特許 6367144 シリンダロッド装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6367144

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1日

(54)【発明の名称】シリンダロッド装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 9/14 20060101AFI20180723BHJP

【ＦＩ】

   F25B9/14 520F

【請求項の数】1

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2015-71500(P2015-71500)

(22)【出願日】2015年3月31日

(65)【公開番号】特開2016-191508(P2016-191508A)

(43)【公開日】2016年11月10日

【審査請求日】2017年9月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(72)【発明者】

【氏名】恒松 正二

【審査官】 伊藤 紀史

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−０１０６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２５２９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−０７０６７７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０４−１４３５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２０５６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５１１３６６２（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ ９／１４

Ｆ０４Ｂ ３５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダと、
前記シリンダの内側を往復移動するロッドと、
前記ロッドにおける前記シリンダと反対側の端部に設けられたボビンと、
前記ボビンに巻き付けられていると共に、前記ボビンの軸方向に隣り合う第１コイル巻線及び第２コイル巻線と、
前記ボビンの周囲に配置され、前記第１コイル巻線及び前記第２コイル巻線と離間して対向する環状の磁石と、
前記第１コイル巻線及び前記第２コイル巻線に電力を供給する電源と、を備え、
前記第１コイル巻線及び前記第２コイル巻線は、同方向に巻き付けられていると共に、互いの一端側同士及び互いの他端側同士が電気的にそれぞれ接続されており、
前記第２コイル巻線の巻き数は、前記第１コイル巻線の巻き数よりも少ない、シリンダロッド装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリンダロッド装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のシリンダロッド装置として、スターリング冷凍機に備えられたシリンダロッド装置が知られている。（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載されたシリンダロッド装置は、シリンダと、ピストン（ロッド）と、ピストンに取り付けられた可動コイルと、磁気回路とを備えている。シリンダロッド装置の運転時においては、可動コイルを構成する導電線に交流電流が流れることによって、磁気回路が作る磁界の中を可動コイルと共にピストンが往復移動する。一方で、シリンダロッド装置の運転停止時においては、切換器によって導電線が短絡接続される。このため、外部から大きい振動が与えられた場合であっても、可動コイルに対して、振動が抑制される方向に力が作用する。これにより、外部からの振動に起因する部品の損傷が抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０５−１０６１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したようなシリンダロッド装置では、導電線を短絡接続させるために切換器を必要としているため、より簡易な構成が求められている。

【0005】

本発明は、簡易な構成によって、外部からの振動に起因する部品の損傷を抑制することができるシリンダロッド装置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】

本発明に係るシリンダロッド装置は、シリンダと、シリンダの内側を往復移動するロッドと、ロッドにおけるシリンダと反対側の端部に設けられたボビンと、ボビンに巻き付けられていると共に、ボビンの軸方向に隣り合う第１コイル巻線及び第２コイル巻線と、ボビンの周囲に配置され、第１コイル巻線及び第２コイル巻線と離間して対向する環状の磁石と、第１コイル巻線及び第２コイル巻線に電力を供給する電源と、を備え、第１コイル巻線及び第２コイル巻線は、同方向に巻き付けられていると共に、互いの一端側同士及び互いの他端側同士が電気的にそれぞれ接続されており、第２コイルの巻き数は、第１コイルの巻き数よりも少ない。

【0007】

本発明に係るシリンダロッド装置では、第１コイル巻線及び第２コイル巻線は、同方向に巻き付けられている。このため、装置の運転時において、第１コイル巻線及び第２コイル巻線は、１つのコイル巻線としてロッドの往復移動に寄与する。また、第１コイル巻線及び第２コイル巻線において、互いの一端側同士及び互いの他端側同士が電気的にそれぞれ接続されている。すなわち、第１コイル巻線及び第２コイル巻線は、短絡接続されている。このため、装置の運転停止時において、外部から振動が与えられた場合であっても、ロッドの振動が抑制される方向に力が作用する。なお、このとき、第１コイル巻線と第２コイル巻線とには、互いに反対向きの誘導電流が発生する。しかしながら、第２コイル巻線の巻き数が、第１コイル巻線の巻き数よりも少ないので、互いの誘導電流が完全に打ち消し合うことがなく、この結果、ロッドの振動が抑制される方向に力が作用する。このように、本発明に係るシリンダロッド装置においては、簡易な構成によって、外部からの振動に起因する部品の損傷を抑制することができる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、簡易な構成によって、外部からの振動に起因する部品の損傷を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明に係るシリンダロッド装置の一実施形態である圧縮機を備えたスターリング冷凍機の概略断面図である。

【図2】図１に示す圧縮機の概略図である。

【図3】圧縮機の運転時における動作を示す図である。

【図4】圧縮機の運転停止時における動作を示す図である。

【図5】圧縮機の運転停止時における動作を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

【0011】

図１は、シリンダロッド装置の一実施形態を備えたスターリング冷凍機の概略断面図である。図１に示されるように、スターリング冷凍機１００は、コールドヘッド（コールドフィンガ）１０１と、圧縮機（シリンダロッド装置）１と、これらを連結する連結管１０２とを備えている。スターリング冷凍機１００は、圧縮機１とコールドヘッド１０１との間でヘリウム等の作動ガスを往復移動させて、極低温レベルの寒冷を発生させる。

【0012】

圧縮機１は、ハウジング２と、シリンダ３と、ロッド４と、ボビン５と、第１コイル巻線６と、第２コイル巻線７と、磁石８と、電源９と、を備えている。

【0013】

ハウジング２は、シリンダ３、ロッド４、ボビン５、第１コイル巻線６、第２コイル巻線７、及び磁石８を収容している。ハウジング２の上部は、連結管１０２と接続されている。ハウジング２の収容空間は、連結管１０２を介してコールドヘッド１０１と連通しており、互いの間で作動ガスが流通可能となっている。シリンダ３は、円筒状を呈しており、ハウジング２の上部に取り付けられている。ロッド４は、円柱状を呈しており、シリンダ３の内側に位置している。ロッド４は、シリンダ３の内側を往復移動する。

【0014】

ボビン５は、ロッド４よりも外径の大きい円筒状を呈し、非磁性材料からなる。ボビン５は、ロッド４におけるシリンダ３と反対側の端部に設けられている。ボビン５とロッド４とは、同軸となっている。ボビン５は、ハウジング２の下部に取り付けられた支持バネ１１と連結されている。ボビン５がハウジング２の上部側に移動させられた場合、ボビン５には、支持バネ１１によってハウジング２の下部に向かう力が作用する。

【0015】

第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７は、ボビン５に巻き付けられている。第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７の詳細については後述する。磁石８は、環状を呈している。磁石８は、ボビン５の周囲に配置され、第１コイル巻線６及び前記第２コイル巻線７と周方向における外側へ離間して対向している。磁石８は、ハウジング２内に配置されたヨーク１２と共に磁気回路を構成している。磁石８と第１コイル巻線６及び前記第２コイル巻線７との隙間Ｓには、ボビン５の軸方向と直交する面方向に永久磁界が存在する。

【0016】

電源９は、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７に電力（より具体的には、正弦波状の交流電流）を供給している。電源９は、ハウジング２の外側に配置されている。電源９は、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７の各端部と各接続端子１３，１４を介して電気的に接続されている。

【0017】

続いて、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７について詳細に説明する。図２は、図１に示す圧縮機の概略図である。なお、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７のそれぞれにおける巻き数は、図示の便宜上、実際よりも少ない巻き数としている。

【0018】

図２に示されるように、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７は、ボビン５の軸方向において隣り合うように位置している。第２コイル巻線７は、第１コイル巻線６よりもボビン５の軸方向におけるロッド４側に位置している。より具体的には、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７は、ボビン５の軸方向のロッド４側から見て、ロッド４側に向かって時計回りとなるようにボビン５に巻き付けられている。すなわち、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７は、ボビン５に同方向に巻き付けられている。

【0019】

第２コイル巻線７の巻き数は、第１コイル巻線６の巻き数よりも少ない。第１コイル巻線６の巻き数と第２コイル巻線７の巻き数との比率が４：１であった場合、第１コイル巻線６の巻き数は、例えば８０程度で、第１コイル巻線６の巻き数は、例えば２０程度である。なお、第２コイル巻線７の巻き数が極端に少ない場合、第２コイル巻線７の電気抵抗が小さくなり過ぎ、許容電流を超えた電流が第２コイル巻線７に流れ得る。このため、上記に例示したような巻き数程度であることが望ましい。

【0020】

第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７の互いの一端側同士は、電源９の接続端子１３を介して電気的に接続されている。同様に、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７の互いの他端側同士も、電源９の接続端子１４を介して電気的に接続されている。すなわち、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７は、各接続端子１３，１４を介して短絡接続され、１つの閉ループを構成している。

【0021】

続いて、図３を用いて、圧縮機１の運転時における動作を説明する。まず、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７のそれぞれに対して、電源９から交流電源が印加される。第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７には、接続端子１３側から接続端子１４側に向かって電流Ａ１，Ｂ１がそれぞれ流れる。電流Ａ１，Ｂ１は、ロッド４側から第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７を見たときに、反時計回りに流れる。これにより、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７には、隙間Ｓの永久磁界との相互作用によりにロッド４側に向かうローレンツ力が作用する。

【0022】

より具体的には、第１コイル巻線６には、ロッド４側に向かうローレンツ力が作用する。同様に、第２コイル巻線７にも、ロッド４側に向かうローレンツ力が作用する。すなわち、第１コイル巻線６に作用するローレンツ力と第２コイル巻線に作用するローレンツ力との合力によって、ロッド４がシリンダ３側に向かって移動する。一方で、ハウジング２の上部側に到達したロッド４は、ローレンツ力が小さくなるため、支持バネ１１によってハウジング２の下部側に引き戻される。このような移動の連続により、ロッド４は、シリンダ３の内部を往復移動する。

【0023】

続いて、図４及び図５を用いて、圧縮機１の運転停止時における動作を説明する。この場合、電源９からの交流電源の印加は停止している。このため、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７には、電流が流れていない。この状態において、外部から振動が与えられると、ロッド４、ボビン５、第１コイル巻線６、及び第２コイル巻線７から構成される組立体が振動させられる。

【0024】

仮に、この組立体が振動によってロッド４と反対側に移動し始めた場合、図４に示されるように、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７のそれぞれには、接続端子１３側から接続端子１４側に向かって誘導電流Ａ２，Ｂ２が発生する。すなわち、圧縮機１の運転時に流れる電流Ａ１，Ｂ１と同方向の誘導電流Ａ２，Ｂ２が、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７に流れる。

【0025】

ここで、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７は、短絡接続されている。このため、例えば、第１コイル巻線６で発生した誘導電流Ａ２は、接続端子１３，１４を介して第２コイル巻線７にも流れる。この場合、第２コイル巻線７上では、第２コイル巻線７で発生した誘導電流Ｂ２と、第１コイル巻線６で発生した誘導電流Ａ２とは反対向きとなる。このため、互いの誘導電流Ａ２，Ｂ２は、打ち消し合うこととなる。

【0026】

ここで、第２コイル巻線７の巻き数は、第１コイル巻線６の巻き数よりも少ない。このため、互いの誘導電流Ａ２，Ｂ２は、完全には打ち消し合わない。すなわち、巻き数の多い第１コイル巻線６で発生した誘導電流Ａ２は、巻き数の少ない第２コイル巻線７で発生した誘導電流Ｂ２よりも大きい。したがって、図５に示されるように、第１コイル巻線６で発生した誘導電流Ａ２のうち、第２コイル巻線７に打ち消されなかった誘導電流Ａ３が残る。これにより、第１コイル巻線６には、接続端子１３側から接続端子１４側に向かって誘導電流Ａ３が流れ、第２コイル巻線７には、接続端子１４側から接続端子１３側に向かって誘導電流Ａ３が流れる。

【0027】

このとき、第１コイル巻線６には、ロッド４側に向かうローレンツ力が発生し、第２コイル巻線７には、ロッド４の反対側に向かうローレンツ力が発生する。しかしながら、第１コイル巻線６の巻き数が、第２コイル巻線７の巻き数よりも多いため、ロッド４の反対側に向かうローレンツ力が、ロッド４の反対側に向かうローレンツ力よりも大きくなり、この結果、ロッド４がシリンダ３側に向かって移動する。以上の原理によって、圧縮機１の運転停止時において、ロッド４の振動が抑制される方向にローレンツ力が作用する。

【0028】

以上、説明したように、圧縮機１では、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７は、同方向に巻き付けられている。このため、装置の運転時において、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７は、１つのコイル巻線としてロッド４の往復移動に寄与する。また、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７において、互いの一端側同士及び互いの他端側同士が電気的にそれぞれ接続されている。すなわち、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７は、短絡接続されている。このため、装置の運転停止時において、外部から振動が与えられた場合であっても、ロッド４の振動が抑制される方向に力が作用する。なお、このとき、第１コイル巻線６と第２コイル巻線７とには、互いに反対向きの誘導電流Ａ２，Ｂ２が発生する。しかしながら、第２コイル巻線７の巻き数が、第１コイル巻線６の巻き数よりも少ないので、互いの誘導電流Ａ２，Ｂ２が完全に打ち消し合うことがなく、この結果、ロッド４の振動が抑制される方向に力が作用する。このように、圧縮機１においては、簡易な構成によって、外部からの振動に起因する部品の損傷を抑制することができる。

【0029】

以上、本実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

【0030】

例えば、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７の巻き方向は、逆巻きであってもよい。また、ボビン５の軸方向における第１コイル巻線６と第２コイル巻線７との位置が入れ替わってもよい。すなわち、圧縮機１の設計条件に応じて、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７の構成及び配置を適宜変更してもよい。

【0031】

また、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７の互いの一端側同士は、接続端子１３を介さず、例えば、接続端子１３よりもボビン５側の位置で互いに電気的に接続されていてもよい。同様に、第１コイル巻線６及び第２コイル巻線７の互いの他端側同士も、接続端子１４を介さず、例えば、接続端子１４よりもボビン５側の位置で互いに電気的に接続されていてもよい。

【0032】

また、上述したようなシリンダロッド装置は、スターリング冷凍機１００のコールドヘッド１０１内に設けられたディスプレーサ及びシリンダ等に対しても適用することができる。また、シリンダロッド装置は、スターリング冷凍機に限らず、他の冷凍機、更には、シリンダロッド機構を有する他の装置に対して広く適用することができる。

【符号の説明】

【0033】

３…シリンダ、４…ロッド、５…ボビン、６…第１コイル巻線、７…第２コイル巻線、８…磁石、９…電源。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】