JP2006219986A - 振動式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】リニアモータの容量を上げずに、ピストンのストロークをアップさせることである。
【解決手段】シリンダ（21）にピストン（22）が挿入されて冷媒の圧縮室（24）が区画形成されている。リニアモータ（30）の可動軸（35）とピストン軸（23）との間には、コイルバネ（41）が接続されている。このコイルバネ（41）は、可動軸（35）の往復動によって強制振動し、可動軸（35）の振幅より大きな振幅をピストン軸（23）に伝達する。これにより、ピストン（22）のストロークがリニアモータ（30）の可動振幅より大きくなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、振動式圧縮機に関し、特に、容量アップ対策に係るものである。

従来より、シリンダ内でピストンを往復動させて流体を圧縮する振動式圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。この振動式圧縮機は、ピストンの駆動源としてリニアモータを備えている。このリニアモータは、往復動する可動体がピストンのシャフトに取り付けられてピストンを往復動させる。また、上記リニアモータの可動部は、ピストンのシャフト側と反対側にコイルバネが取り付けられている。このコイルバネは、可動体に付勢力を与えながら、可動体およびピストンの往復動を弾性支持している。
特開２００１−９０６５９号公報

しかしながら、上述した従来の振動式圧縮機では、運転容量（圧縮容量）をアップさせる場合、機器が大型化してしまうという問題があった。すなわち、運転容量をアップさせるためにピストンのストロークを増大させようとすると、リニアモータのストロークを増大させなければならず、それにより可動体が大きくなって支持するコイルバネの疲労限界によりストロークが確保できなくなる。また、ピストンのストロークを増大させるために、コイルバネのバネ常数を下げると、運転周波数が低くなって運転容量が小さくなってしまう。何れにしても、リニアモータやコイルバネを大型化する必要が生じてしまう。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、リニアモータなどのストロークや弾性支持するコイルバネ等を大型にすることなく、圧縮機の運転容量をアップさせることである。

第１の発明は、シリンダ（21）と、該シリンダ（21）に挿入されて内部に流体の圧縮室（24）を区画形成するピストン（22）と、該ピストン（22）を往復動させる往復動手段（30,40）とを備えた振動式圧縮機を前提としている。そして、上記往復動手段（30,40）は、往復動する駆動部（30）と、該駆動部（30）の振幅を増幅させて上記ピストン（22）に伝達する増幅部（40）とを備えている。

上記の発明では、駆動部（30）の振幅よりも大きな振幅がピストン（22）に伝達されるので、駆動部（30）の容量やストロークを増大させなくても、ピストン（22）のストロークが増大する。これにより、圧縮容量がアップする。

また、第２の発明は、上記第１の発明において、上記増幅部（40）が、駆動部（30）に接続され、該駆動部（30）の往復動によって強制振動するように構成されている。

上記の発明では、駆動部（30）の振動数が増幅部（40）を強制振動させ得る所定の振動数に設定される。これにより、増幅部（40）が駆動部（30）の振幅より大きな振幅で往復動する。したがって、ピストン（22）が駆動部（30）の可動振幅よりも大きな振幅で往復動する。

また、第３の発明は、上記第２の発明において、上記増幅部（40）がバネである。

上記の発明では、バネが駆動部（30）の往復動によって確実に強制振動し、駆動部（30）の振幅を増幅させてピストン（22）に伝達する。

また、第４の発明は、上記第３の発明において、上記駆動部（30）が、往復動する可動子を備えたリニアモータである。

上記の発明では、増幅部（40）を強制振動させ得る振動数で可動子が往復動するように、可動子の供給電流が調節される。これにより、ピストン（22）のストロークが確実に増大する。

また、第５の発明は、上記第３の発明において、上記駆動部（30）がカム機構によって往復動するように構成されている。

上記の発明では、カム機構のカムが回転することによって生じる往復動が増幅部（40）に伝達される。そして、増幅部（40）が強制振動し得るように、カム機構のカムが所定回転数で駆動される。これにより、ピストン（22）のストロークが確実に増大する。

また、第６の発明は、上記第３の発明において、上記駆動部（30）が電歪素子または磁歪素子により構成されている。

上記の発明では、電歪素子または磁歪素子が電力または磁力によって伸縮し、この伸縮によって増幅部（40）に往復動が伝達される。そして、増幅部（40）が強制振動し得るように、電歪素子または磁歪素子に付与する電力や磁力が調節される。これにより、ピストン（22）のストロークが確実に増大する。

したがって、本発明によれば、駆動部（30）の振幅を増大させてピストン（22）に伝達する増幅部（40）を設けるようにしたので、駆動部（30）の可動振幅より大きな振幅でピストン（22）を往復動させることができる。したがって、駆動部（30）の容量や振幅を上げることなく、圧縮機（1）の運転容量をアップさせることができる。

特に、第２の発明によれば、増幅部（40）を強制振動させて振幅を増幅させるので、他の振動駆動源などを用いなくても、確実にピストン（22）のストロークを稼ぐことができ、圧縮容量をアップさせることができる。

また、第３の発明によれば、増幅部（40）として、バネを用いるようにしたので、確実に駆動部（30）の往復動によって強制振動させることができる。

また、第４の発明によれば、駆動部（30）として、リニアモータ（30）を用いるので、供給電流を変化させるだけで、増幅部（40）を強制振動させることができる。したがって、簡易に圧縮容量をアップさせることができる。

また、第５または第６の発明によれば、駆動部（30）として、カム機構部、または電歪素子や磁歪素子を用いて増幅部（40）を駆動するようにしたので、簡易な方法で増幅部（40）を強制振動させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態の振動式圧縮機（1）は、例えば、空調機の冷凍サイクルを行う冷媒回路に設けられ、循環する冷媒を吸入して圧縮するためのものである。

《発明の実施形態１》
図１に示すように、本実施形態１の振動式圧縮機（1）（以下、単に「圧縮機（1）」という。）は、中空密閉状で上下方向に延びる略円筒形のハウジング（3）を有している。このハウジング（3）は、上面の中央部に高圧冷媒を吐出する吐出管路（10）が形成され、下面の外縁部に低圧冷媒を吸入する吸入管路（11）が形成されている。

上記ハウジング（3）内には、上下方向に延びる円筒形のシリンダ（21）が設けられている。このシリンダ（21）は、一端が吐出管路（10）側の上面に固定され、他端がハウジング（3）内のほぼ中央部まで延びている。上記シリンダ（21）には、内壁に摺接するピストン（22）が挿入されている。上記シリンダ（21）の内部は、ピストン（22）とハウジング（3）によって冷媒の圧縮室（24）が区画形成される。この圧縮室（24）は、ピストン（22）が往復動することによって、容積が変化し、内部の冷媒が圧縮されるように構成されている。なお、上記ピストン（22）は、圧縮室（24）と反対方向に直線的に延びるピストン軸（23）が形成されている。なお、このピストン軸（23）の端部は、他部より大径のフランジとして形成されている。

上記ピストン（22）の内部には、ハウジング（3）の内部空間と圧縮室（24）とを連通させるピストン内流路（25）が形成されている。このピストン内流路（25）は、圧縮室（24）側に吸入弁（8）および吸入用付勢バネ（9）が設けられている。この吸入用付勢バネ（9）は、ピストン内流路（25）を塞ぐ方向に吸入弁（8）を付勢している。そして、上記吸入弁（8）は、ピストン内流路（25）と圧縮室（24）との圧力差が所定値以上になると、吸入用付勢バネ（9）が伸長してピストン内流路（25）と圧縮室（24）とを連通させるように構成されている。

上記吐出管路（10）は、基端部の外径が他部より大きく形成され、その基端部の内部にバネ用空間（6）が形成されている。このバネ用空間（6）は、ハウジング（3）に形成された連通口（12）によってシリンダ（21）の圧縮室（24）と連通している。また、上記バネ用空間（6）には、吐出弁（7）および吐出用付勢バネ（5）が設けられている。この吐出用付勢バネ（5）は、連通口（12）を塞ぐ方向に吐出弁（7）を付勢している。そして、上記吐出弁（7）は、圧縮室（24）とバネ用空間（6）との圧力差が所定値以上になると、吐出用付勢バネ（5）が収縮して圧縮室（24）とバネ用空間（6）とを連通させるように構成されている。

上記ハウジング（3）内には、ピストン（22）を往復動させる往復動手段として、駆動部（30）と、本発明の特徴である増幅部（40）とが設けられている。

上記駆動部（30）は、いわゆるリニアモータを構成している。このリニアモータ（30）は、略円筒形に形成され、外周面がハウジング（3）の内周面に固定されたヨーク（31）を備えている。このヨーク（31）は、軸方向に貫通する中心孔（31b）が形成されると共に、吸入管路（11）側の端面に同心円状の凹陥溝（31a）が形成されている。

上記凹陥溝（31a）には、内周面に沿って環状の永久磁石（32）が設けられ、該永久磁石（32）の外周側に環状の電磁コイルである可動子（33）が配設されている。そして、この可動子（33）は、通電すると、永久磁石（32）の磁場との関係で電磁力が発生し、軸方向に往復動するように構成されている。

上記リニアモータ（30）は、有底円筒状のボビン（34）を備えている。このボビン（34）は、ヨーク（31）側に向かって開口し、その先端が可動子（33）の端面に取り付けられている。上記ボビン（34）には、底部を貫通し、ヨーク（31）の中心孔（31b）に挿通される可動軸（35）が設けられている。

上記可動軸（35）は、ヨーク（31）側の端部に加振板（36）が設けられ、吸入管路（11）側の端部にフレクシャースプリング（37）が設けられている。上記加振板（36）は、平面視円形に形成され、可動軸（35）よりも大径に形成されている。上記フレクシャースプリング（37）は、可動軸（35）を弾性支持している。以上のように、上記可動軸（35）および加振板（36）は、可動子（33）の往復動に伴い、同じ振幅で往復動することになる。

上記増幅部（40）は、コイルバネ（41）で構成されている。このコイルバネ（41）は、一端がピストン軸（23）の端部であるフランジに取り付けられ、他端が可動軸（35）の加振板（36）に取り付けられている。そして、上記コイルバネ（41）は、加振板（36）の往復動によって伝達された振幅を増幅させてピストン軸（23）に伝達するように構成されている。すなわち、上記コイルバネ（41）は、一端でピストン（22）を懸架し、他端を所定の振動数で変位させることにより、強制振動するように構成されている。したがって、上記リニアモータ（30）の可動振幅よりも大きな振幅でピストン（22）を往復動させることができる。

−運転動作−
次に、上述した圧縮機（1）の運転動作について説明する。

先ず、図示しない駆動電源から所定周波数の交流電流がリニアモータ（30）の可動子（33）に供給されると、可動子（33）を流れる電流と永久磁石（32）により発生する磁界とによって電磁力が生じる。この電磁力により、ボビン（34）を介して可動軸（35）および加振板（36）が駆動され、所定の振動数で且つ所定の振幅で往復動する。この加振板（36）の往復動により、コイルバネ（41）が伸縮し、ピストン軸（23）を介してピストン（22）がシリンダ（21）内を往復動する。

上記ピストン（22）の往復動により、圧縮室（24）に冷媒を吸入して圧縮し、吐出する。具体的に、上記ピストン（22）が上死点側（図１における右側）から下死点側（図１における左側）に向って移動すると、圧縮室（24）の容積が増えて内圧が低下する。そして、上記圧縮室（24）とピストン内流路（25）との圧力差が所定値以上になると、吸入弁（8）が開き、ハウジング（3）内の冷媒がピストン内流路（25）を通って圧縮室（24）に流入する。一方、上記ピストン（22）が下死点側から上死点側に向って移動すると、圧縮室（24）の容積が減少し、圧縮室（24）のガス冷媒が圧縮されて内圧が上昇する。そして、上記圧縮室（24）とバネ用空間（6）との圧力差が所定値以上になると、吐出弁（7）が開き、圧縮室（24）で圧縮された冷媒がバネ用空間（6）へ流入して吐出管路（10）から吐出される。

ここで、コイルバネ（41）は、加振板（36）が往復動することによって強制振動する。つまり、上記コイルバネ（41）は、加振板（36）と同じ振動数で伸縮するが、加振板（36）の振幅より大きな振幅で伸縮する。したがって、上記ピストン（22）がリニアモータ（30）の可動振幅より大きな振幅で往復動することになり、ピストン（22）のストロークを増大させることができる。これにより、リニアモータ（30）の容量を上げることなく、さらにフレクシャースプリング（37）を大型化させることなく、圧縮機（1）の運転容量を増大させることができる。

−実施形態１の効果−
以上説明したように、本実施形態によれば、駆動源であるリニアモータ（30）の振幅を増幅させてピストン（22）に伝達するようにしたので、リニアモータ（30）の容量（ストローク）を上げることなく、ピストン（22）のストロークを増大させることができる。したがって、機器を大型化を防止しつつ、圧縮機（1）の運転容量をアップさせることができる。

特に、ピストン（22）をコイルバネ（41）で懸架し、そのコイルバネ（41）をリニアモータ（30）によって所定振動数で変位させて強制振動させるようにしたので、簡易な方法で確実にリニアモータ（30）の可動振幅より大きな振幅をピストン（22）に伝達させることができる。

また、駆動源としてリニアモータ（30）を用いているので、供給電流を変化させるだけで、コイルバネ（41）が強制振動し得る所定の振動数に容易に調節が可能である。

《発明の実施形態２》
本実施形態２の振動式圧縮機（1）は、図２に示すように、上記実施形態１が増幅部（40）としてコイルバネを用いたのに代えて、フレクシャースプリング（42）を用いるようにしたものである。つまり、本実施形態では、リニアモータ（30）の加振板（36）とピストン軸（23）との間に、可動軸（35）の吸入管路（11）側に設けたフレクシャースプリング（37）とは別のフレクシャースプリング（42）が設けられている。したがって、このフレクシャースプリング（42）が加振板（36）の往復動によって強制振動し、ピストン（22）が加振板（36）の振幅より大きな振幅で往復動する。その他の構成、作用および効果は実施形態１と同様である。

《発明の実施形態３》
本実施形態３の振動式圧縮機（1）は、図３に示すように、上記実施形態１が駆動部（30）としてリニアモータを用いたのに代えて、カム機構によりコイルバネ（41）を強制振動させるようにしたものである。具体的に、駆動部（30）は、カム機構部（52）と該カム機構部（52）によって往復動する加振板（51）とを備えている。上記加振板（51）は、カム機構部（52）のカムが図示しない駆動源によって所定回転数で回転することにより、所定の振動数および振幅で往復動する。この加振板（51）の往復動により、コイルバネ（41）が強制振動して加振板（51）の振幅を増幅させてピストン（22）に伝達する。その他の構成、作用および効果は実施形態１と同様である。

《発明の実施形態４》
本実施形態４の振動式圧縮機（1）は、図４に示すように、上記実施形態１が駆動部（30）としてリニアモータを用いたのに代えて、ピエゾ素子（53）を用いるようにしたものである。このピエゾ素子（52）は、電流を流すことによって少なくとも上下方向に伸縮する電歪素子を構成している。したがって、ピエゾ素子（53）が所定の振幅および振動数で伸縮するように供給電流を変化させれば、コイルバネ（41）を強制振動させることができる。その他の構成、作用および効果は実施形態１と同様である。

なお、本実施形態では、ピエゾ素子以外の電歪素子を用いるようにしてもよいし、また磁力によって少なくとも上下方向に伸縮する磁歪素子を用いるようにしてもよい。

《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

例えば、上記実施形態では、増幅部（40）として、コイルバネ（41）やフレクシャースプリング（42）を用いるようにしたが、これに限らず、一定のバネ常数を有する弾性部材であればよい。さらに、上記実施形態の駆動部（30）としては、これらに限らず、ある一定の振動数で往復動するものであればよい。

また、本発明の振動式圧縮機（1）は、圧縮流体として、冷媒に限らず、他の流体を扱うものにも適用することができる。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、ピストンを往復動させて流体を圧縮する振動式圧縮機として有用である。

実施形態１に係る振動式圧縮機の構成を示す断面図である。 実施形態２に係る振動式圧縮機の構成を示す断面図である。 実施形態３に係る振動式圧縮機の構成を示す断面図である。 実施形態４に係る振動式圧縮機の構成を示す断面図である。

符号の説明

1 振動式圧縮機
21 シリンダ
22 ピストン
24 圧縮室
30 駆動部（往復動手段）
40 増幅部（往復動手段）

Claims (6)

1. シリンダ（21）と、該シリンダ（21）に挿入されて内部に流体の圧縮室（24）を区画形成するピストン（22）と、該ピストン（22）を往復動させる往復動手段（30,40）とを備えた振動式圧縮機であって、
   上記往復動手段（30,40）は、往復動する駆動部（30）と、該駆動部（30）の振幅を増幅させて上記ピストン（22）に伝達する増幅部（40）とを備えている
   ことを特徴とする振動式圧縮機。
2. 請求項１において、
   上記増幅部（40）は、駆動部（30）に接続され、該駆動部（30）の往復動によって強制振動するように構成されている
   ことを特徴とする振動式圧縮機。
3. 請求項２において、
   上記増幅部（40）は、バネである
   ことを特徴とする振動式圧縮機。
4. 請求項３において、
   上記駆動部（30）は、往復動する可動子を備えたリニアモータである
   ことを特徴とする振動式圧縮機。
5. 請求項３において、
   上記駆動部（30）は、カム機構によって往復動するように構成されている
   ことを特徴とする振動式圧縮機。
6. 請求項３において、
   上記駆動部（30）は、電歪素子または磁歪素子により構成されている
   ことを特徴とする振動式圧縮機。
   

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