JPH0527563U - 冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スターリング冷凍機のピストンを駆動するリ
ニアモータへの給電を、導電性の共振ばねを追加するこ
とによってピストンの運動に伴うリード線の運動を無く
し、リード線の疲労破壊やリード線の接続部の疲労破壊
をなくして実現することにより、長寿命の冷凍機を得
る。 【構成】 スターリング冷凍機において、ピストン２に
固定されるコイル１８にその一端を接続されたリード線
１９、２０とシリンダ１に固定された電気端子２１に一
端を固定されたリード線３９、４０とを電気的に接続
し、コイル１８を給電するために、ピストン用共振ばね
２７に導電性材料によるばねを追加する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、スターリング冷凍機のような赤外線素子の冷却や空気の液化等に 用いられるガス冷凍機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図３は、例えば特公昭５４−２８９８０号公報に示された従来のスターリング 冷凍機の概略構成を示す断面図である。図において１はシリンダであり、このシ リンダ１の内部でピストン２が往復運動を行う。３はコールドフィンガであり、 作動ガスの圧力変動によって往復運動するディスプレーサ４を内包するとともに 、その下部は連結管５により上記シリンダ１と通じている。上記ディスプレーサ ４の上部の作動表面４ｂは膨張空間６との境界をなしており、この膨張空間６は 上記ディスプレーサ４の下部の作動表面４ａと上記連結管５の間の第一圧縮空間 ７、上記ピストン２の上部の作動表面２ａと上記連結空間５の間の第二圧縮空間 ８、上記ディスプレーサ４内に備えた蓄熱器９及び上記連結管５内の空間ととも に作動空間を構成している。上記蓄熱器９は中心孔１０を経てその下側の作動ガ スに通じるとともに、また、中心孔１１とダクト１２を経て上側の作動ガスに通 じることができる。上記ピストン２と上記シリンダ１の壁の間にはすきまシール １４が配置され、上記ピストン２の下側に存在するバッファ空間１５と上記作動 空間との間の作動ガスの出入りを防止している。また、上記ディスプレーサ４と 上記コールドフィンガ３の間にはすきまシール１６を備え、上記膨張空間６と上 記第一圧縮空間７の間の作動ガスの流れが上記蓄熱器９内を流れるよう強制して いる。上記ピストン２はその下側の上記バッファ空間１５中にアルミニウム等の 非磁性及び非磁化材料からなる軽量のボビン１７を備える。ボビン１７には導電 体を巻き付けてコイル１８を形成している。上記コイル１８は上記ピストン２の 軸線方向に環状の隙間２３内で往復運動でき、この隙間２３内には電機子磁界が 存在している。この電機子磁界の力線は上記コイル１８の移動方向を横切る半径 方向に延びている。この場合、磁界は上側と下側に磁極を持つ永久磁石２４と磁 気回路２５を用いて得られる。上記永久磁石２４と上記磁気回路２５とは一体と なって閉磁気回路を構成し、すなわち閉磁力線回路を構成する。以上述べた上記 ボビン１７、上記コイル１８、上記永久磁石２４、上記磁気回路２５は全体とし てピストン駆動用のリニアモータ２６を構成している。また、上記ピストン２及 び上記ディスプレーサ４はそれぞれピストン用共振ばね２７、ディスプレーサ用 共振ばね３８によって、上記シリンダ１及び上記コールドフィンガ３内に往復運 動可能に接続され、上記ピストン２及び上記ディスプレーサ４の静止時の固定位 置及び運転時の中立位置を定めている。ピストン用共振ばね２７の内周部は他端 をコイル１８に接続されたリード線１９、２０に接続されており、ピストン用共 振ばね２７はコイル１８への給電経路の一部となっている。ピストン用共振ばね ２７の外周部はリード線３９、４０を通して電気端子２１、２２に接続されてお り、シリンダ１外部からの電気入力を受けている。図４に示すように、ピストン 用共振ばね２７、ディスプレーサ用共振ばね３８を図３に示すコイルばねから公 知の板ばねに変更することで、すきまシール１４の非接触状態を実現した冷凍機 を構成するものもある。

【０００３】 次に、前記の従来のスターリング冷凍機の動作について説明する。電気端子２ １、２２にピストン２を含む系の共振周波数に等しい周波数の交流電源を接続す ると、コイル１８には円周方向の交番電流が流れ、この交番電流と永久磁石２４ の作る半径方向の磁場との相互作用によりコイル１８には軸方向に周期的なロー レンツ力が働き、その結果、ピストン２、ボビン１７及びコイル１８により構成 される組立体とピストン用共振ばね２７からなる系は共振状態となり、上記組立 体は軸方向に振動する。ピストン２の振動は、膨張空間６、第一圧縮空間７、第 二圧縮空間８、連結管５、蓄熱器９、中心孔１０、中心孔１１及びダクト１２か らなる作動空間内に封入された作動ガスに周期的な圧力変化をもたらすとともに 蓄熱器９を通過するガスの流量変化によりディスプレーサ４に周期的な軸方向の 交番振動力を生じせしめる。このようにして蓄熱器９を含むディスプレーサ４は ピストン２と同じ周波数で、かつ異なった位相でコールドフィンガ３内を軸方向 に往復運動することになる。ピストン２及びディスプレーサ４が適当な位相差を 保って運動するとき、上記作動空間に封入された作動ガスは逆スターリングサイ クルとして既知の熱力学的サイクルを構成し、主として膨張空間６に冷熱を発生 する。また、ピストン２とディスプレーサ４との位相ずれを制御するために、図 ５のようにボビン２８、コイル２９、リード線３０、３１、４１、４２、電気端 子３２、３３、隙間３４、永久磁石３５、磁気回路３６からなるリニアモータ３ ７を設けることもある。上記逆スターリングサイクルと冷熱発生の原理について は、文献「Ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒｓ」（Ｇ．Ｗａｌｋｅｒ，ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒ ｅｓｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９８３，ｐｐ．１２３〜１７７）に詳細に説明さ れている。

【０００４】 以下に、その原理について簡単に説明する。ピストン２により圧縮された第二 圧縮空間８内のガスは連結管５を経て流れる間に冷却されて、第一圧縮空間７、 中心孔１０、蓄熱器９に流れこむ。蓄熱器９で半サイクル前に蓄えられた冷熱に より予冷され、作動ガスは、さらに中心孔１１、ダクト１２を通って膨張空間６ に入る。そして、大部分の作動ガスが膨張空間６内に入ると膨張が始まり、膨張 空間６内に冷熱を発生する。作動ガスは次に逆の順序で蓄熱器９に冷熱を放出し ながら流路を戻り第二圧縮空間８に入る。この時、外部から熱を奪い外部を冷却 する。しかして、大部分の作動ガスが第二圧縮空間８内に戻ると再び圧縮が始ま り、次のサイクルに移行する。以上のようなプロセスにより冷熱が発生する。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

図３で説明した従来の冷凍機は以上のように構成されているので、リード線３ ９、４０はリニアモータ２６の動作に伴い周期的往復運動をしなければならず、 このため、リード線３９、４０内の導体部分が繰り返し疲労により断線を起こし たり、リード線１９、２０、３９、４０とシリンダ１に固定された電気端子２１ 、２２との接続部やリード線３９、４０とピストン用共振ばね２７との接続部分 が破断して断線する。この結果、長寿命な冷凍機が得られないという問題点があ った。

【０００６】 この考案は上記のような問題点を解決するためになされたもので、リード線部 分が固定されているために疲労破壊による断線を起こさない、長寿命の冷凍機を 得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

この考案に係る冷凍機は、ピストンの往復運動を支持する複数の共振ばねに、 導電性材料からなるばねを一部組込むことにより給電したものである。

【０００８】 また、ディスプレーサの往復運動を支持する複数の共振ばねに導電性材料から なるばねを一部組込むことにより、コールドフィンガ内のリニアモータに給電す るようにしたものである。

【０００９】

【作用】

この考案における冷凍機は、ピストン用共振ばねとして導電性材料からなるば ねを適用して給電可能としたことにより、リード線を固定することが可能になり 、リード線接続部の破壊やリード線自体の断線をなくして長寿命となる。

【００１０】 また、ディスプレーサ用共振ばねとして導電性材料からなるばねを適用して、 コールドフィンガ内のリニアモータに給電可能としたことにより、リード線を固 定することが可能になり、リード線接続部の破壊やリード線自体の断線をなくし て長寿命となる。

【００１１】

【実施例】

実施例１． 以下、この考案の一実施例を図によつて説明する。図１において２７は複数の ばねのうち数枚を導電性材料としたピストン用共振ばねである。

【００１２】 以下、本実施例の動作について説明する。本実施例では、ピストンを弾性支持 するための複数のばねの一部に導電性材料を採用したピストン用共振ばね２７を 設けて給電したために、リード線１９、２０、３９、４０を固定することが可能 となり、その結果、リード線やリード線の端の接続部分の断線が防止されて、冷 凍機の長寿命化が可能となる。

【００１３】 なお、本実施例について示した冷凍機の動作原理は従来例と全く同様であり、 ここでは省略する。

【００１４】 実施例２． 上記実施例１では、ピストン用共振ばねとして導電性材料のばね２７によりピ ストン２を支持する構造を示したが、図２に示すようにディスプレーサ用共振ば ねとして導電性材料のばね３８を用いて、コールドフィンガ内のコイルに給電す ることにより、リード線３０、３１、４１、４２を固定することが可能となり、 実施例１と同様に冷凍機の長寿命化が可能となる。

【００１５】

【考案の効果】

この考案における冷凍機は、ピストン用共振ばね及びディスプレーサ用共振ば ねとして導電性材料からなるばねを適用して給電可能としたことにより、リード 線を固定することが可能になり、リード線接続部の破壊やリード線自体の断線を なくして、長寿命な冷凍機が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の実施例１を示す断面図である。

【図２】この考案の実施例２を示す断面図である。

【図３】従来の冷凍機を示す断面図である。

【図４】従来の冷凍機を示す断面図である。

【図５】従来の冷凍機を示す断面図である。

【符号の説明】

１ シリンダ ２ ピストン ２ａ 作動表面 ４ａ 作動表面 ４ｂ 作動表面 ３ コールドフィンガ ４ ディスプレーサ ５ 連結管 ６ 膨張空間 ７ 第一圧縮空間 ８ 第二圧縮空間 ９ 蓄熱器 １０ 中心孔 １１ 中心孔 １２ ダクト １４ すきまシール １５ バッファ空間 １６ すきまシール １７ ボビン １８ コイル １９ リード線 ２０ リード線 ２１ 電気端子 ２２ 電気端子 ２３ 隙間 ２４ 永久磁石 ２５ 磁気回路 ２６ リニアモータ ２７ ピストン用共振ばね ２８ ボビン ２９ コイル ３０ リード線 ３１ リード線 ３２ 電気端子 ３３ 電気端子 ３４ 隙間 ３５ 永久磁石 ３６ 磁気回路 ３７ リニアモータ ３８ ディスプレーサ用共振ばね

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に作動ガスを封入したコールドフィ
   ンガと、前記コールドフィンガ内に収納されディスプレ
   ーサ用共振ばねにより前記コールドフィンガに往復運動
   可能に連結されたディスプレーサと、前記ディスプレー
   サ内に収納された蓄熱器と、内部に作動ガスを封入した
   シリンダと、前記シリンダ内に収納され前記シリンダに
   往復運動可能に連結されたピストンと、前記シリンダに
   固定された磁気回路、前記磁気回路に固定された永久磁
   石、前記ピストンに固定されたボビン及び前記ボビンに
   固定されたコイルとから構成され、前記ピストンを往復
   運動させるリニアモータと、前記コールドフィンガと前
   記シリンダとを接続する連結管とを備えた冷凍機におい
   て、前記ピストンに固定される前記コイルにその一端を
   接続されたリード線と前記シリンダに固定された電気端
   子に一端を固定されたリード線とを電気的に接続し、前
   記コイルを給電するための導電性材料からなるピストン
   用共振ばねを設けたことを特徴とする冷凍機。
2. 【請求項２】 内部に作動ガスを封入したコールドフィ
   ンガと、前記コールドフィンガ内に収納され前記コール
   ドフィンガに往復運動可能に連結されたディスプレーサ
   と、前記コールドフィンガに固定された磁気回路、前記
   磁気回路に固定された永久磁石、前記ディスプレーサに
   固定されたボビン及び前記ボビンに固定されたコイルと
   から構成され前記ディスプレーサを往復運動させるリニ
   アモータと、前記ディスプレーサ内に収納された蓄熱器
   と、内部に作動ガスを封入したシリンダと、前記シリン
   ダ内に収納され前記シリンダに往復運動可能に連結され
   たピストン、前記シリンダに固定された磁気回路、前記
   磁気回路に固定された永久磁石、前記ピストンに固定さ
   れたボビン及び前記ボビンに固定されたコイルとから構
   成され前記ピストンを往復運動させるリニアモータと、
   前記コールドフィンガと前記シリンダとを接続する連結
   管とを具備した冷凍機において、前記ディスプレーサに
   固定される前記コイルに一端を接続されたリード線と前
   記コールドフィンガに固定された電気端子に一端を固定
   されたリード線とを電気的に接続し、前記ディスプレー
   サに固定される前記コイルを給電するための導電性材料
   からなるディスプレーサ用共振ばねを設けたことを特徴
   とする冷凍機。