超低溫制冷機制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種能夠減少施加于置換器的驅(qū)動機構(gòu)上的負載的超低溫制冷機。本發(fā)明專利技術(shù)的超低溫制冷機具備：置換器，沿軸向延伸；缸體(10)，以使置換器能夠沿軸向往復(fù)移動方式容納置換器；止轉(zhuǎn)棒軛機構(gòu)(14)，驅(qū)動置換器；及殼體(16)，容納止轉(zhuǎn)棒軛機構(gòu)。止轉(zhuǎn)棒軛機構(gòu)包括曲柄(28)、軛板(34)、第2驅(qū)動軸(40)及第1驅(qū)動軸(38)。殼體包括：驅(qū)動機構(gòu)容納室(60)，容納曲柄和軛板；第1輔助室(62)，容納第1驅(qū)動軸的前端且能夠調(diào)整為比驅(qū)動機構(gòu)容納室的壓力高的壓力；及第2輔助室(64)，設(shè)置于驅(qū)動機構(gòu)容納室與氣體室(20)之間或驅(qū)動機構(gòu)容納室與第1輔助室之間，并且能夠調(diào)整為比驅(qū)動機構(gòu)容納室的壓力高的壓力。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本申請主張基于2015年8月17日申請的日本專利申請第2015-160652號及2015-160653號的優(yōu)先權(quán)。該日本申請的全部內(nèi)容通過參考援用于本說明書中。
本專利技術(shù)涉及一種使高壓制冷劑氣體膨脹而產(chǎn)生寒冷的超低溫制冷機。
技術(shù)介紹
作為產(chǎn)生超低溫的制冷機的一例已知有吉福德-麥克馬洪(Gifford-McMahon；GM)制冷機。GM制冷機通過使置換器在缸體內(nèi)進行往復(fù)移動來改變膨脹空間的體積。并且，通過對應(yīng)于該體積變化而選擇性地連接膨脹空間和壓縮機的吐出側(cè)或膨脹空間和壓縮機的吸氣側(cè)，使制冷劑氣體在膨脹空間內(nèi)膨脹。通過此時產(chǎn)生的寒冷來冷卻冷卻對象(參考專利文獻1)。專利文獻1：日本特開昭58-47970號公報在置換器上施加有基于其內(nèi)部的制冷劑氣體的壓力損失而產(chǎn)生的力。若置換器伴隨GM制冷機的大型化而變大，則作用于置換器的基于壓力損失的力也會變大。此時，驅(qū)動置換器所需的負載就會增大，施加于驅(qū)動置換器的驅(qū)動機構(gòu)上的負載也會增大。這樣一來，施加于構(gòu)成驅(qū)動機構(gòu)的構(gòu)成組件上的負載也增大，其壽命可能會變短。并且，若施加于驅(qū)動機構(gòu)的負載增大，則驅(qū)動驅(qū)動機構(gòu)的馬達所受的負載會增大，例如在驅(qū)動馬達使用同步馬達時，會引起同步脫落(滑移)，可能會導(dǎo)致GM制冷機難以進行正常的周期運轉(zhuǎn)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)是鑒于這種情況而完成的，其目的在于提供一種能夠減少施加于置換器的驅(qū)動機構(gòu)上的負載的超低溫制冷機。為了解決上述課題，本專利技術(shù)的一種實施方式的超低溫制冷機具備：置換器，沿軸向延伸；缸體，以使置換器能夠沿軸向往復(fù)移動的方式容納置換器；驅(qū)動機構(gòu)，驅(qū)動置換器；及殼體，容納驅(qū)動機構(gòu)。驅(qū)動機構(gòu)包括：偏心旋轉(zhuǎn)體；軛板，通過偏心旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而往復(fù)移動；第2軸部，從軛板沿軸向延伸并且與置換器連接；及第1軸部，從軛板向與第2軸部相反的一側(cè)延伸。在缸體的軸向一側(cè)與置換器之間形成有氣體膨脹室，在缸體的軸向另一側(cè)與置換器之間形成有常溫室，殼體包括：第1室，容納偏心旋轉(zhuǎn)體和軛板；第2室，容納第1軸部的前端且能夠調(diào)整為比第1室的壓力高的壓力；及第3室，設(shè)置于第1室與氣體室之間或第1室與第2室之間，并且能夠調(diào)整為比第1室的壓力高的壓力。為了解決上課題，本專利技術(shù)的一種實施方式的超低溫制冷機具備：置換器，沿軸向延伸；缸體，以使置換器能夠沿軸向往復(fù)移動的方式容納置換器；驅(qū)動機構(gòu)，驅(qū)動置換器；及殼體，容納驅(qū)動機構(gòu)。驅(qū)動機構(gòu)包括：偏心旋轉(zhuǎn)體；軛板，通過偏心旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而往復(fù)移動；及軸部，從軛板沿軸向延伸。殼體包括：第1室，容納偏心旋轉(zhuǎn)體和軛板；第2室，與第1室相鄰且容納軸部的一部分，并且能夠調(diào)整為比第1室的壓力更高的壓力。超低溫制冷機還具備控制裝置，該控制裝置獲取與施加于驅(qū)動機構(gòu)的軸向力有關(guān)的信息，并以緩和該力的方式調(diào)整第2室的壓力。另外，以上構(gòu)成要件的任意組合、本專利技術(shù)的構(gòu)成要件或表現(xiàn)在方法、裝置、系統(tǒng)等之間的相互置換也作為本專利技術(shù)的方式有效。根據(jù)本專利技術(shù)，能夠減少施加于置換器的驅(qū)動機構(gòu)上的負載。附圖說明圖1為表示第1前提技術(shù)所涉及的超低溫制冷機的示意圖。圖2為止轉(zhuǎn)棒軛機構(gòu)的分解立體圖。圖3為表示圖1的控制裝置的功能結(jié)構(gòu)的框圖。圖4表示施加于第1前提技術(shù)所涉及的超低溫制冷機的馬達上的負載及轉(zhuǎn)矩。圖5為表示第2前提技術(shù)所涉及的超低溫制冷機的示意圖。圖6為表示實施方式所涉及的超低溫制冷機的示意圖。圖7為表示圖6的控制裝置的功能結(jié)構(gòu)的框圖。圖8為表示實施方式的變形例所涉及的超低溫制冷機的示意圖。圖中：1-壓縮機，3-膨脹機，4-控制裝置，10-缸體，12-置換器，14-止轉(zhuǎn)棒軛機構(gòu)，16-殼體，34-軛板，38-第1驅(qū)動軸，40-第2驅(qū)動軸，55-應(yīng)變信息獲取部，56-力運算部，57-閥控制部，60-驅(qū)動機構(gòu)容納室，62-第1輔助室，64-第2輔助室，76-應(yīng)變傳感器，100-超低溫制冷機。具體實施方式以下，在各附圖中，對相同或相等的構(gòu)成要件、部件、工序標(biāo)注相同的符號，并適當(dāng)省略重復(fù)說明。并且，為了便于理解，在各附圖中適當(dāng)放大或縮小部件的尺寸。并且，在各附圖中，省略了對實施方式的說明并不重要的部件的一部分。(第1前提技術(shù))在對實施方式所涉及的超低溫制冷機進行說明之前，對其前提技術(shù)進行說明。圖1為表示第1前提技術(shù)所涉及的超低溫制冷機100的示意圖。超低溫制冷機100為吉福德-麥克馬洪制冷機(GM制冷機)，其具備壓縮機1、配管2、膨脹機3及控制裝置4。壓縮機1對從膨脹機3返回的低壓制冷劑氣體進行壓縮，并將壓縮后的高壓制冷劑氣體供給到膨脹機3。配管2包括高壓配管2a和低壓配管2b。高壓配管2a連接于壓縮機1的吐出側(cè)。從壓縮機1流向膨脹機3的高壓制冷劑氣體在高壓配管2a中流動。低壓配管2b連接于壓縮機1的吸氣側(cè)。從膨脹機3流向壓縮機1的低壓制冷劑氣體在低壓配管2b中流動。作為制冷劑氣體，例如可以使用氦氣。另外，作為制冷劑氣體也可以使用氮氣或其他氣體。膨脹機3使從壓縮機1供給過來的高壓制冷劑氣體膨脹從而產(chǎn)生寒冷。膨脹機3包括缸體10、置換器12、止轉(zhuǎn)棒軛機構(gòu)14、殼體16、馬達18及回轉(zhuǎn)閥19。以下，為了通俗易懂地表示膨脹機3的構(gòu)成要件的位置關(guān)系，有時使用“軸向”的術(shù)語。軸向表示第1驅(qū)動軸38及第2驅(qū)動軸40(均進行后述)所延伸的方向。軸向還與置換器12的移動方向一致。為方便起見，有時將軸向上相對靠近膨脹空間24或冷卻臺26(均進行后述)的一側(cè)稱為“下”，相對遠離膨脹空間24或冷卻臺26的一側(cè)稱為“上”。另外，這種表達方式與安裝了膨脹機3時的配置無關(guān)。缸體10具有圓筒部與底部形成為一體的有底杯狀形狀，且容納有置換器12以使置換器能夠沿軸向往復(fù)移動。考慮到強度、導(dǎo)熱系數(shù)等，缸體10例如由不銹鋼制成。置換器12在缸體10內(nèi)的上止點與下止點之間進行往復(fù)移動。在此，上止點是指膨脹空間24的容積最大時的膨脹空間24的位置，下止點是指膨脹空間24的容積最小時的膨脹空間24的位置。置換器12具有圓筒狀的外周面，在其內(nèi)部填充有蓄冷材料(未圖示)。從比重、強度、導(dǎo)熱系數(shù)等觀點出發(fā)，置換器12由例如酚醛樹脂(夾布酚醛)等樹脂制成。蓄冷材料例如由金屬絲網(wǎng)等制成。在置換器12的上部形成有使氣體室20與置換器12的內(nèi)部連通的氣體流路L1。在此，氣體室20為由缸體10和置換器12的上端形成的空間。氣體室20的容積隨著置換器12的往復(fù)移動而變化。氣體室20的溫度接近設(shè)置膨脹機的室溫，因此有時還將氣體室20稱為常溫室。在置換器12的下部形成有使置換器12的內(nèi)部與膨脹空間24連通的氣體流路L2。在此，膨脹空間24為由缸體10和置換器12的下端形成的空間。膨脹空間24的容積隨著置換器12的往復(fù)移動而變化。在缸體10的外周中的與膨脹空間24相對應(yīng)的位置配置有與冷卻對象物(未圖示)熱連接的冷卻臺26。冷卻臺26通過膨脹空間24內(nèi)部的制冷劑氣體而被冷卻。在缸體10的內(nèi)周面與置換器12之間設(shè)置有密封件22。因此，氣體室20與膨脹空間24之間的制冷劑氣體的流動經(jīng)由置換器12的內(nèi)部。馬達18使連接于馬達18的旋轉(zhuǎn)軸18a旋轉(zhuǎn)。圖2為止轉(zhuǎn)棒軛機構(gòu)14的分解立體圖。止轉(zhuǎn)棒軛機構(gòu)14驅(qū)動置換器12往復(fù)移動。止轉(zhuǎn)棒軛機構(gòu)14包括曲柄28和止轉(zhuǎn)棒軛30。曲柄28固定于馬達18的旋轉(zhuǎn)軸18a。曲柄28在從固定有旋轉(zhuǎn)軸18a的位置偏心的位置具本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種超低溫制冷機，其特征在于，具備：置換器，沿軸向延伸；缸體，以使所述置換器能夠沿軸向往復(fù)移動的方式容納所述置換器；驅(qū)動機構(gòu)，驅(qū)動所述置換器；及殼體，容納所述驅(qū)動機構(gòu)，所述驅(qū)動機構(gòu)包括：偏心旋轉(zhuǎn)體；軛板，通過所述偏心旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而往復(fù)移動；第2軸部，從所述軛板沿所述軸向延伸并且與所述置換器連接；及第1軸部，從所述軛板向與所述第2軸部相反的一側(cè)延伸，在所述缸體的軸向一側(cè)與所述置換器之間形成有氣體膨脹室，在所述缸體的軸向另一側(cè)與所述置換器之間形成有常溫室，所述殼體包括：第1室，容納所述偏心旋轉(zhuǎn)體和所述軛板；第2室，容納所述第1軸部的前端且能夠調(diào)整為比所述第1室的壓力高的壓力；及第3室，設(shè)置于所述第1室與所述常溫室之間或所述第1室與所述第2室之間，并且能夠調(diào)整為比所述第1室的壓力高的壓力。

【技術(shù)特征摘要】
2015.08.17 JP 2015-160652;2015.08.17 JP 2015-160651.一種超低溫制冷機，其特征在于，具備：置換器，沿軸向延伸；缸體，以使所述置換器能夠沿軸向往復(fù)移動的方式容納所述置換器；驅(qū)動機構(gòu)，驅(qū)動所述置換器；及殼體，容納所述驅(qū)動機構(gòu)，所述驅(qū)動機構(gòu)包括：偏心旋轉(zhuǎn)體；軛板，通過所述偏心旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)而往復(fù)移動；第2軸部，從所述軛板沿所述軸向延伸并且與所述置換器連接；及第1軸部，從所述軛板向與所述第2軸部相反的一側(cè)延伸，在所述缸體的軸向一側(cè)與所述置換器之間形成有氣體膨脹室，在所述缸體的軸向另一側(cè)與所述置換器之間形成有常溫室，所述殼體包括：第1室，容納所述偏心旋轉(zhuǎn)體和所述軛板；第2室，容納所述第1軸部的前端且能夠調(diào)整為比所述第1室的壓力高的壓力；及第3室，設(shè)置于所述第1室與所述常溫室之間或所述第1室與所述第2室之間，并且能夠調(diào)整為比所述第1室的壓力高的壓力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫制冷機，其特征在于，所述第2軸部包括第1部分及第2部分，所述第2部分的與軸向正交的截面的面積小于所述第1部分的與軸向正交的截面的面積，并且所述第2部分連接于所述第1部分的置換器側(cè)，所述第1部分與所述第2部分之間的連接部始終容納于所述第3室。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超低溫制冷機，其特征在于，所述超低溫制冷機具備壓縮機，所述壓縮機壓縮低壓工作氣體而生成高壓工作氣體，所述第2室連接成能夠在所述壓縮機的高壓...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：森江孝明，
申請(專利權(quán))人：住友重機械工業(yè)株式會社，
類型：發(fā)明
國別省市：日本;JP