JPH06323671A - ガス圧縮膨張機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 潤滑油がガス圧縮膨張部に侵入することを防
止する。 【構成】 ピストン６が嵌装されるシリンダ３とクラン
ク９を介してピストン６に接続されるクランク駆動部４
とが連通する空間を仕切って潤滑油８をシールする油シ
ール部を有して、シリンダ３内のピストン６の駆動によ
って作動ガスを圧縮または膨張させるガス圧縮膨張機１
において、油シール部が磁気シール機能を有すると共
に、油シール部の前後のクランク室２１とピストン後方
空間２２を油フィルタ２３を介して連通する連通管２４
を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スターリング冷凍機等
に適用されるガス圧縮膨張機に係り、特に、潤滑油シー
ルに好適なガス圧縮膨張機に関する。

【０００２】

【従来の技術】バイオテクノロジーの分野や電子デバイ
スの分野等の先端技術の分野で各種試料や材料を超低温
で保存する技術の開発が望まれている。特に、スターリ
ング冷凍機等のガス圧縮膨張機による冷凍機は、効率が
極めて良く超低温を実現することができるために各種赤
外線センサ、超電導デバイス等の冷却用やバイオメディ
カル用のフリーザ、冷凍庫等に利用されつつある。

【０００３】図４は、この種の従来のガス圧縮膨張機の
一例を示している。

【０００４】図において、ガス圧縮膨張機１は、上下断
面細長の外容器本体２に、上部にシリンダ３と下部にク
ランク駆動部４とを配設し、流路５によって図示省略す
る他の部所に連通している。この他の部所としてはスタ
ーリング冷凍機の場合、ガス圧縮または膨張する部所で
ある。また、このガス圧縮膨張機１は、パルスチューブ
冷凍機またはＧＭサイクル冷凍機等のガス圧縮機として
用いられる。シリンダ３は、内側にピストン６を有し、
このピストン６の前方とシリンダ３とによってピストン
前方空間７を形成している。

【０００５】クランク駆動部４は、底部に潤滑油８を充
たしており、図示省略する駆動モータにより回転するク
ランク９の軸部１１に軸着されるコンロッド１０の他端
がピストン６に接続するピストンロッド１３の一端の軸
部１２に回動自在に軸着され、ピストンロッド１３は、
オイルシール１４を施した油シール部１５の貫通部１６
を上下に摺動自在としている。

【０００６】まず、図示省略する駆動モータの駆動によ
り連動するクランク９が回転すると、クランク９の軸部
１１の一端に軸着されるコンロッド１０が運動して他端
の軸部１２に軸着されるピストンロッド１３を上下方向
の往復運動とする。これによって、ピストン前方空間７
では、作動ガスが圧縮または膨張されて流路５を経て他
の図示省略するガス圧縮膨張部等へ供給され、または、
逆に供給される。このとき、クランク９の各々の軸受に
潤滑油８が供給され各軸部が円滑に動作がされる。

【０００７】また、図５は、他の従来例を示すガス圧縮
膨張機の概略断面図である。

【０００８】図４に示したガス圧縮膨張機１と異なる点
は、油シール部１５の代わりにピストンロッド１３が貫
通してダイアフラム１７に接合される一方、外容器本体
２の内壁に接合され、ピストンロッド１３が上下方向に
所定の範囲へ移動可能として、クランク９の回転をピス
トン６の往復運動とするようにしたことである。このガ
ス圧縮膨張機１によれば、ダイアフラム１７によって完
全に潤滑油８がシールされる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４お
よび図５で説明した従来のガス圧縮膨張機１では、次の
ような問題がある。

【００１０】まず、図４に示すガス圧縮膨張機１では、
潤滑油８がピストン前方空間７に侵入しないようにオイ
ルシール１４を施した油シール部１５を設けているがオ
イルシール１４のみで潤滑油８の侵入を防止することが
困難である。例えば、ガス圧縮膨張機１を冷凍機として
用いれば、潤滑油８が作動ガスに混入することによつて
ピストン前方空間７での熱交換効率が低下したり、流路
５を介して流入する潤滑油８を含む作動ガスにより蓄冷
器の蓄冷能力が劣化して、結果的に冷凍能力が低下する
という問題が生じる。

【００１１】また、図５に示すガス圧縮膨張機１では、
油シールがほぼ完全にされるが、ダイアフラム１７の前
後の圧力差のためダイアフラム１７が劣化して破損し易
いという問題がある。

【００１２】そこで、本発明は油シール部を完全にする
と共に、油シール部が劣化を防ぐガス圧縮膨張機を提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ピス
トンが嵌装されるシリンダ室と前記ピストンを駆動する
クランクが収納されるクランク室とが油シール部により
仕切られた構造を有し、前記ピストンの駆動によって前
記シリンダ室のピストン前方空間の作動ガスを圧縮また
は膨張させるガス圧縮膨張機において、前記油シール部
が磁気シール機能を有すると共に、前記クランク室と前
記シリンダ室のピストン後方空間とが油フィルタを介し
て連通される連通管を設けるようにしたものである。

【００１４】請求項２の発明は、ピストンが嵌装される
シリンダ室と前記ピストンを駆動するクランクが収納さ
れるクランク室とがダイヤフラムにより仕切られた構造
を有し、前記ピストンの駆動によって前記シリンダ室の
ピストン前方空間の作動ガスを圧縮または膨張させるガ
ス圧縮膨張機において、前記クランク室と前記ピストン
後方空間とが油フィルタを介して連通される連通管を設
けるようにしたものである。

【００１５】

【作用】請求項１の発明は、油シール部の前後の空間を
油フィルタを介して連通させ、磁気油シール部の前後の
圧力差を少なくし、磁気機構のシール効果を高めるよう
にしたため潤滑油がシリンダ室に侵入することが防止で
きる。従って、ガス圧縮膨張機を冷凍機として用いたと
しても熱交換効率が低下したり、蓄冷器の蓄冷能力が劣
化することがない。

【００１６】請求項２の発明は、ダイアフラムの前後に
圧力差が少ない上に、ダイアフラムの動きに対応してダ
イアフラムに加わる力が緩和される。従って、ダイアフ
ラムに加わる力が軽減されてダイアフラムが劣化して破
損することがなく、信頼性の向上する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１８】図１は、本発明の第１実施例を示すガス圧
縮膨張機の概略断面図である。

【００１９】図において、ガス圧縮膨張機１は、上下断
面細長の外容器本体２に、上部にシリンダ３と下部にク
ランク駆動部４とを配設し、流路５によって図示省略す
る他のガス圧縮膨張部等に連通している。シリンダ３
は、内側にピストン６を有し、このピストン６の前方と
シリンダ３とによってピストン前方空間７を形成してい
る。

【００２０】クランク駆動部４は、底部に潤滑油８を充
たしており、図示省略する駆動モータにより回転するク
ランク９の軸部１１に軸着されるコンロッド１０の他端
がピストン６に接続するピストンロッド１３の一端の軸
部１２に回動自在に軸着され、ピストンロッド１３は、
後述する磁気機構１９を有する磁気油シール部２０の貫
通部１６を上下に摺動自在としている。

【００２１】クランク駆動部４のクランク室２１とピス
トン６の下部のピストン後方空間２２とは油フィルタ２
３を設けた連通管２４によって連通するように接続され
ている。

【００２２】まず、図示省略する駆動モータの駆動によ
り連動するクランク９が回転すると、クランク９の軸部
１１が軸着されるコンロッド１０が運動して他端の軸部
１２に軸着されるピストンロッド１３を上下方向の往復
運動とする。これによって、ピストン前方空間７では、
作動ガスが圧縮または膨張されて流路５を経て他の図示
省略するガス圧縮膨張部等へ供給され、または、逆に供
給される。

【００２３】ここで、ピストン６が下方へ駆動すると、
ピストン後方空間２２の作動ガスが連通管２４を通過し
て下部のクランク室２１へ流入し、ピストン６が上方へ
駆動すると、クランク室２１の作動ガスが連通管２４を
通ってピストン後方空間２２へ流入する。このとき、ク
ランク室２１の作動ガスに含む潤滑油８が油フィルタ２
３によって除去される。これにより、磁気油シール部２
０の上方と下方との圧力差が極めて少なくなると共に、
連通管２４からの潤滑油８が油フィルタ２３により除去
されピストン後方空間２２に流入することが防止され
る。

【００２４】次に、磁気機構１９の動作原理の一例を図
２を参照して説明すると、ピストンロッド１３の外側を
磁石１９ａが囲むように配置され、磁石１９ａの上側に
磁性体１９ｂと下側に磁性体１９ｃが設けられている。

【００２５】この構成で、磁石１９ａによって磁性体１
９ｂ，１９ｃに磁束を発生させ、この磁束が磁性体１９
ｂ，１９ｃ隙間に集中し、磁性流体２５がピストンロッ
ド１３の上下方向へ磁路が形成される。この場合、一般
に磁気シールに働く磁気応力と圧力差とは、印加磁場を
大きくすれば、圧力差は概略で磁場の大きさに比例す
る。従って、磁石１９ａの磁場の大きさに応じて圧力差
に耐えられるように、磁気シールがされる。しかも、連
通管２４によつて磁気油シール部２０の前後の圧力差が
極めて少なくなっているため、磁気機構１９によって効
果的に油シールがされる。

【００２６】このように、クランク室２１とピストン後
方空間２２との間の油シールのために磁気機構１９を設
け、かつ、磁気油シール部２０の前後の圧力差を少なく
して、磁気機構１９のシール効果を高めるようにしたた
め潤滑油８がクランク室２１からピストン後方空間２２
へ侵入して、ひいては、ピストン前方空間７に侵入する
ことが防止できる。従って、ガス圧縮膨張機１を冷凍機
として用いたとしても熱交換効率が低下したり、蓄冷器
の蓄冷能力が劣化することがない。

【００２７】図３は、本発明の第２実施例を示すガス圧
縮膨張機の概略断面図である。

【００２８】従来例を示す図５と異なる点は、ダイアフ
ラム１７の上方のピストン後方空間２６と下方のクラン
ク室２７とを油フィルタ２３を介して連通する連通管２
４を設けたことである。

【００２９】上記構成で、ダイアフラム１７に接合され
るピストンロッド１３が上下に駆動してピストン６が上
下に往復運動される。この場合に、ピストン６が上方へ
移動したときダイアフラム１７を上方へ引っ張られると
共に、クランク室２７の作動ガスがピストン後方空間２
６へ連通管２４によって流入され、ダイアフラム１７に
加わる力が緩和される。また、ピストン６が下方へ移動
すると、ダイアフラム１７を下方へ引っ張られると共
に、ピストン後方空間２６の気体がクランク室２７へ連
通管２４によって流入され、ダイアフラム１７に加わる
力が緩和される。

【００３０】従って、ダイアフラム１７の前後に圧力差
が少ない上に、ダイアフラム１７の動きに対応してダイ
アフラム１７に加わる力が緩和される。

【００３１】このように、ダイアフラム１７に加わる力
が軽減されるから従来のようにダイアフラム１７が劣化
して破損することがなく、信頼性の向上したガス圧縮膨
張機となる。

【００３２】

【発明の効果】請求項１の発明は、磁気油シール部の前
後の圧力差を少なくして、磁気機構のシール効果が高め
られるようにしたため潤滑油がガス圧縮膨張部に侵入す
ることが防止できる。従って、ガス圧縮膨張機を冷凍機
として用いたとしても熱交換効率が低下したり、蓄冷器
の蓄冷能力が劣化することがない。

【００３３】請求項２の発明は、ダイアフラムの前後に
圧力差が少ない上に、ダイアフラムの動きに対応してダ
イアフラムに加わる力が緩和されるためダイアフラムが
劣化して破損することがなく、信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すガス圧縮膨張機の概
略断面図。

【図２】図１の磁気シール機構の動作原理を示す説明
図。

【図３】本発明の第２実施例を示すガス圧縮膨張機の概
略断面図。

【図４】従来例を示すガス圧縮膨張機の図１に対する概
略断面図。

【図５】従来例を示すガス圧縮膨張機の図３に対する概
略断面図。

【符号の説明】

１ ガス圧縮膨張機 ２ 外容器本体 ３ シリンダ ４ クランク駆動部 ５ 流路 ６ ピストン ７ ピストン前方空間 ８ 潤滑油 ９ クランク １０ コンロッド １３ ピストンロッド １７ ダイアフラム １９ 磁気機構 ２０ 磁気油シール部 ２１、２７ クランク室 ２２、２６ ピストン後方空間 ２３ 油フィルタ ２４ 連通管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中里 孝 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 但野 力雄 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンが嵌装されるシリンダ室と前記
   ピストンを駆動するクランクが収納されるクランク室と
   が油シール部により仕切られた構造を有し、前記ピスト
   ンの駆動によって前記シリンダ室のピストン前方空間の
   作動ガスを圧縮または膨張させるガス圧縮膨張機におい
   て、 前記油シール部が磁気シール機能を有すると共に、前記
   クランク室と前記シリンダ室のピストン後方空間とが油
   フィルタを介して連通される連通管を備えたことを特徴
   とするガス圧縮膨張機。
2. 【請求項２】 ピストンが嵌装されるシリンダ室と前記
   ピストンを駆動するクランクが収納されるクランク室と
   がダイヤフラムにより仕切られた構造を有し、前記ピス
   トンの駆動によって前記シリンダ室のピストン前方空間
   の作動ガスを圧縮または膨張させるガス圧縮膨張機にお
   いて、 前記クランク室と前記ピストン後方空間とが油フィルタ
   を介して連通される連通管を備えたことを特徴とするガ
   ス圧縮膨張機。