| 【発明の名称】 |
圧縮機および冷凍機 |
| 【発明者】 |
【氏名】平塚 善勝
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| 【要約】 |
【課題】運転時におけるピストン部材とシリンダ部材との非接触を確保する。
【解決手段】断面円筒状の圧縮機ケーシング１の一方の端板部材１ａの中央部を貫通する状態でピストン部材２が固定されているとともに、ピストン部材２に対して非接触状態で往復動できるようにシリンダ部材３の両端部がばね部材４を介して圧縮機ケーシング１の内面所定位置に支持されており、ピストン部材２の外周面がテーパ面２ａに形成されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧縮機本体（１）（１ａ）の所定位置にピストン部材（２）を設けているとともに、駆動源（５）（６）（７）により往復動されるシリンダ部材（３）を設けており、しかも、シリンダ部材（３）をピストン部材（２）に対して非接触状態で往復動させるべくシリンダ部材（３）の両端部をばね部材（４）により支持させているとともに、ピストン部材（２）の外表面を半径が徐々に変化するテーパ面（２ａ）に形成していることを特徴とする圧縮機。
【請求項２】 前記ばね部材（４）はフレクチャばね（４）である請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】 前記テーパ面は、シリンダ部材（３）の抜け方向の端部の半径が小さくなるように設定されたものである請求項１または請求項２に記載の圧縮機。
【請求項４】 請求項１から請求項３の何れかの圧縮機をスターリング型の冷凍機の圧縮源として採用することを特徴とする冷凍機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は圧縮機および冷凍機に関し、さらに詳細にいえば、ピストン部材とシリンダ部材とを相対的に往復動させるようにしたリニア駆動の圧縮機およびこの圧縮機を圧縮源として採用する冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、スターリング型の冷凍機の圧縮源としてリニア駆動の圧縮機が採用されている。そして、このリニア駆動の圧縮機においては、冷凍機の信頼性を向上させるために、オックスフォード型の軸受けを使用することが一般的である。
【０００３】この場合には、ピストン部材とシリンダ部材とを非接触状態に保持したままで相対的往復動を行わせることができ、この結果、ピストン部材とシリンダ部材との摩耗を未然に防止して性能劣化を避けることができる。
【０００４】この場合には、ピストン部材とシリンダ部材との非接触状態を確保するために、圧縮機の組立時に、３次元測定機を用いて組み立て状態を確認し、または治具を用いて組立精度を確保するなどの対処が従来から行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の構成の圧縮機においては、あくまでも非動作状態におけるピストン部材とシリンダ部材との非接触状態が確認されているだけであるから、運転状態においてピストン部材とシリンダ部材とが非接触であることまでは保証されていない。ここで、ピストン部材とシリンダ部材とのクリアランスを大きくすれば、運転状態における非接触状態を確保することができるが、ピストン部材とシリンダ部材との間に気密保持が不十分になり、十分な性能を発揮させることができなくなってしまう。したがって、ピストン部材とシリンダ部材とのクリアランスを可能な限り小さくするとともに、この状態において非接触状態を確保することが要求されることになる。
【０００６】そして、このようにクリアランスを小さく設定した場合には、非動作状態におけるピストン部材とシリンダ部材との非接触が確保されていたとしても、往復動に伴う支持ばねの変形などに起因するぶれによって、ピストン部材とシリンダ部材とが接触し、摩耗が発生して性能劣化を招いてしまう可能性があり、しかもこのような状態か否かを簡単には判定することができないので、運転状態においてピストン部材とシリンダ部材とが接触する圧縮機を採用してしまい、この結果、圧縮機の信頼性が低下してしまうという不都合がある。
【０００７】具体的には、宇宙用の冷凍機に要求される動作寿命は５万時間であるから圧縮機の動作寿命も５万時間以上でなければならない。しかし、ピストン部材に摺動材を使用した固体潤滑式のスターリング冷凍機用圧縮機の動作寿命は現段階で数千時間程度である。これは、摺動材、シリンダ部材の摩耗によるシール性能の低下に伴う冷凍性能の低下が原因である（図３参照）。同様に、運転状態においてピストン部材とシリンダ部材とが接触する圧縮機の動作寿命も数千時間程度にまで短くなってしまう。
【０００８】
【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ピストン部材とシリンダ部材とを非接触状態で相対的に往復動作させる状態を確実に確保することができる圧縮機およびこのような圧縮機を圧縮源として採用する冷凍機を提供することを目的としている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】請求項１の圧縮機は、圧縮機本体の所定位置にピストン部材を設けているとともに、駆動源により往復動されるシリンダ部材を設けており、しかも、シリンダ部材をピストン部材に対して非接触状態で往復動させるべくシリンダ部材の両端部をばね部材により支持させているとともに、ピストン部材の外表面を半径が徐々に変化するテーパ面に形成しているものである。
【００１０】請求項２の圧縮機は、前記ばね部材としてフレクチャばねを採用するものである。
【００１１】請求項３の圧縮機は、前記テーパ面がシリンダ部材の抜け方向の端部の半径が小さくなるように設定されたものである。
【００１２】請求項４の冷凍機は、請求項１から請求項３の何れかの圧縮機をスターリング型の冷凍機の圧縮源として採用するものである。
【００１３】
【作用】請求項１の圧縮機であれば、圧縮機本体の所定位置にピストン部材を設けているとともに、駆動源により往復動されるシリンダ部材を設けており、しかも、シリンダ部材をピストン部材に対して非接触状態で往復動させるべくシリンダ部材の両端部をばね部材により支持させているとともに、ピストン部材の外表面を半径が徐々に変化するテーパ面に形成しているのであるから、ピストン部材に対してシリンダ部材を非接触状態で往復動させて流体の吸入、圧縮、吐出を行わせることができる。そして、ピストン部材の外表面をテーパ面に形成したことに起因して、クエット流れが形成され、このクエット流れがガスベアリングとして機能するので、ピストン部材とシリンダ部材との非接触状態を確実に確保することができる。したがって、非接触状態で往復動させることに起因して、ピストン部材、シリンダ部材の摩耗を未然に防止し、性能劣化を未然に防止することができる。請求項２の圧縮機は、前記ばね部材としてフレクチャばねを採用するのであるから、他のばね部材を採用する場合と比較してピストン部材のぶれを大幅に低減することができるほか、請求項１と同様の作用を達成することができる。
【００１４】請求項３の圧縮機であれば、前記テーパ面がシリンダ部材の抜け方向の端部の半径が小さくなるように設定されているのであるから、テーパ面を逆向きに形成する場合と比較して、ピストン部材とシリンダ部材との運転状態における接触をより確実に防止することができるほか、請求項１または請求項２と同様の作用を達成することができる。
【００１５】請求項４の冷凍機であれば、請求項１から請求項３の何れかの圧縮機をスターリング型の冷凍機の圧縮源として採用するのであるから、圧縮源として採用される圧縮機の運転状態において非接触状態を確保することができ、ひいては冷凍機全体としての信頼性を高めることができるとともに、冷凍効率をも高めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、この発明の圧縮機および冷凍機の実施の態様を詳細に説明する。
【００１７】図１はこの発明の圧縮機の一実施態様を示す縦断面図である。
【００１８】この圧縮機は、断面円筒状の圧縮機ケーシング１の一方の端板部材１ａの中央部を貫通する状態でピストン部材２が固定されているとともに、ピストン部材２に対して非接触状態で往復動できるようにシリンダ部材３の両端部がばね部材４を介して圧縮機ケーシング１の内面所定位置に支持されている。そして、シリンダ部材３を包囲するように永久磁石５および磁路形成部材６を設け、この磁路形成部材６の所定位置に形成したエアギャップに進退自在に設けたコイル部材７とシリンダ部材３の所定位置とを連結部材８によって連結している。なお、圧縮機ケーシング１の内面所定位置に支持連結部材９を設けて、前記ばね部材４および磁路形成部材６を支持している。また、前記永久磁石５、磁路形成部材６およびコイル部材７でリニアモータを構成している。さらに、前記ばね部材４としては従来公知の種々のばね部材を採用することが可能であるが、ＳＵＳ、ＢｒＣｕなどからなる弾性板部材に対して渦巻き状の複数本のスリットを形成してなるばね部材（フレクチャばね、図２参照）を採用することが好ましく、往復動に伴うシリンダ部材３のぶれを大幅に抑制することができる。さらにまた、前記ピストン部材２とシリンダ部材３とで圧縮室を形成しているとともに、ピストン部材２を軸方向に貫通する貫通孔２ｂによって圧縮室と外部配管（図示せず）とを連通している。なお、流体の吸入、圧縮、吐出を行わせるための弁部材は図示を省略している。
【００１９】前記ピストン部材２は、その外周面を基部側が大径、先部側が小径となるテーパ面２ａに形成している。なお、このテーパ面２ａは、例えば、ピストン部材２の基部におけるシリンダ部材３とのクリアランスが１０〜１５μｍ、ピストン部材２の先部におけるシリンダ部材３とのクリアランスが２０μｍとなるように設定されている。
【００２０】上記の構成の圧縮機の作用は次のとおりである。
【００２１】コイル部材７に対して供給する電流の方向を制御することにより、コイル部材７を往動、もしくは復動させ、コイル部材７と共にシリンダ部材３を往動、もしくは復動させることができる。したがって、シリンダ部材３を往復動させることにより、流体の吸入、圧縮、吐出を行わせることができる。
【００２２】また、シリンダ部材３の両端部がばね部材４によって支持されているので、シリンダ部材３の往復動に拘わらず、ピストン部材２との摺動を防止し、圧縮機の信頼性を高めることができると思われる。
【００２３】しかし、ばね部材４としてフレクチャばねを採用した場合であっても、ストロークしたところ（変形したところ）で径方向の剛性が弱くなり、シリンダ部材３などの自重の影響を受けて、非変形状態の中心位置に対して変形状態の中心位置がずれてしまう可能性がある。そして、中心位置がずれてしまうと、ピストン部材２とシリンダ部材３とが接触してしまい、運転に伴って摩耗が発生することになる。しかし、ピストン部材２の外周面をテーパ面に形成しているので、クエット流れ（平行な２つの平面の間に流体を満たし、一方の平面壁がその面の方向に一定速度で運動しているとき、２平面壁の間に生じるせん断流れ）によるガスベアリングの作用によって上記中心位置のずれを自動的に修正し、ピストン部材２とシリンダ部材３との非接触状態を確実に保持し続けることができる。
【００２４】この結果、組立時におけるピストン部材２とシリンダ部材３とのクリアランスを中心位置のずれを考慮して大きくしなくても、両者の接触を確実に阻止することができ、ひいてはクリアランスを小さくして十分な圧縮効率を達成することができる。
【００２５】また、図１の実施態様の圧縮機をスターリング型の冷凍機の圧縮源として採用することが可能であり、この場合には、圧縮源の信頼性を高めることによって冷凍機全体としての信頼性を高めることができるとともに、冷凍効率を高めることができる（摩耗量／シールクリアランスに対応する冷凍能力低下率を示す図３を参照）。
【００２６】
【発明の効果】請求項１の発明は、ピストン部材の外表面をテーパ面に形成したことに起因して、クエット流れが形成され、このクエット流れがガスベアリングとして機能するので、ピストン部材とシリンダ部材との非接触状態を確実に確保することができ、ひいては、ピストン部材、シリンダ部材の摩耗を未然に防止し、性能劣化を未然に防止することができるという特有の効果を奏する。
【００２７】請求項２の発明は、他のばね部材を採用する場合と比較してピストン部材のぶれを大幅に低減することができるほか、請求項１と同様の効果を奏する。
【００２８】請求項３の発明は、テーパ面を逆向きに形成する場合と比較して、ピストン部材とシリンダ部材との運転状態における接触をより確実に防止することができるほか、請求項１または請求項２と同様の効果を奏する。
【００２９】請求項４の発明は、圧縮源として採用される圧縮機の運転状態において非接触状態を確保することができ、ひいては冷凍機全体としての信頼性を高めることができるとともに、冷凍効率をも高めることができるという特有の効果を奏する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２８５３
【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１１月１１日（１９９９．１１．１１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８７８０４
【弁理士】
【氏名又は名称】津川 友士
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１３２６３７（Ｐ２００１−１３２６３７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月１８日（２００１．５．１８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３２１１９２ |
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