(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スターリング冷凍機の圧縮機，膨張機に組み込んだ往復動式のピストン，およびディスプレーサを支持するサスペンションばねユニットであり、該サスペンションばねユニットが、板面に渦状のスリットを形成した複数枚の平板リング状の板ばねを有し、かつ各板ばねをその内周端部，外周端部の相互間にスペーサを介挿して一体に重ね合わせた組立体としてなり、該ばねユニットの内周端部を前記ピストン，もしくはディスプレーサのロッドに結合し、外周端部を機内の固定部材に取付けたものにおいて、各板ばねの中立位置をピストン，ディスプレーサの往復動ストローク位置に対して相対的にずらすように、各板ばねの相互間にオフセットを設定して組立てたことを特徴とする冷凍機用サスペンションばねユニット。
【請求項２】
請求項１記載のばねユニットにおいて、オフセット付与手段として、板ばね相互間の内外周に介挿したスペーサに対し、外周スペーサの板厚を内周スペーサの板厚よりも厚く設定したことを特徴とする冷凍機用サスペンションばねユニット。
【請求項３】
請求項１記載のばねユニットにおいて、オフセット付与手段として、板ばね相互間の内外周に介挿したスペーサに対し、内周ペーサの板厚を外周スペーサの板厚よりも厚く設定したことを特徴とする冷凍機用サスペンションばねユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クライオクーラとして用いるスターリング冷凍機の圧縮機，膨張機に組み込んだ往復動式のピストン，およびディスプレーサを往復動方向に案内支持するサスペンションばねユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
頭記したスターリング冷凍機において、圧縮機，膨張機に組み込んだ往復動式のピストン，およびディスプレーサをサスペンションばねで案内支持するようにした構成のものが、例えば特開平５−２８８４１９号公報に開示されている。
図３はかかるサスペンションばねを用いて圧縮機のピストン，膨張機のディスプレーサを支持したスターリング冷凍機の構成図である。図において、１は往復動式のピストン１ａを内蔵した横軸形の圧縮機、２は蓄冷器２ａを備えた往復動式のディスプレーサ２ｂを内蔵した横軸形の膨張機、３は圧縮機１の圧縮空間と膨張機２のディスプレーサ２ａとの間に配管した接続管である。また、圧縮機１のピストン１ａは機内に組み込んだ電磁式アクチュエータ１ｂにより軸方向に往復駆動するようにしており、ピストン１ａに連結したピストンロッド１ｃの２箇所をサスペンションばね４で往復動方向に案内支持している。なお、１ｄはピストンの位置検出器である。
【０００３】
一方、膨張機２ではディスプレーサ２ｂを機内に組み込んだ電磁式アクチュエータ２ｃにより軸方向に往復駆動するようにしており、圧縮機１のピストン１ａと同様に、ディスプレーサ２ｂに連結したロッド２ｄの２箇所をサスペンションばね４で往復動方向に案内支持している。なお、２ｅはディスプレーサ２ｂの位置検出器、２ｆは膨張機２に付設したアクティブバランサで冷熱発生端面の振動発生を抑制する。かかる構成になるスターリング冷凍機の動作原理は周知であり、先記した特開平５−２８８４１９号公報にも詳しく述べられている。
【０００４】
次に、前記したサスペンションばねユニット４の従来構造を図４，図５で説明する。すなわち、サスペンションばねユニット４は、図５で示すように、平行に並ぶ複数枚（図示例では３枚）の板ばね４ａと、各板バネ４ａの相互間に１枚ずつ介挿した外周スペーサ４ｂ，内周スペーサ４ｃと、外周押え板４ｄ，内周押え板４ｅとを重ね合わせて締結ボルトにより一体化した組立体としてなり、ばねユニット４の内周端が圧縮機１のピストンロッド１ｃ，膨張機２のディスプレーサロッド２ｄに、外周端が機内の固定部材，例えば電磁アクチュエータのヨークにそれぞれ結合されている。
【０００５】
また、前記の板ばね４ａは、高弾性の薄金属板で作られたリング状板を基体として、図４で示すように板面に複数の渦状スリット４ｆを形成し、そのスリット４ｆの間に板面と垂直方向へ撓み自在なアーム部４ｇを形成した構造になる。
そして、かかる構造のサスペンションばねユニット４を使用して圧縮機１のピストン１ａ，膨張機２のディスプレーサ２ｂを支持し、電磁アクチュエータ１ｂ，２ｃの駆動でピストン１ａ，ディスプレーサ２ｂを軸方向に往復動作すると、そのストローク動作に従動して板バネ４ａのアーム部４ｇが中立位置（撓みなしの位置）を中心に左右方向に撓む。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記したサスペンションばねユニット４を採用して図３に示した横軸形の圧縮機１，膨張機２のピストン，ディスプレーサを支持すると、動作面で次記のような問題が派生する。
すなわち、板面に渦状スリットをいれて撓み性のアーム部を形成した構造の板ばね４ａは、ピストン，ディスプレーサのストローク位置と板ばね４ａの半径方向のばね定数との関係が図６（ａ）で表すような特性を持つ。なお、図中の特性線Ａは板ばね１枚当たりのばね特性、特性線Ｂは３枚の板ばねを重ね合わせた合成のばね特性である。この特性図から判るように、ばね定数はストローク位置が「０」、つまり板バネ４ａが原形の状態に保たれていてアーム部４ｇが撓んでない中立位置で最大であり、ここからストローク位置が往復動方向に変化してアーム部が撓んだ状態になるとばね定数は急激に低下し、ピストン，ディスプレーサのストロークエンド位置ではばね定数が最小になる。しかも、複数枚の板バネを積み重ねたばねユニットでは、合成特性線Ｂで表すように中立位置とストロークエンド位置（往，復動の死点）におけるばね定数の差がさらに大きくなる。このために、サスペンションばねの直線性が低下して冷凍機の運転時にはピストン，ディスプレーサを含む可動部の自重などにより、半径方向に大きな加振力が生じて振動，振幅が増大するようになるほか、特に半径方向の振幅が大きくなると、ピストン，ディスプレーサが往復動する際に固定部との間で機械的な干渉が生じて故障を誘発するおそれがある。
【０００７】
本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、スターリング冷凍機を対象に、横軸形の圧縮機，膨張機に組み込んだ往復動式のピストン，ディスプレーサを支持するサスペンションばねユニットに対し、前記課題を解決してピストン，ディスプレーサのストローク位置に対するばねユニットの半径方向のばね定数を平均化させ、ばねユニットの直線性を向上させて冷凍機の振動発生を低く抑えるように改良した冷凍機用サスペンションばねユニットを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、板面に渦状のスリットを形成した複数枚の平板リング状の板ばねを有し、かつ各板ばねをその内周端部，外周端部の相互間にスペーサを介挿して一体に重ね合わせた組立体としてなるサスペンションばねユニットに対して、各板ばねの中立位置をピストン，ディスプレーサの往復動ストローク位置に対して相対的にずらすように、各板ばねの相互間にオフセットを設定して組立てるものとする。
【０００９】
そして、前記構成におけるオフセット付与手段として、板ばね相互間の内外周に介挿したスペーサに対し、外周スペーサの板厚を内周スペーサの板厚よりも厚く設定する。あるいは、内周のペーサの板厚を外周スペーサの板厚よりも厚く設定する。
このように、サスペンションばねユニットを構成する複数枚の板ばねについて、各板ばねの中立位置をピストン，ディスプレーサのストローク位置に対して相対的にずらすようにオフセットを設定することにより、ストローク位置に対するばねユニットのばね定数が平均化され、サスペンションばねユニットとしての直線性が向上する。したがって、ピストン，ディスプレーサを含む可動部の重量，往復動のストローク範囲に合わせてサスペンションばねユニットの板ばね枚数，オフセット量を適正に設計することで、半径方向の加振力が低減して運転時における冷凍機の振動，振幅を小さく抑えることができる。
【００１０】
また、前記のように外周スペーサと内周スペーサの厚みを変えることにより、各板ばねの相互間で簡単にオフセットを設定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。まず、本発明の動作原理を図６（ｂ）を使って述べる。図において特性線Ａ1,Ａ2,Ａ3 はそれぞれサスペンションばねユニット（基本的には図５に示した従来構造と同じ）に組み込んだ３枚重ねの各板ばねのばね特性であって、特性線Ａ1 はばねユニットの中央に並ぶ板ばね, Ａ2,Ａ3 は左右両側に並ぶ板ばねに対応するばね特性を表しており、各板ばねの相互間にはストローク位置に対してばねの中立位置が相対的にずれるようにオフセットが設定されている。つまり、３枚重ねの板ばねのうち、中央に並ぶ板ばね（特性線Ａ1)はピストン，ディスプレーサのストローク位置「０」にばねの中立位置（撓みのない原形位置）を合わせ、左右に並ぶ板ばね (特性線Ａ2,Ａ3)はその中立位置を例えばストローク位置「＋１」, 「−１」に合わせてサスペンションばねユニットが組立て構成されている。なお、具体的な組立構造に付いては後記の各実施例の項で説明する。
【００１２】
このように複数枚の板ばねの相互間にオフセットを設定することにより、その合成ばね特性Ｃは図示のように、ストローク位置「＋１」〜「−１」の範囲ではばね定数がほぼフラットで、かつ図６（ｂ）に示した従来の合成ばね特性Ｂと比べてばね定数のピーク値がΔｋだけ小さく、したがってストローク位置「０」とストロークエンドに対応する位置「＋５」，「−５」との間のばね定数の差が従来の特性Ｂと比べて縮小する。これにより、サスペンションばねユニットとしての直線性が向上し、図３に示した横軸形スターリング冷凍機の運転時に圧縮機１のピストン１ａ，膨張機２のディスプレーサ２ｂに加わる半径方向の加振力が小さくなって振動，振幅が低減する。
【００１３】
次に、前記したオフセットを付与するための具体的なサスペンションばねユニットの組立構造を以下の実施例で述べる。なお、各実施例の図中で図５に対応する同一部材には同じ符号が付してある。
〔実施例１〕
図１は本発明の請求項２に対応する実施例の組立構造図であり、サスペンションばねユニット４は基本的に図５の構造と同様に、平行に並ぶ３枚の板ばね４ａと、各板バネ４ａの相互間に１枚ずつ介挿した外周スペーサ４ｂ，内周スペーサ４ｃと、外周押え板４ｄ，内周押え板４ｅとを重ね合わせて締結ボルトにより一体化した組立体としてなり、サスペンションばねユニット４の内周端が図３に示した圧縮機１のピストンロッド１ｃ，膨張機２のディスプレーサロッド２ｄに、外周端が機内の固定部材，例えば電磁アクチュエータのヨークにそれぞれ結合されている。
【００１４】
ここで、前記の外周スペーサ４ｂ，内周スペーサ４ｃに関し、内周スペーサ４ｃの厚みをｄ0 として、外周スペーサ４ｂの厚みがｄ1(ｄ1 ＞ｄ0)に設定されており、これによりユニット組立の状態では、内外周スペーサを隔てて並ぶ３枚の板ばね４ａのうち、中央に並ぶ板ばねとその両側に並ぶ板ばねの相互間にスペーサの厚み差（ｄ1 −ｄ0 ）に相応したオフセット（図６（ｂ）参照）が付与される。
【００１５】
すなわち、図６（ｂ）のストローク位置「０」に対応した図１の状態では、中央に並ぶ板ばねが中立位置にあって撓みなしであるのに対して、その両側に並ぶ板ばねは互いに逆向きに撓んでいる。そして、この状態からスターリング冷凍機の運転に伴い、圧縮機のピストン，膨張機のディスプレーサが往復動作してストローク位置が変位すると、その方向によって各板ばねの撓み代が変化し、ばねユニット４としての半径方向の合成ばね定数は図６（ｂ）の合成特性線Ｃのように推移して平均化されて、サスペンションばねユニットの直線性が向上する。
【００１６】
〔実施例２〕
図２は本発明の請求項３に対応する実施例を示すものであり、この実施例においては、内，外周のスペーサ４ｂ，４ｃについて、先記実施例１とは逆に内周スペーサ４ｃの厚みｄ2 が外周スペーサ４ｃの厚みｄ0 よりも厚くなるよに定めて各板ばね４ａの相互間に図６（ｂ）で述べたオフセットを設定するようにしている。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、例えばスターリング冷凍機を実施対象に、横軸形の圧縮機，膨張機に組み込んだ往復動式のピストン，ディスプレーサを支持するサスペンションばねユニットが、板面に渦状のスリットを形成した複数枚の平板リング状の板ばねを有し、かつ各板ばねをその内周端部，外周端部の相互間にスペーサを介挿して一体に積み重ねた組立体としてなり、該ばねユニットの内周端部を前記ピストン，もしくはディスプレーサのロッドに結合し、外周端部を機内の固定部材に取付けたものにおいて、本発明によれば、各板ばねの中立位置をピストン，ディスプレーサの往復動ストローク位置に対して相対的にずらすように、各板ばねの相互間にオフセットを設定して組立てたことにより、ピストン，ディスプレーサのストローク位置に対する半径方向の合成ばね定数が平均化され、サスペンションばねユニットとしての直線性が向上する。
【００１８】
したがって、ピストン，ディスプレーサを含む可動部の重量，往復動のストローク範囲に合わせてサスペンションばねユニットの板ばね枚数，オフセット量を適正に設計することで、半径方向の加振力が低減して運転時における冷凍機の振動，振幅を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に対応するサスペンションばねユニットの組立構造を示す構成断面図
【図２】本発明の実施例２に対応するサスペンションばねユニットの組立構造を示す構成断面図
【図３】本発明の実施対象となるスターリング冷凍機全体の構成図
【図４】図３の冷凍機におけるサスペンションばねユニットに組み込んだ板ばねの平面図
【図５】図４の板ばねを採用したサスペンションばねユニットの従来における組立構造を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断平面図
【図６】サスペンションばねユニットのストローク位置と半径方向のばね定数との関係を表すばね特性図であり、（ａ）は図５に従来構造に対応したばね特性図、（ｂ）は本発明の実施例に対応したばね特性図
【符号の説明】
１    圧縮機
１ａ  ピストン
１ｃ  ピストンロッド
２    膨張機
２ｂ  ディスプレーサ
２ｄ  ディスプレーサロッド
４    サスペンションばねユニット
４ａ  板ばね
４ｂ  外周スペーサ
４ｃ  内周スペーサ
４ｆ  渦状スリット
４ｇ  アーム部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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