JP4055875B2

JP4055875B2 - リニア圧縮機

Info

Publication number: JP4055875B2
Application number: JP30637498A
Authority: JP
Inventors: 輝行赤澤; 定夫河原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-10-13
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2018-10-13
Also published as: JP2000120535A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストンを摺動自在に支持するシリンダがコイルバネによって密閉容器に支持されるリニア圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍サイクルにおいて、Ｒ２２に代表されるＨＣＦＣ系冷媒は、その物性の安定性からオゾン層を破壊すると言われている。また、近年では、ＨＣＦＣ系冷媒の代替冷媒としてＨＦＣ系冷媒が利用されているが、このＨＦＣ系冷媒は温暖化現象を促進する性質を有している。そのため、最近では、オゾン層の破壊や温暖化現象に大きな影響を与えないＨＣ系冷媒が採用され始めている。しかしながら、このＨＣ系冷媒は可燃性のため爆発や発火を防止することが安全性確保の面から必要であり、このためには、冷媒の使用量を極力少なくすることが要請される。一方、ＨＣ系冷媒は、冷媒自体として潤滑性がなく、また潤滑剤に溶け込み易い性質を有する。以上のことから、ＨＣ系冷媒を使用する場合にはオイルレス又はオイルプアの圧縮機が必要となり、ピストンの軸線と直交する方向に荷重がほとんど作用しないリニア圧縮機が有効となる。
【０００３】
ここで、従来のリニア圧縮機において、圧縮機構部の振動を外部に及ぼさないために、圧縮機構部をコイルバネによって支持することが提案されている。
例えば特開平９−８８８１７号公報においては、シリンダの上部とケーシングの上端面とを複数のコイルバネで支持し、またシリンダの下部とケーシングの下端面とを複数のコイルバネで支持する構成が提案されている。
また、実開昭５８−１３７８８５号公報においては、水平方向を振動方向とする圧縮機機構部が示され、この圧縮機構部の両側部からコイルバネで宙づりにする支持構成が提案されている。
また、実公平３−１１４２７号公報においては、圧縮室で圧縮された冷媒を密閉容器外に導出する吐出管をバネ状に巻き回した構成が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平９−８８８１７号公報に記載の支持構成は、圧縮機構部を上部と下部とで支持する構成であるため、同公報にも記載されているように、上部側のコイルバネと下部側のコイルバネのバネ定数を考慮しなくてはならない。
また、実開昭５８−１３７８８５号公報に記載の支持構成は、密閉容器内部での支持構成ではない。従って、同公報に記載されたコイルバネの支持構成をそのまま密閉容器内に設けようとすると、密閉容器が大型になってしまうという問題がある。
また、実公平３−１１４２７号公報に記載のものは、吐出管をバネ状に巻き回しているので、振動等による吐出管の損傷の低減効果はあると考えられるが、同公報記載の支持機構部との関係で十分な制振効果があるか否かについては必ずしも明かでない。
【０００５】
そこで、本発明は、密閉容器内に支持機構部によって両端から支持されるシリンダと、このシリンダと同一の軸心でその軸線方向に沿って摺動自在に支持されるピストンと、ピストンに固定される可動部及びシリンダに固定される固定部で磁路を形成して推力を発生させるリニアモータ部とを備えたリニア圧縮機を、密閉容器の外形寸法を大きくすることなく、密閉容器に伝わる振動の低減を図ることを目的とする。
より具体的には、ピストンの軸心方向に生じる振動だけでなく、軸心に対して周方向に生じる振動に対しても有効に制振を行うことができる支持機構部を提供することを目的とする。
また本発明は、複数のコイルバネによって支持する構成とする場合に、それぞれの設置位置に対応したコイルバネの特性を考慮することなく、同一のコイルバネを用いることのできるリニア圧縮機を提供することを目的とする。
また、本発明は、このようなコイルバネによる支持構成によって生じる密閉容器内の空間を有効に利用して、吐出管の耐振性を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明のリニア圧縮機は、密閉容器内に支持機構部によって両端から支持されるシリンダと、前記シリンダと同一の軸心でその軸線方向に沿って摺動自在に支持されるピストンと、前記ピストンに固定される可動部及び前記シリンダに固定される固定部で磁路を形成して推力を発生させるリニアモータ部とを備え、前記シリンダの一端側に圧縮室を形成し、前記圧縮室で圧縮された冷媒を前記密閉容器外に導出する吐出管を有し、前記吐出管を一端側の前記支持機構部の外周にバネ状に巻き回して配設したリニア圧縮機であって、一端側の前記支持機構部のバネ常数を前記吐出管のバネ常数よりも大きくしたことを特徴とする。
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のリニア圧縮機において、前記吐出管の一部を前記シリンダ外周に配設したことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態によるリニア圧縮機は、吐出管を支持機構部に沿ってバネ状に巻回したもので、このとき支持機構部のバネ常数を吐出管のバネ常数よりも大きくしている。このように支持機構部のバネ常数を吐出管のバネ常数よりも大きくすることで、シリンダの振動は、支持機構部によって確実に制振され、吐出管にかかる負荷を小さくすることができる。従って、吐出管の耐振性を向上することができ、吐出管の損傷を確実に防止することができる。
【０００８】
本発明の第２の実施の形態によるリニア圧縮機は、第１の実施の形態において、バネ状に巻回された吐出管の一部をシリンダの外周に配設したものからなり、全長の一層の短縮化が可能になる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明のリニア圧縮機の一実施例を図面に基づいて説明する。まず、図１により、本発明のリニア圧縮機の全体構造を説明する。このリニア圧縮機は、大別してシリンダ部１０と、ピストン部２０と、リニアモータ部を構成する可動部４０及び固定部５０と、吐出機構部６０と、バネ機構部７０と、密閉容器８０と、支持機構部９０等とから構成される。
【００１０】
シリンダ部１０は、鍔部１１と、鍔部１１から図の左方に向かって突出するボス部１２と、ピストン部２０を保持する筒体部１３等を一体構造に形成したものからなる。ボス部１２の内部には、ピストン本体２８を配設した圧縮室を形成する空間部１４が一端側を開口して形成される。また、鍔部１１側に設けた吸入口１５は空間部１４内に連通する。また、筒体部１３の内部に形成されたシリンダ孔１６は空間部１４に連通すると共に後端側を開口する。また、シリンダ孔１６の内面には薄肉の金属材料等からなるリング体１７が嵌着される。なお、本実施例ではシリンダ部１０はアルミニウム材で構成したもので、このリング体１７は摺動性向上のために設けている。
【００１１】
ピストン部２０は、内孔２１を形成する棒体２２とピストン本体２８からなり、本実施例ではアルミニウム材から形成される。ピストン部２０をアルミニウム材とすることにより軽量化でき、後に説明するバネ機構部７０の剛性を低くすることができる。ピストン２０は、棒体２２及びピストン本体２８の外周に鋼鉄製薄肉ライナ２３を嵌着している。鋼鉄製薄肉ライナ２３はシリンダ部１０側のリング体１７に摺動自在に保持されている。ピストン部２０の後端にはフランジ部２４が、前端にはピストン本体２８が設けられる。フランジ部２４は、ピストン部２０を嵌合する穴２４Ａを中央部に形成し、ピストン部２０の軸心と同心円状の側面部２４Ｂと、ピストン部２０の軸線に対して直交し側面部２４Ｂに隣接して形成される端面部２４Ｃと、バネ機構部７０と連結する連結軸部２５を有する。また、フランジ部２４には端面部２４Ｃに当接するリング体状の押し板２６がボルト２７により連結される。
【００１２】
ピストン本体２８は、ピストン部２０の前端の開口部側に設けられる開閉バルブ２９と、開閉バルブ２９を軸線方向に沿って移動可能に支持すると共に移動量を規制するストッパ部３０を形成するストッパ部材３１を備えている。その前端の開口部側にはテーパ面３２が形成される。また、吸入冷媒の通る複数の貫通孔３３が形成され、貫通孔３３は吸入口１５にそれぞれ連通する。ストッパ部材３１は、ピストン部２０の内孔２１内に軸部を嵌着して棒体２２の先端に固定される。一方、開閉バルブ２９は、ピストン本体２８のテーパ面３２に当接するテーパ部３４を有し、前端側に平坦面３５を形成するコーン状部材からなり、ピストン部２０の先端に摺動可能に支持される。
以上の構造により、開閉バルブ２９は、ピストン部２０の軸線方向に沿って移動可能であり、ピストン部２０の冷媒圧縮方向への移動時には開閉バルブ２９のテーパ部３４がピストン本体２８のテーパ面３２に当接し貫通孔３３を閉止する。
なお本実施例では、図１に示すように棒体２２とピストン本体２８とフランジ部２４をそれぞれ別体で構成しているが、棒体２２とピストン本体２８を、又は棒体２２とフランジ部２４を一体で形成することもできる。
【００１３】
次に、リニアモータ部を説明する。前記したように、リニアモータ部は、可動部４０と固定部５０とからなる。まず、可動部４０は、円筒保持部材４１と、永久磁石４２と、筒体４３等とから構成される。また、固定部５０は、インナヨーク５１、アウタヨーク５２、コイル５３等とから構成される。
可動部４０の円筒保持部材４１、永久磁石４２、及び筒体４３は、すべて円筒体状であり、ピストン部２０と同心円状に配設される。円筒保持部材４１は薄肉部材からなり、その後端にはフランジ面４４を形成している。そして円筒保持部材４１は、フランジ部２４の側面部２４Ｂ及び端面部２４Ｃに外接した状態で配設される。
永久磁石４２は、円筒保持部材４１に外接して配設される。また、筒体４３は永久磁石４２に外接して配設される。なお、本実施例では永久磁石４２は円筒保持部材４１と筒体４３とにより挟持される。
【００１４】
固定部５０は、インナヨーク５１、アウタヨーク５２、及びコイル５３からなる。インナヨーク５１は、円筒体であり、シリンダ部１０の筒体部１３に外接され、鍔部１１に固定される。インナヨーク５１の外周と円筒保持部材４１との間には微少隙間が形成される。このように、インナヨーク５１はシリンダ部１０及びピストン部２０と同心円状に配置される。
一方、アウタヨーク５２は、同じく円筒体からなり、筒体４３の外周に微少隙間を形成するように配設され、シリンダ部１０の鍔部１１に固定される。このように、可動部４０と固定部５０とは同心円状に保持される。
【００１５】
次に吐出機構部６０について説明する。図２は吐出機構部６０を示す一部断面図である。
吐出バルブ支持体６１はシリンダ部１０の前端に固定され、その中心部には吐出孔６２が形成される。また、吐出孔６２には吐出バルブ６３が設けられる。マフラ６４は吐出バルブ支持体６１に固定される。一方、渦巻状吐出管６５はその基端側をマフラ６４の吐出口６６に連結すると共に前端側を吐出管６７に連結している。渦巻状吐出管６５は同図に示すように、パイプ材を渦巻状に曲げたものからなり、その一部分はシリンダ部１０やマフラ６４の外周空間に巻回される。ここで渦巻状吐出管６５は、支持機構部９０のバネ常数よりも小さいバネ常数となるように構成されている。なお、渦巻状吐出管６５と吐出管６７とは、一体に構成されていても別部材のものを連結したものであっても構わない。
【００１６】
次に、バネ機構部７０、密閉容器８０について説明する。
バネ機構部７０は、他端側に配設される平板状のバネ板７１，７２からなる。図示のように、バネ板７１，７２はシリンダ部１０とピストン部２０のそれぞれの後端側にこれ等に架設された状態で配設される。
密閉容器８０は、後端板８１と前端板８２とこれ等の間に円筒状の胴体８３を固着した筒体状の容器からなり、内部に空間部８４を形成する。そして空間部８４に、リニア圧縮機の構成要素が収納される。また、後端板８１には吸入管８５を、前端板８２には吐出管６７を設けている。
【００１７】
次に、支持機構部９０について説明する。図３は図１のIII−III線断面図、図４は図１のIV−IV線断面図である。
支持機構部９０は、他端側コイルバネ９１と一端側コイルバネ９２から構成される。他端側コイルバネ９１は、架設板９３と密閉容器８０の後端板８１との間に配設され、一端側コイルバネ９２はマフラ６４の前面と密閉容器８０の前端板８２との間に配設される。このように、他端側コイルバネ９１と一端側コイルバネ９２は、シリンダ１０を両側部から支持している。また、他端側コイルバネ９１は、２個のコイルバネ９１Ａ，９１Ｂを横方向に並設し、一端側コイルバネ９２は、２個のコイルバネ９２Ａ，９２Ｂを横方向に並設している。従って、他端側コイルバネ９１Ａ，９１Ｂと一端側コイルバネ９２Ａ，９２Ｂは、ほぼ同一の荷重が加わることになるので、同じバネ定数のものを用いることができる。
なお、本実施例では、一端側コイルバネ９２と他端側コイルバネ９１とは、いずれも２つのコイルバネを並設したもので説明したが、一端側コイルバネ９２又は他端側コイルバネ９１の少なくとも一方を２つのコイルバネで構成することで、シリンダ部１０の軸心に対して周方向の動きを有効に制振することができる。このとき、上記実施例のような構成では、他端側コイルバネ９２を２つのコイルバネで構成することがより好ましい。一端側コイルバネ９１を構成するコイルバネの数を少なくすることで、渦巻状吐出管６５を巻回す空間を十分に確保することができるためである。
また、上記の実施例では、一端側コイルバネ９２を構成する２個のコイルバネ９２Ａ，９２Ｂ、他端側コイルバネ９１を構成する２個のコイルバネ９１Ａ，９１Ｂを横方向に並設したもので説明したが、縦方向に配設したものや、その他角度をもって配設したものであってもよい。また、３つのコイルバネ、あるいはそれ以上のコイルバネで構成することで、一つのコイルバネのバネ常数を小さくすることができ、より耐震性を向上させることができる。ただし、渦巻状吐出管６５を巻回す空間を十分に確保するためには、コイルバネは少ない方が好ましく、３つ以下で構成することが好ましい。
【００１８】
次に、本実施例のリニア圧縮機の作用を説明する。
まず、固定部５０のコイル５３に通電すると、可動部４０の永久磁石４２との間にフレミングの左手の法則に従って電流に比例した推力が発生する。この推力の発生により可動部４０に軸線方向に沿って後退する駆動力が生じる。可動部４０の円筒保持部材４１，４１Ａはフランジ部２４に固持され、フランジ部２４はピストン部２０に連結されているため、ピストン部２０が後退する。ピストン部２０は、シリンダ部１０に摺動自在に支持されているため、その軸線方向に沿って後退する。
【００１９】
一方、ピストン部２０の後退に伴って開閉バルブ２９はピストン本体２８に自由に支持されているため、ピストン部２０の後退によりその間に隙間が生ずる。ここで、コイル５３への通電は、正弦波で与えられ、リニアモータ部には正逆の推力が交互に発生する。そしてこの交互に発生する正逆の推力によってピストン部２０は往復運動を行うことになる。
【００２０】
冷媒は、吸入管８５から密閉容器８０内に導入される。この密閉容器８０内に導入された冷媒は、主にアウタヨーク５２の外周を通って、シリンダ部１０の吸入口１５からシリンダ部１０の空間部１４内に導入される。そしてこの冷媒は、ピストン部２０の後退によって、開閉バルブ２９のテーパ部３４とピストン本体２８のテーパ面３２との間に生じる隙間から吸入圧縮室６８内に入る。そして、ピストン部２０の前進によって吸入圧縮室６８内の冷媒を圧縮する。圧縮された冷媒は、吐出バルブ６３を開放し、吐出バルブ支持体６１の吐出孔６２を通って、マフラ６４内に入り、拡散されて消音され、吐出口６６から渦巻状吐出管６５内に入り、吐出管６７から外方に吐出される。
以上のようなピストン部２０の往復動に伴って生じるシリンダ部１０の振動は、他端側コイルバネ９１及び一端側コイルバネ９２により制振される。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、密閉容器の外形寸法を大きくすることなく、密閉容器に伝わる振動の低減を図ることができる。
より具体的には本発明は、ピストンの軸心方向に生じる振動だけでなく、軸心に対して周方向に生じる振動に対しても有効に制振を行うことができ、シリンダ等がバランスよく安定支持される。また共通のバネを用いることができるので、部品管理の容易化とコストダウンが可能になる。更に、吐出管をバネ状に巻回し、支持機構部のバネ常数をこの吐出管のバネ常数よりも大きくすることにより、その耐振性の向上が用いられると共に、圧縮機の全長が短縮され小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるリニア圧縮機の全体構成を示す断面図
【図２】同実施例による吐出機構部を示す要部拡大断面図
【図３】図１のIII−III線断面図
【図４】図１のIV−IV線断面図
【符号の説明】
１０シリンダ部
２０ピストン部
２８ピストン本体
４０可動部
５０固定部
６０吐出機構部
６５渦巻状吐出管
６６吐出口
６７吐出管
８０密閉容器
９０支持機構部
９１他端側コイルバネ
９２一端側コイルバネ

Claims

密閉容器内に支持機構部によって両端から支持されるシリンダと、前記シリンダと同一の軸心でその軸線方向に沿って摺動自在に支持されるピストンと、前記ピストンに固定される可動部及び前記シリンダに固定される固定部で磁路を形成して推力を発生させるリニアモータ部とを備え、前記シリンダの一端側に圧縮室を形成し、前記圧縮室で圧縮された冷媒を前記密閉容器外に導出する吐出管を有し、前記吐出管を一端側の前記支持機構部の外周にバネ状に巻き回して配設したリニア圧縮機であって、一端側の前記支持機構部のバネ常数を前記吐出管のバネ常数よりも大きくしたことを特徴とするリニア圧縮機。
前記吐出管の一部を前記シリンダ外周に配設したことを特徴とする請求項１に記載のリニア圧縮機。