(57)【要約】【課題】本発明は、軽量化を図ることができるガス圧縮機を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明は、所定の軸線Ｌに沿う方向に延びるシリンダ７内でガスを圧縮するガス圧縮機２であって、シリンダ７内で往復動すると共に挿通穴Ｐが形成された挿通穴形成部８ｃを基端側に有するピストン部材８と、シリンダ７に対して相対位置が固定されていると共に、先端部１２ａが軸線Ｌに沿う方向に延在してピストン部材８の挿通穴Ｐに入り込む支持棒１２と、先端部１２ａの外周面１２ｃとピストン部材８の挿通穴形成部８ｃの内周面８ｆとの間に配置され、ピストン部材８を軸線Ｌに沿う方向で往復動可能に支持する軸受け１５と、を備える。【選択図】図１
2011122530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸線方向に延びるシリンダ内でガスを圧縮するガス圧縮機であって、
前記シリンダ内で往復動すると共に挿通穴が形成された挿通穴形成部を基端側に有するピストン部材と、
前記シリンダに対して相対位置が固定されていると共に、先端部が前記軸線方向に延在して前記ピストン部材の前記挿通穴に入り込む支持棒と、
前記先端部の外周面と前記ピストン部材の前記挿通穴形成部の内周面との間に配置され、前記ピストン部材を前記軸線方向で往復動可能に支持する軸受けと、
を備えることを特徴とするガス圧縮機。
【請求項２】
前記シリンダを収容する本体部と前記本体部に対して前記軸線方向に取り付けられるキャップ部とを有するケーシングを更に備え、
前記支持棒は、前記キャップ部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のガス圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスを圧縮するガス圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような分野における技術文献として、特許第３３９３０７１号公報がある。この公報に記載されたガス圧縮機は、公報記載の符号を利用して説明すると、シリンダ３と、シリンダ３内に配置されたピストン４と、ピストン４に連結されたピストンロッド８と、シリンダ３に固定された２つの軸受保持部材１３，１４と、２つの軸受保持部材１３，１４にそれぞれ支持されると共に、シリンダ３の軸方向で往復動可能にピストンロッド５を支持する２個の軸受け１０，１１と、を備え、ピストン４の移動によりシリンダ３内のガスを圧縮する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３９３０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、市場の要求によりガス圧縮機の更なる軽量化が求められている。上述した従来のガス圧縮機においては、ピストンをシリンダの軸方向で精度良く移動させるために、少なくとも２箇所でピストンロッドを支持する必要があり、このことがガス圧縮機の軽量化を妨げる一因となるおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、軽量化を図ることができるガス圧縮機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】
【０００６】
本発明は、所定の軸線方向に延びるシリンダ内でガスを圧縮するガス圧縮機であって、シリンダ内で往復動すると共に挿通穴が形成された挿通穴形成部を基端側に有するピストン部材と、シリンダに対して相対位置が固定されていると共に、先端部が軸線方向に延在してピストン部材の挿通穴に入り込む支持棒と、先端部の外周面とピストン部材の挿通穴形成部の内周面との間に配置され、ピストン部材を軸線方向で往復動可能に支持する軸受けと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るガス圧縮機によれば、ピストン部材が挿通穴内の軸受けによって支持される構造とすることで、軸受けが一箇所（１つ）であっても、支持棒の先端部に沿ってピストン部材を精度良く軸線方向に往復動させることが可能となり、軸受けを二箇所（２つ）以上必要とする従来の構造と比べてガス圧縮機の軽量化及び小型化を図ることができる。また、部品点数の削減により、組み立て工程の簡素化を図ることができる。
【０００８】
本発明のガス圧縮機においては、シリンダを収容する本体部と本体部に対して軸線方向に取り付けられるキャップ部とを有するケーシングを更に備え、支持棒は、キャップ部に固定されていることが好ましい。
【０００９】
このような構成を採用すると、ガス圧縮機を組み立てる際に、予めキャップ部に固定された支持棒に対して軸受け及びピストン部材を組み付け、この状態でキャップ部を本体部に対して軸線方向に取り付けることで、キャップ部の取り付けと同時にピストン部材を軸線方向でシリンダ内に差し込むことが可能となり、これによってガス圧縮機の組み立て工程の簡素化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ガス圧縮機の軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るガス圧縮機を備えた冷凍機の一実施形態を示す断面図である。
【図２】ガス圧縮機におけるピストン部材の支持構造を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るガス圧縮機を備える冷凍機の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係る冷凍機１は、いわゆるスターリングサイクルを利用したスターリング冷凍機であり、ガス圧縮機２と、コールドヘッド３と、これらを接続するキャピラリチューブ４とを備えている。この冷凍機１の内部には、冷凍作用の発生に利用される冷媒ガスが充填されている。
【００１４】
ガス圧縮機２は、円筒状の本体部５Ａと椀形状をなす一対のキャップ部５Ｂとから構成されるケーシング５を備えている。円筒状の本体部５Ａの中心軸線を軸線Ｌとして示す。一対のキャップ部５Ｂは、本体部５Ａの両端の開口を塞ぐように、軸線Ｌに沿う方向で取り付けられている。本体部５Ａと一対のキャップ部５Ｂとは、ボルト６により固定されている。
【００１５】
本体部５Ａ内には、円筒状であって内周面７ａを有するシリンダ７が収容されている。シリンダ７は、その中心軸線が軸線Ｌと一致するように設けられている。シリンダ７の内部には、軸線Ｌに沿う方向の両側から一対のピストン部材８がそれぞれ入り込んでいる。
【００１６】
シリンダ７内では、ピストン部材８先端のピストン面８ａとシリンダ７の内周面７ａとによって圧縮空間Ｎが形成されている。また、圧縮空間Ｎは、キャピラリチューブ４内に形成された流路を通じてコールドヘッド３の内部と連通している。一対のピストン部材８は、軸線Ｌに沿う方向で互いに近づくように移動することで圧縮空間Ｎを縮小させ、空間内部の冷媒ガスを圧縮する。また、一対のピストン部材８は、軸線Ｌに沿う方向で互いに離れるように移動することで圧縮空間Ｎを拡張させ、空間内部の冷媒ガスを膨張させる。ピストン部材８の移動により冷媒ガスが圧縮空間Ｎ内で圧縮又は膨張すると、キャピラリチューブ４内の流路を通じて圧力の変動がコールドヘッド３内に伝達され、コールドヘッド３内の冷媒ガスが加圧又は減圧される。
【００１７】
一対のピストン部材８は、圧縮空間Ｎを挟んで互いに対称な構成を有している。以下、図１の紙面右側に位置するピストン部材８についてのみ説明を行い、他方のピストン部材８についての説明は省略する。
【００１８】
図１及び図２に示すように、ピストン部材８は、軸線Ｌに沿う方向で２つの部位に分けられ、先端側（圧縮空間Ｎ側）のピストン先端部８ｂと基端側（圧縮空間Ｎと反対の側、すなわちキャップ部５Ｂ側）の挿通穴形成部８ｃとを有している。
【００１９】
ピストン先端部８ｂは、シリンダ７内に深く入り込んでおり、その先端にはピストン面８ａが形成されている。また、ピストン先端部８ｂの外周面８ｄは、シリンダ７の内周面７ａと整合する円柱状をなすように形成されている。ピストン先端部８ｂは、外周面８ｄとシリンダ７の内周面７ａとの間に微小な間隙が形成されるように支持されている。この間隙は、大きさを適切に設定することによりクリアランスシールとして好適に機能する。
【００２０】
挿通穴形成部８ｃには、そのキャップ部５Ｂ側の端面８ｅから軸線Ｌに沿って凹む挿通穴Ｐが形成されている。挿通穴Ｐは、端面８ｅ側に位置する円柱状の第一の穴部Ｐ１と、第一の穴部Ｐ１より小さい径であって、第一の穴部Ｐ１よりピストン先端部８ｂ側に位置する円柱状の第二の穴部Ｐ２と、からなる２段構造の穴として形成されている。
【００２１】
挿通穴Ｐ内には、軸線Ｌに沿う方向に延在する支持棒１２が差し込まれている。支持棒１２は、挿通穴Ｐの第二の穴部Ｐ２より小さな径を有する円柱状の棒部材である。支持棒１２の先端（シリンダ７側の端）は、挿通穴Ｐの第一の穴部Ｐ１を通じて第二の穴部Ｐ２まで入り込んでいる。この支持棒１２は、片持ち梁の状態で支持されており、シリンダ７に向かって延びる先端部１２ａとキャップ部５Ｂに対して固定される基端部１２ｂとを有している。支持棒１２の先端部１２ａは、支持棒１２のうち、ピストン部材８がキャップ部材５Ｂに最も近づいた状態において挿通穴Ｐの内側に入り込んでいる部分である。また、基端部１２ｂは、支持棒１２のうち先端部１２ａ以外の部分である。
【００２２】
挿通穴Ｐの第一の穴部Ｐ１には、円筒状の軸受け１５が嵌め込まれている。軸受け１５は、支持棒１２の延在方向（軸線Ｌに沿う方向）でピストン部材８を支持棒１２に対して相対的に移動可能に支えている。このような軸受け１５としては、リニアベアリングやすべり軸受けが採用される。軸受け１５は、挿通穴Ｐにおける第一の穴部Ｐ１に対応するピストン部材８の内周面８ｆと支持棒１２の先端部１２ａの外周面１２ｃとの間に配置されると共に、軸線Ｌに沿う方向で内周面８ｆと第二の穴部Ｐ２に対応するピストン部材８の内周面８ｇとの間の段差に突き当てられている。ピストン部材８は、軸受け１５を介して支持棒１２に支持されている。
【００２３】
支持棒１２の基端部１２ｂは、ボルト１８によって円板状の固定部材１３に固定されている。固定部材１３は、ボルト１４によってケーシング５のキャップ部５Ｂに固定されている。すなわち支持棒１２は、固定部材１３を介してキャップ部５Ｂに対して一体的に固定されている。これによって、支持棒１２は、本体部５Ａに設けられたシリンダ７に対して相対位置が固定されている。
【００２４】
挿通穴形成部８ｃのキャップ部材５Ｂ側には、シリンダ７の内径より大きい外径を有する拡張部８ｈが形成されている。この拡張部８ｈとシリンダ７の外側に突出した鍔部７ｂとの間には、軸線Ｌに沿う方向に延在するコイルばね９が配置されている。コイルばね９は、ピストン部材８が移動した場合、ピストン部材８を初期位置に戻す方向に弾性力を働かせる。
【００２５】
ケーシング５の内部には、ピストン駆動用の電磁コイル１６を支持するコイル支持部材１０が配置されている。コイル支持部材１０は、軸線Ｌに沿う方向に延在する円筒部１０ａと、円筒部１０ａのキャップ部５Ｂ側の開口を覆うように形成された底壁部１０ｂとから構成されている。
【００２６】
コイル支持部材１０の円筒部１０ａは、挿通穴形成部８ｃの拡張部８ｈの外周を囲むように配置されており、底壁部１０ｂには、軸線Ｌに沿う方向で挿通穴形成部８ｃの端面８ｅが突き当てられている。この底壁部１０ｂとピストン部材８の挿通穴形成部８ｃとは、ボルト１１によって固定されている。底壁部１０ｂの中央には、支持棒１２が挿通される貫通穴Ｑが形成されている。
【００２７】
円筒部１０ａの先端側（圧縮空間Ｎ側、すなわちキャップ部５Ｂと反対の側）には、円筒部１０ａの周方向で連続するコイル用窪み１０ｃが形成されている。このコイル用窪み１０ｃ内に収まるようにして、電磁コイル１６がコイル支持部材１０の外側から巻き付けられている。
【００２８】
円筒部１０ａの先端側は、シリンダ７の外周を囲むようにケーシング５の本体部５Ａに形成されたギャップＧの内部に入り込んでいる。ギャップＧに対応する本体部５Ａの内壁には、環状の永久磁石１７が設けられている。この永久磁石１７は、軸線Ｌと直交する方向において電磁コイル１６と対向するように配置されている。本体部５Ａはヨークとしても機能し、永久磁石１７、本体部５Ａ、ギャップＧによって磁気回路が形成されている。また、磁気回路内に位置する電磁コイル１６には、図示しないリード線を通じて外部から電流が供給される。この電磁コイル１６と永久磁石１７との協働によりコイル支持部材１０が軸線Ｌに沿う方向に駆動され、これによってピストン部材８の往復動が行われる。
【００２９】
図１に示すように、コールドヘッド３は、ケーシング２１、シリンダ２２、ディスプレーサ２３、支持ロッド２４、及びコイルバネ２５を備えている。略円柱状のケーシング２１の内部は、キャピラリチューブ４内の流路と連通しており、キャピラリチューブ４を通じて冷媒ガスがケーシング２１内に送り込まれる。
【００３０】
シリンダ２２は、ケーシング２１から突出して設けられた略円筒状の部材である。シリンダ２２の先端（ケーシング２１から突出した端）は閉じられている。シリンダ２２の内部には、ケーシング２１内と連通する空間が形成されている。また、シリンダ２２の内部には、シリンダ２２に沿って延在するディスプレーサ２３が挿入されている。
【００３１】
シリンダ２２の先端側には、シリンダ２２の内壁とディスプレーサ２３とによって膨張空間Ｍが形成されている。この膨張空間Ｍには、ディスプレーサ２３内に形成されたガス流路２４を通じてケーシング２１内の冷媒ガスが流れ込む。ディスプレーサ２３内のガス流路２４には、蓄冷材２６が充填されている。
【００３２】
ディスプレーサ２３は、ケーシング２１内でシリンダ２２の突出方向に延在する支持ロッド２７に支持されている。支持ロッド２７は、ケーシング２１内に設けられた軸受け支持部２８及び軸受け２９によって支持されており、軸受け２９は、支持ロッド２７を介してディスプレーサ２３をシリンダ２２の突出方向で移動可能に支持している。ケーシング２１内には、支持ロッド２７を中心として巻回するようにコイルバネ２５が設けられている。コイルバネ２５の一端は支持ロッド２７に取り付けられ、他端は軸受け支持部２８に取り付けられている。コイルバネ２５は、冷媒ガスの流れによりディスプレーサ２３が移動した場合、ディスプレーサ２３を初期位置に戻す方向に弾性力を働かせる。
【００３３】
本実施形態に係る冷凍機１では、ガス圧縮機２において圧縮空間Ｎの冷媒ガスが圧縮されると、キャピラリチューブ４を通じて圧力が伝達し、コールドヘッド３内では冷媒ガスの一部が蓄冷材２６によって冷却されながら膨張空間Ｍへと押し込まれる。その後、ガス圧縮機２により圧縮空間Ｎが拡張されると、キャピラリチューブ４を通じてコールドヘッド３内の冷媒ガスの圧力が低下し、圧縮空間Ｎ内の冷媒ガスが断熱膨張して寒冷が発生する。以上の工程の繰り返しにより、コールドヘッド３のシリンダ２２において冷凍作用を発生させることができる。
【００３４】
以上説明した本実施形態に係る冷凍機１のガス圧縮機２によれば、ピストン部材８がその挿通穴Ｐ内の軸受け１５によって支持される構造とすることで、軸受け１５が一箇所（一つ）であっても、支持棒１２の先端部１２ａに沿ってピストン部材８を精度良く軸線Ｌに沿う方向に往復動させることが可能となり、軸受けを二箇所（二つ）以上必要とする従来の構造と比べてガス圧縮機２の軽量化及び小型化を図ることができる。また、部品点数の削減により、組み立て工程の簡素化を図ることができる。しかも、ピストン部材、軸受け、及び支持棒の間の組み付け精度は各部材の成形精度に依存するため、成形精度の向上により容易に組み付け精度の向上を図ることができる。
【００３５】
また、このガス圧縮機２によれば、支持棒１２の基端部１２ｂが、ケーシング５のキャップ部５Ｂに固定されているので、ガス圧縮機の組み立て工程の簡素化を図ることができる。具体的には、ガス圧縮機２を組み立てる際に、予めキャップ部５Ｂに固定された支持棒１２に対して軸受け１５及びピストン部材８を組み付け、この状態でキャップ部５Ｂを本体部５Ａに対して軸線Ｌに沿う方向に取り付けることで、キャップ部５Ｂの取り付けと同時にピストン部材８を軸線Ｌに沿う方向でシリンダ７内に差し込むことが可能となり、これによってガス圧縮機２の組み立て工程の簡素化を図ることができる。
【００３６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００３７】
例えば、支持棒１２は、ケーシング５のキャップ部５Ｂではなく、本体部５Ａ側に対して固定される構造であっても良い。また、ケーシング５の内側に本体部５Ａに固定された枠状のヨークを更に設けて、このヨークに支持棒１２を固定する構造であっても良い。さらに、支持棒１２は固定部材１３を介してキャップ部５Ｂに固定されるのではなく、支持棒１２と固定部材１３とを一体に成形して支持棒１２をキャップ部５Ｂに直接固定する構造であっても良く、支持棒１２のシリンダ７に対する相対位置が固定されている構造であれば良い。
【００３８】
また、挿通穴Ｐは、第一の穴部Ｐ１と第二の穴部Ｐ２とからなる２段構造の穴ではなく、一つの穴からなる１段構造であっても良く、軸受け１５がピストン部材８に対して適切に固定される構造であれば良い。
【符号の説明】
【００３９】
１…冷凍機、２…ガス圧縮機、３…コールドヘッド、５…ケーシング、５Ａ…本体部、５Ｂ…キャップ部、７…シリンダ、８…ピストン部材、８ｆ…内周面、１２…支持棒、１２ａ…先端部、１２ｃ…外周面、１５…軸受け、Ｐ…挿通穴、Ｐ１…第一の穴部、Ｐ２…第二の穴部、Ｌ…軸線。
【図１】
2011122530.tif 000003
【図２】
2011122530.tif 000004