JP2006029223A - 振動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】筐体を兼ねる外側継鉄とカバーとの結合構造を改善し、外形寸法や重量の縮小とガス封止信頼性の向上とを図る。
【解決手段】シリンダ１に隙間２を介して挿入され作動ガスの圧縮空間４を形成するピストン３と、このピストン３を往復駆動するリニア駆動部８,１０と、ピストン３の周囲に配置され、リニア駆動部８,１０の磁気通路を形成するとともに筐体を兼ねる継鉄６と、この継鉄６の端部に結合されたカバー１３とを備え、このカバー１３と継鉄６とは隙間２を通して作動ガスの圧縮空間４に通じるガス室１５を形成する振動圧縮機において、カバー１３を継鉄６にねじ込みにより結合するとともに、更に溶接により気密に封止する。結合部分にフランジがないため、外形寸法や重量が縮小するとともに、溶接によりガス封止が確実になる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、パルスチューブ冷凍機などの極低温冷凍機に作動ガスの振動流を供給する振動圧縮機に関する。

上記振動圧縮機として、永久磁石の磁界中に駆動子コイルが配置されたリニア駆動部によりピストンを往復駆動して作動ガスを圧縮するものが知られており、このような振動圧縮機は、例えば特許文献１や特許文献２に記載されている。図５は、この発明が適用されるこの種の振動圧縮機の従来構成を示す縦断面図である。図５の振動圧縮機は一対のピストンが左右対称に配置された復動式であり、左右共通の構造についてはその一方について説明する。図５において、シリンダ１にクリアランスシールを形成する隙間２を介してピストン３が挿入され、対向するピストン３,３間に作動ガスの圧縮空間４が形成されている。シリンダ１は内側継鉄を兼ねており、その周囲に環状空間５を介して筐体を兼ねる円筒状の外側継鉄６が配置されている。シリンダ１と外側継鉄６とは鋼材から一体形成され、左右中心の環状壁７を介して互いにつながっている。

環状空間５内には駆動子コイル８が軸方向に可動的に挿入され、この駆動子コイル８はピストン３に固定されたボビン９に巻回されている。外側継鉄６の内側には、駆動子コイル８を隙間を介して囲むように、環状の永久磁石１０が嵌め込まれている。この永久磁石１０と駆動子コイル８とは、後述するようにピストン３を往復駆動するリニア駆動部を構成する。ピストン３は前後一対の支持ばね１１により軸方向に往復運動可能に支持され、支持ばね１１は外側継鉄６の端面にボルト１２により固定されている。外側継鉄６の端面には、カバー１３が結合されている。ここで、外側継鉄６及びカバー１３の対向端部にはフランジ６ａ及び１３ａがそれぞれ形成され、カバー１３はフランジ１３ａを通してフランジ６ａにねじ込まれたボルト１４により締結されている。

外側継鉄６とカバー１３とは、図示しない作動ガス（一般にヘリウムガス）が封入されるガス室１５を形成し、このガス室１５は隙間２を通して作動ガス圧縮空間４に通じている。一方、シリンダ１、外側継鉄６及び環状壁７を半径方向に貫通するようにガス流路１６が形成され、作動ガス圧縮空間４はガス流路１６を介して、図示しないパルスチューブ冷凍機などの外部機器に接続される。

このような振動圧縮機において、永久磁石１０のＮ極（外周側）から出た磁束は外側継鉄６、環状壁７及びシリンダ１で形成される磁気通路を通り、駆動子コイル８が挿入された環状空間５を経てＳ極（内周側）に戻る。そこで、この磁気回路内に配置された左右の駆動子コイル８に互いに１８０度の位相差を持つ交流励磁電流を通流すると、永久磁石１０が発生する磁界とコイル電流との間に働く電磁力により、各ピストン８は軸方向に互いに逆向きに往復駆動され、圧縮空間４の作動ガスを圧縮する。この圧縮ガスは、ガス流路１６を介して図示しない外部機器に供給される。
特開平５−２８８４１９号公報 特開平８−１１０１１０号公報

図５の従来技術において、ガス室１５を形成する外側継鉄６とカバー１３との結合は、フランジ６ａ,１３ａ同士のボルト締めにより行われている。しかしながら、このようなフランジ締結は、フランジ部分で外形寸法が大きくなるとともに、その部分の肉厚により重量も大きくなる。また、フランジ締結はガス封止の信頼性に劣り、気密を維持することが難しい。

そこで、この発明の課題は、筐体を兼ねる外側継鉄とカバーとの結合構造を改善し、外形寸法や重量の縮小とガス封止性の信頼性の向上を図ることにある。

上記課題を解決するために、この発明は、シリンダにクリアランスシールを形成する隙間を介して挿入され、作動ガスの圧縮空間を形成するピストンと、このピストンを往復駆動するリニア駆動部と、前記ピストンの周囲に配置され、前記リニア駆動部の磁気通路を形成するとともに筐体を兼ねる継鉄と、この継鉄の端部に結合されたカバーとを備え、このカバーと前記継鉄とは前記隙間を通して前記作動ガスの圧縮空間に通じるガス室を形成する振動圧縮機において、前記カバーを前記継鉄にねじ込みにより結合するとともに、更に溶接により気密に封止するものとする（請求項１）。この請求項１の発明によれば、結合部分にフランジがないため、外形寸法や重量が縮小するとともに、その上に施す溶接によりガス封止を確実にすることができる。

請求項１の発明において、前記ねじ込みに代えて、前記カバーをバヨネット機構により前記継鉄に嵌め込んで結合するとともに、更に溶接により気密に封止してもよい（請求項２）。この請求項２の発明によっても、同様の作用効果が得られる。

請求項１又は請求項２の発明において、環状の継手を前記継鉄にねじ込み又はバヨネット機構により結合し、更に溶接により気密に封止するとともに、この継手の端部に前記カバーを溶接により結合するとよい（請求項３）。請求項３の発明によれば、継手を挟んでカバーを結合することにより、熱に弱い内蔵部品の溶接時の損傷の危険を少なくすることができる。

この発明によれば、継鉄とカバーとからなる圧縮機筐体の外形寸法・重量の軽減を図ることができるとともに、ガス封止性を高めることができる。

以下、図１〜図４に基づいて、この発明の実施の形態を説明する。なお、従来例と対応する部分には同一の符号を用いるものとする。

図１は、この発明の実施例１を示す振動圧縮機の縦断面図、図２はその外側継鉄とカバーとの結合部Ｐの拡大図である。図１及び図２において、鋼材からなる外側継鉄６の端部外周面には雄ねじ６ｂが切られ、ステンレス鋼からなるカバー１３の端部内周面には雌ねじ１３ｂが切られている。そこで、カバー１３はねじ部６ｂ,１３ｂを介して外側継鉄６にねじ込まれて結合され、更に互いの突合せ端面間が電子ビーム溶接により気密に封止されている。その他の構成は、図５の従来例と実質的に同じである。図示実施例１によれば、外側継鉄６とカバー１３との結合はねじ部６ｂ,１３ｂにより強固に行われるとともに、ガス封止は溶接により確実に行われる。しかも、互いの結合端部にフランジが不要なので、フランジの形成に伴う外形寸法の拡大や重量の増加が生じない。

図３は、この発明の実施例２を示す振動圧縮機の縦断面図、図４はその外側継鉄とカバーとの結合部Ｐの拡大分解図で、図４の（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）はその平面図である。この実施例２においては、図３に示すように、外側継鉄６とカバー１３との間に、環状の継手１７が挿入されている。継手１７はカバー１３と同じステンレス鋼からなり、外側継鉄６にバヨネット機構により結合されている。すなわち、図４に示すように、外側継鉄６の端部外周面には、数箇所に等ピッチでＬ形の溝６ｃが設けられ、継手１７の一端内周面には溝６に対応する方形の突部１７ａが形成されている。

そこで、継手１７は図４（Ｂ）に実線矢印で示すように、突部１７ａが溝６ｃに軸方向に挿入され、次いで点線矢印で示すように円周方向に回動されることにより、図４（Ａ）に２点鎖線で示すように結合される。更に、互いの突合せ端面間が電子ビーム溶接により気密に封止される。その場合、継手１７の結合・溶接は、ピストン３、駆動子コイル８、ボビン９、支持ばね１１等からなる可動部を外側継鉄６に組み込まれる前に行われる。これにより、溶接熱で支持ばね１１等を損傷する危険がなくなる。

その後、外側継鉄６に上記可動部が組み込まれ、継手１７の他端にカバー１３が溶接により結合される。この溶接は結合部が前後一対の支持ばね１１の中間に位置するため、支持ばね１１を損傷する危険が小さい。その他の作用効果、構成は実施例１と同じである。なお、図示実施の形態では一対のピストンが対向配置された復動式の振動圧縮機の例を示したが、この発明は単一のピストンを有する振動圧縮機についてもそのまま適用可能である。

この発明の実施例１を示す振動圧縮機の縦断面図である。 図１のＰ部の拡大図である。 この発明の実施例２を示す振動圧縮機の縦断面図である。 図３のＰ部の拡大分解図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平面図である。 従来例を示す振動圧縮機の縦断面図である。

符号の説明

１ シリンダ
２ 隙間
３ ピストン
４ 圧縮空間
５ 環状空間
６ 外側継鉄
６ｂ 雄ねじ
６ｃ 溝
８ 駆動子コイル
１０ 永久磁石
１１ 支持ばね
１３ カバー
１３ｂ 雌ねじ
１３ｃ 突部
１５ ガス室
１６ 作動ガス流路
１７ 継手

Claims (3)

1. シリンダにクリアランスシールを形成する隙間を介して挿入され、作動ガスの圧縮空間を形成するピストンと、このピストンを往復駆動するリニア駆動部と、前記ピストンの周囲に配置され、前記リニア駆動部の磁気通路を形成するとともに筐体を兼ねる継鉄と、この継鉄の端部に結合されたカバーとを備え、このカバーと前記継鉄とは前記隙間を通して前記作動ガスの圧縮空間に通じるガス室を形成する振動圧縮機において、
   前記カバーを前記継鉄にねじ込みにより結合するとともに、更に溶接により気密に封止したことを特徴とする振動圧縮機。
2. 前記ねじ込みに代えて、前記カバーをバヨネット機構により前記継鉄に嵌め込んで結合するとともに、更に溶接により気密に封止したことを特徴とする請求項１記載の振動圧縮機。
3. 環状の継手を前記継鉄にねじ込み又はバヨネット機構により結合し、更に溶接により気密に封止するとともに、この継手の端部に前記カバーを溶接により結合したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の振動圧縮機。
   
   

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