(57)【要約】【課題】  ピストンの往復動によって流体を圧縮する振動型圧縮機において、体積効率を悪化させることなく容量制御を行うことのできる構成を得る。【解決手段】  ピストン２１の内部に流体の流通路４５を形成し、該流通路４５に、吸入弁４１及び該吸入弁４１を開閉させるための駆動装置４３を配設する。前記ピストン２１が上死点側へ移動する際に、該ピストン２１が所定位置に到達するまでは前記駆動装置４３によって吸入弁４１を開状態にする一方、前記ピストン２１が所定位置に到達した場合には、前記吸入弁４１を閉じる。この所定位置は、要求される容量に応じて決められる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ（14）と、該シリンダ（14）内に装填されてシリンダ内部に圧縮空間（S）を区画形成するピストン（21）とを備え、該シリンダ（14）内でのピストン（21）の往復動作により流体を圧縮する振動型圧縮機であって、
前記圧縮空間（S）内へ流体を供給するための流通路（45）に設けられた吸入弁（41）と、
前記吸入弁（41）に連結され、該吸入弁（41）を開閉させる駆動手段（43）と、
前記吸入弁（41）の開閉タイミングを変更するように前記駆動手段（43）を制御する制御手段（50）とを備えていることを特徴とする振動型圧縮機。
【請求項２】
請求項１において、
制御手段（50）は、ピストン（21）の上死点への移動時において、吸入弁（41）の閉鎖タイミングを変更するように駆動手段（43）を制御することを特徴とする振動型圧縮機。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか１項において、
ピストン（21）内部には、該ピストン（21）の移動方向に延びる流体の流通路（45）が形成され、
駆動手段（43）は、前記流通路（45）内に配設されていることを特徴とする振動型圧縮機。
【請求項４】
請求項２において、
シリンダ（110）には、圧縮空間（S）と連通するように流体の流通路（105）が形成され、
吸入弁は、シリンダ（110）とピストン（111）との間に該シリンダ（110）及びピストン（111）に対して相対移動可能に配設された筒状部材（112）からなり、
前記筒状部材（112）には、前記流通路（105）と圧縮空間（S）とを連通させるための吸入口（112a）が設けられていて、
制御手段（50）は、前記ピストン（111）が上死点側に向かって所定位置まで移動する際には、前記筒状部材（112）の吸入口（112a）によって流通路（105）と圧縮空間（S）とが連通するように駆動手段（120）によって該筒状部材（112）を位置付ける一方、前記ピストン（111）が所定位置に到達した際には、前記筒状部材（112）で流通路（105）の開口が塞がれるように前記駆動手段（120）によって該筒状部材（112）を移動させることを特徴とする振動型圧縮機。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項において、
駆動手段はリニアモータ（60，120）であることを特徴とする振動型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンの往復動によって流体を圧縮する振動型圧縮機に関し、特に、容量制御の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、振動型圧縮機として、特許文献１に示すように、ピストンの往復動によって流体を圧縮するものが知られている。このものでは、シリンダ内に配設されたピストンの一端側に永久磁石が設けられている一方、ケーシング（固定）側にはコイルが配設されていて、これによりリニアモータが構成されている。そして、このリニアモータのコイルに通電することによって前記ピストンをシリンダ内で往復動させて、該シリンダ内部にピストンによって区画形成された圧縮室（圧縮空間）の容積を変化させるようにしている。なお、前記ピストンは、ケーシングに対してばねによって弾性支持されていて、全体としてばねマス系が構成されている。すなわち、前記リニアモータによってピストンに力が加わると、このばねマス系の共振を利用して該ピストンが往復動するように構成されている。
【０００３】
また、前記ピストンの内部には、流体の流れる流路（流通路）が形成されていて、その圧縮室側の開口部には、ばねによってピストンに対して弾性支持された吸入弁が設けられている。この吸入弁はピストンの動きに応じて開閉するように構成されていて、この吸入弁の開閉動作によって圧縮室内へ流体が供給されたり、該圧縮室を閉空間にしたりするようになっている。なお、前記圧縮室には、流体を外方へ吐出するための吐出管路が連通していて、この吐出管路にもばねによって弾性支持された吐出弁が設けられており、この吐出弁は圧縮室内の圧力によって開閉するように構成されている。
【０００４】
前記吸入弁の動きについて詳しく説明すると、前記ピストンが上死点側に移動している、すなわち圧縮行程にあるときには、そのときの圧縮力等によって吸入弁はばねの復元力に抗してピストン側に押し付けられて、吸入弁は閉状態となり、圧縮室を閉空間にする。一方、圧縮された流体が前記吐出管路を介して圧縮室から外方へ吐出された後、前記ピストンが下死点側に移動して、圧縮室内の圧力が所定値まで下がった場合には、前記ばねの復元力によって吸入弁がピストンの先端から突出して、吸入弁は開状態となり、流体が該吸入弁を介して圧縮室内に流入するようになっている。
【０００５】
そして、上述のような構成を有する振動型圧縮機において、冷凍機等の負荷に応じて容量を制御する方法としては、一般的な圧縮機のように駆動装置（例えば、モータ等）を周波数で制御する方法や、例えば非特許文献１に示すように、ピストンのストロークによって制御する方法などが考えられる。
【特許文献１】特開平１１−３０３７３４
【非特許文献１】Ａ  ＣＡＰＡＣＩＴＹ−ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ  ＦＲＥＥ  ＰＩＳＴＯＮ  ＥＬＥＣＴＲＯＤＹＮＡＭＩＣ  ＣＯＭＰＲＥＳＳＯＲ、”ＸＶｔｈ  ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ  ＣＯＮＧＲＥＳＳ  ＯＦ  ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮ（ＶＥＮＩＣＥ−１９７９）−ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ  ＶＯＬ．II”、ｐ．７３５−７４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述のように、駆動装置の周波数によって振動型圧縮機の容量制御を行う場合には、該振動型圧縮機がばねマス系の共振を利用して動作していることから、ピストンを弾性支持するばねは、可変ばね定数を有する必要があり、このような構成の圧縮機を実現するのは困難である。
【０００７】
一方、ピストンのストロークによって容量制御を行う場合には、必要な容量に応じてピストンのストロークを短くしていくと、その分、トップクリアランスが増大し、流体の再膨張が大きくなるため、圧縮空間内への流体の吸入量が減少して体積効率を悪化させるという問題があった。
【０００８】
本発明は、か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、ピストンの往復動によって流体を圧縮する振動型圧縮機において、体積効率を悪化させることなく、容量制御を行うことのできる構成を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明では、吸入弁（41）を開閉させるための駆動手段（43）を設け、その駆動手段（43）によって吸入弁（41）の開閉タイミングを変更するようにした。
【００１０】
具体的には、第１の発明では、シリンダ（14）と、該シリンダ（14）内に装填されてシリンダ内部に圧縮空間（S）を区画形成するピストン（21）とを備え、該シリンダ（14）内でのピストン（21）の往復動作により流体を圧縮する振動型圧縮機を前提とする。
【００１１】
そして、前記圧縮空間（S）内へ流体を供給するための流通路（45）に設けられた吸入弁（41）と、前記吸入弁（41）に連結され、該吸入弁（41）を開閉させる駆動手段（43）と、前記吸入弁（41）の開閉タイミングを変更するように前記駆動手段（43）を制御する制御手段（50）とを備えているものとする。
【００１２】
この構成により、シリンダ（14）の圧縮空間（S）に連通する流通路（45）に設けられた吸入弁（41）の開閉動作を、駆動手段（43）によって制御することができ、吸入弁（41）を任意のタイミングで開閉させることが可能となる。すなわち、上述のような構成にすることで、ピストン（21）のストロークをフルストロークにしたまま、吸入弁（41）の開閉タイミングを調整するだけで圧縮空間（S）内に充填される流体の量を変化させることができるようになる。
【００１３】
つまり、容量に応じてピストン（21）のストロークを変化させる必要がないので、トップクリアランスを増大させることなく、全体として効率良く容量制御を行うことができる。
【００１４】
上述の構成において、制御手段（50）は、ピストン（21）の上死点への移動時において、吸入弁（41）の閉鎖タイミングを変更するように駆動手段（43）を制御するものであってもよい（第２の発明）。これにより、ピストン（21）が上死点側へ移動する際に、その途中まで吸入弁（41）を開いた状態にして、所定のタイミングで該吸入弁（41）を閉じることで、すなわち、吸入弁（41）の閉鎖タイミングを調整するだけで容量制御が可能となる。
【００１５】
また、ピストン（21）内部には、該ピストン（21）の移動方向に延びる流体の流通路（45）が形成され、駆動手段（43）は、前記流通路（45）内に配設されているのが好ましい（第３の発明）。
【００１６】
こうすれば、流通路（45）を設けるためのスペースが不要になるうえ、吸入弁（41）の駆動手段（43）をピストン（21）内部の流通路（45）内に配置することができるため、圧縮機（1）全体を小型化することができる。
【００１７】
一方、吸入弁は、弁体が弁座に対して上下動するような一般的な弁構造に限らず、シリンダとピストンとの間に筒状部材を配設し、この筒状部材をシリンダ及びピストンに対して相対移動させることによって弁として機能させるようにしてもよい。
【００１８】
具体的には、シリンダ（110）には、圧縮空間（S）と連通するように流体の流通路（105）が形成され、吸入弁は、シリンダ（110）とピストン（111）との間に該シリンダ（110）及びピストン（111）に対して相対移動可能に配設された筒状部材（112）からなり、前記筒状部材（112）には、前記流通路（105）と圧縮空間（S）とを連通させるための吸入口（112a）が設けられていて、制御手段（50）は、前記ピストン（111）が上死点側に向かって所定位置まで移動する際には、前記筒状部材（112）の吸入口（112a）によって流通路（105）と圧縮空間（S）とが連通するように駆動手段（120）によって該筒状部材（112）を位置付ける一方、前記ピストン（111）が所定位置に到達した際には、前記筒状部材（112）で流通路（105）の開口が塞がれるように前記駆動手段（120）によって該筒状部材（112）を移動させるものとする（第４の発明）。
【００１９】
一般的に、弁体が弁座に対して上下動する弁構造では、弁を閉じる際に、弁体が弁座に衝突して、衝突音や部材の摩耗等を生じ易いが、上述のように、シリンダ（110）及びピストン（111）に対して相対移動可能な筒状部材（112）を吸入弁として用いれば、衝突が生じないため、装置の騒音や損傷を低減することができる。
【００２０】
さらに、上述の構成において、吸入弁（41）を開閉させる駆動手段は、リニアモータ（60）とするのが好ましい（第５の発明）。これにより、応答性良く吸入弁の開閉を制御することができるとともに、駆動装置から発生する騒音をモータ等に比べて低減することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る振動型圧縮機によれば、吸入弁（41）を開閉させるための駆動手段（43）を設けて、吸入弁（41）の開閉タイミングを変更できるようにしたため、トップクリアランスを増大させることなく、効率良く容量制御を行うことができる。また、可変ばね定数を有するばね等を必要とすることなく、簡単な構成で容量制御を行うことができる。特に、第２の発明によれば、吸入弁（41）の閉鎖タイミングを変更するだけで容量制御が可能となる。
【００２２】
第３の発明によれば、ピストン（21）の内部に流体の流通路（45）を形成するとともに、吸入弁（41）を開閉させるための駆動手段（43）を前記流通路（45）内に配設したため、装置全体の小型化が図れる。
【００２３】
第４の発明によれば、シリンダ（110）とピストン（111）との間に筒状部材（112）を配設し、この筒状部材（112）を吸入弁として利用することで、弁が閉じる際の弁体と弁座との衝突をなくすことができ、装置全体の騒音や吸入弁の損傷を軽減することができる。
【００２４】
第５の発明によれば、駆動手段をリニアモータ（60）により構成したので、吸入弁（41）を応答性良く動作させることができるとともに、騒音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２６】
図１は、本実施形態に係る振動型圧縮機１の概略構造を示す断面図である。この振動型圧縮機１は、略円柱状のケーシング１０内に対向するように２つのピストン２１，２１が配置されたもので、この２つのピストン２１，２１をそれぞれ往復運動させることで、該ピストン２１，２１間に形成される圧縮空間Ｓの容積を変化させて、その圧縮空間Ｓ内に供給された冷媒（流体）を圧縮し、高圧状態にしている。
【００２７】
具体的には、前記振動型圧縮機１は、ケーシング１０と、該ケーシング１０内部に形成されたシリンダ部１４内に往復動可能に装填された一対のピストン２１，２１と、各ピストン２１，２１にそれぞれ連結固定されたピストンロッド２２，２２と、各ピストンロッド２２，２２をそれぞれ往復動可能に弾性支持するようにケーシング１０内に装着されたフレクシャースプリング２５，２５と、各ピストン２１，２１の個別の駆動源としてケーシング１０内でピストンロッド２２，２２にそれぞれ連結されたリニアモータ３０，３０（駆動機構）とを備えている。
【００２８】
前記ケーシング１０は、両端部が略円筒状に形成された全体として略円柱状のケーシング本体部１１と、その両端に取り付けられた側板１２，１２とからなり、この側板１２，１２によって前記ケーシング本体部１１の両端を覆うことで、該ケーシング本体部１１内には、空間１３，１３が形成されている。すなわち、前記ケーシング本体部１１は、略円柱状の中央部１１ａと、該中央部１１ａの両端からそれぞれ軸方向外方に向かって延びるように形成された円筒部１１ｂ，１１ｂとからなり、この円筒部１１ｂ，１１ｂの内部空間が前記空間１３，１３になるとともに、それらの空間１３，１３内には、それぞれ、フレクシャースプリング２５、ピストンロッド２２及びリニアモータ３０等が配置されている。そして、前記中央部１１ａには、空間１３，１３同士を連通するように貫通孔が形成されており、この貫通孔によってピストン２１の嵌挿されるシリンダ部１４が構成されている。
【００２９】
また、前記ケーシング本体部１１の中央部１１ａには、前記ピストン２１，２１間に区画形成された圧縮空間Ｓに連通するように、吐出通路４６が形成されていて、ピストン２１，２１の往復動作によって圧縮された冷媒が吐出通路４６を介して圧縮機１外に吐出され、熱交換器（図示せず）等に供給されるように構成されている。そして、前記吐出通路４６と圧縮空間Ｓとの間には、ばね４７によって閉じる方向に付勢された吐出弁４８が設けられていて、圧縮空間Ｓ内の圧力が所定値以上になると、前記ばね４７は圧縮されて縮み、前記吐出弁４８は開状態となり、該圧縮空間Ｓ内の冷媒は吐出通路４６へ吐出される。
【００３０】
前記側板１２，１２には、それぞれ、冷媒の流入口１２ａ，１２ａが形成されていて、この流入口１２ａからケーシング１０の空間１３内に流入した冷媒は、詳しくは後述するように、前記フレクシャースプリング２５やピストン２１等を通過して、前記シリンダ部１４内に区画形成された圧縮空間Ｓ内に供給されるようになっている。
【００３１】
前記ピストン２１に連結固定されたピストンロッド２２は、前記空間１３内にケーシング１０の軸方向に延びるように配置されていて、その両端部がフレクシャースプリング２５，２５によって弾性支持されている。一方、前記ピストンロッド２２の軸方向中央部分はリニアモータ３０を構成するヨーク３１を挿通していて、その挿通部分よりも軸方向外側には後述するボビン２３が取り付けられている。
【００３２】
前記フレクシャースプリング２５は、薄い円盤状の鋼板を複数枚、積層したものであり、中央部には、前記ピストンロッド２２が挿通するための貫通孔が設けられている。そして、この貫通孔に前記ピストンロッド２２が嵌挿された状態で、前記フレクシャースプリング２５は、外周部分がケーシング本体部１１の内周面に固定されていて、中央部分のみがピストンロッド２２の軸方向に弾性変形可能となるように配設されている。なお、前記フレクシャースプリング２５には、上述の貫通孔以外にも多数の貫通穴（図示省略）が形成されており、これらの貫通穴を冷媒が通過する。
【００３３】
前記リニアモータ３０は、ケーシング本体部１１の内周側に固定されたヨーク３１と、ピストンロッド２２に取り付けられたボビン２３との組み合わせにより構成されている。前記ヨーク３１は、略円筒状の部材からなるもので、その軸方向の一端側（図１に示すようにケーシング１０に組み付けられた状態でボビン２３側）には中心孔３１ｄと同心円状に溝３１ａが設けられている。これにより、前記ヨーク３１は内筒部３１ｂと外筒部３１ｃとに分けられ、その内筒部３１ｂの外周側にリング状の永久磁石３２が設けられているとともに、該永久磁石３２とヨーク３１の外筒部３１ｃとの間の溝３１ａが磁気ギャップＧになっている。
【００３４】
なお、前記ヨーク３１の中心孔３１ｄは、該中心孔３１ｄを挿通するピストンロッド２２の外径に対して十分、大きな径となるように形成されており、該中心孔３１ｄ内を冷媒が軸方向に通過するようになっている。
【００３５】
前記ボビン２３は、縦断面視で略コの字状に形成された有底円筒状の部材からなり、前記ヨーク３１側に向かって開口するように前記ピストンロッド２２に取り付けられている。そして、前記ボビン２３の開口端には、略円筒状の電磁コイル３３が配設されていて、該ボビン２３は、この電磁コイル３３が前記磁気ギャップＧ内に位置するように構成されている。
【００３６】
このような構成において、前記電磁コイル３３に通電することにより、前記永久磁石３２によって生じている磁場との関係で電磁力が発生し該電磁コイル３３が磁気ギャップＧ内で軸方向（図１において左右方向）に動き、リニアモータとして動作するようになっている。なお、前記ボビン２３にも、多数の貫通穴が設けられていて、この貫通穴を冷媒が通過できるようになっている。
【００３７】
前記ピストン２１は、図２に拡大して示すように、略円筒状に形成されていて、その内部の空間が冷媒の流通路４５を構成するとともに、該ピストン２１の一端側が前記ピストンロッド２２に連結される一方、他端側には吸入弁４１が配設されている。この吸入弁４１は、縦断面視で略Ｔ字状に形成された略円盤状の部材であり、前記ピストン２１の流通路４５を塞ぐように配置されていて、該吸入弁４１の下方に突出する下部４１ａには前記ピストン２１の内部に配設されたばね４２（ばね部材）の一端が係合している。このばね４２の他端側は、前記ピストン２１の内周面から内方に向かって突出する突出部２１ａに係止されていて、これにより、前記吸入弁４１は、ばね４２によって外方に向かって付勢された状態で前記ピストン２１に配設されている。
【００３８】
また、前記流通路４５を構成するピストン２１の内部には、モータ等の駆動装置４３（駆動手段）が配設されていて、この駆動装置４３から延びる連結軸４４が前記吸入弁４１の下部４１ａに連結されている。そして、詳しくは後述するが、所定の条件下で制御装置５０（制御手段）が駆動装置４３を駆動させることで、連結軸４４を介して前記吸入弁４１の開閉が制御される。
【００３９】
さらに、前記ピストン２１とピストンロッド２２との連結部分には、該ピストン２１の軸方向に延びるように複数の貫通穴２１ｂが形成されていて、これらの貫通穴２１ｂを介して冷媒がピストン２１内部の流通路４５に流入するようになっている。
【００４０】
すなわち、前記ケーシング１０の側板１２，１２にそれぞれ形成された流入口１２ａ，１２ａから該ケーシング１０の空間１３内に流入した冷媒は、前記フレクシャースプリング２５及びボビン２３の貫通穴やヨーク３１の中心孔３１ｄを通過した後、上述のピストン２１の貫通穴２１ａを介して該ピストン２１内部の流通路４５に流れ込み、前記吸入弁４１が開状態のときに、ピストン２１，２１間に区画形成される圧縮空間Ｓ内に供給される。
【００４１】
前記制御装置５０は、図３に示すように、冷凍機等の負荷変動を検出するための負荷変動検出手段５１やピストン２１の位置を検出するピストン位置検出手段５２からの出力信号を受けて、ボビン２３を介してピストンロッド２２を駆動させるリニアモータ３０（駆動機構）やピストン２１の吸入弁４１を開閉させる駆動装置４３の動作を制御するように構成されている。つまり、前記制御装置５０は、駆動装置４３（駆動手段）を制御することによって吸入弁４１の開閉タイミングを変更するように構成されている。
【００４２】
−運転動作−
以上の構成において、冷凍機等の運転開始に伴い、圧縮機１における各リニアモータ３０の電磁コイル３３に、図示しない駆動電源から所定周波数の交流電流が同期して通電される。このようにリニアモータ３０の電磁コイル３３に所定周波数の交流電流が供給されると、電磁コイル３３を流れる電流と、永久磁石３２によって磁気ギャップＧに発生する磁界とによって生じる電磁力により、ボビン２３を介してピストンロッド２２が駆動され、各ピストン２１がシリンダ部１４内で互いに接近したり離れたりするように互いに逆向きに往復移動する。これにより、圧縮空間Ｓの容積が増減変化し、この圧縮空間Ｓ内に所定周期の圧力波が生じる。
【００４３】
このように、リニアモータ３０の働きによって、ピストン２１が、シリンダ部１４内を下死点側から上死点側へ及び上死点側から下死点側へと往復動し、このピストン２１の動きと該ピストン２１の先端に設けられた吸入弁４１の開閉動作とによって、圧縮空間Ｓ内に冷媒を供給したり、該圧縮空間Ｓを閉空間にして空間内の冷媒の圧力を高めたりすることが可能になる。
【００４４】
具体的には、前記ピストン２１が下死点側から上死点側へ移動する場合には、その慣性力や圧縮空間Ｓ内の冷媒の圧力等により、該ピストン２１先端の吸入弁４１には閉じる方向の力が加わり、前記圧縮空間Ｓへの冷媒の流入を止め、該圧縮空間Ｓ内を効果的に圧縮することができる。
【００４５】
一方、前記ピストン２１が上死点側から下死点側へ移動する場合には、圧縮空間Ｓ内の高圧状態の冷媒が吐出通路４６を介して外部へ吐出された後の状態であるため、該圧縮空間Ｓ内の圧力は低下しており、その圧力よりもピストン２１の流通路４５内の冷媒の圧力が大きくなったときに、ばね４２の復元力によって該ピストン２１の吸入弁４１が開状態となる。これにより、圧縮空間Ｓ内へ冷媒が流入する。
【００４６】
そして、上述のような振動型圧縮機１の動作において、冷凍機等の負荷変動が生じた場合には、図４に実線で示すように、吸入弁４１の閉鎖タイミングを定格時（容量制御を行わない場合、図中に点線で示す）に比べて遅らせて、圧縮空間Ｓ内で圧縮される冷媒の量を減らすことによって容量の制御を行う。図４及び図５に基づいて、この容量制御について以下で詳しく説明する。
【００４７】
まず、負荷変動検出手段５１からの出力信号に基づいて制御装置５０で負荷変動が検出されると、図４に実線で示すように、ピストン２１が下死点（図４においてクランク角０度）側から上死点（図４においてクランク角１８０度）側に移動する際に、該ピストン２１が所定位置に達するまで、駆動装置４３を駆動させて吸入弁４１を開いた状態とする。そして、前記ピストン２１が所定位置に到達したときに、前記駆動装置４３を駆動させて前記吸入弁４１を閉じ、該ピストン２１によって残りのストロークで圧縮空間Ｓ内の冷媒を圧縮する。
【００４８】
すなわち、図５に示す圧縮空間Ｓ内の冷媒のＰ−Ｖ線図のように、前記ピストン２１がフルストロークの状態（図中に示すＡ点、ピストンの下死点）で冷媒を圧縮空間Ｓ内に吸い込んだ後、該ピストン２１が所定位置（図中に示すＢ点）に到達するまで吸入弁４１を開いたままにして、容量制御を行わない場合（図中に点線で示す）よりも圧縮時のストロークを短くし、その状態で該吸入弁４１を閉じて前記圧縮空間Ｓを閉空間にして冷媒を圧縮する（図中に示す実線Ｂ−Ｃ）ようにしている。
【００４９】
なお、容量制御を行う場合には、上述のように、ピストン２１が上死点側へ移動する際に、所定位置まで吸入弁４１を開状態にする制御方法に限らず、該ピストン２１が下死点側へ移動する際に、第１所定位置で吸入弁４１が開くように制御してもよいし、圧縮空間Ｓ内の圧力低下等によって吸入弁４１がばね４２の復元力で開状態になった後、所定時間経過後（もしくはピストンが第２所定位置に到達したとき）に該吸入弁４１を閉じるように制御してもよい。こうすることで、圧縮空間Ｓ内への冷媒の流入量を制御することができ、圧縮機の容量を制御することが可能となる。
【００５０】
ここで、所定位置は、冷凍機等の負荷変動に応じて容量が所定の値となるように決められるピストン位置であり、この位置を変化させることで、容量の制御を行うことができる。
【００５１】
なお、前記ピストン２１の位置は、例えば、ピストンロッド２２を駆動させるリニアモータ３０に流す電流値等によって判定するのが好ましいが、ピストン２１やピストンロッド２２等にセンサを設けて検出するようにしてもよい。
【００５２】
−実施形態１の効果−
本実施形態によれば、ピストン２１に吸入弁４１を開閉させる駆動装置４３を設けて、該吸入弁４１の開閉を駆動装置４３によって制御するようにしたため、冷凍機等で負荷変動が生じて、圧縮機１の容量を変化させる必要がある場合には、ピストン２１のストロークはフルストロークのままで、所定のタイミングで該ピストン２１の吸入弁４１を開閉させるという制御が可能になる。
【００５３】
したがって、要求される容量に応じてピストン２１のストロークを変化させる（ピストン２１の振動中心はそのままにして）と、トップクリアランスが増大して、冷媒の再膨張が大きくなるため体積効率を悪化させるが、上述のようにピストン１のストロークはフルストロークのままで吸気弁４１の開閉タイミングを制御することにより、トップクリアランスを増大させることなく、効率良く容量制御を行うことができる。
【００５４】
また、前記吸入弁４１に連結された駆動装置４３を前記ピストン２１内部の流通路４５内に設けるようにしたため、駆動装置４３の配置スペースを別に設ける必要がなくなり、圧縮機１のコンパクト化を図ることができる。なお、前記吸入弁４１はばね４２によって弾性支持されているため、前記吸入弁４１が開く際には、駆動装置４３を作動させることなく、ばね４２の復元力によって吸入弁４１が開くので、該駆動装置４３の制御が比較的、容易になるという効果も得られる。
【００５５】
−実施形態１の変形例−
前記実施形態１では、例えば図１及び図２に示すように、駆動装置４３としてモータを用いているが、これに限らず、図６に示すように、該駆動装置４３をリニアモータ６０によって構成してもよい。具体的には、ピストン２１の内部に、上面視でドーナツ状の溝６１ａが形成された略円筒状のヨーク６１を配設し、該溝６１ａ内で且つヨーク６１の内筒部６１ｂの外周側に略円筒状の永久磁石６２を設ける。そして、前記ピストン２１の吸入弁４１に連結された連結軸４４の他端側に、縦断面視で略コの字状に形成されたボビン６３を配設し、その開口側の端部に設けられた略円筒状の電磁コイル６４を、前記ヨーク６１の溝６１ａ内で前記永久磁石６２と該ヨーク６１の外筒部６１ｃとの間に配置する。
【００５６】
このような構成のリニアモータ６０を用いて前記吸入弁４１の開閉動作を制御することで、応答性良く該吸入弁４１を動作させることができるとともに、駆動装置４３から発生する騒音をモータ等に比べて低減することができる。
【００５７】
なお、前記吸入弁４１の開閉は、リニアモータ６０に流す電流の制御によって行うようにしてもよいし、リニアモータ６０の配線を短絡させて、電磁コイル６４に短絡電流を生じさせることで、永久磁石６２によって発生する磁力との関係で該電磁コイル６４に電磁力を生じさせるようにしてもよい。この場合、リニアモータ６０を短絡させると、吸入弁４１は開状態で保持されるように構成されていて、この短絡時間及びタイミングを制御することで、該吸入弁４１の開閉状態を制御することができるようになっている。
【００５８】
（実施形態２）
本発明の実施形態２に係る振動型圧縮機１００は、図７に示すように、実施形態１の振動型圧縮機において、ピストンを１つにするとともに、吸入弁及び吐出弁の代わりに該ピストンとシリンダ部との間に略円筒状のスリーブ１１２（筒状部材）を配設したものであり、その他の部分は実施形態１とほぼ同じ構造になっている。したがって、上記実施形態１と同一の部位については、同一符号を付し、実施形態１と異なる点についてのみ以下で詳しく説明する。
【００５９】
具体的には、この実施形態２の振動型圧縮機１００は、略円柱状のケーシング１０１内に形成されたシリンダ部１１０に往復動可能にピストン１１１が装填されたもので、該シリンダ部１１０内には圧縮空間Ｓが区画形成されている。そして、前記シリンダ部１１０の内周面とピストン１１１の外周面との間には、該ピストン１１１及びシリンダ部１１０に対して相対移動可能な略円筒状のスリーブ１１２が配設されていて、該ピストン１１１及びスリーブ１１２は、前記ケーシング１０１内に配設されたリニアモータ１２０（駆動機構、駆動手段）によって往復動するようになっている。
【００６０】
すなわち、前記リニアモータ１２０によってピストン１１１をシリンダ部１１０内で往復動させることで圧縮空間Ｓの容積を変化させ、該空間Ｓ内の冷媒を圧縮する一方、ピストン１１１の動きに応じて前記スリーブ１１２も移動させることで、該スリーブ１１２に設けられた吸入口１１２ａ及び吐出口１１２ｂを、それぞれ、前記ケーシング１０１内に形成された流通路１０５及び吐出通路１０６に連通させて、圧縮空間Ｓ内へ冷媒を供給したり該空間Ｓから冷媒を吐出させたりすることができるようになっている。
【００６１】
前記振動型圧縮機１００の構成について以下でより詳細に説明する。
【００６２】
前記ケーシング１０１は、有底円筒形状のケーシング本体部１０２と、その開口を塞ぐように配設され、冷媒の吸入口１０３ａが形成されている側板１０３とからなり、該ケーシング本体部１０２の内部に形成された空間１０４内には、後述するピストンロッド１１３やフレクシャースプリング１１４〜１１６、リニアモータ１２０等が配設されている。
【００６３】
前記ケーシング本体部１０２の底部１０２ａには、ケーシング１０１の軸線方向に延びるように孔部が形成されていて、この孔部によって上述のシリンダ部１１０が構成されている。また、該底部１０２ａには、シリンダ部１１０の圧縮空間Ｓと前記空間１０４とを連通させる流通路１０５及び前記シリンダ部１１０から圧縮機１００の外方に向かって延びる吐出通路１０６がそれぞれ形成されている。
【００６４】
以上のような構成により、冷媒は前記側板１０３の流入口１０３ａからケーシング１０１内の空間１０４へ流れ込んだ後、該空間１０４内の各構成部品（例えば、フレクシャースプリング１１４〜１１６やリニアモータ１２０等）の貫通穴などを通過して、前記流通路１０５及び後述するスリーブ１１２の吸入口１１２ａを介して圧縮空間Ｓに供給される。そして、該圧縮空間Ｓ内に供給された冷媒は、ピストン１１１によって圧縮された後、スリーブ１１２の吐出口１１２ｂ及び前記吐出通路１０６を介して圧縮機１００の外方へ吐出される。
【００６５】
前記ピストン１１１は、上述の実施形態１とは異なり、中実の円柱状部材からなり、その一端側にはピストンロッド１１３が連結されている。そして、該ピストンロッド１１３の他端側は、実施形態１のフレクシャースプリング２５と同様の構成を有する第１フレクシャースプリング１１４によって弾性支持されている一方、軸方向中央部分は、上述の実施形態１と同様に、リニアモータ１２０を構成するヨーク１２４を挿通していて、その挿通部分よりもピストン１１１側には後述するボビン１２２が取り付けられている。なお、前記ピストンロッド１１３は、その軸方向中央付近で、リニアモータ１２０の永久磁石１２１に外周端部を固定された第２フレクシャースプリング１１５を挿通しており、該フレクシャースプリング１１５によっても軸方向に移動可能に弾性支持されている。
【００６６】
前記リニアモータ１２０は、上述の実施形態１と同様に、ケーシング本体部１０２の内周側に固定されたヨーク１２４と、ピストンロッド１１３に取り付けられたボビン１２２との組み合わせにより構成されている。前記ヨーク１２４は、略円筒状の部材からなるもので、その軸方向の一端側（図１に示すようにケーシング１０１内に組み付けられた状態でボビン１２２側）には中心孔１２４ｄと同心円状の溝１２４ａが設けられている。これにより、前記ヨーク１２４は内筒部１２４ｂと外筒部１２４ｃとに分けられ、その内筒部１２４ｂの外周側にリング状の永久磁石１２１が設けられているとともに、該永久磁石１２１とヨーク１２４の外筒部１２４ｃとの間の溝１２４ａが磁気ギャップＧ’になっている。なお、前記ヨーク１２４の中心孔１２４ｄは、前記実施形態１と同様、該中心孔１２４ｄを挿通するピストンロッド２２の外径に対して十分、大きな径を有している。
【００６７】
前記ボビン１２２は、縦断面視で略コの字状に形成された有底円筒状の部材からなり、前記ヨーク１２４側に向かって開口するように前記ピストンロッド１１３に取り付けられている。そして、前記ボビン１２２の開口端には、略円筒状の第１電磁コイル１２３が配設されていて、この第１電磁コイル１２３が前記磁気ギャップＧ’内で永久磁石１２１側に位置するようになっている。
【００６８】
また、前記第１電磁コイル１２３とヨーク１２４の外筒部１２４ｃとの間には、後述するスリーブ１１２の大径部１１２ｄに設けられた第２電磁コイル１２５が配設されていて、これらの電磁コイル１２３，１２５にそれぞれ通電することによって、永久磁石１２１によって生じている磁場との関係で電磁力が発生し、該電磁コイル１２３，１２５がそれぞれ磁気ギャップＧ’内で軸方向（図７において左右方向）に動き、リニアモータとして動作するようになっている。
【００６９】
前記スリーブ１１２は、ピストン１１１とシリンダ部１１０との間に一端側が位置する比較的、小径の小径部１１２ｃと、前記空間１０４内に突出した該小径部１１２ｃの他端に連続して形成された比較的、大径の大径部１１２ｄとからなり、前記小径部１１２ｃの他端側で、第３フレクシャースプリング１１６によって軸方向に移動可能に弾性支持されている。前記小径部１１２ｃには、その軸線を挟んで対向し且つ軸方向にずれた位置に吸入口１１２ａ及び吐出口１１２ｂが形成されており、該吸入口１１２ａが流通路１０５に、または、吐出口１１２ｂが吐出通路１０６に連通するように、前記リニアモータ１２０によってスリーブ１１２を軸方向に移動させることで、流通路１０５または吐出通路１０６を圧縮空間Ｓに連通させるようになっている。
【００７０】
−運転動作−
以上のような振動型圧縮機の構成において、本実施形態では、前記スリーブ１１２の位置が、ピストン１１１の動きに応じて所定の位置になるように制御される。
【００７１】
具体的には、図８（ａ）に示すように、前記ピストン１１１が吸入行程にあるとき（下死点側に移動しているとき）には、前記スリーブ１１２の吸入口１１２ａが圧縮空間Ｓと流通路１０５とを連通させるような位置まで該スリーブ１１２を移動させる一方、同図（ｂ）に示すように、前記ピストン１１１が圧縮行程にあるとき（上死点側へ移動しているとき）には、圧縮空間Ｓと流通路１０５及び吐出通路１０６とが連通しないように、すなわち、スリーブ１１２の吸入口１１２ａ及び吐出口１１２ｂが、該流通路１０５及び吐出通路１０６のいずれにも連通しないような位置まで該スリーブ１１２を移動させる。
【００７２】
また、前記ピストン１１１が上死点付近に位置しているときには、スリーブ１１２の吐出口１１２ｂが圧縮空間Ｓと吐出通路１０６とを連通させるような位置まで該スリーブ１１２を移動させる。
【００７３】
このように、前記スリーブ１１２の位置をピストン１１１の動きに応じて変化させることで、該スリーブ１１２は吸入弁及び吐出弁の役割を果たしており、容量制御を行う場合には、上述の実施形態１と同様に、例えば、ピストン１１１が上死点側へ移動する際に、該ピストン１１１が所定の位置（要求される容量によって決まる）に到達するまで、スリーブ１１２の吸入口１１２ａによって流通路１０５と圧縮空間Ｓとが連通するように該スリーブ１１２を位置付ければよい。
【００７４】
なお、実施形態１と同様、ピストン１１１が下死点側へ移動する際に容量制御を行うようにしてもよい。その場合には、該ピストン１１１が第１所定位置に到達したときに流通路１０５と圧縮空間Ｓとを連通させるようにスリーブ１１２の位置を制御するか、もしくは、所定の間だけ、流通路１０５と圧縮空間Ｓとを連通させるようにスリーブ１１２の位置を制御する。
【００７５】
この実施形態でも、上述の実施形態１と同様に、負荷変動検出手段５１によって冷凍機等の負荷変化を検出するとともに、ピストン位置検出手段５２によってピストン１１１の位置を検出し、制御装置５０（制御手段）によってリニアモータ１２０を駆動させてスリーブ１１２の位置制御を行う。
【００７６】
−実施形態２の効果−
この実施形態では、ピストン１１１とシリンダ部１１０との間に略円筒形状のスリーブ１１２を配設し、該スリーブ１１２に形成された吸入口１１２ａ及び吐出口１１２ｂの位置を前記ピストン１１１の動きに応じて変化させることで、該スリーブ１１２を吸入弁及び吐出弁として機能させることができる。これにより、弁体が上下動することによって弁の開閉制御を行う一般的な弁構造の場合に生じる衝突音が発生しなくなくなり、圧縮機１００全体の騒音を低減することができるとともに、衝突による摩耗等も生じないため、弁部分での損傷を防止することができる。
【００７７】
また、上述の実施形態１と同様に、容量制御を行う場合には、例えば、ピストン１１１が上死点側に移動する際に、所定位置まで圧縮空間Ｓと流通路１０５とが連通するようにスリーブ１１２の吸入口１１２ａを該流通路１０５に連通させ、前記ピストン１１１が所定位置に到達した際に、前記スリーブ１１２を移動させて圧縮空間Ｓを閉空間にすることで、その所定位置から上死点までの圧縮空間Ｓ内の冷媒のみを圧縮して、吐出するという容量の可変制御が可能となる。すなわち、ピストン１１１はフルストロークの状態で、該ピストン１１１の位置に応じてスリーブ１１２の吸入口１１２ａの位置を変化させるだけで容量制御を行うことができ、従来のようにトップクリアランスを増大させることなく、効率良く容量制御を行うことができる。
【００７８】
（その他の実施形態）
本発明は、前記各実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００７９】
例えば、前記各実施形態では駆動機構としてリニアモータ３０，１２０を用いた例を示したが、駆動機構はリニアモータ３０，１２０に限らず、その他の駆動機構（例えばモータ等によって構成されるもの）を用いてもよい。また、リニアモータ３０，６０，１２０の具体的な構成は上記各実施形態に限らず、例えば永久磁石３２，６２，１２１をヨーク３１，６１，１２４の外筒部３１ｃ，６１ｃ，１２４ｃの内周面に固定して、電磁コイル３３，６４，１２３，１２５をヨーク３１，６１，１２４の内筒部３１ｂ，６１ｂ，１２４ｂと永久磁石３２，６２，１２１との間に配置してもよい。
【００８０】
また、前記実施形態１では、ケーシング１０内に２つのピストン２１，２１を対向するように配置しているが、前記実施形態２のようにピストンを１つだけ配置するようにしてもよい。逆に、前記実施形態２では、ケーシング１０１内に１つだけピストン１１１を配置しているが、前記実施形態１のように２つのピストンを対向するように配置してもよい。
【００８１】
さらに、前記実施形態１では、ピストン２１内部に流通路４５を設けて、該ピストン２１に吸入弁４１及び駆動装置４３を配設しているが、これに限らず、ケーシング１０側に流通路を設けて、該ケーシング１０側に吸入弁及び駆動装置を配設するようにしてもよい。この場合、流通路は、実施形態２のように、ケーシング１０内の空間１３と圧縮空間Ｓとを連通させるようにケーシング本体部１１の中央部１１ａに設ければよい。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上説明したように、本発明における振動型圧縮機は、容量制御を行う場合に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施形態に係る振動型圧縮機の構造を示す断面図である。
【図２】ピストンの概略構造を示す断面図である。
【図３】制御部の概略構成を示すブロック図である。
【図４】ピストンの位置と吸入弁の開閉タイミング及び圧縮空間内の圧力との関係を示す図である。
【図５】圧縮空間内の冷媒の圧力と体積との関係を示す図である。
【図６】実施形態１の変形例に係るピストンの概略構造を示す断面図である。
【図７】実施形態２に係る振動型圧縮機の構造を示す断面図である。
【図８】ピストンの動きとスリーブの動きとの関係を模式的に示した模式図である。
【符号の説明】
【００８４】
１、１００    振動型圧縮機
１０、１０１  ケーシング
１３、１０４  空間
１４、１１０  シリンダ部（シリンダ）
２１、１１１  ピストン
２２、１１３  ピストンロッド
２５          フレクシャースプリング
３０、６０、１２０  リニアモータ
４１  吸入弁
４２  ばね
４３  駆動装置（駆動手段）
４５、１０５  流通路
４６  吐出通路
４７  ばね
４８  吐出弁
５０  制御装置
１１２    スリーブ（筒状部材）
１１２ａ  吸入口
１１２ｂ  吐出口
Ｓ        圧縮空間
【図１】
2006002600.tif 000003
【図２】
2006002600.tif 000004
【図３】
2006002600.tif 000005
【図４】
2006002600.tif 000006
【図５】
2006002600.tif 000007
【図６】
2006002600.tif 000008
【図７】
2006002600.tif 000009
【図８】
2006002600.tif 000010