(57)【要約】      （修正有）【課題】リニア圧縮機の可動シリンダのサスペンションユニットは、外輪および端部外輪はドーナツ状のリングであるため、固定用のボルトのサイズに応じた固定用のスペースを必要とし、サスペンションユニットの外径寸法が大きくなるため、サスペンションの指示構造を工夫し小型化を図る。【解決手段】サスペンションユニットにおいて、板状サスペンション２１のスリット２４を中心部から外周端部近傍まで略放射状に延びる３条以上のスリットとし、かつ、スリットと重ならない形状とし、各板状サスペンション間に所定の隙間を与える第１のスペーサと、複数の板状サスペンションを両端から挟み込む端部外輪と、スリットと重ならない形状を有し、両端の板状サスペンションと端部外輪との間に所定の隙間を与える第２のスペーサと、で構成することにより板状サスペンション２１の応力を受ける範囲を拡大し、外径寸法を小さくする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機フレームに支持されたリニアモータの固定子と、リニアモータの可動子と一体である往復駆動されるシリンダと、前記シリンダ内に嵌装され固定された内側ヨークと一体のピストンと、前記シリンダを軸方向に弾性支持するサスペンションユニットとを備え、
前記サスペンションユニットが、
円板状で、中心部に前記シリンダ支持用中心孔、外周部に前記中心孔と同心円上に配置された複数のサスペンションユニット固定孔、中心部から前記固定孔が外側で接する円の外側まで略放射状に延びる３条以上のスリットを有し、前記シリンダ軸方向に重合した複数の板状サスペンションと、
前記スリットと重ならない形状を有し、各板状サスペンション間に所定の隙間を与える第１のスペーサと、
前記重合した複数の板状サスペンションの両端を挟み込む端部外輪と、
前記スリットと重ならない形状を有し、前記重合した複数の板状サスペンションの両端と前記端部外輪との間に所定の隙間を与える第２のスペーサと、
により構成されることを特徴とするリニア圧縮機。
【請求項２】
前記サスペンションユニットの第１のスペーサが、
前記シリンダ支持用中心孔と内径を略同一にする第１のリングと、
該第１のリングと同じ厚さを有し、前記サスペンションユニット固定孔と内径を略同一にする複数の第２のリングと、により構成され、
前記サスペンションユニットの第２のスペーサが、
前記サスペンションユニット固定孔と内径を略同一にする複数の第３のリングにより構成される、
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】
前記サスペンションユニットの第１のスペーサが、
前記シリンダ支持用中心孔と内径を略同一にする第３のリングと、
該第３のリングと同じ厚さを有し、前記サスペンションユニット固定孔の全てが内側で接する円よりも内径が大きく、前記板状サスペンションと外径が略同一である第４のリングと、により構成され、
前記サスペンションユニットの第２のスペーサが、
前記サスペンションユニット固定孔の全てが内側で接する円よりも内径が大きく、前記板状サスペンションと外径が略同一である第６のリングにより構成される、
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】
前記サスペンションユニットの板状サスペンション、第１のスペーサ、第２のスペーサおよび端部外輪が、変形の少ない固定方法により一体的に固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリニア圧縮機。
【請求項５】
前記固定方法が、電子ビーム溶接またはレーザー溶接のいづれかであることを特徴とする請求項４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、シリンダを軸方向に弾性支持するための円板状のサスペンションユニットを有し、パルスチューブ冷凍機などの往復動圧縮機に用いられるリニア圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、リニア圧縮機の全体構成について説明するため、図９に従来におけるリニア圧縮機の構成図を示す。
図９に示すリニア圧縮機は、圧縮機フレーム４０１、圧縮機フレーム４０１に固定され外側ヨーク４０３およびコイル４０４により形成されるリニアモータ固定子、永久磁石４０６および磁石ホルダを有する可動子により形成される可動シリンダ４０５、可動シリンダ４０５内に嵌装される内側ヨークを備える固定ピストン４０８、可動シンリンダ４０５を軸方向に支持するサスペンションユニット４２０、可動シリンダ４０５及び固定ピストン４０８によって構成された圧縮室４１０、圧縮室４１０とガスを膨張させて外部から熱を吸収するための膨張器（図示しない）とを接続する連結管４１１から構成されている。
サスペンションユニット４２０は、取り付けボルト（図示しない）により外周部にて圧縮機フレーム４０１に固定され、中心部にて可動シリンダ４０５を保持し、可動シリンダ４０５を圧縮機フレーム４０１に対して弾性支持する。
固定ピストン４０８と可動シリンダ４０５のクリアランスシールすきまは、両側のサスペンションユニット４２０の半径方向の剛性により、磁石のアンバランス力に打ち勝つように構成し、通常の往復動での圧縮仕事時には、非接触を実現している。
【０００３】
次に、従来のリニア圧縮機のサスペンションユニットについて詳細に説明するため、図１０にリニア圧縮機のサスペンションユニットの平面図、図１１にサスペンションユニットの部品構成図を示す。
サスペンションユニット４２０は、円板状をなし径方向の剛性が高い複数の板状サスペンション４２１を可動シリンダ４０５の軸方向に重合し、各板状サスペンション間に所定の隙間を与える第１のスペーサと、重合した板状サスペンションを両端から挟み込む端部外輪４４０と、により構成されている。
板状サスペンション４２１は円板状であり、円板の中心には可動シリンダを保持するシリンダ保持用中心孔４２２が、円板の外周部には円板中心の同芯円上に配置された複数のサスペンション固定孔４２３がそれぞれ形成されている。さらに、シリンダ保持用中心孔付近から外周端部に向かって略放射状に複数のスリット４２４が形成されている。
第１のスペーサは、同じ厚みを有する内輪４３１と外輪４３２により構成される。内輪４３１は、リング形状であって内径が板状サスペンション４２１の内径と略同一となっている。外輪４３２は、リング形状であって、外径は板状サスペンション２１と同じ径であり、板状サスペンション４２１と同位置に同形状の同数のサスペンション固定孔４３３を有し、サスペンションユニット２０の取り付けボルトの頭部（図示しない）が径方向に収まる内径となっている。
【０００４】
端部外輪４４０は、外輪４３２と同形状である。
上記構成により、サスペンションユニット４２０は、半径方向の剛性を大きくすることができ、可動磁石型リニアモータの可動部と固定部のクリアランスを数十μmに保ち、クリアランスシールを構成することができる。
なお、板状サスペンション４２１の端部外輪４４０および外輪４３２に挟まれた部分は変形することができないため、端部外輪４４０および外輪の内径内側部分のみが弾性支持部として機能している。
これら従来のリニア圧縮機のサスペンションユニットと同等のものが、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２７１７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術によるサスペンションユニット４２０は、外輪４３２および端部外輪４４０はリング形状であるため、取り付けボルトのサイズに応じた固定用のスペースを必要とした。さらに、弾性支持部として機能している部分は端部外輪４４０および外輪の内径内側部分のみであるため、サスペンションユニット４２０の外径寸法が大きくなるという課題があった。
また、この種の圧縮機のサスペンションユニットは、規定のストロークの範囲で、高い直進性と適正な発生応力のバランスが求められるため、小型化を達成することが難しかった。
本発明では、サスペンションの支持構造を工夫することで、コンパクトで効率の良いサスペンションユニットを実現することのできるリニア駆動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】
請求項１に記載の発明は、圧縮機フレームに支持されたリニアモータの固定子と、リニアモータの可動子と一体である往復駆動されるシリンダと、前記シリンダ内に嵌装され固定された内側ヨークと一体のピストンと、前記シリンダを軸方向に弾性支持するサスペンションユニットとを備え、前記サスペンションユニットが、円板状で、中心部に前記シリンダ支持用中心孔、外周部に前記中心孔と同心円上に配置された複数のサスペンションユニット固定孔、中心部から前記固定孔が外側で接する円の外側まで略放射状に延びる３条以上のスリットを有し、前記シリンダ軸方向に重合した複数の板状サスペンションと、前記スリットと重ならない形状を有し、各板状サスペンション間に所定の隙間を与える第１のスペーサと、前記重合した複数の板状サスペンションの両端を挟み込む端部外輪と、前記スリットと重ならない形状を有し、前記重合した複数の板状サスペンションの両端と前記端部外輪との間に所定の隙間を与える第２のスペーサと、により構成されることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のリニア圧縮機であって、前記サスペンションユニットの第１のスペーサが、前記シリンダ支持用中心孔と内径を略同一にする第１のリングと、該第１のリングと同じ厚さを有し、前記サスペンションユニット固定孔と内径を略同一にする複数の第２のリングと、により構成され、前記サスペンションユニットの第２のスペーサが、前記サスペンションユニット固定孔と内径を略同一にする複数の第３のリングにより構成される、ことを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のリニア圧縮機であって、前記サスペンションユニットの第１のスペーサが、前記シリンダ支持用中心孔と内径を略同一にする第３のリングと、該第３のリングと同じ厚さを有し、前記サスペンションユニット固定孔の全てが内側で接する円よりも内径が大きく、前記板状サスペンションと外径が略同一である第４のリングと、により構成され、前記サスペンションユニットの第２のスペーサが、前記サスペンションユニット固定孔の全てが内側で接する円よりも内径が大きく、前記板状サスペンションと外径が略同一である第６のリングにより構成される、ことを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリニア圧縮機であって、前記サスペンションユニットの板状サスペンション、第１のスペーサ、第２のスペーサおよび端部外輪が、変形の少ない固定方法により一体的に固定されていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のリニア圧縮機であって、前記固定方法が、電子ビーム溶接またはレーザー溶接のいづれかであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、板状サスペンションのスリットを外周端部付近まで延長し、ねじれ有効部位を外終端付近まで拡大することで、所要の振幅を得るサスペンションユニットの径方向を小さくすることが可能となり、外径寸法が従来技術に比べてコンパクトで信頼性の高いリニア駆動圧縮機を提供することができる。
さらに、板状サスペンションの外周端以外に力を作用させないで固定することにより、サスペンションのねじれ有効部位を外周端付近まで拡大することができ、所要の振幅を得るサスペンションユニットの径方向を小さくすることが可能となり、外径寸法が従来技術に比べてコンパクトで信頼性の高いリニア駆動圧縮機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、リニア圧縮機の全体構成について説明するため、図１に本発明におけるリニア圧縮機の構成図を示す。
図１に示すリニア圧縮機は、圧縮機フレーム１、圧縮機フレーム１に固定され外側ヨーク３およびコイル４により形成されるリニアモータ固定子、永久磁石６および磁石ホルダを有する可動子により形成される可動シリンダ５、可動シリンダ５内に嵌装される内側ヨークを備える固定ピストン８、可動シンリンダ５を軸方向に支持するサスペンションユニット２０、可動シリンダ５及び固定ピストン８によって構成された圧縮室１０、圧縮室１０とガスを膨張させて外部から熱を吸収するための膨張器（図示しない）とを接続する連結管１１から構成されている。
サスペンションユニット２０は、取り付けボルト（図示しない）により外周部にて圧縮機フレーム１に固定され、中心部にて可動シリンダ５を保持し、可動シリンダ５を圧縮機フレーム１に対して弾性支持する。
固定ピストン８と可動シリンダ５のクリアランスシールすきまは、両側のサスペンションユニット２０の半径方向の剛性により、磁石のアンバランス力に打ち勝つように構成し、通常の往復動での圧縮仕事時には、非接触を実現している。
【００１０】
これらの構成は、図９に示す従来のリニア圧縮機と同一である。
次に、本発明における第１の実施形態に係るリニア圧縮機のサスペンションユニットについて詳細に説明するため、図２に本発明におけるリニア圧縮機のサスペンションユニットの平面図、図３に図２示したＡ−Ａ断面の断面図、図４にサスペンションユニットの部品構成図、図５に板状サスペンションの平面図を示す。
サスペンションユニット２０は、円板状をなし径方向の剛性が高い複数の板状サスペンション２１を可動シリンダ５の軸方向に重合し、各板状サスペンション間に所定の隙間を与える第１のスペーサと、重合した板状サスペンションを両端から挟み込む端部外輪１４０と、両端の板状サスペンションと前記端部外輪との間に所定の隙間を与える第２のスペーサ１５０とにより構成されている。
板状サスペンション２１は円板状であり、円板の中心には可動シリンダを保持するシリンダ保持用中心孔２２が、円板の外周部には円板中心の同心円上に配置された複数のサスペンション固定孔２３がそれぞれ形成されている。さらに、シリンダ保持用中心孔付近から外周端部に向かって略放射状に複数のスリット２４が形成されている。なお、スリット２４はサスペンション固定孔２３が外側で接する円（図５の２５）の外側であって、強度的に許容される範囲において外周端部付近まで形成されている。
【００１１】
第１のスペーサは、同じ厚みを有する内輪１３１と複数の外周リング１３２により構成される。内輪１３１は、リング形状であって内径が板状サスペンション２１の内径と略同一であり、外径が板状サスペンション２１に形成されたスリット２４の中心側端部と重ならない径となっている。外周リング１３２は、リング形状であって内径がサスペンション固定孔２３と略同一であり、外径はサスペンションユニット２０の取り付けボルトの頭部（図示しない）より若干大きい径となっている。なお、外周リングは、板状サスペンション２１のサスペンション固定孔２３と同数有する。
第２のスペーサ１５０は、板状サスペンション２１のサスペンション固定孔２３と同数で、外周リング１３２と内径および外径が同一であって、厚みはリニア圧縮機が動作したときに板状サスペンション２１が端部外輪１４０に接触しない厚さとする。なお、外周リング１３２の厚みが上記要件を具備する場合には、外周リング１３２と第２のスペーサ１５０を共用しても良い。
端部外輪１４０は、円板形状であって、外径は板状サスペンション２１と同じ径であり、板状サスペンション２１と同位置に同形状の同数のサスペンション固定孔１４１を有する。なお、中心部側の形状は、サスペンション固定孔１４１部付近ではサスペンションユニット２０の取り付けボルトの頭部（図示しない）が収まる形状であれば良く、その他の部分では他の部品と干渉しなければよく、図２に示すような形状として良い。もちろん、図２とは異なり中心部側を単に円形状としてもよい。
【００１２】
サスペンションユニットを上記第１の実施形態に係る構成とすることにより、ねじれ有効部位が外終端付近まで拡大され、所要の振幅を得るサスペンションユニットの径方向を小さくすることが可能となり、外径寸法が従来技術に比べてコンパクトで信頼性の高いリニア駆動圧縮機を提供することができる。
さらに、板状サスペンション２１と外周リング１３２および内輪１３１との接触面と、重合した両端の板状サスペンション２１と第２のスペーサ１５０との接触面と、端部外輪１４０と第２のスペーサ１５０との接触面とで、電子ビーム溶接やレーザー溶接にて固定する。これにより、それぞれの板状サスペンション２１は外周端付近までねじれ応力を受ける範囲が拡大し、同一のたわみ量を持つ従来技術のサスペンションより外径寸法を小さくすることができる。
次に、本発明における第２の実施形態に係るリニア圧縮機のサスペンションユニットについて詳細に説明するため、図６に本発明におけるリニア圧縮機のサスペンションユニットの平面図、図７に図６に示したＢ−Ｂ断面の断面図、図８にサスペンションユニットの部品構成図を示す。
サスペンションユニット２０は、円板状をなし径方向の剛性が高い複数の板状サスペンション２１を可動シリンダ５の軸方向に重合し、各板状サスペンション間に所定の隙間を与える第１のスペーサと、重合した板状サスペンションを両端から挟み込む端部外輪２４０と、両端の板状サスペンションと端部外輪２４０との間に所定の隙間を与える第２のスペーサ２５０とにより構成されている。
【００１３】
板状サスペンション２１は、第１の実施形態と同一形状であるため説明は省略する。
第１のスペーサは、同じ厚みを有する内輪２３１と外輪２３２により構成される。ここで内輪２３１は、第１の実施形態と同一形状であるため説明は省略する。外輪２３２は、リング形状であって、内径が全てのサスペンション固定孔２３が内側で接する円よりも大きく、外径が板状サスペンション２１の外径と同一となっている。
第２のスペーサ２５０は、外輪２３２と内径および外径が同一であって、厚みはリニア圧縮機が動作したときに板状サスペンション２１が端部外輪２４０に接触しない厚さとする。なお、外輪２３２の厚みが上記要件を具備する場合には、外輪２３２と第２のスペーサ２５０を共用しても良い。
端部外輪２４０は、第１の実施形態と同一形状であるため説明は省略する。
サスペンションユニットを上記第２の実施形態に係る構成とすることにより、ねじれ有効部位が外終端付近まで拡大され、所要の振幅を得るサスペンションユニットの径方向を小さくすることが可能となり、外径寸法が従来技術に比べてコンパクトで信頼性の高いリニア駆動圧縮機を提供することができる。
板状サスペンション２１と外輪２３２および内輪２３１との接触面と、重合した両端の板状サスペンション２１と第２のスペーサ２５０との接触面と、端部外輪２４０と第２のスペーサ２５０との接触面とで、電子ビーム溶接やレーザー溶接にて固定することにより、それぞれの板状サスペンション２１は外周端付近までねじれ応力を受ける範囲が拡大し、同一のたわみ量を持つ従来技術のサスペンションより外径寸法を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明におけるリニア圧縮機の構成図
【図２】本発明における第１の実施形態に係るリニア圧縮機のサスペンションユニットの平面図
【図３】本発明における第１の実施形態に係るリニア圧縮機のサスペンションユニットの断面図
【図４】本発明における第１の実施形態に係るリニア圧縮機のサスペンションユニットの部品構成図
【図５】本発明における第１の実施形態に係る板状サスペンションの平面図
【図６】本発明における第２の実施形態に係るリニア圧縮機のサスペンションユニットの平面図
【図７】本発明における第２の実施形態に係るリニア圧縮機のサスペンションユニットの断面図
【図８】本発明における第２の実施形態に係るリニア圧縮機のサスペンションユニットの部品構成図
【図９】従来のリニア圧縮機の構成図
【図１０】従来のリニア圧縮機のサスペンションユニットの平面図
【図１１】従来のリニア圧縮機のサスペンションユニットの部品構成図
【符号の説明】
【００１５】
１，４０１      圧縮機フレーム
３，４０３      外側ヨーク
４，４０４      コイル
５，４０５      可動シリンダ
６，４０６      永久磁石
８，４０８      固定ピストン
１０，４１０    圧縮室
２０，４２０    サスペンションユニット
２１，４２１    板状サスペンション
２２，４２２    シリンダ保持用中心孔
２３，４２３    サスペンション固定孔
２４，４２４    スリット
１３１，２３１，４３１    内輪
１３２    外周リング
２３２，４３２    外輪
１４０，２４０，４４０    端部外輪
１５０，２５０    第２のスペーサ
【図１】
2009197747.tif 000003
【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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