JP2000145631A - ガス圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリンダスリーブを容易に交換することが可
能なガス圧縮機を提供する。 【解決手段】 シリンダ固定部材に筒状の空洞が形成さ
れている。シリンダスリーブが、シリンダ固定部材の筒
状の空洞内に挿入されている。シリンダスリーブは、シ
リンダ固定部材に着脱可能に固定され、シリンダ固定部
材よりも固い材料で形成され、シリンダ内周面を画定す
る。シリンダスリーブ内にピストンが挿入されている。
ピストンは、シリンダ固定部材の筒状の空洞内に外部と
連絡する圧縮室を画定する。ピストンが往復駆動し、圧
縮室の容積を周期的に変動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス圧縮機に関
し、特にシリンダ内をピストンが往復運動するガス圧縮
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガス圧縮機は、例えばスターリング冷凍
機、パルス管冷凍機等に組み込まれて使用される。スタ
ーリング冷凍機は例えば赤外線カメラのセンサの冷却に
使用される。このような赤外線センサは半導体回路等の
製品の検査、コンビナートのパイプライン等の設備の安
全確認等に用いられている。

【０００３】スターリング冷凍機に組み込まれて使用さ
れる圧縮機は、シリンダ内に挿入されたピストンを往復
駆動して圧力が脈動する圧縮ガスをコールヘッドに供給
する。ピストンを往復駆動する方法には、モータの回転
運動をカム機構で往復運動に変換する方法、あるいはピ
ストンをコイルバネでシリンダ内の中立点に支持し、電
磁力で直接往復駆動する方法等がある。直接往復駆動す
る方法の方が、圧縮機の小型化等に有利であるため、ス
ターリング冷凍機には通常この方法を用いてピストンを
駆動する圧縮機が組み込まれる。

【０００４】電磁力で直接往復駆動する場合、ピストン
を収容する円柱状の凹部を形成されたシリンダ固定部材
と磁気回路のヨークとが１つの部材で形成される。この
ため、シリンダ固定部材は、通常、透磁率の高い純鉄で
形成される。シリンダの内周面はピストンと擦れて磨耗
し易い。シリンダの内周面の磨耗を抑制するために、ピ
ストンを収容する凹部内にシリンダスリーブが挿入され
る。シリンダスリーブは、シリンダ固定部材よりも固い
材料、例えばステンレス、焼き入れ鋼等で形成される。
シリンダスリーブの内周面は、表面処理されている場合
もある。シリンダスリーブは、シリンダ固定部材に形成
された円柱状の凹部内に圧入することにより固定され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】シリンダスリーブを円
柱状の凹部内に挿入した後、シリンダ内周面の中心軸が
ピストンの駆動軸に一致するように、シリンダスリーブ
の内周面を研磨する必要がある。圧入によって両者を精
度よく一致させることが困難だからである。また、シリ
ンダスリーブの内周面が磨耗しても、シリンダスリーブ
のみを交換することは困難である。

【０００６】本発明の目的は、シリンダスリーブを容易
に交換することが可能なガス圧縮機を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、筒状の空洞を画定するシリンダ固定部材と、前記シ
リンダ固定部材の筒状の空洞内に挿入され、該シリンダ
固定部材に着脱可能に固定され、前記シリンダ固定部材
よりも固い材料で形成され、シリンダ内周面を画定する
シリンダスリーブと、前記シリンダスリーブ内に挿入さ
れ、前記シリンダ固定部材の筒状の空洞内に外部と連絡
する圧縮室を画定し、往復駆動して前記圧縮室の容積を
周期的に変動させるピストンとを有するガス圧縮機が提
供される。

【０００８】シリンダ内周面に損傷が生じた場合、シリ
ンダスリーブを容易に交換することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例によるピス
トン対向型圧縮機の断面図を示す。両端が閉塞された円
筒状のケース１の内部空洞のほぼ中央に、その内周面に
ほぼ密着するようにヨーク５が配置されている。ヨーク
５は、例えば純鉄で形成される。この圧縮機は、ケース
１の中心軸に直交し、かつその中央を通過する仮想平面
に関してほぼ面対称の構造とされている。ヨーク５の両
端面の各々とケース１との間には、ピストンを往復駆動
するための空間が画定されている。

【００１０】ヨーク５の両側の端面から、それぞれ中心
に向かって円柱状の凹部１９が形成されている。各凹部
１９の底面とケース１の側面とを連絡する管路２が形成
されている。

【００１１】凹部１９内に、円筒状のシリンダスリーブ
２０が挿入されている。シリンダスリーブ２０は、固定
ボルト２１によりヨーク５に固定されている。シリンダ
スリーブ２０は、シリンダの内周面を画定する。シリン
ダスリーブ２０内にピストン７が挿入され、凹部１９の
底面、シリンダスリーブ２０の内周面、及びピストン７
の先端により圧縮室４が画定されている。圧縮室４は管
路２に連続し、圧縮ガスは管路２を通って外部に供給さ
れる。

【００１２】ヨーク５の端面に、凹部１９の周囲を取り
囲む円環状の溝３が形成されている。溝３の外周側の側
面上に、円環状の永久磁石１７が取り付けられている。
永久磁石１７の内周面と溝３の内周側の側面との間に、
円環状の間隙が画定されている。ヨーク５、永久磁石１
７、及び溝３内の間隙により、閉磁路が形成され、溝３
の中に厚さ方向の磁界が発生する。

【００１３】ピストン７のシリンダ外の端部はフランジ
状に形成され、溝３の中に緩挿される可動コイル１６が
このフランジ状部分に取り付けられている。ピストン７
はコイルバネ８を介してケース１の両端の内面に弾性的
に保持され、シリンダ内の中立点に支持されている。

【００１４】ケース１の両側の端面にそれぞれ１対の電
流端子６が取り付けられている。１対の電流端子のうち
一方の電流端子６は、ケース１の内部に配置されたリー
ド線２５を介して可動コイル１６に接続されている。他
方の電流端子６は、りード線２５及びコイルバネ８を介
して可動コイル１６に接続されている。電流端子６を通
して可動コイル１６に電流が供給される。可動コイル１
６に交流電流を流すと、可動コイル１６は溝３の中に発
生した磁場により、軸方向（図の横方向）の力を受け、
ピストンが往復駆動される。

【００１５】ピストン７が軸方向に変位すると、コイル
バネ８から復元力を受けるが、圧縮室４に封入されたガ
スの圧縮、膨張によるガスバネによっても復元力を受け
る。すなわち、ピストン７は、ガスバネとコイルバネ８
の合成バネ定数、及び可動部分の質量から求まる固有の
共振周波数を有する。この共振周波数が、可動コイル１
６に流す電流の周波数に同期するように設計することに
より、効率よくピストンを駆動することができる。

【００１６】ピストン７を往復駆動することにより、圧
縮室４の容積を周期的に変動させ、管路２を通して圧縮
ガスの供給と回収を繰り返すことができる。

【００１７】図１に示すガス圧縮機においては、シリン
ダスリーブ２０がヨーク５に着脱可能に取り付けられて
いる。このため、シリンダスリーブ２０の内周面に損傷
が生じた場合、シリンダスリーブ２０のみを容易に交換
することができる。また、従来のように凹部１９内にシ
リンダスリーブ２０を圧入すると、ヨーク５の変形が生
じるおそれがある。上記実施例の場合には、シリンダス
リーブ２０を圧入することなくヨーク５に固定すること
ができるため、ヨーク５の変形を防止することができ
る。

【００１８】また、内径の異なる複数のシリンダスリー
ブを準備しておくことにより、シリンダの内径を容易に
変換することができる。このことは、種々の性能を有す
る圧縮機のシリーズ化に適している。

【００１９】図２（Ａ）は、シリンダスリーブ２０の取
り付け部分の一構成例を示す。ヨーク５の端面から中心
に向かって凹部１９が形成されている。凹部１９の開口
部には、２段の段差３１及び３２が形成されている。段
差３１及び３２は、凹部１９の開口部と同心円状に配置
されており、凹部１９の開口部、段差３１、段差３２の
順番に、その径が大きくなっている。

【００２０】段差３１の内周面は、シリンダスリーブ２
０の端部近傍に設けられた鍔部２０ａの外周面に接す
る。段差３１の内周面と鍔部２０の外周面が接すること
により、シリンダスリーブ２０の径方向の位置が固定さ
れる。

【００２１】段差３２の内周面には、ねじ溝が形成され
ている。外周面にねじ溝が形成された円環状の抑え部材
２３を段差３２の内周面に螺合させることにより、鍔部
２０ａをヨーク５に押しつけて固定する。段差３１の内
周面と凹部１９の内周面とを接続するステップ面と鍔部
２０ａとの間は、Ｏリング３０により気密封止されてい
る。なお、Ｏリングを凹部１９の内周面とシリンダスリ
ーブ２０の外周面との間に配置してもよい。

【００２２】段差３１の内周面と鍔部２０ａの外周面と
により、シリンダスリーブ２０の径方向の位置決めが行
われる。このため、この２つの面のみを精密に加工する
ことにより、シリンダスリーブ２０の径方向の位置決め
を行うことができる。必ずしも、シリンダスリーブ２０
の外周面を、凹部１９の内周面に密着させる必要はな
い。この２つの面の加工精度は、両者の間に微細な間隙
が形成される程度の比較的粗いものでもよい。

【００２３】図２（Ｂ）は、シリンダスリーブ２０の取
り付け部分の一構成例を示す。図２（Ａ）に示す構成例
の段差３１の内周面と鍔部２０ａの外周面が、相互に密
接する円錐面にされている。その他の構成は、図２
（Ａ）に示す構成と同様である。円錐面にすると、凹部
１９とシリンダスリーブ２０との中心軸をより一致させ
やすくなる。

【００２４】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シリンダスリーブをその固定部材に着脱可能に固定して
いるため、シリンダスリーブのみを容易に交換すること
ができる。また、シリンダスリーブとその固定部材とを
別々にべつ機械加工することにより、シリンダとピスト
ンとの軸合わせを簡易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるガス圧縮機の断面図であ
る。

【図２】実施例によるガス圧縮機のシリンダスリーブ固
定部の構成例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ ケース ３ 溝 ４ 圧縮室 ５ ヨーク ６ 電流端子 ７ ピストン ８ コイルバネ １６ 可動コイル １７ 永久磁石 １９ 凹部 ２０ シリンダスリーブ ２０ａ 鍔部 ２３ 抑え部材 ２５ リード線 ３０ Ｏリング ３１、３２ 段差

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金尾 憲一 神奈川県平塚市夕陽ケ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社総合技術研究所内 (72)発明者 渡辺 紀久 神奈川県平塚市夕陽ケ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社総合技術研究所内 (72)発明者 田口 芳人 東京都田無市谷戸町２丁目１番１号 住友 重機械工業株式会社田無製造所内 (72)発明者 内田 年雄 東京都田無市谷戸町２丁目１番１号 住友 重機械工業株式会社田無製造所内 (72)発明者 森山 毅 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１ 号 昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者 赤間 助広 神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１ 号 昭和電線電纜株式会社内 Ｆターム(参考） 3H003 AA02 AB05 AC01 AD01 CE05 CF01 3H076 AA03 BB40 CC06 CC47 3J044 AA18 CC17 DA10

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の空洞を画定するシリンダ固定部材
   と、 前記シリンダ固定部材の筒状の空洞内に挿入され、該シ
   リンダ固定部材に着脱可能に固定され、前記シリンダ固
   定部材よりも固い材料で形成され、シリンダ内周面を画
   定するシリンダスリーブと、 前記シリンダスリーブ内に挿入され、前記シリンダ固定
   部材の筒状の空洞内に外部と連絡する圧縮室を画定し、
   往復駆動して前記圧縮室の容積を周期的に変動させるピ
   ストンとを有するガス圧縮機。
2. 【請求項２】 前記シリンダ固定部材が、前記ピストン
   の駆動軸を回転中心とする円柱面状の内周面を有し、 前記シリンダスリーブが、前記内周面に整合する外周面
   を含み、該シリンダスリーブを前記シリンダ固定部材の
   筒状の空洞内に挿入したとき、前記内周面と外周面とが
   相互に接触して、前記シリンダスリーブの半径方向の位
   置を固定する請求項１に記載のガス圧縮機。
3. 【請求項３】 前記シリンダ固定部材が、前記ピストン
   の駆動軸を回転中心とする円錐面状の内周面を有し、 前記シリンダスリーブが、前記内周面に整合する外周面
   を含み、該シリンダスリーブを前記シリンダ固定部材の
   筒状の空洞内に挿入したとき、前記内周面と外周面とが
   相互に接触して、前記シリンダスリーブの半径方向の位
   置を固定する請求項１に記載のガス圧縮機。
4. 【請求項４】 さらに、前記シリンダ固定部材に取り付
   けられた永久磁石と、 前記ピストンに取り付けられ、前記永久磁石の磁力線と
   鎖交するコイルと、 前記コイルに電流を供給する電流供給手段とを有する請
   求項１〜３のいずれかに記載のガス圧縮機。