往复运动装置的制作方法

1.本发明为涉及斯特林循环装置等的，一种在内部具有在气缸内进行往复运动的活塞的往复运动装置的发明。


背景技术：

2.以往，作为这种往复运动装置，可知为作为往复运动装置的往复运动式膨胀机(例如，参照专利文献1)。所述往复式运动膨胀机具有兼做气缸的外壳、能在所述气缸内沿单向进行往复运动的活塞以及电控制该活塞的运作的控制电路，并设置有在所述外壳内的振动传感器。在这种往复式膨胀机中，通过所述振动传感器检测气缸端部的内壁与活塞之间的碰撞程度，并通过由该检测结果对流量调节阀进行调整来控制压缩机，从而能够减少碰撞音和振动。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1:日本特开平1
‑
137161号公报。


技术实现要素：

6.发明要解决的问题
7.但是，在这样的构造中，所述振动传感器被安装在膨胀机的中间压力室的外侧端面。因此，在所述膨胀机为压力容器的情况下，在所述膨胀机中的所述振动传感器的安装位置，则有可操作性气体泄漏和/或压力容器破损的担心。
8.因此，本发明的目的在于，提供一种能解决上述所存在的问题，并可靠性高的往复运动装置。
9.用于解决问题的方案
10.在本发明的方案1中所记载的往复运动装置，其为包括：
11.外壳、被设置在所述外壳内的气缸、可在所述气缸内沿单轴方向往复运动的活塞、电控制所述活塞的运作的控制电路以及通过连接部被设置在所述外壳的所述单轴方向的一端侧的减振单元的往复运动装置，其中
12.在设置检测由所述活塞的往复运动而引发的于所述单轴方向的振动并将所述振动传送至所述控制电路的振动检测装置的同时，所述振动检测装置被设置在所述连接部。
13.另外，在本发明的方案2中所记载的往复运动装置，
14.在方案1中，在所述连接部中的与所述单轴方向正交的方向的尺寸被形成为比在所述外壳或所述减振单元中的与所述单轴方向正交的方向的尺寸小。
15.另外，在本发明的方案3中所记载的往复运动装置，
16.在方案1中，加速度传感器被用于所述振动检测装置。
17.进一步，在本发明的方案4中所记载的往复运动装置，
18.在方案3中，所述加速度传感器的元件在多个检测轴的方向具有不同的尺寸的同
时，并将与在所述加速度传感器的元件中的最小检测轴方向尺寸一致的检测轴与所述单轴方向正交。
19.发明的效果
20.根据如上所述的构造，在本发明的方案1中记载的所述往复运动装置，其所述振动检测装置的安装不会对所述壳体造成不利影响，并且能够成为可靠性高的往复运动装置。
21.需要说明的是，通过将在所述连接部中的与所述单轴方向正交的方向的尺寸形成为比在所述壳体或减振单元中的与所述单轴方向正交的方向的尺寸小，从而能够减少所述振动检测装置对所述往复运动装置的大小所给予的影响。
22.另外，通过将所述加速度传感器用于所述振动检测装置，能够基于所检测到的加速度的大小来判断活塞的振幅，从而能够控制该活塞的振幅。
23.进一步，通过所述加速度传感器的元件在多个的检测轴的方向具有不同的尺寸，同时将在所述加速度传感器的元件中的与最小检测轴向尺寸一致的检测轴与所述单轴方向正交，可以防止检测信号灵敏度的降低，从而能够抑制振动检测的反应性的恶化，并且能够高精度地控制活塞的运作。
附图说明
24.[图1]为作为表示本发明的一实施方式的往复运动装置的斯特林冷冻机的外观图。
[0025]
[图2]为作为表示本发明的一实施方式的往复运动装置的斯特林冷冻机的纵剖面图。
[0026]
[图3]为作为表示本发明的一实施方式的往复运动装置的斯特林冷冻机的将一部分作为剖面的主要部分的放大图。
[0027]
[图4]为作为表示本发明的一实施方式的往复运动装置的斯特林冷冻机的被用作为振动检测装置的加速度传感器的立体图。
[0028]
[图5]为作为表示本发明的一实施方式的往复运动装置的斯特林冷冻机的振动检测装置的立体图。
[0029]
[图6]为作为表示本发明的一实施方式的往复运动装置的斯特林冷冻机的电路的框图。
[0030]
符号说明
[0031]1‑
斯特林冷冻机(往复运动装置)
[0032]2‑
外壳
[0033]4‑
第二壳体
[0034]7‑
气缸
[0035]9‑
活塞
[0036]
20
‑
减振单元
[0037]
21
‑
第一连接部(连接部)
[0038]
22第二连接部(连接部)
[0039]
33
‑
振动检测基板(振动检测装置)
[0040]
34
‑
加速度传感器
[0041]
36
‑
元件
[0042]
43
‑
控制电路
[0043]
r
‑
往复运动方向(单轴方向)
[0044]
x、y、z
‑
检测轴
具体实施方式
[0045]
以下，基于图1乃至图5对本发明的实施方式进行详细的说明。1为作为本发明的往复运动装置的斯特林冷冻机。该斯特林冷冻机1具有金属制的外壳2。该外壳2具有被形成为小径圆筒状的圆筒部3和被形成为大径圆筒状的胴部4。而且，所述圆筒部3具有已被闭塞的前端部5和基部6。
[0046]
延伸至所述胴部4的内部的气缸7被设置为，相对于所述圆筒部3，被同轴性地插入且设置在所述圆筒部3的内部。即，所述气缸7的中心轴线a与所述圆筒部3的中心轴线a相一致。而且，置换器8在为与所述中心轴线a平行的单轴方向的往复运动方向r被可滑动地收纳在所述气缸7的前端侧的内侧。进一步，在所述胴部4中，活塞9在为与所述中心轴线a平行的单轴方向的往复运动方向r被可滑动地收纳在所述气缸7的基部侧的内侧。并且，该活塞9的基端部相对于驱动机构10被同轴性地连结。需要说明的是，该驱动机构10由被连接在所述活塞9的基端且被同轴状地延伸设置在所述气缸7的基端侧的外周的短筒状的框架11、被固定在该框架11的一端的圆筒状的永久磁铁12、被设置为与该永久磁铁12的外周接近的环状的电磁线圈13、以被缠绕有该电磁线圈13的方式设置的芯14以及被设置为与所述永久磁铁12的内周接近的导磁部15所构成。
[0047]
需要说明的是，在图1中的20为被设置在所述外壳2的胴部4的端部的减振单元。该减振单元20以与所述气缸7的中心轴线a同轴的方式，通过被固定在所述胴部4的端部的第一连接部21和被连接在该第一连接部21的第二连接部22而被安装。即，通过这些第一连接部21和第二连接部22，从而构成用于将所述减振单元20固定在所述外壳2的连接部。另外，以与所述中心轴线a同轴状地重叠板簧25和平衡配重26的方式配置所述减振单元20。
[0048]
所述第一连接部21被形成为短圆筒状。另外，所述第二连接部22具有短圆筒状部位23和圆锥形部位24。而且，所述减振单元20通过使用螺钉等被连接在所述第二连接部22的圆锥形部位24的顶点部分。需要说明的是，相对于所述第一连接部21，通过使用螺钉等去固定所述第二连接部22。而且，所述第二连接部22的直径d1比所述胴部4的直径d2和所述减振单元20的直径d3小。
[0049]
安装体30被固定在所述第二连接部22的短圆筒状部位23。该安装体30由金属所制成，同时具有平板状的基板安装部31和一对的臂部32。通过将该一对的臂部32固定在所述第二连接部22，从而所述安装体30被安装在所述第二连接部22。需要说明的是，尽管未加以图示，相对于第二连接部22，通过使用螺钉等固定所述臂部32。而且，作为振动检测装置的振动检测基板33被固定在所述基板安装部31的内表面侧。这样一来，通过将振动检测基板33固定在所述基板安装部31的内表面侧，从而能够减少某些部件与所述振动检测基板33相撞击所导致破损的可能性。进一步，加速度传感器34被安装在所述振动检测基板33。该加速度传感器34为具有检测轴x、y、z的三轴型的加速度传感器。
[0050]
对该加速度传感器34进行详细说明。该加速度传感器34被构成为具有元件36和包
装盒。需要说明的是，所述元件36被设置在封装包37内。而且，如图4所示，所述元件36被构成为与检测轴x、y方向的尺寸相比较，其检测轴z方向的尺寸小。因此，所述元件36与检测轴x、y方向相比，容易在检测轴z方向发生弯曲。另外，如图4所示，所述封装包37被形成为与检测轴x和y方向上的尺寸相比较，其检测轴z方向的尺寸小的长方体形。即，所述元件36的短尺寸方向和所述封装包37的短尺寸方向一致。而且，如图5所示，以为所述加速度传感器34的短尺寸方向的检测轴z方向与为单轴方向的所述置换器8和活塞9的往复运动方向r相正交的方式，所述振动检测基板33被安装在所述安装体30。需要说明的是，所述置换器8和活塞9的往复运动方向r为振动的方向，并且为与所述中心轴线a平行。而且，在本例中，所述检测轴y被设置为与所述往复运动方向r相平行的方式。需要说明的是，所述检测轴x也可以设置为与所述往复运动方向r相平行的方式。
[0051]
对用于运作所述斯特林冷冻机1的电路进行说明。该斯特林冷冻机1通过将从直流电源40所供给的直流电在驱动电路41转换成所给定的交流电，并将其供给所述驱动机构10的电磁线圈13而进行运作。需要说明的是，从所述直流电源40所供给的直流电的一部分在通过电源电路42进行电压转换后，被供给控制电路43。通过该电流，所述控制电路43进行运作。而且，该控制电路43接受来自所述加速度传感器34等的输入，从而控制所述驱动电路41的运作。
[0052]
而且，通过所述构造，当交流电流过所述电磁线圈13时，则由该电磁线圈13产生交变磁场，并且通过该交变磁场，在与中心轴a方向平行的往复运动方向r产生使所述永久磁铁12进行往复运动的力。通过该力，被连接在已固定所述永久磁铁12的框架11的活塞9能够在所述气缸7中沿往复运动方向r进行往复运动。因此，当所述活塞9在接近所述置换器8的方向进行移动时，所述置换器8相对于所述活塞9将以给定的位相差被推向下方。另一方面，当所述活塞9朝向远离所述置换器8的方向移动时，所述置换器8相对于活塞9将以给定的位相差被推向上方。通过这样的运作，所述圆筒部3的前端部5转为低温，另一方面，所述圆筒部3的基部6转为高温。
[0053]
需要说明的是，所述活塞9和所述置换器8的振幅并非为固定值。因此，根据驱动条件，所述活塞9和所述置换器8的振幅可能会加大，从而两者彼此之间可能会发生碰撞。因此，为使所述活塞9和所述置换器8不发生碰撞，则需要对所述驱动机构10进行控制。在本发明中，通过来自所述振动检测基板33的加速度传感器34的信号来检测所述活塞9和所述置换器8的振幅的加大。该加速度传感器34检测由所述活塞9和所述置换器8的往复运动引发的振动的加速度。而且，所述控制电路43将通过所述加速度传感器34所检测到的加速度的大小作为所述活塞9和置换器8的振幅的大小来进行处理。
[0054]
如上所述，以将所述加速度传感器34的检测轴y与所述置换器8和所述活塞9的往复运动方向r成为平行的方式，将所述振动检测基板33固定在所述安装体30的基板安装部31的内表面侧。因此，所述加速度传感器34的元件36在检测轴y方向弯曲。而且，如上所述，与在检测轴z方向上相比，所述元件36在检测轴y方向难以弯曲。这样一来，通过将为所述元件36难以弯曲的方向的检测轴y与往复运动方向r成为一致，其与将为所述元件36容易弯曲的方向的检测轴z与往复运动方向r成为一致的情况相比较，可以防止所述加速度传感器34的检测信号灵敏度的降低，从而抑制振动检测的反应性的恶化。由此，所述加速度传感器34可以精确地检测到所述活塞9和所述置换器8的振幅已加大(超行程)。而且，由此，所述控制
电路43能够以不会发生由所述活塞9和所述置换器8所引发的超行程而导致的彼此之间发生碰撞的方式去控制所述驱动电路41。
[0055]
另外，如上所述，作为振动检测装置的所述振动检测基板33通过所述安装体30被安装在构成连接部的所述第二连接部22。因此，为了安装所述振动检测基板33而安装所述安装体30之事不会对所述外壳2产生不良影响。
[0056]
若进行详细说明，则为在将所述振动检测基板33等的电路基板或用于安装这些电路基板的安装体30等固定在某部件上的情况下，以能够进行更换的方式，通常用螺钉等进行固定。在这种情况下，要在被安装物体上穿透设置螺孔或者将安装座固定在被安装物体。假设在被安装物体为金属制的所述外壳2的情况下，则需要在该外壳2上穿透设置螺孔，或者通过焊接等固定安装座。另一方面，为了确保所述外壳2的精度和强度，其通过穿透设置螺孔或通过焊接固定安装座，优选为抑制在最小限度。特别是在如本实施方式那样的斯特林冷冻机1的情况下，由于所述外壳2的内部为高压，因此，必须将有可能降低强度和精度的加工抑制在最小限度。针对这些情况，在本实施方式中，通过将所述振动检测基板33安装在所述第二连接部22，因此，不需要在所述外壳2上进行诸如穿透设置或焊接等的有可能对强度和精度会产生不良影响的过度加工，从而能够高度保持该外壳2的精度和强度。即，即使将螺孔穿透设置在所述第二连接部22或通过焊接等固定安装座，其螺孔或安装座也不会对所述外壳2的强度或精度造成影响。由此，能够提高所述斯特林冷冻机1的可靠性。
[0057]
另外，如上所述，所述第二连接部22的直径d1比所述胴部4的直径d2和所述减振单元20的直径d3小。而且，如上所述，所述安装体30被安装在直径为小的第二连接部22的短圆筒状部位23，并且作为所述振动检测装置的所述振动检测基板33被固定在该安装体30的基板安装部31的内表面侧。即，所述振动检测基板33被安装在所述斯特林冷冻机1中的外观被形成窄颈的部位。需要说明的是，尽管不是必需，从所述中心轴线a至所述安装主体30的外端的距离，其优选为比从所述中心轴线a至所述胴部4或所述减振单元20的外端的距离小。由此，所述安装主体30的外端能够从所述主体4或减振单元20的外端不向外侧突出，或者即使突出，也不会有大幅度的突出。因此，能够减小所述振动检测基板33对斯特林冷冻机1的大小所带来的影响。
[0058]
另外，通过所述安装体30将所述振动检测基板33固定在所述第二连接部22，还能够提高热的可靠性。即，通过来自被容纳在其内部的所述驱动机构10的热量和由逆向斯特林循环所产生的热量，所述胴部4的温度变得相对较高。因此，在将所述振动检测基板33已固定在所述胴部4的情况下，会受到这些热量的影响。但是，如果将所述振动检测基板33固定在远离所述胴部4的所述第二连接部22上，则能够减轻由这些热量所带来的影响。
[0059]
如上所述，本发明可为作为往复运动装置的斯特林冷冻机1，其具有外壳2、被设置在该外壳2内的气缸7、能够在气缸7内沿为单轴方向的往复运动方向r进行往复运动的活塞9、电控制该活塞9的运作的控制电路43、以及通过作为连接部的第一连接部21和第二连接部22而被设置在所述外壳2的于往复运动方向r的一端侧的减振单元20。在设置有检测由所述活塞9的往复运动引起的沿所述往复运动方向r的振动，且将其振动传递至所述控制电路43的作为振动检测装置的所述振动检测基板33的同时，还通过安装体30将该振动检测基板33设置在所述第二连接部22，所以所述振动检测基板33的安装不会对所述外壳2在强度和精度方面产生不良影响，从而能够成为高可靠性的斯特林冷冻机1。
[0060]
另外，本发明通过在构成所述连接部的第二连接部22中，将与和所述往复运动方向r平行的中心轴线a正交的方向的尺寸(直径d1)形成为比在所述外壳2或所述减振单元20的与所述中心轴线a正交的方向的尺寸(直径d2或直径d3)小，从而能够减小所述振动检测基板33对斯特林冷冻机1的大小所带来的影响。
[0061]
另外，本发明，其通过将所述加速度传感器34安装且使用在所述振动检测基板33，从而能够基于所检测到的加速度的大小来判断所述活塞9的振幅，进而能够控制该活塞9的振幅。
[0062]
进一步，在本发明中，将所述加速度传感器34的元件36的在检测轴z方向的尺寸形成为比其在检测轴x、y方向的尺寸小的同时，将在所述加速度传感器34的元件36中呈现最小尺寸的检测轴z方向与和所述往复运动方向r平行的所述中心轴线a正交。因此，可以防止检测信号灵敏度的降低，抑制了振动检测的反应性的恶化，从而能够高精度地控制所述活塞9的运作。
[0063]
需要说明的是，本发明不被限定于上述实施方式，在本发明的要旨的范围内可进行各种变通实施。例如，在上述实施方式中，虽然可以通过所述安装体30将所述振动检测基板33固定在所述第二连接部22，但也可以将所述振动检测基板33固定在所述第一连接部21。另外，在上述实施方式中，虽然可以通过所述安装体30将所述振动检测基板33固定在第二连接部22的外侧，但也可以将所述振动检测基板33收纳在所述连接部的内侧的空间。另外，所述加速度传感器34，在其元件36的检测轴x、y、z中，其成为最大尺寸的检测轴的方向与往复运动方向r平行即可。因此，在本实施方式中所使用的所述加速度传感器34的情况下，也可以设置为检测轴x与往复运动方向r平行的方式。进一步，虽然本实施方式的往复运动装置为斯特林冷冻机1，但也可以为这些以外的往复运动装置，例如也可以为斯特林发动机等。