(57)【要約】    【課題】  小型化を実現できるリニア圧縮機を提供すること。    【解決手段】  筒状をなす圧力容器４と、圧力容器４の外側に設けられる電磁石２１と、電磁石２１が発生させる磁界により圧力容器４の内部で往復運動する可動部材１０と、電磁石２１の非通電時に圧力容器４における可動部材１０の位置を保持する永久磁石１２とから構成されるリニアモータ２０と、可動部材１０に設けられ、可動部材１０が圧力容器４内で往復運動する場合に圧力容器４の内周面４ｃ上を摺動し、可動部材１０と圧力容器４との間に作動ガスを圧縮するための圧縮室２を規定する摺動部１４と、可動部材１０に設けられ、磁性材から成り電磁石２１及び永久磁石１２の磁界によって可動部材１０に推力を発生させる推力発生部１１とを備え、摺動部１４は、圧力容器４の径方向に関して、推力発生部１１の外方に設けられる構成としたこと。【選択図】  図１
2008002452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状をなす圧力容器と、
前記圧力容器の外側に設けられる電磁石と、該電磁石が発生させる磁界により該圧力容器の内部で該圧力容器の軸方向に往復運動する可動部材と、該電磁石の非通電時に該圧力容器における該可動部材の位置を保持する永久磁石とから構成されるリニアモータと、
前記可動部材に設けられ、該可動部材が前記圧力容器内で往復運動する場合に該圧力容器の内周面上を摺動し、該可動部材と該圧力容器との間に作動ガスを圧縮するための圧縮室を規定する摺動部と、
前記可動部材に設けられ、磁性材から成り前記電磁石及び前記永久磁石の磁界によって該可動部材に推力を発生させる推力発生部と、
を備え、
前記摺動部は、前記圧力容器の径方向に関して、前記推力発生部の外方に設けられることを特徴とするリニア圧縮機。
【請求項２】
前記永久磁石が前記可動部材に設けられることを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機。
【請求項３】
前記永久磁石が前記圧力容器の外部に設けられることを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機。
【請求項４】
前記可動部材は、前記摺動部を介して前記圧力容器の内周面に摺動自在に支持され、前記圧縮室内の作動ガスを圧縮すべく前記電磁石及び前記永久磁石が発生させる磁界により該圧力容器内で往復運動することを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機。
【請求項５】
前記圧力容器の内部に設けられ、前記可動部材が前記推力の発生範囲外に移動するのを前記可動部材と軸方向に接触することで規制する移動規制部材を備えることを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機。
【請求項６】
前記移動規制部材は、前記圧力容器の鏡板近傍に圧入固定されることを特徴とする請求項５に記載のリニア圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スターリング冷凍機、パルス管冷凍機等の蓄冷型冷凍機や蒸気圧縮式の冷凍機に適用されるリニア圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ピストンをリニアモータで駆動するリニア圧縮機は、圧縮効率が高いことから、近年、スターリング冷凍機、パルス管冷凍機等で用いられている。本発明に関する公知のリニア圧縮機が、後述の特許文献１に記載されている。
【０００３】
図１０は、特許文献１に記載のリニア圧縮機の模式図である。リニア圧縮機１００は、一対のリニアモータ１３０で駆動される。各々のリニアモータ１３０は、第１電磁石１３１と、第２電磁石１３２と、可動部材１２０から構成されている。第１電磁石１３１及び第２電磁石１３２は、筒状の圧力容器１１０の外部に設けられている。可動部材１２０は、圧力容器１１０の内部に収納されている。可動部材１２０の長手方向一端側には、非磁性体からなるピストン部１２１が設けられる。ピストン部１２１は、圧力容器１１０の内壁上を摺動する。ピストン部１２１は、可動部材１２０と圧力容器１１０との間に作動ガスの圧縮室１０１を規定する。圧縮室１０１の流路１０２は、図示されていない蓄冷型冷凍機に接続される。可動部材１２０の長手方向他端側には、永久磁石１２２が固定（埋設）される非磁性材からなるプランジャ部１２３が設けられる。永久磁石１２２の両極側（Ｎ極・Ｓ極）には、ヨーク１２４が設けられる。可動部材１２０と、第１電磁石１３１と、第２電磁石１３２とで、磁気回路が形成される。なお、可動部材１２０は、複数の薄板バネ１４１から成る支持部材１４０によって支持される。支持部材１４０は、丸パイプ状に形成された支持ケース１４２に収納される。
【０００４】
可動部材１２０、支持部材１４０、及び圧力容器１１０内の作動ガスの弾性特性を考慮した振動系の固有振動数にほぼ近い周波数の交流電流を第１電磁石１３１、第２電磁石１３２に通電し、電磁石の極性を周期的に変化させることにより、第１電磁石１３１及び第２電磁石１３２と可動部材１２０に埋設された永久磁石１２２との間に発生する引力及び斥力の方向を周期的に反転させて可動部材１２０を往復運動させる。この往復運動によって、圧縮室１０１内の作動ガスの圧縮、膨張が行われる。
【特許文献１】特許第３１７３４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したリニア圧縮機１００において、リニアモータ１３０の可動部材１２０は、圧力容器１１０の内壁上を摺動して作動ガスを圧縮するピストン部１２１（摺動部）と、第１電磁石１３１及び第２電磁石１３２と永久磁石１２２の磁界により可動部材１２０に推力を発生させるプランジャ部１２３（推力発生部）とが、圧力容器１１０の軸方向に並んで配置される。このため、圧力容器１１０の軸方向に関して、可動部材１２０の小型化を図り難く、ひいては、可動部材１２０を収容する圧力容器１１０、及びリニア圧縮機１００全体の小型化が困難であった。
【０００６】
よって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、小型化を実現できるリニア圧縮機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明にて講じた技術的手段は、請求項１に記載の様に、筒状をなす圧力容器と、前記圧力容器の外側に設けられる電磁石と、該電磁石が発生させる磁界により該圧力容器の内部で該圧力容器の軸方向に往復運動する可動部材と、該電磁石の非通電時に該圧力容器における該可動部材の位置を保持する永久磁石とから構成されるリニアモータと、前記可動部材に設けられ、該可動部材が前記圧力容器内で往復運動する場合に該圧力容器の内周面上を摺動し、該可動部材と該圧力容器との間に作動ガスを圧縮するための圧縮室を規定する摺動部と、前記可動部材に設けられ、磁性材から成り前記電磁石及び前記永久磁石の磁界によって該可動部材に推力を発生させる推力発生部と、を備え、前記摺動部は、前記圧力容器の径方向に関して、前記推力発生部の外方に設けられる構成としたことである。
【０００８】
好ましくは、請求項２に記載の様に、前記永久磁石が前記可動部材に設けられると良い。
【０００９】
好ましくは、請求項３に記載の様に、前記永久磁石が前記圧力容器の外部に設けられるとい。
【００１０】
好ましくは、請求項４に記載の様に、前記可動部材は、前記摺動部を介して前記圧力容器の内周面に摺動自在に支持され、前記圧縮室内の作動ガスを圧縮すべく前記電磁石及び前記永久磁石が発生させる磁界により該圧力容器内で往復運動すると良い。
【００１１】
好ましくは、請求項５に記載の様に、前記圧力容器の内部に設けられ、前記可動部材が前記推力の発生範囲外に移動するのを前記可動部材と軸方向に接触することで規制する移動規制部材を備えると良い。この場合、移動規制部材は、圧力容器の鏡板近くに圧入固定されるのが良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、リニアモータの可動部材には、可動部材が圧力容器内で往復運動する場合に圧力容器の内周面上を摺動し、可動部材と圧力容器との間に作動ガスを圧縮するための圧縮室を規定する摺動部と、磁性材から成り電磁石及び永久磁石の磁界によって可動部材に推力を発生させる推力発生部とが設けられている。可動部材において、摺動部は、圧力容器の径方向に関して、推力発生部の外方に設けられる。
【００１３】
以上の構造によれば、リニアモータの可動部材において、作動ガスを圧縮するための部分（摺動部）と、電磁石及び永久磁石の磁界により推力を発生するための部分（推力発生部）とが、圧力容器の径方向に並んで配置される。したがって、これらの部分が圧力容器の軸方向に並んで配置される場合に比べて、可動部材の寸法を圧力容器の軸方向に関して小さくできる。その結果、可動部材を収容する圧力容器においても軸方向の寸法を小さくでき、リニア圧縮機全体の小型化が実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１実施例）
図１は、本発明に係るリニア圧縮機１の第１実施例を示す図、図２は、図１のＭＭ断面を示す図である。図１に示す様に、リニア圧縮機１の圧縮室２は、圧力容器４内に設けられる。圧力容器４は、筒状のシリンダー部４ａと、シリンダー部４ａの両端部に固定された鏡板４ｂとから構成される。圧力容器４の内部には、バッファ室５が設けられている。２つのバッファ室５は、配管６を介してバッファタンク７に連通する。バッファタンク７は、圧力容器４の外側で、圧力容器４の軸方向（長手方向）の全長以内の範囲に設けられている。圧力容器４内の圧縮室２は、配管３を介してスターリングサイクルの低温発生部３０の圧縮室３１に接続される。リニア圧縮機１は、一対のリニアモータ２０を駆動することにより、圧縮室２内の作動ガス（ヘリウムガス等）の圧縮、膨張を行う。
【００１５】
リニアモータ２０は、固定子である電磁石２１と、ピストンの機能を有する円柱状の可動部材１０とから構成される。
【００１６】
電磁石２１は、圧力容器４の外部に設けられており、銅線の巻かれたコイル２２と、磁性材からなるヨーク２４、２５とから構成される。ヨーク２４、２５は、外周部２４ａ、２５ａと内周部２４ｂ、２５ｂをそれぞれ有する。外周部２４ａと内周部２４ｂ、外周部２５ａと内周部２５ｂは、Ａ軸を通る断面が略コ字形状になるように、放射部２４ｃ、２５ｃを介してそれぞれ接続される。内周部２４ｂ、２５ｂのＡ軸方向の長さは、外周部２４ａ、２５ａのＡ軸方向長さより短い。コイル２２は、内周部２４ｂ、２５ｂの外周側に銅線が巻かれるように、外ヨーク２４と外ヨーク２５で形成される空間に配置される。コイル２２は、その通電時に磁束が外ヨーク２４の内周部２４ｂと外ヨーク２５の内周部２５ｂを流れるように配置される。
【００１７】
可動部材１０は、圧力容器４に収容されており、電磁石２１が発生させる磁界により、圧力容器４の内部でＡ軸方向に往復運動する。可動部材１０は、推力発生部１１と、永久磁石１２と、調整部材１３と、摺動部１４とから構成される。推力発生部１１は、磁性材からなる段付き円柱状のコア１１ａと、コア１１ａの小径部の端部に固着された磁性材からなるコア１１ｂとから構成される。永久磁石１２は、円筒状を成すもので、コア１１ａの小径部に挿入される。永久磁石１２は、例えば、外周面がＮ極、内周面がＳ極に磁化される（外周がＳ極、内周がＮ極でもよい）。調整部材１３は、非磁性材からなり、コア１１ｂの端面に固定され、一対の可動部材１０、１０間のヘッドクリアランスを調整するために設けられている。尚、可動部材１０と電磁石２１の各々の軸方向長さと、電磁石２１の軸方向の取り付け位置を正確に決めておけば、調整部材１３は設けなくてもよい。
【００１８】
摺動部１４は、圧力容器４の径方向に関して、推力発生部１１の外方に設けられる。摺動部１４は、可動部材１０が圧力容器４内で往復運動する場合に圧力容器４の内周面４ｃ上を摺動し、可動部材１０と圧力容器４との間に作動ガスを圧縮するための圧縮室２を規定する。摺動部１４としては、例えば、ＰＴＦＥに添加剤の入った樹脂材からなる摺動材１４ａをコア１１ａの大径部外周面とコア１１ｂの外周面に接着したものや、焼付けやコーティング等をコア１１ａの大径部外周面とコア１１ｂの外周面に施したものが適用可能である。本実施形態では、前者のものが図示されている。
【００１９】
摺動部１４の外径は、圧力容器４のシリンダー部４ａの内径より僅かに小さく、摺動部１４の外周面と圧力容器４の内周面４ｃとの間には、微小間隙が設けられる。この微小間隙は、圧縮部２における作動ガスの圧縮、膨張時の漏れを微少量に抑えるクリアランスシールの役割をはたすとともに、可動部材１０を圧力容器４内でスムーズに摺動させる役割もはたす。
【００２０】
次に、電磁石２１と推力発生部１１との関係について説明する。
【００２１】
コイル２２が通電されていない時（非通電時）は、永久磁石１２の磁力により、外ヨーク２４、２５の内周部２４ｂ、２５ｂ間のＡ軸方向のほぼ中央と永久磁石１２のＡ軸方向のほぼ中央とが一致する。この場合、図３（ａ）に示すように、永久磁石１２の外周側がＮ、内周がＳ極とすると、永久磁石１２の外周側（Ｎ極）から出た磁束は、外ヨーク２４の内周部２４ｂ（２５ｂ）、推力発生部１１のコア１１ａの大径部及び小径部を通って、永久磁石１２の内周側（Ｓ極）に入り、閉ループＢ（閉ループＣ）を形成する。閉ループＢの磁束と閉ループＣの磁束の大きさと流れ方向は略等しく、推力発生部１１に作用する磁力がバランスし、中立点に位置する。
【００２２】
図３（ａ）の非通電状態でコイル２２が通電されると、図３（ｂ）に示すように、コイル２２に発生する磁束は、永久磁石１２が発生する磁束の影響を受け、推力発生部１１のコア１１ａの小径部、永久磁石１２、電磁石２１の外ヨーク２４の内周部２４ｂ、放射部２４ｃ、外周部２４ａ、電磁石２１の外ヨーク２５の外周部２５ａ、放射部２５ｃ、内周部２５ｂ、推力発生部１１のコア１１ｂを通って、コア１１ａの小径部に戻り、閉ループＤを形成する。図３（ａ）に示した閉ループＢの磁束は、コイル２２が発生する磁束（閉ループＤ）の影響を受け、図３（ｂ）に示すように、流れ方向は閉ループＢと同一な閉ループＢ１のようになる。一方、図３（ａ）に示した閉ループＣの磁束も、コイル２２が発生する磁束（閉ループＤ）の影響を受け、流れ方向は閉ループＣと同一な閉ループＣ１のようになる。
【００２３】
推力発生部１１と外ヨーク２４、２５の内周部２４ｂ、２５ｂの間のギャップに生じる磁束の軸方向成分の方向が、推力発生部１１に生じる推力の方向である。図３（ｂ）から分かるように、磁束Ｂ１、磁束Ｃ１の外ヨーク２４、２５の内周部２４ｂ、２５ｂのギャップ部の軸方向成分は略０であり、磁束Ｄの外ヨーク２４、２５の内周部２４ｂ、２５ｂのギャップ部の軸方向成分は下死点方向であるので、推力発生部１１には、下死点方向、即ち、圧縮室２から離れる方向の推力Ｒが発生する。
【００２４】
図３（ａ）の非通電状態でコイル２２に図３（ｂ）とは反対方向に通電されると、図３（ｃ）に示すように、コイル２２に発生する磁束は、図３（ｂ）に示した閉ループＤとは反対方向の閉ループＥを形成する。図３（ａ）における閉ループＢと閉ループＣの磁束は、図３（ｃ）に示すように、図３（ａ）と流れ方向は同一な閉ループＢ２、閉ループＣ２のようになる。
【００２５】
図３（ｃ）から分かるように、磁束Ｂ２、磁束Ｃ２の外ヨーク２４、２５の内周部２４ｂ、２５ｂのギャップ部の軸方向成分は、略０であり、磁束Ｅの外ヨーク２４、２５の内周部２４ｂ、２５ｂのギャップ部の軸方向成分は、上死点方向であるので、推力発生部１１には、上死点方向、即ち、圧縮室２に向かう方向の推力Ｓが発生する。
【００２６】
従って、コイル２２にプラスマイナスの交番電流を通電することにより、可動部材１０が圧力容器４内で往復運動し、圧縮室２の作動ガスが圧縮、膨張される。
【００２７】
次に、スターリングサイクルの低温発生部３０について、図１を参照して説明する。
【００２８】
ディスプレーサ３５の背面側に形成される圧縮室３１は、順次、放熱器３２、蓄冷器３３、そして膨張室３４に連通する。蓄冷器３３の内周側にはディスプレーサ３５が挿入されるシリンダー３８が設けられ、シリンダー３８の内周面とディスプレーサ３５の外周面との間には、微少間隙が設けられる。この微少間隙は膨張室３４と圧縮室３１の作動ガスをシールする。ディスプレーサ３５の背面側にはロッド３６の一端が固着される。ロッド３６はバネ３９を収納しているケース４０の内部に突き出ており、ケース４０に設けられるロッドシール（図示していない）により、圧縮室３１とケース４０の作動ガスは、摺動可能にシールされる。ロッド３６の他端は、バネ３９の端面を受ける部材３７が固着される。
【００２９】
リニア圧縮機１の圧縮室２とスターリングサイクルの低温発生部３０の圧縮室３１とにおいて、可動部材１０とディスプレーサ３５によって圧縮された作動ガスは、放熱器３２によって冷却され蓄冷器３３に流入するとそこで金網等の蓄冷材によって冷却され、膨張室３４に流入し、ディスプレーサ３５の下方向の移動によって作動ガスが略等温膨張し、さらに低い温度の冷凍を発生する。そしてディスプレーサ３４の上方向の移動によって、膨張室３４の作動ガスは蓄冷器３３に流入し、そこで蓄冷材により加温され、昇温して放熱器３２を通り、可動部材１０とディスプレーサ３５によって圧縮室２と圧縮室３１に吸い込まれ１サイクルを完了する。
【００３０】
ディスプレーサ３５とバネ３９とによる共振周波数は、リニア圧縮機１のリニアモータ２０に通電する電流の周波数にほぼ一致するようディスプレーサ３５の質量とバネ３９のバネ定数とで調整する。これにより、ディスプレーサ３５のストロークを大きく得ることが出来る。
【００３１】
リニアモータ２０に通電する電流の周波数は、リニア圧縮機１の可動部材１０、リニアモータ２０の磁力による磁気バネ定数、そして圧力容器４内の作動ガスのガスバネ定数を考慮した振動系の固有振動数にほぼ近い周波数に設定する。この設定により、可動部材１０は少ない電流で、大きなストロークを得ることができる。
【００３２】
一般的に、ガスバネ定数は磁気バネ定数より大きく、リニア圧縮機１の振動系の固有振動数は、ガスバネ定数と可動部材１０の質量によってほぼ決まる。このガスバネ定数は、可動部材１０に作用する圧縮室２の圧力変動幅とバッファ室５の圧力変動幅、そして可動部材１０のストロークとによって決まる。バッファ室５は、配管６を介してバッファタンク７に連通しており、バッファタンク７の容積を変えるとバッファ室５の圧力変動幅も変化するので、ガスバネ定数を変えること出来る。即ち、バッファタンク７の容積を大きくするとバッファ室５の圧力変動幅が小さくなり、ガスバネ定数も小さくなり、リニア圧縮機１の振動系の固有振動数は小さくなる。バッファタンク７の容積を小さくするとバッファ室５の圧力変動幅が大きくなり、ガスバネ定数も大きくなり、リニア圧縮機１の振動系の固有振動数は大きくなる。従って、バッファタンク７は圧力容器４の外側に配備されるので、バッファタンク７の容積を変えることによって、リニア圧縮機１の振動系の固有振動数を簡単に変えられ、良好な運転周波数を簡単に調整することが出来る。
【００３３】
なお、図１１に示す様に、可動部材１０がリニアモータ２０の推力範囲（可動部材１０に推力が発生する範囲）外に移動するのを規制するため、圧力容器４の内部に移動規制部材４ｄを設けることも可能である。可動部材１０は、圧力容器４の内部のうち、リニアモータ２０の推力範囲内に位置する。移動規制部材４ｄは、樹脂材等より製作され、圧力容器４のシリンダー部４ａの内周面４ｃに圧入固定される。圧入固定のため、接着材やネジ等の締結材や、複雑な締結構造をとる必要がなく、コストも抑えられる。移動規制部材４ｄは、圧力容器４への圧入時にシリンダー部４ａに歪みを生じさせないように、鏡板４ｂ近くで締結力が発生するような形状、例えば、鏡板４ｂに近い部分の径が他の部分よりも大きい形状に形成されている。
【００３４】
図１２は、移動規制部材４ｄの作用を説明するための模式図である。ガス置換、真空引き等が終了した段階で、可動部材１０は、移動規制部材４ｄと軸方向に接触して停止している（復帰前の状態）。可動部材１０はリニアモータ２０の磁力範囲内にあるが、リニアモータ２０に通電されない時は可動部材１０を中央位置（基準位置、図１１での可動部材１０の位置）に戻す磁力（磁気バネ）が弱く、摩擦等の力も抵抗として働くので、自然に戻ってこられない。移動規制部材４ｄを中央位置にある可動部材１０に対してより近い位置に設置すれば、可動部材１０を磁力によって自然に中央位置に戻すことも可能である。しかし、リニア圧縮機１の通常運転時に可動部材１０と移動規制部材４ｄとが接触する確率を少なくするため、移動規制部材４ｄを中央位置にある可動部材１０に対してできるだけ遠くに設置した方が、低振動、低騒音の観点で有利である。
【００３５】
ここで、リニア圧縮機１を運転するためリニアモータ２０に電流を印加すると、初期の数秒間は移動規制部材４ｄと可動部材１０が接触するが、やがて、可動部材１０はリニアモータ２０の磁力によって動作し、中央位置を中心に振動するように復帰する（復帰後の状態）。
【００３６】
また、移動規制部材４ｄに樹脂材料を用いているため、ガス置換時、初期電流印加時に移動規制部材４ｄと可動部材１０が接触する場合があっても、可動部材１０に加わる衝撃は緩和される。
【００３７】
上述した様に、移動規制部材４ｄが設けられた図１１示のリニア圧縮機１では、可動部材１０がリニアモータ２０の推力範囲外に移動することがなくなるので、ガス置換、真空引き等に係る時間が大幅に短縮でき、これらの作業での生産性が向上する。また、リニア圧縮機１の故障の原因の一つがなくなり、リニア圧縮機１の信頼性が向上する。
【００３８】
（第２実施例）
図４は、本発明に係るリニア圧縮機１の第２実施例を示す図である。本実施例は、図１における可動部材１０の変形例（可動部材４５）である。図５（ａ）は、可動部材４５の拡大図である。なお、第１実施例における部材と同一な構造・作用の部材には、同一の名称とし、同一の符号を付している。
【００３９】
可動部材４５は、圧力容器４に収容されており、電磁石２１が発生させる磁界により、圧力容器４の内部で軸方向に往復運動する。可動部材４５は、推力発生部４６と、永久磁石１２と、調整部材１３と、摺動部２３とから構成される。推力発生部４６は、磁性材からなる段付き円柱状のコア４６ａと、コア４６ａの小径部の端部に固着された磁性材からなるコア４６ｂとから構成される。永久磁石１２及び調整部材１３は、実施例１のものと同様な構造・作用を有する。
【００４０】
摺動部２３は、圧力容器４の径方向に関して、推力発生部４６の外方に設けられる。摺動部２３は、可動部材４５が圧力容器４内で往復運動する場合に圧力容器４の内周面４ｃ上を摺動し、可動部材４５と圧力容器４との間に作動ガスを圧縮するための圧縮室２を規定する。
【００４１】
摺動部２３は、ピストンリング２３ａと、ライダーリング２３ｂとから構成される。ピストンリング２３ａは、充填剤入りＰＴＦＥ等の摺動材料からなり、例えばステップカット等が成されたリング状のものである。ピストンリング２３ａは、コア４６ａの大径側に形成された凹状の溝４７ａと、コア４６ｂに形成された凹状の溝４８ａとにそれぞれ装着される（はめこまれる）。ピストンリング２３ａの外周面は、圧力容器４のシリンダー部４ａの内周面に内接しているが、ピストンリング２３ａの内周面と溝４７ａ、溝４８ａの底面との間にはスキマが設けられる。従って、ピストンリング２３ａは、作動ガスをシールする機能は有するが、可動部材４５をシリンダー部４ａの内周面に対して支持する機能はない。圧力容器４において、圧縮室２とバッファ室５との間のシール性は、ピストンリング２３ａによって保たれる。尚、本実施例では、ピストンリング２３ａが溝４７ａと溝４８ａの両方に装着されているが、これらのうち一方だけに装着してもよい。
【００４２】
ライダーリング２３ｂは、例えば、充填剤入りＰＴＦＥ等の摺動材料からなるほぼ円筒状（リング状）のものである。ライダーリング２３ｂは、コア４６ａの大径側に形成された凹状の溝４７ｂとコア４６ｂに形成された凹状の溝４８ｂとにそれぞれ装着される（はめこまれる）。ライダーリング２３ｂの内周面は、溝４７ｂ、溝４８ｂの底面に外接し、ライダーリング２３ｂの外周面と圧力容器４のシリンダー部４ａの内周面４ｃとの間には微小間隙が設けられる。ライダーリング２３ｂの外周面には、図５（ｂ）に示すように、作動ガスが流れる溝（切り欠き）２３ｃが設けられる。従って、ライダーリング２３ｂは、可動部材４５をシリンダー部４ａの内周面４ｃに対して摺動自在に支持する軸受の機能を有するが、作動ガスをシールする機能はない。可動部材４５は、摺動部２３のライダーリング２３ｂを介して、圧力容器４におけるシリンダー部４ａの内周面４ｃ上をスムーズに摺動する。
【００４３】
第２実施例の構成によれば、第１実施例における作用・効果に加え、リニア圧縮機１の長時間運転によってピストンリング２３ａ及びライダーリング２３ｂの外周面の摩耗量が大きくなった場合に、これらの部品を簡単に交換できるという効果がある。
【００４４】
（第３実施例）
図６は、本発明に係るリニア圧縮機の第３実施例を示す図である。同図は、１つのリニアモータ２０と、１つの電磁石２１と、１つの可動部材１０とから構成されたリニア圧縮機５０を示す。なお、第１実施例における部材と同一な構造・作用の部材には、同一の名称とし、同一の符号を付している。
【００４５】
リニア圧縮機５０において、リニアモータ２０の電磁石２１は、圧力容器５４の外周面に固定され、リニアモータ２０の可動部材１０は、圧力容器５４のシリンダー部５４ａの内周面に収納される。圧縮室５２は、圧力容器５４の一端側と可動部材１０とで囲まれている。圧縮室５２内の作動ガスのシール性は、可動部材１０の摺動部１４によって確保される。圧力容器５４の他端側には、バッファ室５が設けられる。リニア圧縮機５０の圧縮室５２は、配管５３を介してスターリングサイクルの低温発生部３０の圧縮室３１に接続される。バッファ室５は、配管６を介して、圧力容器５４の外部にて圧力容器５４の軸方向（長手方向）の全長以内の範囲に設けたバッファタンク７に連通される。
【００４６】
（第４実施例）
図７は、本発明に係るリニア圧縮機の第４実施例（リニア圧縮機８０）を示す図、図８は、図７のＮＮ断面図である。
【００４７】
リニア圧縮機８０において、リニアモータ９０は、電磁石９１と、永久磁石９３ａ、９３ｂと、永久磁石９４ａ、９４ｂと、可動部材９６と、から構成される。電磁石９１は、筒状の圧力容器８１の外部に設けられている。電磁石９１は、磁性材からなるヨーク９２と、ヨーク９２のティース部９２ａ、９２ｂにそれぞれ巻かれるコイル９５ａ、９５ｂと、から構成される。ティース部９２ａ、９２ｂの端面には、それぞれ永久磁石９３ａ、９３ｂと９４ａ、９４ｂが固着される。ティース部９２ａとティース部９２ｂは、圧力容器８１のＡ軸（図７に図示）に関して対称の位置に設けられ、永久磁石９３ａ、９４ａと永久磁石９３ｂ、９４ｂも、圧力容器８１のＡ軸に関して対称の位置に設けられる。永久磁石９３ａ、９３ｂと永久磁石９４ａ、９４ｂは、圧力容器８１の外部に設けられる。永久磁石９３ａと永久磁石９４ｂは、外周側がＮ極、内周側がＳ極に磁化され、永久磁石９４ａと永久磁石９３ｂは、外周側がＳ極、内周側がＮ極に磁化される。
【００４８】
可動部材９６は、圧力容器８１に収容されており、電磁石９１が発生させる磁界により、圧力容器８１の内部でＡ軸方向に往復運動する。可動部材９６は、推力発生部９６ａと、調整部材９６ｂと、摺動部９６ｃと、から構成される。推力発生部９６ａは、磁性材から成る円柱状の部材（コア９６ａ）である。調整部材９６ｂは、非磁性材からなり、コア９６ａ（推力発生部９６ａ）の圧縮室８２側の端面に固定され、一対の可動部材９６、９６間のヘッドクリアランスを調整するために設けられる。第１実施例と同様に、可動部材９６と電磁石９１の各々の軸方向長さと、電磁石９１の軸方向の取り付け位置を正確に決めておけば、調整部材９６ｂは設けなくてもよい。
【００４９】
摺動部９６ｃは、圧力容器８１の径方向に関して、推力発生部９６ａの外方に設けられる。摺動部９６ｃは、可動部材９６が圧力容器８１内で往復運動する場合に圧力容器８１の内周面８１ｂ上を摺動し、可動部材９６と圧力容器８１との間に作動ガスを圧縮するための圧縮室８２を規定する。摺動部９６ｃとしては、例えば、ＰＴＦＥベースに添加剤の入った樹脂材からなる摺動材９６ｄをコア９６ａの外周面に接着したものや、焼付けやコーティング等をコア９６ａの外周面に施したものが適用可能である。本実施形態では、前者のものが図示されている。
【００５０】
摺動部９６ｃの外周面と圧力容器８１のシリンダー部８１ａの内周面８１ｂとの間には、微少間隙が設けられる。したがって、第１実施例と同様の理由によって、摺動部９６ｃは作動ガスのシール機能を果たすとともに、可動部材９６を圧力容器８１内でスムーズに摺動させる機能を果たす。
【００５１】
一対の電磁石９１は、圧力容器８１の圧縮室８２を形成するシリンダー部８１ａに設けられる流路孔８２ａに対し、ほぼ対称の位置で、圧力容器８１の外周側に固定される。これに対応して、一対の可動部材９６は、シリンダー部８１ａに設けられる流路孔８２ａに対し対称の位置に互いに対向するように収納され、非通電時、一対の電磁石９１に対応する位置で、永久磁石９３ａ、９４ａと永久磁石９３ｂ、９４ｂの磁力により、Ａ軸方向に関して保持される。また、圧力容器８１の径方向に関して、一対の可動部材９６は、圧力容器８１の内周面８１ｂで支持される。
【００５２】
前述の構成によれば、永久磁石９３ａ、９３ｂと９４ａ、９４ｂは圧力容器８１の外周面に設けられるので、永久磁石９３ａ、９３ｂと９４ａ、９４ｂを可動部材９６に設けた場合と比較して、永久磁石の厚み分、リニアモータ９０のＸ軸に直交する方向の寸法が僅か増えるが、Ａ軸方向に関してリニアモータ９０の寸法は変わらず、永久磁石９３ａ、９３ｂと９４ａ、９４ｂの体積は大きくなるので、磁気エネルギーも大きくなる。従って、リニアモータ９０が発生する推力が増大し、リニア圧縮機８０の封入圧力を増大させることができ、冷凍発生部３０で発生する冷凍量が増大する。また、リニア圧縮機８０の占有体積の関点から見ると、永久磁石を可動部材９６に設けた場合と比較して冷凍能力が増大するので、冷凍能力当りの圧縮機占有体積が小さくなり、リニア圧縮機８０の小型化が実現できる。
【００５３】
（第５実施例）
図９は、本発明に係るリニア圧縮機の第５実施例を示す図である。なお、第１実施例における部材と同一な構造・作用の部材には、同一の名称とし、同一の符号を付している。
【００５４】
リニア圧縮機６０において、ほぼ円筒形状の可動部材７０の内周面には、樹脂等の摺動材からなるロッド６１が挿入され、ロッド６１の外周面と可動部材７０の内周面との間には、微少間隙が設けられる。この微少間隙は、圧縮室６２内の作動ガスの漏れをシールする。ロッド６１は、圧力容器６４の両端に設けられた鏡板６４ｂによって軸方向には動かず、軸に直交する方向のみ自在にスライド出来るように配設する。
【００５５】
可動部材７０は、圧力容器６４に収容され、電磁石２１が発生させる磁界により、圧力容器６４の内部でＡ軸方向に往復運動する。可動部材７０は、推力発生部７１と、永久磁石７２と、調整部材７３と、摺動部７４と、から構成される。推力発生部７１は、磁性材からなる段付き円筒状のコア７１ａと、コア７１ａの小径側の端面に固着された磁性材からなる円筒状のコア７１ｂと、から構成されている。コア７１ａ、７１ｂの中心部には、ロッド６１が挿入される孔７１ｃ、７１ｄが設けられている。コア７１ａの小径側の外周面には、円筒状を成す永久磁石７２が挿入される。調整部材７３は、非磁性材からなり、ロッド６１が通る孔７３ａが設けられる。調整部材７３は、第１実施例と同様に、一対の可動部材７０、７０間のヘッドクリアランスを調整するために設けられる。
【００５６】
摺動部７４は、圧力容器６４の径方向に関して、推力発生部７１の外方に設けられる。摺動部７４は、可動部材７０が圧力容器６４内で往復運動する場合に圧力容器６４の内周面６４ｃ上を摺動し、可動部材７０と圧力容器６４との間に作動ガスを圧縮するための圧縮室６２を規定する。摺動部７４としては、例えば、ＰＴＦＥベースに添加剤の入った樹脂材からなる摺動材７４ａをコア７１ａの大径部外周面とコア７１ｂの外周面に接着したものや、焼付けやコーティング等をコア７１ａの大径部外周面とコア７１ｂの外周面にほどこしたものが適用可能である。本実施形態では、前者のものが図示されている。
【００５７】
摺動部７４の外周面と圧力容器６４のシリンダー部６４ａの内周面６４ｃとの間には、第１実施例と同様に微小間隙が設けられ、作動ガスのシール機能と可動部材７０をシリンダー６４ａの内周面６４ｃ上でスムーズに摺動させる機能を有する。圧縮室６２内の作動ガスは、摺動部７４によって、バッファ室６５に対してシールされる。可動部材７０は、摺動部７４を介して、圧力容器６４のシリンダー６４ａの内周面６４ｃ上をスムーズに摺動する。
【００５８】
上記の構成によれば、圧縮室６２の最大容積と可動部材７０のストロークを第１実施例と同一にすると、可動部材７０の中心部にロッド６１を配置しているので可動部材７０の外径が第１実施例の可動部材１０の外径より大きくなり、永久磁石７２の外径も第１実施例より大きくなる。この結果、永久磁石７２の体積、表面積が増大し、磁気エネルギーの増加と磁気抵抗の減少により、リニアモータ２０の推力が大きくなり、リニア圧縮機６０の封入圧力を高くすることができ、冷凍能力が増大する。
【００５９】
尚、第１実施例乃至第５実施例では、本発明のリニア圧縮機をスターリングサイクルの低温発生部に適用したが、蒸気圧縮式の冷凍機に適用しても良い。
【００６０】
以上説明した様に、本発明のリニア圧縮機によれば（特にスターリングサイクルの低温発生部、パルス管冷凍機及び蒸気圧縮式の冷凍機に用いた場合）、リニアモータの可動部材には、可動部材が圧力容器内で往復運動する場合に圧力容器の内周面上を摺動し、可動部材と圧力容器との間に作動ガスを圧縮するための圧縮室を規定する摺動部と、磁性材から成り電磁石及び永久磁石の磁界によって可動部材に推力を発生させる推力発生部とが設けられている。リニアモータの可動部材において、摺動部は、圧力容器の径方向に関して、推力発生部の外方に設けられる。
【００６１】
以上の構造によれば、リニアモータの可動部材において、作動ガスを圧縮するための部分（摺動部）と、電磁石及び永久磁石の磁界により推力を発生するための部分（推力発生部）とが、圧力容器の径方向に並んで配置される。したがって、これらの部分が圧力容器の軸方向に並んで配置される場合に比べて、可動部材の寸法を圧力容器の軸方向に関して小さくできる。その結果、可動部材を収容する圧力容器においても軸方向の寸法を小さくでき、リニア圧縮機全体の小型化が実現可能となる。
【００６２】
また、移動規制部材を備えることにより、ガス置換等の時間が短縮でき、生産性が向上し、信頼性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係るリニア圧縮機１の第１実施例を示す図。
【図２】図１のＭＭ断面図。
【図３】図１のリニアモータ２０における磁束線図。
【図４】本発明に係るリニア圧縮機１の第２実施例を示す図。
【図５】本発明に係るリニア圧縮機１の第２実施例を示す図。
【図６】本発明に係るリニア圧縮機の第３実施例を示す図。
【図７】本発明に係るリニア圧縮機の第４実施例を示す図。
【図８】図７のＮＮ断面図。
【図９】本発明に係るリニア圧縮機の第５実施例を示す図。
【図１０】公知のリニア圧縮機の模式図。
【図１１】移動規制部材４ｄが設けられたリニア圧縮機１を示す図。
【図１２】移動規制部材４ｄの作用を説明するための模式図。
【符号の説明】
【００６４】
１、８０ リニア圧縮機
２、８２ 圧縮室
４、８１ 圧力容器
４ｃ、８１ｂ 内周面
４ｄ  移動規制部材
１０、４５、９６ 可動部材
１１、４６、９６ａ 推力発生部
１２ 永久磁石
１４、２３、９６ｃ 摺動部
２０、９０ リニアモータ
２１、９１ 電磁石
９３ａ、９３ｂ 永久磁石
９４ａ、９４ｂ 永久磁石
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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