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JPH08261580A - Cryogenic expander - Google Patents

Cryogenic expander

Info

Publication number
JPH08261580A
JPH08261580A JP6652095A JP6652095A JPH08261580A JP H08261580 A JPH08261580 A JP H08261580A JP 6652095 A JP6652095 A JP 6652095A JP 6652095 A JP6652095 A JP 6652095A JP H08261580 A JPH08261580 A JP H08261580A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
displacer
pin
displacers
stroke
cryogenic expander
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6652095A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirotoshi Torii
宏年 鳥居
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daikin Industries Ltd filed Critical Daikin Industries Ltd
Priority to JP6652095A priority Critical patent/JPH08261580A/en
Publication of JPH08261580A publication Critical patent/JPH08261580A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 前,後段ディスプレーサ1,2をそれぞれ理
想能力に近付け、各者共に高い冷却能力を発揮させて全
体能力を向上させる。 【構成】 複数段のディスプレーサ1,2を備えた極低
温膨張機において、各ディスプレーサ1,2の連結部
に、前段ディスプレーサ1の往復動ストロークに対し、
後段ディスプレーサ2の往復動ストロークを短くする所
定の遊びを設けた。
(57) [Summary] [Purpose] Each of the front and rear displacers 1 and 2 is brought close to its ideal capacity, and each person exhibits a high cooling capacity to improve the overall capacity. [Composition] In a cryogenic expander equipped with a plurality of displacers 1 and 2, at the connecting portion of each displacer 1 and 2, with respect to the reciprocating stroke of the preceding displacer 1,
A predetermined play is provided to shorten the reciprocating stroke of the rear displacer 2.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、主に作動流体にヘリウ
ムを用い、絶対温度数K〜数十K程度の極低温を得て、
超電導マグネット等の各種極低温試料や機器類等を冷却
する極低温膨張機に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention mainly uses helium as a working fluid to obtain an extremely low temperature of several K to several tens of K absolute temperature.
The present invention relates to a cryogenic expander that cools various cryogenic samples such as superconducting magnets and devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、複数段のディスプレーサをもつ極
低温膨張機は、例えば特開平7ー27434号公報等で
知られている。同公報のものは、図7に示すように、シ
リンダCにおける大径筒C1及び小径筒C2の内部に、
前段ディスプレーサD1と後段ディスプレーサD2とを
往復動自由に配設し、これら各ディスプレーサD1,D
2の間を連結体Aを介して互いに一体状に結合してい
る。そして、前記シリンダCの大径筒C1内において、
前段ディスプレーサD1を往復駆動させ、これに伴い連
結体Aにより一体結合された後段ディスプレーサD2を
小径筒C2内で往復動させ、各ディスプレーサD1,D
2内に装填した畜冷器片B1,B2にヘリウムなどの作
動流体を給排することにより、該各畜冷器片B1,B2
に冷熱を蓄え、この冷熱で前記大,小径筒C1,C2の
下端部に位置される前段及び後段ヒートステージF,S
をそれぞれ極低温にまで冷却するようにしている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a cryogenic expander having a plurality of stages of displacers is known, for example, from Japanese Patent Laid-Open No. 7-27434. In the publication, as shown in FIG. 7, inside the large diameter cylinder C1 and the small diameter cylinder C2 in the cylinder C,
A front displacer D1 and a rear displacer D2 are arranged so as to freely reciprocate.
The two are integrally connected to each other via a connecting body A. Then, in the large diameter cylinder C1 of the cylinder C,
The front-stage displacer D1 is reciprocally driven, and accordingly, the rear-stage displacer D2 integrally coupled by the connecting body A is reciprocally moved in the small-diameter cylinder C2.
By supplying and discharging a working fluid such as helium to and from the animal storage cooler pieces B1 and B2 loaded in the inside of the animal storage cooler pieces B1 and B2,
The cold heat is stored in the front and rear heat stages F and S located at the lower ends of the large and small diameter cylinders C1 and C2.
Each is cooled to a very low temperature.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上の極低温
膨張機においては、前,後段のディスプレーサD1,D
2が互いに連結体Aで軸方向に一体に結合され、これら
が一体となって往復動するため、前,後段のディスプレ
ーサD1,D2の各ストロークは同じである。
However, in the above cryogenic expander, the displacers D1 and D of the front and rear stages are disposed.
Since the two are integrally connected to each other in the axial direction by the connecting body A and they reciprocate integrally, the strokes of the front and rear displacers D1 and D2 are the same.

【0004】この一方、図5に示すように、前,後段デ
ィスプレーサの各能力曲線a,bにおいて、その最大能
力P1,P2を発揮し得る理想のストロークST1,S
T2は差異があり、後段ディスプレーサ側のストローク
ST2は、前段ディスプレーサD1のストロークST1
よりも短くなっている。通常、後段側のヒートステージ
Sでの最低到達温度を重視して設計を行うため、ストロ
ークは、後段ディスプレーサ側の理想ストロークST2
に設定することとしており、従って、前段ディスプレー
サ側では、その能力がP3に落ちていることになる。特
に、近年、ディスプレーサに磁性蓄冷器を具備させ、最
後段のヒートステージを数K程度にまで下げるもので
は、後段側重視の設計は必須であり、最後段以外のステ
ージでの能力は悪くなっている。尚、図5は、シリンダ
C内にガスを給排するバルブモータの回転数を一定とし
た条件下での特性である。
On the other hand, as shown in FIG. 5, ideal strokes ST1 and S that can exhibit their maximum abilities P1 and P2 in the respective performance curves a and b of the front and rear displacers.
There is a difference in T2, and the stroke ST2 on the rear displacer side is the stroke ST1 of the front displacer D1.
Is shorter than. Usually, since the design is performed by emphasizing the minimum reached temperature in the heat stage S on the rear side, the stroke is the ideal stroke ST2 on the side of the rear displacer.
Therefore, on the displacer side of the former stage, the capability is lowered to P3. Especially, in recent years, in the case where the displacer is equipped with a magnetic regenerator and the last heat stage is lowered to about several K, it is necessary to design with emphasis on the latter stage side, and the performance in stages other than the last stage becomes worse. There is. Note that FIG. 5 shows the characteristics under the condition that the rotation speed of the valve motor that supplies and discharges gas into and from the cylinder C is constant.

【0005】本発明の目的は、前,後段ディスプレーサ
でそれぞれ最大能力を発揮し得るように、各ストローク
に差異を設け、全体して高い能力を発揮できる極低温膨
張機を提供する点にある。
An object of the present invention is to provide a cryogenic expander capable of exhibiting high performance as a whole by providing different strokes so that the maximum performance can be exhibited by the front and rear displacers.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】そこで、上記目的を達成
するために、請求項1記載の発明は、図1に示すよう
に、シリンダ4の内部に、作動流体の給排により往復動
する複数段のディスプレーサ1,2を備えた極低温膨張
機において、前段ディスプレーサ1と後段ディスプレー
サ2との間の連結部に、前段ディスプレーサ1の往復動
ストロークに対して、後段ディスプレーサ2の往復動ス
トロークを短くする所定の遊びを設けている構成にし
た。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is, as shown in FIG. 1, a plurality of reciprocating motions in the cylinder 4 by supplying and discharging the working fluid. In the cryogenic expander including the displacers 1 and 2, the reciprocating stroke of the rear displacer 2 is shorter than the reciprocating stroke of the front displacer 1 at the connecting portion between the front displacer 1 and the rear displacer 2. It is configured to have a predetermined play.

【0007】請求項2記載の発明は、簡易な構成で所期
の目的を達成するため、同図1に示すように、請求項1
記載の発明において、前段ディスプレーサ1と後段ディ
スプレーサ2とを、これらディスプレーサ1,2のスト
ローク差を確保する長孔5と、この長孔5に受入れさせ
るピン6とを介して連結している構成にした。
In order to achieve the intended purpose with a simple structure, the invention according to claim 2 is, as shown in FIG.
In the invention described above, the pre-stage displacer 1 and the post-stage displacer 2 are connected to each other through a long hole 5 that secures a stroke difference between the displacers 1 and 2 and a pin 6 that is received in the long hole 5. did.

【0008】請求項3記載の発明は、請求項2記載の発
明において、更にシリンダ4内における各ディスプレー
サ1,2の摺動をも良好にするため、同図1に示すよう
に、前段ディスプレーサ1と後段ディスプレーサ2と
を、首振り自在に取付ける継手体7を介して連結してお
り、この継手体7と該継手体7の取付部との間に、長孔
5とピン6とを設けている構成にした。
According to a third aspect of the present invention, in order to further improve the sliding of the displacers 1 and 2 in the cylinder 4 in the second aspect of the invention, as shown in FIG. The rear displacer 2 and the rear displacer 2 are connected to each other via a joint body 7 which is swingably mounted. A long hole 5 and a pin 6 are provided between the joint body 7 and a mounting portion of the joint body 7. It is configured to be.

【0009】請求項4記載の発明は、請求項2又は請求
項3記載の発明において、長孔5とピン6との間の衝撃
力を緩和するため、同図1に示すように、長孔5とピン
6との間の当接係止部に、緩衝材60を介装している構
成にした。
The invention according to claim 4 is the same as the invention according to claim 2 or 3, in order to reduce the impact force between the elongated hole 5 and the pin 6, as shown in FIG. The cushioning material 60 is interposed between the contact locking portion between the pin 5 and the pin 6.

【0010】請求項5記載の発明は、長孔5とピン6以
外の別の簡易な構成で所期の目的を達成するため、図4
に示すように、前段ディスプレーサ1と後段ディスプレ
ーサ2とを、スラックピン8とこれに当接係合する往動
側当接部91及び復動側当接部92をもつ係合部9とを
介して連結しており、往動側当接部91と復動側当接部
92との間に、前段ディスプレーサ1と後段ディスプレ
ーサ2とのストローク差を確保している構成にした。
In order to achieve the intended purpose with another simple structure other than the long hole 5 and the pin 6, the invention according to claim 5 is as follows.
As shown in FIG. 4, the front displacer 1 and the rear displacer 2 are connected via the slack pin 8 and the engaging portion 9 having the forward movement side contact portion 91 and the backward movement side contact portion 92 that abut and engage with the slack pin 8. They are connected to each other, and a stroke difference between the front stage displacer 1 and the rear stage displacer 2 is secured between the forward movement side contact portion 91 and the backward movement side contact portion 92.

【0011】請求項6記載の発明は、請求項5記載の発
明において、スラックピストン8と係合部9との間の衝
撃力を緩和するため、同図4に示すように、スラックピ
ン8と、係合部9における往動側当接部91及び復動側
当接部92との間の当接部に、緩衝材90を介装してい
る構成にした。
According to a sixth aspect of the invention, in order to reduce the impact force between the slack piston 8 and the engaging portion 9 in the fifth aspect of the invention, as shown in FIG. The cushioning material 90 is interposed at the contact portion between the forward movement side contact portion 91 and the backward movement side contact portion 92 in the engagement portion 9.

【0012】[0012]

【作用】請求項1記載の発明では、図1〜図3に示すよ
うに、前,後段ディスプレーサ1,2の連結部間に、前
段側に対し後段側の往復動ストロークを短くする遊びを
設けたことにより、前段ディスプレーサ1のストローク
を大きく、後段ディスプレーサ2のストロークをその遊
びの分だけ短くでき、各ディスプレーサ1,2で最大能
力を発揮し得る理想のストロークに近付けることがで
き、全体の能力を向上させることができる。
According to the invention described in claim 1, as shown in FIGS. 1 to 3, a play is provided between the connecting portions of the front and rear displacers 1 and 2 to shorten the reciprocating stroke of the rear stage with respect to the front stage. As a result, the stroke of the front displacer 1 can be increased, and the stroke of the rear displacer 2 can be shortened by the amount of play, and the displacers 1 and 2 can be brought closer to the ideal strokes that can maximize their performance. Can be improved.

【0013】請求項2記載の発明では、各ディスプレー
サ1,2の連結部間に遊びを設けるにあたって、これら
各者間のストローク差を確保する長孔5と、該長孔5に
受入れられるピン6とを用いているため、各ディスプレ
ーサ1,2の能力を共に向上させて全体能力の向上が図
れるという所期の目的を簡単な構成で実現することがで
きる。
According to the second aspect of the present invention, when the play is provided between the connecting portions of the displacers 1 and 2, the elongated hole 5 for ensuring the stroke difference between the displacers 1 and 2 and the pin 6 received in the elongated hole 5 are provided. Therefore, the intended purpose of improving the capabilities of the displacers 1 and 2 and improving the overall capabilities can be realized with a simple configuration.

【0014】請求項3記載の発明では、各ディスプレー
サ1,2の間に継手体7を首振り自由に介装し、該継手
体7とその取付部との間には長孔5とピン6とを設けて
いるため、所期の目的を簡単な構成で実現できながら、
シリンダ4内における各ディスプレーサ1,2の良好な
摺動性を確保することができる。
According to the third aspect of the invention, the joint body 7 is interposed between the displacers 1 and 2 so that the joint body 7 can freely swing, and the long hole 5 and the pin 6 are provided between the joint body 7 and its mounting portion. Since the and are provided, the intended purpose can be achieved with a simple configuration,
Good slidability of each displacer 1, 2 in the cylinder 4 can be ensured.

【0015】請求項4記載の発明では、長孔5及びピン
6間の当接係止部に設けた緩衝材60により、各ディス
プレーサ1,2の往復動時にピン6の当接係止部に対す
る衝撃力を緩和でき、前記長孔5やピン6の破損を防止
することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, the cushioning material 60 provided in the contact locking portion between the long hole 5 and the pin 6 causes the pin 6 to contact the locking portion when the displacers 1 and 2 reciprocate. The impact force can be relieved, and the long holes 5 and the pins 6 can be prevented from being damaged.

【0016】請求項5記載の発明では、図4に示すよう
に、各ディスプレーサ1,2の間をスラックピン8と係
合部9とにより連結し、該係合部9における往動及び復
動側当接部91,92の間に所定ストローク差を確保し
ているため、このストローク差によって、前述した場合
と同様に、簡易な構成でありながら、各ディスプレーサ
1,2の能力を共に高めて、全体能力を向上させること
ができる。
According to the fifth aspect of the invention, as shown in FIG. 4, the displacers 1 and 2 are connected to each other by the slack pin 8 and the engaging portion 9, and the engaging portion 9 is moved forward and backward. Since a predetermined stroke difference is secured between the abutting portions 91, 92, the stroke difference enhances the capabilities of the displacers 1 and 2 with a simple structure, as in the case described above. The overall ability can be improved.

【0017】請求項6記載の発明では、スラックピン8
と、係合部9における往動側当接部91及び復動側当接
部92との間の当接部に、緩衝材90を介装しているた
め、各ディスプレーサ1,2の往復動時にスラックピン
8の各当接部91,92に対する衝撃力を緩和でき、前
記スラックピン8と係合部9との破損を防止することが
できる。
According to the invention of claim 6, the slack pin 8 is provided.
Since the cushioning material 90 is interposed in the contact portion between the forward movement side contact portion 91 and the backward movement side contact portion 92 in the engaging portion 9, the reciprocating movement of the displacers 1 and 2 is performed. At the same time, it is possible to reduce the impact force of the slack pin 8 on the contact portions 91 and 92, and to prevent the slack pin 8 and the engagement portion 9 from being damaged.

【0018】[0018]

【実施例】図6に示した極低温膨張機は、内部に多数の
蓄冷器片3a,3bが装填された前段ディスプレーサ1
及び後段ディスプレーサ2と、これら各ディスプレーサ
1,2が挿入される大径筒41及び小径筒42をもつシ
リンダ4と、このシリンダ4に内装され、カップリング
Jを介して前段ディスプレーサ1側に連結されたスラッ
クピストンPとを備えている。そして、バルブモータW
に連動するバルブVの切換えで、バルブステムBSに設
ける注排出通路Tを外部のヘリウム圧縮機から延びる高
圧通路Hに連通させて、シリンダ4内に高圧ガスを導入
することにより、高圧となるスラックピストンPの作用
室Qと、オリフィスOを介して中間圧力室Mに通じる対
抗室Kとの間の差圧により、スラックピストンP及び各
ディスプレーサ1,2を上昇させ、次に、注排出通路T
をヘリウム圧縮機に至る低圧通路Lに切換えて連通させ
ることにより、低圧となる作用室Qと中間圧の対抗室K
との差圧で、スラックピストンP及び各ディスプレーサ
1,2を下降させるようにしている。このように、各デ
ィスプレーサ1,2の上下動を繰り返すことにより、そ
の内部の各蓄冷器片3a,3bに冷熱を蓄え、大径筒4
1の底部膨張空間Eに隣接する前段ヒートステージFに
数十K程度の極低温を、また、小径筒42の底部膨張空
間Rに隣接する後段ヒートステージSに更に低い数K程
度の極低温を得るようにしている。
EXAMPLE A cryogenic expander shown in FIG. 6 has a pre-stage displacer 1 in which a large number of regenerator pieces 3a, 3b are loaded.
And a rear displacer 2, a cylinder 4 having a large-diameter cylinder 41 and a small-diameter cylinder 42 into which the respective displacers 1 and 2 are inserted, and a cylinder 4 which is housed in the cylinder 4 and connected to the front displacer 1 side via a coupling J And a slack piston P. And the valve motor W
By switching the valve V which is interlocked with, the injection and discharge passage T provided in the valve stem BS is made to communicate with the high pressure passage H extending from the external helium compressor, and high pressure gas is introduced into the cylinder 4, whereby slack becomes high. The differential pressure between the working chamber Q of the piston P and the counter chamber K communicating with the intermediate pressure chamber M via the orifice O raises the slack piston P and the displacers 1 and 2, and then the pouring discharge passage T.
To the low pressure passage L leading to the helium compressor so that the low pressure passage L communicates with the low pressure working chamber Q and the intermediate pressure counter chamber K.
The slack piston P and the displacers 1 and 2 are lowered by the pressure difference between the slack piston P and the displacers 1 and 2. In this way, by repeatedly moving the displacers 1 and 2 up and down, cold heat is stored in the regenerator pieces 3a and 3b therein, and the large diameter cylinder 4
A cryogenic temperature of about several tens of K is applied to the front heat stage F adjacent to the bottom expansion space E of No. 1 and a lower temperature of about several K is applied to the rear heat stage S adjacent to the bottom expansion space R of the small diameter cylinder 42. I am trying to get it.

【0019】しかして、本発明では、図1で明らかなよ
うに、後段ディスプレーサ2の上部側に上部開放の受入
孔21を開設し、該受入孔21に連結ピン22を介して
棒状の継手体7を揺動自由に直結支持すると共に、この
継手体7の上部側には、前段ディスプレーサ1に対する
後段ディスプレーサ2側の往復ストロークを短くする所
定遊びを確保するための上下方向に長い長孔5を形成す
る。また、前段ディスプレーサ1の下部側には、前記継
手体7を受入可能な下部開放の受入孔11を開設して、
該受入孔11の壁部間に前記連結ピン22と直交方向に
延びるピン6を架設すると共に、このピン6を前記長孔
5内に挿通させて、該ピン6と前記連結ピン22とを介
して前記継手体7を前後左右の4方向にわたり首振り自
由に支持させている。
However, in the present invention, as is apparent from FIG. 1, a receiving hole 21 having an upper opening is formed on the upper side of the rear displacer 2, and a rod-shaped joint body is formed in the receiving hole 21 via a connecting pin 22. 7 is swingably and directly supported, and at the upper side of the joint body 7, a long hole 5 is formed in the up-down direction for ensuring a predetermined play for shortening the reciprocating stroke of the rear displacer 2 side with respect to the front displacer 1. Form. Further, on the lower side of the front displacer 1, a receiving hole 11 which is open at the lower part and which can receive the joint body 7 is formed,
A pin 6 extending in a direction orthogonal to the connecting pin 22 is provided between the wall portions of the receiving hole 11, and the pin 6 is inserted into the elongated hole 5 so that the pin 6 and the connecting pin 22 are interposed therebetween. The joint body 7 is supported so as to swing freely in four directions of front, rear, left and right.

【0020】更に詳述すると、前段ディスプレーサ1の
上死点から下死点までのストロークをST1とし、後段
ディスプレーサ2の上死点から下死点までのストローク
をST2としたとき、ST2がST1に対し所定値だけ
小となるように両者間にストローク差を設け、そのスト
ローク差に相当する遊びを前記長孔5に設けることによ
り、図5で示すように、前,後段ディスプレーサ1,2
のストロークST1,ST2として最大の能力P1,P
2が得られるようにしているのである。
More specifically, when the stroke from the top dead center to the bottom dead center of the front displacer 1 is ST1 and the stroke from the top dead center to the bottom dead center of the rear displacer 2 is ST2, ST2 becomes ST1. On the other hand, by providing a stroke difference between the two so as to be smaller by a predetermined value and providing a play corresponding to the stroke difference in the elongated hole 5, as shown in FIG.
Of maximum stroke P1 and P2
2 is obtained.

【0021】また、前記長孔5の上下部位でピン6の当
接係止部には、前記継手体7に追従するピン6の上下動
時に、該ピン6の長孔5に対する衝撃を緩衝する上下一
対の防振ゴムや板バネ材等から成る緩衝材60,60を
設ける。この緩衝材60は、ピン6側に設けてもよい。
The abutment and locking portions of the pin 6 at the upper and lower portions of the elongated hole 5 buffer the impact of the pin 6 on the elongated hole 5 when the pin 6 moves up and down to follow the joint body 7. A pair of upper and lower cushioning materials 60, 60 made of anti-vibration rubber and leaf spring material are provided. The cushioning material 60 may be provided on the pin 6 side.

【0022】なお、図1において、12は前段ディスプ
レーサ1側の流体通路、23,24は後段ディスプレー
サ2側の流体通路である。
In FIG. 1, reference numeral 12 is a fluid passage on the front stage displacer 1 side, and 23 and 24 are fluid passages on the rear stage displacer 2 side.

【0023】次に、以上の構成による作用について説明
する。図1では、高圧通路Hからの高圧ガスがシリンダ
4内におけるスラックピストンPの作用室Qに導入さ
れ、この作用室Qと前記対抗室Kとの間の差圧により、
各ディスプレーサ1,2が上死点位置にまで上昇された
状態を示している。このとき、前段ディスプレーサ1側
に設けたピン6は、継手体7に設けた長孔5の上端側に
当接係止された状態である。
Next, the operation of the above configuration will be described. In FIG. 1, high-pressure gas from the high-pressure passage H is introduced into the working chamber Q of the slack piston P in the cylinder 4, and due to the pressure difference between this working chamber Q and the counter chamber K,
The displacers 1 and 2 are shown in a state of being raised to the top dead center position. At this time, the pin 6 provided on the front displacer 1 side is in a state of being abutted and locked on the upper end side of the elongated hole 5 provided on the joint body 7.

【0024】この状態から、注排出通路Tが低圧通路L
に連通し、低圧となる作用室Qと中間圧の対抗室Kとの
差圧により、前段ディスプレーサ1が下死点側へと下降
されると、図2に示すように、ピン6が長孔5の下端に
当接するまでは前段ディスプレーサ1のみが下降し、ピ
ン6が長孔5の下端に当接した後に、後段ディスプレー
サ2がそのストロークST2の範囲にわたって下死点側
へと下降される。
From this state, the pouring / discharging passage T becomes the low-pressure passage L.
When the pre-stage displacer 1 is lowered to the bottom dead center side due to the pressure difference between the working chamber Q that is in low pressure and the counter chamber K that has an intermediate pressure, as shown in FIG. Only the front displacer 1 descends until it abuts the lower end of 5, and the pin 6 abuts the lower end of the elongated hole 5, and then the rear displacer 2 descends toward the bottom dead center over the range of its stroke ST2.

【0025】そして、最終的に、図3に示すように、前
段ディスプレーサ1及び後段ディスプレーサ2が下死点
位置に位置されることになる。
Finally, as shown in FIG. 3, the front displacer 1 and the rear displacer 2 are located at the bottom dead center position.

【0026】下死点から上死点へ移動する場合も同様で
あり、ピン6が長孔5の上端に当接するまでは前段ディ
スプレーサ1のみが上昇し、ピン6が長孔5の上端に当
接した後に、後段ディスプレーサ2がそのストロークS
T2の範囲にわたって上死点側へと上昇されるのであ
る。
The same applies to the case of moving from the bottom dead center to the top dead center. Only the front displacer 1 rises until the pin 6 contacts the upper end of the elongated hole 5, and the pin 6 contacts the upper end of the elongated hole 5. After contact, the rear displacer 2 has its stroke S.
It is raised to the top dead center side over the range of T2.

【0027】以上のように、前段ディスプレーサ1のス
トロークST1を大とし、一方、後段ディスプレーサ2
のストロークST2を小として、これらST1,ST2
を、図5で示した能力曲線a,bのピークP1,P2が
得られるように設定することにより、各ディスプレーサ
1,2のそれぞれに理想に近い能力を発揮させることが
でき、全体の能力を向上させることができる。また、以
上のような各ディスプレーサ1,2の往復動時には、前
記長孔5の上下部位に設けた各緩衝材60により、この
長孔5に対するピン6の衝撃が緩和されて、これら長孔
5やピン6の破損が防止される。さらに、前記各ディス
プレーサ1,2の間に継手体7を前記ピン及び連結ピン
22を介して首振り自由に介装することにより、前記各
ディスプレーサ1,2をシリンダ4の各筒41,42内
において円滑に摺動させることができる。
As described above, the stroke ST1 of the front displacer 1 is increased, while the stroke ST1 of the rear displacer 2 is increased.
The stroke ST2 of the
Is set so that the peaks P1 and P2 of the performance curves a and b shown in FIG. 5 are obtained, it is possible to make the respective displacers 1 and 2 exhibit their ideal performances, and Can be improved. Further, when the displacers 1 and 2 reciprocate as described above, the shocks of the pins 6 on the elongated holes 5 are alleviated by the cushioning materials 60 provided above and below the elongated holes 5, respectively. The damage of the pin 6 is prevented. Further, the joint body 7 is interposed between the displacers 1 and 2 via the pin and the connecting pin 22 so that the displacer 1 and the inside of the cylinders 41 and 42 of the cylinder 4 can be freely swung. Can be slid smoothly.

【0028】尚、前記継手体7は、その上部側を連結ピ
ン22を介して前段ディスプレーサ1側に枢支し、下部
側に長孔5を設けて、この長孔5に後段ディスプレーサ
2に支持するピンを受け入れさせてもよい。また、前記
長孔5は、前記各受入孔11,21側に形成し、前記ピ
ン6を継手体7の上下何れかに固定するようにしてもよ
い。
The joint body 7 has its upper side pivotally supported on the front displacer 1 side through a connecting pin 22, and has a long hole 5 provided on the lower side, which is supported by the rear displacer 2. You may let me accept the pin. Further, the elongated hole 5 may be formed on the side of the receiving holes 11 and 21, and the pin 6 may be fixed either above or below the joint body 7.

【0029】また、本発明では、図4で示すように、以
上の継手体7に変えて、後段ディスプレーサ2の上部側
に、上端に鍔状係止部81を備えたスラックピン8を突
設すると共に、前段ディスプレーサ1側には、その下端
側内方一部を切欠いた開口部から成り、前記係止部81
に当接係合する往動側当接部91と復動側当接部92と
を備えた係合部9を形成して、該係合部9内に前記係止
部81を介入させることにより前記各ディスプレーサ
1,2間を互いに連結する一方、前記往動及び復動側当
接部91,92の間に、前段ディスプレーサ1に対し後
段ディスプレーサ2側のストロークを小とする前述した
場合と同様なストローク差を設けるようにしてもよい。
Further, in the present invention, as shown in FIG. 4, instead of the joint body 7 described above, a slack pin 8 having a flange-shaped locking portion 81 at its upper end is provided so as to project on the upper side of the rear displacer 2. At the same time, the front displacer 1 side is formed with an opening part of which is cut inward at the lower end side thereof.
Forming an engaging portion 9 having a forward-moving-side abutting portion 91 and a backward-moving-side abutting portion 92 that abut and engage with each other, and let the locking portion 81 intervene in the engaging portion 9. While connecting the displacers 1 and 2 with each other by the above, the stroke on the side of the rear displacer 2 is smaller than that of the displacer 1 on the front side between the forward and backward contact portions 91, 92. You may make it provide the same stroke difference.

【0030】以上の構成によっても、前記各ディスプレ
ーサ1,2の上下往復動時に、前記係合部9の往動及び
復動側当接部91,92の間に確保されるストローク差
によって、前述した場合と同様に、各ディスプレーサ
1,2の能力を高めて、全体能力を向上させることがで
きる。
Also according to the above structure, when the displacers 1 and 2 are reciprocated in the vertical direction, the stroke difference ensured between the forward movement and the return movement side contact portions 91 and 92 of the engaging portion 9 causes the above-mentioned difference. As in the case of the above, the capabilities of the displacers 1 and 2 can be increased and the overall capabilities can be improved.

【0031】さらに、同図では、前記スラックピン8の
上下動時に、その係止部81が当接される前記係合部9
の往動及び復動側当接部91,92に、それぞれ防振ゴ
ムや板バネ材等から成る緩衝材90,90を設けてい
る。斯くするときには、前記各ディスプレーサ1,2の
往復動時に、前記スラックピン8の各当接部91,92
に対する衝撃力を緩和して、前記スラックピン8と係合
部9との破損を防止できる。尚、前記スラックピン8を
前段ディスプレーサ1側に、また、係合部9を後段ディ
スプレーサ2側に設けてもよい。さらに、前記スラック
ピン8の係止部81は、径方向に突出される複数のロッ
ドで形成することも可能である。
Further, in the figure, when the slack pin 8 moves up and down, the engaging portion 9 is brought into contact with the engaging portion 9.
The forward and backward contact portions 91 and 92 are provided with cushioning materials 90 and 90 made of a vibration-proof rubber or a leaf spring material, respectively. In doing so, when the displacers 1 and 2 reciprocate, the contact portions 91 and 92 of the slack pin 8 are reciprocated.
It is possible to alleviate the impact force on the slack pin and prevent the slack pin 8 and the engagement part 9 from being damaged. The slack pin 8 may be provided on the front displacer 1 side, and the engaging portion 9 may be provided on the rear displacer 2 side. Further, the locking portion 81 of the slack pin 8 can be formed by a plurality of rods protruding in the radial direction.

【0032】また、以上の実施例では、前,後段ディス
プレーサ1,2を用いた2段式のものについて説明した
が、本発明は、ディスプレーサを2段以上とすることも
可能である。そして、例えば3段式とする場合には、そ
の1段目に、通常用いられているCu,Pb,Sus,
Alその他の金属畜冷材を、2段目に、4〜25Kに比
熱のピークがある例えばEr3Co等の磁性畜冷材を、
また、3段目には、2〜6Kに比熱の鋭いピークがあ
り、15K付近で比熱が小なる例えばErNi、ErN
2等の磁性畜冷材を装填させるのが好ましい。
Further, in the above embodiment, the two-stage type using the front and rear displacers 1 and 2 has been described, but the present invention may have two or more displacers. Then, for example, in the case of the three-stage type, the first stage is usually used Cu, Pb, Sus,
Al or other metal cooling material, a magnetic cooling material such as Er 3 Co having a peak of specific heat at 4 to 25 K in the second stage,
Further, in the third stage, there is a sharp peak of specific heat at 2 to 6K, and the specific heat becomes small near 15K, for example ErNi, ErN.
It is preferable to load a magnetic storage medium such as i 2 .

【0033】[0033]

【発明の効果】以上、請求項1記載の発明によれば、前
段ディスプレーサ1のストロークを大きく、後段ディス
プレーサ2のストロークを連結部分の遊びの分だけ短く
でき、各ディスプレーサ1,2で最大能力を発揮し得る
理想のストロークに近付けることができ、全体の能力を
向上させることができる。
As described above, according to the first aspect of the invention, the stroke of the front displacer 1 can be increased and the stroke of the rear displacer 2 can be shortened by the amount of play of the connecting portion, so that the maximum capacity of each displacer 1 and 2 can be obtained. It is possible to bring the stroke closer to the ideal stroke that can be exhibited and improve the overall ability.

【0034】請求項2記載の発明によれば、長孔5とこ
れに受入れさせるピン6とにより、所期の目的を簡単な
構成で実現することができる。
According to the second aspect of the present invention, the intended purpose can be realized with a simple structure by the elongated hole 5 and the pin 6 received in the elongated hole 5.

【0035】請求項3記載の発明によれば、首振り自由
な継手体7とその取付部との間に長孔5とピン6とを設
けているため、所期の目的を簡単な構成で実現できなが
ら、シリンダ4内における各ディスプレーサ1,2の良
好な摺動性を確保することができる。
According to the third aspect of the present invention, since the elongated hole 5 and the pin 6 are provided between the joint body 7 which is free to swing, and its mounting portion, the intended purpose is simple. While being realized, it is possible to secure good slidability of each displacer 1, 2 in the cylinder 4.

【0036】請求項4記載の発明によれば、長孔5及び
ピン6間の当接係止部に設けた緩衝材60により、各デ
ィスプレーサ1,2の往復動時にピン6の当接係止部に
対する衝撃力を緩和でき、前記長孔5やピン6の破損を
防止することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, the buffer member 60 provided at the contact locking portion between the elongated hole 5 and the pin 6 causes the pin 6 to contact and lock when the displacers 1 and 2 reciprocate. The impact force on the portion can be mitigated, and the long holes 5 and the pins 6 can be prevented from being damaged.

【0037】請求項5記載の発明によれば、各ディスプ
レーサ1,2の間をスラックピン8と係合部9とにより
連結し、係合部9における往動及び復動側当接部91,
92の間に所定ストローク差を確保しているため、簡易
な構成でありながら、各ディスプレーサ1,2の能力を
共に高めて、全体能力を向上させることができる。
According to the fifth aspect of the present invention, the displacers 1 and 2 are connected by the slack pin 8 and the engaging portion 9, and the forward and backward contact portions 91, 91 of the engaging portion 9 are connected.
Since a predetermined stroke difference is secured between 92, it is possible to improve the capabilities of both displacers 1 and 2 and improve the overall capabilities with a simple configuration.

【0038】請求項6記載の発明によれば、スラックピ
ン8と、係合部9における往動側当接部91及び復動側
当接部92との間の当接部に、緩衝材90を介装してい
るため、各ディスプレーサ1,2の往復動時にスラック
ピン8の各当接部91,92に対する衝撃力を緩和で
き、前記スラックピン8と係合部9との破損を防止する
ことができる。
According to the sixth aspect of the invention, the cushioning material 90 is provided at the contact portion between the slack pin 8 and the forward movement side contact portion 91 and the backward movement side contact portion 92 of the engagement portion 9. Since it is interposed, it is possible to reduce the impact force of the slack pin 8 on the contact portions 91 and 92 when the displacers 1 and 2 reciprocate, and to prevent the slack pin 8 and the engagement portion 9 from being damaged. .

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

【図1】本発明の要部を示す断面図で、上死点に位置さ
れた状態を示す。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of the present invention, showing a state in which it is located at a top dead center.

【図2】同作用説明図で、中間位置に位置された状態を
示す。
FIG. 2 is an explanatory view of the same operation, showing a state in which it is located at an intermediate position.

【図3】同作用説明図で、下死点に位置された状態を示
す。
FIG. 3 is an explanatory view of the same operation, showing a state of being located at a bottom dead center.

【図4】別の実施例を示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment.

【図5】ストロークに対する能力特性を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a performance characteristic with respect to a stroke.

【図6】極低温膨張機の全体構造を示す断面図。FIG. 6 is a sectional view showing the entire structure of a cryogenic expander.

【図7】従来例を示す断面図。FIG. 7 is a sectional view showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……前段ディスプレーサ 2……後段ディスプレーサ 4……シリンダ 5……長孔 6……ピン 60…緩衝材 7……継手体 8……スラックピン 9……係合部 90…緩衝材 91…往動側当接部 92…復動側当接部 1 ... Front displacer 2 ... Rear displacer 4 ... Cylinder 5 ... Long hole 6 ... Pin 60 ... Buffer material 7 ... Joint body 8 ... Slack pin 9 ... Engaging part 90 ... Buffer material 91 ... Forward movement Side contact part 92 ... Return side contact part

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリンダ(4)の内部に、作動流体の給
排により往復動する複数段のディスプレーサ(1,2)
を備えた極低温膨張機において、前段ディスプレーサ
(1)と後段ディスプレーサ(2)との間の連結部に、
前段ディスプレーサ(1)の往復動ストロークに対し
て、後段ディスプレーサ(2)の往復動ストロークを短
くする所定の遊びを設けていることを特徴とする極低温
膨張機。
1. A plurality of displacers (1, 2) that reciprocate in a cylinder (4) by supplying and discharging a working fluid.
In a cryogenic expander equipped with, a connecting portion between the front displacer (1) and the rear displacer (2),
A cryogenic expander characterized in that a predetermined play is provided to shorten the reciprocating stroke of the rear displacer (2) with respect to the reciprocating stroke of the former displacer (1).
【請求項2】 前段ディスプレーサ(1)と後段ディス
プレーサ(2)とを、これらディスプレーサ(1,2)
のストローク差を確保する長孔(5)と、この長孔
(5)に受入れさせるピン(6)とを介して連結してい
る請求項1記載の極低温膨張機。
2. A front displacer (1) and a rear displacer (2) are provided with these displacers (1, 2).
The cryogenic expander according to claim 1, which is connected through a long hole (5) for ensuring the stroke difference and a pin (6) for receiving in the long hole (5).
【請求項3】 前段ディスプレーサ(1)と後段ディス
プレーサ(2)とを、首振り自在に取付ける継手体
(7)を介して連結しており、この継手体(7)と該継
手体(7)の取付部との間に、長孔(5)とピン(6)
とを設けている請求項2記載の極低温膨張機。
3. The front displacer (1) and the rear displacer (2) are connected via a joint body (7) which is swingably mounted, and the joint body (7) and the joint body (7). The long hole (5) and the pin (6) between the mounting part of
The cryogenic expander according to claim 2, further comprising:
【請求項4】 長孔(5)とピン(6)との間の当接係
止部に、緩衝材(60)を介装している請求項2又は請
求項3記載の極低温膨張機。
4. The cryogenic expander according to claim 2 or 3, wherein a cushioning material (60) is provided at a contact locking portion between the elongated hole (5) and the pin (6). .
【請求項5】 前段ディスプレーサ(1)と後段ディス
プレーサ(2)とを、スラックピン(8)とこれに当接
係合する往動側当接部(91)及び復動側当接部(9
2)をもつ係合部(9)とを介して連結しており、往動
側当接部(91)と復動側当接部(92)との間に、前
段ディスプレーサ(1)と後段ディスプレーサ(2)と
のストローク差を確保している請求項1記載の極低温膨
張機。
5. A forward-side contact portion (91) and a backward-side contact portion (9) for abuttingly engaging the front displacer (1) and the rear displacer (2) with the slack pin (8).
2), and the front displacer (1) and the rear displacer (1) are connected between the forward movement side contact portion (91) and the backward movement side contact portion (92). The cryogenic expander according to claim 1, wherein a stroke difference from the displacer (2) is secured.
【請求項6】 スラックピン(8)と、係合部(9)に
おける往動側当接部(91)及び復動側当接部(92)
との間の当接部に、緩衝材(90)を介装している請求
項5記載の極低温膨張機。
6. The slack pin (8), and the forward movement side contact portion (91) and the backward movement side contact portion (92) in the engagement portion (9).
The cryogenic expander according to claim 5, wherein a cushioning material (90) is interposed in the abutting portion between and.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114459166A (en) * 2020-11-09 2022-05-10 住友重机械工业株式会社 Ultra-low temperature refrigerator and starting method of ultra-low temperature refrigerator

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