JP2003042581A

JP2003042581A - スターリング冷凍機のバランサの取付構造

Info

Publication number: JP2003042581A
Application number: JP2001223585A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sekiya; 弘志関谷; Takahiro Nakamura; 隆広中村; Itsuo Nakasaki; 五夫中崎; Takashi Inoue; 貴至井上; Riyousuke Taihichi; 亮祐對比地; Takeo Komatsubara; 健夫小松原; Masaru Kanai; 大金井; Kazuya Sato; 里　　和哉; Takayuki Mizuno; 隆行水野; Eiju Fukuda; 栄寿福田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2003-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】スターリング冷凍機のクランクシャフ
トに取り付けたバランサが移動して取付位置がずれて防
振機能が低減することを防止する。【解決手段】クランクシャフト７及びバランサ５２
に形成された小孔５５、４６内に位置決めピン５９が挿
入されており、クランクシャフト７に対して、バランサ
５２が雄ねじ５６を中心として移動（回動）し、ずれて
しまうことを阻止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スターリング冷凍
機に関し、特にスターリング冷凍機のクランクシャフト
のバランサの取付構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境問題におけるフロン代替
の冷凍装置として、又従来の冷却装置より使用温度が広
範囲で、従って、冷凍庫、冷蔵庫、投げ込み式クーラ等
の業務用又は家庭用の冷熱利用機器をはじめとして、低
温液循環器、低温恒温器、恒温槽、ヒートショック試験
装置、凍結乾燥機、温度特性試験装置、血液・細胞保存
装置、コールドクーラ、その他各種の冷熱装置等のあら
ゆる産業分野の冷熱利用機器に適用可能な、コンパクト
で、しかも成績係数が高く、エネルギー効率が良好とな
る冷凍機として、スターリング冷凍機が脚光を浴びてい
る。

【０００３】スターリング冷凍機では、作動ガスが圧縮
室（高温室）と膨張室（低温室）との間を流動し、この
流路に沿って配設された冷却用熱交換器（低温側熱交換
器）及び放熱用熱交換器（高温側熱交換器）により、夫
々冷熱冷媒及び放熱用冷媒との熱交換が行われるもので
ある。

【０００４】このような作動ガスの圧縮、膨張は、モー
タで駆動されるクランクシャフトにコンロッド等の駆動
機構を介して設けた圧縮ピストン、膨張ピストンを動作
で行われるものであるが、クランクシャフトには防振用
のバランサが取り付けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、クランクシ
ャフトに取り付けられたバランサは、通常クランクシャ
フトに形成された取付面（通常平坦面に形成されてい
る）にねじで固定して取り付けられるものであるが、作
動時にクランクシャフトに対して上記ねじを中心として
移動（回動）し取付位置がずれてしまい、防振機能が低
減するという問題が生じる。

【０００６】本発明は、このようにバランサがクランク
シャフトに対してその取付位置がずれるという問題を解
決することを目的とするものであり、バランサをクラン
クシャフトに固定するとともに、バランサの取付位置が
ずれないようにして、防振機能を低減させないようにす
ることを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、スターリング冷凍機における、モータで駆
動されるクランクシャフトへバランサをねじで固定して
取り付けるバランサの取付構造であって、上記クランク
シャフト及び上記バランサは、互いに当接する夫々の面
において、上記ねじから偏心した位置に小孔が形成され
ており、該小孔内に位置決めピンが挿入され、上記バラ
ンサがクランクシャフトの取付面において移動すること
が阻止される構成であることを特徴するスターリング冷
凍機のクランクシャフトへのバランサの取付構造を提供
する。

【０００８】上記夫々の面に形成されている上記小孔及
び該小孔に挿入される位置決めピンは、１又は２以上で
ある。

【０００９】上記位置決めピンは、スリットを有する割
ピンとしてもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例に基
づき図面を参照して以下に説明する。図１〜図３は、本
発明の適用されるスターリング冷凍機を説明する図であ
り、図１はスターリング冷凍機１の全体構成を説明する
正面図である。図２はスターリング冷凍機１の要部を説
明する図であり、図３は一部が断面の右側面図である。

【００１１】スターリング冷凍機１の本体をなすハウジ
ング２は、鋳物で形成され、その内部は密閉状態に保持
され、作動ガスが封入されている。このハウジング２内
には、区画壁３を介して互いに連通するモータ室４とク
ランク室５とを有する。このモータ室４には正逆回転可
能なモータ６が配設されており、又クランク室５には、
モータ６で回転駆動されるクランクシャフト７、コンロ
ッド８、９と、クロスガイドヘッド１０、１１等の駆動
機構が配設されている。

【００１２】クランクシャフト７の二つのクランク部１
２、１３は、モータ６の正転時にクランク部１３がクラ
ンク部１２より先行して移動するように、位相差を付け
て形成されている。この位相差は、一般的には約９０度
の位相差が採用される。クランク部１２、１３には、コ
ンロッド８、９が取り付けられ、さらにこのコンロッド
８、９にクロスガイドヘッド１０、１１が取り付けられ
ている。

【００１３】ハウジング２におけるクランク室５の上部
には、座部１４を介してシリンダブロック１５がボルト
１６で取付られている。シリンダブロック１５は、圧縮
シリンダ１７を形成するとともに、膨張シリンダ１８の
一部（下部）を形成している。

【００１４】圧縮シリンダ１７内では圧縮ピストン１９
が往復動する。圧縮シリンダ１７内の圧縮ピストン１９
の上方空間（圧縮空間）が高温室２０であり、この中で
作動ガスは圧縮されて高温となる。圧縮ピストンロッド
２１は、圧縮ピストン１９とクロスガイドヘッド１０を
連結し、クランク室５から圧縮シリンダ１７へ伸びるよ
うに設けられている。オイルシールベローズ２２が圧縮
ピストンロッド２１とハウジング２の上部の間に取り付
けられ、圧縮シリンダ１７とクランク室５の間をシール
し、クランク室５からの油上がりを防止している。

【００１５】一方、膨張シリンダ１８は、その下部は上
述の通りシリンダブロック１５で構成し、その上部は、
後述する放熱用熱交換器の内側シリンダ２３と冷却用熱
交換器の内筒２４とから構成している。この膨張シリン
ダ１８内を膨張ピストン２５が往復摺動しており、膨張
シリンダ１８における膨張ピストン２５の上方空間（膨
張空間）が低温室２６であり、この中で作動ガスが膨張
し低温となる。

【００１６】膨張ピストンロッド２７は、膨張ピストン
２５とクロスガイドヘッド１１とを連結し、クランク室
５から膨張シリンダ１８内に伸びている。オイルシール
ベローズ２８が、膨張ピストンロッド２７とハウジング
２の上部の間に取り付けられ、膨張シリンダ１８とクラ
ンク室５の間をシールしクランク室５からの油上がりを
防止している。膨張ピストン２５は、圧縮ピストン１９
より９０度の位相だけ先行して移動する。

【００１７】膨張シリンダ１８を囲むように、放熱用熱
交換器（高温側熱交換器）２９、再生器３０及び冷却用
熱交換器（低温側熱交換器）３１が互いに連通して環状
に配設されている。放熱用熱交換器２９の下端、かつ膨
張シリンダ１８の周囲に、マニホールド（作動ガス用の
流路）３２が形成されている。

【００１８】そして、圧縮シリンダ１７の上端部には、
高温室２０とマニホールド３２とを連通する連通孔３３
が形成されている。高温室２０と低温室２６は、連通孔
３３、マニホールド３２、放熱用熱交換器２９、再生器
３０及び冷却用熱交換器３１を通して互いに順次連通す
るように構成されている。

【００１９】シリンダブロック１５は、その上部に放熱
用熱交換ハウジング３４を有する。この放熱用熱交換ハ
ウジング３４と内側シリンダ２３との間には、熱交換器
筒３７が嵌合し、放熱用熱交換器（高温側熱交換器）２
９を構成している。熱交換器筒３７は、その内面には、
作動ガスの流路を形成する細溝３５を有し、外面に放熱
フィン３６を有する。

【００２０】作動ガスは細溝３５を通り、放熱用熱交換
ハウジング３４と放熱フィン３６との間の放熱路３８は
冷却水が流れこれにより、作動ガスの温熱が冷却水に放
熱される。シリンダブロック１５の左右両側面には、蓋
板３９が水密的に固定されており、この蓋板３９とシリ
ンダブロック１５との間に冷却水路４０を形成してい
る。この冷却水路４０は、入口４１と通して放熱路３８
に連通するとともに、圧縮シリンダ１７及び膨張シリン
ダ１８を囲むように形成されている。

【００２１】放熱路３８に冷却水の流入口４２が設けら
れており、冷却水路４０には流出口４３が設けられ、流
入口４０と流出口４３は、図示はしないが、冷却水循環
路及び冷却水循環用ポンプを介して、冷却ファンを有す
る空冷の放熱器（ラジエータ）に接続されている。

【００２２】内筒２４の下部は、内側シリンダ２３と嵌
合し膨張シリンダ１８の一部を構成しているが、この内
筒２４の上部外周側に冷却用熱交換ハウジング４４が配
設され、シリンダブロック１５に着脱可能に固着されて
いる。冷却用熱交換ハウジング４４は、その内面には複
数の細溝４５を有し、内筒２４と嵌合して作動ガス流路
４６を形成し、その外面には冷却フィン４７を有する。
これにより、冷却用熱交換器（低温側熱交換器）３１を
構成している。

【００２３】この冷却用熱交換器３１は、本発明のスタ
ーリング冷凍機の冷熱を利用する冷熱利用機器の冷熱冷
媒の冷却を行う。冷熱冷媒としては、空気、水、アルコ
ール、ＨＦＥ、ＰＦＣ等が使用される。

【００２４】内筒２４と冷却用熱交換ハウジング４４と
の間の環状空間には、金属メッシュ等の蓄冷材から成る
再生器３０が配設されている。

【００２５】オイルシールベローズ２８と膨張ピストン
２５との間の空間（オイルシールベローズ２５と圧縮ピ
ストン１５との間の空間についても同じ）は、バファ空
間（バッファ室）４８と呼ばれている。バッファ空間４
８は、管４９によりバッファタンク５１に接続され、バ
ッファタンク５１は、管５０によりハウジング２のクラ
ンク室５（モータ室４でもよい。）に接続されている。

【００２６】本発明は、以上のような構成のスターリン
グ冷凍機において次のような構成を特徴とする。本発明
に係るスターリング冷凍機１では、図１に示すように、
クランクシャフト７にバランサ５２が取り付けられてい
る。このバランサ５２の取付構造を図４（ａ）、（ｂ）
で示す。図４（ａ）は本発明に係るバランサ５２の取付
断面を示す図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ
断面を示す図であり、図４（ｃ）は位置決めピンを示す
斜視図である。図４（ｄ）は、従来のバランサの取付構
造を示す図である。

【００２７】クランクシャフト７の上面が一部、平坦な
取付面５３として形成されており、この平坦な取付面５
３に図４（ｂ）に示すようにバランサ５２が当接して取
り付けられる。クランクシャフト７の平坦な取付面５３
にはねじ孔５４（雌ねじ）が形成されているとともに、
ねじ孔５４（雌ねじ）から離れ偏心した位置に小孔５５
が形成されている。一方、バランサ５２には、雄ねじ５
６を挿通する挿通孔５７が形成されているとともに、そ
の底部５２’に小孔５５と同じ内径の小孔５８が、雄ね
じ５６から離れて偏心した位置に形成されている。

【００２８】要するに、互いに当接するクランクシャフ
ト７の平坦な取付面５３とバランサ５２の底部５２’に
おいて、ねじ孔５４及び雄ねじ５６から偏心した位置
で、夫々小孔５５、５８が形成されている。

【００２９】クランクシャフト７へのバランサ５２の取
付に際しては、まず、平坦な取付面５３の小孔５５又は
バランサ５２の小孔５８内に、図４（ｃ）に示すような
位置決めピン５９を挿入する。この位置決めピン５９
は、スリット６０が形成された割ピンが利用される。バ
ランサ５２の小孔５８又は平坦な取付面５３の小孔５５
内に位置決めピン５９を挿入し、バランサ５２を平坦な
取付面５３上に載置する。そして、雄ねじ５６をバラン
サの挿通孔５７に挿通してクランクシャフト７のねじ孔
内５４に螺着する。これにより、クランクシャフト７へ
のバランサ５２の固定が完了する。

【００３０】（作用）次に、本発明の上記実施例のスタ
ーリング冷凍機の作用を説明する。モータ６によってク
ランクシャフト７が正方向に回転し、クランク室５内の
クランク部１０、１１が９０度位相がずれて回転する。
このクランク部１０、１１に連結されたコンロッド８、
９、クロスガイドヘッド１９、１１、圧縮ピストンロッ
ド１７及び膨張ピストンロッド２３を介して、圧縮ピス
トン１９及び膨張ピストン２５が、互いに９０度の位相
差をもって往復動する。

【００３１】膨張ピストン２５が９０度先行して上死点
付近でゆっくりと移動中、圧縮ピストン１９は中間付近
を上死点に向かって急速に移動して作動ガスの圧縮動作
を行う。圧縮された作動ガスは、連通孔３３及びマニホ
ールド３２を通り放熱用熱交換器２９の細溝３５内に流
入し、放熱路３８を流れる冷却水に放熱する。さらに作
動ガスは、再生器３０に蓄熱された冷熱で冷却され、細
溝４５内を通って低温室２６（膨張空間）内に流入す
る。

【００３２】圧縮ピストン１９が上死点近辺でゆっくり
と移動している時に膨張ピストン２５は急激に下死点に
向かって移動し、低温室２６（膨張空間）に流入した作
動ガスは急激に膨張し冷熱が発生する。これにより冷却
用熱交換器３１を含むヘッド部（コールドヘッドと言
う。）４８は冷却されて低温となる。

【００３３】そして、冷却用熱交換器３１において、冷
却フィン４７に接する冷熱利用機器の冷熱冷媒を冷却す
る。膨張ピストン２５が下死点から上死点に移動すると
きには圧縮ピストン１９は中間位置から下死点に向かっ
ており、作動ガスは低温室２６より冷却用熱交換器の細
溝４５を通り再生器３０に流入し作動ガスの有する冷熱
を再生器３０に蓄熱する。再生器３０に蓄熱された冷熱
は、上記のように高温室２０から放熱用熱交換器２９を
通して送られてくる作動ガスを、再度冷却するために再
利用される。

【００３４】そして、冷却用熱交換器３１において冷却
された冷熱冷媒は、流出パイプ６１で各種の冷熱利用機
器に送られ冷却に利用される。例えば、冷熱冷媒は、冷
凍庫等の冷熱利用機器内の冷熱冷媒配管に送られ、冷熱
利用機器内で冷凍あるいは冷却作用を行う。そして、冷
熱利用機器から流入パイプ６２を通して冷却用熱交換器
に循環して戻され、再度冷却される。

【００３５】放熱器（ラジエータ）から送られてくる冷
却水は、流入口４２から放熱用熱交換器３８内に流入
し、放熱路３８を通過して作動ガスを冷却する。さら
に、この冷却水は冷却水路４０に流入し、圧縮シリンダ
１７及び膨張シリンダ１８の周囲を流れる。これによっ
て、シリンダブロック１５の内側に形成されている圧縮
シリンダ１７及び膨張シリンダ１８を周囲から冷却す
る。この後、冷却水は、流出口４３から流出して、放熱
器において冷却ファンで冷却され、再度、放熱用熱交換
器２９へと循環する。

【００３６】バッファタンク５１は、バッファ空間４８
とハウジング２を均等な圧力とし、バッファ空間４８内
の圧力変動を吸収するとともに、ハウジング２内の圧力
変動を吸収し、バッファ空間にその影響を及ぼさないよ
うな緩衝機能を有する。

【００３７】図４（ｄ）に示すように、位置決めピンを
設けない従来のバランサ６０の取付構造によると、スタ
ーリング冷凍機１が作動し、クランクシャフト７’が回
転駆動されると、バランサ６０がクランクシャフト７’
に対してねじ５６を中心にして移動（回動）し、その取
付位置がずれるという問題が生じる。その結果、バラン
サ６０が、その防振のための適正な取付位置からずれて
しまい、所定の防振効果が得られない。

【００３８】しかしながら、本発明に係るバランサ５２
の取付構造では、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、シ
ャフト７の小孔５５とバランサ５２の小孔５８内に位置
決めピン５９を挿入して成る構成としたので、クランク
シャフト７に対してバランサ５２がねじ５６を中心とし
ての移動が阻止され、この結果ずれ止めを防止すること
ができる。これにより、バランサ５２は所定の防振機能
を維持することができる。

【００３９】以上、本発明の実施の形態を実施例に基づ
いて説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるこ
となく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内でい
ろいろな実施例があることは言うまでもない。

【００４０】

【発明の効果】本発明は以上の通りの構成であるから、
クランクシャフトに取り付けられたバランサは、通常ク
ランクシャフトに形成された平坦な取付面にねじで固定
して取り付けられるだけでなく、作動時にクランクシャ
フトに対する移動が阻止され、取付位置がずれないか
ら、防振機能の低減を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスターリング冷凍機全体を説明す
る正面図である。

【図２】図１のスターリング冷凍機の要部を示す図であ
る。

【図３】図１のスターリング冷凍機の一部断面の右側面
図である。

【図４】クランクシャフトへのバランサの取付構造を説
明する図である。

【符号の説明】

１スターリング冷凍機２ハウジング４モータ室５クランク室６モータ７クランクシャフト８、９コンロッド１２、１３クランク部１５シリンダブロック１７圧縮シリンダ１８膨張シリンダ１９圧縮ピストン２０高温室２２（圧縮側）オイルシールベローズ２５膨張ピストン２６低温室２８（膨張側）オイルシールベローズ２９放熱用熱交換器３０再生器３１冷却用熱交換器４０冷却水路４４冷却用熱交換ハウジング５１バッファタンク５２バランサ５３平坦な取付面５４ねじ孔（雌ねじ）５５、５８小孔５６雄ねじ５７雄ねじの挿通孔５９位置決めピン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中崎五夫大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者井上貴至大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者對比地亮祐大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者小松原健夫大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者金井大大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者里和哉大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者水野隆行大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者福田栄寿大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者坂本泰生大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者西川弘大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者真下傳二大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内Ｆターム(参考） 3J037 AA06 BB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スターリング冷凍機における、モータ
で駆動されるクランクシャフトへバランサをねじで固定
して取り付けるバランサの取付構造であって、上記クランクシャフト及び上記バランサは、互いに当接
する夫々の面において、上記ねじから偏心した位置に小
孔が形成されており、該小孔内に位置決めピンが挿入さ
れ、上記バランサがクランクシャフトの取付面において
移動することが阻止される構成であることを特徴するス
ターリング冷凍機のクランクシャフトへのバランサの取
付構造。
【請求項２】上記夫々の面に形成されている上記小
孔及び該小孔に挿入される位置決めピンは、１又は２以
上であることを特徴する請求項１記載のスターリング冷
凍機のクランクシャフトへのバランサの取付構造。
【請求項３】上記位置決めピンは、スリットを有す
る割ピンであることを特徴する請求項１記載のスターリ
ング冷凍機のクランクシャフトへのバランサの取付構
造。