(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の空洞を画定するシリンダ固定部材と、
前記シリンダ固定部材の筒状の空洞内に挿入され、該シリンダ固定部材に着脱可能に固定され、前記シリンダ固定部材よりも固い材料で形成され、シリンダ内周面を画定するシリンダスリーブと、
前記シリンダスリーブ内に挿入され、前記シリンダ固定部材の筒状の空洞内に外部と連絡する圧縮室を画定し、往復駆動して前記圧縮室の容積を周期的に変動させるピストンと
を有し、
前記シリンダ固定部材が、前記ピストンの駆動軸を回転中心とする円錐面状の内周面を含み、前記シリンダスリーブが、前記円錐面状の内周面に整合する円錐面状の外周面を含み、該シリンダスリーブを前記シリンダ固定部材の筒状の空洞内に挿入したとき、前記円錐面状の内周面と、前記円錐面状の外周面とが相互に接触して、前記シリンダスリーブの半径方向の位置を固定するガス圧縮機。
【請求項２】
筒状の空洞を画定するシリンダ固定部材と、
前記シリンダ固定部材の筒状の空洞内に挿入され、該シリンダ固定部材に着脱可能に固定され、前記シリンダ固定部材よりも固い材料で形成され、シリンダ内周面を画定するシリンダスリーブと、
前記シリンダスリーブ内に挿入され、前記シリンダ固定部材の筒状の空洞内に外部と連絡する圧縮室を画定し、往復駆動して前記圧縮室の容積を周期的に変動させるピストンと
を有し、
前記シリンダスリーブは、前記シリンダ固定部材に固定した状態で、該シリンダ固定部材に画定された前記筒状の空洞の外部に配置される鍔部を含み、
前記シリンダ固定部材は、前記鍔部の外周面に整合する第１の内周面を含み、
前記シリンダスリーブを前記シリンダ固定部材に固定した状態で、前記鍔部の外周面と、前記第１の内周面とが接することにより、該シリンダスリーブの径方向の位置が固定されるガス圧縮機。
【請求項３】
さらに、前記シリンダ固定部材に取り付けられた永久磁石と、
前記ピストンに取り付けられ、前記永久磁石の磁力線と鎖交するコイルと、
前記コイルに電流を供給する電流供給手段と
を有する請求項１または２に記載のガス圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス圧縮機に関し、特にシリンダ内をピストンが往復運動するガス圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス圧縮機は、例えばスターリング冷凍機、パルス管冷凍機等に組み込まれて使用される。スターリング冷凍機は例えば赤外線カメラのセンサの冷却に使用される。このような赤外線センサは半導体回路等の製品の検査、コンビナートのパイプライン等の設備の安全確認等に用いられている。
【０００３】
スターリング冷凍機に組み込まれて使用される圧縮機は、シリンダ内に挿入されたピストンを往復駆動して圧力が脈動する圧縮ガスをコールヘッドに供給する。ピストンを往復駆動する方法には、モータの回転運動をカム機構で往復運動に変換する方法、あるいはピストンをコイルバネでシリンダ内の中立点に支持し、電磁力で直接往復駆動する方法等がある。直接往復駆動する方法の方が、圧縮機の小型化等に有利であるため、スターリング冷凍機には通常この方法を用いてピストンを駆動する圧縮機が組み込まれる。
【０００４】
電磁力で直接往復駆動する場合、ピストンを収容する円柱状の凹部を形成されたシリンダ固定部材と磁気回路のヨークとが１つの部材で形成される。このため、シリンダ固定部材は、通常、透磁率の高い純鉄で形成される。シリンダの内周面はピストンと擦れて磨耗し易い。シリンダの内周面の磨耗を抑制するために、ピストンを収容する凹部内にシリンダスリーブが挿入される。シリンダスリーブは、シリンダ固定部材よりも固い材料、例えばステンレス、焼き入れ鋼等で形成される。シリンダスリーブの内周面は、表面処理されている場合もある。シリンダスリーブは、シリンダ固定部材に形成された円柱状の凹部内に圧入することにより固定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
シリンダスリーブを円柱状の凹部内に挿入した後、シリンダ内周面の中心軸がピストンの駆動軸に一致するように、シリンダスリーブの内周面を研磨する必要がある。圧入によって両者を精度よく一致させることが困難だからである。また、シリンダスリーブの内周面が磨耗しても、シリンダスリーブのみを交換することは困難である。
【０００６】
本発明の目的は、シリンダスリーブを容易に交換することが可能なガス圧縮機を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、筒状の空洞を画定するシリンダ固定部材と、前記シリンダ固定部材の筒状の空洞内に挿入され、該シリンダ固定部材に着脱可能に固定され、前記シリンダ固定部材よりも固い材料で形成され、シリンダ内周面を画定するシリンダスリーブと、前記シリンダスリーブ内に挿入され、前記シリンダ固定部材の筒状の空洞内に外部と連絡する圧縮室を画定し、往復駆動して前記圧縮室の容積を周期的に変動させるピストンとを有し、前記シリンダ固定部材が、前記ピストンの駆動軸を回転中心とする円錐面状の内周面を含み、前記シリンダスリーブが、前記円錐面状の内周面に整合する円錐面状の外周面を含み、該シリンダスリーブを前記シリンダ固定部材の筒状の空洞内に挿入したとき、前記円錐面状の内周面と、前記円錐面状の外周面とが相互に接触して、前記シリンダスリーブの半径方向の位置を固定するガス圧縮機が提供される。
【０００８】
シリンダ内周面に損傷が生じた場合、シリンダスリーブを容易に交換することができる。円錐面状の内周面と外周面とを相互に接触させることにより、筒状の空洞とシリンダスリーブとの中心軸を一致させやすくなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例によるピストン対向型圧縮機の断面図を示す。両端が閉塞された円筒状のケース１の内部空洞のほぼ中央に、その内周面にほぼ密着するようにヨーク５が配置されている。ヨーク５は、例えば純鉄で形成される。この圧縮機は、ケース１の中心軸に直交し、かつその中央を通過する仮想平面に関してほぼ面対称の構造とされている。ヨーク５の両端面の各々とケース１との間には、ピストンを往復駆動するための空間が画定されている。
【００１０】
ヨーク５の両側の端面から、それぞれ中心に向かって円柱状の凹部１９が形成されている。各凹部１９の底面とケース１の側面とを連絡する管路２が形成されている。
【００１１】
凹部１９内に、円筒状のシリンダスリーブ２０が挿入されている。シリンダスリーブ２０は、固定ボルト２１によりヨーク５に固定されている。シリンダスリーブ２０は、シリンダの内周面を画定する。シリンダスリーブ２０内にピストン７が挿入され、凹部１９の底面、シリンダスリーブ２０の内周面、及びピストン７の先端により圧縮室４が画定されている。圧縮室４は管路２に連続し、圧縮ガスは管路２を通って外部に供給される。
【００１２】
ヨーク５の端面に、凹部１９の周囲を取り囲む円環状の溝３が形成されている。溝３の外周側の側面上に、円環状の永久磁石１７が取り付けられている。永久磁石１７の内周面と溝３の内周側の側面との間に、円環状の間隙が画定されている。ヨーク５、永久磁石１７、及び溝３内の間隙により、閉磁路が形成され、溝３の中に厚さ方向の磁界が発生する。
【００１３】
ピストン７のシリンダ外の端部はフランジ状に形成され、溝３の中に緩挿される可動コイル１６がこのフランジ状部分に取り付けられている。ピストン７はコイルバネ８を介してケース１の両端の内面に弾性的に保持され、シリンダ内の中立点に支持されている。
【００１４】
ケース１の両側の端面にそれぞれ１対の電流端子６が取り付けられている。１対の電流端子のうち一方の電流端子６は、ケース１の内部に配置されたリード線２５を介して可動コイル１６に接続されている。他方の電流端子６は、りード線２５及びコイルバネ８を介して可動コイル１６に接続されている。電流端子６を通して可動コイル１６に電流が供給される。可動コイル１６に交流電流を流すと、可動コイル１６は溝３の中に発生した磁場により、軸方向（図の横方向）の力を受け、ピストンが往復駆動される。
【００１５】
ピストン７が軸方向に変位すると、コイルバネ８から復元力を受けるが、圧縮室４に封入されたガスの圧縮、膨張によるガスバネによっても復元力を受ける。すなわち、ピストン７は、ガスバネとコイルバネ８の合成バネ定数、及び可動部分の質量から求まる固有の共振周波数を有する。この共振周波数が、可動コイル１６に流す電流の周波数に同期するように設計することにより、効率よくピストンを駆動することができる。
【００１６】
ピストン７を往復駆動することにより、圧縮室４の容積を周期的に変動させ、管路２を通して圧縮ガスの供給と回収を繰り返すことができる。
【００１７】
図１に示すガス圧縮機においては、シリンダスリーブ２０がヨーク５に着脱可能に取り付けられている。このため、シリンダスリーブ２０の内周面に損傷が生じた場合、シリンダスリーブ２０のみを容易に交換することができる。また、従来のように凹部１９内にシリンダスリーブ２０を圧入すると、ヨーク５の変形が生じるおそれがある。上記実施例の場合には、シリンダスリーブ２０を圧入することなくヨーク５に固定することができるため、ヨーク５の変形を防止することができる。
【００１８】
また、内径の異なる複数のシリンダスリーブを準備しておくことにより、シリンダの内径を容易に変換することができる。このことは、種々の性能を有する圧縮機のシリーズ化に適している。
【００１９】
図２（Ａ）は、シリンダスリーブ２０の取り付け部分の一構成例を示す。ヨーク５の端面から中心に向かって凹部１９が形成されている。凹部１９の開口部には、２段の段差３１及び３２が形成されている。段差３１及び３２は、凹部１９の開口部と同心円状に配置されており、凹部１９の開口部、段差３１、段差３２の順番に、その径が大きくなっている。
【００２０】
段差３１の内周面は、シリンダスリーブ２０の端部近傍に設けられた鍔部２０ａの外周面に接する。段差３１の内周面と鍔部２０の外周面が接することにより、シリンダスリーブ２０の径方向の位置が固定される。
【００２１】
段差３２の内周面には、ねじ溝が形成されている。外周面にねじ溝が形成された円環状の抑え部材２３を段差３２の内周面に螺合させることにより、鍔部２０ａをヨーク５に押しつけて固定する。段差３１の内周面と凹部１９の内周面とを接続するステップ面と鍔部２０ａとの間は、Ｏリング３０により気密封止されている。なお、Ｏリングを凹部１９の内周面とシリンダスリーブ２０の外周面との間に配置してもよい。
【００２２】
段差３１の内周面と鍔部２０ａの外周面とにより、シリンダスリーブ２０の径方向の位置決めが行われる。このため、この２つの面のみを精密に加工することにより、シリンダスリーブ２０の径方向の位置決めを行うことができる。必ずしも、シリンダスリーブ２０の外周面を、凹部１９の内周面に密着させる必要はない。この２つの面の加工精度は、両者の間に微細な間隙が形成される程度の比較的粗いものでもよい。
【００２３】
図２（Ｂ）は、シリンダスリーブ２０の取り付け部分の一構成例を示す。図２（Ａ）に示す構成例の段差３１の内周面と鍔部２０ａの外周面が、相互に密接する円錐面にされている。その他の構成は、図２（Ａ）に示す構成と同様である。円錐面にすると、凹部１９とシリンダスリーブ２０との中心軸をより一致させやすくなる。
【００２４】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シリンダスリーブをその固定部材に着脱可能に固定しているため、シリンダスリーブのみを容易に交換することができる。また、シリンダスリーブとその固定部材とを別々にべつ機械加工することにより、シリンダとピストンとの軸合わせを簡易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるガス圧縮機の断面図である。
【図２】実施例によるガス圧縮機のシリンダスリーブ固定部の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ケース
３  溝
４  圧縮室
５  ヨーク
６  電流端子
７  ピストン
８  コイルバネ
１６  可動コイル
１７  永久磁石
１９  凹部
２０  シリンダスリーブ
２０ａ  鍔部
２３  抑え部材
２５  リード線
３０  Ｏリング
３１、３２  段差
【図１】
0003717317.tif 000002
【図２】
0003717317.tif 000003