JP2001066005A - 反復運動装置及び冷凍装置 - Google Patents
反復運動装置及び冷凍装置Info
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- JP2001066005A JP2001066005A JP23981899A JP23981899A JP2001066005A JP 2001066005 A JP2001066005 A JP 2001066005A JP 23981899 A JP23981899 A JP 23981899A JP 23981899 A JP23981899 A JP 23981899A JP 2001066005 A JP2001066005 A JP 2001066005A
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- crankshaft
- crank
- rotation shaft
- repetitive motion
- compression
- Prior art date
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2270/00—Constructional features
- F02G2270/85—Crankshafts
Landscapes
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Compressor (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【解決手段】 スターリング冷凍装置１０は、電動モー
タ２２のロータ２２ａにより回転するクランク回転軸２
４を持つクランク室１６、このクランク室１６に並列状
態で設けられる膨張シリンダ１８および圧縮シリンダ２
０、各シリンダに内蔵されロッド３６，３８とコネクテ
ィングロッド４０，４２を介してクランク回転軸２４の
各クランク部２４ａ，２４ｂに連結されるディスプレー
サピストン３２および圧縮ピストン３４、膨張シリンダ
の膨張空間４８と圧縮シリンダの圧縮空間５０を連通す
る作動ガス通路５２と、ディスプレーサピストン及び圧
縮ピストンの反復運動に伴うクランク回転軸２４の回転
不釣合いを防ぐ振動防止装置としてクランク回転軸２４
の一端部とこの回転軸に連結されるロータ２２ａの両端
面に回転バランサー６０〜６４を分散配置したものであ
る。 【効果】 振動や騒音が低減され、回転バランサ設置の
省スペース化及び組み立ての簡易化が可能となる。
タ２２のロータ２２ａにより回転するクランク回転軸２
４を持つクランク室１６、このクランク室１６に並列状
態で設けられる膨張シリンダ１８および圧縮シリンダ２
０、各シリンダに内蔵されロッド３６，３８とコネクテ
ィングロッド４０，４２を介してクランク回転軸２４の
各クランク部２４ａ，２４ｂに連結されるディスプレー
サピストン３２および圧縮ピストン３４、膨張シリンダ
の膨張空間４８と圧縮シリンダの圧縮空間５０を連通す
る作動ガス通路５２と、ディスプレーサピストン及び圧
縮ピストンの反復運動に伴うクランク回転軸２４の回転
不釣合いを防ぐ振動防止装置としてクランク回転軸２４
の一端部とこの回転軸に連結されるロータ２２ａの両端
面に回転バランサー６０〜６４を分散配置したものであ
る。 【効果】 振動や騒音が低減され、回転バランサ設置の
省スペース化及び組み立ての簡易化が可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は反復運動装置及び冷凍
装置に関し、特にたとえば稼動状態で反復運動する反復
運動部材を複数個含む反復運動装置及びシリンダ内でピ
ストンが反復運動する冷凍装置に関する。
装置に関し、特にたとえば稼動状態で反復運動する反復
運動部材を複数個含む反復運動装置及びシリンダ内でピ
ストンが反復運動する冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】反復運動部材としてのピストンがシリン
ダ内を反復運動する反復運動装置としては、例えば、シ
リンダ内でピストンにより閉じられた空間の体積変化を
利用した真空ポンプや圧縮ポンプといったポンプ類やエ
ンジン、複数のシリンダおよびピストンを組合わせて作
動媒体を圧縮、膨張させて冷熱を取り出す冷凍装置があ
る。このような冷凍装置の一例であるスターリング冷凍
装置は、極低温を実現する装置として注目されている。
そして、各種赤外線センサ、超伝導デバイスの冷却用や
バイオメディカル用フリーザ、冷凍庫等に広く利用され
ようとしている。
ダ内を反復運動する反復運動装置としては、例えば、シ
リンダ内でピストンにより閉じられた空間の体積変化を
利用した真空ポンプや圧縮ポンプといったポンプ類やエ
ンジン、複数のシリンダおよびピストンを組合わせて作
動媒体を圧縮、膨張させて冷熱を取り出す冷凍装置があ
る。このような冷凍装置の一例であるスターリング冷凍
装置は、極低温を実現する装置として注目されている。
そして、各種赤外線センサ、超伝導デバイスの冷却用や
バイオメディカル用フリーザ、冷凍庫等に広く利用され
ようとしている。
【０００３】図１０に模式的に示されるように、この従
来の冷凍装置１においては、圧縮シリンダ内を反復移動
するピストン２と、膨張シリンダ内を反復移動するディ
スプレーサ３とが、図示のように略９０°の角度を保つ
ように配置されている。そして、電動モータを構成する
ロータ４の回転がクランク回転軸５のクランク部５ａと
５ｂにより反復運動に変換されて、ピストン２とディス
プレーサ３とが反復運動するように構成されている。
来の冷凍装置１においては、圧縮シリンダ内を反復移動
するピストン２と、膨張シリンダ内を反復移動するディ
スプレーサ３とが、図示のように略９０°の角度を保つ
ように配置されている。そして、電動モータを構成する
ロータ４の回転がクランク回転軸５のクランク部５ａと
５ｂにより反復運動に変換されて、ピストン２とディス
プレーサ３とが反復運動するように構成されている。
【０００４】このクランク回転軸５のクランク部５ａと
５ｂとでは、回転位相差が略９０°ずれるように構成さ
れており、その結果ピストン２の反復動作とディスプレ
ーサ３の反復動作とが９０°の回転位相差分だけずれる
ように構成されている。
５ｂとでは、回転位相差が略９０°ずれるように構成さ
れており、その結果ピストン２の反復動作とディスプレ
ーサ３の反復動作とが９０°の回転位相差分だけずれる
ように構成されている。
【０００５】そして、クランク回転軸５の各クランク部
５ａおよび５ｂには回転バランサ６および７が夫々設け
られ、クランク部５ａの偏心量によって生じる遠心力を
回転バランサ６により打ち消し、別のクランク部５ｂの
偏心量によって生じる遠心力を回転バランサ７により打
ち消し、クランク回転軸５のクランク部５ａおよび５ｂ
の回転不釣合により生じる振動を極力抑えるようにして
いる。
５ａおよび５ｂには回転バランサ６および７が夫々設け
られ、クランク部５ａの偏心量によって生じる遠心力を
回転バランサ６により打ち消し、別のクランク部５ｂの
偏心量によって生じる遠心力を回転バランサ７により打
ち消し、クランク回転軸５のクランク部５ａおよび５ｂ
の回転不釣合により生じる振動を極力抑えるようにして
いる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の冷凍装
置１においては、図１１に示すように、回転バランサ６
をクランク回転軸５のクランク部５ａに、また回転バラ
ンサ７をクランク回転軸５のクランク部５ｂに夫々配置
することにより、クランク回転軸５におけるクランク部
５ａおよび５ｂのそれぞれの偏心部近傍で回転を釣合わ
せ、偶力の発生量を抑制する効果を狙っているが、この
構成であればクランク部５ａおよび５ｂに回転バランサ
６および７をそれぞれ付加しなければならず、機構が大
型化、複雑化するという問題がある。また、偶力が完全
には釣合っていないために振動が発生するという問題も
ある。
置１においては、図１１に示すように、回転バランサ６
をクランク回転軸５のクランク部５ａに、また回転バラ
ンサ７をクランク回転軸５のクランク部５ｂに夫々配置
することにより、クランク回転軸５におけるクランク部
５ａおよび５ｂのそれぞれの偏心部近傍で回転を釣合わ
せ、偶力の発生量を抑制する効果を狙っているが、この
構成であればクランク部５ａおよび５ｂに回転バランサ
６および７をそれぞれ付加しなければならず、機構が大
型化、複雑化するという問題がある。また、偶力が完全
には釣合っていないために振動が発生するという問題も
ある。
【０００７】その結果、冷凍装置の先端部に形成される
コールドヘッド等に発生した冷熱を伝達するためのパイ
プ等の部材に振動が伝わることになる。このパイプ等の
部材は、極度に冷却されるために力学的強度が低下（脆
化）している。このような強度の低い部材に振動による
余計な力が加わるので、冷凍装置自身の信頼性が低下し
てしまうという欠点が生じる。そして、このような稼動
に伴い発生する不都合は、上述の冷凍装置では特に大き
な問題となるが、振動による信頼性の低下や騒音の発生
という問題は冷凍装置に限って生じるものではない。
コールドヘッド等に発生した冷熱を伝達するためのパイ
プ等の部材に振動が伝わることになる。このパイプ等の
部材は、極度に冷却されるために力学的強度が低下（脆
化）している。このような強度の低い部材に振動による
余計な力が加わるので、冷凍装置自身の信頼性が低下し
てしまうという欠点が生じる。そして、このような稼動
に伴い発生する不都合は、上述の冷凍装置では特に大き
な問題となるが、振動による信頼性の低下や騒音の発生
という問題は冷凍装置に限って生じるものではない。
【０００８】それゆえに、この発明の主たる目的は、反
復運動装置の稼動に伴い発生する振動を防止し、信頼性
の高い反復運動装置および冷凍装置を提供することであ
る。
復運動装置の稼動に伴い発生する振動を防止し、信頼性
の高い反復運動装置および冷凍装置を提供することであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明は、稼動状態で
反復運動する反復運動部材を複数個含む反復運動装置で
あって、複数個の反復運動部材の反復運動を可能にせし
めるクランク回転軸の回転不釣合いを防止する振動防止
手段を備え、この振動防止手段は、クランク回転軸のク
ランク軸上に複数個配置されてクランク回転軸の回転お
よび偶力が釣り合うバランスウエイトを含むことを特徴
とする、反復運動装置である。
反復運動する反復運動部材を複数個含む反復運動装置で
あって、複数個の反復運動部材の反復運動を可能にせし
めるクランク回転軸の回転不釣合いを防止する振動防止
手段を備え、この振動防止手段は、クランク回転軸のク
ランク軸上に複数個配置されてクランク回転軸の回転お
よび偶力が釣り合うバランスウエイトを含むことを特徴
とする、反復運動装置である。
【００１０】また、この発明は、圧縮シリンダ内で反復
運動する反復運動部材と、膨張シリンダ内で反復運動す
る反復運動部材とを備え、圧縮シリンダ内で圧縮された
作動媒体を放熱した後に膨張シリンダ内で膨張させてこ
の膨張シリンダ内で冷熱を発生させる冷凍装置であっ
て、複数個の反復運動を可能にするクランク回転軸の回
転不釣合いにより発生する振動を防止する振動防止手段
を備え、この振動防止手段は、クランク回転軸のクラン
ク軸上に複数個配置されてクランク回転軸の回転および
偶力が釣り合うバランスウエイトを含むことを特徴とす
る、冷凍装置である。
運動する反復運動部材と、膨張シリンダ内で反復運動す
る反復運動部材とを備え、圧縮シリンダ内で圧縮された
作動媒体を放熱した後に膨張シリンダ内で膨張させてこ
の膨張シリンダ内で冷熱を発生させる冷凍装置であっ
て、複数個の反復運動を可能にするクランク回転軸の回
転不釣合いにより発生する振動を防止する振動防止手段
を備え、この振動防止手段は、クランク回転軸のクラン
ク軸上に複数個配置されてクランク回転軸の回転および
偶力が釣り合うバランスウエイトを含むことを特徴とす
る、冷凍装置である。
【００１１】
【作用】反復運動部材を回転駆動するクランク回転軸の
軸上に複数個配置されるバランスウエイトにより、クラ
ンク回転軸のクランク部の偏心により生じる振動が防止
される。また、このバランスウエイトはクランク回転軸
の軸上とクランク回転軸を駆動する電動モータのロータ
の両端面との３箇所に配置しているので複数の反復運動
部材の反復運動を可能にするクランク部の回転だけでな
く偶力も釣り合わせることができる。
軸上に複数個配置されるバランスウエイトにより、クラ
ンク回転軸のクランク部の偏心により生じる振動が防止
される。また、このバランスウエイトはクランク回転軸
の軸上とクランク回転軸を駆動する電動モータのロータ
の両端面との３箇所に配置しているので複数の反復運動
部材の反復運動を可能にするクランク部の回転だけでな
く偶力も釣り合わせることができる。
【００１２】
【発明の効果】この発明によれば、クランク回転軸のク
ランク部で発生する遠心力による回転および偶力の不釣
合いにより回転軸ぶれや振動が抑えられ、機構の信頼性
が高く、低振動、低騒音の反復運動装置および冷凍装置
が容易に提供できる。更に、バランサ取付構造が小型化
・簡略化され、冷凍装置の小型化および製造コストの低
減が可能となる。
ランク部で発生する遠心力による回転および偶力の不釣
合いにより回転軸ぶれや振動が抑えられ、機構の信頼性
が高く、低振動、低騒音の反復運動装置および冷凍装置
が容易に提供できる。更に、バランサ取付構造が小型化
・簡略化され、冷凍装置の小型化および製造コストの低
減が可能となる。
【００１３】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明により一層明らかとなろう。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明により一層明らかとなろう。
【００１４】
【実施例】図１〜図３に基づいてこの発明の一実施例を
説明する。
説明する。
【００１５】先ず、図１に示されるこの発明の一実施例
であるスターリング冷凍装置１０は、冷熱を発生させる
膨張機１２、この膨張機１２において膨張された冷媒ガ
スを受け取り圧縮して戻す圧縮機１４、および膨張機１
２と圧縮機１４を並列状態に接続するクランク室１６を
含む。
であるスターリング冷凍装置１０は、冷熱を発生させる
膨張機１２、この膨張機１２において膨張された冷媒ガ
スを受け取り圧縮して戻す圧縮機１４、および膨張機１
２と圧縮機１４を並列状態に接続するクランク室１６を
含む。
【００１６】このクランク室１６は、一端部を開口する
クランクケース１６ａとこの一端開口部を閉塞するクラ
ンクケース蓋１６ｂとを含み、さらにクランクケース１
６ａには膨張機１２の膨張シリンダ１８と圧縮機１４の
圧縮シリンダ２０が並列的に形成されている。また、ク
ランク室１６には膨張機１２と圧縮機１４を駆動する駆
動源としての電動モータ２２およびこのモータのロータ
２２ａに連結されて駆動されるクランク回転軸２４が配
置収納されると共に、クランク回転軸２４はクランクケ
ース仕切壁２６とクランクケース蓋１６ｂに設けた軸受
部２８、３０により軸支される。
クランクケース１６ａとこの一端開口部を閉塞するクラ
ンクケース蓋１６ｂとを含み、さらにクランクケース１
６ａには膨張機１２の膨張シリンダ１８と圧縮機１４の
圧縮シリンダ２０が並列的に形成されている。また、ク
ランク室１６には膨張機１２と圧縮機１４を駆動する駆
動源としての電動モータ２２およびこのモータのロータ
２２ａに連結されて駆動されるクランク回転軸２４が配
置収納されると共に、クランク回転軸２４はクランクケ
ース仕切壁２６とクランクケース蓋１６ｂに設けた軸受
部２８、３０により軸支される。
【００１７】膨張シリンダ１８に内蔵される膨張シリン
ダ用反復運動部材としてのディスプレーサピストン３２
と、圧縮シリンダ２０に内蔵される圧縮シリンダ用反復
運動部材としての圧縮ピストン３４とは、クランク回転
軸２４の各クランク部２４ａ、２４ｂにそれぞれロッド
３６、３８とコネクティングロッド４０、４２を介して
連結されていて、互いに９０°位相がずれた状態で往復
運動する。
ダ用反復運動部材としてのディスプレーサピストン３２
と、圧縮シリンダ２０に内蔵される圧縮シリンダ用反復
運動部材としての圧縮ピストン３４とは、クランク回転
軸２４の各クランク部２４ａ、２４ｂにそれぞれロッド
３６、３８とコネクティングロッド４０、４２を介して
連結されていて、互いに９０°位相がずれた状態で往復
運動する。
【００１８】また、膨張シリンダ１８および圧縮シリン
ダ２０とクランク室１６とを仕切るためにオイルシール
部材４４、４６が各ロッド３６、３８に固定して設けら
れている。さらに、膨張シリンダ１８の膨張空間４８と
圧縮シリンダ２０の圧縮空間５０とは、作動ガス通路５
２により互いに連通されている。これにより、圧縮シリ
ンダ２０内に形成される圧縮空間５０と膨張シリンダ１
８内に形成される膨張空間４８とが、蓄冷材５４を介在
して作動ガス通路５２により連通されることになる。
ダ２０とクランク室１６とを仕切るためにオイルシール
部材４４、４６が各ロッド３６、３８に固定して設けら
れている。さらに、膨張シリンダ１８の膨張空間４８と
圧縮シリンダ２０の圧縮空間５０とは、作動ガス通路５
２により互いに連通されている。これにより、圧縮シリ
ンダ２０内に形成される圧縮空間５０と膨張シリンダ１
８内に形成される膨張空間４８とが、蓄冷材５４を介在
して作動ガス通路５２により連通されることになる。
【００１９】クランク室１６の底部には潤滑オイル５６
が貯溜されており、また、クランクケース仕切壁２６に
設けた連通孔５８により潤滑オイルが移可能としてい
る。
が貯溜されており、また、クランクケース仕切壁２６に
設けた連通孔５８により潤滑オイルが移可能としてい
る。
【００２０】ところで、クランク回転軸２４には、その
一端部に回転バランサ６０を取り付けると共に、他端部
に固定した電動モータ２２のロータ２２ａの両端面にも
それぞれ回転バランサ６２，６４を取り付けて、クラン
ク回転軸２４の回転に伴う慣性力（遠心力および偶力）
を打ち消すようにしている。
一端部に回転バランサ６０を取り付けると共に、他端部
に固定した電動モータ２２のロータ２２ａの両端面にも
それぞれ回転バランサ６２，６４を取り付けて、クラン
ク回転軸２４の回転に伴う慣性力（遠心力および偶力）
を打ち消すようにしている。
【００２１】これらの回転バランサ６０および回転バラ
ンサ６２、６４は、図２に示すようにクランク回転軸２
４およびロータ２２ａとは別体構成にしてもよいが、図
３に示すようにクランク回転軸２４およびロータ２２ａ
と一体構成にすることもできる。
ンサ６２、６４は、図２に示すようにクランク回転軸２
４およびロータ２２ａとは別体構成にしてもよいが、図
３に示すようにクランク回転軸２４およびロータ２２ａ
と一体構成にすることもできる。
【００２２】上述の様に、回転バランサが、従来のよう
にクランク回転軸に対して挟み込み構造ではないため、
バランサ部品点数が削減され機構の信頼性および組立性
が向上する。また、バランサが反復運動部材、例えば圧
縮ピストンおよびディスプレーサピストンをクランク回
転軸に連結するコネクティングロッドの外側に取り付け
られるため、クランク回転軸の挿入後に取り付けること
ができ、組み立てが容易になる。更に、バランサがクラ
ンク回転軸の端部側に配置されるから、クランク回転軸
に一体化も可能となり組み立て工数およびコストの削減
ができる。
にクランク回転軸に対して挟み込み構造ではないため、
バランサ部品点数が削減され機構の信頼性および組立性
が向上する。また、バランサが反復運動部材、例えば圧
縮ピストンおよびディスプレーサピストンをクランク回
転軸に連結するコネクティングロッドの外側に取り付け
られるため、クランク回転軸の挿入後に取り付けること
ができ、組み立てが容易になる。更に、バランサがクラ
ンク回転軸の端部側に配置されるから、クランク回転軸
に一体化も可能となり組み立て工数およびコストの削減
ができる。
【００２３】次に、図４を参照してこのスターリング冷
凍装置１０の動作について説明する。
凍装置１０の動作について説明する。
【００２４】なお、図４は、横軸に時間Ｔ、縦軸にスト
ロークＳをとっている。
ロークＳをとっている。
【００２５】スターリング冷凍装置１０において、ディ
スプレーサピストン３２が、図示の曲線ＢおよびＣの如
く往復運動すると同時に、圧縮ピストン３４が図示の曲
線Ｄの如く往復運動することによって、膨張シリンダ１
８の膨張空間４８は、図示の直線Ａと曲線Ｂに挟まれた
幅領域で容積変化し、圧縮シリンダ２０の圧縮空間５０
は、図示の曲線Ｃと曲線Ｄに挟まれた幅領域で容積変化
する。
スプレーサピストン３２が、図示の曲線ＢおよびＣの如
く往復運動すると同時に、圧縮ピストン３４が図示の曲
線Ｄの如く往復運動することによって、膨張シリンダ１
８の膨張空間４８は、図示の直線Ａと曲線Ｂに挟まれた
幅領域で容積変化し、圧縮シリンダ２０の圧縮空間５０
は、図示の曲線Ｃと曲線Ｄに挟まれた幅領域で容積変化
する。
【００２６】その結果、図４のの行程では、圧縮空間
５０内の作動ガス、例えばヘリウムガスあるいは水素ガ
ス等の冷媒ガスが圧縮され、作動ガス通路５２を経て膨
張シリンダ１８内へ流入する（理想的には等温圧縮）。
この作動ガスは、図４のの行程で蓄冷材５４を通過
し、この蓄冷材５４と熱交換を行って温度低下する（定
積冷却）。蓄冷材５４を通過した作動ガスは図４のの
行程で膨張シリンダ１８の膨張空間４８へ流入し、その
後、圧縮ピストン３４の降下に伴って膨張する（理想的
には等温膨張）。つぎに、図４のの行程では、膨張空
間４８内の作動ガスがスディスプレーサピストン３２の
上昇に伴って蓄冷材５４を通過し、この蓄冷材５４と熱
交換を行って温度上昇した後、作動ガス通路５２を経て
再び圧縮空間５０へ導入する（定積加熱）。
５０内の作動ガス、例えばヘリウムガスあるいは水素ガ
ス等の冷媒ガスが圧縮され、作動ガス通路５２を経て膨
張シリンダ１８内へ流入する（理想的には等温圧縮）。
この作動ガスは、図４のの行程で蓄冷材５４を通過
し、この蓄冷材５４と熱交換を行って温度低下する（定
積冷却）。蓄冷材５４を通過した作動ガスは図４のの
行程で膨張シリンダ１８の膨張空間４８へ流入し、その
後、圧縮ピストン３４の降下に伴って膨張する（理想的
には等温膨張）。つぎに、図４のの行程では、膨張空
間４８内の作動ガスがスディスプレーサピストン３２の
上昇に伴って蓄冷材５４を通過し、この蓄冷材５４と熱
交換を行って温度上昇した後、作動ガス通路５２を経て
再び圧縮空間５０へ導入する（定積加熱）。
【００２７】この結果、膨張シリンダ１８の頭部に設け
られているコールドヘッド６６が冷却される。
られているコールドヘッド６６が冷却される。
【００２８】反復運動部材であるディスプレーサピスト
ン３２と圧縮ピストン３４の反復運動源となるクランク
回転軸２４が電動モータ２２により回転すると、ディス
プレーサピストン３２と圧縮ピストン３４がそれぞれコ
ネクティングロッド４０、４２およびロッド３６、３８
を介して連結されている各クランク部２４ａ、２４ｂに
おいて、重心の回転軸からの偏心量に応じた遠心力が発
生し、回転不釣合いおよび偶力が発生する。
ン３２と圧縮ピストン３４の反復運動源となるクランク
回転軸２４が電動モータ２２により回転すると、ディス
プレーサピストン３２と圧縮ピストン３４がそれぞれコ
ネクティングロッド４０、４２およびロッド３６、３８
を介して連結されている各クランク部２４ａ、２４ｂに
おいて、重心の回転軸からの偏心量に応じた遠心力が発
生し、回転不釣合いおよび偶力が発生する。
【００２９】そこで、これらの慣性力を打ち消し、釣合
わせるために、上述のようにクランク回転軸２４の一端
部と、この回転軸２４を駆動する電動モータ２２を構成
するロータ２２ａの両端面の３箇所に分散してそれぞれ
回転バランサ６０，６２、６４を取り付けている。
わせるために、上述のようにクランク回転軸２４の一端
部と、この回転軸２４を駆動する電動モータ２２を構成
するロータ２２ａの両端面の３箇所に分散してそれぞれ
回転バランサ６０，６２、６４を取り付けている。
【００３０】ここで、図５に示す三次元平面（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）による斜面図に基づいて、回転バランサ６０〜６４
による振動防止装置の動作状態について説明する。
Ｚ）による斜面図に基づいて、回転バランサ６０〜６４
による振動防止装置の動作状態について説明する。
【００３１】図５には、反復運動装置の一実施例である
スターリング冷凍装置１０内に組み付けられたクランク
回転軸２４について、それぞれのクランク部２４ａ、２
４ｂが角度θ°の位相差を持ち、それぞれの偏心量（反
復運動部のストロークに相当）が異なる場合のものを模
式的に図示したものである。
スターリング冷凍装置１０内に組み付けられたクランク
回転軸２４について、それぞれのクランク部２４ａ、２
４ｂが角度θ°の位相差を持ち、それぞれの偏心量（反
復運動部のストロークに相当）が異なる場合のものを模
式的に図示したものである。
【００３２】クランク回転軸２４とこの回転軸に固定し
た電動モータ２２のロータ２２ａを一つの回転体とみな
すと、クランク部２４ａ、２４ｂが回転軸より偏心して
いることにより、それぞれのクランク部２４ａ、２４ｂ
で発生する遠心力による回転の不釣合いが生じる。ま
た、それぞれのクランク部２４ａ、２４ｂは、クランク
回転軸２４の軸方向に設けた原点からの距離に応じて発
生する偶力（モーメント）が生じることになる。
た電動モータ２２のロータ２２ａを一つの回転体とみな
すと、クランク部２４ａ、２４ｂが回転軸より偏心して
いることにより、それぞれのクランク部２４ａ、２４ｂ
で発生する遠心力による回転の不釣合いが生じる。ま
た、それぞれのクランク部２４ａ、２４ｂは、クランク
回転軸２４の軸方向に設けた原点からの距離に応じて発
生する偶力（モーメント）が生じることになる。
【００３３】従って、これら２つを釣合わせることによ
り、回転に伴う軸ぶれや振動が抑えられ、機構の信頼性
の向上につながる。
り、回転に伴う軸ぶれや振動が抑えられ、機構の信頼性
の向上につながる。
【００３４】この回転および偶力の釣合わせ方法につい
て、図６〜図９を参照して以下に説明する。
て、図６〜図９を参照して以下に説明する。
【００３５】回転の釣合わせは、図６（側面図）および
図７（上面図）において、それぞれの平面内で力の釣合
いを考えればよい。このことを［数１］および［数２］
で示すと以下のようになる。なお、バランサ１〜３は、
回転バランサ６０〜６４に対応するものである。
図７（上面図）において、それぞれの平面内で力の釣合
いを考えればよい。このことを［数１］および［数２］
で示すと以下のようになる。なお、バランサ１〜３は、
回転バランサ６０〜６４に対応するものである。
【００３６】
【数１】ＦC＋ＦEY＋Ｆb3Y＝Ｆb1Y＋Ｆb2Y 但し、ＦC：圧縮側クランクで発生する遠心力 ＦEY：膨張側クランクで発生する遠心力のＹ方向成分 Ｆb1Y：バランサ１で発生する遠心力のＹ方向成分 Ｆb2Y：バランサ２で発生する遠心力のＹ方向成分 Ｆb3Y：バランサ３で発生する遠心力のＹ方向成分
【００３７】
【数２】Ｆb1X＋Ｆb2X＝ＦEX+Ｆb3X 但し、ＦEX：膨張側クランクで発生する遠心力のＸ方向
成分 Ｆb1X：バランサ１で発生する遠心力のＸ方向成分 Ｆb2X：バランサ２で発生する遠心力のＸ方向成分 Ｆb3X：バランサ３で発生する遠心力のＸ方向成分 また、偶力の釣合わせは、図６（側面図）および図７
（上面図）において、それぞれの平面内で偶力の釣合い
を考えればよい。このことを［数３］および［数４］で
示すと以下のようになる。
成分 Ｆb1X：バランサ１で発生する遠心力のＸ方向成分 Ｆb2X：バランサ２で発生する遠心力のＸ方向成分 Ｆb3X：バランサ３で発生する遠心力のＸ方向成分 また、偶力の釣合わせは、図６（側面図）および図７
（上面図）において、それぞれの平面内で偶力の釣合い
を考えればよい。このことを［数３］および［数４］で
示すと以下のようになる。
【００３８】
【数３】ＦC・ＬC＋ＦEY・ＬE＋Ｆb3Y・Ｌb3＝Ｆb1Y・
Ｌb1＋Ｆb2Y・Ｌb2 但し、ＬC：クランク軸上原点―圧縮側クランク間距離 ＬE：クランク軸上原点―膨張側クランク間距離 Ｌb1：クランク軸上原点―バランサ１間距離 Ｌb2：クランク軸上原点―バランサ２間距離 Ｌb3：クランク軸上原点―バランサ３間距離
Ｌb1＋Ｆb2Y・Ｌb2 但し、ＬC：クランク軸上原点―圧縮側クランク間距離 ＬE：クランク軸上原点―膨張側クランク間距離 Ｌb1：クランク軸上原点―バランサ１間距離 Ｌb2：クランク軸上原点―バランサ２間距離 Ｌb3：クランク軸上原点―バランサ３間距離
【００３９】
【数４】 Ｆb1X・Ｌb1＋Ｆb2X・Ｌb2＝ＦEX・ＬE＋Ｆb3X・Ｌb3 上述の実施例の形態は、反復運動部材の反復運動方向が
揃えられた冷凍装置を反復運動装置として示したが、反
復運動部材の反復運動方向が複数存在する、例えば略直
角に交わるような冷凍装置についても、同様の釣合わせ
を行うことは可能である。
揃えられた冷凍装置を反復運動装置として示したが、反
復運動部材の反復運動方向が複数存在する、例えば略直
角に交わるような冷凍装置についても、同様の釣合わせ
を行うことは可能である。
【図１】この発明の一実施例であるスターリング冷凍装
置の要部断面せる図解図である。
置の要部断面せる図解図である。
【図２】図１におけるクランク回転軸とロータに回転バ
ランサを取り付けた状態を示す図解図である。
ランサを取り付けた状態を示す図解図である。
【図３】図２の他の実施態様を示すクランク回転軸とロ
ータを分離した状態の図解図である。
ータを分離した状態の図解図である。
【図４】図１に示すスターリング冷凍装置の冷凍サイク
ルの行程を示す説明図である。
ルの行程を示す説明図である。
【図５】この発明の一実施例における回転バランサによ
る振動防止装置の動作状態を模式的に説明する三次元平
面（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いた斜面図である。
る振動防止装置の動作状態を模式的に説明する三次元平
面（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いた斜面図である。
【図６】図５におけるＹＺ平面における回転の釣合わせ
を示す側面図である。
を示す側面図である。
【図７】図５におけるＺＸ平面における偶力の釣合わせ
を示す上面図である。
を示す上面図である。
【図８】図５における力の大きさを示す正面図である。
【図９】図５における力の大きさを示す背面図である。
【図１０】従来の冷凍装置における動作状態を模式的に
示す要部説明図である。
示す要部説明図である。
【図１１】図１０におけるクランク回転軸、ロータおよ
び回転バランサを示す図解図である。
び回転バランサを示す図解図である。
１０ …スターリング冷凍装置 １２ …膨張機 １４ …圧縮機 １６ …クランク室 １８ …膨張シリンダ ２０ …圧縮シリンダ ２２ …電動モータ ２２ａ …ロータ ２４ …クランク回転軸 ２４ａ、２４ｂ …クランク部 ３２ …ディスプレーサピストン ３４ …圧縮ピストン ５２ …作動ガス通路 ６０，６２、６４ …回転バランサ
Claims (5)
- 【請求項１】稼動状態で反復運動する反復運動部材を複
数個含む反復運動装置であって、 前記複数個の反復運動部材の反復運動を可能にせしめる
クランク回転軸の回転不釣合いを防止する振動防止手段
を備え、 前記振動防止手段は、前記クランク回転軸のクランク軸
上に複数個配置されて前記クランク回転軸の回転および
偶力が釣り合うバランスウエイトを含むことを特徴とす
る、反復運動装置。 - 【請求項２】前記バランスウエイトは、前記クランク回
転軸の一端部と前記クランク回転軸を駆動する電動モー
タのロータの両端面部とに分散配置されていることを特
徴とする、請求項１記載の反復運動装置。 - 【請求項３】前記バランスウエイトは、前記クランク回
転軸およびロータと一体形成されている、請求項２記載
の反復運動装置。 - 【請求項４】圧縮シリンダ内で反復運動する反復運動部
材と、膨張シリンダ内で反復運動する反復運動部材とを
備え、前記圧縮シリンダ内で圧縮された作動媒体を放熱
した後に前記膨張シリンダ内で膨張させてこの膨張シリ
ンダ内で冷熱を発生させる冷凍装置であって、 前記複数個の反復運動を可能にするクランク回転軸の回
転不釣合いにより発生する振動を防止する振動防止手段
を備え、 前記振動防止手段は、前記クランク回転軸のクランク軸
上に複数個配置されて前記クランク回転軸の回転および
偶力が釣り合うバランスウエイトを含むことを特徴とす
る、冷凍装置。 - 【請求項５】前記バランスウエイトは、前記クランク回
転軸の一端部と前記クランク回転軸を駆動する電動モー
タのロータの両端面部とに分散配置されていることを特
徴とする、請求項４記載の冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23981899A JP2001066005A (ja) | 1999-08-26 | 1999-08-26 | 反復運動装置及び冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23981899A JP2001066005A (ja) | 1999-08-26 | 1999-08-26 | 反復運動装置及び冷凍装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001066005A true JP2001066005A (ja) | 2001-03-16 |
Family
ID=17050313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23981899A Withdrawn JP2001066005A (ja) | 1999-08-26 | 1999-08-26 | 反復運動装置及び冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001066005A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1279906A3 (en) * | 2001-07-24 | 2003-08-27 | Sanyo Electric Co. Ltd | Stirling refrigerator |
| US7937939B2 (en) | 2004-01-16 | 2011-05-10 | Mark Christopher Benson | Bicycle thermodynamic engine |
-
1999
- 1999-08-26 JP JP23981899A patent/JP2001066005A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1279906A3 (en) * | 2001-07-24 | 2003-08-27 | Sanyo Electric Co. Ltd | Stirling refrigerator |
| US7937939B2 (en) | 2004-01-16 | 2011-05-10 | Mark Christopher Benson | Bicycle thermodynamic engine |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20061107 |