(57)【要約】【課題】ピストンボア径の小径化を図りながらも、容易な組立作業で連結ロッドをピストンに揺動自在に連結することができ、且つ連結ロッドの球形状端部とピストンとの相互の摺動面圧の増大を招かない構成を備えたリニア圧縮機を提供する。【解決手段】シリンダ２にその軸線方向に沿って摺動自在に支持されたピストン３を、内部に連結ロッド１１を配置させた中空状のピストン本体部３ａと、このピストン本体部３ａの一端開口部を施蓋するピストン蓋部材２２とで構成する。連結ロッド１１の一端側をばね部材４，７に連結し、連結ロッド１１の他端側に設けられた球形状端部３１を、ピストン本体部３ａの内周面の球座面３７とピストン蓋部材２２の球座面３４とで挟み込んで回動自在に保持することにより、連結ロッド１１をピストン３に対し揺動自在に連結する。【選択図】　　　図１
2004011496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持機構部により支持されたシリンダと、
前記シリンダにその軸線方向に沿って摺動自在に支持されて、往復動することによって圧縮室の冷媒を圧縮するピストンと、
前記ピストンに軸線方向の力を付与するばね部材と、
前記ピストンと前記ばね部材とを連結する連結ロッドと、
前記シリンダに連結されたモータ固定部および前記ピストンに連結されたモータ可動部を有する駆動源のリニアモータ部とを備え、
前記ピストンが、内部に前記連結ロッドを配置させた中空状のピストン本体部と、このピストン本体部の一端開口部を施蓋するピストン蓋部材とを有し、
前記連結ロッドの一端側が前記ばね部材に連結され、前記連結ロッドの他端側に設けられた球形状端部が、前記ピストン本体部の内周面の球座面と前記ピストン蓋部材の球座面とで挟み込まれて回動自在に保持されることにより、前記連結ロッドが前記ピストンに対し揺動自在に連結されていることを特徴とするリニア圧縮機。
【請求項２】
連結ロッドの球形状端部のピストン側球形面とピストン蓋部材との間および前記球形状端部のばね部材側球形面とピストン本体部との間の少なくとも一方に摺動用部材が介在されている請求項１に記載のリニア圧縮機。
【請求項３】
摺動用部材が、連結ロッドの挿通が可能な切欠きを有するほぼＣ字形状に形成されている請求項２に記載のリニア圧縮機。
【請求項４】
摺動用部材が樹脂系材を素材として形成されている請求項２または３に記載のリニア圧縮機。
【請求項５】
支持機構部により支持されたシリンダと、
前記シリンダにその軸線方向に沿って摺動自在に支持されて、往復動することによって圧縮室の冷媒を圧縮するピストンと、
前記ピストンに軸線方向の力を付与するばね部材と、
前記ピストンと前記ばね部材とを連結する連結ロッドと、
前記シリンダに結合されたモータ固定部および前記ピストンに結合されたモータ可動部を有する駆動源のリニアモータ部とを備え、
前記ピストンが、内部に前記連結ロッドを配置させた中空状のピストン本体部と、このピストン本体部の一端開口部を施蓋するピストン蓋部材とを有し、
前記連結ロッドが、ばね鋼材で形成されて、その両端部が前記ばね部材および前記ピストンにそれぞれ連結されていることを特徴とするリニア圧縮機。
【請求項６】
連結ロッドは、ばね台座を介在してばね部材に連結されている請求項１から５の何れかに記載のリニア圧縮機。
【請求項７】
冷媒として、ＨＣ系冷媒または二酸化炭素を主成分とする冷媒の何れかが用いられている請求項１から６の何れかに記載のリニア圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、冷凍サイクルなどの圧縮機として使用されるもので、シリンダ内に嵌合されたピストンを駆動源のリニアモータ部によって往復運動させることにより、冷媒ガスを吸入、圧縮および吐出するリニア圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍サイクルに使用される冷媒のうち、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系冷媒やＣＯ２系冷媒などの自然冷媒が採用され始めている。
【０００３】
しかし、上記ＨＣ系冷媒ガスは、可燃性を有することから、爆発や発火を防止することが安全性確保の面から不可欠であるため、ＨＣ系冷媒ガスの使用量は可及的に少なくすることが要望される。さらに、ＨＣ系冷媒は、塩素を含まないことから、これ自体として潤滑性がなく、且つオイルに溶け込み易い性質を有している。以上のことから、オイルレスまたはオイルプアの形式の圧縮機はＨＣ径冷媒の使用量を低減できるので、優位となる。これに対して、リニア圧縮機は、ピストンの軸線と直交する方向への荷重が小さい上に、摺動面圧が小さいので、従来から多く利用されてきたレシプロ式圧縮機、ロータリ圧縮機およびスクロール圧縮機などの他方式の圧縮機と比較すると、上述のオイルレス化を図りやすいタイプの圧縮機といえる。
【０００４】
また、リニア圧縮機では、シリンダとピストン間の摺動面における摺動性の良否がリニア圧縮機の効率や耐久性に影響を与えるため、リニア圧縮機をオイルレス化にすることはかなり複雑な対応が必要となる。そこで、従来では、ピストンにこじれ力などの作用力が働いた場合でも、ピストンを連結ロッドを介して揺動自在に連結支持することにより、ピストンとシリンダ壁面との間の摺動面圧の増大を防ぐことのできるリニア圧縮機が提案されている（特開２００１−２２７４６１号公報参照）。このリニア圧縮機では、ピストンを連結ロッドを介してリニアモータ部のモータ可動部に連結しており、連結ロッドの一端部に設けた球形状端部を、ピストンの軸心部に設けた球座部で覆うように保持して回動自在とすることにより、連結ロッドをピストンに対し揺動自在に連結した構成になっている。
【０００５】
一方、ＣＯ２系冷媒は、ＨＣ系冷媒とは異なり、不燃性であることから、近年において、特に車載用空調機に用いる冷媒として開発が盛んに行われている。ところが、このＣＯ２系冷媒は、その特性から、高圧高密度の遷臨界冷凍サイクルとして知られており、したがって、ＣＯ２系冷媒を用いるリニア圧縮機においては、ピストンボア径の小径化を図ることが求められる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のピストンとシリンダ壁面との間の摺動面圧の増大を防いだリニア圧縮機は、オイルレス化に対応することが可能であるが、ＨＣ系冷媒やＣＯ２系冷媒などを使用するに際し、これらの冷媒の使用量を可及的に少なくすることを目的としてピストンボア径の小径化を図る場合、ピストンの球座部をかしめ加工により連結ロッドの球形状端部にこれを覆う形状として回動自在に連結支持するときのかしめ作業が困難となる。また、かしめ加工を行うにはかしめ代が必要となるため、連結ロッドの球形状端部の球径を小さくする必要があるが、その場合、球形状端部と球座部との各々の摺動面に発生する摺動面圧が大きくなり、摺動面が摩耗するおそれがあることから、信頼性が低下する。
【０００７】
そこで、本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたもので、ピストンボア径の小径化を図りながらも、容易な組立作業で連結ロッドをピストンに揺動自在に連結することができ、且つ連結ロッドの球形状端部とピストンとの相互の摺動面圧の増大を招かない構成を備えたリニア圧縮機を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明に係るリニア圧縮機は、支持機構部により支持されたシリンダと、前記シリンダにその軸線方向に沿って摺動自在に支持されて、往復動することによって圧縮室の冷媒を圧縮するピストンと、前記ピストンに軸線方向の力を付与するばね部材と、前記ピストンと前記ばね部材とを連結する連結ロッドと、前記シリンダに連結されたモータ固定部および前記ピストンに連結されたモータ可動部を有する駆動源のリニアモータ部とを備え、前記ピストンが、内部に前記連結ロッドを配置させた中空状のピストン本体部と、このピストン本体部の一端開口部を施蓋するピストン蓋部材とを有し、前記連結ロッドの一端側が前記ばね部材に連結され、前記連結ロッドの他端側に設けられた球形状端部が、前記ピストン本体部の内周面の球座面と前記ピストン蓋部材の球座面とで挟み込まれて回動自在に保持されることにより、前記連結ロッドが前記ピストンに対し揺動自在に連結されていることを特徴としている。
【０００９】
このリニア圧縮機では、連結ロッドの球形状端部が、ピストン本体部の内周面の球座面とピストン蓋部材の球座面とで挟み込む状態で円滑な回動自在に保持されて、連結ロッドがピストンに対し揺動自在に連結されているから、ピストンを多少傾かせようとするこじれ力などが作用したとしても、ピストンを、シリンダに倣いながら、その軸線方向に沿ってスムーズに移動させることができるので、ピストンとシリンダとの間の摺動面圧の増大を防ぐことができ、リニア圧縮機としてのメカニカルロスが格段に低減して効率の向上が図れ、信頼性が向上する。そのため、このリニア圧縮機は、オイルレスとした場合においても、圧縮機としての効率や耐久性が低下するといったことが生じない。
【００１０】
しかも、このリニア圧縮機では、冷媒の使用量の低減を目的として、圧縮室の容積を小さくし、且つピストンボア径の小径化を図る場合であっても、連結ロッドの球形状端部とピストンとを、かしめ加工を採用せずに、球形状端部をピストン本体部の内周面の球座面とピストン蓋部材の球座面とで挟み込むだけの極めて簡単な構造で連結できるので、連結作業を容易に行って小型化および低コスト化を図ることができるとともに、かしめ加工を行わないことから、そのかしめ代分だけ連結ロッドの球形状端部の径を大きくすることができるので、球形状端部に発生する摺動面圧を軽減でき、互いに摺動する球形状端部およびピストン蓋部材とピストン本体部との各々の球座面の磨耗が極めて少なくなり、高い耐久性を得ることができる。
【００１１】
上記発明において、連結ロッドの球形状端部のピストン側球形面とピストン蓋部材との間および前記球形状端部のばね部材側球形面とピストン本体部の間の少なくとも一方に摺動用部材が介在されていることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、ピストン本体部および／またはピストン蓋部材は、連結ロッドの球形状端部に対し直接接触しないことから、耐磨耗性が低い比較的安価な材料、例えばアルミニウムなどを素材として形成することができ、低コスト化および軽量化を図ることができる。
【００１３】
上記構成における摺動用部材が、連結ロッドの挿通が可能な切欠きを有するほぼＣ字形状に形成されていることが好ましい。これにより、組み立てに際しては、連結ロッドを摺動用部材の切欠きに挿通させて、摺動用部材を予め組み付けた連結ロッドを中空状のピストン本体部に挿入する手順で行えるので、ピストン本体部への摺動用部材の配置が簡便となり、組立工数を低減して低コスト化を図ることができる。
【００１４】
上記構成における摺動用部材が樹脂系材を素材として形成されていることが好ましい。これにより、摺動部材が高い耐磨耗性を有するので、オイルレス化を図る場合などの無潤滑における摺動用部材の耐磨耗性を高めることが可能となり、信頼性がさらに向上する。
【００１５】
第２の発明に係るリニア圧縮機は、支持機構部により支持されたシリンダと、前記シリンダにその軸線方向に沿って摺動自在に支持されて、往復動することによって圧縮室の冷媒を圧縮するピストンと、前記ピストンに軸線方向の力を付与するばね部材と、前記ピストンと前記ばね部材とを連結する連結ロッドと、前記シリンダに結合されたモータ固定部および前記ピストンに結合されたモータ可動部を有する駆動源のリニアモータ部とを備え、前記ピストンが、内部に前記連結ロッドを配置させた中空状のピストン本体部と、このピストン本体部の一端開口部を施蓋するピストン蓋部材とを有し、前記連結ロッドが、ばね鋼材で形成されて、その両端部が前記ばね部材および前記ピストンにそれぞれ連結されていることを特徴としている。
【００１６】
このリニア圧縮機では、往復運動時のピストンに対し多少とも傾かせようとするこじれ力などが作用した場合であっても、この力を、柔軟性を有するばね鋼材で形成した連結ロッドが撓むことで吸収できるから、ピストンとシリンダとの摺動面圧が低減する。そのため、オイルレス化を図った場合であっても、圧縮機としての効率や耐久性が低下するといったことが生じない。しかも、圧縮室の容積を小さくし、且つピストンボア径の小径化を図る場合であっても、連結ロッドを、例えば、これの両端部をボルトなどで固定するだけの簡単な連結手段で取り付けできるから、小型化および低コスト化を図ることができる。さらに、連結ロッドは、これを回動自在に保持する構造とした場合のような摺動面の磨耗といった問題が生じないので、高い耐久性を得ることができる。また、連結ロッドが撓むことによってピストンに作用するこじれ力などを吸収できるので、リニア圧縮機としてのメカニカルロスが低減して効率向上が図れ、信頼性の向上に寄与することができる。また、ばね鋼材からなる連結ロッドは、繰り返しの撓みに対しても疲労強度が高いことから、疲労破壊するおそれがない。
【００１７】
上記各発明における連結ロッドは、ばね台座を介在してばね部材に連結されている構成とすることが好ましい。このように連結ロッドをばね台座と分離する構成としたことで、連結ロッドをシンプルな形状とすることができ、連結ロッドとして、高強度および高柔軟なばね線材を用いることができるので、摺動面圧の小さな高効率および高耐久性の圧縮機を実現することができる。
【００１８】
上記各発明におけるリニア圧縮機の冷媒として、ＨＣ系冷媒または二酸化炭素を主成分とする冷媒をはじめ、何れかを用いることができる。これにより、本発明のリニア圧縮機は、オイルレス化およびピストンボア径の小径化をそれぞれ図った場合にも何ら支障が生じない構成を備えているから、冷媒として、オゾン層の破壊や温暖化現象に大きな影響を与えないＣＯ２系冷媒を問題無く用いることが可能となり、他方式の圧縮機に比較して、ピストンの軸線と直交する方向への荷重が少なく、且つ摺動面圧が小さいという、リニア圧縮機が本来有している特長をそのまま保持したものとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のリニア圧縮機の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら詳述する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るリニア圧縮機の全体構成を示す断面図である。このリニア圧縮機は、構成を大別すると、密閉容器１内に後述する構造により弾性的に支持されたシリンダ２と、シリンダ２にその軸線方向に沿って摺動自在に支持されたピストン３と、ピストン３に軸線方向の力を付与する圧縮コイルばねからなるばね部材４，７と、シリンダ２側に結合されたモータ固定部９とこのモータ固定部９に形成された往復通路２７内に往復可能に支持されたモータ可動部１０とを備えて構成されたリニアモータ部８と、ピストン３とモータ可動部１０とを連結する連結ロッド１１と、シリンダ２の圧縮室１２側に冷媒を入出させる吸入弁や吐出弁等を有するヘッドカバー部１３と、シリンダ２およびモータ固定部９などを密閉容器１内に弾性的に支持する支持機構部を構成する板ばね１４，１７とを有している。
【００２０】
上記密閉容器１はリニア圧縮機の主要構成要素を収納する容器からなり、この密閉容器１の内部には、外部冷却システムなどから吸入管１８を介して冷媒が供給され、この冷媒がヘッドカバー部１３の吸入側空間１９を通って圧縮室１２内に導入される。この圧縮室１２で圧縮された冷媒は、ヘッドカバー部１３の吐出側空間２０を通って、密閉容器１に設けられた吐出管２１から外方の冷却システムなどに吐出される。
【００２１】
シリンダ２は、平板状のシリンダ鍔部２ａと、このシリンダ鍔部２ａの中心から一端側（図の下方側）に向かって突出する円筒状ボス部２ｂとが一体的に形成された構成を有している。なお、円筒状ボス部２ｂの内周面にはピストン３を往復動自在に保持する摺動面が形成されている。
【００２２】
ピストン３は、シリンダ２の摺動面に摺動自在に保持される円筒体からなる中空状のピストン本体部３ａと、このピストン本体部３ａの一端（図の上端）開口内縁部に形成された雌ねじ部に螺合して一端開口を施蓋するピストン蓋部材２２と、ピストン本体部３ａの下端部から外方に延出したピストン鍔部３ｂとを備えて構成されている。このピストン３は、シリンダ２の円筒状ボス部２ｂの摺動面に往復動自在に支持されている。
【００２３】
リニアモータ部８は、上述したように、モータ固定部９とモータ可動部１０とからなる。モータ固定部９はインナーヨーク２３とアウターヨーク２４とを備えて構成されている。インナーヨーク２３は、円筒体からなり、シリンダ２の円筒状ボス部２ｂに対しこれの外周面を覆うように同心状に配置されて、シリンダ鍔部２ａに固定されている。一方、アウターヨーク２４は、円筒体からなり、インナーヨーク２３に対しこれの外周面を覆うように同心状に配置されて、シリンダ鍔部２ａに固定されている。なお、アウターヨーク２４とインナーヨ−ク２３との間には、小さな空間の往復通路２７が形成されている。また、アウターヨーク２４の内部には駆動コイル２８が巻装して収容されており、この駆動コイル２８は電源部（図示せず）に接続されている。
【００２４】
リニアモータ部８のモータ可動部１０は、永久磁石２９と、この永久磁石２９を支持する円筒保持部材３０とを備えて構成されており、この永久磁石２９を保持した円筒保持部材３０は、往復通路２７内に往復動可能に収納されている。円筒保持部材３０の一端（図の下端）から内方に延出された取付部３０ａは、ピストン３のピストン鍔部３ｂに重合状態で連結されている。これにより、リニアモータ部８のモータ可動部１０はピストン３に連結されている。なお、永久磁石２９は駆動コイル２８と対峙する位置に配置され、その間には一定の微小隙間が形成されている。インナーヨーク２３とアウターヨーク２４は同心円状に配置されており、これにより、上記微小隙間は円周の全域にわたり均一に保持されている。
【００２５】
連結ロッド１１は細長い棒状部材からなり、その一端部（図の上端部）には球形状端部３１が形成され、その他端部（図の下端部）は、モータ可動部１０の円筒保持部材３０の取付部３０ａに連結されたばね台座３２の中心部に固定されている。なお、この実施の形態では、連結ロッド１１の他端部がボルト３３によりばね台座３２に着脱可能に固定された構造になっている。連結ロッド１１の球形状端部３１は、ピストン蓋部材２２の軸心部に略半球状に凹設された球座面３４と、中空状のピストン本体部３ａの内周面に球面の一部を有する形状に形成された球座面３７とにより摺動自在に挟み込まれて、回動自在に保持されている。これにより、ピストン３に軸線方向の力を付与するためのばね部材４，７とピストン３とを連結するための連結ロッド１１は、ピストン３のピストン本体部３ａに対し球形状端部３１を支点として揺動自在に支持した状態で連結されている。
【００２６】
圧縮コイルばねからなるばね部材４は、密閉容器１とばね台座３２との間に介装され、同じく圧縮コイルばねからなるばね部材７は、シリンダ２の円筒状ボス部２ｂの段部とばね台座３２との間に介装されている。この２個のばね部材４，７はピストン３に対し軸線方向の力を付与している。また、このばね部材４，７は、運転時に圧縮状態で振幅するように、それぞれある一定量の初期たわみが与えられている。
【００２７】
ヘッドカバー部１３は、弁板３８を介してシリンダ２のシリンダ鍔部２ａの端面側に固定されている。弁板３８には、圧縮室１２に連通可能な吸入弁（図示せず）および吐出弁（図示せず）などが組み付けられており、これ等はヘッドカバー部１３の内部に設けられた吸入側空間１９および吐出側空間２０にそれぞれ連結される。
【００２８】
二つの板ばね１４，１７は、ピストン３とモータ可動部１０を除くシリンダ２、シリンダ２に固定されたヘッドカバー部１３およびモータ固定部９などを密閉容器１内に弾性的に支持する支持機構部を構成している。これら板ばね１４，１７は、略Ｃ字形状とした一対の板ばねを組み合わせて構成しており、その中央空間部を利用してばね部材４が並列に配置されている。
【００２９】
つぎに、上記構造としたリニア圧縮機の作用について説明する。モータ固定部９のアウターヨーク２４の駆動コイル２８に通電すると、その駆動コイル２８とモータ可動部１０の永久磁石２９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磁力が推力として発生する。この推力の発生により、モータ可動部１０には軸線方向に沿って移動する駆動力が作用する。モータ可動部１０の円筒保持部材３０の取付部３０ａはピストン３のピストン鍔部３ｂに連結されているので、ピストン３が移動する。
【００３０】
上記ピストン３は、ピストン本体部３ａの球座面３７とピストン蓋部材２２の球座面３４とで連結ロッド１１の球形状端部３１を回動自在に保持することにより、連結ロッド１１に揺動可能に支持された状態で連結されている。この連結構造により、ぼね部材４，７からの押圧力によるこじれやリニアモータ部８で発生する磁気吸引力の作用などに起因してピストン本体部３ａを多少傾かせようとする横力がピストン３に作用したとしても、ピストン３は、連結ロッド１１の揺動により、ピストン本体部３ａの外周面がシリンダ２の円筒状ボス部２ｂの内周面に倣いながら、その軸線方向に沿ってスムーズに移動する。
【００３１】
したがって、ピストン３は、無理な力の作用を受けることなく移動するので、シリンダ２との摺動面圧が低減する。しかも、この連結構造では、従来の連結ロッドの球形状端部を覆う形状となるようにかしめ加工したピストンの球座部で球形状端部を回動自在に保持する連結構造に比較して、球形状端部３１を一層円滑に回動自在に支持できるから、リニア圧縮機としてのメカニカルロスが格段に低減して効率の向上が図れ、信頼性が向上する。そのため、このリニア圧縮機は、ＨＣ系冷媒を用いることを目的として、オイルレス化を図った場合においても、圧縮機としての効率や耐久性が低下するといったことが生じない。
【００３２】
なお、駆動コイル２８への通電は、正弦波で与えられ、リニアモータ部８には正逆の推力が交互に発生する。そして、ピストン３は、上記の交互に発生する正逆の推力によって往復運動を行うことになる。
【００３３】
冷媒は、吸入管１８から密閉容器１内に導入され、この密閉容器１内に導入された冷媒は、ヘッドカバー部１３の吸入側空間１９から弁板３８に組み付けられた吸入弁（図示せず）を通って圧縮室１２内に導入される。そして、この冷媒は、ピストン３の上記往復運動によって圧縮されたのち、弁板３８に組み付けられた吐出弁（図示せず）からヘッドカバー部１３の吐出側空間２０を経て、吐出管２１から外方の冷却システムなどに吐出される。
【００３４】
また、運転時にピストン３の往復運動に伴って生じる密閉容器１の振動は、ピストン３とモータ可動部１０の振幅と、シリンダ２およびヘッドカバー部１３などの振幅とが反位相となって打ち消されることによって制振され、非常に小さく抑制される。
【００３５】
このリニア圧縮機では、上述したように、ピストン３が球形状端部３１によって連結ロッド１１に極めて円滑に揺動可能に連結された構成としたことにより、ピストン３にこじれ力などの作用が働いた場合でもピストン３とシリンダ２との間の摺動面圧の増大を防ぐことができるから、ＨＣ系冷媒を用いることを目的として、オイルレス化を図った場合においても、圧縮機としての効率やメンテナンスフリーな使用上の例えば１０年程度必要とされる耐久性が低下するといったことが生じない効果が得られるのに加えて、以下のような効果をも得られるものである。
【００３６】
すなわち、このリニア圧縮機では、爆発や発火を防止するために使用量を可及的に少なくする必要があるＨＣ系冷媒や、押し込み量を大幅に小さくする必要があるＣＯ２系冷媒を用いるに際して、圧縮室１２の容積を小さくし、且つピストンボア径を小さくする場合であっても、ピストン３と連結ロッド１１とは、連結ロッド１１の球形状端部３１をピストン蓋部材２２の球座面３４と中空状ピストン本体部３ａの球座面３７とで挟み込んで回動可能に保持することによって連結されているので、この連結作業を容易に行える。
【００３７】
すなわち、連結ロッド１１をピストン３に対し揺動可能に連結する作業は、ピストンボア径が小さくなった場合に作業が困難となるかしめ加工を採用しないことから、極めて容易に行うことができるとともに、小型化および低コスト化を図ることができる。しかも、かしめ加工を行う場合のかしめ代を設ける必要がないので、その分だけ連結ロッド１１の球形状端部３１の径を大きくすることができるから、球形状端部３１に発生する摺動面圧を低減することができる。これにより、互いに摺動する球形状端部３１、ピストン蓋部材２２の球座面３４およびピストン本体部３ａの球座面３７の磨耗は極めて少なくなり、高い耐久性を得ることができる。
【００３８】
図２は本発明の第２の実施の形態に係るリニア圧縮機の全体構成を示す断面図であり、同図において、図１と同一若しくは同等のものには、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。この実施の形態が第１の実施の形態と相違するのは、ピストン蓋部材２２の球形状端部３１との対向面を、第１の実施の形態の球座面３４を設けずに単なる平坦面に形成し、中空状ピストン本体部３ａに、第１の実施の形態の球座面３７を代えて段部を設け、連結ロッド１１の球形状端部３１のピストン側球形面とピストン蓋部材２２の対向面との間に摺動用部材４０を介在し、且つ球形状端部３１のばね部材側球形面とピストン本体部３ａの段部との間に摺動用部材４１を介在して、連結ロッド１１の球形状端部３１を両摺動用部材４０，４１で挟み込んで回動自在に保持するようにした構成のみである。摺動用部材４０の球形状端部３１との接触面は球座面４２に形成され、摺動用部材４１の球形状端部３１との接触面は、球面の一部を有する形状の球座面４３に形成されている。
【００３９】
したがって、この実施の形態のリニア圧縮機では、第１の実施の形態で説明したと同様の効果を得られるのに加えて、連結ロッド１１の球形状端部３１は、摺動用部材４０，４１で挟み込まれて回動自在に保持されるので、ピストン本体部３ａおよびピストン蓋部材２２は、連結ロッド１１の球形状端部３１に直接接触しないことから、耐磨耗性が低い比較的安価な材料、例えばアルミニウムなどを素材として形成することができ、低コスト化および軽量化を図ることができる。また、摺動用部材４０，４１は、耐摩耗性を考慮して、例えば焼入れ鋼などを使用して形成すれば、球形状端部３１および摺動用部材４０，４１の各々の摺動面の耐久性をより一層高めることができるから、その摺動面の摩耗をさらに抑制することができ、信頼性が格段に向上する。
【００４０】
図３は上記第２の実施の形態におけるピストン本体部３ａと球形状端部３１との間に介在される摺動用部材４１を示す斜視図である。この摺動用部材４１は、内周面が球座面４３に形成されているとともに、一部に切欠き４４を設けた略Ｃ字形状に形成されている。上記切欠き４４は、連結ロッド１１の細長い棒状部が通るだけの幅Ｗを有している。これにより、組み立てに際しては、連結ロッド１１を摺動用部材４１の切欠き４４に挿通させて、摺動用部材を予め組み付けた連結ロッド１１を中空状のピストン本体部３ａに挿入する手順で行えるので、摺動用部材４１のピストン本体部３ａへの配置が簡便となり、組立工数を低減して低コスト化を図ることができる。
【００４１】
また、上記摺動用部材４０，４１は、ＰＥＥＫ材などの樹脂系材によって形成されている。これにより、摺動用部材４０，４１は高い耐磨耗性を有するので、オイルレス化を図った時などの無潤滑における摺動用部材４０，４１の信頼性を高めることが可能となる。
【００４２】
図４は本発明の第３の実施の形態に係るリニア圧縮機の全体構成を示す断面図であり、同図において、図１と同一若しくは同等のものに同一の符号を付して、重複する説明を省略する。この実施の形態のリニア圧縮機が第１の実施の形態と相違するのは、細長い棒状の連結ロッド４７を、柔軟性を有するばね鋼材で形成して、その連結ロッド４７に、第１および第２実施の形態でそれぞれ設けた球形状端部３１を設けずに、連結ロッド４７の両端部にそれぞれ雌ねじ部４８，４９を設けて、この連結ロッド４７の両端部をそれぞれボルト５０，５１によってピストン本体部３ａの軸線中心部およびばね台座３２に着脱自在に固定した構成のみである。
【００４３】
したがって、このリニア圧縮機では、連結ロッド４７を柔軟性のあるばね鋼材で形成したことにより、往復運動時のピストン３に対し多少とも傾かせようとする力が作用した場合、例えば、ばね部材４，７の加工精度や取付け精度あるいは有効巻き数などに依存して発生する横力がばね台座３２を介して連結ロッド４７に作用した場合であっても、この横力を連結ロッド４７が撓むことで吸収できるから、ピストン３は、ピストン本体部３ａの外周面がシリンダ２の円筒状ボス部２ｂの内周面に倣いながら、その軸線方向に沿ってスムーズに移動するので、シリンダ２との摺動面圧が低減する。そのため、ＨＣ系冷媒を用いることを目的として、オイルレス化を図った場合であっても、圧縮機としての効率や耐久性が低下するといったことが生じない。
【００４４】
しかも、この実施の形態では、上述のように連結ロッド４７が撓むことによってピストン３に作用する横力を吸収できるので、リニア圧縮機としてのメカニカルロスが低減して効率向上が図れ、信頼性の向上に寄与することができる。また、ばね鋼材からなる連結ロッド４７は、繰り返しの撓みに対しても疲労強度が高いことから、疲労破壊するおそれがなく、さらに、連結ロッド４７にショットピーニングを施せば、疲労強度が一層高まって信頼性が格段に向上する。
【００４５】
また、この実施の形態のリニア圧縮機では、爆発や発火を防止するために使用量を可及的に少なくする必要があるＨＣ系冷媒や、押し込み量を大幅に小さくする必要があるＣＯ２系冷媒を用いるに際して、圧縮室１２の容積を小さくし、且つピストンボア径を小さくする場合であっても、連結ロッド４７を、これの両端部をボルト５０，５１で固定するだけの簡単な連結構造で取り付けできるから、小型化および低コスト化を図ることができる。しかも、連結ロッド４７は、回動自在に保持する構造とした場合のような摺動面の磨耗といった問題が生じないので、高い耐久性を得ることができる。
【００４６】
また、この実施の形態では、連結ロッド４７をばね台座３２と分離した構成としたことから、連結ロッド４７をシンプルな形状とすることができ、連結ロッド４７として、高強度および高柔軟なばね線材を用いることができるので、摺動面圧の小さな高効率および高耐久性の圧縮機を実現することができる。
【００４７】
要するに、以上の各実施の形態のリニア圧縮機は、何れもオイルレス化およびピストンボア径の小径化をそれぞれ図った場合にも何ら支障が生じない構成を備えているから、冷媒として、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系冷媒やＣＯ２系冷媒を問題無く用いることが可能となり、他方式の圧縮機に比較して、ピストン３の軸線と直交する方向への荷重が少なく、且つ摺動面圧が小さいという、リニア圧縮機が本来有している特長をそのまま保持したものとなる。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、第１の発明に係るリニア圧縮機によれば、連結ロッドの球形状端部が、ピストン本体部の内周面の球座面とピストン蓋部材の球座面とで挟み込む状態で円滑な回動自在に保持されて、連結ロッドがピストンに対し揺動自在に連結された構成としたので、ピストンとシリンダとの間の摺動面圧の増大を防ぐことができ、リニア圧縮機としてのメカニカルロスが格段に低減して効率の向上が図れ、信頼性が向上する。そのため、このリニア圧縮機は、オイルレス化を図った場合においても、圧縮機としての効率や耐久性が低下するといったことが生じない。しかも、圧縮室の容積を小さくし、且つピストンボア径の小径化を図る場合であっても、連結ロッドの球形状端部とピストンとを極めて簡単な連結構造で連結できるので、連結作業を容易に行って、小型化および低コスト化を図ることができるとともに、連結ロッドの球形状端部に発生する摺動面圧を軽減でき、互いに摺動する球形状端部およびピストン蓋部材とピストン本体部との各々の球座面の磨耗が極めて少なくなり、高い耐久性を得ることができる。
【００４９】
本発明の第２の発明に係るリニア圧縮機によれば、往復運動時のピストンに対し多少とも傾かせようとするこじれ力などが作用した場合であっても、この力を、柔軟性を有するばね鋼材で形成した連結ロッドが撓むことで吸収できるから、ピストンとシリンダとの摺動面圧が低減し、オイルレス化を図った場合であっても、圧縮機としての効率や耐久性が低下するといったことが生じない。しかも、圧縮室の容積を小さくし、且つピストンボア径の小径化を容易に図ることができ、高い耐久性を得ることができるとともに、リニア圧縮機としてのメカニカルロスが低減して効率向上が図れ、信頼性の向上に寄与することができる。また、ばね鋼材からなる連結ロッドは、繰り返しの撓みに対しても疲労強度が高いことから、疲労破壊するおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るリニア圧縮機を示す全体構成の断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るリニア圧縮機の全体構成を示す断面図。
【図３】同上の実施の形態におけるピストン本体部と球形状端部との間に介在させる摺動用部材を示す斜視図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係るリニア圧縮機の全体構成を示す断面図。
【記号の説明】
２　シリンダ
３　ピストン
３ａ　ピストン本体部
４，７　ばね部材
８　リニアモータ部
９　モータ固定部
１０　モータ可動部
１１，４７　連結ロッド
１２　圧縮室
１４，１７　板ばね（支持機構部）
２２　ピストン蓋部材
３１　球形状端部
３４　ピストン蓋部材の球座面
３７　ピストン本体部の球座面
４０，４１　摺動用部材
４４　切欠き
【図１】
2004011496.tif 000003
【図２】
2004011496.tif 000004
【図３】
2004011496.tif 000005
【図４】
2004011496.tif 000006