JP2003254234A

JP2003254234A - 圧縮機およびその製造方法

Info

Publication number: JP2003254234A
Application number: JP2002050767A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Mizoguchi; 義則溝口
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2003-09-10

Abstract

(57)【要約】【課題】小型、軽量で、信頼性の高い圧力容器を備えた
ものを得る。【解決手段】円筒状のシリンダー１と、このシリンダー
１の内部空間に圧縮空間５を形成するピストン２と、こ
のピストン２を軸方向に往復駆動するリニア駆動部１０
とを内部に収納する圧力容器を、筒状の筐体３と端部容
器４を溶接接続して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、小型の極低温冷
凍機等に用いられる圧縮機とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、この種の圧縮機として特願平５
−２８８４１９号公報、あるいは特開平８−１１０１１
０号公報に記載されている圧縮機の構成を示す縦断面図
である。本圧縮機は、シリンダー１０１の内部円筒空間
に、支持ばね１１５に寄って片持ち支持された１組のピ
ストン１０２を両端より挿入し、クリアランスシールを
保持して往復駆動させることによって作動ガスの圧縮空
間１０５を形成する方式の圧縮機であり、永久磁石１１
１を継鉄１０３の溝部に装着して形成した磁気回路中
に、ピストン１０２に連結された駆動子コイルを挿入
し、交番電流を通電して駆動子コイルに電磁力を作用さ
せることによってピストン１０２が往復駆動される。ピ
ストン１０２の反圧縮空間側のガス室１０６は、クリア
ランスシールの機能を保持するために密閉圧力空間とす
る必要があるので、シリンダー１０１と一体に形成され
た外側の筺体１０３のフランジ１１７に端部容器１１４
をボルト１１８により締結封止して、圧力容器が形成さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、極低
温で使用する各種センサーや通信用フィルター等の開発
の進展に伴って、これらの冷却に用いられる小型の極低
温冷凍機が注目され、この小型の極低温冷凍機用とし
て、小型、軽量で、信頼性の高い圧縮機が要求されてい
る。これに対して、図５に示したごとき従来の圧縮機に
おいては、ピストンのリニア駆動部を構成する磁気回路
を圧縮空間側の径方向外側に配置することによって、相
対的に軸長の短縮化が図られているが、外側の筺体に端
部容器をボルト締結して圧力容器を形成する構成として
いるので、ボルト締結用のフランジの突出により外径が
大きく、かつ、重量が重くなるという難点がある。ま
た、機械的作動部を備える装置においては、上記の封止
フランジをボルト締結する構成は気密封止の信頼性を維
持する点で必ずしも十分でないという問題点がある。

【０００４】本発明はこのような従来技術の難点を考慮
してなされたもので、本発明の目的は、小型、軽量で、
かつ、極めて信頼性の高い圧力容器を備えた圧縮機、さ
らにはその製造方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、小型の極低温冷凍機等に用い
られる圧縮機において、（１）円筒空間を有するシリンダーと、この円筒空間内
に作動ガスの圧縮空間を形成するピストンと、このピス
トンを軸方向に往復駆動するリニア駆動部とを内部に収
納する圧力容器を、筒状の筺体、例えば継鉄からなる筒
状の筺体と、端部容器、例えばステンレス鋼からなる端
部容器とを溶接接続して構成することとする。

【０００６】（２）また、上記（１）の圧縮機の製造に
際して、筒状の筺体の外周に放熱手段、例えば放熱フィ
ンを搭載したのち、筒状の筺体と端部容器とを溶接接続
して圧力容器を構成する方法を用いることとする。（３）あるいは、円筒空間を有するシリンダーと、この
円筒空間内に作動ガスの圧縮空間を形成するピストン
と、前記ピストンを軸方向に往復駆動するリニア駆動部
とを内部に収納する圧力容器を、筒状の筺体、例えば継
鉄からなる筒状の筺体と、端部容器、例えばステンレス
鋼からなる端部容器とを、筒状の筺体を形成する金属材
料より熱伝導率の小さな金属材料からなる金属リングを
介して溶接接続して構成することとする。

【０００７】（４）さらに、上記の（３）の圧縮機の製
造に際して、筒状の筺体に金属リングの一方の端面を溶
接接続したのち、筒状の筺体の内部にピストンおよびリ
ニア駆動部の駆動子コイルを挿入装着し、その後、金属
リングの他方の端面に端部容器を溶接接続して圧力容器
を構成する方法を用いることとする。（５）さらに、上記の（３）の圧縮機の製造方法におい
て、筒状の筺体と金属リングの一方の端面との溶接接
続、あるいは金属リングの他方の端面と端部容器との溶
接接続に先立ち、筒状の筺体の外周に放熱手段、例えば
放熱フィンを搭載することとする。

【０００８】上記の（１）のごとく、筒状の筺体と端部
容器とを溶接接続して圧力容器を構成することとすれ
ば、従来の封止フランジをボルト締結する構成（図５）
のごとき厚肉のフランジを必要としないので、外径が小
さくなり重量も低減される。また、溶接接続にて気密封
止されることとなるので、極めて信頼度の高い封止構成
となる。

【０００９】また、上記の（２）のごとく、筒状の筺体
の外周に例えば放熱フィンのごとき放熱手段を搭載した
のち、筒状の筺体と端部容器とを溶接接続すれば、溶接
に伴う発熱が放熱手段を介して外部に効果的に排出され
るので、圧力容器の内部に収納される構成部品、特に温
度上昇により機能低下を生じる恐れのあるリニア駆動部
への熱流入が低減され、温度上昇が抑えられる。したが
って、リニア駆動部の機能不全を生じることなく、圧力
容器の溶接接続を行うことができる。

【００１０】また、上記の（３）のごとく、筒状の筺体
と端部容器とを、筒状の筺体を形成する金属材料より熱
伝導率の小さな金属材料からなる金属リングを介して溶
接接続して圧力容器を構成することとしても、上記の
（１）の場合と同様に、小型、軽量化が達成され、か
つ、極めて信頼度の高い封止構成が得られる。また、上
記の（４）のごとく、筒状の筺体に金属リングの一方の
端面を溶接接続したのち、筒状の筺体の内部にピストン
およびリニア駆動部の駆動子コイルを挿入装着し、その
後、金属リングの他方の端面に端部容器を溶接すること
とすれば、温度上昇により機能低下を生じる恐れのある
駆動子コイルは、金属リングと端部容器を溶接する工程
において溶接に伴う発熱の影響を受けることとなるが、
金属リングは熱伝導率の小さな金属材料、例えばステン
レス鋼からなるので、金属リングを解しての伝熱は制限
され、駆動子コイルの温度上昇は所定の温度範囲に抑え
られる。したがって、リニア駆動部の機能不全を生じる
ことなく、圧力容器の溶接接続を行うことができる。さ
らにまた、上記の（５）のごとく、筺体の外周に放熱手
段を搭載したのち溶接を行えば、溶接に伴う発熱が放熱
手段を介して外部に効果的に排出され、リニア駆動部の
磁気回路や駆動子コイルの温度上昇が抑制されるので、
圧力容器の溶接接続に伴うリニア駆動部の機能低下をよ
り確実に防止することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、実施例を挙げて本発明の実
施の形態を説明する。＜実施例１＞本実施例は、本発明の請求項１および請求
項２、３に係わるもので、図１は、本実施例の圧縮機の
構成を示す縦断面図である。

【００１２】図に見られるように、本圧縮機の圧力容器
本体は、筺体３とシリンダー１をリブ８で一体に連結し
た二重円筒体として、継鉄７により形成されている。シ
リンダー１の内側の円筒空間には、クリアランスシール
を形成する隙間１４を介して両端より一対のピストン２
が対向して挿入され、二つのピストン２の間に作動ガス
の圧縮空間５が形成されている。これらの二つのピスト
ン２は、圧縮空間５と反対側の端部において、支持ばね
１５を介して筺体３の両端に片持ち支持されている。圧
力容器本体とシリンダー１との間に形成された継鉄７の
空隙９には永久磁石１１が挿入、固着され、継鉄７と永
久磁石１１により磁気回路が形成されている。この磁気
回路とともにリニア駆動部１０を構成する駆動子コイル
１２は、ピストン２に連結されたコイルボビン１３に巻
かれており、この駆動子コイル１２に交番電流を通電す
ることによって、駆動子コイル１２に電磁力が作用し、
ピストン２が軸方向に往復運動を行って、作動ガスの圧
縮仕事が行われることとなる。

【００１３】本圧縮機の特徴は、磁性材料からなる筺体
３の端部にステンレス鋼からなる端部容器４を嵌め込
み、溶接接続することによって圧力容器が形成されてい
ることにあり、本溶接接続によりガス室６が気密に封止
される。したがって、本圧縮機では従来の圧縮機のよう
な封止用のフランジが不要となるので、外径が小さくな
り重量も大幅に低減される。また、溶接接続にて気密封
止されることとなるので、極めて信頼度の高い封止構成
となる。

【００１４】なお、本圧縮機では、筺体３と端部容器４
との溶接に伴う発熱による永久磁石１１の固着部材や駆
動子コイル１２の特性低下を防止するために、筺体３を
延伸させてこれらのリニア駆動部１０の構成部材より隔
たった端部に溶接部位を設定することによって、これら
の構成部材の加熱が抑制されている。＜実施例２＞本実施例は、本発明の請求項１および請求
項３、ならびに請求項４および請求項１０に係わるもの
で、図２（ａ）は、本実施例の圧縮機の横方向側面図、
（ｂ）は本圧縮機の縦断面図である。

【００１５】図２（ｂ）に見られるように、本実施例の
圧縮機では、筺体３Ａとシリンダー１Ａが非磁性材料を
用いて一体に形成されており、筺体３Ａとシリンダー１
Ａの間の凹部に継鉄７を装着し、さらにこの継鉄７の凹
部に永久磁石１１を挿入、固着してリニア駆動部の磁気
回路が形成されている。また、一対のピストン２は、実
施例１の圧縮機の場合と同様に、支持ばね１５によって
片持ち支持されて両端よりシリンダー１Ａの内部空間へ
と挿入されており、磁気回路に挿入した駆動子コイル１
２に交番電流を通電することによって、軸方向に往復駆
動される。

【００１６】本実施例の圧縮機においても、実施例１の
圧縮機の場合と同様に筺体３Ａと端部容器４Ａとを溶接
接続して圧力容器を形成しているが、本実施例の圧縮機
では、磁気回路を組み込んだ筺体３Ａの外周に図２
（ａ）に見られるごとき放熱フィン２０を搭載し、その
後、筺体３Ａと端部容器４Ａとを溶接接続する方法が採
られている。したがって、溶接接続に伴う発熱が放熱フ
ィン２０を介して外気へと効果的に放出されるので、溶
接部位をリニア駆動部から大幅に隔てなうとも永久磁石
１１の固着部材や駆動子コイル１２の加熱は抑制され、
特性低下が防止されることとなる。

【００１７】なお、本実施例の圧縮機においては、筺体
３Ａと端部容器４Ａを同一金属材料としているが、これ
らが互いに異種金属からなるものであっても、本実施例
のごとく筺体３Ａの外周に放熱フィン２０のごとき放熱
手段を搭載したのち溶接接続を行えば、リニア駆動部の
特性低下が防止され、小型、軽量化が実現されることは
改めて説明するまでもない。

【００１８】＜実施例３＞本実施例は、本発明の請求項
５、６，７および請求項８に係わるもので、図３は本実
施例の圧縮機の構成を示す縦断面図、図４は本実施例の
圧縮機の組み立て方法を示す要部の分解斜視図ある。図
３に見られるように、本実施例の圧縮機においても、図
１に示した第１の実施例と同様に、筺体３Ｂは継鉄７に
より形成され、シリンダー１Ｂとリブで一体に連結され
た二重円筒体として構成されており、筺体３Ｂとシリン
ダー１Ｂとの間に永久磁石１１を挿入、固着してリニア
駆動部を構成する磁気回路が形成されている。また、一
対のピストン２も、第１、あるいは第２の実施例と同様
に、支持ばね１５によって片持ち支持されて両端よりシ
リンダー１Ａの内部空間へと挿入されている。

【００１９】本実施例の圧縮機の第１の実施例の圧縮機
との基本的な相違点は圧力容器の溶接接続構造にある。
すなわち、第１の実施例の圧縮機では、筺体３に端部容
器４が直接溶接されていたのに対して、本実施例の圧縮
機では、継鉄よりなる筺体３Ｂと継鉄より熱伝導率の小
さいステンレス鋼よりなる端部容器４Ｂとの間に同じく
ステンレス鋼よりなる金属リング３０を介在させて溶接
接続されている。本構成の圧縮機の組み立てに際して
は、図４に示したごとく、まず、シリンダー１Ａと磁気
回路を内蔵した筺体３Ｂの端部に金属リング３０の一端
を気密に溶接接続する。次いで、支持ばね１５により支
持され、駆動子コイル１２が連結されたピストン２を筺
体３Ｂに装着し、その後、端部容器４Ｂを金属リング３
０の他端へと気密に溶接接続する。

【００２０】このように圧力容器の溶接接続作業を行え
ば、筺体３Ｂに金属リング３０を接続する第１回目の溶
接接続作業の際には、相対的に熱伝導率の高い継鉄より
なる筺体３Ｂを通して内部へ熱が伝達され、温度の上昇
をもたらすが、未だ駆動子コイル１２は組み込まれてい
ないので、駆動子コイル１２が特性低下を生じる恐れは
ない。なお、磁気回路を形成する永久磁石の装着に際し
て固着部材等が加熱により特性低下をきたす恐れのある
場合には、この第１回目の溶接接続作業を終了したの
ち、ピストン２の装着に先立って挿入、固着すればよ
い。端部容器４Ｂを金属リング３０に接続する第２回目
の溶接接続作業の際には、溶接に伴う発熱が金属リング
３０を通して筺体３Ｂへと伝達され、内蔵された各種構
成部材が加熱されることとなるが、上記のように、金属
リング３０は筺体３Ｂに用いられている継鉄より熱伝導
率の小さいステンレス鋼よりなるので、金属リング３０
を介しての熱伝導量は低く抑えられ、内蔵された各種構
成部材の温度上昇による特性低下は回避されることとな
る。

【００２１】なお、本実施例の圧縮機の製造方法におい
ても、第１回目の溶接接続作業や第２回目の溶接接続作
業の際に、第２の実施例に示したごとく、筺体３Ｂの外
周に予め放熱フィンを搭載することとすれば、溶接に伴
う発熱が外部に放出されるので、より効果的に各種構成
部材の温度上昇を抑えることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上、述べたように、本発明によれば、（１）圧縮機を請求項１、さらには請求項２、３に記載
のごとく構成することとしたので、従来の構成で用いら
れていた厚肉のフランジが不要となり、小型、軽量で、
かつ、極めて信頼性の高い圧力容器を備えた圧縮機が得
られることとなった。

【００２３】（２）また、請求項４に記載のごとき製造
方法を用いれば、内部に収納される構成部材の特性低下
を生じる恐れがないので、請求項１、さらには請求項
２、３に記載のごとき圧縮機の製造方法として好適であ
る。（３）また、圧縮機を請求項５、さらには請求項６、７
に記載のごとく構成することとしても、厚肉のフランジ
が不要となるので、小型、軽量で、かつ、極めて信頼性
の高い圧力容器を備えた圧縮機として好適である。

【００２４】（４）また、請求項８、さらには請求項９
に記載のごとき製造方法を用いれば、内部に収納される
構成部材の特性低下を生じる恐れがないので、請求項
５、さらには請求項６、７に記載のごとき圧縮機の製造
方法として好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧縮機の第１の実施例の構成を示す縦
断面図

【図２】本発明の圧縮機の第２の実施例の構成図で、
（ａ）は横方向側面図、（ｂ）は縦断面図構成を示す縦
断面図

【図３】本発明の圧縮機の第３の実施例の構成を示す縦
断面図

【図４】第３の実施例の圧縮機の組み立て方法を示す要
部分解斜視図

【図５】従来のこの種の圧縮機の構成を示す縦断面図

【符号の説明】１，１Ａ，１Ｂシリンダー２ピストン３，３Ａ，３Ｂ筺体４，４Ａ，４Ｂ端部容器５圧縮空間６ガス室７継鉄８リブ１０リニア駆動部１１永久磁石１２駆動子コイル１３コイルボビン１５支持ばね２０放熱フィン３０金属リング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒空間を有するシリンダーと、前記円筒
空間内に作動ガスの圧縮空間を形成するピストンと、前
記ピストンを軸方向に往復駆動するリニア駆動部とを内
部に収納する圧力容器が、筒状の筺体と端部容器とを溶
接接続して構成されている圧縮機。
【請求項２】請求項１に記載の圧縮機において、筒状の
筺体を形成する金属材料が継鉄であることを特徴とする
圧縮機。
【請求項３】請求項１または２に記載の圧縮機におい
て、端部容器を形成する金属材料がステンレス鋼である
ことを特徴とする圧縮機。
【請求項４】筒状の筺体の外周に放熱手段を搭載し、そ
ののち、筒状の筺体と端部容器とを溶接接続して圧力容
器を構成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
かに記載の圧縮機の製造方法。
【請求項５】円筒空間を有するシリンダーと、前記円筒
空間内に作動ガスの圧縮空間を形成するピストンと、前
記ピストンを軸方向に往復駆動するリニア駆動部とを内
部に収納する圧力容器が、筒状の筺体と端部容器を、筒
状の筺体を形成する金属材料より熱伝導率の小さな金属
材料からなる金属リングを介して溶接接続して構成され
ている圧縮機。
【請求項６】請求項５に記載の圧縮機において、筒状の
筺体を形成する金属材料が継鉄であることを特徴とする
圧縮機。
【請求項７】請求項５または６に記載の圧縮機におい
て、端部容器を形成する金属材料がステンレス鋼である
ことを特徴とする圧縮機。
【請求項８】前記の筒状の筺体に金属リングの一方の端
面を溶接接続し、次いで、筒状の筺体の内部にピストン
およびリニア駆動部の駆動子コイルを挿入装着し、その
のち、金属リングの他方の端面に端部容器を溶接接続し
て圧力容器を構成することを特徴とする請求項５乃至７
のいずれかに記載の圧縮機の製造方法。
【請求項９】請求項８に記載の圧縮機の製造方法におい
て、筒状の筺体と金属リングの一方の端面との溶接接
続、あるいは金属リングの他方の端面と端部容器との溶
接接続に先立ち、筒状の筺体の外周に放熱手段を搭載す
ることを特徴とする圧縮機の製造方法。
【請求項１０】請求項４または９に記載の圧縮機の製造
方法において、前記放熱手段が放熱フィンであることを
特徴とする圧縮機の製造方法。