JPS6042558A - 極低温冷凍機 - Google Patents

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】 発明の背景 本発明は、本出鮎人の米国特許願第５６９．８６４ｔ・
に開示された極低温冷凍機の改良に係る。本発明の冷５
に機は、押のけ器に連結されたスライドの一端が、該押
のけ器が受ける高圧と低圧との間の中間の圧力に常時脳
呈されるという点でハイブリッド型冷凍機である。本発
明の押のけ器に連結されたスライドには軸方向の中央流
体通路が設けられていない。本発明によれば、ハイブリ
ッドモードにおいては押のけ器に加えられる偏心力が最
小限とされ、流体モードにあるときは押のけ器は偏心力
を全く受けないように構成されるので、押のけ□器の直
径を大きくすることができ、しかも、押のけ器に装着す
る軸受け１つだけでよい。

電動同期モータの適正な作動を妨害するような大きさの
磁界内で作動することができる極低温冷凍機をめる要望
がある。そのような磁界を有する装置の１例としては核
磁気共鳴ボディスキャナがある。そのような装置におい
て、極低温冷凍機は、超電導磁石の周りのシールドを冷
却するために用いられる。上記米国特許願の冷凍機はそ
のような磁界内では作動することができないが、本発明
の冷凍機は作動することができる。

発明の概要 本発明は、囲い体内に可変容積の第１室と第２室を画定
する可動押のけ器を備えた極低温冷凍機に関する。冷媒
流体は、押のけ器の移動によって第１室と第２室との間
で流路に沿って循環される。

押のけ器には、スライド即ちピストンが連結されており
、該スライドにはそれを往復動させるためのモータが連
結されている。前記第１室および第２室へ出入する高圧
および低圧流体の流れを制御するためのスプール弁体を
備えた弁が設けられている。前記モータは、押のけ器が
その移動行程の内終端の１つに達したとき前記弁体が第
１室と第２室への高圧流体の導入を逆にするように該弁
体を前記スライドの往復動と調時間係をなして往復動さ
せるように構成されている。スライドの一方の端面に寵
呈する第３の室が設けられ、該第３室内の圧力を高圧と
低圧の間の中間圧に維持するための手段が前記高圧流体
および低圧流体のためのシフφ管に＠Ａ１達して設けら
れている。

゛実施例の説明 第１図に示されるように、本発明の極低温冷凍機１０は
、作動段１２を有している。図には１つの作！ＩＩＩＪ
　段しか示されていないが、必要に応じて２つ以上の段
を設けることができる。使用するときは、各段は、真空
ハウジング（図示せず）内に配設する。各段は、ハウジ
ング１４を有しており、該ハウジング内には押のけ器１
６が設けられている。押のけ器１６は、その上側に暖温
画室１８を、そして下側に冷温画室２ｏを画定するよう
にハウジング１４の全長より短い長さとする。ここでは
、暖温および冷温という用語は、当業者には周知のよう
に相対的な意味÷用いられている。

押のけ器１６内には、マトリックスを包含した再生器２
２を設ける。連通口６ｏにより再生器−２２内のマトリ
ックスの上端を［ｉ１画画室８に連通させる。マトリッ
クスの下端は、半径方向の連通口２４により押のけ器１
６の下端の外周面とハウジング１４の内周面との間のク
リアランス空間２６に連通させる。かくして、再生器２
２内のマトリックスの下端は、連通口２４およびクリア
ランス２６を通して冷温画室２ｏと連通ずる。クリアラ
ンス２６は環状の熱交換器の役割を果す。

再生器２２のマトリックスは、無＃　！　ｆｉｌｌｉｉ
のような高い比熱を有する２５０メツシユ材の積爪体が
ら成るものであることが好ましい。このマトリックスは
、空隙率が低く、圧力降下が低い。マトリックスは、鉛
球、ナイロン、ガラスなどの他の材料であってもよい。

ハウジング１４の下端にヒートステーション２８を付設
する。ハウジング１４の上端はヘッダー３２に取イ」け
る。ヘッダー３２は、ノーウジング３４に着脱自在にボ
ルト止めされている。ハウジング３４は、電動同期モー
タ６６を収容するようになされ、一端を着脱自在のカバ
ー３７によって閉嵯された内孔４６を有している。

モータ３６は出力軸６８を有しており、出力軸３８に偏
心ピン５Ｂを有するローラ４２をピン止めする。ローラ
４２の外周には内孔４６の壁に接触する軸受４４を取付
ける。軸６８には、また、はずみ車４５を取付ける。

ピン４０は、リンク４８の上端によって支持させた環状
のころ軸受内へ嵌入きせる。リンク４８の下端にも同様
に環状のころ軸受を担持させ、スライド即ちピストン５
０の１湘に固定したピン４９をリンク４８の下端の軸受
内に嵌入きせる。

ピストン５０の下端は、押のけ器１６に取付ける。

ピストン５０の外周面一こはセラミック製のクリアラン
ス密封スリーブ型軸受５４を付設する。同様のスリーブ
型軸受５２をハウジング３４の内孔５１の周壁およびヘ
ッダー３２の中央開口の周壁に形成した溝内に嵌合させ
畝溝の上端肩部と下端肩部によって所定位置に保持する
。

カム５６を止めねじ等によりモータ軸３８に調節自在に
取付け、カム５６の外周にころ軸受５８を付設する。カ
ム５６の回転により、往復動自在の弁体６０を有する弁
の作動が制御されるようにカム５６を弁体６０の一端に
接触させる。弁体６０の他端側に設けた室内にコイルば
ね６２を配設し、コイルばねによって弁体６０を上方へ
付勢させ、弁体の上端を常時カム５６に圧接させる。

弁体の下端側の室は、□弁体６０に透設した中央通路６
４を通して内孔４６に連通ずるようにする。

弁体６０の外周面には、周溝６６を形成する。

溝６６は、通路７０を暖温画室１８に連通させる連通ロ
ア１と、高圧導入連通口６８とを連絡させるのに十分な
軸方向の長さを有している。連通口６Ｂには高圧導入管
７２を接続する。連通口６８．７１は、いずれも、弁体
６０を摺動自在に受容するクリアランス密封スリーブ型
軸受６１の側壁９こ透設しである。軸受６１の側壁には
、更に、連通ロア１より上方の部位で低圧連通ロアロを
透設し、該連通口に低圧管７４を接続する。カム５６が
第１図に示される位相から１８０°回転すると、弁体６
０が上方へ押し上げられ、溝６６が連通ロアロを連通ロ
ア１従って通路７０と連通させる。

嬉６図に示されるように、管７２．７４は圧縮機７Ｂに
接続する。高圧管７２と、内孔４６およびピストン１５
０の高きより上方の内孔５１の部分とは、升８０を介し
て連通させ、低圧管７４と、内孔４６．５１とは同様な
弁８２を介して連通させる。６弁８０．８２は、ハウジ
ング３４内に製動自在に受容された自蔵逆止弁である。

６弁のポール弁体９２．９４に作用するはね圧は、それ
ぞれねじ付部材８３．８５によって調節することができ
る。弁８０は、連通口８４を通して内孔５１と連通し、
弁８２は、連通口８６を通して内孔５１と連通ずる。こ
れらの逆止弁８０と８２とは、互いに反対向きに配置し
であるので、内孔５１．４６および＠６６内の圧力は、
常に、管７２内の圧力と管７４内の圧力との間の中間圧
である。リンク４８およびピン４″０に容易に触れるこ
とができるように、ハウジング３４の開口部９０にプラ
グ８Ｂを着脱自在に取付けである。

作動の説明 第１モード 押のけ器１６は、ピストン５０およびリンク４Ｂによっ
て上死点と下死点との間で往復動される。上述した本発
明の構造によれば、作動モードの如何に拘らず、ピスト
ン５０に作用する偏心力はほとんどあるいは全くない。

リンク４Ｂは、第２図に示される実線位置と仮想線位置
との間で移動する。第１図は、押のけ器１６が管７２か
らの高圧ガスによって下死点にまで下降されたところを
示す。このとき、スプール弁体６０は、カム５６によっ
て最下位置に保持される。

再生器２２の機能は、それを通って下方へ流れるガスを
冷却することと、それを通って上昇するガスを加熱する
ことである。ガスは、再生器を通つて流下する間に再生
器によって冷却されて圧力を低下せしめられるので、更
に多くのガスが系内へ流入し、それによって最大サイク
ル圧を維持する。冷温画室２０内でのガスの温度低下は
、ヒートステーション２８に連結される装置（図示せず
）によって必要とされる有用な冷却作用を提供する。

ガスは、再生器２２内を通って上昇する間に再生器のマ
トリックスによって周囲湿度近くにまで加熱され、それ
によってマトリックスを冷却する。

押のけ器１６が第１図に示される下死点から上昇ぜしめ
られる間、カム５６はサイクルの吸入部分を制御する。

即ち、カム５６が回転するにつれて弁体６０がばね６２
の圧力レこより上昇せしめられて連道口６８を閉鎖し、
押のけ器１６がその上死点【こ接近する時点では連通ロ
ア１と７６とを連通させる。サイクルの吐出部分のタイ
ミングは、カム５６の輪郭によって制御される。押のけ
器１６が上死点に近づくと、通路７０が連通ロア１を介
して連通ロアロと連通し、それによってサイクルの吐出
部分を開始する。

上述した第１モードにおいては、モータ３６は全電圧で
作動したものとし、小型であるから、僅かＩＩＬ８２８
　Ｋｇｆｍ程度のトルクを創出したものとする。サイク
ル速度は、モータ３６の速度、例えば２００　ＲＰＭに
相当する。

モータ３６に印加される′耐圧を、そのトルク出力が０
．５６〜１５４　Ｋｇｆ’ｍ程度のレベルになるように
減少すると、モータ３６は、押のけ器１６にその上死点
と下死点においてのみ作用する。内孔４６．５１内に存
在する中間圧は、管７２の高圧と、管７４の低圧との間
である。そのような中間圧は、ピストン５０を上死点か
ら下死点へ、そして下死点から上死点へ移動する際、ピ
ストン５０を下降させ、そして上昇させるのを助成する
。このサイクル速度は、モータ６６の速度を上回る。

モータ速度を調部することによって冷凍機１０の能力を
変えることができる。

第６モード−流体圧モード モータ５６へ印加される電圧を、そのトルク出力が０．
１８　Ｋｇｆｍ以下となるように更に減少させると、冷
凍機１０は流体モードで作動する。即ち、−このモード
では、上記低電圧がモータ５６に与えられている限りは
、流体圧がモータ３６を駆動し、押のけ器１６を往復動
させる。モータ５６は、ピストン５０を往復動させない
という点からみれば、不作動状態にある。上死点および
下死点においては、はずみ車４５がその慣性により押の
け器１６の移動方向を逆転させる働きをする。

各モードの比較 本発明の冷凍機１０のサイズは、従来の冷凍機のサイズ
のｉｔ、ｌｉか半分である。第１および第２モードにお
いては、ピストンに作用する偏心力は極めて僅かであり
、第６モードにおいては偏心力は皆無である。従って、
軸受５２の摩耗は大幅に減少さレル。第３モードにおい
ては、冷凍機１０は扁磁界の堀境下で作動させることが
できる。従って、冷凍機１０は、第１モードで始動させ
、磁界を発生させる前に冷凍機を第３モードに切換えれ
ばよい。第２モードは、冷凍機の能力（容鉦）を変更さ
せることができる利点を有する。いずれのモードの場合
にも、騒音および振動が少い。

第１図は本発嬰の冷凍機の垂直断面図、第２−は第１図
の＠２−２に沿ってみた断面図、第６図は第１図の線３
−３に沿ってみた断面図である。

１２：作動段 １４：ハウジング・ １６：押のけ器 １８：暖渇画室 ２０：冷温画室 ２２：再生器 ２８：ヒートステーション ３０二連通口 ３４：ハウジング ３６１＠動同期モータ ３８：出力軸− ４０：偏心ピン ４６．５１：内　孔 ４５：はずみ車 ４８：リンク ５０ニスライドまたはピストン ５２．５４ニスリーブ型軸受 ５６：カ　ム ロ０：弁　体 ６１ニスリーブ型軸受 ６２：コイルばね ６６：溝 ６８．７１．７６：連通口 アロ：通　路 ７２：晶圧管 ７４：低Ｈ−管 ７８：Ｈ−縮機 ８０．８２：弁 図面の浄書（内容に変更なし） 手続補正書（方式） 昭和５９年９月１３０ 特許庁長官　志　賀　学　殿 事件の表示　昭和５９年　特願第１０９７８１、発明の
名称　極低温冷凍機 補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　シーヴイーアイ・インコーポレイテッド代理人 〒１０３ 捕１１：命令通知の１１付　昭和５９年ｄ月？８日／゛ １ｉ旧１ヤ■ｔｉオ爬ｒ、；、、、、、３．）１’Ｓ　
’＋補正の対象 願書の出願人の胤− 明細書 委任状及びその訳文　各　１　通 園面　１通 補正の内容　別紙の通り

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ハウジング内に可動押のけ器により可変容積の第１
   画室と第２画室とを画定し、該押のけ器の移動によって
   冷媒流体を第１画室と第２画室との間で流路を通して循
   環させるようにした極低温冷凍機において、 Ｍｔ＋記押のけ器に連結されたピストンと、該ビス）ン
   を往復動させるために該ピストンに連結されたモータと
   、前記第１および第２ｉｉ！ｉＩ室への高圧冷媒流体お
   よび低圧冷媒流体の出入りを制御するための往後動自在
   の弁体を有する弁を設け、該モータは、前記押のけ器が
   その移動行程の一終端に達したとき該弁体が第１画室と
   第２画室とへの高圧冷媒流体の導入を逆転させるように
   該弁体を前記ピストンの往復動とＷ、１時間係をなしぞ
   往復動させるようになされており、前記ピストンの一方
   の端面に露呈する第’ｒ＠室を設け、該第５画室内の圧
   力を前記高圧と低圧の間の中間圧に維持するための中間
   圧維持手段を前記高圧冷媒流体および低圧冷媒流体に関
   連して設けたことを特徴とする極低゛瀉冷凍機。 ２）前記モータによって駆動されるカムと、該カムを囲
   続するようにしてカムに取付けられ、前記弁体に接触す
   るようになされたころ軸受と、該弁体を前記カムの方に
   向って押圧するばね手段が設けられている特許請求の範
   囲第１項記載の極低温冷′ａ機。 ５）前記モータの出力軸によって支持された偏心ビンに
   連結したリンクが設゛けられており、該リンクは、前記
   ピストンの一端に枢動自在に連結され、前記第３画室内
   に配設されている特許請求の範囲第１項記載の極低温冷
   凍機。 ４）前記高圧および低圧冷媒流体は、前記中間圧維持手
   段を構成する１対の互いに反対向きの逆止弁のそれぞれ
   １つを介して前記第３画室に連通ずるようになされてい
   る特許請求の範囲第１項記載の極低温冷凍機。 ５）ハウジング内に可動押のけ器により可変容積の第１
   画室と第２画室とを画定し、該押のけ器の移動によって
   冷媒流体を第１１ｉｉ室と第２画室との間で流路を通し
   て循環させるようにした極低温冷凍機において、 前記弁のけ器に連結されたピストンと、該ピストンを往
   復動させるために該ピストンに連結された電動同期モー
   タと、前記第１および第２画室への高圧および低圧冷媒
   流体の出入りを制御するための弁体を有する弁を設け、
   該モータは、前記弁のけ器がその移動行程の一終端に達
   したとき核弁体が第１画室と第２画室とへの高圧冷媒流
   体の導入を逆転させるように該弁体を前記ピストンの往
   復動と調時間係をなして往復動させるようになされてお
   り、前記ピストンの一方の端面に露呈する第６画室を含
   む手段であって、該冷凍機を、前記モータが前記ビス）
   ンを往復動させることができるような第１の作動モード
   と、該モータが該ピストンを往復動させることができな
   い第２の作動モードで作動させることを可能にするため
   の手段と、前記第３１ｉ！ｉ１室内の圧力を前記高圧と
   低圧の間の中間圧に維持するための弁手段を前記高圧冷
   媒流体および低圧冷媒流体に関連して設けたことを特徴
   とする極低温冷凍機。 ６）　前記モータによって駆動されるカムと、該カムを
   囲繞するようにしてカムに取付けられ１前記弁体に接触
   するよ６になされたころ軸受と、該弁体を前記カムの方
   に向って押圧するばね手段が設けられている特許請求の
   範囲第５項記載の極低温冷凍機。 ７）前記モータの出力軸によって支持された偏心ビンに
   連結したリンクが設けられており、該リンクは前記ピス
   トンの一端に枢動自在に連結され、前記第３両室内に配
   設されている特許請求の範囲第５項記載の極低温冷凍機
   。 ８）前記高圧および低圧冷媒流体は、前記弁手段を構成
   する１対の互いに反対向きの逆止弁のそれぞれ１つを介
   して前記第３画家に連通ずるようになされている特許請
   求の範囲第５項記載の極低温冷凍ｆＩ４゜ ９）該冷凍機を第１モードおよび第２モードで作動させ
   ることを可能にする前記手段は、前記モータに組合わさ
   れたはずみ車を含むものである特許請求の範囲第５項記
   載の極低温冷凍機。 １０）ハウジング内に可動押のけ器により可変容積の第
   １画室と第２ＷＪ室とをＩＩ！ｉ１定し、該押のけ器の
   移動によって冷媒流体を第１１ｉ！ｉＩ室と第２画室と
   の間で流路を通して循環させるようにした極低温冷凍機
   に才３いて、 前記弁のけ器に連結されたピストンと、該ピストンの一
   端面にＥ４呈する第３画室と、前記第１および第２画室
   への高圧および低圧冷媒流体の出入りを制御するための
   往復動自在の弁体を有する弁と、ｉｆ（配挿のけ器がそ
   の移動行程の一終端に達したとき該弁体が第１画室と第
   ２画室とへの高圧冷媒流体のめ人を逆転させるように該
   弁体を前記ピストンの往復動と調時間係をなして往復動
   させるための弁体駆動手段と、前記第３画室内の圧力を
   ｉ＋Ｉ記高圧と低圧の間の中間圧に維持するために前記
   り、圧および低圧冷媒流体に関連して設けられた中間圧
   維持手段と、前記ピストンの往復運動を開始させるため
   のものであって、該ピストンを駆動することができない
   非駆動位置へ調節自在の出力軸を有する同期モータと、
   該モータの出力軸が前記駆動位置へ１１１節されている
   とき該ピストンをその移動行程の死点を通り過ぎて移動
   させるための運動エネルギーを蓄積するための手段とが
   ら成る極低温冷凍機。 前記モータによって駆動されるカムと、該カムを囲繞す
   るようにしてカムに取付けられ、前記弁体に接触するよ
   うになされたころ軸受と、該弁体な前記カムの方に向っ
   て押圧するばね手段が設けられている特ｌｖ−請求の範
   囲第１０項記載の極低温冷凍機。 １２）前記モータの出力軸によって支持された偏心ビン
   に連結したリンクが設けられており、該リンクは、前記
   ピストンの一端に枢動自在に連結され、前記第３画室内
   に配設されている特許請求の範囲第１０項記載の極低温
   冷凍機。 １３）前記高圧および低圧冷媒流体は、前記中間圧維持
   手段を構成する１対の互いに反対向きの逆止弁のそれぞ
   れ１つを介して前記第３画室に連通ずるようになされて
   いる特許請求の範囲第１０項記載の極低温冷凍機。 １４）前記運動エネルギー蓄積手段は前記モータの軸に
   取付けられたはずみ車である特許請求の範囲第１０項記
   数の極低温冷凍機。