专利名称：线性驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及活塞进行往复运动的线性驱动装置。
技术背景至今、线性驱动装置已用于线性压缩机和斯特林制冷机等设备 上，该线性驱动装置具有与磁体组件相连接的活塞，所述磁体组件因 线性马达生成的磁场的变化而进行往复运动。专利文献l:特开2004 - 297858号公报在上述的线性驱动装置的制造过程中、构成磁体组件的永久磁铁和 杯状套筒的树脂由镶嵌法成型而结合。在这种镶嵌法成型中、永久磁铁 的收缩率和树脂的收缩率不同。即、在用镶嵌法成型时，永久磁铁几乎不收缩、而树脂发生较大的收缩。因此、构成支承永久磁铁的杯状套筒 的树脂的内周面就处于比永久磁铁的内周面还内侧的位置。在这种场合 下、当磁体组件与活塞一起进行往复运动时，内轭铁和构成杯状套筒的 树脂的内周面往往会接触。其结果对活塞的往复运动往往会产生妨碍。在磁铁组件的永久磁铁是借助将多个磁铁片沿着周向排列配置而构 成的场合下，如果树脂难流入磁铁片彼此间的间隔部，则在该部分的树 脂中形成空洞。其结果由于磁铁片从树脂脱落，因而往往会对活塞的往 复运动产生妨碍。而且、在活塞驱动时、永久磁铁的内周面和内轭铁接触的场合下， 往往对活塞的往复运动带来妨碍。为了防止这种妨碍的发生、当将整个 杯状套筒向外周侧增大时，就会引起杯状套筒的外周面与其它构件相接 触，给活塞的往复运动带来妨碍。此外，使组装了该杯状套筒的线性马 达的外径增大，或使内轭铁与外轭铁之间的距离扩大，结果使马达的性 能降低。发明内容本发明是为了解决上述问题而作出的，其目的是提供一种不易对活 塞的往复运动产生妨碍的、紧凑的线性驱动装置。 本发明技术方案1的线性驱动装置，设有压力缸；在压力缸内 进行往复运动的活塞；设置在压力缸的外部、使活塞往复运动的线性 马达。而且、线性驱动装置设置着与活塞相连接、起到线性马达的可 动元件作用的以树脂为主要成分的杯状套筒。线性驱动装置还设有在 杯状套筒的敞开端侧的内周面上一体成型、因线性马达生成的磁场而 进行往复运动的永久磁铁。而且、在杯状套筒内周面的没有设置永久 磁铁的那部分上、设置着环状构件、该环状构件具有与永久磁铁的内 周面相同的直径、或者是与永久磁铁的内周面相比、有较大直径的内 周面。根据上述的结构，在杯状套筒的树脂成型时，由环状构件防止杯 状套筒内周面的没有设置永久磁铁的那部分向内側收缩。因此、能防 止形成具有内径比永久磁铁的内周面还小的圆筒部的杯状套筒。其结 果是在活塞进行往复运动时，能防止圆筒部的内周面与内轭铁的外周 面等相接触。也就是说、能防止对活塞往复运动产生妨碍。本发明技术方案2的线性驱动装置，设有压力缸；在压力缸内 进行往复运动的活塞；设置在压力缸的外部、使活塞往复运动的线性 马达。而且、线性驱动装置设置着与活塞相连接、起到线性马达的可 动元件作用的树脂制造的杯状套筒。线性驱动装置还设有在杯状套筒 的敞开端侧的内周面上一体成型、因线性马达生成的磁场而进行往复 运动的永久磁铁。而且、永久磁铁是将多个磁铁片沿着周向排列配置； 多个磁铁片彼此的间隔是外侧大于内侧。根据上述的结构，在磁铁片的镶嵌成型中、树脂容易向磁铁片彼此 间的间隔部流入。其结果能防止在杯状套筒的磁铁片彼此的间隔部中发 生空洞。其结果防止磁铁片从树脂脱落。因而，防止对活塞的往复运动 产生妨碍。本发明技术方案3的线性驱动装置，设有压力缸；在压力缸内 进行往复运动的活塞；设置在压力缸的外部、使活塞往复运动的线性 马达。而且、线性驱动装置设置着与活塞相连接、起到线性马达的可 动元件作用的树脂制造的杯状套筒。线性驱动装置还设有在杯状套筒 的敞开端侧的内周面上一体成型、因线性马达生成的磁场而进行往复 运动的永久磁铁。而且、永久磁铁的表面被施加过能使摩擦系数降低 的表面处理。
根据上述的结构，由于在用树脂材料镶嵌成型磁体时，使永久磁 铁和树脂之间产生的摩擦力减小，因而树脂的流动性得到改良，能使 设置在永久磁铁的外周侧的树脂厚度减小。由于能减少活塞的外周面 和外轭铁接触的危险，因而能防止对活塞往复运动产生妨碍。而且、 能将内轭铁和外轭铁之间的距离作成狭窄，能使线性马达的特性提 高。本发明技术方案4的线性驱动装置，设有压力缸；在压力缸内 进行往复运动的活塞；设置在压力缸的外部、使活塞往复运动的线性 马达。而且、线性驱动装置设置着与活塞相连接、起到线性马达的可 动元件作用的树脂制造的杯状套筒。线性驱动装置还设有在杯状套筒 的敞开端侧的内周面上一体成型、因线性马达生成的磁场而进行往复 运动的永久磁铁。而且、在杯状套筒的内周面上设置着覆盖永久磁铁 的内周面的树脂制造的环状构件。根据上述的结构，由于用环状构件覆盖永久磁铁的内周面，因而 能防止永久磁铁道内周面的损伤。如果环状构件是沿轴向大致同样的 厚度，则能用挤出成型工艺制造环状构件、能降低零件的成本。根据本发明，能得到一种难以对活塞的往复运动产生妨碍的紧凑的 线性驱动装置。本发明的上述以及其他的目的、特征、技术方案和优点能从下面 的、与附图相关的本发明的详细说明中得到清楚理解。
图1是表示实施方式1的斯特林制冷机结构的剖视图。图2是表示实施方式的杯状套筒的纵剖视图。图3是表示实施方式的杯状套筒的横剖视图。图4是表示实施方式的杯状套筒的另一个例子的横向局部剖视图。图5是表示实施方式的杯状套筒的又一个例子的橫向局部剖视图。图6是表示实施方式的杯状套筒的另一个例子的横剖视图。图7是表示实施方式的杯状套筒的又一个例子的横剖视图。图8是用于说明实施方式的杯状套筒的切缝的侧面图。图9是用于说明实施方式的杯状套筒的定位切缝的俯视图。图IO是表示实施方式的杯状套筒的仰视图。 图ll是用于说明实施方式的杯状套筒和活塞的安装方法的图。图12是用于说明实施方式的杯状套筒和活塞的安装状态的图。 图13是表示实施方式2的线性压缩机结构的剖视图。 附图标记说明1活塞，3压力缸，14杯状套筒，15永久磁铁，50、 51、 52辅助环。
具体实施方式
(实施方式l)下面、在参照图1的同时、对作为本发明实施方式的线性驱动装置 的 一个例子的斯特林制冷机进行说明。图1是表示实施方式的斯特林制冷机40的剖视图。在斯特林制冷机 40中、圆柱形活塞1和平衡浮子2被嵌入在由两个部分构成的圆筒形状 压力缸3内。活塞1和平衡浮子2使压缩空气9介于中间而设置的、具 有作为共同驱动轴的轴Y。在平衡浮子2的末端側形成膨胀空间10。压缩空间9和膨胀空间10 是借助氦气等工作介质流通的介质流路11而连通的。在介质流路ll内 设置着再生器12。再生器12在积蓄工作介质的热量的同时、将积蓄了的 热量供给工作介质。在压力缸3的大致中间设置着凸缘部(法兰)3a。借 助将圆顶状的耐压容器4安装在凸缘部3a上而形成密闭的平衡空间(背 面空间)8。活塞1在后端側与支承弹簧5形成一体。平衡浮子2借助贯通过活 塞1的中心孔la的杆2a而与支承弹簧6形成一体。支承弹簧5与支承 弹簧6由螺栓和螺母22连接着。如下所述、当活塞1进行往复运动时， 平衡浮子2由活塞1和平衡浮子2之间产生的工作流体的压力变动、在 相对于活塞1有既定的相位差的状态下进行往复运动。内侧轭铁18嵌入在平衡空间8内的压力缸3的外侧。内侧轭铁18 借助间隙19而与外侧轭铁17对置着。驱动用线團16嵌入在外侧轭铁17 的内侧。在间隙19中能移动地设置着环状的永久磁铁15。永久磁铁15 借助杯状套筒14而与活塞1形成一体。由内侧轭铁18、外侧轭铁17、 驱动用线團16和永久磁铁15构成使活塞1沿着轴Y移动的线性马达 13(M)。
在驱动用线圏16上连接着引线20和21。引线20、 21贯通耐压容 器4的壁面、与交流电力生成装置的变换器回路100连接着。借助微型 计算机1000控制变换器回路100、将驱动电力供给线性马达13 (M)。具有上述结构的斯特林制冷机40在由线性马达13 (M)使活塞1进刊_ 往复运动时，平衡浮子2在相对于活塞1有既定的相位差的状态下进4亍 往复运动。由此工作介质在压缩空间9和膨胀空间IO之间移动。其结果 是形成逆斯特林循环。上述本实施方式的斯特林制冷机40在由交流电力生成装置的变换器 回路100将既定的交流波形的驱动电压施加到线性马达13(M)上时，活 塞1就以与该既定的交流波形的驱动电压相对应的周期和沖程进行往复 运动。因此，借助对施加到线性马达13上的驱动电压的控制，就能控制 活塞1的往复运动的周期和冲程。下面、更详细地说明上述本实施方式的自由活塞型斯特林制冷机的 动作原理。活塞1由线性马达13驱动。活塞1弹性地支承在支承弹簧5上。因 此、活塞1将它的位置和时间的关系描述成正弦波那样地进行运动。而且、由活塞1的移动、使压缩空间9内的工作气体将它的压力和 时间的关系描述成正弦波那样地运动。在压缩空间9内被压缩的工作气 体先从作为放热用热交换部的压缩空间9将热量放出。接着、被压缩了 的工作气体被设置在平衡浮子2周围的再生器12冷却。此后、被压缩了 的工作气体从再生器12向作为吸热用热交换部的膨胀空间10流入。膨胀空间IO的工作气体由活塞I的移动而膨胀。膨胀了的工作气体 使它的温度降低。膨胀空间IO内的工作气体、将它的压力和时间的关系 描述成正弦波那样地运动。虽然表示膨胀空间10内的工作气体的压力和 时间的关系的正弦波、是相对于表示压缩空间9内的工作气体的压力和 时间的关系的正弦波有既定相位差的波形，但它们是以相同的周期进行 变化的波形。也就是说、平衡浮子2在相对于活塞1有既定相位差的状 态下进4于往复运动。从微型计算机1000向变换器回路100输出的PWM控制信号是数字信 号，即是脉冲波形。在变换器回路100中该脉冲波形变换成模拟信号、 即变换成交流波形。该交流波形的频率成为斯特林制冷机40的活塞1的 频率。在将数字信号变换成模拟信号时，如上所述地使用PWM。也就是说、 从微型计算机1000依次输出的多个脉冲、它的幅度是渐渐地从小变大， 变成峰值的幅度之后渐渐地向小的幅度回归地构成。由此生成交流波 形。在本实施方式的线性驱动装置中、如图2和图3所示，永久磁铁15; 支承永久磁铁15的杯状套筒14;以及与永久磁铁15邻接设置的、有与 永久磁铁15的内周面相同的内周面的辅助环50是一体成型的。但是、 辅助环50的内周面也可以处于比永久磁铁15的内周面还外侧的位置。 辅助环50是沿着杯状套筒14的内周面而设置的圆筒状树脂成型构件。 辅助环50不必一定是树脂制造、只要是轻量的，用金属制造的也可以， 根据成型杯状套筒14的树脂的收缩、只要它的内径不比永久磁铁15的 内径还小、就可以不顾材料质地。在杯状套筒14的敞开端侧、永久磁铁15以分割成多个的状态设置 着，被镶嵌成型在树脂中。因此、在构成永久磁铁15的多个磁铁片彼此 间填充着构成杯状套筒14的敞开端部的树脂。而且以覆盖多个磁铁片的 全部外周面的状态、将杯状套筒14的敞开端部的树脂部分形成圓筒状。 在上述多个磁铁片的各片表面上都施加了镍镀层、或者铝涂层等用于使 与成型树脂的摩擦系数减小的处理，由此、由于减小了永久磁铁15和成 型时流动的树脂之间的摩擦力，因而即使永久磁铁15外侧的树脂厚度(壁 厚)较薄、也能使树脂充分地流动，能进行没有空洞的成型。因此、只要 永久磁铁15移动的间隙19是相同的，杯状套筒14的外周面和其它零件 (外侧轭铁17)接触的危险就能减少。其结果是防止了对活塞l的往复运 动产生妨碍。而且能将内、外轭铁之间的距离(间隙19)做得较狭窄，能 提高线性马达的特性。但是、本实施方式的杯状套筒14的敞开端部也可以如图4所示、在 构成永久磁铁15的磁铁片彼此之间具有树脂向外周方向突出的突出部 14a。如果采用与这种形状相对应的金属模、就使树脂容易流入到磁铁片 彼此之间。因此、能防止杯状套筒14的树脂成型中发生不良现象(空洞)。 其结果是能防止在活塞1的驱动中磁铁片从树脂脱落、防止对活塞1的 往复运动产生妨碍。而且、为了使树脂容易流入永久磁铁15彼此之间，最好如图5所示 地、将多个永久磁铁15的各片外侧的角部15a进行倒角。这样、邻接的
永久磁铁15彼此的间隔部的外周侧间隔就比内周侧的间隔大，树脂就能 容易地从外周侧流向内周侧。而且、如果采用图4和图5所示的结构、 还能使杯状套筒14的机械强度提高。如图6和图7所示、辅助环50的结构还可以是覆盖多个永久磁铁15 的全部内周面的。图6表示了一种将圆筒状的辅助环52形成一体的结 构，这种结构能消除杯状套筒14的内周面和永久磁铁15的高低差。图7 表示一种将壁厚沿着压力缸3的驱动方向、大致一定的辅助环51作成一 体的结构。如果采用图6和图7所示的辅助环51或52，由于永久磁铁 15的内周面由辅助环51或52覆盖，因而能防止损伤永久磁铁15的内 周面。而如果采用如辅助环51那样壁厚一定的圓筒状构件，则能用挤压 成型工艺制造、能降低模和零件所需的费用。如图8和图9所示、在本实施方式的杯状套筒14的末端部形成与设 置在金属模上的肋片的形状相对应的切缝14 0 ，用于在将永久磁铁15镶 嵌成型到树脂内时，将永久磁铁15定位。这样、如果在成型金属模上设 置了用于将永久磁铁15定位的肋片，则能容易地进行永久磁铁15的定 位。如图10~图12所示、本实施方式的杯状套筒14和活塞1是由阳螺 紋件142结合的。套筒状金属零件141被镶嵌成型在杯状套筒14的底面 上，阳螺紋件142贯通该套筒状金属零件141而与设置在活塞1上的阴 螺紋螺紋结合。根据该结构、由于阳螺紋件142和金属零件141之间的 结合是牢固的，因而能抑制由往复运动和经年老化而发生的活塞1和杯 状套筒14的位置偏移。 (实施方式2)下面、用图13来说明线性压缩机，它作为本发明实施方式的线性驱动装置的另一个例子。如图13所示、线性压缩机540设有设置在外壳541内的压力缸 542;在该压力缸542内进行往复移动的活塞543;设置在压力缸542的 外周部、驱动活塞543的线性马达501;对活塞543施力的活塞弹簧(板 簧)546和支承压力缸的支承才几构部。线性马达501具有设置在压力缸542的外周部的内轭铁530;配 置在该内轭铁530外侧的外轭铁504;配置在内轭铁530和外轭铁504 之间的线圏508和杯状套筒532;将外轭铁504夹持的第1和第2夹
环502和503;以既定的间隔连接第1夹紧环502和第2夹紧环503之 间的间隔件(图中没有表示)和支承活塞弹簧546的支承部516。内轭铁530被设置成包围着压力缸542的外周，包围该内轭铁530 那样地配置着圆筒状的杯状套筒532。杯状套筒532与活塞543相连接、 末端设有构成永久磁铁531的多个磁铁片。多个磁铁片中的各个磁铁片 都是配置在内轭铁530和外轭铁504之间。而且、在杯状套筒532的没 有设置永久磁铁531的内周面上设置着圆筒状辅助环500。辅助环500 的结构与实施方式1的辅助环50相同。第1夹紧环502具有支承活塞弹簧546的支承部516。活塞弹簧 546是借助安装在该支承部516上的支承构件而与支承部516连接着。在线性压缩机540中、由压力缸542、活塞543和对置面(547)构 成压缩空间544。压力缸542由支承机构部支承在外壳541内，在图 13所示的例子中、该支承机构部由固定在外壳541内部的支承板549、 载放在该支承板549上并支承压力缸542的螺旋弹簧548构成。在压力缸542的一端侧经由平板547而将头盖545固定。在压缩 空间544内由该头盖545和活塞543的头部而压缩制冷剂。下面、说明具有上述结构的线性压缩机的动作。首先、当线團508 通电时，与杯状套筒532的永久磁铁531之间就产生推力，由该推力 使杯状套筒532沿着压力缸542的轴向移动。由于这时杯状套筒532 与活塞543连接着，因而活塞543与杯状套筒532 —起也向压力缸542 的轴向移动。将制冷剂从图中没有表示的吸入管导入到外壳541内，通过头盖 545和平板547内的通路而导入压缩空间544内。在该压缩空间544 内、由活塞543压缩制冷剂，此后、通过图中没有表示的排出管而将 其排出到外部。本实施方式的杯状套筒532和永久磁铁531等是与用图2 ~图12 进行说明的实施方式1的杯状套筒14和永久磁铁15等同样的结构。 因此、即使在本实施方式的线性压缩机的线性驱动装置中、也能得到 与由实施方式1的线性驱动装置得到的效果同样的效果。虽然详细地说明并描述了本发明，但这只是为了表示例子、算不 上限定，这点是很清楚的，即、发明的主旨和范围只由权利要求书加 以限定。
权利要求
1.一种线性驱动装置，其特征在于，设有压力缸(3、542)；在上述压力缸(3、542)内进行往复运动的活塞(1、543)；设置在上述压力缸(3、542)的外部、使上述活塞(1、543)往复运动的线性马达(13、501)；与上述活塞(1、543)相连接、起上述线性马达(13、501)的可动元件作用的树脂制造的杯状套筒(14、532)；在上述杯状套筒(14、532)的敞开端侧的内周面上一体成型、因上述线性马达(13、501)生成的磁场而进行往复运动的永久磁铁(15、531)；在上述杯状套筒(14、532)的没有设置上述永久磁铁(15、531)的内周面上、成一体地形成环状构件(50、500)，该环状构件(50、500)的内周面具有与上述永久磁铁(15、531)的内周面相同的直径、或者具有比上述永久磁铁(15、531)的内周面还大的直径。
2. —种线性驱动装置，其特征在于， 设有压力缸(3、 542);在上述压力缸(3、 542)内进行往复运动的活塞(l、 543);设置在上述压力缸(3、 542)的外部、使上述活塞(l、 543)往复运 动的线性马达(13、 501);与上述活塞(l、 543)相连接、起上述线性马达(13、 501)的可动元 件作用的树脂制造的杯状套筒(14、 532);在上述杯状套筒(14、 532)的敞开端侧的内周面上一体成型、因上 述线性马达(13、 501)生成的磁场而进行往复运动的永久磁铁(15、 531);上述永久磁铁(15、 5 31)是将多个磁铁片沿着周向排列配置； 上述多个磁铁片彼此的间隔是外侧大于内侧。
3. —种线性驱动装置，其特征在于， 设有压力缸(3、 542);在上述压力缸(3、 542)内进行往复运动的活塞(l、 543); 设置在上述压力缸(3、 542)的外部、使上述活塞(l、 543)往复运 动的线性马达(13、 501);与上述活塞(l、 543)相连接、起上述线性马达(13、 501)的可动元 件作用的树脂制造的杯状套筒(14、 532);沿着上述杯状套筒(14、 532)的敞开端侧的内周面而设置、因上述 线性马达(13、 501)生成的磁场而进行往复运动的永久磁铁(15、 531);上述永久磁铁(15、 531)的表面施加过能使摩擦系数降低的表面处理。
4. 一种线性驱动装置，其特征在于， 设有压力缸(3、 542);在上述压力缸(3、 542)内进行往复运动的活塞(l、 543);设置在上述压力缸(3、 542)的外部、使上述活塞(l、 543)往复运 动的线性马达(13、 501);与上述活塞(l、 543)相连接、起上述线性马达(13、 501)的可动元 件作用的树脂制造的杯状套筒U4、 532);在上述杯状套筒(14、 532)的敞开端侧的内周面上一体成型、因上 述线性马达(13、 5 01)生成的磁场而进行往复运动的永久磁铁(15、 531);上述杯状套筒(14、 532)的内周面上，设置着以树脂为主要成分、 覆盖上述永久磁铁(15、 531)内周面的环状构件(51、 52)。
5. 如权利要求4所述的线性驱动装置，其特征在于，上述环状构 件(51)的壁厚是沿着轴向大致相同的。
全文摘要
杯状套筒(14)的主要成分是树脂，在它的末端、用镶嵌成型工艺形成分割成多个的永久磁铁(15)。杯状套筒(14)还在没有设置永久磁铁(15)的内周面上、沿着它的内周面、设置着以树脂为主要成分的辅助环(50)。辅助环(50)具有与永久磁铁(15)的内周面同样的内周面，或者具有处于比永久磁铁(15)内周面还靠外侧的内周面，在杯状套筒(14)的树脂成型时、防止构成杯状套筒(14)的树脂向内侧收缩。因此能防止支承永久磁铁(15)的树脂和压力缸的接触。由此能得到对活塞的往复运动产生的妨碍被抑制的线性驱动装置。
文档编号H02K33/16GK101151785SQ20068001061
公开日2008年3月26日 申请日期2006年2月27日 优先权日2005年3月30日
发明者上田和彦 申请人:夏普株式会社