專利名稱：超低溫制冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超低溫制冷裝置，尤其涉及一種具有置換器的超低溫制冷裝置。
背景技術(shù)：
以往以來，作為具備置換器的超低溫制冷裝置已知吉福德-麥克馬洪制冷機(jī)(以下稱為GM制冷機(jī))。該GM制冷機(jī)構(gòu)成為置換器通過驅(qū)動(dòng)裝置在工作缸內(nèi)往復(fù)移動(dòng)。并且，在工作缸與置換器之間形成有膨脹空間。而且，成為如下結(jié)構(gòu)，即通過置換器在工作缸內(nèi)往復(fù)移動(dòng)來使供給至膨脹空間的高壓制冷劑氣體膨脹，由此產(chǎn)生超低溫寒冷?！阍谠摲NGM制冷機(jī)中，置換器在工作缸內(nèi)往復(fù)一次的I循環(huán)中，從下死點(diǎn)向上死點(diǎn)移動(dòng)時(shí)的移動(dòng)速度和從上死點(diǎn)向下死點(diǎn)移動(dòng)時(shí)的移動(dòng)速度設(shè)定為相等。即，以往置換器的I循環(huán)中的移動(dòng)構(gòu)成為沿著大致正弦波移動(dòng)(專利文獻(xiàn)I)。專利文獻(xiàn)1:日本專利第2617681號公報(bào)一般在置換器處于上死點(diǎn)附近位置時(shí)實(shí)施使膨脹室內(nèi)的制冷劑氣體膨脹來產(chǎn)生寒冷的膨脹處理。然而，專利文獻(xiàn)I公開的超低溫制冷裝置構(gòu)成為雖然在上死點(diǎn)瞬間停止但立即朝向下死點(diǎn)開始動(dòng)作。因此，產(chǎn)生制冷劑氣體的膨脹行程不充分且冷卻效率下降之類的問題點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題點(diǎn)而完成的，其目的在于提供一種謀求提高制冷效率的超低溫制冷裝置。從第I觀點(diǎn)考慮，上述課題能夠通過超低溫制冷裝置解決，所述超低溫制冷裝置具有通過止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)在工作缸內(nèi)往復(fù)移動(dòng)的置換器，該止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)具備卡合成能夠使?jié)L子軸承進(jìn)行移動(dòng)的止轉(zhuǎn)棒軛，并且伴隨該置換器的移動(dòng)而使形成于所述工作缸內(nèi)的膨脹空間內(nèi)的制冷劑氣體膨脹來產(chǎn)生寒冷，其特征在于，在所述止轉(zhuǎn)棒軛的與所述置換器的上死點(diǎn)對應(yīng)的位置設(shè)置凹狀部。發(fā)明效果根據(jù)公開的超低溫制冷裝置，由于能夠加長制冷劑氣體的膨脹行程，因此能夠謀求提高冷卻效率。


圖1是作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的GM制冷機(jī)的概要結(jié)構(gòu)圖。圖2是放大表不設(shè)置于作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的GM制冷機(jī)的止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)的分解立體圖。圖3 (A)及圖3 (B)是放大表示止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)的滑塊框的圖。
圖4是作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的GM制冷機(jī)中的置換器的移動(dòng)曲線圖。圖5是用于說明設(shè)置于作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的GM制冷機(jī)的止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)的動(dòng)作的圖。圖6是作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的GM制冷機(jī)的P-V線圖。圖7是表示本發(fā)明的效果的圖。圖8是表示止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)的第I變形例的圖。 圖9是表示止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)的第2變形例的圖。圖中1-GM制冷機(jī)，3-驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，5-氣體供給系統(tǒng)，6_氣體壓縮機(jī)，7_吸氣閥，8-排氣閥，9-氣體流路，10-第I級工作缸，11-第I級置換器，12、22_蓄冷器，13、23_蓄冷材料，15-第I級膨脹室，20-第2級工作缸，21-第2級置換器、25-第2級膨脹室，28-冷卻臺，30-馬達(dá)，31-馬達(dá)軸,32-止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu),34-曲柄部件,35-滾子軸承,36-止轉(zhuǎn)棒軛，37-驅(qū)動(dòng)臂，38-滑動(dòng)槽，39-凸?fàn)畈浚?5-凹狀部，39a、45a圓弧形狀部，39b,45b直線形狀部。
具體實(shí)施例方式接著，對于本發(fā)明的實(shí)施方式與附圖一同進(jìn)行說明。圖1表示作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的超低溫制冷裝置。以下說明中，作為超低溫制冷裝置舉出利用吉福德-麥克馬洪循環(huán)的的超低溫制冷裝置(以下稱為GM制冷機(jī))為例子進(jìn)行說明。然而，本發(fā)明的應(yīng)用并不限于GM制冷機(jī)，能夠應(yīng)用于使用置換器的各種超低溫制冷裝置(例如索爾凡制冷機(jī)、斯特林制冷機(jī)等)。本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)I為2級式制冷機(jī)，其具有第I級工作缸10和第2級工作缸20。該第I級工作缸10及第2級工作缸20由導(dǎo)熱率較低的不銹鋼形成。并且，構(gòu)成為第2級工作缸20的高溫端與第I級工作缸10的低溫端連結(jié)。第2級工作缸20具有小于第I級工作缸10的直徑。在第I級工作缸10及第2級工作缸20內(nèi)分別插入有第I級置換器11及第2級置換器21。第I級置換器11及第2級置換器2 I相互連結(jié)，通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3在第I級工作缸10、第2級工作缸20的軸向(圖中為箭頭Zl、Z2方向)上往復(fù)移動(dòng)。并且，第I級置換器11及第2級置換器21的內(nèi)部分別設(shè)置有蓄冷器12、蓄冷器22。在該蓄冷器12、蓄冷器22的內(nèi)部分別填充有蓄冷材料13、蓄冷材料23。并且，第I級工作缸10內(nèi)的高溫端形成有空洞14，且在低溫端形成有第I級膨脹室15。另外，第2級工作缸20的低溫側(cè)形成有第2級膨脹室25。在第I級置換器11及第2級置換器21上設(shè)置有多個(gè)制冷劑氣體(氦氣)流動(dòng)的氣體流路LI L4。氣體流路LI連接空洞14和蓄冷器12，氣體流路L2連接蓄冷器12和第I級膨脹室15。并且，氣體流路L3連接第I級膨脹室15和蓄冷器22，氣體流路L4連接蓄冷器22和第2級膨脹室25。第I級工作缸10的高溫端側(cè)的空洞14連接于氣體供給系統(tǒng)5。氣體供給系統(tǒng)5包括氣體壓縮機(jī)6、吸氣閥7、排氣閥8及氣體流路9等而構(gòu)成。吸氣閥7連接于氣體壓縮機(jī)6的吸氣口側(cè)，并且排氣閥8連接于氣體壓縮機(jī)6的排氣口側(cè)。若打開吸氣閥7并且關(guān)閉排氣閥8，則制冷劑氣體從氣體壓縮機(jī)6通過吸氣閥7及氣體流路9供給至空洞14內(nèi)。若關(guān)閉吸氣閥7且打開排氣閥8，則空洞14內(nèi)的制冷劑氣體通過氣體流路9及排氣閥8回收至氣體壓縮機(jī)6。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3使第I級置換器11及第2級置換器21在第I級工作缸10及第2級工作缸20內(nèi)往復(fù)移動(dòng)。該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3包括馬達(dá)30和止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32。圖2放大表示止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32。止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32大致包括曲柄部件34和止轉(zhuǎn)棒軛36。曲柄部件34固定于馬達(dá)30的旋轉(zhuǎn)軸(以下稱為馬達(dá)軸31)。該曲柄部件34構(gòu)成為在從馬達(dá)軸31的安裝位置偏心的位置設(shè)置有曲柄銷34a。因此，若將曲柄部件34安裝于馬達(dá)軸31，則馬達(dá)軸31和曲柄銷34a成為偏心的狀態(tài)。并且，在止轉(zhuǎn)棒軛36上形成有向與各第I級置換器11、第2級置換器21的移動(dòng)方向正交的方向(圖中以箭頭X1、X2表示的方向)延伸的滑動(dòng)槽38。由此，止轉(zhuǎn)棒軛36呈框形狀。在形成于止轉(zhuǎn)棒軛36的滑動(dòng)槽38中卡合有滾子軸承35。滾子軸承35構(gòu)成為能夠在滑動(dòng)槽38內(nèi)向箭頭X1、X2方向轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，為了方便，止轉(zhuǎn)棒軛36及滑動(dòng)槽38的具體結(jié)構(gòu)將在后面詳述。在滾子軸承35的中心位置形成有與曲柄銷34a卡合的曲柄銷卡合孔35a。因此，在將曲柄銷34a卡合于滾子軸承35的狀態(tài)下若馬達(dá)軸31旋轉(zhuǎn)，則曲柄銷34a以描繪圓弧的方式旋轉(zhuǎn)，由此止轉(zhuǎn)棒軛36向圖中的箭頭Z1、Z2方向往復(fù)移動(dòng)。此時(shí)，滾子軸承35在滑動(dòng)槽38內(nèi)向圖中的箭頭X1、X2方向往復(fù)移動(dòng)。止轉(zhuǎn)棒軛36設(shè)置有向上方及下方延伸的驅(qū)動(dòng)臂37。其中，如圖1所示，下方的驅(qū)動(dòng)臂37連結(jié)于第I級置換器11。由此，如上所述，若通過止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32使止轉(zhuǎn)棒軛36向Z1、Z2方向往復(fù)移動(dòng)，則驅(qū)動(dòng)臂37也向上下方向移動(dòng)，由此第I級置換器11及第2級置換器21在第I級工作缸10及第2級工作缸20內(nèi)往復(fù)移動(dòng)。所述吸氣閥7和排氣閥8構(gòu)成為由馬達(dá)30驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)閥(未圖示)。通過驅(qū)動(dòng)該回轉(zhuǎn)閥旋轉(zhuǎn)，吸氣閥7和排氣閥8相對于置換器11、21的往復(fù)驅(qū)動(dòng)而帶有預(yù)定相位差地進(jìn)行開閉。由此制冷劑氣體在第I級膨脹室15和第2級膨脹室25內(nèi)在預(yù)定的時(shí)刻膨脹，由此在第I級膨脹室15和第2級膨脹室25內(nèi)產(chǎn)生寒冷。此外，吸氣閥7和排氣閥8由電磁閥構(gòu)成，并且通過利用控制裝置來對其進(jìn)行電控制，由此能夠構(gòu)成為相對于置換器11、21的往復(fù)驅(qū)動(dòng)，使吸氣閥7和排氣閥8帶有預(yù)定相位差地進(jìn)行開閉。接著，對上述結(jié)構(gòu)的GM制冷機(jī)I的動(dòng)作進(jìn)行說明。在第I級置換器11及第2級置換器21將要到達(dá)下死點(diǎn)之前，控制裝置對氣體供給系統(tǒng)5的吸氣閥7進(jìn)行開閥。具體而言，在本實(shí)施方式中構(gòu)成為，若通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3使第I級置換器11及第2級置換器21達(dá)到下死點(diǎn)(BDC)前30°，則打開吸氣閥7。此時(shí)，排氣閥8維持閉閥狀態(tài)。由此在氣體壓縮機(jī)6 (壓縮器)中生成的高壓制冷劑氣體通過氣體流路9及氣體流路LI流入形成于第I級置換器11的蓄冷器12。流入蓄冷器12內(nèi)的制冷劑氣體被蓄冷器12內(nèi)的蓄冷材料13冷卻的同時(shí)前進(jìn)，接著通過氣體流路L2流入第I級膨脹室15。流入第I級膨脹室15后的制冷劑氣體通過氣體流路L3進(jìn)入形成于第2級置換器21的蓄冷器22。而且，流入蓄冷器22內(nèi)的制冷劑氣體被蓄冷器22內(nèi)的蓄冷材料23冷卻的同時(shí)前進(jìn)，接著通過氣體流路L4流入第2級膨脹室25。在吸氣閥7開閥之后，第I置換器11及第2級置換器21被驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3驅(qū)動(dòng)而到達(dá)第I級膨脹室15及第2級膨脹室25的體積變得最小的下死點(diǎn)，瞬時(shí)停止朝向下方(圖中為箭頭Z2方向)的移動(dòng)(移動(dòng)速度變?yōu)榱?。之后，第I級置換器11及第2級置換器21開始向上方(圖中為箭頭Zl方向)移動(dòng)。隨此，從氣體壓縮機(jī)6供給的高壓制冷劑氣體通過上述路徑供給(吸入)至第I級膨脹室15及第2級膨脹室25內(nèi)。而且，在第I級置換器11及第2級置換器21達(dá)到121°的時(shí)亥IJ，關(guān)閉吸氣閥7，停止從氣體供給系統(tǒng)5向GM制冷機(jī)I供給制冷劑氣體。若在吸氣閥7閉閥之后，第I級置換器11及第2級置換器21進(jìn)一步向上移動(dòng)達(dá)到170°，則控制裝置驅(qū)動(dòng)氣體供給系統(tǒng)5而對排氣閥8進(jìn)行開閥。此時(shí)，吸氣閥7維持閉閥狀態(tài)。由此，第I級膨脹室15及第2級膨脹室25內(nèi)的制冷劑氣體膨脹而在各膨脹室15、膨脹室25內(nèi)產(chǎn)生寒冷。在排氣閥8開閥之后，第I級置換器11及第2級置換器21被驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3驅(qū)動(dòng)而到達(dá)上死點(diǎn)，停止朝向上方(圖中為箭頭Zl方向)的移動(dòng)(移動(dòng)速度變?yōu)榱?。之后，第I級置換器11及第2級置換器21開始向下方(圖中為箭頭Z2方向)移動(dòng)。隨此，在第2級膨脹室25中膨脹的制冷劑氣體通過氣體流路L4流入蓄冷器22內(nèi)，冷卻蓄冷器22內(nèi)的蓄冷材料23的同時(shí)穿過，并通過氣體流路L3流入第I級膨脹室15。流入第I級膨脹室15的制冷劑氣體與在第I級膨脹室15中膨脹后的制冷劑氣體一起通過氣體流路L2流入蓄冷器12。流入蓄冷器12的制冷劑氣體冷卻蓄冷材料I 3的同時(shí)前進(jìn)，并通過氣體流路L1、氣體流路9及排氣閥8而回收至氣體供給系統(tǒng)5的氣體壓縮機(jī)
6。而且，在第I級置換器11及第2級置換器21到達(dá)340°的時(shí)刻，排氣閥8閉閥，停止制冷劑氣體從GM制冷機(jī)I向氣體供給系統(tǒng)5回收(吸入)的處理。通過反復(fù)進(jìn)行以上循環(huán)，能夠在第I級膨脹室15中產(chǎn)生20 50K左右的寒冷，能夠在第2級膨脹室25中產(chǎn)生4 IOK以下的超低溫。在此，著眼于構(gòu)成驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3的止轉(zhuǎn)棒軛36，主要利用圖2及圖3對其結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行說明。圖3 (A)及圖3 (B)是主視觀察止轉(zhuǎn)棒軛36的圖。如前所述，止轉(zhuǎn)棒軛36上形成有向X1、X2方向延伸的滑動(dòng)槽38。以往的止轉(zhuǎn)棒軛的滑動(dòng)槽一般呈橫長的矩形狀。與此相反，本實(shí)施方式中構(gòu)成為，在滑動(dòng)槽38的與置換器11及置換器21的下死點(diǎn)對應(yīng)的位置(圖3 (A)中以箭頭A表示的位置。以下稱為下死點(diǎn)對應(yīng)位置A)設(shè)置有凸?fàn)畈?9。并且，構(gòu)成為在滑動(dòng)槽38的與置換器11及置換器21的上死點(diǎn)對應(yīng)的區(qū)域設(shè)置有凹狀部45。應(yīng)予說明，以下將與該上死點(diǎn)對應(yīng)的位置的中心稱為上死點(diǎn)中央位置B (圖3(A), (B)中以箭頭B表示的位置。)滑動(dòng)槽38在下部具有向X1、X2方向延伸的水平下部40，在上部同樣具有向X1、X2方向延伸的水平上部41。凸?fàn)畈?9形成為在水平下部40的大致中央位置向上方(Zl方向)突出。并且，凹狀部45形成為在水平上部41的大致中央位置朝向上方(Zl方向)凹陷。首先，利用圖3 (A)對凸?fàn)畈?9進(jìn)行說明。該圖中，設(shè)想向鉛垂方向(Z1、Z2方向)延伸且穿過下死點(diǎn)對應(yīng)位置A及上死點(diǎn)中央位置B的線段。該線段為在圖3中以單點(diǎn)劃線表示的線段，以下說明中將該線段稱為中心線Z。前述的驅(qū)動(dòng)臂37構(gòu)成為與該中心線Z成為一直線狀。凸?fàn)畈?9呈從水平下部40向Zl方向突出的形狀。該凸?fàn)畈?9呈以圖3 (A)中以箭頭01表示的位置(以下將該位置稱為第I中心點(diǎn)01)為中心的圓弧形狀。并且，本實(shí)施方式中，凸?fàn)畈?9的形狀呈以中心線Z為中心在圖中箭頭Xl方向側(cè)及箭頭X2方向側(cè)呈對稱的形狀。因此，若將連結(jié)凸?fàn)畈?9的Xl方向側(cè)的端部和第I中心點(diǎn)01的線段設(shè)為線段Cl，連結(jié)凸?fàn)畈?9的X2方向側(cè)的端部和第I中心點(diǎn)01的線段設(shè)為線段D1，則線段Cl與中心線Z所成的角度0 I和線段Dl與中心線Z所成的角度0 2變得相等(0 1=0 2)。接著，利用圖3 (B)對凹狀部45進(jìn)行說明。凹狀部45呈從水平上部41向Zl方向凹陷的形狀。凹狀部45呈以圖3 (B)中以箭頭02表示的位置(以下將該位置稱為第2中心點(diǎn)02)為中心的圓弧形狀。并且，本實(shí)施方式中，凹狀部45的形狀也呈以中心線Z為中心在圖中箭頭Xl方向側(cè)及箭頭X2方向側(cè)對稱的形狀。因此，若將連結(jié)凹狀部45的Xl方向側(cè)的端部和第2中心點(diǎn)02的線段設(shè)為線段C2，連結(jié)凹狀部45的X2方向側(cè)的端部和第2中心點(diǎn)02的線段設(shè)為線段D2，則線段C2與中心線Z所成的角度0 I和線段D2與中心線Z所成的角度0 2變得相等(0 1=0 2)。本實(shí)施方式中，上述的各角度0 1、0 2的大小設(shè)定為0 1= 0 2=30°。然而，這些角度并不限于此，可在例如20° <(0 1=0 2X40°范圍內(nèi)設(shè)定。另外，規(guī)定凸?fàn)畈?9及凹狀部45的形成范圍的角度0 1、0 2無需一定要如上所述般設(shè)定為相同角度，也可以構(gòu)成為不同的角度(e I古9 2)。并且，在如上述的本實(shí)施方式中，圓弧形狀的凸?fàn)畈?9構(gòu)成為與水平部40直接連結(jié)，但由于滾子軸承35平滑地移動(dòng)，因此在圓弧形狀的凸?fàn)畈?9與水平部40之間可具有平滑的連結(jié)部(例如直線)。此外，在如上述的本實(shí)施方式中，圓弧形狀的凹狀部45構(gòu)成為與水平部41直接連結(jié)，但由于滾子軸承35平滑地移動(dòng)，因此在圓弧形狀的凹狀部45與水平部41之間可具有平滑的連結(jié)部(例如直線)。接著,利用圖4及圖5對使用具有上述結(jié)構(gòu)的止轉(zhuǎn)棒軛36的止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32的各置換器11、置換器21的動(dòng)作進(jìn)行說明。圖4是第2級置換器2 I的移動(dòng)曲線圖，圖5是表示滾子軸承35在滑動(dòng)槽38內(nèi)的動(dòng)作的圖。此外，在圖4中橫軸表示曲柄部件34的旋轉(zhuǎn)角度(曲柄角度)，縱軸表示第2級置換器21的偏移(移動(dòng)量)。并且，以實(shí)線表示本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)I的特性(圖中以箭頭A表示)，以單點(diǎn)劃線表示未具有凸?fàn)畈?9及凹狀部45的以往的GM制冷機(jī)的特性(圖中以箭頭B表示)。另外，為了方便圖示，圖5中比實(shí)際更大地記載存在于滾子軸承35與滑動(dòng)槽38之間的間隙。本實(shí)施方式所涉及的止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32的曲柄角度0°設(shè)定在下死點(diǎn)(BDC)前30°。由此，如圖5 (A)所示，曲柄角度為0°時(shí)滾子軸承35在滑動(dòng)槽38內(nèi)的位置位于水平下部40與凸?fàn)畈?9的邊界。若曲柄部件34從該狀態(tài)旋轉(zhuǎn)30°，則隨此滾子軸承35朝向下方(Z2方向)對止轉(zhuǎn)棒軛36進(jìn)行移動(dòng)施力。伴隨該動(dòng)作，滾子軸承35在滑動(dòng)槽38內(nèi)向X2方向移動(dòng)。
由此，滾子軸承35與凸?fàn)畈?9卡合的同時(shí)在滑動(dòng)槽38內(nèi)向X2方向移動(dòng)。具體而言，滾子軸承35伴隨該動(dòng)作成為如跨上凸?fàn)畈?9的狀態(tài)。如前所述，由于安裝有滾子軸承35的曲柄銷34a相對于曲柄部件34的中心處在偏心的位置，因此伴隨滾子軸承35的移動(dòng)，止轉(zhuǎn)棒軛36向Z2方向移動(dòng)。并且，止轉(zhuǎn)棒軛36上通過驅(qū)動(dòng)臂37連接有置換器11、置換器21。因此，伴隨止轉(zhuǎn)棒軛36的移動(dòng)，置換器11、置換器21也向Z2方向移動(dòng)。在此，著眼于止轉(zhuǎn)棒軛36的移動(dòng)速度(其等價(jià)于置換器11、置換器21的移動(dòng)速度)。凸?fàn)畈?9比水平下部40更突出。由此，就單位時(shí)間內(nèi)的止轉(zhuǎn)棒軛36的移動(dòng)量而言，滾子軸承35卡合于凸?fàn)畈?9時(shí)的移動(dòng)量大于滾子軸承35卡合于水平下部40時(shí)的移動(dòng)量。圖5 (B)表示曲柄角度為30°的狀態(tài)。本實(shí)施方式中，設(shè)定為曲柄角度為30°時(shí)成為置換器11、置換器2 I的下死點(diǎn)(BDC)。因此，在下死點(diǎn)(BDC)，滾子軸承35位于凸?fàn)畈?9的頂點(diǎn)部(中央位置)。若滾子軸承35伴隨曲柄部件34的旋轉(zhuǎn)而經(jīng)過與置換器11、置換器21的下死點(diǎn)(BDC)對應(yīng)的位置，則止轉(zhuǎn)棒軛36的移動(dòng)方向會反轉(zhuǎn)。即，若經(jīng)過下死點(diǎn)(BDC)，則止轉(zhuǎn)棒軛36開始朝向上方(Zl方向)移動(dòng)。此時(shí)，曲柄角度在從下死點(diǎn)(BDC)開始向后30°之間，滾子軸承35也維持與凸?fàn)畈?9卡合的狀態(tài)。具體而言，維持與比中心線Z更靠X2方向側(cè)的部分卡合的狀態(tài)的同時(shí)移動(dòng)，脫離凸?fàn)畈?9 (將該狀態(tài)示于圖5 (O)0而且，若曲柄部件34進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，則如圖5 (D)所示，滾子軸承35與水平上部41卡合的同時(shí)在滑動(dòng)槽38內(nèi)向箭頭X2方向移動(dòng)。隨此，置換器11、置換器21朝向上方(Zl方向)移動(dòng)。接著，對滾子軸承35與凹狀部45卡合時(shí)的動(dòng)作進(jìn)行說明。圖5 (E) 圖5 (G)表示滾子軸承35與凹狀部45卡合時(shí)的動(dòng)作。凹狀部45呈相對于水平上部41凹陷的形狀。該凹狀部45構(gòu)成為在滾子軸承35與凹狀部45卡合期間使止轉(zhuǎn)棒軛36 (置換器11、置換器21)不會向Zl、Z2方向移動(dòng)。并且，該凹狀部45形成在以曲柄部件34的曲柄角度來說遍及180° 240°的范圍內(nèi)(以成為上死點(diǎn)中央位置B的位置為中心以曲柄部件34的曲柄角為基準(zhǔn)的±30°范圍內(nèi))。因此，如圖4所示，以曲柄角度來說180° 240°的范圍內(nèi)的置換器11、置換器21成為停止?fàn)顟B(tài)。由此，置換器11、置換器21成為停止在位移量為25mm的位置(上死點(diǎn))的狀態(tài)(參考圖4)。以下，對滾子軸承35與凹狀部45卡合時(shí)的具體動(dòng)作進(jìn)行說明。圖5 (E)表示滾子軸承35移動(dòng)到曲柄角度180°的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，滾子軸承35位于水平上部41與直線狀凹部45c的邊界。若曲柄部件34從該狀態(tài)旋轉(zhuǎn)30°，則隨此動(dòng)作滾子軸承35朝向上方(Zl方向)對止轉(zhuǎn)棒軛36進(jìn)行移動(dòng)施力。伴隨該動(dòng)作，滾子軸承35在滑動(dòng)槽38內(nèi)向Xl方向移動(dòng)。由此，滾子軸承35與凹狀部45卡合的同時(shí)在滑動(dòng)槽38內(nèi)向Xl方向移動(dòng)。具體而言，滾子軸承35成為進(jìn)入凹狀部45內(nèi)的狀態(tài)。
如前所述，曲柄銷34a置于相對于曲柄部件34的中心偏心的位置。因此，當(dāng)滾子軸承35與水平上部41卡合時(shí)，通過滾子軸承35使止轉(zhuǎn)棒軛36向Zl方向移動(dòng)。因此，伴隨止轉(zhuǎn)棒軛36的移動(dòng)，置換器11、置換器21向Zl方向移動(dòng)。然而在本實(shí)施方式中，止轉(zhuǎn)棒軛36形成有凹狀部45，該凹狀部45呈相對于水平上部41凹陷的形狀。由此，即使?jié)L子軸承35伴隨曲柄部件34的旋轉(zhuǎn)而朝上向Zl方向移動(dòng)，止轉(zhuǎn)棒軛36也因滾子軸承35進(jìn)入凹陷的凹狀部45而不會向Zl方向移動(dòng)，成為停止?fàn)顟B(tài)。在滾子軸承35與凹狀部45卡合期間，凹狀部45的形狀構(gòu)成為使止轉(zhuǎn)棒軛36 (置換器11、置換器21)不會向Z1、Z2方向移動(dòng)。并且,該凹狀部45以成為上死點(diǎn)中央位置B的位置為中心形成在以曲柄部件34的曲柄角為基準(zhǔn)的±30°范圍內(nèi)。因此，如圖4所示，在以曲柄部件34的曲柄角度來說180° 240°的范圍內(nèi)，置換器11、置換器2 I的移動(dòng)會停止。由此，在以曲柄部件34的曲柄角度來說180° 240°的范圍內(nèi)，置換器11、置換器21成為在位移量為25mm的位置(上死點(diǎn))停止的狀態(tài)。該停止?fàn)顟B(tài)從圖5 (E)所示的曲柄角度180°經(jīng)圖5 (F)所示的曲柄角度210°維持到圖5 (G)所示的曲柄角度240°。此外，若滾子軸承35伴隨曲柄部件34的旋轉(zhuǎn)而經(jīng)過與止轉(zhuǎn)棒軛36的上死點(diǎn)對應(yīng)的區(qū)域，則止轉(zhuǎn)棒軛36的移動(dòng)方向會反轉(zhuǎn)，開始朝向下方(Z2方向)的移動(dòng)。然而，在滾子軸承35脫離凹狀部45之前，止轉(zhuǎn)棒軛36 (置換器11、置換器21)維持停止?fàn)顟B(tài)。圖5 (G)表不滾子軸承35剛脫尚凹狀部45后的狀態(tài)。若滾子軸承35從該位置在滑動(dòng)槽38內(nèi)向Xl方向移動(dòng)并與水平下部40卡合，則止轉(zhuǎn)棒軛36開始向下方向(Z2方向)移動(dòng)，隨此置換器11、置換器21也開始向下方向(Z2方向)移動(dòng)。圖5 (H)表示滾子軸承35與水平下部40卡合的狀態(tài)。接著，對設(shè)有止轉(zhuǎn)棒軛36 (滑動(dòng)槽38)的凹狀部45所產(chǎn)生的作用效果進(jìn)行說明。GM制冷機(jī)I中，在上死點(diǎn)(TDC)各膨脹室15、膨脹室25的體積變得最大，且向各膨脹室15、膨脹室25填充的高壓制冷劑氣體的填充量變得最大。而且，在到達(dá)上死點(diǎn)的同時(shí)或者將要到達(dá)上死點(diǎn)之前對排氣閥8進(jìn)行開閥，使制冷劑氣體膨脹而產(chǎn)生寒冷。本實(shí)施方式中，構(gòu)成為在上死點(diǎn)(曲柄角度180° 240° )之前的曲柄角度為170°時(shí)對排氣閥8進(jìn)行開閥。制冷劑氣體通過該排氣閥8的開閥來膨脹而產(chǎn)生寒冷。在此，設(shè)想假如置換器11、置換器21 (止轉(zhuǎn)棒軛36)在該上死點(diǎn)附近的移動(dòng)較快，則冷卻的制冷劑氣體被立即排氣而導(dǎo)致冷卻效率下降。與此相對，本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)I中，置換器11、置換器21在以上死點(diǎn)(TDC)為中心的預(yù)定范圍(曲柄角度時(shí)，180° 240°期間)停止。由此，產(chǎn)生寒冷的制冷劑氣體暫時(shí)保持于各膨脹室15、膨脹室25中，因此能夠可靠地進(jìn)行與冷卻臺28及突緣18的熱交換。并且，伴隨制冷劑氣體的膨脹，產(chǎn)生寒冷的制冷劑氣體流入蓄冷器12、蓄冷器22。此時(shí)，在置換器11、置換器21停止期間，制冷劑氣體在蓄冷器12、蓄冷器22內(nèi)的流動(dòng)速度變慢。由此，在與蓄冷材料13、蓄冷材料23之間進(jìn)行熱交換的時(shí)間變長，能夠可靠地冷卻蓄冷材料13、蓄冷材料23。
由此，通過在止轉(zhuǎn)棒軛36 (滑動(dòng)槽38)設(shè)置凹狀部45，能夠提高GM制冷機(jī)I的冷卻效率。圖6并排表示本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)I的P-V線圖(以箭頭A表示的特性)及作為比較例未在滑動(dòng)槽38設(shè)置凹狀部45的GM制冷機(jī)的P-V線圖(圖中，以箭頭B表示的特性)。在P-V線圖中，在GM制冷機(jī)的I循環(huán)期間產(chǎn)生的寒冷量相當(dāng)于被P-V線圖圍住的面積。因此，若觀察圖6，則可知本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)I的P-V線圖的面積變得寬于比較例所涉及的GM制冷機(jī)的P-V線圖的面積。由此，通過圖6證實(shí)了與比較例相比本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)I的冷卻效率較高。并且，圖7是對本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)I的冷卻溫度和比較例所涉及的GM制冷機(jī)的冷卻溫度進(jìn)行比較來表示的圖。在任一個(gè)GM制冷機(jī)中，都測定了第I級膨脹室的附近溫度和第2級膨脹室的附近溫度。如該圖所示，比較例所涉及的GM制冷機(jī)的第I級溫度為46. 2K，與此相對本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)的第I級溫度為45. 1K。并且，比較例所涉及的GM制冷機(jī)的第2級溫度為4. 26K，與此相對本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)的第2級溫度為4. 19K。這樣，從圖7也證實(shí)了與比較例相比本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)I的冷卻效率較高。另一方面，本實(shí)施方式中構(gòu)成為，為了如上所述般使置換器11、置換器21停止而在構(gòu)成止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32的止轉(zhuǎn)棒軛36上設(shè)置凹狀部45。止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32多用作在GM制冷機(jī)I中將馬達(dá)30的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為置換器11、置換器21的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。作為使置換器直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，除了止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32以外，還可通過步進(jìn)馬達(dá)等其他驅(qū)動(dòng)構(gòu)件驅(qū)動(dòng)。然而，使用步進(jìn)馬達(dá)等的其他方法中，其結(jié)構(gòu)及控制困難并且與止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32相比價(jià)格高，因此優(yōu)選使用止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32。并且，本實(shí)施方式中構(gòu)成為，在這種廉價(jià)且結(jié)構(gòu)等簡單的止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32中，僅通過在滑動(dòng)槽38中設(shè)置凹狀部45的結(jié)構(gòu)使置換器11、置換器21在預(yù)定范圍停止。由此，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)1，能夠謀求結(jié)構(gòu)的簡單化及產(chǎn)品成本的降低的同時(shí)實(shí)現(xiàn)冷卻效率較高的GM制冷機(jī)I。此外，本實(shí)施方式中示出了在滾子軸承35與凹狀部45卡合的期間使止轉(zhuǎn)棒軛36(置換器11、置換器21)的移動(dòng)停止的結(jié)構(gòu)例。然而，無需使止轉(zhuǎn)棒軛36的移動(dòng)完全停止，與以往相比，也能夠通過放慢移動(dòng)速度來實(shí)現(xiàn)上述的效果。圖8和圖9示出止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)的第I和第2變形例。此外，圖8和圖9中，對于與圖1至圖5所示的結(jié)構(gòu)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，使用同一符號標(biāo)注并省略說明。在使用圖1至圖5說明的實(shí)施方式中，說明了止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32的凹狀部45為圓弧形狀的例子。但是，凹狀部并不必須為圓弧狀，只要是比水平上部41更向上方側(cè)(Zl方向側(cè))凹陷的形狀即可。同樣，凸?fàn)畈?9也不必須為圓弧狀，只要是比水平下部40更向上方側(cè)(Zl方向側(cè))凸出的形狀即可。在圖8所示的第I變形例所涉及的止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)50中，凸?fàn)畈?9由圓弧形狀部39a和直線形狀部39b構(gòu)成。圓弧形狀部39a具有朝向上方突出的圓弧形狀，并形成于凸?fàn)畈?9的中央位置。此外，直線形狀部39b具有直線形狀，且形成于圓弧形狀部39a的兩端部和水平下部40之間。因此，直線形狀部39b成為傾斜的面。
同樣，凹狀部45由圓弧形狀部45a和直線形狀部45b構(gòu)成。圓弧形狀部45a具有朝向上方凹陷的圓弧形狀，并形成于凹狀部45的中央位置。此外，直線形狀部45b具有直線形狀，形成于圓弧形狀部45a的兩端部與水平上部41之間。因此，直線形狀部45b也成為傾斜的面。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在圓弧形狀部39a與水平下部40之間、以及圓弧形狀部45a和水平上部41之間形成有直線形狀部39b、45b，因此與圖1至圖5所示的止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32相t匕，能夠抑制振動(dòng)或異音的發(fā)生。此外，對于凹狀部和凸?fàn)畈坎槐仨毿纬蓤A弧形狀部，例如凹狀部和凸?fàn)畈恳部墒嵌鄠€(gè)直線形狀部組合而成的多邊形狀。此外，對于圖1至圖5所示的實(shí)施方式，示出了滑動(dòng)槽38內(nèi)滾子軸承35與水平下部40或者水平上部41中任一個(gè)抵接的構(gòu)成例。但是,如圖9所示的第2變形例所涉及的止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)51那樣，也可是滾子軸承35始終接觸于滑動(dòng)槽38的兩處的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)能夠通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定滑動(dòng)槽38的形狀(具體而言，凸?fàn)畈?9、凹狀部45、水平下部40和水平上部41等的形狀)來實(shí)現(xiàn)。在這種結(jié)構(gòu)的情況下，能夠抑制在滾子軸承35和滑動(dòng)槽38之間伴隨移動(dòng)而產(chǎn)生的異音，能夠?qū)崿F(xiàn)肅靜性較高的GM冷凍機(jī)。以上，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了詳述，但本發(fā)明并不限于上述的特定實(shí)施方式，能夠在技術(shù)方案中記載的本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形或變更。
權(quán)利要求
1.一種超低溫制冷裝置，其具有通過止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)在工作缸內(nèi)往復(fù)移動(dòng)的置換器，其中所述止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)具備使軸承能夠移動(dòng)地進(jìn)行卡合的止轉(zhuǎn)棒軛，并且 伴隨該置換器的移動(dòng)而使形成于所述工作缸內(nèi)的膨脹空間內(nèi)的制冷劑氣體膨脹來產(chǎn)生寒冷， 所述超低溫制冷裝置的特征在于， 在所述止轉(zhuǎn)棒軛的與所述置換器的上死點(diǎn)對應(yīng)的位置設(shè)置有凹狀部。
2.如權(quán)利要求1所述的超低溫制冷裝置，其特征在于， 在所述止轉(zhuǎn)棒軛的與所述置換器的下死點(diǎn)對應(yīng)的位置設(shè)置有凸?fàn)畈俊?br> 3.如權(quán)利要求1所述的超低溫制冷裝置，其特征在于， 在所述凹狀部的中央部具有圓形狀凹部。
4.如權(quán)利要求3所述的超低溫制冷裝置，其特征在于， 在所述圓形狀凹部的兩側(cè)具有直線狀部。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的超低溫制冷裝置，其特征在于， 所述軸承構(gòu)成為始終與形成在所述止轉(zhuǎn)棒軛上的滑動(dòng)槽的兩個(gè)部位接觸。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超低溫制冷裝置，其提高制冷效率。本發(fā)明的超低溫制冷裝置，其具有通過止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)(32)在工作缸(10、20)內(nèi)往復(fù)移動(dòng)的置換器(11、21)，其中該止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)具備使?jié)L子軸承(35)能夠地移動(dòng)進(jìn)行卡合的止轉(zhuǎn)棒軛(36)(滑動(dòng)槽(38))，并且通過使伴隨該置換器(11、21)的移動(dòng)而形成于工作缸(10、20)內(nèi)的膨脹空間(15、25)內(nèi)的制冷劑氣體膨脹來產(chǎn)生寒冷，其中，在所述止轉(zhuǎn)棒軛(36)的與置換器(11、21)的上死點(diǎn)對應(yīng)的位置設(shè)置凹狀部(45)。
文檔編號F25B9/14GK103062949SQ20121031153
公開日2013年4月24日 申請日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者許名堯 申請人:住友重機(jī)械工業(yè)株式會社