JP2003120527A

JP2003120527A - リニアコンプレッサ

Info

Publication number: JP2003120527A
Application number: JP2001321657A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hasegawa; 寛長谷川; Fumitoshi Nishiwaki; 文俊西脇; Sadao Kawahara; 定夫河原; Teruyuki Akazawa; 輝行赤澤; Nobuaki Ogawa; 信明小川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2003-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】共振ばねの側力により、シリンダとピストン
の摺動面は上死点側と下死点側の対角位置で強く接触
し、これらの部分の接触面圧が非常に高くなり、ピスト
ンとシリンダとの間の摩擦力による摺動損失の増加や、
摺動面の異常摩耗の原因となり、効率や信頼性の面で課
題となっていた。【解決手段】シリンダの周囲に隙間を設け、シリンダ
の外面を拘束しない構成にすることにより、シリンダに
可撓性を持たせることができ、共振ばねが、シリンダが
ピストンの傾斜に沿うように傾くので、シリンダとピス
トンは摺動面の広い範囲で接触することが可能となり、
摺動面圧を低減することができる。従って、シリンダと
ピストンの摺動損失の増加や異常摩耗を防止することが
でき、効率と信頼性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダ内のピス
トンをリニアモータにより往復運動させ、圧縮ガスを生
成する空調用あるいは冷凍用のリニアコンプレッサに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷媒の圧縮ガスを生成する手段と
して、リニアモータによりシリンダ内でピストンを往復
運動させガス圧縮を行うリニアコンプレッサを用いた冷
凍サイクル装置が知られている。具体的な冷凍サイクル
装置の例としては、冷暖房により室温を快適に保つ空気
調和機や、庫内温度を適正に保つ冷凍冷蔵庫などが考え
られる。

【０００３】以下、従来のリニアコンプレッサについて
図面に基づいて説明する。

【０００４】図６は従来のリニアコンプレッサの断面図
であり、密閉容器１の内部には圧縮機構部２が防振ばね
３ａ，３ｂにより弾性支持されている。圧縮機構部２の
構成は、円筒形状のシリンダ４にピストン５が勘合さ
れ、ピストン５には複数枚の板ばね６ａ、６ｂ、６ｃか
ら成る共振ばね６が取り付けてあり、ピストン５はこれ
らの共振ばね６によりシリンダ４の軸方向に往復運動自
在に弾性支持されている。

【０００５】ピストン５には円筒形状のマグホルダ７が
連結されており、マグホルダ７の円筒面にはマグネット
８が固持されている。また、マグネット８を固持したマ
グホルダ７の円筒面を挟むようにインナーヨーク９およ
びアウターヨーク１０が配置されており、インナーヨー
ク９のマグネット８と相対向する位置にはステータコイ
ル１１が埋設されている。インナーヨーク９は内部の円
筒面でシリンダ４の外部の円筒面と勘合され固定されて
いる。また、アウターヨーク１０はシリンダ４の上死点
側に設けられたフランジ１２に固定されている。なお、
マグホルダ７、マグネット８から成る部分を振動子１
３、インナーヨーク９、アウターヨーク１０、ステータ
コイル１１から成る部分を固定子１４と呼んでおり、こ
れらを含む部分をリニアモータ１５と呼ぶ。

【０００６】アウターヨーク１０の下死点側端面は共振
ばね６の台座となっている。また共振ばね６のアウター
ヨーク１０と反対側の端面にはベースプレート１６が配
置されており、ベースプレート１６は防振ばね３ａ，３
ｂの台座となっている。シリンダ４の上死点側端面には
シリンダヘッド１７が備えられ、シリンダ４、ピストン
５およびシリンダヘッド１７に囲まれる空間が圧縮室１
８となる。

【０００７】なお、シリンダ４の外面はリニアモータ１
５の固定子１３のインナーヨーク９と密着させることに
よりシリンダの変形を拘束するよう構成されている。

【０００８】密閉容器１には吸入管１９が設けられてい
る。シリンダヘッド１７の圧縮室１８と反対側の面に
は、吸入室２０および吐出管２１が連結された吐出室２
２を構成するヘッドカバー２３が備えられる。シリンダ
ヘッド１７には、吸入室２０と圧縮室１８とを連通する
吸入孔２４および圧縮室１８と吐出室２２とを連通する
吐出孔２５とが設けられている。吸入孔２４には吸入弁
２６が、吐出孔２５には吐出弁２７が設けられている。

【０００９】次に、上記構成からなる従来のリニアコン
プレッサの動作について説明する。リニアモータ１５の
固定子１３のステータコイル１１にモータドライバ（図
示せず）を介して交流電流を通電することによりピスト
ン５および振動子１３からなる可動部がその軸方向に往
復運動を行い、圧縮室１８では吸入，圧縮，吐出，膨張
の４行程が行われる。吸入行程では、吐出孔２５に設け
られた吐出弁２７は閉じているが、吸入孔２４に設けら
れた吸入弁２６が開き、圧縮室１８の容積増加に伴い吸
入孔２４から冷媒が吸い込まれる。圧縮行程では、吐出
孔２５に設けられた吐出弁２７と吸入孔２４に設けられ
た吸入弁２６が閉まり、圧縮室１８の容積減少に伴い冷
媒が圧縮される。吐出行程では、吸入孔２４に設けられ
た吸入弁２６は閉じているが、吐出孔２５に設けられた
吐出弁２７が開き、圧縮室１８の容積減少に伴い冷媒が
吐出される。膨張行程では、吐出孔２５に設けられた吐
出弁２７と吸入孔２４に設けられた吸入弁２６が閉じ、
圧縮室１８の容積増加に伴い、吐出行程で圧縮室１８か
ら吐出しきれなかった冷媒が減圧膨張する。

【００１０】次に、冷媒ガスの流れについて説明する。
冷凍サイクル（図示せず）からの冷媒ガスは、吸入管１
９より一旦密閉容器１の内部空間へ開放された後、ヘッ
ドカバー２３内の吸入室２０に導かれ、シリンダヘッド
１７に配設された吸入孔２４を介して圧縮室１８に至
る。圧縮室１８に至った冷媒ガスは、上述したピストン
５および振動子１３からなる可動部の往復運動により圧
縮される。圧縮された冷媒ガスは、シリンダヘッド１７
に配設された吐出孔２５を介して一旦ヘッドカバー２３
内の吐出室２２に吐出された後、吐出管２１より冷凍サ
イクルに吐出される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上のような構成を有
する従来のリニアコンプレッサにおいては、ピストン５
は複数枚の板ばね６ａ、６ｂ、６ｃから成る共振ばね６
に取り付けられており、板ばね６ａ、６ｂ、６ｃの荷重
軸をシリンダ４の軸に一致させてあるため、ピストン５
はシリンダ４に対して軸方向に往復運動自在に弾性支持
されている。しかし、厳密には以下の二つの理由により
板ばね６ａ、６ｂ、６ｃの荷重軸をシリンダの軸と完全
には一致させることが出来ない。

【００１２】第一の理由は、板ばね６ａ、６ｂ、６ｃの
加工精度が完全ではなく、厳密な軸対称形状ではないの
で、板ばね６ａ、６ｂ、６ｃの荷重軸は幾何形状的に決
まる中心とは一致しておらず、板ばね６ａ、６ｂ、６ｃ
をリニアモータ１５の固定子１３のアウターヨーク１０
とピストン５に精度良く取り付けたとしても、板ばね６
ａ、６ｂ、６ｃの荷重軸はシリンダの軸からずれてしま
うためである。また、複数枚の板ばね６ａ、６ｂ、６ｃ
のうち一枚でも加工精度が不十分であれば、全体として
の板ばね６ａ、６ｂ、６ｃの荷重軸はシリンダの軸から
ずれる。

【００１３】第二の理由は、板ばね６ａ、６ｂ、６ｃを
リニアモータ１５の固定子１３のアウターヨーク１０と
ピストン５に対して取り付ける際、僅かではあるが取付
け誤差を生じてしまうためである。

【００１４】以上の説明は、共振ばね６として板ばね６
ａ、６ｂ、６ｃを用いた場合であるが、共振ばね６とし
てコイルばねを用いた場合でも、コイルばねの荷重軸が
コイルばねの幾何形状から決まる軸には厳密に一致して
いないこと、また、コイルばねの取付けの際にも取付け
誤差を生じることを考慮すると、板ばね６ａ、６ｂ、６
ｃを用いた場合と同様であることは言うまでもない。

【００１５】共振ばね６の荷重軸とシリンダ４の軸がず
れると、共振ばね６に荷重が作用する位置であるピスト
ン５と共振ばね６の連結位置２８も共振ばね６の荷重軸
からずれるため、共振ばね６をたわませるとシリンダ４
の軸方向の力と、シリンダ４の軸に対して垂直な方向の
力（以下、側力と呼ぶ）が発生する。

【００１６】シリンダ４の内面とピストン５は勘合され
ているが、シリンダ４の内部でピストン５を往復運動自
在にするために、シリンダ４とピストン５の間には数μ
ｍから数十μｍのクリアランスを設けている。ピストン
５は共振ばね６の側力が作用するとクリアランスの範囲
内で傾くが、シリンダ４の外面はリニアモータ１５の固
定子１３のインナーヨーク９と密着させることによりシ
リンダの変形を拘束するよう構成されているため傾くこ
とはできず、シリンダ４とピストン５の摺動面は上死点
側と下死点側の対角位置で強く接触し、これらの部分の
接触面圧が非常に高くなっていた。そして、ピストン５
とシリンダ４との間の摩擦力による摺動損失の増加や、
摺動面の異常摩耗の原因となり、効率や信頼性の面で課
題となっていた。

【００１７】そこで本発明は、上記従来の課題を解決す
るもので、シリンダの外面を拘束しない構成とすること
により、ピストン５の傾きに沿うようにシリンダ４を傾
かせて接触面圧を低減し、高効率、高信頼性のリニアコ
ンプレッサを提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、前記シリンダの内面と勘合され圧縮室
を形成するピストンと、前記ピストンを往復駆動するリ
ニアモータと、前記ピストンを共振させる共振ばねとを
少なくとも備え、前記シリンダの外面は拘束されないこ
とを特徴とするリニアコンプレッサである。

【００１９】また、本発明は、前記リニアモータは固定
子と振動子から構成され、前記シリンダは前記固定子の
内側に配置され、前記シリンダと前記固定子の間に隙間
を設けることを特徴とするリニアコンプレッサである。

【００２０】また、本発明は、前記シリンダの上死点側
に、前記シリンダを前記リニアモータの固定子に対して
直接的あるいは間接的に固定するためのフランジを設け
たことを特徴とするリニアコンプレッサである。

【００２１】また、本発明は、前記フランジの厚みは、
前記共振ばねがたわまない状態における前記ピストンの
トップクリアランスよりも小さいことを特徴とする請求
項３に記載のリニアコンプレッサである。

【００２２】また、本発明は、前記シリンダと前記固定
子の間の隙間が、前記固定子と前記振動子の隙間よりも
小さいことを特徴とするリニアコンプレッサである。

【００２３】また、本発明は、前記シリンダの肉厚は下
死点側ほど薄くなることを特徴とするリニアコンプレッ
サである。

【００２４】また、本発明は、前記シリンダの外面の、
前記フランジの下死点側面と隣接する位置に、環状溝を
設けたことを特徴とするリニアコンプレッサである。

【００２５】また、本発明は、前記環状溝の断面形状
は、半円形であることを特徴とするリニアコンプレッサ
である。

【００２６】また、本発明は、二酸化炭素を主成分とす
る冷媒を用いて運転することを特徴とするリニアコンプ
レッサである。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本発明の実施の形態のリニアコン
プレッサの構成は、シリンダを除いて図６で説明した従
来例と概略同様な構成であり、本発明の実施の形態にお
いて前述の従来例について説明した構成と同様な部分に
ついては、その説明を省略する。

【００２８】（実施の形態１）図１は、実施の形態１に
おけるリニアコンプレッサの縦断面図である。シリンダ
３１は円筒形状をしており、ピストン３２と勘合され圧
縮室３３を形成している。シリンダ３１の材料としては
鋳鉄やアルミ等を用いるが、弾性を与えるため、圧縮室
３３の圧力や、ピストン３２を介して伝わる共振ばね３
４の側力によって発生する応力が材料の弾性限度を越え
ない範囲で肉厚を薄くする。なお、シリンダ３１に発生
する応力は、シリンダ３１の肉厚のみならず、板ばねや
コイルばね等の共振ばねの種類、シリンダ３１の長さや
ボア径等により変化するので注意が必要である。

【００２９】また、シリンダ３１はリニアモータのイン
ナーヨーク３５とアウターヨーク３６から成る固定子３
７の内側に配置し、固定子３７のインナーヨーク３５と
シリンダ３１の間には隙間３８を設ける。隙間３８の大
きさは、少なくとも、シリンダ３１が弾性変形してもリ
ニアモータの固定子３７と接触しない大きさであれば良
い。

【００３０】また、シリンダ３１の上死点側には、シリ
ンダ３１をリニアモータの固定子３７に対して固定する
ためのフランジ３９を設ける。フランジ３９の厚みは、
共振ばね３４が撓まない状態において、ピストン３２と
シリンダヘッド４０の下死点側の端面との距離であるピ
ストン３２のトップクリアランスよりも小さくする。ま
た、フランジ３９をリニアモータの固定子３７に直接的
に固定する必要は必ずしもなく、他の部品を介して間接
的に固定子３７に固定されていても構わない。

【００３１】本実施の形態のリニアコンプレッサは、冷
媒としてＨＦＣ４１０Ａを用いる空気調和機用であり、
シリンダ３１の材料に鋳鉄を用い、ボア径を３０ｍｍ、
長さを１００ｍｍ、肉厚を３ｍｍとし、固定子３７とシ
リンダ３１の間の隙間３８の大きさを２ｍｍとする。ま
た、共振ばね３４が撓まない状態におけるトップクリア
ランスを５ｍｍ、フランジ３９の厚みを４ｍｍとする。

【００３２】以上のように、シリンダ３１の周囲に隙間
３８を設け、シリンダ３１の外面を拘束しない構成にし
たことにより、シリンダ３１に可撓性を持たせることが
できる。従来、共振ばねの側力がピストン３２に働く
と、ピストン３２はシリンダ３１とのクリアランスの範
囲内で傾き、シリンダ３１とピストン３２の摺動面の上
死点側と下死点側の対角位置で局所的に強く接触してい
たが、本実施の形態では、可撓性のシリンダ３１がピス
トン３２の傾斜に沿うように傾くので、シリンダ３１と
ピストン３２は摺動面の広い範囲で接触することが可能
となり、摺動面圧を低減することができるので、シリン
ダ３１とピストン３２の摺動損失の増加や異常摩耗を防
止することができ、効率と信頼性を向上させることがで
きる。

【００３３】また、シリンダ３１をリニアモータの固定
子３７の内側に配置し、固定子３７とシリンダ３１の間
には隙間３８を設けたことにより、隙間３８を簡単に構
成することができるとともに、シリンダ３１と磁気回路
を形成するリニアモータの固定子３７の間の磁気抵抗が
大きくなり、固定子３７からシリンダ３１への磁気漏れ
を防止することができるため渦電流による損失を低減す
ることができ、効率を向上させることができる。

【００３４】また、シリンダ３１の上死点側にフランジ
３９を設けたことにより、シリンダ３１の外面が拘束さ
れない構成でも、簡単にシリンダ３１を支持することが
可能であるとともに、シリンダ３１を上死点側で支持す
ることにより、共振ばね３４が配置されているシリンダ
３１の下死点側の撓みを大きくすることが出来るため、
ピストン３２の傾斜に対しシリンダ３１が追従しやすく
なり、摺動面圧をさらに低減することができるので、効
率と信頼性を向上させることができる。

【００３５】また、リニアコンプレッサの定常運転時、
ピストン３２は、圧縮室３３の圧力と密閉容器４１の内
部空間の圧力の差圧による力により下死点側へオフセッ
トした位置を中心に往復運動する。なお、オフセット量
Ｘは圧縮室３３の圧力Ｐｃ、密閉容器４１の内部空間の
圧力Ｐｓ、およびピストン３２の断面積Ｓｐ、共振ばね
３４のばね定数Ｋを用いて、近似的に以下の数式で表さ
れる。

【００３６】Ｘ＝Ｓｐ（Ｐｃ−Ｐｄ）／Ｋ本実施の形態では、フランジ３９の厚みを、共振ばね３
４が撓まない状態において、ピストン３２とシリンダヘ
ッド４０の下死点側の端面との距離であるピストン３２
のトップクリアランスよりも小さくしたことにより、ピ
ストン３２の往復運動の振幅がオフセット量Ｘよりも小
さい場合、ピストン３２は常にシリンダ３１のフランジ
３９よりも下死点側の可撓性を有する部分に位置するた
め、上死点側におけるシリンダ３１とピストン３２の摺
動面圧の低減を促進することができ、効率と信頼性をさ
らに向上させることができる。

【００３７】なお、ピストン３２の往復運動の振幅がオ
フセット量Ｘよりも大きい場合にも、ピストン３２はシ
リンダ３１の可撓性を有する部分に位置する時間が多く
なるため、同様の効果が得られることは言うまでもな
い。また、フランジ３９の厚みは必ずしも均一である必
要は無い。シリンダ３１とフランジ３９の接合部におけ
るフランジ３９の厚みが、前述の厚みの条件を満たして
おれば同様の効果が得られることは言うまでもない。

【００３８】本実施の形態のリニアコンプレッサは、冷
媒としてＨＦＣ４１０Ａを用いる空気調和機用である
が、冷媒の種類や、コンプレッサの用途に関わらず同様
の効果が得られることは言うまでもない。

【００３９】（実施の形態２）図２は、実施の形態２に
おけるリニアコンプレッサの断面図である。本実施の形
態のリニアコンプレッサは図１で説明した第１の実施の
形態のリニアコンプレッサとリニアモータの固定子とシ
リンダの間の隙間の大きさを除いて概略同様な構成であ
る。

【００４０】本実施の形態では、シリンダ５１とリニア
モータの固定子５２のインナーヨーク５３との間の隙間
５４の大きさを、振動子５５のマグホルダ５６と固定子
５２のインナーヨーク５３の間の隙間５７、あるいは、
振動子５５のマグネット５８と固定子５２のアウターヨ
ーク５９の間の隙間６０よりも小さくしている。

【００４１】本実施の形態は、実施の形態１と同様、冷
媒としてＨＦＣ４１０Ａを用いる空気調和機用とし、振
動子５５のマグホルダ５６と固定子５２のインナーヨー
ク５３の間の隙間５７と、振動子５５のマグネット５８
と固定子５２のアウターヨーク５９の間の隙間６０をい
ずれも０．５ｍｍとしているのに対し、シリンダ５１と
固定子５２のインナーヨーク５３との間の隙間５４を
０．４ｍｍとしている。

【００４２】以上のような構成にしたことにより、可撓
性のシリンダ５１がピストン６１の傾斜に沿うように傾
くと同時に、ピストン６１と連結されているリニアモー
タの振動子５５が傾いても、シリンダ５１とリニアモー
タの固定子５２のインナーヨーク５３が先に接触するた
め、リニアモータの固定子５２と振動子５５が接触しな
い。従って、固定子５２と振動子５５の間に摺動が発生
し効率が低下することを防止すると同時に、固定子５２
と振動子５５が破損することを防止することができるの
で、効率と信頼性を向上させることができる。

【００４３】（実施の形態３）図３は、実施の形態３に
おけるリニアコンプレッサの断面図である。本実施の形
態のリニアコンプレッサは図１で説明した第１の実施の
形態のリニアコンプレッサとシリンダの肉厚を除いて概
略同様な構成である。

【００４４】本実施の形態のシリンダ７１は、内面７１
ａはピストン７２と勘合する円筒面であるが、外面７１
ｂは下死点側ほど径が小さくなるテーパーを設けた円錐
面とし、シリンダ７１の肉厚を下死点側ほど薄くする。

【００４５】本実施の形態は、実施の形態１と同様、冷
媒としてＨＦＣ４１０Ａを用いる空気調和機用とし、シ
リンダ７１の外面７１ｂの、フランジ７３の下死点側面
７３ａと隣接する位置７１ｃの径を３６ｍｍとし、シリ
ンダ７１の外面７１ｂの下死点側端部７１ｄの径を３３
ｍｍとする。

【００４６】このような構成にしたことにより、３枚の
板ばね７４ａ，７４ｂ，７４ｃから成る共振ばね７４の
側力により発生するモーメントが大きいシリンダ７１の
上死点側では肉厚が大きく、共振ばね７４の側力により
発生するモーメントの小さいシリンダ７１の下死点側で
は肉厚が小さくなり、モーメントによりシリンダ７１に
生じる応力をほぼ一定にしつつ、共振ばね７４が配置さ
れているシリンダ７１の下死点側の撓みを大きくするこ
とが出来るため、ピストン７２の傾斜に対しシリンダ７
１が追従しやすくなり、摺動面圧をさらに低減すること
ができるので、効率と信頼性を向上させることができ
る。

【００４７】（実施の形態４）図４は、実施の形態４に
おけるリニアコンプレッサの断面図である。本実施の形
態のリニアコンプレッサは図１で説明した第１の実施の
形態のリニアコンプレッサと、シリンダの外面の、フラ
ンジの下面と隣接する位置に環状溝を設けたことを除い
て同様の構成である。

【００４８】本実施の形態のシリンダ８１は、シリンダ
８１の外面８１ａの、フランジ８２の下死点側面８２ａ
と隣接する位置に環状溝８３を設けている。なお、環状
溝８３の形状は任意であるが、その深さは、３枚の板ば
ね８４ａ，８４ｂ，８４ｃから成る共振ばね８４の側力
によってシリンダ８１の環状溝８３を設けた断面に発生
する応力が、シリンダ８１の材料の弾性限度を超えない
ように設定している。

【００４９】本実施の形態は、実施の形態１と同様、冷
媒としてＨＦＣ４１０Ａを用いる空気調和機用とし、シ
リンダ８１の環状溝８３の断面は矩形形状とし、幅を２
ｍｍ、深さを１．５ｍｍとしている。

【００５０】このような構成にしたことにより、シリン
ダ８１の環状溝８３を設けた部分の最小断面が他の断面
に比べて柔軟になり、かつ、この断面はシリンダ８１の
上死点側に位置するため、共振ばね８４が配置されてい
るシリンダ８１の下死点側の撓みを大きくすることがで
きる。このため、ピストン８５の傾斜に対しシリンダ８
１が追従し易くなり、摺動面圧をさらに低減することが
できるので、効率と信頼性を向上させることができる。

【００５１】また、フランジ８１の厚みを、共振ばね８
４が撓まない状態において、ピストン８５とシリンダヘ
ッド８６の距離であるピストン８５のトップクリアラン
スよりも小さくしたことにより、実施の形態１と同様の
理由で、ピストン８５は常に環状溝８３よりも下死点側
に位置する。また、環状溝８３を設けたことにより、シ
リンダ８１は環状溝８３を設置した最小断面で大きく撓
むだけで、共振ばね８４の荷重軸とシリンダ８１の軸を
近づけることができるので、それ以外の断面での撓みは
少なくなる。従って、シリンダ８１のピストン８５と勘
合する部分は殆ど撓まずに共振ばね８４の荷重軸に沿う
ように傾くので、シリンダ８１とピストン８５は摺動面
のさらに広い範囲で接触することが可能となり、摺動面
圧を低減することができるため、シリンダ８１とピスト
ン８５の摺動損失の増加や異常摩耗を防止することがで
き、効率と信頼性を向上させることができる。

【００５２】（実施の形態５）図５は、実施の形態５に
おけるリニアコンプレッサの断面図である。本実施の形
態のリニアコンプレッサは図４で説明した第４の実施の
形態のリニアコンプレッサと状溝の断面形状を半円形状
としたことを除いて概略同様な構成である。

【００５３】本実施の形態のシリンダ９１は、実施の形
態４と同様、シリンダ９１の外面９１ａの、フランジ９
２の下死点側面９２ａと隣接する位置に環状溝９３を設
けている。環状溝９３の断面は半円形にしており、その
深さは、３枚の板ばね９４ａ，９４ｂ，９４ｃから成る
共振ばね９４の側力によってシリンダ９１の環状溝９５
を設けた断面に発生する応力が、シリンダ９１の材料の
弾性限度を超えないように設定している。

【００５４】本実施の形態は、実施の形態４と同様、冷
媒としてＨＦＣ４１０Ａを用いる空気調和機用とし、シ
リンダ９１の環状溝９３の断面は半径１．５ｍｍの半円
形にしている。

【００５５】このような構成にしたことにより、共振ば
ね９４の側力によりシリンダ９１の環状溝９３を設けた
部分の最小断面が撓むときに発生する応力集中を緩和す
ることができ、実施の形態４と比べてさらに深い環状溝
９３を設けることが可能になる。従って、実施の形態４
の効果をさらに大きくすることができ、効率と信頼性を
向上させることができる。

【００５６】なお、二酸化炭素を主成分とする冷媒を空
気調和機用として用いた場合、冷媒の密度が高くなり圧
縮室の必要容積が少なくなるため、ピストン径が小さく
なるが、同時に、吸入圧力と吐出圧力の圧力差が大きく
なるため、ピストンに働く軸方向の力はＨＦＣ４１０Ａ
等の従来の冷媒と同等である。このため、共振ばねもＨ
ＦＣ４１０Ａ等の従来の冷媒の場合とほぼ同等のばね定
数のものを用い、ピストンに働く側力も同程度となる
が、ピストン径が小さくなるため、ピストンとシリンダ
の間の摺動面圧は高くなる。従って、実施の形態１から
５の摺動面圧を下げる効果が顕著になることは言うまで
もない。

【００５７】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、シリンダの周囲に隙間を設け、シリンダの外面を拘
束しない構成にしたことにより、シリンダに可撓性を持
たせることができ、シリンダがピストンの傾斜に沿うよ
うに傾くので、シリンダとピストンは摺動面の広い範囲
で接触することが可能となり、摺動面圧を低減すること
ができるので、摺動損失の増加や異常摩耗を防止するこ
とができ、効率と信頼性を向上させることができる。

【００５８】また、シリンダの上死点側にフランジを設
けたことにより、シリンダの外面が拘束されない構成で
も、簡単にシリンダを支持することが可能であるととも
に、シリンダを上死点側で支持することにより、共振ば
ねが配置されているシリンダの下死点側の撓みを大きく
することが出来るため、ピストンの傾斜に対しシリンダ
が追従しやすくなり、摺動面圧をさらに低減することが
できるので、効率と信頼性を向上させることができる。

【００５９】また、フランジの厚みを、共振ばねが撓ま
ない状態において、ピストンとシリンダヘッドの下死点
側の端面との距離であるピストンのトップクリアランス
よりも小さくしたことにより、ピストンの往復運動の振
幅が、圧縮室と密閉容器内の圧力差によるピストンのオ
フセット量Ｘよりも小さい場合、ピストンは常にシリン
ダのフランジよりも下死点側の可撓性を有する部分に位
置するため、上死点側におけるシリンダとピストンの摺
動面圧の低減を促進することができ、効率と信頼性をさ
らに向上させることができる。

【００６０】また、シリンダの外面を下死点側ほど径が
小さくなるテーパーを設けた円錐面とし、肉厚を下死点
側ほど薄くしたことにより、共振ばねの側力により発生
するモーメントが大きい上死点側では肉厚が大きく、共
振ばねに近く、側力により発生するモーメントの小さい
下死点側では肉厚が小さくなり、モーメントによりシリ
ンダに生じる応力を一定にしつつ、共振ばねが配置され
ている下死点側の撓みを大きくすることが出来るため、
ピストンの傾斜に対しシリンダが追従しやすくなり、摺
動面圧をさらに低減することができるので、効率と信頼
性を向上させることができる。

【００６１】また、シリンダの外面の、フランジの下死
点側面と隣接する位置に環状溝を設けたことにより、シ
リンダの環状溝を設けた部分の最小断面が他の断面に比
べて柔軟になり、かつ、この断面はシリンダの上死点側
に位置するため、共振ばねが配置されているシリンダの
下死点側の撓みを大きくすることができる。このため、
ピストンの傾斜に対しシリンダが追従し易くなり、摺動
面圧をさらに低減することができるので、効率と信頼性
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１におけるリニアコンプレ
ッサの断面図

【図２】本発明の実施の形態２におけるリニアコンプレ
ッサの断面図

【図３】本発明の実施の形態３におけるリニアコンプレ
ッサの断面図

【図４】本発明の実施の形態４におけるリニアコンプレ
ッサの断面図

【図５】本発明の実施の形態５におけるリニアコンプレ
ッサの断面図

【図６】従来のリニアコンプレッサの断面図

【符号の説明】

４，３１，５１，７１，８１，９１シリンダ５，３２，６１，７２，８５ピストン６，３４，７４，８４，９４共振ばね３８，５４，５７，６０隙間８３，９３環状溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河原定夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者赤澤輝行大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者小川信明大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 3H076 AA02 BB26 CC03 CC28 CC31 CC47

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒形状のシリンダと、前記シリンダの
内面と勘合され圧縮室を形成するピストンと、前記ピス
トンを往復駆動するリニアモータと、前記ピストンを共
振させる共振ばねとを少なくとも備え、前記シリンダの
外面が拘束されない構成としたことを特徴とするリニア
コンプレッサ。
【請求項２】前記リニアモータは固定子と振動子から
構成され、前記シリンダは前記固定子の内側に配置さ
れ、前記シリンダと前記固定子の間に隙間を設け前記シ
リンダの外面が拘束されない構成としたことを特徴とす
る請求項１記載のリニアコンプレッサ。
【請求項３】前記シリンダの上死点側に、前記シリン
ダを前記リニアモータの固定子に対して直接的あるいは
間接的に固定するためのフランジを設けたことを特徴と
する請求項１または２記載のリニアコンプレッサ。
【請求項４】前記フランジの厚みは、前記共振ばねが
たわまない状態における前記ピストンのトップクリアラ
ンスよりも小さいことを特徴とする請求項３に記載のリ
ニアコンプレッサ。
【請求項５】前記シリンダと前記固定子の間の隙間
が、前記固定子と前記振動子の隙間よりも小さいことを
特徴とする請求項２から４記載のリニアコンプレッサ。
【請求項６】前記シリンダの肉厚は下死点側ほど薄く
なることを特徴とする請求項３または４に記載のリニア
コンプレッサ。
【請求項７】前記シリンダの外面の、前記フランジの
下死点側面と隣接する位置に、環状溝を設けたことを特
徴とする請求項３から５記載のリニアコンプレッサ。
【請求項８】前記環状溝の断面形状は、半円形である
ことを特徴とする請求項７に記載のリニアコンプレッ
サ。
【請求項９】二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いて
運転することを特徴とする請求項１から８に記載のリニ
アコンプレッサ。