JP3289483B2 - ガス圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリンダ内で往復移動
するピストンにより、シリンダ内のガスを圧縮して圧縮
波を発生させるガス圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のガス圧縮機として、例え
ば特開平５−５５０３０号公報に開示されたものが知ら
れている。該ガス圧縮機は、円筒状のケーシング内にシ
リンダを一体に設け、該シリンダ内に一対のピストンを
往復移動可能に嵌挿し、該両ピストンをそれぞれコイル
ばねでシリンダ内の中立位置に位置付けるように付勢し
ておき、上記シリンダ内における上記両ピストンで挟ま
れた空間に圧縮室を区画形成したものである。また、上
記ケーシング内周面にリニアモータの永久磁石を設ける
一方、上記ピストンにコイルを設けており、上記永久磁
石とコイルとの相互作用によって上記両ピストンを駆動
し、互いに逆方向に同期して往復移動させることによ
り、圧縮室内のガスを同時に圧縮して圧縮波を発生させ
るようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の圧
縮機の場合、上記ピストンはコイルばねを介してケーシ
ングと接触していると共にシリンダはケーシングと一体
となっている等、振動および内部の騒音が直接ケーシン
グに伝播する箇所が多いため、ガス圧縮機に大きな振動
や騒音が発生するという問題があった。

【０００４】また、シリンダをケーシングに一体化する
場合、ケーシングとは別体のシリンダをケーシングに嵌
挿することが通常行われているが、両部材の嵌合面全面
にわたって互いに密着させることは難しいため、両部材
間にわずかな隙間が生じ易く、この隙間が両部材の衝突
を引き起こして新たな振動および騒音の発生源になると
いう問題があった。そこで、従来は、上記隙間による振
動等の発生を防止するために、嵌合面全面の高精度の加
工および嵌合面への接着剤の塗布を行っていたが、製造
コストがかさむ原因となっていた。

【０００５】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あって、その目的とするところは、加振源となるピスト
ン、シリンダ等の作動機械をブロック化した作動機械ブ
ロックを形成し、該作動機械ブロックからケーシングに
振動および騒音が伝播するのを抑制することにより、低
コストでガス圧縮機の振動および騒音を低減するもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明が講じた解決手段は、圧縮機と
して、シリンダ（１１）と、該シリンダ（１１）内に往
復移動可能に嵌挿され、該シリンダ（１１）内のガスを
圧縮して圧縮波を発生させるピストン（２５）と、該ピ
ストン（２５）を上記シリンダ（１１）内の中立位置に
位置付けるように付勢するばね部材（３１）と、上記ピ
ストン（２５）を駆動するリニアモータ（４７）とを備
える。上記シリンダ（１１）、ピストン（２５）、ばね
部材（３１）およびリニアモータ（４７）は一体に組み
合わされることによって作動機械ブロック（３）を構成
し、該作動機械ブロック（３）をケーシング（１）内に
収容する。上記作動機械ブロック（３）をその一部で上
記ケーシング（１）に保持する一方、他部を所定の間隔
をおいて上記ケーシング（１）から離間させる。

【０００７】また、上記作動機械ブロック（３）の一部
と上記ケーシング（１）との間にゴム弾性体（５５）を
介設する。

【０００８】請求項２に係る発明が講じた解決手段は、
請求項１記載のガス圧縮機において、上記作動機械ブロ
ック（３）の他部と上記ケーシング（１）との間に、両
者の間隔を一定に保つためのゴム弾性体から成るスペー
サ（５７）を介設する。

【０００９】請求項３に係る発明が講じた解決手段は、
請求項１または請求項２記載のガス圧縮機において、上
記ピストン（２５）を一対設け、該一対のピストン（２
５），（２５）をそれぞれ上記シリンダ（１１）に往復
移動可能に嵌挿しており、該シリンダ（１１）内におけ
る上記両ピストン（２５），（２５）で挟まれた空間に
圧縮室（３３）を区画形成し、上記両ピストン（２
５），（２５）で上記圧縮室（３３）のガスを同時に圧
縮して圧縮波を発生させるように構成する。

【００１０】

【作用】上記の構成により、請求項１に係る発明では、
作動機械ブロック（３）がその一部でケーシング（１）
に保持されている一方、他部が所定の間隔をおいてケー
シング（１）から離間しているので、作動機械ブロック
（３）とケーシング（１）との間の振動伝達面積が減少
し、伝播する振動および騒音が減少する。

【００１１】また、ゴム弾性体（５５）により、作動機
械ブロック（３）の一部から伝播する振動等がさらに減
少すると共に、作動機械ブロック（３）がケーシング
（１）に直接接触しなくなり、高精度の加工および接着
剤の塗布が必要なくなる。

【００１２】また、請求項２に係る発明では、スペーサ
（５７）により、作動機械ブロック（３）とケーシング
（１）との間の間隔が一定に保持され、両者の接触が回
避されると共に、作動機械ブロック（３）の他部から伝
播する振動等が減少する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。

【００１４】図１は本発明の一実施例に係る縦形のガス
圧縮機（Ａ）を示す。該ガス圧縮機（Ａ）は、一対のピ
ストンが対向するように配置された対向ピストン型であ
って、スターリング冷凍機に使用されるものである。該
スターリング冷凍機は、上記ガス圧縮機（Ａ）の他に、
図示しないフリーディスプレーサ型膨脹機を備えてい
る。該フリーディスプレーサ型膨脹機は、ヘリウムから
成る冷媒ガスが充填された膨脹室および作動室と、該作
動室の容積変化によって往復移動して上記膨脹室の容積
を変化させるディスプレーサとを備え、上記ガス圧縮機
（Ａ）から作動室に伝播した所定周期の圧縮波によりデ
ィスプレーサが往復移動し、膨脹室の冷媒ガスを膨脹さ
せて極低温レベルにまで冷却するようになっている。

【００１５】上記ガス圧縮機（Ａ）の構造を図１に基づ
いて詳述すると、（１）はその軸線（ｍ）が上下方向に
配置された密閉円筒状のケーシングであり、（３）は該
ケーシング（１）内に収容された密閉円筒状の作動機械
ブロックであり、該作動機械ブロック（３）の軸線
（ｎ）は上記ケーシング（１）の軸線（ｍ）と同軸に配
置されている。上記ケーシング（１）は、上端が開口す
る有底円筒状のケーシング本体（５）と、該ケーシング
本体（５）の開口を塞ぐ天板（７）とから成る。

【００１６】上記作動機械ブロック（３）は、上下一対
の支持体（９），（９）と、該両支持体（９），（９）
に挟持されたシリンダ（１１）と、上側支持体（９）の
上側懸下板（１３）と、下側支持体（９）の下側懸下板
（１５）とを備えている。

【００１７】上記シリンダ（１１）は、上記両支持体
（９），（９）と接続される外筒部（１７）と、該外筒
部（１７）と同心に配置された内筒部（１９）と、該両
筒部（１７），（１９）を連結する連結部（２１）とを
備えている。上記内筒部（１９）には、上記軸線（ｎ）
と同心にピストン挿通孔（２３）が設けられており、該
ピストン挿通孔（２３）には一対のピストン（２５），
（２５）が往復移動可能に嵌挿されている。各ピストン
（２５）の懸下板側の端部にはピストン側ホルダ（２
７）が設けられている一方、対応する各ピストン（２
５）と対面する上記両懸下板（１３），（１５）内面の
中央部にはケーシング側ホルダ（２９）が設けられてお
り、上記両ホルダ（２７），（２９）にコイルばね（３
１）の両端部が固定され、該コイルばね（３１）によっ
てピストン（２５）は内筒部（１９）内の中立位置に位
置付けされるように付勢されている。

【００１８】上記シリンダ（１１）のピストン挿通孔
（２３）内における、上記両ピストン（２５），（２
５）によって挟まれた空間には圧縮室（３３）が形成さ
れている。また、シリンダ（１１）内周面の圧縮室（３
３）形成部位からシリンダ（１１）外周面までの間には
ガス通路（３５）が設けられていると共に、ケーシング
（１）には連通孔（３７ａ）を有する管路部材（３７）
が設けられており、上記圧縮室（３３）は、ガス通路
（３５）、連通孔（３７ａ）および図示しない結合配管
を介して上記膨脹機の作動室に連通している。

【００１９】上記シリンダ（１１）の外筒部（１７）内
周面には環状の永久磁石（３９）が埋設されていると共
にシリンダ（１１）を継鉄として機能させることによっ
て、磁束が上記両筒部（１７），（１９）の間の間隙、
内筒部（１９）、連結部（２１）、外筒部（１７）を順
に通って永久磁石（３９）に戻る磁気回路が形成され、
上記間隙が磁気ギャップとなっている。なお、磁束の方
向は磁気回路の正逆いずれの循環方向であってもよい。
また、上記各ピストン（２５）の懸下板側端部には、半
径方向外方に張り出すツバ部（４１）を介して円筒状の
ボビン（４３）が一体に設けられ、該ボビン（４３）に
導線が巻き付けられてボイスコイル型のコイル（４５）
が形成されており、上記ボビン（４３）およびコイル
（４５）は上記磁気ギャップに配置されている。そし
て、上記永久磁石（３９）とコイル（４５）とによって
リニアモータ（４７）が形成され、該リニアモータ（４
７）は一対のピストン（２５），（２５）に対応して一
対が設けられている。また、（４９）は外部交流電源が
接続される端子であり、（５１）は上記端子（４９）と
コイル（４５）とを接続するリード線である。

【００２０】上記両リニアモータ（４７），（４７）の
各コイル（４５）は上記外部交流電源により交番磁界を
発生し、該コイル（４５）と永久磁石（３９）との相互
作用によって上記両ピストン（２５），（２５）は互い
に逆方向に同位相で往復移動するようになっている。ま
た、ピストン（２５）、ボビン（４３）およびコイル
（４５）は可動部（５３）を構成し、該可動部（５
３）、コイルばね（３１）およびばねとして作用する圧
縮室（３３）内の冷媒ガスは単一の振動系を構成してい
る。該振動系は、可動部（５３）の質量と、コイルばね
（３１）のばね定数および圧縮室（３３）内の冷媒ガス
のガスばね定数によって定まる固有振動数とを有する。
そして、上記両リニアモータ（４７），（４７）のコイ
ル（４５）には上記振動系をその固有振動数で振動させ
るような所定周波数の交流が通電され、これにより、上
記両ピストン（２５），（２５）をその軸線方向に共振
させ、該両ピストン（２５），（２５）で圧縮室（３
３）内の冷媒ガスを同時に圧縮して所定周期の圧縮波を
発生させるようになっている。また、作動中のピストン
（２５）の振動に伴い作動機械ブロック（３）も振動す
る。

【００２１】そこで、上記作動機械ブロック（３）の上
側懸下板（１３）が図示しないボルト（該ボルトの中心
線（ｓ）のみ図示）によってケーシング（１）の天板
（７）に固定されることにより、作動機械ブロック
（３）はケーシング（１）に保持されている。また、上
記上側懸下板（１３）と天板（７）との間には、天然ゴ
ムまたは合成ゴムから成るゴム弾性体（５５）が介設さ
れている。上記下側懸下板（１５）は、所定間隔をおい
て上記ケーシング本体（５）の底壁（５ａ）から離間し
ていると共に、作動機械ブロック（３）の側部は、所定
間隔をおいてケーシング本体（５）の側壁（５ｂ）から
離間している。

【００２２】さらに、上記作動機械ブロック（３）の他
部、具体的には外筒部（１７）と、ケーシング本体
（５）の側壁（５ｂ）との間の上下２箇所には、Ｏリン
グ（５７）が介設されている。すなわち、上記外筒部
（１７）外周面およびケーシング本体（５）の側壁（５
ｂ）内周面の対向するＯリング配設部位には、それぞれ
環状溝（５９ａ），（５９ｂ）が形成され、該両環状溝
（５９ａ），（５９ｂ）に上記Ｏリング（５７）が配設
されている。該Ｏリング（５７）は、両者の間隔を一定
に保つためのゴム弾性体から成るスペーサを構成するも
のである。上記ゴム弾性体は天然ゴムまたは合成ゴムで
ある。

【００２３】上記実施例の作用効果について説明する
と、作動機械ブロック（３）は上側懸下板（１３）でケ
ーシング（１）に保持されている一方、作動機械ブロッ
ク（３）の側部および下側懸下板（１５）はケーシング
（１）と離間しているので、作動機械ブロック（３）と
ケーシング（１）との間の振動伝達面積が減少し、ガス
圧縮機（Ａ）から発生する振動および騒音を低減でき
る。

【００２４】また、ゴム弾性体（５５）により、上側懸
下板（１３）から伝播する振動等をさらに減少させるこ
とができると共に、上側懸下板（１３）が天板（７）に
直接接触しなくなり、高精度の加工および接着剤の塗布
を解消でき、製造コストの低減化を図ることができる。

【００２５】また、Ｏリング（５７）により、作動機械
ブロック（３）とケーシング（１）との間の間隔が一定
に保持され、両者の接触を回避することができると共
に、作動機械ブロック（３）の側部から伝播する振動等
を減少させることができる。

【００２６】なお、本発明の上記実施例に限定されるも
のではなく、種々の変形例を包含するものである。例え
ば、上記実施例では、ゴム弾性体（５５）およびＯリン
グ（５７）を使用しているが、該ゴム弾性体（５５）お
よびＯリング（５７）の一方または双方を省略してもよ
い。

【００２７】また、本発明の圧縮機は、上記実施例のピ
ストン対向型のものに限らず、単一のピストンで圧縮室
（３３）の冷媒ガスを圧縮する型であってもよく、ま
た、上記縦形に限らず、図１のガス圧縮機（Ａ）を水平
方向に配置した形態の横形であってもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る発明のガ
ス圧縮機によれば、作動機械ブロック（３）がその一部
でケーシング（１）に保持されている一方、他部が所定
の間隔をおいてケーシング（１）から離間しているの
で、作動機械ブロック（３）とケーシング（１）との間
の振動伝達面積が減少し、ガス圧縮機から発生する振動
および騒音を低減できると共に、接触面積が減少するこ
とにより高精度の加工部分および接着剤使用量を減少さ
せることができ、製造コストの低減化を図ることができ
る。

【００２９】また、ゴム弾性体（５５）により、作動機
械ブロック（３）の一部から伝播する振動等をさらに減
少させることができると共に、作動機械ブロック（３）
がケーシング（１）に直接接触しなくなり、高精度の加
工および接着剤の塗布を解消でき、製造コストの低減化
を図ることができる。

【００３０】また、請求項２に係る発明によれば、スペ
ーサ（５７）により、作動機械ブロック（３）とケーシ
ング（１）との間の間隔が一定に保持され、両者の接触
を回避することができると共に、作動機械ブロック
（３）の他部から伝播する振動等を減少させることがで
きる。

【００３１】具体的に、請求項３に係る発明によれば、
振動および騒音の発生が予想されるピストン対向型のガ
ス圧縮機に、上記各請求項のいずれかの防振構造を設け
ることにより、上記タイプのガス圧縮機の振動等を効果
的に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るガス圧縮機の縦断面図
である。

【符号の説明】

１ ケーシング ３ 作動機械ブロック １１ シリンダ ２５ ピストン ３１ コイルばね（ばね部材） ４７ リニアモータ ５５ ゴム弾性体 ５７ Ｏリング（スペーサ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤山 周秀 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工 業株式会社 堺製作所 金岡工場内 (56)参考文献 特開 平４−366367（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−27776（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 9/14 520

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ（１１）と、該シリンダ（１
   １）内に往復移動可能に嵌挿され、該シリンダ（１１）
   内のガスを圧縮して圧縮波を発生させるピストン（２
   ５）と、該ピストン（２５）を上記シリンダ（１１）内
   の中立位置に位置付けるように付勢するばね部材（３
   １）と、上記ピストン（２５）を駆動するリニアモータ
   （４７）とを備え、 上記シリンダ（１１）、ピストン（２５）、ばね部材
   （３１）およびリニアモータ（４７）は一体に組み合わ
   されることによって作動機械ブロック（３）を構成し、
   該作動機械ブロック（３）はケーシング（１）内に収容
   され、 上記作動機械ブロック（３）はその一部で上記ケーシン
   グ（１）に保持されている一方、他部は所定の間隔をお
   いて上記ケーシング（１）から離間しており、 上記作動機械ブロック（３）の一部と上記ケーシング
   （１）との間にはゴム弾性体（５５）が介設されている
   ことを特徴とするガス圧縮機。
2. 【請求項２】 上記作動機械ブロック（３）の他部と上
   記ケーシング（１）との間には、両者の間隔を一定に保
   つためのゴム弾性体から成るスペーサ（５７）が介設さ
   れている請求項１記載のガス圧縮機。
3. 【請求項３】 上記ピストン（２５）は一対設けられ、
   該一対のピストン（２５），（２５）はそれぞれ上記シ
   リンダ（１１）に往復移動可能に嵌挿されており、該シ
   リンダ（１１）内における上記両ピストン（２５），
   （２５）で挟まれた空間に圧縮室（３３）が区画形成さ
   れ、上記両ピストン（２５），（２５）で上記圧縮室
   （３３）のガスを同時に圧縮して圧縮波を発生させるよ
   うに構成されている請求項１または請求項２記載のガス
   圧縮機。