(57)【要約】【課題】スターリング型の冷凍機に取り付けられる板バネをその取付位置により確実に保持する。【解決手段】スターリング型の冷凍機は、容器と、容器の中で往復移動する可動部材と、可動部材の往復移動を可能とするように前記可動部材を前記容器に支持する支持部４０と、を備える。支持部４０は、少なくとも１つの板バネ４８を備える。板バネ４８は、可動部材に取り付けられる内周部５０と、容器に取り付けられる外周部５２と、を備え、外周部５２または内周部５０に貫通穴６２を有する。支持部４０は、貫通穴６２に圧入されたピン部材６０を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、
前記容器の中で往復移動する可動部材と、
前記可動部材の往復移動を可能とするように前記可動部材を前記容器に支持する支持部と、を備え、
前記支持部は、少なくとも１つの板バネを備え、前記板バネは、前記可動部材に取り付けられる内周部と、前記容器に取り付けられる外周部と、を備え、前記外周部または前記内周部に貫通穴を有し、
前記支持部は、前記貫通穴に圧入されたピン部材を備えることを特徴とするスターリング型の冷凍機。
【請求項２】
前記支持部は、前記板バネを前記容器または前記可動部材に取り付けるための締結部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のスターリング型の冷凍機。
【請求項３】
前記板バネは、前記外周部に前記貫通穴を有することを特徴とする請求項１または２に記載のスターリング型の冷凍機。
【請求項４】
前記ピン部材は、前記容器に固定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスターリング型の冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スターリング型の冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
スターリング冷凍機に関して、リニアモータ圧縮機内部の可動体をフレクシャベアリングで支持するリニアモータ圧縮機が知られている。フレクシャベアリングは、取り付け用のネジが挿通される孔を有する。ネジにより、フレクシャベアリングの内周固定部が可動体に固定され、外周固定部が圧縮機のハウジングに固定される。フレクシャベアリングは内周固定部と外周固定部とを連結する腕部を有し、腕部の撓みによって可動体の軸方向移動が許容されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１７３６９５号公報
【特許文献２】特開２００８−２１５４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、ネジが挿通される孔とネジとの間にはわずかな隙間がある。可動体が軸方向に動くとき、上述のフレクシャベアリングのような板バネの内周固定部及び外周固定部には撓んだ腕部から、軸方向に垂直な面内方向（例えば周方向）に力が作用する。そのため、上述の隙間の範囲で板バネが設計上の配置から面内方向に横ずれしうる。こうした横ずれは板バネの特性（例えばバネ定数）をいくらか変化させ、可動体の運動に影響を与えるかもしれない。また、板バネの横ずれに伴って可動体も横ずれしうる。そうすると、例えば、可動体とその周囲の固定部品との摩擦によって、これら部材の劣化が促進されるかもしれない。
【０００５】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、スターリング型の冷凍機に取り付けられる板バネを、その取付位置により確実に保持することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様によると、容器と、前記容器の中で往復移動する可動部材と、前記可動部材の往復移動を可能とするように前記可動部材を前記容器に支持する支持部と、を備えるスターリング型の冷凍機が提供される。前記支持部は、少なくとも１つの板バネを備える。前記板バネは、前記可動部材に取り付けられる内周部と、前記容器に取り付けられる外周部と、を備え、前記外周部または前記内周部に貫通穴を有する。前記支持部は、前記貫通穴に圧入されたピン部材を備える。
【０００７】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、スターリング型の冷凍機に取り付けられる板バネを、その取付位置により確実に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のある実施形態に係るスターリング冷凍機を概略的に示す図である。
【図２】本発明のある実施形態に係るスターリング冷凍機の膨張機を概略的に示す図である。
【図３】図２に示す一点鎖線Ａから見た断面を示す。
【図４】本発明のある実施形態に係る板バネ取付構造を示す図である。
【図５】本発明のある実施形態に係る板バネ取付構造を示す図である。
【図６】本発明のある実施形態に係る板バネ取付構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００１１】
図１は、本発明のある実施形態に係るスターリング冷凍機１０を概略的に示す図である。スターリング冷凍機１０は、圧縮機１１、接続管１２、及び膨張機１３を備える。
【００１２】
圧縮機１１は、圧縮機ケース１４を備える。圧縮機ケース１４は、高圧の作動ガスを気密に保持するよう構成されている圧力容器である。作動ガスは例えばヘリウムガスである。また、圧縮機１１は、圧縮機ケース１４に収容されている圧縮機ユニットを備える。圧縮機ユニットは圧縮機ピストン及び圧縮機シリンダを備えており、それらのうち一方は圧縮機ケース１４の中で往復移動するよう構成されている可動部材１５であり、他方は圧縮機ケース１４に固定されている静止部材である。圧縮機ユニットは、可動部材１５の中心軸に沿う方向に可動部材１５を圧縮機ケース１４に対して移動させるための駆動源を備える。圧縮機１１は、可動部材１５の往復移動を可能とするように可動部材１５を圧縮機ケース１４に支持する支持部１６を備える。可動部材１５は、ある振幅及び周波数で圧縮機ケース１４及び静止部材に対し振動する。
【００１３】
圧縮機ピストンと圧縮機シリンダとの間に作動ガス室が形成されている。この作動ガス室は、上述の静止部材及び圧縮機ケース１４に形成されている連通路を通じて、接続管１２の一端に接続されている。接続管１２の他端は、膨張機１３の作動ガス室へと接続されている。こうして接続管１２により、圧縮機１１の作動ガス室が膨張機１３の作動ガス室に接続される。
【００１４】
膨張機１３は、図２を参照して後述するように、膨張機容器２０、ディスプレーサ２２、及び支持部４０を備える。
【００１５】
図２は、本発明のある実施形態に係る膨張機１３を概略的に示す図である。図２には膨張機１３の内部構造の概略を示す。図３は、図２に示す一点鎖線Ａから見た断面を示す。
【００１６】
膨張機１３は、膨張機容器２０及びディスプレーサ２２を備える。膨張機容器２０は、高圧の作動ガスを気密に保持するよう構成されている圧力容器である。ディスプレーサ２２は、膨張機容器２０の中で往復移動するよう構成されている可動部材である。また、膨張機１３は、ディスプレーサ２２の往復移動を可能とするようにディスプレーサ２２を膨張機容器２０に支持する少なくとも１つの支持部４０を備える。
【００１７】
膨張機容器２０は、第１区画２４及び第２区画２６を備える。第１区画２４は、膨張機容器２０とディスプレーサ２２との間に形成される作動ガスの膨張空間２８を含む。膨張空間２８に隣接する膨張機容器２０の部分には、対象物を冷却するための冷却ステージ（図示せず）が設けられている。第２区画２６は、弾性部材３０を介してディスプレーサ２２を膨張機容器２０に支持するよう構成されている。
【００１８】
第２区画２６は、ディスプレーサ２２の往復移動方向（図において矢印Ｃで示す）に第１区画２４に隣接する。第２区画２６と第１区画２４との間にはシール部２５が設けられており、これにより第２区画２６は第１区画２４から仕切られている。よって、第１区画２４における作動ガスの圧力変動は、第２区画２６に伝わらないか、または第２区画２６における作動ガスの圧力にあまり影響しない。
【００１９】
ディスプレーサ２２は、第１区画２４に収容されているディスプレーサ本体３２と、ディスプレーサロッド３４と、を備える。ディスプレーサロッド３４は、ディスプレーサ本体３２より細い軸部である。ディスプレーサ２２はその往復移動方向に平行である中心軸を有しており、ディスプレーサ本体３２及びディスプレーサロッド３４はディスプレーサ２２の中心軸に同軸に設けられている。
【００２０】
ディスプレーサロッド３４は、ディスプレーサ本体３２からシール部２５を通って第２区画２６へと延在する。ディスプレーサロッド３４は、ディスプレーサ２２の往復移動を可能とするよう第２区画２６において膨張機容器２０により支持される。上述のシール部２５は例えば、ディスプレーサロッド３４と膨張機容器２０との間に形成されるロッドシールであってもよい。
【００２１】
第１区画２４は、ディスプレーサ本体３２を囲むシリンダ部を形成する。このシリンダ部の底面とディスプレーサ本体３２の端面との間に膨張空間２８が形成されている。膨張空間２８は、ディスプレーサ２２の往復移動方向においてディスプレーサ本体３２とディスプレーサロッド３４との接合部とは反対側に形成されている。この接合部とシール部２５との間には、接続管１２（図１参照）に接続されるガス空間３６が形成されている。
【００２２】
シリンダ部の側面とディスプレーサ本体３２との間には、蓄冷器３８が設けられていてもよい。蓄冷器３８は膨張機容器２０に取り付けられていてもよい。蓄冷器３８は例えば、金網の積層構造を備える。あるいは、ディスプレーサ本体３２の中に蓄冷器が組み込まれていてもよい。膨張空間２８とガス空間３６との間の作動ガスの流通は蓄冷器３８を通じて可能である。
【００２３】
膨張機１３は、ディスプレーサ２２の往復移動方向における複数の異なる位置で、ディスプレーサ２２の往復移動を可能とするようディスプレーサ２２を膨張機容器２０に支持する。そのために、膨張機１３は２つの支持部４０を備える。これら２つの支持部４０は第２区画２６に設けられている。このようにして、中心軸に対するディスプレーサ２２の傾動を抑制することができる。
【００２４】
支持部４０は上述の弾性部材３０を備える。弾性部材３０は、ディスプレーサ２２が中立位置から変位するときディスプレーサ２２に弾性的復元力が作用するように、ディスプレーサロッド３４と膨張機容器２０との間に配設されている。
【００２５】
弾性部材３０は例えば、少なくとも１つの板バネ４８を含むバネ機構を備える。弾性部材３０は、複数の板バネ４８をディスプレーサ２２の移動方向に配列した積層板バネ部４９（図５参照）を備えてもよい。図３に示されるように、この板バネ４８は、ディスプレーサロッド３４に固定するための内周部５０と、内周部５０を囲む外周部５２と、内周部５０と外周部５２とを連結する複数のアーム５４と、を備える。内周部５０は、ディスプレーサロッド３４の弾性部材取付部５１に固定される。外周部５２は膨張機容器２０に固定される。アーム５４の弾性変形によって、内周部５０と外周部５２との軸方向相対変位が許容される。板バネ４８の取付構造については図４及び図５を参照して後述し、図３においては図示を省略する。
【００２６】
こうした板バネ４８はフレクシャバネとも呼ばれ、ディスプレーサ２２の往復移動方向に柔軟であり、往復移動方向に垂直な方向に剛である。このような板バネは、例えば特開２００８−２１５４４０号公報に開示されている。この文献を参照によりその全体を本願明細書に援用する。したがって、弾性部材３０により、ディスプレーサ２２はその中心軸に沿う方向への移動が許容されているが、それと直交する方向への移動は規制されている。
【００２７】
このようにして、ディスプレーサ２２と弾性部材３０とからなる振動系が構成されている。この振動系は、圧縮機１１の可動部材１５の振動と同一の周波数で当該振動と位相差を有してディスプレーサ２２が振動するよう構成されている。ディスプレーサ２２は、圧縮機１１の可動部材１５の振動によって生じる作動ガス圧力の脈動によって駆動される。ディスプレーサ２２及び圧縮機１１の可動部材１５の往復動によって膨張空間２８と圧縮機１１の作動ガス室との間に逆スターリングサイクルが形成される。こうして、膨張空間２８に隣接する冷却ステージが冷却され、スターリング冷凍機１０は対象物を冷却することができる。
【００２８】
図４、図５、及び図６は、本発明のある実施形態に係る板バネ取付構造を示す図である。図４には軸方向から見たときの板バネ４８を示す。図５には積層板バネ部４９における締結部材５６の付近を示す。図６には積層板バネ部４９におけるピン部材６０の付近を示す。積層板バネ部４９は例えば３枚の板バネ４８を含む。隣接する板バネ間には補助バネまたはスペーサ（図示せず）が介在してもよい。締結部材５６は例えばボルトやネジである。ピン部材６０は例えばノックピンなどの位置決めピンである。
【００２９】
支持部４０は、板バネ４８の外周部５２を膨張機容器２０に取り付けるための締結部材５６、及び、板バネ４８の内周部５０をディスプレーサ２２に取り付けるための締結部材５６を備える。
【００３０】
板バネ４８は、非可動部である内周部５０及び外周部５２にいくつかの穴を有する。その一部は、締結部材５６を通すための締結穴５８であり、他の一部は、ピン部材６０を嵌合するための貫通穴６２である。締結穴５８は内周部５０及び外周部５２に設けられ、貫通穴６２は外周部５２に設けられている。図示される例においては、内周部５０の締結穴５８、外周部５２の締結穴５８、及び貫通穴６２がそれぞれ３つずつ等間隔に設けられている。締結穴５８及び貫通穴６２は円形であり、同様に、締結部材５６及びピン部材６０は円形の断面を有する。また、ディスプレーサロッド３４を受け入れる軸穴５５が、内周部５０の中心に形成されている。
【００３１】
図５に示されるように、締結部材５６は、板バネ４８の締結穴５８及びこれに連続する膨張機容器２０（またはディスプレーサ２２）の締結穴に挿通され、締結部材５６の末端にナット５７が締結される。こうして積層板バネ部４９は膨張機容器２０（またはディスプレーサ２２）に取り付けられる。
【００３２】
締結部材５６と締結穴５８との間にはわずかな隙間５９がある。ディスプレーサ２２が軸方向に動くとき、アーム５４の弾性的復元力の反作用として板バネ４８の内周部５０及び外周部５２にはアーム５４から、軸方向に垂直な面内方向に力が作用する。例えば、外周部５２を周方向に回動させる反作用力がアーム５４から外周部５２に作用する。そのため、板バネ４８が設計上の取付位置から面内方向に横ずれしうる。横ずれの大きさは最大で隙間５９の大きさに相当する。
【００３３】
そこで、締結部材５６とは別に、支持部４０は、貫通穴６２に嵌合されたピン部材６０を備える。図６に示されるように、貫通穴６２の内周面とピン部材６０の側面とが密着することにより、隣接する板バネ４８間の面内方向相対変位に対する剛性が生成される。したがって、積層板バネ部４９を形成する板バネ４８間の横ずれ、及び／または、積層板バネ部４９と膨張機容器２０との横ずれを防止することができる。
【００３４】
このようにして、横ずれによる積層板バネ部４９の特性（例えばバネ定数）への影響をなくすことができる。ディスプレーサ２２の横ずれも同様に防止されるので、ディスプレーサ２２と周囲の固定部品（例えばシール部２５）との摩擦の増加も防がれる。
【００３５】
また、締結部材５６がピン部材６０とは別に設けられている。これにより、まずピン部材６０により複数の板バネ４８を一体化して積層板バネ部４９を形成し、それから積層板バネ部４９を膨張機１３に取り付けるというように、比較的容易に取付の作業を行うことができる。
【００３６】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【００３７】
上述の実施形態においては、ピン部材６０は膨張機容器２０に取り付けられていない。しかし、ある実施形態においては、ピン部材６０は、膨張機容器２０に固定されていてもよい。例えば、ピン部材６０は、膨張機容器２０から立設していてもよい。このようにすれば、より確実に積層板バネ部４９を膨張機容器２０に固定することができる。
【００３８】
また、貫通穴６２は内周部５０に設けられていてもよい。このようにしても、ピン部材６０を貫通穴６２に嵌合することで板バネ４８の横ずれを防止することができる。ただし、アーム５４からの反作用力に抗するという観点からは、貫通穴６２を外周部５２に設けるほうが効果的であると考えられる。
【００３９】
上述の実施形態においては、ピン部材６０は貫通穴６２に適合する形状を有し、ピン部材６０が貫通穴６２に嵌合されている。しかし、ピン部材６０と貫通穴６２とで形状が完全に一致していなくてもよい。例えば、円形の貫通穴６２に、貫通穴６２の直径に相当する幅の細長断面または十字断面を有するピン部材６０が圧入されてもよい。このようにしても、ピン部材６０の断面の外周が貫通穴６２の内周面に押し付けられ、隣接する板バネ４８間の相対変位に対する剛性を生成することができるので、横ずれを防止することができる。
【００４０】
また、ピン部材６０は、周方向に細長い断面を有してもよい。このようにすれば、ピン部材６０は周方向に高い剛性を有する。したがって、より少ない数のピン部材６０（例えば一本のピン部材６０）で、板バネ４８の横ずれを防止することができる。
【００４１】
ある実施形態においては、締結部材５６が設けられていなくてもよい。この場合、ピン部材６０によって積層板バネ部４９が膨張機容器２０及びディスプレーサ２２に取り付けられていてもよい。
【００４２】
ある実施形態においては、膨張機１３は、ディスプレーサ２２の往復移動による膨張機容器２０の振動を抑制するための動吸振器を備えてもよい。上述の板バネ取付構造は動吸振器に適用されてもよい。動吸振器は、例えば膨張機容器２０の外に配置され、動吸振器のための容器である動吸振器カバーに収容される。動吸振器は、動吸振器カバーの中で往復移動する質量要素と、質量要素を膨張機容器２０に接続する弾性要素と、を備える。この弾性要素が積層板バネ部４９または板バネ４８を備えてもよい。
【００４３】
ある実施形態においては、上述の板バネ取付構造が圧縮機１１に適用されてもよい。上述のように、スターリング冷凍機１０は、圧縮機ケース１４と、圧縮機ケース１４の中で往復移動する可動部材１５と、可動部材１５の往復移動を可能とするように可動部材１５を圧縮機ケース１４に支持する支持部１６と、を備える。支持部１６は、少なくとも１つの板バネ４８、または積層板バネ部４９を備えてもよい。板バネ４８は、可動部材１５に取り付けられる内周部５０と、圧縮機ケース１４に取り付けられる外周部５２と、を備え、外周部５２または内周部５０に貫通穴６２を有してもよい。支持部１６は、貫通穴６２に圧入されたピン部材６０を備えてもよい。支持部１６は、板バネ４８を圧縮機ケース１４に取り付けるための締結部材５６、及び／または、板バネ４８を可動部材１５に取り付けるための締結部材５６をさらに備えてもよい。
【００４４】
上述の実施形態は、スターリング冷凍機１０を用いて説明した。しかし、上述の板バネ取付構造は、他のスターリング型の冷凍機、例えばスターリング型パルス管冷凍機に適用されてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１０  スターリング冷凍機、  １１  圧縮機、  １３  膨張機、  １４  圧縮機ケース、  １５  可動部材、  １６  支持部、  ２０  膨張機容器、  ２２  ディスプレーサ、  ３０  弾性部材、  ３２  ディスプレーサ本体、  ３４  ディスプレーサロッド、  ４０  支持部、  ４８  板バネ、  ４９  積層板バネ部、  ５０  内周部、  ５２  外周部、  ５４  アーム、  ５６  締結部材、  ６０  ピン部材、  ６２  貫通穴。
【図１】
2015075255.tif 000003
【図２】
2015075255.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015075255.tif 000008