(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアモータの固定子を持つハウジングと、該リニアモータの可動子に固定されたシャフトと、該固定子に外周部が固定され中央部が該シャフトに固定される積層フレクシャベアリング群と、を持つリニアモータであって、
該積層フレクシャベアリング群は、円盤状で中央に該シャフトに挿通して固定される固定中心孔を持つ中央部と該固定子に挿通して固定される固定外周孔を持つ外周縁部と該中央部と該外周縁部の間にあり該中央部から該外周縁部に渦巻状に延びる複数のスリットとを持ち軸方向に積層された複数個のフレクシャベアリングと、複数個の該フレクシャベアリング同士を予め同位相で相対回動不能に固定する固定部材とからなることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記フレクシャベアリングは前記中央部の前記固定中心孔の周囲に複数個の中央部通孔と前記外周縁部に複数個の外縁部通孔を有し、前記固定部材は各該中央部通孔及び各該外縁部通孔挿通して、複数の該フレクシャベアリングを固定する複数個の締結ボルトからなる請求項１記載のリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可動子を固定子に対して非接触に支持する支持機構としてフレクシャベアリングを用いたリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リニアモータでは、固定子に対し可動子を非接触で支持する支持機構として、板ばね部材のばね性を利用したフレクシャベアリングを用いる場合がある。フレクシャベアリングが採用されるリニアモータは、例えば直動型圧縮機のピストンの駆動装置として組込まれ、非接触ピストン支持機構により、作動ピストンをシリンダに対して非接触状態に支持して、作動ピストンとシリンダとの摺接に起因するガスの汚染およびシーリングの摩耗を阻止して、圧縮機の性能低下を防止すべく意図したものである。その一形式は、刊行物「三菱電機技報，Ｖｏｌ．６７，Ｎｏ．８，１９９３」に記載されている。
【０００３】
フレクシャベアリングは、板ばね部材に中心部側から外周縁側へ渦巻状に延びるスリットを形成した部分をばね本体とし、その外周縁部を圧縮機のハウジング内で固定子に固定し、その中心部分を作動ピストンのシャフト部分（可動子）に固定して作動ピストンを支持するもので、作動ピストンを支持した状態では、ばね本体の直交方向には柔軟でかつ平行方向には剛性が高く、作動ピストンを安定した状態に支持するとともに、作動ピストンのばね本体の直交方向への移動（ストローク）を許容する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フレクシャベアリングは、ベアリングとしての剛性を上げるため、通常、複数個のフレクシャベアリングが積層された積層フレクシャベアリング群の構成を採る。この複数個のフレクシャベアリングの外周縁部と中心部分を固定して積層形態に組込むとき、従来はフレクシャベアリング同士が別体で、相対的に回動できる構成であるため、各フレクシャベアリングの位相が不揃いになりやすく、組み付け時に作用する固定力で応力が発生し、一部のフレクシャベアリングだけに大きな応力がかかり、早期の破損を招くおそれがある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、積層フレクシャベアリング群を可動子の支持装置とするリニアモータにおいて、該積層フレクシャベアリング群を構成する個々のフレクシャベアリングが確実に位相の合った状態に組付けられ、軸受けとしての耐久性を高めることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、リニアモータの固定子を持つハウジングと、該リニアモータの可動子に固定されたシャフトと、該固定子に外周部が固定され中央部が該シャフトに固定される積層フレクシャベアリング群と、を持つリニアモータであって、
該積層フレクシャベアリング群は、円盤状で中央に該シャフトに挿通して固定される固定中心孔を持つ中央部と該固定子に挿通固定される複数個の固定外周孔とを持つ外周縁部と該中央部と該外周縁部の間にあり該中央部から該外周縁部に渦巻状に延びる複数のスリットを持ち軸方向に積層された複数個のフレクシャベアリングと、複数個の該フレクシャベアリング同士を予め同一位相で相対回動不能に固定する固定部材とからなることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るリニアモータにおいては、前記フレクシャベアリングは前記中央部の前記固定中心孔の周囲に複数個の中央部通孔と前記外周縁部に複数個の外縁部通孔を有し、前記固定部材は各該中央部通孔及び各該外縁部通孔挿通して、複数の該フレクシャベアリングを固定する複数個の締結ボルトで構成することができる。
【０００８】
【発明の作用・効果】
本発明に係るリニアモータのフレクシャベアリングにおいては、リニアモータへの組込み前の段階で予め個々のフレクシャベアリング同士が固定部材によって同一位相で相対回動不能に固定されているため、組込み時のボルト、ナットによる押圧力や回転力によって位相がずれることがなくなり、組み付け時に一部のフレクシャベアリングに応力が作用するおそれがない。このため一部のフレクシャベアリングが早期に破損する問題を解決できる。
【０００９】
また、本発明のリニアモータを圧縮機のピストン駆動装置として構成したものでは、ピストンとシリンダとの非接触状態を長期に確保できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に基づいて説明すると、図１には、直動型圧縮機の駆動装置に採用したリニアモータが示されている。圧縮機１０は、膨張機２０と連結管で連結されていて、膨張機２０と共にスプリット型スターリング冷凍機を構成している。
【００１１】
当該圧縮機１０は２気筒対向式のもので、圧縮機１０を構成するハウジング１０ａは、左右一対の収容室１１ａ，１１ｂと、両収容室１１ａ，１１ｂの中間部に位置して両収容室１１ａ，１１ｂに連通するシリンダ部１１ｃを備え、各収容室１１ａ，１１ｂにはリニアモータ１０ｂが収容されており、該リニアモータ１０ｂで圧縮機１０の作動ピストン１６を駆動している。
【００１２】
リニアモータ１０ａは、固定子としてのヨーク１２およびマグネット１３と、可動子としてのボビン１４およびコイル１５を備えているもので、ヨーク１２は収容室１１ａ，１１ｂ内に嵌着されて固定されている。マグネット１３は、ヨーク１２の外側筒部１２ａの内周側に固着されている。ボビン１４は、作動ピストン１６に一体的に設けられているもので、ボビン１４の外周にコイル１５が巻回されている。
【００１３】
作動ピストン１６は、シャフト部１６ａと、該シャフト部１６ａの先端から突出するピストン部１６ｂと、シャフト部１６ａの中間部から外周側およびピストン部１６ｂ側に延びる筒状のフランジ部１６ｃからなり、フランジ部１６ｃの先端に、ボビン１４が一体的に形成されている。
作動ピストン１６は、ヨーク１２の内側筒部１２ｂの内孔１２ｃ内に挿通されていて、シャフト部１６ａの端部が内側筒部１２ｂから突出し、フランジ部１６ｃが内側筒部１２ｂの外周に嵌合し、かつピストン部１６ｂがシリンダ部１１ｃ内に所定長さ嵌合している。作動ピストン１６は、この状態でシャフト部１６ａの一端側と他端側にて、積層フレクシャベアリング群１７を介してヨーク１２の外側筒部１２ａに支持されている。
【００１４】
積層フレクシャベアリング群１７は、外周部にてヨーク１２に固定されているとともに、中央の固定中心孔にて作動ピストン１６のシャフト部１６ａに固定されていて、この状態においては、後述するように中心部側が直交方向に変位可能であり、作動ピストン１６をヨーク１２に対して軸方向へ移動可能に支持している。これにより、積層フレクシャベアリング群１７は、コイル１５をヨーク１２の内側筒部１２ｂの外周側にてマグネット１３に対向して位置させているとともに、コイル１５と内側筒部１２ｂの外周およびマグネット１３の内周との間に所定の隙間を確保している。
【００１５】
作動ピストン１６のピストン部１６ｂは、互いに対向するピストン部１６ｂとによりシリンダ部１１ｃ内に圧縮室Ｒ1を形成しており、また、各ピストン部１６ｂとシリンダ部１１ｃとは非接触状態として非接触隙間シールを採用し、ピストン部１６ｂおよびシリンダ部１１ｃの摩耗を防止している。
リニアモータ１０ｂにおいては、ヨーク１２とマグネット１３にて形成される磁気回路中のコイル１５に交番電流を通電させることにより推力を発生させ、この推力により作動ピストン１６を駆動し、各フレクシャベアリング１７を変位させて軸方向に進退させる。これにより、リニアモータ１０ｂの駆動時には、シリンダ部１１ｃ内の圧縮室Ｒ1内のガスが圧縮されて、圧縮されたガスは連結管１８を通って膨張機２０へ送出される。
【００１６】
膨張機２０は、ハウジング２０ａに駆動装置であるリニアモータ２０ｂを一体化してなるもので、ハウジング２０ａは収容室２１ａとシリンダ部２１ｂを備え、収容室２１ａには作動ピストン２２が圧縮スプリング２１ｃを介して収容されている。作動ピストン２２は、軸部２２ａと、軸部２２ａの先端から突出するピストン部２２ｂと、軸部２２ａの後端部にて外周側から先端側へ延びるフランジ部２２ｃとからなり、ピストン部２２ｂの先端部には再生器２３が内包されている。作動ピストン２２においては、フランジ部２２ｃが収容室２１ａ内に収容された状態で、ピストン部２２ａがシリンダ部２１ｂに挿通されていて、再生器２３がハウジング２０ａの先端から突出している。
【００１７】
リニアモータ２０ｂは、ヨーク２４、マグネット２５、ボビン２６、およびコイル２７を備えている。ヨーク２４は、ハウジング２０ａに一体的に形成されているもので、外側筒部２４ａとこれと同心的に位置する内側筒部２４ｂを備え、内側筒部２４ｂの外周側にマグネット２５が固着されている。ボビン２６は、作動ピストン２２におけるフランジ部２２ｃの先端に一体的に設けられているもので、ボビン２６の外周にコイル２７が巻回されている。コイル２７は、作動ピストン２２が収容室２１ａに収容された状態でヨーク２４の外側筒部２４ａとマグネット２５間に位置してこれら両者２４ａ，２５間にわずかな隙間を保持し、かつマグネット２５に対向している。
【００１８】
リニアモータ２０ｂは、作動ピストン２２を駆動して進退させるもので、圧縮機１０と膨張機２０のそれぞれの作動ピストンの位置をセンサにて検出し、この検出信号に基づいて駆動して各作動ピストンの進退を制御して、スターリング冷凍機の最適な運転状態を確保し得るようになっている。
再生器２３は、膨張室Ｒ2の低温ガスが圧縮室Ｒ1側へ流出する過程で一時的に冷熱を蓄え、逆に圧縮室Ｒ1から高温ガスが流入する過程でこの高温ガスを予冷するものであり、膨張機２０の先端に取り付けられた赤外線素子等を膨張室Ｒ2内の低温ガスで冷却する。
【００１９】
しかして、作動ピストン１６のピストン部１６ｂ側を支持する積層フレクシャベアリング群１７は、円板状の板ばね部材１７１を個々のフレクシャベアリングとし、該板ばね部材１７１を積層した円盤状をなすものである。積層フレクシャベアリング群１７を構成する個々の要素は以下のような形状をなす。
板ばね部材１７１は中心に固定中心孔１７１ａが形成され、外周縁部に二種類の通孔１７１ｂ1、１７１ｂ2が交互に所定個形成され、かつ、固定中心孔周囲の中心部と外周縁部との間のリング状部分に内央から外周へ渦巻状に延びる３本のスリット１７１ｃが形成されている。通孔１７１ｂ1は積層フレクシャベアリング群１７を固定するためのものであり、本発明の固定部材が挿通する通孔１７１ｂ2は積層フレクシャベアリング群１７をヨーク１２の外側筒部１２ａに固定するためのもので本発明の固定外周孔に該当するものである。また、固定中心孔１７１ａの周囲には所定個の通孔１７１ｄが形成されている。これら通孔１７１ｄも本発明の固定部材が挿通する。板ばね部材１７１の中心部と外周縁部にはそれぞれ内周側スペーサ１７２、外周側スペーサ１７３が介装される。中心部に介装される内周側スペーサ１７２は、図６に示すように、固定中心孔１７１ａに一致した通孔１７２ａと、通孔１７１ｄに一致した通孔１７２ｂとを持ち、外周側スペーサ１７３は通孔１７１ｂ1、１７１ｂ2に一致した通孔を持つ。積層フレクシャベアリング群１７の中央部１７ａ（板ばね部材の中心部積層部位）の両外位置には内周側押え板１７４が配設される。内周側押え板１７４の一方は、固定中心孔１７１ａよりやや大きめの通孔１７４ｂと板ばね部材１７１の通孔１７１ｄに対応したねじ孔を持ち、他方の内周側押え板１７４は該通孔１７１ｄに一致した通孔を持つとともに、固定中心孔１７１ａに一致した通孔１７４ａを持つものである。同様に積層フレクシャベアリング１７の外周縁部１７ｂの両外位置には外周側押え板１７５が配設される。外周側押え板１７５の一方は板ばね部材１７１の通孔１７１ｂ2に一致した通孔と、通孔１７１ｂ1に対応したねじ孔を持ち、外周側押え板１７５の他方は該通孔１７１ｂ1および１７１ｂ2に一致した通孔を持つものである。
【００２０】
積層フレクシャベアリング群１７は各板ばね部材１７１のスリット１７１ｃの位相が合わせられ、外周部１７ｂ（板ばね部材の外周縁部積層部位）が本発明の固定部材を構成する結合ボルト１７６で、通孔１７１ｄに一致した通孔１７２ｂが本発明の結合部材を構成する結合ボルト１７８で固定される。結合ボルト１７６は先締の外周側押え板１７５から通孔１７１ｂ1及びスペーサ１７３を交互に貫通し後締めの外周側押え板１７５のねじ孔に締着される。この結合ボルト１７６により固定された状態（図２）で締結ボルト１７７が通孔１７１ｂ2に挿通されて、ヨーク１２の外側筒部１２ａに固定される。
【００２１】
また、積層フレクシャベアリング群１７の通孔１７４ｂを固定する本発明の固定部材に相当の結合ボルト１７８は、前記通孔１７４ｂの先締めの内周側押え板１７４から通孔１７１ｄおよびスペーサ１７２の通孔を交互に貫通し、かつ後締め内周側押え板１７４のねじ孔に締着される。これにより、個々のフレクシャベアリング同士が回動不動にされた状態（図４）になる。リニアモータへの組込み時には、固定中心孔１７１ａにシャフト部１６ａが挿通される。シャフト部１６ａが挿通された積層フレクシャベアリング群１７は、図２に示すように、該シャフト部１６ａのフランジ状をした当接肩部１６ａ1にて軸方向の位置が規制される。すなわち、後締め内周側押え板１７４の通孔１７４ｂが当接肩部１６ａ1の外周に嵌合し、該後締め内周側押え板１７４に隣接した板ばね部材１７１の中心部が当接肩部１６ａ1に当接する。当接肩部１６ａ1からは先端に固定ねじ部１６ａ3を有する突出部１６ａ2が突出しており、積層フレクシャベアリング群１７は該固定ねじ部１６ａ3に締着されるナット１７９の押圧力で該当接肩部１６ａ1に押圧される。
【００２２】
ところで、後締め内周側押え板１７４の反対側の押え板１７４とナット１７９との間にピストン部１６ｂを構成するスペーサ１８０が介装されている。スペーサ１８０はピストン部１６ｂとなる筒状の頭部と、該頭部と一体で嵌合孔を有する軸部分とからなり、該軸部分の嵌合孔に前記突出部１６ａ2が挿通されている。突出部１６ａ2の固定ねじ部１６ａ3は頭部内の空洞に突出し、ナット１７９が締着される。
【００２３】
図９、図１０には、比較例としてのリニアモータにおける積層フレクシャベアリング群１９が示されており、この積層フレクシャベアリング群１９においては、外周縁部１９ｂと中央部１９ａは、それぞれ共通のボルト１９１とシャフト部１６ａにナット１９２の押圧力で固定されているだけである。
このような構成では、ボルト１９１とナット１９２で固定するとき、スペーサ、押え板およびフレクシャベアリング同士が相対的に動きやすく、押え板で固定される位置がずれたり、各フレクシャベアリングの位相が合わずに、早期の破損を招きやすい。
【００２４】
しかしながら、本発明に係るリニアモータの積層フレクシャベアリング群１７においては、ヨーク１２に外周縁部１７ｂが固定される前に、結合ボルト１７６によって該外周縁部１７ｂが結合され、かつ中央部１７ａが結合ボルト１７４によって結合されている。従って、スペーサ１７２、１７３、押え板１７５、１７４やフレクシャベアリング同士は不動の状態にされている。この状態の積層フレクシャベアリング群１７を締結ボルト１７７およびナット１７９を回しつつ押圧しても、フレクシャベアリングの位相ずれやスペーサ、押え板の位置ずれは皆無である。このため、各フレクシャベアリングに均等に荷重がかかり、一部のフレクシャベアリングに荷重が偏って早期に破損するような現象を確実に回避できるのである。
【００２５】
上記実施例の積層フレクシャベアリング群１７は、リニアモータと別体に組付ける。そのために治具を用意する。治具はリニアモータのシャフト部１６ａと同一径のシャフト部と、ヨーク１２の外側筒部１２ａを持つ。該治具の外側筒部には結合ボルト１７６の位置に対応した突起を設けてもよい。治具シャフト部の当接肩部に後締め押え板１７４を嵌合するとともに、突起に外周側押え板１７５を嵌合する。続けて板ばね部材１７１、内周側スペーサ１７２の順に治具シャフト部を嵌合し、突起に外周側スペーサ１７３を嵌合する。以降も同順に嵌合するが、このとき板ばね部材１７１の位相を同一にする。最後の押え板１７４、１７５を嵌合し終えたら、結合ボルト１７８で中央部１７４ｂを固定し、外周縁部１７４ａを固定する前の積層フレクシャベアリング群１７を治具から除去して該外周縁部１７４ａを結合ボルト１７６で固定する。かくて本発明の積層フレクシャベアリング群１７が製作される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一例に係るリニアモータの断面図である。
【図２】  同リニアモータの可動子を支持した積層フレクシャ・ベアリング群の拡大断面図である。
【図３】  同積層フレクシャベアリング群の正面図である。
【図４】  同リニアモータへ組込み前の積層フレクシャベアリング群を示す断面図である。
【図５】  同積層フレクシャベアリング群の一つの要素を示す正面図である。
【図６】  同積層フレクシャベアリング群の中央部に介装されるスペーサの正面図である。
【図７】  同積層フレクシャベアリング群の他の例を示す断面図である。
【図８】  同積層フレクシャベアリング群の更に他の例を示す断面図である。
【図９】  積層フレクシャ・ベアリング群の比較例の断面図である。
【図１０】  比較例に係る積層フレクシャベアリング群の正面図である。
【符号の説明】
１０…圧縮機、１０ａ…ハウジング、１０ｂ…リニアモータ、１１ａ，１１ｂ…収容室、１１ｃ…シリンダ部、１２…ヨーク（固定子）、１２ａ…外側筒部、１２ｂ…内側筒部、１２ｃ…内孔、１２ｄ…突出部、１３…マグネット、１４…ボビン、１５…コイル、１６…作動ピストン（可動子）、１６ａ…シャフト部、１６ａ1…当接肩部、１６ａ3…当接肩部、１６ｂ…ピストン部、１６ｃ…フランジ部、１７…積層フレクシャベアリング、１７ａ…中央部、１７ｂ…外周縁部、１８…連結管、２０…膨張機、２０ａ…ハウジング、２０ｂ…リニアモータ、２１ａ…収容室、２１ｂ…シリンダ部、２１ｃ…圧縮スプリング、２２…作動ピストン、２２ａ…軸部、２２ｂ…ピストン部、２２ｃ…フランジ部、２３…再生器、２４…ヨーク、２４ａ…外側筒部、２４ｂ…内側筒部、２５…マグネット、２６…ボビン、２７…コイル、圧縮室Ｒ1、Ｒ2…膨張室、１７１…板ばね部材、１７１ｃ…スリット、１７２…内周側スペーサ、１７３…外周側スペーサ、１７４…内周側押え板、１７５…外周側押え板、１７６…結合ボルト、１７７…締結ボルト、１７８…結合ボルト。
【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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