JPH02500204A - 直線往復動機械の振動絶縁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 直線往復ａｍ械の振動絶縁 背　景 本発明は、圧縮機のような直線往復動機械の二質渋絶縁システムに関する。振動 絶縁は一般に、−物体の振動の他方への伝達を低減するために用いられる［１１ ２に関連する。直線往復動機械においては、前後に往復動する単数または複数の ピストンにより機械的振動が生成されてそのシリンダに結果的な力を生起させる 。この機械的振動を低減させるため、動的吸収装置と絶縁装置とを使用する二質 量絶縁システムが、振動を吸収すべく一般的に用いられる。その結果、さもなけ れば機械のフレームに伝達される、機械により生成される振動の減衰が得られる 。

在来の単−質量絶縁装置を上回る二質量振動絶縁装置の利点は、それによって、 伝達率を一層効果的に低減させ得ることである。二質量システムの特性はまた、 この二質量システムが二つの共振周波数を有するという点で、質最弾性的とも異 なっている。二つの共振周波数間の周波数の小１１域内では、また最大共振を超 える周波数においては、二質量システムの伝達率が、同様の剛性を有する単純な 単−質」絶縁装置のそれよりも小さい。

発　明　の　要　約 二質量システムを設計する在来の方法は、機械により生成される振動のみを考！ ｉ！することになっている。機械の取付はフレームから機械へ伝達される振動に 対しては全く考慮が払われていない。絶縁システムの二つの共振周波数に等しい 周波数で共振する振動が機械に伝達されると、これらの振動は増幅される。従っ て、機械に伝わる振動を減衰させると共に、機械により生成される振動を減衰さ せる二質量絶縁システムを設計する必要がある。

本発明は、直線往復動ピストンを有する機械の絶縁システムに関し、とくに、極 低温冷凍機用の圧縮機に適している。この絶縁システムには、機械に取り付けら れた釣合せ質量と、機械とその取付はフレームとの間に位置する絶縁装置とが含 まれる。この釣合せ質量は、往復動ピストンの動きと共に回転されて異なる位相 で振動する。

適正に回されれば、釣合せ質量の力は、圧縮機のピストンにより生成される正味 の不均衡力に等しく且つそれに対向する。この絶縁装置は少なくとも０．１の減 衰比まで減衰されて、往復動ピストンと釣合せ質量とに関連する共振周波数を減 衰させる。

好適な実施例においては、二つのリテーナ間にエラストマーを挟み込むことによ り形成される。なるべくなら、エラストマーの一端をリテーナの一方に、そして エラストマーの他端を残余のリテーナの端部に結合させることが望ましい。この 構造の利点は、軸線方向のような一つの方向に柔軟なばねが結果として生じ、半 径方向のような別の方向に硬直なばねが結果として生ずることである。

図面の簡単な説明 本発明の前記その他の諸口的と諸特徴と諸利点とは、種々の図を通じて同じ部分 を同様な符号で表示するようにした添付図面に示す本発明の好適な実施例につい ての、次の更に詳細な説明により明らかとなろう。図は必ずしも一定の比例をな すものではなく、むしろ強調して本発明の原理を示しである。

第１図は直線型圧縮機の断面図である。

第２図は二質ｌ振動絶縁システムの特性曲線である。

発明の詳細な説明 本発明は、低温冷却器または極低温冷凍機のような直線往復Ｉ７１機械の絶縁シ ステムに関する。この種の冷凍機は、リニアモータ装置により、圧縮機内の単数 または複数のピストンの運動と置換器のそれとを制御する。例えば、ヘリウム・ ガスを圧縮するために用いられるリニアモータを記載した［リニア駆動モータ用 のインボリュート積層固定子を有する極低温冷凍機＠　（ｃｒｙｏｇｅｎ＋ｃＲ ｅ４ｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ）　Ｊと称する１９８６年７月１４日 提出の米国特許出願第８８５．２１８号を参照のこと。

懸架＆置を具現する好適なりニアモータ圧縮機を第１図に示す。図示の如く、こ の圧縮機には、圧縮機頭部空間１２内のヘリウム・ガスを圧縮する往復動ピスト ン要素１０が含まれる。ガスは、頭部空間１２から圧縮室のボート１４を通り、 外側ハウジング２ｏに沿ってガス管継手組立体２１に至る予備成形された管１８ まで圧縮室から延びる管１６へと流れる。ガスはガス管継手継手組立体２１から 、置換器を収容した分割式スターリング冷凍機のような極低温冷凍機（図示せず ）の低温フィンガへ送出される。

外側ハウジング２０には玉２２と止めねじ２４の集合体が用意されている。玉２ ２と止めねじ２４の集合体は、ハウジングのボート２６を経由する圧縮機へのヘ リウム・ガスの容易な装入を可能にさせる。ガスは、第二予備成形管２８と連通 するボート３４を介してピストン・シリンダの空所３０に通じることができる。

しかし圧縮機の作動中は、玉２２が止めねじ２４によりハウジング２０に対し固 定されてボート２６を閉鎖する。ごみや砕片が玉２２とねじ２４の集合体に入り 込まないように、防護ダスト・カバーねじ３６が備えられる。

ピストン要素１０には、ピストン・コア４ｏに固定された鉄塊３８が含まれる。

鉄は、その高い透磁率と高い磁気誘導との故に用いられるが、同じ特性を備える 他の材料を用いてもよい。なるべくならコア４ｏは、サーメットで作ることが望 ましいが、共振を生ずる作動に対し、より多くの質量を付与するために、タング ステン合金を組み込んでも良い。ピストン要素の位置を検出するため、センサ４ ２を用いて、ピストン組立体１０の一端に固定されたターゲット磁石４４が検出 される。なるべくなら、ピストン要素が空シリンダ４６内に密接してはめ込まれ 、その間にすきまシールを得られることが望ましい。セラミックで作られたスリ ーブ４９で室シリンダ４６をライニングすることが望ましいが、サーメットのよ うな、他の硬い低摩擦材料を用いても良い。

ここに丁度述べたピストン組立体１０を圧力ハウジング４８が囲んでいる。圧力 ハウジングの大きさは、ピストン組立体１０が前後へ往復する際に圧力ハウジン グ４８と鉄塊３８との間を空所３ｏ内のヘリウム・ガスが自由に流れ得るように 構成される。ピストン組立体１ｏがオーバーストロークして、あり得べき損傷を 生じないようにするため、ピストン組立体１０の左右に２個のＯリング５０が置 かれる。

圧力ハウジング４８の周囲を囲んで固定子５２が設けられる。固定子５２には、 インボリュート積層５６間に置かれ且つ磁石５８で隔離された２組のコイル５４ が含まれる。この静的な組立体は、ここに織り込まれた上述の米国特許出願第８ ８５．２１８号に更に記述されている。

ピストン要素１０の前後への往復動の結果として、機械的振動が圧縮機により生 成される。この振動を除去するため、圧縮機の一端に受動的撮動吸収器または動 的吸収器６０が取り付けられ、圧縮機の作動周波数と同じ周波数で共振するよう に調整される。動的吸収器１０はなるべくなら、小さい減衰特性を有する２個の ばね６４．６６問に位置付けされた釣合せ［１６２を含むことが望ましいが、他 の諸装置を用いても良い。動的吸収器６゜が適正に調整されると、吸収器６０の 釣合せ質量６２の運動により圧縮機により作用する力は、圧縮機のピストンによ り生成される正味の不均衡力に等しく且つそれに対向する。従ってその結果、圧 縮機の軸線方向の運動は、吸収器６ｏの釣合せ質量６２による軸線方向の振動に よって阻止される。

釣合せ質１６２を内側リテーナ６８が囲んでいる。この内側リテーナ６８は、釣 合せ質量６２が共振するに充分なすきま空間を与え且つこの質量が振動する際に 最小の減衰を可能とさせるように構成される。外側リテーナ７０と、外側ハウジ ング２０の一部分を形成する内側リテーナ６８との間には、シリコーンゴムのよ うなエラストマー材料７２が挟み込まれる。このサンドイッチ構造は、圧縮機と 取付はフレーム７４との間の絶縁装Ｍ７３として役立つ。

このエラストマー材料はなるべくなら、エラストマー７６の一端がリテーナの一 方に結合され且つ他端７８が他方のリテーナに結合されるようにして、リテーナ ６８゜７０に結合されることが望ましい。エラストマーの半径方向に向いた面は リテーナに拘束されていない。これによりエラストマー材料は、リテーナ７０． ６８のそれぞれ内径および外径上で「浮動コすることができる。この構造の利点 は、この絶縁装置により、圧縮機の半径方向に沿った何れかの振動を減衰させる 硬直な構造体が得られると同時に、ピストンの軸線方向に沿った振動を減衰させ る軟らかいばねが得られる、ということである。この硬直な構造体は、半径方向 に圧縮され得る半径方向の長さが短い、極めて広いエラストマーの部分があるた め、結果として生ずるものである。従って、この絶縁装置のばね定数の硬さや軟 らかさは、絶縁ＶＬｗ組立体の厚さや長さを変えることにより制御することがで きる。なるべくなら、内側および外側リテーナは厚さ０．５０８ａ１１く０．０ ２ｉｒｌ）、エラストマーは厚さ１．５２４ａｍ（０，０６ｉｎ）であることが 望ましい。

リニアモータの在来の二質量振動絶縁装置の設計についての問題は、その構造が 、圧縮機により伝達される振動を処理するのみである、ということである。従っ て、可能な最大の減衰を達成するため、在来のシステムには動的吸収器と共に非 減衰絶縁装置が使用されている。換言すれば、この絶縁装置のばね率は共振周波 数を定めるように設定され、減衰は作動周波数での振動の減衰を最大とするよう 計画的に低く保たれ、結果として約ｏ、ｏｉの大きさの低い減衰比を生じていた 。この減衰比は、ばね力で除した減衰力として定義される。しかし、これらのシ ステムに見逃されていることは、有害な周波数が取付は部を経て圧縮機へ導入さ れ得る、ということである。システムの共振周波数の一つに等しい周波数で取付 はフレームから絶縁システムへ振動が伝達されると、釣合せ質量システムへ第二 の増幅された周波数が導入される。次いでこの第二周波数は圧縮機内の他の構成 諸要素に底をつかせ、かくしてそれ以上の振動を導入する。

圧縮機へ第二周波数が伝達されるようにする振動を減衰させるために、圧縮機に より伝達される振動の減衰の比率を犠牲にする必要があることがわかった。この 取引は、絶縁装置７３に減衰器を付加することにより達成された。

第２図に、二質１１ｉ勤絶縁システムの性能曲線を示しである。曲線は、このシ ステムの二つの共振周波数における振動の増幅を表現する二つの山を示している 。絶縁装置の減衰特性が増大されると、これらの周波数における振動が減衰され る。０．５の減衰比を有する絶縁装置は、結果として０．１の伝達率比を結果と して生ずることが見いだされている。これは、共振周波数における振動が減衰も 増幅もされないことを意味する。０．５の減衰比を有する絶縁装置を得ることは 非実際的であろうが、０．１以上の減衰比は許容可能であり且つ０．２を超える ものは好適であることを我々は見いだしている。第２図に示す付加的な特徴は、 絶縁装置の共振周波数が圧縮機の作動周波数の範囲よりも可成り低い場合には圧 縮機の作動周波数の許容差が増大する、ということである。

この許容できる作動周波数の範囲は、吸収器の共振周波数または呼び作動周波数 の絶縁ＩＡ装共振周波数に対する比と直接に関連するものと見られている。作動 周波数帯域を増大させることの利点は、圧縮機を製造する際に小さい欠点を克服 することが一層容易になる、ということである。

従って本装置によれば、圧縮機システムへの、若しくはそこからの振動が効果的 に減衰される。軸線方向に柔軟な減衰される絶縁装置は、第２図に示す左側の共 振周波数を更に低い周波数にさせると同時に、その周波数で伝達される周波数を 減衰させる。この構造はまた、より大きな作動周波数帯域を作り出すことにより 、作動周波数の許容差に利益を与える。硬直な絶縁装置は、圧縮機の作動に左程 敏感でない、半径方向に沿って伝達される振動を減衰させるため、依然保持され る。

本発明をその好適な実施例について詳細に図示し説明したが、添付フレイムに訳 述された本発明の精神と範囲とを逸脱することなく形状および細部の各種変更を なし得ることは当業者によって理解されよう。例えば、絶縁装置の長さや幅を、 特定の周波数を減衰させるように設計することもできる。

補正書の翻訳文提出書　（特許法第１８４如−）平成１年２月７日 ら

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．直線往復動ピストンを有する機械の懸架装置にして、 （ａ）ピストンによつて加えられる結果的な力を減衰させるためピストンの往復 連動に関連して逆位相運動が生成されるように機械に取り付けられた釣合せ質量 と、 （ｂ）往復動機械と釣合せ質量とに関連して機械ヘの、若しくはそこからの共振 周波数を減衰させるため、機械および付属の釣合せ質量と、取付けフレームとの 間に位置付けされた、０．１以上の減衰比を有する絶縁装置とを含む懸架装置。 ２．請求の範囲第１項に記載の直線往復動ピストンを有する機械の懸架装置にお いて、絶縁装置に、機械を支えるハウジングを形成する２個の同心リテーナ間に 挟み込まれたエラストマー材料が含まれるようにした懸架装置。 ３．請求の範囲第２項に記載の直線往復動ピストンを有する機械の懸架装置にお いて、一つの方向に柔軟なばねが構成され、別の方向に硬直なばねが構成される ように、エラストマーが一つのリテーナの一端で結合され、エラストマーの他端 が残余のリテーナに結合されるようにした懸架装置。 ４．請求の範囲第３項に記載の直線往復動ピストンを有する機械の懸架装置にお いて、往復動ピストンに対して軸線方向に柔軟なばねが構成され、半径方向に硬 直なばねが構成されるようにした懸架装置。 ５．請求の範囲第１項に記載の直線往復動ピストンを有する機械の懸架装置にお いて、減衰比が０．２であるようにした懸架装置。 ６．請求の範囲第１項に記載の直線往復動ピストンを有する機械の懸架装置にお いて、機械に取り付けられた釣合せ質量にほとんど若しくは全く減衰特性がない ようにした懸架装置。 ７．圧縮機を有する極低温冷凍機にて、作動容積内で交互にガスを圧縮し膨張さ せるピストン要素と、ピストン要素を駆動するリニア駆動モータと、振動絶縁シ ステムとを含む極低温冷凍機にして、絶縁システムが、（ａ）圧縮機を支える取 付けフレームと、（ｂ）ピストン要素により取付けフレームに加えられる結果的 な力をほぼ阻止するため、ピストン要素の往復運動に関連して逆位相運動が生成 されるように圧縮機に取り付けられた釣合せ質量と、 （ｃ）往復動ピストン要素と釣合せ質量とに関連して共振周波数を減衰させるた め、圧縮機と取付けフレームとの間に位置付けされた、０．１以上の減衰比とを 含むようにした極低温冷凍機。 ８．請求の範囲第７項に記載の圧縮機を有する極低温冷凍機において、減衰比が ０．２であるようにした極低温冷凍機。 ９．請求の範囲第７項に記載の圧縮機を有する極低温冷凍機において、取付けフ レームから圧縮機へ伝達される共振周波数を絶縁装置が減衰させるようにした極 低温冷凍機。 １０．請求の範囲第７項に記載の圧縮機を有する極低温冷凍機において、絶縁装 置に、ハウジングを形成する２個の同心リテーナ間に挟み込まれたエラストマー 材料が含まれるようにした極低温冷凍機。 １１．請求の範囲第１０項に記載の圧縮機を有する極低温冷凍機にむいて、一つ の方向に柔軟なばねが構成され、別の方向に硬直なばねが構成されるように、エ ラストマーが一つのリテーナの一端で結合され、エラストマーの他端が残余のリ テーナに結合されるようにした懸架装置。 １２．請求の範囲第１０項に記載の圧縮機を有する極低温冷凍機において、ピス トンの軸線方向に沿つた振動を減衰させるため、柔軟なばねが形成されるよう、 絶縁装置がリテーナへ結合されるようにした極低温冷凍機。 １３．請求の範囲第７項に記載の圧縮機を有する極低温冷凍機において、圧縮機 に取り付けられた釣合せ質量にほとんど若しくは全く減衰特性がないようにした 懸架装置。 １４．直線往復動圧縮機ピストンを有する圧縮機の振動絶縁システムにして、 （ａ）圧縮機の作動周波数と同じ周波数で共振するように調整された動的吸収器 と、 （ｂ）圧縮機への、または圧縮機からの振動を減衰させるため、圧縮機と取付け フレームとの間に固定された、０．１以上の減衰比を有する絶縁装置とを含む振 動絶縁システム。 １５．請求の範囲第１４項に記載の圧縮機の振動絶縁システムにおいて、減衰比 が０．２であるようにした振動絶縁システム。 １６．請求の範囲第１４項に記載の圧縮機の振動絶縁システムにおいて、絶縁装 置に、機械を支えるハウジングを形成する２個の同心リテーナ間に挟み込まれた エラストマー材料が含まれるようにした振動絶縁システム。 １７．請求の範囲第１６項に記載の圧縮機の振動絶縁システムにおいて、一つの 方向に柔軟なばねが構成され、別の方向に硬直なはねが構成されるように、エラ ストマーが一つのリテーナの一端で結合され、エラストマーの他端が残余のリテ ーナに結合されるようにした振動絶縁システム。 １８．請求の範囲第１７項に記載の圧縮機の振動絶縁システムにむいて、往復動 ピストンに対して軸線方向に柔軟なばねが構成され、半径方向に硬直なばねが構 成されるようにした振動絶縁システム。 １９．請求の範囲第１６項に記載の圧縮機の振動絶縁システムにおいて、取付け フレームから圧縮機へ伝達される共振周波数を絶縁装置が減衰させるようにした 振動絶縁システム。 ２０．請求の範囲第１６項に記載の直線往復動圧縮機ピストンを有する圧縮機の 振動絶縁システムにおいて、動的吸収器にほとんど若しくは全く減衰特性がない ようにした振動絶縁システム。 ２１．絶縁装置にして、 （ａ）エラストマーと、 （ｂ）エラストマーを間に挟み込む２個のリテーナと、（ｃ）一つの方向に柔軟 なはねが構成され別の方向に硬直なばねが構成されるように、エラストマーの一 端を一つのリテーナ、他端を残余のリテーナに結合させる装置とを含む絶縁装置 。 ２２．請求の範囲第２１項に記載の絶縁装置において、エラストマーが０．１以 上の減衰比を有するようにした絶縁装置。 ２３．請求の範囲第２１項に記載の絶縁装置において、２個のリテーナが同心シ リンダを形成し、軸線方向に柔軟なばねが構成され且つ半径方向に硬直なばねが 構成さ札るようにした絶縁装置。