(57)【要約】【課題】ディスプレーサの長期的な摩耗による性能劣化を防いで、冷凍能力の低下を防ぐ。【解決手段】ディスプレーサ２６の中央部に設けられた、熱伝導が悪い円柱５０と、該円柱５０を通して積層された、複数枚の金網５２と、前記円柱５０の両端部から該金網５２を挟持するための蓋５４、５６とを備えたディスプレーサを用いる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄冷器を内蔵した少なくとも１つのディスプレーサを往復動可能に収容したシリンダを備え、該シリンダへの高圧の冷媒ガスの流入及び前記シリンダからの低圧の冷媒ガスの流出を吸排気切替弁で制御するようにした極低温冷凍機において、
前記ディスプレーサが、
該ディスプレーサ中央部に設けられた柱と、
該柱を通して積層された、複数枚の金網と、
前記柱の両端部から該金網を挟持するための蓋と、
を備えたことを特徴とする極低温冷凍機。
【請求項２】
前記蓋のシリンダとの摺動面が摺動性を有することを特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。
【請求項３】
前記積層された金網の途中に、ガス通過穴が形成された整流板が介挿されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の極低温冷凍機。
【請求項４】
前記整流板の外径が、前記蓋の外径と同一か若干小さく、且つ、前記金網の外径より若干大きくされていることを特徴とする請求項３に記載の極低温冷凍機。
【請求項５】
前記シリンダの熱負荷フランジ側の蓋の内部に、冷媒ガスを該シリンダの熱負荷フランジ側へ導入するためのガス通過穴が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の極低温冷凍機。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の極低温冷凍機を備えたことを特徴とするクライオポンプ。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の極低温冷凍機を備えたことを特徴とする超伝導マグネット。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれかに記載の極低温冷凍機を備えたことを特徴とする物性測定装置。
【請求項９】
請求項１乃至５のいずれかに記載の極低温冷凍機を備えたことを特徴とする再凝縮装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極低温冷凍機に係り、特に、４Ｋギフォードマクマホン（ＧＭ）冷凍機に用いるのに好適な、長期的な摩耗による性能劣化が少ないディスプレーサを備えた極低温冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に例示する如く、蓄冷器３０、３２を内蔵した少なくとも１つ（図では２つ）のディスプレーサ２６、２８を往復動（図では上下動）可能に収容したシリンダ２２、２４を備え、該シリンダ２２、２４への高圧の冷媒ガス（例えばヘリウムガス）の流入及び前記シリンダ２２、２４からの低圧の冷媒ガスの流出を吸排気切替弁（例えばロータリバルブ）１２で制御するようにしたＧＭ冷凍機が知られている。図において、１０は圧縮機、２０は冷凍機ユニット、３４は、例えばスコッチヨーク機構３６を介して、前記ディスプレーサ２６、２８を上下動させるための駆動モータ、Ｖ１は吸排気切替弁１２の吸気側弁、Ｖ２は同じく排気側弁である。
【０００３】
前記ディスプレーサ２６、２８は、典型的には図２（ディスプレーサ２６の場合を図示）に示す如くである。即ち、ディスプレーサ２６内部には蓄冷器３０としての金網４０が積層されており、導入されるヘリウムガスを該蓄冷器３０内部に導入するために、ディスプレーサの上端側面にはシール４２が挿入されている。通常このシール４２はポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））系の樹脂が使用されており、ディスプレーサ２６の往復動（上下動）に伴い、シリンダ２２の内面を往復動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このシール４２が長期的に摩耗することによって、ディスプレーサ２６の外面とシリンダ２２の内面間の隙間Ａの部分から、矢印Ｂに示すようなヘリウムガスのリークが発生し、常温のヘリウムガスが、下方の低温部分に直接流入するために、冷凍能力が低下するという問題点を有していた。
【０００５】
又、この構造で、シール４２が摩耗しておらず、適正にシールされている場合でも、冷凍機の吸排気動作により、ディスプレーサ下部の吹出し穴２６Ａから出入りする低温のヘリウムガスが、矢印Ｃに示す如く前記隙間Ａの部分に出入し、冷凍能力の低下をもたらすという問題点も有していた。
【０００６】
なお、出願人は、関連技術として、特許文献１で、蓄冷剤として多孔質の金属ファイバ焼結品あるいはこれにステンレス製金網を組み合わせて用いたものを提案しているが、前記隙間ＡからのリークＢや低温ガスの出入Ｃを阻止することはできなかった。
【０００７】
【特許文献１】
実開平６−１４８６６号公報
【０００８】
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、長期的な摩耗による性能劣化が少ないディスプレーサを備えた極低温冷凍機を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、蓄冷器を内蔵した少なくとも１つのディスプレーサを往復動可能に収容したシリンダを備え、該シリンダへの高圧の冷媒ガスの流入及び前記シリンダからの低圧の冷媒ガスの流出を吸排気切替弁で制御するようにした極低温冷凍機において、前記ディスプレーサが、該ディスプレーサ中央部に設けられた、熱伝導が悪い柱と、該柱を通して積層された、複数枚の金網と、前記柱の両端部から該金網を挟持するための蓋とを備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００１０】
又、前記蓋のシリンダとの摺動面に摺動性を持たせたものである。
【００１１】
又、前記積層された金網の途中に、ガス通過穴が形成された整流板を介挿したものである。
【００１２】
又、前記整流板の外径を、前記蓋の外径と同一か若干小さく、且つ、前記金網の外径より若干大きくしたものである。
【００１３】
又、前記シリンダの熱負荷フランジ側の蓋の内部に、冷媒ガスを該シリンダの熱負荷フランジ側へ導入するためのガス通過穴を成形したものである。
【００１４】
本発明は又、前記極低温冷凍機を備えたことを特徴とするクライオポンプ、超伝導マグネット、物性測定装置、再凝縮装置等を提供するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
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。
【００１６】
本発明の第１実施形態は、図３に示す如く、従来例と同様のディスプレーサ２６の中心部に、熱伝導率が低いＦＲＰやベークライト等の円柱５０を設け、その側面に、図４に示す如く中心部にドーナツ状の穴５２Ａを開けた複数枚の金網５２を積層させたものである。
【００１７】
前記積層された金網５２は、ＦＲＰ、ベークライト、ステンレス鋼、アルミニウム等でできた上下の蓋５４、５６によって両側から挟み込まれた構造とされ、この上下蓋５４、５６の外径は、積層された金網５２の外径より若干大きくなっている。又、上下蓋は熱伝導率が高くても良い。
【００１８】
前記積層金網５２としては、プレスにより圧延処理（カレンダー処理）された金網を用いることができる。
【００１９】
前記上下蓋５４、５６は、シリンダ２２に対する摺動性を確保するため、摺動性を持つ樹脂材料で形成されるか、あるいは、上下蓋５４、５６の外周に、樹脂製の摺動材がコーティング又は貼り付けられている。
【００２０】
この構造の場合、積層された金網５２の外径とシリンダ２２の内径に隙間Ｄが生じるが、この隙間Ｄを通過するヘリウムガスは、積層された複数枚の金網５２と熱交換することができるため、隙間リークによる冷凍能力の低下は比較的少ない。なお、積層された金網５２のクリアランスを管理し、シリンダ２２と積層金網５２の外径間の隙間Ｄを限りなく小さくすることで、前記隙間リークの影響を最小限にすることも可能である。
【００２１】
この構造の場合、ディスプレーサ２６の往復動に伴うシャトルヒートロスによる冷凍能力の低下は増えるが、従来例の図２に示すような、吹出し穴（２６Ａ）からディスプレーサ側面への低温ガスの逆流による性能低下は発生しない。
【００２２】
次に、前記隙間リークによる冷凍能力の低下を最小限にした第２実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
本実施形態は、図５に示す如く、積層された金網５２の中に、ステンレス等の外径寸法管理が容易な材質で構成された、図６に示すような整流板６０を設けている。
【００２４】
該整流板６０の外径は、上下蓋５４、５６の外径と同一、若しくは若干小さく、且つ、積層金網５２の外径より若干大きくされている。この整流板６０の中心穴６０Ａの周囲には、複数（図では８個）のガス通過穴６０Ｂが形成されている。
【００２５】
なお、ガス通過穴６０Ｂの形状は円形に限定されず、矩形、三角形、惰円形、あるいは、図７に示す如く扇形とすることも可能である。
【００２６】
この整流板６０の外径とシリンダ２２の内径の隙間Ｅが十分に小さい場合、ヘリウムガスは整流板６０上の複数のガス通過穴６０Ｂを通り易くなり、ヘリウムガスと積層金網５２との熱交換が促進される。この作用により、積層金網５２とシリンダ２２間に生じる隙間リークをより小さくすることが可能となり、冷凍能力の低下を抑制することができる。
【００２７】
前記上下蓋５４、５６は、シリンダ２２の内径と上下蓋５４、５６の外径間のヘリウムガスの通過を積極的にシールするものではなく、積層された蓄冷器をシリンダ２２に対して中心位置に保持する役目を果たす。該上下蓋５４、５６の外周に施された摺動材（樹脂コーティング、貼り付け等による）として、耐摩耗性に優れた材料を選定することによって、中心位置決め機能を長期間果たすことができる。
【００２８】
又、前記整流板６０の外周に摺動材をコーティングして、上下蓋５４、５６の中心位置決めの機能も持たせることにより、より長寿命化を図ることが可能である。
【００２９】
前記下蓋５６の内部には、図８に示す如く、複数個（例えば１２個）のガス通過穴５６Ｂが設けられており、積層金網５２を通過して熱交換したヘリウムガスを、シリンダ２２の熱負荷フランジ２３側へ導入する役割を持つ。
【００３０】
本発明の適用対象は４ＫＧＭ冷凍機に限定されず、他のＧＭ冷凍機、パルスチューブ冷凍機（４Ｋを含む）及び、これらの冷凍機を使用する、超伝導マグネット、ＭＲＩ、ＳＭＥＳ、ヘリウムフリーマグネット、磁気分離装置等に適用できる。冷媒の種類はヘリウムガスに限定されず、吸排気切替弁１２の種類もロータリバルブに限定されない。円柱５０の断面形状も円形に限定されず、角柱であってもよい。又、穴５２Ａ、６０Ａの位置も中心に限定されない。ディスプレーサ２６の配置方向も上下方向に限定されず、どの方向に取付けて運転しても良い。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、長期的な摩耗による性能劣化を防いで、当初の冷凍能力を長く維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＧＭ冷凍機の要部構成を示す、一部断面図を含む管路図
【図２】前記ＧＭ冷凍機で用いられている従来のディスプレーサの一例の構成を示す縦断面図
【図３】本発明に係るディスプレーサの第１実施形態の構成を示す縦断面図
【図４】第１実施形態で用いられている金網の形状を示す平面図
【図５】本発明に係るディスプレーサの第２実施形態の構成を示す縦断面図
【図６】第２実施形態で用いられている整流板の形状を示す平面図
【図７】同じく整流板の変形例を示す平面図
【図８】同じく下蓋の形状を示す平面図
【符号の説明】
２０…冷凍機ユニット
２２、２４…シリンダ
２３…熱負荷フランジ
２６、２８…ディスプレーサ
５０…円柱
５２…金網
５２Ａ、６０Ａ…中心穴
５４…上蓋
５６…下蓋
５６Ｂ、６０Ｂ…ガス通過穴
６０…整流板
【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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【図６】
2004183919.tif 000008
【図７】
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【図８】
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