JP2007132338A - リニア圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】リニアモーターの往復駆動力によりシリンダー内のピストンが往復動しながらシリンダー内の冷媒などの作動流体を圧縮するリニア圧縮機において、効率を一定に維持可能とする。
【解決手段】シリンダー７０内で往復運動し、内部に吸入流路８１が形成されたピストン８０と、ピストン８０の吸入流路８１がシリンダー７０の内部と選択的に通じるように開閉動作を行う吸入弁８４と、吸入弁８４の開度量を制限する吸入弁ストッパー１００と、を備えることによって、吸入弁８４が過度なストレスを受けるのを防止できるので、吸入弁８４の変形及び破損と吸入弁８４の開閉による振動及び騒音を最小化でき、かつ、効率を一定に維持できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、リニア圧縮機に係り、特に、吸入弁の開放時に該吸入弁の開度量を制限させる吸入弁ストッパーを有するリニア圧縮機に関する。

一般に、リニア圧縮機は、リニアモーターの往復駆動力によりシリンダー内のピストンが往復動しながら該シリンダー内の冷媒などの作動流体を圧縮させる機器のことをいい、冷蔵庫などに主に使用される。

図１は、従来の技術に係るリニア圧縮機を示す断面図であり、図２は、図１のリニア圧縮機においてピストン前進時の要部構成を示す図であり、図３は、図１のリニア圧縮機においてピストン後進時の要部構成を示す図である。

図示の如く、従来の技術に係るリニア圧縮機は、外観をなすシェル２の内部にシリンダーブロック４及びバックカバー６が設けられ、これらシリンダーブロック４とバックカバー６との間に作動流体が所定圧力比に圧縮される圧縮部が配置される。

シェル２には、圧縮される作動流体が圧縮部に吸入されるようにする流体吸入パイプ８と、該圧縮部で圧縮された作動流体がシェル２の外部に吐出されるようにする流体吐出パイプ９とが設けられる。

該圧縮部は、流体吸入パイプ８からの作動流体が吸入されるシリンダー１０と、シリンダー１０内で往復運動しながらシリンダー１０に吸入された作動流体を圧縮するピストン２０と、ピストン２０を往復運動させるリニアモーター３０と、を備える。

シリンダー１０には、シリンダー１０で圧縮された作動流体が流体吐出パイプ９に吐出されるようにする吐出弁アセンブリー１２が備えられる。
ピストン２０には、流体吸入パイプ８から作動流体がシリンダー１０に吸入される吸入流路２１が形成され、また、この吸入流路２１を開閉する吸入弁２２が備えられる。

この吸入弁２２は、ピストン２０にボルトで固定された弾性体であり、ピストン２０の吸入流路２１とシリンダー１０内部との間の圧力差によって弾性変形しながら開閉動作を行う。
リニアモーター３０は、大きく、固定子３２と、ピストン２０と連結され、固定子３２との電磁気的相互作用により往復運動する可動子３４と、からなる。

一方、圧縮部には、ピストン２０が往復運動する際に加振可能なように、ピストン２０の往復運動方向にピストン２０に弾性力を与えるメインスプリングアセンブリー４０が備えられる。

メインスプリングアセンブリー４０は、バックカバー６とピストン２０との間に配置された第１メインスプリング４２と、シリンダー１０とリニアモーター３０との間に配置されて、シリンダーブロック４及びピストン２０に支持されている第２メインスプリング４４と、で構成される。

次に、上記のように構成された従来の技術に係るリニア圧縮機の動作について説明する。
リニアモーター３０が駆動すると、このリニアモーター３０の駆動力によりピストン２０がシリンダー１０内で往復運動するようになる。また、このピストン２０の往復運動と連動して第１及び第２メインスプリング４２，４４が繰返し圧縮及び引張されながらピストン２０を加振させ、吐出弁アセンブリー１２と吸入弁２２が開閉動作を繰返し行う。

こうして作動流体が流体吸入パイプ８からシリンダー１０内に吸入され、シリンダー１０に吸入された作動流体が、ピストン２０によって高圧に圧縮され、該シリンダー１０で圧縮された作動流体が吐出弁アセンブリー１２と流体吐出パイプ９を通ってシェル２の外部に吐出される。
このような作動流体の吸入、圧縮、吐出過程はリニアモーター３０が作動する間に順番に連続して繰り返される。

しかしながら、上記の従来の技術に係るリニア圧縮機は、吸入弁２２の開放時に、ピストン２０の吸入流路２１とシリンダー１０内部との間の圧力差が大きい場合、図３に示すように、吸入弁２２が過度に開放されてストレス増加につながり、塑性変形または破損し易くなるという問題点があった。

また、上記のように吸入弁２２の開度量が大きすぎると、吸入弁２２が閉じる際にピストン２０に加えられる衝撃もそれだけ大きくなり、振動及び騒音の増加につながるという問題点があった。

また、吸入弁２２の開度量はピストン２０の吸入流路２１とシリンダー１０内部との間の圧力差によって変わるため、シリンダー１０の圧縮室に吸入される作動流体量が一定にならず、効率が一定に維持されないという問題点があった。

特に、最近では作動流体として環境にやさしい二酸化炭素冷媒が多く使用されてきているが、この場合、その作動圧力が相対的に高いために吸入弁２２のストレスがより深刻な問題を招くという不具合があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、吸入弁の開放時に該吸入弁の開度量を制限できる吸入弁ストッパーを備えることによって、吸入弁の過度な開度による吸入弁の変形及び破損を防ぐとともに、吸入弁の開閉時に発生する振動及び騒音を最小化でき、かつ、効率を一定に維持できるリニア圧縮機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るリニア圧縮機は、シリンダー内で往復運動し、内部に吸入流路が形成されたピストンと、前記ピストンの吸入流路が前記シリンダーの内部と選択的に通じるように開閉動作を行う吸入弁と、前記吸入弁の開度量を制限する吸入弁ストッパーと、を備えることを特徴とする。

前記吸入弁ストッパーは、前記ピストンに締付けられることを特徴とする。
前記吸入弁ストッパーは、前記吸入弁の開度を制限する部位が傾斜して形成されたことを特徴とする。

前記吸入弁ストッパーは、前記吸入弁の開度を制限する部位が、前記吸入弁と面接触するように曲面で形成されたことを特徴とする。
前記吸入弁ストッパーは、前記吸入弁ストッパーをピストンに締付ける締付部材が、前記吸入弁ストッパーに陥没されるようにストッパー締付穴が形成されたことを特徴とする。

前記吸入弁ストッパーは、前記吸入弁と接触しない外側の面が平らに形成されたことを特徴とする。
前記吸入弁ストッパーは、縁部の一部が削除された円板形状の断面を有することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明に係るリニア圧縮機は、シリンダー内で往復運動し、内部に吸入流路が形成されたピストンと、前記ピストンの吸入流路が前記シリンダーの内部と選択的に通じるように開閉動作を行う吸入弁と、前記吸入弁と常に接触するストッパー支持部及び前記吸入弁の開放時に前記吸入弁と接触して前記吸入弁の開度量を制限するストッパー制限部から構成された吸入弁ストッパーと、を備えてなることを特徴とする。

前記ストッパー制限部は、傾斜した構造であることを特徴とする。
前記ストッパー制限部は、前記ストッパー支持部から末端に行くほどピストンの前面から次第に遠ざかる方向に傾斜した構造であることを特徴とする。

本発明によるリニア圧縮機は、ピストンに、ピストン内の吸入流路とシリンダーの圧縮室とが選択的に通じるように吸入弁が取り付けられ、該吸入弁の開放時に吸入弁の開度量が吸入弁ストッパーにより制限されるように構成したため、吸入弁が過度なストレスを受けることが防止でき、これにより、吸入弁の変形及び破損と吸入弁の開閉による振動及び騒音を最小化でき、且つ、効率が一定に維持できるという効果が得られる。

また、吸入弁ストッパーは、吸入弁と接しない外側の面を平らに形成したため、吸入弁ストッパーが備えられても作動流体がシリンダーの圧縮室で均一に圧縮されることが可能になる。

また、吸入弁ストッパーは、吸入弁の開放時に吸入弁の開度を制限する部位を、吸入弁と全体的に面接触できるように曲面としたため、吸入弁の開放時に吸入弁のストレスが最小化でき、かつ、死容積を最小限に抑えることが可能になる。

また、吸入弁ストッパーを、ピストンと連動可能なように、吸入弁をピストンに締付ける締付部材によりピストンに締付けるようにしたので、全体的な構造が簡素化するという利点が得られる。
また、締付部材が吸入弁ストッパーに陥没するように構成したため、死容積が最小化できるという利点が得られる。

以下、本発明の好適な実施形態について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
図４は本発明によるリニア圧縮機を示す断面図であり、図５は図４のリニア圧縮機においてピストン前進時の要部構成を示す図であり、図６は図５のＡ−Ａ線断面図であり、図７は図５のＢ−Ｂ線断面図であり、図８は本発明によるリニア圧縮機のピストン後進時の要部構成を示す図である。

本発明によるリニア圧縮機は、作動流体が吸入・吐出されるシェル５０と、シェル５０内に設けられたシリンダーブロック６０及びバックカバー６２と、シリンダーブロック６０及びバックカバー６２間に設けられ、シェル５０内に吸入された作動流体が所定圧力比に圧縮後に吐出されるようにする圧縮部Ｐと、で構成される。

シェル５０には、作動流体がシェル５０の外部からシェル５０の内部に吸入されるようにする流体吸入パイプ５２が連結される。また、シェル５０には、圧縮部で圧縮後に吐出された作動流体をシェル５０の外部に導く流体吐出パイプ５４が連結される。

また、シェル５０の内部には、圧縮部Ｐを弾支するダンパー５６が設置される。
また、シェル５０の内部には、シェル５０内の潤滑油Ｇを圧縮部Ｐにポンピングさせる潤滑油ポンピング装置５８が設置される。

バックカバー６２は、シリンダーブロック６０よりも相対的に流体吸入パイプ５２に近接して配置される。
そして、バックカバー６２には、流体吸入パイプ５２から吸入された作動流体の騒音を低減するためにマフラー６４が設置される。

圧縮部Ｐは、往復駆動力を発生させるリニアモーター９０と、シリンダーブロック６０に固定され、作動流体が圧縮される圧縮室７１を有するシリンダー７０と、シールリーダ７０の圧縮室７１内の作動流体が圧縮されるように、リニアモーター９０の往復駆動力によりシリンダー７０内部で往復運動するピストン８０と、ピストン８０が往復運動する際にピストン８０の往復運動方向にピストン８０を加振させる第１及び第２共振スプリング１１０，１１２と、を備えている。

リニアモーター９０は、シリンダー７０の外周に配置され、シリンダーブロック６０及びバックカバー６２によって支持される。
また、リニアモーター９０は、大きく、ピストン８０と連動可能に連結された可動子と、この可動子が往復運動可能なように、該可動子と電磁気的に相互作用する固定子と、からなる。

なお、可動子は、固定子の内部に往復運動可能なように設置されたマグネット９２と、マグネット９２が固定され、ピストン８０と連動するように連結されてピストン８０にリニアモーター９０の往復駆動力を伝達するマグネットフレーム９４と、からなる。

また、固定子は、可動子の外周に設置されたアウターコア９５と、アウターコア９５に設けられて磁場を形成するコイル９６と、可動子の内周に設置されたインナーコア９７と、からなる。

シリンダー７０は、前後方向が開口された円筒構造からなる。すなわち、シリンダー７０の開口している後方からピストン８０が挿入される。そして、シリンダー７０の開口している前方からシリンダー７０の圧縮室７１で圧縮された作動流体が吐出される。

シリンダー７０の開口している前方は、シリンダー７０の圧縮室７１で圧縮された作動流体が流体吐出パイプ５４に吐出されるようにする吐出弁アセンブリー７５により覆われる。

吐出弁アセンブリー７５は、シリンダー７０の開口している前方を覆うように設置され、流体吐出パイプ５４と連結された吐出弁カバー７６と、吐出弁カバー７６内でシリンダー７０の開口している前方に進退可能なように設置された吐出弁ボディー７７と、吐出弁ボディー７７を弾支する吐出弁スプリング７８とからなる。

吐出弁カバー７６は、二重構造とすることができる。すなわち、吐出弁カバー７６は、内側に配置され、作動流体の流出が可能なように吐出口７６ａが形成されたインナーカバー７６ｂと、インナーカバー７６ｂの外側に配置され、流体吐出パイプ５４と連結されたアウターカバー７６ｃとからなる。

ピストン８０は、内部に、ピストン８０を前後に貫通するように形成されて流体吸入パイプ５２及びシリンダー７０の圧縮室７１を連通させる吸入流路８１が形成される。
ピストン８０の吸入流路８１は、開口している前方が相対的に他の部位よりも狭い構造とされて吸入ポート８１’を形成する。

ピストン８０の吸入流路８１は、ピストン８０の往復運動と連動しながら開閉動作を行う吸入弁８４により、シリンダー７０の圧縮室７１と選択的に通じるようになる。
吸入弁８４は、一側がピストン８０の前面に固定された状態で、他側がピストン８０の吸入流路８１とシリンダー７０の圧縮室７１との間の圧力差によって弾性変形しながらピストン８０の吸入流路８１を開閉するように構成される。

すなわち、吸入弁８４は、ピストン８０の前面に固定された吸入弁固定部８３と、吸入弁固定部８３と連結されて弾性変形しながら開閉動作を行う吸入弁弁部８５とからなる。このような吸入弁８４は、ピストン８０の前面と略同じ大きさを有し、吸入弁固定部８３と吸入弁弁部８５との境界の一部に吸入弁弁部８５の弾性変形が可能なように切開線８４’が形成された弾性材質のプレート構造からなる。

吸入弁固定部８３には、吸入弁８４がピストン８４の前面にボルトなどの締付部材８６にて固定されるように、締付部材８６が貫通される吸入弁締結穴８３’が形成される。
吸入弁固定部８３に形成された吸入弁締結穴８３’は、吸入弁８４の中心から偏っている。

また、吸入弁固定部８３に形成された吸入弁締結穴８３’は、吸入弁８４の中心に対してピストン８０の吸入ポート８１’と反対側に位置している。
このような吸入弁８４は、ピストン８０の吸入流路８１を開く際に、吸入弁８４の前方に配置されている吸入弁ストッパー１００によりその開度量が制限される。

吸入弁ストッパー１００は、吸入弁８４と常に接触するストッパー支持部１０１と、吸入弁８４の開放時に吸入弁８４と接触して吸入弁８４の開度量を制限するストッパー制限部１０３とからなる。

吸入弁ストッパー１００のストッパー支持部１０１は、吸入弁ストッパー１００がピストン８０と連動可能なようにピストン８０に締付けられる。
このような吸入弁ストッパー１００のストッパー支持部１０１は、全体的な構造の簡素化のために、吸入弁８４をピストン８０に締付ける締付部材８６によってピストン８０に締付けると良い。

すなわち、吸入弁ストッパー１００のストッパー支持部１０１には、締付部材８６が締付けられるように吸入弁８４の吸入弁締付穴８３’と合致するストッパー締付穴１００’が形成される。

特に、吸入弁ストッパー１００のストッパー締付穴１００’は、シリンダー７０の圧縮室７１の死容積を最小化するために、締付部材８６が吸入弁ストッパー１００に陥没する構造とすることが望ましい。

すなわち、吸入弁ストッパー１００のストッパー締付穴１００’は、その前方１００ａが、締付部材８６の締付部材ヘッド８６ａが挿入可能なような大きさに形成され、その後方１００ｂが、締付部材８６の締付部材ヘッド８６ａよりも狭い締付部材８６の締付部材スタッド８６ｂが挿入可能なような大きさに形成される。

吸入弁ストッパー１００のストッパー制限部１０３は、吸入弁８４が締付部材８６を中心に撓みながら開くので、吸入弁ストッパー１００のストッパー支持部１０１から末端に行くほど次第にピストン８０の前面から遠ざかるように傾斜した構造となる。

特に、吸入弁ストッパー１００のストッパー制限部１０３は、吸入弁８４の開放時に、吸入弁８４と接する面１０３’が、吸入弁８４の吸入弁弁部８５と全体的に面接触可能なように曲面で形成される。

このような吸入弁ストッパー１００は、おおよそ吸入弁８４全体を覆うような大きさを有し、作動流体が通過できるように作動流体通過穴１０２が形成されたプレートとすることができる。

すなわち、吸入弁ストッパー１００は、おおよそピストン８０の直径と同じ大きさの円板であり、作動流体が通過できるようにその円板の縁部の一部が削除された断面形状を有する。

吸入弁ストッパー１００の作動流体通過穴１０２は、吸入弁８４の中心に対してピストン８０の吸入ポート８１’と同じ側に位置することが望ましい。
また、吸入弁ストッパー１００は、シリンダー７０の圧縮室７１内の作動流体が均一に圧縮されるように、吸入弁８４と対面しない外側の面１００”が平らに形成されることが望ましい。

以下、上記のように構成された本発明によるリニア圧縮機の動作について述べる。
リニアモーター９０が駆動すると、固定子と可動子との間の電磁気的相互作用によりマグネット９２がマグネットフレーム９４と共に往復運動し、リニアモーター９０の往復運動力がマグネットフレーム９４と連結されたピストン８０に伝達される。これにより、ピストン８０がシリンダー７０の内部で往復運動し、第１及び第２メインスプリング１１０，１１２が交互に圧縮・引張されながら、作動流体の吸入、圧縮、吐出過程が順番に繰り返される。

すなわち、図５及び図７に示すように、ピストン８０がシリンダー７０の内部に向かって前進移動すれば、吸入弁８４がピストン８０の吸入流路８１とシリンダー７０との間の圧力差によりピストン８０の吸入流路８１を閉じ、シリンダー７０の圧縮室７１内の作動流体がシリンダー７０内部に向かって移動するピストン８０によって高圧に圧縮される。

そして、吐出弁ボディー７７が、シリンダー７０の圧縮室７１内の圧力と吐出弁スプリング７８との間の力の平衡関係によって移動し、シリンダー７０の圧縮室７１が開かれる。
こうなると、シリンダー７０の圧縮室７１で圧縮された作動流体が、吐出カバー７６と、流体吐出パイプ５４を順番に通ってシェル５０の外部に吐出される。

一方、図８に示すように、ピストン８０がシリンダー７０の外部に向かって後進移動すれば、ピストン８０の吸入流路８１とシリンダー７０の圧縮室７１との間の圧力差により、吸入弁８４の吸入弁弁部８５が締付部材８６を中心にシリンダー７０の圧縮室７１に向かって撓みながらピストン８０の吸入流路８１が開かれる。このときに、吐出弁アセンブリー７５はシリンダー７０の内部圧力と吐出弁スプリング７８との間の力の平衡関係によってシリンダー７０の圧縮室７１を閉じる。

こうなると、作動流体は、流体吸入パイプ５２、マフラー６４と、ピストン８０の吸入流路８１とを順番に通ってシリンダー７０の圧縮室７１に吸入される。
このときに、吸入弁８４が吸入弁ストッパー１００により適正開度に開くので、該吸入弁８４が過度なストレスを受けることがなく、吸入弁８４が開いて閉じる際に吸入弁８４とピストン８０との衝撃がほとんどなく、かつ、シリンダー７０の圧縮室７１内への作動流体の吸入量が一定となる。

ちなみに、吸入弁ストッパー１００の存在から死容積が従来よりは増加したが、この吸入弁ストッパー１００が死容積を最小化するように構成されるとともに、二酸化炭素冷媒のように作動圧力の高い作動流体が使われたりして作動流体の吸入圧力と吐出圧力との差が大きい場合は、死容積増加による影響は微々たるものになり、吸入弁ストッパー１００が圧縮機性能に及ぼす影響はほとんどないといえる。

従来の技術に係るリニア圧縮機を示す断面図である。 図１のリニア圧縮機においてピストン前進時の要部構成を示す図である。 図１のリニア圧縮機においてピストン後進時の要部構成を示す図である。 本発明によるリニア圧縮機を示す断面図である。 図４のリニア圧縮機においてピストン前進時の要部構成を示す図である。 図５のＡ−Ａ線断面図である。 図５のＢ−Ｂ線断面図である。 図１のリニア圧縮機においてピストン後進時の要部構成を示す図である。

符号の説明

５０ シェル
５２ 流体吸入パイプ
５４ 流体吐出パイプ
６０ シリンダーブロック
６２ バックカバー
６４ マフラー
７０ シリンダー
７５ 吐出弁アセンブリー
８０ ピストン
８１ 吸入流路
８１’ 吸入ポート
８４ 吸入弁
９０ リニアモーター
９２ マグネット
９４ マグネットフレーム
９５ アウターコア
９６ コイル
９８ インナーコア
１００ 吸入弁ストッパー
１０１ ストッパー支持部
１０３ ストッパー制限部
１１０ 第１共振スプリング
１１２ 第２共振スプリング

Claims (10)

1. シリンダー内で往復運動し、内部に吸入流路が形成されたピストンと、
   前記ピストンの吸入流路が前記シリンダーの内部と選択的に通じるように開閉動作を行う吸入弁と、
   前記吸入弁の開度量を制限する吸入弁ストッパーと、
   を備えることを特徴とするリニア圧縮機。
2. 前記吸入弁ストッパーは、前記ピストンに締付けられることを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機。
3. 前記吸入弁ストッパーは、前記吸入弁の開度を制限する部位が傾斜して形成されたことを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機。
4. 前記吸入弁ストッパーは、前記吸入弁の開度を制限する部位が、前記吸入弁と面接触するように曲面で形成されたことを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機。
5. 前記吸入弁ストッパーは、前記吸入弁ストッパーをピストンに締付ける締付部材が、前記吸入弁ストッパーに陥没されるようにストッパー締付穴が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機。
6. 前記吸入弁ストッパーは、前記吸入弁と接触しない外側の面が平らに形成されたことを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機。
7. 前記吸入弁ストッパーは、縁部の一部が削除された円板形状の断面を有することを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機。
8. シリンダー内で往復運動し、内部に吸入流路が形成されたピストンと、
   前記ピストンの吸入流路が前記シリンダーの内部と選択的に通じるように開閉動作を行う吸入弁と、
   前記吸入弁と常に接触するストッパー支持部及び前記吸入弁の開放時に前記吸入弁と接触して前記吸入弁の開度量を制限するストッパー制限部から構成された吸入弁ストッパーと、
   を備えてなることを特徴とするリニア圧縮機。
9. 前記ストッパー制限部は、傾斜した構造であることを特徴とする請求項８に記載のリニア圧縮機。
10. 前記ストッパー制限部は、前記ストッパー支持部から末端に行くほどピストンの前面から次第に遠ざかる方向に傾斜した構造であることを特徴とする請求項９に記載のリニア圧縮機。

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