JPS6011069A

JPS6011069A - 極低温冷凍機

Info

Publication number: JPS6011069A
Application number: JP12048583A
Authority: JP
Inventors: 英文斎藤; 三谷　寿; 昌尚安藤; 猪坂　弘; 林　宗浩
Original assignee: Shimadzu Corp; Shimazu Seisakusho KK
Current assignee: Shimadzu Corp; Shimazu Seisakusho KK
Priority date: 1983-06-30
Filing date: 1983-06-30
Publication date: 1985-01-21

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】（イ）　産業上の利用分野本発明は、クライオエレクトロニクス分野等において使
用するのに好適な、ソルベーサイクルやギフオードマク
マホンサイクルによる極低温冷凍機に関するものである
。

（ロ）従来技術クライオエレクトロニクス分野等で使用されるソルベー
サイクルあるいはギフオードマクマホンサイクルによる
極低温冷凍機においては、給気系から供給される高圧の
作動ガスを順次導入して断熱膨張させるために膨張室を
設けている。ところが、従来の膨張室は、その膨張の制
御をピストン等による機械式の機構によって行なってお
り、また、作動ガスの膨張仕事を電動発電機やガスの熱
により取出すようにし゛ているので、小形化に一定の限
界があり、しかも構造が複雑で膨張の制御が容易でない
という不都合がある。

（ハ）　目的本発明はこのような事情に着目してなされたもので、小
形化が可能でしかも構造が簡単で膨張の制御が容易な極
低温冷凍機を提供することを目的とする。

（ニ）構成本発明は、かかる目的′を達成するために、膨張室の容
積を圧電セラミックの変形に対応させて増減させ得るよ
うにしたことを特徴とするものである。

（ホ）実施例以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

膨張器１内に膨張室２および３を形成している。膨張室
２は、チューブ状（又は円柱状）のシャフト４と、この
シャフト４の一端部に設けたフランジ５と、前記シャフ
ト４の外周に軸心方向にスライド可能に嵌合させた仕切
板６と、前記フランジ５と仕切板６との間に該フランジ
５および仕切板６に対してスライド可能に介設され前記
シャフト４を囲繞するチューブ状の圧電セラミック７と
によって形成されてなるものであり、膨張室３は、前記
シャフト４と、前記仕切板６と、前記シャフト４の他端
部に設けたフランジ８と、前記仕切板６とフランジ８と
の間に該仕切板６およびフランジ８に対してスライド可
能に介設され前記シャフト４を囲繞するチューブ状の圧
電セラミック９とによって形成されてなるものである。

ここでこれら圧電セラミック７および９は印加電圧に応
じて変形する性質を有しており、圧電セラミック７は、
印加電圧が最小のときは第２図に示す細長い形状になり
膨張室２の容積を最小にし、印加電圧が最大のときは第
３図に示す太短い形状になって膨張室２の容積を最大に
するようになっており圧電セラミック９も同様である。

また、圧電セラミック７と９とは、その変形動作が逆に
なるように設定してあり、したがって、膨張室２の容積
が増加するときは膨張室３の容積が減小し、膨張室２の
容積が減小するときは膨張室３の容積が増加するように
なっている。なお、仕切り板６のシャフト４との摺接部
にはラビリンスシール１０が設けてあり、かかる摺接部
からの作動ガスの漏洩を防止している。

このような構成の膨張器１の膨張室２をポー）１１およ
び蓄冷器１２を介して、また膨張室３をポート１３およ
び蓄冷器１４を介して、それぞれ給気系１５又は排気系
１６と所定のタイミングで接続させるようにしている。

給気系１５は、作動ガスを圧縮して高圧にするコンプレ
ッサー７と、かかる高圧ガスを冷却するアフタークーラ
ー８と、該高圧ガスを安定的に膨張室２又は３へ送給す
る高圧タンク１９と、給気系１５と膨張室２又は３のい
ずれか容積が膨張しっつある室とを所定のタイミングで
接続させる給気弁２１および２２とを有している。また
、排気系１６は、該排気系１６と膨張室２又は３のいず
れか容積が減少しつつある室とを所定のタイミングで接
続させる排気弁２３および２４と、前記膨張室２又は３
から排出された作動カスを安定的にコンプレッサ１７に
戻す低圧タンク２５とを有している。

次いで、この実施例の作動を説明する。

第１図に示す、圧電セラミック７へ印加されるコントロ
ール電圧が最小で膨張室２の容積が最を膨張室２に流入
させ、所定量の流入の後に該給気弁２１を閉じると、圧
電セラミック７は作動ガスの圧力で膨張室２の容積を増
加させる形状、すなわち太短い形状へと変形させられる
。このときかかる変形によってこの圧電セラミック７の
両端に前記コントロール電圧以上の電圧が発生するので
、この発生した電圧を外部大電気抵抗等により消費する
ことによって、前記作動ガスを断熱膨張させることがで
きる。そして、こうした断熱膨張によって作動ガスのエ
ネルギが電気エネルギに変換され、作動ガスはエネルギ
を失ない温度が低下する。このようにして、膨張室２の
容積が最大になるまで圧電セラミック７が変形すると、
今度は該圧電セラミック７に印加されるコントロール電
圧が減小しはじめ、該圧電セラミック７は再び膨張室２
の容積を最小にする形状、位置に戻るまで変形していく
。このとき、排気弁２３が開かれ、膨張室２内の作動ガ
スは前記圧電セラミック７の押圧力によって該膨張室２
から排出され、蓄冷器１２を冷却しつつ通過し、排気系
１６の排気弁２３および低圧タンク２５を介してコンプ
レッサ１７へと戻され、これで−サイクルが終わる。一
方、膨張室３は、前記膨張室２で断熱膨張が行なわれて
いるときには排気系１６の排気弁２４を介して該膨張室
３内の作動ガスをコンプレッサ１７に戻し、膨張室２か
ら作動ガスが排出されているときには給気弁２２を介し
て流入した高圧ガノ餅熱膨脹させるというように、所定
のタイミングで給気弁２２および排気弁２４が開閉する
ことによって膨張室２とは逆の作動を行なう。そして、
かかるサイクルを繰返すうちに膨張室２と３とが交互に
冷却されるので、該膨張室２および３の近傍部が極低温
状態となり、熱負荷を冷却しつづけることができる。

このように、本実施例によれば、シャフト４フランジ５
、仕切板６および圧電セラミック７によって膨張室２を
、シャフト４．フランジ８、仕切板６および圧電セラミ
ック９によって膨張室３を、それぞれ形成するという簡
単な構成で、しかも、作動ガスのエネルギを圧電セラミ
ック７又は９の変形によるだけで電動発電機等を用いる
ことな（電気エネルギに変換し、複雑な機械類を使用し
ていないので、膨張室を小さなものにすることができ、
それだけ冷凍機の小形化が可能である。

しかも、構造が簡単であり故障も少ない。さらに圧電セ
ラミック７および９は印加電圧に正確に対応して変形す
るので、膨張室２および３の膨張の制御が容易である。

なお、膨張室の形状や膨張室を形成するための構成は前
記実施例に限られず、例えば、圧電セラミックは膨張室
の一部として設けたものでなくてもよく、膨張室の容積
を圧電セラミ・ツクの変形に対応させて増減させ得るよ
うにしたものであればよい。

また、膨張器は一段に限られず、複数段設けたものでも
よく、このようなものであればより極低温を実現できる
。

（へ）効果本発明は、以上のような構成であるから、従来のものよ
りも小形で、しかも構造が簡単で膨張の制御が容易な極
低温冷凍機を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は概略断面図、
第２図、第３図は要部を示す拡大断面図である。２．３・・・膨張室　７．９・・・圧電セラミック１５
・・給気系　１６・−・排気系代理人　弁理士　赤澤−博第１図１第２　回ら

Claims

【特許請求の範囲】

流入した冷凍用のガスを断熱膨張させて該ガスの温度を
低下させる膨張室を有してなる極低温冷凍機であって、
前記膨張室の容積を圧電セラミックの変形に対応させて
増減させ得るように構成したことを特徴とする極低温冷
凍機。