を設ける必要がなく、このスプール弁体の構造をシ
ンプルにでき、スプール弁体の摺動による摺動面の摩耗
を防止でき、スプール弁体の交換時期を大幅に延ばすこ
とができ、この結果、メンテナンスが極めて容易な極低
温冷凍機を提供することができる。

また、この発明は円筒状空間を夫々高圧ライン及び低圧
ラインに連通させる連絡路を案内体の異なる位置に別々
にあけることができ、スプール弁体の共通化を図ること
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す極低温冷凍機ユニッ
トの要部断面図、第２図は同じく給排気装置の要部断面
図、第３図（イ）（ロ）（ハ）乃至第７図（イ）（ロ）
（ハ）は同じく給排気装置の動作説明図、第８図は従来
例を示す極低温冷凍機ユニットの要部断面図、第９図は
同じく給排気装置の要部断面図である。１……圧縮装置、２……高圧ライン、３……低圧ライ
ン、４……シリンダ、７……ディスプレーサ、８……バ
ッファー空間、９……膨張空間、10……空間、11……蓄
熱材、13……給排気口、14……給排気装置、25……隔
壁、33……案内体、34,35……円筒状空間、36,37……ス
プール弁体、38,39……スプリング、40,41,42,43……連
絡路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダと、このシリンダ内で往復動する
ディスプレーサと、このディスプレーサによってシリン
ダ内部に区画形成されるバッファー空間及び膨張空間
と、これらのバッファー空間と膨張空間とを連通するガ
ス流路に配設された蓄熱材と、圧縮装置と、シリンダの
給排気口を圧縮装置の高圧ライン及び低圧ラインとに交
互に連通させる給排気装置とからなる極低温冷凍機にお
いて、前記給排気装置は内部に２個の円筒状空間を有す
る案内体と、この案内体の円筒状空間内を所定の位相差
を保って往復動する一対のスプール弁体と、前記案内体
とシリンダとの間に取付けて円筒状空間の一方を封じる
隔壁と、この隔壁に接してスプール弁体を押圧するスプ
リングとを備え、前記スプール弁体の往復動する２個の
円筒状空間を、隔壁側のこれらの円筒状空間の端でシリ
ンダの給排気口に連通する連絡路を隔壁に設けるととも
に、一方の円筒状空間を圧縮装置の高圧ラインに、他方
の円筒状空間を圧縮装置の低圧ラインに夫々連通する連
絡路を案内体に設けたことを特徴とする極低温冷凍機の
給排気装置。