JPH10271790A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リニアモータの可動子を支持する積層フレク
シャベアリング群の各要素が位相のばらつきをなく組付
けられるようにする。 【解決手段】 積層フレクシャベアリング群１７は、円
盤状で中央に該固定中心孔を持つ中央部１７ａと外周部
１７ｂと該中央部１７ａと該外周部１７ｂの間にあり該
中央部１７ａから該外周部１７ｂに渦巻状に延びる複数
のスリットを持ち位相を合わせて軸方向に積層された複
数個のフレクシャベアリングをもち、該積層フレクシャ
ベアリング群１７が固定される固定ねじ部１６ａ3上を
軸方向に移動可能で非回動の押圧部材１８０を介してね
じ部材（ナット）１７９で該積層フレクシャベアリング
群１７を固定する。

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積層フレクシャベ
アリング群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、従来はシャフトとピストン間にま
わり止めがなかったため、ネジ部より発生する回転トル
クがフレクシャベアリングにかかったまま組み付けら
れ、初期応力が高くなり作動ピストンの運動時に通常よ
り高い応力が発生し、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、かつ個々のフレクシャベアリングの軸受けと
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
に固定されたフランジ状の当接肩部と該当接肩部の中央
から突出する固定ねじ部とを持つシャフトと、該ハウジ
ングに外周縁部が固定され中央の固定中心孔に該シャフ
トの該固定ねじ部が挿通され該固定ねじ部に締着される
ねじ部材の押圧力で該シャフトの該当接肩部に押圧され
て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、円盤状で中央に該固定中心孔を持つ中央
部と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
ち位相を合わせて軸方向に積層された複数個のフレクシ
ャベアリングをもち、該積層フレクシャベアリング群は
該固定ねじ部上を軸方向に移動可能で非回動の押圧部材
を介して該ねじ部材で固定されていることを特徴とす
る。

【０００７】本発明に係るリニアモータにおいては、前
記ハウジングに圧縮室を設け、前記シャフトには該圧縮
室内を往復動するピストンの固定軸孔が前記固定ねじ部
に挿通され、前記積層フレクシャベアリング群は該ピス
トンを介して前記ねじ部材で挟持させることができる。

【０００８】

【発明の作用・効果】積層フレクシャベアリング群で固
定子を支持するリニアモータにおいては、個々のフレク
シャベアリングの位相がばらついて積層されるおそれが
あり組付け時に応力が発生し、積層フレクシャベアリン
グ群の変位によって一部のフレクシャベアリングに荷重
が偏り早期に破損するおそれがある。

【０００９】しかしながら、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、積層フレクシャ
ベアリング群をリニアモータに組込む際に、ボルト、ナ
ットによる押圧力や回転力によって個々のフレクシャベ
アリングが相対回動しないように、該積層フレクシャベ
アリング群が締着される固定ねじ部上を軸方向に移動可
能で非回動の押圧部材を介して該積層フレクシャベアリ
ング群をねじ部材で固定しているので、個々のフレクシ
ャベアリングを相対回動不動の状態で固定することがで
き、各フレクシャベアリングを均等に変位する積層状態
を確保して組み付け時に応力が発生しないようにし、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。

【００１０】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。

【００１１】

【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。当該圧縮機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。

【００１２】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１０
ｂで圧縮機１０の作動ピストン１６を駆動している。

【００１３】リニアモータ１０ｂ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１
２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。

【００１４】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の各端部が内側筒部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。

【００１５】積層フレクシャ・ベアリング群１７は、外
周縁部にてヨーク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。

【００１６】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１
１ｃ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１
６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１０
ｂ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。

【００１７】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および
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。

【００１８】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２
７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２４
ａ，２５間にわずかな隙間を保持し、かつマグネット２
５に対向している。

【００１９】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。

【００２０】しかして、作動ピストン１６のピストン部
１６ｂを支持する積層フレクシャ・ベアリング群１７
は、図４に示すように、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。

【００２１】板ばね部材１７１は固定中心孔１７１ａ周
囲の中心部と外周縁部との間の中央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、外周縁部には通孔１７１ｂが形成されてい
る。該通孔１７１ｂ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に固定するための締着ボ
ルト１７７が貫通するものである。固定中心孔１７１ａ
は溝部１７１ｄを有している。固定中心孔１７１ａ周囲
の中心部と外周縁部には溝部１７１ｄと一致した溝形の
付いた固定中心孔１７２ａを有する内周側スペーサ１７
２と、外周側スペーサ１７３が介装される。内周側スペ
ーサ１７２は図３に示すように両外位置にも設けられ
る。外周側スペーサ１７３は通孔１７１ｂに一致した通
孔を持つ。積層フレクシャベアリング群１７の外周部１
７ｂ（板ばね部材の外周縁部積層部位）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
は外周側スペーサ１７３と対応した通孔を持つ。

【００２２】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が締結ボルト１７７の押圧力でヨーク１２
の外周筒部１２ａに押圧され、中央部１７ａ（板ばね部
材の中心部積層部位）がナット１７９の押圧力でシャフ
ト部１６ａのフランジ状に形成された当接肩部１６ａ1
に押圧される。

【００２３】本実施例の積層フレクシャベアリング群１
７では、図２に示すように、ナット１７９との間にピス
トン部１６ｂを構成する緩衝材１８０が介装される。緩
衝材１８０は本発明の押圧部材に相当し、ピストン部１
６ｂとなる筒状の頭部１８０ａと、該頭部１８０ａから
軸方向に延びる軸部分１８０ｂとをもつ。軸部分１８０
ｂには、嵌合孔１８０ｃが形成されている。該嵌合孔１
８０ｃはキー溝１８０ｄを有する。該キー溝１８０ｄに
対応してシャフト部１６ａの突出部１６ａ2には、キー
１８１が突設されている。前述した板ばね部材１７１の
溝部１７１ｄ及び内周側スペーサ１７２の通孔は、該キ
ー１８１を越えて積層フレクシャベアリング群１７をシ
ャフト部１６ａに挿通させるものである。なお、キー１
８１をシャフト部１６ａの突出部１６ａ2に後付けした
り緩衝部材１８０側に付ける場合には、板ばね部材１７
１の溝部１７１ｄ及び内周側スペーサ１７２の固定中心
孔１７２ａにおける溝形は必要ない。

【００２４】緩衝材１８０が突出部１６ａ2へ嵌合され
た状態で前記キー１８１は前記キー溝１８０ｄに嵌合す
る。これによって緩衝材１８０は軸方向にのみ移動で
き、周方向への回動が阻止され、該緩衝材１８０は突出
部１６ａ2先端の固定ねじ部１６ａ3に嵌合されるナット
１７９で軸方向の積層フレクシャベアリング群１７側へ
押圧される。押圧された緩衝材１８０は積層フレクシャ
ベアリング群１７を押圧することになる。

【００２５】キー１８１とキー溝１８０ｄとの関係は逆
でもよく、キー１８１を緩衝材１８０に形成し、キー溝
１８０ｄをシャフト部１６ａに形成することができる。
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の構造が示されてい
る。この積層フレクシャベアリング群１９においては、
ナット１９１と積層フレクシャベアリング群１９との間
に、本発明の緩衝材１８０に相当するピストン部材１９
０が介装されている。

【００２６】このような構成では、ナット１９１を固定
ねじ部１６ａ3に嵌合したとき、ピストン部材１９０は
ナット１９１の回転に追従して回転してしまう。従っ
て、ネジ部より発生する回転トルクがフレクシャベアリ
ングにかかったまま組み付けられ、初期応力が高くな
り、作動ピストンの運動時に通常より高い応力が発生
し、早期の破損を招きやすい。

【００２７】しかしながら、本発明に係るフレクシャ・
ベアリング１７においては、ナット１７９を固定ねじ部
１６ａ3に嵌合したとき、緩衝材１８０は、突出部１６
ａ2のキー１８１に軸部分１８０ｂのキー溝１８０ｄが
嵌合して周方向には回転しない。従って、ネジ部に発生
する回転トルクが個々のフレクシャベアリングに伝達さ
れることがなくなるため、フレクシャ・ベアリングの初
期応力が小さくなり、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。

【００２８】なお、作動ピストン１６におけるピストン
部１６ｂの反対側に装着される積層フレクシャベアリン
グ群１７は、当接肩部１６ａ1と突出部１６ａ2とが形成
されただけのシャフト部１６ａに軸部分１８０ｂに相当
する環状部材を介装することで本発明を達成できる。次
に本発明の他の実施例を図５〜図８に基づいて説明す
る。図５、図６の実施例では、キー１８１とキー溝１８
０ｄの代りに、歯形突起１８３と歯形溝１８４との嵌合
により、緩衝材１８０を突出部１６ａ3に嵌合してい
る。これに対応して図６に示すように、内周側スペーサ
１７２には歯形溝１７２ｂが形成され、板ばね部材１７
１にも歯形溝が形成される。歯形突起１８３の外径をフ
レクシャベアリングの中心孔１７１ａより小さくすれ
ば、内周側スペーサ１７２の歯形溝１７２ｂ、板ばね部
材１７１の歯形溝は必要ない。図７、図８に示す実施例
では、キー１８１とキー溝１８０ｄの代りに、ピン１８
５を用いている。すなわち、ピン１８５を突出部１６ａ
2の軸方向に圧入し、緩衝材１８０の軸部分１８０ｂに
は、軸方向の長孔１８６、１８７を形成する。緩衝材１
８０は長孔１８６、１８７の遊び分だけ軸方向に移動で
きる。

【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５】 リニアモータの他の例を示す断面図である。

【図６】 図５に示すフレクシャベアリング群の正面図
である。

【図７】 リニアモータの更に他の例を示す断面図であ
る。

【図８】 図７に示すフレクシャベアリング群の正面図
である。

【図９】 リニアモータの比較例の断面図である。

【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…固定ねじ部、１６ｂ…ピストン部、１
６ｃ…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、２
０…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、２
２ｂ…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、１７１
ｃ…スリット、１７２…内周側スペーサ、１７３…外周
側スペーサ、１７５…外周側押え板、１７９…ナット
（ねじ部材）、１８０…緩衝材（押圧部材）、１８０ｄ
…キー溝、１８１…キー、１８３…歯形嵌合、１８４歯
形溝、１８５…ピン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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フランジ状の
   当接肩部と該当接肩部の中央から突出する固定ねじ部と
   を持つシャフトと、該ハウジングに外周縁部が固定され
   中央の固定中心孔に該シャフトの該固定ねじ部が挿通さ
   れ該固定ねじ部に締着されるねじ部材の押圧力で該シャ
   フトの該当接肩部に押圧されて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、円盤状で中央に該固
   定中心孔を持つ中央部と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位相を合わせて軸方向に積層され
   た複数個のフレクシャベアリングをもち、該積層フレク
   シャベアリング群は該固定ねじ部上を軸方向に移動可能
   で非回動の押圧部材を介して該ねじ部材で固定されてい
   ることを特徴とするリニアモータ。
2. 【請求項２】 前記ハウジングは圧縮室を持ち、前記シ
   ャフトには該圧縮室内を往復動するピストンの固定軸孔
   が前記固定ねじ部に挿通され、前記積層フレクシャベア
   リング群は該ピストンを介して前記ねじ部材で挟持され
   ている請求項１記載のリニアモータ。