JP2006046419A

JP2006046419A - 振動抑制装置およびこれを備えたスターリング機関

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Publication number: JP2006046419A
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Inventors: Makoto Ijiri; 良井尻
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Abstract

【課題】弾性体と減衰器とを含み、小型かつ安価に製作が可能な高性能の振動抑制装置を提供する。
【解決手段】振動抑制装置１０Ａは、一端が反復運動装置としてのスターリング冷凍機１００の振動方向の一方端に接続された板バネ３０と、板バネ３０の他端に接続されたバランスマス２０と、バランスマス２０に接続され、バランスマス２０と同位相にて振動する減衰体４２を含む減衰器４０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえばスターリング機関等に代表される、動作時において主に一方向に振動が生じる反復運動装置の振動抑制装置に関し、また、この振動抑制装置を備えたスターリング機関に関する。

反復運動部材であるピストンがシリンダ内を往復動するように構成されたガス圧縮機等に代表される反復運動装置においては、反復運動部材の反復運動により、反復運動装置自体に、反復運動部材の往復動方向と同一の方向に大きな振動が生じる。この反復運動装置の振動は、騒音の原因となるばかりでなく、製品自体の信頼性の低下にもつながるため、可能な限り抑制することが望ましい。

以下においては、反復運動装置として、スターリング機関の応用例であるスターリング冷凍機を例示して説明を行なう。

図１４は、一般的なスターリング冷凍機の模式断面図である。図１４に示すスターリング冷凍機１００は、一般にフリーピストン型スターリング冷凍機と呼ばれ、筐体１１０の内に作動ガスとしてのヘリウムガスや窒素ガスが充填されたシリンダ１０１を含み、その内部に２個のピストンを備えている。一方のピストンは、パワーピストン１０２と呼ばれ、駆動源であるリニアモータ１０９によって駆動される反復運動部材である。他方のピストンは、ディスプレーサ１０３と呼ばれ、パワーピストン１０２がシリンダ１０１内を往復動することによって生じる作動ガスの圧変動を受けてシリンダ１０１内を往復動する反復運動部材である。

シリンダ１０１内におけるディスプレーサ１０３の往復動方向の両端部外側には、圧縮空間１０４と膨張空間１０５とが位置している。圧縮空間１０４は、パワーピストン１０２およびディスプレーサ１０３によって区画形成されており、放熱器１０６によって取り囲まれている。この放熱器１０６は、圧縮空間１０４に生じる圧縮熱を除去するためのものである。膨張空間１０５は、ディスプレーサ１０３とシリンダ１０１の閉塞端とによって区画形成されており、吸熱器１０７によって取り囲まれている。この吸熱器１０７は、膨張空間１０５に生じる冷熱を取り出すためのものである。これら圧縮空間１０４および膨張空間１０５は、シリンダ１０１の外側に設けられた作動ガスの流路上に配置された再生器１０８を通じて連通している。

リニアモータ１０９によってパワーピストン１０２を駆動すると、パワーピストン１０２が圧縮空間１０４側に移動して圧縮空間１０４内の作動ガスを圧縮する。圧縮された作動ガスは、再生器１０８を通って膨張空間１０５に移動する。膨張空間１０５に流入した作動ガスは、ディスプレーサ１０３が圧縮空間１０４側に移動することに伴って膨張し、この圧力低下にしたがって膨張空間１０５内の作動ガス温度も低下する。この動作を繰り返すことにより、吸熱器１０４に極低温が発生する。

このようなスターリング冷凍機においては、パワーピストンとディスプレーサとが所定の位相差をもって反復運動するため、スターリング冷凍機自体に大きな振動が発生する。この振動を低減させるためには、反復運動に伴って生じる慣性力や圧変動に伴って生じる力を打ち消すことが必要であり、弾性体や減衰器、質量物等を組合わせて構成された振動抑制装置を利用することが必要になる。このような振動抑制装置を備えたスターリング冷凍機として、たとえば実開平５−４７７６０号公報（特許文献１）に開示のスターリング冷凍機や特開２０００−２２９６号公報（特許文献２）に開示のスターリング冷凍機等がある。
実開平５−４７７６０号公報特開２０００−２２９６号公報

上述のフリーピストン型スターリング冷凍機にあっては、膨張空間で取り出す冷熱の温度が低くなってくるとピストンの共振周波数がピストンの運転周波数とずれてくる問題が生じる。また、高周波成分が多く含まれるようになるため、特定のある決まった共振周波数を打ち消すように調整された振動抑制装置では、打ち消すことのできない周波数ピークが多数存在することになり、これら周波数成分によって振動抑制装置自体も大きく振動してしまう現象が生じる。

これらの振動現象をも抑制するためには、振動抑制装置を、振動抑制装置自体の振動が抑制可能な複雑な構成にする必要が生じるため、装置の大型化および製造コストの増大が避けられない。これを解決するためには、減衰器を組み込むことが必須となる。

しかしながら、減衰器は非常に高価であり、また大型であるため、振動抑制装置に組み込むことが非常に困難である。たとえば、上述の特許文献２においては、減衰器が組み込まれた振動抑制装置を用いてスターリング冷凍機の振動を抑制することについては開示されているが、実際にどのように減衰器を振動抑制装置に組み込むかについては開示されていない。

したがって、本発明は、上述の問題点を解決すべくなされたものであり、弾性体と減衰器とを含み、小型かつ安価に製作が可能な高性能の振動抑制装置およびこれを備えたスターリング機関を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面に基づく振動抑制装置は、反復運動を行なう反復運動部材を含む反復運動装置に接続され、上記反復運動部材が反復運動を行なうことによって生じる上記反復運動装置の振動を抑制するものであって、一端が上記反復運動装置の上記振動方向の一方端に接続された弾性体と、上記弾性体の他端に接続された質量物と、上記質量物に接続され、上記質量物と同位相にて振動する減衰体を含む減衰手段とを備える。

このように構成することにより、減衰手段を一体的に振動抑制装置に組み込むことが可能になり、弾性体の有する弾性力による振動抑制作用と、減衰手段の有する減衰力に伴う振動抑制作用とを兼ね備えた高性能の振動抑制装置を小型にかつ安価に製作することが可能になる。

上記本発明の第１の局面に基づく振動抑制装置にあっては、上記減衰手段が、上記減衰体が収容される容器と、上記容器内に充填された流体とを含んでいることが好ましい。

このように構成することにより、質量物と一体的に動作する減衰体が容器内に充填された流体を押しのけて移動する際の流体の抵抗力によって減衰力が発揮されるようになるため、複雑な構成の高価な減衰手段を用いることなく、安価に製作が可能な簡素な構成の減衰手段とすることができる。

上記本発明の第１の局面に基づく振動抑制装置にあっては、上記減衰体の表面積が可変調節可能な表面積調節手段をさらに備えていることが好ましい。

このように構成することにより、振動方向における前記減衰体の表面積を可変調節することが可能になるため、減衰手段によって発揮される減衰力を種々の大きさに調節することが可能になる。

上記本発明の第１の局面に基づく振動抑制装置にあっては、上記反復運動装置の振動状態を検出する振動状態検出手段と、上記振動状態検出手段によって検出された上記反復運動装置の振動情報に基づいて上記表面積調節手段を制御する制御手段とをさらに備えていることが好ましい。

このように構成することにより、反復運動装置の動作時において、減衰手段によって発揮される減衰力を反復運動装置の振動状態に合わせて種々の大きさに調節することが可能となるため、時々刻々と変化する反復運動装置の振動を効果的に低減することが可能になる。

本発明の第２の局面に基づく振動抑制装置は、反復運動を行なう反復運動部材を含む反復運動装置に接続され、上記反復運動部材が反復運動を行なうことによって生じる上記反復運動装置の振動を抑制するものであって、一端が前記反復運動装置の前記振動方向の一方端に接続された弾性体と、前記弾性体の他端に接続された質量物と、前記質量物が収容される容器と、前記容器内に充填された流体とを備える。

このように構成することにより、質量物を弾性体を介して反復運動装置に接続することによって得られる弾性力に伴う振動抑制作用と、質量物を流体が充填された容器内に収容することにによって構成される減衰手段の有する減衰力に伴う振動抑制作用とを同時に得ることが可能になる。本構成においては、容器内に収容される減衰体を別途設けることなく質量物にて構成しているため、部品点数が削減されて構造が簡素化されるため、高性能の振動抑制装置を小型にかつ安価に製作することが可能になる。

本発明の第３の局面に基づく振動抑制装置は、反復運動を行なう反復運動部材を含む反復運動装置に接続され、上記反復運動部材が反復運動を行なうことによって生じる上記反復運動装置の振動を抑制するものであって、一端が上記反復運動装置の上記振動方向の一方端に接続された板バネと、上記板バネの他端に接続された質量物と、上記質量物と上記板バネとの間に配置され、上記振動の発生時において、上記板バネと上記質量物とによって両側から挟み込まれて圧縮されることにより、減衰機能を発揮するように構成された減衰手段とを備える。

上記本発明の第３の局面に基づく振動抑制装置にあっては、上記板バネが、上記反復運動装置に接続される外周縁部と、上記質量物に接続される内周縁部と、上記外周縁部と上記内周縁部とを連結し、弾性機能を発揮する腕部とを含んでいることが好ましく、その場合に、上記減衰手段が、上記板バネの上記外周縁部から上記内周縁部へと至る上記腕部の略中央部に取付けられているか、あるいは、上記板バネの上記外周縁部から上記内周縁部へと至る上記腕部の略中央部に対応した位置の質量部に取付けられていることが好ましい。

このように構成することにより、減衰手段が板バネまたは質量物の動きを制限する効果が得られるため、簡素な構成にて減衰効果を得ることが可能になる。

本発明の第４の局面に基づく振動抑制装置は、反復運動を行なう反復運動部材を含む反復運動装置に接続され、上記反復運動部材が反復運動を行なうことによって生じる上記反復運動装置の振動を抑制するものであって、一端が上記反復運動装置の上記振動方向の一方端に接続された複数の板バネと、上記複数の板バネの他端に接続された質量物と、上記複数の板バネのそれぞれの間に配置され、上記振動の発生時において、隣り合う上記複数の板バネによって両側から挟み込まれて圧縮されることにより、減衰機能を発揮するように構成された減衰手段とを備える。

上記本発明の第４の局面に基づく振動抑制装置にあっては、上記複数の板バネが、上記反復運動装置に接続される外周縁部と、上記質量物に接続される内周縁部と、上記外周縁部と上記内周縁部とを連結し、弾性機能を発揮する腕部とをそれぞれ含んでいることが好ましく、その場合に、上記減衰手段が、上記板バネの上記外周縁部から上記内周縁部へと至る上記腕部の略中央部に取付けられていることが好ましい。

このように構成することにより、減衰手段が板バネの動きを制限する効果が得られるため、簡素な構成にて減衰効果を得ることが可能になる。

本発明の第５の局面に基づく振動抑制装置は、反復運動を行なう反復運動部材を含む反復運動装置に接続され、上記反復運動部材が反復運動を行なうことによって生じる上記反復運動装置の振動を抑制するものであって、一端が上記反復運動装置の上記振動方向の一方端に接続された低反発部材と、一端が上記低反発部材の他端に接続された弾性体と、上記弾性体の他端に接続された質量物とを備える。

上記本発明の第３ないし第５の局面に基づく振動抑制装置にあっては、上記減衰手段が、上記板バネもしくは上記質量部に貼付された低反発部材からなることが好ましい。さらに、その場合、上記低反発部材が、シリコン系材料またはウレタン系材料を主成分として含んでいることが好ましい。

このように構成することにより、十分な減衰力が発揮される減衰手段を安価にかつ簡便に振動抑制装置に組み込むことが可能になる。

本発明に基づくスターリング機関は、上述の本発明の第１ないし第５の局面に基づく振動抑制装置のいずれかを備えている。

このように構成することにより、振動の発生が大幅に抑制されたスターリング機関とすることが可能になるため、騒音の発生も著しく低減されるとともに、劣化・故障等の生じ難い高信頼性のスターリング機関とすることができる。

本発明によれば、弾性体と減衰器とを含み、小型かつ安価に製作が可能な高性能の振動抑制装置およびこれを備えたスターリング機関を提供することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、反復振動装置として、スターリング機関の応用例であるスターリング冷凍機を例示して説明を行なう。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における振動抑制装置を備えたスターリング冷凍機の模式部分断面図である。なお、スターリング冷凍機の構成は、上述の従来例におけるスターリング冷凍機と同様の構成であるため、同一の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。

図１に示すように、本実施の形態における振動抑制装置１０Ａは、反復運動部材としてのパワーピストン１０２およびディスプレーサ１０３がシリンダ１０１内に同軸上に嵌挿されたスターリング冷凍機１００（内部構造については図１４参照）の筐体１１０の後方端に接続されている。この筐体１１０の後方端は、吸熱器１０７（図１４参照）と反対側に位置しており、パワーピストン１０２およびディスプレーサ１０３の往復動方向と同一方向におけるスターリング冷凍機１００の一端部に相当する。

図１に示すように、振動抑制装置１０Ａは、質量物としてのバランスマス２０と、弾性体としての板バネ３０と、減衰手段としての減衰器４０とから主に構成されている。互いに離間するように配置された複数（図示する振動抑制装置１０Ａにあっては４枚）の板バネ３０は、スターリング冷凍機１００の筐体１１０の後方端に取付けられたアダプタ１２０の固定具１２１によって、その外周縁部において支持・固定されている。バランスマス２０は、板バネ３０の中央開口部近傍に位置する内周縁部に取付けられたロッド６１によって支持・固定されている。減衰器４０は、バランスマス２０が取付けられたロッド６１の他方端に取付けられている。

図２は、図１に示す板バネの平面図である。図２に示すように、本実施の形態における振動抑制装置１０Ａに組み込まれる板バネ３０は、平面視円形の金属板の所定位置を切り抜くことによって形成された板バネであり、アダプタ１２０の固定具１２１によって固定される外周縁部３１と、バランスマス２０および減衰器４０が取付けられたロッド６１が取付けられる内周縁部３２と、これら外周縁部３１と内周縁部３２とを連結する腕部３３とを有している。腕部３３は、内周縁部３２から外周縁部３１に向かって放射状に複数本にわたって延びており、紙面と交差する方向において弾性力を発揮する部位である。

図１に示すように、減衰器４０は、スターリング冷凍機１００の筐体１１０の後方端に取付けられたアダプタ１２０の中央部に設けられた容器であるチャンバ４１と、このチャンバ４１内に収容され、上述のロッド６１に取付けられた減衰体４２と、チャンバ４１内を充填する流体４３とを含んでいる。流体４３としては、主に空気が利用される。

本実施の形態における振動抑制装置１０Ａにおいては、バランスマス２０と減衰器４０の減衰体４２とがロッド６１によって一体的に連結されている。このため、バランスマス２０と減衰体４２とは、同位相にて振動することになる。すわわち、スターリング冷凍機１００の動作時において、板バネ３０の作用によってスターリング冷凍機１００に生じた振動を打ち消すようにバランスマス２０が振動した場合に、バランスマス２０の振動に伴って減衰体４２も振動することになるが、この減衰体４２の振動とバランスマス２０の振動とが同位相となる。そのため、チャンバ４１内に充填された流体４３である空気が、チャンバ４１と減衰体４２の隙間を行き来するようになり、この部分において減衰効果が得られるようになる。

以上の構成とすることにより、板バネの有する弾性力による振動抑制作用と、減衰器の有する減衰力に伴う振動抑制作用とを兼ね備えた振動抑制装置を実現することが可能になる。このため、弾性力によって発揮される特定の周波数の振動に対する振動抑制効果のみならず、減衰力によって発揮される所定の幅をもった周波数帯における任意の振動に対する振動抑制効果をも得られるようになる。その結果、共振周波数とは異なる周波数の高周波振動がスターリング冷凍機に生じた場合にも、効果的に振動を抑制することが可能になる。また、上述の構成とすることにより、高性能の振動抑制装置を小型にかつ安価に製作することが可能になる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における振動抑制装置を備えたスターリング冷凍機の模式部分断面図である。なお、スターリング冷凍機の構成は、上述の従来例におけるスターリング冷凍機と同様の構成であるため、同一の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。また、上述の実施の形態１における振動抑制装置と同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明は省略する。

図３に示すように、本実施の形態における振動抑制装置１０Ｂは、上述の実施の形態１における振動抑制装置１０Ａと異なり、チャンバ４１内に収容された減衰体４２が、上板４２ａと下板４２ｂとに分割されている。また、ロッド６１の内部には回転駆動モータ４４が収容されており、この回転駆動モータ４４の回転軸に上板４２ａが取付けられている。これにより、回転駆動モータ４４によって上板４２ａが回転可能に支持されている。下板４２ｂは、ロッド６１に回転不能に固定されている。なお、回転駆動モータ４４は、制御部５０によってその回転動作が制御可能に構成されており、制御部５０には、スターリング冷凍機１００の振動状態を検出する振動状態検出部５１が接続されている。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、上述の上板および下板からなる減衰体の動作を説明するための減衰器の平面図である。図４（Ａ）に示すように、上板４２ａおよび下板４２ｂには、それぞれ開口部４２ａ１，４２ｂ１が設けられており、これら開口部４２ａ１，４２ｂ１は、互いに重なり合う領域を有している。この開口部４２ａ１，４２ｂ１が互いに重なり合う領域においては、減衰体４２を上下方向に貫通する連通路４６が形成されるため、この部分において、チャンバ４１内の上部空間（減衰体４２よりもバランスマス２０側の空間）と下部空間（減衰体４２よりもスターリング冷凍機１００側の空間）とが連通することになる。

上述のように上板４２ａは、回転駆動モータ４４によって回転可能に支持されている。このため、制御部５０から導出される信号に基づいて、回転駆動モータ４４が駆動することにより、上板４２ａが所定量回転する。制御部５０は、スターリング冷凍機１００の振動状態を検出する振動状態検出部５１から導出される信号に基づいて回転駆動モータ４４の動作を制御し、スターリング冷凍機１００が動作することによって生じる振動を打ち消すように連通路４６の開口面積を制御する。

より具体的には、減衰力を小さくする必要が生じた場合には、図４（Ａ）に示す状態から、図４（Ｂ）に示すように上板４２ａを図中矢印Ａ方向に向かって所定量回転させることにより、連通路４６の開口断面積を大きくする。これにより、減衰体４２の表面積は減少し、チャンバ４１に充填された流体４３の流入流出量が増大し、減衰効果が小さくなる。

反対に、減衰力を大きくする必要が生じた場合には、図４（Ａ）に示す状態から、図４（Ｃ）に示すように上板４２ａを図中矢印Ｂ方向に向かって所定量回転させることにより、連通路４６の開口断面積を小さくする。これにより、減衰体４２の表面積は増大し、チャンバ４１に充填された流体４３の流入流出量が減少し、減衰効果が大きくなる。

このように、上板４２ａ、下板４２ｂおよび回転駆動モータ４４が、減衰体４２の表面積を可変調節する表面積調節手段として機能するため、容易に減衰器４０にて得られる減衰力を調節することが可能になる。

以上の構成とすることにより、上述の実施の形態１における効果に加え、スターリング冷凍機の動作時において、減衰器によって発揮される減衰力をスターリング冷凍機の振動状態に合わせて種々の大きさに調節することが可能となるため、時々刻々と変化するスターリング冷凍機の振動を効果的に低減することが可能になる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における振動抑制装置を備えたスターリング冷凍機の模式部分断面図である。なお、スターリング冷凍機の構成は、上述の従来例におけるスターリング冷凍機と同様の構成であるため、同一の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。また、上述の実施の形態１における振動抑制装置と同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明は省略する。

図５に示すように、本実施の形態における振動抑制装置１０Ｃにおいては、上述の実施の形態１における振動抑制装置１０Ａと異なり、スターリング冷凍機１００の筐体１１０の後方端に取付けられたアダプタ１２０の固定具１２１の先端にチャンバ４１が取付けられている。チャンバ４１は、バランスマス２０を取り囲むように設けられており、チャンバ４１内には、流体４２が充填されている。すなわち、バランスマス２０と、バランスマス２０を収容するチャンバ４１と、チャンバ４１内を充填する流体４３とによって減衰手段としての減衰器４０が構成されている。

このように構成することにより、バランスマスを板バネを介してスターリング冷凍機に接続することによって得られる弾性力に伴う振動抑制作用と、バランスマスを空気が充填されたチャンバ内に収容することにによって構成される減衰器の有する減衰力に伴う振動抑制作用とを同時に得ることが可能な振動抑制装置とすることができる。このため、弾性力によって発揮される特定の周波数の振動に対する振動抑制効果のみならず、減衰力によって発揮される所定の幅をもった周波数帯における任意の振動に対する振動抑制効果をも得られるようになる。その結果、共振周波数とは異なる周波数の高周波振動がスターリング冷凍機に生じた場合にも、効果的に振動を抑制することが可能になる。

また、上記構成とすることにより、上述の実施の形態１において別々に設けていたバランスマスと減衰体とを共通の１部品で兼用させることが可能になるため、部品点数が削減でき、構造の簡素化が図られる。このため、高性能の振動抑制装置を小型にかつ安価に製作することが可能になる。

なお、図６は、本実施の形態における振動抑制装置の他の構成例を示す図である。図６に示すように、本実施の形態における振動抑制装置１０Ｄにおいては、チャンバ４１をアダプタ１２０の固定具１２１に取付ける（図５参照）のではなく、アダプタ１２０自体に取付けるように構成している。このように構成した場合には、上述の効果に加えて、板バネ３０やロッド６１等がチャンバ４１によって保護されるようになるため、これら内部構成部品の破損等が防止される効果も得られる。

また、本実施の形態における振動抑制装置１０Ｃ，１０Ｄにおいても、上述の実施の形態２と同様に、減衰体として機能するバランスマスを２分割し、それぞれのバランスマスに開口部を設けてこれら開口部を重ね合わせ、一方を回転駆動モータ等によって回転駆動可能な構成とすることにより、減衰体としてのバランスマスの表面積を適宜調節することが可能になり、時々刻々と変化するスターリング冷凍機の振動を効果的に低減することが可能になる。

（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４における振動抑制装置を備えたスターリング冷凍機の模式部分断面図である。また、図８は、図７に示す振動抑制装置における減衰体の取付け位置を説明するための図である。なお、スターリング冷凍機の構成は、上述の従来例におけるスターリング冷凍機と同様の構成であるため、同一の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。また、上述の実施の形態１ないし３における振動抑制装置と同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明は省略する。

図７に示すように、本実施の形態における振動抑制装置１０Ｅは、上述の実施の形態１ないし３に示す振動抑制装置１０Ａ〜１０Ｄにおいて用いられていた減衰器４０を具備しておらず、代わりにシリコン系材料またはウレタン系材料等を主原料とした低反発部材であるゲル状体４７を減衰手段として備えている。ここで、ゲル状体に代表される低反発部材は、衝撃を加えた場合にその衝撃を面全体で受け止め、吸収する性質を有するもののことである。この衝撃を吸収する吸収力は、速度に比例して大きくなるため、減衰効果を得ることが可能になる。

本実施の形態における振動抑制装置１０Ｅにあっては、図７に示すように、積層配置された複数の板バネ３０のうち最もバランスマス２０側に位置する板バネの表面に、このゲル状体４７が取付けられている。より具体的には、図８に示すように、最もバランスマス２０側に位置する板バネ３０の外周縁部３１から内周縁部３２へと至る腕部３３の中央部にゲル状体４７が貼付されている。このゲル状体４７が貼付された腕部３３は、板バネ３０が振幅する位置であるため、振動時においてバランスマス２０と板バネ３０によってゲル状体４７が両側から挟み込まれて圧縮される際に、ゲル状体４７によって減衰効果が発揮されるようになる。

このように構成することにより、板バネの有する弾性力による振動抑制作用と、ゲル状体の有する減衰力に伴う振動抑制作用とを兼ね備えた振動抑制装置を実現することが可能になる。このため、弾性力によって発揮される特定の周波数の振動に対する振動抑制効果のみならず、減衰力によって発揮される所定の幅をもった周波数帯における任意の振動に対する振動抑制効果をも得られるようになる。その結果、共振周波数とは異なる周波数の高周波振動がスターリング冷凍機に生じた場合にも、効果的に振動を抑制することが可能になる。また、上述の構成とすることにより、高性能の振動抑制装置を非常にコンパクトにかつ安価に製作することが可能になる。

なお、上記のように、ゲル状体を取付ける位置が板バネの腕部の中央部がよい理由としては、板バネとバランスマスとの間隔が最も変化する腕部の中央部が板バネまたはバランスマスの移動を制限し易いこと、換言すれば、板バネの外周縁部近傍では板バネの移動量が中央部に比べて小さく、また内周縁部近傍では板バネとバランスマスとの間隔の変化が中央部に比べて小さいため、板バネやバランスマスの移動を制限し難いことが考えられる。

また、上記の構成においては、ゲル状体に代表される低反発部材の大きさや厚み、材質等を変更することにより、得られる減衰力の大きさを種々に調節することが可能である。たとえば、ゲル状体をシリコンゲルにしたり、軟質ウレタンゲルにしたりすることにより、その特性変更によって、得られる減衰力を適宜調節することが可能である。

また、上記の構成において、低反発部材をバランスマス側に取付けおくことも可能である。この場合には、板バネの外周縁部から内周縁部へと至る腕部の中央部に対応する位置のバランスマスの表面に低反発部材を貼付することが効果的である。

さらには、スターリング冷凍機の非動作時においてまでも、必ずしも低反発部材が板バネとバランスマスとによって挟持されている必要はない。すなわち、非動作時において、低反発部材が板バネとバランスマスの両方に接触している必要はない。上述の減衰効果は、少なくともスターリング冷凍機の動作時において、板バネの振動に伴って板バネとバランスマスとによって低反発部材が両側から挟み込まれて圧縮されれば発揮される効果である。

図９および図１０は、本実施の形態における振動抑制装置をスターリング冷凍機に取付けることによって得られる効果を説明するためのグラフである。図９は、図７に示す振動抑制装置において低反発部材を取り除いた状態とし、その状態でスターリング冷凍機を動作させ、異常振動が発生した時点で振動スペクトルを測定した結果を示す図である。それに対し、図１０は、同様の条件にてスターリング冷凍機を動作させ、異常振動が発生した時点で図７および図８に示す位置に低反発部材としてのゲル状体を挿入し、異常振動を抑制した上でその状態における振動スペクトルを測定した結果を示す図である。

図９に示すように、スターリング冷凍機に異常振動が生じた場合には、運転周波数における振動ピーク（７０．１Ｈｚ）の他に、複数の異常振動周波数ピークが発生し、中には、運転周波数におけるスペクトルを超えるスペクトルの異常振動周波数ピークも生じる。この異常振動周波数と運転周波数の差がうなりを生じさせ、スターリング冷凍機の本体の振動およびその振動に伴って生じる騒音を大幅に増大させることになる。

しかしながら、図１０に示すように、板バネとバランスマスとの間に低反発部材であるゲル状体を挿入することにより、異常振動周波数ピークのスペクトルが低く抑えられ、運転周波数よりも高い周波数ピークがなくなり、結果として、うなりの発生が抑制されていることが分かる。これらの結果から、振動抑制装置を本実施の形態の如くの構成とすることにより、異常振動の発生が大幅に抑制されることが理解可能である。

（実施の形態５）
図１１は、本発明の実施の形態５における振動抑制装置を備えたスターリング冷凍機の模式部分断面図である。また、図１２は、図１１に示す振動抑制装置における減衰体の取付け位置を説明するための図である。なお、スターリング冷凍機の構成は、上述の従来例におけるスターリング冷凍機と同様の構成であるため、同一の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。また、上述の実施の形態４における振動抑制装置と同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明は省略する。

図１１に示すように、本実施の形態における振動抑制装置１０Ｆにあっては、上述の実施の形態４に示す振動抑制装置１０Ｅと異なり、低反発部材であるゲル状体４８が、板バネ３０とバランスマス２０との間ではなく、積層配置された複数の板バネ３０の間に取付けられている。より具体的には、最もバランスマス２０側に位置する板バネ以外の板バネの外周縁部３１から内周縁部３２へと至る腕部３３の中央部に、リング状に形成されたゲル状体４８が貼付されている（図１２参照）。このゲル状体４８が貼付された腕部３３は、板バネ３０が振幅する位置であるため、振動時においてバランスマス２０と板バネ３０によってゲル状体４８が挟み込まれて圧縮される際に、ゲル状体４８によって減衰効果が発揮されるようになる。

このように構成した場合にも、上述の実施の形態４における効果と同様の効果を得ることができる。なお、上述の実施の形態４と同様に、スターリング冷凍機の非動作時において、必ずしも低反発部材が隣り合う板バネによって挟持されている必要はない。すなわち、非動作時において、低反発部材が隣り合う板バネの両方に接触している必要はない。少なくともスターリング冷凍機の動作時において、板バネの振動に伴って隣り合う板バネによって低反発部材が挟み込まれて圧縮されれば、減衰効果は十分に発揮される。

（実施の形態６）
図１３は、本発明の実施の形態６における振動抑制装置を備えたスターリング冷凍機の模式部分断面図である。なお、スターリング冷凍機の構成は、上述の従来例におけるスターリング冷凍機と同様の構成であるため、同一の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。

図１３に示すように、本実施の形態における振動抑制装置１０Ｇは、質量物としてのバランスマス２０と、弾性体としての板バネ３０と、減衰手段としての低反発部材であるゲル状体４９とから主に構成されている。スターリング冷凍機１００の筐体１１０の後方端には、アダプタ１２０が取付けられており、このアダプタ１２０にゲル状体４９の一端が取付けられている。ゲル状体４９の他端には、互いに離間するように配置された複数の板バネ３０を支持する固定具１２１のベース部１２２が取付けられている。板バネ３０は、固定具１２１によって、その外周縁部において支持・固定されている。バランスマス２０は、板バネ３０の中央開口部近傍に位置する内周縁部に取付けられたロッド６１によって支持・固定されている。すなわち、弾性体である板バネ３０と、反復運動装置であるスターリング冷凍機１００とが、減衰手段としてのゲル状体４９によって接続されている。

さらには、板バネ、バランスマス等からなる反復振動手段を分解することなく、自由にゲル状体を減衰力の異なる減衰手段に、または、反復振動手段を共振周波数の異なるものに交換できるようになる。したがって、振動抑制装置の部品交換が非常に容易に行なえるという効果を奏する。

上述の実施の形態１ないし６においては、振動を抑制する対象である反復運動装置としてスターリング冷凍機を例示して説明を行なったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、主に一方向に振動が生じる装置であればどのような装置に対しても適用が可能である。また、上述の実施の形態に示した特徴的な構成は、相互に組合わせることが可能である。

このように、今回開示した上記各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の実施の形態１における振動抑制装置を備えたスターリング冷凍機の模式部分断面図である。図１に示す板バネの平面図である。本発明の実施の形態２における振動抑制装置を備えたスターリング冷凍機の模式部分断面図である。図３に示す上板および下板からなる減衰体の動作を説明するための減衰器の平面図である。本発明の実施の形態３における振動抑制装置を備えたスターリング冷凍機の模式部分断面図である。本発明の実施の形態３における振動抑制装置の他の構成例を示す図である。本発明の実施の形態４における振動抑制装置を備えたスターリング冷凍機の模式部分断面図である。図７に示す振動抑制装置における減衰体の取付け位置を説明するための図である。図７に示す振動抑制装置において低反発部材を取り除いた状態とし、その状態でスターリング冷凍機を動作させ、異常振動が発生した時点で振動スペクトルを測定した結果を示す図である。異常振動がスターリング冷凍機に発生した時点で図７および図８に示す位置に低反発部材としてのゲル状体を挿入し、異常振動を抑制した上でその状態における振動スペクトルを測定した結果を示す図である。本発明の実施の形態５における振動抑制装置を備えたスターリング冷凍機の模式部分断面図である。図１１に示す振動抑制装置における減衰体の取付け位置を説明するための図である。本発明の実施の形態６における振動抑制装置を備えたスターリング冷凍機の模式部分断面図である。一般的なスターリング冷凍機の模式断面図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｇ振動抑制装置、２０バランスマス、３０板バネ、３１外周縁部、３２内周縁部、３３腕部、４０減衰器、４１チャンバ、４２減衰体、４２ａ上板、４２ａ１開口部、４２ｂ下板、４２ｂ１開口部、４３流体、４７〜４９ゲル状体、５０制御部、５１振動状態検出部、６１ロッド、１００スターリング冷凍機、１０１シリンダ、１０２ピストン、１０３ディスプレーサ、１０４圧縮空間、１０５膨張空間、１０６放熱器、１０７吸熱器、１０８再生器、１０９リニアモータ、１１０筐体、１２０アダプタ、１２１固定具、１２２ベース部。

Claims

反復運動を行なう反復運動部材を含む反復運動装置に接続され、前記反復運動部材が反復運動を行なうことによって生じる前記反復運動装置の振動を抑制する振動抑制装置であって、
一端が前記反復運動装置の前記振動方向の一方端に接続された弾性体と、
前記弾性体の他端に接続された質量物と、
前記質量物に接続され、前記質量物と同位相にて振動する減衰体を含む減衰手段とを備えた、振動抑制装置。
前記減衰手段は、前記減衰体が収容される容器と、前記容器内に充填された流体とを含む、請求項１に記載の振動抑制装置。
前記減衰体の表面積を可変調節可能な表面積調節手段を備えた、請求項２に記載の振動抑制装置。
前記反復運動装置の振動状態を検出する振動状態検出手段と、
前記振動状態検出手段によって検出された前記反復運動装置の振動情報に基づいて前記表面積調節手段を制御する制御手段とを備えた、請求項３に記載の振動抑制装置。
反復運動を行なう反復運動部材を含む反復運動装置に接続され、前記反復運動部材が反復運動を行なうことによって生じる前記反復運動装置の振動を抑制する振動抑制装置であって、
一端が前記反復運動装置の前記振動方向の一方端に接続された弾性体と、
前記弾性体の他端に接続された質量物と、
前記質量物が収容される容器と、
前記容器内に充填された流体とを備えた、振動抑制装置。
反復運動を行なう反復運動部材を含む反復運動装置に接続され、前記反復運動部材が反復運動を行なうことによって生じる前記反復運動装置の振動を抑制する振動抑制装置であって、
一端が前記反復運動装置の前記振動方向の一方端に接続された板バネと、
前記板バネの他端に接続された質量物と、
前記質量物と前記板バネとの間に配置され、前記振動の発生時において、前記板バネと前記質量物とによって両側から挟み込まれて圧縮されることにより、減衰機能を発揮するように構成された減衰手段とを備えた、振動抑制装置。
前記板バネは、前記反復運動装置に接続される外周縁部と、前記質量物に接続される内周縁部と、前記外周縁部と前記内周縁部とを連結し、弾性機能を発揮する腕部とを含み、
前記板バネの前記外周縁部から前記内周縁部へと至る前記腕部の略中央部に対応した位置の質量部に、前記減衰手段が取付けられている、請求項６に記載の振動抑制装置。
反復運動を行なう反復運動部材を含む反復運動装置に接続され、前記反復運動部材が反復運動を行なうことによって生じる前記反復運動装置の振動を抑制する振動抑制装置であって、
一端が前記反復運動装置の前記振動方向の一方端に接続された複数の板バネと、
前記複数の板バネの他端に接続された質量物と、
前記複数の板バネのそれぞれの間に配置され、前記振動の発生時において、隣り合う前記複数の板バネによって両側から挟み込まれて圧縮されることにより、減衰機能を発揮するように構成された減衰手段とを備えた、振動抑制装置。
前記板バネは、前記反復運動装置に接続される外周縁部と、前記質量物に接続される内周縁部と、前記外周縁部と前記内周縁部とを連結し、弾性機能を発揮する腕部とを含み、
前記板バネの前記外周縁部から前記内周縁部へと至る前記腕部の略中央部に、前記減衰手段が取付けられている、請求項６または８に記載の振動抑制装置。
前記減衰手段は、前記板バネもしくは前記質量部に貼付された低反発部材からなる、請求項６から９のいずれかに記載の振動抑制装置。
反復運動を行なう反復運動部材を含む反復運動装置に接続され、前記反復運動部材が反復運動を行なうことによって生じる前記反復運動装置の振動を抑制する振動抑制装置であって、
一端が前記反復運動装置の前記振動方向の一方端に接続された低反発部材と、
一端が前記低反発部材の他端に接続された弾性体と、
前記弾性体の他端に接続された質量物とを備えた、振動抑制装置。
請求項１から１１のいずれかに記載の振動抑制装置を備えた、スターリング機関。