JPH01137165A

JPH01137165A - 冷却機

Info

Publication number: JPH01137165A
Application number: JP29557387A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Kazumoto; 数本　芳男; Takuya Suganami; 菅波　拓也; Yoshio Furuishi; 古石　喜郎; Kazuo Kashiwamura; 和生柏村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-11-24
Filing date: 1987-11-24
Publication date: 1989-05-30
Anticipated expiration: 2009-06-29
Also published as: JPH0650201B2

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】〔産業上の利用分野〕この発明は、ガスサイクル機関に関し、特に、極低温を
生成する冷却機に関するものである。

［従来の技術］第３図は、例えば特公昭５４−２８９８０号公報に示さ
れた従来の冷却機の断面側面図である。

第３図において、１はシリンダで、このシリンダ１内に
相互に異なった位相で往復運動をするピストン２とフリ
ーディスプレ−サ３が収容しである。ピストン２の作動
表面とフリーディスプレーサ３の下部作動表面３ａの間
にある圧縮空間４には冷却器５が収容しである。フリー
ディスプレーサ３の上部作動表面３ｂは膨張空間６の境
界をなしており、この膨張空間６は圧縮空間４と共に作
動空間を構成する。フリーディスプレーサ３内に設けた
蓄熱器７は下部中心孔８を経てその下側の作動媒体に、
また上部中心孔９と半径方向流通ダクト１０を経てその
上側の作動媒体にそれぞれ通じている。そして、膨張さ
せられた冷作動媒体と冷却すべき物体の間の熱交換のた
めの熱交換器としてフリーザ１１を膨張空間６に臨ませ
である。

ピストン２とシリンダｌの壁の間にはシール１２゜１３
を備え、フリーディスプレーサ３とシリンダｌの間には
シール１４．１５を備えている。ピストン２はその下側
に硬祇またはアルミニウムのような非磁性及び非磁化材
料からなる軽量のスリーブ１６を備えている。スリーブ
１６には導電体を巻きつけて可動コイル１７を形成し、
この可動コイル１７にはシリンダ１に気密に連結したハ
ウジング２０の壁を通って外部に伸びるリード綿１８゜
１９を接続している。これらのリード線１８．１９はハ
ウジング２０の外にそれぞれ電気接点２１゜２２を持っ
ている。可動コイル１７はピストン２の軸線方向に環状
間隙２３内で往復運動できるようにし、環状間隙２３内
には電機子磁界が存在し、この磁界の力線は可りＪコイ
ル１７の移動方向を横切る半径方向に延びている。前記
ハウジング２０内の下部には、前記永久磁界を得るため
に、上側と下側に磁極をもつ環状永久磁石２４、軟鉄環
状ディスク２５、中実の軟鉄シリンダ２６および軟鉄円
形ディスク２７が設けである。永久磁石２４と軟鉄部品
２５，２６．２７は共働し閉磁気回路、即ち閉磁力線の
回路を構成している。更に、前記閉磁気回路と可動コイ
ル１７．リード線１８，１９゜電気接点２１．２２およ
び環状間隙２３は全体としてリニアモータ２８が構成し
ている。

そして、前記ピストン２は、比較的柔いコイルハネから
なる。支持バネ２９を備え、これがピストン２の固定中
心位置を確保している。また支持バネ２９の両端部はピ
ストン２下面に設けた第１突起３０．軟鉄シリンダ２６
に嵌めた第２突起３１の回り上、下端部が嵌められた横
移動しないようにロックされている。フリーディスプレ
ーサ３の下面はコイルバネからなる弾性部材３２でシリ
ンダ１の段に支持し、フリーディスプレーサ３の行程を
制限している。

次に、前述のように構成した冷却機の動作について説明
する。

可動コイル１７に電気接点２１．２２およびリード線１
８．１９を介して交番電流を流すと、可動コイル１７に
は環状間隙２３中の永久磁界と電流の相互作用により、
上下方向のローレンツ力が働き、この結果、ピストン２
．スリーブ１６および可動コイル１７からなる組立体が
振動を始める。

ピストン２の振動により、圧縮空間４の体積が変化する
と圧縮空間４と膨張空間６と冷却器５．蓄熱器７および
ブリーザ１１内の空間からなる作動空間内に封入された
作動ガスが圧縮、膨張を受け、ガスの圧力が変動する。

更に、この圧力変動は蓄熱器７の両端に周期的な圧力差
の変動をもたらし、この結果圧力差と弾性部材３２の共
振によりフリーディスプレーサ３がピストン２と同じ周
波数で、かつ異なった位相で動くようになる。

ピストン２とフリーディスプレーサ３が異なった位相を
もって動くとき、作動空間内の作動ガス（例えばヘリウ
ム）は、逆スターリングサイクルとしてよく知られてい
る熱力学的サイクルを構成し、膨張空間６内に寒冷を発
生させる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の冷却機は以上のようにピストン２とハウジング２
０側とが比較的柔い支持バネ２９により連結されていた
ため、冷却機の取り付は方向によリ、ピストン２に作用
する重力の方向が変化するとピストン２の中心位置が設
定位置からずれ、冷却機の運転中にピストン２がシリン
ダ１に衝突し、異音を発生したり、時には破壊に至る等
の問題点があった。また、外部からの振動により、冷却
機が大きな加速度を受けた場合にも、前記と同様の問題
点があった。

この発明は、前記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、冷却機の取り付は方向や外部からの加速度
の影響を受けにくく、信頬性の高い冷却機を得ることを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段］この発明は前記のような冷却機において、リニアモータ
を内包するハウジングとピストンまたは前記リニアモー
タの往復運動部とを、バネ常数が　ｍａｘただし、ｋ：支持バネのバネ定数（ｋｇ　ｆ　／　ｍｍ
　）ｍ：組立体（ピストン、リニアモータ往復運動部）
の合計質量（ｋｇ）Ｓｍａｘ　　：ピストンの最大許容ストローク（ｍｍ）
なる比較的間い支持バネによって連結したものである。

〔作用〕

この発明における冷却機は、前記式（１）のバネ定数を
持つ、比較的間い支持バネ２９によって、ピストンが支
持されているため、このピストンが重力の方向や外部加
速度にかかわらず、はぼ一定の中心位置を維持し、ピス
トンのシリンダへの衝突等がない高信頼な冷却機を実現
できる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例筒１凹、第２図を図について
説明する。第１図において、第３図と同一符号は同一ま
たは相当部分を示し、この実施例では、ピストン２は比
較的間い支持バネ２９を備えている点で、従来例と異っ
ている。即ち、支持バネ２９のハネ定数が　ｍａｘただし、ｋ：支持バネのバネ定数（ｋｇ　ｆ　／　ｍｍ　）ｍ：
組立体（ピストン、リニアモータ往復運動部）の合計質
量（ｋｇ）Ｓｍａｘ　　：ピストンの最大許容ストローク（ｆｆｌ
ｌｌｌ）なる支持バネ２９がピストン２の固定中心位置
を確保している。また支持バネ２９の両端部は横移動し
ないようにロックされ、第１突起３０．第２突起３Ｉの
回りに配置されている。フリーディスプレーサ３の下側
には比較的間いコイルバネからなる弾性部材３２を備え
、フリーディスプレーサ３の行程を制限している。即ち
、バネ定数がｋｄ：弾性部材のバネ定数（ｋｇ　ｆ　／
胴）ｍｄ：ディスプレーサ、蓄熱器の合計質量（ｋｇ）
Ｓｄｍａｘ：ディスプレーサの最大許容ストローク（ｍ
ｌ）の比較的間い弾性部材３２によって前記ディスプレ
ーサ３をシリンダ１の段に支持している。

なお、この実施例の前述した以外の構成は、第３図に示
す従来のもとの同様である。

次に、この実施例の動作について説明する。

可動コイル１７に電気接点２１．２２およびリード線１
８．１９を介して交番電流を流すと、可動コイル１７に
は環状間隙２３中の永久磁界と電流との相互作用により
、上下方向のローレンツ力が働き、その結果、ピストン
２．スリーブ１６および可動コイル１７からなる組立体
が振動を始める。ピストン２の振動により、圧縮空間４
０体積が変化すると作動空間内に封入された作動ガスが
圧縮、膨張を受け、ガスの圧力が変動する。更に、この
圧力変動は蓄熱器７の両端に周期的な圧力差の変動をも
たらし、この結果圧力差と弾性部材３２の共振によりフ
リーディスプレーサ３がピストン２と同じ周波数で、か
つ異なった位相で動くようになる。

ピストン２とフリーディスプレーサ３が異なった位相を
もって動くとき、作動空間内の作動ガス（例えばヘリウ
ム）は、逆スターリングサイクルとしてよく知られてい
る熱力学的サイクルを構成し、膨張空間、６内に寒冷を
発生させる。

そして、この実施例における支持バネ２９が冷却機の取
り付は方向の変化に対していかに作用するかについて第
２図を用いて説明する。第２図において、冷却機が下向
きの動力を受ける様に取り付けられた場合、支持バネ２
９はピストン２等からなる組立体の重力によってたわみ
、この結果ピストン２の振動の中心位置は、全く動力が
ない場合の中心位置（第２図（ｂ）の線■）よりｍ／に
だけ下方に線■に示すように移動する。一方、重力が上
向きとなる場合、即ち、冷却機を、第１図とは逆に取り
付けた場合、ピストンの振動の中心位置は同様の理由に
よりｍ／にだけ上方に線■に示ずようにずれる。従って
、取り付は方向にかかわらず、ピストン２がシリンダー
に衝突せず、安定した往復動をするためには、第２図よ
り、Ｓｍａｘ＞２・　□・・・・・・・・・（３）であ
ることが必要である。逆に、支持バネ２９のＳｍａｘにすることにより、（３）式が成立し取り付は方向に無
関係な安定した冷却機が得られる。

さらに、上記実施例では、ピストン２の支持バネ２９を
（１）式を満たす比較的剛いバネとしただけではなく、
同時にフリーディスプレーサ３の弾性部材３２を（２）
式を満たす弾性部材としたもので、前記ディスプレーサ
３の運動も安定度が増すため、より信頼性の高い冷却機
が得られる効果がある。

なお、この発明は、フリーディスプレサの弾性部材の従
来のものと同様でよく、またハウジングとリニアモータ
の往復運動部とをバネ定数が前記０式の支持バネによっ
て連結し、前記往復運動部にピストンを固定してもよい
。

〔発明の効果］以上説明したように、この発明によれば、運転中比較的
高温に保たれる圧縮空間と、運転中比較的低温に保たれ
る膨張空間と、前記両空間と連通する冷却器、蓄熱器、
およびフリーザ内の空間とからなる作動空間とを有し、
前記圧縮空間の体積はリニアモータによって駆動される
運動または前記ピストンとディスプレーサの運動によっ
て変化するものであり、前記膨張空間の体積は前記ディ
スプレーサの運動によって変化するものであり、前記ピ
ストンとディスプレーサを異なった位相で運動させるこ
とにより、前記作動空間中に存在する作動ガスが熱力学
的サイクルを行い冷熱を発生する冷却機において、前記
支持バネのバネ定数を（１）弐を満たすように構成した
ので、安定した動作をし、信頼性の高い冷却機が得られ
るとともに、任意の取り付は方向で使用でき、冷却機の
用途が拡がるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による冷却機を示す断面側
面図、第２図は第１図における支持バネの作用を示す説
明図、第３図は従来の冷却機の断面側面図である。１はシリンダ、２はピストン、３はディスプレーサ、４
は圧縮空間、５は冷却器、６は膨張空間、７は蓄熱器、
１１はフリーザ、２０はハウジング、２８はリニアモー
タ、２９は支持バネ、３０は第一突起、３２は弾性部材
。なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）運転中比較的高温に保たれる圧縮空間と、運転中
比較的低温に保たれる膨張空間と、前記両空間と連通す
る冷却器、蓄熱器、およびフリーザ内の空間とからなる
作動空間を有し、前記圧縮空間の体積はリニアモータに
よって駆動されるピストンの運動または前記ピストンと
ディスプレーサの運動によって変化するものであり、前
記膨張空間の体積は前記ディスプレーサの運動によって
変化するものであり、前記ピストンと前記ディスプレー
サを異なった位相で運動させることにより、前記作動空
間中に存在する作動ガスが熱力学的サイクルを行い冷熱
を発生する冷却機において、前記リニアモータを内包す
るハウジングと前記ピストンまたは前記リニアモータの
往復運動部とを、バネ定数が、ｋ＞（２×ｍ）／Ｓ＿ｍ＿ａ＿ｘ・・・・・・・・・（
１）ただしｋ：支持バネのバネ定数（ｋｇｆ／ｍｍ）ｍ：組立体（ピストン、リニアモータ往復運動部）の合
計質量（ｋｇ）Ｓ＿ｍ＿ａ＿ｘ：ピストンの最大許容ストローク（ｍｍ
）なる比較的剛い支持バネによって連結したことを特徴
とする冷却機。
（２）ディスプレーサは、このディスプレーサを内包す
るシリンダと弾性部材により連結し、この弾性部材のバ
ネ定数を、ｋｄ＞（２×ｍｄ）／Ｓｄ＿ｍ＿ａ＿ｘ・・・・・・・
・・（２）ただしｋｄ：弾性部材のバネ定数（ｋｇｆ／ｍｍ）ｍｄ：ディ
スプレーサ、蓄熱器の合計質量（ｋｇ）Ｓｄ＿ｍ＿ａ＿
ｘ：ディスプレーサの最大許容ストローク（ｍｍ）とし
た特許請求の範囲第１項記載の冷却機。