(57)【要約】【課題】溶接やロウ付け、ハンダ付けを用いること無く、冷凍機用シリンダを製作可能とする。【解決手段】冷媒により膨張冷却を行なうディスプレーサ２０を内部で往復動作させるための冷凍機用シリンダ２２を製作する際に、駆動部１６を固定するフランジ部２２Ａと、ディスプレーサが内部を往復する胴部２２Ｂとを、接合を行なうことなく、一体物で形成すると共に、被冷却物２４が取り付けられる熱負荷部２２Ｃと、熱負荷部側（２２Ｆ）が閉じられた前記胴部を、異種材料の熱膨張率の違いを利用した嵌め合いにより接合する。【選択図】図４
2006029636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒により膨張冷却を行なうディスプレーサを内部で往復動作させるための冷凍機用シリンダにおいて、
少なくとも、駆動部を固定するフランジ部と、ディスプレーサが内部を往復する胴部とが、接合を行なわない一体物とされていることを特徴とする冷凍機用シリンダ。
【請求項２】
冷媒により膨張冷却を行なうディスプレーサを内部で往復動作させるための冷凍機用シリンダにおいて、
少なくとも、被冷却物が取り付けられる熱負荷部と、ディスプレーサが内部を往復する、熱負荷部側が閉じられた胴部とが、異種材料の熱膨張率の違いを利用した嵌め合いにより接合されていることを特徴とする冷凍機用シリンダ。
【請求項３】
冷媒により膨張冷却を行なうディスプレーサを内部で往復動作させるための冷凍機用シリンダにおいて、
駆動部を固定するフランジ部と、ディスプレーサが内部を往復する胴部とが、接合を行なわない一体物とされると共に、
被冷却物が取り付けられる熱負荷部と、熱負荷部側が閉じられた前記胴部とが、異種材料の熱膨張率の違いを利用した嵌め合いにより接合されていることを特徴とする冷凍機用シリンダ。
【請求項４】
冷媒により膨張冷却を行なうディスプレーサを内部で往復動作させるための冷凍機用シリンダを製作する際に、
少なくとも、駆動部を固定するフランジ部と、ディスプレーサが内部を往復する胴部とを、接合を行なうことなく、一体物で形成することを特徴とする冷凍機用シリンダの製作方法。
【請求項５】
冷媒により膨張冷却を行なうディスプレーサを内部で往復動作させるための冷凍機用シリンダを製作する際に、
少なくとも、被冷却物が取り付けられる熱負荷部と、ディスプレーサが内部を往復する、熱負荷部側が閉じられた胴部とを、異種材料の熱膨張率の違いを利用した嵌め合いにより接合することを特徴とする冷凍機用シリンダの製作方法。
【請求項６】
冷媒により膨張冷却を行なうディスプレーサを内部で往復動作させるための冷凍機用シリンダを製作する際に、
駆動部を固定するフランジ部と、ディスプレーサが内部を往復する胴部を、接合を行なうことなく、一体物で形成すると共に、
被冷却物が取り付けられる熱負荷部と、熱負荷部側が閉じられた前記胴部とを、異種材料の熱膨張率の違いを利用した嵌め合いにより接合することを特徴とする冷凍機用シリンダの製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒により膨張冷却を行なうディスプレーサを内部で往復動作させるための冷凍機用シリンダ、及び、その製作方法に係り、特に、極低温冷凍に用いられるギフォード・マクマホンサイクルあるいはスターリングサイクル等の冷凍機に用いるのに好適な、冷凍機用シリンダ、及び、その製作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に例示する如く、圧縮部１０で圧縮したヘリウム等の冷媒を管路１２Ａから膨張冷却部１４に供給し、該膨張冷却部１４で膨張した冷媒を管路１２Ｂから圧縮部１０に戻し、再び圧縮部１０で加圧して管路１２Ａから供給する、圧縮系と膨張系を組み合わせた冷凍機が、例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
そして、膨張冷却部１４は、例えば電動クランク機構等の往復駆動部１６に、膨張冷却作用を行なうための往復動作部１８を組み付けて形成されている。往復動作部１８は、ディスプレーサ２０をシリンダ２２の中に収納して構成されており、このディスプレーサ２０を往復駆動部１６のクランク等によって往復動作している。
【０００４】
図において、２２Ａは、往復駆動部１６を固定するための、例えばステンレス製のフランジ部、２２Ｂは、ディスプレーサ２０が内部を往復する、例えばステンレス製の胴部、２２Ｃは、被冷却物２４が取り付けられる、例えば無酸素銅製の熱負荷部である。
【０００５】
ここで、前記シリンダ２２を製作する際に、従来は、特許文献２に記載されているように、図２に例示する如く、部品取付けは、ＴＩＧ溶接や真空ロウ付けにより行なっていた。図２において、２２Ｄは、フランジ部２２Ａと胴部２２ＢのＴＩＧ溶接部、２２Ｅは、胴部２２Ｂと熱負荷部２２Ｃのロウ付け部である。
【０００６】
又、特許文献３には、焼き嵌めとガスリーク防止用の溶接を併用することが記載され、特許文献４には、熱負荷部をロウ付け部とねじ部の併用構造により固定することが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平３−１５８６６１号公報
【特許文献２】特開平６−１８１１０号公報
【特許文献３】特開平１１−１７３６９６号公報
【特許文献４】特開平１１−２８１１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、技術が必要な溶接やロウ付けが不良であると、熱伝達効率を落とす。特に、胴部２２Ｂのフランジ部２２Ａに近い部分は強度が必要であり、３〜４ｍｍ位の厚物であることが望ましい一方、他の部分は熱伝導を減らすために１．５〜２ｍｍ位の薄肉である方が望ましいため、フランジ部２２Ａと胴部２２Ｂの溶接が不良であると、冷媒が溶接点よりリークしてしまうことがある。又、熱負荷部２２Ｃと胴部２２Ｂの間にロウ材や半田材が入るため、熱伝達効率を落とす。更に、溶接やロウ付け時の熱により、シリンダに変形が生じる。又、歪みや変形で垂直度を出すのが困難である。更に、熱によるシリンダの変形を見込んだ一次加工と、仕上の最終加工が必要である。又、溶接場所の残留ガスが真空度を悪くする。更に、胴を真空ロウ付けにする場合、無酸素銅しか使用できず、材料選択の自由度が無い等の問題点を有していた。
【０００９】
このような問題点は、特に図３（Ａ）に示すような多段式（図は３段式）のシリンダにおいて顕著であり、図３（Ｂ）に示す如く、ロウ付けにより、傾きが出てしまったり、傾きが出なくても回転してしまうことがある。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、溶接やロウ付け、半田付けを行なうことなく、シリンダを製作可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、冷媒により膨張冷却を行なうディスプレーサを内部で往復動作させるための冷凍機用シリンダにおいて、少なくとも、駆動部を固定するフランジ部と、ディスプレーサが内部を往復する胴部とを、接合を行なわない一体物とすることにより、前記課題を解決したものである。
【００１２】
本発明は、又、冷媒により膨張冷却を行なうディスプレーサを内部で往復動作させるための冷凍機用シリンダにおいて、少なくとも、被冷却物が取り付けられる熱負荷部と、ディスプレーサが内部を往復する、熱負荷部側が閉じられた胴部とを、異種材料の熱膨張率の違いを利用した嵌め合いにより接合するようにして、同じく前記課題を解決したものである。
【００１３】
本発明は、又、冷媒により膨張冷却を行なうディスプレーサを内部で往復動作させるための冷凍機用シリンダにおいて、駆動部を固定するフランジ部と、ディスプレーサが内部を往復する胴部とを、接合を行なわない一体物とすると共に、被冷却物が取り付けられる熱負荷部とを、熱負荷部側が閉じられた前記胴部とを、異種材料の熱膨張率の違いを利用した嵌め合いにより接合することにより、同じく前記課題を解決したものである。
【００１４】
本発明は、又、冷媒により膨張冷却を行なうディスプレーサを内部で往復動作させるための冷凍機用シリンダを製作する際に、少なくとも、駆動部を固定するフランジ部と、ディスプレーサが内部を往復する胴部とを、接合を行なうことなく、一体物で形成するようにして、同じく前記課題を解決したものである。
【００１５】
本発明は、又、冷媒により膨張冷却を行なうディスプレーサを内部で往復動作させるための冷凍機用シリンダを製作する際に、少なくとも、被冷却物が取り付けられる熱負荷部と、ディスプレーサが内部を往復する、熱負荷部側が閉じられた胴部とを、異種材料の熱膨張率の違いを利用した嵌め合いにより接合するようにして、同じく前記課題を解決したものである。
【００１６】
本発明は、又、冷媒により膨張冷却を行なうディスプレーサを内部で往復動作させるための冷凍機用シリンダを製作する際に、駆動部を固定するフランジ部と、ディスプレーサが内部を往復する胴部を、接合を行なうことなく、一体物で形成すると共に、被冷却物が取り付けられる熱負荷部と、熱負荷部側が閉じられた前記胴部とを、異種材料の熱膨張率の違いを利用した嵌め合いにより接合するようにして、同じく前記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、溶接や真空ロウ付け、ハンダ付けを行なうことなくシリンダを製作することができる。従って、ＴＩＧ溶接やロウ付け不良による冷媒のリークを防ぐことができる。又、溶接やロウ付け、ハンダ付け時の熱によるシリンダの変形や歪みを防ぐことができる。従って、熱によるシリンダの変形を見込んだ一次加工と、仕上の最終加工が不要となり、高度の寸法管理を行なって、垂直度を向上すると共に、工数を低減して、コストダウンを図ることができる。又、熱負荷部と胴部の間にロウ材や半田材が入るため、熱伝達効率の低下や、溶接場所の残留ガスによる真空度の悪化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１９】
本実施形態は、図４に示す如く、駆動部を固定するフランジ部２２Ａと、ディスプレーサが内部を往復する胴部２２Ｂと、該胴部２２Ｂの下端面とを、例えば旋盤による一体加工により、断面がＵ字状の一体物で形成すると共に、前記胴部２２Ｂと被冷却物が取り付けられる熱負荷部２２Ｃとを、例えばステンレス製の胴部２２Ｂと銅製の熱負荷部２２Ｃの図５に示すような熱膨張率の違いを利用して、焼き嵌めにより接合するようにしたものである。
【００２０】
このようにして、フランジ部２２Ａと胴部２２Ｂを溶接を行なわない一体物とすることで、変形や歪み、垂直度の低下、冷媒のリーク等を防ぐことができる。
【００２１】
又、前記熱負荷部２２Ｃと胴部２２Ｂを焼き嵌めにより接合することで、ロウ付けによるシリンダの変形を防ぐことができる。
【００２２】
図５に主な金属の熱膨張の違いを示す。外側となる部材（ここでは熱負荷部２２Ｃ）の方が熱膨張率が大であれば、どのような組合せを用いることもできる。
【００２３】
又、嵌める部材以外温度を上げないので、約９００℃程度のロウ付けよりも低い３００℃以下の温度（実施例では約１００℃）で作業を行なうことができ、焼鈍しにより胴部の材料強度が低下しない。即ち、シリンダ２２は内圧を受けるので、銅も高い強度が要求されるが、ロウ付けを実施すると、材料が高温に加熱されるため、事前処理によって強度を高めていた銅は、ロウ付けによって焼鈍され、軟化してしまう。ロウ付け等の溶融金属を接合に用いない一体物は、この軟化が無い。
【００２４】
又、歪みを考えなくて良いので、機械加工により寸法管理ができる。又、熱負荷部２２Ｃの素材に銅を使用することができ、低温にしたときに熱収縮で胴部２２Ｂとの嵌め合いが強くなる。又、ロウ材や半田材等の不純物が介在せず、熱負荷部２２Ｃが胴部２２Ｂを直接締め付けるので、熱伝達効率を落とすことが無い。更に、真空ロウ付けを行なわないので、熱負荷部２２Ｃには、無酸素銅以外の材料を使用し、熱伝導率を変えて、熱負荷部の温度を変えることもできる。
【００２５】
本実施形態においては、フランジ部２２Ａと胴部２２Ｂだけでなく、胴部２２Ｂの熱負荷部２２Ｃ側端面（以下、下端面と称する）２２Ｆまで、一体物としているので、胴部２２Ｂと熱負荷部２２Ｃ間の冷媒のリークを確実に防止することができる。なお、胴部２２Ｂの下端面２２Ｆを閉じる方法は、一体形成に限定されない。
【００２６】
前記実施形態においては、焼き嵌めが用いられていたが、胴部２２Ｂと熱負荷部２２Ｃを接合する方法は、これに限定されず、冷やし嵌めを用いることもできる。
【００２７】
又、前記実施形態においては、胴部２２Ｂのフランジ部２２Ａ側が一体物、熱負荷部２２Ｃ側が焼き嵌め（又は冷やし嵌め）とされていたが、組合せは、これに限定されない。
【００２８】
又、前記説明においては、簡単のため１段式のシリンダを例にとって説明していたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、２段式や３段式等の多段式のシリンダにも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】冷凍機用シリンダを含む冷凍機の構成を示す断面図
【図２】従来の冷凍機シリンダの一例の構成を示す断面図
【図３】３段式シリンダの構成（Ａ）及び問題点（Ｂ）を示す断面図
【図４】１段式シリンダに適用した本発明の実施形態の構成を示す断面図
【図５】焼き嵌め又は冷やし嵌めに利用可能な主な金属の熱膨張率を比較して示す線図
【符号の説明】
【００３０】
１０…圧縮部
１４…膨張冷却部
１６…往復駆動部
１８…往復動作部
２０…ディスプレーサ
２２…シリンダ
２２Ａ…フランジ部
２２Ｂ…胴部
２２Ｃ…熱負荷部
２２Ｆ…熱負荷部側端面（下端面）
２４…被冷却物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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