JPS6321451A

JPS6321451A - 極低温冷凍機の給排気装置

Info

Publication number: JPS6321451A
Application number: JP16651486A
Authority: JP
Inventors: 勝治吉川; 野村　和雄; 西場　徳二
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1986-07-15
Filing date: 1986-07-15
Publication date: 1988-01-29
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: JPH0621724B2

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）産業上の利用分野この発明は圧縮装置と、ギフオードマクマホンサイクル
、ツルベイサイクル等の冷凍サイクルとを備え、極低温
の寒冷を得るのに使用する極低温冷凍機の給排気装置に
関する。

（ロ）従来の技術従来のこの種の極低温冷凍機は１真空技術マニユアル」
（昭和５８年７月３０日産業図書株式会社発行、Ｐ２２
０）に開示されているように（第７図参照）、シリンダ
１と、このシリンダ１内を上下に往復動するディスプレ
ーサ２と、このディスプレーサ２によってシリンダ１内
部に区画形成されるバッファー空間３（第１の可変容積
空間）及び膨張空間４（第２の可変容積空間）と、ディ
スプレーサ２に貫設きれ、バッファー空間３及び膨張空
間４を連絡するガス流路５と、このガス流路５に配設し
た蓄冷器６と、ヘリウムガス等の作動ガスの圧縮を行な
う圧縮装置７と、シリンダ１の給排気口８を圧縮装置７
の高圧ライン９と低圧ライン１０とに交互に連通きせる
給排気装置１１とを備え、給排気装置１１には給気弁１
２と、排気弁１３とが使用きれている。また、シリンダ
１のコールドヘッド１４には熱伝達部材１５を介して負
荷１６が接続きれている。

上述した極低温冷凍機はディスプレーサ２がシリンダ１
内の最下位（上死点）にあるとき、給気弁１２を開、排
気弁１３を閉とし、圧縮装置７で加圧された作動ガスを
バッファー空間３に流入させる。そして、ディスプレー
サ２がシリンダ１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３の作動ガスをガス流路
５の蓄冷器６で冷却させながら、膨張空間４に流入させ
る。また、ディスプレーサ２の移動に伴って膨張空間４
の容積が増大していく。ディスプレーサ２がシリンダ１
内の最上位にあるとき、給気弁１２を閉にするとともに
、排気弁１３を開にする。このため、膨張空間４では作
動ガスが膨張して寒冷が発生する。その後、ディスプレ
ーサ２が最上位から最下位へ移動する過程では膨張空間
４の作動ガスが蓄冷器６を冷却しながらガス流路５を流
れ、さらにバッファー空間３及び排気弁１３を通って低
圧ライン１０に排気される。以上の繰返しにより、シリ
ンダ１のコールドヘッド１４が冷却きれ、負荷１６に極
低温の寒冷を与える。

（ハ）発明が解決しようとする問題点上述した極低温冷凍機では給排気装置１１の給気弁１２
及び排気弁１３にポペット弁を使用することが多い。こ
のように、２つのポペット弁を使用する方式では冷凍能
力が効率良く発揮されるように給排気のタイミングを自
由に設定できる利点を有する。しかしながら、弁体を弁
座に衝突きせる方式であるから、ストロークを十分に大
きくとると、衝撃力が大きくなる欠点があった。このた
め、組立時にミクロン単位の微調整が必要となり、組立
てが厄介になるとともに、弁座が摩耗（特に片減り）し
やすい問題があった。

また、特開昭６０−２１３７７７号公報に開示きれてい
るように、１個のスプール弁を用いた給排気装置により
作動ガスの給排気を行なわせる場合、圧縮装置の高圧ラ
インに連通ずる高圧ボートと、シリンダの給排気口に連
通する中圧ボート、さらには中圧ボートと、圧縮装置の
低圧ラインに連通ずる低圧ボートとをそれぞれ近接して
設けなければならず、シール面積を十分にとれないため
、作動ガスの漏れに対する抵抗力が弱く、信頼性の面で
問題があった。

さらにまた、特開昭６０−１３８３６９号公報に開示き
れているようなロータリーバルブを用いる給排気装置で
は作動ガスの高低圧力差によるバルブ摺動面への押しつ
け力が大きく、摩耗に対する信頼性に乏しいものであっ
た。

この発明は上述した事実に鑑みてなされたものであり、
給排気のタイミングが自由に設定可能で、しかも、摩耗
や作動ガスの漏れに対して信頼性の高い極低温冷凍機の
給排気装置を提供゛することを目的とする。

轄）問題点をか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
内部に区画形成きれる第１、第２の可変容積空間と、こ
れらの可変容積空間を連絡するガス流路に配設された蓄
冷器と、圧縮装置と、シリンダの給排気口を圧縮装置の
高圧ラインと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の給排気装置を改良するもの
である。

この発明の極低温冷凍機の給排気装置は所定の位相差を
保って往復動する一対のスプール弁体と、これらのスプ
ール弁体を摺動自在に保持する２つの筒状空所を有し、
かつこれらの筒状空所をシリンダの給排気口に連絡する
とともに、一方の筒状空所を圧縮装置の高圧ラインに、
他方の筒状空所を圧縮装置の低圧ラインにそれぞれ連絡
する連絡路を有する案内体とを備えた構成である。

（＊〉作用このように構成すると、高圧ラインと給排気口との連通
制御と、給排気口と低圧ラインとの連通制御とが別々の
スプール弁体によって行なわれるので、給排気のタイミ
ングを一対のスプール弁体でそれぞれ自由に設定するこ
とが可能である。また、それぞれのスプール弁体のスト
ロークを十分に長くとることができるので、組立時に給
排気のタイミングを微調整する必要がなく、組立てが容
易となる。妨らにまた、スプール弁体とそれを案内する
筒状空所の壁面とのシール面積を軸方向に大きくとれる
ので、作動ガスの漏れを極力少なくでき、スプール弁体
には摺動摩擦力以外の力が加わらないので、摩耗にも強
いなど、信頼性の向上が図れる。

（へ）実施例以下、この発明を第７図に示す極低温冷凍機に適用した
実施例について図面を参照して詳細に説明する。

第１図はこの発明の一実施例の給排気装置を示すもので
ある。第１図において、モータ１７の両端には透孔１Ｂ
、１９及び透孔２０，２１をそれぞれ有する端蓋２２．
２３が設けられ、透孔１８が圧縮装置７の低圧ライン９
と連通している。また、透孔１９にはモータ１７のハー
メチック端子が挿入きれる。端蓋２３にはクランクケー
ス２４が連設され、クランクケース２４の下側にはシリ
ンダ１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、
これらのクランクピン２７，２８．２９の外周にはそれ
ぞれボールベアリング３０．３１．３２が取付けられて
いる。クランクケース２４の下部には２つの円筒状空所
３３，３４と連絡路３５ないし３９とを有する案内体４
０が一体成形きれている。そして、円筒状空所３３゜３
４が連絡路３７．３８と、隔壁２５に穿設した連絡路４
１とを介してシリンダ１の給排気口８に連絡きれ、円筒
状空所３４が連絡路３５．３６を介して圧縮−置７の高
圧ライン９に連絡きれ、円筒状空所３３が連絡路３９、
クランクケース２４゛内部、透孔２０，２１、モータ１
７及び透孔１８を介して圧縮装置７の低圧ライン１０に
連絡されている。円筒状空所３３．３４にはそれぞれ周
溝４２．４３を有するスプール弁体４４．４５が摺動自
在に収容きれている。これらのスプール弁体４４．４５
は隔壁２５側の端部がそれぞれスプリング４６．４７に
て押圧きれることにより、他端が常時ポールベアリング
３１．３２と接触している。また、ボールベアリング３
０はガイド４８を介してディスプレーサ２のシャフト４
９に連結されている。

上述した実施例の動作を第２図（イ）（ロ）（ハ）ない
し第６図クイ〉（ロ）（ハ）を参照して説明する。第２
図（イ）（ロ）（ハ）ないし第６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２　Ｂ　、　ｊ９の中心の軌跡を示し
ている。

今、クランクピン２７の中心が第２図（イ）のＡ１で示
す位置にあると、クランクピン２Ｂ　、２９の中心はそ
れぞれ第２図（ロ）のＢｌ、Ｃ１の位置にある。このと
き、スプール弁体４４．４５は第２図（ハ）に示す状態
にあり、スプール弁体４４は上向きに、スプール弁体４
５は下向きにそれぞれ移動している。また、圧縮装置７
の高圧ライン９とシリンダ１の給排気口８との間、並び
に給排気口８と圧縮装置７の低圧ライン１０との間はと
もにスプール弁体４４．４５にて遮断きれている。

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２が最下位（上死点）に近づくと、給排気
装置は給気領域に入る。この給気領域では、例えば、ク
ランクピン２７の中心が第３図（イ）のＡ２位置にある
とき、クランクピン２８．２９の中心は第３図（ロ）の
Ｂ２．Ｃ２の位置にある。このとき、スプール弁体４４
はなお上向きに移動し、スプール弁体４５は上向きに反
転する。また、第３図（ハ）に示すように、スプール弁
体４４の周溝４２が連絡路３７．３９からなれ、スプー
ル弁体４５の周溝４３が連絡路３５．３７と一致してい
るので、圧縮装置７の高圧ライン９が連絡路３６．３５
、円筒状空所３４及び連絡路３７．３８を介してシリン
ダ１の給排気口８に連通され、シリンダ１内部に作動ガ
スが供給啓れている。

クランクピン２７の中心が第４図（イ）のＡ３位置にあ
ると、クランクピン２８，２９の中心はそれぞれ第４図
（ロ）のＢ３．Ｃ３で示す位置にある。このとき、スプ
ール弁体４４は下向きに、またスプール弁体４５は上向
きにそれぞれ移動している。また、第４図（ハ）に示す
ように、スプール弁体４５の周溝４３が連絡路３５．３
７から外れるため、高圧ライン９と給排気口８との間が
スプール弁体４５にて臆断され、スプール弁体４４の周
溝４２が連絡路３７．３９と離れているので、給排気口
８と低圧ライン１０との間も遮断されている。このよう
な全開状態はクランクビン２７の中心が第５図（イ）の
Ａ４位置に、またクランクビン２Ｂ、２９の中心が第５
図（ロ）のＢ４．Ｃ４位置にそれぞれ移動し、スプール
弁体４４，４５が第５図（ハ）の位置に移動するまで継
続する。

クランクビン２７，２８．２９が第５図の位置から僅か
に時計方向に移動し、ディスプレーサ２が最上位（下死
点）に近づくと、給排気装置は排気領域に入る。この排
気領域では、例えば、クランクビン２７の中心が第６図
（りのＡ５位置にあるとき、クランクビン２８．２９の
中心は第６図（ロ）のＢＳ　、Ｃ５の位置にある。この
とき、スプール弁体４４は上向きに反転し、スプール弁
体４５は下向きに移動している。゛また、第６図（八）
に示すように、スプール弁体４４の周溝４２が連絡路３
７．３９と一致し、スプール弁体４５の周溝４３が連絡
路３５．３７から離れている。このため、シリンダ１の
給排気口８が連絡路４１，３８．３７、円筒状空所３３
、連絡路３９、クランクケース２４内部、透孔２０，２
１、モータ１７及び透孔１８を介して圧縮装置７の低圧
ライン１０に連通きれ、シリンダ１内部の作動ガスが排
気される。給排気装置は以上の動作を繰返すことにより
、給排気口８を高圧ライン９と低圧ライン１０とに交互
に連通させる。

本実施例によれば、高圧ライン９と給排気口８とあ連通
制御と、給排気口８と低圧ライン１０との連通制御とが
別々のスプール弁体４５．４４にて行なわれるので、作
動ガスの給気及び排気のタイミングをスプール弁体４５
．４４によってそれぞれ自由に設定できることになり、
極低温冷凍機の冷凍能力を効率良く発揮させることがで
きる。

すなわち、ディスプレーサ２が最下位（上死点）に到達
する前（位相角で３０’前）に給気を開始許せ、ディス
プレーサ２が最上位（下死点）に到達する前（位相角で
３０”前）に排気を開始きせるようにし、作動ガスの流
れの遅れによる効率低下を防止できるとともに、給気か
ら排気に切換える際に３０°の全閉領域を設け、冷凍能
力にあまり影響を与えることなく、圧縮装置７の入力を
大幅に削減することができる。また、スプール弁体４４
．４５のストロークを十分に長くすることができるので
、組立時に給排気のタイミングを微調整する作業が不要
である。また、スプール弁体４４．４５と案内体４０の
円筒状空所３３．３４とのシール面積を軸方向に大きく
とれるので、作動ガスの漏れを極めて少なくできる。き
らにまた、スプール弁体４４．４５に加わる力は摺動摩
擦力のみとなり、スプール弁体４４．４５や案内体４０
の摩耗を少なくでき、耐久性の向上が図れるとともに、
モータ１７の動力を小さくすることもできる。

（ト）発明の効果この発明は以上のように構成されているので、給排気の
タイミングが自由に設定可能であり、冷凍能力を効率良
く発揮させることができ、しかも、弁体等の摩耗や作動
ガスの漏れが極めて少なく、信頼性の向上が図れるとと
もに、組立てが容易で、動力が少なくて済むなどの優れ
た効果を奏するものである。

【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の給排
気装置の断面図、第２図（す（ロ）（ハ）ないし第６図
（イ）（ロ）（ハ）はこの発明の給排気装置の動作説、
明図、第７図はこの発明が適用される極低温冷凍機の１
例を示す配管系統図である。１・・・シリンダ、　　２・・・ディスプレーサ、　　
３・・・バッファー空間（第１の可変容積空間）、　　
４・・・膨張空間（第２の可変容積空間）、　５・・・
ガス流路、　　６・・・蓄冷器、　７・・・圧縮装置、
　８・・・給排気口、　　９・・・高圧ライン、　　１
０・・・低圧ライン、１１・・・給排気装置、　　３３
．３４・・・円筒状空所（筒状空所）、　　３５〜３９
・・・連絡路、　　４０・・・案内体、　　４４．４５
・・・スプール弁体。出願人　三洋電機株式会社外１名代理人　弁理士　西野卓嗣　外１名第　３　図（イ）１１！４　　図　（イ）第　５　図（イ）第　６　図（イ）

Claims

【特許請求の範囲】

（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
に区画形成される第１、第２の可変容積空間と、これら
の可変容積空間を連絡するガス流路に配設された蓄冷器
と、圧縮装置と、シリンダの給排気口を圧縮装置の高圧
ラインと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、給排気装置は所定の位
相差を保って往復動する一対のスプール弁体と、これら
のスプール弁体を摺動自在に保持する２つの筒状空所を
有し、かつこれらの筒状空所をシリンダの給排気口に連
絡するとともに、一方の筒状空所を圧縮装置の高圧ライ
ンに、他方の筒状空所を圧縮装置の低圧ラインにそれぞ
れ連絡する連絡路を有する案内体とを備えたことを特徴
とする極低温冷凍機の給排気装置。