WO2004112223A1

WO2004112223A1 - リニアモータ装置およびその製造方法、リニア圧縮機ならびにスターリング機関

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Publication number: WO2004112223A1
Application number: PCT/JP2004/007960
Authority: WO
Inventors: Kazuhiko Ueda
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2004-12-23
Also published as: EP1635442A4; BRPI0411452A; JP3579416B1; KR100710114B1; US20060220473A1; JP2005012855A; CN1809952A; EP1635442A1; KR20060013431A

Abstract

　リニアモータ装置（１）は、インナーヨーク、アウターヨーク（４）、コイル巻付体（８）および可動マグネット部と、アウターヨーク（４）を挟持する第１と第２クランプリング（２，３）と、第１と第２クランプリング（２，３）間を所定間隔で連結するスペーサ（５）とを備える。可動マグネット部は、シリンダ内で往復動するピストンを駆動する。第１挟持部材（２）にピストンを付勢するスプリングの支持部（１６）を設け、第２挟持部材（３）をシリンダに直接もしくは間接的に固定する。リニア圧縮機およびスターリング機関は、上記のリニアモータ装置（１）を備える。

Description

明細書

リニアモータ装置およびその製造方法、リニア圧縮機ならびにスターリング機関

技術分野

[0001] 本発明は、リニアモータ装置およびその製造方法ならびに該リニアモータ装置を有するリニア圧縮機およびスターリング機関に関する。

背景技術

[0002] 従来から、スターリング機関において、ピストンを駆動する駆動手段としてリニアモータ装置が用いられている。該リニアモータ装置の一例が、特開 2002—139263号公報に開示されている。

[0003] 上記文献には、シリンダの外周面に設けられる内側ヨークと、内側ヨークを取囲むようにケーシング側に設けられる外側ヨーク組立体と、内側ヨークと外側ヨークとの間隙に配置されピストンに連結される永久磁石とを有し、外側ヨーク組立体が内側ヨークに対して対向配置されるボビン Zコイルと、ボビン/コイルをケーシング側および軸線方向側から覆うように設けられる外側ヨークと、外側ヨークを軸線方向力挟み込むように設けられるリング形状の一対の押え部材とを含むリニアモータ装置が記載されている。

特許文献 1 :特開 2002 - 139263号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] しかし、上記文献に記載されたリニアモータ装置は、一対の押え部材間の間隔を定める部材を備えていない。そのため、押え部材が傾くなどして押え部材間の間隔（リニァモータ装置の軸方向寸法）が押え部材の周方向にばらつく可能性がある。このように押え部材間の間隔がばらつくことにより、リニアモータ装置を機器に組込む際に困難となる。また、リニアモータ装置を機器に組込む際にマージンを確保する必要も生じ、機器が大型化してしまうという問題もある。

[0005] さらに、上記のようなリニアモータ装置を組込んだスターリング機関やリニア圧縮機においては、次のような問題も生じ得る。

[0006] たとえばピストンとディスプレーサとを有するスターリング機関では、ピストンはリニアモータ装置により直接駆動されるためディスプレーサと比較すると配置位置の誤差の影響は小さいが、ディスプレーサの動作を制御するものが通常はスプリングしかないため、ディスプレーサを付勢するスプリングの取付位置に関する精度は重要となる。このディスプレーサを付勢するスプリングの取付位置精度が低下すると、圧縮空間と膨張空間の双方に影響が及び、結果としてスターリング機関の性能のばらつきが大きくなるという問題が生じる。

[0007] リニア圧縮機においてもピストンを支持するスプリングをリニアモータ装置における上記の押え部材に取付ける場合がある。この場合には、リニアモータ装置の軸方向寸法のばらつきが、圧縮空間の容積のばらつきの要因となり得る。したがって、リニア圧縮機においても性能のばらつきが大きくなるという問題が生じ得る。

[0008] この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、軸方向寸法のばらつきを低減することが可能となるリニアモータ装置およびその製造方法、ならびに性能のばらつきを低減することが可能となるリニア圧縮機およびスターリング機関を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0009] 本発明に係るリニアモータ装置は、インナーヨーク、アウターヨーク、コイル卷付体および可動マグネット部と、アウターヨークを挟持する第 1と第 2挟持部材と、第 1と第 2挟持部材間を所定間隔で連結するスぺーサとを備える。可動マグネット部は、シリンダ内で往復動するピストンを駆動する。そして、第 1挟持部材にピストンを付勢するスプリングの支持部を設け、第 2挟持部材をシリンダに直接もしくは間接的に固定する。

[0010] このように第 1と第 2挟持部材間にスぺーサを設けることにより、第 1と第 2挟持部材間の間隔を定めることができ、第 1と第 2挟持部材の周方向における第 1と第 2挟持部材間の間隔のばらつきを低減することができる。

[0011] 上記スぺーサは、好ましくは、両端に軸方向端面と該軸方向端面から突出する縮径部とを有し、第 1と第 2挟持部材は、好ましくは、スぺーサの縮径部を受け入れる凹部と、スぺーサの軸方向端面を支持する支持面とを有する第 1と第 2受け部を有する。そして、第 1と第 2挟持部材の周方向に配置されるアウターヨークブロックと隣り合う位置にスぺーサを配置することが好ましレ、。

[0012] 上記アウターヨークは、前記スぺーサの長手方向に分割されたアウターヨークブロックが前記第 1と第 2挟持部材の周方向に複数配置されて成り、アウターヨークブロックと第 1と第 2挟持部材とを溶着部を介して接合する。ここで「溶着部」とは、本願明細書では、接合対象の少なくとも一方を溶融させて接合した部分のことを称し、たとえば樹脂材と金属材とを溶着した場合には溶着部は主に樹脂で構成される。

[0013] 本発明に係るリニアモータ装置の製造方法は、次の各工程を備える。アウターョークブロックを構成する、第 1アウターヨークブロックを第 1挟持部材に、第 2アウターョークブロックを第 2挟持部材にそれぞれ超音波溶着により固定する。第 1と第 2アウターヨークブロックを第 1と第 2挟持部材に固定した状態で超音波溶着により第 1と第 2挟持部材をスぺーサを介して連結する。第 1と第 2アウターヨークブロックを相互に固定する。上記第 1と第 2挟持部材は、好ましくは、第 1と第 2アウターヨークブロック間に間隙を設けた状態で連結される。

[0014] 上記のようにスぺーサを介して第 1と第 2挟持部材を連結することにより、第 1と第 2 挟持部材の周方向における第 1と第 2挟持部材間の間隔のばらつきを低減することができる。また、超音波溶着を採用することにより、同時に複数箇所の溶着を行なうことができ、挟持部材へのアウターヨークブロックの固定や、第 1と第 2挟持部材の連結を効率的に行うことができる。

[0015] 本発明に係るリニア圧縮機は上述のリニアモータ装置を備える。また、本発明のリニァ圧縮機は、ケーシング内に設置されたシリンダと、ピストンと、シリンダの外周部に設置されピストンを駆動するリニアモータ装置と、ピストンを付勢するスプリングとを備えるものであってもよレ、。この場合、リニアモータ装置は、インナーヨークと、アウターョークと、コイル卷付体および可動マグネット部と、アウターヨークを挟持する第 1と第 2 挟持部材と、第 1と第 2挟持部材間を所定間隔で連結するスぺーサと、スプリングを支持する支持部とを有する。そして、第 1挟持部材に支持部を設け第 2挟持部材をシリンダに取り付ける。なお、第 2挟持部材のシリンダへの取り付けは、直接取り付けるものに限定されず他の部材を介在させて間接的に取り付けるものを含む。 [0016] 本発明に係るスターリング機関は、ケーシングに設置されたシリンダと、ピストンおよびディスプレーサと、ピストンをシリンダ内で往復動させるリニアモータ装置と、デイスプレーサを付勢するスプリングとを備える。そして、リニアモータ装置は、インナーョ一クと、アウターヨークと、コイル卷付体および可動マグネット部と、アウターヨークを挟持する第 1と第 2挟持部材と、第 1と第 2挟持部材間を所定間隔で連結するスぺーサと、スプリングを支持する支持部とを有する。そして、第 1挟持部材に支持部を設け第 2 挟持部材をシリンダに取り付ける。なお、第 2挟持部材のシリンダへの取り付けは、直接取り付けるものに限定されず他の部材を介在させて間接的に取り付けるものを含む。

[0017] 上記のようにリニア圧縮機やスターリング機関に組込まれるリニアモータ装置の第 1 と第 2挟持部材間にスぺーサを設けることにより、リニアモータ装置の第 1と第 2挟持部材間の間隔のばらつき及び第 1と第 2挟持部材の周方向における該第 1と第 2挟持部材間の間隔のばらつきを低減することができる。それにより、ピストンやディスプレ一サを付勢するスプリングのシリンダに対する設置位置精度を向上（ばらつきを低減) することができ、リニア圧縮機における圧縮空間の容積のばらつき、スターリング機関における圧縮空間や膨張空間の容積のばらつきを低減することができる。

発明の効果

[0018] 本発明のリニアモータ装置およびその製造方法によれば、第 1と第 2挟持部材間の間隔のばらつきを低減することができるので、リニアモータ装置の軸方向寸法のばらつきを低減することができる。

[0019] また、本発明のリニア圧縮機においては圧縮空間の容積のばらつきを低減することができ、スターリング機関においては圧縮空間や膨張空間の容積のばらつきを低減することができるので、いずれの場合も性能のばらつきを低減することが可能となる。図面の簡単な説明

[0020] [図 1]本発明の一実施の形態におけるリニアモータ装置の斜視図である。

[図 2]図 1に示すリニアモータ装置の要部断面図である。

[図 3]図 1に示すリニアモータ装置にける第 1クランプリングの部分断面図である。

[図 4]図 1に示すリニアモータ装置におけるアウターヨークの断面図である。 [図 5]図 1に示すリニアモータ装置の分解斜視図である。

[図 6]図 1に示すリニアモータ装置におけるアウターヨークブロックの斜視図である。

[図 7]図 1に示すリニアモータ装置における第 2クランプリングとアウターヨークブロックとの結合部およびその近傍を示す断面図である。

[図 8]図 1に示すリニアモータ装置における第 1および第 2クランプリングとスぺーサとの結合部およびその近傍を示す断面図である。

[図 9]本発明の 1つの実施の形態におけるスターリング冷凍機の断面図である。

[図 10]本発明の 1つの実施の形態におけるリニア圧縮機の断面図である。

符号の説明

[0021] 1 リニアモータ装置、 2 第 1クランプリング、 3 第 2クランプリング、 4 アウターョーク、 4a, 4b アウターヨークブロック、 5 スぺーサ、 6a, 6b 受け部、 7, 13 溶接部、 8 コイル卷付体、 8a ボビン、 8b コイル、 9 支持部材、 9a, 9b 縮径部、 10a— 1 Oe 凹部、 11 , 14, 15a, 15b 溶着部、 12a, 12b 凸部、 16 支持部、 20 スターリング冷凍機、 21 , 41 ケーシング、 22, 42 シリンダ、 23, 43 ピストン、 24 デイスプレーサ、 25 再生器、 26, 44 圧縮空間、 27 膨張空間、 28 放熱部、 29 吸熱部、 30 インナーヨーク、 31 永久磁石、 32 可動マグネット部、 33， 46 ピストンスプリング、 34 ディスプレーサスプリング、 35 ディスプレーサロッド、 36 背圧空間、 40 リニア圧縮機、 45 ヘッドカノ一、 47 プレート、 48 コイノレスプリンタ、、、 49 支持板。

発明を実施するための最良の形態

[0022] 以下、図 1一図 10を用いて、本発明の実施の形態について説明する。

[0023] 本発明の 1つの実施の形態におけるリニアモータ装置は、インナーヨークと、該インナーヨークの外側に配置されるアウターヨークと、インナーヨークとアウターヨークとの間に配置されたコイル卷付体および可動マグネット部と、アウターヨークを挟持する第 1と第 2クランプリング (第 1と第 2挟持部材)と、第 1と第 2クランプリング間を所定間隔で連結するスぺーサ (支持部材：連結部材)とを備える。

[0024] 図 1に、上記リニアモータ装置 1の一例の部分斜視図を示し、図 2に、該リニアモータ装置 1の断面図を示し、図 5に分解斜視図を示す。なお、インナーヨークおよび可動マグネット部の図示を省略している。また、図 3, 4, 6, 7, 8に、図 1のリニアモータ装置 1の要部拡大図を示す。

[0025] 図 1に示すように、リニアモータ装置 1は、環状の第 1と第 2クランプリング 2, 3を有している。第 1と第 2クランプリング 2， 3の材料としては、たとえばポリカーボネートやポリブチレンテレフタレートなどの樹脂、あるいはこれらにガラス繊維を混入したものを使用可能である。なお、スターリング機関に使用する場合には、第 1と第 2クランプリング 2, 3の材料として耐熱性に優れ吸湿量の少なレ、材料を使用することが好ましレ、。

[0026] 上記の第 1と第 2クランプリング 2， 3によりアウターヨーク 4が挟持される。第 1クランプリング 2は、図 1一図 3に示すように、たとえばスターリング機関のピストンやディスプレーサと接続されるスプリングを支持する支持部 16を有する。該支持部 16は、図 1一図 3の例では、第 1クランプリング 2の上面に一体的に設けられた凸部で構成されるが、別部材を第 1クランプリング 2に組付けて支持部 16を設けてもよい。

[0027] 支持部 16の上面には、図 2および図 3に示すように、凹部 10eが形成される。この凹部 10eに支持部材 9が取付けられる。支持部材 9は、たとえばステンレスなどの金属製であり、長手方向の両端に他の部分よりも径を小さくした縮径部（突起部） 9a, 9 bと、該縮径部 9a， 9bの周囲に環状の軸方向端面とを有する。縮径部 9bを凹部 10e 内に嵌め込み、図 3に示すように、溶着部 1 1を例えば超音波溶着して支持部材 9を支持部 16に固着する。なお、縮径部 9a, 9bにローレット加工を施すことで、支持部材 9の固着強度を向上することができる。

[0028] 第 1と第 2クランプリング 2, 3間にはスぺーサ 5が設置される。該スぺーサ 5は、典型的には第 1と第 2クランプリング 2， 3の周方向に等間隔で複数設けられ、耐熱性を有する材質からなる棒状部材ゃ管状部材で構成することができる。たとえばステンレスなどの金属製の丸棒部材をスぺーサ 5として採用可能である。

[0029] 図 5の例では、スぺーサ 5も、支持部材 9と同様に、長手方向の両端に軸方向端面と該軸方向端面から突出する縮径部（突起部） 5a， 5bとを有する。縮径部 5a, 5bはスぺーサ 5に切削加工を施すなどして容易に形成することができ、スぺーサ 5の軸方向端面を平坦な面とすること、及び該軸方向端面間の間隔 (軸方向長さ）のばらつきを小さく抑えることが重要である。 [0030] 第 1と第 2クランプリング 2, 3は、図 1、図 2および図 8に示すように、スぺーサ 5の両端の縮径部 5a, 5bを受け入れる凸状の受け部 6a, 6bを有する。該受け部 6a, 6bは、図 2および図 8に示すように、スぺーサ 5の縮径部 5a, 5bを受け入れる凹部 10c, 1 Odと、該凹部 10c， 10dの周囲にスぺーサ 5の上記軸方向端面を支持する支持面とを有する。該支持面も、平坦な面とすることが重要である。

[0031] 上記のようにスぺーサ 5の軸方向端面を平坦な面とし、該端面間の間隔のばらつきを小さく抑え、また第 1と第 2クランプリング 2, 3の受け部 6a, 6bにおける支持面をも平坦な面とし、スぺーサ 5を介して第 1と第 2クランプリング 2， 3間を連結することにより、第 1と第 2クランプリング 2, 3間の間隔を所定の値にすることができる。

[0032] 特に、該スぺーサ 5を、第 1と第 2クランプリング 2， 3の周方向に等間隔で複数設置することにより、第 1と第 2クランプリング 2, 3間を平行かつ所定間隔で連結することができる。なお、本願発明者が図 1の構造を実際に作製したところ、図 1に示すリニアモータ装置 1の高さ Hのばらつき及び高さ Hの周方向のばらつきを 0. 1mm以下に抑制可能となることを確認することができた。

[0033] このように第 1と第 2クランプリング 2, 3間の間隔を所定の値にすることができるので、スターリング機関などの機器へのリニアモータ装置 1の組込みが容易となり、また機器の大型化をも抑制することができる。

[0034] 図 8に示すように、スぺーサ 5は、溶着部 15a, 15bを例えば超音波溶着して第 1と第 2クランプリング 2, 3に固着される。このように溶着部を介してスぺーサとクランプリングとを接合することにより、接着剤でこれらを接合する場合と比較して接合部の経時的な劣化を抑制でき、かつ耐熱性をも向上することができる。

[0035] なお、超音波溶着可能な第 1と第 2クランプリング 2， 3の材質としては、ポリカーボネ一トゃポリブチレンテレフタレートなどの樹脂、あるいはこれらにガラス繊維を混入したもの以外に、ノリル、ポリアミド（PA)、ポリメチルメタアタリレート（PMMA)、アタリロニトリルブタジエンスチレン (ABS)などを使用可能である。また、スぺーサ 5として金属材料などの融点の高い材料を使用する場合には、縮径部 5a， 5bにローレット加工を施すことで、縮径部 5a， 5b表面の凹凸に溶融した第 1と第 2クランプリング 2， 3の材料を入り込ませることができ、スぺーサ 5の固着強度を向上することができる。 [0036] アウターヨーク 4は、スぺーサ 5の長手方向（リニアモータ装置 1の軸方向）に分割された一対のアウターヨークブロックで構成される。図 1および図 2の例では、第 1と第 2 クランプリング 2, 3にそれぞれ保持されたアウターヨークブロック 4a, 4bでアウターョーク 4が構成される。

[0037] アウターヨークブロック 4a， 4bは、たとえば複数枚の電磁鋼鈑を積層して作製する。

アウターヨークブロック 4aは、図 6に示すように、たとえば 3箇所の溶接部 13 (図 6において太実線および点線で示したものが溶接部である。）を有している。アウターヨークブロック 4bも同様に 3箇所の溶接部 13を有している。溶接部 13は、たとえばレーザ溶接により溶接可能であるが、他の手法で溶接してもよレ、。

[0038] 図 4および図 5に示すように、アウターヨークブロック 4a, 4bはともに略 U字形状を有しており、凸部 12a， 12bをそれぞれ有する。第 1と第 2クランプリング 2， 3は、図 2に示すように、アウターヨークブロック 4a, 4bの凸部 12a, 12bを受け入れる凹部 10a, 10bを有しており、アウターヨークブロック 4a, 4bの凸部 12a, 12bは、該凹部 10a, 1 Ob内に嵌め込まれ、アウターヨークブロック 4a, 4bの開口端側が対向した状態で第 1 と第 2クランプリング 2, 3にそれぞれ保持される。

[0039] 図 7に示すようにアウターヨークブロック 4bは溶着部 14を介して第 2クランプリング 3 と接合され、アウターヨークブロック 4aも溶着部を介して第 1クランプリング 2と接合される。該溶着部も、たとえば超音波溶着により形成可能である。また、上記の凸部 12 a, 12bの表面に凹凸を設けることで、アウターヨークブロックとクランプリングとの接合強度を向上することができる。

[0040] アウターヨークブロック 4a, 4bは、これらの間に間隙を局所的に残しながら互いに接続される。アウターヨークブロック 4a, 4b間の間隙は、 0. 2mm以下程度（好ましくは 0 . 1mm程度）としておく。それにより、リニアモータ装置 1の磁気特性の低下を回避すること力 Sできる。

[0041] アウターヨークブロック 4a， 4bは、図 1および図 4に示すように、溶接部 7を介して接続される。図 1の例では、アウターヨークブロック 4a, 4bの両側端近傍に溶接部 7を形成している。該溶接部 7は、たとえばレーザ溶接により形成可能である。なお、ァウタ一ヨークブロック 4a， 4bを互いに結合（固定）できるものであれば、レーザ溶接以外の任意の手法を採用することができる。

[0042] 上記のようにアウターヨークブロック 4a, 4bを結合することにより、たとえばリニアモータ装置 1に交流電流を通電した際にヨーク内を流れる磁束に起因してアウターョークブロック 4a， 4bがそれぞれ振動し、騒音を発生するなどしてリニアモータ装置 1の特性が劣化するのを回避することができる。

[0043] アウターヨークブロック 4a， 4bで構成されるアウターヨーク 4は、図 1に示すように、第 1と第 2クランプリング 2, 3の周方向に間隔をあけて配置されているが、所定のァゥターヨーク 4と隣り合う位置に上記のスぺーサ 5を配置する。

[0044] ここで再び図 1と図 2を参照して、リニアモータ装置 1は、コイル卷付体 8を有する。コィル卷付体 8は、図 2に示すように、ボビン 8aと、該ボビン 8aに巻き付けられたコイル 8bとを有する。図 2の例では、コイル卷付体 8はアウターヨークブロック 4a， 4bで挟持されることでアウターヨーク 4に保持されている。

[0045] なお、図示していないが、本実施の形態のリニアモータ装置 1は、上記のアウターョーク 4の内側に、インナーヨークと、該インナーヨークとアウターヨーク 4との間に配置された可動マグネット部を備える。インナーヨークは、たとえば内部にピストンを有するシリンダの外周上に配置され、可動マグネット部は、たとえば円筒状の形状を有し、先端に永久磁石を有する。この永久磁石は、インナーヨークとアウターヨーク 4間に配置される。

[0046] 次に、上記の構造を有するリニアモータ装置 1の製造方法について説明する。

[0047] まず、上記のアウターヨークブロック 4a, 4bと第 1と第 2クランプリング 2, 3とをそれぞれ作製する。アウターヨークブロック 4a, 4bは、電磁鋼鈑の積層材を加工して作製すること力 Sでき、第 1と第 2クランプリング 2， 3は、たとえば射出成形を用いて樹脂により成形可能である。なお、樹脂などの絶縁被膜で覆われた微小鉄粉を金型内で焼成してアウターヨークブロック 4a， 4bを作製することも可能である。なお、アウターヨークブロック 4a， 4bの凸部 12a, 12bの表面には、粗面処理を施すなどして凹凸を設けてお <。

[0048] 他方、上記のスぺーサ 5および支持部材 9も別途作製しておく。これらをステンレスで作製する場合には、ステンレス製の丸棒の両端に切削加工を施して縮径部 5a, 5b を有するスぺーサ 5および縮径部 9a, 9bを有する支持部材 9を作製することができる。上記の縮径部 5a, 5b, 9bには、ローレット加工を施しておく。また、コイル 8bをボビン 8aに巻き付けたコイル卷付体 8も別途作製しておく。

[0049] 次に、アウターヨークブロック 4aの凸部 12aを第 1クランプリング 2の凹部 10aに嵌め込み、アウターヨークブロック 4bの凸部 12bを第 2クランプリング 3の凹部 10bに嵌め込んだ状態で、超音波溶着によりアウターヨークブロック 4aと第 1クランプリング 2およびアウターヨークブロック 4bと第 1クランプリング 3とを結合する。このとき、凸部 12a， 1 2bの表面に上記のように凹凸を設けることにより、アウターヨークブロック 4a， 4bを強固に第 1と第 2クランプリング 2， 3に固着することができる。

[0050] 次に、アウターヨークブロック 4a, 4b間にコイル卷付体 8を挟み込み、スぺーサ 5の縮径部 5a， 5bを第 1と第 2クランプリング 2, 3の凹部 10c， lOdにそれぞれ揷入し、支持部材 9の縮径部 9bを第 1クランプリング 2の凹部 10eに揷入した状態で超音波を印加する。それにより、支持部材 9と第 1クランプリング 2とを超音波溶着するとともに、スぺーサ 5と、第 1および第 2クランプリング 2, 3とを超音波溶着して第 1と第 2クランプリング 2, 3間を連結することができる。

[0051] この第 1と第 2クランプリング 2, 3の連結の際に、アウターヨークブロック 4a, 4b間に 0. 2mm程度の隙間を確保しておく。それにより、アウターヨークブロック 4a, 4bの形状のばらつきや取付け精度に関係なぐスぺーサ 5によって第 1と第 2クランプリング 2 , 3間の間隔を高精度に定めることができる。

[0052] 次に、アウターヨークブロック 4a, 4b間を接続する。たとえば、レーザ溶接によりァゥターヨークブロック 4a, 4bを溶着することで、アウターヨークブロック 4a, 4bを相互に固定することができる。それにより、リニアモータ装置 1に通電した際にアウターヨークブロック 4a, 4bが振動して騒音を発するなどの不具合を抑制することができ、リニアモータ装置 1の特性劣化を抑制することができる。

[0053] その後、上記の第 1と第 2クランプリング 2, 3で挟持された構造体の内側にインナーヨークと可動マグネット部とを配置すればよい。本実施の形態におけるリニアモータ装置 1を製造することができる。なお、スターリング機関などの機器にリニアモータ装置 1 を組込む場合には、上記の構造体の内側にインナーヨークと可動マグネット部とを受け入れるように上記の構造体を機器に組み込めばよい。

[0054] 次に、本発明の 1つの実施の形態におけるスターリング機関について、図 9を用いて説明する。なお、以下の説明では、本発明をスターリング機関の一例であるスターリング冷凍機に適用した場合について説明するが、スターリング冷凍機以外のスターリング機関にも本発明は適用可能である。

[0055] 図 9に、本実施の形態におけるスターリング冷凍機 20の概略構成を示す。図 9に示すように、スターリング冷凍機 20は、ケーシング 21と、該ケーシング 21に設置されたシリンダ 22と、シリンダ 22内で往復動するピストン 23およびディスプレーサ 24と、再生器 25と、圧縮空間（第 1作動空間） 26と、膨張空間 (第 2作動空間） 27と、放熱部（ウォームヘッド） 28と、吸熱部（コールドヘッド） 29と、ピストン駆動手段としての前述のリニアモータ装置 1と、ピストン 23を支持し所定の弾性力を付与する、板パネなどのピストンスプリング（第 1スプリング） 33と、ディスプレーサ 24を支持し所定の弾性力を付与する、板バネなどのディスプレーサスプリング（第 2スプリング） 34と、ディスプレーサロッド 35と、背圧空間 36とを備える。

[0056] リニアモータ装置 1は、シリンダ 22の外周部に設置され、インナーヨーク 30と、該ィンナーヨーク 30の外側に配置されるアウターヨーク 4と、インナーヨーク 30とアウターヨーク 4との間に配置されたコイル卷付体 8および可動マグネット部 32と、アウターョーク 4を挟持する第 1と第 2クランプリング 2, 3と、第 1と第 2クランプリング 2, 3間を所定間隔で連結する上述のスぺーサ（図 9では図示せず）と、ピストンスプリング 33ゃデイスプレーサスプリング 34を支持する支持部 16とを有する。

[0057] インナーヨーク 30は、シリンダ 22の外周を取り囲むように設けられ、該インナーョ一ク 30を取り囲むように円筒状の可動マグネット部 32を配置する。可動マグネット部 32 は、ピストン 23と接続され、先端に永久磁石 31を有する。該永久磁石 31をインナーヨーク 30とアウターヨーク 4との間に配置する。

[0058] 第 1クランプリング 2は、ピストンスプリング 33およびディスプレーサスプリング 34を支持する支持部 16を有する。該支持部 16に取付けられた支持部材を介してピストンスプリング 33が支持部 16と接続され、支持部材に取付けられた連結部材を介してディスプレーサスプリング 34がピストンスプリング 33および支持部 16と接続される。上記以外のリニアモータ装置 1の構成については、前述の場合と同様である。尚、ピストンスプリング 33を無くしたリニアモータ装置も考えられ、その場合は支持部 16に直接デイスプレーサスプリング 34が接続される。

[0059] 前述のようにリニアモータ装置 1では第 1と第 2クランプリング 2, 3間の間隔を高精度に定めることができるので、該リニアモータ装置 1の第 2クランプリング 3を図 2に示すビスでシリンダ 22のフランジ面に直接固定（図 9の構造ではケーシング 21の一部を介して間接的に固定)してスターリング機関に組込んだ際に、リニアモータ装置 1の設置面（シリンダ 22のフランジ面）からの第 1クランプリング 2の高さ位置を高精度に設定すること力 Sできる。それにより、スターリング冷凍機 20における圧縮空間 26や膨張空間 27の容積のばらつきを低減することができ、スターリング冷凍機 20の性能のばらつきを低減することができる。

[0060] ケーシング 21は、スターリング冷凍機 20の外殻 (外壁）を構成する部分であり、シリンダ 22をはじめとする種々の部品が該ケーシング 21内に組付けられる。図 9の例では、ケーシング 21は、単一の容器で構成されず、背圧空間 36を規定するとともにリニァモータ装置 1を受け入れるベッセル部分と、放熱部 28、再生器 25および吸熱部 2 9の外壁部分とで主に構成される。該ケーシング 21の内部には、ヘリウムガスや水素ガス、窒素ガスなどの作動媒体が充填される。

[0061] シリンダ 22は、略円筒状の形状を有し、該シリンダ 22内において、ピストン 23とディスプレーサ 24とは同軸上に間隔をあけて配置され、このピストン 23およびディスプレーサ 24によってシリンダ 22内の作動空間が圧縮空間 26と膨張空間 27とに区画される。圧縮空間 26は主に放熱部 28によって囲まれ、膨張空間 27は主に吸熱部 29によつて囲まれている。

[0062] 圧縮空間 26と膨張空間 27との間には再生器 25が配設されており、この再生器 25 を介してこれら両空間が連通する。それにより、スターリング冷凍機 20内に閉回路が構成される。この閉回路内に封入された作動媒体が、ピストン 23およびディスプレーサ 24の動作に合わせて流動することにより、逆スターリングサイクルが実現する。

[0063] ピストン 23の一端はピストンスプリング 33と接続される。該ピストンスプリング 33とリユアモータ装置 1により、シリンダ 22内でピストン 23を所望の振幅で周期的に往復動させることが可能となる。

[0064] 次に、本実施の形態におけるスターリング冷凍機 20の動作について説明する。

[0065] まず、リニアモータ装置 1を作動させてピストン 23を駆動する。リニアモータ装置 1によって駆動されたピストン 23は、ディスプレーサ 24に接近し、圧縮空間 26内の作動媒体 (作動ガス)を圧縮する。

[0066] ピストン 23がディスプレーサ 24に接近することにより、圧縮空間 26内の作動媒体の温度は上昇するが、放熱部 28によってこの圧縮空間 26内に発生した熱が外部へと放出される。そのため、圧縮空間 26内の作動媒体の温度はほぼ等温に維持される。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルにおける等温圧縮過程に相当する。

[0067] ピストン 23がディスプレーサ 24に接近した後にディスプレーサ 24は吸熱部 29側に移動する。ピストン 23によって圧縮空間 26内において圧縮された作動媒体は再生器 25内に流入し、さらに膨張空間 27へと流れ込む。その際、作動媒体の持つ熱が再生器 25に蓄熱される。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等容冷却過程に相当する。

[0068] 膨張空間 27内に流入した高圧の作動媒体は、ディスプレーサ 24がピストン 23側へ移動することにより膨張する。これにより、膨張空間 27内の作動媒体の温度は下降する力吸熱部 29によって外部の熱が膨張空間 27内へと伝熱されるため、膨張空間 27内はほぼ等温に保たれる。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等温膨張過程に相当する。

[0069] その後、ディスプレーサ 24がピストン 23から遠ざかる方向に移動し始める。それにより、膨張空間 27内の作動媒体は再生器 25を通過して再び圧縮空間 26側へと戻る。その際、再生器 25に蓄熱されていた熱が作動媒体に与えられるため、作動媒体は昇温する。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等容加熱過程に相当する

[0070] この一連の過程 (等温圧縮過程一等容冷却過程一等温膨張過程一等容加熱過程）が繰り返されることにより、逆スターリングサイクルが構成される。この結果、吸熱部 29 は徐々に低温になり、極低温を有するに至る。

[0071] 次に、本発明の 1つの実施の形態におけるリニア圧縮機について図 10を用いて説明する。

[0072] 図 10に示すように、リニア圧縮機 40は、ケーシング 41内に設置されたシリンダ 42と、該シリンダ 42内で往復動するピストン 43と、シリンダ 42の外周部に設置されピストン 43を駆動する上述のリニアモータ装置 1と、ピストン 42を付勢するピストンスプリング（板パネ) 46と、シリンダを支持する支持機構部とを備える。

[0073] リニアモータ装置 1は、シリンダ 42の外周部に設置されたインナーヨーク 30と、該ィンナーヨーク 30の外側に配置されるアウターヨーク 4と、インナーヨーク 30とアウターヨーク 4との間に配置されたコイル卷付体 8および可動マグネット部 32と、アウターョーク 4を挟持する第 1と第 2クランプリング 2， 3と、第 1と第 2クランプリング 2, 3間を所定間隔で連結する上述のスぺーサと、ピストンスプリング 46を支持する支持部 16とを有する。

[0074] インナーヨーク 30は、シリンダ 42の外周を取り囲むように設けられ、該インナーョ一ク 30を取り囲むように円筒状の可動マグネット部 32を配置する。可動マグネット部 32 は、ピストン 43と接続され、先端に永久磁石 31を有する。該永久磁石 31をインナーヨーク 30とアウターヨーク 4との間に配置する。

[0075] 第 1クランプリング 2は、ピストンスプリング 46を支持する支持部 16を有する。該支持部 16に取付けられた支持部材を介してピストンスプリング 46が支持部 16と接続される。上記以外のリニアモータ装置 1の構成については、前述の場合と同様である。

[0076] 本実施の形態におけるリニア圧縮機 40の場合も、リニアモータ装置 1をリニア圧縮機 40に組込んだ際に、リニアモータ装置 1の設置面（シリンダ 42のフランジ面）からの第 1クランプリング 2の高さ位置を高精度に設定することができるので、圧縮空間 44の容積のばらつきを低減することができ、リニア圧縮機 40の性能のばらつきを低減すること力 Sできる。

[0077] シリンダ 42は、ケーシング 41内で支持機構部により支持される力該支持機構部は、図 10の例では、ケーシング 41の内部に固定される支持板 49と、該支持板 49上に搭載されシリンダ 42を支持するコイルスプリング 48とで構成される。

[0078] また、シリンダ 42の一端側にプレート 47を介してヘッドカバー 45を固定する。該へッドカバー 45とピストン 43の頭部との間に冷媒が圧縮される圧縮空間 44が形成される。

[0079] 次に、上記の構造のリニア圧縮機の動作について説明する。まず、コイル卷付体 8 のコイルに通電すると、可動マグネット部 32の永久磁石 31との間に推力が発生し、この推力により可動マグネット部 32がシリンダ 42の軸方向に沿って移動する。このとき可動マグネット部 32はピストン 43と接続されているので、可動マグネット部 32とともにピストン 43も、シリンダ 42の軸方向に移動する。

[0080] 冷媒は、図示しない吸入管からケーシング 41内に導入され、ヘッドカバー 45およびプレート 47内の通路を通過して圧縮空間 44内に入る。この圧縮空間 44内で、冷媒はピストン 43により圧縮され、その後、図示しない吐出管を通って外部に吐出される。

[0081] 以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

産業上の利用可能性

[0082] 本発明は、リニアモータ装置およびその製造方法ならびに該リニアモータ装置を有するリニア圧縮機およびスターリング機関に有効に適用され得る。

Claims

請求の範囲

[1] インナーヨーク（30)と、

前記インナーヨーク（30)の外側に配置されるアウターヨーク（4)と、

前記インナーヨーク（30)と前記アウターヨーク (4)との間に配置されたコイル卷付体（8)およびシリンダ (42)内で往復動するピストン (43)を駆動する可動マグネット部 (32)と、

前記アウターヨーク (4)を挟持する第 1と第 2挟持部材（2, 3)と、

前記第 1と第 2挟持部材 (2， 3)間を所定間隔で連結するスぺーサ (5)とを備え、前記第 1挟持部材（2)に前記ピストン (43)を付勢するスプリング (46)の支持部（16 )を設け、

前記第 2挟持部材（3)を前記シリンダ (42)に直接もしくは間接的に固定した、リニァモータ装置。

[2] 前記スぺーサ（5)は、両端に軸方向端面と該軸方向端面から突出する縮径部（9a 、 9b)とを有し、

前記第 1と第 2挟持部材 (2， 3)は、前記スぺーサ（5)の縮径部（9a、 9b)を受け入れる凹部（10a 10d)と、前記スぺーサ（5)の前記軸方向端面を支持する支持面とを有する第 1と第 2受け部（6a、 6b)を有する、請求項 1に記載のリニアモータ装置。

[3] 前記アウターヨーク (4)は、前記スぺーサ（5)の長手方向に分割されたアウターョークブロック (4a、 4b)が前記第 1と第 2挟持部材（2, 3)の周方向に複数配置されて成り前記アウターヨークブロック（4a、 4b)と前記第 1と第 2挟持部材（2， 3)とを溶着部を介して接合した、請求項 1に記載のリニアモータ装置。

[4] 第 1アウターヨークブロック（4a)を第 1挟持部材（2)に、第 2アウターヨークブロック（ 4b)を第 2挟持部材 (3)にそれぞれ超音波溶着により固定する工程と、

前記第 1と第 2アウターヨークブロック（4a、 4b)を前記第 1と第 2挟持部材（2， 3)に固定した状態で、超音波溶着により前記第 1と第 2挟持部材 (2, 3)をスぺーサ（5)を介して連結する工程と、

前記第 1と第 2アウターヨークブロック（4a、 4b)を相互に固定する工程と、を備えたリニアモータ装置の製造方法。

[5] 前記第 1と第 2挟持部材（2， 3)は、前記第 1と第 2アウターヨークブロック (4a、 4b) 間に間隙を設けた状態で連結される、請求項 4に記載のリニアモータ装置の製造方法。

[6] 請求項 1に記載のリニアモータ装置を備えたリニア圧縮機。

[7] ケーシング (41)内に設置されたシリンダ (42)と、

前記シリンダ (42)内で往復動するピストン (43)と、

前記シリンダ (42)の外周部に設置され、前記ピストン (43)を駆動するリニアモータ装置（1)と、

前記ピストン (43)を付勢するスプリング (46)とを備え、

前記リニアモータ装置（1)は、インナーヨーク（30)と、前記インナーヨーク（30)の外側に配置されるアウターヨーク（4)と、前記インナーヨーク（30)と前記アウターョーク (4)との間に配置されたコイル卷付体（8)および可動マグネット部（32)と、前記ァゥターヨーク (4)を挟持する第 1と第 2挟持部材 (2, 3)と、前記第 1と第 2挟持部材 (2, 3)間を所定間隔で連結するスぺーサ（5)と、前記スプリング (46)を支持する支持部 (16)とを有し、前記第 1挟持部材 (2)に前記支持部（16)を設け前記第 2挟持部材（ 3)を前記シリンダ (42)に取り付けたリニア圧縮機。

[8] ケーシング（21)に設置されたシリンダ（22)と、

前記シリンダ（22)内で往復動するピストン（23)およびディスプレーサ（24)と、前記シリンダ（22)の外周部に設置され、前記ピストン（23)を前記シリンダ（22)内で往復動させるリニアモータ装置（1)と、

ディスプレーサ（24)を付勢するスプリング（34)とを備え、

前記リニアモータ装置（1)は、インナーヨーク（30)と、前記インナーヨーク（30)の外側に配置されるアウターヨーク（4)と、前記インナーヨーク（30)と前記アウターョーク (4)との間に配置されたコイル卷付体（8)および可動マグネット部（32)と、前記ァゥターヨーク (4)を挟持する第 1と第 2挟持部材 (2, 3)と、前記第 1と第 2挟持部材 (2, 3)間を所定間隔で連結するスぺーサ（5)と、前記スプリング (34)を支持する支持部 (16)とを有し、前記第 1挟持部材 (2)に前記支持部（16)を設け前記第 2挟持部材（ 3)を前記シリンダ（22)に取り付けた、スターリング機関。