JP4055877B2 - 潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉容器内に潤滑油を封入するリニア圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リニア圧縮機は、従来から多く利用されてきたレシプロ式圧縮機、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機と比較すると、オイルレス化を図りやすいタイプの圧縮機として知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこのリニア圧縮機においても、シリンダとピストンとの間には摺動面が存在し、この摺動面の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。そのため、リニア圧縮機をオイルレスにすることはかなり複雑な対応が必要となる。
【０００４】
そこで本発明は、潤滑油を必要な箇所に確実に供給することで、高効率且つ高信頼性を有するリニア圧縮機を提供することを目的とする。
また、本発明は、必要箇所への潤滑を効果的に行わせることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明の潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機は、密閉容器の内部に弾性支持されるシリンダと、前記シリンダと同一軸心でその軸線方向に沿って摺動自在に支持されるピストンと、前記ピストンに固定される可動部と前記シリンダに固定される固定部とで磁路を形成して前記ピストンを軸線方向に往復動させる推力を発生させるリニアモータ部とを有し、前記密閉容器内に潤滑油を封入するリニア圧縮機であって、前記シリンダの下部に潤滑油供給装置を設け、前記潤滑油供給装置は、前記シリンダの振動によって、前記密閉容器内底部に貯溜する潤滑油を前記ピストンと前記シリンダとの間の摺動面に供給し、前記ピストンの外周又は前記シリンダの内周の少なくとも一方にライナを設け、前記ライナを、前記ピストンの軸線方向に分割して設け、前記潤滑油供給装置によって供給される潤滑油を、分割した前記ライナ間に供給することを特徴とする。
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機において、前記潤滑油供給装置は、シリンダケースに摺動自在に支持される摺動部材を有し、前記摺動部材の摺動方向を、前記ピストンの軸線方向としたことを特徴とする。
請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載の潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機において、前記摺動部材を前記シリンダケース内に弾性部材で支持していることを特徴とする。
請求項４に記載の本発明は、請求項１に記載の潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機において、前記ピストンの圧縮室側にピストン頭部を形成し、前記シリンダ内周面に前記ピストン頭部の外周面に潤滑油を供給する油溝を形成し、前記油溝は、前記ピストン頭部の摺動領域の中央位置よりも前記圧縮室と反対側に位置していることを特徴とする。
請求項５に記載の本発明は、請求項１に記載の潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機において、前記シリンダの軸線方向を水平方向としたことを特徴とする。
請求項６に記載の本発明は、請求項５に記載の潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機において、前記潤滑油供給装置によって供給される潤滑油を、前記ピストンの外周に下方側から供給し、前記ピストンの上部には前記ピストンの内孔に連通する貫通孔を形成して、前記ピストンの外周に供給された潤滑油を前記貫通孔から前記内孔に導出することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明による第１の実施の形態は、シリンダの下部に潤滑油供給装置を設け、この潤滑油供給装置は、シリンダの振動によって、密閉容器内底部に貯溜する潤滑油をピストンとシリンダとの間の摺動面に供給し、ピストンの外周又はシリンダの内周の少なくとも一方にライナを設け、ライナを、ピストンの軸線方向に分割して設け、潤滑油供給装置によって供給される潤滑油を、分割したライナ間に供給するものである。このように、潤滑油をピストンとシリンダとの間の摺動面に供給するための潤滑油供給装置は、シリンダの振動を利用することで、確実に潤滑油を供給することができる。従って、高効率且つ高信頼性を有するリニア圧縮機が提供できる。また、分割したライナの間に潤滑油を供給することで、ライナの間にできるピストンとシリンダとの間の空間に潤滑油を保持することができる。
【０００７】
本発明による第２の実施の形態は、第１の実施の形態における潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機において、潤滑油供給装置は、シリンダケースに摺動自在に支持される摺動部材を有し、この摺動部材の摺動方向を、ピストンの軸線方向としたものである。このように、摺動部材の摺動方向をピストンの軸線方向とすることで、潤滑油供給装置は、ピストンの動作に伴って生じるシリンダの振動を有効に利用することができるので、シリンダケース内で摺動部材の動作を確実に行わせることができる。
【０００８】
本発明による第３の実施の形態は、第２の実施の形態における潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機において、摺動部材をシリンダケース内に弾性部材で支持したものである。このように、摺動部材を弾性部材で支持することで、シリンダの振動を有効に利用して摺動部材を振動させることができる。
【０００９】
本発明による第４の実施の形態は、第１の実施の形態における潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機において、ピストンの圧縮室側にピストン頭部を形成し、シリンダ内周面にピストン頭部の外周面に潤滑油を供給する油溝を形成し、この油溝は、ピストン頭部の摺動領域の中央位置よりも圧縮室と反対側に位置している。このように、油溝を圧縮室から離れた位置に配置することで、圧縮室内に潤滑油が流入することを少なくし、また、ピストン頭部の摺動面を潤滑できる。従って、潤滑油が圧縮冷媒とともに密閉容器から吐出することを防止することができる。
【００１０】
本発明による第５の実施の形態は、第１の実施の形態における潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機において、シリンダの軸線方向を水平方向としたものである。このようにシリンダの軸線方向を水平方向として、横型のリニア圧縮機とすることで、ピストンとシリンダとの摺動箇所を、密閉容器底部の潤滑油面に近づけることができる。従って、潤滑箇所を低くすることができるとともに、潤滑油の供給路を短くすることができ、少ない潤滑油量でも確実に供給することができる。
【００１１】
本発明による第６の実施の形態は、第５の実施の形態における潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機において、潤滑油供給装置によって供給される潤滑油を、ピストンの外周に下方側から供給し、ピストンの上部にはピストンの中心孔に連面する貫通孔を形成して、ピストンの外周に供給された潤滑油を貫通孔から中心孔に導出するものである。このように、潤滑油をピストンの下方向から供給することで供給路を短くすることができる。また、ピストンの外周に供給された潤滑油を、ピストンの上部に形成した貫通孔から中心孔に導出することで、ピストンの上部にまで確実に潤滑油を供給することができる。すなわち、リニア圧縮機においては、ピストンは回転動作を行わず、水平方向に摺動動作を行うために、下部から供給された潤滑油は、上方へまわりにくいが、本実施の形態のように、上部から導出させることで、下方から側方を経由して上方に向かう潤滑油の流れを形成することで、ピストンの側面部から上部に至るまで潤滑油を供給することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は全体構成を示す断面図、図２は図１の要部拡大断面図である。まず、本発明のリニア圧縮機の全体構成を説明する。このリニア圧縮機は、潤滑油供給装置１と、シリンダ部１０と、ピストン部２０と、リニアモータ部３０を構成する可動部４０及び固定部５０と、吐出機構部６０と、バネ機構部７０と、密閉容器８０及び支持機構部９０等とから構成される。
【００１３】
潤滑油供給装置１は、シリンダケース１Ａと、このシリンダケース１Ａ内に往復動可能に収納されているピストン１Ｂと、ピストン１Ｂの両端とシリンダケース１Ａの端面との間に形成される吸入空間１Ｃと排出空間１Ｄにそれぞれ配設されるスプリング１Ｅ，１Ｆとからなる。シリンダケース１Ａは、その一端側の吸入空間１Ｃに連通する吸入口１Ｇと、その他端側の排出空間１Ｄに連通する排出口１Ｈを形成している。
ピストン１Ｂは、吸入空間１Ｃと排出空間１Ｄとを連通する通路１Ｉを有し、この通路１Ｉには、吸入空間１Ｃから排出空間１Ｄへのみ潤滑油が移動可能な弁体１Ｊを備えている。
本実施例では、潤滑油供給装置１はシリンダ部１０の下部に固定されている。
【００１４】
シリンダ部１０は、鍔部１１と、鍔部１１から図の左方に向かって突出するボス部１２と、ピストン部２０を保持する筒体部１３等を一体構造に形成したものからなる。ボス部１２の内部には、ピストン頭部２８を配設した圧縮室を形成する空間部１４が形成される。また、鍔部１１側に設けた吸入口１５は空間部１４内に連通する。また、筒体部１３の内部に形成されたシリンダ孔１６は、空間部１４に連通すると共に後端側を開口する。また、シリンダ孔１６の内面には薄肉の金属材料からなるリング体のライナ１７Ａ，１７Ｂが嵌着される。なお、本実施例ではシリンダ部１０はアルミニウム材で構成したもので、このライナ１７Ａ，１７Ｂは摺動性向上のために設けられたものである。シリンダ部１０の内周面には、ピストン部２０の軸線方向に沿って油溝２が形成されている。この油溝２は、シリンダ部１０の後端まで連続して設けている。
【００１５】
一方、ピストン部２０のピストン頭部２８が挿入されるシリンダ部１０のボス部１２には、ライナ１７Ｃが嵌着されている。そしてこのライナ１７Ｃには油孔４が形成されている。この油孔４は、ピストン頭部２８の摺動領域の中央位置よりも、圧縮室と反対側に位置させて設けられている。シリンダ１０には、油溝５がこの油孔４と連通するように形成されている。
また、シリンダ部１０には、潤滑油供給装置１の排出口１Ｈと油溝２とを連通する油路６が設けられ、この油路６は油路７を介して油溝５に連通している。
【００１６】
ピストン部２０は、内孔２１を形成する棒体２２とピストン頭部２８からなり、本実施例ではアルミニウム材から形成される。ピストン部２０をアルミニウム材とすることにより軽量化でき、後に説明するバネ機構部７０の剛性を低くすることができる。なお、ピストン部２０は、耐摩耗性を高めるために、棒体２２及びピストン頭部２８の外周に分割された鋼鉄製薄肉ライナ２３を嵌着している。この鋼鉄製薄肉ライナ２３は、シリンダ部１０側のリング体１７に摺動自在に保持されている。ピストン部２０の後端にはフランジ部２４が、前端にはピストン頭部２８が設けられる。フランジ部２４は、ピストン部２０を嵌合する穴２４Ａを中央部に形成し、ピストン部２０の軸心と同心円状の側面部２４Ｂと、ピストン部２０の軸線に対して直交し側面部２４Ｂに隣接して形成される端面部２４Ｃと、バネ機構部７０と連結する連結軸部２５を有する。また、フランジ部２４には端面部２４Ｃに当接するリング体状の押し板２６が固定される。以上のように、フランジ部２４がピストン部２０に着脱可能に螺着されているため、鋼鉄製薄肉ライナ２３はピストン部２０の棒体２２の外周にフランジ部２４側から挿入されて段付部で位置規制されて挿着される。また、前後の鋼鉄製薄肉ライナ２３，２３間には隙間２７が形成され、隙間２７と相対向するピストン部２０の棒体２２の外周の上方側には貫通孔３が形成される。なお、貫通孔３は内孔２１に連通している。
【００１７】
ピストン頭部２８は、ピストン部２０の前端の開口部側に設けられる開閉バルブ２９と、開閉バルブ２９を軸線方向に沿って移動可能に支持すると共に移動量を規制するストッパ部３０を形成するストッパ部材３１を備えている。その前端の開口部側にはテーパ面３２が形成される。また、吸入冷媒の通る複数の貫通孔３３が形成され、貫通孔３３は吸入口１５にそれぞれ連通する。ストッパ部材３１は、ピストン部２０の内孔２１内に軸部を嵌着してピストン頭部２８の先端に固定される。一方、開閉バルブ２９は、ピストン本体２８のテーパ面３２に当接するテーパ部３４を有し、前端側に平坦面３５が形成するコーン状部材からなり、ピストン部２０の先端に摺動可能に支持される。
また、開閉バルブ２９には適宜間隔を介してストッパ部３０に当接する段付面３６が形成される。以上の構造により開閉バルブ２９は前記間隔の分だけピストン部２０の軸線方向に沿って移動可能であり、ピストン部２０の冷媒圧縮方向への移動時には開閉バルブ２９のテーパ部３４がピストン頭部２８のテーパ面３２に当接し貫通孔３３を閉止する。
なお、本実施例では、棒体２２とピストン頭部２８は一体形成されているが別体でもよい。
【００１８】
次に、リニアモータ部３０を説明する。前記したように、リニアモータ部３０は、可動部４０と固定部５０とからなる。まず、可動部４０は、円筒保持部材４１と、永久磁石４２と、筒体４３等とから構成される。また、固定部５０は、インナヨーク５１、アウタヨーク５２、コイル５３等とから構成される。可動部４０の円筒保持部材４１、永久磁石４２、筒体４３は、すべて円筒体状であり、ピストン部２０と同心円状に配設される。円筒保持部材４１は薄肉部材からなり、その後端側はフランジ部２４の側面部２４Ｂに外接した状態で配設される。なお、円筒保持部材４１はフランジ部２４に嵌着するか又は図略の固定手段により固持される。以上により円筒保持部材４１はピストン部２０と同心円状に配置される。
【００１９】
永久磁石４２は円筒保持部材４１に外接した状態で配設される。また、筒体４３は永久磁石４２に外接した状態で配設される。なお、本実施例では永久磁石４２は円筒保持部材４１と筒体４３とにより挟持される。以上により、円筒保持部材４１、永久磁石４２、筒体４３はピストン部２０に対し同心円状に高精度に配設される。
【００２０】
固定部５０は、インナヨーク５１と、アウタヨーク５２及びコイル５３からなる。インナヨーク５１は円筒体からなり、本実施例ではシリンダ部１０の筒体部１３に外接され、鍔部１１に固定される。なお、インナヨーク５１の外周と円筒保持部材４１との間には微少隙間が形成される。以上により、インナヨーク５１はシリンダ部１０及びピストン部２０と同心円状に配置される。一方、アウタヨーク５２は、同じく円筒体からなり、筒体４３の外周に微少隙間を形成するように配設され、シリンダ部１０の鍔部１１に固定される。以上により、可動部４０と固定部５０とは同心円状に高精度に保持される。
【００２１】
次に吐出機構部６０について説明する。吐出バルブ支持体６１はシリンダ部１０の前端に固定され、その中心部には吐出孔６２が形成される。また、吐出孔６２には吐出バルブ６３が設けられる。マフラ６４は吐出バルブ支持体６１に固定される。一方、渦巻状吐出管６５はその基端側をマフラ６４の吐出口６６に連結すると共に前端側に吐出管６７を形成する。渦巻状吐出管６５は図に示すように、パイプ材を渦巻状に曲げたものからなり、その一部分はシリンダ部１０やマフラ６４の外周空間に巻回されるなお、渦巻状吐出管６５と吐出管６７とは、一体に構成されていても別部材のものを連結したものであっても構わない。
【００２２】
次に、バネ機構部７０、密閉容器８０、支持機構部９０について図１に基づいて説明する。
バネ機構部７０は、後方側に配置される平板状のバネ板７１からなる。図示のように、バネ板７１はシリンダ部１０に端縁側を支持されると共にフランジ部２４に連結される。バネ板７１は複数枚のバネ材７２を重ねたものからなる。
【００２３】
密閉容器８０は、後端板８１と前端板８２とこれ等の間に円筒状の胴体８３を固着した筒体状の容器からなり、内部に空間部８４を形成する。そして空間部８４に、リニア圧縮機の構成要素が収納される。また、後端板８１には吸入管８５を、前端板８２には吐出管６７を設けている。
【００２４】
支持機構部９０は、他端側コイルバネ９１と一端側コイルバネ９２とからなる。他端側コイルバネ９１は、シリンダ部１０に固定される架設板９３と密閉容器８０の後端板８１との間に、一端側コイルバネ９２は、マフラ６４と密閉容器８０の前端板８２との間に配設される。なお、他端側コイルバネ９１及び一端側コイルバネ９２は、シリンダ部１０に伝達される振動を密閉容器８０に伝達するのを防止するものである。
【００２５】
次に、本実施例のリニア圧縮機の作用を説明する。
まず、固定部５０のコイル５３に通電すると、可動部４０の永久磁石４２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推力が発生する。この推力の発生により可動部４０に軸線方向に沿って後退する駆動力が作用する。可動部４０の円筒保持部材４１はフランジ部２４に固持され、フランジ部２４はピストン部２０に連結されているため、ピストン部２０が後退する。ピストン部２０は、シリンダ部１０に摺動自在に支持されているため、その軸線方向に沿って後退する。
【００２６】
一方、ピストン部２０の後退に伴って開閉バルブ２９はピストン頭部２８に自由に支持されているため、ピストン部２０の後退によりその間に隙間が生ずる。
ここで、コイル５３への通電は、正弦波で与えられ、リニアモータ部には正逆の推力が交互に発生する。そしてこの交互に発生する正逆の推力によってピストン部２０は往復運動を行うことになる。
【００２７】
冷媒は、吸入管８５から密閉容器８０内に導入される。この密閉容器８０内に導入された冷媒は、主にアウターヨーク５２の外周を通って、シリンダ部１０の吸入口１５からシリンダ部１０の空間部１４内に導入される。そしてこの冷媒は、ピストン部２０の後退によって、開閉バルブ２９のテーパ部３４とピストン本体２８のテーパ面３２との間に生じる隙間から吸入圧縮室６８内に入る。そして、ピストン部２０の前進によって吸入圧縮室６８内の冷媒を圧縮する。圧縮された冷媒は、吐出バルブ６３を開放し、吐出バルブ支持体６１の吐出孔６２を通って、マフラ６４内に入り、拡散されて消音され、吐出口６６から渦巻状吐出管６５内に入り、吐出管６７から外方に吐出される。
以上のようなピストン部２０の往復動に伴って生じるシリンダ部１０の振動は、他端側及び一端側コイルバネ９１，９２により制振される。
【００２８】
次に、本実施例における潤滑油供給装置１の作動によるシリンダ部１０及びピストン部２０の潤滑作用を説明する。前記したように、シリンダ部１０は、密閉容器８０に弾性支持されているために、ピストン部２０の往復動によってシリンダ部１０は振動する。この振動に伴ってシリンダ部１０に固定されている潤滑油供給装置１も振動する。
【００２９】
従って、シリンダケース１Ａにスプリングで支持されているピストン１Ｂは、シリンダーケース１Ａ内で水平方向に往復動作を行う。このピストン１Ｂが吸入空間１Ｃ側に移動することによって、吸入空間１Ｃの潤滑油は、通路１Ｉを通って排出空間１Ｄに移動する。ここでピストン１Ｂが排出空間１Ｄ側に移動する時には、弁体１Ｊは通路１Ｉを閉鎖するために、排出空間１Ｄ内の潤滑油は、排出口１Ｈから油路６内に導入される。油路６に入った潤滑油は油路７側に進むものとそのまま油溝２側に進むものとに分かれる。油路６に進んだ潤滑油は油溝５に入り油孔４からシリンダ部１０のライナ１７Ｃの内面とピストン頭部２８の外面の鋼鉄製薄肉ライナ２３との間に侵入し潤滑を行う。一方、油溝２に進んだ潤滑油はライナ１７Ａ，１７Ｂの間から鋼鉄製薄肉ライナ２３の隙間２７に侵入して、潤滑を行う。また、隙間２７に導入された潤滑油は上部に貫通孔３を形成しているため、潤滑油は、下方から上方に誘導され、側方や上方側の潤滑を行う。なお、潤滑油は、貫通孔３から後端に開口している内孔２１を通って密閉容器８０内底部に流れ落ちるため、潤滑油供給装置１側からは常に新しい油が供給されることになる。
【００３０】
本実施例ではピストン部２０の棒体２２に鋼鉄製薄肉ライナ２３を嵌着したが、棒体２２の外周に油溝を形成してもよい。また、油路６，７の構造やこれに連通する油溝２，５等の形状，個数についても前記の実施例の内容に限定するものではない。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、潤滑油を必要な箇所に確実に供給することで、高効率且つ高信頼性を有するリニア圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例による潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機の全体構造を示す断面図
【図２】 本発明の一実施例の油潤滑系路を詳細に示すための要部拡大断面図
【符号の説明】
１ 潤滑油供給装置
１Ａ シリンダケース
１Ｂ ピストン（摺動部材）
１Ｅ スプリング（弾性部材）
１Ｆ スプリング（弾性部材）
１０ シリンダ部
１４ 空間部
１７ ライナ
２０ ピストン部
２１ 内孔
２２ 棒体
２３ 鋼鉄製薄肉ライナ
２７ 隙間
２８ ピストン頭部
４０ 可動部
５０ 固定部
８０ 密閉容器
９０ 支持機構部

Claims (6)

1. 密閉容器の内部に弾性支持されるシリンダと、前記シリンダと同一軸心でその軸線方向に沿って摺動自在に支持されるピストンと、前記ピストンに固定される可動部と前記シリンダに固定される固定部とで磁路を形成して前記ピストンを軸線方向に往復動させる推力を発生させるリニアモータ部とを有し、前記密閉容器内に潤滑油を封入するリニア圧縮機であって、前記シリンダの下部に潤滑油供給装置を設け、前記潤滑油供給装置は、前記シリンダの振動によって、前記密閉容器内底部に貯溜する潤滑油を前記ピストンと前記シリンダとの間の摺動面に供給し、前記ピストンの外周又は前記シリンダの内周の少なくとも一方にライナを設け、前記ライナを、前記ピストンの軸線方向に分割して設け、前記潤滑油供給装置によって供給される潤滑油を、分割した前記ライナ間に供給することを特徴とする潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機。
2. 前記潤滑油供給装置は、シリンダケースに摺動自在に支持される摺動部材を有し、前記摺動部材の摺動方向を、前記ピストンの軸線方向としたことを特徴とする請求項１に記載の潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機。
3. 前記摺動部材を前記シリンダケース内に弾性部材で支持していることを特徴とする請求項２に記載の潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機。
4. 前記ピストンの圧縮室側にピストン頭部を形成し、前記シリンダ内周面に前記ピストン頭部の外周面に潤滑油を供給する油溝を形成し、前記油溝は、前記ピストン頭部の摺動領域の中央位置よりも前記圧縮室と反対側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機。
5. 前記シリンダの軸線方向を水平方向としたことを特徴とする請求項１に記載の潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機。
6. 前記潤滑油供給装置によって供給される潤滑油を、前記ピストンの外周に下方側から供給し、前記ピストンの上部には前記ピストンの内孔に連通する貫通孔を形成して、前記ピストンの外周に供給された潤滑油を前記貫通孔から前記内孔に導出することを特徴とする請求項５に記載の潤滑油供給装置を有するリニア圧縮機。

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