JP2014533788A - 制流体及び気体圧縮機 - Google Patents

Abstract

本発明は、気体圧縮機４のピストン２とシリンダ３との間のベアリング形成に応用するための制流体１に関する。この気体圧縮機４は、少なくともシリンダ３の外部を取り囲むパッド５を備える。更に、気体圧縮機４は、少なくとも、パッド５とシリンダ３との間に配設され、シリンダ３内においてピストン２によって与えられる圧縮運動から生じる排気流による流体供給を受ける内側空洞６を備える。更に、気体圧縮機４は、少なくとも、ピストン外壁２とシリンダ内壁３を分離するベアリング形成空隙７を備える。更に、気体圧縮機４は、少なくとも、内側空洞６をベアリング形成空隙７に流動的に結合するハウジング１２を備える制流体１を備える。制流体１は、少なくとも、ハウジング１２に結合されかつ少なくとも内側空洞６からベアリング形成空隙７へ流れる気体の流れを制限する大きさの気孔率を持つ制流部を有する多孔性要素８を備える。本発明は、更に、多孔性要素８とハウジング１２との間のシール、多孔性要素８の濾過特性及び上記の制流体１を備える気体圧縮機４に関する。

Description

本発明は、気体圧縮機のピストンとシリンダとの間のベアリング形成に使用される気体の流れに制限及び／又は制御を与えるように構成された制流体（flow restrictor）に関する。

また、本発明は、上記の制流体を少なくとも１つ備える気体圧縮機に関する。

現在、家庭用／商業用／工業用冷蔵庫、冷凍庫及びエアコンなどの冷却設備の気体圧縮機に使用するために電動モーターによって駆動されるピストン（プランジャ）とシリンダの集合体を使用するのは、ごく一般的である。

この形式の圧縮機において、電動モーターはピストンを駆動し、ピストンはシリンダ内部で軸方向に前後移動して、気体を連続的に圧縮し減圧する。通常、このシリンダヘッドにおいて、気体吐出し及び吸込み弁が設置されて、それぞれシリンダ内の低圧力吸気及び高圧力排気を調節する。このようにして、圧縮機のシリンダ内におけるピストンの軸移動は、吸込み弁によって取り入れられた気体を圧縮し、その圧力を増大して、吐出し弁を通過する高圧領域への気体の流れの方向を与える。

この形式の気体圧縮機において技術的課題の１つは、ピストンとシリンダとの間の直接接触を防止することである。従って、ピストンとシリンダとの間の相対的運動によって、この２つの部品の間の空隙に配設された流体によりピストンベアリングを形成して早期の摩耗を防止する必要がある。ピストンとシリンダとの間に流体が存在することにより、この２つの部品の間の摩擦も減少し、圧縮機の機械的損失を抑えることができる。

直線型圧縮機は、気体静力学的ベアリング形成として知られる形式のベアリング形成を使用することが多い。このベアリング形成は、ピストンとシリンダとの間にガスクッションを形成して、ピストンとシリンダとの間の接触を防止する。気体静力学的ベアリング形成の使用は、気体の粘性摩擦係数がオイルより低いことを考慮すると、ベアリング形成のために放散されるエネルギーがより小さく、それによって圧縮機の効率がより良くなるので、他の形式のベアリング形成に比べて有利である。潤滑流体として気体を使用することの別の利点は、オイルポンプ装置を使用する必要がないことである。

ベアリング形成に使用される気体は、圧縮機によってポンピングされ冷却設備に使用される気体自体の一部から成り、圧縮後に気体はピストンとシリンダとの間に存在する空隙へ迂回されて、ピストンとシリンダとの間の接触を防止するガスクッションを形成することに留意されたい。このように、圧縮気体の主要な機能は、冷気を発生するために冷却設備において直接応用することなので、ベアリング形成において使用される気体は全て、圧縮機の効率の損失を意味する。従って、ベアリング形成のために迂回された気体体積の部分は、圧縮機の効率に著しい影響を与えることを防止するためにできる限り小さくなければならない。

通常、気体静力学的ベアリングの効率的な機能を得るために、ピストンとシリンダとの間の空隙に存在する気体圧力が小さくなりかつ応用に適するように、圧縮機の高圧領域から生じる圧縮気体の流れを制限できる制流体を使用する必要がある。言い換えると、この制限の目的は、圧縮機の高圧領域から生じる圧縮気体の流れを制限することによってベアリング形成領域における圧力を減少または制御できるようにすることである。

ベアリング形成領域における圧力を減少する制流体を実現できるようにするために、いくつかの構成形態がすでに開発されている。

例えば、特許文献１は、多孔性媒体を備える制流体について説明する。制流体において、多孔性ストリップが圧縮リングと一緒に使用される。この形式の形態の不利点は、圧縮リングを作る際に精度が必要とされることであるが、これは、寸法制御が困難であることに加えて生産工程のコストを増大させる。

特許文献２は、シリンダ外壁に沿って配設された微小流路によって形成された制流体を開示する。外壁は、中にシリンダが挿入されるスリーブと一緒に、閉鎖され隔離された流路を形成して、複数の制流体を生成する。前述の特許と同様、この形式の形態の不利点は、スリーブの製造に精度を必要とすることであり、このことは製造コストを増大する。この技術の別の不利点は、この形式の微小流路が圧縮機の中の粒子又は土により閉塞しやすいことから生じ、設備の正確な機能を阻害しかねないどのような土も含まずに流体が制流体へ到達することを保証するフィルタを必要とする。

特許文献３は、シリンダ壁に配設されレーザーを応用して製造された微小孔から成る制流体について説明する。この場合にも、微小孔の製造は、高い精度を必要とし、競争可能なコストでの圧縮機生産を妨害する。更に、圧縮機内に在る粒子又は土により微小孔の閉塞が生じる可能性がある。

従って、信頼性、性能、応用可能性に優れ低コストの、気体圧縮機のピストンとシリンダとの間のベアリング形成に使用される気体の流れに制限を与えるための満足できる効率的な解決法は、まだ公知ではない。

米国特許第６９０１８４５号明細書 米国特許第６２９３１８４号明細書 国際公開第２００８／０５５８０９号

本発明の第１の目的は、気体圧縮機のピストンとシリンダとの間のベアリング形成に使用される流れ及び気体圧力の制限及び／又は制御を可能にするように構成された多孔性制流体を低コストで提供し、気体圧縮機の効率損失を減少または防止して、最適の性能及び作用を得ることである。

本発明の第２の目的は、気体圧縮機の効率を著しく損なうことなく、ピストンとシリンダとの間のベアリング形成領域のために気体圧縮機を通過する圧縮気体の流れの少なくとも一部を迂回できるようにする多孔性制流体を提供することである。

本発明の第３の目的は、気体圧縮機のピストンとシリンダとの間ベアリング形成を使用する気体の流れの制限を可能する多孔性制流体を提供することである。

本発明の第４の目的は、制流体の効率的なシールを促進することである。

本発明の第５の目的は、気体不純物の濾過する能力を持つ制流体を提供することである。

本発明の第６の目的は、上記の目的のいずれか又は組合せによる多孔性制流体を備える気体圧縮機を提供することである。

本発明の第１、第２及び／又は第３の目的を達成するための第１の様式は、気体圧縮機のピストンとシリンダとの間のベアリング形成に応用するための制流体を提供することであり、気体圧縮機は、シリンダ外部を取り囲む少なくとも１つのパッドを備える。更に、気体圧縮機は、シリンダ内においてピストンによって加えられた圧縮運動から生じる排気流による流体供給を受けるパッドとシリンダとの間に配設された内側空洞も備える。さらに、気体圧縮機は、ピストン外壁とシリンダ内壁を分離するベアリング形成空隙を備える。更に、気体圧縮機は、内側空洞をベアリング形成空隙に流動的に結合するハウジングを備える制流体を含む。この制流体は、少なくとも、ハウジングに結合されかつ少なくとも内側空洞からベアリング形成空隙へ流れる気体の流れを制限するように定められた気孔率を持つ制流部を備える多孔性要素を備える。

本発明の第１、第２及び／又は第３の目的を達成する第２の様式は、気体圧縮機のピストンとシリンダとの間のベアリング形成に応用するための制流体を提供することである。この気体圧縮機は、シリンダ外部を取り囲む少なくとも１つのパッドを備える。更に、気体圧縮機は、少なくとも、シリンダ内部でピストンによって加えられた圧縮運動から生じる排気流の流体供給を受けるパッドとシリンダとの間に配設された内側空洞を備える。更に、気体圧縮機は、少なくとも、ピストン外壁とシリンダ内壁を分離するベアリング形成空隙を備える。更に、気体圧縮機は、少なくとも、内側空洞をベアリング形成空隙に流動的に結合するハウジングを備える制流体も備える。制流体は、少なくとも、ハウジングに結合されかつ少なくとも予め設定された気孔率を持つ制流部を備える多孔性要素を備える。多孔性要素は、予め設定された面積を持つ断面及び予め設定された長さを有し、制流部の気孔率と多孔性要素の断面及び長さとの間の関係は、内側空隙からベアリング形成空隙へ流れる気体の流れを最適に制限するように構成される。

本発明の第４の目的は、気体圧縮機のピストンとシリンダとの間の空気静力学的ベアリング形成に応用するための制流体を提供することによって達成され、制流体は、ハウジングと、制流要素と、シールのために半径方向に屈曲可能なシールタブを含む中間部品とによって構成される。

本発明の第５の目的は、気体圧縮機のピストンとシリンダとの間の空気静力学的ベアリング形成に応用するための制流体を提供することによって達成される。制流体は、少なくともハウジングと、多孔性要素とによって構成され、多孔性要素は、気体入口の方を向くその端部において、多孔性要素の残り部分の断面積より大きい表面積を持つ領域を備える。

本発明の第６の目的は、シリンダと、シリンダ内において往復運動可能なピストンと、上記の第１又は第２の様式に従った制流体とを備える気体圧縮機を提供することによって達成される。

本発明について、添付図面を参照しながら、更に詳細に説明する。

本発明に係る気体圧縮機の側面断面図であり、圧縮機は同じく本発明に係る制流体の第１の好ましい実施形態を備え、その吸込み弁は開放状態である。 吸込み弁が閉鎖状態のときの図１の気体圧縮機の側面断面図である。 図２の第１詳細図である。 図２の第２詳細図である。 本発明の制流体の第１の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第２の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第３の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第４の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第５の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第６の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第７の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第８の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第９の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第１０の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第１１の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第１２の好ましい実施形態の側面断面図である。 第１気体流路を示す側面断面図である。 第２気体流路を示す側面断面図である。 第３気体流路を示す側面断面図である。 第４気体流路を示す側面断面図である。 本発明の気体流路の好ましい形態を示す側面断面図である。 本発明の多孔性要素の第１の好ましい実施形態の斜視図である。 本発明の多孔性要素の第２の好ましい実施形態の斜視図である。 制流体における変形可能ジャケットの使用を強調する側面断面図である。 変形可能部を備える多孔性要素の好ましい形態の斜視図である。 シリンダにおいて応用される変形部を備える多孔性要素の側面断面図である。 多孔性要素の端部においてヘッド部及び凹部を形成する２つの構造的修正を示す。

図１は、本発明の好ましい実施形態に従った直線型気体圧縮機４を図解する。

この種の気体圧縮機４は、少なくとも、ピストン２と、シリンダ３と、シリンダの上面または上部に配置されてピストン２及びシリンダ３と共に圧縮室１６を形成するヘッド部１３とを備え、シリンダ３内でのピストンの揺動的軸運動は、圧縮室１６内の気体を圧縮する。

図１に示すように、気体圧縮機４は、ヘッド部１３に配置された少なくとも１つの吸込み弁１４と１つの吐出し弁１５とを備え、これらの弁は、圧縮室１６の吸気及び排気を調節する。また、気体圧縮機４は、リニアモーターと結合されてピストン２を作動できるアクチュエータ１７も備える。

言い換えると、前記リニアモーターによって駆動されるピストン２は、別の直線運動を展開する機能を有し、シリンダ３内でのピストン２の運動が、吸込み弁１４から取り入れられた気体に、吐出し弁１５から高圧側へ吐き出せる点まで圧縮作用を与えられるようにする。

また、気体圧縮機５は、蓋１８に配置された吐出し通路２０と吸込み通路１９とを備える。蓋１８は、気体圧縮機４を冷却設備の他の部品、部分及び要素と接続する。

更に、気体圧縮機４は、少なくとも、シリンダ３の外部を取り囲むパッド５を備える。

更に、気圧圧縮機４は、少なくとも、パッド５とシリンダ３との間に配設され、かつシリンダ３内においてピストン２によって与えられた圧縮運動から生じる排気流による流体供給を受ける内側空洞６を備える。内側空洞６は、シリンダ３の外径とパッド５の内径とによって形成される。

更に、気体圧縮機４は、図１に示すように、少なくともピストン外壁２とシリンダ内壁３の間の空間を占めるベアリング形成空隙７を備える。ベアリング形成に使用される気体は、気体圧縮機４によって吸い込まれて冷却装置に使用される気体から成ることが好ましい。圧縮された気体は、排気室２１から連結流路２２を通過して内側空洞６へ迂回される。

気体圧縮機４はまた、少なくとも、本発明の対象である制流体１を備え、制流体は、内側空洞６をベアリング形成空隙７へ流動的に結合するハウジング１２を備える。ハウジング１２の形状は、実質的に円筒形であるか、実質的にテーパー状であるか又は実質的に「Ｔ」字形である（図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ及び６Ｅ参照）。

上述のように、制流体１の機能は、気体圧縮機４のピストン２とシリンダ３との間にベアリング形成を与えることである。言い換えると、内側空洞６（高圧領域）とベアリング形成空隙７との間に配設された制流体１は、ベアリング形成領域内の圧力を制御し気体の流れを制限できる。

図２、３及び４から、本発明の空気静力学的ベアリングの機能が分かる。連結流路を介して排気室２１に接続された内側空洞６は、排出圧力Ｐｄの気体を与え、これが制流体１に供給される。この気体は、制流体１を通過することによって圧力を失い、ベアリング形成空隙７において中間圧力Ｐｉのガスクッションを形成する。これは、ピストン２を支持する圧力であり、ピストン２がシリンダ３の内壁に接しないようにする。最後に、気体は、ベアリング形成空隙７から逃れて、低圧力に達する。これは、気体圧縮機４の吸込み圧力Ｐｓに合致する。

シリンダ壁３及び制流体１に接近するようにピストン２にある程度の軸方向の力が加えられたとき、この領域のベアリング形成空隙７が減少する（図３：細部Ａ）。ベアリング形成空隙７が減少すると、ピストン２とシリンダ３との間を通る領域における気体の流れの負荷損（load loss）が増大する。この負荷損の増大は、制流体１を通過する及び制流体１に隣接する領域のベアリング形成空隙７を通過する気体の流れの排出の減少を引き起こす。排出の減少の結果、気体流速が低下する。これが、制流体１の負荷損の減少を引き起こす。制流体１を通過する気体流の負荷損の減少は、制流体領域１においてベアリング形成空隙７に到達する気体が中間圧力Ｐｉより高い圧力Ｐｉ’に到達できるようにする。この圧力の増大は、ピストン２が制流体領域１においてピストン２をよりシリンダ壁３へ接近させないように作用して、ピストン２とシリンダ３との間の接触を防止する。

一方、対向するベアリング形成空隙領域（図４：細部Ｂ）において、ピストン２は、シリンダ壁３から及び制流体１から後退する。ベアリング形成空隙７が増大すると、空隙領域における気体の流れの負荷損が減少し、空隙及び制流体１を通過する排気を増大する。気体流速の上昇は、制流体１における流れの負荷損を増大し、それによって、気体は、中間圧力Ｐｉより低い圧力Ｐｉ”で制流体領域１のベアリング形成空隙７に到達する。制流体領域１におけるこの中間圧力の減少は、ベアリングの力の均衡を再確立する作用を果たして、ピストン２がシリンダ３の対向する領域の壁にぶつかるのを防止する。

制流体１は、ハウジング１２に結合されかつ少なくとも内側空洞６からベアリング形成空隙７へ流れる気体の流れを制限する大きさの気孔率を持つ制流部を備える少なくとも１つの多孔性要素８を備える。好ましくは、制流部はハウジング１２内に配置される。このようにして、気体は多孔性要素８を通過してベアリング形成空隙７へ向かい、ガスクッションを形成して、ピストン２とシリンダ３との間の接触を防止する。

多孔質要素８を通過することによって、気体は、多孔質要素８の上面に蓄積する傾向のある塵粒又は土を含む場合がある。なぜなら、多孔性要素の上面は、この種の残留物が最初に接する領域だからである。その結果、気体に最初に接するこの部分は、最終的にはこの残留物を蓄積して、この構造体を気体が通過するのを阻み、気体の制限をひいてはその寿命を害する。

しかし、このような問題は、多孔性要素８が上側部分においてより大きい気体との接触面積を持ち、従って残留物がこの領域全体に分布して、寿命を長くするように構成することによって解決できる。このような解決策の好ましい形態を図１２に示す。図１２は、多孔性要素本体８の残り部分よりも大きい断面を持つヘッド部２６を持つ多孔性要素８を備える制流体１を開示する。このヘッド部２６は、気体の中の不純物のフィルタとして作用して、制流体１の寿命を長くする。即ち、制流体１は、不純物によって閉塞する前により長く作動する。

第２の好ましい形態において、図１２は、多孔性要素８の上端部の表面積を増大するように凹面２７（漏斗形）を持つ多孔性要素８を示す。上端部は、気体の流れとの間の第１接触部を維持し、これが気体不純物の濾過要素として使用する第１領域となる。当然、多孔性要素８の気体入口領域における上部接触面積を増大するために、他の解決法を使用できる。

気体の主要な役割は、冷却装置に送られて温度を下げることなので、ベアリング形成に使用された気体は全て、圧縮機の効率損失になる。従って、ベアリング形成のために迂回される気体は、圧縮機の効率を損なわないようにできる限り少なくなければならない。そのために、多孔性要素の制流部８の気孔率は予め設定された気孔率を持つように設計され、更に、多孔性要素８は、断面積及び予め設定された長さを持つように設計された。気孔率、制流部の断面積及び多孔性要素８の長さの間の関係は、内側空洞６からベアリング形成空隙７へ流れる気体の流れを最適に制限するように構成される。好ましくは、多孔性要素８の気孔率は、１０％〜３０％の間を変動する。多孔性要素８の断面積及び長さは、図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ、５Ｇ、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ及び６Ｅから分かるように、実施される好ましい実施形態によって変化することができる。

言い換えると、多孔性要素８を通過する気体の流れに強いられる負荷損が多孔性要素の気孔率とその長さ及び直径との関係に比例することを考慮して、この関係を変化させるように多孔性要素８の大きさを定めることができる。所与の長さの場合、気孔率が高ければ、流れに課せられる制限は低くなる。同じ気孔率で、所与の内径の場合、長さが大きくなると、気体の流れに対する制限は大きくなり、逆も成り立つ。この関係は、断面積の増大に関しても確認できる。変数即ち気孔率、流れを横断する面積及び長さの関係から、気体圧縮機４のどのようなベアリングについても必要な負荷損を得ることができる。

例えば、ピストン２が、圧縮室１６内の高圧により上死点にあるときに供給維持の損失（loss of sustentation）を被ることを考慮すると、シリンダ３のこの領域のベアリングが、シリンダ３のより低い部分に在るベアリングより大きな排気を与えることが望ましい。この場合、吸込み弁１４及び吐出し弁１５に最も近い領域に取り付けられた制流体１においてより大きな排気量に達するように、上記の変数の１つに作用できる。

多孔性要素８は、例えば、セラミック、金属又はその他の多孔性材料で構成でき、必要な気孔性を保証できる任意の工程から得ることができる。使用できる多くの材料の１つはステンレス鋼である。

多孔性要素８は、任意の形状を持つことができ、好ましい形態において、実質的に円筒形状を持つことができ、円筒形状は、円筒壁３を穿孔する単純な工程から得たハウジング１２に適する。

従って、多孔性要素８の取付けを可能にかつ容易にして、シリンダ２に対する多孔性要素８の正確な位置付けを保証するように、いくつかのハウジング１２及び多孔性要素８の形状を使用できる。図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ及び５Ｇは、多孔性要素８がハウジング１２及びシリンダ３に締り嵌めによって取り付けられる第１、第２、第３、第４、第５、第６及び第７の好ましい形態を示す。又は、多孔性要素８は、ハウジング１２にねじ式に取り付けることができる（図示せず）。

図５Ｂに示す好ましい実施形態（第２の好ましい実施形態）から分かるように、ハウジング１２は、内側空洞６の方を向く突き出した端部（jagged end）を持ち、多孔性要素８の挿入を容易にできる。

ハウジング１２及び多孔性要素８（図５Ｃ）は、平行又はテーパー状（図５Ａ及び５Ｃ）とすることができる。ハウジング１２は、食違い状の孔を持ち（図５Ｄ）、より小さい直径でシリンダ３に対して多孔性要素８を制限し軸方向に位置付けする。別の好ましい形態において、ハウジング８は、同じ位置付け機能のためにカム（図５Ｅ）を持つことができる。また、市販の穿孔工具による穿孔の結果得られたハウジング１２の形状は、多孔性要素８の位置付けに役立つ（図５Ｆ）。

一方、シリンダ３における多孔性要素８の取付けは、多孔性要素とハウジング１２の壁との間を確実にシールして、気体が多孔性媒体を通過して空気静力学的ベアリングの機能に必要な圧力低下を受けるようにしなければならない。多孔性要素８とシリンダ壁３との間にできた空隙を気体が少なくとも大量に通過することは、避けなければならない。多孔性要素８によって与えられる制流は非常に大きく、それ故に、多孔性要素８又はハウジング１２の表面の空隙又は欠陥は流れの迂回及び負荷損の低下を生じる可能性がある。

図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ及び７Ｄは、多孔性要素８とハウジング１２との間に空隙がある場合の気体の優先的経路を示す。これらの場合、流れの迂回によって生じた負荷損の低下によって、排気の増大が生じ、これが圧縮機４の効率を低下させる以外に、空気静力学的ベアリングの機能を危険に陥れる。図７Ｅは、本発明の気体の流れがどのように生じるべきかについての例を示す。即ち、気体は、多孔性要素８の断面全体を通過するはずである。なぜなら、ベアリングにおいて要求される排気はこのようにしてしか得られないからである。

多孔性要素８は、シリンダ３において多孔性要素８とハウジング壁１２との間を確実にシールする任意の解決法によってハウジング１２に結合されなければならない。この種の構造的形態のいくつかの実施例を、図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ及び６Ｅに示す。既に述べた可能な手段である締り嵌めまたはねじ式取付けに加えて、糊付けによって多孔性要素８をハウジング１２に取り付けることができる。この場合、毛管現象によって多孔性要素８へ浸透しない粘度を持つ糊を使用することが推奨される。多孔性要素への糊の浸透は、多孔性要素の寿命を短くし、その機能を損なう可能性がある。

このように、多孔性要素８は、その体積全体において実質的に同じ気孔率を持つ（図８Ａ）か、又は、糊付けによる取付けを容易にするように、多孔性要素８は、２つの異なる気孔率を持つことができる。即ち、その外側領域においてより小さい気孔率を持ち、その内側領域においてより大きい気孔率を持つ（図８Ｂ）。

二重気孔率の形態において、例えば１０％〜３０％の範囲の内側気孔率及び６％より小さい外側気孔率を持つことが可能である。二重の気孔率を持つ多孔性要素８を備える目的は、シールに使用される糊又は接着剤が多孔性要素８の内部即ちその機能部に浸透するのを防止することであることに留意されたい。

第８の好ましい形態において、図６Ａに示すように、シールブッシュ１１（例えばプラスチック、熱収縮プラスチックで作ることができる）に多孔性要素８が挿入され、その後糊付けされるか、又はこの集合体がシリンダ３ハウジング１２の中へ締め嵌めによって挿入される。

図６Ｂは、同様の解決法を含む第９の好ましい形態を示す。この場合、多孔性要素８は、シールブッシュ１１の中へ挿入され、その後、この集合体がテーパー状の穴の中へ挿入されて、シールブッシュ１１はハウジング１２に合わせて変形するので、ハウジングの中に取り付けられる。

更に、図９は、制流体１をシールする別の様式を開示する。このシール様式は、制流体１と一緒にハウジング１２に挿入される変形可能ジャケット２９を備える。挿入後に、変形可能ジャケット２９の塑性変形が生じる。塑性変形は、変形可能ジャケット２９の集合体とハウジング１２との間の境界部及び変形可能ジャケット２９と多孔性要素８との間に存在にするどのような微小空間も埋めることができる。塑性変形は、ジャケットを圧迫してこれを変形させるように、その一方の端にジャケット２９が占める空間と類似する区画例えば管状区画を備える工具２８によって生じさせることができる。付加的結果として、変形可能ジャケット２９の圧縮は、ジャケットを多孔性要素８の上面を下方に配設させる。このようにして、変形可能ジャケット２９によって取り囲まれない多孔性要素８の上部は、気体の中に存在する残留物の濾過要素として作用する面積を拡大する。

この変形可能ジャケット２９は、金属、複合材料又は高分子材料など最大圧力限界から塑性変形する任意のタイプの材料で作ることができる。応用される材料の１つは、ｄｕｒｅｐｏｘｉ（登録商標）のタイプの変形可能な塊状体であり、加圧後、変形可能ジャケットの圧縮形態に硬度を与えるように構成された硬化ステップを経過させることができる。

シールの付加的形式は、多孔性要素８の一方の端に配設されたシールタブ２５（図１０）を備えることができる。このシールの付加的形式（好ましいが、強制的ではない）のためには、多孔性要素８が二重気孔率（上に説明し、図８Ｂに示すように）である必要がある。更に、シールタブ２５は、多孔性要素本体８の他の部分の断面より大きい断面を持つ必要があり、同時に、その内部に配設された放射状溝２４を備えなければならない。放射状溝２４は、多孔性要素８がハウジング１２に対して圧迫されたときにシールタブ２５が内側へ曲がってシールするように、気体の流れの入口の方を向かなければならないことに留意されたい。

あるいは、二重気孔率を持つ上述の実施例の多孔性要素８の代わりに、多孔性要素８は、弾性特性を持つ材料（高分子／エラストマータイプ）の外層を備えることができる。従って、シールタブ２５が前の実施例のように多孔性要素８の中央へ向かって半径方向に変形する代わりに、気体の流れの圧力が、シールタブ２５をハウジング１２へ向かって弾性的に半径方向に屈曲させて、シールを生じる。

シールタブ２５を備えるこの制流体１は、変形可能部２５に該当する側を内側空洞６又はベアリング形成空隙７へ向けて（図３）ハウジング１２に挿入できる。ハウジング１２を、いずれの配設のためにも構成することができる。

シリンダ３のハウジング１２における多孔性要素８の取付けは、多孔性要素８とハウジング１２との間の単純な相互作用によっても可能である。そのような場合、多孔性要素８は、ハウジング１２内に納まるように実質的に外側の部分的変形を受けられるようにする可塑性を持たなければならない。制流体の脆弱破砕の可能性は、このような要素の弾性限度が低いことに起因して取付け時に生じ得るので、破砕の可能性は、この技術において大きな困難の１つである。既知のように、金属は、セラミック材料より遥かに優れた塑性変形能力を持つので、金属性多孔性要素８を使用できる。

好ましくは、シリンダ３の所定の区画における少なくとも３つの制流体１と、シリンダ３における制流体１の少なくとも２つの区画とを、気体圧縮機４に導入して、シリンダ３内部におけるピストン２のバランスを維持する。更に、制流体１は、ピストン２が揺動運動してもむき出しにならない、即ち、ピストン２が制流体１の作動エリアを離れないように、位置付けられる。

好ましくは、多孔性要素８は、実質的に円筒形であり、実質的に円形の断面を有する。この場合、ハウジング１２を、穿孔などの単純でコスト安の工程によって作成できるからである。当然、多孔性要素８は、他の断面形状を持つことができる。

さらに好ましくは（それぞれ図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、６Ａ、６Ｂ及び６Ｄにそれぞれ示す第１、第２、第４、第６、第８、第９及び第１１の好ましい実施形態）、多孔性要素８は、実質的に「Ｉ」字形の輪郭を有する（言い換えると、円筒形）。

あるいは、本発明の第３の好ましい実施形態によれば、図５Ｃに示すように、多孔性要素８は、実質的にテーパー状の輪郭を有する。

本発明の第４、第１０及び第１２の好ましい実施形態によれば、それぞれ図５Ｅ，６Ｃ及び６Ｅに示すように、多孔性要素８は、実質的に「Ｔ」字形を有する。

本発明の第７の好ましい実施形態によれば、多孔性要素８は、図５Ｆに示すように、実質的にテーパー状に構成された端部２３を備え、端部２３は、ハウジング１２において逆転できる。このテーパー形状は、制流体１の挿入を容易にするので、シールが容易になる。

本発明の第１０、第１１及び第１２の好ましい実施形態によれば、図６Ｃ、６Ｄ及び６Ｅに示すように、制流体１は、ハウジング１２内部に配設されたシールリング１０を備え、シールリング１０は、多孔性要素８の少なくとも一部を半径方向に取り囲む。好ましくは、シールリング１０は、Ｏリングのタイプのリングから成る。多孔性要素８は、その側面のシールを保証する接触を維持しなければならず、この場合には、糊又は締り嵌めによる取付けを使用できる。

このように、多孔性要素８は、シリンダ壁３の厚みと同じサイズの長さを持つことができる。同様に、これより短く若しくは長くても良く、又は図５Ａに示す本発明の制流体１の第１実施形態に従ってディスク形を取る場合、外径より小さい長さを持つこともできる。

従って、本発明は、多孔性要素８の外壁とハウジング１２の内壁との間を確実にシールして、気体が多孔性要素８の多孔部を通過して空気静力学的ベアリングの機能のために必要な圧力低下を受けるように多孔性要素８を取り付けるいくつかの様式を提供する。言い換えると、本発明は、気体が、多孔性要素８とシリンダ壁３との間にできた空隙を通過できないようにする。要するに、上に説明し図５Ａ〜６Ｅに示す好ましい実施形態は、ハウジング１２において多孔性要素８を確実に取り付けて、シールする様々な様式を示し、これらの様式は、上述の好ましい実施形態のいずれか又はその任意の組合せに従って実施できる。

好ましい実施形態の実施例について説明したが、本発明の範囲は、他の可能な変形を含み、特許請求の範囲の本質によってのみ制限され、可能な同等物が含まれるものとする。

本発明は、気体圧縮機のピストンとシリンダとの間のベアリング形成に使用される気体の流れに制限及び／又は制御を与えるように構成された制流体（flow restrictor）に関する。

また、本発明は、上記の制流体を少なくとも１つ備える気体圧縮機に関する。

現在、家庭用／商業用／工業用冷蔵庫、冷凍庫及びエアコンなどの冷却設備の気体圧縮機に使用するために電動モーターによって駆動されるピストン（プランジャ）とシリンダの集合体を使用するのは、ごく一般的である。

この形式の圧縮機において、電動モーターはピストンを駆動し、ピストンはシリンダ内部で軸方向に前後移動して、気体を連続的に圧縮し減圧する。通常、このシリンダヘッドにおいて、気体吐出し及び吸込み弁が設置されて、それぞれシリンダ内の低圧力吸気及び高圧力排気を調節する。このようにして、圧縮機のシリンダ内におけるピストンの軸移動は、吸込み弁によって取り入れられた気体を圧縮し、その圧力を増大して、吐出し弁を通過する高圧領域への気体の流れの方向を与える。

この形式の気体圧縮機において技術的課題の１つは、ピストンとシリンダとの間の直接接触を防止することである。従って、ピストンとシリンダとの間の相対的運動によって、この２つの部品の間の空隙に配設された流体によりピストンベアリングを形成して早期の摩耗を防止する必要がある。ピストンとシリンダとの間に流体が存在することにより、この２つの部品の間の摩擦も減少し、圧縮機の機械的損失を抑えることができる。

直線型圧縮機は、気体静力学的ベアリング形成として知られる形式のベアリング形成を使用することが多い。このベアリング形成は、ピストンとシリンダとの間にガスクッションを形成して、ピストンとシリンダとの間の接触を防止する。気体静力学的ベアリング形成の使用は、気体の粘性摩擦係数がオイルより低いことを考慮すると、ベアリング形成のために放散されるエネルギーがより小さく、それによって圧縮機の効率がより良くなるので、他の形式のベアリング形成に比べて有利である。潤滑流体として気体を使用することの別の利点は、オイルポンプ装置を使用する必要がないことである。

ベアリング形成に使用される気体は、圧縮機によってポンピングされ冷却設備に使用される気体自体の一部から成り、圧縮後に気体はピストンとシリンダとの間に存在する空隙へ迂回されて、ピストンとシリンダとの間の接触を防止するガスクッションを形成することに留意されたい。このように、圧縮気体の主要な機能は、冷気を発生するために冷却設備において直接応用することなので、ベアリング形成において使用される気体は全て、圧縮機の効率の損失を意味する。従って、ベアリング形成のために迂回された気体体積の部分は、圧縮機の効率に著しい影響を与えることを防止するためにできる限り小さくなければならない。

通常、気体静力学的ベアリングの効率的な機能を得るために、ピストンとシリンダとの間の空隙に存在する気体圧力が小さくなりかつ応用に適するように、圧縮機の高圧領域から生じる圧縮気体の流れを制限できる制流体を使用する必要がある。言い換えると、この制限の目的は、圧縮機の高圧領域から生じる圧縮気体の流れを制限することによってベアリング形成領域における圧力を減少または制御できるようにすることである。

ベアリング形成領域における圧力を減少する制流体を実現できるようにするために、いくつかの構成形態がすでに開発されている。

例えば、特許文献１は、多孔性媒体を備える制流体について説明する。制流体において、多孔性ストリップが圧縮リングと一緒に使用される。この形式の形態の不利点は、圧縮リングを作る際に精度が必要とされることであるが、これは、寸法制御が困難であることに加えて生産工程のコストを増大させる。

特許文献２は、シリンダ外壁に沿って配設された微小流路によって形成された制流体を開示する。外壁は、中にシリンダが挿入されるスリーブと一緒に、閉鎖され隔離された流路を形成して、複数の制流体を生成する。前述の特許と同様、この形式の形態の不利点は、スリーブの製造に精度を必要とすることであり、このことは製造コストを増大する。この技術の別の不利点は、この形式の微小流路が圧縮機の中の粒子又は土により閉塞しやすいことから生じ、設備の正確な機能を阻害しかねないどのような土も含まずに流体が制流体へ到達することを保証するフィルタを必要とする。

特許文献３は、シリンダ壁に配設されレーザーを応用して製造された微小孔から成る制流体について説明する。この場合にも、微小孔の製造は、高い精度を必要とし、競争可能なコストでの圧縮機生産を妨害する。更に、圧縮機内に在る粒子又は土により微小孔の閉塞が生じる可能性がある。

関連先行技術は、気体ベアリングで受けられるピストンを有する圧縮機を開示する特許文献４、及び流体凝縮物の放出装置を備える直線型圧縮機又は冷却装置を開示する特許文献５によっても開示される。

従って、信頼性、性能、応用可能性に優れ低コストの、気体圧縮機のピストンとシリンダとの間のベアリング形成に使用される気体の流れに制限を与えるための満足できる効率的な解決法は、まだ公知ではない。

米国特許第６９０１８４５号明細書 米国特許第６２９３１８４号明細書 国際公開第２００８／０５５８０９号 米国特許出願公開第２００９／２３８７０１号明細書 米国特許出願公開第２０１０／２１８５４８号明細書

本発明の第１の目的は、気体圧縮機のピストンとシリンダとの間のベアリング形成に使用される流れ及び気体圧力の制限及び／又は制御を可能にするように構成された多孔性制流体を低コストで提供し、気体圧縮機の効率損失を減少または防止して、最適の性能及び作用を得ることである。

本発明の第２の目的は、気体圧縮機の効率を著しく損なうことなく、ピストンとシリンダとの間のベアリング形成領域のために気体圧縮機を通過する圧縮気体の流れの少なくとも一部を迂回できるようにする多孔性制流体を提供することである。

本発明の第３の目的は、気体圧縮機のピストンとシリンダとの間ベアリング形成を使用する気体の流れの制限を可能する多孔性制流体を提供することである。

本発明の第４の目的は、制流体の効率的なシールを促進することである。

本発明の第５の目的は、気体不純物の濾過する能力を持つ制流体を提供することである。

本発明の第６の目的は、上記の目的のいずれか又は組合せによる多孔性制流体を備える気体圧縮機を提供することである。

本発明の第１、第２及び／又は第３の目的を達成するための第１の様式は、気体圧縮機のピストンとシリンダとの間のベアリング形成に応用するための制流体を提供することであり、気体圧縮機は、シリンダ外部を取り囲む少なくとも１つのパッドを備える。更に、気体圧縮機は、シリンダ内においてピストンによって加えられた圧縮運動から生じる排気流による流体供給を受けるパッドとシリンダとの間に配設された内側空洞も備える。さらに、気体圧縮機は、ピストン外壁とシリンダ内壁を分離するベアリング形成空隙を備える。更に、気体圧縮機は、内側空洞をベアリング形成空隙に流動的に結合するハウジングを備える制流体を含む。この制流体は、少なくとも、ハウジングに結合されかつ少なくとも内側空洞からベアリング形成空隙へ流れる気体の流れを制限するように定められた気孔率を持つ制流部を備える多孔性要素を備える。

本発明の第１、第２及び／又は第３の目的を達成する第２の様式は、気体圧縮機のピストンとシリンダとの間のベアリング形成に応用するための制流体を提供することである。この気体圧縮機は、シリンダ外部を取り囲む少なくとも１つのパッドを備える。更に、気体圧縮機は、少なくとも、シリンダ内部でピストンによって加えられた圧縮運動から生じる排気流の流体供給を受けるパッドとシリンダとの間に配設された内側空洞を備える。更に、気体圧縮機は、少なくとも、ピストン外壁とシリンダ内壁を分離するベアリング形成空隙を備える。更に、気体圧縮機は、少なくとも、内側空洞をベアリング形成空隙に流動的に結合するハウジングを備える制流体も備える。制流体は、少なくとも、ハウジングに結合されかつ少なくとも予め設定された気孔率を持つ制流部を備える多孔性要素を備える。多孔性要素は、予め設定された面積を持つ断面及び予め設定された長さを有し、制流部の気孔率と多孔性要素の断面及び長さとの間の関係は、内側空隙からベアリング形成空隙へ流れる気体の流れを最適に制限するように構成される。

本発明の第４の目的は、気体圧縮機のピストンとシリンダとの間の空気静力学的ベアリング形成に応用するための制流体を提供することによって達成され、制流体は、ハウジングと、制流要素と、シールのために半径方向に屈曲可能なシールタブを含む中間部品とによって構成される。

本発明の第５の目的は、気体圧縮機のピストンとシリンダとの間の空気静力学的ベアリング形成に応用するための制流体を提供することによって達成される。制流体は、少なくともハウジングと、多孔性要素とによって構成され、多孔性要素は、気体入口の方を向くその端部において、多孔性要素の残り部分の断面積より大きい表面積を持つ領域を備える。

本発明の第６の目的は、シリンダと、シリンダ内において往復運動可能なピストンと、上記の第１又は第２の様式に従った制流体とを備える気体圧縮機を提供することによって達成される。

本発明について、添付図面を参照しながら、更に詳細に説明する。

本発明に係る気体圧縮機の側面断面図であり、圧縮機は同じく本発明に係る制流体の第１の好ましい実施形態を備え、その吸込み弁は開放状態である。 吸込み弁が閉鎖状態のときの図１の気体圧縮機の側面断面図である。 図２の第１詳細図である。 図２の第２詳細図である。 本発明の制流体の第１の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第２の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第３の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第４の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第５の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第６の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第７の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第８の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第９の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第１０の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第１１の好ましい実施形態の側面断面図である。 本発明の制流体の第１２の好ましい実施形態の側面断面図である。 第１気体流路を示す側面断面図である。 第２気体流路を示す側面断面図である。 第３気体流路を示す側面断面図である。 第４気体流路を示す側面断面図である。 本発明の気体流路の好ましい形態を示す側面断面図である。 本発明の多孔性要素の第１の好ましい実施形態の斜視図である。 本発明の多孔性要素の第２の好ましい実施形態の斜視図である。 制流体における変形可能ジャケットの使用を強調する側面断面図である。 変形可能部を備える多孔性要素の好ましい形態の斜視図である。 シリンダにおいて応用される変形部を備える多孔性要素の側面断面図である。 多孔性要素の端部においてヘッド部及び凹部を形成する２つの構造的修正を示す。

図１は、本発明の好ましい実施形態に従った直線型気体圧縮機４を図解する。

この種の気体圧縮機４は、少なくとも、ピストン２と、シリンダ３と、シリンダの上面または上部に配置されてピストン２及びシリンダ３と共に圧縮室１６を形成するヘッド部１３とを備え、シリンダ３内でのピストンの揺動的軸運動は、圧縮室１６内の気体を圧縮する。

図１に示すように、気体圧縮機４は、ヘッド部１３に配置された少なくとも１つの吸込み弁１４と１つの吐出し弁１５とを備え、これらの弁は、圧縮室１６の吸気及び排気を調節する。また、気体圧縮機４は、リニアモーターと結合されてピストン２を作動できるアクチュエータ１７も備える。

言い換えると、前記リニアモーターによって駆動されるピストン２は、別の直線運動を展開する機能を有し、シリンダ３内でのピストン２の運動が、吸込み弁１４から取り入れられた気体に、吐出し弁１５から高圧側へ吐き出せる点まで圧縮作用を与えられるようにする。

また、気体圧縮機５は、蓋１８に配置された吐出し通路２０と吸込み通路１９とを備える。蓋１８は、気体圧縮機４を冷却設備の他の部品、部分及び要素と接続する。

更に、気体圧縮機４は、少なくとも、シリンダ３の外部を取り囲むパッド５を備える。

更に、気圧圧縮機４は、少なくとも、パッド５とシリンダ３との間に配設され、かつシリンダ３内においてピストン２によって与えられた圧縮運動から生じる排気流による流体供給を受ける内側空洞６を備える。内側空洞６は、シリンダ３の外径とパッド５の内径とによって形成される。

更に、気体圧縮機４は、図１に示すように、少なくともピストン外壁２とシリンダ内壁３の間の空間を占めるベアリング形成空隙７を備える。ベアリング形成に使用される気体は、気体圧縮機４によって吸い込まれて冷却装置に使用される気体から成ることが好ましい。圧縮された気体は、排気室２１から連結流路２２を通過して内側空洞６へ迂回される。

気体圧縮機４はまた、少なくとも、本発明の対象である制流体１を備え、制流体は、内側空洞６をベアリング形成空隙７へ流動的に結合するハウジング１２を備える。ハウジング１２の形状は、実質的に円筒形であるか、実質的にテーパー状であるか又は実質的に「Ｔ」字形である（図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ及び６Ｅ参照）。

上述のように、制流体１の機能は、気体圧縮機４のピストン２とシリンダ３との間にベアリング形成を与えることである。言い換えると、内側空洞６（高圧領域）とベアリング形成空隙７との間に配設された制流体１は、ベアリング形成領域内の圧力を制御し気体の流れを制限できる。

図２、３及び４から、本発明の空気静力学的ベアリングの機能が分かる。連結流路を介して排気室２１に接続された内側空洞６は、排出圧力Ｐｄの気体を与え、これが制流体１に供給される。この気体は、制流体１を通過することによって圧力を失い、ベアリング形成空隙７において中間圧力Ｐｉのガスクッションを形成する。これは、ピストン２を支持する圧力であり、ピストン２がシリンダ３の内壁に接しないようにする。最後に、気体は、ベアリング形成空隙７から逃れて、低圧力に達する。これは、気体圧縮機４の吸込み圧力Ｐｓに合致する。

シリンダ壁３及び制流体１に接近するようにピストン２にある程度の軸方向の力が加えられたとき、この領域のベアリング形成空隙７が減少する（図３：細部Ａ）。ベアリング形成空隙７が減少すると、ピストン２とシリンダ３との間を通る領域における気体の流れの負荷損（load loss）が増大する。この負荷損の増大は、制流体１を通過する及び制流体１に隣接する領域のベアリング形成空隙７を通過する気体の流れの排出の減少を引き起こす。排出の減少の結果、気体流速が低下する。これが、制流体１の負荷損の減少を引き起こす。制流体１を通過する気体流の負荷損の減少は、制流体領域１においてベアリング形成空隙７に到達する気体が中間圧力Ｐｉより高い圧力Ｐｉ’に到達できるようにする。この圧力の増大は、ピストン２が制流体領域１においてピストン２をよりシリンダ壁３へ接近させないように作用して、ピストン２とシリンダ３との間の接触を防止する。

一方、対向するベアリング形成空隙領域（図４：細部Ｂ）において、ピストン２は、シリンダ壁３から及び制流体１から後退する。ベアリング形成空隙７が増大すると、空隙領域における気体の流れの負荷損が減少し、空隙及び制流体１を通過する排気を増大する。気体流速の上昇は、制流体１における流れの負荷損を増大し、それによって、気体は、中間圧力Ｐｉより低い圧力Ｐｉ”で制流体領域１のベアリング形成空隙７に到達する。制流体領域１におけるこの中間圧力の減少は、ベアリングの力の均衡を再確立する作用を果たして、ピストン２がシリンダ３の対向する領域の壁にぶつかるのを防止する。

制流体１は、ハウジング１２に結合されかつ少なくとも内側空洞６からベアリング形成空隙７へ流れる気体の流れを制限する大きさの気孔率を持つ制流部を備える少なくとも１つの多孔性要素８を備える。好ましくは、制流部はハウジング１２内に配置される。このようにして、気体は多孔性要素８を通過してベアリング形成空隙７へ向かい、ガスクッションを形成して、ピストン２とシリンダ３との間の接触を防止する。

多孔質要素８を通過することによって、気体は、多孔質要素８の上面に蓄積する傾向のある塵粒又は土を含む場合がある。なぜなら、多孔性要素の上面は、この種の残留物が最初に接する領域だからである。その結果、気体に最初に接するこの部分は、最終的にはこの残留物を蓄積して、この構造体を気体が通過するのを阻み、気体の制限をひいてはその寿命を害する。

しかし、このような問題は、多孔性要素８が上側部分においてより大きい気体との接触面積を持ち、従って残留物がこの領域全体に分布して、寿命を長くするように構成することによって解決できる。このような解決策の好ましい形態を図１２に示す。図１２は、多孔性要素本体８の残り部分よりも大きい断面を持つヘッド部２６を持つ多孔性要素８を備える制流体１を開示する。このヘッド部２６は、気体の中の不純物のフィルタとして作用して、制流体１の寿命を長くする。即ち、制流体１は、不純物によって閉塞する前により長く作動する。

第２の好ましい形態において、図１２は、多孔性要素８の上端部の表面積を増大するように凹面２７（漏斗形）を持つ多孔性要素８を示す。上端部は、気体の流れとの間の第１接触部を維持し、これが気体不純物の濾過要素として使用する第１領域となる。当然、多孔性要素８の気体入口領域における上部接触面積を増大するために、他の解決法を使用できる。

気体の主要な役割は、冷却装置に送られて温度を下げることなので、ベアリング形成に使用された気体は全て、圧縮機の効率損失になる。従って、ベアリング形成のために迂回される気体は、圧縮機の効率を損なわないようにできる限り少なくなければならない。そのために、多孔性要素の制流部８の気孔率は予め設定された気孔率を持つように設計され、更に、多孔性要素８は、断面積及び予め設定された長さを持つように設計された。気孔率、制流部の断面積及び多孔性要素８の長さの間の関係は、内側空洞６からベアリング形成空隙７へ流れる気体の流れを最適に制限するように構成される。好ましくは、多孔性要素８の気孔率は、１０％〜３０％の間を変動する。多孔性要素８の断面積及び長さは、図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ、５Ｇ、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ及び６Ｅから分かるように、実施される好ましい実施形態によって変化することができる。

言い換えると、多孔性要素８を通過する気体の流れに強いられる負荷損が多孔性要素の気孔率とその長さ及び直径との関係に比例することを考慮して、この関係を変化させるように多孔性要素８の大きさを定めることができる。所与の長さの場合、気孔率が高ければ、流れに課せられる制限は低くなる。同じ気孔率で、所与の内径の場合、長さが大きくなると、気体の流れに対する制限は大きくなり、逆も成り立つ。この関係は、断面積の増大に関しても確認できる。変数即ち気孔率、流れを横断する面積及び長さの関係から、気体圧縮機４のどのようなベアリングについても必要な負荷損を得ることができる。

例えば、ピストン２が、圧縮室１６内の高圧により上死点にあるときに供給維持の損失（loss of sustentation）を被ることを考慮すると、シリンダ３のこの領域のベアリングが、シリンダ３のより低い部分に在るベアリングより大きな排気を与えることが望ましい。この場合、吸込み弁１４及び吐出し弁１５に最も近い領域に取り付けられた制流体１においてより大きな排気量に達するように、上記の変数の１つに作用できる。

多孔性要素８は、例えば、セラミック、金属又はその他の多孔性材料で構成でき、必要な気孔性を保証できる任意の工程から得ることができる。使用できる多くの材料の１つはステンレス鋼である。

多孔性要素８は、任意の形状を持つことができ、好ましい形態において、実質的に円筒形状を持つことができ、円筒形状は、円筒壁３を穿孔する単純な工程から得たハウジング１２に適する。

従って、多孔性要素８の取付けを可能にかつ容易にして、シリンダ２に対する多孔性要素８の正確な位置付けを保証するように、いくつかのハウジング１２及び多孔性要素８の形状を使用できる。図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ及び５Ｇは、多孔性要素８がハウジング１２及びシリンダ３に締り嵌めによって取り付けられる第１、第２、第３、第４、第５、第６及び第７の好ましい形態を示す。又は、多孔性要素８は、ハウジング１２にねじ式に取り付けることができる（図示せず）。

図５Ｂに示す好ましい実施形態（第２の好ましい実施形態）から分かるように、ハウジング１２は、内側空洞６の方を向く突き出した端部（jagged end）を持ち、多孔性要素８の挿入を容易にできる。

ハウジング１２及び多孔性要素８（図５Ｃ）は、平行又はテーパー状（図５Ａ及び５Ｃ）とすることができる。ハウジング１２は、食違い状の孔を持ち（図５Ｄ）、より小さい直径でシリンダ３に対して多孔性要素８を制限し軸方向に位置付けする。別の好ましい形態において、ハウジング８は、同じ位置付け機能のためにカム（図５Ｅ）を持つことができる。また、市販の穿孔工具による穿孔の結果得られたハウジング１２の形状は、多孔性要素８の位置付けに役立つ（図５Ｆ）。

一方、シリンダ３における多孔性要素８の取付けは、多孔性要素とハウジング１２の壁との間を確実にシールして、気体が多孔性媒体を通過して空気静力学的ベアリングの機能に必要な圧力低下を受けるようにしなければならない。多孔性要素８とシリンダ壁３との間にできた空隙を気体が少なくとも大量に通過することは、避けなければならない。多孔性要素８によって与えられる制流は非常に大きく、それ故に、多孔性要素８又はハウジング１２の表面の空隙又は欠陥は流れの迂回及び負荷損の低下を生じる可能性がある。

図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ及び７Ｄは、多孔性要素８とハウジング１２との間に空隙がある場合の気体の優先的経路を示す。これらの場合、流れの迂回によって生じた負荷損の低下によって、排気の増大が生じ、これが圧縮機４の効率を低下させる以外に、空気静力学的ベアリングの機能を危険に陥れる。図７Ｅは、本発明の気体の流れがどのように生じるべきかについての例を示す。即ち、気体は、多孔性要素８の断面全体を通過するはずである。なぜなら、ベアリングにおいて要求される排気はこのようにしてしか得られないからである。

多孔性要素８は、シリンダ３において多孔性要素８とハウジング壁１２との間を確実にシールする任意の解決法によってハウジング１２に結合されなければならない。この種の構造的形態のいくつかの実施例を、図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ及び６Ｅに示す。既に述べた可能な手段である締り嵌めまたはねじ式取付けに加えて、糊付けによって多孔性要素８をハウジング１２に取り付けることができる。この場合、毛管現象によって多孔性要素８へ浸透しない粘度を持つ糊を使用することが推奨される。多孔性要素への糊の浸透は、多孔性要素の寿命を短くし、その機能を損なう可能性がある。

このように、多孔性要素８は、その体積全体において実質的に同じ気孔率を持つ（図８Ａ）か、又は、糊付けによる取付けを容易にするように、多孔性要素８は、２つの異なる気孔率を持つことができる。即ち、その外側領域においてより小さい気孔率を持ち、その内側領域においてより大きい気孔率を持つ（図８Ｂ）。

二重気孔率の形態において、例えば１０％〜３０％の範囲の内側気孔率及び６％より小さい外側気孔率を持つことが可能である。二重の気孔率を持つ多孔性要素８を備える目的は、シールに使用される糊又は接着剤が多孔性要素８の内部即ちその機能部に浸透するのを防止することであることに留意されたい。

第８の好ましい形態において、図６Ａに示すように、シールブッシュ１１（例えばプラスチック、熱収縮プラスチックで作ることができる）に多孔性要素８が挿入され、その後糊付けされるか、又はこの集合体がシリンダ３ハウジング１２の中へ締め嵌めによって挿入される。

図６Ｂは、同様の解決法を含む第９の好ましい形態を示す。この場合、多孔性要素８は、シールブッシュ１１の中へ挿入され、その後、この集合体がテーパー状の穴の中へ挿入されて、シールブッシュ１１はハウジング１２に合わせて変形するので、ハウジングの中に取り付けられる。

更に、図９は、制流体１をシールする別の様式を開示する。このシール様式は、制流体１と一緒にハウジング１２に挿入される変形可能ジャケット２９を備える。挿入後に、変形可能ジャケット２９の塑性変形が生じる。塑性変形は、変形可能ジャケット２９の集合体とハウジング１２との間の境界面及び変形可能ジャケット２９と多孔性要素８との間に存在にするどのような微小空間も埋めることができる。塑性変形は、ジャケットを圧迫してこれを変形させるように、その一方の端にジャケット２９が占める空間と類似する区画例えば管状区画を備える工具２８によって生じさせることができる。付加的結果として、変形可能ジャケット２９の圧縮は、ジャケットを多孔性要素８の上面を下方に配設させる。このようにして、変形可能ジャケット２９によって取り囲まれない多孔性要素８の上部は、気体の中に存在する残留物の濾過要素として作用する面積を拡大する。

この変形可能ジャケット２９は、金属、複合材料又は高分子材料など最大圧力限界から塑性変形する任意のタイプの材料で作ることができる。応用される材料の１つは、ｄｕｒｅｐｏｘｉ（登録商標）のタイプの変形可能な塊状体であり、加圧後、変形可能ジャケットの圧縮形態に硬度を与えるように構成された硬化ステップを経過させることができる。

シールの付加的形式は、多孔性要素８の一方の端に配設されたシールタブ２５（図１０）を備えることができる。このシールの付加的形式（好ましいが、強制的ではない）のためには、多孔性要素８が二重気孔率（上に説明し、図８Ｂに示すように）である必要がある。更に、シールタブ２５は、多孔性要素本体８の他の部分の断面より大きい断面を持つ必要があり、同時に、その内部に配設された放射状溝２４を備えなければならない。放射状溝２４は、多孔性要素８がハウジング１２に対して圧迫されたときにシールタブ２５が内側へ曲がってシールするように、気体の流れの入口の方を向かなければならないことに留意されたい。

あるいは、二重気孔率を持つ上述の実施例の多孔性要素８の代わりに、多孔性要素８は、弾性特性を持つ材料（高分子／エラストマータイプ）の外層を備えることができる。従って、シールタブ２５が前の実施例のように多孔性要素８の中央へ向かって半径方向に変形する代わりに、気体の流れの圧力が、シールタブ２５をハウジング１２へ向かって弾性的に半径方向に屈曲させて、シールを生じる。

シールタブ２５を備えるこの制流体１は、変形可能部２５に該当する側を内側空洞６又はベアリング形成空隙７へ向けて（図３）ハウジング１２に挿入できる。ハウジング１２を、いずれの配設のためにも構成することができる。

シリンダ３のハウジング１２における多孔性要素８の取付けは、多孔性要素８とハウジング１２との間の単純な相互作用によっても可能である。そのような場合、多孔性要素８は、ハウジング１２内に納まるように実質的に外側の部分的変形を受けられるようにする可塑性を持たなければならない。制流体の脆弱破砕の可能性は、このような要素の弾性限度が低いことに起因して取付け時に生じ得るので、破砕の可能性は、この技術において大きな困難の１つである。既知のように、金属は、セラミック材料より遥かに優れた塑性変形能力を持つので、金属性多孔性要素８を使用できる。

好ましくは、シリンダ３の所定の区画における少なくとも３つの制流体１と、シリンダ３における制流体１の少なくとも２つの区画とを、気体圧縮機４に導入して、シリンダ３内部におけるピストン２のバランスを維持する。更に、制流体１は、ピストン２が揺動運動してもむき出しにならない、即ち、ピストン２が制流体１の作動エリアを離れないように、位置付けられる。

好ましくは、多孔性要素８は、実質的に円筒形であり、実質的に円形の断面を有する。この場合、ハウジング１２を、穿孔などの単純でコスト安の工程によって作成できるからである。当然、多孔性要素８は、他の断面形状を持つことができる。

さらに好ましくは（それぞれ図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、６Ａ、６Ｂ及び６Ｄにそれぞれ示す第１、第２、第４、第６、第８、第９及び第１１の好ましい実施形態）、多孔性要素８は、実質的に「Ｉ」字形の輪郭を有する（言い換えると、円筒形）。

あるいは、本発明の第３の好ましい実施形態によれば、図５Ｃに示すように、多孔性要素８は、実質的にテーパー状の輪郭を有する。

本発明の第４、第１０及び第１２の好ましい実施形態によれば、それぞれ図５Ｅ，６Ｃ及び６Ｅに示すように、多孔性要素８は、実質的に「Ｔ」字形を有する。

本発明の第７の好ましい実施形態によれば、多孔性要素８は、図５Ｆに示すように、実質的にテーパー状に構成された端部２３を備え、端部２３は、ハウジング１２において逆転できる。このテーパー形状は、制流体１の挿入を容易にするので、シールが容易になる。

本発明の第１０、第１１及び第１２の好ましい実施形態によれば、図６Ｃ、６Ｄ及び６Ｅに示すように、制流体１は、ハウジング１２内部に配設されたシールリング１０を備え、シールリング１０は、多孔性要素８の少なくとも一部を半径方向に取り囲む。好ましくは、シールリング１０は、Ｏリングのタイプのリングから成る。多孔性要素８は、その側面のシールを保証する接触を維持しなければならず、この場合には、糊又は締り嵌めによる取付けを使用できる。

このように、多孔性要素８は、シリンダ壁３の厚みと同じサイズの長さを持つことができる。同様に、これより短く若しくは長くても良く、又は図５Ａに示す本発明の制流体１の第１実施形態に従ってディスク形を取る場合、外径より小さい長さを持つこともできる。

従って、本発明は、多孔性要素８の外壁とハウジング１２の内壁との間を確実にシールして、気体が多孔性要素８の多孔部を通過して空気静力学的ベアリングの機能のために必要な圧力低下を受けるように多孔性要素８を取り付けるいくつかの様式を提供する。言い換えると、本発明は、気体が、多孔性要素８とシリンダ壁３との間にできた空隙を通過できないようにする。要するに、上に説明し図５Ａ〜６Ｅに示す好ましい実施形態は、ハウジング１２において多孔性要素８を確実に取り付けて、シールする様々な様式を示し、これらの様式は、上述の好ましい実施形態のいずれか又はその任意の組合せに従って実施できる。

好ましい実施形態の実施例について説明したが、本発明の範囲は、他の可能な変形を含み、特許請求の範囲の本質によってのみ制限され、可能な同等物が含まれるものとする。

Claims (23)

1. 気体圧縮機（４）のピストン（２）とシリンダ（３）との間のベアリング形成に応用するための制流体であって、
   前記気体圧縮機（４）が、少なくとも、
   − 前記シリンダ（３）の外部を取り囲むパッド（５）と、
   − 前記パッド（５）と前記シリンダ（３）との間に配設された内側空洞（６）であって、前記シリンダ（３）内において前記ピストン（２）によって与えられた圧縮運動から生じる排気流による流体供給を受ける内側空洞と、
   − ピストン外壁（２）とシリンダ内壁（３）を分離するベアリング形成空隙（７）と、
   − 前記内側空洞（６）を前記ベアリング形成空隙（７）に流動的に結合するハウジング（１２）を備える制流体（１）と、
   を備える、
   前記制流体（１）において、
   前記制流体（１）が、少なくとも前記ハウジング（１２）に結合された多孔性要素（８）を備え、
   前記多孔性要素（８）が、少なくとも、前記内側空洞（６）から前記ベアリング形成空隙（７）へ流れる気体の流れを制限する大きさの気孔率を持つ制流部を備える
   ことを特徴とする、
   制流体。
2. 前記多孔性要素（８）が前記ハウジング（１２）内に配置されることを特徴とする、
   請求項１に記載の制流体。
3. 前記多孔性要素（８）が、その周縁部において前記制流部の気孔率より小さい気孔率を持つ領域を備えることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の制流体。
4. 前記多孔性要素（８）が少なくとも１つの実質的に円形の断面を持つことを特徴とする、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の制流体。
5. 前記多孔性要素（８）が実質的に「Ｉ」字形輪郭を有することを特徴とする、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の制流体。
6. 前記多孔性要素（８）が実質的にテーパー状輪郭を有することを特徴とする、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の制流体。
7. 前記多孔性要素（８）が実質的に「Ｔ」字形輪郭を有することを特徴とする、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の制流体。
8. 前記制流体が、少なくとも、前記ハウジング（１２）内に配設されたシールリング（１０）を備え、
   前記シールリング（１０）が前記多孔性要素（８）の少なくとも一部を半径方向に取り囲むことを特徴とする、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の制流体。
9. 前記制流体が、前記ハウジング（１２）内に配設されたシールブッシュ（１１）を備え、
   前記シールブッシュ（１１）が前記多孔性要素（８）の少なくとも一部を半径方向及び長手方向に取り囲むことを特徴とする、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の制流体。
10. 前記多孔性要素（８）が締り嵌めによって前記ハウジング（１２）に結合されることを特徴とする、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の制流体。
11. 前記多孔性要素（８）が糊付けにより前記ハウジング（１２）に結合されることを特徴とする、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の制流体。
12. 前記ハウジング（１２）が前記内側空洞の方を向く突き出した端部を有することを特徴とする、
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載の制流体。
13. 前記ハウジング（１２）が実質的に円筒形であることを特徴とする、
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載の制流体。
14. 前記ハウジング（１２）が実質的にテーパー状であることを特徴とする、
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載の制流体。
15. 前記ハウジング（１２）が実質的に「Ｔ」字形であることを特徴とする、
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載の制流体。
16. 前記ハウジング（１２）が実質的にテーパー状であることを特徴とする、
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載の制流体。
17. 前記制流体が、前記ハウジング（１２）内に配設された変形可能ジャケット（２９）を備え、
    前記変形可能ジャケット（２９）が、前記ハウジング（１２）において塑性変形することによりシールを促進できる前記多孔性要素（８）を半径方向及び長手方向に取り囲むことを特徴とする、
    請求項１〜１６のいずれか１項に記載の制流体。
18. 前記制流体が、前記多孔性要素（８）の一方の端部に配設されたシールタブ（２５）を備え、
    前記シールタブ（２５）が、屈曲によってシールを促進できる放射状溝（２４）を備える変形可能部を備えることを特徴とする、
    請求項１〜１７のいずれか１項に記載の制流体。
19. 前記多孔性要素（８）が、前記内側空洞（６）の方を向く端部において、前記多孔性要素本体（８）の残り部分の断面積より大きい表面積を持つ領域を備えることを特徴とする、
    請求項１〜１８のいずれか１項に記載の制流体。
20. 気体圧縮体（４）のピストン（２）とシリンダ（３）との間の空気静力学的ベアリング形成に応用するための制流体であって、
    前記気体圧縮機（４）が、少なくとも、
    − 前記シリンダ（３）の外部を取り囲むパッド（５）と、
    − 前記パッド（５）と前記シリンダ（３）との間に配設された内側空洞（６）であって、前記シリンダ（３）内部において前記ピストン（２）によって与えられた圧縮運動から生じる排気流による流体供給を受ける内側空洞（６）と、
    − ピストン外壁（２）とシリンダ内壁（３）を分離するベアリング形成空隙（７）と、
    − 前記内側空洞（６）を前記ベアリング形成空隙（７）に流動的に結合するハウジング（１２）を備える制流体（１）と、
    を備える、
    前記制流体（１）において、
    前記制流体（１）が、少なくとも、前記ハウジング（１２）に結合された多孔性要素（８）を備え、
    前記多孔性要素（８）が、少なくとも、予め設定された気孔率を持つ制流部を備え、
    前記多孔性要素（８）が予め設定された面積の断面を有しかつ予め設定された長さを有し、
    前記気孔率と前記制流部の前記断面積及び前記多孔性要素（８）の前記長さとの間の関係が、前記内側空洞（６）から前記ベアリング形成空隙（７）へ流れる気体の流れを最適に制限するように構成される
    ことを特徴とする、
    制流体。
21. 気体圧縮機（４）のピストン（２）とシリンダ（３）との間の空気静力学的ベアリング形成に応用するための制流体であって、
    前記制流体（１）がハウジング（１２）と、制流要素と、シールのために半径方向に屈曲できるシールタブ（２５）を含む中間部とから構成されることを特徴とする、
    制流体。
22. 気体圧縮機（４）のピストン（２）とシリンダ（３）との間の空気静力学的ベアリング形成に応用するための制流体であって、
    前記制流体（１）が、少なくとも、ハウジング（１２）と多孔性要素（８）とから構成され、
    前記多孔性要素（８）が、気体入口の方向を向くその端部において、前記多孔性要素体（８）の残り部分の断面積より大きい表面積を持つ領域を備えることを特徴とする、
    制流体。
23. 少なくとも、
    − シリンダ（３）と、
    − 前記シリンダ（３）内で往復移動可能なピストン（２）と、
    − 前記シリンダ（３）の外部を取り囲むパッド（５）と、
    − 前記パッド（５）と前記シリンダ（３）との間に配設された内側空洞（６）であって、前記シリンダ（３）内において前記ピストン（２）によって与えられた圧縮運動から生じる排気流による流体供給を受ける内側空洞（６）と、
    − ピストン外壁（２）とシリンダ内壁（３）を分離するベアリング形成空隙（７）と、
    − 前記内側空洞（６）を前記ベアリング形成空隙（７）に流動的に結合するハウジング（１２）を備える制流体（１）と、
    を備える、
    気体圧縮機（４）であって、
    前記制流体（１）が、少なくとも、前記ハウジング（１２）に結合された多孔性要素（８）を備え、
    前記多孔性要素（８）が、少なくとも、前記内側空洞（６）から前記ベアリング形成空隙（７）へ流れる気体の流れを制限する大きさの気孔率を持つ制流部を備える
    ことを特徴とする、
    気体圧縮機（４）。

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