| 【発明の名称】 |
圧縮機、膨張機及び冷凍機 |
| 【発明者】 |
【氏名】田口 芳人
【氏名】内田 年雄
【氏名】生田 義貴
【氏名】金尾 憲一
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| 【要約】 |
【課題】コイルバネの折損が生じにくい冷凍機を提供する。
【解決手段】圧縮ピストン３４のシリンダ内での位置を制御するためのコイルバネ３８として、例えば、機械化学研磨によりその表面傷を除去したコイルバネ３８を用いて圧縮機を構成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧縮ピストンのシリンダ内での位置を制御するためにコイルバネが用いられた圧縮機において、前記コイルバネの表面粗度が０．８Ｓ以下であることを特徴とする圧縮機。
【請求項２】 前記コイルバネが、機械化学研磨によって表面粗度が調整されたものであることを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
【請求項３】 ディスプレーサのシリンダ内での位置を制御するためにコイルバネが用いられた膨張機において、前記コイルバネの表面粗度が０．８Ｓ以下であることを特徴とする膨張機。
【請求項４】 前記コイルバネが、機械化学研磨によって表面粗度が調整されたものであることを特徴とする請求項３記載の膨張機。
【請求項５】 請求項１または請求項２記載の圧縮機を備えることを特徴とする冷凍機。
【請求項６】 請求項３または請求項４記載の膨張機を備えることを特徴とする冷凍機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンのシリンダ内での位置を制御するためにコイルバネが用いられた圧縮機と膨張機、そのような圧縮機、膨張機が用いられた冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、冷凍機の中には、ピストンのシリンダ内での位置を制御するためにコイルバネが用いられた圧縮機や膨張機（コールドヘッド）が用いられたものが存在している。すなわち、圧縮ピストンがボイスコイルモータによって駆動される圧縮機では、当該圧縮ピストンのシリンダ内での位置を制御するためにコイルバネが用いられている。また、一種のピストンであるディスプレーサを備えるスターリング冷凍機の膨張機では、そのディスプレーサのシリンダ内での位置を制御するためにコイルバネが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような、コイルバネが用いられている冷凍機では、コイルバネの折損が、他の部分に障害が生ずる前に発生してしまうという問題があった。すなわち、従来の冷凍機は、コイルバネの寿命により、その寿命が定まる装置となっていた。
【０００４】そこで、本発明の課題は、より寿命が長い圧縮機と膨張機と冷凍機を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明では、圧縮ピストンのシリンダ内での位置を制御するためにコイルバネが用いられた圧縮機、ディスプレーサのシリンダ内での位置を制御するためにコイルバネが用いられた膨張機を、表面粗度が０．８Ｓ以下であるコイルバネを使用して構成する。
【０００６】すなわち、本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、コイルバネの折損（破断）は、冷凍機の運転（コイルバネの圧縮／伸長の繰り返し）により、コイルバネの表面に存在する傷が広がることによって生じており、その表面の傷を、表面粗度が０．８Ｓ以下となる程度まで除去することによって、コイルバネの寿命（コイルバネの折損が起こるまでの圧縮機／膨張機の運転時間）を延ばせることを見出した。
【０００７】なお、上記のような表面粗度のコイルバネは、どのような手順により製造されたものであっても良く、例えば、一般的な製造工程で製造されたコイルバネに、機械化学研磨を施すことによって得ることができる。
【０００８】そして、本発明の冷凍機は、上記構成の圧縮機、膨張機を備えたものであるので、従来よりも寿命がながい（コイルバネの折損が生じにくい）冷凍機として機能する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。
【００１０】本発明の一実施形態に係る冷凍機は、いわゆる、スプリット型スターリング冷凍機であり、圧縮機と膨張機の双方でピストンの保持にコイルバネが用いられた冷凍機となっている。以下、図１、図２を用いて、実施形態に係る冷凍機の構成を説明する。
【００１１】図１に示したように、実施形態の冷凍機を構成している膨張機（コールドヘッド）１１は、熱交換のための蓄冷材（金網など）を収納した円柱状のディスプレーサ２０、及び、ディスプレーサ２０がその内部を往復動するシリンダパイプ２１を備える。ディスプレーサ２０の一方の端には、外周に螺旋溝が形成された部分（以下、バネ座と表記する）が形成されている。
【００１２】また、膨張機１１は、コールドチップ２２とシリンダホルダ２３とホルダキャップ２４とコイルバネ２５とを備える。コールドチップ２２は、シリンダパイプ２１の一端を塞ぐことができる形状を有する部材であり、銀ろう付け等によりシリンダパイプ２１に固定される。シリンダホルダ２３は、熱伝導度の良い材料からなる部材であり、シリンダパイプ２１が銀ろう付け等により固定される柱状空洞６０と、膨張機１１内の空間をキャピラリチューブ１２を介して圧縮機内の空間に連絡するための空洞６１を有する。
【００１３】ホルダキャップ２４は、シール部材２７を挟んだ形でシリンダホルダ２３にボルト２８によって固定されることにより、膨張機１１内に、キャピラリチューブ１２を介してのみ外界（圧縮機の内部空間）と連絡される空間を形成する。また、ホルダキャップ２４は、シリンダホルダ２３に取り付けられる側の面に、その外周に螺旋溝が形成された円柱状の構造（以下、バネ座と表記する）を有する部材ともなっている。なお、当該バネ座は、ホルダキャップ２４がシリンダホルダ２３に取り付けられたときに、シリンダパイプ２１内のディスプレーサ２０のバネ座と同軸になるように形成されている。
【００１４】コイルバネ２５は、ディスプレーサ２０のシリンダパイプ２１内での位置を制御するためのバネであり、コイルバネ２５の両端は、それぞれ、ホルダキャップ２４のバネ座とディスプレーサ２０のバネ座に取り付けられている。
【００１５】このように、その基本的な構成は、一般的な、小型スターリング冷凍機の膨張機と同じものとなっているが、膨張機１１は、コイルバネ２５として、機械化学研磨（ＭＣＰ）により表面粗度が０．８Ｓ以下となるようにその表面性状の調整を行った（表面傷の除去を行った）ものが用いられている。
【００１６】また、図２に示したように、実施形態に係る冷凍機を構成している圧縮機１３は、左右対称な構造を有しており、センタ部３１、センタ部３１の各面に対して固定されたシリンダ部３２と耐圧ケーシング４０、耐圧ケーシング４０に対して固定されたハーメチックコネクタ４１を備える。
【００１７】センタ部３１は、圧縮機１３内に冷媒ガス（通常、ヘリウム）を導入するための、プラグ４５によってシールが行われるガス導入部５５、圧縮空間５２（シリンダ部３２と圧縮ピストン３４で画定される空間）をキャピラリチューブ１２を介して膨張機１１内の空間に繋げる空洞部５６等が設けられた部材である。
【００１８】ハーメチックコネクタ４１は、耐圧ケーシング４０とともに、シリンダ部３２等が収容される密閉空間を形成する部材である。ハーメチックコネクタ４１には、２つの電流導入端子４３が設けられている。また、ハーメチックコネクタ４１の内面（圧縮機内部側に向けられる面）には、その外周に螺旋溝が形成された円柱状のバネ座４２が取り付けられている。シリンダ部３２は、センタ部３１の空洞部５６に繋がる円柱状の空洞５８と、空洞５８と同心円状の溝５９とを有し、シリンダ部３２には、溝５９の外側内壁をなすように環状のマグネット３３が取り付けられている。
【００１９】また、圧縮機１３は、シリンダ部３２の円柱状空洞５８内に挿入された圧縮ピストン３４、環状溝５９に挿入された環状の可動コイル３６、圧縮ピストン３４とコイル３６とが固定された部材３５を備える。圧縮ピストン３４には、その外周に螺旋溝が形成された円柱状のバネ座３７が、バネ座４２と同軸となるように取り付けられている。さらに、圧縮機１３は、可動コイル３６と電流導入端子４３とをつなぐリード線３９、圧縮ピストン３４に固定されたバネ座３７とハーメチックコネクタ４１に固定されたバネ座４２とにその両端が取り付けられたコイルバネ３８を備える。
【００２０】そして、圧縮機１３は、このコイルバネ３８として、機械化学研磨（ＭＣＰ）により表面粗度が０．８Ｓ以下となるようにその表面性状の調整を行ったものが用いられたものとなっている。
【００２１】次に、実施形態に係る冷凍機に対して行った寿命試験の結果を簡単に説明しておく。上記した構成の冷凍機を１０台製造するとともに、比較のために、ＭＣＰを行わないコイルバネを用いた同構成の冷凍機を５台製造した。そして、両者を連続運転したところ、ＭＣＰを行わなかったコイルバネを用いた冷凍機は、５台とも、２００時間以内にコイルバネの折損が生じてしまった。これに対し、ＭＣＰを行ったコイルバネを用いた冷凍機は、１０台とも、９６００時間の連続運転を行ってもコイルバネの折損が生じなかった。
【００２２】このように、実施形態に係る冷凍機は、表面性状の調整を行ったコイルバネが用いられているが故に、コイルバネの折損が生じにくく、その結果として、寿命が長いものとなっている。
【００２３】なお、実施形態の冷凍機は、膨張機、圧縮機の双方にコイルバネが用いられたものであったが、本技術を、一方のみにコイルバネが用いられた冷凍機（例えば、パルスチューブ冷凍機）に適用しても良いことは当然である。また、コイルバネの表面性状の調整方法は、表面傷が除去できるものであればどのようなものであっても良いが、実施が容易であるので、上記のように機械化学研磨により表面性状の調整を行うことが好ましい。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、コイルバネの折損が生じにくい圧縮機、膨張機、冷凍機を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２１０７
【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月３日（１９９９．３．３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９８２３５
【弁理士】
【氏名又は名称】金井 英幸
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２５７９７２（Ｐ２０００−２５７９７２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２２日（２０００．９．２２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−５５２１８ |
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