| 【発明の名称】 |
振動式圧縮機 |
| 【発明者】 |
【氏名】森田 一郎
【氏名】小林 正則
【氏名】川端 淳太
【氏名】稲垣 耕
【氏名】石田 貴規
【氏名】片山 誠
【氏名】林 陽
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| 【要約】 |
【課題】冷凍サイクル等に使用される振動式圧縮機において、潤滑油によるシステム効率の低下を防止するとともに、使用する冷媒量の低減を図る。
【解決手段】圧縮機構部により冷媒を圧縮し、吐出する振動式圧縮機において、潤滑油は使用せず、冷媒としてプロパン、イソブタン、二酸化炭素などの可燃性冷媒や自然冷媒を使用し、ガスベアリング機構または曲げ剛性の低い連結機構を備えることにより、システム効率が向上するとともに、使用する冷媒量を低減するとともに、摺動損失の低減を図る。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 密閉ケーシング内に縦方向に収納された圧縮機構部により冷媒を圧縮し、吐出する振動式圧縮機において、潤滑油は充填せず、前記冷媒としてプロパン、イソブタン、二酸化炭素などの可燃性冷媒や自然冷媒を使用し、ピストンとシリンダの摺動部に備えたガスベアリング機構または前記ピストンと弾性要素を連結し且つ曲げ剛性が低い連結機構を備えた振動式圧縮機。
【請求項２】 固定子と可動子とから構成されたモータと、シリンダや前記モータの固定子などにより構成された固定要素と、ピストンや前記モータの可動子などにより構成された可動要素と、一部が前記固定要素に連結された弾性要素とからなり、曲げ剛性が低い連結機構のみで、前記可動要素と前記弾性要素とを連結している振動式圧縮機。
【請求項３】 固定子と可動子とから構成されたモータと、シリンダや前記モータの固定子などにより構成された固定要素と、ピストンや前記モータの可動子などにより構成された可動要素と、一部が前記固定要素に連結された弾性要素とからなる振動式圧縮機において、前記弾性要素を含まない前記可動要素の重量ｍ０と前記弾性要素の重量Ｍｂと前記弾性要素の形状や構成によって異なる補正係数βにより決定される（数１）に示した可動部重量をｍ、前記弾性要素を含まない前記固定要素の重量Ｍ０と前記弾性要素の重量Ｍｂと前記補正係数βにより決定される（数２）に示した固定部重量をＭ、運転される吐出圧力Ｐｈと吸入圧力Ｐｌと前記ピストンの断面積Ａと前記ピストンのストロークＳと運転圧力条件などによって異なる補正係数αにより決定される（数３）に示したガスバネ定数をＫｇ、前記弾性要素のバネ定数をＫとした場合、前記可動部重量ｍと、前記固定部重量Ｍと、前記ガスバネ定数Ｋｇと、前記弾性要素のバネ定数Ｋにより決定される（数４）に示した共振周波数ｆに対して、少なくとも±５Ｈｚ以内の運転周波数で運転される振動式圧縮機。
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
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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、冷凍冷蔵装置や空調機等に用いられる振動式圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】 冷凍サイクル等に使用する圧縮機には従来から冷媒としてＣＦＣ−１２（ジクロロ・ジフロロ・メタン、ＣＣｌ2Ｆ2）やＨＣＦＣ−２２（モノクロロ・ジフロロ・メタン、ＣＨＣｌＦ2）が主に使用されてきたが、オゾン層の破壊による人体や生物系に対する影響や地球温暖化の観点から分子内に塩素（Ｃｌ）原子を含まないＨＦＣ系冷媒、例えばＨＦＣ−１３４ａ（１，１，１，−テトラ・フロロ・エタン、ＣＨＦ2ＣＦ3）等の冷媒が使用されてきている。
【０００３】さらに近年、特開平８−２００２２４号公報にも示されているように、レシプロ圧縮機、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機、ヘリカルブレード圧縮機において、プロパン、イソブタンなどの可燃性冷媒や自然冷媒が用いられはじめている。
【０００４】また、上記以外の圧縮機である振動式圧縮機について、従来の振動式圧縮機として、特開平９−１９５９３８号公報に示されているものがある。以下、図面を参照しながら従来の振動式圧縮機について説明する。
【０００５】図６は、従来の振動式圧縮機の縦断面図である。図６において１は圧縮機構部であり、圧縮機構部１は、モータ２、シリンダ３、ピストン４、弾性要素５、ブロック６、シリンダーヘッド７とから構成されており、サスペションスプリング（図示せず）により、密閉ケーシング８内に弾性支持されている。モータ２は固定子２ａ、２ｂと及び永久磁石２ｅを含む可動子２ｃとから構成されており、可動子２ｃはピストン４に連結固定されている。また、固定子２ａ内には、巻き線２ｄが挿入されている。
【０００６】９は、ピストン４、モータ２の可動子２ｃなどから構成される可動要素であり、１０はシリンダ、モータ２の固定子２ａ、２ｂ、ブロック６などから構成される固定要素である。
【０００７】弾性要素５は、複数の弾性体５ａを積み重ねて構成されており、弾性要素５の内周部５ｂが可動要素９に固定され、外周部５ｃが固定要素１０であるブロック６に固定されている。弾性体５ａは板状であり、例えばバネとして機能するものである。
【０００８】シリンダ３は、ピストン４と弾性要素５により軸方向に可動可能なように支持している。１１は、密閉ケーシング８内に充填された潤滑油であり、オイル供給装置（図示せず）により摺動部へ供給されている。
【０００９】次に、振動式圧縮機の機構について説明する。交流電源によりモータ２の固定子２ａに固定された巻き線２ｄに通電すると、この通電により永久磁石２ｅにより発生する磁界との作用により、永久磁石２ｅ、可動子２ｃに軸方向の往復運動する力が発生する。その力により、可動子２ｃと連結されたピストン４は、弾性要素５を変形させるとともに、その弾性要素５の反発力を利用しながら共振し、効率よく軸方向に往復運動を繰り返す。
【００１０】冷却システム（図示せず）からの冷媒ガスは、吸入管（図示せず）を介してシリンダヘッド７内に導かれ、シリンダ３内の圧縮室１２に至る。圧縮室１２に至った冷媒ガスは、上述したピストン４の往復運動により圧縮される。圧縮された冷媒ガスは、一旦シリンダヘッド７内に吐出された後、吐出管（図示せず）を介して冷却システムに吐出される。
【００１１】使用される冷媒は、主に冷却システムに古くから使用されてきたＣＦＣ−１２やＨＣＦＣ−２２であり、潤滑油１１には主に鉱油が用いられている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来の振動式圧縮機の構成は、潤滑油１１を使用しており、さらに、自然冷媒、可燃性冷媒を用いるいかなる方式、例えばレシプロ圧縮機、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機、ヘリカルブレード圧縮機の圧縮機においても、何らかの潤滑油が使用されている。そのため、潤滑油１１を用いることにより、冷却システムにおける熱交換効率が低下し、冷却システムの効率が低くなる可能性があった。
【００１３】また、冷媒としてプロパン、イソブタン、二酸化炭素などの自然冷媒、可燃性冷媒を用いる圧縮機、例えば従来からある振動式圧縮機に上記冷媒を使用した場合を一例に考えてみると、自然冷媒、可燃性冷媒は圧縮機内部等の潤滑油１２に溶解し、特に炭化水素は他の冷媒よりも潤滑油１１に溶解する量が多い。そのため、冷却システムに必要な冷媒量は、潤滑油１１を用いない冷却システムと比べて、潤滑油に溶解する量ほど多くなる可能性があった。特に炭化水素は他の冷媒よりも潤滑油に溶解する量が多く、冷媒量を多く必要とする可能性があった。
【００１４】そして、自然冷媒、可燃性冷媒をより多く使用するため、コストが高くなるだけでなく、万一冷媒が漏洩した際の引火、爆発の可能性が高くなることにつながる可能性があった。
【００１５】また、シリンダ３、ピストン４、弾性要素５、モータ２の軸心がずれたり傾いて加工・組み立てされた時には、ピストン３とシリンダ４の摺動部において、局所的な摺動やこじりが発生し、潤滑油を充填して摺動部に供給していない場合はもとより、潤滑油を供給している場合でも、摺動損失の増大による圧縮機の効率低下や摺動部の摩耗といった信頼性低下が発生する可能性があった。
【００１６】また、可動要素９を弾性要素５に連結する際、可動要素９と弾性要素５の軸心がずれたり傾いて加工・組み立てされた時には、ピストン３とシリンダ４の摺動部において、局所的な摺動やこじりが発生し、潤滑油を充填して摺動部に供給していない場合はもとより、潤滑油を供給している場合でも、摺動損失の増大による圧縮機の効率低下や摺動部の摩耗といった信頼性低下が発生する可能性があった。
【００１７】また、圧縮機構部の固定要素、可動要素などの重量、弾性要素のバネ定数、運転圧力条件、圧縮諸元（ピストン径、ストローク）などにより、弾性要素の反発力を利用しながら共振し、効率よく軸方向に往復運動を繰り返すことができる共振周波数が存在する。しかしながら、その各要素と共振周波数の関係が不明であるため、圧縮機の運転周波数を共振周波数に合わせることができず、圧縮機として効率が悪い運転となる可能性があった。
【００１８】また、所定の能力を得る圧縮機を設計することが困難であり、設計した圧縮機の能力が、所定の能力に対して過不足が生じたり、設計に多大な時間を要したする可能性があった。
【００１９】本発明は、従来の課題を解決するもので、冷媒としてプロパン、イソブタン、二酸化炭素などの可燃性冷媒や自然冷媒を使用する振動式圧縮機において、圧縮機構部を縦方向に配置し、さらにピストンとシリンダ部にガスベアリング機構を備えたり、ピストンと弾性要素を連結し且つ曲げ剛性が低い連結機構を介して連結することにより、潤滑油を充填しない圧縮機とし、冷却システムに使用する冷媒量を低減するとともに、冷却システムにおける熱交換効率の向上を図り、冷却システム全体の効率が向上する振動式圧縮機を提供することを目的とする。
【００２０】さらに、自然冷媒、可燃性冷媒の使用量を低減できるため、コストが安価となるだけでなく、万一冷媒が漏洩した際の引火、爆発の可能性が低くなり、安全性が向上する。
【００２１】また、シリンダに対してピストンが傾いたり軸心がずれて摺動しようとしても、ピストンの側圧荷重を低減することにより、潤滑油を供給しなくてもピストンとシリンダの摺動部における摺動損失の増大や異常な摩耗を防止し、効率が高く信頼性が向上する振動式圧縮機を提供することを目的とする。
【００２２】また、可動要素と弾性要素の軸心がずれたり傾いて加工・組み立てされても、その軸心のずれや傾斜を無くす機構を備えることで、ピストンとシリンダの摺動部において、局所的な摺動やこじりが発生することを防止することにより、摺動損失の増大による圧縮機の効率低下や摺動部の摩耗を防止し、効率が高く信頼性が向上する振動式圧縮機を提供することを目的とする。
【００２３】また、圧縮機構部の固定要素、可動要素などの重量、弾性要素のバネ定数、運転圧力条件、圧縮諸元（ピストン径、ストローク）などによりほぼ決定される共振周波数を把握し、圧縮機の運転周波数を共振周波数に合わせることにより、常に効率が高い圧縮機を提供することを目的とする。更に、設計通りの圧縮機を製作可能とし、設計時間の短縮や設計に対する性能・特性差を低減することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決する手段】この目的を達成するため本発明は、密閉ケーシング内に縦方向に収納された圧縮機構部により冷媒を圧縮し、吐出する振動式圧縮機において、潤滑油は充填せず、冷媒としてプロパン、イソブタン、二酸化炭素などの可燃性冷媒や自然冷媒を使用し、ピストンとシリンダの摺動部に備えたガスベアリング機構またはピストンと弾性要素を連結し且つ曲げ剛性が低い連結機構を備えたものである。
【００２５】これにより、潤滑油を使用しない振動式圧縮機とし、冷却システムに使用する冷媒量を低減するともに、冷却システムにおける熱交換効率の向上を図り、冷却システム全体の効率が向上する。さらに、自然冷媒、可燃性冷媒の使用量を低減できるため、コストが安価となるだけでなく、万一冷媒が漏洩した際の引火、爆発の可能性が低くなり、安全性が向上する。
【００２６】更に、シリンダ、ピストン、弾性要素、モータの軸心がずれたり傾いて加工・組み立てされても、ピストンとシリンダの摺動部において、局所的な摺動やこじりが発生することを防止し、摺動損失の増大による圧縮機の効率低下や摺動部の摩耗を防止する。
【００２７】また、本発明は、固定子と可動子とから構成されたモータと、シリンダやモータの固定子などにより構成された固定要素と、ピストンやモータの可動子などにより構成された可動要素と、一部が固定要素に連結された弾性要素とからなり、曲げ剛性が低い連結機構のみで、可動要素と弾性要素とを連結するものである。
【００２８】これにより、可動要素を弾性要素に連結する際、可動要素と弾性要素の軸心がずれたり傾いて加工・組み立てされても、その軸心のずれや傾斜を連結機構が吸収・補正することで、ピストンとシリンダの摺動部における局所的な摺動やこじりの発生を防止し、摺動損失の増大による圧縮機の効率低下や摺動部の摩耗を防止することで、効率向上や信頼性向上を図る。
【００２９】また、本発明は、固定子と可動子とから構成されたモータと、シリンダやモータの固定子などにより構成された固定要素と、ピストンやモータの可動子などにより構成された可動要素と、一部が固定要素に連結された弾性要素とからなる振動式圧縮機において、弾性要素を含まない可動要素の重量ｍ０と弾性要素の重量Ｍｂと弾性要素の形状や構成によって異なる補正係数βにより決定される（数５）に示した可動部重量をｍ、弾性要素を含まない固定要素の重量Ｍ０と弾性要素の重量Ｍｂと補正係数βにより決定される（数６）に示した固定部重量をＭ、運転される吐出圧力Ｐｈと吸入圧力Ｐｌと前記ピストンの断面積ＡとピストンのストロークＳと運転圧力条件などによって異なる補正係数αにより決定される（数７）に示したガスバネ定数をＫｇ、弾性要素のバネ定数をＫとした場合、可動部重量ｍと、固定部重量Ｍと、ガスバネ定数Ｋｇと、弾性要素のバネ定数Ｋにより決定される（数８）に示した共振周波数ｆに対して、少なくとも±５Ｈｚ以内の運転周波数で運転するものである。
【００３０】
【数５】
【００３１】
【数６】
【００３２】
【数７】
【００３３】
【数８】
【００３４】これにより、圧縮機構部の固定要素、可動要素などの重量、弾性要素のバネ定数、運転圧力条件、圧縮諸元（ピストン径、ストローク）などによりほぼ決定される共振周波数を事前に把握し、圧縮機の運転周波数を共振周波数に合わせることにより、効率向上を図る。更に、設計通りの圧縮機を製作可能とし、設計時間の短縮や設計に対する性能・特性差を低減する。
【００３５】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明は、密閉ケーシング内に縦方向に収納された圧縮機構部により冷媒を圧縮し、吐出する振動式圧縮機において、潤滑油は充填せず、冷媒としてプロパン、イソブタン、二酸化炭素などの可燃性冷媒や自然冷媒を使用し、ピストンとシリンダの摺動部に備えたガスベアリング機構またはピストンと弾性要素を連結し且つ曲げ剛性が低い連結機構を備えたものであり、潤滑油を使用しない振動式圧縮機とし、冷却システムに使用する冷媒量を低減するともに、冷却システムにおける熱交換効率の向上を図り、冷却システム全体の効率が向上するという作用を有する。
【００３６】さらに、自然冷媒、可燃性冷媒の使用量を低減できるため、コストが安価となるだけでなく、万一冷媒が漏洩した際の引火、爆発の可能性が低くなり、安全性が向上するという作用を有する。
【００３７】また、シリンダ、ピストン、弾性要素、モータの軸心がずれたり傾いて加工・組み立てされても、ピストンとシリンダの摺動部において、局所的な摺動やこじりが発生することを防止し、摺動損失の増大による圧縮機の効率低下や摺動部の摩耗を防止するという作用を有する。
【００３８】請求項２に記載の発明は、固定子と可動子とから構成されたモータと、シリンダやモータの固定子などにより構成された固定要素と、ピストンやモータの可動子などにより構成された可動要素と、一部が固定要素に連結された弾性要素とからなり、曲げ剛性が低い連結機構のみで、可動要素と弾性要素とを連結するものであり、可動要素を弾性要素に連結する際、可動要素と弾性要素の軸心がずれたり傾いて加工・組み立てされても、その軸心のずれや傾斜を連結機構が吸収・補正することで、ピストンとシリンダの摺動部における局所的な摺動やこじりの発生を防止し、摺動損失の増大による圧縮機の効率低下や摺動部の摩耗を防止することで、効率向上や信頼性向上を図るという作用を有する。
【００３９】請求項３に記載の発明は、固定子と可動子とから構成されたモータと、シリンダやモータの固定子などにより構成された固定要素と、ピストンやモータの可動子などにより構成された可動要素と、一部が固定要素に連結された弾性要素とからなる振動式圧縮機において、弾性要素を含まない可動要素の重量ｍ０と弾性要素の重量Ｍｂと弾性要素の形状や構成によって異なる補正係数βにより決定される（数５）に示した可動部重量をｍ、弾性要素を含まない固定要素の重量Ｍ０と弾性要素の重量Ｍｂと補正係数βにより決定される（数６）に示した固定部重量をＭ、運転される吐出圧力Ｐｈと吸入圧力Ｐｌと前記ピストンの断面積ＡとピストンのストロークＳと運転圧力条件などによって異なる補正係数αにより決定される（数７）に示したガスバネ定数をＫｇ、弾性要素のバネ定数をＫとした場合、可動部重量ｍと、固定部重量Ｍと、ガスバネ定数Ｋｇと、弾性要素のバネ定数Ｋにより決定される（数８）に示した共振周波数ｆに対して、±５Ｈｚ以内の運転周波数で運転するものであり、圧縮機構部の固定要素、可動要素などの重量、弾性要素のバネ定数、運転圧力条件、圧縮諸元（ピストン径、ストローク）などによりほぼ決定される共振周波数を事前に把握し、圧縮機の運転周波数を共振周波数に合わせることにより、効率向上を図るという作用を有する。
【００４０】更に、設計通りの圧縮機を製作可能とし、設計時間の短縮や設計に対する性能・特性差を低減するという作用を有する。
【００４１】
【実施例】以下、本発明による振動式圧縮機の実施例について、図面を参照しながら説明する。尚、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４２】（実施例１）図１は本発明の実施例１による振動式圧縮機の縦断面図である。
【００４３】図１において、圧縮機構部１は密閉ケーシング２内に縦方向に配置されている。また、圧縮機構部１により圧縮し、吐出される冷媒は、プロパン、イソブタン、二酸化炭素などの可燃性冷媒や自然冷媒であり、潤滑油は充填していない。
【００４４】また、１３はガスベアリング機構であり、一端１３ａが高圧側（図示せず）に連通しており、他端がシリンダ３の内周部に開口している。
【００４５】図１において、ピストン４は、モータ２により直接軸方向に往復動し、また弾性要素５による軸方向の反発力を不勢されてシリンダ３内を往復摺動する。さらに、圧縮機構部１が縦方向の配置であるため、ピストン４において、重力により軸方向に対して直角方向の側圧荷重が作用することはない。
【００４６】しかしながら、モータ２の加工精度や組み立て精度の影響で、例えば永久磁石２ｅと固定子２ａ，２ｂとの中心がずれると、永久磁石２ｅが固定子２ａ，２ｂの半径方向に磁力により吸引（垂直力）される。そして、永久磁石２ｅと連結されているピストン４も半径方向に引っ張られ、結果として軸方向に対して直角方向の側圧荷重が作用する。
【００４７】ガスベアリング機構１３により、ピストン４とシリンダ３の摺動部１４に高圧ガスが導入され、ピストン４とシリンダ３の摺動部１４において静圧が発生する。その静圧によるピストン支持力，即ちシリンダ３とピストン４の軸中心を一致させてお互いを非接触とするようにピストン４に作用する力が、上記のピストン４に作用する垂直力による側圧荷重以上となるように、流路、圧力設計を行なうことにより、ピストン４とシリンダ３の摺動部は、接触の無いいわゆる非接触の摺動を保つことが出来る。
【００４８】従って、ピストン４とシリンダ３の摺動部において、潤滑油がなくても、半径方向の僅かな隙間を確保しつつ、摩耗やこじりが発生することなく運転することができる。さらに、冷却システムにおいて、潤滑油を使用しないため、冷却システムにおける熱交換効率が向上し、冷却システム全体の効率が向上する。
【００４９】さらに、地球環境保護に観点から使用することが望ましいプロパン、イソブタン、二酸化炭素などの自然冷媒、可燃性冷媒を冷媒として使用しても、潤滑油を使用していないため、潤滑油中に冷媒が溶解することもない。そのため、冷却システムに必要な冷媒量は、潤滑油を用いる冷却システムと比べて、潤滑油に溶解する量ほど少なくなる。特に炭化水素は他の冷媒よりも潤滑油に溶解する量が多く、その冷媒量の低減効果は大きい。
【００５０】従って、冷却システムとして使用する自然冷媒、可燃性冷媒の使用量が低減できコストが安くなるだけでなく、万一冷媒が漏洩した際の引火、爆発の可能性が低くなる。
【００５１】以上のように本実施例の振動式圧縮機は、密閉ケーシング内に縦方向に収納された圧縮機構部により冷媒を圧縮し、吐出する振動式圧縮機において、潤滑油は充填せず、冷媒としてプロパン、イソブタン、二酸化炭素などの可燃性冷媒や自然冷媒を使用し、ピストンとシリンダの摺動部に備えたガスベアリング機構を備えたものであり、潤滑油を使用しない振動式圧縮機とし、冷却システムに使用する冷媒量を低減するともに、冷却システムにおける熱交換効率の向上を図り、冷却システム全体の効率の向上を図ることができる。
【００５２】さらに、自然冷媒、可燃性冷媒の使用量を低減できるため、コストが安価となるだけでなく、万一冷媒が漏洩した際の引火、爆発の可能性が低くなり、安全性が向上する。
【００５３】また、シリンダ、ピストン、弾性要素、モータの軸心がずれたり傾いて加工・組み立てされても、ピストンとシリンダの摺動部において、局所的な摺動やこじりが発生することを防止でき、摺動損失の増大による圧縮機の効率低下や摺動部の摩耗を防止することができる。
【００５４】また、冷却システムにおける圧縮機設置スペース等の関係から、本実施例のように縦方向の圧縮機構部配置が望まれる場合においても、適応が可能である。
【００５５】（実施例２）図２は本発明の実施例２による振動式圧縮機の縦断面図である。
【００５６】図２において、圧縮機構部１は密閉ケーシング２内に縦方向に配置されている。また、圧縮機構部１により圧縮し、吐出される冷媒は、プロパン、イソブタン、二酸化炭素などの可燃性冷媒や自然冷媒であり、潤滑油は充填していない。
【００５７】また、１６は曲げ剛性が低い連結機構であり、ピストン１５と可動要素９とを連結している。
【００５８】図２において、ピストン１５は、モータ２により直接軸方向に往復動し、また弾性要素５による軸方向の反発力を不勢されてシリンダ３内を往復摺動する。さらに、圧縮機構部１が縦方向の配置であるため、ピストン１５において、重力により軸方向に対して直角方向の側圧荷重が作用することはない。
【００５９】しかしながら、モータ２の加工精度や組み立て精度の影響で、例えば永久磁石２ｅと固定子２ａ，２ｂとの中心がずれると、永久磁石２ｅが固定子２ａ，２ｂの半径方向に磁力により吸引（垂直力）される。そして、永久磁石２ｅを含む可動要素９とピストン１５が剛性の高い部材で連結されていると、ピストン１５も半径方向に引っ張られ、結果として軸方向に対して直角方向の側圧荷重が作用する。
【００６０】しかし、本発明では、永久磁石２ｅを含む可動要素９とピストン１５が曲げ剛性の低い連結機構１６にて連結されているため、永久磁石２ｅを含む可動要素９が半径方向に引っ張られても、連結機構１６が撓むことにより半径方向への垂直力がピストン１５には作用しない。即ち、垂直力による、軸方向に対して直角方向の側圧荷重がピストン１５に作用することを防止できる。
【００６１】従って、ピストン１５とシリンダ３の摺動部において、潤滑油がなくても、半径方向の僅かな隙間を確保しつつ、摩耗やこじりが発生することなく運転することができる。さらに、冷却システムにおいて、潤滑油を使用しないため、冷却システムにおける熱交換効率が向上し、冷却システム全体の効率が向上する。
【００６２】さらに、地球環境保護に観点から使用することが望ましいプロパン、イソブタン、二酸化炭素などの自然冷媒、可燃性冷媒を冷媒として使用しても、潤滑油を使用していないため、潤滑油中に冷媒が溶解することもない。そのため、冷却システムに必要な冷媒量は、潤滑油を用いる冷却システムと比べて、潤滑油に溶解する量ほど少なくなる。特に炭化水素は他の冷媒よりも潤滑油に溶解する量が多く、その冷媒量の低減効果は大きい。
【００６３】従って、冷却システムとして使用する自然冷媒、可燃性冷媒の使用量が低減できコストが安くなるだけでなく、万一冷媒が漏洩した際の引火、爆発の可能性が低くなる。
【００６４】以上のように本実施例の振動式圧縮機は、密閉ケーシング内に縦方向に収納された圧縮機構部により冷媒を圧縮し、吐出する振動式圧縮機において、潤滑油は充填せず、冷媒としてプロパン、イソブタン、二酸化炭素などの可燃性冷媒や自然冷媒を使用し、ピストンと弾性要素を連結し且つ曲げ剛性が低い連結機構を備えたものであり、潤滑油を使用しない振動式圧縮機とし、冷却システムに使用する冷媒量を低減するともに、冷却システムにおける熱交換効率の向上を図り、冷却システム全体の効率の向上を図ることができる。
【００６５】さらに、自然冷媒、可燃性冷媒の使用量を低減できるため、コストが安価となるだけでなく、万一冷媒が漏洩した際の引火、爆発の可能性が低くなり、安全性が向上する。
【００６６】また、シリンダ、ピストン、弾性要素、モータの軸心がずれたり傾いて加工・組み立てされても、ピストンとシリンダの摺動部において、局所的な摺動やこじりが発生することを防止でき、摺動損失の増大による圧縮機の効率低下や摺動部の摩耗を防止することができる。
【００６７】また、冷却システムにおける圧縮機設置スペース等の関係から、本実施例のように縦方向の圧縮機構部配置が望まれる場合においても、適応が可能である。
【００６８】（実施例３）図３は本発明の実施例３による振動式圧縮機の縦断面図である。
【００６９】図３において、１８は曲げ剛性が低い連結機構であり、ピストン１７と可動要素９とを連結している。また、可動要素９は連結機構１８とのみ連結されており、弾性要素５など他の部材とは連結されていない。
【００７０】図３において、ピストン１７は、モータ２により直接軸方向に往復動し、また弾性要素５による軸方向の反発力を不勢されてシリンダ３内を往復摺動する。
【００７１】しかしながら、可動要素９を弾性要素５に連結する際、剛性の高い部材にて連結し、可動要素９と弾性要素５の軸心がずれたり傾いて加工・組み立てされると、ピストン１７とシリンダ３の摺動部において局所的な摺動やこじりが発生する。しかし、可動要素９は剛性の低い連結機構１８のみを介して弾性要素５と連結されるため、可動要素９と弾性要素５の軸心のずれや傾斜を連結機構１８が撓むことで吸収・補正するため、ピストン１７とシリンダ３の摺動部における局所的な摺動やこじりの発生を防止することができ、摺動損失の増大による圧縮機の効率低下や摺動部の摩耗を防止することで、効率向上や信頼性向上を図ることができる。
【００７２】以上のように本実施例の振動式圧縮機は、固定子と可動子とから構成されたモータと、シリンダやモータの固定子などにより構成された固定要素と、ピストンやモータの可動子などにより構成された可動要素と、一部が固定要素に連結された弾性要素とからなり、曲げ剛性が低い連結機構のみで、可動要素と弾性要素とを連結するものであり、可動要素を弾性要素に連結する際、可動要素と弾性要素の軸心がずれたり傾いて加工・組み立てされても、その軸心のずれや傾斜を連結機構が吸収・補正することで、ピストンとシリンダの摺動部における局所的な摺動やこじりの発生を防止し、摺動損失の増大による圧縮機の効率低下や摺動部の摩耗を防止することで、効率向上や信頼性向上を図ることができる。（実施例４）図４は本発明の実施例３による振動式圧縮機の縦断面図であり、図５は、同実施例の効率特性図である。
【００７３】図４、図５において、弾性要素５を含まない可動要素９の重量ｍ０と弾性要素５の重量Ｍｂと弾性要素５の形状や構成によって異なる補正係数βにより決定される（数５）に示した可動部重量をｍ、弾性要素５を含まない固定要素１０の重量Ｍ０と弾性要素の重量Ｍｂと補正係数βにより決定される（数６）に示した固定部重量をＭ、運転される吐出圧力Ｐｈと吸入圧力Ｐｌとピストン４の断面積Ａとピストン４のストロークＳと運転圧力条件などによって異なる補正係数αにより決定される（数７）に示したガスバネ定数をＫｇ、弾性要素５のバネ定数をＫとした場合、可動部重量ｍと、固定部重量Ｍと、ガスバネ定数Ｋｇと、弾性要素のバネ定数Ｋにより決定される（数８）に示した共振周波数ｆに対して、少なくとも±５Ｈｚ以内の運転周波数で運転することにより、圧縮機を効率よく運転できることが発明者の実験により確認されている。
【００７４】これにより、圧縮機構部１の固定要素１０、可動要素９、弾性要素５などの重量、弾性要素５のバネ定数、運転圧力条件、圧縮諸元（ピストン４の径、ストローク）などの設計諸元に対して、効率よく運転可能な共振周波数を事前に把握し、圧縮機の運転周波数を共振周波数に合わせることにより、効率向上を図ることが出来る。
【００７５】逆に、運転する周波数に合うように、圧縮機構部１の固定要素１０、可動要素９、弾性要素５などの重量、弾性要素５のバネ定数、運転圧力条件、圧縮諸元（ピストン４の径、ストローク）を決定することができる。
【００７６】そのため、設計通りの圧縮機を製作可能とし、設計時間の短縮や設計に対する性能・特性差を低減することができ、圧縮機としても常に効率の高い運転が可能となる。
【００７７】また、効率よく運転できる共振周波数を検出するための機構、例えば運転周波数を可変し、電流や入力を検出し最も効率の良い運転周波数を検出するといった複雑で高価な機構を設ける必要も無い。
【００７８】以上のように本実施例の振動式圧縮機は、固定子と可動子とから構成されたモータと、シリンダやモータの固定子などにより構成された固定要素と、ピストンやモータの可動子などにより構成された可動要素と、一部が固定要素に連結された弾性要素とからなる振動式圧縮機において、弾性要素を含まない可動要素の重量ｍ０と弾性要素の重量Ｍｂと弾性要素の形状や構成によって異なる補正係数βにより決定される（数５）に示した可動部重量をｍ、弾性要素を含まない固定要素の重量Ｍ０と弾性要素の重量Ｍｂと補正係数βにより決定される（数６）に示した固定部重量をＭ、運転される吐出圧力Ｐｈと吸入圧力Ｐｌとピストンの断面積ＡとピストンのストロークＳと運転圧力条件などによって異なる補正係数αにより決定される（数７）に示したガスバネ定数をＫｇ、弾性要素のバネ定数をＫとした場合、可動部重量ｍと、固定部重量Ｍと、ガスバネ定数Ｋｇと、弾性要素のバネ定数Ｋにより決定される（数８）に示した共振周波数ｆに対して、少なくとも±５Ｈｚ以内の運転周波数で運転することにより、圧縮機構部の固定要素、可動要素、弾性要素などの重量、弾性要素のバネ定数、運転圧力条件、圧縮諸元（ピストンの径、ストローク）などの設計諸元に対して、効率よく運転可能な共振周波数を事前に把握し、圧縮機の運転周波数を共振周波数に合わせることにより、効率向上を図ることが出来る。逆に、運転する周波数に合うように、固定要素、可動要素、弾性要素などの重量、弾性要素のバネ定数、運転圧力条件、圧縮諸元（ピストンの径、ストローク）を決定することができる。
【００７９】そのため、設計通りの圧縮機を製作可能とし、設計時間の短縮や設計に対する性能・特性差を低減することができ、圧縮機としても常に効率の高い運転が可能となる。
【００８０】
【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明は、密閉ケーシング内に縦方向に収納された圧縮機構部により冷媒を圧縮し、吐出する振動式圧縮機において、潤滑油は充填せず、冷媒としてプロパン、イソブタン、二酸化炭素などの可燃性冷媒や自然冷媒を使用し、ピストンとシリンダの摺動部に備えたガスベアリング機構またはピストンと弾性要素を連結し且つ曲げ剛性が低い連結機構を備えたものであり、潤滑油を使用しない振動式圧縮機とし、冷却システムに使用する冷媒量を低減するともに、冷却システムにおける熱交換効率の向上を図り、冷却システム全体の効率の向上を図ることができる。
【００８１】さらに、自然冷媒、可燃性冷媒の使用量を低減できるため、コストが安価となるだけでなく、万一冷媒が漏洩した際の引火、爆発の可能性が低くなり、安全性が向上する。
【００８２】また、シリンダ、ピストン、弾性要素、モータの軸心がずれたり傾いて加工・組み立てされても、ピストンとシリンダの摺動部において、局所的な摺動やこじりが発生することを防止でき、摺動損失の増大による圧縮機の効率低下や摺動部の摩耗を防止することができる。
【００８３】また、冷却システムにおける圧縮機設置スペース等の関係から、本実施例のように縦方向の圧縮機構部配置が望まれる場合においても、適応が可能である。
【００８４】また、請求項２記載の発明は、固定子と可動子とから構成されたモータと、シリンダやモータの固定子などにより構成された固定要素と、ピストンやモータの可動子などにより構成された可動要素と、一部が固定要素に連結された弾性要素とからなり、曲げ剛性が低い連結機構のみで、可動要素と弾性要素とを連結するものであり、可動要素を弾性要素に連結する際、可動要素と弾性要素の軸心がずれたり傾いて加工・組み立てされても、その軸心のずれや傾斜を連結機構が吸収・補正することで、ピストンとシリンダの摺動部における局所的な摺動やこじりの発生を防止し、摺動損失の増大による圧縮機の効率低下や摺動部の摩耗を防止することで、効率向上や信頼性向上を図ることができる。
【００８５】また、請求項３記載の発明は、固定子と可動子とから構成されたモータと、シリンダやモータの固定子などにより構成された固定要素と、ピストンやモータの可動子などにより構成された可動要素と、一部が固定要素に連結された弾性要素とからなる振動式圧縮機において、弾性要素を含まない可動要素の重量ｍ０と弾性要素の重量Ｍｂと弾性要素の形状や構成によって異なる補正係数βにより決定される（数５）に示した可動部重量をｍ、弾性要素を含まない固定要素の重量Ｍ０と弾性要素の重量Ｍｂと補正係数βにより決定される（数６）に示した固定部重量をＭ、運転される吐出圧力Ｐｈと吸入圧力Ｐｌとピストンの断面積ＡとピストンのストロークＳと運転圧力条件などによって異なる補正係数αにより決定される（数７）に示したガスバネ定数をＫｇ、弾性要素のバネ定数をＫとした場合、可動部重量ｍと、固定部重量Ｍと、ガスバネ定数Ｋｇと、弾性要素のバネ定数Ｋにより決定される（数８）に示した共振周波数ｆに対して、少なくとも±５Ｈｚ以内の運転周波数で運転することにより、圧縮機構部の固定要素、可動要素、弾性要素などの重量、弾性要素のバネ定数、運転圧力条件、圧縮諸元（ピストンの径、ストローク）などの設計諸元に対して、効率よく運転可能な共振周波数を事前に把握し、圧縮機の運転周波数を共振周波数に合わせることにより、効率向上を図ることが出来る。逆に、運転する周波数に合うように、固定要素、可動要素、弾性要素などの重量、弾性要素のバネ定数、運転圧力条件、圧縮諸元（ピストンの径、ストローク）を決定することができる。
【００８６】そのため、設計通りの圧縮機を製作可能とし、設計時間の短縮や設計に対する性能・特性差を低減することができ、圧縮機としても常に効率の高い運転が可能となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４４８８
【氏名又は名称】松下冷機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１月１８日（２０００．１．１８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９７４４５
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２００７８７（Ｐ２００１−２００７８７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月２７日（２００１．７．２７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−８９１１（Ｐ２０００−８９１１） |
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