JPH0336469A

JPH0336469A - スターリング冷凍機

Info

Publication number: JPH0336469A
Application number: JP16802689A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Saito; 英文斎藤; Kaoru Fujii; 薫藤井
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1989-06-29
Publication date: 1991-02-18
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JP2689615B2

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］本発明は、赤外線センサなどの冷却に好適に利用される
スプリット型のスターリング冷凍機に関するものである
。

［従来の技術］第８図は、従来の一般的なスプリット形スターリング冷
凍機の概要を示す断面図である。図に示されるように、
この冷凍機は膨脹シリンダ１と、この膨脹シリンダ１内
に摺動可能に嵌装したディスプレーサ２と、このディス
プレーサ２の低温端２ａと前記膨脹シリンダ１との間に
拡縮される膨脹室３と、前記ディスプレーサ２の高温端
２ｂに突設したピストン４と、このピストン４の突出端
４ａが挿入されるガススプリング室５とを備えている。

ディスプレーサ２内には、小型化を図るためにリジェネ
レータ（蓄冷器）６が収容してあり、このリジェネレー
タ６を通じて前記膨脹室３を高温端２ｂ側に反転拡縮さ
れるガスポート７と連通させている。リジェネレータ６
の役割は、膨脹室３から送り出される作動ガスから寒冷
を得て、新たに膨張室３に送り込まれる作動ガスの予冷
却を行うことにある。作動ガスとしては、通常、Ｈｅが
用いられる。ガスポート７は連通管８を通じて別置した
コンプレッサ９の圧縮室９ａに連通させてあり、作動ガ
スはこのコンプレッサ９によって冷凍サイクルを営むた
めの圧力変化を与えられる。

また、ガススプリング室５には作動ガスの高圧時と低圧
時の中間圧に相当する付勢用ガスが封入してあ。これに
より、ディスプレーサ２は、膨張室３から低温端２ａに
作用する作動圧とガススプリング室５から突出端４ａに
作用する中間圧との差圧変化によって上下駆動されるも
のとなる。１ａはコールドヘッドである。

このように構成されるスプリット形のメリットは、膨脹
シリンダ１にコンプレッサ９の振動が伝播することがな
いため低振動の冷凍機が実現可能となる点にある。しか
も、冷却を要する部位に膨脹シリンダ１のみを配置すれ
ばよいためスペースファクタが向上することにおいても
好都合である。

しかし、ディスプレーサ２が駆動端に到達する際は、低
温端２ａ又は高温端２ｂが膨脹シリンダ１の対応する各
内方端に当接して強制停止させられるため、この時に振
動が生じることは防ぎようがない。しかも、リジェネレ
ータ６には一般に熱伝導性に優れた銅メツシユが用いら
れているためディスプレーサ２の慣性質量は従来に比し
て大きくなっており、これに伴いディスプレーサ停止時
の振動も増大している。このため、使用目的が赤外線セ
ンサの如きデリケートなものである場合に、冷凍機をス
プリット形とするだけでは十分な振動抑止効果が得られ
ない場合が多い。

これに対して、特開昭６４−４１７７４号公報に示され
るように（第９図参照）、ピストン突出端４ａに緩衝ピ
ストン１０を取着するとともに、ディスプレーサ２が上
下両駆動端に達した際に前記緩衝ピストン１０を緊密に
嵌挿させるための対をなす凹陥部１１ａ、ｌｌｂをガス
スプリング室５の対応する位置に設け、緩衝ピストン１
０が各凹陥部１１ａ、ｌｌｂに嵌装される際にガスダン
ピング作用が働いてディスプレーサ２に対する緩衝効果
が奏されるようにしたものも開発されている。

［発明が解決しようとする課題］ところが、この種冷凍機は通常、ディスプレーサ径が約
１０ｎｕ＋＋程度と小さいものであるため、Ｈｅのよう
な拡散性に富むガスに対して十分なダンピング作用を生
じさせるような緩衝ピストン１０を作ろうとすれば、凹
陥部１１ａ、ｌｌｂに対して直径隙間で数μｍ程度の仕
上げが必要になり、かつ上下両ダンパの同軸性もこれ以
上の精度が必要となる。このため、上述したガスダンパ
方式は加工に困難を伴うという問題がある。また、その
ような高度な加工技術を擁して適正な作動が得られるよ
うにしても、緩衝ピストン４が凹陥部１１ａ、ｌｌｂか
ら離脱する際に生じる負圧がディスプレーサ２にブレー
キ力として作用するため、逆にディスプレーサ反転時に
作動不良の要因となる問題を生る。特に、コールドヘッ
ド１ａの冷却が進んだ場合は、それが常温に近い状態に
在る時に比べて膨張室３に生じる作動ガスの圧力変化が
減小し、その結果、中間圧との差圧が縮小して駆動力が
低下している。このため、かかるブレーキ力が作用する
ことによってディスプレーサ２が完全に駆動されなくな
る恐れさえある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので
あって、作動上および製作上の不具合を伴うことなく、
ディスプレーサの発生振動を有効に低減できるようにし
たスターリング冷凍機を提供することを目的としている
。

［課題を解決するための手段］本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手
段を講じたものである。

すなわち、本発明のスターリング冷凍機は、スプリット
形としての基本的構成を備えてなるものにおいて、ピス
トンの外周に摺動可能に嵌合し摺動時に該ピストンとの
間に摩擦を生じさせる弾性嵌合体と、ディスプレーサが
駆動端に接近する度に前記弾性嵌合体をディスプレーサ
に先行して停止させるためのストッパ機構とを設けたこ
とを特徴としている。

［作用コこのような構成であれば、弾性嵌合体がストッパ機構に
よって各ストロークの終わりにディスプレーサに先行し
て停止されることにより、ピストンとの相対位置を摺動
変化させつつ該ピストンに摩擦によるブレーキ力を作用
させる。このため、ディスプレーサは徐々に減速されて
駆動端に静寂に停止させられることになり、発生振動の
低減化が果たされるものとなる。そして、弾性嵌合体と
ピストンとの適度な嵌合状態は比較的容易に得られ、ガ
スダンパ機構を構成するときのような高い加工精度を必
要としないので、製作も容易となる。

しかも、ディスプレーサの反転直後はストッパ機構が働
かず、弾性嵌合体はピストンに付帯してストロークを開
始し摩擦を生じさせないので、ガスダンパ方式のように
不適時にブレーキ力が生じて有用な差圧駆動力を減退さ
せるようなこともない。

［実施例］以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図を参照して説
明する。なお、第１図に明らかなように、このスターリ
ング冷凍機の基本的構造は第８図に示したものと概ね同
様である。このため、共通する部分には同一符号を付し
、その説明を省略している。また、ピストン４はディス
プレーサ２の高温端２ｂに同径でかつ一体的に突設され
ており、高温端２ｂが膨脂シリンダ１の内方端に当接さ
れる従来の構造を廃している。

しかして、このものは弾性嵌合体としてリング状ハウジ
ング２１ａの内周にゴム２１ｂを取着してなるブレーキ
シュー２１を用い、これをピストン４の外周に嵌合して
いる。ブレーキシュー２１とピストン４との間の摩擦係
数は、ハウジング２１ａの締め付は力を変えることによ
って調節できるようにしておく。

そして、このブレーキシュー２１に対し、ガススプリン
グ室５の内壁に該ブレーキシュー２１の可動範囲を規制
するための対をなす当接面２２ａ１２２ｂを形成してス
トッパ機構２２となしており、これらの当接面２２ａ、
２２ｂによって、ディスプレーサ２が駆動上端又は駆動
下端に接近した時に該ディスプレーサ２に先行してブレ
ーキシュー２１を停止させることができるようにしてい
る（第２図および第５図参照）。すなわち、第２図はデ
ィスプレーサ２の上動中にブレーキシュー２１が上側当
接面２２ａに当接して停止させられた状態を示しており
、この時点から以後はピストン４のみが上動するため、
ブレーキシュー２１がピストン４に対して相対位置を摺
動変化させつつ、図示のようなブレーキカド１を作用さ
せることになる。このため、ディスプレーサ２は徐々に
減速され、その結果、第３図に示す駆動上端に静寂に停
止させられることになる。次に、この状態からディスプ
レーサ２が反転駆動されると、第４図に示すようにブレ
ーキシュー２１はピストン４に付帯した状態で上側当接
面２２ａから離反し、駆動下端に向かう。そして、第５
図においてブレーキシュー２１が下側当接面２２ｂに当
接して停止させられると、この時点から以後はピストン
４のみが下動するため、ブレーキシュー２１がピストン
４に対して相対位置を前記とは逆方向に摺動変化させつ
つ、図示のようなブレーキカド２を作用させることにな
る。このため、ディスプレーサ２は徐々に減速され、そ
の結果、第６図に示す駆動下端に静寂に停止させられる
ことになる。さらに、この状態からディスプレーサ２が
反転駆動されると、第７図に示すようにブレーキシュー
２１はピストン４に付帯した状態で下側当接面２２ｂか
ら離反し、再び駆動上端に向かうことになる。なお、ブ
レーキシュー２１が作動開始するタイミングは、両当接
面２２ａ、２２ｂ間の離間距離を短寸に設けることによ
って早くし、長寸に設けることによって遅くすることが
できる。

しかして、図示スターリング冷凍機によると、ディスプ
レーサ２が強制停止させられていた従来の構造に比して
駆動端における発生振動を効果的に低減できることにな
る。しかも、この構造によると、ディスプレーサ２の反
転直後にブレーキ力が生じないため、ガスダンパ方式の
ように作動不良の要因となることもない。さらに、ハウ
ジング２１ａの締め付は力をねじ等によって調節できる
ように設けておけば、ブレーキ効果は簡単に設定するこ
とができ、ガスダンパ機構を構成する時のような高い加
工精度を要求されることがないため製作も容易となる。

以上、本発明の一実施例について説明したが、弾性体は
図示のようなゴム状に限らず、摺動面にコーティングを
施した金属スプリング等であってもよい。また、金属ス
プリングによって樹脂等の摺動部が押し付けられるよう
な構造とすることもできる。

［発明の効果コ本発明のスターリング冷凍機は、ディスプレーサが駆動
端に到達する前にストッパ機構が働き弾性嵌合体をディ
スプレーサに対し先行停止させるために、それ以後、弾
性嵌合体からディスプレーサに摩擦によるブレーキ力が
作用してディスプレーサは駆動端に静寂に停止させられ
ることになり、駆動端での発生振動を有効に低減する効
果が得られる。そして、弾性嵌合体によるブレーキ力の
設定は比較的容易であり、高い加工精度を擁さすに安定
した性能を発揮させることができるため、製作上および
コスト的に有益となる。さらに、ディスプレーサが駆動
端から反転する際はブレーキ力が作用しないので、差圧
駆動力には影響を及ぼさず、コールドヘッド低温時にも
確実な動作が確保される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の一実施例を示し、第１図は概
略的な断面図、第２図〜第７図は作用を説明するための
部分拡大断面図である。また、第８図は従来例を示す第
１図に対応した断面図、第９図は他の従来例を示す第１
図並びに第８図相当の断面図である。１・・・膨脂シリンダ　　　２・・・ディスプレーサ２
ａ・・・低温端　　　　　２ｂ・・・高温端３・・・膨
脂室　　　　　　４・・・ピストン４ａ・・・突出端　
　　　　５・・・ガススプリング室２１・・・弾性嵌合
体（ブレーキシュー）２２・・・ストッパ機構

Claims

【特許請求の範囲】

膨脹シリンダと、この膨脹シリンダ内に摺動可能に嵌装
したディスプレーサと、このディスプレーサの低温端と
前記膨脹シリンダとの間に拡縮される膨脹室と、前記デ
ィスプレーサの高温端に突設したピストンと、このピス
トンの突出端が挿入されるガススプリング室とを有し、
膨脹室から低温端に作用する作動圧とガススプリング室
から突出端に作用する中間圧との差圧によって前記ディ
スプレーサが上下駆動されるように構成されたものにお
いて、前記ピストンの外周に摺動可能に嵌合し摺動時に
該ピストンとの間に摩擦を生じさせる弾性嵌合体と、前
記ディスプレーサが駆動端に接近する度に前記弾性嵌合
体をディスプレーサに先行して停止させるためのストッ
パ機構とを設けたことを特徴とするスターリング冷凍機
。