JP2002295368A - 冷凍機におけるガス圧縮機のピストン - Google Patents

冷凍機におけるガス圧縮機のピストン

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JP2002295368A
JP2002295368A JP2001097498A JP2001097498A JP2002295368A JP 2002295368 A JP2002295368 A JP 2002295368A JP 2001097498 A JP2001097498 A JP 2001097498A JP 2001097498 A JP2001097498 A JP 2001097498A JP 2002295368 A JP2002295368 A JP 2002295368A
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piston
cylinder
gas compressor
refrigerator
piston head
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Yuichiro Suzuki
雄一郎 鈴木
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストン20へのコーティングコストを
低減し、シリンダー5およびピストン20の良好な摺動
性を確保するための嵌合位置調整の簡略化が可能で、組
立て工数の低減が可能な冷凍機におけるガス圧縮機のピ
ストン20を提供すること。 【解決手段】 ピストン20のシリンダー5との間のシ
ール面のみにコーティングを行うこと、ピストン20を
ピストンロッド部21およびピストンヘッド部22に分
割し、ピストンヘッド部22のみに耐摩耗性のコーティ
ングを施すことに着目したもので、シリンダー5の軸方
向に駆動可能なピストンロッド部21と、ピストンロッ
ド部21に取り付けるとともにシリンダー5との間で摺
動するピストンヘッド部22と、を有し、ピストンヘッ
ド部22に耐摩耗性のコーティング膜を形成してあるこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は冷凍機におけるガス
圧縮機のピストンにかかるもので、とくにガス圧縮機を
備えてコールドヘッドに冷凍を発生させるスターリング
冷凍機やパルス管冷凍機その他の冷凍機におけるガス圧
縮機のピストンに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のスターリング冷凍機やパルス管冷
凍機その他の冷凍機におけるガス圧縮機において、ピス
トンおよびシリンダーにおける摺動部の摩耗対策は、冷
凍機の寿命に直結する重要な問題である。図2および図
3にもとづき概説する。図2は、スターリング冷凍機1
(冷凍機)の概略説明図であって、スターリング冷凍機
1は、ガス圧縮機2と、コールドヘッド3と、を有す
る。
【0003】ガス圧縮機2は、コールドヘッド3へのヘ
リウムガスなどの冷媒ガスの圧縮供給作用および吸収膨
張作用を行ってコールドヘッド3において冷凍を発生さ
せるためのもので、圧力容器からなる圧縮機ケース4内
に、シリンダー5およびピストン6と、リニアモーター
などの駆動源7と、を有する。シリンダー5は、その内
部にピストン6を軸方向に相対的に移動可能(往復摺動
運動可能)に挿入し、固定状態のピストン6に対してシ
リンダー5が軸方向に往復動可能で、シリンダー5およ
びピストン6の間に形成したガス圧縮室8内の冷媒ガス
の圧縮膨張によってガス供給管9を介してコールドヘッ
ド3側に冷媒ガスの圧力変化を所定のタイミングで供給
し、コールドヘッド3に冷凍を発生させる。すなわち、
コールドヘッド3は、それぞれの位相をずらせた冷媒ガ
スの供給(圧縮膨張)にともなって逆スターリングサイ
クルを実行し、冷凍を発生する。
【0004】なお、ガス圧縮機2の駆動タイプとして
は、ピストン6を移動させるピストン駆動型、およびシ
リンダー5を移動させるシリンダー駆動型があるが、上
述の例は、シリンダー駆動型として説明した。
【0005】図3は、シリンダー5およびピストン6部
分の要部拡大断面図であって、シリンダー5とピストン
6との嵌合精度ないしシール精度はきびしいものが要求
され(両者の間のクリアランスは、たとえば20μ
m)、互いに部分的に接触することによる摩耗を防止す
るために耐摩耗表面処理によるコーティング膜10が必
要である。たとえば、ピストン6の表面には、摺動特性
ないし耐摩耗性の良好な窒化チタン膜、窒化クロム膜、
あるいはダイヤモンドライクカーボン(DLC14)コ
ーティングなどによる表面処理(コーティング)を行う
ことが望ましい。このコーティングは、真空蒸着法、ス
パッタリング法、イオンプレーティング法、HCD法
(中空陰極放電法)などの物理的蒸着法、あるいは高周
波プラズマCVD法などの化学的気相蒸着法によるもの
であり、耐摩耗性が良好である反面、コストが高い。さ
らに、コーティングの際、処理が不必要な部分にまでコ
ーティングを行うためコストがそれに比例して多くなる
という問題がある。
【0006】また、シリンダー5およびピストン6の加
工寸法精度は良好なものが要求されるため、その摺動部
分の調整は非常に手間および時間がかかり、組立て作業
にともなうコスト低減の障害となっているという問題が
ある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、ピストンへのコーテ
ィングコストの低減を可能とした冷凍機におけるガス圧
縮機のピストンを提供することを課題とする。
【0008】また本発明は、シリンダーおよびピストン
の良好な摺動性を確保するための嵌合位置調整の簡略化
が可能な冷凍機におけるガス圧縮機のピストンを提供す
ることを課題とする。
【0009】また本発明は、シリンダーとピストンとの
相対的な位置調整の簡略化により、組立て工数の低減が
可能な冷凍機におけるガス圧縮機のピストンを提供する
ことを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ピス
トンのシリンダーとの間のシール面のみにコーティング
を行うこと、すなわち、ピストンをピストンロッド部お
よびピストンヘッド部に分割し、このピストンヘッド部
のみに耐摩耗性のコーティングを施すことに着目したも
ので、冷媒ガスの圧縮および膨張を行うことにより冷凍
を発生する冷凍機において、シリンダーと、シリンダー
との間に形成したガス圧縮室内で上記冷媒ガスを圧縮可
能に該シリンダーとの間で相対的に摺動往復運動するピ
ストンと、を有するガス圧縮機のピストンであって、上
記シリンダーの軸方向に駆動可能なピストンロッド部
と、このピストンロッド部に取り付けるとともに、上記
シリンダーとの間で摺動するピストンヘッド部と、を有
し、このピストンヘッド部に耐摩耗性のコーティング膜
を形成してあることを特徴とする冷凍機におけるガス圧
縮機のピストンである。
【0011】上記ピストンロッド部および上記ピストン
ヘッド部は、上記シリンダーの直径方向内において互い
に位置調整可能であるとともに、この調整位置において
固定可能としてあることができる。
【0012】上記ピストンロッド部と上記ピストンヘッ
ド部との間に気密シール材を設けて、固定具により上記
ピストンロッド部と上記ピストンヘッド部とを一体に固
定可能とすることができる。
【0013】上記ピストンヘッド部に上記シリンダーの
直径方向に延びる直径方向長孔を形成し、この直径方向
長孔に挿通する固定具により上記ピストンロッド部と上
記ピストンヘッド部とを一体に固定可能とすることがで
きる。
【0014】上記ピストンヘッド部へのコーティング
は、窒化チタン膜、窒化クロム膜、あるいはダイヤモン
ドライクカーボン(DLC)コーティングであることが
できる。
【0015】本発明による冷凍機におけるガス圧縮機の
ピストンにおいては、ピストンをピストンロッド部およ
びピストンヘッド部に分割し、このピストンヘッド部の
みに耐摩耗性のコーティングを施すようにしたので、ピ
ストン部分に必要なコーティング処理の表面積を必要最
小限に限定し、コストの低減が可能である。さらに、ピ
ストンヘッド部がシリンダーに摺動するとともに、ピス
トンロッド部およびピストンヘッド部を互いに位置調整
可能としたので、シリンダーとピストンとの間の位置調
整を容易に行うことができる。この位置調整ののちにピ
ストンロッド部およびピストンヘッド部を一体化すれば
よく、嵌合精度を所定レベルに維持して組み立てる作業
が容易になり、組立て工数自体を減少させて、この面か
らもコスト削減に寄与することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】つぎに本発明の実施の形態による
冷凍機におけるガス圧縮機のピストン20を図1にもと
づき説明する。ただし、図2および図3と同様の部分に
は同一符号を付し、その詳述はこれを省略する。図1
は、冷凍機1におけるガス圧縮機2(図2参照)のピス
トン20の要部断面図であって、ピストン20は、ピス
トンロッド部21およびピストンヘッド部22を有し、
その間に気密シール材23を設けた状態で固定ボルト2
4(固定具)およびワッシャ25により、ピストンロッ
ド部21およびピストンヘッド部22を一体化してい
る。
【0017】ピストンロッド部21は、前記リニアモー
ターなどの駆動源7(図2)により直接駆動される部分
であって、このピストンロッド部21には従来のように
耐摩耗性の表面処理を施さない。
【0018】ピストンヘッド部22は、有頭円筒形状を
呈し、ガス圧縮室8に臨む円板頭部22Aと、所定長さ
に形成した筒状外周部22Bと、を有し、この筒状外周
部22Bが前記シリンダー5の内壁面に直接接触して摺
動する部分であって、このピストンヘッド部22にのみ
耐摩耗性の表面処理を行う。すなわち、摺動特性ないし
耐摩耗性の良好な窒化チタン膜、窒化クロム膜あるいは
ダイヤモンドライクカーボン(DLC14)コーティン
グなどによる前記コーティング膜10を、各種蒸着法に
よってピストンヘッド部22に形成する。
【0019】気密シール材23は、ピストンヘッド部2
2の内面底部22Cとピストンロッド部21の頂部21
Aとの間にこれを配置し、固定ボルト24によるピスト
ンロッド部21とピストンヘッド部22との一体化によ
り、ガス圧縮室8の気密性を確保する。
【0020】なお、ピストンロッド部21およびピスト
ンヘッド部22は、気密シール材23を介して、ピスト
ンロッド部21の頂部21Aとピストンヘッド部22の
内面底部22Cとが接触し、互いにその軸線に直角な方
向(ピストン20ないしシリンダー5の直径方向)に相
対移動可能である。したがって、シリンダー5にピスト
ン20を組み付けるには、リニアモーターなどの駆動源
7を介し、ピストンロッド部21に対して所定相対位置
にシリンダー5を取り付けておき、シリンダー5にピス
トンヘッド部22を挿入し、気密シール材23を介在さ
せた状態でピストンヘッド部22をピストンロッド部2
1の頂部21Aに載置し、ピストンヘッド部22および
気密シール材23に貫通形成した直径方向長孔26内で
固定ボルト24を調節して、ピストンヘッド部22をピ
ストンロッド部21に固定し、互いに一体化することが
できる。かくして、最適な嵌合精度の設定を完了した状
態でピストンヘッド部22をシリンダー5内に嵌合した
ままピストンヘッド部22とピストンロッド部21を一
体化することができ、その相対位置調整の簡略化が可能
である。
【0021】こうした構成の冷凍機におけるガス圧縮機
のピストン20において、必要な耐摩耗表面処理による
コーティング膜10の占有面積ないし体積をピストンヘ
ッド部22に限定することにより、必要最小限のコーテ
ィング処理だけを行うもので、コストの低減が可能であ
る。また、ピストンロッド部21およびピストンヘッド
部22について、その加工精度をそれぞれ独立に設計
し、加工することができる。
【0022】さらに、ピストンヘッド部22とピストン
ロッド部21との位置調整も容易で、組立て工数の低減
からもコストを低減することができる。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ピストン
をピストンロッド部とピストンヘッド部とに分割し、シ
リンダーの内壁面との間のシール面ないし摺動面を有す
るピストンヘッド部のみに耐摩耗性の表面処理を行い、
コスト低減に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による冷凍機におけるガス
圧縮機のピストン20の要部断面図である。
【図2】スターリング冷凍機1(冷凍機)の概略説明図
である。
【図3】同、シリンダー5およびピストン6部分の要部
拡大断面図である。
【符号の説明】
1 スターリング冷凍機(冷凍機、図2) 2 ガス圧縮機 3 コールドヘッド 4 圧縮機ケース 5 シリンダー 6 ピストン 7 リニアモーターなどの駆動源 8 ガス圧縮室 9 ガス供給管 10 耐摩耗表面処理によるコーティング膜 20 冷凍機におけるガス圧縮機のピストン(実施の形
態、図2) 21 ピストンロッド部 21A ピストンロッド部21の頂部 22 ピストンヘッド部 22A ピストンヘッド部22の円板頭部 22B ピストンヘッド部22の筒状外周部 22C ピストンヘッド部22の内面底部 23 気密シール材 24 固定ボルト(固定具) 25 ワッシャ 26 直径方向長孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3H003 AA02 AB00 AC03 AD02 CB00 CE04 3H076 AA02 BB26 BB40 BB41 CC06 CC34

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷媒ガスの圧縮および膨張を行うこと
    により冷凍を発生する冷凍機において、 シリンダーと、 シリンダーとの間に形成したガス圧縮室内で前記冷媒ガ
    スを圧縮可能に該シリンダーとの間で相対的に摺動往復
    運動するピストンと、を有するガス圧縮機のピストンで
    あって、 前記シリンダーの軸方向に駆動可能なピストンロッド部
    と、 このピストンロッド部に取り付けるとともに、前記シリ
    ンダーとの間で摺動するピストンヘッド部と、を有し、 このピストンヘッド部に耐摩耗性のコーティング膜を形
    成してあることを特徴とする冷凍機におけるガス圧縮機
    のピストン。
  2. 【請求項2】 前記ピストンロッド部および前記ピス
    トンヘッド部は、 前記シリンダーの直径方向内において互いに位置調整可
    能であるとともに、 この調整位置において固定可能としてあることを特徴と
    する請求項1記載の冷凍機におけるガス圧縮機のピスト
    ン。
  3. 【請求項3】 前記ピストンロッド部と前記ピストン
    ヘッド部との間に気密シール材を設けて、固定具により
    前記ピストンロッド部と前記ピストンヘッド部とを一体
    に固定可能としたことを特徴とする請求項1記載の冷凍
    機におけるガス圧縮機のピストン。
  4. 【請求項4】 前記ピストンヘッド部に前記シリンダ
    ーの直径方向に延びる直径方向長孔を形成し、この直径
    方向長孔に挿通する固定具により前記ピストンロッド部
    と前記ピストンヘッド部とを一体に固定可能としたこと
    を特徴とする請求項1記載の冷凍機におけるガス圧縮機
    のピストン。
  5. 【請求項5】 前記ピストンヘッド部へのコーティン
    グは、窒化チタン膜、窒化クロム膜、あるいはダイヤモ
    ンドライクカーボン(DLC)コーティングであること
    を特徴とする請求項1記載の冷凍機におけるガス圧縮機
    のピストン。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102672590A (zh) * 2011-03-07 2012-09-19 富士重工业株式会社 珩磨装置
CN103717896A (zh) * 2011-06-22 2014-04-09 惠而浦股份有限公司 用于交替型压缩机的连接杆/活塞构造和用来组装用于交替型压缩机的连接杆/活塞构造的方法

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