JP2019095090A - 極低温冷凍機 - Google Patents
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Abstract
【課題】極低温冷凍機の分解作業および組立作業をより容易にすることに役立つ内部構造を有する極低温冷凍機を提供する。【解決手段】極低温冷凍機10は、軸方向に往復動可能なディスプレーサ20と、軸方向に往復動可能な駆動ピストン22と、一端がディスプレーサ20に剛に連結され他端が駆動ピストン22に剛に連結された駆動シャフト24と、ディスプレーサ20を軸方向に往復動可能に収容するディスプレーサシリンダ26と、取り外し可能なハウジング蓋27aを備えるハウジング27と、を備える。駆動ピストン22は、単体でまたは駆動シャフト24の少なくとも一部とともに、ハウジング27をディスプレーサシリンダ26に載置しかつハウジング蓋27aを取り外した状態で、ディスプレーサ20に着脱可能に構成されている。【選択図】図1
Description
本発明は、極低温冷凍機に関する。
従来から、GM(ギフォード・マクマホン、Gifford-McMahon)冷凍機が極低温冷凍機の代表例として知られている。GM冷凍機はその駆動源によってモータ駆動型とガス駆動型の2種類に大きく分けられる。モータ駆動型においては、ディスプレーサがモータに機械的に連結され、モータによって駆動される。ガス駆動型においては、ディスプレーサがガス圧によって駆動される。
典型的なモータ駆動型のGM冷凍機においては、モータが出力する回転運動がスコッチヨーク機構などの駆動機構によって直線往復運動に変換され、それによりディスプレーサがシリンダ内を軸方向に往復動する。スコッチヨーク機構からディスプレーサに延びるシャフトの下端がディスプレーサ上端に係合ピンを用いて固定されている。通例、ディスプレーサはシリンダ内に配置され、スコッチヨーク機構はハウジング内にモータとともに配置されている。ハウジングはシリンダに固定され、いわばシリンダの蓋となる。こうしてハウジングにより閉鎖されたシリンダ内部空間に、係合ピンはディスプレーサとともに収容されている。
一般に、極低温冷凍機には定期的にメンテナンスを施すことが望まれる。メンテナンスを行うために極低温冷凍機は分解され、内部の構成部品が取り出される。
たとえば上述の典型的なGM冷凍機を分解する場合、作業者は、ディスプレーサとスコッチヨーク機構の組立体から係合ピンを取り外してピン係合を解除し、スコッチヨーク機構をディスプレーサから取り外す。それから作業者はハウジングをシリンダから取り外し、ディスプレーサをシリンダから取り出す。しかし、係合ピンはシリンダ内の閉鎖空間という作業者の手が届かない場所にあるから、ディスプレーサとスコッチヨーク機構の組立体からの係合ピンの取り外し作業には困難がある。
係合ピンの取り外し作業を始める前に、あらかじめハウジングをシリンダから取り外すことが仮にできたとすれば、閉じられていたシリンダ内部空間が開放され、作業者の手が届くようになるから、係合ピンの取り外し作業は容易になる。しかし、実際には、まず係合ピンを取り外してスコッチヨーク機構をディスプレーサから取り外さなければ、ハウジングをシリンダから完全に取り外すことができない。なぜなら、スコッチヨーク機構をディスプレーサに連結するシャフトの径がスコッチヨーク機構の径よりも小さいので、シャフトを通すためのハウジングの貫通穴をスコッチヨーク機構が通り抜けられないからである。
例示的な分解作業手順においては、作業者の手または係合ピン取り外し用の作業工具をシリンダとハウジングの間に挿入できる程度にハウジングをシリンダから持ち上げて隙間を作り出し、作業者はその隙間から係合ピンを取り外すことができる。しかし、そのようにハウジングを持ち上げながら係合ピンを取り外すのは決して簡単な作業ではない。とりわけ、大型のGM冷凍機であれば、隙間を作るために持ち上げるべきハウジングなどの構造物の総重量がかなり大きくなり、例えば数十kgにもなりうる。人手で持ち上げるのは困難であり、クレーンなどの持ち上げ器具を要するなど、作業に手間と時間がかかる。このような問題は、ガス駆動型のGM冷凍機の分解作業においても起こりうる。
また、極低温冷凍機の製造時またはメンテナンス後における極低温冷凍機の組立作業においても同様の作業性の低下は起こりうる。
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、極低温冷凍機の分解作業および組立作業をより容易にすることに役立つ内部構造を有する極低温冷凍機を提供することにある。
本発明のある態様によると、極低温冷凍機は、軸方向に往復動可能なディスプレーサと、軸方向に往復動可能な駆動フランジと、軸方向に延在する駆動シャフトであって、前記駆動フランジの軸方向往復動により前記ディスプレーサが軸方向に往復動するように一端が前記ディスプレーサに剛に連結され他端が前記駆動フランジに剛に連結された駆動シャフトと、前記ディスプレーサを軸方向に往復動可能に収容するシリンダと、取り外し可能なハウジング蓋と、前記駆動フランジを軸方向に往復動可能に収容するとともに、前記ハウジング蓋が取り外されたとき外部に開放される駆動フランジ室と、を備え、前記シリンダに取り外し可能に固定されたハウジングと、を備え、前記駆動フランジは、単体でまたは前記駆動シャフトの少なくとも一部とともに、前記ハウジングを前記シリンダに載置しかつ前記ハウジング蓋を取り外した状態で、前記ディスプレーサに着脱可能に構成されている。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、極低温冷凍機の分解作業および組立作業をより容易にすることに役立つ内部構造を有する極低温冷凍機を提供することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。また、以下の説明において参照する図面において、各構成部材の大きさや厚みは説明の便宜上のものであり、必ずしも実際の寸法や比率を示すものではない。
図1は、第1の実施の形態に係る極低温冷凍機10を概略的に示す図である。
極低温冷凍機10は、作動ガス(例えばヘリウムガス)を圧縮する圧縮機12と、作動ガスを断熱膨張により冷却するコールドヘッド14と、を備える。圧縮機12は、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bを有する。コールドヘッド14は膨張機とも呼ばれる。
詳しくは後述するように、圧縮機12は、圧縮機吐出口12aからコールドヘッド14に高圧(PH)の作動ガスを供給する。コールドヘッド14には作動ガスを予冷する蓄冷器15が備えられている。予冷された作動ガスは、コールドヘッド14内での膨張によって更に冷却される。作動ガスは蓄冷器15を通じて圧縮機吸入口12bに回収される。作動ガスは蓄冷器15を通るとき蓄冷器15を冷却する。圧縮機12は、回収した低圧(PL)の作動ガスを圧縮し、再びコールドヘッド14に供給する。
図示されるコールドヘッド14は単段式である。ただし、コールドヘッド14は、多段式であってもよい。
コールドヘッド14は、ガス駆動型である。よって、コールドヘッド14は、ガス圧で駆動されるフリーピストンとしての軸方向可動体16と、気密に構成され軸方向可動体16を収容するコールドヘッド圧力容器18と、を備える。コールドヘッド圧力容器18は、軸方向可動体16を軸方向に往復動可能に支持する。モータ駆動型のGM冷凍機とは異なり、コールドヘッド14は、軸方向可動体16を駆動するモータおよび連結機構(例えばスコッチヨーク機構)を有しない。
軸方向可動体16は、軸方向(図1において上下方向、矢印Cで示す)に往復動可能なディスプレーサ20と、軸方向に往復動可能な駆動フランジと、を備える。駆動フランジは、作用するガス圧力によってディスプレーサ20の軸方向往復動を駆動する駆動ピストン22を形成する。駆動ピストン22は、ディスプレーサ20を軸方向に駆動するようディスプレーサ20に連結される。駆動ピストン22は、ディスプレーサ20と同軸にかつ軸方向に離れて配設されている。
また軸方向可動体16は、軸方向に延在する駆動シャフト24を備える。駆動シャフト24は、ディスプレーサ20が駆動ピストン22と一体に軸方向に往復動するようディスプレーサ20を駆動ピストン22に剛に連結する。駆動シャフト24もまたディスプレーサ20および駆動ピストン22と同軸にディスプレーサ20から駆動ピストン22へと延びている。駆動シャフト24の軸方向一端(下端)がディスプレーサ20に剛に連結され駆動シャフト24の軸方向他端(上端)が駆動ピストン22に剛に連結されている。そのため、駆動ピストン22の軸方向往復動によりディスプレーサ20が軸方向に往復動する。
コールドヘッド圧力容器18は、ディスプレーサ20を軸方向に往復動可能に収容するディスプレーサシリンダ(単に、シリンダと称することもある)26と、駆動ピストン22を軸方向に往復動可能に収容するハウジング27と、を備える。ハウジング27は、ディスプレーサシリンダ26に取り外し可能に固定されている。ハウジング27は、ハウジング蓋27aと、駆動フランジ室の一例であるピストンシリンダ28と、を備える。ハウジング蓋27aはピストンシリンダ28から取り外し可能である。ピストンシリンダ28は、駆動ピストン22を軸方向に往復動可能に収容するとともに、ハウジング蓋27aが取り外されたとき外部に開放される。ピストンシリンダ28は、ディスプレーサシリンダ26と同軸にかつ軸方向に隣接して配設されている。
駆動ピストン22は、ディスプレーサ20に比べて小さい寸法を有する。駆動ピストン22の軸方向長さはディスプレーサ20の軸方向長さより短く、駆動ピストン22の径もディスプレーサ20の径より小さい。駆動シャフト24の径は駆動ピストン22の径より小さい。
ピストンシリンダ28の容積はディスプレーサシリンダ26の容積より小さい。ピストンシリンダ28の軸方向長さ(内寸)はディスプレーサシリンダ26の軸方向長さより短く、ピストンシリンダ28の内径もディスプレーサシリンダ26の内径より小さい。
なお、駆動ピストン22とディスプレーサ20の寸法関係は上述のものに限られず、それと異なっていてもよい。同様に、ピストンシリンダ28とディスプレーサシリンダ26の寸法関係は上述のものに限られず、それと異なっていてもよい。
ディスプレーサ20の軸方向往復動は、ディスプレーサシリンダ26によって案内される。通例、ディスプレーサ20およびディスプレーサシリンダ26はそれぞれ軸方向に延在する円筒状の部材であり、ディスプレーサシリンダ26の内径はディスプレーサ20の外径に一致するか又はわずかに大きい。同様に、駆動ピストン22の軸方向往復動は、ピストンシリンダ28によって案内される。通例、駆動ピストン22は軸方向に延在する円柱状の部材である。ピストンシリンダ28は軸方向に延在する円筒状の部材であり、ピストンシリンダ28の内径は駆動ピストン22の外径に一致するか又はわずかに大きい。
ディスプレーサ20と駆動ピストン22は駆動シャフト24によって軸方向に剛に連結されているので、駆動ピストン22の軸方向ストロークはディスプレーサ20の軸方向ストロークと等しく、両者はストローク全体にわたって一体に移動する。ディスプレーサ20に対する駆動ピストン22の位置は軸方向可動体16の軸方向往復動の間、不変である。
また、ハウジング27は、ディスプレーサシリンダ26をピストンシリンダ28に接続するシャフトガイド30を備える。シャフトガイド30はディスプレーサシリンダ26およびピストンシリンダ28と同軸にディスプレーサシリンダ26からピストンシリンダ28へと延びている。シャフトガイド30には駆動シャフト24が貫通している。シャフトガイド30は駆動シャフト24の軸方向往復動を案内する軸受として構成されている。シャフトガイド30の貫通穴は駆動シャフト24に合わせて形成されているから、この貫通穴の径は、ディスプレーサ20の径より小さく、かつ駆動ピストン22の径より小さい。
ディスプレーサシリンダ26は、シャフトガイド30を介してピストンシリンダ28と気密に連結されている。シャフトガイド30は、ディスプレーサシリンダ26の内部空洞(すなわちディスプレーサ20の往復動スペース)とピストンシリンダ28の内部空洞(すなわち駆動ピストン22の往復動スペース)を互いに仕切る隔壁でもある。また、ハウジング蓋27aは、ピストンシリンダ28に気密に取り付けられる。こうして、コールドヘッド圧力容器18は、作動ガスの圧力容器として構成されている。
なおシャフトガイド30は、ハウジング27の一部を形成することは必須ではなく、ハウジング27とは別体の部材であってもよい。その場合、コールドヘッド圧力容器18は、ハウジング蓋27a、ハウジング本体、シャフトガイド30、およびディスプレーサシリンダ26の4つの部材から構成されてもよい。ハウジング蓋27a、ハウジング本体、シャフトガイド30がそれぞれ、駆動ピストン22の往復動スペースの上壁、側壁、下壁を定める。あるいは、ハウジング27は、シャフトガイド30と、ハウジング蓋27aを含む残りの部分との二部材で構成されてもよい。また、シャフトガイド30は、ディスプレーサシリンダ26の一部であってもよい。
第1シール部32が、駆動シャフト24とシャフトガイド30の間に設けられている。第1シール部32は、駆動シャフト24またはシャフトガイド30のいずれか一方に装着され、駆動シャフト24またはシャフトガイド30の他方と摺動する。第1シール部32は例えば、スリッパーシールまたはOリングなどのシール部材で構成される。また、シール部材に代えて、駆動シャフト24とシャフトガイド30の隙間をごく小さくして、隙間をクリアランスシールとして機能させてもよい。第1シール部32によって、ピストンシリンダ28は、ディスプレーサシリンダ26に対し気密に構成されている。こうして、ピストンシリンダ28はディスプレーサシリンダ26から流体的に隔離されており、ピストンシリンダ28とディスプレーサシリンダ26との直接のガス流通は生じない。
ディスプレーサシリンダ26は、ディスプレーサ20によって膨張室34と室温室36に仕切られている。ディスプレーサ20は、軸方向一端にてディスプレーサシリンダ26との間に膨張室34を形成し、軸方向他端にてディスプレーサシリンダ26との間に室温室36を形成する。膨張室34は下死点LP1側に配置され、室温室36は上死点UP1側に配置されている。また、コールドヘッド14には、膨張室34を外包するようディスプレーサシリンダ26に固着された冷却ステージ38が設けられている。
蓄冷器15はディスプレーサ20に内蔵されている。ディスプレーサ20はその上蓋部に、蓄冷器15を室温室36に連通する入口流路40を有する。また、ディスプレーサ20はその筒部に、蓄冷器15を膨張室34に連通する出口流路42を有する。あるいは、出口流路42は、ディスプレーサ20の下蓋部に設けられていてもよい。加えて、蓄冷器15は、上蓋部に内接する入口リテーナ41と、下蓋部に内接する出口リテーナ43と、両リテーナに挟持された蓄冷材と、を備える。図1において蓄冷材は、入口リテーナ41と出口リテーナ43に挟まれた、ドットを付した領域として図示されている。蓄冷材は、たとえば銅製の金網でもよい。リテーナは蓄冷材よりも粗い金網でもよい。
第2シール部44が、ディスプレーサ20とディスプレーサシリンダ26の間に設けられている。第2シール部44は、例えばスリッパーシールであり、ディスプレーサ20の筒部または上蓋部に装着されている。ディスプレーサ20とディスプレーサシリンダ26とのクリアランスが第2シール部44によって封じられているので、室温室36と膨張室34との直接のガス流通(つまり蓄冷器15を迂回するガス流れ)はない。
ディスプレーサ20が軸方向に動くとき、膨張室34および室温室36は相補的に容積を増減させる。すなわち、ディスプレーサ20が下動するとき、膨張室34は狭くなり室温室36は広くなる。逆も同様である。
作動ガスは、室温室36から入口流路40を通じて蓄冷器15に流入する。より正確には、作動ガスは、入口流路40から入口リテーナ41を通って蓄冷器15に流入する。作動ガスは、蓄冷器15から出口リテーナ43および出口流路42を経由して膨張室34に流入する。作動ガスが膨張室34から室温室36に戻るときは逆の経路を通る。つまり、作動ガスは、膨張室34から、出口流路42、蓄冷器15、および入口流路40を通って室温室36に戻る。蓄冷器15を迂回してクリアランスを流れようとする作動ガスは第2シール部44によって遮断される。
ピストンシリンダ28は、駆動ピストン22によって二つの区画に仕切られている。ピストンシリンダ28は、第1区画としての駆動室46と、第2区画としてのガスばね室48と、を備える。駆動ピストン22は、軸方向一端にてピストンシリンダ28との間に駆動室46を形成し、軸方向他端にてピストンシリンダ28との間にガスばね室48を形成する。駆動ピストン22が軸方向に動くとき、駆動室46およびガスばね室48は相補的に容積を増減させる。駆動室46の圧力は、駆動ピストン22を駆動するように制御可能である。ガスばね室48の圧力は、駆動ピストン22の移動に伴って変動する。
駆動室46は、駆動ピストン22に対しディスプレーサシリンダ26と軸方向に反対側に配置されている。ガスばね室48は、駆動ピストン22に対しディスプレーサシリンダ26と軸方向に同じ側に配置されている。言い換えれば、駆動室46は上死点UP2側に配置され、ガスばね室48は下死点LP2側に配置されている。駆動ピストン22の上面は駆動室46のガス圧を受け、駆動ピストン22の下面はガスばね室48のガス圧を受ける。
駆動シャフト24は、駆動ピストン22の下面からガスばね室48を通ってシャフトガイド30へと延びている。さらに、駆動シャフト24は、室温室36を通ってディスプレーサ20の上蓋部まで延びている。ガスばね室48は、駆動ピストン22に対し駆動シャフト24と同じ側に配置され、駆動室46は、駆動ピストン22に対し駆動シャフト24と反対側に配置されている。
第3シール部50が、駆動ピストン22とピストンシリンダ28の間に設けられている。第3シール部50は、例えばクリアランスシールであり、駆動ピストン22とピストンシリンダ28の間に僅かな径方向クリアランスが形成されている。この径方向クリアランスは、駆動室46とガスばね室48のガス流通を実質的に妨げるか、または、駆動室46とガスばね室48のガス流通に対し流路抵抗として作用する。
駆動ピストン22が下動するときガスばね室48は狭くなる。このときガスばね室48のガスは圧縮され、圧力が高まる。ガスばね室48の圧力は駆動ピストン22の下面に上向きに作用する。よって、ガスばね室48は、駆動ピストン22の下動に抗するガスばね力を発生させる。逆に、駆動ピストン22が上動するときガスばね室48は広がる。ガスばね室48の圧力は下がり、駆動ピストン22に作用するガスばね力も小さくなる。
なお、第3シール部50は、第1シール部32と同様に、スリッパーシールまたはOリングなどのシール部材で構成されてもよい。この場合、ガスばね室48は、第1シール部32および第3シール部50によって密封される。
このように、ガス駆動型であるコールドヘッド14の駆動部は、駆動ピストン22とピストンシリンダ28を含んで構成されている。また、コールドヘッド14は、ディスプレーサ20とディスプレーサシリンダ26の衝突または接触を緩和または防止するように駆動ピストン22に作用するガスばね機構を備える。
コールドヘッド14は、使用される現場で図示の向きに設置される。すなわち、ディスプレーサシリンダ26が鉛直方向下方に、ピストンシリンダ28が鉛直方向上方に、それぞれ配置されるようにして、コールドヘッド14は縦向きに設置される。このように、冷却ステージ38を鉛直方向下方に向ける姿勢で設置されるとき極低温冷凍機10は冷凍能力が最も高くなる。ただし、極低温冷凍機10の配置はこれに限定されない。逆に、コールドヘッド14は冷却ステージ38を鉛直方向上方に向ける姿勢で設置されてもよい。あるいは、コールドヘッド14は、横向きまたはその他の向きに設置されてもよい。
コールドヘッド14が冷却ステージ38を鉛直方向下方に向ける姿勢で設置される場合、重力は、矢印Dで図示するように、下向きに作用する。そのため、軸方向可動体16の自重は、駆動ピストン22の下向きの駆動力を補助するように働く。駆動ピストン22には上動時に比べて下動時に大きな駆動力が働く。よって、典型的なガス駆動式のGM冷凍機においては、ディスプレーサの下死点でディスプレーサとディスプレーサシリンダの衝突または接触が生じやすい。
ところが、コールドヘッド14にはガスばね室48が設けられている。ガスばね室48に貯留されたガスは、駆動ピストン22が下動するときに圧縮され、圧力が高まる。この圧力は重力と逆向きに働くから、駆動ピストン22に作用する駆動力が小さくなる。駆動ピストン22が下死点LP2に到達する直前の速度を遅くすることができる。
こうして、駆動ピストン22とピストンシリンダ28の、及び/またはディスプレーサ20とディスプレーサシリンダ26の、接触または衝突を回避することができる。あるいは、たとえ衝突が起こったとしても、駆動ピストン22の速度低下により衝突エネルギーが低減されるので、衝突音は抑制される。
さらに、極低温冷凍機10は、圧縮機12をコールドヘッド14に接続する作動ガス回路52を備える。作動ガス回路52は、ピストンシリンダ28(すなわち駆動室46)とディスプレーサシリンダ26(すなわち膨張室34及び/または室温室36)との間に圧力差を生成するよう構成されている。この圧力差によって軸方向可動体16が軸方向に動く。ピストンシリンダ28に対しディスプレーサシリンダ26の圧力が低ければ、駆動ピストン22が下動し、それに伴ってディスプレーサ20も下動する。逆に、ピストンシリンダ28に対しディスプレーサシリンダ26の圧力が高ければ、駆動ピストン22が上動し、それに伴ってディスプレーサ20も上動する。
作動ガス回路52は、膨張室34と駆動室46の圧力差を制御するよう構成されたバルブユニット54を備える。バルブユニット54は、ハウジング蓋27aに取り付けられている。よって、ハウジング蓋27aは、バルブユニット54の底板にあたる。バルブユニット54は、圧縮機12と配管で接続されている。
なお、ハウジング蓋27aがバルブユニット54を備えることは必須ではなく、バルブユニット54は、コールドヘッド14と別体に設けられ、コールドヘッド圧力容器18の外に配設され、コールドヘッド14と配管で接続されてもよい。その場合、ハウジング蓋27aは、ピストンシリンダ28を閉じるための取り外し可能な平板であってもよい。
バルブユニット54は、主圧力切換バルブ60と副圧力切換バルブ62を備える。主圧力切換バルブ60は、主吸気開閉バルブV1と主排気開閉バルブV2とを有する。副圧力切換バルブ62は、副吸気開閉バルブV3と副排気開閉バルブV4とを有する。
主圧力切換バルブ60は、圧縮機12をコールドヘッド14の室温室36に接続する主吸排気流路64に配設されている。主吸排気流路64は主圧力切換バルブ60にて主吸気路64aと主排気路64bに分岐している。主吸気開閉バルブV1は、主吸気路64aに配設され、圧縮機吐出口12aを室温室36に接続する。主排気開閉バルブV2は、主排気路64bに配設され、圧縮機吸入口12bを室温室36に接続する。
主圧力切換バルブ60は、圧縮機吐出口12aまたは圧縮機吸入口12bをディスプレーサシリンダ26の室温室36に選択的に連通するよう構成されている。主圧力切換バルブ60においては、主吸気開閉バルブV1および主排気開閉バルブV2がそれぞれ排他的に開放される。すなわち、主吸気開閉バルブV1および主排気開閉バルブV2が同時に開くことは禁止されている。主吸気開閉バルブV1が開いているとき主排気開閉バルブV2は閉じられる。圧縮機吐出口12aから主吸排気流路64を通じてディスプレーサシリンダ26に作動ガスが供給される。一方、主排気開閉バルブV2が開いているとき主吸気開閉バルブV1は閉じられる。ディスプレーサシリンダ26から主吸排気流路64を通じて圧縮機吸入口12bに作動ガスが回収される。なお主吸気開閉バルブV1および主排気開閉バルブV2が一時的にともに閉じられてもよい。このようにして、ディスプレーサシリンダ26は、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bと交互に接続される。
副圧力切換バルブ62は、圧縮機12をピストンシリンダ28の駆動室46に接続する副吸排気流路66に配設されている。副吸排気流路66は副圧力切換バルブ62にて副吸気路66aと副排気路66bに分岐している。副吸気開閉バルブV3は、副吸気路66aに配設され、圧縮機吐出口12aを駆動室46に接続する。副排気開閉バルブV4は、副排気路66bに配設され、圧縮機吸入口12bを駆動室46に接続する。
副圧力切換バルブ62は、圧縮機吐出口12aまたは圧縮機吸入口12bをピストンシリンダ28の駆動室46に選択的に連通するよう構成されている。副圧力切換バルブ62は、副吸気開閉バルブV3および副排気開閉バルブV4がそれぞれ排他的に開放されるよう構成されている。すなわち、副吸気開閉バルブV3および副排気開閉バルブV4が同時に開くことは禁止されている。副吸気開閉バルブV3が開いているとき副排気開閉バルブV4は閉じられる。圧縮機吐出口12aから副吸排気流路66を通じて駆動室46に作動ガスが供給される。一方、副排気開閉バルブV4が開いているとき副吸気開閉バルブV3は閉じられる。駆動室46から副吸排気流路66を通じて圧縮機吸入口12bに作動ガスが回収される。なお副吸気開閉バルブV3および副排気開閉バルブV4が一時的にともに閉じられてもよい。このようにして、駆動室46は、圧縮機吐出口12aおよび圧縮機吸入口12bと交互に接続される。
バルブユニット54は、ロータリーバルブの形式をとってもよい。すなわち、バルブユニット54は、バルブ本体に対するバルブディスクの回転摺動によってバルブV1〜V4が適正に切り替わるよう構成されていてもよい。その場合、バルブユニット54は、バルブユニット54(例えばバルブディスク)を回転駆動するための回転駆動源56を備えてもよい。回転駆動源56は、ハウジング蓋27aに取り付けられていてもよい。回転駆動源56は例えばモータである。ただし、回転駆動源56は、軸方向可動体16には接続されていない。また、バルブユニット54は、バルブユニット54を制御する制御部58を備えてもよい。制御部58は、回転駆動源56を制御してもよい。
ある実施形態においては、バルブユニット54は、複数の個別に制御可能なバルブV1〜V4を備え、制御部58がバルブV1〜V4それぞれの開閉を制御してもよい。この場合、バルブユニット54は、回転駆動源56を備えなくてもよい。
バルブユニット54は、種々の公知の構成を採用することができる。
この実施の形態においては、駆動ピストン22は単体で、ハウジング27をディスプレーサシリンダ26に載置しかつハウジング蓋27aを取り外した状態で、ディスプレーサ20に着脱可能に構成されている。すなわち、ハウジング27がディスプレーサシリンダ26に載置されかつハウジング27からハウジング蓋27aが取り外された状態で、作業者は、駆動ピストン22を、駆動シャフト24に装着し、駆動シャフト24から取り外すことができる。作業者は、駆動ピストン22を駆動シャフト24に着脱することによって、駆動ピストン22を、ディスプレーサ20に装着し、ディスプレーサ20から取り外すことができる。
駆動シャフト24は、シャフト先端24aを有する。シャフト先端24aは、ディスプレーサ20とは軸方向反対側の駆動シャフト24の端部であり、駆動シャフト24の本体から軸方向に突き出している。シャフト先端24aは、ピストンシリンダ28(具体的には駆動室46)内に配置され、駆動シャフト24と同軸に軸方向に延びている。シャフト先端24aは駆動シャフト24の本体に比べて小径であり、シャフト先端24aおよびシャフト本体はそれぞれ、駆動シャフト24の小径部および大径部と呼ぶこともできる。図示される例では、シャフト先端24aと駆動シャフト24の本体との間には段部が形成されているが、これは必須ではなく、シャフト先端24aは、シャフト本体から連続的または段階的に小径となるように先細とされていてもよい。
駆動ピストン22は、シャフト先端24aに係合する形状のシャフト挿通穴を中心に有し、リング状に形成されている。したがって、駆動ピストン22のシャフト挿通穴にはシャフト先端24aを挿入可能である。駆動ピストン22にシャフト先端24aが挿入されることにより、駆動ピストン22はシャフト先端24aと係合する。こうして、駆動ピストン22は、ピストンシリンダ28内でディスプレーサ20とは軸方向反対側の駆動シャフト24の先端の定位置に保持される。駆動ピストン22がシャフト先端24aと係合しているとき、シャフト先端24aの一部が駆動ピストン22の上面から突出し、駆動ピストン22の外に位置する。
軸方向可動体16は、駆動ピストン22を駆動シャフト24に着脱可能に固定する固定部材68を備える。固定部材68は、ハウジング蓋27aがハウジング27から取り外されたとき、作業者によりハウジング27の開口部を通じて操作可能であるように軸方向可動体16に装着されている。固定部材68は、駆動室46に配置されている。ハウジング蓋27aがハウジング27から取り外されたとき、駆動室46は外部に開放される。固定部材68は、シャフト先端24aに着脱可能に構成され、駆動ピストン22の上面に配置されている。
固定部材68は、たとえばナットであり、シャフト先端24aにねじ連結される。固定部材68は、駆動シャフト24に対する固定部材68の軸周り正回転により駆動ピストン22を締結する一方、駆動シャフト24に対する固定部材68の軸周り逆回転により駆動ピストン22を締結解除する。駆動ピストン22は、固定部材68と駆動シャフト24との間に挟み込まれて駆動シャフト24に固定される。
固定部材68は、ナットには限られない。固定部材68は、駆動ピストン22を駆動シャフト24に着脱可能に固定する、ボルト、止め輪、ピン、または、そのほか任意の固定部材であってもよい。
ディスプレーサシリンダ26は、シリンダ上部開口を定めるシリンダフランジ26aを備える。シリンダフランジ26aは、ディスプレーサシリンダ26の軸方向上端から径方向外側に延出している。シリンダ上部開口は、室温室36の一部であり、ハウジング27がディスプレーサシリンダ26から取り外されているときシリンダ上部開口を通じてディスプレーサ20を出し入れ可能である。
ハウジング27は、ハウジング締結部材70を用いてディスプレーサシリンダ26に取り外し可能に固定されている。ハウジング締結部材70は、ハウジング蓋27aをハウジング27に固定するとともに、ハウジング27をシリンダフランジ26aに固定する。ハウジング締結部材70はたとえばボルトである。ハウジング蓋27aおよびハウジング27にはボルト穴が貫通しており、このボルト穴にボルトが挿入され、ハウジング蓋27aおよびハウジング27がディスプレーサシリンダ26に固定される。なお、ハウジング蓋27aのハウジング27への固定と、ハウジング27のディスプレーサシリンダ26への固定には、別々の締結部材が用いられてもよい。
ハウジング蓋27aおよびハウジング27には、主吸排気流路64の一部をなす貫通穴が形成されている。この貫通穴は主吸排気流路64の末端にあたるガス出入口であり、これを通じて主圧力切換バルブ60が室温室36に接続される。また、ハウジング蓋27aには副吸排気流路66の一部をなす貫通穴が形成されている。この貫通穴は副吸排気流路66の末端にあたるガス出入口であり、これを通じて副圧力切換バルブ62が駆動室46に接続される。
上記の構成をもつ極低温冷凍機10の動作の一例を説明する。ディスプレーサ20が下死点LP1またはその近傍の位置にあるとき、コールドヘッド14の吸気工程が開始される。主吸気開閉バルブV1が開き、高圧ガスが圧縮機12の吐出口からコールドヘッド14の室温室36に供給される。ガスは蓄冷器15を通過しながら冷却され、膨張室34に入る。
主吸気開閉バルブV1が開くと同時に、副排気開閉バルブV4が開き、ピストンシリンダ28の駆動室46は圧縮機12の吸入口に接続される。よって駆動室46は、室温室36および膨張室34に対し低圧となる。駆動ピストン22が下死点LP2から上死点UP2に向けて動く。
駆動ピストン22とともにディスプレーサ20も下死点LP1から上死点UP1に向けて動く。主吸気開閉バルブV1および副排気開閉バルブV4は閉じられる。駆動ピストン22およびディスプレーサ20は引き続き上死点UP1、UP2に向けて移動する。こうして、膨張室34の容積が増加されるとともに高圧ガスで満たされる。
ディスプレーサ20が上死点UP1またはその近傍の位置にあるとき、コールドヘッド14の排気工程が開始される。主排気開閉バルブV2が開き、コールドヘッド14は圧縮機12の吸入口に接続される。高圧ガスは膨張室34で膨張し冷却される。膨張したガスは、蓄冷器15を冷却しながら室温室36を経て圧縮機12に回収される。
主排気開閉バルブV2が開くと同時に、副吸気開閉バルブV3が開き、高圧ガスが圧縮機12の吐出口からピストンシリンダ28の駆動室46に供給される。よって駆動室46は、室温室36および膨張室34に対し高圧となる。駆動ピストン22が上死点UP2から下死点LP2に向けて動く。
駆動ピストン22とともにディスプレーサ20も上死点UP1から下死点LP1に向けて動く。主排気開閉バルブV2および副吸気開閉バルブV3は閉じられる。駆動ピストン22およびディスプレーサ20は引き続き下死点LP1、LP2に向けて移動する。こうして、膨張室34の容積が減少されるとともに低圧ガスは排出される。
コールドヘッド14はこのような冷却サイクル(すなわちGMサイクル)を繰り返すことで、冷却ステージ38を冷却する。それにより、極低温冷凍機10は、冷却ステージ38に熱的に結合された超伝導装置またはその他の被冷却物(図示せず)を冷却することができる。
極低温冷凍機10には定期的にメンテナンスが施される。メンテナンスに先立って、極低温冷凍機10の冷却運転は停止される。運転停止中に極低温冷凍機10は分解され、ディスプレーサ20など内部の構成部品が取り出される。極低温冷凍機10の各構成部品が点検や修理、交換など必要なメンテナンス作業が行われ、極低温冷凍機10は再び組み立てられる。こうして極低温冷凍機10のメンテナンスが完了すると、極低温冷凍機10の冷却運転が再開される。
図2は、第1の実施の形態に係る極低温冷凍機10の分解方法を例示するフローチャートである。図3から図6は、本分解方法の各工程における極低温冷凍機10を示す概略図である。
まず、図3に示されるように、ハウジング蓋27aが取り外される(図2のS10)。作業者は、ハウジング締結部材70を取り外し、ハウジング27からハウジング蓋27aを取り外す。このとき、ハウジング27はシリンダフランジ26a上にそのまま載置されている。ハウジング蓋27aが取り外されることによって、駆動室46が外部に開放される。
次に、図4に示されるように、固定部材68が取り外される(S12)。駆動室46が外部に開放され固定部材68が駆動室46にあるので、作業者は、手作業または適切な作業工具を用いて固定部材68の取り外し作業を行う。作業者は、固定部材68による駆動ピストン22の固定を解除する。固定部材68がナットである場合、作業者は、固定部材68を緩め方向に軸周りに回転させてシャフト先端24aから取り外す。固定部材68は、駆動室46の外に取り出される。
図5に示されるように、駆動フランジとしての駆動ピストン22が取り外される(S14)。固定部材68が取り外されているので、作業者は、駆動ピストン22を駆動シャフト24から取り外す。駆動ピストン22は、駆動室46の外に取り出される。こうして、駆動シャフト24がシャフトガイド30を通り抜けられるようになる。
図6に示されるように、ハウジング27が取り外される(S16)。作業者は、手作業またはクレーンなどの持ち上げ装置を用いてハウジング27を上方に持ち上げ、ハウジング27を取り外す。駆動シャフト24がハウジング27から引き抜かれる。駆動ピストン22が既に取り外されているので、駆動ピストン22はハウジング27の取り外しを邪魔しない。
ディスプレーサ20がディスプレーサシリンダ26から取り出される(S18)。ハウジング27がディスプレーサシリンダ26から既に取り外されて、室温室36が開放されているので、作業者は、ディスプレーサ20をシリンダ上部開口を通じてディスプレーサシリンダ26から外部に取り出す。このようにして、極低温冷凍機10は分解される。作業者は、極低温冷凍機10を組み立てる際には、逆の手順で行うことができる。
図7は、比較例に係る極低温冷凍機10’を示す概略図である。この極低温冷凍機10’は、実施の形態に係る極低温冷凍機10とは異なり、駆動ピストン22が駆動シャフト24に取り外し不能に固定されている。極低温冷凍機10’は、固定部材68を有しない。駆動シャフト24の下端がディスプレーサ20の上端に係合ピン72を用いて固定されている。係合ピン72は、ディスプレーサ20とともにディスプレーサシリンダ26の内部空間に収容されている。シリンダ内部空間はハウジング27により閉じられているから、係合ピン72に作業者の手は届かない。
係合ピン72を取り外すためにハウジング締結部材70を取り外してハウジング27を持ち上げたとしても、駆動ピストン22がシャフトガイド30を通り抜けられず、ハウジング27を取り外せない。作業者は、ハウジング27と軸方向可動体16との係合を直ちに解除することはできない。
そこで、比較例に係る極低温冷凍機10’の分解作業においては、作業者は、ハウジング27をディスプレーサシリンダ26から持ち上げて隙間を作り出し、作業者はその隙間から係合ピン72を取り外さなければならない。しかし、極低温冷凍機10’が大型の場合にはとくに、ハウジング27の重量が例えば数十kgにもなりうるので、持ち上げ作業は簡単ではない。人手で持ち上げるのは困難であり、クレーンなどの持ち上げ器具を要するなど、作業に手間と時間がかかる。
第1の実施の形態に係る極低温冷凍機10によれば、ハウジング27をディスプレーサシリンダ26に載置しかつハウジング蓋27aを取り外した状態で、作業者は、駆動ピストン22をディスプレーサ20に着脱可能である。ハウジング27をディスプレーサシリンダ26に載置したままで、作業者は、ハウジング27の開口部を通じて固定部材68による駆動ピストン22の固定を解除し、駆動ピストン22を駆動シャフト24から取り外すことができる。そして、作業者は、ハウジング27をディスプレーサシリンダ26から取り外すことができる。また、作業者は、極低温冷凍機10を組み立てる際には、逆の手順で行うことができる。
したがって、比較例のようにディスプレーサシリンダ26の内部空間で駆動シャフト24がディスプレーサ20にピン係合される構成に比べて、第1の実施の形態に係る極低温冷凍機10によれば、分解作業および組立作業が容易となる。作業に要する時間が短縮される。
また、駆動ピストン22は固定部材68によって駆動シャフト24に着脱可能に固定されている。固定部材68にはナットなど着脱容易な構成を採用することができる。これも作業性の向上に役立つ。
ハウジング蓋27aが取り外されたとき駆動室46が外部に開放され、固定部材68は、駆動室46に配置されている。よって、固定部材68がたとえばガスばね室48など他の場所に配置される場合に比べて、作業者にとって固定部材68を操作することが容易である。
上述の実施の形態においては、極低温冷凍機10は、ガス駆動型のGM冷凍機であるが、これに限られず、極低温冷凍機10は、モータ駆動型のGM冷凍機であってもよい。
図8は、第2の実施の形態に係る極低温冷凍機10を概略的に示す図である。極低温冷凍機10は、モータ駆動型のGM冷凍機である。以下、第2の実施の形態に係る極低温冷凍機10について、第1の実施の形態と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。
コールドヘッド14の軸方向可動体16は、軸方向に往復動可能なディスプレーサ20と、軸方向に往復動可能な駆動フランジと、を備える。駆動フランジは、スコッチヨーク機構のヨーク板74を形成する。駆動シャフト24の軸方向一端(下端)がディスプレーサ20に剛に連結され駆動シャフト24の軸方向他端(上端)がヨーク板74に剛に連結されている。そのため、ヨーク板74の軸方向往復動によりディスプレーサ20が軸方向に往復動する。ヨーク板74は、ハウジング27の内部空洞であるヨーク板74の往復動スペース76に収容されている。
ヨーク板74の径方向幅は、ディスプレーサ20の径より小さい。駆動シャフト24の径はヨーク板74の径方向幅より小さい。シャフトガイド30の貫通穴は駆動シャフト24に合わせて形成されているから、この貫通穴の径は、ディスプレーサ20の径より小さく、かつヨーク板74の径方向幅より小さい。
スコッチヨーク機構はよく知られたものが採用されてもよく、例えば特許第5575880号公報にその一例が説明されているので、ここでは詳述しない。特許第5575880号公報は参照によりその全体が本願明細書に援用される。
ヨーク板74は、駆動シャフト24の一部とともに、ハウジング27をディスプレーサシリンダ26に載置しかつハウジング蓋27aを取り外した状態でディスプレーサ20に着脱可能に構成されている。そのため、軸方向可動体16は、駆動シャフト24に配置されたねじ連結部78を備える。駆動シャフト24は、ねじ連結部78を境界として、ヨーク板74側のシャフト上部24bとディスプレーサ20側のシャフト下部24cに分割されている。シャフト上部24bがヨーク板74に固定され、シャフト下部24cがディスプレーサ20に固定されている。ハウジング蓋27aは、もう1つのシャフトガイド33を備えてもよい。
図9は、第2の実施の形態に係る極低温冷凍機10の分解方法の一工程を示す概略図である。図9には、ハウジング蓋27aが取り外され、ハウジング27がシリンダフランジ26a上に載置された状態が示されている。ハウジング蓋27aが取り外されることによって、ヨーク板74の往復動スペース76が外部に開放される。
作業者は、ねじ連結部78を操作することによって、ヨーク板74をディスプレーサ20と着脱可能である。ねじ連結部78は、ディスプレーサ20に対するヨーク板74の軸周り正回転Eによりヨーク板74を締結する一方、ディスプレーサ20に対するヨーク板74の軸周り逆回転Fによりヨーク板74を締結解除する。ヨーク板74とともにシャフト上部24bがシャフト下部24cに対し回転し、ねじ連結部78の締結および解除が可能である。
第2の実施の形態に係る極低温冷凍機10によれば、ハウジング27をディスプレーサシリンダ26に載置しかつハウジング蓋27aを取り外した状態で、作業者は、ヨーク板74をディスプレーサ20に着脱可能である。ハウジング27をディスプレーサシリンダ26に載置したままで、作業者は、ハウジング27の開口部を通じてねじ連結部78による締結を解除し、ヨーク板74をシャフト上部24bとともにシャフト下部24cから取り外すことができる。そして、作業者は、ハウジング27をディスプレーサシリンダ26から取り外すことができる。また、作業者は、極低温冷凍機10を組み立てる際には、逆の手順で行うことができる。
したがって、比較例のようにディスプレーサシリンダ26の内部空間で駆動シャフト24がディスプレーサ20にピン係合される構成に比べて、第2の実施の形態に係る極低温冷凍機10によれば、分解作業および組立作業が容易となる。作業に要する時間が短縮される。
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
図10(a)に示されるように、ねじ連結部78は、駆動シャフト24とディスプレーサ20の間に配置されてもよい。図8に示される例では、ねじ連結部78はヨーク板74の往復動スペース76に配置されているが、図10に示されるように、ねじ連結部78が室温室36に配置されてもよい。この場合、ハウジング27をディスプレーサシリンダ26に載置しかつハウジング蓋27aを取り外した状態で、作業者は、駆動シャフト24の全体とともにヨーク板74をディスプレーサ20に着脱可能である。
モータ駆動型のGM冷凍機だけではなく、ねじ連結部78は、ガス駆動型のGM冷凍機にも適用可能である。その場合、図10(b)に示されるように、ねじ連結部78は、駆動ピストン22と駆動シャフト24の間に配置されてもよい。ねじ連結部78は、ディスプレーサ20に対する駆動ピストン22の軸周り正回転により駆動ピストン22を締結する一方、ディスプレーサ20に対する駆動ピストン22の軸周り逆回転により駆動ピストン22を締結解除する。この場合、ハウジング27をディスプレーサシリンダ26に載置しかつハウジング蓋27aを取り外した状態で、作業者は、駆動ピストン22を単体でディスプレーサ20に着脱可能である。なお、ガス駆動型のGM冷凍機においても、ねじ連結部78は、駆動シャフト24に配置されてもよいし、駆動シャフト24とディスプレーサ20の間に配置されてもよい。
また、固定部材68は、ガス駆動型のGM冷凍機だけではなく、モータ駆動型のGM冷凍機にも適用可能である。その場合、図10(c)に示されるように、固定部材68は、ヨーク板74を駆動シャフト24に着脱可能に固定するようにヨーク板74の下枠部に設けられてもよい。この場合、ハウジング27をディスプレーサシリンダ26に載置しかつハウジング蓋27aを取り外した状態で、作業者は、ヨーク板74を単体でディスプレーサ20に着脱可能である。このように、固定部材68は駆動フランジの上面に設置されることは必須ではなく、固定部材68は駆動フランジの下部に設置されてもよい。
上述の実施形態は、GM冷凍機を例として説明したが、実施の形態に係る駆動フランジ取付構造は、ソルベー冷凍機などその他の極低温冷凍機にも適用可能である。
以下、本発明の幾つかの実施形態を挙げる。
1.軸方向に往復動可能なディスプレーサと、
軸方向に往復動可能な駆動フランジと、
軸方向に延在する駆動シャフトであって、前記駆動フランジの軸方向往復動により前記ディスプレーサが軸方向に往復動するように一端が前記ディスプレーサに剛に連結され他端が前記駆動フランジに剛に連結された駆動シャフトと、
前記ディスプレーサを軸方向に往復動可能に収容するシリンダと、
取り外し可能なハウジング蓋と、前記駆動フランジを軸方向に往復動可能に収容するとともに、前記ハウジング蓋が取り外されたとき外部に開放される駆動フランジ室と、を備え、前記シリンダに取り外し可能に固定されたハウジングと、を備え、
前記駆動フランジは、単体でまたは前記駆動シャフトの少なくとも一部とともに、前記ハウジングを前記シリンダに載置しかつ前記ハウジング蓋を取り外した状態で、前記ディスプレーサに着脱可能に構成されていることを特徴とする極低温冷凍機。
軸方向に往復動可能な駆動フランジと、
軸方向に延在する駆動シャフトであって、前記駆動フランジの軸方向往復動により前記ディスプレーサが軸方向に往復動するように一端が前記ディスプレーサに剛に連結され他端が前記駆動フランジに剛に連結された駆動シャフトと、
前記ディスプレーサを軸方向に往復動可能に収容するシリンダと、
取り外し可能なハウジング蓋と、前記駆動フランジを軸方向に往復動可能に収容するとともに、前記ハウジング蓋が取り外されたとき外部に開放される駆動フランジ室と、を備え、前記シリンダに取り外し可能に固定されたハウジングと、を備え、
前記駆動フランジは、単体でまたは前記駆動シャフトの少なくとも一部とともに、前記ハウジングを前記シリンダに載置しかつ前記ハウジング蓋を取り外した状態で、前記ディスプレーサに着脱可能に構成されていることを特徴とする極低温冷凍機。
2.前記駆動フランジを前記駆動シャフトに着脱可能に固定する固定部材をさらに備えることを特徴とする実施形態1に記載の極低温冷凍機。
3.前記駆動フランジは、前記駆動フランジ室を前記ディスプレーサとは軸方向反対側の第1区画とディスプレーサ側の第2区画に仕切るように前記駆動フランジ室に配置され、
前記ハウジング蓋が取り外されたとき前記駆動フランジ室の前記第1区画が外部に開放され、
前記固定部材は、前記駆動フランジ室の前記第1区画に配置されていることを特徴とする実施形態2に記載の極低温冷凍機。
前記ハウジング蓋が取り外されたとき前記駆動フランジ室の前記第1区画が外部に開放され、
前記固定部材は、前記駆動フランジ室の前記第1区画に配置されていることを特徴とする実施形態2に記載の極低温冷凍機。
4.前記ディスプレーサに対する前記駆動フランジの軸周り正回転により前記駆動フランジを締結する一方、前記ディスプレーサに対する前記駆動フランジの軸周り逆回転により前記駆動フランジを締結解除するように、前記駆動フランジと前記駆動シャフトの間に、または前記駆動シャフトに、または前記駆動シャフトと前記ディスプレーサの間に配置されたねじ連結部をさらに備えることを特徴とする実施形態1に記載の極低温冷凍機。
5.前記駆動フランジは、作用するガス圧力によって前記ディスプレーサの軸方向往復動を駆動する駆動ピストンを形成することを特徴とする実施形態1から4のいずれかに記載の極低温冷凍機。
6.前記駆動フランジは、スコッチヨーク機構のヨーク板を形成することを特徴とする実施形態1から4のいずれかに記載の極低温冷凍機。
10 極低温冷凍機、 20 ディスプレーサ、 22 駆動ピストン、 24 駆動シャフト、 27 ハウジング、 27a ハウジング蓋、 68 固定部材、 74 ヨーク板、 78 ねじ連結部。
Claims (6)
- 軸方向に往復動可能なディスプレーサと、
軸方向に往復動可能な駆動フランジと、
軸方向に延在する駆動シャフトであって、前記駆動フランジの軸方向往復動により前記ディスプレーサが軸方向に往復動するように一端が前記ディスプレーサに剛に連結され他端が前記駆動フランジに剛に連結された駆動シャフトと、
前記ディスプレーサを軸方向に往復動可能に収容するシリンダと、
取り外し可能なハウジング蓋と、前記駆動フランジを軸方向に往復動可能に収容するとともに、前記ハウジング蓋が取り外されたとき外部に開放される駆動フランジ室と、を備え、前記シリンダに取り外し可能に固定されたハウジングと、を備え、
前記駆動フランジは、単体でまたは前記駆動シャフトの少なくとも一部とともに、前記ハウジングを前記シリンダに載置しかつ前記ハウジング蓋を取り外した状態で、前記ディスプレーサに着脱可能に構成されていることを特徴とする極低温冷凍機。 - 前記駆動フランジを前記駆動シャフトに着脱可能に固定する固定部材をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の極低温冷凍機。
- 前記駆動フランジは、前記駆動フランジ室を前記ディスプレーサとは軸方向反対側の第1区画とディスプレーサ側の第2区画に仕切るように前記駆動フランジ室に配置され、
前記ハウジング蓋が取り外されたとき前記駆動フランジ室の前記第1区画が外部に開放され、
前記固定部材は、前記駆動フランジ室の前記第1区画に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の極低温冷凍機。 - 前記ディスプレーサに対する前記駆動フランジの軸周り正回転により前記駆動フランジを締結する一方、前記ディスプレーサに対する前記駆動フランジの軸周り逆回転により前記駆動フランジを締結解除するように、前記駆動フランジと前記駆動シャフトの間に、または前記駆動シャフトに、または前記駆動シャフトと前記ディスプレーサの間に配置されたねじ連結部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の極低温冷凍機。
- 前記駆動フランジは、作用するガス圧力によって前記ディスプレーサの軸方向往復動を駆動する駆動ピストンを形成することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の極低温冷凍機。
- 前記駆動フランジは、スコッチヨーク機構のヨーク板を形成することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の極低温冷凍機。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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