JPH11294878A - 圧縮機 - Google Patents
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- F25B2309/1423—Pulse tubes with basic schematic including an inertance tube
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Compressor (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、耐久性が高く、かつ、小型化が容
易で、例えばパルス管冷凍機に使用した場合に、冷却効
率を高めることができる圧縮機を提供することを課題と
する。 【解決手段】 本発明は、リニア圧縮機において、シリ
ンダ１ａ側壁に対面するピストン１ｂの外周部と圧力室
１ｅとを連通するように形成された連通路１ｉと、シリ
ンダ１ａの側壁に一端側が連通し、他端側が圧縮機１の
外部に延伸する第１の流路７ａ及び第２の流路７ｂとを
有し、圧力室１ｅの内部圧力が最大圧力近傍の時、連通
路１ｉと第１の流路７ａの位置とが一致し、内部圧力が
最小圧力近傍の時、連通路１ｉと第２の流路７ｂの位置
とが一致することにより、連通路１ｉ及び第２の流路７
ｂを介して内部圧力に応じた圧力を有する流体が送出及
び吸引される。
易で、例えばパルス管冷凍機に使用した場合に、冷却効
率を高めることができる圧縮機を提供することを課題と
する。 【解決手段】 本発明は、リニア圧縮機において、シリ
ンダ１ａ側壁に対面するピストン１ｂの外周部と圧力室
１ｅとを連通するように形成された連通路１ｉと、シリ
ンダ１ａの側壁に一端側が連通し、他端側が圧縮機１の
外部に延伸する第１の流路７ａ及び第２の流路７ｂとを
有し、圧力室１ｅの内部圧力が最大圧力近傍の時、連通
路１ｉと第１の流路７ａの位置とが一致し、内部圧力が
最小圧力近傍の時、連通路１ｉと第２の流路７ｂの位置
とが一致することにより、連通路１ｉ及び第２の流路７
ｂを介して内部圧力に応じた圧力を有する流体が送出及
び吸引される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機に関し、特
に、パルス管冷凍機等の小型冷凍機に適用して良好な圧
縮機に関する。
に、パルス管冷凍機等の小型冷凍機に適用して良好な圧
縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、液体窒素温度（７７Ｋ）の近傍で
超伝導現象を生じる、いわゆる高温超伝導物質を用いた
デバイスの応用研究が注目を集めている。そして、この
ような高温超伝導物質を用いたデバイスの種々の製品へ
の適用に際し、パルス管及び蓄冷器内に流体を収容する
だけの簡単な構成で、小型化が容易であり、流体の圧縮
・膨張を発生させる流体の圧送・吸引装置を外付けする
ことができる等の特徴を有する上述のパルス管冷凍機が
注目され、各種の改良開発が進められている。
超伝導現象を生じる、いわゆる高温超伝導物質を用いた
デバイスの応用研究が注目を集めている。そして、この
ような高温超伝導物質を用いたデバイスの種々の製品へ
の適用に際し、パルス管及び蓄冷器内に流体を収容する
だけの簡単な構成で、小型化が容易であり、流体の圧縮
・膨張を発生させる流体の圧送・吸引装置を外付けする
ことができる等の特徴を有する上述のパルス管冷凍機が
注目され、各種の改良開発が進められている。
【０００３】この種のパルス管冷凍機の基本原理は、蓄
冷器の端部に形成される冷却部に接するガスを膨張させ
て、冷却部に載置された被冷却物から吸熱する行程と、
吸熱したガスを蓄冷器方向に変位させるとともに、圧縮
させて蓄冷器に放熱する行程との一連の熱交換サイクル
を行なうことによって、冷却部から奪った熱を蓄冷器に
蓄熱させつつ、外部方向へ順次運び出す熱流を発生さ
せ、放熱を行ない冷却部を極低温に冷却するものであ
る、と理解されている。
冷器の端部に形成される冷却部に接するガスを膨張させ
て、冷却部に載置された被冷却物から吸熱する行程と、
吸熱したガスを蓄冷器方向に変位させるとともに、圧縮
させて蓄冷器に放熱する行程との一連の熱交換サイクル
を行なうことによって、冷却部から奪った熱を蓄冷器に
蓄熱させつつ、外部方向へ順次運び出す熱流を発生さ
せ、放熱を行ない冷却部を極低温に冷却するものであ
る、と理解されている。
【０００４】図５に一般的なオリフィス型あるいはキャ
ピラリ型のパルス管冷凍機を示して従来技術について説
明する。パルス管冷凍機１０´は、流体を所定の周期で
圧送・吸引する圧力室を備えた圧縮機１と、圧縮機１の
圧力室に連通し、蓄冷材が充填された蓄冷器２と、蓄冷
器２に連通して設けられ、流体が充填されたパルス管４
と、蓄冷器２とパルス管４の接続端部に形成される冷却
部３と、パルス管４にオリフィスあるいは細管（キャピ
ラリ）５を介して直列に配置されたバッファタンク６と
を有して構成されている。
ピラリ型のパルス管冷凍機を示して従来技術について説
明する。パルス管冷凍機１０´は、流体を所定の周期で
圧送・吸引する圧力室を備えた圧縮機１と、圧縮機１の
圧力室に連通し、蓄冷材が充填された蓄冷器２と、蓄冷
器２に連通して設けられ、流体が充填されたパルス管４
と、蓄冷器２とパルス管４の接続端部に形成される冷却
部３と、パルス管４にオリフィスあるいは細管（キャピ
ラリ）５を介して直列に配置されたバッファタンク６と
を有して構成されている。
【０００５】このようなパルス管冷凍機１０´において
は、圧縮機１のシリンダ１ａ内をピストン１ｂが往復運
動することにより、蓄冷器２を介してパルス管４内の流
体の圧縮及び膨張を繰り返し行うとともに、ピストン１
ｂの移動と流体の圧縮・膨張との間に所定の位相差（理
想的には９０度）を与えることにより、蓄冷器２とパル
ス管４の接続端部に形成される冷却部３と流体との間で
熱交換を行い、同様に蓄冷器２内でも同様に熱交換を行
って、冷却部３から取り去った熱を外部へ伝搬、排出す
るようになっている。
は、圧縮機１のシリンダ１ａ内をピストン１ｂが往復運
動することにより、蓄冷器２を介してパルス管４内の流
体の圧縮及び膨張を繰り返し行うとともに、ピストン１
ｂの移動と流体の圧縮・膨張との間に所定の位相差（理
想的には９０度）を与えることにより、蓄冷器２とパル
ス管４の接続端部に形成される冷却部３と流体との間で
熱交換を行い、同様に蓄冷器２内でも同様に熱交換を行
って、冷却部３から取り去った熱を外部へ伝搬、排出す
るようになっている。
【０００６】ここで、オリフィスあるいは細管５は、バ
ッファタンクに流出入する流体を制御する機能を有し、
ピストン１ａの移動と流体の圧縮・膨張との間の位相差
を制御する。ところで、上述したようなパルス管冷凍機
に適用される圧縮機は、パルス管内の流体に所定の振幅
（位相）を与える機能が要求されるため、例えばコンプ
レッサに流体の圧送・吸引のサイクルを制御するバルブ
を組み合わせた、いわゆるギフォード・マクマホン型
（ＧＭ型）の圧縮機が適用されている。
ッファタンクに流出入する流体を制御する機能を有し、
ピストン１ａの移動と流体の圧縮・膨張との間の位相差
を制御する。ところで、上述したようなパルス管冷凍機
に適用される圧縮機は、パルス管内の流体に所定の振幅
（位相）を与える機能が要求されるため、例えばコンプ
レッサに流体の圧送・吸引のサイクルを制御するバルブ
を組み合わせた、いわゆるギフォード・マクマホン型
（ＧＭ型）の圧縮機が適用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したようなＧＭ型
圧縮機においては、コンプレッサから送出・吸引される
流体をバルブにより制御することにより、流体の圧送・
吸引サイクル及び圧力波形を理想的なものとすることが
できるが、コンプレッサ本体にバルブを付設する必要が
あり、冷凍機が大型化するという問題を有している。
圧縮機においては、コンプレッサから送出・吸引される
流体をバルブにより制御することにより、流体の圧送・
吸引サイクル及び圧力波形を理想的なものとすることが
できるが、コンプレッサ本体にバルブを付設する必要が
あり、冷凍機が大型化するという問題を有している。
【０００８】また、ＧＭ型圧縮機を構成するピストン、
クランク等が摺動し、かつ、流体を制御するバルブが摺
接部やパッキン等を有しているため、摩耗等により装置
の耐久性が劣り、長期にわたる高速運転への適用が困難
という問題を有している。本発明の目的は、上述した問
題点を解決し、耐久性が高く、かつ、小型化が容易で、
例えばパルス管冷凍機に使用した場合に、冷却効率を高
めることができる圧縮機を提供することにある。
クランク等が摺動し、かつ、流体を制御するバルブが摺
接部やパッキン等を有しているため、摩耗等により装置
の耐久性が劣り、長期にわたる高速運転への適用が困難
という問題を有している。本発明の目的は、上述した問
題点を解決し、耐久性が高く、かつ、小型化が容易で、
例えばパルス管冷凍機に使用した場合に、冷却効率を高
めることができる圧縮機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項１に記載の発明は、一端側が封止され、内部に流体
が充填されたシリンダと、該シリンダに内装され、所定
の周期で往復運動を行うピストンと、該ピストンに接続
されたシャフトを介して、前記ピストンに前記所定の往
復運動を付与する駆動機構部と、前記シリンダの一端側
及び前記ピストンにより形成される圧力室と前記ピスト
ンの外周部とを連通する連通路と、前記シリンダの側壁
に開口され、前記ピストンの往復運動に伴い、前記連通
路と連通する第１及び第２の開口部と、を具備すること
を特徴する。
求項１に記載の発明は、一端側が封止され、内部に流体
が充填されたシリンダと、該シリンダに内装され、所定
の周期で往復運動を行うピストンと、該ピストンに接続
されたシャフトを介して、前記ピストンに前記所定の往
復運動を付与する駆動機構部と、前記シリンダの一端側
及び前記ピストンにより形成される圧力室と前記ピスト
ンの外周部とを連通する連通路と、前記シリンダの側壁
に開口され、前記ピストンの往復運動に伴い、前記連通
路と連通する第１及び第２の開口部と、を具備すること
を特徴する。
【００１０】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の圧縮機において、前記第１の開口部は、前記ピスト
ンの往復運動に伴う前記圧力室内の圧力が第１の状態の
とき、前記連通路と連通して前記流体を送出し、前記第
２の開口部は、前記圧力室内の圧力が第２の状態のと
き、前記連通路と連通して前記流体を吸引することを特
徴としている。
載の圧縮機において、前記第１の開口部は、前記ピスト
ンの往復運動に伴う前記圧力室内の圧力が第１の状態の
とき、前記連通路と連通して前記流体を送出し、前記第
２の開口部は、前記圧力室内の圧力が第２の状態のと
き、前記連通路と連通して前記流体を吸引することを特
徴としている。
【００１１】また、請求項３記載の発明は、請求項２記
載の圧縮機において、前記第１の状態は、前記圧力室内
の圧力が最大値近傍の圧力状態であり、前記第２の状態
は、前記圧力室内の圧力が最小値近傍の圧力状態である
ことを特徴としている。また、請求項４前記連通路は、
請求項１、２又は３記載の圧縮機において、前記第１及
び前記第２の開口部を介して送出及び吸引される前記流
体の流量を任意に制御する流量制御手段を有することを
特徴としている。
載の圧縮機において、前記第１の状態は、前記圧力室内
の圧力が最大値近傍の圧力状態であり、前記第２の状態
は、前記圧力室内の圧力が最小値近傍の圧力状態である
ことを特徴としている。また、請求項４前記連通路は、
請求項１、２又は３記載の圧縮機において、前記第１及
び前記第２の開口部を介して送出及び吸引される前記流
体の流量を任意に制御する流量制御手段を有することを
特徴としている。
【００１２】さらに、請求項５記載の発明は、請求項
１、２、３又は４記載の圧縮機において、前記ピストン
は、前記連通路の前記外周部側の位置に、前記外周に沿
って延在する溝部を有することを特徴としている。そし
て、請求項６記載の発明は、請求項１、２、３、４又は
５記載において、前記圧縮機は、リニア圧縮機であるこ
とを特徴としている。
１、２、３又は４記載の圧縮機において、前記ピストン
は、前記連通路の前記外周部側の位置に、前記外周に沿
って延在する溝部を有することを特徴としている。そし
て、請求項６記載の発明は、請求項１、２、３、４又は
５記載において、前記圧縮機は、リニア圧縮機であるこ
とを特徴としている。
【００１３】すなわち、本発明は、ピストン式の圧縮機
において、一端を封止したシリンダと、ピストンの圧力
室側と外周側に連通する連通路と、ピストンの往復運動
が所定のタイミングの時、連通路の外周側と一致して連
通する個別の開口部（第１の開口部、第２の開口部）を
有することにより、圧力室の圧力が最大となるとき、連
通路及び第１の開口部を介して該圧力に応じた流体を圧
送し、圧力室の圧力が最小となるとき、連通路及び第２
の開口部を介して該圧力に応じた流体を吸引することが
できるため、ＧＭ型圧縮機と同等のパルス形状の圧力波
形を所定のタイミングで出力することができる。
において、一端を封止したシリンダと、ピストンの圧力
室側と外周側に連通する連通路と、ピストンの往復運動
が所定のタイミングの時、連通路の外周側と一致して連
通する個別の開口部（第１の開口部、第２の開口部）を
有することにより、圧力室の圧力が最大となるとき、連
通路及び第１の開口部を介して該圧力に応じた流体を圧
送し、圧力室の圧力が最小となるとき、連通路及び第２
の開口部を介して該圧力に応じた流体を吸引することが
できるため、ＧＭ型圧縮機と同等のパルス形状の圧力波
形を所定のタイミングで出力することができる。
【００１４】また、本発明の圧縮機にリニア駆動方式を
採用した場合、従来技術において示したように、摺接部
やパッキン等の耐久性を劣化させる構成を有することな
く、ピストンに形成された連通路とピストンの往復運動
によりバルブ機能を実現することができるため、装置の
小型化を図りつつ、耐久性を高めて高速運転に良好に適
用することができる。
採用した場合、従来技術において示したように、摺接部
やパッキン等の耐久性を劣化させる構成を有することな
く、ピストンに形成された連通路とピストンの往復運動
によりバルブ機能を実現することができるため、装置の
小型化を図りつつ、耐久性を高めて高速運転に良好に適
用することができる。
【００１５】したがって、本発明の圧縮機をパルス管冷
凍機の流体制御手段として使用した場合、理想的な圧送
・吸引サイクル及び圧力波形を実現しつつ、装置の小型
化かつ高い耐久性を実現することができる。また、連通
路に流量制御手段を設けることにより、第１の開口部及
び第２の開口部を介して圧送・吸引される流体の流量を
装置規模を増大することなく調整することができる。例
えば、連通路の一部の流路径を予め所定値に設定するこ
とにより、ピストンにバルブ機能及び流量調整機能を付
加することができるため、装置の小型化を図りつつ、冷
却能力の向上を図ることができる。
凍機の流体制御手段として使用した場合、理想的な圧送
・吸引サイクル及び圧力波形を実現しつつ、装置の小型
化かつ高い耐久性を実現することができる。また、連通
路に流量制御手段を設けることにより、第１の開口部及
び第２の開口部を介して圧送・吸引される流体の流量を
装置規模を増大することなく調整することができる。例
えば、連通路の一部の流路径を予め所定値に設定するこ
とにより、ピストンにバルブ機能及び流量調整機能を付
加することができるため、装置の小型化を図りつつ、冷
却能力の向上を図ることができる。
【００１６】また、ピストンに設けられる連通路の外周
側の開口部を、ピストン外周に沿って形成された溝部内
に設けることにより、連通路（溝部）とシリンダ側壁に
設けられた第１及び第２の開口部とを簡易に連通させる
ことができるとともに、ピストン外周における圧力バラ
ンスを均等に保持してシリンダとの接触、摩擦を防止す
ることができるため、本発明の圧縮機を簡易に作製、調
整することができる。
側の開口部を、ピストン外周に沿って形成された溝部内
に設けることにより、連通路（溝部）とシリンダ側壁に
設けられた第１及び第２の開口部とを簡易に連通させる
ことができるとともに、ピストン外周における圧力バラ
ンスを均等に保持してシリンダとの接触、摩擦を防止す
ることができるため、本発明の圧縮機を簡易に作製、調
整することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る圧縮機の一実
施例について、図１を参照して説明する。図１に示すよ
うに、本実施例の圧縮機１は、円筒状の外装ケースにリ
ニア駆動方式の圧縮ユニット（以下、圧縮ユニットとい
う）が内装して構成されている。圧縮ユニットは、シリ
ンダ１ａ、ピストン１ｂ、シャフト１ｃ、弾性部材１
ｄ、コイル１ｆ、ヨーク１ｇ、永久磁石１ｈ等を有して
構成されている。
施例について、図１を参照して説明する。図１に示すよ
うに、本実施例の圧縮機１は、円筒状の外装ケースにリ
ニア駆動方式の圧縮ユニット（以下、圧縮ユニットとい
う）が内装して構成されている。圧縮ユニットは、シリ
ンダ１ａ、ピストン１ｂ、シャフト１ｃ、弾性部材１
ｄ、コイル１ｆ、ヨーク１ｇ、永久磁石１ｈ等を有して
構成されている。
【００１８】シリンダ１ａは、外装ケースと一体的に設
けられ、一端側（図面左方）が封止され、内部に流体が
充填されている。ピストン１ｂはシリンダ１ａに内装さ
れ、所定の周期で往復運動を行う。ここで、シリンダ１
ａの一端側とピストン１ｂにより構成される空間を圧力
室１ｅといい、ピストン１ｂの往復運動により圧力室１
ｅ内に充填された流体に所定の圧力を付与する。
けられ、一端側（図面左方）が封止され、内部に流体が
充填されている。ピストン１ｂはシリンダ１ａに内装さ
れ、所定の周期で往復運動を行う。ここで、シリンダ１
ａの一端側とピストン１ｂにより構成される空間を圧力
室１ｅといい、ピストン１ｂの往復運動により圧力室１
ｅ内に充填された流体に所定の圧力を付与する。
【００１９】シャフト１ｃは、一端側の先端部にピスト
ン１ｂが接続され、シャフト１ｃの延伸方向に柔、また
シャフト１ｃに垂直方向に剛となるように、一端側及び
他端側が各々板バネ等の弾性部材１ｄにより外装ケース
に支持されている。コイル１ｆは、シャフト１ｃの一端
側と他端側の間から延伸する支持部材により支持され、
外装ケースと一体的に形成されたヨーク１ｇの溝内に設
けられた永久磁石１ｈと対向するように遊挿、保持され
ている。
ン１ｂが接続され、シャフト１ｃの延伸方向に柔、また
シャフト１ｃに垂直方向に剛となるように、一端側及び
他端側が各々板バネ等の弾性部材１ｄにより外装ケース
に支持されている。コイル１ｆは、シャフト１ｃの一端
側と他端側の間から延伸する支持部材により支持され、
外装ケースと一体的に形成されたヨーク１ｇの溝内に設
けられた永久磁石１ｈと対向するように遊挿、保持され
ている。
【００２０】また、ピストン１ｂには、シリンダ１ａ側
壁に対面するピストン１ｂの外周部と圧力室１ｅとを連
通する連通路１ｉが設けられ、シリンダ１ａの側壁には
圧縮機１の外部に延伸する第１の流路７ａ及び第２の流
路７ｂの一端側が連通する開口部（第１及び第２の開口
部）が設けられている。ここで、シリンダ１ａ側壁に設
けられる開口部（第１及び第２の開口部）は、第１の流
路７ａと第２の流路７ｂとで開口位置がピストン１ｂの
運動方向にずらして設けられている。
壁に対面するピストン１ｂの外周部と圧力室１ｅとを連
通する連通路１ｉが設けられ、シリンダ１ａの側壁には
圧縮機１の外部に延伸する第１の流路７ａ及び第２の流
路７ｂの一端側が連通する開口部（第１及び第２の開口
部）が設けられている。ここで、シリンダ１ａ側壁に設
けられる開口部（第１及び第２の開口部）は、第１の流
路７ａと第２の流路７ｂとで開口位置がピストン１ｂの
運動方向にずらして設けられている。
【００２１】なお、ピストン１ｂに設けられた連通路１
ｉの構成については後述する。このような構成を有する
圧縮機１において、コイル１ｆに交流電流を流すことに
より、弾性部材１ｄに支持されたシャフト１ｃ及びピス
トン１ｂが交流の周波数に応じた所定の周期で往復運動
する。次に、本実施例の圧縮機の動作について、図２を
参照して説明する。
ｉの構成については後述する。このような構成を有する
圧縮機１において、コイル１ｆに交流電流を流すことに
より、弾性部材１ｄに支持されたシャフト１ｃ及びピス
トン１ｂが交流の周波数に応じた所定の周期で往復運動
する。次に、本実施例の圧縮機の動作について、図２を
参照して説明する。
【００２２】まず、圧縮機１のコイル１ｆに交流電流を
流すと、ピストン１ｂは印加された交流の周期に応じた
所定の周期で往復動作し、圧力室１ｅ内の流体に圧縮・
膨張を繰り返す。このとき、図２のタイミングチャート
に示すように、シリンダ１ａの一端側（図１左方）方向
にピストン１ｂが進むと、圧力室１ｅ内の流体は圧縮さ
れて内部圧力が上昇する。
流すと、ピストン１ｂは印加された交流の周期に応じた
所定の周期で往復動作し、圧力室１ｅ内の流体に圧縮・
膨張を繰り返す。このとき、図２のタイミングチャート
に示すように、シリンダ１ａの一端側（図１左方）方向
にピストン１ｂが進むと、圧力室１ｅ内の流体は圧縮さ
れて内部圧力が上昇する。
【００２３】そして、この内部圧力の上昇行程の所定の
タイミング、例えば最大圧力近傍となったとき（ｔ３、
ｔ７）に、ピストン１ｂ位置（連通路１ｉの外周側位
置）と第１の流路７ａの位置とが一致することにより、
連通路１ｉ及び第１の流路７ａを介して圧縮機１外部に
圧力室１ｅの内部圧力に応じた圧力を有する流体が送出
される。
タイミング、例えば最大圧力近傍となったとき（ｔ３、
ｔ７）に、ピストン１ｂ位置（連通路１ｉの外周側位
置）と第１の流路７ａの位置とが一致することにより、
連通路１ｉ及び第１の流路７ａを介して圧縮機１外部に
圧力室１ｅの内部圧力に応じた圧力を有する流体が送出
される。
【００２４】次いで、シリンダ１ａの他端側（図１右
方）方向にピストン１ｂが進むと、圧力室１ｅ内の流体
は膨張し内部圧力が下降する。そして、この内部圧力の
下降行程の所定のタイミング、例えば最小圧力近傍とな
ったとき（ｔ１、ｔ５）に、ピストン１ｂ位置（連通路
１ｉの外周側位置）と第２の流路７ｂの位置とが一致す
ることにより、連通路１ｉ及び第２の流路７ｂを介して
圧縮機１外部から圧力室１ｅの内部圧力に応じた圧力を
有する流体が吸引される。
方）方向にピストン１ｂが進むと、圧力室１ｅ内の流体
は膨張し内部圧力が下降する。そして、この内部圧力の
下降行程の所定のタイミング、例えば最小圧力近傍とな
ったとき（ｔ１、ｔ５）に、ピストン１ｂ位置（連通路
１ｉの外周側位置）と第２の流路７ｂの位置とが一致す
ることにより、連通路１ｉ及び第２の流路７ｂを介して
圧縮機１外部から圧力室１ｅの内部圧力に応じた圧力を
有する流体が吸引される。
【００２５】また、上述した所定のタイミング（ｔ３、
ｔ７及びｔ１、ｔ５）以外の上昇及び下降行程において
は、ピストン１ｂに設けられた連通路１ｈは、第１の流
路７ａ及び第２の流路７ｂのいずれとも連通することな
く遮断されるため、圧縮機１による流体の送出及び吸引
は行われず、先のタイミングにおける圧力状態の影響を
受けることとなる。
ｔ７及びｔ１、ｔ５）以外の上昇及び下降行程において
は、ピストン１ｂに設けられた連通路１ｈは、第１の流
路７ａ及び第２の流路７ｂのいずれとも連通することな
く遮断されるため、圧縮機１による流体の送出及び吸引
は行われず、先のタイミングにおける圧力状態の影響を
受けることとなる。
【００２６】これにより、圧縮機１から送出及び吸引さ
れる流体は、図２のタイミングチャートの最下段に示し
たように、パルス状の圧力波形となり、従来技術におい
て示したＧＭ型圧縮機と同等の出力特性を、バルブ等を
付設することなく、ピストン式圧縮機（往復動圧縮機）
により実現することができる。この場合、ＧＭ型圧縮機
に比較して、装置構成を小型かつ簡素化しつつ、耐久性
を向上させることができる。
れる流体は、図２のタイミングチャートの最下段に示し
たように、パルス状の圧力波形となり、従来技術におい
て示したＧＭ型圧縮機と同等の出力特性を、バルブ等を
付設することなく、ピストン式圧縮機（往復動圧縮機）
により実現することができる。この場合、ＧＭ型圧縮機
に比較して、装置構成を小型かつ簡素化しつつ、耐久性
を向上させることができる。
【００２７】次に、本実施例に適用されるピストン１ｂ
について、図３を参照して詳しく説明する。ピストン１
ｂに設けられる連通路１ｉは、図１に示したように、少
なくともシリンダ１ａ側壁に対面するピストン外周部と
圧力室１ｅとを連通するように形成されていればよい。
について、図３を参照して詳しく説明する。ピストン１
ｂに設けられる連通路１ｉは、図１に示したように、少
なくともシリンダ１ａ側壁に対面するピストン外周部と
圧力室１ｅとを連通するように形成されていればよい。
【００２８】特に、連通路１ｉのピストン外周側が上述
した所定のタイミングで、第１の流路７ａあるいは第２
の流路７ｂと適切かつ確実に連通して、圧力室１ｅへの
流体の流出入が可能となるように、図３（ａ）、（ｂ）
に示すように、ピストン１ｂの外周に沿って設けられた
溝部１ｊ内部に、連通路１ｉのピストン外周側が設けら
れている。
した所定のタイミングで、第１の流路７ａあるいは第２
の流路７ｂと適切かつ確実に連通して、圧力室１ｅへの
流体の流出入が可能となるように、図３（ａ）、（ｂ）
に示すように、ピストン１ｂの外周に沿って設けられた
溝部１ｊ内部に、連通路１ｉのピストン外周側が設けら
れている。
【００２９】このように、連通路１ｉの外周側を、ピス
トン外周に沿って形成された溝部１ｊ内に設けることに
より、第１の流路７ａあるいは第２の流路７ｂと連通路
１ｉとの連通状態をピストン１ｂの回転方向を考慮する
ことなく簡易に設定することができるとともに、ピスト
ン外周における圧力バランスを均等に保持してシリンダ
１ａとの接触、摩擦を防止することができるため、本実
施例の圧縮機１を容易に作製、調整することができる。
トン外周に沿って形成された溝部１ｊ内に設けることに
より、第１の流路７ａあるいは第２の流路７ｂと連通路
１ｉとの連通状態をピストン１ｂの回転方向を考慮する
ことなく簡易に設定することができるとともに、ピスト
ン外周における圧力バランスを均等に保持してシリンダ
１ａとの接触、摩擦を防止することができるため、本実
施例の圧縮機１を容易に作製、調整することができる。
【００３０】なお、連通路１ｉの形状は、図１、図３
（ａ）に示すように、略Ｔ字型とするほか、図３（ｂ）
に示すように、略Ｌ字型に設けたものであってもよい。
要するに、所定のタイミングで連通路１ｉと第１の流路
７ａあるいは第２の流路７ｂが連通した際に、圧力室１
ｅの流体の流出入が良好に行われるものであれば、他の
形状を有する連通路１ｉであってもよいことはいうまで
もない。
（ａ）に示すように、略Ｔ字型とするほか、図３（ｂ）
に示すように、略Ｌ字型に設けたものであってもよい。
要するに、所定のタイミングで連通路１ｉと第１の流路
７ａあるいは第２の流路７ｂが連通した際に、圧力室１
ｅの流体の流出入が良好に行われるものであれば、他の
形状を有する連通路１ｉであってもよいことはいうまで
もない。
【００３１】また、連通路１ｉの他の構成として、ピス
トン１ｂに穴加工して形成される連通路１ｉについて、
予め所望の流量を実現するように流路径を設定すること
により、圧縮機１から送出及び吸引される流体の流量を
制御する流量制御機能を付加することができ、流量調整
バルブ等を設けることなく、より小型化された構成で所
定の流量の流体を送出及び吸引する圧縮機を実現するこ
とができる。
トン１ｂに穴加工して形成される連通路１ｉについて、
予め所望の流量を実現するように流路径を設定すること
により、圧縮機１から送出及び吸引される流体の流量を
制御する流量制御機能を付加することができ、流量調整
バルブ等を設けることなく、より小型化された構成で所
定の流量の流体を送出及び吸引する圧縮機を実現するこ
とができる。
【００３２】次に、本発明に係る圧縮機をパルス管冷凍
機に適用した例について、図４を参照して説明する。な
お、図１に示した圧縮機の構成、及び、図５に示したパ
ルス管冷凍機の構成と同等のものは、同一の符号を付し
て、その説明を省略する。図４に示すように、パルス管
冷凍機１０は、流体制御手段としての圧縮機１と、蓄冷
器２と、パルス管４と、冷却部３と、細管５と、バッフ
ァタンク６と、第１の流路７ａ及び第２の流路７ｂと、
を有して構成されている。
機に適用した例について、図４を参照して説明する。な
お、図１に示した圧縮機の構成、及び、図５に示したパ
ルス管冷凍機の構成と同等のものは、同一の符号を付し
て、その説明を省略する。図４に示すように、パルス管
冷凍機１０は、流体制御手段としての圧縮機１と、蓄冷
器２と、パルス管４と、冷却部３と、細管５と、バッフ
ァタンク６と、第１の流路７ａ及び第２の流路７ｂと、
を有して構成されている。
【００３３】圧縮機１は、上述した実施例と同様に、円
筒状の外装ケース内に単一の圧縮ユニットが内装され、
ピストン１ｂに連通路１ｉが、またシリンダ１ａの側壁
に一端側が連通する第１の流路７ａ及び第２の流路７ｂ
が設けられている。ここで、上述したように、第１の流
路７ａ及び第２の流路７ｂは、所定のタイミングでピス
トン１ｂに設けられた連通路１ｉの外周側の開口部（あ
るいは溝部１ｊ）と一致して連通するように形成されて
いる。また、第１の流路７ａ及び第２の流路７ｂの他端
側は、一端側に冷却部３が形成された蓄冷器２の他端側
に共通に接続されている。
筒状の外装ケース内に単一の圧縮ユニットが内装され、
ピストン１ｂに連通路１ｉが、またシリンダ１ａの側壁
に一端側が連通する第１の流路７ａ及び第２の流路７ｂ
が設けられている。ここで、上述したように、第１の流
路７ａ及び第２の流路７ｂは、所定のタイミングでピス
トン１ｂに設けられた連通路１ｉの外周側の開口部（あ
るいは溝部１ｊ）と一致して連通するように形成されて
いる。また、第１の流路７ａ及び第２の流路７ｂの他端
側は、一端側に冷却部３が形成された蓄冷器２の他端側
に共通に接続されている。
【００３４】このようなパルス管冷凍機１０において、
圧縮機１のコイル１ｆに交流電流を流し、ピストン１ｂ
を所定の周期で往復動作させることにより、図２に示し
たタイミングチャートと同等の圧力波形を有する流体
が、圧縮機１から第１の流路７ａ及び第２の流路７ｂを
介して蓄冷器２の他端側に送出及び吸引される。なお、
上述した実施例においては、単一のピストンのみを有す
る単独のリニア圧縮機を例に説明したが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、２組の圧縮ユニットが対向
して配置された、いわゆるピストン対向型リニア圧縮機
に適用するものであってもよい。
圧縮機１のコイル１ｆに交流電流を流し、ピストン１ｂ
を所定の周期で往復動作させることにより、図２に示し
たタイミングチャートと同等の圧力波形を有する流体
が、圧縮機１から第１の流路７ａ及び第２の流路７ｂを
介して蓄冷器２の他端側に送出及び吸引される。なお、
上述した実施例においては、単一のピストンのみを有す
る単独のリニア圧縮機を例に説明したが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、２組の圧縮ユニットが対向
して配置された、いわゆるピストン対向型リニア圧縮機
に適用するものであってもよい。
【００３５】この場合、各々のピストンに、流体を送出
する第１の流路７ａに対応して連通する第１の連通路、
及び、流体を吸引する第２の流路７ｂに対応して連通す
る第２の連通路を個別に設けるものであってもよい。こ
のような構成によれば、ピストンの往復運動により生じ
る振動を互いに相殺することができるため、パルス管冷
凍機に適用した場合、冷却部に伝達する振動を抑制し、
超伝導デバイスの特性の劣化を防止することができる。
する第１の流路７ａに対応して連通する第１の連通路、
及び、流体を吸引する第２の流路７ｂに対応して連通す
る第２の連通路を個別に設けるものであってもよい。こ
のような構成によれば、ピストンの往復運動により生じ
る振動を互いに相殺することができるため、パルス管冷
凍機に適用した場合、冷却部に伝達する振動を抑制し、
超伝導デバイスの特性の劣化を防止することができる。
【００３６】
【発明の効果】本発明に係る圧縮機によれば、一端を封
止したシリンダと、ピストンの圧力室側と外周側に連通
する連通路と、ピストンの往復運動が所定のタイミング
の時、連通路の外周側と一致して連通する個別の開口部
（第１の開口部、第２の開口部）を有することにより、
圧力室の圧力が最大となるとき、連通路及び第１の開口
部を介して該圧力に応じた流体を圧送し、圧力室の圧力
が最小となるとき、連通路及び第２の開口部を介して該
圧力に応じた流体を吸引することができるため、ＧＭ型
圧縮機と同等のパルス形状の圧力波形を所定のタイミン
グで出力することができる。
止したシリンダと、ピストンの圧力室側と外周側に連通
する連通路と、ピストンの往復運動が所定のタイミング
の時、連通路の外周側と一致して連通する個別の開口部
（第１の開口部、第２の開口部）を有することにより、
圧力室の圧力が最大となるとき、連通路及び第１の開口
部を介して該圧力に応じた流体を圧送し、圧力室の圧力
が最小となるとき、連通路及び第２の開口部を介して該
圧力に応じた流体を吸引することができるため、ＧＭ型
圧縮機と同等のパルス形状の圧力波形を所定のタイミン
グで出力することができる。
【００３７】また、本発明の圧縮機にリニア駆動方式を
採用することにより、従来技術において示したように、
摺接部やパッキン等の耐久性を劣化させる構成を有する
ことなく、ピストンに形成された連通路とピストンの往
復運動によりバルブ機能を実現することができるため、
装置の小型化を図りつつ、耐久性を高めて高速運転に良
好に適用することができる。
採用することにより、従来技術において示したように、
摺接部やパッキン等の耐久性を劣化させる構成を有する
ことなく、ピストンに形成された連通路とピストンの往
復運動によりバルブ機能を実現することができるため、
装置の小型化を図りつつ、耐久性を高めて高速運転に良
好に適用することができる。
【００３８】したがって、本発明の圧縮機をパルス管冷
凍機の流体制御手段として使用した場合、理想的な圧送
・吸引サイクル及び圧力波形を実現しつつ、装置の小型
化かつ高い耐久性を実現することができる。
凍機の流体制御手段として使用した場合、理想的な圧送
・吸引サイクル及び圧力波形を実現しつつ、装置の小型
化かつ高い耐久性を実現することができる。
【図１】本発明に係る圧縮機の一実施例を示す概略構成
図である。
図である。
【図２】本発明に係る圧縮機における流路の開閉タイミ
ングと圧力波形を示すタイミングチャートである。
ングと圧力波形を示すタイミングチャートである。
【図３】本実施例の圧縮機に適用されるピストンの形状
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る圧縮機をパルス管冷凍機に適用し
た例を示す概略構成図である。
た例を示す概略構成図である。
【図５】従来技術に係るパルス管冷凍機の一例を示す概
略構成図である。
略構成図である。
１ 圧縮機 １ａ シリンダ １ｂ ピストン １ｃ シャフト １ｄ 弾性部材 １ｅ 圧力室 １ｆ コイル １ｇ ヨーク １ｈ 永久磁石 １ｉ 連通路 １ｊ 溝部 ２ 蓄冷器 ３ 冷却部 ４ パルス管 ５ オリフィス ５´ 細管（キャピラリ） ６ バッファタンク ７ａ 第１の流路（流路手段） ７ｂ 第２の流路（流路手段） １０、１０´ パルス管冷凍機
Claims (6)
- 【請求項１】一端側が封止され、内部に流体が充填され
たシリンダと、 該シリンダに内装され、所定の周期で往復運動を行うピ
ストンと、 該ピストンに接続されたシャフトを介して、前記ピスト
ンに前記所定の往復運動を付与する駆動機構部と、 前記シリンダの一端側及び前記ピストンにより形成され
る圧力室と前記ピストンの外周部とを連通する連通路
と、 前記シリンダの側壁に開口され、前記ピストンの往復運
動に伴い、前記連通路と連通する第１及び第２の開口部
と、を具備することを特徴とする圧縮機。 - 【請求項２】前記第１の開口部は、前記ピストンの往復
運動に伴う前記圧力室内の圧力が第１の状態のとき、前
記連通路と連通して前記流体を送出し、 前記第２の開口部は、前記圧力室内の圧力が第２の状態
のとき、前記連通路と連通して前記流体を吸引すること
を特徴とする請求項１記載の圧縮機。 - 【請求項３】前記第１の状態は、前記圧力室内の圧力が
最大値近傍の圧力状態であり、前記第２の状態は、前記
圧力室内の圧力が最小値近傍の圧力状態であることを特
徴とする請求項２記載の圧縮機。 - 【請求項４】前記連通路は、前記第１及び前記第２の開
口部を介して送出及び吸引される前記流体の流量を任意
に制御する流量制御手段を有することを特徴とする請求
項１、２又は３記載の圧縮機。 - 【請求項５】前記ピストンは、前記連通路の前記外周部
側の位置に、前記外周に沿って延在する溝部を有するこ
とを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の圧縮機。 - 【請求項６】前記圧縮機は、リニア圧縮機であることを
特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の圧縮機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10098924A JP3072280B2 (ja) | 1998-04-10 | 1998-04-10 | 圧縮機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10098924A JP3072280B2 (ja) | 1998-04-10 | 1998-04-10 | 圧縮機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11294878A true JPH11294878A (ja) | 1999-10-29 |
| JP3072280B2 JP3072280B2 (ja) | 2000-07-31 |
Family
ID=14232686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10098924A Expired - Fee Related JP3072280B2 (ja) | 1998-04-10 | 1998-04-10 | 圧縮機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3072280B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103759451A (zh) * | 2014-01-17 | 2014-04-30 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机及制造方法 |
| CN105222386A (zh) * | 2014-05-27 | 2016-01-06 | 同济大学 | 一种气动gm制冷机及其控制过程 |
| CN107024021A (zh) * | 2016-02-01 | 2017-08-08 | 同济大学 | 一种推移活塞系统及其在脉管制冷机中的应用 |
-
1998
- 1998-04-10 JP JP10098924A patent/JP3072280B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103759451A (zh) * | 2014-01-17 | 2014-04-30 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 紧凑耦合的惯性管型高频同轴脉冲管制冷机及制造方法 |
| CN105222386A (zh) * | 2014-05-27 | 2016-01-06 | 同济大学 | 一种气动gm制冷机及其控制过程 |
| CN105222386B (zh) * | 2014-05-27 | 2017-07-28 | 同济大学 | 一种气动gm制冷机及其控制过程 |
| CN107024021A (zh) * | 2016-02-01 | 2017-08-08 | 同济大学 | 一种推移活塞系统及其在脉管制冷机中的应用 |
| CN107024021B (zh) * | 2016-02-01 | 2019-08-06 | 同济大学 | 一种推移活塞系统及其在脉管制冷机中的应用 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3072280B2 (ja) | 2000-07-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |