JP4178461B2 - 振動圧縮機 - Google Patents

Description

この発明は、冷凍機の膨張部に作動ガスの振動流を供給して極低温を発生させるピストン型の振動圧縮機に関する。

上記振動圧縮機は、例えば特許文献１に記載されているが、図４はこの種の振動圧縮機を改めて示した縦断面図である。図４において、図示振動圧縮機は、中心部にシリンダ１が一体的に突出形成された非磁性材からなる傘状の圧縮機本体２と、シリンダ１に隙間（クリアランスシール）３を介して挿入され、作動ガスの圧縮空間４を形成するピストン５と、シリンダ１の外側に被嵌された円筒状の内側継鉄６と、この内側継鉄６の外側に環状空間７を介して配置された円筒状の外側継鉄８と、環状空間７に磁界を形成する２個の永久磁石９及び１０と、ピストン５にコイルボビン１１を介して連結され環状空間７内に挿入された２組の可動コイル１２及び１３と、この可動コイル１２，１３及びピストン５を往復動可能に支持する前後一対の支持ばね１４及び１５と、隙間３を介して圧縮空間４に通じるガス室１６を形成する底付円筒状の圧力ケース１７とを備えている。ガス室１６内には作動ガス（一般にヘリウムガス）が封入されている。

圧縮機本体２には、シリンダ１と同心的に一体加工された環状のフランジ２ａが形成され、外側継鉄８はフランジ２ａと嵌合してシリンダ１との間の芯出し精度を得ている。各継鉄６，８は溶接により、圧縮機本体２に固定されている。永久磁石９，１０は、間隔管１８を挟んで外側継鉄８の内側に挿入され、外側継鉄８にねじ込まれた環状の磁石押え１９で固定されている。各永久磁石９，１０は半径方向に着磁されているが、永久磁石９と永久磁石１０の極性は図示の通り互いに逆になっている。可動コイル１２，１３が巻かれたコイルボビン１１はピストン５の基部に互いの凹凸部の嵌合により結合され、円盤状の板ばねからなる支持ばね１４，１５はピストン５のロッド部５ａに内側間隔管２０を挟んで嵌め込まれ、リングナット２２により締め付け固定されている。

ピストン５、可動コイル１２，１３、コイルボビン１１等からなる可動部は、圧縮機本体１、内側・外側継鉄６，８、永久磁石９，１０等からなる固定部に図示の通り挿入され、支持ばね１４，１５が外側間隔管２１を挟んでボルト２３で締め付けられることにより磁石押え１９に固定されている。圧力ケース１７は上記した組立の最後に、圧縮機本体２に突き合わされて溶接により固定されている。シリンダ１の頭部には、圧縮空間４に通じる作動ガス流路２４が設けられている。このような振動圧縮機において、可動コイル１２，１３をリード線２５を介して、互いに逆位相で交流励磁すると、可動コイル１２，１３と永久磁石９，１０の磁束φとの間に生じる電磁力によりピストン５が往復運動し、このピストン５により圧縮空間４で圧縮された作動ガスはガス流路２４から図示しない膨張部に供給される。

特開２００２−１３４７５号公報

図４において、シリンダ１とピストン５との間に構成される隙間３が大きいと圧縮効率が低下するため、隙間３は微小に保つ必要があるが、そのためにはシリンダ１に対するピストン５の芯出し精度が重要である。ところが、図４に示した従来構造では、シリンダ１を有する圧縮機本体２に外側継鉄８を組み合わせ、更に外側継鉄８に磁石押え１９を組み合わせ、その上で磁石押え１９に支持ばね１４，１５を取り付けている。そのため、従来構造は各嵌合部の寸法公差の積み重ねによりシリンダ１とピストン５との間に芯出し誤差が生じやすく、所要の芯出し精度を得るためには各嵌合部の寸法公差をきわめて小さくする必要があり、部品コストが高くなるとともに組立性も悪くなるという問題があった。

そこで、この発明の課題は、シリンダとピストンとの間の芯出し精度を容易に高めることにある。

上記課題を解決するために、この発明は、中心部にシリンダが一体的に突出形成された傘状の圧縮機本体と、前記シリンダに隙間を介して挿入され作動ガスの圧縮空間を形成するピストンと、前記シリンダの外側に被嵌された円筒状の内側継鉄と、この内側継鉄の外側に環状空間を介して配置された円筒状の外側継鉄と、前記環状空間に磁界を形成する永久磁石と、前記ピストンにコイルボビンを介して連結され前記環状空間内に挿入された可動コイルと、この可動コイル及び前記ピストンを往復動可能に支持する支持ばねと、前記隙間を介して前記圧縮空間に通じるガス室を形成する底付円筒状の圧力ケースとを備えた振動圧縮機において、前記圧縮機本体に前記外側継鉄を一体的に接合し、この外側継鉄と前記シリンダとを同心的に機械加工するものである（請求項１）。

この請求項１の発明によれば、圧縮機本体に一体的に接合した外側継鉄を圧縮機本体のシリンダと同心的に機械加工することにより、圧縮機本体と外側継鉄との嵌合により生じる芯出し誤差がなくなり、外側継鉄とシリンダとの間の芯出し精度がきわめて高くなる。

請求項１の発明において、前記支持ばねは前記外側継鉄に固定するのがよい（請求項２）。すなわち、従来の磁石押えを省き、支持ばねを外側継鉄に直接取り付けることにより、磁石押えの外側継鉄へのねじ込みによる芯出し誤差の発生がなくなり、外側継鉄とシリンダとの間の芯出し精度を一層高くなる。その場合、前記永久磁石は前記外側継鉄の内周面に装着した止め輪により軸方向に固定するとよい（請求項３）。

一方、請求項１の発明において、前記外側継鉄に前記圧力ケースを接合するのがよい（請求項４）。これにより、外側継鉄を圧力ケースの一部として用い、振動圧縮機の構造の簡素化と外形寸法の縮小とを図ることができる。

また、請求項１〜請求項４の発明において、多数の通気穴からなる作動ガス流路を形成した放熱体を前記シリンダの頭部に装着するとよい（請求項５）。これにより、作動ガス流路の伝熱面積が大きくなり、作動ガス圧縮熱の圧縮機本体への伝熱量が増えて作動ガスの冷却性能が高まる。前記放熱体は軸方向に多数の通気穴を設けた円柱体（請求項６）、あるいは金属メッシュ（請求項７）で構成することができる。

この発明によれば、圧縮機本体に外側継鉄を一体的に接合して、圧縮機本体のシリンダと外側継鉄を同心的に機械加工し、更には磁石押えを省いてピストンの支持ばねを外側継鉄に直に固定することにより、シリンダとピストンとの間の芯出し精度がきわめて高くなり、シリンダ内でピストンを微細な隙間を介して正確に保持することができ、結果として作動ガスの漏れを最小限に押えて振動圧縮機の効率を高めることができる。また、その場合に、外側継鉄に圧力ケースを接合して、外側継鉄で圧力ケースの一部を構成することにより、振動圧縮機の外形寸法の縮小を図ることができ、更にシリンダの頭部に、多数の通気穴からなる作動ガス流路を形成した放熱体を装着することにより、作動ガスの冷却性能を良好にすることができる。

図１は、図４で示した従来例にこの発明を適用した実施の形態を示すものである。なお、従来例と対応する部分には同一の符号を用い、実質的に同一の構成部分については説明を省略する。図１において、従来と相違するのは、まず非磁性材、例えばアルミからなる圧縮機本体２に、磁性材からなる外側継鉄８が端面を介して、例えば摩擦圧接により一体的に接合され、外側継鉄８と圧縮機本体中心部のシリンダ１とは同心的に機械加工されている点である。この機械加工は切削加工後に、更に研磨されることにより精密に行われる。これにより、圧縮機本体１のフランジ２ａ（図４）に、別途に機械加工した外側継鉄８を嵌合させる従来構造に比べ、嵌合部での寸法公差による芯出し誤差がなく、結果としてシリンダ１とピストン５との間の芯出し精度が高くなる。

また、図１において、外側継鉄８に挿入された永久磁石９，１０は、外側継鉄８の内周面に装着されたＣ形止め輪２６により軸方向に固定され、図４の従来例における磁石押え１９は省かれている。しかして、ピストン５を支持した支持ばね１４，１５は外側継鉄８の端面に直接ボルト２３により締め付けられている。これにより、外側継鉄８にねじ込まれた磁石押え１９に支持ばね１４，１５が締め付けられた図４の従来例に比べて、外側継鉄８と磁石押え１９（図４）との間で生じる芯出し誤差がなくなり、結果としてシリンダ１とピストン５との間の芯出し精度が高くなる。振動圧縮機の動作は、従来例と実質的に同じである。

図２は、図１の振動圧縮機のシリンダ頭部に放熱体を装着した実施の形態を示すものである。図２において、シリンダ１の頭部に、作動ガスの圧縮熱を圧縮機本体２に伝える放熱体２７が装着されている。放熱体２７は熱伝導性の良好な金属、例えばアルミの円柱体で、この円柱体に軸方向の多数の通気穴からなる作動ガス流路２４が形成されている。作動ガスの圧縮熱は作動ガス流路２４の内周面で形成される伝熱面を通して放熱体２７に伝達され、更に放熱体２７から圧縮機本体２への熱伝導により放散される。放熱体２７は金属メッシュにより構成することも可能である。

図３は、図１の振動圧縮機において、外側継鉄に圧力ケースを接合した実施の形態を示すものである。図３において、外側継鉄８の端部には、内外２段の端面が形成され、内側の端面に支持ばね１４，１５が固定されるとともに、外側端面に図１におけるよりも高さの低い圧力ケース１７が、例えば摩擦圧接により接合されている。この実施の形態によれば、外側継鉄８が圧力ケースの一部を構成し、図１のものに比べて構成が簡素化されるとともに、振動圧縮機の外径が外側継鉄８の外径に抑えられ、それだけ振動圧縮機の外形寸法が縮小する。

この発明の実施の形態を示す振動圧縮機の縦断面図である。 この発明の異なる実施の形態を示す振動圧縮機の縦断面図である。 この発明の更に異なる実施の形態を示す振動圧縮機の縦断面図である。 従来例を示す振動圧縮機の縦断面図である。

符号の説明

１ シリンダ
２ 圧縮機本体
３ 隙間
４ 圧縮空間
５ ピストン
８ 外側継鉄
９ 永久磁石
１０ 永久磁石
１１ コイルボビン
１２ 可動コイル
１３ 可動コイル
１４ 支持ばね
１５ 支持ばね
１６ ガス室
１７ 圧力ケース
２４ 作動ガス流路
２６ 止め輪
２７ 放熱体

Claims (7)

1. 中心部にシリンダが一体的に突出形成された傘状の圧縮機本体と、前記シリンダに隙間を介して挿入され作動ガスの圧縮空間を形成するピストンと、前記シリンダの外側に被嵌された円筒状の内側継鉄と、この内側継鉄の外側に環状空間を介して配置された円筒状の外側継鉄と、前記環状空間に磁界を形成する永久磁石と、前記ピストンにコイルボビンを介して連結され前記環状空間内に挿入された可動コイルと、この可動コイル及び前記ピストンを往復動可能に支持する支持ばねと、前記隙間を介して前記圧縮空間に通じるガス室を形成する底付円筒状の圧力ケースとを備えた振動圧縮機において、
   前記圧縮機本体に前記外側継鉄を一体的に接合し、この外側継鉄と前記シリンダとを同心的に機械加工するようにしたことを特徴とする振動圧縮機。
2. 前記外側継鉄に前記支持ばねを固定したことを特徴とする請求項１記載の振動圧縮機。
3. 前記永久磁石を前記外側継鉄の内周面に装着した止め輪により軸方向に固定したことを特徴とする請求項２記載の振動式圧縮機。
4. 前記外側継鉄に前記圧力ケースを接合したことを特徴とする請求項１記載の振動圧縮機。
5. 多数の通気穴からなる作動ガス流路を形成した放熱体を前記シリンダの頭部に装着したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の振動圧縮機。
6. 前記放熱体を軸方向に多数の通気穴を設けた円柱体で構成したことを特徴とする請求項５記載の振動式圧縮機。
7. 前記放熱体を金属メッシュで構成したことを特徴とする請求項５記載の振動式圧縮機。
   
   

Images