(57)【要約】【課題】往復動圧縮機に関し、ピストンとシリンダの摺動部の接触を緩和することで、信頼性が高い圧縮機を提供することを目的とする。【解決手段】圧縮室１１２を形成するシリンダ１０３とシリンダ１０３内に摺動自在に挿入されたピストン１０５と、往復駆動手段１０４と連結したロッド１０６とを備え、一端を前記ピストン１０５内部に固定されたバネ１０８によって前記ロッド１０６の先端面１０６ａが、前記ピストンの先端内面１０５ａに摺動可能に押圧する構成としたことにより、ピストン１０５とシリンダ１０３の摺動部の接触を緩和したことにより、摺動部の摩耗を低減することができる。【選択図】  図１
2005023880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮室を形成するシリンダと前記シリンダ内に摺動自在に挿入されたピストンと、往復駆動手段と連結したロッドとを備え、一端を前記ピストン内部に固定されたバネによって前記ロッドの先端面が、前記ピストンの先端内面に摺動可能に押圧された往復動圧縮機。
【請求項２】
前記ピストンの前記先端内面と前記ロッドの前記先端面との少なくとも一方の表面が、固体潤滑材からなる請求項１記載の往復動圧縮機。
【請求項３】
前記ピストンの前記先端内面と前記ロッドの前記先端面とで形成する摺動面が略球面状である請求項１または２に記載の往復動圧縮機。
【請求項４】
前記バネがコイルバネである請求項１から３のいずれか一項に記載の往復動圧縮機。
【請求項５】
前記バネが板バネである請求項１から３のいずれか一項に記載の往復動圧縮機。
【請求項６】
前記ピストンの前記先端内面と反対側のスカート部が内側に曲げられることにより、前記バネを固定する爪部を形成した請求項１から５のいずれか一項に記載の往復動圧縮機。
【請求項７】
オイルを用いず、かつピストンとシリンダの間に流体ベアリングを形成した請求項１から６のいずれか一項に記載の往復動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍冷蔵装置や空調機、ポンプ等に用いられる往復動圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、冷凍機器、ポンプの分野において、高効率を狙いに往復動圧縮機が提案されており、高信頼性は、重要な開発要素である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、図面を参照しながら上記従来の往復動圧縮機について説明する。
【０００４】
図６は従来の往復動圧縮機の縦断面図である。図７は弾性体の図である。図６、図７において、密閉容器１は本体２を収納している。本体２は、往復駆動手段３、シリンダ４、ピストン５、ピストン５に一体に連結されたロッド６、ブロック７、シリンダヘッド８などから構成されており、サスペンションスプリング（図示せず）により、密閉容器１内に弾性支持されている。
【０００５】
往復駆動手段３は、コイル３ａ、可動子３ｂ、永久磁石３ｃなどにより構成されている。
【０００６】
弾性要素９は、複数の弾性体９ａを積み重ねて構成されており、弾性要素９の内周部９ｂがロッド６に固定され、外周部９ｃがブロック７に固定され、弾性体９ａのスパイラル形状により、共振バネとして機能する。
【０００７】
シリンダ４は、ピストン５により圧縮室１０を形成している。
【０００８】
次に往復動圧縮機の機構について説明する。往復駆動手段３は、交流電源などにより、コイル３ａに通電すると、この通電により永久磁石３ｃにより発生する磁界との作用により、可動子３ｂに往復運動する力が発生する。その力により、往復駆動手段３の可動子３ｂと連結したロッド６及びロッド６と連結したピストン５は、弾性要素９を変形させると共に、弾性要素９の反発力を利用しながら効率よく軸方向に往復運動を繰り返す。図６では、可動子３ｂにコイル３ａが巻かれており、永久磁石３ｃが固定されているが、固定側にコイルが巻かれ、可動子側に永久磁石が固定されていても同様に往復駆動手段３を構成できる。
【０００９】
冷却システム（図示せず）からの冷媒ガスは、吸入管（図示せず）を介してシリンダヘッド８の低圧室８ａに導かれ、シリンダ４内の圧縮室１０に至る。その後、上述したピストン５の往復運動により圧縮され、圧縮された冷媒ガスは、シリンダヘッド８内に配設されている吐出弁（図示せず）を介して、一端シリンダヘッド８内の高圧室８ｂに吐出された後、吐出管を介して、冷却システムに吐出される。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−５５９７４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成は、ピストン５とロッド６が連結しているので、シリンダ４に対して、ピストン５とロッド６の同芯が不十分である場合や、往復駆動手段３が、往復時にシリンダ４の半径方向に振れることによって、シリンダ４とピストン５の間に抉りによる力が発生し、入力の増加や、抉りによる局所的な摩耗による信頼性の低下を起こす可能性があるという欠点があった。
【００１２】
また、機種、大きさにより、抉り力に差があり、機種、大きさ毎の対応が難しいとの欠点があった。
【００１３】
また、オイルを含有しないオイルレスの往復動圧縮機では、ピストンとシリンダの抉りによる接触は、凝着摩耗などを起こし、信頼性に重大な欠点があった。
【００１４】
本発明は、従来の課題を解決するもので、シリンダとピストン間の抉りを軽減し、入力の増加が少なく、信頼性の高い往復動圧縮機を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、圧縮室を形成するシリンダと前記シリンダ内に摺動自在に挿入されたピストンと、往復駆動手段と連結したロッドとを備え、一端を前記ピストン内部に固定されたバネによって前記ロッドの先端面が、前記ピストンの先端内面に摺動可能に押圧された往復動圧縮機であり、バネで押えられたロッドの先端面がシリンダの半径方向に摺動可能であるのでシリンダ内でのピストンの軸心を調整し、ピストンとシリンダの抉りを軽減し接触を緩和するという作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に前記ピストンの前記先端内面と前記ロッドの前記先端面との少なくとも一方の表面が、固体潤滑材からなる構成としたものであり、請求項１に記載の発明の作用に加えて固体潤滑材の自己潤滑作用により、ロッドの先端面が半径方向に動いても摩耗の発生を少なくできるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明に前記ピストンの先端内面と前記ロッドの前記先端面とで形成する摺動面が略球面状をなしたものであり、請求項１または２に記載の発明の作用に加えて、シリンダの半径方向のみならず、ピストンの軸方向の傾きに対しても動きが可能となり、ピストンとシリンダの抉りによる接触をより緩和しやすいという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１から３に記載の発明に前記バネをコイルバネとした往復動圧縮機であり、コイルの径や巻き数、形状により、機種、大きさに対して適切な押し圧を選べるという作用を有する
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１から３に記載の発明に前記バネを板バネとした往復動圧縮機であり、板の厚み、幅、押える板の数、形状等により、機種、大きさに対して適切な押し圧を選べるという作用を有する
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明に前記ピストンの前記先端内面と反対側のスカート部が内側に曲げられることにより、前記バネを固定する爪部を形成した往復動圧縮機で爪部を簡単に形成でき、バネの固定を容易に行えるという作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明にオイルを用いず、かつピストンとシリンダの間に流体ベアリングを形成した往復動圧縮機で、流体ベアリングへのガス圧により、ピストンに力が働くとロッドの先端面がシリンダの半径方向等に摺動して動き、ピストンとシリンダの接触がなくなるようにするので、ピストンとシリンダ間を容易に完全に非接触にできるという作用を有する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による往復動圧縮機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による往復動圧縮機の縦断面図である。
【００２２】
図１において、密閉容器１０１は本体１０２を収納している。本体１０２は、シリンダ１０３、往復駆動手段１０４、ピストン１０５、ロッド１０６、ロッド１０６の先端面１０６ａ、バネ１０８、バネ押え１０９、シリンダヘッド１１０から構成されており、サスペンションスプリング（図示せず）により、密閉容器１０１内に弾性支持されている。
【００２３】
ロッド１０６の先端面１０６ａは、ピストン１０５の先端内面１０５ａにバネ１０８で押圧されている。本実施例では、バネ１０８としてコイルバネ１０８ａを用いている。コイルバネ１０８ａを用いると、コイルバネの径、巻き数等を変える事で、バネの押圧力を適切に選択が可能であり、往復動圧縮機のピストン１０５の径やストローク（往復動距離）の差による抉り力の差に対し、適切な押圧力の選択が可能である。
【００２４】
往復駆動手段１０４は、往復動モーター１１０ａ、共振スプリング１１１により構成されており、ロッド１０６は、往復駆動手段１０４に連結している。
【００２５】
シリンダ１０３とピストン１０５により圧縮室１１２が形成され、シリンダヘッド１１０の吸入室１１３、吐出室１１４と連通している。
【００２６】
以上のような構成において、往復駆動手段１０４が往復動を開始すると、ロッド１０６は、先端面１０６ａより先端内面１０５ａに力を伝える。先端面１０６ａは、バネ１０８によって、先端内面１０５ａに押圧されているので、ピストン１０５は半径方向には摺動可能であるが、軸方向はロッド１０６の先端面１０６ａと密着しながら往復動を行う。
【００２７】
ピストン１０５が往復動を行うと、吸入室１１３より、バルブ（図示せず）を介して圧縮室１１２への流体の吸い込みと吐出室１１４への流体の吐出が繰り返され、吐出室１１４に吐出された流体は、吐出管（図示せず）を通って、密閉容器１０１の外部に送られる。
【００２８】
ここで、ロッド１０６の軸がシリンダ１０３に対して、往復動時にわずかに動くことや、ロッド１０６とピストン１０５が完全に同芯とならない場合、従来はピストン１０５とシリンダ１０３との間で抉りが発生してしまうが、本実施の形態では、先端内面１０５ａが先端面１０６ａと摺動しながらピストン１０５がシリンダ１０３内で軸芯を安定するように動く、すなわち、シリンダ１０３内でのピストン１０５の軸心を自動的に調芯してくれるので、シリンダ１０３とピストン１０５の抉りを回避することができ、その結果、ピストン１０５とシリンダ１０３の接触が緩和され、入力の増加が低減されると共に抉りによる局所的な摩耗などの信頼性の低下が低減され、信頼性が向上するという効果を得ることができる。
【００２９】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２による往復動圧縮機の密閉容器を除いた部分縦断面図である。
【００３０】
なお、実施の形態１と同一構成については、同一符合を付して詳細な説明を省略する。
【００３１】
図２において、先端内面１０５ａに先端面１０６ａがバネ１０８によって摺動自在に押圧されている。先端内面１０５ａと先端面１０６ａの摺動面の少なくともいずれか一方に、固体潤滑材２０１をコーティング、溶射、別部材といった方法で介在させることにより摺動性を良くし、摩耗を抑制することが可能である。
【００３２】
固体潤滑材２０１としては、例えば燐酸マンガン、二流化モリブデン、二硫化タングステン、グラファイト系材料などがある。
【００３３】
また、別部材としては、ポリアセタール、ナイロン樹脂、４フッ化エチレン樹脂などがある。
【００３４】
上記のような固体潤滑材２０１を用いることによって、先端面１０６ａと先端内面１０５ａは摺動しやすくなり、ピストン１０５とシリンダ１０３の抉りは軽減されると共に、先端面１０６ａと先端内面１０５ａの潤滑性が向上する。その結果、先端内面１０５ａ、先端面１０６ａの摩耗の発生を防ぐことで、更に信頼性が向上するという効果が得られる。
【００３５】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３による往復動圧縮機の密閉容器を除いた部分縦断面図である。
【００３６】
なお、実施の形態１と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３７】
図３において、ピストン３０１の先端内面３０１ａは、略球面形状をしており、先端内面３０１ａにバネ１０８により押圧されるロッド３０２の先端面３０２ａも同様に略球面状をしている。
【００３８】
以上のように構成された往復動圧縮機において、ピストン３０１は、シリンダ１０３の半径方向のみならず、ピストン３０１の軸方向の傾きに対しても動き、ピストン３０１、軸方向に対しては３次元的に動くことが可能となり、ピストン３０１とシリンダ１０３の全方向の抉り力を逃がすことができる。その結果、接触がより緩和され、更に入力の増加が低減されると共に抉りによる局所的な摩耗などの信頼性の低下が低減されるという効果が得られる。
【００３９】
（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４による往復動圧縮機の密閉容器を除いた部分縦断面図である。
【００４０】
なお、実施の形態１と同一要素については、同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００４１】
先端内面１０５ａに先端面１０６ａを押圧するために、板バネ４０１を用いている。板バネ４０１は、バネ鋼などを用い、短冊状の板を複数枚、円筒状に並べたものが適切である。
【００４２】
板バネ４０１は、ピストン１０５の反先端側の開口部より挿入し、バネ端部４０４をピストン１０５のスカート部４０３に形成した爪部４０２に係止することによって固定し、バネ力をロッド１０６の先端面１０６ａに加え、ピストン１０５の先端内面１０５ａに押圧させることができる。
【００４３】
以上のように構成した往復動圧縮機において、以下その動作を説明する。
【００４４】
ピストン１０５のスカート部４０３に形成された爪部４０２は、板バネ４０１のバネ端部４０４を係止してとめる作用をする。
【００４５】
板バネ４０１は、先端面１０６ａを先端内面１０５ａに摺動自在に押圧する。
【００４６】
ピストン１０５とシリンダ１０３は、摺動を行うが、従来の構成のようにロッド１０６とピストン１０５が一体となっていると、ピストン１０５とシリンダ１０３間で抉りが発生し、ピストン１０５とシリンダ１０３が摩耗してしまうが、本発明の構成では、先端内面１０５ａが先端面１０６ａと摺動しながらシリンダ１０３とピストン１０５の抉りが発生しないように動くので、ピストン１０５とシリンダ１０３の接触が緩和される。
【００４７】
その結果、シリンダ１０３とピストン１０５の間の抉りによる力の発生が軽減するため、入力の増加が低減されると共に抉りによる局所的な摩耗などの信頼性の低下が低減されるという効果が得られる。
【００４８】
更には、板バネ４０１をとめる爪部４０２は曲げ加工や絞り加工、押し出し加工、エンボス加工などによって容易に形成できるため、成型が簡単であり、製造原価を安くすることができるという効果も得られる。
【００４９】
（実施の形態５）
図５は、本発明の実施の形態５による往復動圧縮機の縦断面図である。
【００５０】
なお、実施の形態１と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５１】
図５において、本体５００は、流体ベアリング５０５を用いたオイルレス仕様の往復動圧縮機である。ブロック５０１はシリンダ５０２を圧入している。シリンダ５０２には、吐出室１１４に連通した連通路５０３があり、連通路５０３は、シリンダ５０２の内面に開口穴５０４を開口し流体ベアリング５０５を形成している。
【００５２】
以上の様に構成した往復動圧縮機について、以下その動作を説明する。
【００５３】
往復駆動手段１０４の往復動により、ピストン１０５が往復動し、流体が圧縮されると、圧縮された高圧流体は、吐出室１１４に連通した連通路５０３を通って、シリンダ５０２の内面に開口した開口穴５０４から流体を噴出し、ピストン１０５をシリンダ５０２から浮遊させる力を発生する。
【００５４】
ピストン１０５の先端内面１０５ａがロッド１０６の先端面１０６ａと摺動しながらシリンダ１０３とピストン１０５の抉りが発生しないように動くことに加えて、流体ベアリング５０５により、ピストン１０５をシリンダ５０２から浮遊させる力が発生するために、ピストン１０５とシリンダ５０２とを完全に非接触にすることが可能となる。そのため、ピストン１０５とシリンダ５０２の摺動による入力損失がなくなる。
【００５５】
その結果、流体ベアリング５０５でピストン１０５を浮遊させる構成において、ピストン１０５とシリンダ５０２の接触を防ぐことで摩耗の発生がなく信頼性が高くなるという効果が得られるとともに、ピストン１０５の摺動がなくなるので、摺動による入力の増加がなくなるという効果が得られる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明は、入力の増加が少なく、信頼性が向上するという効果がある。
【００５７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の効果に加えて、摩耗が抑制され、信頼性が向上するという効果がある。
【００５８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明の効果に加えて、さらに入力の増加の抑制や、信頼性の向上に効果がある。
【００５９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３に記載の発明の効果に加えて、機種、大きさによる抉り力の差に柔軟に対応できるという効果がある。
【００６０】
また、請求項５に記載の発明も、請求項１から３に記載の発明の効果に加えて、機種、大きさによる抉り力の差に柔軟に対応できるという効果がある。
【００６１】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１から５に記載の発明の効果に加えて、バネの固定が容易になり、製造しやすくなるという効果がある。
【００６２】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１から６に記載の発明の効果に加えて、流体ベアリングにより、ピストンとシリンダが非接触となり、ピストンシリンダ間の入力増加がなくなると共に、摩耗発生がなくなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による往復動圧縮機の実施の形態１の縦断面図
【図２】本発明による往復動圧縮機の実施の形態２の部分縦断面図
【図３】本発明による往復動圧縮機の実施の形態３の部分縦断面図
【図４】本発明による往復動圧縮機の実施の形態４の部分縦断面図
【図５】本発明による往復動圧縮機の実施の形態５の縦断面図
【図６】従来の往復動圧縮機の縦断面図
【図７】従来の往復動圧縮機の弾性体の平面図
【符号の説明】
１０３  シリンダ
１０４  往復駆動手段
１０５，３０１  ピストン
１０５ａ，３０１ａ  先端内面
１０６，３０２  ロッド
１０６ａ，３０２ａ  先端面
１０８  バネ
１０８ａ  コイルバネ
１１２  圧縮室
２０１  固体潤滑材
４０１  板バネ
４０２  爪部
４０３  スカート部
５０５  流体ベアリング
【図１】
2005023880.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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