KR100641109B1 - 무윤활 맥동관 냉동기의 플렉셔 베어링 지지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무윤활 맥동관 냉동기의 플렉셔 베어링 지지구조에 관한 것으로, 종래의 플렉셔 베어링을 체결시킬 때에는 여러장의 판스프링이 정확한 위치에서 맞지 않게 되므로 인해 결과적으로 클리어런스 시일이 깨지게 되며, 결국 상기 피스톤과 실린더의 사이에서 마모가 많이 발생하게 되어 냉동기의 성능 저하를 초래하게 되는 등의 많은 문제점이 있었던 바, 본 발명은 구동 유니트를 구성하는 구동축에 연결되어 실린더의 내부에 삽입되는 피스톤의 공진운동 및 직진운동을 유도하기 위해 스파이럴 타입으로 형성된 복수개의 판스프링이 겹쳐지는 플렉셔 베어링에 형성된 볼트 체결공의 사이에 조립봉 삽입공이 형성되고, 상기 플렉셔 베어링을 지지하기 위한 지지 부재에는 플렉셔 베어링을 지지 부재에 체결시 조립봉 삽입공에 대응되어 삽입되는 조립봉이 돌출되어 형성되므로써 플렉셔 베어링을 피스톤과 실린더의 사이에서 정확한 반경 방향의 견고한 상태가 유지되도록 용이하게 조립할 수 있어서 플렉셔 베어링의 조립시 불량이 발생되는 현상을 방지할 수 있으며, 플렉셔 베어링의 정확한 조립에 의한 피스톤과 실린더 사이의 마모를 효율적으로 저감시켜 냉동기의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

Description

무윤활 맥동관 냉동기의 플렉셔 베어링 지지구조{FLEXURE BEARING SUPPORT STRUCTURE FOR LUBRICATIONLESS PULSE TUBE REFRIGERATOR}

도 1은 종래의 맥동관 냉동기를 나타낸 종단면도

도 2는 도 1의 플렉셔 베어링이 체결되는 상태를 나타낸 분해 사시도

도 3은 본 발명에 따른 플렉셔 베어링이 체결되는 상태를 나타낸 분해 사시도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10; 구동 유니트 11; 케이싱

12; 구동축 13; 지지 부재

14; 피스톤 15; 플렉셔 베어링

16,16a; 볼트 체결공 17; 조립봉 삽입공

18; 조립봉 B; 볼트

본 발명은 무윤활 맥동관 냉동기의 플렉셔 베어링 지지구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무윤활 맥동관 냉동기에서 피스톤의 공진운동 및 직진운동을 유도하는 플렉셔 베어링을 피스톤과 실린더의 사이에서 정확한 반경 방향의 견고한 상태가 유지되도록 용이하게 조립할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 소형 전자부품 및 초전도체의 냉각을 위한 극저온 냉동기로는 스터링 냉동기(Stirling Refrigerator), 및 지엠 냉동기(GM Refrigerator) 등의 열재생식 냉동기가 주로 사용되고 있는 데, 이러한 냉동기들은 그 신뢰성을 높이기 위해서 운전 속도를 낮게 하거나, 마찰이 발생하는 실링 재료의 형상, 그리고 운동하는 부분을 없애는 방법 등이 모색되고 있다.

한편으로는, 장기간 보수가 필요없는 고신뢰성의 극저온 냉동기의 개발도 요구되고 있는 데, 이러한 극저온 냉동기중의 하나가 무윤활 맥동관 냉동기(Lubricationless Pulse Tube Refrigerator)이다.

상기 맥동관 냉동기는 한 쪽이 막힌 관에 일정한 온도를 갖는 가스를 주기적으로 주입하여 압력을 변화시키면 가스의 유동에 난류 성분이 적을 때 매우 큰 온도 구배를 얻을 수 있다는 원리를 이용하여 관의 열린 쪽에서 극저온의 냉동을 구현하는 기기이며, 또한 상기 맥동관 냉동기는 평균 압력과 압력비가 낮아서 비교적 냉동 용량이 작고 신뢰성이 요구되는 냉동기로 사용하기에 적합한 스터링 냉동기의 변형 으로서, 종래의 스터링 냉동기가 피스톤과 디스플레이서 등 두 개의 운동부를 갖는 데 비하여 맥동관 냉동기의 운동부는 별도의 압축기 하나만을 갖는 차이가 있다.

도 1은 종래의 맥동관 냉동기를 나타낸 종단면도이고, 도 2는 도 1의 플렉셔 베어링이 체결되는 상태를 나타낸 분해 사시도로서, 종래의 맥동관 냉동기는 리니어 모터의 가동자에 결합된 피스톤이 별도의 윤활 작용없이 실린더를 직선 왕복 운동시키면서 작동 가스를 펌핑시킬 수 있도록 한 것으로, 상기 작동 가스의 왕복 운동을 발생시키는 구동 유니트(10)와, 상기 구동 유니트(10)에 의해 펌핑되면서 관내를 왕복 운동하는 작동 가스의 열역학적 사이클에 의해 극저온부를 갖게 되는 냉동 유니트(30)로 크게 구분된다.

상기 구동유니트(10)는 실린더(19)가 상단에 구비되는 케이싱(11)과, 상기 케이싱(11)의 내부에 장착되는 리니어형 구동 모터(20)와, 상기 구동 모터(20)에 결합되는 구동축(12)과, 상기 구동축(12)에 연결되어 실린더(19)의 내부에 삽입되는 피스톤(14)과, 상기 구동축(12)의 상,하단에 각각 삽입되어 케이싱(11) 내부의 지지 부재(13a)에 볼트(B)가 각각의 볼트 체결공(16)(16a)을 관통하여 체결되며 피스톤(14)의 공진운동 및 직진운동을 유도하기 위해 스파이럴 타입으로 형성된 복수개의 판스프링이 겹쳐지는 플렉셔 베어링(Flexure Bearing)(15a)과, 상기 케이싱(11)의 하부를 밀폐시키도록 감싸는 구동측 밀봉쉘(21)로 구성된다.

상기 냉동 유니트(30)는 구동 유니트(10)에서 펌핑된 작동 가스에 의해 내부의 작동 가스가 질량 유동되면서 양단부에서 압축과 팽창이 각각 발생되어 압축이 일어나는 온측 열교환기(31a)에서는 열을 발생시키는 반면 팽창이 일어나는 냉측 열 교환기(31b)에서는 외부의 열을 흡수하는 맥동관(31)과, 상기 맥동관(31)의 온측 열교환기(31a)에 연결되어 왕복하는 작동 가스의 질량 유동과 압력 맥동 사이에 위상차를 발생시킴과 아울러 열적 평형을 이루도록 하는 오리피스(32)와, 상기 오리피스(32)에 연결되어 작동 가스가 일시 체류하는 저장 용기(33)와, 상기 맥동관(31)으로 펌핑되는 작동 가스의 열을 저장하였다가 맥동관(31)에서 구동 유니트(10)로 되돌아 가는 작동 가스의 온도를 보상하기 위한 재생기(34), 상기 재생기(34)와 구동 유니트(10)의 실린더(19) 사이에 연결되어 펌핑되는 고온 및 고압의 작동 가스를 우선 냉각시키는 예냉기(35)와, 상기 맥동관(31)과 재생기(34)를 감싸는 냉동측 밀봉쉘(36)로 구성된다.

따라서, 상기 구동모터(20)에 전원이 인가됨에 따라 상기 구동축(12)이 직선으로 왕복운동을 하게 됨과 동시에, 이 구동축(12)에 일체로 결합된 피스톤(14)이 실린더(19)에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉동 유니트(30)의 작동가스를 펌핑시켜 맥동관(31)의 냉측 열교환기(31b)쪽에서 극저온부를 형성시키게 된다.

한편, 이와 같은 종래의 맥동관 냉동기에서 무윤활 방식을 채용할 경우에는 피스톤(14)과 실린더(19) 사이에 클리어런스 시일(Clearance Seal)을 채택하기 위해 피스톤(14)과 실린더(19) 사이가 접촉되지 않도록 반경 방향으로 견고한 상태를 유지할 수 있는 플렉셔 베어링(15a)을 상기 구동축(13)의 상,하단에 각각 삽입시켜 케이싱(11) 내부의 지지 부재(13a)에 볼트(B)로 체결시키게 되는 데, 이때 복수개의 판스프링이 겹쳐진 상기한 플렉셔 베어링(15a)을 체결시킬 때에는 여러장의 판스프링이 정확한 위치에서 맞지 않게 되므로 인해 결과적으로 클리어런스 시일이 깨지게 되며, 결국 상기 피스톤(14)과 실린더(19)의 사이에서 마모가 많이 발생하게 되어 냉동기의 성능 저하를 초래하게 되는 등의 많은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 무윤활 맥동관 냉동기에서 피스톤의 공진운동 및 직진운동을 유도하는 플렉셔 베어링을 피스톤과 실린더의 사이에서 정확한 반경 방향의 견고한 상태가 유지되도록 용이하게 조립할 수 있도록 하여 플렉셔 베어링의 조립시 불량이 발생되는 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 플렉셔 베어링의 정확한 조립에 의한 피스톤과 실린더 사이의 마모를 효율적으로 저감시켜 냉동기의 성능을 향상시킬 수 있는 무윤활 맥동관 냉동기의 플렉셔 베어링 지지구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 작동 가스의 왕복 운동을 발생시키는 구동 유니트와, 상기 구동 유니트에 의해 펌핑되면서 관내를 왕복 운동하는 작동 가스의 열역학적 사이클에 의해 극저온부를 갖게 되는 냉동 유니트를 구비하는 맥동관 냉동기용으로서, 상기 구동 유니트에 포함되는 피스톤과 실린더가 서로 접촉하지 않도록 상기 피스톤의 반경방향 위치를 견고하게 유지시켜주는 무윤활 맥동관 냉동기의 플렉셔 베어링 지지구조에 있어서, 상기 구동 유니트를 구성하는 구동축에 연결되어 실린더의 내부에 삽입되는 피스톤의 공진운동 및 직진운동을 유도하기 위해, 스파이럴 타입의 복수 개의 판스프링이 겹쳐져서 구성되며, 각각의 판스프링이 복수 개의 볼트 체결공과 상기 볼트 체결공 사이에 형성되는 복수개의 조립봉 삽입공을 구비하는 플렉셔 베어링과;
상기 복수 개의 판스프링 조립시 조립위치의 정확성을 제공하기 위해서, 상기 플렉셔 베어링을 지지하기 위한 지지 부재로부터 돌출되어 상기 플렉셔 베어링을 지지 부재에 체결시 상기 조립봉 삽입공에 대응되어 삽입되는 복수개의 조립봉과;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무윤활 맥동관 냉동기의 플렉셔 베어링 지지구조가 제공된다.

이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 플렉셔 베어링이 체결되는 상태를 나타낸 분해 사시도로서, 종래의 기술과 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하여 본 발명을 설명한다.

본 발명은 무윤활 맥동관 냉동기의 구동 유니트(10)를 구성하는 케이싱(11) 내부의 구동축(12)의 상,하단에 각각 삽입되어 케이싱(11) 내부의 지지 부재(13)에 볼트(B)로 체결되며 피스톤(14)의 공진운동 및 직진운동을 유도하기 위해 스파이럴 타입으로 형성된 복수개의 판스프링이 겹쳐지는 플렉셔 베어링(15)에 형성된 볼트 체결공(16)의 사이에 조립봉 삽입공(17)이 형성되고, 상기 플렉셔 베어링(15)을 지지하기 위한 지지 부재(13)에는 플렉셔 베어링(15)을 지지 부재(13)에 체결시 상기 조립봉 삽입공(17)에 대응되어 삽입되는 조립봉(18)이 돌출되어 형성된다.

또한, 상기 복수 개의 판스프링 조립시 조립위치의 정확성을 제공하기 위해서 상기 조립봉 삽입공(17)과 조립봉(18)은 플렉셔 베어링(15)과 지지 부재(13)에 각각 형성되어 있는 복수개의 볼트 체결공(16)(16a) 사이에 서로 180°대칭이 아닌 각도로 형성되며, 상기 조립봉 삽입공(17)과 조립봉(18)의 크기는 볼트 체결공(16)(16a)과 차별되도록 하기 위해 볼트 체결공(16)(16a)의 크기 보다 작게 형성되어 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 무윤활 맥동관 냉동기의 구동 유니트(10)를 구성하는 케이싱(11) 내부의 구동축(12)의 상,하단에 각각 삽입되어 케이싱(11) 내부의 지지편(13)에 볼트(B)로 체결되며 피스톤(14)의 공진운동 및 직진운동을 유도하기 위해 스파이럴 타입으로 형성된 복수개의 판스프링이 겹쳐지는 플렉셔 베어링(15)을 상기 케이싱(11) 내부의 지지 부 재(13)에 체결시키고자 할 때에는 먼저, 지지 부재(13)에 형성된 볼트 체결공(16a)의 사이에 돌출되어 형성된 조립봉(18)에 상기 플렉셔 베어링(15)에 형성된 볼트 체결공(16)의 사이에 형성되어 있는 조립봉 삽입공(17)을 삽입시킨다.

그 다음, 상기 플렉셔 베어링(15)과 지지 부재(13)에 각각 형성되어 있는 복수개의 볼트 체결공(16)(16a)이 일치된 상태에서 볼트(B)를 상기 플렉셔 베어링(15)에 형성된 볼트 체결공(16)을 관통하여 지지 부재(13)에 형성된 볼트 체결공(16a)에 최종적으로 체결시키므로써 플렉셔 베어링(15)을 상기 피스톤(14)과 실린더(19)의 사이에서 정확한 반경 방향의 견고한 상태가 유지되도록 조립 작업을 용이하게 완료할 수 있게 된다.

또한, 상기 조립봉 삽입공(17)과 조립봉(18)은 플렉셔 베어링(15)과 지지 부재(13)에 각각 형성되어 있는 복수개의 볼트 체결공(16)(16a) 사이에 서로 180°대칭이 아닌 각도로 형성시키므로 조립시의 조립위치의 정확성과 조립의 용이성과 조립 시간을 단축시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 조립봉 삽입공(17)과 조립봉(18)의 크기를 볼트 체결공(16)(16a)의 크기 보다 작게 형성시키므로 볼트 체결공(16)(16a)과 차별화시켜 조립시 발생할 수 있는 조립 방향 착오 등의 조립 불량을 방지할 수 있게 된다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 무윤활 맥동관 냉동기에서 피스톤의 공진운동 및 직진운동을 유도하는 플렉셔 베어링을 피스톤과 실린더의 사이에서 정확한 반경 방향의 견고한 상태가 유지되도록 용이하게 조립할 수 있으므로써 플렉셔 베어링의 조립시 불량이 발생되는 현상을 없앨 수 있으며, 플렉셔 베어링의 정확한 조립에 의한 피스톤과 실린더 사이의 마모를 효과적으로 줄일 수 있어서 냉동기의 성능을 향상시킬 수 있는 등의 많은 장점이 구비된 매우 유용한 발명이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 의해 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (3)

1. 작동 가스의 왕복 운동을 발생시키는 구동 유니트와, 상기 구동 유니트에 의해 펌핑되면서 관내를 왕복 운동하는 작동 가스의 열역학적 사이클에 의해 극저온부를 갖게 되는 냉동 유니트를 구비하는 맥동관 냉동기용으로서, 상기 구동 유니트에 포함되는 피스톤과 실린더가 서로 접촉하지 않도록 상기 피스톤의 반경방향 위치를 견고하게 유지시켜주는 무윤활 맥동관 냉동기의 플렉셔 베어링 지지구조에 있어서, 상기 구동 유니트를 구성하는 구동축에 연결되어 실린더의 내부에 삽입되는 피스톤의 공진운동 및 직진운동을 유도하기 위해, 스파이럴 타입의 복수 개의 판스프링이 겹쳐져서 구성되며, 각각의 판스프링이 복수 개의 볼트 체결공과 상기 볼트 체결공 사이에 형성되는 복수개의 조립봉 삽입공을 구비하는 플렉셔 베어링과;

   상기 복수 개의 판스프링 조립시 조립위치의 정확성을 제공하기 위해서, 상기 플렉셔 베어링을 지지하기 위한 지지 부재로부터 돌출되어 상기 플렉셔 베어링을 지지 부재에 체결시 상기 조립봉 삽입공에 대응되어 삽입되는 복수개의 조립봉과;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무윤활 맥동관 냉동기의 플렉셔 베어링 지지구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 판스프링 조립시 조립위치의 정확성과 조립의 용이성 및 조립시간의 단축을 제공하기 위해서 상기 복수개의 조립봉 삽입공과 복수개의 조립봉은 플렉셔 베어링과 지지 부재에 각각 형성되어 있는 복수개의 볼트 체결공 사이에 서로 180°대칭이 아닌 각도로 형성된 것을 특징으로 하는 무윤활 맥동관 냉동기의 플렉셔 베어링 지지구조.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 조립봉 삽입공과 조립봉의 크기는 볼트 체결공과 차별되도록 하기 위해 볼트 체결공의 크기 보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 무윤활 맥동관 냉동기의 플렉셔 베어링 지지구조.

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