JP4658058B2 - 改良型コンプレッサ - Google Patents

Description

本発明は、限定的ではないが特に冷蔵庫における使用に向けたリニア又はフリーピストン式コンプレッサに関する。

本出願において開示される発明は、リニアコンプレッサ及びフリーピストン機械に関するものである。従来技術においては、多数のリニアコンプレッサ及びフリーピストン機械の例がある。最近の例は、本件発明者の国際公開ＷＯ０２／３５０９３号公報で説明されている。本件発明者の冷蔵庫用コンプレッサは、その文献において説明されている。コンプレッサは、シリンダアセンブリ内で往復動するピストンアセンブリを含む。ピストンアセンブリ及びシリンダアセンブリは、各アセンブリの後端にある主バネによって接続されている。リニア電気モータは、シリンダと主バネの間にある固定子、及びピストンと主バネ（接続ピストンロッド上の）の間にある電機子を有する。リニア電気モータに通電され、必要に応じて共振周波数でコンプレッサを駆動する。コンプレッサは、ピストン壁とシリンダ壁の間で作動してシリンダヘッドから圧縮冷媒が供給されるガスベアリングによってオイルフリーで作動するようになっている。ＷＯ０２／３５０９３の開示を、本明細書に本引用により組み込み、本発明を好ましく説明するために本出願の詳細説明の冒頭で要約する。

しかし、本発明の多くはまた、他のコンプレッサ構成においても適用することができる。
本件発明者の国際公開ＷＯ０１／２９４４４号公報では、リニア電気モータがピストン及びシリンダと同心状に設けられたコンプレッサ構成が示されている。そのコンプレッサは、多くの他の点においてＷＯ０２／３５０９３におけるコンプレッサに類似している。サン・パワー・インコーポレーテッドに譲渡された米国特許第５，５２５，８４５号はまた、リニア電気モータがピストン及びシリンダと同心状に設けられているガスベアリングを用いたオイルフリーリニアコンプレッサ及び同じく一連の他の構成も説明している。

ＬＧ・エレクトロニクス・インコーポレーテッドに譲渡された米国特許第６，０８９，３５２号には、リニア電気モータがピストン及びシリンダと同心状に設けられたリニアコンプレッサが説明されている。そこではガスベアリングではなくオイル潤滑が設けられている。

澤藤電機株式会社に譲渡された米国特許第４，４１６，５９４号では、オイル潤滑を用いたリニアコンプレッサが説明されている。リニア電気モータの電機子は、固定子を取り囲んでいる。吸入バルブは、圧縮用冷媒がシリンダヘッドではなくピストンを通して圧縮空間に入るように、ピストンヘッドに設けられている。ピストンヘッドを通しての吸入を含む他の例は、松下冷蔵株式会社に譲渡されたＷＯ００／３２９３４及びＨ・ドルツによる米国特許第３，１４３，２８１号に示されている。

上述の全ては、ピストン部とシリンダ部の間にバネを含む共振型コンプレッサの例である。この構成は、空調装置又は家庭用電気機器において用いられるような冷媒圧縮用リニアコンプレッサの典型である。このようなバネ接続を用いない他の従来技術のリニアコンプレッサが公知である。一般的に、これらのコンプレッサは、冷媒ガスが同じ場所内で圧縮と膨張を交互に受ける「スターリング」サイクル型低温冷却装置に使用されている。共にヘリックス・テクノロジー・コーポレーションに譲渡された米国特許第５，１４６，１２４号及び米国特許第４，６４４，８５１号は、共にこのような構成の例である。

従来技術を改善する何らかの方法をもたらすか又は少なくとも産業界に有用な選択肢を提供することになる、小型のリニア又はフリーピストン式コンプレッサに対する改善を提供することが本発明の目的である。

本明細書及び特許請求の範囲において、「曲げ中心」は、ある一定の部材に対して、その端部間にせん断力が印加されているが端部の向きが堅固に維持されている時にその部材が曲げモーメントを受けていない位置を意味する。様々な種類のバネ及びコイルバネを含み、その長さに沿って均一な曲げ剛性（ＥＩ）を有する部材に対して、曲げ中心は、回転抵抗端部支持体の間の中点になることになる。これはまた、中点に関して対称な曲げ剛性を示す部材に対しても当て嵌まることになる。

本願発明によれば、
シェルと、
該シェル内で懸架されたリニアコンプレッサであって、前記シェル内で該リニアコンプレッサを取り囲むガス空間が設けられるように前記シェルで取り囲まれ、シリンダ内で往復動可能なピストンと前記ガス空間から前記シリンダ内への吸入ガス通路とを有するリニアコンプレッサと、
前記シェルガス空間への吸入ガス入口と、
前記シリンダから前記シェルの外に出る圧縮ガス経路と、を備え、
前記シェルは、ガス流抑制装置を含み、該ガス流抑制装置は、前記ガス空間の第１領域と前記ガス空間の第２領域とを実質的に分割し、前記第１領域と第２領域との間のガス流を抑制し、
前記吸入ガス入口及び前記吸入ガス通路は、前記第１領域に通じ、前記圧縮ガス経路は、前記第２領域を通過している、
ことを特徴とする内蔵コンプレッサ、
が提供される。

好ましくは、ガス流抑制装置は、ガス空間において環状抑制部を含む。
好ましくは、シェルは、全体的に細長い容器であり、その長さに沿ってネック部通路を含み、シェルの内面は、第１及び第２の領域よりもネック部の領域においてリニアコンプレッサに接近している。
好ましくは、吸入ガス通路は、ピストンを通って延びている。
好ましくは、圧縮ガス経路は、リニアコンプレッサに接続した吐出ヘッドを含み、吐出ヘッドは、吐出ガスチャンバを形成する内壁面と、ガス空間の第２領域内の外壁面と、内面と外面の間の断熱部とを含む。

好ましくは、断熱部は、内壁と外壁の間に実質的に囲まれた空間を含み、この囲まれた空間は、その空間が作業ガスの特性及び予想作動条件と共に２０，０００よりも小さなレイリー数（Ｒａ）を与えるほど十分に小さい１つの空間的寸法を有する。
好ましくは、シリンダは、シリンダ壁を形成するシリンダハウジングと、シリンダ端部を形成し、圧縮ガス経路への１以上の吐出開口部を含むバルブプレートと、バルブプレートとシリンダハウジングの間に挟まれた断熱部とを含む。
好ましくは、断熱部は、厚いポリマー性密封ガスケットを含む。

本発明に関連する当業者には、本発明の多くの構成の変更及び様々な実施形態及び用途が、特許請求の範囲に規定されている本発明の範囲から逸脱することなく想起されるであろう。本明細書の開示及び説明は、純粋に例示的なものであり、いかなる意味でも限定的であることを意図していない。
本発明は、上述したものにあり、また、以下にその実施例を与える構成を想定するものである。

例示的な従来型コンプレッサの概略的構成
本出願は、リニアコンプレッサ及びフリーピストン機械に関して開発されたいくつかの発明を含んでいる。各発明は、本明細書で説明するもの及び従来技術において公知であるもの等に適用することができるが、これらに限定されることのない幅広い範囲のコンプレッサの構成に適用することができる。本明細書で開示する改善の全てが、全ての種類のコンプレッサに適用できることになるわけではない。例えば、ガスベアリング性能に関する改善は、ガスベアリングを利用するコンプレッサにおいて価値のある改善となり、主バネ及びそのピストンとの接続に関する改善は、そのような接続バネが欠如するスターリングサイクル型コンプレッサにおいては利用法が見出せないことになる。

本発明を適切に説明するために、まずＷＯ０２／３５０９３号公報に開示されているコンプレッサの構造及び構成を、図１〜図５を参照して説明する。これは便宜上のためであり、本発明がそのような構成に対してのみ適応可能であることを示唆するものではなく、各改善は、この一般的な形態のコンプレッサに適用可能である。

図１を参照すると、コンプレッサは、シリンダ孔１０７１内で往復動し、シリンダヘッドにある圧縮空間で交互に吸入及び排出される作業流体に作用するピストン１００３及び１００４を含む。シリンダへ接続したシリンダヘッド１０２７は、シリンダ孔１０７１の開口端を封じて圧縮空間を形成しており、注入バルブ１１１８、排出バルブ１１１９、及び関連のマニホールドを含む。圧縮作業ガスは、排出バルブ１１１９を通して圧縮空間から吐出用のマニホールドへと流出する。吐出用マニホールドは、圧縮作業流体をシリンダ１０７１を取り囲む冷却ジャケット１０２９に送り込む。吐出管１０１８は、冷却ジャケット１０２９から密封ケーシングを貫通して外部へと通じでいる。

シリンダハウジング及びジャケット１０２９は、単一エンティティ１０３３（例えば、一体鋳物）として一体的に形成される。ジャケット１０２９は、実質的にシリンダ１０７１の往復動軸と整列してシリンダ１０７１を取り囲んでいる１または２以上の開口端チャンバ１０３２を含む。開口端チャンバ１０３２は、ジャケット空間を形成するために（シリンダヘッドアセンブリ１０２７により）実質的に囲まれている。
リニアモータは、シリンダ鋳物１０３３にしっかりと接続された一対の対向する固定子部分１００５及び１００６を含む。

シリンダ１０７１内を往復動するピストン１００３及び１００４は、バネシステムを解してシリンダアセンブリ１０２７に接続されている。バネシステムは、圧縮ガスの付加的なバネ効果を受けてその固有共振周波数又はその近くで作動する。バネシステムの主たるバネ要素は、主バネ１０１５である。ピストン１００３及び１００４は、ピストンロッド１０４７を介して主バネ１０１５に接続されている。主バネ１０１５は、シリンダ鋳物１０３３から延びる一対の脚１０４１に接続されている。一対の脚１０４１、固定子部分１００５及び１００６、シリンダ鋳物１０３３、及びシリンダヘッドアセンブリ１０２７は、バネシステムを説明する際にシリンダ部分１００１と呼ぶものを共に構成する。

ピストンロッド１０４７は、ピストン１００３及び１００４を主バネ１０１５に接続する。ピストンロッド１０４７は剛性である。ピストンロッドは、それ自体に沿って離間した複数の永久磁石１００２を有し、リニアモータの電機子を形成する。

ピストン１００３及び１００４とシリンダ１０７１との間の摩擦負荷を低減するために、特に、あらゆる横方向の負荷を低減するために、ピストンロッド１０４７は、主バネ１０１５及びピストン１００３及び１００４の両方に弾力的かつ可撓的に接続されている。詳細には、弾力的接続は、主バネ１０１５上にオーバーモールドされた留め具１０４９とピストンロッド１０４７との間の溶融プラスチック接続部という形態でピストンロッド１０４７の主バネ端部１０４８との間に設けられている。ピストンロッド１０４７は、他端に離間した一対の円形フランジ１００３及び１０３６を含み、これらは、ピストンスリーブ１００４内に嵌合してピストンを形成する。フランジ１００３及び１０３６は、ピストンロッド１０４７の一対のヒンジ領域１０３５及び１０３７と直列に交互に配置されている。一対のヒンジ領域１０３５及び１０３７は、互いに直角に曲げ主軸を有するように形成されている。

主バネ端部１０４８において、ピストンロッド１０４７は、その主バネ１０１５との接続部によって半径方向に支持されている。主バネ１０１５は、往復動運動を提供するが、全ての横方向の動き、又はシリンダ内でのピストンの往復動方向を横断する動きには実質的に抵抗するように構成されている。

シリンダ部分を含むアセンブリは、密封ケーシング内でしっかりと取り付けられていない。このアセンブリは、吐出管１０１８、液体冷媒注入配管１０３４、及び後部支持バネ１０３９を除き、ピストンの往復動方向に自由に移動する。吐出管１０１８及び液体冷媒注入配管１０３４、並びに後部支持バネ１０３９の各々は、シリンダ内でのピストンの往復動方向における既知の特性を有するバネとして形成される。例えば、管１０１８及び１０３４は、密封ケーシング１０３０を貫通して延びるそれらの端部に隣接する渦巻又は螺旋バネとして形成することができる。
全往復動移動は、ピストン１００３及び１００４とシリンダ部分の移動の合計である。

ピストン１００３及び１００４は、気体静力学的ガスベアリングによりシリンダ内で半径方向に支持される。コンプレッサのシリンダ部分は、孔１１５０が貫通したシリンダ鋳物１０３３、及び孔１１５０内のシリンダライナ１０１０を含む。シリンダライナ１０１０は、ピストンの磨耗を低減する適切な材料から作ることができる。例えば、シリンダライナは、１５％ＰＴＦＥ混合の炭素繊維強化ナイロン（ピストンロッド及びスリーブ用としても好ましい）等の繊維強化プラスチック混合物から形成することができ、又はグラファイトフレークの自己円滑効果を有する鋳鉄としてもよい。シリンダライナ１０１０には、外側の円筒面１０７０から内部孔１０７１へ延びる開口部１０３１が貫通している。ピストン１００３及び１００４は、内部孔１０７１内を移動し、これらの開口部１０３１は、ガスベアリングを形成する。供給圧縮ガスは、一組のガスベアリング通路を通して開口部１０３１に供給される。ガスベアリング通路は、それらの他の端部でガスベアリング供給用マニホールドに通じ、このマニホールドは、シリンダライナ１０１０のヘッド端部において、ライナ１０１０とシリンダ孔１０７１の間にシリンダライナ１０１０の周囲の環状チャンバとして形成されている。ガスベアリング供給用マニホールドは、次に、コンプレッサヘッドの圧縮ガス用マニホールドから小さな供給経路１０７３を通して供給を受ける。

ガスベアリング通路は、シリンダライナ１０１０の外壁１０７０に溝１０８０として形成される。これらの溝１０８０は、他のシリンダ孔１０７１の別の壁と組み合わされて開口部１０３１に通じる密封通路を形成する。

ガスベアリング溝１０８０は、螺旋状の経路を辿る。それぞれの経路の長さは、通路の好ましい断面積によって選択され、この断面積は、製造（機械加工によるか又は精密成形等の何らかの他の形態によっても可能）の簡易性を得るように選択することができる。

固定子の各部分１００５及び１００６は巻線を備えている。固定子の各部分１００５及び１００６はまた、巻線が中央ポールの回りに支持された「Ｅ」形状積層スタックで形成されている。巻線は、プラスチックのボビンによって積層スタックから絶縁されている。

シリンダ部分１００１は、関連冷却ジャケット１０２９を有するシリンダ１０７１、シリンダヘッド１０２７、及びリニアモータの固定子部分１００５及び１００６を組み込み、これら全ては相互にしっかりと接続されている。シリンダ部分１００１は、主バネ１０１５の取付点、吐出管１０１８、及び液体注入管１０３４を含む。シリンダ部分１００１はまた、シリンダ部分を主バネ１０１５に接続するための台を備えている。

シリンダ及びジャケット鋳物１０３３は、シリンダヘッドから離れた端部から延びる上部及び下部取付脚１０４１を有する。後でその好ましい形態を説明することになるバネ１０１５は、シリンダ鋳物１０３３との接続用の一端において剛性の取付棒１０４３を含む。横に延びる一対の突起１０４２は、取付棒１０４３から延びている。シリンダ鋳物１０３３の上部及び下部取付脚１０４１は、各々、突起１０４２の１つに向けた取付溝又は実矧ぎ１０７５を含む。実矧ぎ１０７５に設けられた突出部又は鉤１０７８を通過した状態で、突起１０４２は、鉤１０７８の垂直面１０７９間に捕らえられ、垂直面１０８３は、実矧ぎ１０７５の端面を形成する。

各脚１０４１の内面１０７６は、実矧ぎ１０７５から延びる軸線方向溝１０２８を有する。ピストン接続ロッド１０４７上で外向きに延びる突起１１３０は、作動中に溝１０２８内を往復動する。

クランプバネ１０８７には、一対の取付脚１０４１が嵌まるように中央開口部１０８８が貫通している。クランプバネ１０８７はまた、各取付脚１０４１に組み合わさる後方に向けて延びた脚１０８９を有する。これらの脚１０８９の自由端１０９０は、取付脚１０４１の外面実矧ぎ１０８４内を滑り、外側実矧ぎ１０８４と内側実矧ぎ１０７５の間の軸開口部１０８６を通るように十分に小さいものである。主バネ取付棒１０４３の突起１０４２が、取付脚１０４１の内部実矧ぎ１０７５内に配置されると、これらの自由端１０９０は、突起１０４２を圧迫し、これらをそれぞれの鉤１０７８の垂直面１０７９に対して押え付ける。負荷条件下で、クランプバネ１０８７が保持されると、突起１０４２に所定の予負荷がかけられる。

クランプバネは、固定子部分１００５及び１００６を取付けるという役割を同時に果たすものである。クランプバネ１０８７は、その側面領域１０９２の各々に固定子部分クランプ面１０９１を含む。
シリンダ鋳物１０３３は、一対の突き出た固定子支持ブロック１０５５を含む。
所定の位置で、モータの各部分間の自然引力は、固定子部分１００５及び１００６を互いの向きに引くことになる。空隙の幅は、取付ブロック１０５５及びクランプバネ１０８７のそれぞれの外縁１０４０及び１０７２に対して垂直なステップ１０５７の設置によって維持される。固定子部分１００５及び１００６を、付加的に各取付ブロック１０５５の垂直方向（固定子係合面）に設置するために、各取付ブロックは、垂直方向に「Ｅ」形状積層スタックの寸法に合うノッチ１０５７をその外縁に含む。

固定子部分１００５及び１００６は、電源コネクタ１０１７に電気的に接続されている。電源コネクタ１０１７は、密封シェル１０３０にある開口部１０１９に嵌合する。
シリンダ鋳物１０３３の開口端は、コンプレッサヘッド１０２７によって囲まれている。これによってコンプレッサヘッドは、シリンダ１０７１及びシリンダ１０７１を囲む冷却ジャケットチャンバ１０３２の開口端を囲んでいる。シリンダヘッド１０２７は、全体の形態の中に吸入マフラー／取入用マニホールド１１０４と共に４枚のプレート１１００〜１１０３のスタックを含む。

環状実矧ぎ１１３３は、フランジ１１３５の表面に設けられる。外向きに延びたローブ１１３７及び１１３８は、吐出管１０１８及び戻り管１０３４との接合部として働く。
開口部は、シリンダ鋳物１０３３内の３つのチャンバの間に設けられている。
第１ヘッドプレートは、環状実矧ぎ１１３３内のシリンダ鋳物１０３３の開口端に嵌められる。

第２ヘッドプレート１１０１は、第１プレート１１００に嵌められる。第２プレート１１０１は、プレート１１００よりも直径が大きく、鋼鉄、鋳鉄、又は焼結鉄から作ることができる。プレート１１０１は、プレート１１０が収まっている実矧ぎよりも領域が広い。プレート１１０１は、フランジ表面に対して位置し、第１プレート１１００を、実矧ぎに対して圧迫する。プレート１１０１は、ボルトのネジ部分が自由に通過する大きさにされ、その周囲に沿って離間した開口部１１３９を有する。

第２ヘッドプレート１１０１は、開口部１１１０と整列した圧縮ガス吐出開口部１１１１を備えている。このプレート１１０１はまた、第１プレート１１００の開口部１１１５と整列した、更に別の開口部１１１７を含む。

プレート１１０１の一部分は、プレート１１００のシリンダ開口部１１１６を取り囲む。プレート１１０１のこの部分を通して、取入ポート１１１３及び吐出ポート１１１４が通過する。バネ式鋼鉄製注入バルブ１１１８は、取入ポート１１１３を覆うプレート１１０１の表面に固定されている。注入バルブ１１１８の基部は、プレート１１００とプレート１１０１の間でクランプされ、その位置はドエル１１４０によって確実に固定されている。バネ式鋼鉄製吐出バルブ１１１９は、吐出ポート１１１４を覆うプレート１１０１の他方の面に取り付けられている。バネ式鋼鉄製吐出バルブ１１１９は、吐出ポート１１１４を覆うプレート１１０１の他方の面に取り付けられている。バルブ１１１０の基部は、第２プレート１１０１と第３プレート１１０２の間でクランプされ、ドエル１１４１によって配置されている。吐出バルブ１１１９は、第３プレート１１０２の吐出マニホールド開口部１１１２及び第４プレート１１０３に形成された吐出マニホールド１１４２内に嵌合して作動する。注入バルブ１１１８は、シリンダ圧縮空間内に着座し（その基部から離れて）、そこで作動する。

第３ヘッドプレート１１０２は、第４プレート１１０３のシリンダフェーシング面１１４４にある円形実矧ぎ１１４３に嵌合する。プレート１１０２は、比較的柔軟であり、ガスケットとしての役目を果たし、第４プレート１１０３と第２プレート１１０１の間で圧縮されている。
ガスフィルタ１１２０は、圧縮冷媒を、実矧ぎ１１４５から受け取り、第１及び第２プレートの孔１１４６及び１１４７を通してガスベアリング供給通路１０７３に送出する。

第３プレート１１０２を貫通する取入開口部１０９５は、第２プレート１１０１にある取入ポート１１１３及び第４プレート１１０３を貫通する取入ポート１０９６と整列している。第４プレート１１０３の表面にあるテーパ付き又は円錐台形の取入ポート１０９７は、取入ポート１０９６に通している。取入ポート１０９６は、取入マフラー１１０４で囲まれている。吸入マフラー１１０４は、囲まれた取入マニホールド空間から延び、シリンダ鋳物１０３３から離れる方向に外に通じている冷媒取入通路１０９３を含む。コンプレッサが密封ハウジング内に配置されると、密封ハウジングを通して延びる取入管１０１２による内部突出部１１０９は、十分な余裕を有して取入通路１０９３の中へと延びている。

液体冷媒は、冷却システム内の凝縮器の出口からシリンダを囲む冷却ジャケットチャンバ１０３２へ直接供給される。吐出された新たに圧縮された冷媒は、吐出管１０１８を通してコンプレッサを離れる前にチャンバへと移る。チャンバ１０３２内で、液体冷媒は、圧縮ガス並びにシリンダ鋳物１０３３の周囲の壁及びシリンダヘッド１０２７から大量の熱を吸収して蒸発する。

液体冷媒を冷却ジャケットに運び入れるために、受動的な構成が用いられる。低圧の小さな領域が、液体戻り配管１０３４からジャケット空間への出口の近くにｘ生成される。この低圧領域がヘッドプレート１１００にある圧縮ガス開口部１１１０を通してジャケットへ入る圧縮ガス流によって発生することは、既に説明済みである。僅かな慣性ポンプ効果が、液体冷媒戻り配管１０３４のその長さ方向の往復動運動によって発生する。

主バネは、後に磨く必要がない非常に高い疲労強度を有する円形断面のピアノ線から形成されている。
主バネは、二重螺旋状に捩られた連続するループ形態を取るものである。
バネ１０１５を形成している所定長のワイヤは、コンプレッサの部品の１つへの取付用の突起１０４２を有する取付棒１０４３内に固定された自由端を有する。バネ１０１５は、ピストン部分への取付けのためのもう一つの取付点１０６２を有する。

リニアコンプレッサは、蒸発した低圧の冷媒を吸入管１０１２を通して受け取り、吐出スタブ１０１３を通して高圧で排出する。冷却システムでは、吐出スタブ１０１３は凝縮器（コンデンサ）と接続されるのが一般的である。吸入管１０１２は、１または２以上の蒸発器から蒸発した冷媒を受け取る。液体冷媒送出スタブ１０１４は、既に説明した通りコンプレッサを冷却するために凝縮器（又は蓄圧器又は凝縮器の後の冷媒配管）から濃縮冷媒を受け取る。密封ケーシングを貫通して延びる処理管１０１６が、冷却システムを空にして、冷却システムに選択された冷媒を充填するために組み込まれている。

本発明の詳細な説明
ガスベアリングは、リニアコンプレッサが生成する高圧ガスの一部を使用する。従って、ベアリングへの流れを最小化することは有益である。しかし、ベアリングポートにより発生する力は、そこを通過するガス流量にほぼ比例する。ベアリングポートによる力はまた、リニアコンプレッサのヘッド端部付近で大きく変化する下流の圧力の影響を受ける。

ガスベアリングの更に別の性質は、これらが比較的遅い応答時間を有することであり、印加した力の変化に順応するために１〜２秒かかる可能性がある。これは、コンプレッサの５０〜２００ストロークに相当し、特に吸入ストロークの開始時に、時としてピストン／シリンダ接触が生じる可能性がある。

本明細書の一発明によると、これらの問題は、ピストンの移動をベアリング力に変える流体力学（滑り）ベアリングを組み込むことにより対処される。この形態のベアリングは迅速に応答し、ガスベアリング力を増大させる力を発生させることができる。
２次元の滑りベアリングは、図５Ａに示されており、ここでは楔形の流体が速度Ｕに対して適切な角度でベアリング力Ｆを発生させる。この力は、以下の式によって概算することができる。

ここで、Ｐｔは、滑りベアリングによって発生する横方向圧力、μは流体の粘性、Ｕは動いている部分の速度、Ｌはテーパの長さ、ｂ₁はテーパの先端でのクリアランス、ｂ₂はテーパの後端でのクリアランス、ｗはベアリング幅（すなわち、図５Ａの平面に対して垂直な方向における）である。

本発明の好ましい実施形態では、楔形状は、図５Ｂに示すようにピストン５０００の端部５００８にテーパを付けることにより形成される。次に、ピストンがシリンダ５００４の中心線５００２からずれない（距離ｅだけ）限り、一方の側の力が他方の側の力によって釣り合わされる。オフセットがある場合、ベアリング５００６によって発生する求心力Ｆｐは、以下の概算式によって求められる。

ここで、ｂ₁は、オフセットによってクリアランスが大きくなった側におけるベアリング５００６の先端でのクリアランス、ｂ₂は、ｂ₁と同じ側における通常のピストンとシリンダのクリアランス、ｂ₃は、オフセットによって最小のクリアランスを有する側における５００６の先端でのクリアランス、ｂ₄は、ｂ₃と同じ側における通常のピストンとシリンダのクリアランス、Ｄはシリンダの直径、ｄは通常のピストンの直径、ｅは、シリンダ軸５００２からのピストン軸５０１０のオフセット幅、Ｐｔは、クリアランスが増大した側のベアリングによって発生した圧力、Ｐｂは、クリアランスが減少した側に発生した圧力、μは流体の粘性、Ｕは、シリンダに対するピストンの移動速度、Ｌはベアリングの軸長、ａは、テーパ又はステップの径方向深さである。

本方法は、圧縮ストローク中に圧力差の減少によってガスベアリングの効果が少なくなるピストンのヘッド端部において特に良く機能する。
ステップ又はテーパは、ガスベアリングがまだ有効に作動するための十分な供給を有しない始動中に「サイクル内」のピストン／シリンダ接触を止めることができる。ベアリングからの揚力は、ピストンが移動するとすぐに発生する。

式（１）から、滑りベアリングからの最適の力は、楔の高さａがクリアランスｂ１に等しい時に発生することを導くことができる。本明細書で説明する種類のリニア冷凍コンプレッサは、３〜８ミクロンの間の径方向クリアランスにおいて最も良く機能し、上述の関係は、テーパが約５ミクロンであることを意味する。図は縮尺通りではなく、ステップ又はテーパ及びクリアランスの相対寸法は、大幅に強調されたものである。

この深さのテーパは、従来型の機械を用いてピストン軸に対して同心状に機械加工することは困難である。テーパがステップ（例えば、図６の６００２）に置換されると機械加工はより簡単になる。テーパがステップに換えられても、滑りベアリング効果は顕著なままである。

また、図６に示されている通り、テーパ又はステップ６００２は、ピストンのヘッド端部に加えて又はその替わりにピストンの後端に設けることができる。これらの位置における優勢圧力の差により、これは、ピストンのヘッド端部におけるベアリング程には効果がないと考えられる。しかし、ピストンの後端におけるテーパは、圧縮容積又はガスベアリングの作動に影響を及ぼすことがないために、発生した揚力からのいかなる正の利得も有益になるであろう。

ステップが化学機械加工によって形成されると、ステップ表面は、ピストンの残りの部分と同心を保つことが分っている。化学機械加工は、ピストン端部を電解液に浸してピストン表面を徐々に侵食する段階を含む。侵食は、電解液を酸、例えば高濃度のＨＣｌとして与えるか又は電気化学侵食によって行われる。電気化学浸食の場合には、浸食作用がピストンの周囲で均一に発生することが重要である。これは、ピストン端部が電解液に浸されたピストンと同軸の円状又は環状アノードを与えることにより容易に行うことができる。

図７を参照すると、ピストン７００４が電解液７００２のプールの中へと下げられる１つの可能な実施形態が例示されている。電解液のプールは、槽７０００の中に入れられている。電位７０１０がピストン７００４と槽７０００の間に印加される。このようにして、ピストン７００４はカソードにされ、槽７０００はアノードとされ、ピストンの表面は徐々に浸食される。

本発明の１つの好ましい実施形態では、ピストンの外面は、硬質のクロムメッキが施される。化学機械加工は、全体的に、コーティングされた又はメッキされた層内で行われる。例えば、メッキ又はコーティング層は、５０μｍ程度の厚さで作ることができるのに対して、最大浸食深度は、約５μｍであると考えられる。

本発明の好ましい実施形態は、ピストンの直径が約２５ｍｍ、ピストンの長さが約５０ｍｍである時に、ピストンのヘッド端部におけるピストンの円筒面上のステップが１０ｍｍであることを提案する。ステップは、図６のステップ６００２に例示されているものと同様に他端に設けることができる。

本発明の更に別の態様によると、段階的なテーパを生成するために化学機械加工を利用することができる。具体的には、図７を参照すると、ピストン７００４の端部は、生成されるテーパ長に対応する深さに浸される。ピストンは、槽から徐々に引き上げることができるように支持されている。例えば、ピストンを槽から上げるために、ワイヤ７００６は、徐々に回転する紡錘７００８に巻き取ることができる。ピストンは、徐々に引き上げられ、テーパのピストン端部がテーパの最大深度を生成する時間にわたって浸され、テーパの後端が短時間の間だけ浸されるように、溶液中の浸漬時間は変化する（線形の変化が好ましい）。浸漬の方式は、かなり変動する可能性がある。例えば、ピストン端部は、電解液中に徐々に挿入することができ、電解液中で徐々に往復動させることができる。

既に示したように、本発明の好ましいコンプレッサの構成は、バネとピストンの間の接続ロッド上に磁石を有する。これを最も有効にするためには、ピストンロッドのずれに関わりなくピストンが軸に沿うことができるように、ロッドは硬質である必要があり、軸の移動線に対して角度を有するように回転することができるような方法で一端又は両端に柔軟に取付される必要があることを本件発明者は見出した。これはまた、ピストンロッド上に電機子を持たないコンプレッサにおいても有利であるように見える。

本明細書の更に別の発明は、横方向の負荷がピストン端部から離れた位置に印加されるようにピストンに印加された負荷が調整された、ピストンからピストンロッドへの接続部である。軸線方向負荷は、直接ピストンクラウンへと伝達される。接続部は、ピストンの往復動軸を横切り、この軸を一様に取り囲む、ピストンとピストンロッドの間の回転柔軟性を許すものである。これは、シリンダ内のピストンの傾斜を促すことなく、ガスベアリング又は他の潤滑部のより有効な作動を可能にするという利点を有する。

図８は、横方向の負荷をピストン端部から離れた位置に印加するピストンロッドとピストンの間の柔軟な接続を実現するための１つの構成を例示している。
ピストン８００２は円筒壁８００６を有し、一端においてピストンクラウン８００９によって囲まれている。柔軟性ロッド８００１は、一端においてピストン８００２のピストンクラウン８００９に固定されている。柔軟性ロッド８００１は、他端においてピストンロッド８０００に固定されている。柔軟性ロッドは、軸線方向には曲がりにくいが、横方向には柔軟である。これは、例えば、一本の狭径の高強度鋼鉄ピアノ線としてもよい。支持体８００４は、ピストンロッド８０００の先端面から延びている。支持体８００４は、円筒直立形態を取ることが好ましい。ディスク８００５は、環状フランジとして円筒直立開口端から延びている。ディスク８００５は、ピストンの円筒壁８００６の内面に近接するように延びている。ベアリングは、ディスク８００５の外縁と円筒壁８００６の内面との間に設けられている。ベアリングは、ピストン８００２とピストンロッド８０００との間で生じることになる向きの僅かな変動を調整すると同時に、横力を伝達すべきである。好ましい形態では、ベアリングは、円筒側壁８００６とディスク８００５の外縁との間に挟まれたベアリング材料を含む。これは、ディスク８００５の外向きに面した環状溝８００８に配置されたＯリング８００７の形態であることが好ましい。Ｏリングは、例えば、ショア硬度９０Ａのニトリルゴム等のエラストマー材料、又は無充填ＰＴＦＥポリマー等の乾燥ベアリング材料を含むことができる。エラストマー材料は、Ｏリング材料の屈曲により僅かな相対移動を調整すると考えられる。乾燥ベアリング材料は、乾燥ベアリング材料の表面とピストン側壁８００６の内面との間の低摩擦滑り作動により、相対移動を調整すると考えられる。エラストマー材料は、硬質の乾燥ベアリング材料に比べると、僅かな変動に適応する際により迅速に対処するという利点を有する。しかし、乾燥ベアリング材料は、ピストンへのより厳密な負荷伝達をもたらすものである。

図１２は、ピストンロッドとピストンの間の柔軟な接続を実現するための構成であって、横方向の負荷をピストン端部から離れた負荷線１２０２０において印加し、ピストンクラウンからの片持ち梁上のＯリングベアリングを含むものを例示している。

図１２では、ピストン１２００２は円筒壁１２００６を有し、一端においてピストンクラウン１２００９によって囲まれている。柔軟性ロッド１２００１は、一端においてピストンクラウン１２００９に固定されている。柔軟性ロッド１２００１は、他端においてピストンロッド１２０００に固定されている。支持体１２００４は、ピストンロッド１２０００の先端から延びている。支持体１２００４は、円筒直立形態を取ることができる。片持ち梁１２０１０は、ピストンクラウン１２００９の内面から延びている。片持ち梁１２０１０は、円筒直立形態を取ることができる。片持ち梁１２０１０の遠位端１２０１５は、支持体１２００４の端部１２０１２と可撓的に連結される。可撓的な連結は、片持ち梁１２０１０の端部１２０１５に横力を伝達するが、ピストン及びピストンロッドの相対的なアラインメントに変化を許すように設計されている。好ましい構成は、片持ち梁１２０１０の外向きの環状溝１２０１１内に設けられたＯリング１２０１３を含む。Ｏリング１２０１３は、支持部材１２００４の端部１２０１２の内側に向いている表面に対して支持するものである。Ｏリングは、ニトリルゴム又はデュポンから入手可能な「Ｖｉｔｏｎ（登録商標）Ａ」又は「Ｖｉｔｏｎ（登録商標）Ｂ」等のフッ素ゴム等の比較的柔軟な材料で形成することが好ましい。内側に向いている表面は、Ｏリングの外径に一致する直径を有する実質的に球面状の形状を有することが好ましい。この実施形態の更に別の変形は、支持体の端部を囲む片持ち梁の端部を有するように継ぎ手の構成を逆転する段階を含む。

図９は、ピストン端部から離れた負荷線９０２０において横方向の負荷を印加する、ピストンロッドとピストンの間の柔軟な接続を実現するための別の構成を例示している。この構成は、ピストンスリーブの内面と、接続ロッド又は接続ロッドを囲むスリーブとの間に延びる膜を含む。

図９の構成は、図８の構成の更に別の変形である。ピストン９００２は、円筒壁９００６を有し、一端においてピストンクラウン９００９によって囲まれている。柔軟性ロッド９００１は、一端においてピストンクラウン９００９、及び他端においてピストンロッド９０００に固定されている。支持体９００４は、ピストンロッド９０００の先端から延びている。支持体９００４は、円筒直立形態を取ることが好ましい。膜９００３は、支持体９００４の外面９０１２から円筒壁９００６の内面９０１０に延びている。膜は、中心を通過する開口部を有する薄い金属ディスクであることが好ましい。支持体９００４は、ディスクの中心において開口を貫通している。ディスクの外縁は、円筒壁の内面９０１０と接続している。ディスクは、支持体９００４との内側の環状係合、及び壁９００６の内面との外側の環状係合を含むことが好ましい。各係合は、それぞれの表面へきつく嵌っていることが好ましい。膜は、負荷線９０２０において円筒壁８００６へと横方向の負荷を有効に伝達する。伝達は、一方の側でのディスクを通じた圧縮と他方の側でのディスクを通じた伸張との組合せによって行われ、膜が圧縮側で少しでも歪みの傾向を示すと伸張は優勢になる。しかし、膜の薄さは平面から外れた変形を許し、これによってピストン及びピストンロッドの相対的な方向の変化を許すことになる。

図１０は、ピストン端部から離れた負荷線１００２０において横方向の負荷を印加する、ピストンロッドとピストンの間の柔軟な接続を実現するための構成を例示している。この構成は「くるぶし」継ぎ手を含む。

図１０の構成においては、ピストン１０２０は、円筒壁１０００６を有し、ピストンクラウン１０００９によって囲まれている。片持ち梁１０００１は、ピストンクラウン１０００９の内面から延びている。支持体１０００４は、ピストンロッド１００００の先端から延びている。エラストマー性ブロック１０００７が、片持ち梁１０００１及び支持体１０００４と接続されている。エラストマー性ブロック１０００７は、片持ち梁及び支持体の各々と接着剤結合によって接続されていることが好ましい。エラストマー性ブロックの変形は、ピストン及びピストンロッドの相対的方向の変化を許すものである。しかし、これは、同時にピストンとピストンロッドの間の接続部の軸線方向の曲がりにくさを低減させるために、本明細書に説明する別の実施形態よりも好ましいものではない。エラストマー性ブロックは、例えば、デュポンより入手可能な「Ｖｉｔｏｎ（登録商標）Ａ」又は「Ｖｉｔｏｎ（登録商標）Ｂ」等のフッ素ゴム等としてもよい。片持ち梁と支持体の間に、エラストマー性ブロックの替わりに他の弾性接続部が続けられてもよい。例えば、長さの短い小径のバネ鋼ワイヤをどちらの端部においてもそれぞれの部分へ固定することができる。ワイヤは、例えば、その部分にある浅い孔の中へ結合するか、又は一方又は他方の部分を線の端部の上に成形することにより固定することができる。

図１１は、ピストン端部から離れた負荷線１１０２０において横方向の負荷を印加する、ピストンロッドとピストンの間の柔軟な接続を実現するための構成を例示している。この構成は「腰」継ぎ手を含む。

図１１の構成では、ピストン１１００２は、ピストンクラウン１１００９によって囲まれた円筒壁を有する。片持ち梁１１００１は、ピストンクラウン１１００９の内面から延びている。支持体１１００４は、ピストンロッド１１０００の先端から延びている。玉関節が、片持ち梁１１００１と支持体１１００４の間に設けられている。玉関節接続は、ピストン及びピストンロッドの相対的方向の変化を許すものである。玉関節を通して印加される横方向の負荷は、玉継ぎ手の中心に一致する縦軸の位置において有効な負荷線１１００２を有する。例示された実施形態では、玉１１００８は、片持ち梁１１００１の端部に設けられる。対応するソケットは、支持体１１００４の端部に設けられる。ソケット１１００７は、ＰＴＦＥのような適切な低摩擦ベアリング材料のブッシング１１００６内に設けられることが好ましい。

リニアコンプレッサにおいては、ピストン端部に吸入バルブを設置することが有利である。これは、ピストンがほぼ中空であり、突起軸ピンによる障害がない時に達成される。前に説明したように、いくつかの従来型リニアコンプレッサ設計は、ピストンを通る吸入バルブを含んでいる。

従来型吸入バルブが開き始める時、そこに掛かる力は、バルブの前後の圧力差によるものである。この力（１０ｋＰａよりも少ない）は、ニュートンの法則によってバルブを加速する。この加速力は、バルブの変位に伴う通常は線形のバネ力の増加によって時間と共に均衡が取られ、バルブを通る流れが止まり、圧力差がゼロに下降するまで開放状態を保つ。この後、バルブは、バネ力によって弁座に向って加速される。

吸入バルブが動いているピストンの表面にある時は、加速する「座標系」が存在するために上述の解析が更に複雑になる。これは、ピストンの加速によってバルブに掛かる内力により、圧力差に帰する力が助長されるか又は抵抗を受けることを意味する。

最大容量に達しないところで作動しているリニアコンプレッサにおいては、吸入バルブは、慣性力が圧力差による力と対抗する時に開閉する。（これは、「上死点」においてかなり大きな間隙容積があり、この間隙容積に捕捉された高圧ガスが吸入ガス圧に達するまでに相当量のＴＤＣから離れるピストンの移動を必要とするために発生する。この移動は、「下死点」において静止し、方向を転換する前に減速を開始する位置へと運ぶ。）このように、バルブの開放時間の全てに対して、慣性力はバルブの開放量を制限している。

本明細書の一発明によると、ピストンは、そのクラウンを通る複数の入口ポートを有する。
図１５を参照すると、ピストンがピストンスリーブ１５００２及びピストンクラウン１５００４を含む本発明の好ましい実施形態が例示されている。ピストンクラウン１５００４は、ピストンと一体にすることができ（例えば、スリーブ及びクラウンは、中実ビレット又は鋳物から機械加工することができる）、又はピストンクラウンをスリーブとは別に形成し、所定位置に溶接又は結合することができる。例えば、ピストンクラウンは、ビレットから機械加工し、スリーブは、継目無し鋼管から切断して、この２つの構成要素を後に融合することができる。ピストンクラウンは、複数の入口ポート１５００６を含む。図１６で最も良く分るように、複数の入口ポート１５００６は、ピストンクラウンの円周付近における環状アレイに分配されている。一連のスポーク１６００２は、ポート１５００６を分離し、ピストンクラウンのハブ１６００４をピストンクラウンの円周１６００８に接続している。これは、好ましい実施形態ではあるが、その製造の構成において著しい変更を受ける場合がある。例えば、スポークは、ピストンスリーブに直接結合することも考えられる。単一の平面バルブ部材が、ポート１５００６の全てを覆うように設けられることが好ましい。単一の平面バルブ部材は、本明細書の更に別の発明に関連して後に説明する一実施形態によるものとしてもよい。平面バルブ部材１５００８は、ピストンクラウンのハブ部分１６００４の中央に固定することができる。例えば、リベット１５０１０が、平面バルブ部材１５００８及びピストンクラウンの中央開口１６０１０を通じて確実に固定される。バルブ部材のハブは、ピストンクラウンにしっかりと結合することができ、又はハブがピストンクラウンに対して近づくか又は遠ざかるように移動することを許す接続部を有することができる。

複数の入口ポートは、本出願人が認識している同容量（１５ｃｃ未満）の従来技術コンプレッサの構成と比べて非常に大きな開放領域をもたらすものである。本件発明者は、本質的に自由流を得るために十分であるとこれまで考えられていたバルブ開放領域を拡大することにより、実際は性能において著しい改善がもたらされると考えている。本件発明者は、これは、クランク駆動式コンプレッサにおいて一般的であるほぼ単調な調和運動に比べて、フリーピストン式リニアコンプレッサにおいて一般的である全く異なる運動の結果であると考えている。

本明細書の別の発明によると、本件発明者は、ピストンを貫通する入口ポートを有するこのような構成では、吸入ガスがシリンダヘッドを経由するようにヘッドを設定する必要がないことを認識している。この発明では、ヘッドバルブプレートは、注入バルブ及びマニホールド用に必要ではない空間を利用して複数の吐出ポートを有する。

図１５を参照すると、シリンダは、バルブプレート１５０１４によって一端において閉鎖されたシリンダ壁１５０１２によって形成されていることが好ましい。ガスケット１５０１６は、バルブプレート１５０１４とシリンダ壁１５０１２の端部との間に挿入される。後に説明するように、ガスケット１５０１６には実質的は断熱部があることが好ましい。現在説明している発明の好ましい実施形態によると、バルブプレート１５０１４は、複数の吐出ポート１５０１８を含む。かなり多数の吐出ポートを備えることが好ましく、好ましい実施形態では少なくとも４つ、好ましくは６又は７つの吐出ポートを備える。バルブは、吐出ポート１５０１８を閉じるために設けられる。バルブは、片持ち平坦バネバルブを含むことが好ましく、単一平面バルブ部材１５０２０の一部であることが最も好ましい。平面バルブの好ましい形状は、別の発明に関連して後に説明する。平面バルブ部材は、バルブプレート１５０１４の中央に固定することができる。

本明細書の別の発明によると、各吐出バルブの閉鎖の瞬間は、マルチバルブ構成における各バルブの固有振動数を僅かに変更することによって異なるように設定される。閉鎖時間が同時ではなくなるために、これによって吐出パルスが穏やかになり、低騒音へとつながる。各バルブの固有振動数の変更は、バルブの構造に依存するいくつかの方法によって得ることができる。片持ち板バネバルブに対しては、固有振動数は、質量及び剛性分布、バルブがバルブプレートに固定される方法、並びにバルブの後ろに設けられるバルブ止めの有無又はその形状に依存することになる。真に平面であるバルブでは、バルブに対して異なるヘッドサイズを選択することによって固有振動数が異なるように設定することができ、大きいヘッドサイズは、より大きな質量及びより遅い応答を示唆するものである。代替的に又はそれに加えて、バルブのバネ部分の幅はバルブ間で異なり、狭いバネ部分は、低い剛性又は早い応答を示唆する。代替的に又はそれに加えて、平面バルブ部材は、バルブの片持ち長さが変化するような方法でバルブプレートに留めることができ、短い長さは早い応答をもたらす。質量及び剛性は、例えば、材料の切除又は付加等の他の変更によっても影響を受ける。更には、バルブのバックストップは、バルブが開く時に各バルブの有効バルブ剛性を変更するような形状で備えることができる。例えば、バックストップは、バルブバネ部分の基部領域に対して早めの停止接触をもたらすことができ、これによってバルブが開く時にバネ部分が短くなる。これは、単独又はバルブ設計の他の態様との組合せで適用することができ、各バルブに僅かに異なる閉鎖応答を与えるものである。

図１７を参照すると、６ポート平面吐出バルブ１７００２が描かれており、これは、環状ハブ１７００４及びハブ１７００４から延びている６つの放射状バネ部分１７００６を含む。バルブヘッド１７００８は、各バネ部分１７００６の遠位端から延びている。このバルブ部材のバルブの全てが、均一の作動条件（着座、クランプ、及びバックストップ）を享受するのであれば、バルブは同時に閉まることになる。しかし、応答は、バルブの着座、バルブのクランプ又はバックストップを変更することにより変えることができる。

異なるバルブの応答をもたらす図１７のバルブのようなバルブの例は図２０に示されている。バルブ部材２０００２は、環状ハブ２０００４を含み、この環状ハブ２０００４は径方向外方に延びる複数のバルブと、環の中心に配置された追加のバルブとを備えている。バネ部分２０００６のアレイが、環状ハブ２０００４から外向きに延びており、各々は、その遠位端にバルブヘッド２０００８を有する。１つのバネ部分２００１０が、環状ハブ２０００４から内向きに延びており、その遠位端に別のバルブヘッド２００１２を有する。平面バルブ部材は、バルブプレート上に置かれた状態で示されている。破線は、バルブ部材をバルブプレートに固定し、異なるバルブの閉鎖時間及び吐出経路長（後に説明する別の発明による）をもたらす吐出バルブの設置位置を表している。吐出ヘッドの設置位置は、バルブ部材２０００２をバルブプレート２００００に固定する曲面壁２００１４及び２００１６を含む。バルブ部材が所定の位置に固定された状態では、外側の壁２００１４及び２００１６の各々からの各バルブヘッド２０００８の距離は同一ではない。より具体的には、壁２００１４を参照すると、端部２００１８に隣接する壁２００１４の外縁は、端部２００２０における壁の外縁に比較的して、より外側にある。従って、バルブ２００２２に対するバネ部分の有効長は、バルブ２００２４のバネ部分の有効長よりも短い。このためにバルブ２００２２の応答は、バルブ２００２４の応答よりも早い。描かれた実施形態では、７つのバルブは、各々が他の全てと異ならない閉鎖時間を有することができる。例えば、バルブ２００２４及び２００２６の固定は実質的に同一であり、これらのバルブの予想応答は実質的に同一となる。バルブ間で完全に異なる応答をもたらすような吐出ヘッドを固定する設置位置を設定することも可能である。

図１８を参照すると、平面バルブ部材が描かれており、ここではバルブの応答は、各バルブのバネ部分の剛性によって変化する。平面バルブ部材１８０００は、バルブプレートへ固定するための環状ハブ１８００２を含む。バルブヘッド１８００４は、環状ハブ１８００２から外向きに放射状に移動された場所に置かれる。各バルブヘッド１８００４は、バネ部分によってハブ１８００２に接合されている。各バネ部分の幅は全てが同一ではない。例示されている実施形態では、各バネ部分は、同様の縦断面を有するが、異なる幅のものである。例えば、バネ部分１８０１０の幅は、バネ部分１８００８の幅よりも狭く、バネ部分１８００８の幅は、バネ部分１８００６の幅よりも狭く、バネ部分１８００６の幅は、バネ部分１８０１６の幅よりも狭く、バネ部分１８０１６の幅は、バネ部分１８０１２の幅よりも狭い。これは、剛性の増加及びこの系列を通したより高速な応答の移動に対応する。剛性の増加は、バルブの周囲の順番に従う必要はない。

様々な応答がバルブ部材の周囲で順番通りでないバルブが図２２に例示されている。図２２のバルブ部材は、応答がバルブのサイズによって変化する形態を例示している。バルブ部材２２００２は、環状ハブ２２００４、及び外向きに延びている実質的に均一な縦断面を有する複数のバネ部分２２００６を含む。バルブヘッド２２００８〜２２０１３は、各バネ部分２２００６の遠位端に形成されている。バルブヘッド２２００８〜２２０１３は、サイズの増加、従ってより遅い応答によって番号が振られている。あるバルブの応答は、それよりも小さなバルブヘッドを有するバルブの応答よりも遅くなる。バルブ２２００２はまた、できる限り大きなヘッド空間を吐出開口部に利用することの必要性を例示している中央バルブ２２０１４を含む。

図２２のバルブはまた、本明細書の別の発明を具体化するものである。ヘッドサイズの変更は、閉鎖応答だけではなく開放応答をも変化させる。本件発明者は、開放応答がバルブ質量による影響を受け、従って質量の変更が開放速度の変化をもたらすと考えている。バルブは同時に開き始めるが、初期段階においては、大きなバルブの開放度は小さなバルブの開放度よりも低くなる。バルブの時差開放はまた、全ての吐出ポートが均一レベル（バルブ部材の平面に対して）に設けられているわけではないバルブプレートにバルブを固定することにより得られる。バルブ部材がバルブプレートに固定されている状態では、少なくともいくつかのバルブのバネ部分は、閉鎖状態で既に圧迫されている。バルブの時差開放はまた、吐出ヘッドにおける振動を滑らかにする。

本明細書の更に別の発明によると、吐出パルスを滑らかにするために異なる経路長が吐出ポートに設けられる。
吐出経路は、各吐出ポートと吐出ヘッドの排出点との間で異なる長さがあるように配置される。これは、図１９Ａ及び図１９Ｂに示されているヘッドの例、並びに図２０及び図３６のヘッドにおいても例示されている。

図１９Ａ及び１９Ｂを参照すると、異なる長さの吐出経路を得ることができる吐出ヘッドの例が示されている。このヘッドでは、バルブプレートを通じる吐出ポートは、本質的に環状プレナム１９０１８へと開口している。環状プレナムは、円周上の側壁１９００４及び中央の固定栓１９００８により形成される。放射状壁１９００６は、側壁１９００４と栓１９００８の間で延びている。これは、プレナムを横切って環状のチャンバを作り出し、両方の端部で盲端となっている。出口１９００２は、チャンバの一端に設けられる。参照番号１９０１０〜１９０１５は、吐出ヘッドが所定の位置にあるプレナムチャンバへの吐出ポートの概略位置を示している。吐出区域１９０１０から出口１９００２までの経路長は、吐出区域１９０１１からの経路長よりも長く、これは、吐出区域１９０１２からの経路長よりも大きく、これは、吐出区域１９０１３からの経路長よりも長く、これは、吐出区域１９０１４からの経路長よりも長く、これは、吐出区域１９０１５からの経路長よりも大きいことは明白である。

これは、出口でのパルス到着をずらし、従って、吐出配管における信号を低減する。例えば、図１９のヘッドにおいては、経路長の差異（最長値と最短値の間）は６０ｍｍであり、２３０ｍ／ｓの速度（７６０ｋＰａ及び１２０℃のイソブタン中の音速）では、最初と最後のパルス間で０．２６ｍｓの遅延がある。これは、同一の経路長設計の立ち上げ時間の約２倍である。

図２１は、これらの圧力振動の差異を示している。実線２１００２は、一致した経路長の圧力であり、点線２１００４は、不一致な長さのものである。不一致な経路設計の遅い立ち上げ時間は、低周波数の高調波を与え、これによって等しい経路軌跡の減衰領域において見られる共振が励起されない。

吐出経路長の変動を更に具体化している別の実施形態が図２０及び図３６に例示されている。図２０の構成は、上述のように既に簡単に説明している。バルブの閉鎖時間の変動の付与に加えて、図２０の構成は、環状プレナムチャンバ２００４０をもたらすものである。このチャンバからの出口は例示されていないが、これは、中央チャンバ２００４２から軸線方向に沿っていることが好ましい。流れは、端部２００１８及び２００４４間の開口部を通して環状チャンバ２００４０から中央チャンバ２００４２へと進む。従って、この構成では、バルブ２００２４及び２００２６から吐出出口までの経路長が最長であり、バルブ２００１２が最短である。出口通路を、例えば、壁端２００１８及び２００４４間の開口部に隣接して吐出ヘッドの側壁を貫通して横方向に設けてもよい。

図３６を参照すると、他の好ましい吐出ヘッドが示されており、これは、図１９及び図２０の構成と同様の構成を有する。この構成では、吐出ヘッドは、ほぼ円錐形の内部空間３６００４を形成するドーム型の円錐形外壁３６００２を含む。軸線方向の出口通路３６００６は、吐出ヘッドの頂点から延びている。内部では、空間３６００４が放射状壁３６０１０〜３６０１５のアレイ及び中央環状壁３６０１６によって分割されている。環状壁３６０１６は、吐出ヘッドの頂点において出口通路３６００６に通じる中心軸チャンバを形成している。分割壁３６０１０〜３６０１５は、中心軸チャンバを取り囲む複数の周囲軸チャンバを形成する。バルブプレートへと組み立てられた時に、吐出ポートは、各軸チャンバ内に開口するように意図されている。壁３６０１１〜３６０１５は、環状壁３６０１６のレベルよりも低く引っ込んでいる。代替的に、これらの壁は、環状壁のレベルよりも下の切り欠きを含むことができる。環状壁３６０１６は、放射状壁３６０１０に隣接する切り欠き３６０２２を含む。放射状壁３６０１０は、環状壁３６０１６と同じ高さである。吐出ヘッドがバルブプレートに対して所定の場所に固定された状態では、壁３６０１１〜３６０１５の押えられたレベルは、周囲軸チャンバから中心軸通路への通路を形成する。チャンバ３６０２３から軸方向通路３６０２９までの経路長は、チャンバ３６０２４からの同等の経路長よりも長く、これは、チャンバ３６０２５からの同等経路長よりも長く、これは、チャンバ３６０２６からの同等経路長よりも長く、これは、チャンバ３６０２７からの同等経路長よりも長く、これは、次に、チャンバ３６０２８からの同等経路長よりも長い。軸チャンバはまた、吐出ヘッドにおける消音器として作用するものである。

本明細書の更に別の発明によると、入口ポート及び／又には吐出ポートには、非線形戻り力を有するバルブが設けられる。バルブが開く時に剛性は増す。これは、バルブの移動を制限するための止め具を必要としないという利点を有する。他の設計では、バルブに過度の応力がかからないように止め具を必要とする。

これは、吐出バルブに対しても実施することができるが、吐出の構成に関する本発明の好ましい形態は、上述のように説明済みである。現在説明中の発明による吸入バルブの一形態は、図２４に例示されている。これは、端部が連続リング２４００６まで外向きに延びている複数のスポーク２４００４の中心にハブ２４００２を有する。バルブは、奇数本のスポークを有することが好ましい。

吸入バルブに対する一般的な条件では、バルブの大きな変位を得ることが困難であり、従って、バルブの周囲長を増加できない限り、圧力降下が比較的大きくなる可能性がある。ポートの直径の増加は、バルブの応力を増す可能性があるために、周囲長の増加は困難である。本発明の好ましい実施形態によると、入口ポートは、ピストンクラウンを通る環状の一連のポートである。図１６は、このようなポートを含むピストン端部を示している。この形状は、応力を低く抑えながら周囲長をかなり増加させるものである。本明細書の更に別の発明によると、好ましい吸入バルブの周辺リング２４００６は、環状の一連のポートを囲むものである。両方の発明により、ハブ２４００２はピストンに固定される。スポーク２４００４は、バルブバネの役割を果たしている。バルブが開きスポーク２４００４が撓むにつれて、スポーク内に張力が発生し、これは、２４００６から抵抗を受ける。この張力は、更に別の撓みを抑制し、バルブの剛性を増加させる。誘発された張力は、バルブ開放の撓みが増す時に増大する。

このバルブは、その好ましい変形モードで図２５に例示されている（正射投影図）。好ましい変形モードでは、外側リング２４００６は、実質的に平面を保つが、スポーク２４００４からの張力下で僅かに不規則又は切頭円錐形に変形することができる。ハブ２４００２は、その中心において曲げを許すか又は禁ずるようにピストンクラウンに固定することができる。ハブの中心における曲げを許す接続部は、ハブの中心における曲げを禁ずる接続部に比べてバルブの剛性を低減させる。このようなクラウンに確実に固定されたバルブの剛性を増加は、図２６のプロットにより示されている。プロットは、横の目盛２６００４の周辺リングの瞬間開放変位の値に対して縦の目盛２６００２のバルブの瞬間剛性の値を記している。

スポークの数が偶数本の時には、バルブの対称性は、バルブの２つの相対する側が最大に持ち上がる傾向があるのに対して、これらの側に垂直な２つの側が最小量持ち上がるか又は時として全く持ち上がらないという望ましくない変形モードを発生させる可能性があることが分っている。この結果は（図２７における正射投影図に例示されている）、バルブが少数の奇数本のスポークを有する場合、より具体的には３つ又は５つのスポークを有するバルブにおいては観測されない。従って、３つ又は５つのスポークのバルブが好ましいものである。

図２３を参照すると、ハブスポーク及び周辺リングを有するバルブの変形が例示されている。この変形では、スポークは、放射状の広がりを有するが、ハブ２３００４と周辺２３００８の間で湾曲した経路を辿っている。各スポーク２３００６は、ハブ２３００４に近い端部２３０１０及びリング２３００８に近い端部２３０１２を有する。各端部は、それぞれのハブ又はリングに実質的に放射状の方向に融合することが好ましい。端部２３０１０及び２３０１２間の経路において、各スポークは、ハブ２３００４及びリング２３００８間の空間に実質的に正確に延びている部分２３０１４を含む。この実施形態によるバルブ部材は、図２４において例示されているバルブ部材に比べてかなり低い剛性を有する。しかしこの場合でも、剛性は変位と共に増大する。

この発明の別の態様によると、上述のようなバルブ入口は、浮遊する構成でピストン面に取付することができる。バルブは、優勢な圧力及びピストンの加速の影響下で変形することなしに位置を変える。これは、バルブを閉鎖するためのバルブバネが存在しないことを意味するが、バルブの閉鎖は、ピストンの加速がピークに達するＢＤＣ付近で発生するはずであるから、十分な閉鎖効果を期待することができる。

吸入ガスの温度が低い場合、ガスの密度は増加し、これによってコンプレッサが圧縮においてより有効なものになることは当業者には公知である。従って、吸入ガスをできる限り低温に保つことが重要である。これを行う方法に対して説明が為されており、多くの特許が付与されてきた。例えば、米国特許第４，９６０，３６８号及び米国特許第５，０３９，２８７号である。
コンプレッサ内の熱のほとんどは、ガスの吐出ヘッドへの圧縮による熱から生成される。（残りはモータから来るものである。）この熱の一部は、ガスの吐出に伴って運び出される。この残りは、周囲の容積へと拡散し、シェルを熱し、そしてこのシェルが大気中へ熱を拡散させる。

イソブタンを用いた標準化された試験条件（国際標準規格ＩＳＯ９１７「冷却用コンプレッサの試験」）では、６０ｋＰａ及び３２℃における注入ガスが７６０ｋＰａに圧縮される。これが等エントロピー過程（高速コンプレッサに対して良い近似である）である場合、温度Ｔ_dischargeは、以下の式により概算することができる。

これによると、ｋ＝１．１のイソブタンに対しては１１１℃の温度が生じる。この高温は、シェル内のポンプの周囲のガス（シェルガス）を加熱する。このガスは、ポンプへ導入される前に注入ガスと混ざり合うために、圧縮開始時のシリンダ内のガス温度は、３２℃を超えてかなり高い。いくつかの場合には、この温度は、７０℃にまで上昇することがあり、１５８℃の等エントロピー吐出温度を発生させる。圧縮の仕事量は、以下の式から見出される。

従って、この温度上昇は、１２５Ｊ／ｇ〜１４０Ｊ／ｇの仕事量の増加又は同量のイソブタンを圧縮する力の１２％の増加を発生させる。

従来技術は、この温度上昇を回避する２つの方法を示している。直接吸入により、注入ガスがコンプレッサの入口ポートに直接取り込まれる。シェルガスが注入ガスと同様の圧力を保つように、小さな孔が注入ダクトに設けられる。半直接吸入では、シェルガスに対してより大きな孔を有し、この孔は、著しい熱又は質量移送なしに圧力変動が最小になるように、注入ガス流への及び注入ガスからの一部の流れを許すように設計されている。これは、吸入処理の断続特性により誘発される速度の揺らぎによって大きな圧力降下を生む直接吸入の不利な点を克服するものである。
残念なことに、半直接吸入は、吸入バルブがピストンの表面にあるコンプレッサにおいては実施が困難である。

本明細書の一発明により、本件発明者は、吐出ガスからコンプレッサの周囲への熱流制限を試みる。
本発明の一態様において、吸入ガスは、高温ヘッド及び吐出配管の反対側の端部からシェルへと入ることを許される。従って、ポンプのヘッド端部における高温ガスから吸入ガスを孤立化することは実行可能である。
一実施形態によると、コンプレッサのヘッド端部からのガスの他端のガスとの混合は、長いバッフルによって制限されている。図２８は、この実施形態を例示している。コンプレッサ２８００２は細長く、ヘッド端部２８００４及び注入端部２８００６を含む。コンプレッサは、細長い外包シェル２８００８内に配置されており、好ましくはその移動がシェルから隔離されるようにシェルの内部に支持されている。シェル２８００８は、吸入口２８０１０及び吐出口２８０１２を含む。環状バッフル２８０１４は、コンプレッサ２８００２の長さに沿った中間点においてシェル２８００８内に嵌められている。バッフル２８０１４は、コンプレッサのシリンダ領域に設けられていることが好ましい。バッフル２８０１４は、シェル２８００８内のガス空間をヘッド端部ガス空間２８０１８と吸入端部ガス空間２８０２０とに分割する。限定された環状クリアランス２８０２２が、バッフル２８０１４とコンプレッサ２８００２の間に設けられ、これによって作動中のコンプレッサの移動が許される。吸入口２８０１０は、吸入ガス空間２８０２０に入る。吐出口２８０１２は、ヘッド空間２８０１８から出ており、コンプレッサの吐出ヘッド２８０１６に接続されている。吐出パイプ２８０２４は、ヘッド端部の空間２８０１８のみを通っている。コンプレッサの作動により、吸入ガスは、吸入口２８０１０を通してシェルへ入り、吸入空間２８０２０及びピストン２８０２６の本体を通して圧縮空間２８０２６へと引き込まれる。この流れは、矢印２８０３２によって示されている。ガスは、圧縮空間２８０２６から吐出ヘッド２８０１６内のチャンバ２８０４０へ吐出し、ここから吐出管２８０２４を通って吐出口２８０１２においてシェルを抜け出る。この構成では、高温吐出ガスは、コンプレッサのヘッド端部のみと接触し、このヘッド端部は、次に、周囲を囲む空間２８０１８のガスに熱を吐出する。これらのガスは、バッフル２８０１４によって空間２８０２０内の吸入ガスとの混合から実質的に隔離されている。この構成では、シリンダヘッドの周りのガスとの自由な混合が許されている場合と比べて、吸入ガスは幾分温度が低い。
端部から端部へのガスの移動を制限するバッフルは、図２８にあるようにシェルの内側に付加することができ、又は、図２９にあるようにシェルの製造工程中にシェルの一部分として形成することができる。

図２９の実施形態では、シェルの内部に収容されて示されているコンプレッサは、図２８にあるコンプレッサと実質的に同一のものである。コンプレッサ２９００２は細長く、ヘッド端部２９００４及び吸入端部２９００６を有する。コンプレッサは、細長いシェル２９００８内に配置されている。シェル２９００８は、一端に第１のローブ２９０４２、他端に第２のローブ２９０４４を有する。ウエスト又はネック部２９０４０は、ローブ２９０４２及び２９０４４間に位置する。ウエスト又はネック部２９０４０はまた、コンプレッサのための移動クリアランスとなる狭い環２９０２２を残してコンプレッサの外面に接近している。シェル２９００８は、吸入口２９０１０及び吐出口２９０１２を含む。ヘッド２９０１６及び吐出パイプ２９０２４は、両方とも完全に第１のローブ２９０４２内に位置する。吸入ガスは、吸入口２９０１０から第２のローブ２９０４４の内部２９０２０及びピストン２９０２８の内部を通って圧縮空間２９０２６へと進む。このように、これらの吸入ガスは、吐出ヘッド２９０１６及び吐出配管２９０２４により熱せられたガスとの混合からある程度隔離されている。

図２９のシェルの構成は、本明細書の別の発明の好ましい実施形態でもある。この発明は、一般的に細長いコンプレッサに適するものである。従来技術では、家庭用冷蔵庫のためのコンプレッサは、一般的に低い縦横比の太ったシェルに収容されてきた。このようなシェル内に適合するコンプレッサもまた、低い縦横比のものであった。本明細書で説明してきたものなどのリニアコンプレッサの一利点は、それらが細長く、高い縦横比を有するように作ることができることである。従って、コンプレッサに対して同様の縦横比を有するシェルに収容されると、このコンプレッサは、少なくとも一軸において小さな寸法を占有することができる。これによって、家庭用冷蔵庫では、必要とされる機器の占有領域の容積を低減させることができ、及び／又は冷蔵庫の利用可能な内部形状を改善することができる。本件発明者は、細長いコンプレッサを収容するためにこれまでに試されてきた細長いシェルが、一様に均整の取れたシェルに収容されている更に古い型のコンプレッサと比べて、過度に高騒音のコンプレッサ装置の要因になってきたことを見出した。本件発明者は、従来技術のシェルは、収容されているコンプレッサによって簡単に励起される低い共振周波数を与えてきたと考えている。特に、低い共振周波数は、より高い共振周波数を有するより古い型の縦横比のシェルよりも作動中のコンプレッサの低次の高調波によって励起される可能性がある。これらのより低い高調波は、より大きな付随エネルギを有し、より大きなシェルの励起及びより大きな騒音へと導くことになる。この問題の解決において、本件発明者は、細長いコンプレッサを収容するために、より高い最低共振モードを有するシェル形状を提案している。本件発明者の提案した設計は、より高い固有の形状剛性を有し、従って、より高い最低共振モードを有する。形状の好ましい特徴は、図２９のウエスト又はネック部２９０４０によって示されているような外面にある環状中空及びあらゆる方向における直線の欠如を含む。特に、各々が丸い形状であり、丸い形状のウエスト部で接合している第１及び第２のローブを有する図２９にあるような形状は、図２８に描かれているような円筒形シェルに比べると低騒音特性を示すものである。図２９のシェルの各ローブは、究極の形状剛性を有する球により近いものであると考えられる。図２９のシェルの最低励起モード周波数は、同様のサイズの図２８にあるようなシェルの最低励起モードに比べて３０％を超える量でそれよりも高くなっている。また、線形表面の欠如は、定常波の形成を妨害して「不規則」内部反射を促すので、図２９のシェルが有効であるとも考えられている。従って、騒音の内部減衰は改善される。狭い環形領域２９０２２へのテーパはまた、消音器としての役割を果たし、内部騒音の減衰に有効であると考えられる。

本発明の更に別の態様によると、吐出ガスは、シェルガス及びコンプレッサ本体の両方から断熱されている。図２８及び図２９を参照すると、ヘッドの断熱の好ましい方法は、内側（又は外側）にガスの薄層（２８０７２、２９０７２）を閉じ込めるためのライナ（２８０７０、２９０７０）を有することである。間隙の距離が小さいことにより、流体に印加されるトルクが弱すぎて対流セルが形成されないことが保証されるために、このガスは、対流によって熱を移動させることができず、従って、熱は、ガスを介した伝導（ほとんどのガスは非常に弱い伝導体であるために、これは非常に低い）及び放射（これは表面の放射率を低減することにより最小化することができる）によってのみ伝達される。

間隙の最適幅は、コンプレッサに用いられる意図された条件に従って変化することになる。パラメータが、レイリー数が２×１０⁴よりも小さくなるようなものであるならば、対流は無くなる。例えば、イソブタンを用いて、定常作動における内壁の期待温度と外壁の期待温度との間の温度差が５０℃である場合、２×１０⁴のレイリー数は、約２ｍｍの間隙を示唆している。間隙サイズのいかなる増加も、熱伝導における更に別の減少を一切生むことはせず、有害にもヘッドの外側の表面積を増大させるだけである。

ヘッドの断熱によるバルブプレートの平均温度上昇は避けられず、これによってシリンダ本体へ又はこれに沿ってより多くの熱が伝わる可能性がある。本発明の更に別の態様によると、ポンプの吸入端部への熱流を低減するために、低熱伝導性ガスケット（例えば、図２９の２９０６０）が、ヘッドとシリンダの間に設けられる。
ガスケットは、ポリマー材料であることが好ましく、１０００Ｗ／ｍ²Ｋよりも小さい熱伝導率を与える熱伝導性及び厚さを有し、例えば、１．５ｍｍ厚の合成繊維充填材を有する二トリルゴム結合剤のガスケットは、約６００Ｗ／ｍ²Ｋの熱伝導率を有する。

シリンダ及び従って固定子は、±１ｍｍで振動するので、リニアモータとの電気接続において信頼性の問題が発生する可能性がある。同じ問題は、吐出導管に関しても発生しかねない。
「曲りくねった」ワイヤをハウジングに取付された「フューサイト」密封コネクタへ直接導くことによって電気接続を除去することによる利点を得ることができる。

本明細書の一発明によると、移動するコンプレッサから固定されたコネクタへの特別に設定された経路により、疲労応力が最小値に保たれる。電気接続におけるこの経路の好ましい実施形態は、図３４及び図３５に例示されている。
各リード３４００及び３４０２は、移動方向に平行な平面内に移動するループを有する。ループ端部は、曲げモーメントに抵抗するために接続されており、「組込み」端部としての役割を果たすものである。好ましいループは、動いている構成要素（組み立てられたコンプレッサ）に接続した第１の直線区域３４０４及び固定された構成要素であるコンプレッサのシェルに接続した第２の直線区域３４０６を含む。第１及び第２の直線区域３４０４及び３４０６は、両方ともコンプレッサの振動の主たる供給源であるピストンの往復動軸に平行である。第３の横切る方向の直線区域３４０８は、第１の直線区域３４０４と第２の直線区域２４０６との間に延びている。放射状コーナ３４０７及び３４０９は、第１と第３及び第２と第３の直線区域をそれぞれ接合している。コーナ３４０７及び３４０９の曲率半径は、可能な限り小さくなるように選択されることが好ましいが、製造の便宜性及び材料の歪み制限も考慮される。曲線は、欠陥を引き起こす歪みを誘発するほど小さくしてはならない。

ループの端部は、ワイヤそれ自体の端部ではないことが好ましく、ワイヤは、巻き上げられてコンプレッサのシェルを通じたフューサイトコネクタへ導かれる途切れのない経路におけるリードである固定子のワイヤの連続した延長部である。しかし、ループの端部は、本質的には組込みであり、それらが接続するそれぞれのコンプレッサ構成要素への関係において剛性に保持されているために、ワイヤ内の伝導継ぎ手は、そうでない場合程不利ではない。ループの各端部は、ワイヤの直径よりもかなり大きい深さでチャンネル内に保たれていることが好ましい。ワイヤは、チャンネル内にきつく嵌合し、チャンネルは、それぞれの構成要素に接続されている。例えば、ワイヤの端部３４６０は、開いた側の導管のチャンネル３４６３に嵌合し、このチャンネルは、続いてコンプレッサのシェルに固定されている。端部３４６２は、固定子の巻き取りを押えているプラスチックのボビン３４６８の端面から延びて開いたチャンネル３４６７に固定されている。ワイヤは、ワイヤの直径よりもかなり大きな深さまでチャンネル内へ入り込んでいる。

図３４を参照すると、第１及び第２の直線区域３４０４及び３４０６の長さはＬである。横断している直線区域３４０８は、長さＨである。歪み無しモードにおけるループは実線で示されている。歪みモードは、振道中のコンプレッサの変位をＸとして図３２に例示されている。一般的に、本発明のコンプレッサは、±１ｍｍの変位で振動することになり、直線区域の有効長は、Ｌが１０〜２０ｍｍの程度であり、Ｈは、２０〜３０ｍｍの程度であることが分っている。図３２に示されている歪みモードは誇張されている。

図３２は、ワイヤに沿った理論的な曲げモーメントの分布を示している。曲げモーメント分布は、コーナの半径がゼロであると仮定して幾分理想化されている。
曲げモーメント分布において、平行な直線区域３４０４及び３４０６の組込み端部及びシェルに対する移動中コンプレッサの変位の方向でのこれらの区域のアラインメントは、平行な直線区域３４０４及び３４０６の長さに沿った純粋な曲げ（それぞれ、一定の曲げモーメント３４１６及び３４２２）であることが分る。この一様な曲げモーメントのマグニチュードＭは、ワイヤループの長さに沿った最大曲げモーメントである。第１の平行区域３４０４の曲げモーメント３４１４は、第２の平行区域３４０６の曲げモーメント３４２４に大きさが等しく、符号が反対である。横断区域３４０８の曲げモーメントは一様ではなく、第１の平行区域３４０４における曲げモーメント３４１４に大きさと符号が等しい曲げモーメント３４２６と、第２の平行区域３４０４における曲げモーメント３４２４に大きさと符号が等しい曲げモーメント３４３０との間の線形移行を達成する一様な剪断力によって特徴付けられる。横断区域３４０８に沿った中間の点３４２８では、曲げモーメントは、図３２に例示されている歪みモードにおける屈曲点３４５０に対応して実質的にゼロである。領域３４０８により表されているように、点３４２８から最大値３４２６へと曲げモーメントは線形的に上昇し、領域３４２０においては、線形であるが符号が反対となり、最小値３４３０へと向っている。

この最大モーメントＭは、以下の式により求められる。

ここで、Ｅ、Ｉ、及びｘは、それぞれ、弾性係数（Ｃｕに対して１６００ＧＰａ）、慣性モーメント、及び変位である。直径ｄのワイヤに対する最大交替応力は、以下の式で与えられる。

与えられた接続ワイヤの長さに対して、最適に低いＭは、理論的な計算によるとＬ＝（１／６）Ｈで得られる。しかし、このモデルは、変形によって発生する鉛直力が考慮されていない。実際には、これらは、より長い平行アームの使用を選択することにより最も良く低減される。このモデルは、応力がＬの変化よりもＨの変化により敏感であることを示している。これは、最も信頼性に欠ける設計が比較的小さなＨを有していたという本件発明者の経験によって確認されている。本件発明者はまた、Ｌが大き過ぎると、より高いモードの振動が発生する可能性があることも発見した。

この発明はまた、例えば、圧縮ガス吐出配管等のコンプレッサとシェルの間の他の接続にも適用することができる。このような構成は、図２９に例示されている。
家庭用冷蔵庫におけるコンプレッサは、他の騒音発生構成要素へと伝達される振動により、直接的又は間接的のいずれにせよかなりの騒音源になる可能性がある。
コンプレッサにおける騒音及び振動の水準のかなりの部分は、吸入側及び吐出側のガスの振動により生成される。他方は、ポートを囲む表面へのバルブの衝撃である。

本明細書の更に別の発明によると、ピストンの開口端における追加物によって生み出される調整された容積がピストンの内部に設けられる。追加物は、リニアコンプレッサの作動周波数に近い周波数において調整されたヘルムホルツ共振器を形成するための入口比に適正な容積を生むように成形されている。図３０は、好ましい実施形態を例示している。
図３０は、本出願における本発明のいくつかを組み込んでいる好ましいピストンアセンブリの断面側面図である。このピストンアセンブリは、ピストンスリーブ３０００２及びピストンクラウン３０００４を含む。軸線方向に剛であり、横に柔軟なロッド３０００６は、ピストンクラウン３０００４の内向きの表面に接続されている。軸線方向に剛であり、横に柔軟なロッドはまた、クラウン３０００４から遠位の端部においてピストンロッド３０００８に固定されている。ピストンロッド３０００８は、コンプレッサの主バネへと延びており、リニアモータ磁石を備えている。ピストンロッドからの環状片持ち梁３００１０は、柔軟なロッド３０００６の周囲にピストンクラウン３０００４に向けて延びている。片持ち梁３００１０は、その開口端に環状実矧ぎ３００１２を含む。横ディスク３００１４は、この実矧ぎ３００１２に取付られている。横ディスク３００１４はまた、ピストンスリーブ３０００２の内面付近まで延びている。Ｏリング３００１６は、実矧ぎ３００１８内に置かれ、ピストンスリーブの内面を支持している。ピストンクラウン３０００４は、その周囲に隣接した環状アレイとして一連の吸入口３００２０を含む。コンプレッサへの吸入ガスは、ピストンの中を通過する。ディスク３００１４は、片持ち梁３００１０に接続するディスクのハブと、Ｏリング３００１６を受けるディスクの縁部との間の領域の周りに配置された複数の開口３００２２を含む。ディスク３００１４は、ピストン内の開放空間を第１のチャンバ３００２４及び第２チャンバ３００２５へと分割する。チャンバ３００２４及び３００２５は、開口３００２２によって接続されている。チャンバ３００２９は、ピストンスリーブ３０００２の開口端３００２８においてピストンロッド３０００８に固定されている。チャンバ３００２９は、チャンバ３００２９の外面とピストンスリーブの開口端の内面との間に形成された環３００３２へ開いている入口３００３０を有する。入口３００３０は、チャンバ３００２９内に短く突き出ているスタブ管を含む。

チャンバ３００２９内に同じく延びている盲端管３００３８は、同じく環３００３２へと開いている。盲端管３００３８は、チャンバ３００２９の内部には開いていない。
この構成は、ピストンを通じた吸入流を有するコンプレッサの構成における騒音低減特性の有用な組合せを提供する。特に、ディスク３００１４を通る通路３００２２によって接続されているチャンバ３００２４及び３００２５は、チャンバ３００２５への流入制限により（環３００３２によってもたらされる）、良好なマフラーとして働くものである。チャンバ３００２９における容積及び入口３００３０の寸法は、例えば、マフラーによって付随的に誘発される中程度の周波数振動を除去するように調整されたヘルムホルツ共振器として働くように選択される。管３００３８は、高周波脈動を除去する四分の一波側枝共振器として作用する。開口３００２２の位置、長さ、及び面積、並びに環３００３２の寸法もまた、ピストンクラウンを通じた圧縮チャンバへの誘導を改善するために、ピストンの吸入側における圧力脈動を段階化するように調整される。

図３１は、図３０の構成の理論的均等物を例示している。図３１Ａは、吸入ポート３００２０における仮想圧力対時間波形を例示している。図３１Ｂは、環３００３２の出口３００４０における仮想圧力対時間波形を例示しており、波形の主要なピークは、チャンバ３００２４及び３００２５によって形成されるマフラーによって減衰される。図３１Ｃは、共振管３００３８とチャンバ３００２９への入口３００３０との間の環３００３２における仮想波形を例示している。更に選択された高周波数は、四分の一波側枝共振器によって除去される。図３１Ｄは、環３００３２への入口３００４８における仮想波形を例示している。残りの選択された主要な波形は、主要な基本周波数を有する波形を残して、コンプレッサの作動周波数に対応して除去されている。

従来技術においては、囲まれたシェル内にコンプレッサを支持することが一般的な慣習である。一般的に使用されている支持構成は、複数のコイルバネである。各コイルバネは、一端においてシェル、及び他端においてコンプレッサに固定されている。各接続部は、ゴム端ノードの上に取付するなどによりモーメントを伝達するように形成されている。バネが振動するコンプレッサ構成要素は、一般的にコンプレッサの作動による振動運動を受けるように意図されている。バネは、振動運動がバネ内に横撓みを生むような形でコンプレッサの下に配置されている。コイルバネは、横撓みには比較的柔軟ではあるが、何らかの求心効果を生むことは確かである。しかし、この求心力は、結果としてトルクを発生させ、このトルクは、次に、支持バネの線形撓みによって拘束される。これは、コンプレッサの駆動から生じる振動平面に平行な軸に関するコンプレッサの揺動運動を発生させる。本件発明者は、この付加的な揺動運動が騒音及び振動の供給源であると考えている。

図１３、１４、３７、及び３８を参照すると、本明細書の更に別の発明により、支持バネの構成、及び特にそれらの長さ、及びコンプレッサ及びシェルとのそれらの接続部の位置は、正味ゼロのトルクが支持バネからの求心力によってコンプレッサに対して生じるように選択される。
この発明の一態様によると、これらのパラメータは、横移動中に上部支持バネ端部を平行に保つために必要とされるトルクが、移動中コンプレッサの構成要素の質量中心の周りに働いている戻り力の結果となるように選択される。

自由長に沿って対称である支持バネに対しては、好ましい構成は、バネの中点が動いている部分の質量中心の振動（又は往復動）の平面と共面であることである。リニアコンプレッサに対する好ましい実施形態が図３７に例示されている。この実施形態では、コンプレッサ３７００７も垂直方向に対称であり、シリンダハウジング３７００４は、基本的に作動下の単一移動軸を有する。この軸は、コンプレッサシリンダの中心線３７０１０と一致する。バネ３７００６は、各々、ハウジング上の上部取付点３７００７及びシェルの下部取付点３７００９に接続する。各接続部は、「組込み端部」として挙動するモーメント伝達接続部である。接続部の１つの好ましい形態は、図３８に例示されており、バネのコイル内にきつく嵌合された対応する栓３８００４の上に各バネの各端部の端部コイル３８００２を取付することを含む。栓３８００４は、それぞれのコンプレッサ又はシェルにしっかりと接続され、例えば、柱３８００６に結合される。栓３８００４は、硬質のプラスチックであることが好ましい。

この発明の好ましい形態においては、コイルバネは、それらの中点３７０１２に対して対称であり、バネのコンプレッサ及びシェルへの固定方法の特徴は、バネのどちらの端部においても同じである。従って、コンプレッサとシェルの間の各接続部の曲げ中心（本明細書で定められている通り）は、それぞれのバネの中点にある。バネの幾何学的配置の変更及び／又はそれぞれの取付点の特徴は、リニアコンプレッサとシェルの間の各接続部の曲げ中心の変更をもたらすであろう。従って、この発明による最適性能に対して、得られる曲げ中心は、シリンダアセンブリの質量中心の振動平面内にあるべきである。

コイルバネと同様に、本発明は、求心力をもたらすが全体として軸線方向よりも横方向にかなり剛性が低い他の支持部材の使用の可能性を想定している。例えば、リニアコンプレッサにおける予測振動の線形特性を有するとすれば、実質的に垂直に整列した板バネも可能であろう。
好ましいリニアコンプレッサは、その中心線に対して実質的に垂直方向に対称であるから（この中心線に関して依然として均衡している主バネは含まない）、シリンダに対して固定されて実質的に剛性関係にある構成要素の全てを含むシリンダアセンブリの質量中心は、コンプレッサの中心線３７０１０上にある。作動においては、シリンダアセンブリに対して駆動されるコンプレッサ構成要素の全てはまた、コンプレッサの中心線上にそれらの質量中心を有する。移動中の質量は、それらの質量中心がコンプレッサの中心線に沿って振動するように往復動する。コンプレッサは、非常に低い剛性を有するヘッド端部における圧縮ガス出口接続部以外は、支持バネ３７００６上に実質的に自由に懸架されている。従って、シリンダアセンブリは、全体のリニアコンプレッサの質量中心を実質的に定常に保ちながら、ピストン部分の運動に対して反対に振動する。従って、シリンダアセンブリの質量中心は、リニアコンプレッサの中心線に沿ってピストン部分の振動と１８０°位相をずらして振動する。

シリンダ部分の振動は、本質的には単一の線に沿っているので、振動平面は、この線を含むあらゆる平面とすることができる。簡単のためには、水平面であることが好ましい。他の配向は、バネ及び取付点の更に精緻な構成を必要とするであろう。従って、バネの中点がコンプレッサの中心線を通る水平面と一致するためには、バネがコンプレッサの周囲の外側にあり、各バネがコンプレッサ重量を実質的に等しく共有することになるように、複数のバネがコンプレッサの周囲に置かれていることが好ましい。２対の支持バネが設けられて各対のバネがコンプレッサの相対する側に取付られている図３７に例示されているコンプレッサに対しては、これは、コンプレッサの質量中心３７０１６がバネ３７０２２の第１の対とバネ３７０２４の第２の対との間の中間に位置するようにコンプレッサを支持することにより達成される。

この発明の異なる態様によれば、支持バネの構成は、どの単一バネからの得られるトルクも他のバネからのトルクと均衡が取られ、すぐ近くで消滅するように選択される。この態様による一実施形態は、図１３に例示されており、別の実施形態は、図１４に例示されている。
図１３の実施形態では、分離バネが、振動平面１３００２上の取付位置１３００４においてコンプレッサに接続されている。各位置１３００４において、上部バネ１３００６及び下部バネ１３００８は、取付の対向する側に当接する。上部バネ１３００６は、コンプレッサシェルの上部領域に固定されたモーメント抵抗コネクタ１３０１０に接続するように延びている。下部バネ１３００８は、シェルの下部領域１３０１４に固定されたモーメント抵抗コネクタ１３０１２に接続している。上部バネ１３００６及び下部バネ１３００８は、コンプレッサがシェル内の所定の位置に置かれて下部バネ上に静止している時に、上部及び下部バネの長さ並びにバネの横方向の剛性が実質的に同じになるように選択されることが好ましい。上部及び下部バネのコンプレッサマウント１３００４への接続もまた、例えば図３８に描かれているようにモーメント抵抗接続である。
図１３のコンプレッサの作動において、線形（又は平面）振動運動は、バネの横撓みにより許される。各個々のバネは、そのそれぞれのコンプレッサマウント１３００４に反作用トルクを印加する。しかし、各下部バネ１３００８によって印加される反作用トルクは、対応する上部バネ１３００６によって印加される反作用トルクによって対抗を受ける。

図１４の実施形態は、平面振動運動よりも線形振動運動を示すリニアコンプレッサに特に適応している。線形ではない平面振動運動では、分離バネの軸は、振動平面に対して全て平行及び垂直であることが望ましい。振動が線形である場合は、バネは、振動軸に対して平行及び垂直であることだけが望ましい。これは、図１４における実施形態では明白である。分離支持体は、コンプレッサ１４００２のどちらの端部にも装備される。各分離支持体１４００４は、複数の支持バネ１４００６を含む。分離バネ１４００６は、中央ハブ１４００８から周辺リング１４０１０へと延びている。ハブ又はリングの一方は、コンプレッサ１４００２に固定されている。他方のハブ又はリングは、コンプレッサシェル１４００７に固定されている。これは、周辺リングによって例示されているが、単に便宜上の目的によるものである。バネに対する周囲支持体は、シェル又はコンプレッサ、又は必要に応じてそれらからの延長部に向けることができるであろう。例示されている実施形態では、中央ハブ１４００８は、軸又はバネがコンプレッサの中心線に垂直であり、かつこれに交差するように、実質的に中心線上にあるコンプレッサに接続される。支持リング１４００４は、コンプレッサの組立を助けるものであり、コンプレッサアセンブリが、その後に取付される上半分のシェルによって完全に支持された下半分のシェルの中に落とされることを可能にしている。各バネ１４００６は、先に図３８を参照して説明したように、どちらの端部においてもモーメント抵抗コネクタと接続することができる。コンプレッサの作動においては、いずれかの組のバネの１つによって印加されるどのような反作用トルクであっても、同じ組の他のバネによって印加される反作用トルクによって打ち消され、従って、これらの印加されたトルクは、コンプレッサに対する分離支持体の軸線上の位置内で均衡が取られ、結果的なトルクを残さず、従って、他の支持位置での結果的な反作用力を必要としない。

ＷＯ０２／３５０９３による従来型リニアコンプレッサの上方からの部分分解組立図である。 コンプレッサヘッドを除く図１のコンプレッサの拡大分解組立図である。 図１のコンプレッサのコンプレッサヘッドの分解組立図である。 密封ハウジングを取り除いた図１のコンプレッサの断面側面図である。 本明細書の一発明により使用された流体力学ベアリングに付随する様々なパラメータを例示する線図である。 本明細書の一発明により変更されたピストンプロフィールを有するピストン及びシリンダ壁の断面側面概略図である。 図５Ｂの発明の代替的実施形態により変更されたピストンプロフィールを有するピストン及びシリンダ壁の断面側面概略図である。 図５Ｂの発明の好ましい実施形態を形成する方法を例示する化学加工槽を通る断面図である。 ピストンスリーブ上にディスク及びＯリングベアリングを含む本明細書の別の発明の一実施形態によるピストンとピストンロッドの間の柔軟な接続部の断面側面図である。 ピストンスリーブの内面と接続ロッドの間に延びる膜を含む本明細書の発明の一実施形態によるピストンとピストンロッドの間の柔軟な接続部の断面側面図である。 可撓性継ぎ手を含む本明細書の発明の一実施形態によるピストンとピストンロッドの間の柔軟な接続部の断面側面図である。 玉継ぎ手を含む本明細書の発明の一実施形態によるピストンとピストンロッドの間の柔軟な接続部の断面側面図である。 ピストンクラウンからの片持ち延長部上にＯリングベアリングを含む本明細書の発明の一実施形態によるピストンとピストンロッドの間の柔軟な接続部の断面側面図である。 本明細書の更に別の発明の一実施形態によるコイルバネ支持体の構成を含む内蔵コンプレッサの部分断面側面図である。 本明細書の発明の別の実施形態によるコイルバネ支持体構成を例示している内蔵コンプレッサ（ハウジングの上半分が取り除かれている）の斜視図である。 各々本明細書の更に別の発明の好ましい実施形態による、ピストンのクラウン端部と囲まれたバルブプレートを含むシリンダのヘッド端部との断面側面図である。 本明細書の更に別の発明によるピストン面の図である。 本明細書の更に別の発明の一実施形態によるマルチバルブの平面バルブ部材の平面図である。 本明細書の更に別の発明の一実施形態によるマルチバルブの平面バルブ部材の平面図である。 本明細書の更に別の発明の一実施形態による異なる経路長の複数の吐出経路を備えるシリンダヘッドの端面図である。 図１９Ａのヘッドの斜視図である。 本明細書の発明の別の実施形態による多重吐出口及びマルチバルブ平面バルブ部材を含むバルブプレートの図である。 図１９Ａの実施形態の実施により得られた吐出孔における圧力の平滑化を示している圧力対時間のプロットである。 本明細書の更に別の発明の一実施形態によるマルチバルブ平面バルブ部材の平面図である。 本明細書の別の発明による平面バルブ部材の平面図である。 本明細書の別の発明による平面バルブ部材の平面図である。 図２４の平面バルブ部材の好ましい撓みモードを例示する図である。 バルブ部材が直接支持面に固定されている図２４のバルブ部材に関する剛性の増加を例示している剛性対撓みのプロットである。 図２４に示されているバルブ部材のそれほど好ましくない形態を多くの場合にもたらす望ましくない撓みモードを例示する図である。 本明細書の更に別の発明の一実施形態による内蔵コンプレッサの断面側面図である。 本明細書の更に別の発明の別の実施形態による内蔵コンプレッサの断面側面図である。 本明細書の更に別の発明の好ましい実施形態によるガス吸引経路及び調整されたマフラーを含むピストンの断面側面図である。 図３０のピストンの様々な特徴の効果を例示する図である。 図３０のピストンの様々な特徴の効果を例示する図である。 図３０のピストンの様々な特徴の効果を例示する図である。 図３０のピストンの様々な特徴の効果を例示する図である。 図３０のピストンの様々な特徴の効果を例示する図である。 誇張して変位したモードで示す本明細書の更に別の発明の好ましい実施形態による電気接続経路の概略図である。 図３２のワイヤ経路に沿った位置における曲げモーメントを例示している曲げモーメントの線図である。 図３２の電気接続経路の好ましい実施形態の側面図である。 図３４による電気接続を含むコンプレッサの斜視図である。 本明細書の更に別の発明の好ましい実施形態による吐出チャンバの好ましい実施形態を例示する図である。 本明細書の更に別の発明の好ましい実施形態によるコイルバネ支持体構成を例示している内蔵コンプレッサ（ハウジングの上半分が取り除かれている）の部分断面側面図である。 曲げモーメントを伝達するためにコイルバネの端部を取付する方法を例示している断面側面図である。

Claims (8)

1. シェルと、
   該シェル内で懸架されたリニアコンプレッサであって、前記シェル内で該リニアコンプレッサを取り囲むガス空間が設けられるように前記シェルで取り囲まれ、シリンダ内で往復動可能なピストンと前記ガス空間から前記シリンダ内への吸入ガス通路とを有するリニアコンプレッサと、
   前記シェルガス空間への吸入ガス入口と、
   前記シリンダから前記シェルの外に出る圧縮ガス経路と、を備え、
   前記シェルは、ガス流抑制装置を含み、該ガス流抑制装置は、前記ガス空間の第１領域と前記ガス空間の第２領域とを実質的に分割し、前記第１領域と第２領域との間のガス流を抑制し、
   前記吸入ガス入口及び前記吸入ガス通路は、前記第１領域に通じ、前記圧縮ガス経路は、前記第２領域を通過している、
   ことを特徴とする内蔵コンプレッサ。
2. 前記ガス流抑制装置は、前記ガス空間の環状抑制部を含む、
   請求項１に記載の内蔵コンプレッサ。
3. 前記シェルは、全体的に細長い容器であり、その長さに沿ってネック部通路を含み、該シェルの内面は、前記第１及び第２領域におけるよりも該ネックの領域において前記リニアコンプレッサに接近している、
   請求項２に記載の内蔵コンプレッサ。
4. 前記吸入ガス通路は、前記ピストンを通って延びている、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内蔵コンプレッサ。
5. 前記圧縮ガス経路は、前記リニアコンプレッサと接続された排出ヘッドを含み、該排出ヘッドは、排出ガスチャンバを形成する内壁面と、前記ガス空間の前記第２領域内の外壁面と、該内面と該外面の間の断熱部とを含む、
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の内蔵コンプレッサ。
6. 前記断熱部は、内壁と外壁の間の実質的に囲まれた空間を含み、該囲まれた空間は、該空間が作業ガスの特性及び予想作動条件と共に２０，０００よりも小さなレイリー数（Ｒａ）を与えるほど十分に小さい１つの空間寸法を有する、
   請求項５に記載の内蔵コンプレッサ。
7. 前記シリンダは、
   シリンダ壁を形成するシリンダハウジングと、
   シリンダ端部を形成し、前記圧縮ガス経路への１または２以上の排出開口部を含むバルブプレートと、
   前記バルブプレートと前記シリンダハウジングの間に挟まれた断熱部と、備えている、 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の内蔵コンプレッサ。
8. 前記断熱部は、厚いポリマー性密封ガスケットを含む、
   請求項７に記載の内蔵コンプレッサ。

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