冷凍機
【課題】冷凍効率を落とすことなく、作動ガス中の不純物を効率的に取り除くことができる冷凍機を提供する。
【解決手段】本発明は、作動ガスの圧縮及び膨張を利用して冷凍作用を生じさせる冷凍機１であって、作業ガスが充填されるケーシング５と、ケーシング５内に設けられ、作動ガスを圧縮する圧縮空間Ｎを内部に有するシリンダ７と、所定の軸線方向Ｌでシリンダ７内を移動するピストン８と、シリンダ７に固定され、ピストン８を軸線方向で移動自在に支持するピストン支持部材１０と、ケーシング５内で圧縮空間Ｎ以外の空間であるバッファ空間Ｍに配置され、作動ガス中の不純物を吸着する吸着材２０と、を備え、ピストン支持部材１０は、バッファ空間Ｍのうちピストン支持部材１０より外側の外側バッファＭ１とバッファ空間Ｍのうちピストン支持部材１０より内側の内側バッファＭ２とを連通する第１の連通孔１６を有する。
【解決手段】本発明は、作動ガスの圧縮及び膨張を利用して冷凍作用を生じさせる冷凍機１であって、作業ガスが充填されるケーシング５と、ケーシング５内に設けられ、作動ガスを圧縮する圧縮空間Ｎを内部に有するシリンダ７と、所定の軸線方向Ｌでシリンダ７内を移動するピストン８と、シリンダ７に固定され、ピストン８を軸線方向で移動自在に支持するピストン支持部材１０と、ケーシング５内で圧縮空間Ｎ以外の空間であるバッファ空間Ｍに配置され、作動ガス中の不純物を吸着する吸着材２０と、を備え、ピストン支持部材１０は、バッファ空間Ｍのうちピストン支持部材１０より外側の外側バッファＭ１とバッファ空間Ｍのうちピストン支持部材１０より内側の内側バッファＭ２とを連通する第１の連通孔１６を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動ガスの圧縮及び膨張を利用して冷凍作用を発生させる冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術文献として特開平９−１１９７２７公報が知られている。この公報には、作動ガスの圧縮及び膨張により冷凍作用を発生させる冷凍機であって、作動ガス中の不純物を吸着する吸着材を作動ガスのガス流路内に設けた冷凍機が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１１９７２７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来の冷凍機のようにガス流路内に吸着材を設けると、ガスの圧縮及び膨張の際に圧力損失が生じる原因となり、冷凍効率向上の妨げとなっていた。
【０００５】
そこで、本発明は、冷凍効率を落とすことなく、作動ガス中の不純物を効率的に取り除くことができる冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、作動ガスの圧縮及び膨張を利用して冷凍作用を発生させる冷凍機であって、作業ガスが充填されるケーシングと、ケーシング内に設けられ、作動ガスを圧縮する圧縮空間を内部に有するシリンダと、所定の軸線方向でシリンダ内を移動することで、圧縮空間内の作動ガスを圧縮するピストンと、シリンダに固定され、ピストンを軸線方向で移動自在に支持するピストン支持部材と、ケーシング内で圧縮空間以外の空間であるバッファ空間に配置され、作動ガス中の不純物を吸着する吸着材と、を備え、ピストン支持部材は、バッファ空間のうちピストン支持部材より外側の空間である外側バッファとバッファ空間のうちピストン支持部材より内側の空間である内側バッファとを連通する第１の連通孔を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る冷凍機によれば、有機溶剤やＦＲＰ、接着剤からのアウトガスなどの不純物が作動ガスに入り込むと冷凍作用により固着して冷凍機の性能劣化を招くことから、作動ガス中の不純物を吸着する吸着材を設けることで、作動ガスの純度の低下を抑制して製品の長寿命化を図ることができる。しかも、この冷凍機では、作動ガスの圧縮や膨張が行われる圧縮空間やガス流路ではなくバッファ空間に吸着材を設けることで、吸着材が圧力損失の原因となることが避けられるので、冷凍効率を落とすことなく作動ガス中の不純物を取り除くことができる。更に、この冷凍機では、ピストン支持部材に第１の連通孔が形成されているので、ピストンの移動により生じるバッファ空間内の作動ガスの流れはピストン支持部材に妨げられずに第１の連通孔を通じてスムーズに通り抜けることができる。この冷凍機によれば、ピストンの移動によりバッファ空間内で作動ガスのスムーズな流れが形成されることにより、バッファ空間内に配置された吸着材による不純物の吸着効率を著しく高めることができる。従って、この冷凍機によれば、冷凍効率を落とすことなく作動ガス中の不純物を効率的に取り除くことができる。
【０００８】
本発明に係る冷凍機においては、吸着材は、第１の連通孔に設けられていることが好ましい。
本発明に係る冷凍機によれば、第１の連通孔を通り抜ける作動ガス中の不純物を高い確率で吸着できるので、吸着材による吸着効率を大きく向上させることができる。
【０００９】
本発明に係る冷凍機においては、吸着材は、ケーシングに固定されていることが好ましい。
本発明に係る冷凍機によれば、吸着材がケーシングに固定されているので、他の部材に吸着材を固定する場合と比べて高い耐久性を得ることができる。
【００１０】
本発明に係る冷凍機においては、ケーシングは、シリンダが収納される本体部と本体部に対して脱着可能なキャップ部とを有し、吸着材は、キャップ部に固定されていることが好ましい。
本発明に係る冷凍機によれば、吸着材が脱着可能なキャップ部に固定されているので、吸着材の取り付け作業を容易にすることができ、製品の組み立て作業やメンテナンス作業の作業効率を向上させることができる。
【００１１】
本発明に係る冷凍機においては、第１の連通孔は、ピストン支持部材のうち軸線方向に沿って延在する側面部に形成されていることが好ましい。
本発明に係る冷凍機によれば、ピストンの軸受け等を備える他の部位と比べて側面部では第１の連通孔を大きく形成できるので、側面部に第１の連通孔を大きく形成することでバッファ空間における作動ガスの流れを更にスムーズにすることができる。
【００１２】
本発明に係る冷凍機においては、ピストン駆動用のコイル又はマグネットが取り付けられ、ピストンと一体に駆動するピストン駆動部材を更に備え、ピストン駆動部材は、内側バッファのうちピストン駆動部材より内側の空間である第１の内側バッファと内側バッファのうちピストン駆動部材より外側の空間である第２の内側バッファとを連通する第２の連通孔を有していることが好ましい。
本発明に係る冷凍機によれば、ピストン駆動部材に第２の連通孔が形成されているので、ピストン移動時に生じるバッファ空間内の作動ガスの流れはピストン駆動部材に妨げられずに第２の連通孔を通じてスムーズに通り抜けることができる。このことは、バッファ空間内の作動ガスのスムーズな流れを実現するので、吸着材による吸着効率の向上に有利である。
【００１３】
本発明に係る冷凍機においては、第１の連通孔及び第２の連通孔は、軸線方向で圧縮空間から離れるほど軸線方向に直交する方向でピストンの移動軸線から離れた位置に設けられていることが好ましい。
本発明に係る冷凍機によれば、ピストンの移動により生じた作動ガスの流れが直線状に近い流れで第１の連通孔及び第２の連通孔を通り抜けることができるので、バッファ空間内の作動ガスのスムーズな流れを実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、冷凍機の冷凍効率を落とすことなく、作動ガス中の不純物を効率的に取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態に係る冷凍機を示す端面図である。
【図２】図１のガス圧縮機を示す拡大端面図である。
【図３】図１のピストン支持部材を示す斜視図である。
【図４】第２の実施形態に係る冷凍機のガス圧縮機を示す拡大端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１に示されるように、第１の実施形態に係る冷凍機１は、いわゆるスターリングサイクルを利用したスターリング冷凍機である。冷凍機１は、ガス圧縮機２と、コールドヘッド３と、ガス圧縮機２及びコールドヘッド３を接続するキャピラリチューブ４と、を備えている。
【００１８】
ガス圧縮機２は、円筒状の本体部５Ａ及び一対のキャップ部５Ｂからなるケーシング５を有している。ケーシング５内には、ヘリウムガス等の作動ガスが充填されている。円筒状の本体部５Ａは軸線方向Ｌに沿って延在しており、一対のキャップ部５Ｂは軸線方向Ｌで本体部５Ａの両端に取り付けられている。
【００１９】
キャップ部５Ｂは、フランジ部６のボルト止めにより本体部５Ａに取り付けられている。フランジ部６は、本体側フランジ６Ａ及びキャップ側フランジ６Ｂから構成され、ケーシング５内の気密性を保つように設計されている。キャップ部５Ｂは、フランジ部６の固定を解除することで本体部５Ａに対して脱着可能に構成されている。
【００２０】
本体部５Ａ内には、円筒状の内周面７ａを有するシリンダ７が収容されている。このシリンダ７は、中央の連結部７ｂにおいてキャピラリチューブ４と連結されている。シリンダ７の内部には、軸線方向Ｌで対向するように一対のピストン８が入り込んでいる。
【００２１】
シリンダ７は、作動ガスを圧縮するための圧縮空間Ｎを内部に有している。圧縮空間Ｎは、シリンダ７の内周面７ａとピストン８のピストン面８ａとによって形成されるシリンダ７内の空間である。なお、内周面７ａには連結部７ｂの内面も含まれる。圧縮空間Ｎは、キャピラリチューブ４を通じてコールドヘッド３の内部と連通している。ケーシング５内の空間のうち圧縮空間Ｎ以外の空間をバッファ空間Ｍと呼ぶ。
【００２２】
一対のピストン８は、シリンダ７内で互いのピストン面８ａが近づくように移動することで圧縮空間Ｎを縮小させ、圧縮空間Ｎ内の作動ガスを圧縮する。また、一対のピストン８は、互いのピストン面８ａが離れるように移動することで圧縮空間Ｎを拡張させ、圧縮空間Ｎ内の作動ガスを膨張させる。軸線方向Ｌは、ピストン８の移動軸線の延在方向に相当する。ピストン８の移動により作動ガスが圧縮及び膨張すると、キャピラリチューブ４を通じて圧力の変動がコールドヘッド３内に伝達される。シリンダ７内では、圧縮時において圧縮空間Ｎ内の作動ガスの一部はバッファ空間Ｍに漏出し、膨張時においてバッファ空間Ｍ内の作動ガスの一部が圧縮空間Ｎ内に入り込む作動ガスの循環が生じている。
【００２３】
ガス圧縮機２は、圧縮空間Ｎを中心に軸線方向Ｌで対称な構成を有している。以下、ガス圧縮機２のうち図１の紙面右側の部位（図２に示す部位）について説明を行い、紙面左側の部位についての説明は省略する。
【００２４】
図１及び図２に示すように、ピストン８は、ピストン頭部８ｂとピストンロッド８ｃとから構成されている。ピストン頭部８ｂは、圧縮空間Ｎを形成するピストン面８ａとシリンダ７の内周面７ａに対向する外周面８ｄとを有している。ピストンロッド８ｃは、ピストン頭部８ｂから圧縮空間Ｎの反対側に向かって突出するロッドである。ピストンロッド８ｃは軸線方向Ｌに延在している。
【００２５】
ピストンロッド８ｃは、二つのピストン支持部材９，１０によって支持されている。二つのピストン支持部材９，１０は、リニアベアリングやすべり軸受け等の軸受け機構を備えており、ピストンロッド８ｃを軸線方向Ｌで移動可能に支持する。
【００２６】
第１のピストン支持部材９は、ピストンロッド８ｃのうちピストン頭部８ｂ側を支持する部材である。第１のピストン支持部材９は、ピストン８が入り込むシリンダ７の開口付近に設けられている。第１のピストン支持部材９は、ピストンロッド８ｃを周方向で囲うように設けられている。
【００２７】
第２のピストン支持部材１０は、ピストンロッド８ｃの先端側（ピストン頭部８ｂとは反対の側）を支持する部材である。図３に、第２のピストン支持部材１０の斜視図を示す。図２及び図３に示されるように、ピストン支持部材１０は、シリンダ７に固定された側面部１０ａと、ピストンロッド８ｃの先端側を支持する先端支持部１０ｂと、から構成されている。側面部１０ａは、ピストンロッド８ｃに沿って軸線方向Ｌに延在する略円筒形状の部位である。先端支持部１０ｂは、側面部１０ａより小径の略円筒形状の部位であり、ピストンロッド８ｃを軸線方向Ｌで移動可能に支持する軸受け機構を備えている。
【００２８】
図１及び図２に示されるように、軸線方向Ｌで第１のピストン支持部材９と第２のピストン支持部材１０との間には、ピストン駆動用の電磁コイル１１を支持するピストン駆動部材１２が配置されている。ピストン駆動部材１２は、ピストンロッド８ｃに固定された円盤状の固定部１２ａと、固定部１２ａのシリンダ７側から軸線方向Ｌに沿って延在する円筒状のコイル支持部１２ｂと、から構成されている。電磁コイル１１は、円筒状のコイル支持部１２ｂの先端に巻回されている。
【００２９】
コイル支持部１２ｂの先端側は、シリンダ７のケーシング５側に設けられたギャップＧの内側に入り込んでいる。このギャップＧを構成するシリンダ７の壁には、電磁コイル１１と対向する環状のマグネット１３が配置されている。マグネット１３は、シリンダ７の径方向（軸線方向Ｌと直交する方向）で電磁コイル１１と対向するように配置されている。
【００３０】
ピストン駆動部材１２は、電磁コイル１１及びマグネット１３の協働によりシリンダ７に対して軸線方向Ｌに駆動される。ピストン駆動部材１２の駆動により軸線方向Ｌでピストン８の往復動が行われる。なお、ピストン駆動部材１２は、ピストン駆動部材１２と第２のピストン支持部材１０との間に設けられたコイルバネ１４，１５によってシリンダ７側へ付勢されている。ピストン８の往復動には、コイルバネ１４，１５の弾性力も利用される。
【００３１】
次に、バッファ空間Ｍにおいて作動ガスの流路を形成する連通孔１６〜１８について説明する。軸線方向Ｌでケーシング５の外側から内側に向かって第２のピストン支持部材１０、ピストン駆動部材１２、第１のピストン支持部材９の順に説明を行う。
【００３２】
図２及び図３に示されるように、第２のピストン支持部材１０の側面部１０ａには、第１の連通孔１６が形成されている。第１の連通孔１６は、バッファ空間Ｍのうち第２のピストン支持部材１０より外側の空間である外側バッファＭ１とバッファ空間Ｍのうち第２のピストン支持部材１０より内側の空間である内側バッファＭ２とを連通する孔である。第１の連通孔１６は、側面部１０ａを軸線方向Ｌと直交する方向に貫通して形成されている。第１の連通孔１６は、側面部１０ａの周方向に複数形成されている。
【００３３】
また、第１の連通孔１６内には、作動ガス中の不純物を吸着する吸着材２０が設けられている。吸着材２０には、吸着する不純物の内容や冷凍機の使用環境に応じて様々なものが選択される。例えば、吸着材２０としてジルコニウム合金を利用することができる。吸着材２０は、通気性を有しており、第１の連通孔１６を塞ぐように嵌め込まれているものの作動ガスを通過させることができる。なお、吸着材２０は、必ずしも第１の連通孔１６を塞ぐように配置する必要はなく、所望の隙間を形成するように配置しても良い。
【００３４】
図２に示されるように、ピストン駆動部材１２の固定部１２ａには、第２の連通孔１７が形成されている。第２の連通孔１７は、内側バッファＭ２のうちピストン駆動部材１２より外側の空間である第１の内側バッファＭ３と内側バッファＭ２のうちピストン駆動部材１２より内側の空間である第２の内側バッファＭ４とを連通する孔である。第２の連通孔１７は、固定部１２ａを軸線方向Ｌに貫通して形成されている。第２の連通孔１７は、ピストンロッド８ｃを囲むように複数形成されている。
【００３５】
また、第１のピストン支持部材９には、第３の連通孔１８が形成されている。第３の連通孔１８は、第２の内側バッファＭ４のうち第１のピストン支持部材９より外側の空間である第３の内側バッファＭ５と第２の内側バッファＭ４のうち第１のピストン支持部材９より内側の空間である第４の内側バッファＭ６とを連通する孔である。第３の連通孔１８は、第１のピストン支持部材９を軸線方向Ｌから傾いた斜め方向に貫通して形成されている。第３の連通孔１８は、ピストンロッド８ｃを囲むように複数形成されている。
【００３６】
第１の連通孔１６、第２の連通孔１７、及び第３の連通孔１８は、バッファ空間Ｍ内における作動ガスのスムーズな流れを実現できるように配置されている。具体的には、連通孔１６〜１８は、軸線方向Ｌで圧縮空間Ｎから離れるほど軸線方向Ｌに直交する方向で当該軸線（ピストン８の移動軸線）から離れた位置に設けられている。連通孔１６〜１８は、圧縮空間Ｎからケーシング５の隅部（キャップ部５Ｂの隅部）に向かって直線状に近いガス流路を形成するように設けられている。
【００３７】
図１に示すように、コールドヘッド３は、ケーシング２１、シリンダ２２、ディスプレーサ２３、支持ロッド２４、及びコイルバネ２５を備えている。ケーシング２１には、キャピラリチューブ４が連結されている。ガス圧縮機２で作動ガスの圧縮が行われると、キャピラリチューブ４を通じてケーシング２１内に作動ガスの圧力変動が伝播する。
【００３８】
このケーシング２１には、先端に膨張空間Ｅを有するシリンダ２２が固定されている。シリンダ２２の内部はケーシング２１の内部と連通している。シリンダ２２の内には、円筒状のディスプレーサ２３が挿入されている。
【００３９】
ディスプレーサ２３は、シリンダ２２の延在方向に延びる支持ロッド２４によって支持されている。支持ロッド２４は、図示しない軸受け機構によってシリンダ２２の延在方向で移動可能に配置されている。この支持ロッド２４にはコイルバネ２５が巻回されており、コイルバネ２５の一端は支持ロッド２４に固定され、他端はケーシング２１に固定されている。コイルバネ２５は、作動ガスの流れによりディスプレーサ２３が移動した場合、ディスプレーサ２３を初期位置に戻すように機能する。
【００４０】
ディスプレーサ２３内には、ケーシング２１の内部からシリンダ２２の先端の膨張空間Ｅへ至るガス流路が形成されている。ディスプレーサ２３のガス流路内には、銅金網や鉛球等から構成される蓄冷材２６が充填されている。
【００４１】
以上説明した冷凍機１では、ガス圧縮機２において圧縮空間Ｎの作動ガスが圧縮されると、キャピラリチューブ４を通じてコールドヘッド３内へと圧力が伝播する。コールドヘッド３内では、作動ガスの一部が蓄冷材２６によって冷却されながら膨張空間Ｅへと押し込まれる。その後、ガス圧縮機２において圧縮空間Ｎの拡張が始まると、コールドヘッド３内の作動ガスの圧力が低下し、膨張空間Ｅ内の作動ガスが断熱膨張することで冷凍作用が発生する。
【００４２】
この冷凍機１によれば、有機溶剤やＦＲＰ、接着剤からのアウトガスなどの不純物（例えば、一酸化炭素や二酸化炭素、有機成分、空気、水）が作動ガスに入り込むと冷凍作用により固着して冷凍機１の性能劣化を招くことから、不純物を吸着する吸着材２０を設けることで、作動ガスの純度の低下を抑制して製品の長寿命化を図ることができる。しかも、この冷凍機１では、作動ガスの圧縮や膨張が行われる圧縮空間Ｎやガス流路ではなくバッファ空間Ｍに吸着材２０を設けることで、吸着材２０が圧力損失の原因となることが避けられるので、冷凍効率を落とすことなく作動ガス中の不純物を取り除くことができる。
【００４３】
更に、この冷凍機１では、第２のピストン支持部材１０に第１の連通孔１６が形成されているので、ピストン８の移動により生じるバッファ空間Ｍ内の作動ガスの流れは第２のピストン支持部材１０に妨げられずに第１の連通孔１６を通じてスムーズに通り抜けることができる。このため、この冷凍機１によれば、ピストン８の移動によりバッファ空間Ｍ内で作動ガスのスムーズな流れが形成されることで、バッファ空間Ｍ内に配置された吸着材２０による不純物の吸着効率を著しく高めることができる。従って、この冷凍機１によれば、冷凍効率を落とすことなく作動ガス中の不純物を効率的に取り除くことができる。
【００４４】
また、この冷凍機１によれば、第２のピストン支持部材１０が作動ガスの流れの妨げとならず、ピストン８の移動時に作動ガスにより生じる抵抗を低減できるので、冷凍機１におけるピストン駆動効率の向上すなわち冷凍効率の向上を図ることができる。
【００４５】
また、この冷凍機１によれば、第１の連通孔１６に吸着材２０を設けることで、第１の連通孔１６を通り抜ける作動ガス中の不純物を高い確率で吸着できるので、吸着材２０による吸着効率を大きく向上させることができる。
【００４６】
また、この冷凍機１では、ピストン８を支持する軸受け等が配置される先端支持部１０ｂと比べて側面部１０ａでは第１の連通孔１６を大きく形成できることから、側面部１０ａに第１の連通孔１６を大きく形成することで、バッファ空間Ｍにおける作動ガスの流れを更にスムーズにすることができる。
【００４７】
また、この冷凍機１によれば、ピストン駆動部材１２に第２の連通孔１７が形成されているので、ピストン８の移動時に生じるバッファ空間内の作動ガスの流れはピストン駆動部材１２に妨げられずに第２の連通孔１７を通じてスムーズに通り抜けることができる。このことは、バッファ空間Ｍ内の作動ガスのスムーズな流れを実現するので、吸着材２０による吸着効率の向上に有利である。同様に、この冷凍機１によれば、第１のピストン支持部材９に第３の連通孔１８が形成されているので、バッファ空間Ｍ内の作動ガスのスムーズな流れを実現することができ、更なる吸着効率の向上を図ることができる。
【００４８】
更に、この冷凍機１によれば、連通孔１６〜１８が軸線方向Ｌで圧縮空間Ｎから離れるほど軸線方向Ｌに直交する方向でピストン８の移動軸線から離れた位置に設けられているので、ピストン８の移動により生じた作動ガスの流れが直線状に近い流れで連通孔１６〜１８を通り抜けることができ、バッファ空間Ｍ内の作動ガスのスムーズな流れを実現することができる。
【００４９】
［第２の実施形態］
図４に示されるように、第２の実施形態に係る冷凍機３０は、第１の実施形態に係る冷凍機１と比べて、ガス圧縮機３１における吸着材３２の配置のみが異なる。
【００５０】
具体的には、第２の実施形態に係るガス圧縮機３１では、吸着材３２が外側バッファＭ１内に配置されており、ケーシング５のキャップ部５Ｂの内側に固定されている。この吸着材３２の固定方法は特に限定されない。吸着材３２は、キャップ部５Ｂの内側に嵌め合わされて固定されても良く、またボルト等を利用して固定されても良い。
【００５１】
吸着材３２は、キャップ部５Ｂの内壁に沿ったリング形状をなしている。図４には、リング形状の吸着材３２の端面を示す。吸着材３２は、軸線方向Ｌにおけるガス圧縮機３１の両端に配置されている。
【００５２】
以上説明した第２の実施形態に係る冷凍機３０によれば、第１の実施形態に係る冷凍機１とほぼ同様の効果を得ることができる。しかも、この冷凍機３０では、吸着材３２がケーシング５に固定されているので、他の部材に吸着材を固定する場合と比べて高い耐久性を得ることができる。また、この冷凍機３０では、吸着材３２が本体部５Ａから脱着可能なキャップ部５Ｂに固定されているので、吸着材３２の取り付け作業を容易にすることができ、製品の組み立て作業やメンテナンス作業の作業効率を向上させることができる。
【００５３】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００５４】
例えば、吸着材２０，３２の位置は、上述したものに限られずバッファ空間Ｍ内であれば良い。また、吸着材２０，３２の形状も上述したものに限られず、例えば第２の実施形態ではリング形状に代えて平板形状の吸着材を採用しても良い。
【００５５】
また、特許請求の範囲に記載のピストン支持部材には、第２のピストン支持部材１０だけではなく、第１のピストン支持部材９も含まれる。すなわち、第３の連通孔１８も特許請求の範囲に記載の第１の連通孔に相当する。また、各部材の形状や配置も上述したものに限られず、連通孔１６〜１８の位置や大きさも上述したものに限られない。
【符号の説明】
【００５６】
１，３０…冷凍機 ２，３１…ガス圧縮機 ３…コールドヘッド ４…キャピラリチューブ ５…ケーシング ５Ａ…本体部 ５Ｂ…キャップ部 ６…フランジ部 ７…シリンダ ７ａ…内周面 ７ｂ…連結部 ８…ピストン ８ａ…ピストン面 ８ｂ…ピストン頭部 ８ｃ…ピストンロッド ９…第１のピストン支持部材 １０…第２のピストン支持部材 １０ａ…側面部 １０ｂ…先端支持部 １１…電磁コイル １２…ピストン駆動部材 １２ａ…固定部 １２ｂ…コイル支持部 １３…マグネット １６…第１の連通孔 １７…第２の連通孔 １８…第３の連通孔 ２０，３２…吸着材 Ｅ…膨張空間 Ｇ…ギャップ Ｌ…軸線方向 Ｍ…バッファ空間 Ｍ１…外側バッファ Ｍ２…内側バッファ Ｍ３…第１の内側バッファ Ｍ４…第２の内側バッファ Ｍ５…第３の内側バッファ Ｍ６…第４の内側バッファ Ｎ…圧縮空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動ガスの圧縮及び膨張を利用して冷凍作用を発生させる冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術文献として特開平９−１１９７２７公報が知られている。この公報には、作動ガスの圧縮及び膨張により冷凍作用を発生させる冷凍機であって、作動ガス中の不純物を吸着する吸着材を作動ガスのガス流路内に設けた冷凍機が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１１９７２７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来の冷凍機のようにガス流路内に吸着材を設けると、ガスの圧縮及び膨張の際に圧力損失が生じる原因となり、冷凍効率向上の妨げとなっていた。
【０００５】
そこで、本発明は、冷凍効率を落とすことなく、作動ガス中の不純物を効率的に取り除くことができる冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、作動ガスの圧縮及び膨張を利用して冷凍作用を発生させる冷凍機であって、作業ガスが充填されるケーシングと、ケーシング内に設けられ、作動ガスを圧縮する圧縮空間を内部に有するシリンダと、所定の軸線方向でシリンダ内を移動することで、圧縮空間内の作動ガスを圧縮するピストンと、シリンダに固定され、ピストンを軸線方向で移動自在に支持するピストン支持部材と、ケーシング内で圧縮空間以外の空間であるバッファ空間に配置され、作動ガス中の不純物を吸着する吸着材と、を備え、ピストン支持部材は、バッファ空間のうちピストン支持部材より外側の空間である外側バッファとバッファ空間のうちピストン支持部材より内側の空間である内側バッファとを連通する第１の連通孔を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る冷凍機によれば、有機溶剤やＦＲＰ、接着剤からのアウトガスなどの不純物が作動ガスに入り込むと冷凍作用により固着して冷凍機の性能劣化を招くことから、作動ガス中の不純物を吸着する吸着材を設けることで、作動ガスの純度の低下を抑制して製品の長寿命化を図ることができる。しかも、この冷凍機では、作動ガスの圧縮や膨張が行われる圧縮空間やガス流路ではなくバッファ空間に吸着材を設けることで、吸着材が圧力損失の原因となることが避けられるので、冷凍効率を落とすことなく作動ガス中の不純物を取り除くことができる。更に、この冷凍機では、ピストン支持部材に第１の連通孔が形成されているので、ピストンの移動により生じるバッファ空間内の作動ガスの流れはピストン支持部材に妨げられずに第１の連通孔を通じてスムーズに通り抜けることができる。この冷凍機によれば、ピストンの移動によりバッファ空間内で作動ガスのスムーズな流れが形成されることにより、バッファ空間内に配置された吸着材による不純物の吸着効率を著しく高めることができる。従って、この冷凍機によれば、冷凍効率を落とすことなく作動ガス中の不純物を効率的に取り除くことができる。
【０００８】
本発明に係る冷凍機においては、吸着材は、第１の連通孔に設けられていることが好ましい。
本発明に係る冷凍機によれば、第１の連通孔を通り抜ける作動ガス中の不純物を高い確率で吸着できるので、吸着材による吸着効率を大きく向上させることができる。
【０００９】
本発明に係る冷凍機においては、吸着材は、ケーシングに固定されていることが好ましい。
本発明に係る冷凍機によれば、吸着材がケーシングに固定されているので、他の部材に吸着材を固定する場合と比べて高い耐久性を得ることができる。
【００１０】
本発明に係る冷凍機においては、ケーシングは、シリンダが収納される本体部と本体部に対して脱着可能なキャップ部とを有し、吸着材は、キャップ部に固定されていることが好ましい。
本発明に係る冷凍機によれば、吸着材が脱着可能なキャップ部に固定されているので、吸着材の取り付け作業を容易にすることができ、製品の組み立て作業やメンテナンス作業の作業効率を向上させることができる。
【００１１】
本発明に係る冷凍機においては、第１の連通孔は、ピストン支持部材のうち軸線方向に沿って延在する側面部に形成されていることが好ましい。
本発明に係る冷凍機によれば、ピストンの軸受け等を備える他の部位と比べて側面部では第１の連通孔を大きく形成できるので、側面部に第１の連通孔を大きく形成することでバッファ空間における作動ガスの流れを更にスムーズにすることができる。
【００１２】
本発明に係る冷凍機においては、ピストン駆動用のコイル又はマグネットが取り付けられ、ピストンと一体に駆動するピストン駆動部材を更に備え、ピストン駆動部材は、内側バッファのうちピストン駆動部材より内側の空間である第１の内側バッファと内側バッファのうちピストン駆動部材より外側の空間である第２の内側バッファとを連通する第２の連通孔を有していることが好ましい。
本発明に係る冷凍機によれば、ピストン駆動部材に第２の連通孔が形成されているので、ピストン移動時に生じるバッファ空間内の作動ガスの流れはピストン駆動部材に妨げられずに第２の連通孔を通じてスムーズに通り抜けることができる。このことは、バッファ空間内の作動ガスのスムーズな流れを実現するので、吸着材による吸着効率の向上に有利である。
【００１３】
本発明に係る冷凍機においては、第１の連通孔及び第２の連通孔は、軸線方向で圧縮空間から離れるほど軸線方向に直交する方向でピストンの移動軸線から離れた位置に設けられていることが好ましい。
本発明に係る冷凍機によれば、ピストンの移動により生じた作動ガスの流れが直線状に近い流れで第１の連通孔及び第２の連通孔を通り抜けることができるので、バッファ空間内の作動ガスのスムーズな流れを実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、冷凍機の冷凍効率を落とすことなく、作動ガス中の不純物を効率的に取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態に係る冷凍機を示す端面図である。
【図２】図１のガス圧縮機を示す拡大端面図である。
【図３】図１のピストン支持部材を示す斜視図である。
【図４】第２の実施形態に係る冷凍機のガス圧縮機を示す拡大端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１に示されるように、第１の実施形態に係る冷凍機１は、いわゆるスターリングサイクルを利用したスターリング冷凍機である。冷凍機１は、ガス圧縮機２と、コールドヘッド３と、ガス圧縮機２及びコールドヘッド３を接続するキャピラリチューブ４と、を備えている。
【００１８】
ガス圧縮機２は、円筒状の本体部５Ａ及び一対のキャップ部５Ｂからなるケーシング５を有している。ケーシング５内には、ヘリウムガス等の作動ガスが充填されている。円筒状の本体部５Ａは軸線方向Ｌに沿って延在しており、一対のキャップ部５Ｂは軸線方向Ｌで本体部５Ａの両端に取り付けられている。
【００１９】
キャップ部５Ｂは、フランジ部６のボルト止めにより本体部５Ａに取り付けられている。フランジ部６は、本体側フランジ６Ａ及びキャップ側フランジ６Ｂから構成され、ケーシング５内の気密性を保つように設計されている。キャップ部５Ｂは、フランジ部６の固定を解除することで本体部５Ａに対して脱着可能に構成されている。
【００２０】
本体部５Ａ内には、円筒状の内周面７ａを有するシリンダ７が収容されている。このシリンダ７は、中央の連結部７ｂにおいてキャピラリチューブ４と連結されている。シリンダ７の内部には、軸線方向Ｌで対向するように一対のピストン８が入り込んでいる。
【００２１】
シリンダ７は、作動ガスを圧縮するための圧縮空間Ｎを内部に有している。圧縮空間Ｎは、シリンダ７の内周面７ａとピストン８のピストン面８ａとによって形成されるシリンダ７内の空間である。なお、内周面７ａには連結部７ｂの内面も含まれる。圧縮空間Ｎは、キャピラリチューブ４を通じてコールドヘッド３の内部と連通している。ケーシング５内の空間のうち圧縮空間Ｎ以外の空間をバッファ空間Ｍと呼ぶ。
【００２２】
一対のピストン８は、シリンダ７内で互いのピストン面８ａが近づくように移動することで圧縮空間Ｎを縮小させ、圧縮空間Ｎ内の作動ガスを圧縮する。また、一対のピストン８は、互いのピストン面８ａが離れるように移動することで圧縮空間Ｎを拡張させ、圧縮空間Ｎ内の作動ガスを膨張させる。軸線方向Ｌは、ピストン８の移動軸線の延在方向に相当する。ピストン８の移動により作動ガスが圧縮及び膨張すると、キャピラリチューブ４を通じて圧力の変動がコールドヘッド３内に伝達される。シリンダ７内では、圧縮時において圧縮空間Ｎ内の作動ガスの一部はバッファ空間Ｍに漏出し、膨張時においてバッファ空間Ｍ内の作動ガスの一部が圧縮空間Ｎ内に入り込む作動ガスの循環が生じている。
【００２３】
ガス圧縮機２は、圧縮空間Ｎを中心に軸線方向Ｌで対称な構成を有している。以下、ガス圧縮機２のうち図１の紙面右側の部位（図２に示す部位）について説明を行い、紙面左側の部位についての説明は省略する。
【００２４】
図１及び図２に示すように、ピストン８は、ピストン頭部８ｂとピストンロッド８ｃとから構成されている。ピストン頭部８ｂは、圧縮空間Ｎを形成するピストン面８ａとシリンダ７の内周面７ａに対向する外周面８ｄとを有している。ピストンロッド８ｃは、ピストン頭部８ｂから圧縮空間Ｎの反対側に向かって突出するロッドである。ピストンロッド８ｃは軸線方向Ｌに延在している。
【００２５】
ピストンロッド８ｃは、二つのピストン支持部材９，１０によって支持されている。二つのピストン支持部材９，１０は、リニアベアリングやすべり軸受け等の軸受け機構を備えており、ピストンロッド８ｃを軸線方向Ｌで移動可能に支持する。
【００２６】
第１のピストン支持部材９は、ピストンロッド８ｃのうちピストン頭部８ｂ側を支持する部材である。第１のピストン支持部材９は、ピストン８が入り込むシリンダ７の開口付近に設けられている。第１のピストン支持部材９は、ピストンロッド８ｃを周方向で囲うように設けられている。
【００２７】
第２のピストン支持部材１０は、ピストンロッド８ｃの先端側（ピストン頭部８ｂとは反対の側）を支持する部材である。図３に、第２のピストン支持部材１０の斜視図を示す。図２及び図３に示されるように、ピストン支持部材１０は、シリンダ７に固定された側面部１０ａと、ピストンロッド８ｃの先端側を支持する先端支持部１０ｂと、から構成されている。側面部１０ａは、ピストンロッド８ｃに沿って軸線方向Ｌに延在する略円筒形状の部位である。先端支持部１０ｂは、側面部１０ａより小径の略円筒形状の部位であり、ピストンロッド８ｃを軸線方向Ｌで移動可能に支持する軸受け機構を備えている。
【００２８】
図１及び図２に示されるように、軸線方向Ｌで第１のピストン支持部材９と第２のピストン支持部材１０との間には、ピストン駆動用の電磁コイル１１を支持するピストン駆動部材１２が配置されている。ピストン駆動部材１２は、ピストンロッド８ｃに固定された円盤状の固定部１２ａと、固定部１２ａのシリンダ７側から軸線方向Ｌに沿って延在する円筒状のコイル支持部１２ｂと、から構成されている。電磁コイル１１は、円筒状のコイル支持部１２ｂの先端に巻回されている。
【００２９】
コイル支持部１２ｂの先端側は、シリンダ７のケーシング５側に設けられたギャップＧの内側に入り込んでいる。このギャップＧを構成するシリンダ７の壁には、電磁コイル１１と対向する環状のマグネット１３が配置されている。マグネット１３は、シリンダ７の径方向（軸線方向Ｌと直交する方向）で電磁コイル１１と対向するように配置されている。
【００３０】
ピストン駆動部材１２は、電磁コイル１１及びマグネット１３の協働によりシリンダ７に対して軸線方向Ｌに駆動される。ピストン駆動部材１２の駆動により軸線方向Ｌでピストン８の往復動が行われる。なお、ピストン駆動部材１２は、ピストン駆動部材１２と第２のピストン支持部材１０との間に設けられたコイルバネ１４，１５によってシリンダ７側へ付勢されている。ピストン８の往復動には、コイルバネ１４，１５の弾性力も利用される。
【００３１】
次に、バッファ空間Ｍにおいて作動ガスの流路を形成する連通孔１６〜１８について説明する。軸線方向Ｌでケーシング５の外側から内側に向かって第２のピストン支持部材１０、ピストン駆動部材１２、第１のピストン支持部材９の順に説明を行う。
【００３２】
図２及び図３に示されるように、第２のピストン支持部材１０の側面部１０ａには、第１の連通孔１６が形成されている。第１の連通孔１６は、バッファ空間Ｍのうち第２のピストン支持部材１０より外側の空間である外側バッファＭ１とバッファ空間Ｍのうち第２のピストン支持部材１０より内側の空間である内側バッファＭ２とを連通する孔である。第１の連通孔１６は、側面部１０ａを軸線方向Ｌと直交する方向に貫通して形成されている。第１の連通孔１６は、側面部１０ａの周方向に複数形成されている。
【００３３】
また、第１の連通孔１６内には、作動ガス中の不純物を吸着する吸着材２０が設けられている。吸着材２０には、吸着する不純物の内容や冷凍機の使用環境に応じて様々なものが選択される。例えば、吸着材２０としてジルコニウム合金を利用することができる。吸着材２０は、通気性を有しており、第１の連通孔１６を塞ぐように嵌め込まれているものの作動ガスを通過させることができる。なお、吸着材２０は、必ずしも第１の連通孔１６を塞ぐように配置する必要はなく、所望の隙間を形成するように配置しても良い。
【００３４】
図２に示されるように、ピストン駆動部材１２の固定部１２ａには、第２の連通孔１７が形成されている。第２の連通孔１７は、内側バッファＭ２のうちピストン駆動部材１２より外側の空間である第１の内側バッファＭ３と内側バッファＭ２のうちピストン駆動部材１２より内側の空間である第２の内側バッファＭ４とを連通する孔である。第２の連通孔１７は、固定部１２ａを軸線方向Ｌに貫通して形成されている。第２の連通孔１７は、ピストンロッド８ｃを囲むように複数形成されている。
【００３５】
また、第１のピストン支持部材９には、第３の連通孔１８が形成されている。第３の連通孔１８は、第２の内側バッファＭ４のうち第１のピストン支持部材９より外側の空間である第３の内側バッファＭ５と第２の内側バッファＭ４のうち第１のピストン支持部材９より内側の空間である第４の内側バッファＭ６とを連通する孔である。第３の連通孔１８は、第１のピストン支持部材９を軸線方向Ｌから傾いた斜め方向に貫通して形成されている。第３の連通孔１８は、ピストンロッド８ｃを囲むように複数形成されている。
【００３６】
第１の連通孔１６、第２の連通孔１７、及び第３の連通孔１８は、バッファ空間Ｍ内における作動ガスのスムーズな流れを実現できるように配置されている。具体的には、連通孔１６〜１８は、軸線方向Ｌで圧縮空間Ｎから離れるほど軸線方向Ｌに直交する方向で当該軸線（ピストン８の移動軸線）から離れた位置に設けられている。連通孔１６〜１８は、圧縮空間Ｎからケーシング５の隅部（キャップ部５Ｂの隅部）に向かって直線状に近いガス流路を形成するように設けられている。
【００３７】
図１に示すように、コールドヘッド３は、ケーシング２１、シリンダ２２、ディスプレーサ２３、支持ロッド２４、及びコイルバネ２５を備えている。ケーシング２１には、キャピラリチューブ４が連結されている。ガス圧縮機２で作動ガスの圧縮が行われると、キャピラリチューブ４を通じてケーシング２１内に作動ガスの圧力変動が伝播する。
【００３８】
このケーシング２１には、先端に膨張空間Ｅを有するシリンダ２２が固定されている。シリンダ２２の内部はケーシング２１の内部と連通している。シリンダ２２の内には、円筒状のディスプレーサ２３が挿入されている。
【００３９】
ディスプレーサ２３は、シリンダ２２の延在方向に延びる支持ロッド２４によって支持されている。支持ロッド２４は、図示しない軸受け機構によってシリンダ２２の延在方向で移動可能に配置されている。この支持ロッド２４にはコイルバネ２５が巻回されており、コイルバネ２５の一端は支持ロッド２４に固定され、他端はケーシング２１に固定されている。コイルバネ２５は、作動ガスの流れによりディスプレーサ２３が移動した場合、ディスプレーサ２３を初期位置に戻すように機能する。
【００４０】
ディスプレーサ２３内には、ケーシング２１の内部からシリンダ２２の先端の膨張空間Ｅへ至るガス流路が形成されている。ディスプレーサ２３のガス流路内には、銅金網や鉛球等から構成される蓄冷材２６が充填されている。
【００４１】
以上説明した冷凍機１では、ガス圧縮機２において圧縮空間Ｎの作動ガスが圧縮されると、キャピラリチューブ４を通じてコールドヘッド３内へと圧力が伝播する。コールドヘッド３内では、作動ガスの一部が蓄冷材２６によって冷却されながら膨張空間Ｅへと押し込まれる。その後、ガス圧縮機２において圧縮空間Ｎの拡張が始まると、コールドヘッド３内の作動ガスの圧力が低下し、膨張空間Ｅ内の作動ガスが断熱膨張することで冷凍作用が発生する。
【００４２】
この冷凍機１によれば、有機溶剤やＦＲＰ、接着剤からのアウトガスなどの不純物（例えば、一酸化炭素や二酸化炭素、有機成分、空気、水）が作動ガスに入り込むと冷凍作用により固着して冷凍機１の性能劣化を招くことから、不純物を吸着する吸着材２０を設けることで、作動ガスの純度の低下を抑制して製品の長寿命化を図ることができる。しかも、この冷凍機１では、作動ガスの圧縮や膨張が行われる圧縮空間Ｎやガス流路ではなくバッファ空間Ｍに吸着材２０を設けることで、吸着材２０が圧力損失の原因となることが避けられるので、冷凍効率を落とすことなく作動ガス中の不純物を取り除くことができる。
【００４３】
更に、この冷凍機１では、第２のピストン支持部材１０に第１の連通孔１６が形成されているので、ピストン８の移動により生じるバッファ空間Ｍ内の作動ガスの流れは第２のピストン支持部材１０に妨げられずに第１の連通孔１６を通じてスムーズに通り抜けることができる。このため、この冷凍機１によれば、ピストン８の移動によりバッファ空間Ｍ内で作動ガスのスムーズな流れが形成されることで、バッファ空間Ｍ内に配置された吸着材２０による不純物の吸着効率を著しく高めることができる。従って、この冷凍機１によれば、冷凍効率を落とすことなく作動ガス中の不純物を効率的に取り除くことができる。
【００４４】
また、この冷凍機１によれば、第２のピストン支持部材１０が作動ガスの流れの妨げとならず、ピストン８の移動時に作動ガスにより生じる抵抗を低減できるので、冷凍機１におけるピストン駆動効率の向上すなわち冷凍効率の向上を図ることができる。
【００４５】
また、この冷凍機１によれば、第１の連通孔１６に吸着材２０を設けることで、第１の連通孔１６を通り抜ける作動ガス中の不純物を高い確率で吸着できるので、吸着材２０による吸着効率を大きく向上させることができる。
【００４６】
また、この冷凍機１では、ピストン８を支持する軸受け等が配置される先端支持部１０ｂと比べて側面部１０ａでは第１の連通孔１６を大きく形成できることから、側面部１０ａに第１の連通孔１６を大きく形成することで、バッファ空間Ｍにおける作動ガスの流れを更にスムーズにすることができる。
【００４７】
また、この冷凍機１によれば、ピストン駆動部材１２に第２の連通孔１７が形成されているので、ピストン８の移動時に生じるバッファ空間内の作動ガスの流れはピストン駆動部材１２に妨げられずに第２の連通孔１７を通じてスムーズに通り抜けることができる。このことは、バッファ空間Ｍ内の作動ガスのスムーズな流れを実現するので、吸着材２０による吸着効率の向上に有利である。同様に、この冷凍機１によれば、第１のピストン支持部材９に第３の連通孔１８が形成されているので、バッファ空間Ｍ内の作動ガスのスムーズな流れを実現することができ、更なる吸着効率の向上を図ることができる。
【００４８】
更に、この冷凍機１によれば、連通孔１６〜１８が軸線方向Ｌで圧縮空間Ｎから離れるほど軸線方向Ｌに直交する方向でピストン８の移動軸線から離れた位置に設けられているので、ピストン８の移動により生じた作動ガスの流れが直線状に近い流れで連通孔１６〜１８を通り抜けることができ、バッファ空間Ｍ内の作動ガスのスムーズな流れを実現することができる。
【００４９】
［第２の実施形態］
図４に示されるように、第２の実施形態に係る冷凍機３０は、第１の実施形態に係る冷凍機１と比べて、ガス圧縮機３１における吸着材３２の配置のみが異なる。
【００５０】
具体的には、第２の実施形態に係るガス圧縮機３１では、吸着材３２が外側バッファＭ１内に配置されており、ケーシング５のキャップ部５Ｂの内側に固定されている。この吸着材３２の固定方法は特に限定されない。吸着材３２は、キャップ部５Ｂの内側に嵌め合わされて固定されても良く、またボルト等を利用して固定されても良い。
【００５１】
吸着材３２は、キャップ部５Ｂの内壁に沿ったリング形状をなしている。図４には、リング形状の吸着材３２の端面を示す。吸着材３２は、軸線方向Ｌにおけるガス圧縮機３１の両端に配置されている。
【００５２】
以上説明した第２の実施形態に係る冷凍機３０によれば、第１の実施形態に係る冷凍機１とほぼ同様の効果を得ることができる。しかも、この冷凍機３０では、吸着材３２がケーシング５に固定されているので、他の部材に吸着材を固定する場合と比べて高い耐久性を得ることができる。また、この冷凍機３０では、吸着材３２が本体部５Ａから脱着可能なキャップ部５Ｂに固定されているので、吸着材３２の取り付け作業を容易にすることができ、製品の組み立て作業やメンテナンス作業の作業効率を向上させることができる。
【００５３】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００５４】
例えば、吸着材２０，３２の位置は、上述したものに限られずバッファ空間Ｍ内であれば良い。また、吸着材２０，３２の形状も上述したものに限られず、例えば第２の実施形態ではリング形状に代えて平板形状の吸着材を採用しても良い。
【００５５】
また、特許請求の範囲に記載のピストン支持部材には、第２のピストン支持部材１０だけではなく、第１のピストン支持部材９も含まれる。すなわち、第３の連通孔１８も特許請求の範囲に記載の第１の連通孔に相当する。また、各部材の形状や配置も上述したものに限られず、連通孔１６〜１８の位置や大きさも上述したものに限られない。
【符号の説明】
【００５６】
１，３０…冷凍機 ２，３１…ガス圧縮機 ３…コールドヘッド ４…キャピラリチューブ ５…ケーシング ５Ａ…本体部 ５Ｂ…キャップ部 ６…フランジ部 ７…シリンダ ７ａ…内周面 ７ｂ…連結部 ８…ピストン ８ａ…ピストン面 ８ｂ…ピストン頭部 ８ｃ…ピストンロッド ９…第１のピストン支持部材 １０…第２のピストン支持部材 １０ａ…側面部 １０ｂ…先端支持部 １１…電磁コイル １２…ピストン駆動部材 １２ａ…固定部 １２ｂ…コイル支持部 １３…マグネット １６…第１の連通孔 １７…第２の連通孔 １８…第３の連通孔 ２０，３２…吸着材 Ｅ…膨張空間 Ｇ…ギャップ Ｌ…軸線方向 Ｍ…バッファ空間 Ｍ１…外側バッファ Ｍ２…内側バッファ Ｍ３…第１の内側バッファ Ｍ４…第２の内側バッファ Ｍ５…第３の内側バッファ Ｍ６…第４の内側バッファ Ｎ…圧縮空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動ガスの圧縮及び膨張を利用して冷凍作用を発生させる冷凍機であって、
前記作業ガスが充填されるケーシングと、
前記ケーシング内に設けられ、前記作動ガスを圧縮する圧縮空間を内部に有するシリンダと、
所定の軸線方向で前記シリンダ内を移動することで、前記圧縮空間内の前記作動ガスを圧縮するピストンと、
前記シリンダに固定され、前記ピストンを前記軸線方向で移動自在に支持するピストン支持部材と、
前記ケーシング内で前記圧縮空間以外の空間であるバッファ空間に配置され、前記作動ガス中の不純物を吸着する吸着材と、
を備え、
前記ピストン支持部材は、前記バッファ空間のうち前記ピストン支持部材より外側の空間である外側バッファと前記バッファ空間のうち前記ピストン支持部材より内側の空間である内側バッファとを連通する第１の連通孔を有することを特徴とする冷凍機。
【請求項２】
前記吸着材は、前記第１の連通孔に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
【請求項３】
前記吸着材は、前記ケーシングに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
【請求項４】
前記ケーシングは、前記シリンダが収納される本体部と前記本体部に対して脱着可能なキャップ部とを有し、
前記吸着材は、前記キャップ部に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の冷凍機。
【請求項５】
前記第１の連通孔は、前記ピストン支持部材のうち前記軸線方向に沿って延在する側面部に形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の冷凍機。
【請求項６】
ピストン駆動用のコイル又はマグネットが取り付けられ、前記ピストンと一体に駆動するピストン駆動部材を更に備え、
前記ピストン駆動部材は、前記内側バッファのうち前記ピストン駆動部材より内側の空間である第１の内側バッファと前記内側バッファのうち前記ピストン駆動部材より外側の空間である第２の内側バッファとを連通する第２の連通孔を有していることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の冷凍機。
【請求項７】
前記第１の連通孔及び前記第２の連通孔は、前記軸線方向で前記圧縮空間から離れるほど前記軸線方向に直交する方向で前記ピストンの移動軸線から離れた位置に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の冷凍機。
【請求項１】
作動ガスの圧縮及び膨張を利用して冷凍作用を発生させる冷凍機であって、
前記作業ガスが充填されるケーシングと、
前記ケーシング内に設けられ、前記作動ガスを圧縮する圧縮空間を内部に有するシリンダと、
所定の軸線方向で前記シリンダ内を移動することで、前記圧縮空間内の前記作動ガスを圧縮するピストンと、
前記シリンダに固定され、前記ピストンを前記軸線方向で移動自在に支持するピストン支持部材と、
前記ケーシング内で前記圧縮空間以外の空間であるバッファ空間に配置され、前記作動ガス中の不純物を吸着する吸着材と、
を備え、
前記ピストン支持部材は、前記バッファ空間のうち前記ピストン支持部材より外側の空間である外側バッファと前記バッファ空間のうち前記ピストン支持部材より内側の空間である内側バッファとを連通する第１の連通孔を有することを特徴とする冷凍機。
【請求項２】
前記吸着材は、前記第１の連通孔に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
【請求項３】
前記吸着材は、前記ケーシングに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
【請求項４】
前記ケーシングは、前記シリンダが収納される本体部と前記本体部に対して脱着可能なキャップ部とを有し、
前記吸着材は、前記キャップ部に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の冷凍機。
【請求項５】
前記第１の連通孔は、前記ピストン支持部材のうち前記軸線方向に沿って延在する側面部に形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の冷凍機。
【請求項６】
ピストン駆動用のコイル又はマグネットが取り付けられ、前記ピストンと一体に駆動するピストン駆動部材を更に備え、
前記ピストン駆動部材は、前記内側バッファのうち前記ピストン駆動部材より内側の空間である第１の内側バッファと前記内側バッファのうち前記ピストン駆動部材より外側の空間である第２の内側バッファとを連通する第２の連通孔を有していることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の冷凍機。
【請求項７】
前記第１の連通孔及び前記第２の連通孔は、前記軸線方向で前記圧縮空間から離れるほど前記軸線方向に直交する方向で前記ピストンの移動軸線から離れた位置に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の冷凍機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２０７８３０（Ｐ２０１２−２０７８３０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７２４８３（Ｐ２０１１−７２４８３）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
[ Back to top ]