(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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，Ｎｏ．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１４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１６ａ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１６ｃ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１６ａ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１６ｂ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１２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２７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２４ａ，２５間にわずかな隙間を保持し、かつマグネット２５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１６ａ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１９ｄ2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１２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、１４…ボビン、１５…コイル、１６…作動ピストン、１６ａ…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、１７ｄ2，１９ｄ2…内端部、１８…連結管、２０…膨張機、２０ａ…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。
【図１】
0003700740.tif 000002
【図２】
0003700740.tif 000003
【図３】
0003700740.tif 000004