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JP3393071B2 - Gas compressor and cold head - Google Patents
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JP3393071B2 - Gas compressor and cold head - Google Patents

Gas compressor and cold head

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Publication number
JP3393071B2
JP3393071B2 JP23611198A JP23611198A JP3393071B2 JP 3393071 B2 JP3393071 B2 JP 3393071B2 JP 23611198 A JP23611198 A JP 23611198A JP 23611198 A JP23611198 A JP 23611198A JP 3393071 B2 JP3393071 B2 JP 3393071B2
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Japan
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cylinder
displacer
piston
peripheral surface
bearing
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勝弘 楢崎
和博 乃美
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/001Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor

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  • Compressor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス圧縮機及びコ
ールドヘッドに関し、特に冷却機への使用に適したガス
圧縮機、及びそのガス圧縮機に接続されるコールドヘッ
ドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas compressor and a cold head, and more particularly to a gas compressor suitable for use as a cooling machine and a cold head connected to the gas compressor.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3はスターリング冷却機の基本構成を
示す。スターリング冷却機は、ガス圧縮機101、コー
ルドヘッド102、これらを連結する流通ダクト103
を有する。ガス圧縮機101は、シリンダ106とシリ
ンダ内で往復運動するピストン107を含み、シリンダ
106とピストン107との間に圧縮室108を画定す
る。
2. Description of the Related Art FIG. 3 shows a basic structure of a Stirling cooler. The Stirling cooler includes a gas compressor 101, a cold head 102, and a distribution duct 103 connecting these components.
Have. The gas compressor 101 includes a cylinder 106 and a piston 107 that reciprocates in the cylinder, and defines a compression chamber 108 between the cylinder 106 and the piston 107.

【0003】コールドヘッド102は、シリンダ109
と、その中に往復運動可能に配置されたディスプレーサ
111を含む。ディスプレーサ111は、シリンダ10
9の軸方向に移動可能にばね等で弾性的に支持されてい
る。シリンダ109の一端とディスプレーサ111との
間に膨張空間116が画定され、シリンダ109の他端
とディスプレーサ111との間に、流通ダクト103に
連通する圧縮空間117が画定されている。
The cold head 102 has a cylinder 109.
And a displacer 111 disposed therein for reciprocal movement. The displacer 111 is a cylinder 10
9 is elastically supported by a spring or the like so as to be movable in the axial direction. An expansion space 116 is defined between one end of the cylinder 109 and the displacer 111, and a compression space 117 communicating with the flow duct 103 is defined between the other end of the cylinder 109 and the displacer 111.

【0004】ディスプレーサ111の内部に、圧縮空間
117と膨張空間116とを連通させるガス流路112
が設けられている。ガス流路112内に蓄冷材が充填さ
れており、ガス流路112内を流れる冷媒ガスがこの蓄
冷材と熱交換を行う。ピストン107とディスプレーサ
111とが位相をずらして往復運動し、逆スターリング
サイクルを実行する。
Inside the displacer 111, a gas flow path 112 for connecting the compression space 117 and the expansion space 116 to each other.
Is provided. The gas flow passage 112 is filled with the cool storage material, and the refrigerant gas flowing in the gas flow passage 112 exchanges heat with the cool storage material. The piston 107 and the displacer 111 are reciprocally moved with their phases being shifted, and a reverse Stirling cycle is executed.

【0005】逆スターリングサイクルは、冷媒ガスの等
温圧縮、等容移送、等温膨張、等容移送の4工程から成
り立っている。以下、逆スターリングサイクルについて
簡単に説明する。
The reverse Stirling cycle consists of four steps of isothermal compression of refrigerant gas, isothermal transfer, isothermal expansion and isochoric transfer. The reverse Stirling cycle will be briefly described below.

【0006】最初、ディスプレーサ111は、ばねによ
って中立位置にあるとする。ピストン107が図中右側
に移動すると、冷媒ガスが圧縮室108で等温圧縮しつ
つ、流通ダクト103を通ってコールドヘッド102の
圧縮空間117に流入する。この時、蓄冷材が充填され
たガス流路112の流体抵抗力によりディスプレーサ1
11が膨張空間116側に移動する。つまり膨張空間1
16の空間容積が減少するとともに全系統の動作圧力が
最大に達する。この状態に至るまでの工程が等温圧縮で
ある。
Initially, displacer 111 is assumed to be in a neutral position by a spring. When the piston 107 moves to the right side in the drawing, the refrigerant gas is isothermally compressed in the compression chamber 108 and flows into the compression space 117 of the cold head 102 through the flow duct 103. At this time, due to the fluid resistance of the gas channel 112 filled with the cold storage material, the displacer 1
11 moves to the expansion space 116 side. That is, expansion space 1
The operating pressure of the entire system reaches a maximum as the space volume of 16 decreases. The process up to this state is isothermal compression.

【0007】ピストン107が右端に達した状態では、
ガスの流動がないため、圧縮室108と膨張空間116
との間の圧力がバランスする。流体抵抗力が働かないた
め、ディスプレーサ111がばねの復元力によって元の
中立位置に戻る。この時、圧縮されたガスが圧縮室10
8に移行する。この工程が等容移送である。
When the piston 107 reaches the right end,
Since there is no gas flow, the compression chamber 108 and the expansion space 116
The pressure between and balances. Since the fluid resistance does not work, the displacer 111 returns to its original neutral position due to the restoring force of the spring. At this time, the compressed gas is compressed by the compression chamber 10.
Go to 8. This process is isovolumetric transfer.

【0008】ピストン107の移動方向が反転し、左側
方向に移動すると、ディスプレーサ111に作用する流
体抵抗力によって、ディスプレーサ111もほぼ同時に
左側方向に移動する。この時、膨張空間116の空間容
積が増大し、冷媒ガスの膨張が起きる。この工程が等温
膨張である。等温で膨張するためには、外部から熱を吸
収する必要があるため、寒冷が発生する。
When the moving direction of the piston 107 is reversed and the piston 107 moves to the left, the displacer 111 also moves to the left almost simultaneously due to the fluid resistance force acting on the displacer 111. At this time, the space volume of the expansion space 116 increases, and the refrigerant gas expands. This process is isothermal expansion. In order to expand at an isothermal temperature, it is necessary to absorb heat from the outside, so coldness occurs.

【0009】ピストン107が左端の最大点に達した時
点では、流体抵抗力が働かないので、ディスプレーサ1
11がばねによって中立位置に戻る。膨張空間116の
ガスは等容移送となる。つまり、膨張空間116の冷却
されたガスは、ガス流路112を通って圧縮空間117
へ戻る。なお、実際の冷却機の各工程は、ここで述べた
ような完全な等温状態で動作することはない。
At the time when the piston 107 reaches the maximum point at the left end, the fluid resistance does not work, so the displacer 1
11 is returned to the neutral position by the spring. The gas in the expansion space 116 is transferred in the same volume. That is, the cooled gas in the expansion space 116 passes through the gas flow path 112 and the compression space 117.
Return to. In addition, each process of an actual cooler does not operate in a completely isothermal state as described here.

【0010】このようなスターリング冷却機において
は、膨張空間116が寒冷源となるので、被冷却物が膨
張空間116に熱的に結合されて配置される。例えば、
赤外線撮像装置がコールドヘッド102の右端に配置さ
れる。
In such a Stirling cooler, since the expansion space 116 serves as a cold source, the object to be cooled is arranged in thermal connection with the expansion space 116. For example,
An infrared imaging device is arranged at the right end of the cold head 102.

【0011】図4は従来のガス圧縮機の断面図を示す。
ピストン107a、107bが対向して配置され、軸1
31a、131bによって駆動される。軸131a、1
31bには、可動コイル124a、124bが結合さ
れ、永久磁石121a、121bおよびヨーク122
a、122bが形成する磁気回路のギャップに挿入され
ている。
FIG. 4 shows a sectional view of a conventional gas compressor.
The pistons 107a and 107b are arranged to face each other, and the shaft 1
It is driven by 31a and 131b. Shaft 131a, 1
Movable coils 124a and 124b are coupled to 31b, and permanent magnets 121a and 121b and a yoke 122 are coupled.
It is inserted in the gap of the magnetic circuit formed by a and 122b.

【0012】軸131a、131bは、円盤状の薄い弾
性金属製ダイヤフラムで形成された板ばね132a、1
33aおよび132b、133bによって外側ケースに
支持されている。これらの板ばね132、133は、軸
131a、131bの運動軸方向変位を弾性的に許容す
る。可動コイル124a、124bに供給する電流は、
リード線125a、125bを介して供給される。
The shafts 131a and 131b are leaf springs 132a and 1a made of a disk-shaped thin elastic metal diaphragm.
It is supported by the outer case by 33a and 132b, 133b. These leaf springs 132 and 133 elastically allow the movement of the shafts 131a and 131b in the movement axis direction. The current supplied to the movable coils 124a and 124b is
It is supplied via the lead wires 125a and 125b.

【0013】このような円盤状の板ばね132、133
を利用することにより、ピストン107を運動軸上に精
度高く支持し、運動軸と直交方向の変位を禁止すること
が可能となる。このため、ピストンとシリンダとの間に
狭い間隙を与え、ガスリーク量を極力減少させるクリア
ランスシール方式が採用できる。クリアランスシール方
式を採用することにより、ピストン及びディスプレーサ
の磨耗を防止することができる。
Such disc-shaped leaf springs 132, 133
By utilizing the above, it becomes possible to support the piston 107 on the movement axis with high accuracy and prohibit the displacement in the direction orthogonal to the movement axis. Therefore, it is possible to adopt a clearance seal system that gives a narrow gap between the piston and the cylinder and reduces the amount of gas leakage as much as possible. By adopting the clearance seal method, it is possible to prevent wear of the piston and the displacer.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】円盤状の板ばねでピス
トンを支持し、ピストンのストロークを大きくするため
には、板ばねの径を大きくする必要がある。このため、
ガス圧縮機のサイズが大きくなってしまう。ガス圧縮機
のサイズを大きくすることなくピストンのストロークを
大きくすることは困難である。
In order to support the piston with a disc-shaped leaf spring and increase the stroke of the piston, it is necessary to increase the diameter of the leaf spring. For this reason,
The size of the gas compressor becomes large. It is difficult to increase the stroke of the piston without increasing the size of the gas compressor.

【0015】本発明の目的は、サイズを大きくすること
なくピストンのストロークを大きくすることが可能なガ
ス圧縮機を提供することである。
An object of the present invention is to provide a gas compressor capable of increasing the stroke of the piston without increasing the size.

【0016】本発明の他の目的は、サイズを大きくする
ことなくディスプレーサのストロークを大きくすること
が可能なコールドヘッドを提供することである。
Another object of the present invention is to provide a cold head capable of increasing the stroke of the displacer without increasing the size.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、柱面状の内周面を有するシリンダと、前記シリンダ
内に配置され、前記シリンダの内周面に整合する外周面
を有するピストンと、前記ピストンに固定され、該ピス
トンよりも細いピストンロッドと、前記ピストンの外周
面が前記シリンダの内周面と微小間隙を隔てて対峙し、
かつ該ピストンが前記シリンダの軸方向に移動可能なよ
うに、前記ピストンロッドを支持する軸受けと、前記ピ
ストン及び前記ピストンロッドを、その軸方向に往復運
動させる往復駆動手段とを有するガス圧縮機が提供され
る。
According to one aspect of the present invention, a cylinder having a cylindrical inner peripheral surface and a piston arranged in the cylinder and having an outer peripheral surface aligned with the inner peripheral surface of the cylinder. And fixed to the piston,
A piston rod thinner than a ton, the outer peripheral surface of the piston faces the inner peripheral surface of the cylinder with a minute gap,
And the piston is movable in the axial direction of the cylinder .
Thus, there is provided a gas compressor having a bearing for supporting the piston rod , and a reciprocating drive means for reciprocating the piston and the piston rod in the axial direction.

【0018】本発明の他の観点によると、柱面状の内周
面を有し、一端が閉塞されたシリンダと、前記シリンダ
の他端に取り付けられ、該シリンダと共に閉じた空間を
画定する外枠と、前記シリンダ内に配置され、前記シリ
ンダの内周面に整合する外周面を有するディスプレーサ
であって、前記シリンダの一端と該ディスプレーサとの
間に膨張空間を画定し、前記外枠と該ディスプレーサと
の間に圧縮空間を画定し、該ディスプレーサ内に前記膨
張空間と圧縮空間とを連通させるガス流路が設けられた
前記ディスプレーサと、前記ガス流路内に配置され、該
ガス流路内を流れるガスと熱交換を行う蓄冷材と、前記
ディスプレーサに固定されて前記シリンダの外部まで導
出され、該ディスプレーサよりも小径のシャフトと、前
ディスプレーサの外周面が前記シリンダの内周面と微
小間隙を隔てて対峙し、かつ該ディスプレーサが前記シ
リンダの軸方向に移動可能なように、前記シャフトを支
持する軸受けと、前記圧縮空間へ連通し、冷媒ガスの導
入と排出を行う冷媒ガス供給路とを有するコールドヘッ
ドが提供される。
According to another aspect of the present invention, a cylinder having a cylindrical inner peripheral surface, one end of which is closed, and an outer surface which is attached to the other end of the cylinder and defines a closed space together with the cylinder. A displacer having a frame and an outer peripheral surface arranged in the cylinder and aligned with an inner peripheral surface of the cylinder, the expansion frame defining an expansion space between one end of the cylinder and the displacer, and the outer frame and the outer frame. A displacer that defines a compression space between the displacer and a gas flow passage that connects the expansion space and the compression space in the displacer; and the displacer is disposed in the gas flow passage. a cold accumulating material performs gas heat exchange flowing, the
It is fixed to the displacer and guided to the outside of the cylinder.
And a shaft with a smaller diameter than the displacer,
The outer peripheral surface of the serial displacer disposed oppositely across the inner circumferential surface with a small gap between the cylinder and such that the displacer is movable in the axial direction of the cylinder, supporting said shaft
There is provided a cold head having a bearing to be held and a refrigerant gas supply path communicating with the compression space and introducing and discharging a refrigerant gas.

【0019】ピストン及びディスプレーサが軸受けで支
持されているため、板ばねで支持されている場合に比べ
て、大きなストロークを確保することができる。また、
ピストンとシリンダ間、及びディスプレーサとシリンダ
間が微小間隙でシールされているため、磨耗による性能
劣化を防止することができる。
Since the piston and the displacer are supported by the bearing, a large stroke can be secured as compared with the case where they are supported by the leaf spring. Also,
Since the piston and the cylinder and the displacer and the cylinder are sealed with a minute gap, it is possible to prevent performance deterioration due to wear.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例によるス
ターリング冷却機の断面図を示す。実施例によるスター
リング冷却機は、ガス圧縮機1、コールドヘッド50、
及び両者を接続するキャピラリチューブ45を含んで構
成される。
1 is a sectional view of a Stirling cooler according to an embodiment of the present invention. The Stirling cooler according to the embodiment includes a gas compressor 1, a cold head 50,
And a capillary tube 45 that connects the two.

【0021】ガス圧縮機1は、隔壁2を挟んで面対称な
構造を有する。隔壁2の両側にシリンダ3が配置されて
いる。シリンダ3は、柱面状の内周面を有し、その中心
軸が隔壁2に垂直になるように配置されている。シリン
ダ3の内部空洞内にピストン4が配置されている。ピス
トン4は、シリンダ3の内周面に整合する外周面を有す
る。ピストン4、シリンダ3、及び隔壁2により、圧縮
室5が画定される。圧縮室5は、隔壁2内に形成された
ガス流路6を介してキャピラリチューブ45に連通して
いる。
The gas compressor 1 has a plane-symmetric structure with the partition wall 2 in between. Cylinders 3 are arranged on both sides of the partition wall 2. The cylinder 3 has a columnar inner peripheral surface, and is arranged such that its central axis is perpendicular to the partition wall 2. A piston 4 is arranged in the internal cavity of the cylinder 3. The piston 4 has an outer peripheral surface that matches the inner peripheral surface of the cylinder 3. A compression chamber 5 is defined by the piston 4, the cylinder 3, and the partition wall 2. The compression chamber 5 communicates with the capillary tube 45 via the gas flow path 6 formed in the partition wall 2.

【0022】ピストン4の、圧縮室5とは反対側の端部
にピストンロッド8が連結されている。ピストンロッド
8は、シリンダ3の中心軸の延長線に沿って延在してい
る。ピストンロッド8は、軸受け10及び11により、
その軸方向に移動可能に、かつ軸に直交する方向には移
動が禁止されるように支持されている。軸受け10及び
11は、それぞれ軸受支持部材13及び14を介してシ
リンダ3に固定されている。
A piston rod 8 is connected to the end of the piston 4 opposite to the compression chamber 5. The piston rod 8 extends along an extension line of the central axis of the cylinder 3. The piston rod 8 is supported by the bearings 10 and 11.
It is supported so as to be movable in the axial direction and prohibited from moving in the direction orthogonal to the axis. The bearings 10 and 11 are fixed to the cylinder 3 via bearing support members 13 and 14, respectively.

【0023】ピストン4は、軸受け10及び11によ
り、シリンダ3の内周面とピストン4の外周面との間に
微小な間隙が形成されるように保持される。この間隙が
10μm程度以下であれば、クリアランスシールとして
作用する。
The piston 4 is held by the bearings 10 and 11 so that a minute gap is formed between the inner peripheral surface of the cylinder 3 and the outer peripheral surface of the piston 4. If this gap is about 10 μm or less, it acts as a clearance seal.

【0024】シリンダ3に、その内周面を取り囲むよう
に、隔壁2とは反対側の端面から隔壁2に向かって円筒
状のギャップ16が形成されている。ギャップ16の外
周側の表面上に永久磁石17が取り付けられている。シ
リンダ3がヨークを兼ね、永久磁石17、シリンダ3及
びギャップ16により磁気回路が画定される。
A cylindrical gap 16 is formed in the cylinder 3 so as to surround the inner peripheral surface thereof from the end surface opposite to the partition wall 2 toward the partition wall 2. A permanent magnet 17 is attached on the outer peripheral surface of the gap 16. The cylinder 3 also serves as a yoke, and the permanent magnet 17, the cylinder 3 and the gap 16 define a magnetic circuit.

【0025】この磁気回路に鎖交するように、ギャップ
16内に電磁コイル20が挿入されている。電磁コイル
20は、コイル支持部材21を介してピストンロッド8
に固定されている。
An electromagnetic coil 20 is inserted in the gap 16 so as to interlink with the magnetic circuit. The electromagnetic coil 20 includes a piston rod 8 via a coil support member 21.
It is fixed to.

【0026】電磁コイル20に、電流リード23及び2
4を介して電流が供給される。電流リード23及び24
は、シリンダ3に固定された軸受支持部材14とピスト
ンロッド8に固定されたコイル支持部材21との間を接
続するコイルばねを含んで構成される。コイルばね23
及び24は、ピストンロッド8の軸方向に弾性変形す
る。電流リード23及び24を構成するコイルばねとし
て、ピストン4等の可動部分の往復運動が、運転周波数
に共鳴するようなものが採用されている。
Current leads 23 and 2 are attached to the electromagnetic coil 20.
Current is supplied via 4. Current leads 23 and 24
Is configured to include a coil spring that connects between the bearing support member 14 fixed to the cylinder 3 and the coil support member 21 fixed to the piston rod 8. Coil spring 23
And 24 are elastically deformed in the axial direction of the piston rod 8. As the coil springs forming the current leads 23 and 24, those in which the reciprocating motion of the movable part such as the piston 4 resonates with the operating frequency are adopted.

【0027】ピストン4、軸受け10、11、電流リー
ド23、24等が配置された空間は、外側ケース30に
より密閉されている。
The space in which the piston 4, bearings 10 and 11, current leads 23 and 24, etc. are arranged is sealed by an outer case 30.

【0028】コールドヘッド50は、シリンダ51、デ
ィスプレーサ(ピストン)52、コイルばね53、及び
外枠57を含んで構成される。シリンダ51は、柱面
状、例えば円柱面状の内周面を有する。シリンダ51の
一端は閉塞され、他端は外枠57で塞がれている。シリ
ンダ51の内部空洞内にディスプレーサ52が挿入され
ている。ディスプレーサ52の外周面とシリンダ51の
内周面との間に、シール部材54が配置されている。
The cold head 50 comprises a cylinder 51, a displacer (piston) 52, a coil spring 53, and an outer frame 57. The cylinder 51 has a columnar inner surface, for example, a cylindrical surface. One end of the cylinder 51 is closed and the other end is closed by an outer frame 57. A displacer 52 is inserted in the internal cavity of the cylinder 51. A seal member 54 is arranged between the outer peripheral surface of the displacer 52 and the inner peripheral surface of the cylinder 51.

【0029】シリンダ51とディスプレーサ52によ
り、シリンダ51の図の左端に膨張空間55が画定さ
れ、ディスプレーサ52と外枠57により、図の右端に
圧縮空間56が画定される。ディスプレーサ52内に、
膨張空間55と圧縮空間56とを連通させるガス流路5
8が設けられている。ガス流路58内に、銅金網、鉛球
等の蓄冷材59が充填されている。
The cylinder 51 and the displacer 52 define an expansion space 55 at the left end of the cylinder 51 in the drawing, and the displacer 52 and the outer frame 57 define a compression space 56 at the right end of the drawing. In the displacer 52,
Gas channel 5 that connects the expansion space 55 and the compression space 56
8 are provided. The gas flow path 58 is filled with a regenerator material 59 such as copper wire mesh and lead balls.

【0030】ディスプレーサ52は、圧縮空間56内に
配置されたコイルばね53により、軸方向に関して弾性
的に支持されている。圧縮空間56は、キャピラリチュ
ーブ45及びガス流路6を介してガス圧縮機1の圧縮室
5に連通している。
The displacer 52 is elastically supported in the axial direction by a coil spring 53 arranged in the compression space 56. The compression space 56 communicates with the compression chamber 5 of the gas compressor 1 via the capillary tube 45 and the gas flow path 6.

【0031】電磁コイル20に所定周波数の交流電流を
流すと、電流リード23、24の弾性力に抗してピスト
ン4が往復運動する。隔壁2の両側の2つのピストン4
が、相互に反対向きに移動するように、交流電流の位相
を制御する。2つのピストン4が近づく向きに移動する
時、圧縮室5内が高圧になり、両者が遠ざかる向きに移
動するとき、圧縮室5内が低圧になる。ピストン4が往
復運動を繰り返すことにより、周期的にガス圧を変化さ
せることができる。
When an alternating current having a predetermined frequency is applied to the electromagnetic coil 20, the piston 4 reciprocates against the elastic force of the current leads 23 and 24. Two pistons 4 on both sides of the partition wall 2
Control the phase of the alternating current so that they move in opposite directions. When the two pistons 4 move toward each other, the pressure inside the compression chamber 5 becomes high, and when both pistons move away from each other, the pressure inside the compression chamber 5 becomes low. By repeating the reciprocating motion of the piston 4, the gas pressure can be changed periodically.

【0032】コールドヘッド50への冷媒ガスの供給及
び排気を繰り返すことにより、逆スターリングサイクル
を実行させ、膨張空間55に寒冷を発生させることがで
きる。
By repeatedly supplying and discharging the refrigerant gas to and from the cold head 50, the reverse Stirling cycle can be executed and cold can be generated in the expansion space 55.

【0033】軸受け10及び11により、ピストン4が
シリンダ3内に所定のクリアランスをもって支持され
る。このため、シリンダ3の内周面へのピストン4の片
当たりによる磨耗を防止し、信頼性を高めることができ
る。また、ピストン4を板ばねで支持する場合に比べ
て、大きなストロークを確保することができる。また、
軸受けは、板ばねのように疲労破壊を起こすこともな
い。ピストン4のストロークを大きくすることにより、
スターリング冷却機の性能の向上を図ることができる。
The bearings 10 and 11 support the piston 4 in the cylinder 3 with a predetermined clearance. Therefore, it is possible to prevent abrasion due to partial contact of the piston 4 with the inner peripheral surface of the cylinder 3, and to improve reliability. In addition, a large stroke can be secured as compared with the case where the piston 4 is supported by the leaf spring. Also,
Bearings do not experience fatigue failure as do leaf springs. By increasing the stroke of the piston 4,
The performance of the Stirling cooler can be improved.

【0034】上記実施例の軸受け10及び11には、真
空用グリスを使用することが好ましい。真空用グリスを
使用することにより、冷媒ガスの汚染を防止することが
できる。
It is preferable to use vacuum grease for the bearings 10 and 11 of the above embodiment. By using the vacuum grease, it is possible to prevent the refrigerant gas from being contaminated.

【0035】上記実施例で用いた軸受けとして、例えば
NSK社製のリニアボールベアリングLB型等のリニア
ベアリングを用いることができる。また、リニアベアリ
ングの代わりにすべり軸受けを用いてもよい。
As the bearing used in the above embodiment, for example, a linear bearing such as a linear ball bearing LB type manufactured by NSK can be used. A slide bearing may be used instead of the linear bearing.

【0036】上記実施例では、ディスプレーサ52の径
方向の位置を、シール部材54で固定する場合を説明し
た。ディスプレーサ52も、ガス圧縮機1のピストン4
と同様に、軸受けで支持してもよい。
In the above embodiment, the case where the radial position of the displacer 52 is fixed by the seal member 54 has been described. The displacer 52 is also the piston 4 of the gas compressor 1.
Similarly, the bearing may be supported by the bearing.

【0037】図2は、軸受けでディスプレーサを支持し
たコールドヘッドの断面図を示す。低温端が閉塞され高
温端が開口された円筒状のシリンダ61内に、ディスプ
レーサ62が挿入されている。シリンダ61の内周面と
ディスプレーサ62の外周面との間には、微小な間隙が
画定されている。ディスプレーサ62の高温部62aの
一部は、シリンダ61の開口から突出している。高温部
62aの端面から、ディスプレーサ62の外周面よりも
小径のシャフト63が中心軸に沿って延びている。
FIG. 2 is a sectional view of a cold head in which a displacer is supported by bearings. A displacer 62 is inserted into a cylindrical cylinder 61 whose low temperature end is closed and whose high temperature end is opened. A minute gap is defined between the inner peripheral surface of the cylinder 61 and the outer peripheral surface of the displacer 62. A part of the high temperature portion 62 a of the displacer 62 projects from the opening of the cylinder 61. A shaft 63 having a smaller diameter than the outer peripheral surface of the displacer 62 extends from the end surface of the high temperature portion 62a along the central axis.

【0038】シリンダ61の高温端の開口部はフランジ
状にされ、このフランジの端面に、円筒状の支持部材6
7が取り付けられている。支持部材67は、ディスプレ
ーサ62の高温部62a及びシャフト63を取り囲むよ
うに配置されている。支持部材67の側面には開口67
aが設けられており、内外の空間が開口67aを通して
連通している。シリンダ61の高温端のフランジの端面
に第1の軸受け64が取り付けられ、支持部材67の先
端に、軸受支持部材66を介して第2の軸受け65が取
り付けられている。第1の軸受け64及び第2の軸受け
65は、それぞれディスプレーサ62の高温部62a及
びシャフト63を、径方向の移動を禁止するように支持
している。
The opening at the high temperature end of the cylinder 61 is formed in a flange shape, and the cylindrical support member 6 is formed on the end surface of the flange.
7 is attached. The support member 67 is arranged so as to surround the high temperature portion 62 a of the displacer 62 and the shaft 63. The side surface of the support member 67 has an opening 67.
a is provided, and the inner and outer spaces communicate with each other through the opening 67a. The first bearing 64 is attached to the end surface of the flange at the high temperature end of the cylinder 61, and the second bearing 65 is attached to the tip of the support member 67 via the bearing support member 66. The first bearing 64 and the second bearing 65 respectively support the high temperature portion 62a of the displacer 62 and the shaft 63 so as to prohibit radial movement.

【0039】ディスプレーサ62の高温部62aの端部
と軸受支持部材66の先端との間に、コイルばね68が
取り付けられている。コイルばね68は、ディスプレー
サ62を、その軸方向に関して弾性的に支持する。
A coil spring 68 is attached between the end of the high temperature portion 62a of the displacer 62 and the tip of the bearing support member 66. The coil spring 68 elastically supports the displacer 62 in the axial direction.

【0040】シリンダ61の高温端のフランジの端面の
最外周部に、外枠70が取り付けられている。両者の接
合部はOリングで気密に保たれている。外枠70は、デ
ィスプレーサ62の高温部62a、シャフト63、支持
部材67、軸受け64、65、及びコイルばね68を収
容する気密な圧縮空間69を画定する。
An outer frame 70 is attached to the outermost peripheral portion of the end surface of the flange at the high temperature end of the cylinder 61. The joint between the two is kept airtight by an O-ring. The outer frame 70 defines an airtight compression space 69 that houses the high temperature portion 62 a of the displacer 62, the shaft 63, the support member 67, the bearings 64 and 65, and the coil spring 68.

【0041】外枠70に取り付けられたキャピラリチュ
ーブ71を介して、圧縮空間69が、例えば図1に示す
ガス圧縮機1の圧縮室5に連通している。
A compression space 69 communicates with the compression chamber 5 of the gas compressor 1 shown in FIG. 1, for example, via a capillary tube 71 attached to the outer frame 70.

【0042】ディスプレーサ62を軸受け64及び65
で支持し、シリンダ61の内周面とディスプレーサ62
の外周面との間にシール部材を配置しないため、シール
部材の磨耗による性能劣化を防止することができる。
Displacer 62 bearings 64 and 65
Supported by the inner surface of the cylinder 61 and the displacer 62.
Since the seal member is not arranged between the outer peripheral surface and the outer peripheral surface, it is possible to prevent performance deterioration due to wear of the seal member.

【0043】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described above with reference to the embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シリンダ内のピストンまたはディスプレーサを、軸受け
で支持することにより、大きなストロークを確保するこ
とができる。シリンダの内周面とピストンの外周面との
間をクリアランスシール方式でシールすることができる
ため、シール部材の磨耗による性能の劣化を回避するこ
とができる。
As described above, according to the present invention,
A large stroke can be secured by supporting the piston or displacer in the cylinder with a bearing. Since the clearance can be sealed between the inner peripheral surface of the cylinder and the outer peripheral surface of the piston, it is possible to avoid performance deterioration due to wear of the seal member.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例によるガス圧縮機を用いたスタ
ーリング冷却機の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a Stirling cooler using a gas compressor according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例によるスターリング冷却機のコ
ールドヘッドの断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a cold head of a Stirling cooler according to an embodiment of the present invention.

【図3】スターリング冷却機の基本構成を示す概略図で
ある。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a basic configuration of a Stirling cooler.

【図4】従来のガスサイクル機関の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a conventional gas cycle engine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガス圧縮機 2 隔壁 3 シリンダ 4 ピストン 5 圧縮室 6 ガス流路 8 ピストンロッド 10、11、64、65 軸受け 13、14 軸受保持部材 16 ギャップ 17 永久磁石 20 電磁コイル 21 コイル保持部材 23、24 電流リード 30 外側ケース 45、71 キャピラリチューブ 50 コールドヘッド 51、61 シリンダ 52、62 ディスプレーサ 53、68 コイルばね 54 シール部材 55 膨張空間 56、69 圧縮空間 58 ガス流路 59 蓄冷材 63 シャフト 66 軸受支持部材 67 支持部材 70 外枠 1 gas compressor 2 partitions 3 cylinders 4 pistons 5 compression chamber 6 gas flow paths 8 piston rod 10, 11, 64, 65 bearings 13, 14 Bearing holding member 16 gap 17 permanent magnet 20 electromagnetic coil 21 Coil holding member 23, 24 current lead 30 outer case 45,71 Capillary tube 50 cold heads 51, 61 cylinders 52,62 Displacer 53, 68 coil spring 54 Seal member 55 Expansion space 56,69 Compressed space 58 gas flow path 59 Cold storage material 63 shaft 66 Bearing support member 67 Support member 70 outer frame

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F25B 9/14 520 F25B 9/14 510 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) F25B 9/14 520 F25B 9/14 510

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 柱面状の内周面を有するシリンダと、 前記シリンダ内に配置され、前記シリンダの内周面に整
合する外周面を有するピストンと、前記ピストンに固定され、該ピストンよりも細いピスト
ンロッドと、 前記 ピストンの外周面が前記シリンダの内周面と微小間
隙を隔てて対峙し、かつ該ピストンが前記シリンダの軸
方向に移動可能なように、前記ピストンロッドを支持す
軸受けと、 前記ピストン及び前記ピストンロッドを、その軸方向に
往復運動させる往復駆動手段とを有するガス圧縮機。
1. A cylinder having a cylindrical inner peripheral surface, a piston arranged in the cylinder and having an outer peripheral surface aligned with the inner peripheral surface of the cylinder, and fixed to the piston, and more than the piston. Thin fixie
And Nroddo, the outer peripheral surface of the piston is disposed oppositely across the inner circumferential surface with a small gap between the cylinder and as the piston is movable in the axial direction of the cylinder, to support the piston rod
That bearing and, the piston and the piston rod, a gas compressor and a reciprocating drive means for reciprocating in the axial direction.
【請求項2】 前記軸受けが、リニアベアリングまたは2. The bearing is a linear bearing or
すべり軸受けである請求項1に記載のガス圧縮機。The gas compressor according to claim 1, which is a sliding bearing.
【請求項3】 柱面状の内周面を有し、一端が閉塞され
たシリンダと、 前記シリンダの他端に取り付けられ、該シリンダと共に
閉じた空間を画定する外枠と、 前記シリンダ内に配置され、前記シリンダの内周面に整
合する外周面を有するディスプレーサであって、前記シ
リンダの一端と該ディスプレーサとの間に膨張空間を画
定し、前記外枠と該ディスプレーサとの間に圧縮空間を
画定し、該ディスプレーサ内に前記膨張空間と圧縮空間
とを連通させるガス流路が設けられた前記ディスプレー
サと、 前記ガス流路内に配置され、該ガス流路内を流れるガス
と熱交換を行う蓄冷材と、前記ディスプレーサに固定されて前記シリンダの外部ま
で導出され、該ディスプレーサよりも小径のシャフト
と、 前記 ディスプレーサの外周面が前記シリンダの内周面と
微小間隙を隔てて対峙し、かつ該ディスプレーサが前記
シリンダの軸方向に移動可能なように、前記シャフトを
支持する軸受けと、 前記圧縮空間へ連通し、冷媒ガスの導入と排出を行う冷
媒ガス供給路とを有するコールドヘッド。
3. A cylinder having a cylindrical inner peripheral surface, one end of which is closed, an outer frame which is attached to the other end of the cylinder and which defines a closed space together with the cylinder, and inside the cylinder. A displacer that is disposed and has an outer peripheral surface that matches the inner peripheral surface of the cylinder, the expander defining an expansion space between one end of the cylinder and the displacer, and a compression space between the outer frame and the displacer. And a displacer in which a gas flow path that connects the expansion space and the compression space is provided in the displacer, and heat is exchanged with the gas that is disposed in the gas flow path and that flows in the gas flow path. The regenerator material to be used and the outside of the cylinder that is fixed to the displacer.
A shaft with a smaller diameter than the displacer
When the outer peripheral surface of the displacer disposed oppositely across the inner circumferential surface with a small gap between the cylinder and such that the displacer is movable in the axial direction of said cylinder, said shaft
A cold head having a bearing for supporting and a refrigerant gas supply path communicating with the compression space for introducing and discharging a refrigerant gas.
【請求項4】 さらに、前記ディスプレーサを前記シリ
ンダの軸方向に弾性的に支持する弾性部材を有する請求
に記載のコールドヘッド。
4. The cold head according to claim 3 , further comprising an elastic member that elastically supports the displacer in the axial direction of the cylinder.
【請求項5】 前記軸受けが、リニアベアリングまたは5. The bearing is a linear bearing or
すべり軸受けである請求項3または4に記載のコールドThe cold according to claim 3 or 4, which is a sliding bearing.
ヘッド。head.
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