JP2005220804A - リニア圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】低騒音で信頼性の高いリニア圧縮機を提供する。
【解決手段】上スナブバー１１７は少なくとも表面が固体潤滑材で形成され、電動圧縮要素１０１は、密閉容器１２１内に垂直に設けた複数のコイルばね１２２の両端をそれぞれ密閉容器１２１と電動圧縮要素１０１に配設された上スナブバー１１７と下スナブバー１２０に挿入されることで密閉容器１２１内に弾性支持される。これにより上スナブバー１１７とコイルばね１２２が電動圧縮要素１０１の往復運動でこすれても、固体潤滑材の摩擦係数が低いために、こすれで発生する微振動が低減できるために騒音が低減できるほか、コイルばね１２２がスムーズに滑ることで摩耗が発生することもなく、信頼性の高いリニア圧縮機が提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍冷蔵装置や空調機等に用いられるリニア圧縮機に関するものである。

近年、冷凍機器分野において、低振動化を図る為、取り付けスプリングを使って、電動圧縮要素を密閉容器内に弾性支持したリニア圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来のリニア圧縮機を説明する。

図６は、特許文献１に記載された従来のリニア圧縮機の縦断面図であり、図７は従来のリニア圧縮機の横断面図である。図８は、従来のリニア圧縮機の取り付けスプリングの正面図である。

図６から図８において、従来のリニア圧縮機の電動圧縮要素１は可動子２と固定子３からなるリニアモータ４と、圧縮要素５から形成されている。圧縮要素５を構成するシリンダ６内には可動子２と連結されたピストン（図示せず）が水平方向（Ａ方向）に往復自在に挿入される。

可動子２とピストン（図示せず）からなる可動部７は、板ばね８を介して固定子３に固定されることにより、固定子３と半径方向に一定の隙間を確保しながら水平方向に往復自在に弾性支持される。電動圧縮要素１は、密閉容器９内に垂直に設けた複数の取り付けスプリング１０の両端をそれぞれ密閉容器９と電動圧縮要素１に設けたスナブバー１１に挿入され、密閉容器９内に弾性支持される。

以上のように構成されたリニア圧縮機について、以下その動作を説明する。

固定子３に交流電源から電流が流れると、可動子２と固定子３の発生する磁界の作用により、可動子２にはＡ方向への推力が発生し、板ばね８を変形させるとともにその板ばね８の反発力を利用しながら可動部７が共振することで、ピストン（図示せず）はシリンダ６内でＡ方向の往復運動を繰り返す。

その結果、冷凍システム（図示せず）からの冷媒がピストン（図示せず）の往復動により圧縮され、冷凍システムに吐出される。

その際、可動部７の往復運動により、電動圧縮要素１に、可動部７の往復運動と同方向（Ａ方向）の振動が生じるが、Ａ方向の振動に対して垂直に設けた取り付けスプリング１０により、Ａ方向の振動を吸収することで密閉容器９の低振動化を実現している。
特開平９−１６６０７２号公報

しかしながら上記従来の構成では、電動圧縮要素１の振動方向と、取り付けスプリング１０の伸縮方向はほぼ９０度異なるため、電動圧縮要素１の振動に伴いスナブバー１１と取り付けスプリング１０の内径でこすれが生じる。そして、このこすれが密閉容器９に設けたスナブバー１１を加振することになるから、こすれによる微振動がスナブバー１１から密閉容器９に伝わり騒音を増大させるという課題を有していた。

さらに、吸入圧力や吐出圧力などの運転条件によっては、電動圧縮要素１の振動が大きくなり、その際に、スナブバー１１と取り付けスプリング１０の内径のこすれが大きくなることで、スナブバー１１や取り付けスプリング１０の内径が摩耗し、騒音の増大だけでなく信頼性が低下するといった課題を有していた。

特に、潤滑油を用いないオイルレス仕様のリニア圧縮機の場合は、スナブバー１１や取り付けスプリング１０の内径に潤滑油が介在しないため滑りが悪くなり、オイルを有するリニア圧縮機よりもこすれによる微振動が生じやすいので、騒音や信頼性がさらに悪化するといった課題を有していた。

本発明は、従来の課題を解決するもので、スナブバーと取り付けスプリングの内径がこすれても振動が発生しにくく、かつ、摩耗を起こしにくいことで摩耗に伴う騒音の増大を防止し、低振動、低騒音で、高い信頼性を備えたリニア圧縮機の提供を目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明のリニア圧縮機は、電動圧縮要素を密閉容器内に複数のコイルばねで弾性的に支持し、コイルばねの内径部を保持するスナブバーを電動圧縮要素と密閉容器の少なくとも一方に形成するとともに、スナブバーの少なくとも表面は固体潤滑材料で構成したもので、コイルばねとスナブバーのこすれが発生した場合でも、スナブバー表面が摩擦係数の低い固体潤滑材料で形成されているため、スナブバーの表面をコイルばねがスムーズに滑ることで、リニア圧縮機の騒音源となるこすれやきしみによる微振動が低減し、かつ、摩耗係数が低いために摩耗の発生を低減できるという作用を有する。

本発明のリニア圧縮機は、スナブバーと取り付けスプリングの内径がこすれても振動が発生しにくく、かつ、摩耗を起こしにくいことで摩耗に伴う騒音の増大がなく、高い信頼性を備えたリニア圧縮機を提供することができる。

請求項１に記載の発明は、固定子および可動子からなるリニアモータと、圧縮室を形成するシリンダと、前記可動子と連結され、前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記可動子と前記固定子とを連結するばねとを備えた電動圧縮要素を密閉容器内に複数のコイルばねで弾性的に支持し、前記コイルばねの内径部を保持するスナブバーを前記電動圧縮要素と前記密閉容器の少なくとも一方に形成するとともに、前記スナブバーの少なくとも表面は固体潤滑材料で構成したもので、コイルばねとスナブバーの微小こすれが発生した場合でも、スナブバー表面の摩擦係数が低いためにスナブバーの表面をコイルばねがスムーズに滑ることで、リニア圧縮機の騒音源となるこすれやきしみによる微振動が低減し、かつ、スナブバーとコイルばね間の摩耗が少なく、摩耗に伴う騒音の増大がなく、信頼性の高いリニア圧縮機を提供することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の固体潤滑材料をＰＴＦＥ（４フッ化エチレン）または、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）または、ＰＢＮ（ポリブチレンナフタレート）または、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）で形成することにより、これらの固体潤滑材料の固有の特性として振動の減衰効果が得られるから、請求項１の効果に加えて、コイルばねとスナブバー以外の部位で発生した微振動についても減衰することができ、固体中を伝播する微振動を密閉容器へ伝えることなく、騒音の低い圧縮機を提供できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明の固体潤滑材料を二硫化モリブデンで形成することにより、二硫化モリブデンの劈開による潤滑効果が得られ、請求項１に記載の発明の効果に加えて、別部品の固体潤滑材料を準備する必要がないため、安価で組み立てやすいリニア圧縮機を提供できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３に記載の発明において、密閉容器内に潤滑油を含まないことにより、コイルばねとスナブバーのこすれの微振動を低減する潤滑油が介在しないから微振動の発生が助長され騒音が増大するが、スナブバーの表面が、固体潤滑材もしくはＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）または、ＰＢＮ（ポリブチレンナフタレート）または、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）もしくは二硫化モリブデンで形成されているので、摺動状態を改善する潤滑油以外のこれらの材料によってスナブバーの表面をコイルばねがスムーズに滑ることができる。

そのため、潤滑油が無いリニア圧縮機においても、リニア圧縮機の騒音源となる微振動が低減でき、騒音の低いリニア圧縮機を提供できる。

さらに、コイルばねとスナブバーのこすれが大きくなった場合に発生しやすいスナブバーやコイルばねの摩耗は、スナブバー表面が固体潤滑材もしくはＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）または、ＰＢＮ（ポリブチレンナフタレート）または、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）もしくは二硫化モリブデンで形成されているので、摺動状態を改善する潤滑油がなくても摩擦係数が低い状態でのスナブバーとコイルばねのこすれとなるため、ナブバーやコイルばねの摩耗の発生を低減でき、信頼性の高いリニア圧縮機を提供できる。

以下、発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるリニア圧縮機の縦断面図、図２は同実施の形態におけるリニア圧縮機の要部拡大図、図３は同実施の形態におけるリニア圧縮機のスナブバーの断面図である。

図１から図３において、電動圧縮要素１０１は、可動子１０２と固定子１０３からなるリニアモータ１０４と、圧縮要素１０５から形成されている。圧縮要素１０５を構成するシリンダ１０６内には、可動子１０２と連結されたピストン１０７が水平方向に往復自在に挿入される。吸入室１０８および吐出室１０９を形成するシリンダヘッド部１１０は、バルブプレート１１１を介してシリンダ１０６に固定されており、ピストン１０７、シリンダ１０６、バルブプレート１１１により圧縮室１１２が画定される。

シリンダ１０６には、一端がピストン１０７の外周面に複数個開口し、他端が吐出室１０９に開口するガスベアリング１１３を有している。

可動子１０２とピストン１０７からなる可動部１１４は、可動子１０２と固定子１０３を連結する部材である板ばね１１６を介して固定子１０３に固定されることにより、固定子１０３と半径方向に一定の隙間を確保しながら水平方向に往復自在に弾性支持される。

密閉容器１２１内に電動圧縮要素１０１を弾性支持するために、密閉容器１２１内に垂直に設けた複数のコイルばね１２２の内径部を保持するスナブバーとして、上スナブバー１１７と下スナブバー１２０を備えている。

上スナブバー１１７は、インジェクション成型された樹脂部１１８をスナブバーコア１１９外周に圧入固定することで形成され、この樹脂部１１８は固体潤滑材料である。下スナブバー１２０は、鉄系の材料で形成される。そして、電動圧縮要素１０１は、密閉容器１２１内に設けたコイルばね１２２の両端をそれぞれ密閉容器１２１と電動圧縮要素１０１に配設された上スナブバー１１７と下スナブバー１２０に挿入することで、密閉容器１２１内に弾性支持される。

なお、ガスベアリング１１３を備えているためにピストン１０７とシリンダ１０６の摺動部は基本的に非接触となるため、本実施の形態におけるリニア圧縮機は、潤滑油を使用しないオイルレスの仕様となっている。

以上のように構成されたリニア圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

交流電源から電流が固定子１０３に流れると、可動子１０２と固定子１０３の発生する磁界の作用により可動子１０２の軸方向への推力が発生し、この推力は板ばね１１６を変形させるとともにその板ばね１１６の反発力を利用しながら可動子１０２が共振することで可動部１１４は効率よくピストン１０７の往復動方向に往復振動を繰り返す。

冷凍システム（図示せず）からの冷媒は、一旦吸入室１０８に入りその後、シリンダ１０６とピストン１０７から形成された圧縮室１１２に吸入され、圧縮された冷媒は、一旦吐出室１０９内に吐出された後、吐出管（図示せず）を介して冷凍システムに吐出される。

また、圧縮された冷媒の一部は、吐出室１０９からガスベアリング１１３を介してシリンダ１０６の内壁から噴出されるが、この噴出した冷媒のガス膜の剛性がピストン１０７を支持することで、ピストン１０７とシリンダ１０６の摺動部は接触することがなく、摺動部を持たずに可動部１１４を支持する板ばね１１６とも相まって、潤滑油の潤滑を必要とせず、また摺動損失もほとんど発生しない。

一方、冷媒の圧縮の際、可動部１１４は往復運動するため、電動圧縮要素１０１は密閉容器１２１内に配設したコイルばね１２２をピストン１０７の往復動方向に変形させながら振動を繰り返すことになる。

その際、電動圧縮要素１０１の振動方向と、コイルばね１２２の伸縮方向はほぼ９０度異なるため、コイルばね１２２のピストン１０７往復動方向の変形に起因して、コイルばね１２２とスナブバーコア１１９に圧入した樹脂部１１８の外周とを摺動することになる。

しかしながらが、樹脂部１１８は自己潤滑性を有する固体潤滑材であるため、潤滑油が付着しない、潤滑状態が悪い条件下においても、コイルばね１２２と上スナブバー１１７の摩擦係数を低く抑えることが可能になり、従って摺動によって発生するコイルばね１２２と上スナブバー１１７間のこすれやきしみによる微振動の発生を低減することができる。

また、コイルばね１２２と上スナブバー１１７間のこすれ振動以外の微振動が電動圧縮要素１０１で発生しても、樹脂部１１８は振動の減衰効果が金属に比べて大きいために、密閉容器１２１に微振動を伝えにくくすることができる。

さらに、圧縮条件により電動圧縮要素１０１のアンバランスが大きくなり、電動圧縮要素１０１の振動が大きくなった場合においても、樹脂部１１８の自己潤滑性によりコイルばね１２２と樹脂部１１８の滑りがスムーズであるため、コイルばね１２２と樹脂部１１８のこすれによる摩耗を低減することができる。

従って、コイルばね１２２と樹脂部１１８のこすれによる微振動の発生が低減できるだけでなく、微振動を減衰することにより密閉容器１２１への微振動を伝わりにくくできるので騒音を低く抑えることが可能となる。また、コイルばね１２２と樹脂部１１８の摩耗の発生を抑えることが可能となり、信頼性の高いリニア圧縮機を提供できる。

なお、本実施の形態においては固体潤滑材料としてＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）を用いて説明したが、同様の固体潤滑性と振動減衰性を有するＰＴＦＥ（４フッ化エチレン）または、ＰＢＮ（ポリブチレンナフタレート）または、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を用いても同様の低騒音と高信頼性を得ることができる。

すなわち、樹脂部１１８がＰＴＦＥ（４フッ化エチレン）または、ＰＢＮ（ポリブチレンナフタレート）または、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などのは自己潤滑性を有する固体潤滑材であるため、潤滑油が付着しない、潤滑状態が悪い条件下においても、コイルばね１２２と上スナブバー１１７の摩擦係数を低く抑えることが可能になり、コイルばね１２２と上スナブバー１１７間のこすれやきしみによる微振動の発生を低減することができる。

また、コイルばね１２２と上スナブバー１１７間のこすれ振動以外の微振動が電動圧縮要素１０１で発生しても、樹脂部１１８は振動の減衰効果が金属に比べて大きいために、密閉容器１２１に微振動を伝えにくくすることができる。

さらに、圧縮条件により電動圧縮要素１０１のアンバランスが大きくなり、電動圧縮要素１０１の振動が大きくなった場合においても、樹脂部１１８の自己潤滑性によりコイルばね１２２と樹脂部１１８の滑りがスムーズであるため、コイルばね１２２と樹脂部１１８のこすれによる摩耗を低減することができる。

なお、本実施の形態においては、オイルレスのリニア圧縮機にて説明したため、コイルばね１２２と上スナブバー１１７の摺動状態を改善する潤滑油はないが、オイルインのリニア圧縮機についても、固体潤滑材料である樹脂部１１８とコイルばね１２２の摺動が潤滑油によってさらにスムーズになるため、さらに騒音が低く信頼性の高いリニア圧縮機を提供することができる。

さらに、本実施の形態においては、上スナブバー１１７のみに固体潤滑材料を設けたが、下スナブバー１２０に固体潤滑材料を設けても同様の効果が得られる。

すなわち、可動部１１４は往復運動し、コイルばね１２２をピストン１０７の往復動方向に変形させながら振動を繰り返す際、コイルばね１２２のピストン１０７往復動方向の変形に起因して、コイルばね１２２と下スナブバー１２０とが摺動することになる。

しかしながらが、下スナブバー１２０が自己潤滑性を有する固体潤滑材であるため、潤滑油が付着しない、潤滑状態が悪い条件下においても、コイルばね１２２と上スナブバー１２０の摩擦係数を低く抑えることが可能になり、摺動によって発生するコイルばね１２２と下スナブバー１２０間のこすれやきしみによる微振動の発生を低減することができる。

また、コイルばね１２２と下スナブバー１２０間のこすれ振動以外の微振動が電動圧縮要素１０１で発生しても、下スナブバー１２０は振動の減衰効果が金属に比べて大きいために、密閉容器１２１に微振動を伝えにくくすることができる。

さらに、圧縮条件により電動圧縮要素１０１のアンバランスが大きくなり、電動圧縮要素１０１の振動が大きくなった場合においても、樹脂部１１８の自己潤滑性によりコイルばね１２２と樹脂部１１８の滑りがスムーズであるため、コイルばね１２２と樹脂部１１８のこすれによる摩耗を低減することができる。

（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２におけるリニア圧縮機の縦断面図、図５は同実施の形態におけるリニア圧縮機のスナブバーの断面図である。

なお、実施の形態１と同一構成については同一符号を付し詳細な説明を省略する。

図４および５において、スナブバーとして上スナブバー１５０と下スナブバー１２０があり、上スナブバー１５０は鉄系の材料で形成され、外周に二硫化モリブデン層１５１のコーティングをショットブラストなどで施したものであり、上スナブバー１５０とコイルばね１２２の接触部に二硫化モリブデン層１５１が介在している。

電動圧縮要素１０１は、密閉容器１２１内に垂直に設けた複数のコイルばね１２２の両端を、それぞれ密閉容器１２１と電動圧縮要素１０１に配設された上スナブバー１５０と下スナブバー１５２に挿入されることで、密閉容器１２１内に弾性支持される。

以上のように構成されたリニア圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

冷媒の圧縮の際、可動部１１４の往復振動によりアンバランスが発生するため、電動圧縮要素１０１は密閉容器１２１内に配設したコイルばね１２２をピストン１０７の往復運動方向に変形させながら振動を繰り返すことになる。

その際、電動圧縮要素１０１の振動方向と、コイルばね１２２の伸縮方向はほぼ９０度異なるため、コイルばね１２２のピストン１０７往復動方向の変形に起因して、コイルばね１２２と上スナブバー１５０外周の二硫化モリブデン層１５１とが摺動することになる。

しかしながらが、二硫化モリブデン層１５１は、二硫化モリブデン層１５１自身の劈開による固体潤滑作用にために、潤滑油が付着しない過酷な潤滑状態下においても摩擦抵抗を低く抑えることが可能になり、摺動によって発生するコイルばね１２２と上スナブバー１５０間の微振動の発生を低減することができる。

さらに、冷媒の圧縮条件により電動圧縮要素１０１のアンバランスが大きくなり、電動圧縮要素１０１の振動が大きく、コイルばね１２２と上スナブバー１５０外周の二硫化モリブデン層１５１との摺動が大きくなった場合においても、二硫化モリブデン層１５１自身の劈開により、コイルばね１２２と上スナブバー１５０の滑りがスムーズであるから、コイルばね１２２と上スナブバー１５０のこすれによる摩耗を低減することができる。

従って、コイルばね１２２と上スナブバー１５０のこすれによる微振動の発生が低減できるので、騒音を低く抑えることが可能となる。また、コイルばね１２２と上スナブバー１５０の摩耗の発生を抑えることが可能となり、信頼性の高いリニア圧縮機を提供できる。

なお、本実施の形態においては、オイルレスのリニア圧縮機にて説明したため、コイルばね１２２と上スナブバー１５０の摺動状態を改善する潤滑油はないが、オイルインのリニア圧縮機についても、二硫化モリブデン層１５１とコイルばね１２２の摺動が潤滑油によってさらにスムーズになるため、さらに騒音が低く信頼性の高いリニア圧縮機を提供することができる。

なお、本実施の形態においては、上スナブバー１１７のみに固体潤滑材料を設けたが、実施の形態１で詳細に説明した通り、下スナブバー１２０に固体潤滑材料を設けても同様の効果が得られる。

以上のように、本発明にかかるリニア圧縮機は、スナブバーと取り付けスプリングの内径がこすれても振動が発生しにくく、かつ、摩耗を起こしにくいことで摩耗に伴う騒音の増大がなく、高い信頼性を確保することが可能となるので、冷凍冷蔵庫用途だけでなく空調用途などにも適用することができる。

実施の形態１におけるリニア圧縮機の縦断面図 同実施の形態におけるリニア圧縮機の要部拡大図 同実施の形態におけるリニア圧縮機のスナブバーの断面図 実施の形態２におけるリニア圧縮機の縦断面図 同実施の形態におけるリニア圧縮機のスナブバーの断面図 従来のリニア圧縮機の縦断面図 従来のリニア圧縮機の横断面図 従来のリニア圧縮機の取り付けスプリングの正面図

符号の説明

１０１ 電動圧縮要素
１０２ 可動子
１０３ 固定子
１０４ リニアモータ
１０６ シリンダ
１０７ ピストン
１１２ 圧縮室
１１６ 板ばね
１１７，１５０ 上スナブバー
１１８ 樹脂部
１２０ 下スナブバー
１２１ 密閉容器
１２２ コイルばね
１５１ 二硫化モリブデン層

Claims (4)

1. 固定子および可動子からなるリニアモータと、圧縮室を形成するシリンダと、前記可動子と連結され、前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記可動子と前記固定子とを連結するばねとを備えた電動圧縮要素を密閉容器内に複数のコイルばねで弾性的に支持し、前記コイルばねの内径部を保持するスナブバーを、前記電動圧縮要素と前記密閉容器の少なくとも一方に形成するとともに、前記スナブバーの少なくとも表面は固体潤滑材料で構成したリニア圧縮機。
2. 固体潤滑材料は、ＰＴＦＥ（４フッ化エチレン）または、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）または、ＰＢＮ（ポリブチレンナフタレート）または、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）である請求項１に記載のリニア圧縮機。
3. 固体潤滑材料は二硫化モリブデンである請求項１に記載のリニア圧縮機。
4. 前記密閉容器内に潤滑油を含まない請求項１から３のいずれか一項に記載のリニア圧縮機。

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