JP2950304B2 - 振動型圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディスプレーサの
往復動により極低温レベルの寒冷を発生させる膨張機を
有するスターリング冷凍機等において、膨張機に供給す
るガスをピストンの往復動によって圧縮する振動型圧縮
機に係り、特に、シリンダを構成する固定側部材の構造
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、このフリーディスプレーサ型
スターリング冷凍機は、極低温レベルの寒冷を発生させ
る小型冷凍機の一種として知られている。この冷凍機
は、ガスを圧縮する振動型圧縮機と、該圧縮機から吐出
したガスを膨張させる膨張機とを組み合わせて成る。

【０００３】上記振動型圧縮機として、例えば特開平６
―１７４３２１号公報に示されるように対向ピストン式
（ダブルピストン式）のものが知られている。この対向
ピストン式の圧縮機は、図４に示すように、密閉状のハ
ウジング(101)と、該ハウジング(101)内に配置されたシ
リンダ(103)と、該シリンダ(103)内に往復動可能に嵌装
されシリンダ(103)の長さ方向中央部内に圧縮空間(108)
を区画する一対のピストン(107,107)と、該各ピストン
(107,107)を往復駆動する駆動源としてのリニアモータ
(115,115)とを備えている。また、上記圧縮空間(108)は
ガス通路(109)及び連結管（図示せず）を介して膨張機
に接続している。上記各リニアモータ(115)はシリンダ
(103)周りに配置された環状の永久磁石からなる駆動磁
石(116)を有し、この磁石(116)により、シリンダ(103)
の中心と同心の円筒状の空間（磁気ギャップ）に磁界を
発生させる。この空間には中心部にて上記ピストン(10
7)に一体的に固定されたボビン(117)が配設され、該ボ
ビン(117)の外周には電磁コイルからなる駆動コイル(11
8)が巻き付けられている。また、上記各ピストン(107)
の背面側と、シリンダ(103)の開口端に対向するハウジ
ング(101)内壁面との間には、それぞれピストン(107)を
往復動可能に弾性支持するためのコイルスプリング(12
5)が架設されている。リニアモータ(115)の駆動コイル
(118)に所定周波数の交流を供給することで、その駆動
コイル(118)による電流と磁石(116)による空間内を通る
磁界との間で作用する電磁力によりボビン(117)及びそ
れと一体のピストン(107)を駆動して両ピストン(107,10
7)をシリンダ(103)内で互いに接離するように往復移動
させる。これにより圧縮空間(108)で所定周期のガス圧
を発生させるようになされている。

【０００４】一方、図示しないが、膨張機は円筒状シリ
ンダを有し、このシリンダ内にはシリンダ内を膨張空間
と作動空間とに区画するフリーディスプレーサが往復動
可能に嵌装されている。このディスプレーサは、内部に
蓄冷器（再生式熱交換器）を充填しており、該蓄冷器は
膨張空間及び作動空間にそれぞれ連通している。上記作
動空間内には、ディスプレーサを往復動可能に弾性支持
するコイルばねが配設されている。さらに、作動空間は
上記連結管を介して上記圧縮機の圧縮空間(108)に接続
しており、圧縮機からのガス圧によりディスプレーサを
往復動させてガスを膨張空間で膨張させることにより、
シリンダ先端のコールドヘッドに寒冷を発生させるよう
になされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の振動型圧縮機においては、シリンダ(103)とし
ては、本来のシリンダとして機能するシリンダ部分と、
駆動磁石(116)との間で磁気回路を形成するヨーク部分
とが一体形成されている。このため、これら各部分を互
いに別の材料で構成することはできず、このシリンダ部
分とヨーク部分との材料選択の自由度が低いものであっ
た。

【０００６】また、振動型圧縮機の他のタイプとして、
図５に示すように、ピストン(107,107)の摺動損失の低
減を目的として、筒状のスリーブ(110,110)をシリンダ
(103)の内面に備えさせ、該スリーブ(110)をシリンダ(1
03)の端面にボルト止めによって一体的に締結する構成
としたものもある。

【０００７】しかし、この構成では、スリーブ(110)の
外周面とシリンダ(103)の内周面との間からのガス漏れ
を防止するために、この両者間にＯリング等のシール材
(111)を介在させておく必要がある。この場合、シール
材(111)の存在によって、シリンダ(103)の軸心とスリー
ブ(110)の軸心とがずれてしまって高い組み付け精度を
得ることができなくなる可能性がある。この軸心がずれ
た場合、ピストン(107,107)の外周面の一部がスリーブ
(110)に押さえ付けられるいわゆる片当り状態が生じ、
摺動損失が大きくなって運転効率の低下を招いたり、装
置寿命の短縮に繋がってしまう。

【０００８】更には、このスリーブ(110)をボルト止め
するために形成されたシリンダ(103)のボルト孔(104)内
に空気が残存し、この空気が原因となってハウジング(1
01)内で不純物が発生してしまい圧縮機の駆動に支障を
来す虞れもあった。

【０００９】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、振動式圧縮機に対し、シリンダ部分と
ヨーク部分との材料選択の自由度の向上、各構成部品の
高い組み付け精度の確保、ハウジング内での不純物の発
生の防止を図ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的の達成のため、
この発明では、振動式圧縮機の固定側を複数の部材で成
し、シリンダ部分とヨーク部分とを個別に構成すると共
に、リニアモータの磁石の磁力を利用してこれら各部材
を一体化させた。

【００１１】具体的に請求項１記載の発明は、図１に示
すように、ハウジング(1)内に固定されると共にピスト
ン嵌装孔(11)を有する固定側部材(3)と、上記ピストン
嵌装孔(11)に嵌装されて固定側部材(3)との間で圧縮空
間(8)を区画形成すると共にリニアモータ(15)の駆動コ
イル(18)に連結されたピストン(7)とを備え、リニアモ
ータ(15)の駆動に伴ってピストン(7)が固定側部材(3)に
対して往復移動して圧縮空間(8)でガスを周期的に圧縮
するようにした振動型圧縮機を前提としている。上記固
定側部材(3)に、駆動コイル(18)の一側面に対向配置さ
れた磁石(16)を支持する磁石支持部材(6)と、一部分が
上記駆動コイル(18)の他側面に対向し磁石(16)との間で
磁気ギャップを形成すると共に磁石支持部材(6)とによ
り磁気回路を形成する継鉄部材(4)と、上記磁石支持部
材(6)及び継鉄部材(4)の内周側に位置してピストン(7)
の外周面に略接触する筒状のシリンダ部材(5)とを備え
させる。また、上記シリンダ部材(5)の外面に外周側に
突出する突出部(5a)を備えさせ、該突出部(5a)を上記継
鉄部材(4)及び磁石支持部材(6)により支持することでシ
リンダ部材(5)のピストン往復方向及び該方向に直交す
る方向の位置決めをなす構成としている。

【００１２】この特定事項により、リニアモータ(15)が
駆動すると、ピストン(7)が固定側部材(3)に対して往復
移動して圧縮空間(8)でガスを周期的に圧縮することに
なる。また、固定側部材(3)は、磁石支持部材(6)、継鉄
部材(4)及びシリンダ部材(5)から成っているので、これ
らを互いに別材料で構成することが可能である。更に、
シリンダ部材(5)が本来のシリンダとして機能すること
になり、このシリンダ部材(5)は継鉄部材(4)及び磁石支
持部材(6)により位置決めされているため、従来のスリ
ーブを設けたもののような軸心のずれが生じることもな
い。また、磁気回路を形成する固定側部材(3)と磁石支
持部材(6)とは磁石(16)の磁力によって一体化され、シ
リンダ部材(5)はこれら一体化された固定側部材(3)及び
磁石支持部材(6)により支持されていることで、これら
３者は一体化されている。このため、これらを一体化す
るためのボルトは必要なく、それに伴ってボルト孔を形
成しておく必要もない。その結果、ボルト孔に残存する
空気が原因で不純物が発生する可能性もなくなる。

【００１３】請求項２記載の発明は、シリンダ部材(5)
の突出部(5a)を継鉄部材(4)及び磁石支持部材(6)により
支持する構成を具体化したものである。つまり、上記請
求項１記載の振動型圧縮機において、継鉄部材(4)に、
内面がシリンダ部材(5)の外面に当接すると共にピスト
ン往復方向に面する一側面がシリンダ部材(5)の突出部
(5a)の一端面に当接する当接部(4d)を備えさせる。ま
た、磁石支持部材(6)に、内面がシリンダ部材(5)の外面
に当接すると共にピストン往復方向に面する一側面がシ
リンダ部材(5)の突出部(5a)の他端面に当接して該突出
部(5a)を上記継鉄部材(4)の当接部(4d)との間で挟持す
る挟持部(6b)を備えさせた構成としている。

【００１４】この特定事項により、シリンダ部材(5)
は、外周面が継鉄部材(4)の当接部(4d)及び磁石支持部
材(6)の挟持部(6b)の各内面に当接することでピストン
往復方向に直交する方向の位置決めがされる。また、シ
リンダ部材(5)のピストン往復方向の位置決めは、突出
部(5a)の一端面が継鉄部材(4)の当接部(4d)の一側面に
当接し、突出部(5a)の他端面が磁石支持部材(6)の挟持
部(6b)の一側面に当接することによってなされる。

【００１５】請求項３記載の発明は、上記請求項２記載
の振動型圧縮機において、継鉄部材(4)に、シリンダ部
材(5)の突出部(5a)の外径寸法に一致した内径寸法を有
する凹嵌部(4e)を形成する。また、磁石支持部材(6)の
挟持部(6b)の外径寸法を継鉄部材(4)の凹嵌部(4e)の内
径寸法に一致させる。シリンダ部材(5)の突出部(5a)を
継鉄部材(4)と磁石支持部材(6)とによって挟持した状態
では、継鉄部材(4)の凹嵌部(4e)にシリンダ部材(5)の突
出部(5a)及び磁石支持部材(6)の挟持部(6b)が嵌込まれ
る構成としている。

【００１６】この特定事項により、継鉄部材(4)の凹嵌
部(4e)に対してシリンダ部材(5)の突出部(5a)及び磁石
支持部材(6)の挟持部(6b)を順に嵌込むことにより、シ
リンダ部材(5)の突出部(5a)を継鉄部材(4)と磁石支持部
材(6)との間で挟持させることができる。この状態で
は、シリンダ部材(5)の突出部(5a)及び磁石支持部材(6)
の挟持部(6b)の各外周面が継鉄部材(4)の凹嵌部(4e)の
内周面に当接しており、これら３者を「がたつき」なく
組み付けることが可能である。

【００１７】請求項４記載の発明は、対向ピストン式の
振動型圧縮機に適用した場合である。つまり、上記請求
項２記載の振動型圧縮機において、ピストン嵌装孔(11)
に、一対のピストン(7,7)を対向した状態で嵌装し、リ
ニアモータ(15,15)が、各ピストン(7,7)を互いに同期し
て接離させるように駆動する構成とする。また、各リニ
アモータ(15,15)の磁石(16,16)を支持する一対の磁石支
持部材(6,6)のうち一方の磁石支持部材(6)のみに挟持部
(6b)を形成し、この挟持部(6b)と継鉄部材(4)の当接部
(4b)との間でシリンダ部材(5)の突出部(5a)を挟持する
構成としている。

【００１８】この特定事項により、一方の磁石支持部材
(6)のみを利用して継鉄部材(4)との間でシリンダ部材
(5)の突出部(5a)を挟持することになる。つまり、他方
の磁石支持部材(6)には特別な加工を必要とせず、従来
の形状のものがそのまま使用できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】（実施形態１） −圧縮機の全体構成の説明− 図１は本発明の実施形態１に係るスターリング冷凍機用
の振動型圧縮機(A)を示している。この圧縮機(A)は図示
しない従来公知のフリーディスプレーサ型膨張機と組み
合わされて冷凍機を構成する。

【００２０】本圧縮機(A)は水平左右方向に延びる密閉
円筒状のハウジング(1)を有する。このハウジング(1)
は、左右方向の中心線を有する円筒壁部(1a)と、この円
筒壁部(1a)の両端開口部を気密状に閉塞する円板壁部(1
b,1b)とからなる。ハウジング(1)内には、固定側部材
(3)と、該固定側部材(3)との間で圧縮空間(8)を形成す
る一対のピストン(7,7)を備えた可動部材(20)とが収容
されている。

【００２１】本形態の固定側部材(3)は、継鉄部材(4)、
シリンダ部材(5)、一対の磁石支持部材(6,6)が一体的に
組み付けられてなっている。

【００２２】継鉄部材(4)は外周面がハウジング(1)の円
筒壁部(1a)の内面に固定された略筒状の部材で成る。こ
の継鉄部材(4)は、円筒壁部(1a)の内面に当接する大径
部(4a)と、軸線方向の略中央部に位置する小径部(4b)
と、この大径部(4a)と小径部(4b)とを連結する一対の連
結部(4c,4c)とを備えている。上記小径部(4b)の内径(図
２における寸法t1)はピストン(7)の外径よりも所定寸法
だけ大きく設定されている。また、この小径部(4b)の内
周面における軸線方向の一端縁部（図１における左側縁
部）には、内周側に向かって突出して後述するシリンダ
部材(5)の突出部(5a)が当接可能な当接部(4d)が形成さ
れている。この当接部(4d)の内径(図２における寸法t2)
はピストン(7)の外径よりも僅かに大きく設定されてい
る。これにより、継鉄部材(4)には、小径部(4b)及び当
接部(4d)によって本発明でいう凹嵌部(4e)が形成されて
いる。

【００２３】シリンダ部材(5)は、内径寸法(図２におけ
る寸法t3)が上記ピストン(7)の外径寸法に略一致した筒
状の部材で成る。このシリンダ部材(5)の外径寸法は上
記継鉄部材(4)の当接部(4d)の内径寸法(t2)に一致して
いる。また、このシリンダ部材(5)の軸線方向の略中央
部には外周面が外周側に断面矩形状に突出して成る突出
部(5a)が形成されている。この突出部(5a)の外径寸法
は、上記継鉄部材(4)の小径部(4b)の内径寸法(t1)に一
致している。

【００２４】各磁石支持部材(6,6)は、後述する各リニ
アモータ(15,15)の駆動磁石(16,16)を支持する円筒状の
部材で成る。この磁石支持部材(6)の内径寸法は上記シ
リンダ部材(5)の外径寸法(t2)に一致している。また、
この磁石支持部材(6)の外径寸法(図２における寸法t4)
は上記継鉄部材(4)の大径部(4a)の内面との間に所定間
隔を存するように設定されている。この磁石支持部材
(6)の外周面には駆動磁石(16)を支持するための段部(6
a)が形成されている。特に、図１における右側の磁石支
持部材(6)の一端縁部（図１の左側縁部）には、内周側
部分のみに設けられ上記継鉄部材(4)の当接部(4d)との
間でシリンダ部材(5)の突出部(5a)を挟持するための挟
持部(6b)が一体形成されている。この挟持部(6b)は外径
寸法が上記継鉄部材(4)の小径部(4b)の内径寸法(t1)に
一致している。

【００２５】このように各部材(4,5,6)の形状が設定さ
れており、シリンダ部材(5)は、その突出部(5a)が継鉄
部材(4)の当接部(4d)に当接されるように配置され、右
側の磁石支持部材(6)は挟持部(6b)がシリンダ部材(5)の
突出部(5a)を継鉄部材(4)の当接部(4d)に向かって抑え
込むようにシリンダ部材(5)及び継鉄部材(4)に組み付け
られている。つまり、シリンダ部材(5)の突出部(5a)が
継鉄部材(4)の当接部(4d)と磁石支持部材(6)の挟持部(6
b)との間に挟持された構成となっている。このようにし
て固定側部材(3)が構成され、シリンダ部材(5)の内部に
ピストン嵌装孔(11)が形成されることになる。

【００２６】また、上記継鉄部材(4)及び磁石支持部材
(6)は純鉄等の磁性材料からなっていて磁気回路を形成
するためのヨーク（継鉄）を構成している。一方、シリ
ンダ部材(5)はピストン(7)との間の摩擦係数を小さくす
るような摺動材料によって構成されている。

【００２７】上記シリンダ部材(5)内には略円筒状の左
右１対のピストン(7,7)がそれぞれ先端側を対向させた
状態で摺動可能に嵌装され、この両ピストン(7,7)間の
シリンダ部材(5)により囲まれた部分が圧縮空間(8)とさ
れている。上記シリンダ部材(5)の突出部(5a)の一部に
は半径方向に貫通するガス通路(9)が形成されている。
このガス通路(9)の内端は圧縮空間(8)に常時連通してい
る。また、ハウジング(1)の円筒壁部(1a)及び継鉄部材
(4)の小径部(4b)には連絡配管(10)の一端が挿通され、
該連絡配管(10)がガス通路(9)に連通している。これに
より、圧縮空間(8)は連絡配管(10)を介して図外の膨張
機に連通している。また、この連絡配管(10)の先端部に
おけるシリンダ部材(5)との間にはＯリングが備えら
れ、連絡配管(10)外周面とシリンダ部材(5)との間から
の流体漏れを防止している。連絡配管(10)にはフランジ
部(10a)が設けられ、該フランジ部(10a)がハウジング
(1)の円筒壁部(1a)外周面に当接している。この当接部
分にもＯリングが備えられ流体漏れを防止している。

【００２８】上記左右のピストン(7,7)はそれぞれ各ピ
ストン(7,7)を往復駆動する駆動源としてのリニアモー
タ(15,15)に駆動連結している。この各リニアモータ(1
5)は、上記磁石支持部材(6)の段部(6a)に嵌合固定され
た環状の永久磁石からなる駆動磁石(16)を有し、磁石支
持部材(6)及び継鉄部材(4)をヨークとして駆動磁石(16)
外周面と継鉄部材(4)の大径部(4a)の内周面との間の空
間からなる磁気ギャップに所定強度の磁界（静止磁場）
を発生させる。

【００２９】上記各ピストン(7)はその背面側つまり固
定側部材(3)中央と反対側端部から半径方向外側に延び
るフランジ部(7a)を有する。このフランジ部(7a)の外周
には、リニアモータ(15)の駆動部としての円筒状ボビン
(17)が基端側にて移動一体に結合されている。このボビ
ン(17)は、ピストン(7)と同心状にハウジング中央側に
延びかつ先端部が上記駆動磁石(16)外周面と継鉄部材
(4)の大径部(4a)内周面との間の磁気ギャップに左右方
向に往復動可能に配置されている。ボビン(17)の先端寄
り外周には上記駆動磁石(16)と対応した位置に電磁コイ
ルからなる駆動コイル(18)が巻回されている。そして、
上記ボビン(17)及びピストン(7)（詳細には駆動コイル
(18)や後述の補助コイル(28)等の可動部分全体を含む）
で可動部材(20)が構成され、この可動部材(20)は固定側
部材(3)に対し相対移動可能とされている。また、各駆
動コイル(18)はそれぞれハウジング(1)の各円板壁部(1
b)に絶縁状態で貫通支持した図示しない１対の駆動電流
導入端子を介して駆動電源に接続されており、この駆動
電源から両リニアモータ(15,15)の駆動コイル(18,18)に
同期して所定周波数の交流を各々の駆動電流導入端子を
経て供給することにより、両ピストン(7,7)を共振周波
数で互いに接離するように逆方向に往復動させて、圧縮
空間(8)で所定周期のガス圧を発生させるように構成さ
れている。

【００３０】また、上記各可動部材(20)が固定部材(3)
に対し所定の中立位置を基準に往復動するように電磁力
からなる付勢力を可動部材(20)に与える中立位置付勢機
構(27)が設けられている。この各中立位置付勢機構(27)
は、上記各リニアモータ(15)におけるボビン(17)外周の
所定位置に上記駆動コイル(18)と左右に隣接して巻き付
けられた電磁コイルからなる１対の補助コイル(28,28)
を有する。左側の各補助コイル(28)はハウジング(1)の
左側円板壁部(1b)に絶縁状態で貫通支持した図示しない
１対の付勢電流導入端子を介して、また右側の各補助コ
イル(28)は右側円板壁部(1b)に同様に貫通支持した付勢
電流導入端子を介してそれぞれ直流電源に接続されてい
る。そして、直流電源から各リニアモータ(15)のボビン
(17)上における補助コイル(28,28)に直流を供給し、そ
の各補助コイル(28)による電流とリニアモータ(15)の駆
動磁石(16)による磁界との間で作用する電磁力からなる
付勢力を可動部材(20)に与え、この付勢力によって各可
動部材(20)をシリンダ(3)に対し所定の中立位置を基準
に往復動させるようにしている。

【００３１】また、各ピストン(7)はコイルスプリング
(30)によって支持されている。以下、この支持構造につ
いて説明する。ハウジング(1)の円板壁部(1b)にはコイ
ルスプリング(30)を支持するための支持部材(31)が取り
付けられている。この支持部材(31)は、小径の筒状で成
るシャフト部(31a)と、該シャフト部(31a)の軸方向外側
端に形成されたフランジ部(31b)とを備え、このフラン
ジ部(31b)が円板壁部(1b)の内面に締結されている。上
記シャフト部(31a)の先端部にはスプリング止め部材(31
c)がネジ止めされている。一方、ボビン(17)の内周側端
部には円筒状のスプリング止め部(17a)が形成されてい
る。このスプリング止め部材(31c)及びスプリング止め
部(17a)の外周面にはコイルスプリング(30)を装着する
ための溝が形成されている。コイルスプリング(30)は、
シャフト部(31a)の外周囲に配置され、一端がスプリン
グ止め部材(31c)に、他端がスプリング止め部(17a)にそ
れぞれ装着される。つまり、このコイルスプリング(30)
は、支持部材(31)とボビン(17)との間に架設されて、固
定側がピストン(7)の内部の先端側に位置し、可動側が
ピストン(7)の内部の基端側に位置している。これによ
ってピストン(7)が弾性支持されている。

【００３２】−固定側部材の組み付け作業の説明− 次に、本装置の組み立て時における継鉄部材(4)、シリ
ンダ部材(5)、磁石支持部材(6)の組み付け作業について
説明する。先ず、継鉄部材(4)にシリンダ部材(5)を組み
付ける。この際、継鉄部材(4)の中央開口に対しシリン
ダ部材(5)を図１の右側から挿入する。これにより、シ
リンダ部材(5)の突出部(5a)が継鉄部材(4)の凹嵌部(4e)
に嵌込まれ、一端面が当接部(4d)の側面に当接すると共
に、シリンダ部材(5)の突出部(5a)の外周面が継鉄部材
(4)の小径部(4b)の内周面に当接する。

【００３３】その後、磁石支持部材(6)の組み付け作業
に移る。この作業では、駆動磁石(16)が取り付けられた
一対の磁石支持部材(6,6)のうち図１における左側の磁
石支持部材(6)をシリンダ部材(5)に対して左側から装着
し、磁石支持部材(6)の端面を継鉄部材(4)の当接部(4d)
に当接する。一方、図１における右側の磁石支持部材
(6)にあっては、シリンダ部材(5)に対し挟持部(6b)側か
ら装着し、この挟持部(6b)を継鉄部材(4)の凹嵌部(4e)
に嵌込み、シリンダ部材(5)の突出部(5a)に当接する位
置まで挿入する。これにより、挟持部(6b)は先端面がシ
リンダ部材(5)の突出部(5a)に、内周面がシリンダ部材
(5)の外周面に、外周面が継鉄部材(4)の小径部(4b)内周
面にそれぞれ当接した状態で嵌込まれることになる。つ
まり、シリンダ部材(5)の突出部(5a)が継鉄部材(4)の当
接部(4d)と磁石支持部材(6)の挟持部(6b)との間で挟持
された状態となる。この状態では、継鉄部材(4)と磁石
支持部材(6)とにより磁気回路が形成され、この両者は
磁石(16)の磁力によって一体化される。このため、この
両者間に挟持されているシリンダ部材(5)も、これら継
鉄部材(4)及び磁石支持部材(6)に一体化されることにな
る。このため、シリンダ部材(5)は、ピストン往復方向
及び該方向に直交する方向の位置決めがなされ、これら
３者は比較的簡単な組み付け作業によって「がたつき」
なしに一体化される。また、本形態の場合、図１の左側
の磁石支持部材(6)には特別な加工を必要とせず、従来
の形状のものがそのまま使用可能である。つまり、従来
の圧縮機の構成に対して必要最小限の改良によって固定
側部材(3)を構成する各部材が一体化できる。

【００３４】−圧縮動作の説明− 次に、本実施形態の作動について説明する。冷凍機の運
転開始に伴い、圧縮機(A)における両リニアモータ(15,1
5)の駆動コイル(18,18)に駆動電源から所定周波数の交
流が同期して通電される。この通電に伴い、駆動コイル
(18)及び駆動磁石(16)による磁界間の作用により、ボビ
ン(17)及びピストン(7)からなる両可動部材(20,20)が各
々の中立位置から互いに接離するように逆向きに往復動
し、両ピストン(7,7)の接離により圧縮空間(8)の容積が
増減変化し、この圧縮空間(8)内に所定周期の圧力波が
生じる。この圧縮空間(8)は連結管(10)を介して膨張機
に連通しているため、膨張機ではディスプレーサが上記
圧縮空間(8)の圧力波と同じ周期で往復動してその膨張
空間でのガスの膨張により寒冷が生じ、このディスプレ
ーサの往復動の繰返しによりシリンダ先端のコールドヘ
ッドが極低温レベルに冷却される。

【００３５】そのとき、上記各可動部材(20,20)は中立
位置付勢機構(27)によって中立位置を基準に往復動可能
に保持される。すなわち、各リニアモータ(15)のボビン
(17)に１対の補助コイル(28,28)が巻き付けられ、この
各補助コイル(28)に直流電源から直流電流が供給される
ことで、各補助コイル(28,28)に流れた電流とリニアモ
ータ(15)の駆動磁石(16)の磁界との相互作用により、各
補助コイル(28,28)が駆動磁石(16)から磁気ギャップか
ら押し出される方向の力を受ける。つまり、各リニアモ
ータ(15)の駆動により各可動部材(20,20)が中立位置か
ら往復動して、その往動により一方の補助コイル(28)が
磁気ギャップ中に移動すると、この補助コイル(28)が受
ける力により可動部材(20)が復動方向に付勢され、逆に
各可動部材(20,20)が復動方向に移動して他方の補助コ
イル(28)が磁気ギャップ中に移動すると、その補助コイ
ル(28)の受ける力により可動部材(20)が往動方向に付勢
される。このように各補助コイル(28)の受ける力により
可動部材(20)が補助コイル(28)と共に磁気ギャップから
押し出される方向に付勢されるので、その可動部材(20)
は所定の往復動中立位置に駆動される。

【００３６】また、１対の可動部材(20,20)が各々に連
結したリニアモータ(15,15)により互いに同期して接離
するので、各可動部材(20)の往復動に伴う振動は、それ
とは逆方向に同期して移動する他方の可動部材(20)の往
復動によって相殺され、圧縮機(A)の振動の発生を低減
することができる。

【００３７】−本実施形態の効果− 以上説明したように、本形態では、継鉄部材(4)、シリ
ンダ部材(5)、一対の磁石支持部材(6,6)を一体的に組み
付けて固定側部材(3)を成し、シリンダ部材(5)を固定側
部材(3)と継鉄部材(4)とで挟持すると共に、これらを磁
力を利用して一体化している。このため、継鉄部材(4)
とシリンダ部材(5)とを異なる材料によって形成するこ
とができる。従って、これらに対する材料選択の自由度
の向上を図ることができる。また、従来のシリンダ内面
にスリーブを備えさせたもののように、Ｏリングの存在
によって各部材の軸心がずれてしまい、摺動損失の増加
によって運転効率の低下や装置寿命の短縮を招くといっ
たことがなくなる。つまり、各部材を高い精度で組み付
けることが可能になり、運転効率の向上及び装置の長寿
命化を図ることができる。また、従来のようにスリーブ
をシリンダにボルト止めするためのボルト孔を必要とす
ることがないので、このボルト孔内に残存した空気によ
って不純物が発生し圧縮機の駆動に支障を来してしまう
といった状況も回避でき装置の信頼性の向上を図ること
ができる。

【００３８】尚、本形態の圧縮機(A)は、ピストン(7,7)
が水平方向に往復移動する水平型のものに本発明を適用
した場合について説明したが、ピストン(7,7)が鉛直方
向に往復移動する垂直型のものに適用することも可能で
ある。

【００３９】また、本形態では、シリンダ部材(5)の突
出部(5a)を継鉄部材(4)と磁石支持部材(6)との間で挟持
するようにしたが、継鉄部材(4)に当接部(4d)を設け
ず、左右の磁石支持部材(6,6)間で突出部(5a)を挟持す
るようにしてもよい。

【００４０】（実施形態２）図３は本発明の実施形態２
を概略的に示し、可動部材(20)が上下方向に移動するシ
ングルピストン式の振動型圧縮機に適用したものであ
る。ここでは、実施形態１との相違点について説明す
る。

【００４１】本実施形態の圧縮機(A)は、ハウジング(1)
が上下方向の中心線を有し、このハウジング(1)内の下
部に固定側部材(3)が上下方向の中心線を持って配設さ
れている。本形態の固定側部材(3)も上述した実施形態
１と同様に、継鉄部材(4)、シリンダ部材(5)、磁石支持
部材(6)により構成されており、シリンダ部材(5)に形成
された突出部(5a)が継鉄部材(4)の当接部(4d)と磁石支
持部材(6)の挟持部(6b)との間で挟持されて、これら三
者が一体化されている。継鉄部材(4)及びシリンダ部材
(5)の中心部に連絡配管(10)が挿通されて圧縮空間(8)と
図示しない膨張機とを連絡している。

【００４２】また、本形態の圧縮機(A)では、補助コイ
ルを備えておらず、またコイルスプリング(30)はピスト
ン(7)の背面とハウジング(1)内の上面との間に架設され
ている。

【００４３】このような構成によっても上述した実施形
態１と同様の効果を奏することができる。

【００４４】尚、本形態の圧縮機は、ピストン(7)が垂
直方向に往復移動する垂直型のものに本発明を適用した
場合について説明したが、ピストン(7)が水平方向に往
復移動する水平型のものに適用することも可能である。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では以下に
述べるような効果が発揮される。請求項１の発明では、
振動式圧縮機の固定側部材(3)を、磁石支持部材(6)、継
鉄部材(4)及びシリンダ部材(5)で成し、シリンダとして
機能する部分とヨークとして機能する部分とを個別に構
成すると共に、リニアモータ(15)の磁石(16)の磁力を利
用してこれら各部材を一体化できるようにした。このた
め、シリンダとして機能する部分とヨークとして機能す
る部分とを別材料によって形成することができ、これら
に対する材料選択の自由度の向上を図ることができる。
また、シリンダ部材(5)が本来のシリンダとして機能す
ることになり、このシリンダ部材(5)は継鉄部材(4)及び
磁石支持部材(6)により位置決めされているため、従来
のスリーブを設けたもののような軸心のずれが生じるこ
とはなくなり、摺動損失の低下に伴う運転運転効率の向
上及び装置の長寿命化を図ることができる。更には、磁
気回路を形成する固定側部材(3)と磁石支持部材(6)とは
磁石(16)の磁力によって一体化され、シリンダ部材(5)
はこれら一体化された固定側部材(3)及び磁石支持部材
(6)により支持されていることで、これら３者は一体化
されているので、これら一体化のためのボルトは必要な
く、それに伴ってボルト孔を形成しておく必要もない。
その結果、ボルト孔に残存する空気が原因で不純物が発
生する可能性もなくなり該不純物により圧縮機の駆動に
支障を来してしまうといった状況も回避できて装置の信
頼性の向上を図ることができる。

【００４６】請求項２記載の発明では、シリンダ部材
(5)を継鉄部材(4)及び磁石支持部材(6)により支持する
構成として、シリンダ部材(5)の外面に当接すると共に
該シリンダ部材(5)の突出部(5a)を挟み込むように、継
鉄部材(4)には当接部(4d)を、磁石支持部材(6)には挟持
部(6b)をそれぞれ設けた。このため、シリンダ部材(5)
をピストン往復方向及び該方向に直交する方向に位置決
めするための構成が具体化でき実用化を図ることができ
る。

【００４７】請求項３記載の発明では、継鉄部材(4)に
形成した凹嵌部(4e)にシリンダ部材(5)の突出部(5a)及
び磁石支持部材(6)の挟持部(6b)を嵌込むことによって
これら３者を一体化するようにした。このため、比較的
簡単な組み付け作業によって、これら３者を「がたつ
き」なしに一体化することができる。

【００４８】請求項４記載の発明では、対向ピストン式
の振動型圧縮機に適用した場合であって、各リニアモー
タ(15,15)の磁石(16,16)を支持する一対の磁石支持部材
(6,6)のうち一方の磁石支持部材(6)のみに挟持部(6b)を
形成し、この挟持部(6b)と継鉄部材(4)の当接部(4b)と
の間でシリンダ部材(5)の突出部(5a)を挟持する構成と
した。このため、一方の磁石支持部材(6)のみを利用し
て継鉄部材(4)との間でシリンダ部材(5)の突出部(5a)を
挟持することができ、他方の磁石支持部材(6)には特別
な加工を必要とせず、従来の形状のものがそのまま使用
可能である。つまり、従来の圧縮機の構成に対して必要
最小限の改良によって本発明に係る効果を奏する構成を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る振動型圧縮機を示す
断面図である。

【図２】固定部材を構成する各部材の寸法を説明するた
めの図である。

【図３】本発明の実施形態２に係る振動型圧縮機を示す
図１相当図である。

【図４】振動型圧縮機の従来例を示す断面図である。

【図５】振動型圧縮機の他の従来例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

(A) 振動型圧縮機 (1) ハウジング (3) 固定側部材 (4) 継鉄部材 (4d) 当接部 (4e) 凹嵌部 (5) シリンダ部材 (5a) 突出部 (6) 磁石支持部材 (6b) 挟持部 (7) ピストン (8) 圧縮空間 (11) ピストン嵌装孔 (15) リニアモータ (16) 駆動磁石 (18) 駆動コイル

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング(1)内に固定されると共にピ
   ストン嵌装孔(11)を有する固定側部材(3)と、上記ピス
   トン嵌装孔(11)に嵌装されて固定側部材(3)との間で圧
   縮空間(8)を区画形成すると共にリニアモータ(15)の駆
   動コイル(18)に連結されたピストン(7)とを備え、リニ
   アモータ(15)の駆動に伴ってピストン(7)が固定側部材
   (3)に対して往復移動して圧縮空間(8)でガスを周期的に
   圧縮するようにした振動型圧縮機において、 上記固定側部材(3)は、駆動コイル(18)の一側面に対向
   配置された磁石(16)を支持する磁石支持部材(6)と、一
   部分が上記駆動コイル(18)の他側面に対向し磁石(16)と
   の間で磁気ギャップを形成すると共に磁石支持部材(6)
   とにより磁気回路を形成する継鉄部材(4)と、上記磁石
   支持部材(6)及び継鉄部材(4)の内周側に位置してピスト
   ン(7)の外周面に略接触する筒状のシリンダ部材(5)とを
   備え、 上記シリンダ部材(5)の外面は外周側に突出する突出部
   (5a)を備え、 このシリンダ部材(5)は、突出部(5a)が上記継鉄部材(4)
   及び磁石支持部材(6)により支持されてピストン往復方
   向及び該方向に直交する方向の位置決めがなされている
   ことを特徴とする振動型圧縮機。
2. 【請求項２】 請求項１記載の振動型圧縮機において、 継鉄部材(4)は、内面がシリンダ部材(5)の外面に当接す
   ると共にピストン往復方向に面する一側面がシリンダ部
   材(5)の突出部(5a)の一端面に当接する当接部(4d)を備
   えており、 磁石支持部材(6)は、内面がシリンダ部材(5)の外面に当
   接すると共にピストン往復方向に面する一側面がシリン
   ダ部材(5)の突出部(5a)の他端面に当接して該突出部(5
   a)を上記継鉄部材(4)の当接部(4d)との間で挟持する挟
   持部(6b)を備えていることを特徴とする振動型圧縮機。
3. 【請求項３】 請求項２の振動型圧縮機において、 継鉄部材(4)には、シリンダ部材(5)の突出部(5a)の外径
   寸法に一致した内径寸法を有する凹嵌部(4e)が形成され
   る一方、磁石支持部材(6)の挟持部(6b)は、継鉄部材(4)
   の凹嵌部(4e)の内径寸法に一致した外径寸法を有してお
   り、シリンダ部材(5)の突出部(5a)を継鉄部材(4)と磁石
   支持部材(6)とによって挟持した状態では、継鉄部材(4)
   の凹嵌部(4e)にシリンダ部材(5)の突出部(5a)及び磁石
   支持部材(6)の挟持部(6b)が嵌込まれていることを特徴
   とする振動型圧縮機。
4. 【請求項４】 請求項２の振動型圧縮機において、 ピストン嵌装孔(11)に、一対のピストン(7,7)が対向し
   た状態で嵌装され、 リニアモータ(15,15)は、各ピストン(7,7)を互いに同期
   して接離させるように駆動し、 各リニアモータ(15,15)の磁石(16,16)を支持する一対の
   磁石支持部材(6,6)のうち一方の磁石支持部材(6)のみに
   挟持部(6b)が形成されており、この挟持部(6b)と継鉄部
   材(4)の当接部(4b)との間でシリンダ部材(5)の突出部(5
   a)が挟持されていることを特徴とする振動型圧縮機。