KR20010056095A - 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치에 관한 것으로, 실린더가 구비되는 실린더 케이싱의 내주면에 상기한 탄성부재의 어느 하나를 장착하고, 그 탄성부재에는 상기 실린더 케이싱의 실린더에 삽입되는 피스톤을 장착하며, 상기 실린더 케이싱을 구동모터가 장착되는 모터 케이싱에 결합하는 동시에 상기 구동모터의 가동자에 압입된 구동축을 상기한 피스톤에 삽입 체결되도록 구성함으로써, 실린더 및 피스톤 및 구동축 및 상판스프링 그리고 케이싱의 내주면 등을 정밀하게 가공하지 않고도 피스톤과 실린더의 동심도를 용이하게 유지시킬 수 있게 되고, 이를 통해 부품의 가공 및 조립이 용이하여 생산성이 현저하게 향상된다.

Description

무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치{DRIVING SYSTEM FOR LUBRICATIONLESS PULSE TUBE REFRIGERATOR}

본 발명은 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치에 관한 것으로, 특히 실린더가 구비된 실린더 케이싱에 상판스프링이 고정되는 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 극저온 냉동기는 소형 전자부품이나 초전도체 등의 냉각을 위하여 사용되는 저진동 고신뢰성의 냉동기로서, 주로 스터링 냉동기(Stirling Refrigerator)나 지엠 냉동기(GM Refrigerator) 또는 줄-톰슨 냉동기(Joule-Thomson Refrigerator) 등이 널리 알려져 있다. 이러한 냉동기들은 고속운전시 그 신뢰성이 저하되는 것은 물론 운전시 마찰부위의 마모에 대비하여 별도의 윤활을 실시하여야 하므로, 최근에는 고속운전에서도 신뢰성이 유지되고 별도의 윤활이 필요없어 장기간 보수를 하지 않아도 되는 극저온 냉동기가 요구되고 있는데, 이러한 극저온 냉동기중의 하나가 무윤활 맥동관 냉동기(Lubricationless Pulse Tube Refrigerator)이다.

도 1은 종래 무윤활 맥동관 냉동기의 일례를 단면하여 보인 개략도로서, 이에 도시된 바와 같이 종래의 무윤활 맥동관 냉동기는, 작동가스의 왕복운동을 발생시키는 구동유니트(100)와, 그 구동유니트(100)에 의해 펌핑되면서 관내를 왕복운동 하는 작동가스의 열역학적 사이클에 의해 극저온부를 갖게 되는 냉동유니트(20)로 구성되어 있다.

상기 구동유니트(100)는 실린더(110a)가 구비되는 케이싱(110)과, 그 케이싱(110)의 내부에 장착되는 리니어형 구동모터(120)와, 그 구동모터(120)에 결합되는 구동축(130)과, 그 구동축(130)에 연결되어 실린더(110a)의 내부에 삽입되는 피스톤(140)과, 상기 구동축(130)의 상,하단에 각각 결합되는 상판스프링(150) 및 하판스프링(160)으로 이루어져 있다.

상기 케이싱(110)은 그 중앙에 실린더(C)가 구비되는 실린더 케이싱(111)과, 그 실린더 케이싱(110)에 고정 체결되어 구동모터(120)가 장착되는 모터 케이싱(112)과, 그 모터 케이싱(112)의 하단면에 고정 체결되어 하판스프링(160)이 고정되는 스프링 케이싱(113)으로 이루어져 있다.

상기 모터 케이싱(112)의 내주면 상단 및 스프링 케이싱(113)의 내주면 하단에는 상판스프링(150) 및 하판스프링(160)이 안착되는 고정턱부(112a,113a)가 각각 정밀 가공되어 형성되고, 그 각 고정턱부(112a,113a)의 적당개소에는 상기한 스프링(150,160)을 체결시키는 체결공(미부호)이 각각 형성되어 있다.

상기 상판스프링(150) 및 하판스프링(160)은 스파이럴 타입으로 형성된 수개의 판스프링이 포개져 이루어지는 것으로, 그 각 판스프링(150,160)의 중앙에는 구동축(130)이 관통하는 축공(151,161) 및 그 축공의 주변에는 피스톤에 볼트로 체결되는 볼트공(미부호)이 형성되고, 상기 각 스프링(150,160)의 외주연에는 상기한 고정턱부(112a,113a)의 체결공에 대응되도록 관통공(미부호)이 형성되어 있다. 상기 모터 케이싱(112) 및 스프링 케이싱(113)의 내주면에 밀착되는 각 스프링(150,160)의 외주면은 정밀 가공되어 있다.

도면중 미설명 부호인 21은 예냉기, 22는 재생기, 23은 맥동관, 23A는 냉측열교환기, 23B는 온측열교환기, 24는 오리피스, 25는 저장용기, 26은 냉동측 밀봉셸, 114는 구동측 밀봉셸, 121은 고정자, 122는 가동자이다.

상기와 같이 구성된 종래 무윤활 맥동관 냉동기에서 구동유니트가 조립되는 과정은 다음과 같다.

먼저, 상기 모터 케이싱(111)의 내부에 구동모터(120)의 고정자(121)를 고정시키고, 그 고정자(121)의 공극에 가동자(122)를 삽입시킨 다음에 그 가동자(122)에 구동축(130)을 일체로 체결시키며, 상기 구동축(130)의 상단부에 상판스프링(150)을 삽입 체결시키는 동시에 그 상판스프링(150)의 외주연을 모터 케이싱(111)의 고정턱부(111a)에 체결 고정시키고, 상기 구동축(130)의 상단에 피스톤(140)을 체결시키는 동시에 피스톤(140)과 상판스프링(150)을 체결 고정시킨다.

다음, 상기 구동축(130)의 하단에 하판스프링(160)을 체결시키고, 그 하판스프링(160)의 외주연을 스프링 케이싱(113)에 체결 고정시키는 동시에 그 스프링 케이싱(113)을 모터 케이싱(112)에 체결 고정시킨다.

다음, 상기 피스톤(140)이 실린더(C)에 일정 공차를 두고 삽입되도록 하면서 그 실린더(C)가 구비된 실린더 케이싱(111)을 모터 케이싱(112)의 선단면에 체결 고정시키는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치에서 피스톤과 실린더가 평행도를 유지하기 위하여는, 상기 피스톤(140)과 구동축(130)의 동심도가 일치하도록 가공 및 조립되어야 하고, 또한 상기 구동축(130)과 상판 스프링(150)및 하판스프링(160)의 동심도가 일치하도록 가공 및 조립되어야 하며, 또한 상기 각 스프링(150,160)과 이 스프링(150,160)들이 각각 고정되는 케이싱들(112,113)의 동심도가 일치하도록 가공 및 조립되어야 하고, 마지막으로 상기 케이싱들(112,113)과 실린더(C)의 동심도가 일치하여야 하도록 가공 및 조립되어야 하나, 상기 피스톤(140)과 실린더(C) 사이의 공차가 통상 10∼20μm임을 고려하면 각 부재 사이의 가공공차는 2.5μm 이하가 되어야 하므로 가공이 매우 정밀하게 진행되는데 따른 가공비용이 증가하게 되고, 이를 감안하여 피스톤(140)과 실린더(C) 사이의 공차를 확대하게 되면 작동가스가 누설되면서 압축효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상기 피스톤과 실린더 사이의 적정공차를 용이하게 유지시킬 수 있는 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 무윤활 맥동관 냉동기의 구성을 보인 종단면도.

도 2는 종래 무윤활 맥동관 냉동기의 구동유니트를 분해하여 보인 종단면도.

도 3은 본 발명 무윤활 맥동관 냉동기의 구성을 보인 종단면도.

도 4는 본 발명 무윤활 맥동관 냉동기의 구동유니트를 분해하여 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

210 : 케이싱 211 : 실린더 케이싱

211a : 고정턱부 212 : 모터 케이싱

213 : 스프링 케이싱 213a : 고정턱부

220 : 구동모터 230 : 구동축

240 : 피스톤 250,260 : 상판 및 하판스프링

C : 실린더

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 냉동유니트에 작동가스를 펌핑하는 구동유니트의 케이싱 내부에 리니어형 구도모터가 장착되고, 그 구동모터의 가동자에 일체로 결합된 구동축의 단부에는 상기 냉동유니트와 연통되는 실린더에 공차를 두고 삽입되어 직선으로 왕복운동을 하면서 작동가스를 펌핑하는 피스톤이 결합되며, 상기 구동축의 양측에 각각 결합되어 구동모터와 함께 피스톤의 공진 및 직진운동을 유도하는 복수개의 탄성부재가 상기한 케이싱에 고정되되,

상기 실린더가 구비되는 실린더 케이싱의 내주면에 상기한 탄성부재의 어느 하나가 장착되고, 그 탄성부재에는 상기 실린더 케이싱의 실린더에 삽입되는 피스톤이 장착되며, 상기 실린더 케이싱은 구동모터가 장착되는 모터 케이싱에 결합되는 동시에 상기 구동모터의 가동자에 압입된 구동축이 상기한 피스톤에 삽입 체결되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 무윤활 맥동관 냉동기의 구성을 보인 종단면도이고, 도 4는 본 발명 무윤활 맥동관 냉동기의 구동유니트를 분해하여 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 구동장치가 구비된 무윤활 맥동관 냉동기는, 작동가스의 왕복운동을 발생시키는 구동유니트(200)와, 그 구동유니트(200)에 의해 펌핑되면서 관내를 왕복운동 하는 작동가스의 열역학적 사이클에 의해 극저온부를 갖게 되는 냉동유니트(20)로 구성된다.

상기 구동유니트(200)는 실린더(C)가 구비되는 케이싱(210)과, 그 케이싱(210)의 내부에 장착되는 리니어형 구동모터(220)와, 그 구동모터(220)에 결합되어 직선 왕복운동을 하는 구동축(230)과, 그 구동축(230)에 결합되어 실린더(C)의 내부에 삽입되는 피스톤(240)과, 상기 구동축(230)의 상하단에 각각 결합되는 상판스프링(250) 및 하판스프링(260)으로 이루어진다.

상기 케이싱(210)은 실린더(C)가 구비되고 상판스프링이 고정되는 실린더 케이싱(211)과, 그 실린더 케이싱(211)의 하단에 결합되고 구동모터(220)가 장착되는원통형의 모터 케이싱(212)과, 그 모터 케이싱(212)의 하단에 결합되고 하판스프링이 고정되는 스프링 케이싱(213)으로 이루어진다.

상기 실린더 케이싱(211)은 "캡"형상으로 형성되어 그 중앙에 실린더(C)가 형성되고, 상기 케이싱의 내주면 중간에는 상판스프링(250)이 내주면과 일정간격을 두고 안착되어 체결되는 고정턱부(211a)가 형성된다.

상기 스프링 케이싱(213)은 그 내주면 하단에 상기한 하판스프링이 일정간격을 두고 얹혀져 체결되는 고정턱부(213a)가 형성된다.

상기 상판스프링(250)은 하판스프링(260)과 함께 스파이럴 타입의 원판형 스프링으로서, 그 중앙의 축공(251)에 구동축(230)이 삽입되고, 그 상판스프링(250)의 상면에는 피스톤(240)이 체결된다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 21은 예냉기, 22는 재생기, 23은 맥동관, 23A는 냉측열교환기, 23B는 온측열교환기, 24는 오리피스, 25는 저장용기, 26은 냉동측 밀봉셸, 214는 구동측 밀봉셸, 221은 고정자, 222는 가동자, 261은 하판스프링의 축공이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치를 조립하는 과정은 다음과 같다.

먼저, 통상적인 지그(Jig) 또는 공극게이지(Thickness Gauge) 등을 이용하여 실린더(C)와 피스톤(240)이 일정 공극을 유지시킨 상태에서 실린더(C)의 내부에 피스톤(240)을 삽입하고, 그 피스톤(240)의 저면에 상판스프링(250)의 중앙부를 체결하는 동시에 그 상판스프링(250)의 외주연을 실린더 케이싱(211)의 고정턱부(211a)에 얹어 체결한다.

다음, 상기 모터 케이싱(212)에 고정된 구동모터(220)의 가동자(222)에 구동축(230)을 일체로 체결하고, 그 구동축(230)의 하단에는 스프링 케이싱(213)의 고정턱부(213a)에 체결되는 하판스프링(260)을 고정 결합한다.

다음, 상기 구동축(230)의 상단이 상판스프링(250)의 중앙부에 형성된 축공(251)을 통과되도록 하여 피스톤(240)에 삽입 고정시키는 동시에 상기 실린더 케이싱(211)을 모터 케이싱(212)에 얹어 체결하으로써 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치에 대한 조립을 완성한다.

상기와 같은 본 발명에 의한 무윤활 맥동관 냉동기에서 구동모터(220)에 전원이 인가되면, 그 구동모터(220)의 가동자(222)에 체결된 구동축(230)이 상판스프링(250) 및 하판스프링(260)에 의해 직선으로 왕복운동을 하게 되고, 그 구동축(230)에 결합된 피스톤(240)이 실린더(C)의 내부에서 왕복운동을 하면서 작동가스를 펌핑하여 냉동유니트(20)에서 극저온부가 형성되도록 하는 것이다.

이렇게, 상기 실린더가 구비되는 실린더 케이싱에 상판스프링이 안착되는 고정턱부를 형성하여 실린더에 피스톤을 제위치에 고정시키는 동시에 상기 상판스프링을 체결한 상태에서 이후 상기 피스톤에 구동축을 후조립하게 되면, 종래와 같이 실린더 및 피스톤 및 구동축 및 상판스프링 그리고 케이싱의 내주면(고정턱부) 등을 정밀하게 가공하지 않고도 피스톤과 실린더의 동심도를 용이하게 유지할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치는, 실린더가 구비되는 실린더 케이싱의 내주면에 상기한 탄성부재의 어느 하나를 장착하고, 그 탄성부재에는 상기 실린더 케이싱의 실린더에 삽입되는 피스톤을 장착하며, 상기 실린더 케이싱을 구동모터가 장착되는 모터 케이싱에 결합하는 동시에 상기 구동모터의 가동자에 압입된 구동축을 상기한 피스톤에 삽입 체결되도록 구성함으로써, 실린더 및 피스톤 및 구동축 및 상판스프링 그리고 케이싱의 내주면 등을 정밀하게 가공하지 않고도 피스톤과 실린더의 동심도를 용이하게 유지시킬 수 있게 되고, 이를 통해 부품의 가공 및 조립이 용이하여 생산성이 현저하게 향상된다.

Claims (1)

1. 냉동유니트에 작동가스를 펌핑하는 구동유니트의 케이싱 내부에 리니어형 구도모터가 장착되고, 그 구동모터의 가동자에 일체로 결합된 구동축의 단부에는 상기 냉동유니트와 연통되는 실린더에 공차를 두고 삽입되어 직선으로 왕복운동을 하면서 작동가스를 펌핑하는 피스톤이 결합되며, 상기 구동축의 양측에 각각 결합되어 구동모터와 함께 피스톤의 공진 및 직진운동을 유도하는 복수개의 탄성부재가 상기한 케이싱에 고정되되,

   상기 실린더가 구비되는 실린더 케이싱의 내주면에 상기한 탄성부재의 어느 하나가 장착되고, 그 탄성부재에는 상기 실린더 케이싱의 실린더에 삽입되는 피스톤이 장착되며,

   상기 실린더 케이싱은 구동모터가 장착되는 모터 케이싱에 결합되는 동시에 상기 구동모터의 가동자에 압입된 구동축이 상기한 피스톤에 삽입 체결되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치.