JPH10252649A - リニアモータ駆動式圧縮機のフレクシャ・ベアリング - Google Patents

リニアモータ駆動式圧縮機のフレクシャ・ベアリング

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JPH10252649A
JPH10252649A JP9055100A JP5510097A JPH10252649A JP H10252649 A JPH10252649 A JP H10252649A JP 9055100 A JP9055100 A JP 9055100A JP 5510097 A JP5510097 A JP 5510097A JP H10252649 A JPH10252649 A JP H10252649A
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洋志 増田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】板ばね部材に渦巻状のスリットを形成してなる
フレクシャ・ベアリングにおいて、スリット端部に応力
が加わらないようにする。 【解決手段】フレクシャ・ベアリング１７の各スリット
１７ｄにおける端部１７ｄ1、１７ｄ2を、該フレクシャ
・ベアリング１７が狭圧状態に固定される外縁固定部位
１７ａ1、中央固定部位１７ａ2にまで延長し、該延長さ
れたスリット端部１７ｄ1、１７ｄ2のばね部分を該狭圧
状態に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はリニアモータ駆動式
の圧縮機等において、ピストンを圧縮機のハウジングに
非接触で支持するフレクシャ・ベアリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】リニアモータ駆動式圧縮機は、リニアモ
ータに交番電流を通電して発生する推力で作動ピストン
を駆動し、圧縮室内のガスを圧縮するもので、その一形
式として、刊行物「三菱電機技報，Ｖｏｌ．６７，Ｎ
ｏ．８，１９９３」に記載されているように、フレクシ
ャ・ベアリングを用いた非接触ピストン支持機構を採用
しているリニアモータ駆動式圧縮機がある。
【０００３】当該形式のリニアモータ駆動式圧縮機は、
非接触ピストン支持機構により、作動ピストンをシリン
ダに対して非接触状態に支持して、作動ピストンとシリ
ンダとの摺接に起因するガスの汚染およびシーリングの
摩耗を阻止して、圧縮機の性能低下を防止すべく意図し
たものである。非接触ピストン支持機構に採用されてい
るフレクシャ・ベアリングは、板ばね部材に中心部側か
ら外周縁側へ渦巻状に延びるスリットを形成して構成さ
れている。
【０００４】フレクシャ・ベアリングは、圧縮機のハウ
ジング内で、板ばね部材からなるばね本体の外周縁部に
て固定されるとともに、その中心部にて作動ピストンを
固定して支持するもので、作動ピストンを支持した状態
では、ばね本体の直交方向には柔軟でかつ平行方向には
剛性が高く、作動ピストンを安定した状態に支持すると
ともに、作動ピストンのばね本体の直交方向への移動
（ストローク）を許容する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、非接触ピス
トン支持機構を採用してなるリニアモータ駆動式圧縮機
において、作動ピストンのストロークを大きくしたり、
またフレクシャ・ベアリングの径を小さくして小型化し
ようとすると、フレクシャ・ベアリングのスリットの端
部に応力が集中し、この応力集中により、ばね本体にお
けるスリットの先端で破壊が生じるおそれがある。この
ため、非接触ピストン支持機構をしたリニアモータ駆動
式圧縮機においては、作動ピストンのストロークを大き
く設定して大出力の圧縮機にしたり、圧縮機を小型化す
るには大きな制約がある。
【０００６】従って、本発明の目的は、リニアモータ駆
動式圧縮機の非接触ピストン支持機構に採用されている
フレクシャ・ベアリングにおいて、スリットの先端への
応力集中を阻止して応力集中に起因するばね本体の破損
を防止し、作動ピストンのストロークの増大、および圧
縮機の小型化を可能にすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、中心部に軸孔
を持つ板ばね部材からなり、外周縁側のリング状部分が
圧縮機のハウジング内で狭圧状態に固定された外縁固定
部位となり、該軸孔周囲の中央縁側のリング状部分がリ
ニアモータにより駆動される作動ピストンに狭圧状態に
固定された中央固定部位となり、該外縁固定部位と中央
固定部位との間のばね本体に遠心方向へ渦巻状に延びる
スリットを備え、該ばね本体の該中心部にて該作動ピス
トンを支持するフレクシャ・ベアリングであって、該ス
リットの両端部の少なくとも一方は、該ばね本体から該
外縁固定部位若しくは該中央固定部位へも延長され、該
延長されたスリット端部のばね部分が該狭圧状態に固定
されていることを特徴とするものである。
【０００８】狭圧状態に固定された外縁固定部位及び中
央固定部位とは、リニアモータの例えばヨーク等の固定
部若しくはピストンの軸部等の可動部に板ばね部材の外
側縁部若しく内側縁部をスペーサあるいは座金を介して
ボルトナット、リベット等の締着手段で固定した部分を
いう。
【０００９】
【発明の作用・効果】リニアモータ駆動式圧縮機の非接
触ピストン支持機構に採用されているフレクシャ・ベア
リングにおいては、板ばね部材の変位によりスリットの
端部に生じる応力集中と板ばね部材の変位を是正する力
が、スリットの端部にて板ばね部材を引き裂く力として
作用する。
【００１０】しかしながら、本発明に係るフレクシャ・
ベアリングにおいては、スリットの径方向へ延びたその
先端を外縁若しくは内縁の各固定部位に位置させること
により先端は固定部位にて保護された状態となり、ばね
本体を引き裂くべく作用する力はスリットの先端には及
ばない。このためスリットの先端でのばね本体の引き裂
きは発生しない。
【００１１】従って、リニアモータ駆動式圧縮機の非接
触ピストン支持機構のフレクシャ・ベアリングとして、
本発明に係るフレクシャ・ベアリングを採用すれば、作
動ピストンのストロークを増大させて大出力の圧縮機を
構成し、かつフレクシャ・ベアリングの径を小さくして
圧縮機の小型化を図ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面に基づいて説明
すると、図１には、本発明に係るフレクシャ・ベアリン
グを採用した非接触ピストン支持機構を用いて作動ピス
トンを支持して構成したリニアモータ駆動式圧縮機が示
されている。当該圧縮機１０は、膨張機２０と連結管で
連結されていて、膨張機２０と共にスプリット型スター
リング冷凍機を構成している。
【００１３】当該圧縮機１０は２気筒対向式のもので、
圧縮機１０を構成するハウジング１０ａは、左右一対の
収容室１１ａ，１１ｂと、両収容室１１ａ，１１ｂの中
間部に位置して両収容室１１ａ，１１ｂに連通するシリ
ンダ部１１ｃを備え、各収容室１１ａ，１１ｂにはリニ
アモータ１０ｂが収容されており、リニアモータ１０ｂ
を構成するヨークに多数のフレクシャ・ベアリングを介
して作動ピストンが支持されている。
【００１４】リニアモータ１０ｂは、ヨーク１２、マグ
ネット１３、ボビン１４、およびコイル１５を備えてい
るもので、ヨーク１２は収容室１１ａ，１１ｂ内に嵌着
されて固定されている。マグネット１３は、ヨーク１２
の外側筒部１２ａの内周側に固着されている。ボビン１
４は、後述する作動ピストン１６に一体的に設けられて
いるもので、ボビン１４の外周にコイル１５が巻回され
ている。
【００１５】作動ピストン１６は、軸部１６ａと、軸部
１６ａの先端から突出するピストン部１６ｂと、軸部１
６ａの中間部から外周側およびピストン部１６ｂ側に延
びる筒状のフランジ部１６ｃからなり、フランジ部１６
ｃの先端に、リニアモータ１０ｂを構成するボビン１４
が一体的に形成されている。作動ピストン１６は、ヨー
ク１２の内側筒部１２ｂの内孔１２ｃ内に挿通されてい
て、軸部１６ａの各端部が内側筒部１２ｂから突出し、
フランジ部１６ｃが内側筒部１２ｂの外周に嵌合し、か
つピストン部１６ｂがシリンダ部１１ｃ内に所定長さ嵌
合している。作動ピストン１６は、この状態で軸部１６
ａの一端側と他端側にて、多数のフレクシャ・ベアリン
グ１７を介してヨーク１２の外側筒部１２ａに支持され
ている。
【００１６】フレクシャ・ベアリング１７は、外周縁部
にてヨーク１２に固定されているとともに、中心部にて
作動ピストン１６の軸部１６ａに固定されていて、この
状態においては、後述するように中心部側が直交方向に
変位可能であり、作動ピストン１６をヨーク１２に対し
て軸方向へ移動可能に支持している。これにより、フレ
クシャ・ベアリング１７は、コイル１５をヨーク１２の
内側筒部１２ｂの外周側にてマグネット１３に対向して
位置させているとともに、コイル１５と内側筒部１２ｂ
の外周およびマグネット１３の内周との間に所定の隙間
を確保している。 作動ピストン１６のピストン部１６
ｂは、互いに対向するピストン部１６ｂとによりシリン
ダ部１１ｃ内に圧縮室Ｒ1を形成しており、また、各ピ
ストン部１６ｂとシリンダ部１１ｃとは非接触状態とし
て非接触隙間シールを採用し、ピストン部１６ｂおよび
シリンダ部１１ｃの摩耗を防止している。
【００１７】リニアモータ１０ｂにおいては、ヨーク１
２とマグネット１３にて形成される磁気回路中のコイル
１５に交番電流を通電させることにより推力を発生さ
せ、この推力により作動ピストン１６を駆動し、各フレ
クシャ・ベアリング１７を変位させて軸方向に進退させ
る。これにより、リニアモータ１０ｂの駆動時には、シ
リンダ部１１ｃ内の圧縮室Ｒ1内のガスが圧縮されて、
圧縮されたガスは連結管１８を通って膨張機２０へ送出
される。
【００１８】膨張機２０は、ハウジング２０ａに駆動装
置であるリニアモータ２０ｂを一体化してなるもので、
ハウジング２０ａは収容室２１ａとシリンダ部２１ｂを
備え、収容室２１ａには作動ピストン２２が圧縮スプリ
ング２１ｃを介して収容されている。作動ピストン２２
は、軸部２２ａと、軸部２２ａの先端から突出するピス
トン部２２ｂと、軸部２２ａの後端部にて外周側および
先端側へ延びるフランジ部２２ｃとからなり、ピストン
部２２ｂの先端部には再生器２３が内包されている。作
動ピストン２２においては、フランジ部２２ｃが収容室
２１ａ内に収容された状態で、ピストン部２２ａがシリ
ンダ部２１ｂに挿通されていて、再生器２３がハウジン
グ２０ａの先端から突出している。
【００１９】リニアモータ２０ｂは、ヨーク２４、マグ
ネット２５、ボビン２６、およびコイル２７を備えてい
る。ヨーク２４は、ハウジング２０ａに一体的に形成さ
れているもので、外側筒部２４ａとこれと同心的に位置
する内側筒部２４ｂを備え、内側筒部２４ｂの外周側に
マグネット２５が固着されている。ボビン２６は、作動
ピストン２２におけるフランジ部２２ｃの先端に一体的
に設けられているもので、ボビン２６の外周にコイル２
７が巻回されている。コイル２７は、作動ピストン２２
が収容室２１ａに収容された状態でヨーク２４の外側筒
部２４ａとマグネット２５間に位置してこれら両者２４
ａ，２５間にわずかな隙間を保持し、かつマグネット２
５に対向している。
【００２０】リニアモータ２０ｂは、作動ピストン２２
を駆動して進退させるもので、圧縮機１０と膨張機２０
のそれぞれの作動ピストンの位置をセンサにて検出し、
この検出信号に基づいて駆動して各作動ピストンの進退
を制御して、スターリング冷凍機の最適な運転状態を確
保し得るようになっている。再生器２３は、膨張室Ｒ2
の低温ガスが圧縮室Ｒ1側へ流出する過程で一時的に冷
熱を蓄え、逆に圧縮室Ｒ1から高温ガスが流入する過程
でこの高温ガスを予冷するものであり、膨張機２０の先
端に取り付けられた赤外線素子等を膨張室Ｒ2内の低温
ガスで冷却する。
【００２１】しかして、圧縮機１０の作動ピストン１６
を支持するフレクシャ・ベアリング１７は、図２に示す
ように、円板状の板ばね部材にて構成されているもの
で、中心部には円形状の取付軸穴１７ｂが形成されてい
るとともに、外周縁部には円周方向に所定の間隔を保持
して多数の取付穴１７ｃが形成され、かつその中央部か
ら外周縁部へのリング状のばね本体１７ａには渦巻状に
並列して延びる３本のスリット１７ｄが形成されてい
る。
【００２２】フレクシャ・ベアリング１７は、外側縁部
側の各取付穴１７ｃをヨーク１２の外側筒部１２ａの各
端部に設けた各突出部１２ｄに嵌合され、かつ中央部側
の取付軸穴１７ｂを作動ピストン１６の軸部１６ａに嵌
合されることにより、作動ピストン１６を軸方向へ移動
可能に支持している。フレクシャ・ベアリング１７は、
かかる支持状態においては、ばね本体１７ａの外側縁部
の斜線で示す部位がヨーク１２と狭圧状態に嵌着された
外縁固定部位１７ａ1になっており、かつ中央部の斜線
で示す部位が作動ピストン１６の軸部１６ａと狭圧状態
に嵌着された中央固定部位１７ａ2になっている。ま
た、各スリット１７ｄにおいては、その外端部１７ｄ1
がばね本体１７ａの外側境界を越えて延長され、該外縁
固定部位１７ａ1に位置し、かつ内端部１７ｄ2がばね本
体１７ａの内側境界を越えて延長され、該中央固定部位
１７ａ2に位置している。つまり、各スリット１７ｄの
外端部１７ｄ1におけるばね部分および内端部１７ｄ2に
おけるばね部分が、それぞれヨーク１２および軸部１６
ａに狭圧状態に固定されている。
【００２３】図３には、従来のフレクシャ・ベアリング
１９の例が示されており、このフレクシャ・ベアリング
１９においては、各スリット１９ｄの外端部１９ｄ1が
外縁固定部位１９ａ1の手前で終了し、かつ内端部１９
ｄ2が中央固定部位１９ａ2の手前で終了している。この
ため、作動ピストン１６の駆動時のばね本体１９ａの変
位により、各スリット１９ｄの先端に生じる応力集中と
ばね本体１９ａの変位を是正する力が各スリット１９ｄ
の先端にてばね本体１９ａを引き裂く力として作用す
る。
【００２４】しかしながら、本実施例に係るフレクシャ
・ベアリング１７においては、各スリット１７ｄの外端
部１７ｄ1がばね本体１７ａの外側境界を越えて狭圧状
態の外縁固定部位１７ａ1の内に位置しており、各外端
部１７ｄ1の先端はばね本体１７ａを固定するヨーク１
２にて保護された状態にある。そのためばね本体１７ａ
を各スリット１７ｄの外端にて引き裂くべく作用する力
は各スリット１７ｄの外端部１７ｄ1の先端には及ばな
い。
【００２５】また、各スリット１７ｄの内端部１７ｄ2
はばね本体１７ａの内側境界を越えて狭圧状態の中央固
定部位１９ａ2の内に位置しており、各内端部１９ｄ2の
先端はばね本体１７ａを固定する軸部１６ａにて保護さ
れた状態にある。よって同様にばね本体１７ａを引き裂
くべく作用する力は内端部１９ｄ2の先端には及ばな
い。
【００２６】従って、リニアモータ駆動式圧縮機１０の
非接触ピストン支持機構のフレクシャ・ベアリングとし
て、本実施例に係るフレクシャ・ベアリング１７を採用
すれば、フレクシャ・ベアリング１７のばね本体１７ａ
を破損させることなく、作動ピストン１６のストローク
を増大させて大出力の圧縮機を構成し、かつフレクシャ
・ベアリング１７の径を小さくして圧縮機１０の小型化
を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例に係るフレクシャ・ベアリングを
採用したリニアモータ駆動式圧縮機と膨張機とにより構
成されたスプリット型スターリング冷凍機の切断面図で
ある。
【図２】同フレクシャ・ベアリングの拡大正面図であ
る。
【図３】従来のフレクシャ・ベアリングの図２に対応す
る正面図である。
【符号の説明】
１０…圧縮機、１０ａ…ハウジング、１０ｂ…リニアモ
ータ、１１ａ，１１ｂ…収容室、１１ｃ…シリンダ部、
１２…ヨーク、１２ａ…外側筒部、１２ｂ…内側筒部、
１２ｃ…内孔、１２ｄ…突出部、１３…マグネット、１
４…ボビン、１５…コイル、１６…作動ピストン、１６
ａ…軸部、１６ｂ…ピストン部、１６ｃ…フランジ部、
１７，１９…フレクシャ・ベアリング、１７ａ，１９ａ
…ばね本体、１７ａ1…外縁固定部位、１７ａ2…中央固
定部位、１７ｂ…取付軸穴、１７ｃ…取付穴、１７ｄ，
１９ｄ…スリット、１７ｄ1，１９ｄ1…外端部、１７ｄ
2，１９ｄ2…内端部、１８…連結管、２０…膨張機、２
０ａ…ハウジング、２０ｂ…リニアモータ、２１ａ…収
容室、２１ｂ…シリンダ部、２１ｃ…圧縮スプリング、
２２…作動ピストン、２２ａ…軸部、２２ｂ…ピストン
部、２２ｃ…フランジ部、２３…再生器、２４…ヨー
ク、２４ａ…外側筒部、２４ｂ…内側筒部、２５…マグ
ネット、２６…ボビン、２７…コイル、Ｒ1…圧縮室、
Ｒ2…膨張室。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】中心部に軸孔を持つ板ばね部材からなり、
    外周縁側のリング状部分が圧縮機のハウジング内で狭圧
    状態に固定された外縁固定部位となり、該軸孔周囲の中
    央縁側のリング状部分がリニアモータにより駆動される
    作動ピストンに狭圧状態に固定された中央固定部位とな
    り、該外縁固定部位と中央固定部位との間のばね本体に
    遠心方向へ渦巻状に延びるスリットを備え、該ばね本体
    の該中心部にて該作動ピストンを支持するフレクシャ・
    ベアリングであって、 該スリットの両端部の少なくとも一方は、該ばね本体か
    ら該外縁固定部位若しくは該中央固定部位へも延長さ
    れ、該延長されたスリット端部のばね部分が該狭圧状態
    に固定されていることを特徴とするリニアモータ駆動式
    圧縮機のフレクシャ・ベアリング。
JP05510097A 1997-03-10 1997-03-10 リニアモータ駆動式圧縮機のフレクシャ・ベアリング Expired - Fee Related JP3700740B2 (ja)

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