JP3726234B2 - 冷凍機における板バネ支持構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍機における板バネ支持構造にかかるもので、とくにガス圧縮機を備えて冷凍を発生させるスターリング冷凍機その他の冷凍機における板バネ支持構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダーおよびピストンの相互作用により、ヘリウムガスなどの冷媒ガスを圧縮および膨張させて冷凍を作り出すスターリング冷凍機その他の冷凍機において、シリンダーおよびピストンを駆動するための駆動部に板バネを用いたものがある。たとえば、特開平５−２１５４２３号などがある。
図２にもとづき概説する。
図２は、本出願人により提案されているスターリング冷凍機１の断面図であって、スターリング冷凍機１は、ガス圧縮機２と、コールドヘッド３と、を有する。
【０００３】
ガス圧縮機２は、コールドヘッド３への冷媒の圧縮供給作用および吸収膨張作用を行ってコールドヘッド３において冷凍を発生させるためのもので、圧縮機ケース４と、中間ヘッダー５と、中間ヘッダー５に形成した左右一対のピストン６と、左右一対のヨーク７と、それぞれのヨーク７に取り付けた左右一対のシリンダー８と、左右二対の複数枚の円形状の板バネ９と、左右一対の円環状の永久磁石１０と、左右一対の円環状の電磁コイル１１と、を有する。
【０００４】
圧縮機ケース４は、その内部に中間ヘッダー５、ピストン６、ヨーク７、シリンダー８、板バネ９、永久磁石１０および電磁コイル１１をピストン６の軸方向において対称的に収容している。
【０００５】
中間ヘッダー５は、図２中、ほぼ十文字に現れるもので、上下縦方向に支持部１２を有し、そのほぼ中央横方向に左右一対のピストン６を形成しているとともに、ピストン６および支持部１２の中央部にヘリウムガスなどの冷媒のガス流路１３を形成している。
【０００６】
ピストン６は、左右一対のシリンダーヘッド１４に対向し、その外周面にシール部材１５を設けるとともに、シリンダー８、およびこのシリンダー８に一体に取り付けてあるシリンダーヘッド１４との間に圧縮膨張室１６を形成する。圧縮膨張室１６は、ガス流路１３に連通する。シリンダー８は、電磁コイル１１と一体に移動可能である。
【０００７】
ヨーク７は、磁路を形成するための、たとえば鉄製の部材であって、板バネ９の外周部分、および永久磁石１０を取り付けている。
【０００８】
シリンダー８は、その内部にピストン６を軸方向に相対的に移動可能に挿入し、固定状態のピストン６に対してシリンダー８が軸方向に往復動可能である。
なお、ガス圧縮機２の駆動タイプとしては、ピストン６を移動させるピストン駆動型、およびシリンダー８を移動させるシリンダー駆動型があるが、図示の例は、シリンダー駆動型である。
【０００９】
板バネ９は、導電性および弾性を有する金属材料からこれを構成し、その外周部分を取付けボルト１７によりヨーク７に取り付けてあるとともに、その内周部分を取り付けボルト１７によりシリンダーヘッド１４に取り付けてあって、板バネの積層部において内側の複数枚の巻スリット板バネ９Ａおよび外側の一枚のリード線接続用板バネ９Ｂの形態を有する。
巻スリット板バネ９Ａおよびリード線接続用板バネ９Ｂ、とくに、外周側から中心方向に向かう複数本の複数本の曲線状スリット（図示せず）を形成してある巻スリット板バネ９Ａの弾性力により、シリンダー８および電磁コイル１１を軸方向において往復動可能に支持している。
【００１０】
永久磁石１０および電磁コイル１１は、リニアモーターを構成するもので、互いに対向するようにこれを配置してあり、リード線接続用板バネ９Ｂのリード線接続片１８にハンダ付けしたリード線１９を介して、電磁コイル１１に所定周波数の交流電流を供給可能としている。
永久磁石１０および電磁コイル１１とともに、板バネ９、ピストン６およびシリンダー８により駆動部２０を構成し、ピストン６およびシリンダー８の相対運動を発生させる。
すなわち、電磁コイル１１に所定周波数の交流電流を流すことにより、および板バネ９の弾性反発力により、永久磁石１０および電磁コイル１１を相対的に軸方向に駆動することによってピストン６およびシリンダー８の相対運動を発生させ、圧縮膨張室１６内の冷媒の圧力を上下させ、ガス流路１３からガス供給管２１を介してコールドヘッド３側に冷媒の圧力変化を所定のタイミングで供給し、コールドヘッド３に冷凍を発生させる。
【００１１】
すなわち、コールドヘッド３は、シリンダー２２と、蓄冷材２３を収容したディスプレーサー２４（ピストン）と、バネ材２５と、を有し、それぞれの位相をずらせた冷媒の供給（圧縮膨張）およびディスプレーサー２４の往復動にともなって逆スターリングサイクルを実行し、冷凍を発生する。
このバネ材２５としては、コイルバネはもとより、上述と同様の板バネ９を採用することができる。
さらにコールドヘッド３は、ガス圧縮機２に設けたと同様のリニアモーターを有してもよい。
【００１２】
図３は、板バネ９（巻スリット板バネ９Ａ、リード線接続用板バネ９Ｂ）の支持構造２６を概略的に示す要部拡大断面図であって、板バネ９の支持構造２６は、駆動部２０に設ける取付け台部２７（たとえばヨーク７あるいはシリンダーヘッド１４）と、押さえ板２８と、取付けボルト１７と、スペーサー２９と、絶縁ブッシュ３０と、第１の絶縁シート３１と、第２の絶縁シート３２と、を有する。
【００１３】
取付け台部２７は、板バネ９を取り付ける部分であり、ヨーク７あるいはシリンダーヘッド１４以外にも任意の部品ないし部位であって、複数枚の板バネ９の一部を押さえ板２８および取付けボルト１７とともに固定する。
【００１４】
スペーサー２９は、導電性の金属材料によりこれを構成するもので、各板バネ９間に交互に配置し、リード線接続用板バネ９Ｂないし巻スリット板バネ９Ａどうしを電気的に互いに導通可能として、電磁コイル１１に電流を供給する電流経路として板バネ９（リード線接続用板バネ９Ｂ）を用いるようにする。また、巻スリット板バネ９Ａどうしの間にわずかの空隙を形成して、巻スリット板バネ９Ａどうしが接触することを防止し、シリンダー８の駆動を可能とする。
【００１５】
取付けボルト１７は、板バネ９（巻スリット板バネ９Ａ、リード線接続用板バネ９Ｂ）のそれぞれの取付け孔３３、およびスペーサー２９の取付け孔３４に挿入してこれらの板バネ９を固定する。
すなわち、取付けボルト１７（ボルト本体１７Ａ）を絶縁ブッシュ３０に挿入し、取付けボルト１７のボルトヘッド１７Ｂと取付け台部２７との間にワッシャ３５、押さえ板２８、第２の絶縁シート３２、スペーサー２９、第１の絶縁シート３１などを介在させて、板バネ９を取付け台部２７に支持する。
【００１６】
絶縁部材として、とくに絶縁ブッシュ３０は、たとえば、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）などの材料からこれを筒状（たとえば円筒状）に構成している。
【００１７】
こうした構成の板バネ９の支持構造２６において、駆動部２０の往復運動による板バネ９の反復振動運動にともない、絶縁ブッシュ３０と板バネ９ないしスペーサー２９との間の摩耗の問題が発生する可能性がある。
すなわち、板バネ９およびスペーサー２９さらには絶縁ブッシュ３０がともに剛体であるために、板バネ９の振動にともなって取付け孔３３および取付け孔３４の部分において互いに摩耗し、金属摩耗粉を発生する可能性があって、この金属摩耗粉が電磁コイル１１への電流経路に侵入することにより、ショートする危険性があるという問題がある。
もちろん、板バネ９およびスペーサー２９さらには絶縁ブッシュ３０の摩耗による駆動部２０の動作の不安定ないし故障の問題もある。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような諸問題にかんがみなされたもので、板バネを摩耗なく確実かつ耐久性よく支持することができる冷凍機における板バネ支持構造を提供することを課題とする。
【００１９】
また本発明は、板バネと絶縁ブッシュとの間の摩耗を防止することができる冷凍機における板バネ支持構造を提供することを課題とする。
【００２０】
また本発明は、金属摩耗粉による電流経路のショートを回避可能な冷凍機における板バネ支持構造を提供することを課題とする。
【００２１】
また本発明は、駆動部の稼動によっても板バネがぐらつくことなく確実に固定可能な冷凍機における板バネ支持構造を提供することを課題とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、絶縁ブッシュの材料を選択すること、具体的には、柔軟性があって金属材料との間に摩耗を生じないような絶縁材料にすること、さらに絶縁ブッシュをそのつぶし代をもって取り付けることに着目したもので、駆動部を往復運動させて冷媒の圧縮および膨張を行うことにより冷凍を発生する冷凍機において、上記駆動部に設ける取付け台部と、この取付け台部に重ね合わせて取り付ける複数枚の板バネのそれぞれの取付け孔に挿入してこれらの板バネを固定するための取付けボルトと、この取付けボルトと上記板バネとの間に設ける絶縁ブッシュと、を有し、上記板バネを上記取付け台部に支持するための板バネ支持構造であって、上記絶縁ブッシュは、柔軟性のある材料からこれを構成するとともに、上記取付けボルトと上記取付け台部との間においてこの絶縁ブッシュをつぶし代をもって取り付けることを特徴とする冷凍機における板バネ支持構造である。
【００２３】
上記板バネと上記取付け台部との間に絶縁シートを設けてあることができる。
【００２４】
上記板バネの互いの間に導電性のスペーサーを設けてあることができる。
【００２５】
上記絶縁ブッシュは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、過フルオロアルコキシル（ＰＦＡ）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）あるいはポリアミド（ナイロン）のいずれかひとつの材料からこれを筒状に構成することができる。
【００２６】
上記駆動部は、永久磁石と、この永久磁石に対向するとともに電流の供給によりこの永久磁石と相対的に移動可能な電磁コイルと、この電磁コイルおよび上記永久磁石のいずれか一方に取り付けて互いに相対的に移動可能であるピストンおよびシリンダーと、このピストンおよびシリンダーのいずれか一方に取り付ける上記板バネと、を有し、上記板バネを介して上記電磁コイルに電流を供給可能とすることができる。
【００２７】
本発明による冷凍機における板バネ支持構造においては、絶縁ブッシュを柔軟性のある絶縁材料にすること、さらに絶縁ブッシュをそのつぶし代をもって取り付けることとしたので、絶縁ブッシュが取付けボルトのボルト本体ないしスペーサーおよび板バネとの間に所定の弾性圧力をもって充満するように取り付けられることになるので、板バネの駆動（振動）を吸収可能であり、従来のような剛体どうしの摩擦による摩耗粉の発生を防止することができる。
したがって、電磁コイルへの電流経路のショートを回避するとともに、駆動部の稼動にともなう時間経過によっても絶縁ブッシュおよび板バネやスペーサーが当初の取付け位置からずれることなく、冷凍機の寿命を延ばし信頼性あるものとすることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施の形態による冷凍機における板バネ支持構造４０を図１にもとづき説明する。ただし、図２および図３と同様の部分には同一符号を付し、その詳述はこれを省略する。
図１は、冷凍機における板バネ支持構造４０を概略的に示す要部拡大断面図であって、板バネ支持構造４０は、前述の板バネ９の支持構造２６（図３）と同様に、駆動部２０に設ける取付け台部２７（たとえばヨーク７あるいはシリンダーヘッド１４）と、押さえ板２８と、取付けボルト１７と、スペーサー２９と、第１の絶縁シート３１と、第２の絶縁シート３２と、を有するとともに、従来の絶縁ブッシュ３０（図３）に代わって絶縁ブッシュ４１を設けてある。
【００２９】
絶縁ブッシュ４１は、柔軟性のある材料たとえば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（過フルオロアルコキシル）、ＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレン）あるいはナイロン（ポリアミド）のいずれかひとつの材料からこれを筒状に構成し、板バネ９ないしスペーサー２９との間の摩耗を回避可能としている。
【００３０】
さらに絶縁ブッシュ４１が従来の絶縁ブッシュ３０と異なる点は、上記材料の選択に加えて、その長さを従来より長くし（図中仮想線を参照）、たとえば、押さえ板２８から突出するように、つぶし代Ｓをもって形成する。
すなわち、絶縁ブッシュ４１は、取付けボルト１７の締付け時にそのボルトヘッド１７Ｂにより軸方向に押圧され、板バネ９の取付け孔３３およびスペーサー２９の取付け孔３４において直径方向に拡張し、取付け孔３３、３４内に充満して隙間をなくすようにこれを取り付けることができる。
【００３１】
もちろん、絶縁ブッシュ４１の長さおよび他の部品との相対寸法を適宜設計して、取付けボルト１７と取付け台部２７との間において、絶縁ブッシュ４１を押さえ板２８あるいはその他の部品によりつぶされるように構成することもできる。
たとえば、図示は省略するが、絶縁ブッシュ４１の長さを押さえ板２８の部分よりややボルトヘッド１７Ｂ側に突出可能な長さとし、押さえ板２８に形成する孔部はボルト本体１７Ａのみを挿通可能として取付けボルト１７を締め付ければ、絶縁ブッシュ４１は、押さえ板２８と取付け台部２７との間で所定のつぶし代をもって取り付けられることになる。
【００３２】
こうした構成の冷凍機における板バネ支持構造４０において、取付けボルト１７を絶縁ブッシュ４１に挿入した状態で、板バネ９およびスペーサー２９とボルト本体１７Ａとの間に絶縁ブッシュ４１を介在させ、取付けボルト１７の取付け台部２７へのねじ込みにより、取付けボルト１７のボルトヘッド１７Ｂにより絶縁ブッシュ４１をつぶすようにして取り付け固定する。
【００３３】
この取付けボルト１７のねじ込みにともなう絶縁ブッシュ４１の弾性変形により、絶縁ブッシュ４１は、取付けボルト１７のボルト本体１７Ａと、スペーサー２９および板バネ９との間に充満するように取り付けられることになるとともに、弾性力をもって板バネ９を支持することになる。
したがって、駆動部２０の駆動による板バネ９の振動作用があっても、板バネ９の取付け孔３３側およびスペーサー２９の取付け孔３４側の端部の運動を吸収することにより、剛体どうしの摩耗を防止し、さらに摩耗粉を発生させることがない。
【００３４】
かくして、冷凍機１における板バネ９を弾性力をもって支持することができるとともに、金属摩耗分を発生させることがないので、電磁コイル１１への電流経路におけるショートの危険性も回避することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、絶縁ブッシュとして柔軟性のある材料を選ぶとともに、つぶし代をもって取り付けるようにしたので、板バネと取付けボルトの間に絶縁ブッシュを弾力性をもって充填し、板バネ支持の耐久性を実現し、かつショートの危険性も回避可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による冷凍機における板バネ支持構造４０を概略的に示す要部拡大断面図である。
【図２】本出願人により提案されているスターリング冷凍機１の断面図である。
【図３】同、板バネ９（巻スリット板バネ９Ａ、リード線接続用板バネ９Ｂ）の支持構造２６を概略的に示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１ スターリング冷凍機（図２）
２ ガス圧縮機
３ コールドヘッド
４ 圧縮機ケース
５ 中間ヘッダー
６ ピストン
７ ヨーク（取付け台部２７）
８ シリンダー
９ 板バネ
９Ａ 巻スリット板バネ（板バネ）
９Ｂ リード線接続用板バネ（板バネ）
１０ 円環状の永久磁石
１１ 電磁コイル
１２ 支持部
１３ ガス流路
１４ シリンダーヘッド（取付け台部２７）
１５ シール部材
１６ 圧縮膨張室
１７ 取付けボルト
１７Ａ 取付けボルト１７のボルト本体（図２、図３）
１７Ｂ 取付けボルト１７のボルトヘッド（図２、図３）
１８ リード線接続片
１９ リード線
２０ 駆動部（ピストン６、シリンダー８、板バネ９、永久磁石１０、電磁コイル１１）
２１ ガス供給管
２２ シリンダー
２３ 蓄冷材
２４ ディスプレーサー（ピストン）
２５ バネ材
２６ 板バネ９の支持構造（図３）
２７ 取付け台部（たとえばヨーク７あるいはシリンダーヘッド１４）
２８ 押さえ板
２９ スペーサー
３０ 絶縁ブッシュ
３１ 第１の絶縁シート
３２ 第２の絶縁シート
３３ 板バネ（巻スリット板バネ９Ａおよびリード線接続用板バネ９Ｂ）のそれぞれの取付け孔
３４ スペーサー２９の取付け孔
３５ ワッシャ
４０ 冷凍機における板バネ支持構造（実施の形態、図１）
４１ 絶縁ブッシュ
Ｓ 絶縁ブッシュ４１のつぶし代

Claims (5)

1. 駆動部を往復運動させて冷媒の圧縮および膨張を行うことにより冷凍を発生する冷凍機において、
   前記駆動部に設ける取付け台部と、
   この取付け台部に重ね合わせて取り付ける複数枚の板バネのそれぞれの取付け孔に挿入してこれらの板バネを固定するための取付けボルトと、
   この取付けボルトと前記板バネとの間に設ける絶縁ブッシュと、を有し、前記板バネを前記取付け台部に支持するための板バネ支持構造であって、
   前記絶縁ブッシュは、柔軟性のある材料からこれを構成するとともに、
   前記取付けボルトと前記取付け台部との間においてこの絶縁ブッシュを軸方向のつぶし代をもって取り付け、前記取付けボルトの締付けにより、この絶縁ブッシュが前記板バネの前記取付け孔内に充満して取り付けられるようにすることを特徴とする冷凍機における板バネ支持構造。
2. 前記板バネと前記取付け台部との間に絶縁シートを設けてあることを特徴とする請求項１記載の冷凍機における板バネ支持構造。
3. 前記板バネの互いの間に導電性のスペーサーを設けてあることを特徴とする請求項１記載の冷凍機における板バネ支持構造。
4. 前記絶縁ブッシュは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、過フルオロアルコキシル（ＰＦＡ）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）あるいはポリアミド（ナイロン）のいずれかひとつの材料からこれを筒状に構成したことを特徴とする請求項１記載の冷凍機における板バネ支持構造。
5. 前記駆動部は、
   永久磁石と、
   この永久磁石に対向するとともに電流の供給によりこの永久磁石と相対的に移動可能な電磁コイルと、
   この電磁コイルおよび前記永久磁石のいずれか一方に取り付けて互いに相対的に移動可能であるピストンおよびシリンダーと、
   このピストンおよびシリンダーのいずれか一方に取り付ける前記板バネと、を有し、
   前記板バネを介して前記電磁コイルに電流を供給可能としたことを特徴とする請求項１記載の冷凍機における板バネ支持構造。

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