JP2015075255A - Stirling type refrigerator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スターリング型の冷凍機に関する。 The present invention relates to a Stirling refrigerator.
スターリング冷凍機に関して、リニアモータ圧縮機内部の可動体をフレクシャベアリングで支持するリニアモータ圧縮機が知られている。フレクシャベアリングは、取り付け用のネジが挿通される孔を有する。ネジにより、フレクシャベアリングの内周固定部が可動体に固定され、外周固定部が圧縮機のハウジングに固定される。フレクシャベアリングは内周固定部と外周固定部とを連結する腕部を有し、腕部の撓みによって可動体の軸方向移動が許容されている。 Regarding a Stirling refrigerator, a linear motor compressor is known in which a movable body inside a linear motor compressor is supported by a flexure bearing. The flexure bearing has a hole through which a mounting screw is inserted. With screws, the inner peripheral fixed part of the flexure bearing is fixed to the movable body, and the outer peripheral fixed part is fixed to the housing of the compressor. The flexure bearing has an arm portion that connects the inner periphery fixing portion and the outer periphery fixing portion, and the movable body is allowed to move in the axial direction by bending of the arm portion.
一般に、ネジが挿通される孔とネジとの間にはわずかな隙間がある。可動体が軸方向に動くとき、上述のフレクシャベアリングのような板バネの内周固定部及び外周固定部には撓んだ腕部から、軸方向に垂直な面内方向(例えば周方向)に力が作用する。そのため、上述の隙間の範囲で板バネが設計上の配置から面内方向に横ずれしうる。こうした横ずれは板バネの特性(例えばバネ定数)をいくらか変化させ、可動体の運動に影響を与えるかもしれない。また、板バネの横ずれに伴って可動体も横ずれしうる。そうすると、例えば、可動体とその周囲の固定部品との摩擦によって、これら部材の劣化が促進されるかもしれない。 In general, there is a slight gap between the hole through which the screw is inserted and the screw. When the movable body moves in the axial direction, the inner peripheral fixing portion and the outer peripheral fixing portion of the leaf spring such as the flexure bearing described above are bent in the in-plane direction (for example, the circumferential direction) perpendicular to the axial direction. The force acts on. For this reason, the leaf spring can be laterally shifted in the in-plane direction from the designed arrangement within the above-described gap. Such lateral displacement may change some of the characteristics of the leaf spring (eg, spring constant) and may affect the motion of the movable body. Further, the movable body can also be displaced laterally with the lateral displacement of the leaf spring. Then, deterioration of these members may be promoted by friction between the movable body and the surrounding fixed parts, for example.
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、スターリング型の冷凍機に取り付けられる板バネを、その取付位置により確実に保持することにある。 One exemplary object of an aspect of the present invention is to securely hold a leaf spring attached to a Stirling type refrigerator by its attachment position.
本発明のある態様によると、容器と、前記容器の中で往復移動する可動部材と、前記可動部材の往復移動を可能とするように前記可動部材を前記容器に支持する支持部と、を備えるスターリング型の冷凍機が提供される。前記支持部は、少なくとも1つの板バネを備える。前記板バネは、前記可動部材に取り付けられる内周部と、前記容器に取り付けられる外周部と、を備え、前記外周部または前記内周部に貫通穴を有する。前記支持部は、前記貫通穴に圧入されたピン部材を備える。 According to an aspect of the present invention, the apparatus includes a container, a movable member that reciprocates in the container, and a support portion that supports the movable member on the container so that the movable member can reciprocate. A Stirling refrigerator is provided. The support part includes at least one leaf spring. The leaf spring includes an inner peripheral portion attached to the movable member and an outer peripheral portion attached to the container, and has a through hole in the outer peripheral portion or the inner peripheral portion. The support part includes a pin member press-fitted into the through hole.
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.
本発明によれば、スターリング型の冷凍機に取り付けられる板バネを、その取付位置により確実に保持することができる。 According to the present invention, the leaf spring attached to the Stirling type refrigerator can be reliably held by the attachment position.
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description, the same elements are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. Moreover, the structure described below is an illustration and does not limit the scope of the present invention at all.
図1は、本発明のある実施形態に係るスターリング冷凍機10を概略的に示す図である。スターリング冷凍機10は、圧縮機11、接続管12、及び膨張機13を備える。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a Stirling
圧縮機11は、圧縮機ケース14を備える。圧縮機ケース14は、高圧の作動ガスを気密に保持するよう構成されている圧力容器である。作動ガスは例えばヘリウムガスである。また、圧縮機11は、圧縮機ケース14に収容されている圧縮機ユニットを備える。圧縮機ユニットは圧縮機ピストン及び圧縮機シリンダを備えており、それらのうち一方は圧縮機ケース14の中で往復移動するよう構成されている可動部材15であり、他方は圧縮機ケース14に固定されている静止部材である。圧縮機ユニットは、可動部材15の中心軸に沿う方向に可動部材15を圧縮機ケース14に対して移動させるための駆動源を備える。圧縮機11は、可動部材15の往復移動を可能とするように可動部材15を圧縮機ケース14に支持する支持部16を備える。可動部材15は、ある振幅及び周波数で圧縮機ケース14及び静止部材に対し振動する。
The
圧縮機ピストンと圧縮機シリンダとの間に作動ガス室が形成されている。この作動ガス室は、上述の静止部材及び圧縮機ケース14に形成されている連通路を通じて、接続管12の一端に接続されている。接続管12の他端は、膨張機13の作動ガス室へと接続されている。こうして接続管12により、圧縮機11の作動ガス室が膨張機13の作動ガス室に接続される。
A working gas chamber is formed between the compressor piston and the compressor cylinder. This working gas chamber is connected to one end of the
膨張機13は、図2を参照して後述するように、膨張機容器20、ディスプレーサ22、及び支持部40を備える。
As will be described later with reference to FIG. 2, the
図2は、本発明のある実施形態に係る膨張機13を概略的に示す図である。図2には膨張機13の内部構造の概略を示す。図3は、図2に示す一点鎖線Aから見た断面を示す。
FIG. 2 is a diagram schematically showing an
膨張機13は、膨張機容器20及びディスプレーサ22を備える。膨張機容器20は、高圧の作動ガスを気密に保持するよう構成されている圧力容器である。ディスプレーサ22は、膨張機容器20の中で往復移動するよう構成されている可動部材である。また、膨張機13は、ディスプレーサ22の往復移動を可能とするようにディスプレーサ22を膨張機容器20に支持する少なくとも1つの支持部40を備える。
The
膨張機容器20は、第1区画24及び第2区画26を備える。第1区画24は、膨張機容器20とディスプレーサ22との間に形成される作動ガスの膨張空間28を含む。膨張空間28に隣接する膨張機容器20の部分には、対象物を冷却するための冷却ステージ(図示せず)が設けられている。第2区画26は、弾性部材30を介してディスプレーサ22を膨張機容器20に支持するよう構成されている。
The
第2区画26は、ディスプレーサ22の往復移動方向(図において矢印Cで示す)に第1区画24に隣接する。第2区画26と第1区画24との間にはシール部25が設けられており、これにより第2区画26は第1区画24から仕切られている。よって、第1区画24における作動ガスの圧力変動は、第2区画26に伝わらないか、または第2区画26における作動ガスの圧力にあまり影響しない。
The
ディスプレーサ22は、第1区画24に収容されているディスプレーサ本体32と、ディスプレーサロッド34と、を備える。ディスプレーサロッド34は、ディスプレーサ本体32より細い軸部である。ディスプレーサ22はその往復移動方向に平行である中心軸を有しており、ディスプレーサ本体32及びディスプレーサロッド34はディスプレーサ22の中心軸に同軸に設けられている。
The
ディスプレーサロッド34は、ディスプレーサ本体32からシール部25を通って第2区画26へと延在する。ディスプレーサロッド34は、ディスプレーサ22の往復移動を可能とするよう第2区画26において膨張機容器20により支持される。上述のシール部25は例えば、ディスプレーサロッド34と膨張機容器20との間に形成されるロッドシールであってもよい。
The
第1区画24は、ディスプレーサ本体32を囲むシリンダ部を形成する。このシリンダ部の底面とディスプレーサ本体32の端面との間に膨張空間28が形成されている。膨張空間28は、ディスプレーサ22の往復移動方向においてディスプレーサ本体32とディスプレーサロッド34との接合部とは反対側に形成されている。この接合部とシール部25との間には、接続管12(図1参照)に接続されるガス空間36が形成されている。
The
シリンダ部の側面とディスプレーサ本体32との間には、蓄冷器38が設けられていてもよい。蓄冷器38は膨張機容器20に取り付けられていてもよい。蓄冷器38は例えば、金網の積層構造を備える。あるいは、ディスプレーサ本体32の中に蓄冷器が組み込まれていてもよい。膨張空間28とガス空間36との間の作動ガスの流通は蓄冷器38を通じて可能である。
A
膨張機13は、ディスプレーサ22の往復移動方向における複数の異なる位置で、ディスプレーサ22の往復移動を可能とするようディスプレーサ22を膨張機容器20に支持する。そのために、膨張機13は2つの支持部40を備える。これら2つの支持部40は第2区画26に設けられている。このようにして、中心軸に対するディスプレーサ22の傾動を抑制することができる。
The
支持部40は上述の弾性部材30を備える。弾性部材30は、ディスプレーサ22が中立位置から変位するときディスプレーサ22に弾性的復元力が作用するように、ディスプレーサロッド34と膨張機容器20との間に配設されている。
The
弾性部材30は例えば、少なくとも1つの板バネ48を含むバネ機構を備える。弾性部材30は、複数の板バネ48をディスプレーサ22の移動方向に配列した積層板バネ部49(図5参照)を備えてもよい。図3に示されるように、この板バネ48は、ディスプレーサロッド34に固定するための内周部50と、内周部50を囲む外周部52と、内周部50と外周部52とを連結する複数のアーム54と、を備える。内周部50は、ディスプレーサロッド34の弾性部材取付部51に固定される。外周部52は膨張機容器20に固定される。アーム54の弾性変形によって、内周部50と外周部52との軸方向相対変位が許容される。板バネ48の取付構造については図4及び図5を参照して後述し、図3においては図示を省略する。
The
こうした板バネ48はフレクシャバネとも呼ばれ、ディスプレーサ22の往復移動方向に柔軟であり、往復移動方向に垂直な方向に剛である。このような板バネは、例えば特開2008−215440号公報に開示されている。この文献を参照によりその全体を本願明細書に援用する。したがって、弾性部材30により、ディスプレーサ22はその中心軸に沿う方向への移動が許容されているが、それと直交する方向への移動は規制されている。
Such a
このようにして、ディスプレーサ22と弾性部材30とからなる振動系が構成されている。この振動系は、圧縮機11の可動部材15の振動と同一の周波数で当該振動と位相差を有してディスプレーサ22が振動するよう構成されている。ディスプレーサ22は、圧縮機11の可動部材15の振動によって生じる作動ガス圧力の脈動によって駆動される。ディスプレーサ22及び圧縮機11の可動部材15の往復動によって膨張空間28と圧縮機11の作動ガス室との間に逆スターリングサイクルが形成される。こうして、膨張空間28に隣接する冷却ステージが冷却され、スターリング冷凍機10は対象物を冷却することができる。
In this way, a vibration system including the
図4、図5、及び図6は、本発明のある実施形態に係る板バネ取付構造を示す図である。図4には軸方向から見たときの板バネ48を示す。図5には積層板バネ部49における締結部材56の付近を示す。図6には積層板バネ部49におけるピン部材60の付近を示す。積層板バネ部49は例えば3枚の板バネ48を含む。隣接する板バネ間には補助バネまたはスペーサ(図示せず)が介在してもよい。締結部材56は例えばボルトやネジである。ピン部材60は例えばノックピンなどの位置決めピンである。
4, 5 and 6 are views showing a leaf spring mounting structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 shows the
支持部40は、板バネ48の外周部52を膨張機容器20に取り付けるための締結部材56、及び、板バネ48の内周部50をディスプレーサ22に取り付けるための締結部材56を備える。
The
板バネ48は、非可動部である内周部50及び外周部52にいくつかの穴を有する。その一部は、締結部材56を通すための締結穴58であり、他の一部は、ピン部材60を嵌合するための貫通穴62である。締結穴58は内周部50及び外周部52に設けられ、貫通穴62は外周部52に設けられている。図示される例においては、内周部50の締結穴58、外周部52の締結穴58、及び貫通穴62がそれぞれ3つずつ等間隔に設けられている。締結穴58及び貫通穴62は円形であり、同様に、締結部材56及びピン部材60は円形の断面を有する。また、ディスプレーサロッド34を受け入れる軸穴55が、内周部50の中心に形成されている。
The
図5に示されるように、締結部材56は、板バネ48の締結穴58及びこれに連続する膨張機容器20(またはディスプレーサ22)の締結穴に挿通され、締結部材56の末端にナット57が締結される。こうして積層板バネ部49は膨張機容器20(またはディスプレーサ22)に取り付けられる。
As shown in FIG. 5, the
締結部材56と締結穴58との間にはわずかな隙間59がある。ディスプレーサ22が軸方向に動くとき、アーム54の弾性的復元力の反作用として板バネ48の内周部50及び外周部52にはアーム54から、軸方向に垂直な面内方向に力が作用する。例えば、外周部52を周方向に回動させる反作用力がアーム54から外周部52に作用する。そのため、板バネ48が設計上の取付位置から面内方向に横ずれしうる。横ずれの大きさは最大で隙間59の大きさに相当する。
There is a
そこで、締結部材56とは別に、支持部40は、貫通穴62に嵌合されたピン部材60を備える。図6に示されるように、貫通穴62の内周面とピン部材60の側面とが密着することにより、隣接する板バネ48間の面内方向相対変位に対する剛性が生成される。したがって、積層板バネ部49を形成する板バネ48間の横ずれ、及び/または、積層板バネ部49と膨張機容器20との横ずれを防止することができる。
Therefore, apart from the
このようにして、横ずれによる積層板バネ部49の特性(例えばバネ定数)への影響をなくすことができる。ディスプレーサ22の横ずれも同様に防止されるので、ディスプレーサ22と周囲の固定部品(例えばシール部25)との摩擦の増加も防がれる。
In this way, it is possible to eliminate the influence on the characteristics (for example, spring constant) of the laminated
また、締結部材56がピン部材60とは別に設けられている。これにより、まずピン部材60により複数の板バネ48を一体化して積層板バネ部49を形成し、それから積層板バネ部49を膨張機13に取り付けるというように、比較的容易に取付の作業を行うことができる。
Further, the
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。 In the above, this invention was demonstrated based on the Example. It will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes are possible, various modifications are possible, and such modifications are within the scope of the present invention. By the way.
上述の実施形態においては、ピン部材60は膨張機容器20に取り付けられていない。しかし、ある実施形態においては、ピン部材60は、膨張機容器20に固定されていてもよい。例えば、ピン部材60は、膨張機容器20から立設していてもよい。このようにすれば、より確実に積層板バネ部49を膨張機容器20に固定することができる。
In the above-described embodiment, the
また、貫通穴62は内周部50に設けられていてもよい。このようにしても、ピン部材60を貫通穴62に嵌合することで板バネ48の横ずれを防止することができる。ただし、アーム54からの反作用力に抗するという観点からは、貫通穴62を外周部52に設けるほうが効果的であると考えられる。
Further, the through
上述の実施形態においては、ピン部材60は貫通穴62に適合する形状を有し、ピン部材60が貫通穴62に嵌合されている。しかし、ピン部材60と貫通穴62とで形状が完全に一致していなくてもよい。例えば、円形の貫通穴62に、貫通穴62の直径に相当する幅の細長断面または十字断面を有するピン部材60が圧入されてもよい。このようにしても、ピン部材60の断面の外周が貫通穴62の内周面に押し付けられ、隣接する板バネ48間の相対変位に対する剛性を生成することができるので、横ずれを防止することができる。
In the above-described embodiment, the
また、ピン部材60は、周方向に細長い断面を有してもよい。このようにすれば、ピン部材60は周方向に高い剛性を有する。したがって、より少ない数のピン部材60(例えば一本のピン部材60)で、板バネ48の横ずれを防止することができる。
Moreover, the
ある実施形態においては、締結部材56が設けられていなくてもよい。この場合、ピン部材60によって積層板バネ部49が膨張機容器20及びディスプレーサ22に取り付けられていてもよい。
In some embodiments, the
ある実施形態においては、膨張機13は、ディスプレーサ22の往復移動による膨張機容器20の振動を抑制するための動吸振器を備えてもよい。上述の板バネ取付構造は動吸振器に適用されてもよい。動吸振器は、例えば膨張機容器20の外に配置され、動吸振器のための容器である動吸振器カバーに収容される。動吸振器は、動吸振器カバーの中で往復移動する質量要素と、質量要素を膨張機容器20に接続する弾性要素と、を備える。この弾性要素が積層板バネ部49または板バネ48を備えてもよい。
In an embodiment, the
ある実施形態においては、上述の板バネ取付構造が圧縮機11に適用されてもよい。上述のように、スターリング冷凍機10は、圧縮機ケース14と、圧縮機ケース14の中で往復移動する可動部材15と、可動部材15の往復移動を可能とするように可動部材15を圧縮機ケース14に支持する支持部16と、を備える。支持部16は、少なくとも1つの板バネ48、または積層板バネ部49を備えてもよい。板バネ48は、可動部材15に取り付けられる内周部50と、圧縮機ケース14に取り付けられる外周部52と、を備え、外周部52または内周部50に貫通穴62を有してもよい。支持部16は、貫通穴62に圧入されたピン部材60を備えてもよい。支持部16は、板バネ48を圧縮機ケース14に取り付けるための締結部材56、及び/または、板バネ48を可動部材15に取り付けるための締結部材56をさらに備えてもよい。
In an embodiment, the above-described leaf spring mounting structure may be applied to the
上述の実施形態は、スターリング冷凍機10を用いて説明した。しかし、上述の板バネ取付構造は、他のスターリング型の冷凍機、例えばスターリング型パルス管冷凍機に適用されてもよい。
The above-described embodiment has been described using the
10 スターリング冷凍機、 11 圧縮機、 13 膨張機、 14 圧縮機ケース、 15 可動部材、 16 支持部、 20 膨張機容器、 22 ディスプレーサ、 30 弾性部材、 32 ディスプレーサ本体、 34 ディスプレーサロッド、 40 支持部、 48 板バネ、 49 積層板バネ部、 50 内周部、 52 外周部、 54 アーム、 56 締結部材、 60 ピン部材、 62 貫通穴。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記容器の中で往復移動する可動部材と、
前記可動部材の往復移動を可能とするように前記可動部材を前記容器に支持する支持部と、を備え、
前記支持部は、少なくとも1つの板バネを備え、前記板バネは、前記可動部材に取り付けられる内周部と、前記容器に取り付けられる外周部と、を備え、前記外周部または前記内周部に貫通穴を有し、
前記支持部は、前記貫通穴に圧入されたピン部材を備えることを特徴とするスターリング型の冷凍機。 A container,
A movable member that reciprocates in the container;
A support part for supporting the movable member on the container so as to enable reciprocal movement of the movable member,
The support portion includes at least one leaf spring, and the leaf spring includes an inner peripheral portion attached to the movable member and an outer peripheral portion attached to the container, and the outer peripheral portion or the inner peripheral portion is provided with the outer peripheral portion. Has a through hole,
The Stirling-type refrigerator, wherein the support portion includes a pin member press-fitted into the through hole.
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Legal Events
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A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20161014 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161025 |
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A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161222 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170523 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20171128 |