JPH0771834A - 極低温冷凍機 - Google Patents

極低温冷凍機

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JPH0771834A
JPH0771834A JP21645193A JP21645193A JPH0771834A JP H0771834 A JPH0771834 A JP H0771834A JP 21645193 A JP21645193 A JP 21645193A JP 21645193 A JP21645193 A JP 21645193A JP H0771834 A JPH0771834 A JP H0771834A
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displacer
flange
annular groove
locking hole
crosshead
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Katsuji Yoshikawa
勝治 吉川
Yuji Yamaguchi
勇治 山口
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動の少ない極低温冷凍機を得る。 【構成】 フランジ7の外周面に連続する環状凸部71
を備えたクロスヘッド6をスコッチヨーク1の一端に取
着し、このフランジ7を環状凸部71の両側に樹脂製の
オーリング8を装着して、第1ディスプレーサ106と
中央部が開口したエンドキャップ3とで形成した環状溝
4に嵌め込んだ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ギホード・マクマホン
サイクルやスターリングサイクルなどによって極低温冷
凍を行うための極低温冷凍機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種の極低温冷凍機として、例えば図
4のような構成のものが周知である。図4の極低温冷凍
機において、電動機102はクランク機構103を駆動
し、クランク機構103は給気弁104・排気弁111
の開閉動作とスコッチヨーク1の往復動作を所要の行程
位相差をもって往復駆動する。
【0003】スコッチヨーク1には、第1ディスプレー
サ106と第2ディスプレーサ108とが連結してあ
り、第1ディスプレーサ106と第2ディスプレーサ1
08とは、それぞれ、第1シリンダ105内と第2シリ
ンダ107内を同一の行程位相をもって往復移動する。
【0004】第1ディスプレーサ106・第2ディスプ
レーサ108は、図の下方側に移動する行程の終点近く
から膨張冷却行程を行い、図の上方側に移動する行程に
おいて排気行程を行い、その終点近くから吸気行程を行
う。
【0005】吸気行程では、冷媒圧縮部(図示せず)で
圧縮したヘリウムなどの加圧冷媒101が、吸気弁10
4を介して、第1シリンダ105内に入り、第1ディス
プレーサ106の通気穴201から銅製網・通気性焼結
金属材などからなる蓄冷材202を通って通気穴203
を通り、第1膨張室205側に入る。第1膨張室205
の加圧冷媒は、膨張冷却行程において、上記の吸気圧縮
行程の冷媒の流れと逆に流れ、排気弁111を通って排
出されると同時に膨張し、蓄冷材202に冷熱を蓄積す
る。
【0006】この第1膨張冷却の行程と同行程中に、第
1膨張室205の冷媒は、第2ディスプレーサ108の
通気穴206から粒状鉛などの蓄冷材207を通って第
2膨張室209に入り、その後、逆に流れて排気弁11
1より排出されると同時に膨張して、第2膨張冷却を行
い、蓄冷材207に冷熱を蓄積する。
【0007】排気行程では、第2膨張室209内と第1
膨張室205内の膨張冷却を終えて降圧した冷媒は、上
記の膨張冷却動作時とは逆の経路を経て第2ディスプレ
ーサ108内と第1ディスプレーサ106内とを通り、
排気弁111を介して、クランク機構103の室内を通
り、降圧冷媒112として排出され、冷媒圧縮部(図示
せず)に戻り、再び圧縮して加圧冷媒101にすると云
う循環を繰り返すように動作する。
【0008】以下、第1シリンダ105と第2シリンダ
107との行程位置において、図の上方側に向かう行程
の終点であって図の下方側に向かう行程の始点に相当す
る位置点を上死点といい、図の下方側に向かう行程の終
点であって図の上方側に向かう行程の始点に相当する位
置点を下死点と云う。内側遮蔽覆116は、第1シリン
ダ105の上死点側に設けた第1ステージ115の部分
から第2シリンダ107全体に至る間を覆って冷却室1
17を形成しており、この冷却室117の開口端側か
ら、冷却負荷400となる装置からの冷却対象流体30
0を導入する。
【0009】冷却室117の開口端側には、鎧戸状の通
気路をもつ第1吸熱フィン120を配置し、第2シリン
ダ107の上死点側に設けた第2ステージ118の部分
には鎧戸状の通気路をもつ第2吸熱フィン119を配置
してあり、第1ステージ115と第2ステージ118と
で生ずる冷熱を、第1吸熱フィン120の各表面、第2
吸熱フィン119の各表面などを介して、冷却対象流体
300に与えることにより所要の冷却を行うようにして
いる。
【0010】外側遮蔽覆113は、第1シリンダ105
の下死点側から冷却室117の開口端側までの外側を覆
って真空室114を形成し、この真空室114により、
第1シリンダ105の外面と冷却室117の外面とを外
部環境から遮断して、冷熱の熱損失を防いでいる。
【0011】そして、スコッチヨーク1と第1ディスプ
レーサ106とは、例えば図5に例示したように、すな
わち、第1ディスプレーサ106の一端面に形成した凹
陥部2に臨んで、第1ディスプレーサ106と中央部が
開口したエンドキャップ3とで形成した係止穴4Aに、
スコッチヨーク1の一端に環装し、ピン5によって固定
した鋼製などのクロスヘッド6の側面膨出部7Aを遊嵌
することで連結するように構成したものが多い。
【0012】なお、側面膨出部7Aの厚さと係止穴4A
とは、第1ディスプレーサ106の軸心が調整できるよ
うに、通常は略0.1〜0.2mm程度のクリアランス
をもって形成されている。
【0013】スコッチヨーク1と第1ディスプレーサ1
06との間に緩衝材を備えていない上記構成の極低温冷
凍機においては、電動機102を起動し、スコッチヨー
ク1によって第1ディスプレーサ106・第2ディスプ
レーサ108を各シリンダー内で往復動作させると、 (1)電動機の振動が減衰することなくディスプレーサ
に伝達される。 (2)ディスプレーサの摺動によって引き起こされる振
動も減衰し難い。 (3)ディスプレーサの移動の向きが変わる度に、軸心
調整のために設けたクリアランスの分、クロスヘッドが
ディスプレーサ側を叩いたり、エンドキャップ側を叩く
ため、衝撃による振動と騒音が発生する。
【0014】と云った問題点があった。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】したがって、例えばサ
ブミクロンの線幅を実現しなければならない超LSIな
どを製造する半導体製造装置に搭載する冷凍機としては
使用し難いと云う問題点があった。また、上記の振動は
第2ディスプレーサのピストンリングのシール性を阻害
することから、冷却温度がふらつくと云う問題点もあ
り、これら問題点の解決が課題となっていた。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
蓄冷材を収納しているディスプレーサの一端面に形成し
た凹陥部と、ディスプレーサの前記一端面に取着する中
央部が開口したエンドキャップとによって前記凹陥部に
臨む係止穴を形成し、この係止穴にスコッチヨークの一
端に取着したクロスヘッドの側面膨出部を遊嵌し、電動
機の回転動作から前記スコッチヨークを介して前記ディ
スプレーサをシリンダ内で往復動作させる駆動力を得る
極低温冷凍機において、
【0017】前記係止穴を連続する環状溝に形成すると
共に、前記クロスヘッドの側面膨出部を連続するフラン
ジに形成し、且つ、このフランジの外周面に連続する環
状凸部を形成し、この環状凸部の両側にフランジと前記
環状溝形成面との接触を妨げる弾性部材を装着した構成
の第1の装置と、
【0018】前記クロスヘッドの側面膨出部を連続する
フランジに形成し、且つ、前記環状溝と前記フランジの
少なくとも何れか一方の側の各面それぞれに連続する環
状凹部を形成し、これら各環状凹部にフランジと前記環
状溝形成面との接触を妨げる弾性部材を装着した構成の
第2の装置と、を提供することにより、上記従来技術の
課題を解決するものである。
【0019】
【作用】スコッチヨークとディスプレーサとは弾性部材
を介して接しているため、電動機の振動はこの弾性部材
によって吸収され、ディスプレーサに伝わる振動が減少
し、騒音の減少も図られる。
【0020】
【実施例】
(実施例1)以下、図1に基づいて本発明になる第1の
実施例を説明する。なお、図1において、図4・図5と
同じ符号で示す部分は、これらの図により説明した部分
と同一の機能を示す部分であり、本発明の理解を妨げな
い範囲で説明は省略した。
【0021】図中4は、第1ディスプレーサ106とエ
ンドキャップ3とによって、凹陥部2に臨んで形成し
た、連続する環状溝である。そして、7はこの環状溝4
に遊嵌可能な厚さに形成したクロスヘッド6のフランジ
であり、このフランジ7の外周面には連続する環状凸部
71が形成されている。
【0022】そして、環状凸部71の両側に、弾性部材
である例えばテフロンなどからなるエラストマー製のオ
ーリング8を装着している。このオーリング8は、環状
溝4を形成する各壁面とクロスヘッド6との接触を妨げ
ることのできる太さ、例えばフランジ7の平行部の厚さ
をt1、環状凸部71の平行部の厚さをt2、環状溝4
の幅をW、オーリング8の装着前の直径をφとしたと
き、例えば W−t1=0.2〜0.3(mm) 2φ+t2−W=0.2〜0.5(mm) を満足する程度の太さに形成している。
【0023】上記構成の本発明の極低温冷凍装置は、ス
コッチヨーク1と第1ディスプレーサ106とが前記の
ようにエラストマー製のオーリング8を介して連結され
ているので、電動機102の回転駆動力をスコッチヨー
ク1を介して直線往復移動に変える際に、電動機102
の振動が第1ディスプレーサ106の側に伝わり難い
し、第1ディスプレーサ106・第2ディスプレーサ1
08の摺動によって引き起こされる振動も減衰し易い。
また、環状溝4とクロスヘッド6のフランジ7とのクリ
アランスは、エラストマー製のオーリング8によって埋
められているので、クロスヘッド6の第1ディスプレー
サ106およびエンドキャップ3との衝突が回避され、
これにより衝撃による振動と騒音の発生がなくなった。
【0024】なお、二つの太目のオーリング8によっ
て、クロスヘッド6と第1ディスプレーサ106または
エンドキャップ3との接触を回避しているが、オーリン
グ8はエラストマー製であるから例えば8%程度の圧縮
は可能であり、軸心の調節は可能である。
【0025】(実施例2)以下、図2に基づいて本発明
の第2の実施例を説明する。なお、図2において図1・
図4・図5と同じ符号で示す部分は、これらの図により
説明した部分と同一の機能を示す部分であり、この場合
も本発明の理解を妨げない範囲で説明は省略した。
【0026】図中9A・9B・9Cは、環状溝4に臨む
第1ディスプレーサ106とエンドキャップ3の各面に
形成した環状凹部であり、ここに環状凹部の深さより太
い直径を有するエラストマー製のオーリング8が装着さ
れ、このオーリング8によってクロスヘッド6と環状溝
4を形成する各壁面、すなわち第1ディスプレーサ10
6およびエンドキャップ3との接触防止を図っている。
【0027】したがって、この実施例2の場合において
も、前記第1の実施例の場合と同様の振動と騒音を低減
する作用効果が得られる。
【0028】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱
しない範囲で各種の変形実施が可能である。例えば、環
状溝4を形成する面とフランジ7との接触を妨げるオー
リング8の素材としては、弾性を備えて防振効果のある
ものであれば良いので、ゴム、プラスチック、金属の類
から適宜選択して使用される。
【0029】また、環状凸部71は、オーリング8の位
置決めに支障のない範囲で断続的に形成した凸条などに
よって代替することが可能であるし、環状溝4は周回状
段部をエンドキャップ3の側に設けて形成することも可
能である また、環状凹部9A・9B・9Cの一部または全部をク
ロスヘッド6のフランジ7の側に形成することも可能で
ある。環状凹部9A・9B・9Cをフランジ7の側に形
成する場合は、取り扱う部材が軽量小型になることと、
環状凹部を外面側に形成することになるため、作業が容
易になると云ったメリットがある。
【0030】さらに、図3に示したように実施すること
なども可能である。
【0031】
【発明の効果】上記したように本発明は、構造が簡単で
あるにも拘らず電動機からディスプレーサへの振動の伝
達を大きく減少させることが可能であると共に、ディス
プレーサのシリンダー内での摺動に伴って発生する振動
を減衰させる効果が大きい。また、ディスプレーサの移
動方向を逆転させる際の衝撃力の殆どを吸収することも
可能であるし、弾性部材を装着しているので、0.2m
m程度であればこの弾性部材を変形して軸心の調整を行
うことが可能である。さらに、振動が減少することによ
って第2ディスプレーサのピストンリングのシール性が
向上するので、温度特性が安定し、信頼性が向上すると
云った効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例を示す説明図。
【図2】第2の実施例を示す説明図。
【図3】他の実施例を示す説明図。
【図4】従来技術の説明図
【図5】従来技術の要部の説明図。
【符号の説明】
1 スコッチヨーク 2 凹陥部 3 エンドキャップ 4 環状溝 4A 係止穴 5 ピン 6 クロスヘッド 7 フランジ 7A 側面膨出部 8 オーリング 9A・9B・9C 環状凹部 71 環状凸部 102 電動機 106 第1ディスプレーサ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蓄冷材を収納しているディスプレーサの
    一端面に形成した凹陥部と、ディスプレーサの前記一端
    面に取着する中央部が開口したエンドキャップとによっ
    て前記凹陥部に臨む係止穴を形成し、この係止穴にスコ
    ッチヨークの一端に取着したクロスヘッドの側面膨出部
    を遊嵌し、電動機の回転動作から前記スコッチヨークを
    介して前記ディスプレーサをシリンダ内で往復動作させ
    る駆動力を得る極低温冷凍機において、前記係止穴を連
    続する環状溝に形成すると共に、前記クロスヘッドの側
    面膨出部を連続するフランジに形成し、且つ、このフラ
    ンジの外周面に連続または断続する凸部を形成し、この
    凸部の両側にフランジと前記環状溝形成面との接触を妨
    げる弾性部材を装着したことを特徴とする極低温冷凍
    機。
  2. 【請求項2】 蓄冷材を収納しているディスプレーサの
    一端面に形成した凹陥部と、ディスプレーサの前記一端
    面に取着する中央部が開口したエンドキャップとによっ
    て前記凹陥部に臨む係止穴を形成し、この係止穴にスコ
    ッチヨークの一端に取着したクロスヘッドの側面膨出部
    を遊嵌し、電動機の回転動作から前記スコッチヨークを
    介して前記ディスプレーサをシリンダ内で往復動作させ
    る駆動力を得る極低温冷凍機において、前記係止穴を連
    続する環状溝に形成すると共に、前記クロスヘッドの側
    面膨出部を連続するフランジに形成し、且つ、前記環状
    溝と前記フランジの少なくとも何れか一方の側の各面そ
    れぞれに連続する環状凹部を形成し、これら各環状凹部
    にフランジと前記環状溝形成面との接触を妨げる弾性部
    材を装着したことを特徴とする極低温冷凍機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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