| 【発明の名称】 |
リニアコンプレッサ |
| 【発明者】 |
【氏名】横井 康彦
【氏名】北條 三木夫
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| 【要約】 |
【課題】シリンダ軸心とシャフト軸心との平行度が無くなっている場合においても、ピストンがシリンダに片当たりを防止して、摺動部の信頼性維持及び装置効率の低下を防止する。
【解決手段】本発明は、ハウジング１内に設けられたシリンダ６と、該シリンダ６内に往復可能に嵌装され、シリンダ６内に圧縮室を区画形成するピストン７と、一端部が該ピストン７に連結されたシャフト１２と、所定周波数の交流電圧を印加して前記ピストン７及びシャフト１２を往復駆動するリニアモータ１７と、を有し、圧縮室内でガスを圧縮して外部に供給するリニアコンプレッサにおいて、前記ピストン７は、前記シャフト１２の軸方向と直交する半径方向へ移動可能に支持され、且つ、前記シャフト１２の所定個所を中心として揺動可能に保持されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ハウジング内に設けられたシリンダと、該シリンダ内に往復可能に嵌装され、シリンダ内に圧縮室を区画形成するピストンと、一端部が該ピストンに連結されたシャフトと、所定周波数の交流電圧を印加して前記ピストン及びシャフトを往復駆動するリニアモータと、を有し、圧縮室内でガスを圧縮して外部に供給するリニアコンプレッサにおいて、前記ピストンは、前記シャフトの軸方向と直交する半径方向へ移動可能に支持され、且つ、前記シャフトの所定個所を中心として揺動可能に保持されていることを特徴とするリニアコンプレッサ。
【請求項２】 前記シャフトのピストン側端部に一体的に取付けられ、その半径方向の寸法が、前記ピストンのシャフト側端部に開設された前記凹部の側壁に対して所定間隙を有するように構成され、且つ、前記凹部に点接触状態で当接させるための凸部が設けられているジョイント部材と、該ジョイント部材を押圧付勢し、前記凸部を前記凹部に当接させると共に、前記凸部の当接個所を中心として前記ピストンを揺動可能に保持する弾性部材と、を備えていることを特徴とする請求項１記載のリニアコンプレッサ。
【請求項３】 前記凸部は、先端部が半球状形状をしていることを特徴とする請求項２記載のリニアコンプレッサ。
【請求項４】 ハウジング内の両側に設けられた第１及び第２シリンダと、該第１及び第２シリンダ内に往復可能に嵌装され、前記第１及び第２シリンダ内に圧縮室をそれぞれ区画形成する第１及び第２ピストンと、両端部が該第１及び第２ピストンに連結されたシャフトと、所定周波数の交流電圧を印加して前記第１及び第２ピストン及びシャフトを往復駆動するリニアモータと、を有し、圧縮室内でガスを圧縮して外部に供給するリニアコンプレッサにおいて、前記第１及び第２ピストンは、前記シャフトの軸方向と直交する半径方向へ移動可能にそれぞれ支持され、且つ、前記シャフトの所定個所を中心として揺動可能にそれぞれ保持されていることを特徴とするリニアコンプレッサ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダ内に嵌装されたピストンをリニアモータによって往復運動させることにより、ガスを圧縮して外部に供給するリニアコンプレッサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、冷凍システムに於いて、冷媒ガスを圧縮して供給する機構として、リニアコンプレッサが開発されている。例えば図４に示す如く、有底円筒体のハウジング１０１と、そのハウジング１０１の上端開口部に形成された低炭素鋼からなる磁気枠１０２と、この磁気枠１０２の中心部に形成されたシリンダ１０３と、シリンダ１０３内に往復可能に嵌装され、シリンダ１０３内空間に圧縮室１０４を区画形成するピストン１０５と、ピストン１０５を往復駆動する駆動源としてのリニアモータ１０６を備えている。
【０００３】そして、リニアモータ１０６には、環状の永久磁石１０７がシリンダ１０３の同心外方に配置され、ハウジング１０１に固着されている。この磁石１０７及び磁気枠１０２からなる磁気回路によって、シリンダ１０３の中心と同心の円筒状の間隙１０８に磁界Ｂを発生させる。間隙１０８には中心部にてピストン１０５に一体固定された樹脂からなる有底円筒状の可動体１０９が配設され、可動体１０９及びピストン１０５を往復可能に弾性支持するためのコイルスプリング１１０がハウジング１０１に固定されている。
【０００４】この可動体１０９の外周には、磁石１０７と対向する位置に電磁コイル１１１が巻回されており、リード線（図示せず）を介して所定周波数の交流電流を通電することで、間隙１０８を通る磁界との作用によりコイル１１１及び可動体１０９を駆動してピストン１０５をシリンダ１０３内で往復移動させ、圧縮室１０４で所定周期のガス圧を発生させるようになされている。
【０００５】一方、代表的な冷凍システムとして、図５に示す如く、リニアコンプレッサ１２１（圧縮機）、凝縮器１２２、膨張弁１２３及び蒸発器１２４をガス流路配管１２５にて接続した密閉式の冷凍システムが知られており、リニアコンプレッサ１２１は、蒸発器１２４で気化した冷媒ガスを、ガス流路配管１２５を通じて吸入して高圧に圧縮し、高圧となった冷媒ガスをガス流路配管１２５を経て凝縮器１２２に吐出する装置として使用されている。
【０００６】このため、図４に示すように、圧縮室１０４には、シリンダ１０３の上端部に設けられた弁機構１１２を介してハウジング１０１外部のガス流路配管１２５が接続されている。弁機構１１２は、ガス流路配管１２５を介して蒸発器１２４からの冷媒ガスの吸入のみを許容する吸入弁１１２ａと、ガス流路配管１２５を介して凝縮器１２２への冷媒ガスの吐出のみを許容する吐出弁１１２ｂとから構成される。吸入弁１１２ａは、低圧側のガス流路配管１２５と圧縮室１０４との冷媒ガスの圧力差によって、圧縮室１０４方向にガスを流入させる弁である。又、吐出弁１１２ｂは、圧縮室１０４内の冷媒ガス圧力が一定圧力以上となると開放するように、圧縮室１０４と高圧側のガス流路配管１２５との冷媒ガスの圧力差によって、高圧側のガス流路配管１２５方向にガスを流出させる弁である。尚、吸入弁１１２ａ及び吐出弁１１２ｂは、ともに板バネによって付勢されている弁である。
【０００７】以上の構成により、従来装置では吸入弁１１２ａから吸入された冷媒ガスを圧縮室１０４で高圧に圧縮した後、吐出弁１１２ｂを介して凝縮器１２２に供給している。
【０００８】そして、従来のリニアコンプレッサ１２１では、シリンダ１０３とピストン１０５の軸心がずれている場合には、ピストン１０５がシリンダ１０３に片当たりして摺動部の摩耗あるいは、圧縮ガスの漏れにより信頼性が低下すると共に、摺動損失の増大によりコンプレッサの効率が低下する可能性があった。
【０００９】このため、図６に示すように、最近ではピストン１０５をその軸心方向と直交する半径方向に若干移動可能なように、シャフト１１３に連結支持する構成が提案されている。これにより、シリンダ１０３とシャフト１１３の軸心がずれている場合においても、ピストン１０５がシリンダ１０３に片当たりするのを防止することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ピストン１０５及びシャフト１１３はコイルスプリングやサスペンションスプリングなどの弾性部材１１０により支持されているため、ピストン１０５の往復運動中において、シリンダ１０３とシャフト１１３との軸心が平行で無くなり、シャフト軸心がシリンダ軸心に対していくらかの傾きを有する場合があった。
【００１１】斯かる場合には、上記従来構成では対応しきれず、図７に示す如く、依然として、ピストン１０５がシリンダ１０３に片当たりしてしまうという事態が発生していた。
【００１２】本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであって、シリンダ軸心とシャフト軸心との平行度が無くなっている場合においても、ピストンがシリンダに片当たりを防止して、摺動部の信頼性維持及び装置効率の低下防止を実現したリニアコンプレッサを提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、ハウジング内に設けられたシリンダと、該シリンダ内に往復可能に嵌装され、シリンダ内に圧縮室を区画形成するピストンと、一端部が該ピストンに連結されたシャフトと、所定周波数の交流電圧を印加して前記ピストン及びシャフトを往復駆動するリニアモータと、を有し、圧縮室内でガスを圧縮して外部に供給するリニアコンプレッサにおいて、前記ピストンは、前記シャフトの軸方向と直交する半径方向へ移動可能に支持され、且つ、前記シャフトの所定個所を中心として揺動可能に保持されていることを特徴とする。
【００１４】この構成を用いることにより、シャフトがシリンダに対して軸ぶれが発生して、シリンダ軸心とシャフト軸心との平行度が無くなっている場合においても、シリンダとピストンとの軸ぶれが発生するのを防止することができる。
【００１５】そして具体的には、前記シャフトのピストン側端部に一体的に取付けられ、その半径方向の寸法が、前記ピストンのシャフト側端部に開設された前記凹部の側壁に対して所定間隙を有するように構成され、且つ、前記凹部に点接触状態で当接させるための凸部が設けられているジョイント部材と、該ジョイント部材を押圧付勢し、前記凸部を前記凹部に当接させると共に、前記凸部の当接個所を中心として前記ピストンを揺動可能に保持する弾性部材と、を備えている構成としても良い。さらに、前記凸部は、その先端部を半球状形状としている。
【００１６】また、ハウジング内の両側に設けられた第１及び第２シリンダと、該第１及び第２シリンダ内に往復可能に嵌装され、前記第１及び第２シリンダ内に圧縮室をそれぞれ区画形成する第１及び第２ピストンと、両端部が該第１及び第２ピストンに連結されたシャフトと、所定周波数の交流電圧を印加して前記第１及び第２ピストン及びシャフトを往復駆動するリニアモータと、を有し、圧縮室内でガスを圧縮して外部に供給するリニアコンプレッサにおいて、前記第１及び第２ピストンは、前記シャフトの軸方向と直交する半径方向へ移動可能にそれぞれ支持され、且つ、前記シャフトの所定個所を中心として揺動可能にそれぞれ保持されている構成としても良い。この構成を用いることにより、シャフトの両側にピストンがそれぞれ連結され、シャフトとシリンダとの軸ぶれが特に問題となる２ピストン型リニアコンプレッサにおいても、確実に、シリンダとピストンの軸ぶれ発生を防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明のリニアコンプレッサの一実施の形態について説明する。
【００１８】本発明のリニアコンプレッサは、上記した図５に示す如く、密閉形の冷凍システムの圧縮機として用いられる。そして、そのリニアコンプレッサとしては、図１に示す如く、外周が密閉円筒状のハウジング１によって包囲され、リニアコンプレッサを密閉空間として保持している。このハウジング１は、その上部及び下部に圧縮室２、３を有している。
【００１９】そして、ハウジング１の下部には低炭素鋼からなる磁気枠（ヨーク）４が形成され、このヨーク４の中心部には上下方向に延びるシリンダ嵌装孔５が貫通形成され、このシリンダ嵌装孔５には金属材料からなる有底円筒状の第１シリンダ６が嵌合されている。
【００２０】第１シリンダ６内には、第１ピストン７が摺動可能に嵌装されており、第１シリンダ６と第１ピストン７により冷媒ガスの圧縮空間となる上部圧縮室２が区画形成される。そして、第１シリンダ６には外部のガス流路配管１２５に接続され、蒸発器１２４で気化した冷媒ガスを吸入するための第１吸入弁８ａが設けられている。
【００２１】一方、第１シリンダ６と反対側のハウジング１の上部には、上下方向に延びる第２シリンダ９が設けられており、その第２シリンダ９内には第２ピストン１０が摺動可能に嵌装されており、第２シリンダ９と第２ピストン１０により冷媒ガスの圧縮空間となる上部圧縮室３が区画形成される。そして、下部圧縮室２と同様に、第２シリンダ９には外部のガス流路配管１２５と接続し、蒸発器１２４で気化した冷媒ガスを吸入するための第２吸入弁１１ａが設けられている。
【００２２】そして、第１ピストン７及び第２ピストン１０は、ピストンシャフト１２の両端部に夫々連結されており、ピストンシャフト１２に第１ピストン７側が開放された有底円筒状の可動体（ボビン）１３が一体固定されている。
【００２３】また、ヨーク４にはシリンダ嵌装孔５と同心状に配置された環状の凹部１５が形成され、この凹部１５の内側側面には環状の永久磁石１６がヨーク４との間に所定の間隙をあけて取り付けられており、この磁石１６及びヨーク４によってリニアモータ１７の磁気回路が構成され、この磁気回路によって磁石１６とヨーク４の外側側面との間の間隙に所定強度の磁界を発生させるようにしている。そして、ボビン１３が磁石１６及びヨーク４からなる磁気回路の一部に形成した間隙に配設され、ボビン１３の外周に巻回された電磁コイル１９に所定周波数の交流電流を電源装置（図示せず）から供給することによって第１ピストン７及び第２ピストン１０をそれぞれ第１シリンダ６及び第２シリンダ９内で往復移動させ、下部圧縮室２及び上部圧縮室３において所定周期のガス圧を発生させるようになされている。そして、この電源装置は、その駆動電力を制御する制御手段（図示せず）からの制御指令に基づいて所定の駆動電流を電磁コイル１９へ供給している。
【００２４】そして、図２に示す如く、上記第１ピストン７には、ピストンシャフト１２側が開口部となる断面コ字円筒状の凹部７ａが開設され、凹部７ａに当接する凸部２１ａが先端部に設けられているジョイント部材２１が、ピストンシャフト１２の第１ピストン側端部に一体的に取り付けられている。ここで、図２は、図１装置での第１ピストン７及びジョイント部材２１の構成を説明するための要部断面図である。図３は、図１装置での第１ピストン７の動作を説明するための要部断面図である。
【００２５】ジョイント部材２１の凸部２１ａは、先端部が半球形状となっており、凹部７ａと点接触状態で当接することになる。そして、ジョイント部材２１には、凹部７ａの内径寸法より小さい外径を有する円板状突設部２１ｂが凸部２１ａの基端部に設けられており、凹部７ａ側壁と円板状突設部２１ｂとの間に所定のクリアランス（本実施形態例では、約５０〜１００μｍ）を有することになる。
【００２６】そして、第１ピストン７の凹部７ａにジョイント部材２１の凸部２１ａが点接触状態で常時当接するように、板バネ２２により押圧付勢されている。そして、板バネ２２は、ジョイント部材２１を第１ピストン７側に押圧する方向に力が働いているのみであるため、第１ピストン７は、上記クリアランスの範囲内でその軸心の半径方向に移動可能にジョイント部材２１と連結されている。そして、第１シリンダ６に対してピストンシャフト１２の軸心が平行に若干ずれている場合には、第１ピストン７がジョイント部材２１に対してその軸心の半径方向に移動して、第１ピストン７の軸心が第１シリンダ６の軸心と一致することになる（図３(a)参照）。
【００２７】また、ジョイント部材２１の凸部２１ａの先端部が半球形状となっており、板バネ２２によって第１ピストン７の凹部７ａに点接触状態で当接させているので、ピストンシャフト１２の軸心と第１シリンダ６の軸心が平行度が無くなり、第１シリンダ６に対してピストンシャフト１２の軸心が傾きを有する場合には、第１ピストン７がジョイント部材２１に対して当接個所を中心に回動して、第１ピストン７の軸心が第１シリンダ６の軸心と一致することになる（図３(b)参照）。
【００２８】これにより、ピストンシャフト１２が第１シリンダ６に対して軸ぶれが発生しても、第１シリンダ６と第１ピストン７との軸ぶれが発生するのを防止し、第１ピストン７が第１シリンダ６に片当たりすることなく、当該摺動部での信頼性を維持することができ、摺動部の摩耗による効率低下を防止することができる。特に、本実施形態例の如くピストンシャフト１２の両側に第１ピストン７及び第２ピストン１０が連結されているような場合には、ピストンシャフト１２と第１シリンダ６又は第２シリンダ９との間で軸ぶれが発生しやすく特に効果が期待できる。
【００２９】上記説明では、第１ピストン７とピストンシャフト１２との連結部構成についてのみ詳述したが、第２ピストン１０も第１ピストン７と同様に、凹部１０ａが設けられている。そして、ピストンシャフト１２に一体的に取り付けられたジョイント部材２３の凸部２３ａが凹部１０ａに点接触状態で常時当接するように板バネ２４により押圧付勢されて、ジョイント部材２３を介してピストンシャフト１２に第２ピストン１０が連結されている。ここで、第２ピストン１０とジョイント部材２３の構成は、上記第１ピストン７とジョイント部材２１と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００３０】尚、上記実施の形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
【００３１】例えば、上記実施形態例では、２ピストン構成について説明したが、１ピストン構成のリニアコンプレッサについても適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、シャフトがシリンダに対して軸ぶれが発生して、シリンダ軸心とシャフト軸心との平行度が無くなっている場合においても、シリンダとピストンとの軸ぶれが発生するのを防止することができる。
【００３３】従って、ピストンがシリンダに片当たりすることなく、当該摺動部での信頼性を維持することができ、摺動部の摩耗による効率低下を防止することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月２８日（１９９９．１２．２８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１１１３８３
【弁理士】
【氏名又は名称】芝野 正雅
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１８２６５２（Ｐ２００１−１８２６５２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月６日（２００１．７．６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３７２２３８ |
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