(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する容器と、前記容器内に配置されたピストン及びシリンダであって、該ピストンが該シリンダ内に挿入され、該ピストンとシリンダのうち一方の固定側部材が前記容器に固定されている前記ピストン及びシリンダと、一端が前記容器に結合し、他端が前記ピストン及びシリンダのうち前記容器に固定されていない方の可動側部材に結合し、前記可動側部材のシリンダ軸に直交する方向への変位を拘束し、シリンダ軸方向への変位を許容する弾性部材と、前記可動側部材をシリンダ軸方向に往復運動させる駆動手段とを有するガス圧縮機を準備する工程と、
前記容器の開口部を、検査用蓋で、気密に、かつ再着脱可能に塞ぐ工程と、
前記ガス圧縮機を試験運転する工程と、
前記検査用蓋を取り外す工程と、
前記容器の開口部を蓋で気密に塞ぎ、該蓋を前記容器に溶接する工程と
を有するガス圧縮機の製造方法。
【請求項２】
前記駆動手段が、前記容器に固定された永久磁石と、前記可動側部材に固定され、前記永久磁石の磁束と鎖交するコイルとを有し、
前記ガス圧縮機が、さらに、前記コイルに電流を供給するリード線を有し、該リード線が、前記容器の外壁に設けられた凹部の内面に開口する貫通孔を経由して容器外に導出されており、
前記試験運転する工程が、前記凹部の開口部を取り囲むように形成された環状の溝内にＯリングを配置し、試験用ハーメチックコネクタを該Ｏリングに押し付けるようにして前記貫通孔を気密に塞ぎ、該試験用ハーメチックコネクタ及び前記リード線を介して電流を流す工程を含み、
前記試験運転する工程の後、さらに、前記試験用ハーメチックコネクタ及びＯリングを取り外す工程と、
前記凹部内に実機用ハーメチックコネクタの一部を挿入し、前記凹部の開口部と前記環状の溝との間に画定された環状の凸部を溶接リップとして用い、該実機用ハーメチックコネクタを前記容器に溶接する工程と
を含む請求項１に記載のガス圧縮機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス圧縮機の製造方法に関し、特にシリンダ及びピストンのうち一方が他方に対して往復運動して圧力の脈動するガスを供給するガス圧縮機の製造方法に関する。このようなガス圧縮機は、スターリング冷凍機やパルスチューブ冷凍機に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
通常、ガス圧縮機は、信頼性等の観点から溶接構造が採用される。最終的に溶接を行う前に、所望の性能を発揮することができるか否かを確認するために試験運転を行う。所望の性能を発揮できない場合に不良個所を交換または修理するために、試験運転時には、容易に分解することができるような構造が採用される。
【０００３】
図４に、試験運転時のガス圧縮機の構造の断面図を示す。ガス圧縮機は、ほぼ円形の中間ヘッダ板１００に関して面対称の構造を有する。中間ヘッダ板１００の両側にシリンダ１０１が取り付けられている。シリンダ１０１の各々は、そのシリンダ軸が中間ヘッダ板１００の中心軸に一致するように配置される。
【０００４】
シリンダ１０１内にピストン１０２が挿入されている。ピストン１０２の先端と中間ヘッダ板１００との間に圧縮室１０３が画定される。圧縮室１０３は、中間ヘッダ板１００内に設けられたガス流路１０４を経由して外部に連通している。ヨーク１０５が、シリンダ１０１の外周面に、ある間隙を隔てて対向配置されている。ヨーク１０５は、中間ヘッダ板１００に接触する部分において、当該ヨーク１０５に対向するシリンダ１０１に連続している。シリンダ１０１が、内側のヨークを兼ねることとなる。
【０００５】
円環状の永久磁石１０６が、ヨーク１０５の内周面上に配置されている。永久磁石１０６とシリンダ１０１の外周面との間に、コイルボビン１０７が挿入されている。コイルボビン１０７にコイル１０８が巻かれている。コイル１０８は、永久磁石１０６の磁束と鎖交する。コイルボビン１０７は、シリンダ１０１の外側において、ピストン１０２の端部に固定されている。
【０００６】
中間ヘッダ板１００、シリンダ１０１、ピストン１０２、及びコイルボビン１０７等は、開口部を有する一対の試験用耐圧容器１１０内に配置される。試験用耐圧容器１１０は、開口部同士を対向させて中間ヘッダ板１００の縁を挟むように配置される。各試験用耐圧容器１１０の開口部にフランジが形成されている。フランジ同士をボルトとナットで締め付けることにより、試験用耐圧容器１１０内に中間ヘッダ板１００が固定される。
【０００７】
試験用耐圧容器１１０の底に貫通孔が形成されている。この貫通孔が、ハーメチックコネクタ１１１で気密に塞がれている。ハーメチックコネクタ１１１の各々に、一対の電流端子が取り付けられている。各電流端子とコイル１０８とが、リード線１１２で電気的に接続されている。
【０００８】
ハーメチックコネクタ１１１とピストン１０２の端部とを、コイルバネ１１３が接続している。コイルバネ１１３は、ピストン１０２をシリンダ１０１内に弾性的に支持する。
【０００９】
コイル１０８に交流電流を流すと、ピストン１０２がシリンダ軸方向に往復運動する。圧縮室１０３の容積が周期的に変動し、ガス流路１０４を通って圧縮されたガスが供給される。
【００１０】
所望の性能を発揮することが確認されると、試験用耐圧容器１１０を取り外し、実機用の容器に交換する。実機用の容器は、基本的には試験用耐圧容器１１０と同様の形状を有する。ただし、実機用の容器は、その開口部の縁と中間ヘッダ板１００の縁とを溶接することにより、固定される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
試験運転で所望の性能を発揮することが確認されても、実機用の容器に交換した後、所望の性能を発揮できない場合があった。実機用の容器を溶接して固定した後に、所望の性能を発揮できないことがわかると、容器内の部品を取り換えることが困難である。このため、その製品は破棄せざるを得ない。
【００１２】
試験用耐圧容器１１０を実機用の容器に交換する際には、コイルバネ１１３とリード線１１２を、一旦試験用耐圧容器１１０から取り外し、実機用の容器に取り付け直す必要がある。実機の性能が試験時の性能よりも劣るのは、コイルバネ１１３等の取り付け直しの影響によるものと考えられる。
【００１３】
本発明の目的は、実機でも、試験時の性能と同等の性能を発揮できることが可能なガス圧縮機の製造方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、開口部を有する容器と、前記容器内に配置されたピストン及びシリンダであって、該ピストンが該シリンダ内に挿入され、該ピストンとシリンダのうち一方の固定側部材が前記容器に固定されている前記ピストン及びシリンダと、一端が前記容器に結合し、他端が前記ピストン及びシリンダのうち前記容器に固定されていない方の可動側部材に結合し、前記可動側部材のシリンダ軸に直交する方向への変位を拘束し、シリンダ軸方向への変位を許容する弾性部材と、前記可動側部材をシリンダ軸方向に往復運動させる駆動手段とを有するガス圧縮機を準備する工程と、前記容器の開口部を、検査用蓋で、気密に、かつ再着脱可能に塞ぐ工程と、前記ガス圧縮機を試験運転する工程と、前記検査用蓋を取り外す工程と、前記容器の開口部を蓋で気密に塞ぎ、該蓋を前記容器に溶接する工程とを有するガス圧縮機の製造方法が提供される。
【００１６】
固定側部材及び弾性部材が、容器に固定されており、蓋には接続されていない。このため、試験用の蓋から実機用の蓋に交換するときに、動作条件に与える影響を軽減することができる。従って、実機においても、試験時と同等の性能を発揮することが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照して、本発明の実施例によるガス圧縮機について説明する。
【００１８】
図１は、試験運転時のガス圧縮機の部分断面図を示す。図１では、理解の容易性を高めるため各構成部品を簡略化して示しているが、各構成部品は、必要に応じて複数の部材をボルト締め等で固定することにより構成される。
【００１９】
耐圧容器１が、円筒状の側壁１ａと中央隔壁１ｂとを含んで構成される。耐圧容器１の両端は開口している。ガス圧縮機は、中央隔壁１ｂに関して面対称な構造を有する。図１には、中央隔壁１ｂの片側についてのみ示されている。耐圧容器１は、例えばステンレスで形成される。
【００２０】
ピストン２が、中央隔壁１ｂに固定されている。ピストン２の中心軸は、耐圧容器１の中心軸に一致する。ピストン２の先端から、中央隔壁１ｂとの接続部分まで、ピストン２の中心軸にそってガス流路３が形成されている。ガス流路３は、中央隔壁１ｂ内に形成されたガス流路４に連通している。ガス流路４は、中央隔壁１ｂの半径方向に延在し、耐圧容器１の外周面に開口する。
【００２１】
シリンダ５が、ピストン２をその内部に収容している。シリンダ５のシリンダ軸も、耐圧容器１の中心軸に一致する。シリンダ５の、中央隔壁１ｂとは反対側の端部は閉塞されており、ピストン２の先端とシリンダ５との間に圧縮室６が画定される。ピストン２及びシリンダ５は、例えばステンレスで形成される。なお、ピストン２の外周面は、耐磨耗被膜で被覆されている。
【００２２】
円環状の内側ヨーク１０ａと外側ヨーク１０ｂとが、シリンダ５を取り囲むように、相互に同軸状に配置されている。外側ヨーク１０ｂの外周面が、耐圧容器１の側壁１ａの内周面に接触している。内側ヨーク１０ａの外周面と外側ヨーク１０ｂの内周面との間に、円環状の間隙１１が画定されている。内側ヨーク１０ａと外側ヨーク１０ｂとは、中央隔壁１ｂ側の端において相互に連結されている。
【００２３】
間隙１１の外周面上に、円環状の２つの永久磁石１２が配置されている。２つの永久磁石１２は、シリンダ軸方向に配列している。各永久磁石１２の内周面と内側ヨーク１０ａの外周面との間に間隙が画定される。この間隙内にコイルボビン１５が挿入されている。コイルボビン１５に、２つのコイル１６が巻かれている。各コイル１６は、各永久磁石１２に対応する位置に配置される。コイルボビン１５は、シリンダ５の閉塞側の端部に固定されている。
【００２４】
中央に円形の貫通孔を有する円板状の２枚の板バネ２０Ａの内周側の縁がコイルボビン１５を介してシリンダ５の閉塞端に固定されている。２枚の板バネ２０Ａの外周側の縁は、止め具２１を介して耐圧容器１の側壁１ａに固定されている。側壁１ａの内周面に設けられた円周方向の段差１ｃと固定用ネジ２３とで、止め具２１と外側ヨーク１０ｂとをシリンダ軸方向に挟み込むことにより、両者が耐圧容器１内に固定される。固定用ネジ２３は、側壁１ａの内周面に設けられたネジ溝に螺合する。
【００２５】
中央に円形の貫通孔を有する円板状の２枚の板バネ２０Ｂの内周側の縁がシリンダ５の開口端に固定されている。板バネ２０Ｂの外周側の縁は、外側ヨーク１０ｂを介して耐圧容器１の側壁１ａに固定されている。板バネ２０Ａ及び２０Ｂは、シリンダ５のシリンダ軸方向に直交する方向への変位を拘束し、シリンダ軸方向への変位を許容する。なお、板バネ２０Ａ及び２０Ｂに、半径方向の複数のスリットを設けてもよい。また、このスリットをらせん状にしてもよい。
【００２６】
耐圧容器１の外周面のうち中央隔壁１ｂの取り付けられた位置に、試験用ハーメチックコネクタ３０が取り付けられている。試験用ハーメチックコネクタ３０は、ステンレス製の円筒部材３０ａ、絶縁部材３０ｂ、フランジ３０ｃ、及び一対の電流リード３０ｄを含んで構成される。絶縁部材３０ｂは、円筒部材３０ａの内部空洞の一部を塞ぐ。電流リード３０ｄの各々は、絶縁部材３０ｂを、円筒部材３０ａの軸方向に貫通する。フランジ３０ｃは、円筒部材３０ａの一端に固定されている。
【００２７】
耐圧容器１の外周面に円形の凹部３２が形成されている。試験用ハーメチックコネクタ３０は、フランジ３０ｃを凹部３２の開口部周辺に接触させ、ボルト等により耐圧容器１に固定される。凹部３２の開口部を取り囲むように、円形の溝３３が形成されている。凹部３２の開口部と溝３３との間に、環状の凸部３５が画定される。円形の溝３３内にＯリング３４がはめ込まれている。Ｏリング３４により、フランジ３０ｃと耐圧容器１との接触面の気密性が確保される。
【００２８】
次に、コイル１６に電流を流すための電気回路の構成について説明する。一方の電流リード３０ｄの凹部３２側の端部にリード線５０が接続されている。リード線５０は、凹部３２の内面に開口し、耐圧容器１の側壁１ａを貫通する貫通孔４０内を経由して板バネ２０Ｂの外周側の縁に接続されている。２枚の板バネ２０Ｂは、相互に電気的に短絡している。板バネ２０Ｂの内周側の縁にリード線５１が接続されている。
【００２９】
リード線５１は、シリンダ５の外周面に沿って延在し、コイルボビン１５に設けられた貫通孔を経由してコイルボビン１５の外側に至り、コイル１６の一端に接続されている。コイル１６の他端にリード線５２が接続されている。リード線５２は、板バネ２０Ａの内周側の縁に接続されている。２枚の板バネ２０Ａは、相互に電気的に短絡している。板バネ２０Ａの外周側の縁にリード線５３が接続されている。
【００３０】
リード線５３は、止め具２１及び外側ヨーク１０ｂに、耐圧容器１の側壁１ａの内周面の軸方向に沿うように設けられた貫通孔もしくは溝を経由し、さらに貫通孔４０を経由して、他方の電流リード３０ｄに接続されている。一対の電流リード３０ｄに交流電源から電流を供給することにより、コイル１６に電流を流すことができる。
【００３１】
耐圧容器１の両端の開口部が、試験用蓋６０で気密に塞がれている。試験用蓋６０は、耐圧容器１の側壁の内周面に設けられたネジ溝に螺合することにより耐圧容器１に着脱可能に取り付けられる。Ｏリング６１により、試験用蓋６０と耐圧容器１との接触部分の気密性が確保される。
【００３２】
試験用蓋６０のほぼ中央に、透明窓６２が取り付けられている。透明窓６２から、ガス圧縮機の動作状態を目視確認することができる。
【００３３】
図１に示す状態で、ガス圧縮機の試験運転を行う。コイル１６に交流電流を流すことにより、シリンダ５がその軸方向に往復運動する。圧縮室６の容積が周期的に変動し、ガス流路３及び４を経由して、作動ガスの供給と回収が繰り返される。
【００３４】
試験運転で所望の性能が得られなかった場合は、試験用蓋６０を取り外し、調整または不良部品の交換を行う。試験用蓋６０は、容易に取り外しすることができるため、調整及び不良部品の交換が容易である。
【００３５】
試験運転で所望の性能が得られた場合には、試験用ハーメチックコネクタ３０及び試験用蓋６０を取り外し、実機の組み立て工程に移る。
【００３６】
図２に、実機の構成の断面図を示す。図１の試験用ハーメチックコネクタ３０及び試験用蓋６０以外の構成は、実機と同一であるため、ここでは、図１の試験用構成と異なる構成についてのみ説明する。
【００３７】
実機用蓋７０が、耐圧容器１の両端の開口部を気密に塞いでいる。実機用蓋７０は、耐圧容器１に溶接される。
【００３８】
実機用ハーメチックコネクタ８０が、凹部３２内に取り付けられている。実機用ハーメチックコネクタ８０は、ステンレス製の円筒部材８０ａ、絶縁部材８０ｂ、フランジ８０ｃ、及び一対の電流リード８０ｄを含んで構成される。絶縁部材８０ｂは、円筒部材８０ａの内部空洞の一部を塞ぐ。電流リード８０ｄの各々は、絶縁部材８０ｂを円筒部材８０ａの軸方向に貫通する。フランジ８０ｃは、円筒部材８０ａの凹部３２側の端部に取り付けられている。
【００３９】
フランジ８０ｃの外周面が凹部３２の内周面に整合し、円筒部材８０ａの端部が凹部３２の底面に接する。フランジ８０ｃと耐圧容器１とを溶接することにより、実機用ハーメチックコネクタ８０が耐圧容器１に固定される。凹部３２の開口部周辺に画定された環状の凸部３５が溶接リップとして作用する。試験用ハーメチックコネクタ３０を取り付けるときのＯリング用の溝３３と、溶接リップとして作用する凸部３５とを独立して形成する必要がないため、構造を簡単化することが可能になる。
【００４０】
リード線５０が一方の電流リード８０ｄに接続され、リード線５３が他方の電流リード８０ｄに接続される。
【００４１】
試験用ハーメチックコネクタ３０を実機用ハーメチックコネクタ８０に取り換え、試験用蓋６０を実機用蓋７０に取り換える際に、ガス圧縮機の主要部分、例えばピストン２、シリンダ５、板バネ２０Ａおよび２０Ｂ等の付替えを行う必要がない。このため、実機において試験運転時と同一の動作条件を確保することができる。これにより、最終組み立て工程後の不良の発生を防止することができる。
【００４２】
上記実施例では、ピストンが固定され、シリンダが往復運動するムービングシリンダ型のガス圧縮機について説明した。上記実施例の技術的思想は、シリンダが固定され、ピストンが往復運動する図４のようなガス圧縮機にも適用することができる。例えば、ピストン１０２のシリンダ外の端部に、円形板バネの内周側の縁を固定し、外周側の縁を図１に示す耐圧容器１に固定すればよい。
【００４３】
また、上記実施例では、弾性部材として板バネを用いた場合を説明したが、その他の弾性部材を用いることも可能である。例えば、コイルバネや渦巻きバネ等を用いることも可能である。渦巻きバネを用いる場合、渦巻きバネの一端を、例えば図１のシリンダ５側に固定し、他端を耐圧容器１側に固定すればよい。
【００４４】
図３は、コイルバネを用いた場合の、試験運転時のガス圧縮機の部分断面図を示す。コイルバネ及びその固定部材以外の構成は、図１に示すガス圧縮機の構成と同様であるため、ここでは、コイルバネ及び固定部材の構成について説明する。なお、図３のガス圧縮機の各構成部分には、図１のガス圧縮機の対応する構成部分に付された参照符号と同一の参照符号が付されている。
【００４５】
耐圧容器１の側壁１ａの内周面に設けられた段差１ｃと固定用ネジ２３とで、バネ支持部材９１と外側ヨーク１０ｂとをシリンダ軸方向に挟み込むことにより、両者が耐圧容器１に固定されている。図１に示す板バネ２０Ａ及び２０Ｂの代わりに、それぞれコイルバネ９０Ａおよび９０Ｂが配置されている。コイルバネ９０Ａ及び９０Ｂの中心軸は、シリンダ軸の延長線に一致する。コイルバネ９０Ａの一端はコイルボビン１５に固定され、他端はバネ支持部材９１に固定されている。
【００４６】
ピストン２の、隔壁１ｂへの取付部分２ａが座金形状にされている。コイルバネ９０Ｂの一端はシリンダ５の先端に固定され、他端は、座金形状の取付部分２ａに固定されている。
【００４７】
コイル１６の一端は、リード線５１、コイルバネ９０Ｂ、及びリード線５０を介して一方の電流リード３０ｄに接続される。コイル１６の他端は、リード線５２、コイルバネ９０Ａ、及びリード線５３を介して他方の電流リード３０ｄに接続される。
【００４８】
図２に示す実機と同様に、試験用蓋６０を実機用蓋７０に取り換え、試験用ハーメチックコネクタ３０を実機用ハーメチックコネクタ８０に取り換えることにより、図３に示すガス圧縮機の実機が得られる。
【００４９】
図３に示すガス圧縮機の場合にも、実機において試験運転時と同一の動作条件を確保することができる。これにより、最終組み立て工程後の不良の発生を防止することができる。
【００５０】
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。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、実機とほぼ同一条件で試験運転を行うことができる。試験運転時に不良が発見されると、容易に不良部品の交換等を行うことができる。試験運転で所望の性能が発揮された場合には、主要部の構成を組替えることなく、実機の構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による試験運転時のガス圧縮機の部分断面図である。
【図２】本発明の実施例によるガス圧縮機の実機の構成を示す部分断面図である。
【図３】本発明の他の実施例による試験運転時のガス圧縮機の部分断面図である。
【図４】従来のガス圧縮機の断面図である。
【符号の説明】
１  耐圧容器
２  ピストン
３、４  ガス流路
５  シリンダ
６  圧縮室
１０ａ  内側ヨーク
１０ｂ  外側ヨーク
１１  間隙
１２  永久磁石
１５  コイルボビン
１６  コイル
２０Ａ、２０Ｂ  板バネ
２１  止め具
２３  固定用ネジ
３０  試験用ハーメチックコネクタ
３２  凹部
３３  溝
３４  Ｏリング
３５  凸部
４０  貫通孔
５０、５１、５２、５３  リード線
６０  試験用蓋
６１  Ｏリング
６２  透明窓
７０  実機用蓋
８０  実機用ハーメチックコネクタ
９０Ａ、９０Ｂ  コイルバネ
９１  バネ支持部材
【図１】
0004011245.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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