JP2012532276A - リニアコンプレッサ - Google Patents

Abstract

リニアコンプレッサは、ピストン（３０）を収容する圧縮室（２１）を画定するシリンダ（２０）を取り付けるシェル（１０）と、シェル（１０）に取り付けられる固定部（４１）および往復可動部（４２）を有するリニア電気モータ（４０）と、可動部（４２）によって駆動される作動手段（５０）と、作動手段（５０）をシェル（１０）に接続して、それらが逆位相で往復運動できるようにする弾性手段（６０ａ）とを備える。支持弾性手段（７０）は、作動手段（５０）をシェル（１０）に接続し、前記可動部（４２）と作動手段（５０）とに作用する横負荷を支持でき、またリニア電気モータ（４０）の可動部（４２）と固定部（４１）との軸方向ずれを最小限に抑えることができる半径方向剛性を有し、支持弾性手段（７０）は、ピストン（３０）および作動手段（５０）の両方の変位を可能にする最小の軸方向剛性を有する。

Description

本発明は、リニアコンプレッサの構造に関し、特に、一般に小型冷却システムで使用されるタイプのリニアコンプレッサの取り付け構造であって、コンプレッサ部品から伝達された力をコンプレッサが取り付けられるシェルに分散させることができる取り付け構造に関する。

本発明のコンプレッサは、一般的な冷却装置の冷却システムで使用されるだけでなく、小型電子装置またはコンプレッサユニットの小型化が必要な他の装置の部品を冷却するのに使用される構造にすることができる。

リニアコンプレッサは、冷却システムで適用されるのが知られており、その構造の研究の目的は、一般に効率を高めることであった。リニアコンプレッサは、基本的に、高振動発生器であり、冷却システムの冷却サイクルの間に冷却システムの所定質量の冷媒ガスを圧縮するために、圧縮室の内部で軸方向に変位されるピストンを備える。

同出願人の国際公開第０７／１１８２９５号に記載されている構造では、具体的ではあるが、特に限定されない、電子システムを冷却するのに利用されるタイプの小型コンプレッサが示されており、前記コンプレッサは、一般に典型的な円筒形状の略密閉シェル１０と、シェル１０に取り付けられて圧縮室２１を画定し、コンプレッサの動作時に圧縮室２１の内部でピストン３０が軸方向に往復運動で変位されるシリンダ２０と、シェル１０に取り付けられるリニア電気モータ４０と、ピストン３０をリニア電気モータ４０に動作可能に連結して電気モータがピストン３０を圧縮室２１内部で往復運動で変位させるようにする作動手段５０であって、弾性手段６０ａの形の連結手段６０を使用してピストン３０に連結されて、後述するように、作動手段５０とピストン３０とがコンプレッサの動作時に逆位相で変位されるように設計された作動手段５０とを備える。

国際公開第０７／１１８２９５号

この実施形態では、コンプレッサの動作時にモータの可動部をシェル内部で案内して、モータの前記可動部の横方向運動がコンプレッサユニットをアンバランスにするのを防ぐための滑り軸受Ｍが必要である。しかしながら、本明細書で説明されるタイプのコンプレッサは相対運動する部品を潤滑するための油を使用しない設計であるので、このタイプの軸受は、摩擦を引き起こし、その摩耗に応じて寿命が制限される。滑り軸受を使用する際の別の問題は雑音が発生することであり、滑り軸受は可動部間の接触が生ずる場合に雑音を発生させる可能性がある。

特に、電子装置の冷却システムで使用する小型コンプレッサで使用できる小さい寸法を考慮すると、コンプレッサユニットを小型化し、好ましくは、滑り軸受をなくし、相対運動してコンプレッサ内で互いに接触する部品の存在を最小限に抑え、リニアコンプレッサの寸法決めのために設定された制約を妥協することなく構造を単純化できる構造的解決策を提供するのが望ましい。

上述の欠点および知られている構造的解決策の不利点を克服するために、滑り軸受またはコンプレッサの可動部品間の接触を引き起こす可能性のある他の手段を使用せずに、コンプレッサのシェル内部の往復運動部品に作用する横負荷の影響を最小限に抑えてまたは解消して、コンプレッサユニットの可動部品、特に、作動手段とモータの可動部とによって形成されるアセンブリがコンプレッサのシェルに衝突するのを防ぐことができるリニアコンプレッサを提供することが本発明の目的の１つである。

本発明の別の目的は、上述のコンプレッサで、動作時に雑音を発生させないコンプレッサを提供することである。

本発明の別の目的は、上述のコンプレッサで、少なくともある程度、圧縮室内のピストンに作用する横負荷の影響を解消して前記部品間の摩擦を最小限に抑える（国際公開第０７／１１８２９５号に開示されたタイプの）小型リニアコンプレッサの構造を単純な形で可能にしたコンプレッサを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、上述のコンプレッサで、相対運動する部品間で潤滑油を使用せずに、小型リニアコンプレッサの構造を単純な形で可能にしたコンプレッサを提供することである。

本発明の別の目的は、上述のリニアコンプレッサで、その構造がコンプレッサシェルの寸法および全重量が低減された値を維持することを可能にするリニアコンプレッサを提供することである。

本発明は、内部にピストンを備える圧縮室を画定するシリンダを内部に取り付けたシェルと、シェルに内部で取り付けられる固定部および固定部に対して往復運動する可動部を有するリニア電気モータと、リニア電気モータの可動部に取り付けられて、往復運動する前記可動部によって駆動される作動手段と、前記作動手段とピストンとがコンプレッサの動作時に往復運動で変位されるように作動手段をピストンに連結する連結手段とを備えるタイプのリニアコンプレッサについて説明するものである。

本発明によれば、コンプレッサは、作動手段をシェルに接続し、リニア電気モータの可動部と作動手段とによって形成されるアセンブリに作用する横負荷を支持することが可能であり、前記横負荷の影響を受けて生じるリニア電気モータの前記固定部と可動部との間の軸方向のずれを最小限に抑えることができる半径方向剛性を有する支持弾性手段を備え、前記支持弾性手段は、ピストンと作動手段との所望の変位を可能にするように最小の軸方向剛性を有する。

本発明の特定の態様によれば、連結手段は、作動手段をピストンに連結する弾性手段であり、支持弾性手段は、ピストンと作動手段とが逆位相で変位されるように最小の軸方向剛性を有する。

本発明の別の特定の態様によれば、ピストンは弾性手段に直接連結され、コンプレッサは、ピストンをシェルに接続し、ピストンに作用する横負荷を支持して前記横負荷の影響によって生じる圧縮室に対するピストンの軸方向のずれを最小限に抑えることができる半径方向剛性を有する追加の支持弾性手段を備え、前記追加の支持弾性手段は、ピストンと作動手段との逆位相の所望の変位を可能にするように最小の軸方向剛性を有する。

本発明の別の態様では、コンプレッサは、ピストンに隣接する弾性手段の端部をシェルに接続し、弾性手段の前記端部に作用する横負荷を支持して前記横負荷の影響によって生じる圧縮室に対する弾性手段の端部の軸方向のずれを最小限に抑えることができる半径方向剛性を有する追加の支持弾性手段を備え、前記追加の支持弾性手段は、ピストンと作動手段との逆位相の所望の変位を可能にするように最小の軸方向剛性を有する。

本発明のさらに別の態様は、上述したリニアコンプレッサで、ピストンが弾性手段に剛性連結される、または前記ピストンは関節手段を使用して弾性手段に連結されるリニアコンプレッサを提供する。

本発明の可能な実施形態の例を挙げて、添付図面を参照しながら本発明を説明する。

国際公開第０７／１１８２９５号に記載されているリニアコンプレッサの構造の概略長手方向断面図である。 図１に示されたタイプのコンプレッサであるが、支持弾性手段のための本発明の第１の実施形態を表すコンプレッサを簡略化し概略的に示す長手方向断面である。 追加の支持弾性手段を使用して図２に示された解決策について、ピストンを弾性手段に取り付けるための変形形態の構造の概略図である。 本発明の第２のオプション構造を示した図１から図３と同様の概略図である。 図４の解決策のピストンを弾性手段に取り付けるための変形形態の構造の概略図である。 図２から図５に示されたタイプの本発明の支持弾性手段のオプション構造の概略図である。 本発明の第３のオプション構造を示した図１から図５と同様の概略図である。 弾性支持手段の第２のオプション構造の概略側面図である。 図７および図８に示された第２のオプション構造の支持弾性手段の概略図である。 本発明の第４のオプション構造で、実線で弾性支持手段の伸長状態を示し、破線で弾性支持手段の圧縮状態を示した図８と同様の概略図である。

図１、図２、図３、図４、図５、および図７に示されるように、本発明は、冷却システム用コンプレッサ、例えば、具体的ではあるが、特に限定されない、電子システムを冷却するのに利用されるタイプの小型コンプレッサを備え、前記コンプレッサは、一般に、シェル１０と、シェル１０の内部に取り付けられて圧縮室２１を画定するシリンダ２０と、コンプレッサの動作時に圧縮室２１の内部で往復運動するピストン３０と、シェル１０の内側に取り付けられる固定部４１および固定部４１に対して往復運動する可動部４２を有するリニア電気モータ４０と、リニア電気モータ４０の可動部４２に取り付けられて往復運動する前記可動部によって駆動される作動手段５０とを備える。

作動手段５０は、連結手段６０を使用してピストン３０に連結されて、前記作動手段５０とピストン３０とがコンプレッサの動作時に往復運動して変位される。

ピストン３０と、作動手段５０と、リニア電気モータ４０の可動部４２と、弾性手段６０ａとが、コンプレッサの共振可動アセンブリを形成する。

同時係属の国際公開第０７／１１８２９５号に記載され、本発明が適用されるコンプレッサの構造では、作動手段５０は、弾性手段６０ａの形の連結手段６０によってピストン３０に連結されて、前記作動手段５０とピストン３０とがコンプレッサの動作時に、往復運動して逆位相で変位される。

図示されていないが、本発明は、例えば、ロッドまたはロッド束の形の連結手段６０によって互いに連結されて往復運動時に同位相で一緒に変位される構造の作動手段５０とピストン３０とを有するリニアコンプレッサにも適用できる。

添付図面に示されているように、ピストン３０が作動手段５０に直接、剛性連結されるのではなく、弾性手段６０ａ（作動手段５０の往復変位に対応しない往復変位を生じる）によって取り付けられる構造では、ピストン４０の往復運動は、リニア電気モータ４０によって作動手段５０に対して決定される運動に動作可能に関連付けられて、前記ピストン３０は、ずれた変位または逆位相の変位、つまり作動手段５０と反対方向の変位を有することができ、さらに作動手段５０の往復変位の振幅とは異なる振幅の変位を有することができる。ピストン３０と作動手段５０とが独立して運動することで、相対的な往復変位を予め画定して、前記それぞれの部品の変位によって生じる往復運動の方向の振動を解消することができる。このタイプの構造では、ピストン３０の変位振幅は、弾性手段６０ａに関連付けられた２部品の異なる質量に応じて、作動手段５０に関係する変位振幅より小さくなる。

弾性手段６０ａは（図示されている構造ではピストン３０を作動手段５０に動作可能に連結する）、確実にピストン４０と作動手段５０の部分の間を物理的に連結保証するだけでなく、決定された振幅、周波数、および作動手段５０の運動との位相関係にあわせて、リニア電気モータ４０からピストン３０への運動伝達を決定するように画定される。

弾性手段６０ａは、ピストン３０の変位軸と同軸の軸を有し、ピストン３０および作動手段５０の質量に応じて、また作動手段５０およびピストン３０の前記部分に対して予め決められた所望の変位振幅に応じて寸法決めされる。ピストン３０および作動手段５０の両方の変位振幅は、弾性手段６０ａの軸に直交し、シリンダ２０およびシェル１０のうちの１つに含まれる基準点対して所定間隔で画定された横断面Ｐに対して画定され、前記振幅は、リニア電気モータの決定出力およびピストン３０の決定ガスポンピング効率を保証するように算出される。

ピストン３０および作動手段５０の部分に連結される弾性手段６０ａは、前記横断面Ｐ上に配置されたその領域を固定した状態で、コンプレッサ動作の振幅ゼロの点を画定する。この場合、ピストン３０および作動手段５０の部分のそれぞれの運動によって生じる振動は、相殺される振幅間の差とは関係なく、ゼロの結果を有する。

ピストン３０および作動手段５０の両方の行程振幅は、弾性手段６０ａの質量とバネ定数とを決定することによって決定される。

ピストン３０の行程が変更されないコンプレッサ構造では、作動手段５０の変位振幅は、ピストン３０の変位振幅より大きくなるように画定されているので、小さな寸法、例えば、小さな直径の電気モータを使用して、作動手段５０の行程の必要とされる増加によってピストン３０の行程、ひいてはピストンのポンプ能力が変更されることなく、所望の出力が得られる。

本明細書で説明され、かつ国際公開第０７／１１８２９号に示されているコンプレッサの構造形状によれば、作動手段５０は、通常、リニア電気モータ４０の可動部４２によって形成される基部を備え、前記基部と負荷部とは互いに同軸であってピストン３０と同軸であるのが好ましい。本発明を実施する構造では、基部は知られている従来の構造で、例えば、接着剤、ねじ、締まりばめなどを使用して負荷部を固定するか、または前記負荷部を一体部品として組み込む。負荷部（リニア電気モータ４０の可動部４２）は、リニア電気モータ４０の永久磁石（図示せず）を有する。

本明細書に示されている構造では、弾性手段６０ａは、ピストン３０に取り付けられる一端と、作動手段５０の基部に取り付けられる反対端とを有する。弾性手段６０ａは、１つまたは２つの共振コイルバネで形成され、これらのバネは同じ螺旋状の展開方向を有し、隣接端部は互いに角度をなして離間している。

本明細書で説明されるコンプレッサは、前記横断面Ｐに位置する弾性手段６０ａの領域をシリンダ２０およびシェル１０の部品の一方に連結する位置決め要素（図示せず）を備えることもでき、またはできないこともある。

本発明のコンプレッサの構造では、弾性手段６０ａは、一端がピストン３０に連結され、反対端が作動手段５０に連結された少なくとも１つの共振コイルバネを備える。弾性手段６０ａが３つ以上のコイルバネを備える構造では、前記共振コイルバネの隣接端部は対称面を画定する（例えば、同じ間隔の）角度分布を有する。

図１に示される構造では、シェル１０は、内側に滑り軸受Ｍを有し、滑り軸受Ｍは、コンプレッサの動作時にリニア電気モータ４０の可動部４２の位置合わせを保証するが、上述したような欠点がある。

滑り軸受が使用されない本発明によれば、コンプレッサは、作動手段５０をシェル１０に接続し、リニア電気モータ４０の可動部４２と作動手段５０とによって形成されるアセンブリに作用する横負荷を支持して前記横負荷の影響を受けて生じるリニア電気モータの前記可動部４２と固定部４１との間の軸方向のずれを最小限に抑えることができる半径方向剛性を有する支持弾性手段７０を備え、前記支持弾性手段７０は、ピストン３０と作動手段５０との逆位相の所望の変位を可能にするように最小の軸方向剛性を有する。

本発明のコンプレッサはさらに、ピストン３０および弾性手段６０ａの部分のうちの一方を、前記弾性手段６０ａがピストン３０に取り付けられる領域でシェル１０に連結する追加の支持弾性手段８０を備える。

支持弾性手段７０および追加の支持弾性手段８０の部分のそれぞれの構造形状、ならびに軸方向および半径方向剛性の程度は等しくてもよいし、等しくなくてもよく、前記支持弾性手段のそれぞれの形状ならびに軸方向および半径方向剛性は、関係する質量と、前記支持弾性手段７０、８０が弾性手段６０ａに加える合力を解消する利便性とに応じて画定される。

支持弾性手段７０および追加の支持弾性手段８０は、それぞれが、コンプレッサの動作時に前記弾性手段の他方の軸方向剛性と協働して、ピストン３０の往復運動および作動手段５０とリニア電気モータ４０の可動部４２とによって形成されるアセンブリの往復運動の間に、シェル１０に加わる軸方向の力を解消するように画定された個々の軸方向剛性を有するように設計されてもよい。

本発明を実施する構造によれば、支持弾性手段７０は、リニア電気モータ４０の固定部４１の軸に直交する面に配置される少なくとも１つのバネ７１によって形成される。この解決策の変形形態では、図示されていないが、支持弾性手段７０は、リニア電気モータ４０の固定部４１の軸に直交する面に配置される延長部、例えば、シェルに取り付けられる部分を有する少なくとも１つのバネ７１を備え、前記バネ７１の残りの部分は、リニア電気モータ４０の固定部４１の前記軸に対して角度をなして配置されて、前記バネ７１を円錐形にする。

図２から図６に示されている構造では、支持弾性手段７０は、例えば、螺旋状の複数の中間部分７３によって相互に接続される２つの同心環状部分７２ａおよび７２ｂを備える１枚の板バネ７１によって形成される。

この実施形態の板バネ７１は、低軸方向剛性と高半径方向剛性とを有するように形成される。また、板バネ７１は、平坦な金属板の切断または打ち抜き加工によって、容易に製造することができる。この実施形態の別の利点は、軸方向の長さである。板バネ７１は金属板から製造されるので、軸方向寸法はかなり小さくなる。

本発明を実施する別の構造によれば、図７から図１０に示されるように、支持弾性手段７０は、リニア電気モータ４０の固定部４１の軸と同軸であり、一端が作動手段５０に連結され、反対端がシェル１０に連結される少なくとも１つの円筒状コイルバネ７４によって形成される。円筒状コイルバネ７４は、作動手段５０に隣接する弾性手段６０ａの端部領域で取り付けられ、弾性手段６０ａの前記端部領域を取り囲み、または前記弾性手段６０ａの内側に配置される。図７に示されている実施形態では、円筒状コイルバネ７４は、弾性手段６０ａの前記端部領域を取り囲んで取り付けられ、その反対端７４ｂはシェル１０の内側に設けられたストップ部１０ａに当接して取り付けられる。

円筒状コイルバネ７４の形の支持弾性手段７０のこの実施形態では、前記支持弾性手段７０は、高半径方向剛性および低軸方向剛性を有するように設計された１つまたは複数のコイルバネによって形成することができる。この実施形態の利点は、その半径方向の寸法であり、コンプレッサの横寸法を小さくすることができ、ひいてはコンプレッサを小型化することができる。

コイルバネの構造では、円筒状コイルバネ７４は、弾性手段６０ａを形成するバネと一体部品として製造する（図１０）、または弾性手段６０ａのバネと別個の部品として製造することができる。

図示された例によれば、シェル１０は、一般に金属合金製で、内側にはリニア電気モータ４０とシリンダ２０との間の密閉室ＨＣを画定する細長筒状体１１を備え、前記密閉室ＨＣは、圧縮室２１の第１の端部に向かって開口し、作動手段５０および弾性手段６０ａを格納する。

知られている先行技術の構造の弁板１２は、圧縮室２１の第２の端部に当接して固定されて、圧縮室を閉鎖する。

ヘッド１３は、外側で弁板１２に当接保持されて、圧縮室２１と、コンプレッサが連結される冷却回路（図示せず）の吸気ライン１３ａおよび排気ライン１３ｂとの選択的な流体連通を行う。

本発明によれば、ヘッド１３（または弁板１２を囲む隣接のシェル部分の長手方向延長部の少なくとも一部の周囲に固定されたエンドカバー）は、例えば、接着剤または機械的締まりばめによってシェル１０に取り付けられる。

吸気口１２ａおよび排気口１２ｂがそれぞれの吸気弁１２ｃと排気弁１２ｄとによって選択的に閉鎖されるように画定される弁板１２は、ピストン３０が取り付けられる端部と反対側にあり、圧縮室を閉鎖する、圧縮室２１の第２の端部に当接される。

添付図面に示されるように、シェル１０を有するコンプレッサ構造では、前記コンプレッサは、コンプレッサ用の潤滑油の供給および前記油用貯留槽さらに相対運動の部品に潤滑油を送り出す手段を省くように作られた相対可動部品を有する。コンプレッサの相対可動部品は、例えば、ある種のプラスチックなどの自己潤滑材料もしくは減摩材で作られるか、または低摩擦耐摩耗性皮膜を備える。

特に、ピストン３０は、例えば、エンジニアリングプラスチックなどの自己潤滑材料で製造することができる、または低摩擦耐摩耗性皮膜で被覆された従来の材料で製造することができる。圧縮室２１は、その内部でピストン３０の変位が生じるが、上述したような皮膜を有するスリーブを受承してもよい。

本発明のコンプレッサの部品を形成する材料を決定することは、相対可動部品間の摩擦の低減の他に、コンプレッサのバランスの問題を考慮することになる。この概念の中では、記載されているコンプレッサは、ピストン３０の往復運動により生じる不平衡力を低減するために、低い質量密度を有する材料製の部品を有するのが好ましい。

記載されているコンプレッサは、その特性に応じて、例えば、３，０００ｒｐｍ〜１５，０００ｒｐｍの広範囲の回転で使用することができる。

本明細書で説明される構造はヘッド１３を介して圧縮室２１と吸気ラインとの流体連通を有するが、本発明は国際公開第０７／１１８２９５号に記載されているようなコンプレッサ構造にも適用可能であることは理解されたい。

図示されているように、シェル１０の細長筒状体１１は、ヘッド１３が取り付けられる第１の端部１１ａと、モータカバー１５で閉鎖される第２の端部１１ｂとを有する。

図１に示されている先行技術の構造では、リニア電気モータ４０はシェル１０の細長筒状体１１の第２の端部１１ｂに隣接して取り付けられる。

本明細書で説明される任意のシェル構造または国際公開第０７／１１８２９５号に示されているシェル構造では、シェル１０およびモータカバー１５の部分のうちの少なくとも一方は、動作中の本発明のコンプレッサを冷却するために、またモータによっておよび圧縮室２１内の冷媒流体の圧縮によって生じた熱をコンプレッサの外側に放出するために、外側に熱交換フィンを備えてもよいことは理解されたい。

本発明を実施する構造によれば、図２および図３に示されるように、シェル１０は、互いに密閉装着される少なくとも２つの同軸部分、つまり、シェル１０の細長筒状体１１を形成する部分と、モータカバー１５を形成する部分とで形成される。

板バネ７１の形の支持弾性手段７０の構造では、前記２つのシェル部分の間に取り付けられる外側環状部７２ａによって形成される半径方向外側部分が存在する。

この構造では、細長筒状体１１の第２の端部１１ｂは、モータカバー１５の開放端部の周囲フランジ１５ａに当接される周囲フランジ１１ｃを有し、適切な手段によって、また封止接合を使用して、この構造の支持弾性手段７０を形成する板バネ７１の最外環状部分７２ａの周縁部を挟み込んでシェル１０の内部の密閉性を保証する。

図２から図５に示されている構造では、板バネ７１の最内環状部分７２ｂは、作動手段５０の隣接部分の周囲に強固に取り付けられる中央ハブ７２ｃを備える。

これらの構造では、シェル１０は、支持弾性手段７０の直径に応じて、モータカバー１５の固定領域で拡大される。

図２から図６に示されている板バネ７１は、同じ螺旋展開方向に作られたスロット７５間に形成された、螺旋状の複数の中間部分７３によって相互に接続される同心環状部分７２ａおよび７２ｂを備え、前記スロットはこの構造の支持弾性手段７０にとって望ましい剛性に応じて寸法決めされる。

ピストン３０が弾性手段６０ａに直接連結される構造に適用される本発明の別の態様によれば、本発明のコンプレッサは、ピストン３０をシェル１０に接続し、ピストン３０に作用する横負荷を支持して前記横負荷の影響によって生じる、圧縮室２１に対するピストンの軸方向のずれを最小限に抑えることができる半径方向剛性を有する追加の支持弾性手段８０を備え、前記追加の支持弾性手段８０は、ピストン３０と作動手段５０との逆位相の所望の変位を可能にするように最小の軸方向剛性を有する。この構造では、追加の支持弾性手段８０は、コンプレッサの動作時に、ピストン３０と圧縮室２１の内壁との衝撃と摩擦の発生を最小限に抑える。

さらに本発明の別の態様によれば、コンプレッサは、ピストン３０に隣接する弾性手段６０ａの端部６１をシェル１０に接続し、弾性手段６０ａの前記端部６１に作用する横負荷を支持して前記横負荷の影響によって生じる、圧縮室２１に対する弾性手段６０ａの端部６１の軸方向のずれを最小限に抑えることができる半径方向剛性を有する追加の支持弾性手段８０を備え、前記追加の支持弾性手段８０は、ピストン３０と作動手段５０との逆位相の所望の変位を可能にするように最小の軸方向剛性を有する。この構造では、ピストン３０は、図２および図４に示されるように、弾性手段６０ａに強固に連結されるか、または図３、図５、および図７に示されるように、関節手段３１によって弾性手段６０ａに連結される。

図１０は、支持弾性手段７０と追加の支持弾性手段８０とを使用した構造を示しており、これらは共に、特に弾性手段６０ａとの一体部品として、リニア電気モータ４０の可動部４２に隣接し、弾性手段６０ａの端部６１から、および弾性手段６０ａの反対側端部６２からの弾性手段６０ａのバネ延長部として形成される。

この構造では、それぞれの支持弾性手段８０は、それぞれ弾性手段６０ａの端部６１および反対側端部６２によってシェル１０に連結される。図示されている構造では、前記端部６１および反対側端部６２のそれぞれの位置で、バネ手段に２つの支持弾性手段をシェルに取り付けるための穴６３が形成される。

この構造では、弾性手段６０ａにこのように接続されることで、２つの支持弾性手段は弾性手段６０ａの動作運動を受けることにもなる。この２つの支持弾性手段が弾性手段６０ａの動作の妨げにならないように、弾性手段６０ａの軸方向剛性は、前記支持弾性手段のそれぞれの軸方向剛性を考慮に入れて算出される。支持弾性手段は、前記支持弾性手段の所望の動作挙動が得られるように、軸方向の厚さが薄く、半径方向の厚さが厚いバネ線材を有する構造である。支持弾性手段７０および追加の支持弾性手段８０の半径方向剛性と軸方向剛性とは、支持弾性手段７０または追加の支持弾性手段８０がコンプレッサの動作時に受けることになる負荷に応じて画定されることを理解されたい。

関節手段３１を設けることにより、ピストン３０に対する弾性手段６０ａの偏位がピストン３０に伝達されるのを防ぐことができる。この偏位は、コンプレッサの圧縮および吸気運動の結果生じる半径方向の振動によって、また追加の支持弾性手段８０を取り付ける際に起こりうる取り付けずれ（取り付け不良）によって生じる。

図３、図５、および図７に示されている構造では、関節手段３１は、ピストン３０の基部３３を圧縮室２１内部でのガス圧縮に関与する上部３４に接続するロッド３２を含み、前記ロッド３２は、基部３３と上部３４との間で、例えば、玉継ぎ手または関節係合手段などのそれぞれの関節部３５、３６によって接続される。

追加の支持弾性手段８０は、支持弾性手段７０に関して上述した構造と同じ構造を有する、すなわち、前記追加の支持弾性手段８０は、ピストン３０の軸に直交する面に配置される少なくとも１つのバネ８１またはその一部によって形成され、前記バネ８１は、例えば、螺旋状の複数の中間部分７３によって相互に接続される２つの同心環状部分８２ａ、８２ｂを備える１枚の板バネである。

支持弾性手段７０に関して上述したように、追加の支持弾性手段８０のこの構造では、シェル１０は、互いに密閉装着される少なくとも２つの同軸部分で形成され、半径方向外側の部分である環状部８２ａのうちの１つを有する前記少なくとも１つのバネ８１またはその一部が、シェルの前記２つの部分の間に取り付けられる。

この場合、シェル１０は、互いに密閉装着される３つの同軸部分を有し、その２つはすでに上述した細長筒状体１１とモータカバー１５であり、他の１つの同軸部分はシリンダ２０に取り付けられる端部１６で形成される部分である。前記端部１６は、シェル１０の細長筒状体１１の第１の端部１１ａのフランジ部１１ｆに当接して取り付けるための端部フランジ１７ａを形成する拡大周縁１７を有する。この他の板バネ８１の構造および取り付けの特徴は、作動手段５０に取り付けられる板バネ７１で説明したのと同じである、すなわち、前記他の板バネ８１は、その最外環状部８２ａが細長筒状体１１と端部の端部１６の周縁１７とで形成されるシェル部分の間に取り付けられる。

追加の支持弾性手段８０のこの構造では、シェル１０はさらに、端部１６の取り付け領域において、その第１の端部に隣接する、細長筒状体１１の拡大部を有する。

支持弾性手段７０に関してすでに上述したように、追加の支持弾性手段８０はさらに、ピストン３０の軸に対して同軸であり、ピストンに連結される一端とシェル１０に連結される反対端とを有する少なくとも１つの円筒状コイルバネ８４によって形成される。

この場合、円筒状コイルバネ８４は、作動手段５０に隣接する弾性手段６０ａの端部領域を取り囲むことができる、さらには前記円筒状コイルバネ８４は、弾性手段６０ａの前記端部領域によって取り囲まれる構造にすることもできる。円筒状コイルバネは、弾性手段６０ａとは別個の部品として設けられてもよいし、または一体部品として設けられてもよい。

本明細書内で示される本発明の概念の範囲内で、支持弾性手段７０および追加の支持弾性手段８０の他の実施形態（図示せず）で、同じバネ構造を同時に備える支持弾性手段ではなく、例えば、支持弾性手段７０および追加の支持弾性手段８０の部分の一方が板バネの形で他方がコイルバネの形を有する実施形態も可能であることは理解されたい。

図９に示された円筒状コイルバネのオプションの構造によれば、コイルバネ要素７７および８７によって互いに取り付けられたコイル７６および８６を備える。この構造では、円筒状コイルバネは、３つのリング７６ａおよび８６ａとリングのスロットに取り付けられる複数のストリップ７７ａおよび８７ａとによって形成される。

外側リングは固定されており、中心リングは可動リングである。支持弾性手段７０を形成するのに１つのバネのみが使用される実施形態では、このコイルバネ構造の中央リング７６、７６ａ、８６、および８６ａは作動手段５０に取り付けられ、２つの外側リングはコンプレッサのシェル１０に取り付け可能である。同様に、このアセンブリは共振バネの両側に取り付けられて、その機構を完全に支持することも可能である。

支持弾性手段７０と追加の支持弾性手段８０とを有する構造の軸方向剛性は、コンプレッサの振動のバランスを保つのに使用される。ピストン３０とリニア電気モータとは同軸上で互いに逆方向に移動するので、支持弾性手段７０および追加の支持弾性手段８０のうちの一方の、コンプレッサのシェル１０に対する反力は、反対方向に動作している前記支持弾性手段７０および追加の支持弾性手段８０の他方によって無効にされる。この力の無効化には、支持弾性手段（または追加の支持弾性手段）の剛性×行程の積が動作時の２つの支持弾性手段では等しくなる必要がある。

２つの支持弾性手段を使用することで、前記２つの支持弾性手段の端部で剛性が増すために、コンプレッサの主要な共振系に影響を与える可能性がある。

この干渉は、モータからピストンへのエネルギーの伝達を妨げないように制限されなければならない。

本明細書内で説明される２つの支持弾性手段は、リニア電気モータ４０の側の機構を支持するためだけに使用され（支持弾性手段７０）、さらにピストン３０の側で使用されて（追加の支持弾性手段８０）バネによって機構全体を吊支することができる。

関節式ピストン３０の構造は、取り付けずれによりピストン３０に望ましくない力が作用しないように、本明細書内で説明された２つの支持弾性手段と共に使用されてもよい。

支持弾性手段を使用する利点は、そのエネルギー損失がバネ構造の変形時に非常にわずかだけ生じるので、エネルギー損失が低いことである。部品間の摩擦がないので、それらの動作時に油を使用する必要がなく、そのことにより、前記コンプレッサがどのような姿勢でも動作できることで、関係する環境上の側面の他に、コンプレッサ用途の汎用性が高まる。

Claims (19)

1. 内部にピストン（３０）を備える圧縮室（２１）を画定するシリンダ（２０）を内部に取り付けたシェル（１０）と、
   シェル（１０）に内部で取り付けられる固定部（４１）および固定部（４１）に対して往復運動する可動部（４２）を有するリニア電気モータ（４０）と、
   リニア電気モータ（４０）の可動部（４２）に取り付けられて、往復運動する前記可動部（４２）によって駆動される作動手段（５０）と、
   前記作動手段（５０）とピストン（３０）とがコンプレッサの動作時に往復運動で変位されるように作動手段（５０）をピストン（３０）に連結する連結手段（６０ａ）と
   を備えるリニアコンプレッサであって、
   連結手段（６０ａ）が、
   作動手段（５０）をシェル（１０）に接続し、リニア電気モータ（４０）の可動部（４２）と作動手段（５０）とによって形成されるアセンブリに作用する横負荷を支持して、
   前記横負荷の影響を受けて生じるリニア電気モータ（４０）の前記可動部（４２）と固定部（４１）との間の軸方向のずれを最小限に抑えることができる半径方向剛性を有する支持弾性手段（７０）を備え、
   前記支持弾性手段（７０）が、ピストン（３０）と作動手段（５０）との所望の変位を可能にするように最小の軸方向剛性を有することを特徴とする、コンプレッサ。
2. 支持弾性手段（７０）が、リニア電気モータ（４０）の固定部（４１）の軸に直交する面に配置される少なくとも１つのバネまたはバネの一部によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載のコンプレッサ。
3. 支持弾性手段（７０）が、１枚の板バネによって形成されることを特徴とする、請求項２に記載のコンプレッサ。
4. １枚の板バネ（７１）が、螺旋状の複数の中間部分（７３）によって相互に接続される２つの同心環状部分（７２ａ、７２ｂ）を備えることを特徴とする、請求項３に記載のコンプレッサ。
5. シェル（１０）が、互いに密閉装着される少なくとも２つの同軸部分で形成され、前記少なくとも１つのバネ（７１）が、前記２つのシェル部分の間に取り付けられる半径方向外側部分（７２ａ）を有することを特徴とする、請求項２、請求項３または請求項４のいずれか一項に記載のコンプレッサ。
6. 支持弾性手段（７０）が、リニア電気モータ（４０）の固定部（４１）の軸と同軸であり、作動手段（５０）に連結される一端（７４ａ）とシェル（１０）に連結される反対端（７４ｂ）とを有する少なくとも１つの円筒状コイルバネ（７４）によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載のコンプレッサ。
7. 円筒状コイルバネ（７４）が、作動手段（５０）に隣接する連結手段（６０）の端部領域を取り囲むことを特徴とする、請求項６に記載のコンプレッサ。
8. 連結手段（６０）が、弾性手段（６０ａ）であること、および作動手段（５０）をシェル（１０）に接続する支持弾性手段（７０）が、前記作動手段（５０）とピストン（３０）とがコンプレッサの動作時に往復運動して逆位相で変位されるように最小の軸方向剛性を有することを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のコンプレッサ。
9. ピストン（３０）が弾性手段（６０ａ）に直接連結されるコンプレッサであって、
   ピストン（３０）をシェル（１０）に接続し、ピストン（３０）に作用する横負荷を支持して前記横負荷の影響によって生じる、圧縮室（２１）に対するピストン（３０）の軸方向のずれを最小限に抑えることができる半径方向剛性を有する追加の支持弾性手段（８）を備え、
   前記追加の支持弾性手段（８０）が、ピストン（３０）と作動手段（５０）との逆位相の所望の変位を可能にするように最小の軸方向剛性を有することを特徴とする、請求項８に記載のコンプレッサ。
10. ピストン（３０）に隣接する弾性手段（６０ａ）の端部（６１）をシェル（１０）に接続し、弾性手段（６０ａ）の前記端部（６１）に作用する横負荷を支持して前記横負荷の影響によって生じる圧縮室（２１）に対する弾性手段（６０ａ）の端部（６１）の軸方向のずれを最小限に抑えることができる半径方向剛性を有する追加の支持弾性手段（８０）を備え、
    前記追加の支持弾性手段（８０）が、ピストン（３０）と作動手段（５０）との逆位相の所望の変位を可能にするように最小の軸方向剛性を有すること特徴とする、請求項８に記載のコンプレッサ。
11. ピストン（３０）が、弾性手段（６０ａ）に剛性連結されることを特徴とする、請求項９または１０のいずれか一項に記載のコンプレッサ。
12. ピストン（３０）が、関節手段（３１）によって弾性手段（６０ａ）に連結されることを特徴とする、請求項９または１０のいずれか一項に記載のコンプレッサ。
13. 支持弾性手段（７０）および追加の支持弾性手段（８０）が、前記弾性手段の他方の軸方向剛性と協働してシェル（１０）に加わる軸方向の力を解消するように画定された個々の軸方向剛性を有することを特徴とする、請求項９または１０のいずれか一項に記載のコンプレッサ。
14. 追加の支持弾性手段（８０）が、ピストン（３０）の軸に直交する面に配置される少なくとも１つのバネ（８１）によって形成されることを特徴とする、請求項９、請求項１０、請求項１１、請求項１２または１３のいずれか一項に記載のコンプレッサ。
15. 追加の支持弾性手段（８０）が、１枚の板バネ（８１）によって形成されることを特徴とする、請求項１４に記載のコンプレッサ。
16. １枚の板バネ（８１）が、螺旋状の複数の中間部分（８３）によって互いに接続される２つの同心環状部分（８２ａ、８２ｂ）を備えることを特徴とする、請求項１５に記載のコンプレッサ。
17. シェル（１０）が、互いに密閉装着される少なくとも２つの同軸部分で形成され、前記少なくとも１つのバネ（８１）が、前記２つのシェル部分の間に取り付けられる半径方向外側部分（８２ａ）を有することを特徴とする、請求項１４、請求項１５または１６のいずれか一項に記載のコンプレッサ。
18. 追加の支持弾性手段（８０）が、ピストン（３０）の軸と同軸であり、ピストン（３０）に連結される一端とシェル（１０）に連結される反対端とを有する少なくとも１つの円筒状コイルバネ（８４）によって形成されることを特徴とする、請求項９、請求項１０、請求項１１、請求項１２または１３のいずれか一項に記載のコンプレッサ。
19. 円筒状コイルバネ（８４）が、作動手段（５０）に隣接する弾性手段（６０ａ）の端部を取り囲むことを特徴とする、請求項１８に記載のコンプレッサ。

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