JP5437974B2 - Bearing device and regenerator type refrigerator - Google Patents
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Description
本発明は、冷媒ガスを膨張させて冷熱を発生する冷凍機に備えられる、ディスプレーサを往復駆動するための軸受装置、及び、その軸受装置を備えた蓄冷器式冷凍機に関する。 The present invention relates to a bearing device for reciprocatingly driving a displacer, and a regenerator type refrigerator equipped with the bearing device, which are provided in a refrigerator that generates refrigerant by expanding refrigerant gas.
4K程度の極低温を得るための極低温冷凍機として、例えばギフォード・マクマホン(Gifford-McMahon;GM)冷凍機が用いられている。 As a cryogenic refrigerator for obtaining an extremely low temperature of about 4K, for example, a Gifford-McMahon (GM) refrigerator is used.
GM冷凍機は、圧縮機からの例えばヘリウムガスよりなる冷媒ガスをシリンダ内に形成された膨張空間に供給し、供給した冷媒ガスを膨張空間で膨張させることによって、冷熱を発生する。 The GM refrigerator generates cold by supplying a refrigerant gas made of, for example, helium gas from a compressor to an expansion space formed in the cylinder, and expanding the supplied refrigerant gas in the expansion space.
GM冷凍機の各段は、シリンダと、シリンダ内に設けられたディスプレーサを有する。ディスプレーサは、シリンダ内に、シリンダに沿って往復動可能に設けられており、ディスプレーサの一端とシリンダとの間に膨張空間を形成する。ディスプレーサの内部には、膨張空間に冷媒ガスを供給及び排出するための冷媒ガス流路が形成されている。また、ディスプレーサの内部に形成された冷媒ガス流路には、冷媒ガスと接触して冷熱を蓄冷するための蓄冷材が収容されている。 Each stage of the GM refrigerator has a cylinder and a displacer provided in the cylinder. The displacer is provided in the cylinder so as to be capable of reciprocating along the cylinder, and forms an expansion space between one end of the displacer and the cylinder. Inside the displacer, a refrigerant gas passage for supplying and discharging refrigerant gas to and from the expansion space is formed. In addition, the refrigerant gas passage formed inside the displacer contains a regenerator material for accumulating cold heat in contact with the refrigerant gas.
このようなGM冷凍機には、ディスプレーサを往復駆動するために、例えば、モータと、クランク部材と、スコッチヨークとを有するものがある(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に示す例では、モータは、回転駆動力を発生し、クランク部材は、モータにより回転駆動される。スコッチヨークは、モータにより回転駆動されるクランク部材の回転運動を往復動に変換してディスプレーサを往復駆動する。 Some of such GM refrigerators include, for example, a motor, a crank member, and a scotch yoke in order to drive the displacer back and forth (see, for example, Patent Document 1). In the example shown in Patent Document 1, the motor generates a rotational driving force, and the crank member is rotationally driven by the motor. The scotch yoke reciprocates the displacer by converting the rotational motion of the crank member that is rotationally driven by the motor into reciprocating motion.
クランク部材は、主軸となるクランク軸と、クランク軸に偏心して延在するクランクピンとを有する。スコッチヨークは、横長窓が形成されたヨーク板と、ヨーク板の中央上下位置から上下方向に延出するように設けられた上下軸とを有する。クランク部材は、スコッチヨークと連結されている。 The crank member has a crankshaft serving as a main shaft and a crankpin extending eccentrically with respect to the crankshaft. The Scotch yoke has a yoke plate on which a horizontally long window is formed, and a vertical shaft provided so as to extend in the vertical direction from the central vertical position of the yoke plate. The crank member is connected to the scotch yoke.
クランク部材とスコッチヨークとの間には、クランク部材のクランクピンと、スコッチヨークのヨーク板とを相対回転可能に連結するための、軸受装置が設けられている。軸受装置として、例えば、外輪と、外輪の中心側に設けられた内輪とを有し、外輪にニードルベアリングを組み込んでなるローラフォロアが用いられている。このとき、ローラフォロアの内輪はクランクピンに連結されており、ローラフォロアの外輪はスコッチヨークのヨーク板に形成された横長窓を転動自在に連結されている。 Between the crank member and the scotch yoke, a bearing device is provided for connecting the crank pin of the crank member and the yoke plate of the scotch yoke so as to be relatively rotatable. As the bearing device, for example, a roller follower having an outer ring and an inner ring provided on the center side of the outer ring and incorporating a needle bearing in the outer ring is used. At this time, the inner ring of the roller follower is connected to the crankpin, and the outer ring of the roller follower is connected to a horizontally long window formed on the yoke plate of the scotch yoke so as to roll freely.
ところが、上記したGM冷凍機に備えられる軸受装置には、次のような問題がある。 However, the bearing device provided in the GM refrigerator has the following problems.
軸受装置としてローラフォロアが用いられる場合、ローラフォロアは、半径方向に作用する荷重に対しては耐荷重性を有しているが、回転軸方向に作用する荷重に対して耐荷重性を有していない。 When a roller follower is used as a bearing device, the roller follower has a load resistance against a load acting in the radial direction, but has a load resistance against a load acting in the rotation axis direction. Not.
例えば、ローラフォロアが水平軸の周りに回転可能に設けられている場合、ローラフォロアには、本来回転軸方向に荷重は作用しないはずである。しかし、そのような場合でも、実際に、ローラフォロアに回転軸方向に荷重が作用することがある。 For example, when the roller follower is provided so as to be rotatable around a horizontal axis, a load should not naturally act on the roller follower in the direction of the rotation axis. However, even in such a case, a load may actually act on the roller follower in the direction of the rotation axis.
ローラフォロアは、クランク部材側(中心側)に設けられた部材、例えば側板部(鍔)と、スコッチヨーク側(外周側)に設けられた部材、例えば外輪とを有する。このようなローラフォロアにおいて回転軸方向に荷重が作用すると、側板部(鍔)と外輪とが回転軸方向に相対変位して接触することがある。そして、側板部(鍔)と外輪とが回転軸方向に接触した状態で、長時間GM冷凍機を運転すると、側板部(鍔)又は外輪が磨耗し、更には、ローラフォロアが破損するおそれがある。 The roller follower includes a member provided on the crank member side (center side), for example, a side plate portion (鍔), and a member provided on the scotch yoke side (outer peripheral side), for example, an outer ring. When a load is applied in the direction of the rotation axis in such a roller follower, the side plate portion (鍔) and the outer ring may be relatively displaced in the direction of the rotation axis and come into contact with each other. If the GM refrigerator is operated for a long time in a state where the side plate portion (外) and the outer ring are in contact with each other in the rotation axis direction, the side plate portion (鍔) or the outer ring may be worn, and the roller follower may be damaged. is there.
また、上記した課題は、ローラフォロアのみならず、カムフォロア等の各種の軸受装置を用いた場合にも共通する課題である。更に、上記した課題は、GM冷凍機のみならず、回転軸の周りに回転可能な回転部材を有する軸受装置を備えた各種の冷凍機に共通する課題である。 Further, the above-described problems are common problems when not only the roller follower but also various bearing devices such as a cam follower are used. Furthermore, the above-described problem is a problem common not only to the GM refrigerator but also to various refrigerators including a bearing device having a rotating member that can rotate around a rotation shaft.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、冷凍機に備えられる軸受装置において、回転軸の方向に荷重が作用したときに、中心側の回転部材と外周側の回転部材とが接触して磨耗することを防止できる軸受装置を提供する。 The present invention has been made in view of the above points, and in the bearing device provided in the refrigerator, when a load is applied in the direction of the rotating shaft, the rotating member on the center side contacts the rotating member on the outer peripheral side. Thus, a bearing device that can be prevented from being worn is provided.
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる手段を講じたことを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, the present invention is characterized by the following measures.
本発明は、シリンダと前記シリンダ内に往復動可能に設けられたディスプレーサとを有し、冷媒ガスを膨張させて冷熱を発生する冷凍機に備えられ、回転駆動されるクランク部材と、前記クランク部材の回転運動を往復動に変換して前記ディスプレーサを往復駆動するスコッチヨークとの間に設けられる、軸受装置において、回転軸の周りに回転可能な第1の回転部材と、前記第1の回転部材の前記スコッチヨーク側に設けられ、前記回転軸の周りに回転可能な第2の回転部材と、前記第1の回転部材と前記第2の回転部材とが、前記回転軸方向に相対変位して接触することを防止する接触防止部材とを有する、軸受装置である。 The present invention includes a crank member that includes a cylinder and a displacer provided in the cylinder so as to be capable of reciprocating, is provided in a refrigerator that expands refrigerant gas to generate cold heat, and is driven to rotate. The crank member In a bearing device provided between a scotch yoke for reciprocally driving the displacer by converting the rotational motion of the displacer into a reciprocating motion, a first rotating member rotatable about a rotating shaft, and the first rotating member The second rotating member provided on the scotch yoke side and rotatable about the rotating shaft, the first rotating member, and the second rotating member are relatively displaced in the rotating shaft direction. It is a bearing apparatus which has a contact prevention member which prevents that it contacts.
また、本発明は、上述の軸受装置において、前記第1の回転部材は、側板部であり、前記第2の回転部材は、外輪である。 According to the present invention, in the bearing device described above, the first rotating member is a side plate portion, and the second rotating member is an outer ring.
また、本発明は、上述の軸受装置において、前記接触防止部材は、前記回転軸と同心に設けられたスラストワッシャである。 In the bearing device according to the present invention, the contact prevention member is a thrust washer provided concentrically with the rotating shaft.
また、本発明は、上述の軸受装置において、前記接触防止部材は、耐磨耗性を有する樹脂により構成されたものである。 According to the present invention, in the above-described bearing device, the contact prevention member is made of a resin having wear resistance.
また、本発明は、シリンダと、前記シリンダ内に往復動可能に設けられ、前記シリンダとの間に膨張空間を形成するとともに、内部に、前記膨張空間に冷媒ガスを供給及び排出するための冷媒ガス流路が形成されているディスプレーサと、クランク部材と、前記クランク部材を回転駆動する回転駆動部と、前記回転駆動部により回転駆動される前記クランク部材の回転運動を往復動に変換して前記ディスプレーサを往復駆動するスコッチヨークとを含む駆動装置と、前記冷媒ガス流路内に収容されており、前記駆動装置により前記ディスプレーサを前記シリンダに沿って往復動させる際に、前記膨張空間に供給した冷媒ガスを膨張させることによって発生した冷熱を蓄冷する蓄冷材とを有し、前記駆動装置は、上述の軸受装置を備えている、蓄冷器式冷凍機である。 In addition, the present invention is provided with a cylinder and a reciprocating motion in the cylinder, forming an expansion space between the cylinder and supplying and discharging a refrigerant gas into the expansion space inside. A displacer in which a gas flow path is formed, a crank member, a rotational drive unit that rotationally drives the crank member, and a rotational motion of the crank member that is rotationally driven by the rotational drive unit to convert the rotational motion into a reciprocating motion, A drive device that includes a scotch yoke that reciprocally drives the displacer, and is housed in the refrigerant gas flow path, and is supplied to the expansion space when the displacer is reciprocated along the cylinder by the drive device. A cold storage material that stores cold heat generated by expanding the refrigerant gas, and the drive device includes the bearing device described above. A cold device refrigerator.
本発明によれば、冷凍機に備えられる軸受装置において、回転軸の方向に荷重が作用したときに、中心側の回転部材と外周側の回転部材とが接触して磨耗することを防止できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when a load acts in the direction of a rotating shaft in the bearing apparatus with which a refrigerator is equipped, it can prevent that the rotation member of a center side and the rotation member of an outer peripheral side contact and wear.
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
(実施の形態)
図1を参照し、実施の形態に係る冷凍機に備えられた軸受装置について説明する。また、軸受装置が備えられる冷凍機として、GM冷凍機を例示して説明する。GM冷凍機は、数K〜20K程度の極低温を得るのに適した2段構成を有する。
Next, a mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment)
With reference to FIG. 1, the bearing apparatus with which the refrigerator which concerns on embodiment was equipped is demonstrated. A GM refrigerator will be described as an example of a refrigerator provided with a bearing device. The GM refrigerator has a two-stage configuration suitable for obtaining a cryogenic temperature of about several K to 20K.
図1は、本実施の形態に係る軸受装置を備えたGM冷凍機の構成を示す断面図である。図2は、スコッチヨーク機構32の分解斜視図である。図3は、本実施の形態に係る軸受装置を備えたGM冷凍機のロータリー弁装置40の分解斜視図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a GM refrigerator including a bearing device according to the present embodiment. FIG. 2 is an exploded perspective view of the
GM冷凍機は、圧縮機1、シリンダ部2及びハウジング部3を有する。
The GM refrigerator has a compressor 1, a
圧縮機1は、冷媒ガス(ヘリウムガス)を低圧側1aから吸込む。そして、吸い込んだ冷媒ガスを例えば20数kg/cm2程度に圧力を高めると共に冷却し、高圧側1bへ排出する。
The compressor 1 sucks refrigerant gas (helium gas) from the low pressure side 1a. Then, the sucked refrigerant gas is increased in pressure to, for example, about 20 kg / cm 2 and cooled, and discharged to the
シリンダ部2は、第1段目シリンダ11、第2段目シリンダ12、第1段目ディスプレーサ13、第2段目ディスプレーサ14、内部空間15、16、蓄冷材17、18を有する。
The
第1段目シリンダ11、第2段目シリンダ12は、上下2段に配置されている。第1段目シリンダ11、第2段目シリンダ12には、それぞれ第1段目ディスプレーサ13、第2段目ディスプレーサ14が摺動自在に設けられている。
The
第1段目ディスプレーサ13、第2段目ディスプレーサ14と、第1段目シリンダ11、第2段目シリンダ12との間には、膨張空間21、22、23が形成されている。第1段目ディスプレーサ13の内部には、内部空間15が形成されている。第2段目ディスプレーサ14の内部には、内部空間16が形成されている。内部空間15、16には、それぞれ蓄冷材17、18が収容されている。
膨張空間21、22、23相互の間は、内部空間15、内部空間16、並びに第1段目ディスプレーサ13内及び第2段目ディスプレーサ14内に設けられた冷媒ガス流路L1〜L4により接続されている。従って、内部空間15、16は、膨張空間21、22、23に冷媒ガスを供給及び排出するための冷媒ガス流路でもある。
The
また、第1段目シリンダ11、第2段目シリンダ12の下部外周には、それぞれフランジ19、20が熱的に結合するように設けられている。
Further,
図1に示すように、ハウジング部3は、駆動装置30及びロータリー弁装置40を有する。
As shown in FIG. 1, the housing part 3 includes a drive device 30 and a
駆動装置30は、モータ31及びスコッチヨーク機構32を有する。モータ31は回転駆動力を発生する。なお、モータ31は、本発明における回転駆動部に相当する。
The drive device 30 includes a
図2に示すように、スコッチヨーク機構32は、クランク部材33及びスコッチヨーク34を有し、モータ31で発生した回転駆動力を往復駆動力に変換し、第1段目ディスプレーサ13及び第2段目ディスプレーサ14を往復駆動するためのものである。
As shown in FIG. 2, the
クランク部材33は、モータ31の回転軸31aに固定されており、モータ31に回転駆動される。クランク部材33は、モータ31の回転軸31aに取り付けられる位置から偏心した位置にクランクピン33bを設けた構成とされている。従って、クランク部材33をモータ31の回転軸31aに取り付けると、回転軸31aとクランクピン33bは、偏心した状態となる。
The
スコッチヨーク34は、ヨーク板35、上下軸36、及び軸受装置60を有する。スコッチヨーク34は、ハウジング部3内で図2(図1)におけるZ1、Z2方向に往復移動可能に設けられている。ヨーク板35の中央上下位置には、上下軸36が上下方向(Z1、Z2方向)に延出するように設けられている。なお、上下軸36は、摺動軸受38a、38bにより上下方向(Z1、Z2方向)に摺動可能に支持されている。
The
ヨーク板35には、図2における矢印X1、X2方向に延在する横長窓35aが形成されており、横長窓35a内には、軸受装置60が設けられている。軸受装置60は、横長窓35a内で矢印X1、X2方向に転動可能に設けられている。
The
軸受装置60は、後述するように、互いに相対回転可能に設けられた内輪61と外輪62とを有し、内輪61がクランクピン33bに固定されている。軸受装置60として、例えばローラフォロワ又はカムフォロワを用いることができる。本実施の形態では、以下、軸受装置60として、ローラフォロワを用いた例について説明する。
As will be described later, the bearing
クランクピン33bがローラフォロワ60に係合した状態で回転軸31aを回転すると、クランクピン33bは、円弧を描くように回転(偏心回転)し、スコッチヨーク34は、図2における矢印Z1、Z2方向に往復動する。この際、ローラフォロワ60は、横長窓35a内を図2中矢印X1、X2方向に往復移動する。
When the
スコッチヨーク34の下部に設けられた上下軸36は、第1段目ディスプレーサ13に連結されている。よって、スコッチヨーク34は、第1段目ディスプレーサ13を、図1における矢印Z1、Z2方向に往復駆動する。
A
このような構造を有することにより、クランク部材33はクランクピン33bの軸方向(Y1、Y2方向)への移動が拘束されており、スコッチヨーク34もクランクピン33bの軸方向(Y1、Y2方向)への移動が拘束されている。
By having such a structure, the
図1に示すように、ロータリー弁装置40は、圧縮機1と第1段目シリンダ11及び第2段目シリンダ12との間に設けられている。ロータリー弁装置40は、冷媒ガスの流れを制御するためのものである。具体的には、ロータリー弁装置40は、圧縮機1の高圧側1bから送り出された冷媒ガスを第1段目シリンダ11、第2段目シリンダ12内に導き、また、第1段目シリンダ11、第2段目シリンダ12内から送り出された冷媒ガスを圧縮機1の低圧側1aに導くように構成されている。
As shown in FIG. 1, the
図1及び図3に示すように、ロータリー弁装置40は、バルブ本体41とバルブプレート42とを有する。バルブ本体41及びバルブプレート42は、平坦な面を有し、この平坦な面同士が面接触している。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
バルブ本体41は、ハウジング部3内に、固定ピン43で固定される。バルブプレート42は、クランクピン33bがクランク軸33a(モータ31の回転軸31a)を中心として回転(偏心回転)することによって、バルブプレート42が回転するように、クランクピン33bの先端に係合されている。
The
バルブ本体41の中心には、圧縮機1の高圧側1bに接続される冷媒ガス吸気孔44が貫通されている。図3に示すように、バルブプレート側端面45には、冷媒ガス吸気孔44を中心とする同心円上に円弧状溝46が設けられている。バルブ本体41には、一端を円弧状溝46に開口し、バルブ本体41内を通って他端をバルブ本体41の側面に吐出孔47として開口した通孔48が穿設されている。また、吐出孔47は、通路49を介して膨張空間23に連通している。
In the center of the
バルブプレート42のバルブ本体側端面50には、その中心から半径方向に延びる溝51が設けられている。また、バルブプレート42のバルブ本体側端面50から反対側端面52まで貫通するように、バルブ本体41の円弧状溝46と同一円周上の位置に、円弧状孔53が穿設されている。
On the valve body
冷媒ガス吸気孔44、溝51、円弧状溝46、及び通孔48により吸気弁が構成される。また、通孔48、円弧状溝46、及び円弧状孔53により排気弁が構成される。
The refrigerant
スコッチヨーク34がZ1、Z2方向に往復移動すると、第1段目ディスプレーサ13、第2段目ディスプレーサ14は、Z1、Z2方向に往復駆動され、それぞれ第1段目シリンダ11内、第2段目シリンダ12内を、下死点LPと上死点UPとの間で往復動する。
When the
第1段目ディスプレーサ13、第2段目ディスプレーサ14が下死点LPに達する際に、排気弁が閉じるとともに、通孔48、円弧状溝46、溝51との間に冷媒ガス流路が形成される。高圧の冷媒ガスは、ハウジング部3内の通路49を経て膨張空間23に充填され始める。その後、第1段目ディスプレーサ13、第2段目ディスプレーサ14は下死点LPを過ぎて上昇を始め、冷媒ガスは蓄冷材17、18を上から下に通過し、膨張空間21、22に充填されてゆく。
When the
そして、第1段目ディスプレーサ13、第2段目ディスプレーサ14が上死点UPに達する際に、吸気弁は閉じるとともに、通孔48と円弧状溝46、円弧状孔53との間に冷媒ガス流路が形成される。高圧の冷媒ガスは、断熱膨脹することによって冷熱を発生させ、発生した冷熱によりフランジ19、20を冷却するとともに、蓄冷材17、18を冷却しながら下から上に通過し、圧縮機1の低圧側1aに還流し始める。このとき、発生した冷熱は、蓄冷材17、18を蓄冷器として蓄冷される。
When the
その後、第1段目ディスプレーサ13、第2段目ディスプレーサ14が下死点LPに達する際に、排気弁は閉じ、吸気弁が開いて1サイクルを終了する。このようにして、冷媒ガスの圧縮、膨張のサイクルを繰り返すことによって、冷凍機は冷熱を発生し、発生した冷熱を蓄冷することができる。
Thereafter, when the
なお、ロータリー弁装置40に代え、ハウジング部3の外部であって圧縮機1側に吸気弁及び排気弁により構成されている切替え装置を設け、切替え装置により、圧縮機1と膨張空間21〜23とを、ディスプレーサの往復動と同期して吸気弁及び排気弁が切り替え可能に介されるように接続してもよい。そして、第1段目ディスプレーサ13、第2段目ディスプレーサ14を往復動する際に、切替え装置により、膨張空間21〜23と圧縮機1の低圧側1a、高圧側1bとの接続を切り替えることにより、冷媒ガスの圧縮、膨張のサイクルを繰り返すことができる。
Instead of the
次に、ローラフォロア(軸受装置)60の構成について説明する。図4は、本実施の形態に係る軸受装置(ローラフォロア60)の構成を示す断面図である。なお、図4では、クランク部材33のクランクピン33bも合わせて図示している。
Next, the configuration of the roller follower (bearing device) 60 will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the bearing device (roller follower 60) according to the present embodiment. In FIG. 4, the
図4に示すように、ローラフォロア60は、内輪61、外輪62、転動体63、保持器64、大径段部65、側板部(鍔)66、シール67及び接触防止部材68を有する。
As shown in FIG. 4, the
本実施の形態では、前述したように、内輪61がクランクピン33bに係合されているため、外輪62は内輪61のスコッチヨーク34側に設けられている。従って、側板部(鍔)66は、本発明における第1の回転部材に相当し、外輪62は、本発明における第2の回転部材に相当する。
In the present embodiment, as described above, since the
外輪62の内部には、内輪61が組み込まれている。外輪62の内周面と内輪61の外周面との間には、内輪61に対して外輪62を相対回転自在にするための、コロよりなる転動体63が設けられている。転動体63として、例えば円筒形状(ニードルベアリング)、球形状(ボールベアリング)等を用いることができる。また、外輪62の内周面と内輪61の外周面との間には、隣接する転動体63同士の間隔を保持するための保持器64が設けられている。
An
外輪62の内周面であって回転軸に沿った両端の部分には、外輪62の内周面が切り欠かれるようにして、大径段部65が形成されている。そして、内輪61の外周面であって大径段部65に対向する部分には、一対の側板部(鍔)66が、内輪61の端部に嵌合され、固定されている。
A large-
内輪61、外輪62、転動体63、保持器64及び側板部(鍔)66の材質として、例えば、SUS440C等のマルテンサイト系ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼に適当な熱硬化処理を施したもの、SUS630等の析出硬化系ステンレス鋼、あるいは、SUS316等のオーステナイト系ステンレス鋼に表面硬化処理を施したもの、等を用いることができる。
As a material of the
内輪61と外輪62との間に形成された環状空間S内には、例えばグリースよりなる潤滑剤が注入されている。そして、外輪62の軸方向両側に設けた大径段部65の内周面に、側板部(鍔)66の外周面に摺接して潤滑剤を封止するためのシール67が設けられている。シール67として、NBRやACN(アクリルゴム)等の合成ゴムを用いることができる。
In an annular space S formed between the
接触防止部材68は、クランク部材33側に設けられた第1の回転部材と、第1の回転部材のスコッチヨーク機構32側に設けられている第2の回転部材との間に設けられている。接触防止部材68は、第1の回転部材と第2の回転部材とがローラフォロア60の回転軸方向に相対変位して接触することを防止するためのものである。
The
第1の回転部材、第2の回転部材は、ローラフォロア60において、それぞれクランク部材33側、スコッチヨーク34側に、回転軸の周りに回転可能に設けられており、回転軸方向に荷重が作用して相対変位したときに接触するおそれがある部材であればよい。従って、本実施の形態では、第1の回転部材として、例えば内輪61に嵌合し固定されている側板部(鍔)66とすることができ、第2の回転部材として、例えば外輪62とすることができる。すなわち、側板部(鍔)66と外輪62とが接触するおそれがあるため、接触防止部材68は、側板部(鍔)66と外輪62の間に設けられていることが好ましい。これにより、側板部(鍔)66と外輪62との接触を防止することができ、回転軸方向に荷重が作用して相対変位した場合でも、側板部(鍔)66と外輪62との間の摺動及び摺動による磨耗を防止することができる。
The first rotating member and the second rotating member are provided on the
また、接触防止部材68として、例えばスラストワッシャを用いることが好ましい。これにより、簡便な部材を用いて、側板部(鍔)66と外輪62との接触を防止することができ、回転軸方向に荷重が作用して相対変位した場合でも、側板部(鍔)66と外輪62との間の摺動及び摺動による磨耗を防止することができる。
Further, as the
また、接触防止部材68は、耐磨耗性を有する樹脂により構成されたものであることが好ましい。これにより、接触防止部材68自身が側板部(鍔)66又は外輪62と接触した場合でも、接触防止部材68自身の磨耗によって磨耗粉が発生することを防止できる。耐摩耗性を有する樹脂として、例えばフッ素樹脂、PEEK樹脂等を用いることができる。
Moreover, it is preferable that the
なお、図4では、側板部(鍔)66とスラストワッシャ68との間、及びスラストワッシャ68と外輪62との間は、接触しているように図示されている。しかし、実際には、側板部(鍔)66とスラストワッシャ68との間、及びスラストワッシャ68と外輪62との間には、微小な隙間が設けられており、かつ、その隙間には周囲の環状空間S内と同様に、前述した例えばグリースよりなる潤滑剤が注入されている。従って、側板部(鍔)66とスラストワッシャ68の間、及びスラストワッシャ68と外輪62との間では、潤滑剤を介し、摺動することなく自由に相対回転可能に構成されている。
In FIG. 4, the side plate portion (板) 66 and the
次に、比較例を参照し、本実施の形態に係る軸受装置において、ローラフォロアの回転軸方向に荷重が作用した場合に、第1の回転部材と第2の回転部材とが接触して磨耗することを防止できる作用効果について説明する。図5は、比較例に係る軸受装置(ローラフォロア160)の構成を示す断面図である。図6は、比較例に係る軸受装置(ローラフォロア160)において、第1の回転部材と第2の回転部材とが回転軸方向に相対変位して接触している様子を示す断面図である。 Next, referring to the comparative example, in the bearing device according to the present embodiment, when a load is applied in the direction of the rotation axis of the roller follower, the first rotating member and the second rotating member come into contact with each other and wear out. The effect which can prevent doing is demonstrated. FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a bearing device (roller follower 160) according to a comparative example. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which the first rotating member and the second rotating member are in relative displacement and contact with each other in the rotation axis direction in the bearing device (roller follower 160) according to the comparative example.
図5に示すように、比較例に係る軸受装置(ローラフォロア160)は、内輪61、外輪62、転動体63、保持器64、大径段部65、及び側板部(鍔)66を有する点は、実施の形態に係る軸受装置(ローラフォロア60)と同様である。しかし、比較例に係る軸受装置(ローラフォロア160)は、接触防止部材を有していない。
As shown in FIG. 5, the bearing device (roller follower 160) according to the comparative example has an
クランク部材33のクランク軸33a及びクランクピン33bが設けられており、スコッチヨーク34の上下軸36が垂直方向に延在するように設けられている場合には、ローラフォロア160の回転軸もクランク軸33aの回転軸と同じ方向に延在する。また、前述したように、クランク部材33はクランクピン33bの軸方向(Y1、Y2方向)への移動が拘束されており、スコッチヨーク34もクランクピン33bの軸方向(Y1、Y2方向)への移動が拘束されている。従って、本来、ローラフォロア160には、回転軸方向には荷重は作用しないはずである。
When the
しかし、発明者らは、実際に、上記したように配置されたローラフォロア160を軸受装置として備えたGM冷凍機において、ローラフォロア160に、回転軸方向に荷重が作用することを発見した。
However, the inventors have actually found that a load acts on the
このように、ローラフォロア160に、本来荷重が作用しないはずの回転軸方向に荷重が作用する原因としては、例えば、各部材の寸法公差等が考えられる。
As described above, the cause of the load acting on the
例えば、クランク部材33等の寸法公差等により、クランク部材33の回転運動に伴って、クランク部材33がローラフォロア160の軸方向(Y1、Y2方向)に微小に往復動する場合が考えられる。また、スコッチヨーク34、ヨーク板35、横長窓35a、上下軸36、摺動軸受38a、38b等の寸法公差等により、スコッチヨーク34の上下動に伴って、スコッチヨーク34がローラフォロア160の軸方向(Y1、Y2方向)に微小に往復動する場合が考えられる。更に、ローラフォロア160の内輪61、外輪62、保持器64、側板部(鍔)66等の寸法公差等により、クランク部材33の回転運動及びスコッチヨーク34の上下動に伴って、内輪61、外輪62、保持器64、側板部(鍔)66などがローラフォロア160の軸方向(Y1、Y2方向)に微小に往復動する場合が考えられる。
For example, there may be a case where the
すると、クランク部材33側に設けられた第1の回転部材である側板部(鍔)66及び第1の回転部材のスコッチヨーク34側に設けられている第2の回転部材である外輪62が、回転軸方向に相対変位して接触することがある。この接触は、側板部(鍔)66及び外輪62のいずれも金属よりなる場合には、いわゆるメタルタッチと呼ばれるものである。側板部(鍔)66と外輪62とがローラフォロア160の回転軸方向(Y1、Y2方向)に相対変位して接触している様子を、図6に示す。
Then, the side plate portion (鍔) 66 that is the first rotating member provided on the
図6の点線で囲まれた領域Iに示すように、側板部(鍔)66と外輪62とが接触している状態で、長時間GM冷凍機を運転すると、側板部(鍔)66及び外輪62の両方又はいずれかが磨耗し、更に、ローラフォロア160が破損するおそれがある。
As shown in a region I surrounded by a dotted line in FIG. 6, when the GM refrigerator is operated for a long time in a state where the side plate portion (と) 66 and the
一方、本実施の形態に係る軸受装置(ローラフォロア60)は、第1の回転部材である側板部(鍔)66と、第2の回転部材である外輪62との間に、第1の回転部材と第2の回転部材との接触を防止する接触防止部材68を有する。従って、各部材の寸法公差等により、クランク部材33の回転運動及びスコッチヨーク34の上下動に伴って、側板部(鍔)66と外輪62とがローラフォロア60の回転軸方向に相対変位する場合でも、側板部(鍔)66と外輪62との接触を防止できる。そして、長時間GM冷凍機を運転しても、側板部(鍔)66及び外輪62のいずれも磨耗することがなく、更に、側板部(鍔)66又は外輪62の磨耗によってローラフォロア60が破損するおそれがない。
On the other hand, the bearing device (roller follower 60) according to the present embodiment performs the first rotation between the side plate portion (板) 66 that is the first rotating member and the
また、本実施の形態によれば、ローラフォロアのサイズや外観を変更せずに、径方向の荷重と回転軸方向の荷重のいずれにも耐荷重性をもたせることができる。そのため、現状のGM冷凍機の設計変更を実施せずに、応力等の外乱の影響による変化を阻止できる、すなわち、ロバスト性を向上させることができる。 In addition, according to the present embodiment, it is possible to provide load resistance to both the radial load and the rotational axis load without changing the size and appearance of the roller follower. Therefore, a change due to the influence of a disturbance such as stress can be prevented without changing the design of the current GM refrigerator, that is, the robustness can be improved.
なお、本実施の形態では、第1の回転部材として、例えば内輪61に嵌合し固定されている側板部(鍔)66とし、第2の回転部材として、例えば外輪62とする例について説明した。ここで、図4に示す例では、スラストワッシャ68は、側板部(鍔)66と保持器64との間にも設けられている。このため、側板部(鍔)66と保持器64との接触を防止することができ、側板部(鍔)66と保持器64との間の磨耗も防止することができる。
In the present embodiment, an example has been described in which the first rotating member is, for example, the side plate portion (鍔) 66 fitted and fixed to the
また、図4では、スラストワッシャ68と大径段部65との間は、接触しているように図示されている。しかし、実際には、スラストワッシャ68と大径段部65との間にも、微小な隙間が設けられており、かつ、その隙間には周囲の環状空間S内と同様に、前述した例えばグリースよりなる潤滑剤が注入されている。従って、スラストワッシャ68と大径段部65との間でも、潤滑剤を介し、摺動することなく自由に相対回転可能に構成されている。
In FIG. 4, the
また、本実施の形態では、軸受装置として、内輪と外輪とを有するローラフォロアを用いた例について説明した。しかし、本発明は、軸受装置として、内輪に代えスタッド軸を有するカムフォロアを用いた例にも適用可能である。 In the present embodiment, an example in which a roller follower having an inner ring and an outer ring is used as the bearing device has been described. However, the present invention can also be applied to an example in which a cam follower having a stud shaft is used instead of the inner ring as the bearing device.
また、本実施の形態では、図4に示すように、スラストワッシャ68は、側板部(鍔)66と保持器64との間にも設けられている例について説明した。しかし、本発明では、図7に示すように、外輪62と側板部(鍔)66との間にのみスラストワッシャ68aが設けられていてもよい。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the example in which the
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Can be modified or changed.
1 圧縮機
2 シリンダ部
3 ハウジング部
11 第1段目シリンダ
12 第2段目シリンダ
13 第1段目ディスプレーサ
14 第2段目ディスプレーサ
15、16 内部空間
17、18 蓄冷材
21、22、23 膨張空間
30 駆動装置
31 モータ
31a 回転軸
32 スコッチヨーク機構
33 クランク部材
33a クランク軸
33b クランクピン
34 スコッチヨーク
40 ロータリー弁装置
41 バルブ本体
42 バルブプレート
60 ローラフォロア(軸受装置)
61 内輪
62 外輪
63 転動体
64 保持器
65 大径段部
66 側板部(鍔)
67 シール
68 接触防止部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
61
67
Claims (5)
回転軸の周りに回転可能な第1の回転部材と、
前記第1の回転部材の前記スコッチヨーク側に設けられ、前記回転軸の周りに回転可能な第2の回転部材と、
前記第1の回転部材と前記第2の回転部材とが、前記回転軸方向に相対変位して接触することを防止する接触防止部材と
を有する、軸受装置。 A crank member that includes a cylinder and a displacer provided in the cylinder so as to be capable of reciprocating, and that is provided in a refrigerator that expands refrigerant gas to generate cold heat; and a rotationally driven crank member; In a bearing device provided between a scotch yoke that reciprocates and converts the displacer into a reciprocating motion,
A first rotating member rotatable around a rotation axis;
A second rotating member provided on the scotch yoke side of the first rotating member and rotatable about the rotating shaft;
A bearing device comprising: a contact preventing member that prevents the first rotating member and the second rotating member from making a relative displacement in the direction of the rotating shaft and contacting.
前記第2の回転部材は、外輪である、請求項1に記載の軸受装置。 The first rotating member is a side plate portion,
The bearing device according to claim 1, wherein the second rotating member is an outer ring.
前記シリンダ内に往復動可能に設けられ、前記シリンダとの間に膨張空間を形成するとともに、内部に、前記膨張空間に冷媒ガスを供給及び排出するための冷媒ガス流路が形成されているディスプレーサと、
クランク部材と、前記クランク部材を回転駆動する回転駆動部と、前記回転駆動部により回転駆動される前記クランク部材の回転運動を往復動に変換して前記ディスプレーサを往復駆動するスコッチヨークとを含む駆動装置と、
前記冷媒ガス流路内に収容されており、前記駆動装置により前記ディスプレーサを前記シリンダに沿って往復動させる際に、前記膨張空間に供給した冷媒ガスを膨張させることによって発生した冷熱を蓄冷する蓄冷材と
を有し、
前記駆動装置は、請求項1から請求項4のいずれかに記載の軸受装置を備えている、蓄冷器式冷凍機。 A cylinder,
A displacer provided in the cylinder so as to be capable of reciprocating and forming an expansion space between the cylinder and a refrigerant gas passage for supplying and discharging refrigerant gas to and from the expansion space. When,
A drive including a crank member, a rotational drive unit that rotationally drives the crank member, and a scotch yoke that converts the rotational motion of the crank member that is rotationally driven by the rotational drive unit into a reciprocating motion and reciprocally drives the displacer Equipment,
Cold storage that is stored in the refrigerant gas flow path and stores cold heat generated by expanding the refrigerant gas supplied to the expansion space when the displacer is reciprocated along the cylinder by the driving device. With materials,
The said drive device is a regenerator-type refrigerator provided with the bearing apparatus in any one of Claims 1-4.
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