JPH112466A - 振動型圧縮機及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮空間８内で両ピストン７，７の対向部同
士を連結し、該両ピストン７，７をシリンダ３に対して
それぞれ往復動可能に弾性支持するコイルばね２５と、
両ピストン７，７の背面部にそれぞれ連結され、圧縮空
間８で冷媒ガスが周期的に圧縮されるように両ピストン
７，７をシリンダ３内で互いに接離するように往復動さ
せる１対のリニアモータ１５，１５とを備えた振動型圧
縮機Ａに対して、その圧縮機Ａの低振動化を図りつつ、
その組立性を向上させる。 【解決手段】 両ピストン７，７が、各々、コイルばね
２５が連結された対向側とリニアモータ１５が連結され
た背面側とが互いに別部材１２，１３で構成されかつ一
体に結合されてなるものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディスプレーサの
往復動により極低温レベルの寒冷を発生させる膨張機を
有するスターリング冷凍機等において、膨張機に供給す
るガスを圧縮する振動型圧縮機に関し、特に、その振動
の発生を抑制しかつ組立性を向上させるための技術分野
に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、このフリーディスプレーサ型
スターリング冷凍機は、極低温レベルの寒冷を発生させ
る小型冷凍機の一種として知られている。この冷凍機
は、ガスを圧縮する振動型圧縮機と、該圧縮機から吐出
されたガスを膨張させる膨張機とを組み合わせたもので
ある。

【０００３】上記振動型圧縮機として、例えば特開平６
―１７４３２１号公報に示されるように対向式のものが
知られている。この対向式の圧縮機は、図６に示すよう
に、密閉状のハウジング（１０１）と、該ハウジング
（１０１）内に配置されたシリンダ（１０３）と、該シ
リンダ（１０３）内に往復動可能に嵌装され、シリンダ
（１０３）の長さ方向中央部内に圧縮空間（１０８）を
区画する１対のピストン（１０７），（１０７）と、該
各ピストン（１０７）を往復駆動する駆動源としてのリ
ニアモータ（１１５），（１１５）とを備え、上記圧縮
空間（１０８）はガス通路（１０９）及び連結管（図示
せず）を介して膨張機に接続されている。上記各リニア
モータ（１１５）はシリンダ（１０３）周りに配置され
た環状の永久磁石からなる駆動磁石（１１６）を有し、
この磁石（１１６）により、シリンダ（１０３）の中心
と同心の円筒状の空間に磁界を発生させる。この空間に
は中心部にて上記ピストン（１０７）に一体的に固定さ
れたボビン（１１７）が配設され、該ボビン（１１７）
の外周には電磁コイルからなる駆動コイル（１１８）が
巻き付けられている。また、上記各ピストン（１０７）
の背面側と、シリンダ（１０３）の開口端に対向するハ
ウジング（１０１）内壁面との間には、それぞれピスト
ン（１０７）を往復動可能に弾性支持するためのコイル
ばね（１２５）が架設されており、リニアモータ（１１
５）の駆動コイル（１１８）に所定周波数の交流を供給
することで、その駆動コイル（１１８）に流れる電流と
磁石（１１６）による空間内を通る磁界との間で作用す
る磁力によりボビン（１１７）及びそれと一体のピスト
ン（１０７）を駆動して両ピストン（１０７），（１０
７）をシリンダ（１０３）内で互いに接離するように往
復移動させ、このことにより圧縮空間（１０８）で所定
周期のガス圧を発生させるようになされている。

【０００４】一方、図示しないが、膨張機は円筒状シリ
ンダを有し、このシリンダ内にはシリンダ内を膨張空間
と作動空間とに区画するフリーディスプレーサが往復動
可能に嵌装されている。このディスプレーサは、内部に
蓄冷器（再生式熱交換器）を充填したもので、該蓄冷器
は膨張空間及び作動空間にそれぞれ連通されている。上
記作動空間内には、ディスプレーサを往復動可能に弾性
支持するコイルばねが配設されている。さらに、作動空
間は上記連結管を介して上記圧縮機の圧縮空間（１０
８）に接続されており、圧縮機からのガス圧によりディ
スプレーサを往復動させてガスを膨張空間で膨張させる
ことにより、シリンダ先端のコールドヘッドに寒冷を発
生させるようになされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な対向式の振動型圧縮機においては、各ピストン（１０
７）はボビン（１１７）と一体化されて可動部をなし、
この可動部がコイルばね（１２５）によって中立位置を
基準に往復動するように懸架されており、この可動部の
共振系による共振周波数（固有振動数）にリニアモータ
（１１５）の電源周波数を一致させることで、高効率化
を図っている。すなわち、コイルばね（１２５）のばね
定数を（Ｋｐ）、圧縮空間（１０８）内のガスによるガ
スばね定数を（Ｋｇ）、可動部の質量を（Ｍｐ）とする
と、共振周波数（ｆ）は、 ｆ＝（１／２π）・｛（Ｋｐ＋Ｋｇ）／Ｍｐ｝^1/2 で決定され、この共振周波数が電源周波数に一致するよ
うに各パラメータ（Ｋｐ），（Ｋｇ），（Ｍｐ）が決定
される。

【０００６】ところが、上記可動部の質量（Ｍｐ）を両
可動部間で一定の精度以内に一致させることは比較的容
易であるが、コイルばね（１２５）のばね定数（Ｋｇ）
については、製造段階で固体差によるある程度（例えば
±１０％程度）のばらつきが生じるのは現状では避けら
れない。このため、両方の可動部の共振周波数が不一致
状態になって振動が生じる。そして、この振動がコイル
ばね（１２５）を通じてハウジング（１０１）に伝わっ
て圧縮機全体が振動する。この振動により、圧縮機の寿
命が低下したり、振動を嫌う機器の用途に不向きとなっ
たりするという問題があった。

【０００７】そこで、圧縮空間（１０８）内にコイルば
ね等の１つの弾性部材を設け、その弾性部材により両可
動部の対向部同士を連結するようにすることが考えられ
る。こうすることで、この弾性部材に固体差によるばね
定数のばらつきがあっても、それは両方の可動部に同じ
ように影響するようになるので、各可動部をそれぞれ弾
性部材を用いて支持する場合のように両可動部の共振周
波数が不一致状態になることはなく、振動の発生を抑制
することができる。しかも、可動部は相対する可動部に
対してのみに弾性部材により連結されていて、圧縮機の
ハウジングには直接に連結されていないので、仮に振動
が発生したとしても、その振動が弾性部材を介してハウ
ジング（１０１）に伝わることもない。したがって、こ
れらにより圧縮機の振動を有効に低減することができ
る。

【０００８】しかし、上記のように、両可動部の対向部
同士を弾性部材で連結する場合、この圧縮機を製造する
際、各ボビン（１１７）とピストン（１０７）とが一体
化された両可動部同士を予め弾性部材で連結しておく
と、各ボビン（１１７）がシリンダ（１０３）の内径よ
りも大きいためにそれらをシリンダ（１０３）内に嵌装
することができなくなるので、両可動部をシリンダ（１
０３）の両開口端よりそれぞれ嵌装しながらその両可動
部同士を弾性部材で連結する必要がある。このため、そ
の組立作業は非常に困難となる。

【０００９】また、可動部がハウジング（１０１）に連
結されていないことに起因してシリンダ（１０３）の軸
心回りに回転する可能性があり、圧縮機の性能をより安
定させるために可動部を回転しないように回り止め機構
を設けることが考えられるが、この場合には、可動部の
回転方向の位置決めを行う必要がある。しかし、弾性部
材との連結時に可動部が回転する虞れがあり、その組立
作業がより一層困難になるという問題がある。

【００１０】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、上記のような対向式
の振動型圧縮機において、両可動部の対向部同士を弾性
部材で連結して圧縮機の低振動化を図るようにする場合
に、その可動部の構成を改良することによって、その組
立を容易に行えるようにすることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、少なくとも一方のピストンは、弾
性部材が連結された対向側とリニアモータが連結された
背面側とが互いに別部材で構成されかつ一体に結合され
てなるようにした。

【００１２】具体的には、請求項１の発明では、図１に
示すように、シリンダ（３）と、上記シリンダ（３）内
の長さ方向中央部に相対向して各々の間に圧縮空間
（８）を区画形成しかつシリンダ（３）の両開口端側に
背面部がそれぞれ位置するように嵌装された１対のピス
トン（７），（７）と、上記圧縮空間（８）内で上記両
ピストン（７），（７）の対向部同士を連結し、該両ピ
ストンをシリンダ（３）に対してそれぞれ往復動可能に
弾性支持する弾性部材（２５）と、上記両ピストン
（７），（７）の背面部にそれぞれ連結され、上記圧縮
空間（８）で冷媒ガスが周期的に圧縮されるように両ピ
ストン（７），（７）をシリンダ（３）内で互いに接離
するように往復動させる１対のリニアモータ（１５），
（１５）とを備えた振動型圧縮機を対象とする。

【００１３】そして、上記少なくとも一方のピストン
（７）は、上記弾性部材（２５）が連結された対向側と
上記リニアモータが連結された背面側とが互いに別部材
（１２），（１３）で構成されかつ一体に結合されてな
ることを特徴とする。

【００１４】上記の構成により、一方のピストン（７）
の対向側構成部材（１２）を背面側構成部材（１３）と
結合しない状態で両ピストン（７），（７）の対向部同
士を弾性部材（２５）で連結し、それらをその状態でシ
リンダ（３）内にその一方の開口端から嵌装した後、背
面側構成部材（１３）を結合していないピストン（７）
の背面側構成部材（１３）を対向側構成部材（１２）と
結合させることができるので、シリンダ（３）に両ピス
トン（７），（７）を嵌装する前にピストン（７），
（７）の対向部同士を弾性部材（２５）で連結しておく
ことができ、その組立をシリンダ（３）に両ピストン
（７），（７）を嵌装させながら行う場合よりも極めて
簡単に行うことができる。また、各ピストン（７）をシ
リンダ（３）の軸心回りに回転しないように回り止め機
構を設ける場合でも、その機構を背面側構成部材（１
３）に設けることで、ピストン（７）の回転方向の位置
決めと関係なく対向部同士を連結することができる。よ
って、圧縮機の低振動化を図りつつ、その組立性を向上
させることができる。

【００１５】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、図１に示すように、両ピストン（７），（７）
が、対向側と背面側との別部材（１２），（１３）でそ
れぞれ構成されているものとする。

【００１６】この発明により、両方のピストン（７），
（７）を完全に同じものとすることができるので、その
質量を精度良く一致させることができる。よって、圧縮
機の振動をより一層低減させることができる。

【００１７】請求項３の発明では、請求項２の発明にお
いて、図１に示すように、各ピストン（７）の背面側構
成部材（１３）は、シリンダ（３）内面で摺動可能に嵌
装されかつシリンダ（３）の長さ方向に延びる貫通孔
（１３ｃ）を有する摺動部（１３ｂ）と、該摺動部（１
３ｂ）のシリンダ（３）外部に位置する部分から半径方
向外側に延び、リニアモータ（１５）に連結されるフラ
ンジ部（１３ａ）とを備え、各ピストン（７）の対向側
構成部材（１２）は、上記摺動部（１３ｂ）の貫通孔
（１３ｃ）に嵌合されかつ冷媒ガスを圧縮する圧縮部
（１２ａ）と、該圧縮部（１２ａ）の背面から上記摺動
部（１３ｂ）の貫通孔（１３ｃ）内を通って上記フラン
ジ部（１３ａ）の背面側まで延びる結合部（１２ｂ）と
を備え、上記各対向側及び背面側構成部材（１２），
（１３）は、上記結合部（１２ｂ）の背面部と上記フラ
ンジ部（１３ａ）の背面部との間に介在した固定板（５
１）により結合されているものとする。

【００１８】このことで、背面側構成部材（１３）の摺
動部（１３ｂ）をシリンダ（３）に嵌装した後、フラン
ジ部（１３ａ）の背面部と結合部（１２ｂ）の背面部と
を固定板（５１）により結合するので、対向側及び背面
側構成部材（１２），（１３）の結合をシリンダ（３）
の外部で行うことができ、この組立をも容易に行うこと
ができる。よって、圧縮機の組立性をさらに向上させる
ことができる。

【００１９】請求項４の発明では、請求項３の発明にお
いて、図５に示すように、各摺動部（１３ｂ）の貫通孔
（１３ｃ）内で圧縮部（１２ａ）の背面側に、該貫通孔
（１３ｃ）内周面と圧縮部（１２ａ）外周面との隙間か
ら圧縮空間（８）の冷媒ガスがシリンダ（３）外部に漏
れるのを阻止するシール手段（５５）が設けられている
ものとする。

【００２０】このことにより、貫通孔（１３ｃ）内周面
と圧縮部（１２ａ）外周面との嵌合の精度が低くても、
圧縮空間（８）の冷媒ガスがシリンダ（３）の外部に漏
れるのを確実に防止することができる。このため、貫通
孔（１３ｃ）内周面と圧縮部（１２ａ）外周面との嵌合
を緩くしておくことで、背面側構成部材（１３）をシリ
ンダ（３）の開口端より嵌装する際、その貫通孔（１３
ｃ）に圧縮部（１２ａ）を嵌合させ易くなる。よって、
圧縮機の効率低下を防止しつつ、組立性を向上させるこ
とができる。

【００２１】請求項５の発明は、請求項３の振動型圧縮
機の製造方法の発明である。この発明では、図３及び図
４に示すように、両ピストン（７），（７）の対向側構
成部材（１２），（１２）の圧縮部（１２ａ），（１２
ａ）同士を弾性部材（２５）でそれぞれ連結してユニッ
ト（１４）とした後、このユニット（１４）を、少なく
とも一方のピストン（７）の対向側及び背面側構成部材
（１２），（１３）を結合しない状態でシリンダ（３）
内に嵌装し、その後、背面側構成部材（１３）を結合し
ていないピストン（７）の背面側構成部材（１３）の摺
動部（１３ｂ）をシリンダ（３）に嵌装した後、該背面
側構成部材（１３）のフランジ部（１３ａ）と対向側構
成部材（１２）の結合部（１２ｂ）とを固定板（５１）
により結合することを特徴とする。こうすることで、請
求項１〜３の発明と同様の作用効果が得られる。

【００２２】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）図１は本発明の実施形態１に係るスター
リング冷凍機用の振動型圧縮機（Ａ）を示し、この圧縮
機（Ａ）は図示しない従来公知のフリーディスプレーサ
型膨張機と組み合わされて冷凍機を構成する。

【００２３】上記圧縮機（Ａ）は水平左右方向に延びる
密閉円筒状のハウジング（１）を有する。このハウジン
グ（１）は、左右方向の中心線を有する円筒壁部（１
ａ）と、この円筒壁部（１ａ）の両端開口部を気密状に
閉塞する円板状の側壁部（１ｂ），（１ｂ）とからな
る。ハウジング（１）内には、両端が開放された左右方
向に延びる１つの円筒状のシリンダ（３）がハウジング
（１）の円筒壁部（１ａ）と同心状に配置されて収容さ
れている。このシリンダ（３）の長さ方向中央の外周に
はシリンダ（３）の中心線と直交する方向に延びる円板
状のフランジ（４）が一体に形成され、このフランジ
（４）の外周端には、シリンダ（３）と同心に左右方向
に延びる円筒状の嵌合部（５）が一体に形成されてお
り、このシリンダ（３）、フランジ（４）及び嵌合部
（５）は純鉄等の磁性材料からなっていてヨーク（継
鉄）を構成している。上記嵌合部（５）はハウジング
（１）の円筒壁部（１ａ）内周に移動不能に嵌合されて
固定されている。

【００２４】上記シリンダ（３）内には左右１対のピス
トン（７），（７）がそれぞれ先端側を対向させた状態
でかつシリンダ（３）の両開口端側に背面部がそれぞれ
位置するように摺動可能に嵌装され、この両ピストン
（７），（７）間のシリンダ（３）により囲まれた部分
が圧縮空間（８）とされている。上記シリンダ（３）、
フランジ（４）及び嵌合部（５）にはシリンダ（３）内
周面から嵌合部（５）外周面まで半径方向に貫通するガ
ス通路（９）が形成されている。このガス通路（９）の
内端は圧縮空間（８）に常時連通されている一方、外端
はハウジング（１）の円筒壁部（１ａ）に開口した貫通
孔（１０）、及び該貫通孔（１０）に連結した連結管
（１１）を介して図外の膨張機に接続されている。

【００２５】上記各ピストン（７）は、後述の如くコイ
ルばね（２５）が連結された先端側（対向側）と後述の
如くリニアモータ（１５）が連結された背面側とが互い
に別部材（１２），（１３）で構成されてなり、この各
背面側構成部材（１３）は、シリンダ（３）内面で摺動
可能に嵌装されかつシリンダ（３）の長さ方向に延びる
貫通孔（１３ｃ）を有する摺動部（１３ｂ）と、この摺
動部（１３ｂ）のシリンダ（３）外部に位置する部分か
ら半径方向外側に延びるフランジ部（１３ａ）とを備え
ている。

【００２６】一方、上記各ピストン（７）の対向側構成
部材（１２）は、上記摺動部（１３ｂ）の貫通孔（１３
ｃ）の対向側端部に嵌合されかつ冷媒ガスを圧縮する圧
縮部（１２ａ）と、該圧縮部（１２ａ）の背面から上記
摺動部（１３ｂ）の貫通孔（１３ｃ）内を通って上記フ
ランジ部（１３ａ）の背面側まで延びる結合部（１２
ｂ）とを備えている。この結合部（１２ｂ）の背面側端
部には雄ねじが形成されている。また、上記圧縮部（１
２ａ）と貫通孔（１３ｃ）との嵌合により、貫通孔（１
３ｃ）内周面と圧縮部（１２ａ）外周面との間がシール
されて圧縮空間（８）の冷媒ガスがシリンダ（３）外部
に漏れないように構成されている。

【００２７】上記対向側構成部材（１２）の結合部（１
２ｂ）の背面側端部には、上記背面側構成部材（１３）
のフランジ部（１３ａ）の背面を押圧するように固定板
（５１）が締付ナット（５２）で締付固定され、このこ
とで、各対向側及び背面側構成部材（１２），（１３）
は互いに結合されて一体とされている。つまり、各対向
側及び背面側構成部材（１２），（１３）は、上記結合
部（１２ｂ）の背面部と上記フランジ部（１３ａ）の背
面部との間に介在した固定板（５１）により結合されて
いることになる。尚、上記背面側構成部材（１３）の貫
通孔（１３ｃ）内周面と対向側構成部材（１２）の結合
部（１２ｂ）外周面との間には、対向側構成部材（１
２）の圧縮部（１２ａ）が締付ナット（５２）の締付け
により背面側構成部材（１３）の貫通孔（１３ｃ）内に
深く入り込まないように、両端部がその固定板（５１）
と圧縮部（１２ａ）背面とにそれぞれ当接するスペーサ
（５３）が設けられている。

【００２８】上記各ピストン（７）の背面側構成部材
（１３）におけるフランジ部（１３ａ）は、それぞれ各
ピストン（７）を往復駆動する駆動源としての１対のリ
ニアモータ（１５），（１５）に駆動連結されている。
この各リニアモータ（１５）は、シリンダ（３）の外周
に嵌合部（５）内周面と円環状の空間をあけた状態で嵌
合固定された環状の永久磁石からなる駆動磁石（１６）
を有し、この駆動磁石（１６）により、シリンダ
（３）、フランジ（４）及び嵌合部（５）をヨークとし
て駆動磁石（１６）外周面と嵌合部（５）内周面との間
の空間に所定強度の磁界（静止磁場）を発生させる。

【００２９】上記各ピストン（７）の背面側構成部材
（１３）におけるフランジ部（１３ａ）の外周には、リ
ニアモータ（１５）の円筒状ボビン（１７）が基端側に
て移動一体に結合されている。このボビン（１７）は、
ピストン（７）と同心状にシリンダ（３）中央側に延び
かつ先端部が上記駆動磁石（１６）外周面と嵌合部
（５）内周面との間の空間に左右方向に往復動可能に配
置されている。ボビン（１７）の先端寄り外周には上記
駆動磁石（１６）と対応した位置に電磁コイルからなる
駆動コイル（１８）が巻回されている。そして、上記ボ
ビン（１７）及びピストン（７）（詳細には駆動コイル
（１８）、後述の補助コイル（２８）、磁石取付板（４
１）及び磁石取付部材（４２）を含む）で可動部（２
０）が構成され、この可動部（２０）はシリンダ（３）
に対し相対移動可能とされている。また、駆動コイル
（１８）の両端部は、それぞれハウジング（１）の各側
壁部（１ｂ）に絶縁状態で貫通支持した１対の駆動電流
導入端子（２２），（２２）を介して駆動電源（２３）
に接続されており、この駆動電源（２３）から両リニア
モータ（１５），（１５）の駆動コイル（１８），（１
８）に同期して所定周波数の交流を各々の駆動電流導入
端子（２２），（２２）を経て供給することにより、両
ピストン（７），（７）を後述のコイルばね（２５）の
ばね定数等で決まる共振周波数で互いに接離するように
逆方向に往復動させて、圧縮空間（８）で所定周期のガ
ス圧を発生させるように構成されている。

【００３０】さらに、上記各ピストン（７）の対向側構
成部材（１２）における圧縮部（１２ａ）の対向面中心
にはそれぞればね取付部（１２ｃ）が一体形成され、こ
のばね取付部（１２ｃ）の外周には螺旋状のばね取付溝
（１２ｄ）が形成されている。そして、一方のピストン
（７）のばね取付部（１２ｃ）には、ピストン（７），
（７）間の圧縮空間（８）に位置する弾性部材としての
コイルばね（２５）の一端部がばね取付溝（１２ｄ）へ
の螺合により移動不能に取り付けられ、このコイルばね
（２５）の他端部は他方のピストン（７）のばね取付部
（１２ｃ）にばね取付溝（１２ｄ）への同様の螺合状態
で移動不能に取り付けられている。したがって、両可動
部（２０），（２０）同士は、ピストン（７），（７）
の対向部にてシリンダ（３）内の圧縮空間（８）のコイ
ルばね（２５）によって往復動可能に連結されている。

【００３１】また、上記各可動部（２０）をシリンダ
（３）に対し所定の往復動中立位置に保持するように付
勢する中立位置付勢機構（２７）と、各可動部（２０）
がシリンダ（３）に対し軸心回りに回動するのを規制す
る回り止め機構（３６）とが設けられている。上記中立
位置付勢機構（２７）は、上記各リニアモータ（１５）
におけるボビン（１７）基端部の外周の所定位置に上記
駆動コイル（１８）と隣接して巻き付けられた電磁コイ
ルからなる補助コイル（２８）を有する。左側の補助コ
イル（２８）の両端部はハウジング（１）の左側側壁部
（１ｂ）に絶縁状態で貫通支持した１対の位置決め電流
導入端子（２９），（２９）を介して第１直流電源（３
０）に、また右側の補助コイル（２８）の両端部は右側
側壁部（１ｂ）に同様に貫通支持した位置決め電流導入
端子（２９），（２９）を介して第２直流電源（３１）
にそれぞれ接続されている。さらに、ハウジング（１）
の円筒壁部（１ａ）内周にはその右端部寄りに右側可動
部（２０）（右側ピストン（７）等）が近接したことを
検出する右側位置センサ（３２）が、また円筒壁部（１
ａ）内周の左端部寄りに左側可動部（２０）（左側ピス
トン（７）等）が近接したことを検出する左側位置セン
サ（３３）がそれぞれ取り付けられ、右側位置センサ
（３２）は上記第１直流電源（３０）に、また左側位置
センサ（３３）は第２直流電源（３１）にそれぞれ接続
されている。そして、例えば両可動部（２０），（２
０）が各々の往復動の中立位置から全体的に左側（右
側）に移動して左側可動部（２０）（右側可動部（２
０））が左側位置センサ（３３）（右側位置センサ（３
２））の位置に近接したとき、そのセンサ（３３）（又
は（３２））の検出信号により第２直流電源（３１）
（第１直流電源（３０））から右側リニアモータ（１
５）（左側リニアモータ（１５））のボビン（１７）上
における補助コイル（２８）に直流を供給して、その補
助コイル（２８）による磁界とリニアモータ（１５）の
駆動磁石（１６）による磁界との間の磁力により両可動
部（２０），（２０）全体を右側（左側）に移動させる
ことにより、各可動部（２０）を往復動の中立位置に保
持するようにしている。

【００３２】一方、回り止め機構（３６）は、ハウジン
グ（１）における各側壁部（１ｂ）の内壁面にその内壁
面と所定間隔をあけた状態で取付固定された磁石固定板
（３７）を備えている。この磁石固定板（３７）の中心
部には上記各ピストン（７）（シリンダ（３））と同心
の円形状の開口（３８）が貫通形成され、この開口（３
８）の周縁部にはリング状の回り止め固定磁石（３９）
が取付固定されている。この回り止め固定磁石（３９）
は、図２に示すように、内周側がＮ極とされかつ外周側
がＳ極とされた２つの４半円弧状の分割磁石（３９
ａ），（３９ａ）と、逆に内周側がＳ極とされかつ外周
側がＮ極とされた２つの同様の分割磁石（３９ｂ），
（３９ｂ）とを、隣接する分割磁石（３９ａ），（３９
ｂ）の内周側磁極が互いに異なるようにリング状に繋ぎ
合わせたものである。一方、各ピストン（７）の対向側
及び背面側構成部材（１２），（１３）を結合する固定
板（５１）の背面には、磁石取付板（４１）を介して円
柱状の磁石取付部材（４２）が突設され、この磁石取付
部材（４２）の外周面には上記回り止め固定磁石（３
９）内に挿通される円筒状の回り止め可動磁石（４０）
が取付固定されている。この回り止め可動磁石（４０）
は、図２に示す如く、内周側がＮ極とされかつ外周側が
Ｓ極とされた２つの断面４半円弧状の分割磁石（４０
ａ），（４０ａ）と、内周側がＳ極とされかつ外周側が
Ｎ極とされた２つの同様の分割磁石（４０ｂ），（４０
ｂ）とを、隣接する分割磁石（４０ａ），（４０ｂ）の
外周側磁極が互いに異なるように円筒状に繋ぎ合わせた
ものである。そして、回り止め固定磁石（３９）内周側
の交互に異なる４つの磁極と、回り止め可動磁石（４
０）外周側の交互に異なる４つの磁極との間の磁力（吸
引力又は反発力）により、各可動部（２０）が往復動中
でもシリンダ（３）に対し軸心回りに回動するのを規制
している。

【００３３】次に、上記実施形態の作動について説明す
る。冷凍機の運転開始に伴い、圧縮機（Ａ）における両
リニアモータ（１５），（１５）の駆動コイル（１
８），（１８）に駆動電源（２３）から所定周波数の交
流が同期して通電される。この通電に伴い、駆動コイル
（１８）に流れる電流と駆動磁石（１６）による磁界と
の作用により、ボビン（１７）及びピストン（７）から
なる両可動部（２０），（２０）が両ピストン（７），
（７）間のコイルばね（２５）を伸縮させながら中立位
置から互いに接離するように逆向きに往復動し、両ピス
トン（７），（７）の接離により圧縮空間（８）の容積
が増減変化し、この圧縮空間（８）内に所定周期の圧力
波が生じる。この圧縮空間（８）は連結管（１１）を介
して膨張機に連通しているため、膨張機ではディスプレ
ーサが上記圧縮空間（８）の圧力波と同じ周期で往復動
してその膨張空間でのガスの膨張により寒冷が生じ、こ
のディスプレーサの往復動の繰返しによりシリンダ先端
のコールドヘッドが極低温レベルに冷却される。

【００３４】そのとき、上記圧縮機（Ａ）の左右１対の
可動部（２０），（２０）同士がシリンダ（３）内にお
いてピストン（７），（７）先端部にて１つの共用した
コイルばね（２５）により互いに連結されているので、
コイルばね（２５）に固体差によるばね定数のばらつき
があっても、そのばらつきの影響は両可動部（２０），
（２０）に同じように働くことなる。このため、各可動
部をそれぞれコイルばねによりハウジングに弾性支持す
る従来例（図６参照）のように、両可動部の共振周波数
がばね定数の差によって不一致状態になることはなく、
圧縮機（Ａ）の振動の発生を低減することができる。

【００３５】しかも、各可動部（２０）は相対する他の
可動部（２０）のみにコイルばね（２５）により連結さ
れ、ハウジング（１）には直接に連結されていないフリ
ー状態であるので、仮に振動が発生したとしても、その
振動がコイルばね（２５）を経てハウジング（１）に伝
わることはない。その結果、これらの相乗効果により圧
縮機（Ａ）の振動を有効に低減することができ、圧縮機
（Ａ）の寿命を延ばすことができるとともに、低振動の
仕様が要求される冷却対象機器についても差し障りなく
安定して使用することができる。

【００３６】また、１つのコイルばね（２５）を両可動
部（２０），（２０）の連結支持のために共用している
ので、従来例に比べてコイルばね（２５）の数が減少
し、その少なくなったコイルばね（２５）のスペースの
分だけ、圧縮機（Ａ）の大きさを小さくすることができ
る。

【００３７】さらに、この実施形態では、各可動部（２
０）はハウジング（１）に連結されていないために往復
動の中立位置からずれようとするが、この可動部（２
０）のずれは中立位置付勢機構（２７）により絶え間な
く修正され、可動部（２０）は常に往復動の中立位置に
付勢されて保持される。具体的には、例えば両可動部
（２０），（２０）が各々の往復動の中立位置から全体
的に左側（右側）に移動して左側可動部（２０）（右側
可動部（２０））が左側位置センサ（３３）（右側位置
センサ（３２））の位置に近接すると、そのセンサ（３
３）（又は（３２））の検出信号を受けた第２直流電源
（３１）（第１直流電源（３０））から右側リニアモー
タ（１５）（左側リニアモータ（１５））におけるボビ
ン（１７）上の補助コイル（２８）に直流が供給され、
その補助コイル（２８）に流れる電流とリニアモータ
（１５）の駆動磁石（１６）による磁界との作用による
電磁力を受けて両可動部（２０），（２０）が右側（左
側）に押されて移動する。このようにして各可動部（２
０）を往復動の中立位置に安定して保持することがで
き、圧縮機（Ａ）の運転中に可動部（２０）が中立位置
からずれてハウジング（１）と衝突すること等を防い
で、圧縮機（Ａ）の性能を確保することができる。

【００３８】また、上記と同様の理由により、両可動部
（２０），（２０）がシリンダ（３）に対し回動しよう
としても、その回動は回り止め機構（３６）によって規
制される。すなわち、回り止め機構（３６）は、ハウジ
ング（１）の各側壁部（１ｂ）に取付固定された回り止
め固定磁石（３９）と、各可動部（２０）のピストン
（７）背面側に取り付けられた回り止め可動磁石（４
０）とからなり、ハウジング（１）側の回り止め固定磁
石（３９）の内周側の４つの磁極と、可動部（２０）側
の回り止め可動磁石（４０）の外周側の４つの磁極とが
互いに逆の極性となって円周方向に一致していれば安定
している。そして、この安定状態において、外力等によ
り可動部（２０）がシリンダ（３）に対し相対的にいず
れか一方向に回動して、回り止め固定磁石（３９）の内
周側の磁極と回り止め可動磁石（４０）の外周側の磁極
との極性がずれたとき、各磁石（３９），（４０）の磁
極は円周方向に交互に異なっているので、回り止め固定
磁石（３９）内周部の磁極が回り止め可動磁石（４０）
外周の異なる磁極を吸引しかつ同じ磁極を反発すること
となり、この磁石（３９），（４０）間の吸引力及び反
発力により可動部（２０）が上記安定状態に戻される。
よって、各可動部（２０）がシリンダ（３）に対し軸心
回りに回動するのは阻止され、回動によってコイルばね
（２５）の各ピストン（７）の先端部に対する螺合固定
状態が緩んだり、駆動コイル（１８）や補助コイル（２
８）のリード線が周りの部分に巻き付いて損傷したりす
るのを防いで、圧縮機（Ａ）の性能の安定化、高寿命化
を図ることができる。

【００３９】次に、この振動型圧縮機（Ａ）を製造する
ときに、シリンダ（３）に両ピストン（７），（７）を
組み付ける方法を説明する。先ず、図３に示すように、
両対向側構成部材（１２），（１２）に各背面側構成部
材（１３）を結合しない状態でコイルばね（２５）を各
ばね取付部（１２ｃ）のばね取付溝（１２ｄ）に螺合す
ることによって、対向側構成部材（１２），（１２）の
圧縮部（１２ａ），（１２ａ）同士をコイルばね（２
５）で連結してばねユニット（１４）とする。このとき
の組立は、両ピストン（７），（７）をシリンダ（３）
に嵌装させながら行う場合よりも極めて簡単に行うこと
ができる。また、ピストン（７），（７）をシリンダ
（３）の軸心回りに回転しないように回り止め機構（３
６）を設けているが、その機構（３６）は背面側構成部
材（１３）に取り付けられているので、ピストン
（７），（７）の回転方向の位置決めと関係なく対向側
構成部材（１２），（１２）の圧縮部（１２ａ），（１
２ａ）同士をコイルばね（２５）で連結することができ
る。

【００４０】そして、上記ばねユニット（１４）をシリ
ンダ（３）内に嵌装し、その後、図４に示すように、各
ピストン（７）毎に、スペーサ（５３）及び予めリニア
モータ（１５）のボビン（１７）を取付固定した背面側
構成部材（１３）の摺動部（１３ｂ）をシリンダ（３）
の両開口端よりそれぞれ嵌装し、その貫通孔（１３ｃ）
の対向側端部に対向側構成部材（１２）の圧縮部（１２
ａ）を嵌合させた後、両固定板（５１）をフランジ部
（１３ａ）の背面を押圧するように締付ナット（５２）
で結合部（１２ｂ）に固定して対向側及び背面側構成部
材（１２），（１３）を結合する。このとき、各対向側
及び背面側構成部材（１２），（１３）の結合は、シリ
ンダ（３）の外部で締付ナット（５２）を締め付けるこ
とにより行うことができるので、この組立をも容易に行
うことができる。よって、圧縮機（Ａ）の低振動化を図
りつつ、その組立性を向上させることができる。尚、上
記ばねユニット（１４）をシリンダ（３）内に嵌装する
前に、一方のピストン（７）の対向側及び背面側構成部
材（１２），（１３）を結合しておいてもよい。

【００４１】また、上記実施形態では、両ピストン
（７），（７）において対向側と背面側とが互いに別部
材（１２），（１３）でそれぞれ構成されているので、
両方のピストン（７），（７）を完全に同じものとする
ことができ、その質量を精度良く一致させることができ
る。よって、圧縮機（Ａ）の振動を有効に低減させるこ
とができる。

【００４２】（実施形態２）図５は本発明の実施形態２
を示し（尚、以下の各実施形態では図１と同じ部分につ
いては同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、
背面側構成部材（１３）の貫通孔（１３ｃ）内周面と対
向側構成部材（１２）の結合部（１２ｂ）外周面との間
に設けたスペーサ（５３）の構成が上記実施形態１と異
なり、このスペーサ（５３）が、貫通孔（１３ｃ）内周
面と対向側構成部材（１２）の圧縮部（１２ａ）外周面
との隙間から圧縮空間（８）の冷媒ガスがシリンダ
（３）外部に漏れるのを阻止するシール手段（５５）の
１つを構成するようにしたものである。

【００４３】すなわち、この実施形態では、スペーサ
（５３）の対向側端部は対向側構成部材（１２）の結合
部（１２ｂ）外周面及び背面側構成部材（１３）の貫通
孔（１３ｃ）内周面と略嵌合され、そのスペーサ（５
３）の対向側端部における内外周部に大径及び小径の２
つのＯリング（５６），（５７）がそれぞれ設けられて
いる。このことで、上記スペーサ（５３）及び各Ｏリン
グ（５６），（５７）により上記シール手段（５５）が
構成されている。

【００４４】したがって、上記実施形態２では、各背面
側構成部材（１３）の貫通孔（１３ｃ）内周面とスペー
サ（５３）外周面との間及び対向側構成部材（１２）の
結合部（１２ｂ）外周面とスペーサ（５３）内周面との
間にＯリング（５６），（５７）がそれぞれ設けられて
その間のシールがなされているので、貫通孔（１３ｃ）
内周面と圧縮部（１２ａ）外周面との嵌合精度が低くて
そこから圧縮空間（８）の冷媒ガスが漏れても、シリン
ダ（３）外部にまで漏れることはない。このため、貫通
孔（１３ｃ）内周面と圧縮部（１２ａ）外周面との嵌合
を緩くしておくことで、背面側構成部材（１３）をシリ
ンダ（３）の両開口端より嵌装する際、その貫通孔（１
３ｃ）に圧縮部（１２ａ）を嵌合させ易くなる。よっ
て、上記実施形態１の構成よりも圧縮機（Ａ）の効率低
下をより一層有効に防止しつつ、組立性をさらに向上さ
せることができる。

【００４５】尚、上記各実施形態では、両ピストン
（７），（７）の対向側と背面側とを互いに別部材（１
２），（１３）でそれぞれ構成したが、一方のピストン
（７）の対向側と上記背面側とを互いに別部材（１
２），（１３）で構成するようにしてもよい。この場合
でも、両ピストン（７），（７）の対向部同士をシリン
ダ（３）にピストン（７），（７）を嵌装する前にコイ
ルばね（２５）で連結しておくことができ、その組立性
を向上させることができる。

【００４６】また、上記各実施形態では、位置センサ
（３２），（３３）により各可動部（２０）の近接を検
出したときのみに直流電源（３０），（３１）から補助
コイル（２８），（２８）に直流を流すようにしている
が、位置センサ（３２），（３３）を設けず、各補助コ
イル（２８）に直流電流を常時供給し続けるようにして
もよく、上記実施形態と同様に可動部（２０）を中立位
置に付勢する作用が得られる。しかし、電力消費量を低
減する観点からは、上記実施形態のようにセンサ（３
２），（３３）の検出時のみに直流を供給するのが好ま
しい。

【００４７】さらに、補助コイル（２８）は駆動コイル
（１８）の外側又は内側にそれと重なった状態でボビン
（１７）に巻くこともできる。また、このような駆動コ
イル（１８）による電磁力の他、永久磁石間の吸引力や
反発力を利用して各可動部（２０）を中立位置に付勢保
持するようにしてもよく、さらには磁力以外の手段を用
いることもできる。

【００４８】また、上記各実施形態では、回り止め機構
（３６）の各磁石（３９），（４０）の磁極の数をそれ
ぞれ４つとしているが、２つ又は６つ以上の偶数個にす
ればよい。また、永久磁石に代えて電磁石を用いること
もでき、さらには磁力以外の手段を用いてもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よると、圧縮空間内で両ピストンの対向部同士を連結
し、この両ピストンをシリンダに対してそれぞれ往復動
可能に弾性支持する弾性部材と、上記両ピストンの背面
部にそれぞれ連結され、圧縮空間で冷媒ガスが周期的に
圧縮されるように両ピストンをシリンダ内で互いに接離
するように往復動させる１対のリニアモータとを備えた
振動型圧縮機として、少なくとも一方のピストンは、上
記弾性部材が連結された対向側と上記リニアモータが連
結された背面側とが互いに別部材で構成されかつ一体に
結合されてなるものとしたことにより、圧縮機の振動を
抑えつつ、その組立性の向上化を図ることができる。

【００５０】請求項２の発明によると、両ピストンを、
対向側と背面側との別部材でそれぞれ構成したことによ
り、圧縮機の振動のさらなる低減化を図ることができ
る。

【００５１】請求項３の発明では、各対向側及び背面側
構成部材を、対向側構成部材の結合部の背面部と背面側
構成部材のフランジ部の背面部との間に介在した固定板
により結合するようにしたことにより、圧縮機の組立性
のより一層の向上化を図ることができる。

【００５２】請求項４の発明によると、各摺動部の貫通
孔内で圧縮部の背面側に、該貫通孔内周面と圧縮部外周
面との隙間から圧縮空間の冷媒ガスがシリンダ外部に漏
れるのを阻止するシール手段を設けたことにより、圧縮
機の効率低下を防ぎつつ、組立性の向上化を図ることが
できる。

【００５３】請求項５の発明によると、請求項３の振動
型圧縮機の製造方法として、両ピストンの対向側構成部
材の圧縮部同士を弾性部材でそれぞれ連結してユニット
とした後、このユニットを、少なくとも一方のピストン
の対向側及び背面側構成部材を結合しない状態でシリン
ダ内に嵌装し、その後、背面側構成部材を結合していな
いピストンの背面側構成部材の摺動部をシリンダに嵌装
した後、該背面側構成部材のフランジ部と対向側構成部
材の結合部とを固定板により結合するようにしたことに
より、請求項１〜３の発明と同様の作用効果を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る振動型圧縮機を示す
断面図である。

【図２】図１のII−II線拡大断面図である。

【図３】ばねユニットを示す断面図である。

【図４】両ピストンをシリンダに組み付ける方法を示す
断面図である。

【図５】本発明の実施形態２に係る振動型圧縮機を示す
図１相当図である。

【図６】振動型圧縮機の従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

（Ａ） 振動圧縮機 （３） シリンダ （７） ピストン （８） 圧縮空間 （１２） 対向部構成部材 （１２ａ） 圧縮部 （１２ｂ） 結合部 （１３） 背面部構成部材 （１３ａ） フランジ部 （１３ｂ） 摺動部 （１３ｃ） 貫通孔 （１４） ばねユニット （１５） リニアモータ （２５） コイルばね（弾性部材） （５１） 固定板 （５５） シール手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ（３）と、 上記シリンダ（３）内の長さ方向中央部に相対向して各
   々の間に圧縮空間（８）を区画形成しかつシリンダ
   （３）の両開口端側に背面部がそれぞれ位置するように
   嵌装された１対のピストン（７），（７）と、 上記圧縮空間（８）内で上記両ピストン（７），（７）
   の対向部同士を連結し、該両ピストンをシリンダ（３）
   に対してそれぞれ往復動可能に弾性支持する弾性部材
   （２５）と、 上記両ピストン（７），（７）の背面部にそれぞれ連結
   され、上記圧縮空間（８）で冷媒ガスが周期的に圧縮さ
   れるように両ピストン（７），（７）をシリンダ（３）
   内で互いに接離するように往復動させる１対のリニアモ
   ータ（１５），（１５）とを備えた振動型圧縮機であっ
   て、 上記少なくとも一方のピストン（７）は、上記弾性部材
   （２５）が連結された対向側と上記リニアモータが連結
   された背面側とが互いに別部材（１２），（１３）で構
   成されかつ一体に結合されてなることを特徴とする振動
   型圧縮機。
2. 【請求項２】 請求項１記載の振動型圧縮機において、 両ピストン（７），（７）が、対向側と背面側との別部
   材（１２），（１３）でそれぞれ構成されていることを
   特徴とする振動型圧縮機。
3. 【請求項３】 請求項２記載の振動型圧縮機において、 各ピストン（７）の背面側構成部材（１３）は、シリン
   ダ（３）内面で摺動可能に嵌装されかつシリンダ（３）
   の長さ方向に延びる貫通孔（１３ｃ）を有する摺動部
   （１３ｂ）と、該摺動部（１３ｂ）のシリンダ（３）外
   部に位置する部分から半径方向外側に延び、リニアモー
   タ（１５）に連結されるフランジ部（１３ａ）とを備
   え、 各ピストン（７）の対向側構成部材（１２）は、上記摺
   動部（１３ｂ）の貫通孔（１３ｃ）に嵌合されかつ冷媒
   ガスを圧縮する圧縮部（１２ａ）と、該圧縮部（１２
   ａ）の背面から上記摺動部（１３ｂ）の貫通孔（１３
   ｃ）内を通って上記フランジ部（１３ａ）の背面側まで
   延びる結合部（１２ｂ）とを備え、 上記各対向側及び背面側構成部材（１２），（１３）
   は、上記結合部（１２ｂ）の背面部と上記フランジ部
   （１３ａ）の背面部との間に介在した固定板（５１）に
   より結合されていることを特徴とする振動型圧縮機。
4. 【請求項４】 請求項３記載の振動型圧縮機において、 各摺動部（１３ｂ）の貫通孔（１３ｃ）内で圧縮部（１
   ２ａ）の背面側に、該貫通孔（１３ｃ）内周面と圧縮部
   （１２ａ）外周面との隙間から圧縮空間（８）の冷媒ガ
   スがシリンダ（３）外部に漏れるのを阻止するシール手
   段（５５）が設けられていることを特徴とする振動型圧
   縮機。
5. 【請求項５】 請求項３記載の振動型圧縮機の製造方法
   であって、 両ピストン（７），（７）の対向側構成部材（１２），
   （１２）の圧縮部（１２ａ），（１２ａ）同士を弾性部
   材（２５）でそれぞれ連結してユニット（１４）とした
   後、このユニット（１４）を、少なくとも一方のピスト
   ン（７）の対向側及び背面側構成部材（１２），（１
   ３）を結合しない状態でシリンダ（３）内に嵌装し、 その後、背面側構成部材（１３）を結合していないピス
   トン（７）の背面側構成部材（１３）の摺動部（１３
   ｂ）をシリンダ（３）に嵌装した後、該背面側構成部材
   （１３）のフランジ部（１３ａ）と対向側構成部材（１
   ２）の結合部（１２ｂ）とを固定板（５１）により結合
   することを特徴とする振動型圧縮機の製造方法。