WO1998001675A1

WO1998001675A1 - Compresseur lineaire

Info

Publication number: WO1998001675A1
Application number: PCT/JP1997/002360
Authority: WO
Inventors: Naoto Tojo; Shinichi Matsumura; Yasuyuki Kuwaki; Takafumi Nakayama; Taizo Takaoka
Original assignee: Sanyo Electric Co., Ltd.
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 1998-01-15
Also published as: CN1083939C; EP0864750A1; CN1200789A; EP0864750A4; KR100504319B1; KR19990044497A; US6379125B1; US6231310B1

Description

明細書

リ二アコンプレッサ技術分野

この発明は、シリンダ内に嵌装されたピストンをリニアモータによって往復運動させることにより、ガスを圧縮して外部に供給するリニアコンプレッサに関するものである。背景技術

近年、冷凍システムにおいて、冷媒ガスを圧縮して供給する機構として、リニアコンプレッサが開発されている。たとえば図 2 6に示すように、有底円筒体のハウジング 1 0 1 と、このハウジング 1 0 1の上端開口部に形成された低炭素鋼からなる磁気枠 1 0 2と、この磁気枠 1 0 2の中心部に形成されたシリンダ 1 0 3と、シリンダ 1 0 3内に往復可能に嵌装され、シリンダ 1 0 3内空間に圧縮室 1 0 4を区画形成するピストン 1 0 5と、このピストン 1 0 5を往復駆動する駆動源としてのリニアモータ 1 0 6を備えている。

リニァモータ 1 0 6には、環状の永久磁石 1 0 7がシリンダ 1 0 3の同心外方に配置され、ハウジング 1 0 1に固着されている。この磁石 1 0 7および磁気枠 1 0 2からなる磁気回路によって、シリンダ 1 0 3の中心と同心の円筒状の問隙 1 0 8に磁界 Bを発生させる。間隙 1 0 8には中心部にてピストン 1 0 5に一体固定された樹脂からなる有底円筒状の可動体 1 0 9が配設され、可動体 1 0 9およびビストン 1 0 5を往復可能に弾性支持するためのコイルスプリング 1 1 0がハウジング 1 ◦ 1 に固定されている。

この可動体 1 0 9の外周には、磁石 1 0 7と対向する位置に電磁コイル 1 1 1 が巻回されており、リード線（図示せず）を介して所定周波数の交流電流を通電することで、間隙 1 0 8を通る磁界との作用によりコイル 1 1 1および可動体 1 0 9を駆動してビストン 1 0 5をシリンダ 1 0 3內で往復移動させ、圧縮室 1 0 4で所定周期のガス圧を発生させるように構成されている。

一方、代表的な冷凍システムとして、図 2 7に示すように、リニアコンプレツサ 1 2 1 (圧縮機）、凝縮器 1 2 2、膨張弁 1 2 3および蒸発器 1 2 4をガス流路配管 1 2 5にて接続した密閉式の冷凍システムが知られており、リニアコンプレッサ 1 2 1は、蒸発器 1 2 4で気化した冷媒ガスを、ガス流路配管 1 2 5を通じて吸入して高圧に圧縮し、高圧となった冷媒ガスをガス流路配管 1 2 5を経て凝縮器 1 2 2に吐出する装置として使用されている。

このため、図 2 6に示すように、圧縮室 1 0 4には、シリンダ 1 ◦ 3の上端部に設けられた弁機構 1 1 2を介してハウジング 1 0 1外部のガス流路配管 1 2 5 が接続されている。弁機構 1 1 2は、ガス流路配管 1 2 5を介して蒸発器 1 2 4 からの冷媒ガスの吸入のみを許容する吸入弁 1 1 2 aと、ガス流路配管 1 2 5を介して凝縮器 1 2 2への冷媒ガスの吐出のみを許容する吐出弁 1 1 2 bとから構成される。吸入弁 1 〗 2 aは、低圧側のガス流路配管 1 2 5と圧縮室 1 0 4との冷媒ガスの圧力差によって、圧縮室 1 0 4方向にガスを流入させる弁である。また、吐出弁 1 1 2 bは、圧縮室 1 0 4内の冷媒ガス圧力が一定圧力以上となると開放するように、圧縮室 1 0 4と高圧側のガス流路配管 1 2 5との冷媒ガスの圧力差によって、高圧側のガス流路配管 1 2 5方向にガスを流出させる弁である。なお、吸入弁 1 1 2 aおよび吐出弁 1 1 2 bは、ともに板ばねによって付勢される弁である。

以上の構成により、従来装置では吸入弁 1 1 2 aから吸入された冷媒ガスを圧縮室 1 0 4で高圧に圧縮した後、吐出弁 1 1 2 bを介して凝縮器 1 2 2に供給している。

また、最近では、特開平 2 _ 1 5 4 9 5 0号公報などに開示されるように、 1 個のリニアモータによって、ハウジング内の両側に圧縮室を設け、交互に 2個のビストンを動作させて効率を向上させるものが提案されている。

また、リニアコンプレッサには、特願平 8— 1 7 9 4 9 2号公報に開示されるようなコイル可動型のリニアコンプレッサと、特願平 8— 1 ◦ 8 9 0 8号に開示されるようなマグネット可動型のリニアコンプレッサとがある。いずれも、リニァモータから得られる駆動力を用いて、ビストンを往復運動させることにより、圧縮室において圧縮ガスを生成するものである。

しかしながら、上述したリニアコンプレッサにおいては、以下に示すようにさまざまな問題点を有している。

(第 1の問題点）

従来の 1 ビストン型のリニアコンプレッサでは、ガスの吸込 '圧縮 '吐出に伴つて圧縮室内で発生する非線形な力の影響を大きく受け、モータ推力の線形化を図ることができなかったので、効率の向上が困難であった。

また、起動時などの負荷変動に伴ってピストンの中立点が変動するため、ビストンのストロ一ク制御が容易でなかった。

(第 2の問題点）

また、従来のリニアコンプレッサ 1 2 1では、リニアモータ 1 0 6の駆動によりシリンダ 1 0 3内をピストン 1 0 5が上下動する力';、同様に可動体 1 0 9も上下動することになるため、磁気回路を形成する磁気枠 1 0 2、永久磁石 1 0 7および可動体 1 0 9によって形成される磁気回路空間部分や、可動体〗 0 9の内面部分によって囲まれたビストン 1 0 5の背面側の可動体内面空問部分におけるガスが可動体 1 0 9の上下動に伴って圧縮 .膨張仕事を行ない、この結果、リニアコンプレッサ 1 2 1において不可逆圧縮ロスが発生するおそれがある。

この対策として、間隙 1 0 8を大きく設定して、磁気枠 1 0 2および可動体 1 0 9の間隙、ならびに永久磁石 1 0 7および電磁コイル 1 1 1の間隙が十分得られるようにすることが考えられる力この場合には、リニアモータ 1 0 6の推力が小さくなり、リニアコンプレッサ 1 2 1としての運転効率が低下することになる。

(第 3の問題点）

また、上述のリニアコンプレッサ 1 2 1では、リニアモータ 1 0 6の駆動によりシリンダ 1 0 3内をピストン 1 0 5が摺接しながら上下動することになり、ピストン—シリンダ間で一種の滑り軸受が構成されている。

しかしながら、上述した従来の構成では、加工精度の問題や電磁コイル 1 1 1 の電磁力の歪みにより、ピストン可動方向と垂直な方向への力（ラジカル力）が発生し、そのラジカル力が大きい場合には摩擦損失による運転効率の低下や、ピストン 1 0 5に設けられたガスシール部の摩耗による装置寿命の低下、摩耗粉による冷媒の汚染などを引起こすおそれがあつた。 (第 4の問題点）

また、上記特開平 2— 1 5 4 9 5 0号公報に開示されたリニアコンプレッサは、先に説明した図 2 6に示すコイル可動型ではなく、磁石可動型のリニアモータ駆動方式を採用しているため、ビストン可動方向と垂直な方向に磁力による力がピストンに加わるため、ピストン部分の摩耗が起こりやすく上記使用には不向きであるという欠点を有している。

このため、長期使用のリニアコンプレッサにおいては、リニアモ一タの駆動方式を、ビストンの可動方向と同一方向にしかリニアモータの磁界による力が作用しないコイル可動型に変更することが考えられる。

また、ピストンの背面空間部におけるガスがピストンの往復動に伴って圧縮 ' 膨張仕事を行ない、その結果、リニアコンプレッサ 1 2 1において不可逆圧縮口スが発生するおそれがあった。

さらに、従来のリニアコンプレッサでは、ピストンのストローク中心位置を一定に制御することが難しく、高効率な運転ができないとレ、う問題がある。

(第 5の問題点）

また、上述した冷凍システムにおいては、リニアコンプレッサの圧縮室で得られた圧縮ガスが吐出弁 1 1 2 bからガス流路配管 1 2 5を介して凝縮器 1 2 2に供給されているが、吐出弁 1 1 2 bの開閉時においてガス脈動による配管での振動音や弁操作音が発生するため、吐出弁 1 1 2 bの下流側の配管途中に防音用の吐出マフラ 1 3 1を設ける必要があった。

このため、上述の 2ピストンタイプのリニアコンプレッサの場合には、防音用の吐出マフラを 2個設けなければならず、さらに、 2本の吐出配管を凝縮器 1 2 2の手前で連結する必要があり、装置全体が大型化するおそれがあった。

(第 6の問題点）

また、上述した冷凍システムにおいては、ピストンをシリンダ内で往復動可能にするため、ハウジングに対して弾性支持する部材としてコイルスプリングを用いる場合が多いが、近年、その耐久性や可動方向の位置規制などの点で従来のコィルスプリングに比べて優れた板状ビストンスプリングが提案され、その改良について種々の検討が行なわれている（春山富義他、第 4 8回、 1 9 9 2年度秋季低温工学 ·超伝導学会講演概要集 B 2— 4、 P 1 6 6 ) 。

この板状ビストンスプリングは、一般にサスペンションスプリングと呼ばれており、その形状は図 2 8に示すように、円板状の板ばね 9 2 0 aに、中心部に向かって複数の螺旋状の切欠部 9 2 0 bが均等に設けられた構成となっている。この板状のサスペンションスプリング 1 2 0を上述のビストンスプリングとして用いることにより、簡易な構成でビストンのストローク中心位置を一定にすることが可能である。

しかしながら、この板状のサスペンションスプリング 9 2 0の場合には、スプリングが伸びきるビストンの上下支点近傍では、ビストンの軸振れを制限することはできず、その結果、何らかの原因でビストンがシリンダに片当りしてビストン部分の摩耗を引起こすおそれがあった。

(第 7の問題点）

一方、特願平 8— 1 0 8 9 0 8号公報に開示されるようなマグネット可動型のリニアコンプレッサの場合、全体形状をコンパク卜に形成することができる利点はあるものの、リニアモータの駆動力として磁力の吸引力を用いて、ピストンに上下動を与えているため、ビストンの上下動に対して垂直方向の力が生じやすい。そのためビストンとシリンダとの問の摩擦およびビストンを支持するシャフトの軸受部の摩擦により駆動力が損失し、効率が悪くなるという問題があった。そのため、ピストンを支持するシャフトの軸受部には、高価なガスベアリングなどを用いる必要があった。

一方、特願平 8— 1 7 9 4 9 2号公報に開示されるコイル可動型のリニアコンプレッサの場合は、リニアモータの駆動力としてローレンツ力を用いているため、マグネット可動型のリニアコンプレッサに比べると、軸振れが生じにくいものの、マグネット可動型のリニアコンプレッサと同じような出力を得ようとすると、一般的に装匱が大型化してしまうという問題点がある。

したがって、この発明の第 1の目的は、ピストンのストローク制御が容易で高効率のリ二アコンプレッサを提供することにある。

次に、この発明の第 2の目的は、可動体が往復移動する際の磁気回路内での間隙を極力小さくし、かつ、不可逆圧縮ロスの発生を防止して、装置の高効率化を実現したリニアコンプレッサを提供することにある。

次に、この発明の第 3の目的は、装置の高効率化および長寿命化を実現したリ二アコンプレッサを提供することにある。

次に、この発明の第 4の目的は、ハウジング内の両側に圧縮室を有し、コイル可動型リニアモータの駆動によりガスを圧縮して外部に供給するリニアコンプレッサにおいて、簡易な構成でビストン背面空間での不可逆圧縮ロスの発生を防止するとともに、ビストンのストローク中心位置を一定としたリ二アコンプレッサを提供することにある。

次に、この発明の第 5の目的は、ハウジング内の両側に圧縮室を有し、コイル可動型リニアモータの駆動によりガスを圧縮して外部に供給するリニアコンプレッサにおいて、簡易な構成でビストンのストロ一ク中心位置を一定にするとともに、ビストンの往復動駆動時におけるビストンの軸振れを制限してビストン部分の摩耗を防止し、装置の長寿命化を可能にしたリニアコンプレッサを提供することにある。

次に、この発明の第 6の目的は、ピストンとシリンダとの間の摩擦およびビストンを支持するシャフトの軸受部の摩擦による駆動力の損失を回避するとともに、装置の小型化を可能にするリニアコンプレッサを提供することにある。

発明の開示

この発明に係るリ二アコンプレッサの第 1の局面においては、圧縮ガスを生成するためのリニアコンプレッサであって、互いに反対方向を向いて同軸状に設けられた 2組のビストンおよびシリンダ、その両端の各々にビストンが設けられたシャフト、シャフトに結合され、中立点から離れたピストン中立点に復帰させるための弾性部材、およびシャフトを軸方向に往復運動させて圧縮ガスを 2組のピストンおよびシリンダで交互に生成するためのリ二ァモ一タを備えている。

この構成により、圧縮ガスがビストンに作用する非線形な力を二分化 ·逆位相化させることができる。その結果、ピストンが 1つだけ設けられていた従来の構造に比べて、モータ推力を小さくしかつ線形化させて高効率化を図ることができる。さらに、装匱の小型化、振動 '騒音の低减化を図ることができる。また、負荷変動が生じてもビストンの中立点の位置は変動しないので、リニアモータの駆動電流を制御するだけでビストンのストロ一クを容易に制御できる。

また、具体的には、 2つのピストン、シャフトおよび弾性部材を含む振動部は予め定める共振周波数を有し、リニアモータは共振周波数でシャフ卜を往復運動させている。

これにより、リニアモ一タは共振部の共振周波数でシャフトを往復運動させることができ、一層の高効率化を図ることができる。

また、より具体的には、中立点から離れたピストンを中立点に復帰させる弾性部材の復元力は、圧縮ガスがビストンに作用する力よりも大きく設定されている。これにより、圧縮ガスがビストンに作用する非線形な力の影響を小さく抑えることができ、モータ推力の線形性をさらに向上させることができる。

この発明に係るリ二アコンプレッサの第 2の局面においては、ハウジング内に設けられたシリンダと、このシリンダ内に往復可能に嵌装され、シリンダ内に圧縮室を区画形成するピストンと、中心部において、ピストンに一体固定された有底円筒状の可動体が、磁石および磁気枠からなる磁気回路の一部に形成した間隙に配設され、上記可動体の外周に卷回された電磁コイルへの所定周波数の交流の供給によりビストンを往復駆動するリニアモータとを有し、圧縮室内でガスを圧縮して外部に供給するリニアコンプレッサにおいて、可動体および Zまたは磁気枠にガス漏出装置を設けている。

このように、可動体および/または磁気枠にガス漏出装置を設けることにより、可動体の往復運動に伴う不可逆圧縮ロスの発生を防止することができる。

その具体的構成として、ガス漏出装置は、磁気枠に設けられたガス漏出用の第 1 リーク孔と、この第 1 リーク孔に連通されたバッファ空間部と、可動体に設けられたガス漏出用の第 2 リーク孔とを備えている。

この構成を用いることにより、可動体の往復移動に伴って、磁気枠、永久磁石および可動体によって形成される磁気回路空間部分と、ピストンの背面側と可動体の内面部分によって囲まれた可動体內面空間部分でのガスの圧縮 ·膨張仕事が行なわれることがない。

さらに、上記局面において、好ましくは、ピストンおよび可動体間に設けられたピストンシャフトと、このピストンシャフトが往復移動可能に嵌装され、ビストン背面側のシリンダに設けられたスプリング受部と、ビストンシャフトに嵌装され、スプリング受部および可動体間に設けられた第 1 コイルスプリングと、ノ、ウジング底面および可動体問に設けられた第 2コイルスプリングと、ビストンの背面空問部分と、第 1 コイルスプリングが卷装された可動体内面空間部分とを連通させるガス漏出用の第 3 リーク孔とを備えている。

この構成を用いることにより、可動体を介して両側に第 1および第 2コイルスプリングを配設することにより、ビストンのストロ一ク中心位置を一定制御することが容易となるとともに、同一装置寸法内でのばね定数設定を従来より大きくすることができる。また、ピストンの上下動に伴いピストン背面空問でガスの圧縮 ·膨張が行なわれることがない。

次に、この発明に係るリニアコンプレッサの第 3の局面においては、ハウジング内に設けられたシリンダと、このシリンダ内に微小間隙を介して往復可能に遊挿され、シリンダ内に圧縮室を区画形成するピストンと、一端部がこのピストンに固着されているビストンシャフトと、このビストンシャフ卜に一体固定された有底円筒状の可動体が、磁石および磁気枠からなる磁気回路の一部に形成した間隙に配設され、上記可動体の外周に巻回された電磁コイルへの所定周波数の交流の供給によりビストンを往復駆動するリニアモータと、内周面に転がり軸受を有し、この転がり軸受に上記ビストンシャフ卜を摺動自在に保持する案内部とを備えている。

この構成を用いることにより、ピストンシャフトが転がり軸受で直接支持され、ビストンの直動方向が規定されるため、ビストンーシリンダ間にクリアランスシ —ルを実現することができる。

その具体的構成として、上記微小間隙は、ピストンの往復運動に ί半いシリンダとの間にガスシールが形成される範囲であり、好ましくは、 5 /i m以下に設定されている。

また、上記案内部は、ピストンの背面側のシリンダに設けられた第 1案内部と、ハゥジング底面に設けられた第 2案内部とから構成され、上記第 1案内部および可動体間に設けられた第 1 コイルスプリングと、上記第 2案内部および可動体間に設けられた第 2コイルスプリングとを備えている。この構成を用いることにより、ビス卜ンのストロ一ク中心位匱を一定制御することが容易となるとともに、同一装置寸法内でのばね定数設定を従来より大きくすることができる。

次に、この発明に係るリニアコンプレッサの第 4の局面においては、ハウジング内に設けられたシリンダと、このシリンダ内に往復可能に嵌装され、シリンダ内に圧縮室を区画形成するビストンと、一端部がビストンに固着されているビストンシャフトと、このビストンシャフ卜に一体固定された有底円筒状の可動体が、磁石および磁気枠からなる磁気回路の一部に形成した間隙に配設され、この可動体の外周に巻回された電磁コイルへの所定周波数の交流の供給によりピストンを往復駆動するリニアモ一タとを有し、圧縮室内でガスを圧縮して外部に供給するリ二アコンプレッサにおいて、シリンダもしくはビストンに転がり軸受を設け、この転がり軸受を介してビストンをシリンダに沿って往復移動させている。

この構成を用いることにより、転がり軸受を介してビストンをシリンダに沿つて摺動させることができ、ピストンにガスシ一ル部材を設ける必要がなく、ビストンの往復運動時のビストンーシリンダ間の摩擦損失による運転効率の低下等を防止することができる。

その具体的構成として、上記ビストンシャフトが往復移動可能に遊挿され、ピストンの背面側のシリンダに設けられたスプリング受部と、このスプリング受部および可動体間に設けられた第 1 コイルスプリングと、ハウジング底面および可動体間に設けられた第 2コイルスプリングとを備えている。

この構成を用いることにより、ビストンのストロ一ク中心位置を一定制御することが容易となるとともに、同一装置寸法内でのばね定数設定を従来より大きくすることができる。

次に、この発明に係るリニアコンプレッサの第 5の局面においては、圧縮室内でガスを圧縮して外部に供給するリニアコンプレッサにおいて、ハウジング内の両側に設けられた第 1および第 2シリンダと、この第 1および第 2シリンダ内に往復可能に嵌装され、第 1および第 2シリンダ内に圧縮室をそれぞれ区画形成する第 1および第 2ビストンと、両端部が上記第 1および第 2ビストンに固着されているビストンシャフ卜と、このビストンシャフ卜に一体固定された有底円筒状の可動体が、磁石および磁気枠からなる磁気回路の一部に形成した間隙に配設され、この可動体の外周に卷回された電磁コイルへの所定周波数の交流の供給によりピストンを往復駆動するリニアモータと、可動体を挟んで設けられ、第 1および第 2ビス卜ンがそれぞれ第 1および第 2シリンダ内で往復動可能に弾性支持するコイルスプリングとを備え、上記第 1 ピストン、ピストンシャフトおよび第 2 ビストンの内部を中空連通状態とし、第 1 ビストンの背面空間と第 2ビストンの背面空間とが連通するように構成したものである。

この構成を用いることにより、第 1 ビストンおよび第 2ビストンの往復移動に伴って背面空間部のガスが第 1 ピストン、ピストンシャフトおよび第 2ピストンを介して連通状態となるため、圧縮 .膨張仕事が行なわれることなく、不可逆圧縮ロスを発生することがない。また、ハウジング両側に圧縮室を有するリニアコンプレッサにおいて、可動体を介して両側にコイルスプリングを配設することにより、第 1および第 2ビストンのストロ一ク中心位置を一定制御することが容易となるとともに、所定のばね定数を得ることができる。

さらに、具体的には、第 1 ピストンの背面空間と第 1 ピストンの中空内部とを連通させる第 1 リーク孔を第 1 ビストンに設けるとともに、第 2ビストンの背面空間と第 2ピストンの中空内部とを連通させる第 2リーク孔を第 2ビストンに設け、第 1 ビストンの背面空間と第 2ビストンの背面空間とを連通状態としたものである。

この構成を用いることにより、簡易な構成で不可逆圧縮ロスの発生を防止することができる。

次に、この発明に係るリニアコンプレッサの第 6の局面においては、ハウジング内の両側に設けられた第 1および第 2シリンダと、この第 1および第 2シリンダ内に往復可能に嵌装され、第 1および第 2シリンダ内に圧縮室をそれぞれ区画形成する第 1および第 2ピストンと、両端部が第 1および第 2ピストンに固着されているビストンシャフ卜と、このビストンシャフトに一体固定された有底円筒状の可動体が、磁石および磁気枠からなる磁気回路の一部に形成した間隙に配設され、この可動体の外周に巻回された電磁コイルへの所定周波数の交流の供給によりピストンを往復駆動するリニアモータと、可動体を挟んで設けられ、第 1および第 2ビストンがそれぞれ第 1および第 2シリンダ内で往復動可能に弾性支持するコイルスプリングとを備え、第 1 ピストン、ピストンシャフトおよび第 2ピストンの内部を中空連通状態とし、第 1シリンダ內の圧縮室からの圧縮ガスを第 1 ビストンおよびビストンシャフ卜の中空部を介して外部に供給するとともに、第 2シリンダ内の圧縮室からの圧縮ガスを第 2ビストンおよびビストンシャフトの中空部を介して外部に供給するようにしたものである。

この構成を用!/、ることにより、可動体を介して両側にコイルスプリングが配設されることになり、第 1および第 2ビストンのストローク中心位置を一定制御することが容易となるとともに、所定のばね定数を得ることができる。

また、圧縮ガス吐出の際に発生するガス脈動による振動音等の騒音がハウジング内に遮音されることになり、防音用の吐出マフラを新たに設ける必要がない。さらに具体的には、圧縮ガスを第 1および第 2ビストン内の中空部へ吐出する第 1および第 2吐出弁が第 1および第 2ビストンにそれぞれ設けられており、圧縮室からの圧縮ガスを第 1または第 2ビストンの中空部、ビストンシャフ卜の中空部、可動体内に形成された中空の可動体空間部およびこの可動体空間部の端側および本体ハゥジング間に設けられた伸縮性を有する連通管を介して外部に供給するようにしたものである。そして、連通管は、ベロ一ズ状管またはコイル状管で構成されている。

この構成を用いることにより、簡易な構成により騒音がハウジング内に遮音され、一層装置全体を小型化できる。

次に、この発明に係るリニアコンプレッサの第 7の局面においては、ハウジング内の両側に設けられた第 1および第 2シリンダと、第 1および第 2シリンダ内に往復可能に嵌装され、第 1および第 2シリンダ内に圧縮室をそれぞれ区画形成する第 1および第 2ビストンと、両端部が第 1および第 2ピストンに固着されているピストンシャフトと、このピストンシャフトに一体固定された有底円筒状の可動体が、磁石および磁気枠からなる磁気回路の一部に形成した間隙に配設され、この可動体の外周に卷回された電磁コイルへの所定周波数の交流の供給によりピストンを往復駆動するリニアモータと、ハウジングおよびビストンシャフト間に設けられ、第 1および第 2ビストンをそれぞれ第 1および第 2シリンダ内で往復動可能に弾性支持する板状ビストンスプリングと、第 1および第 2シリンダ内の圧縮室からの圧縮ガスの一部を噴出せしめ、第 1および第 2ビストンの軸方向の位匱規制を行なう気体軸受部とを備えている。

この構成を用いることにより、第 1および第 2ピストンが中立点付近に位置しているときには、板状ピストンスプリングによって第 1および第 2ピストンの軸方向の位置規制が行なわれ、一方、第 1および第 2ピストンが上下支点近傍に位置しているときには、気体軸受部によって第 1および第 2ビストンの軸方向の位置規制が行なわれる。したがって、簡易な構成で第 1および第 2ビストンのストローク中心位置を一定にするとともに、第 1および第 2ビストンの往復動駆動時におけるピストンの軸振れを制限してピストン部分の摩耗を防止し、装置の長寿命化を図ることができる。

その具体的構成として、第 1シリンダ内の圧縮室からの圧縮ガスを気体軸受部に供給するための第 1連通路と、第 2シリンダ内の圧縮室からの圧縮ガスを気体軸受部に供給するための第 2連通路とを備えている。

この構成を用いることにより、圧縮室からの圧縮ガスの一部を利用して気体軸受部へのガス供給がなされるため、新たにガス供給のための手段を設ける必要はなく、装置の小型化を図ることができる。

さらに好ましくは、第 1連通路は第 1 ビストンおよびビストンシャフト内に形成され、第 2連通路は第 2ビストンおよびビストンシャフ卜内に形成されている。この構成を用いることにより、ピストンシャフト側から軸受側にガスを吹付けるので、その逆の場合に比べて装置全体の構造を簡略化することができる。

また気体軸受部を、第 1 ピストンの背面側の第 1シリンダに設けられ、この第 1 ビストンの軸方向の位置規制を行なう第 1気体軸受部と、第 2ビストンの背面側の第 2シリンダに設けられ、この第 2ビストンの軸方向の位置規制を行なう第 2気体軸受部とから構成してもよレ、

この構成を用いることにより、第 1気体軸受部によって第 1 ビストンが上下支点近傍に位置している場合の軸振れが制限され、第 2気体軸受部によって第 2ピストンが上下支点近傍に位置している場合の軸振れが制限されることになる。さらに、第 1および第 2ピストンは、それぞれ第 1および第 2シリンダ内に微小間隙、具体的には 1 0 μ m以下に設定した微小間隙を介して往復可能に遊挿される構成にしてもよレ、。

この構成を用いることにより、ビストンの往復動に伴いシリンダとの間にガスシールが形成され、別途ガスシ一ル部材をビストン周側面に設ける必要はない。したがって、ピストンーシリンダ間に片当りのないクリアランスシールを実現することができ、ビストンの往復運動時のビストンーシリンダ問の摩擦損失による運転効率の低下等を防止することができる。

次に、この発明に係るリニアコンプレッサの第 8の局面においては、ピストンを備えたシャフトと、このピストンを収容する圧縮室を有するシリンダと、このシリンダと一体的に設けられ、上記シャフトを収容するためのケ一シングと、ピストンに往復運動を与え、上記圧縮室において上記圧縮ガスを生成するため、上記シャフトと上記ケーシングとに結合されるリニアモータと、上記シャフ卜に結合され、中立点から離れたビストンを中立点に復帰させるための第 1弾性部材と、上記シャフトに結合され、上記シャフトの軸振れを防止するための第 2弾性部材とを備えている。

また、好ましくは、上記ピストン、上記シャフト、上記第 1弾性部材、上記第 2弾性部材および上記圧縮ガスを含む振動部は、所定の共振周波数を有し、上記リニアモータは上記共振周波数で上記シャフトを往復運動させている。

また、さらに好ましくは、上記リニアモータは、上記ケーシングに設けられるコイルと、上記シャフトに設けられる永久磁石とを備え、上記第 1弾性部材は上記永久磁石に設けられた内部空間に収容されるように設けられている。

また、さらに好ましくは、上記第 1弾性部材はコイルスプリングであり、上記第 2弾性部材はサスペンションスプリングが用いられる。

以上のように、この第 8の局面におけるリニアコンプレッサにおいては、ビストンを中立点に復帰させるための第 1弾性部材と、シャフトの軸振れを防止するための第 2弾性部材とが用いられている。

その結果、たとえばマグネット可動型のリニアコンプレッサに適用した場合、ビストンの軸振れが第 2弾性部材によりその軸振れが防止され、冷媒ガスの圧縮を効率よく行なうことが可能となる。また、マグネット可動型のリニアコンプレッサに適用した場合において、第 1 弾性部材をシャフトに設けられた永久磁石に設けた内部空間内に収容させる構成をとることにより、リニアコンプレッサ内の内部空間が効率的に使用され、リニアコンプレッサの小型化を図ることが可能となる。

図面の簡単な説明

第 1図は、この発明に係る実施例 1のリ二アコンプレッサの原理を説明するための波形図である。

第 2図は、この発明に係る実施例 1のリニアコンプレツザの構成を示す断面図である。

第 3図は、第 2図に示したリニアコンプレッサの駆動装置の構成を示すブロック図である。

第 4図は、第 2図に示した制御装置 7 2 5の構成を示すプロック図である。第 5図は、第 2図に示した制御装置 7 2 5の動作を示すフローチヤ一トである。第 6図は、第 1図〜第 5図で示したリニアコンプレッサおよびその駆動装置の効果を説明するための波形図である。

第 7図は、第 1図〜第 5図で示したリニアコンプレッサおよびその駆動装置の効果を説明するための他の波形図である。

第 8図は、第 1図〜第 5図で示したリニアコンプレッサおよびその駆動装置の効果を説明するためのさらに他の波形図である。

第 9図は、この発明に係る実施例 2のリニアコンプレッサの断面図である。第 1 0図は、第 9図に示すリニアコンプレッサのガス吐出時の状態を示す断面図である。

第 1 1図は、第 9図に示すリニアコンプレッサのガス吸入時の状態を示す断面図である。

第 1 2図は、この発明に係る実施例 3のリニアコンプレッサの断面図である。第 1 3図は、この発明に係る実施例 4のリニアコンプレッサの断面図である。第 1 4図は、この発明に係る実施例 5のリニアコンプレッサの断面図である。第 1 5図は、第 1 4図のリニアコンプレッサの動作を説明するための断面図である。第 1 6図は、この発明に係る実施例 6のリニアコンプレッサの断面図である。第 1 7図は、第 1 6図のリニアコンプレッサの動作を説明するための断面図である。

第 1 8図は、第 1 6図のリニアコンプレッサの動作を説明するための断面図である。

第 1 9図は、この発明に係る実施例 7のリニアコンプレッサの断面図である。第 2 0図は、第 1 9図に示すリニアコンプレッサの第 1 ピストン 4 0 7の上支点近傍への移動による動作の内容を説明するための断面図である。

第 2 1図は、第 1 9図に示すリニアコンプレッサの第 2ビストン 4 1 0の上支点近傍への移動による動作の内容を説明するための断面図である。

第 2 2図は、この発明に係る実施例 8におけるリニアコンプレッサの構成を示す断面図である。

第 2 3図は、この発明に係る実施例 8のリニアコンプレッサの再膨張 ·吸入行程を示す断面図である。

第 2 4図は、この発明に係る実施例 8のリニアコンプレッサの圧縮 '吐出行程を示す断面図である。

第 2 5図は、この発明に係る実施例 9のリニアコンプレッサの構造を示す縦断面図である。

第 2 6図は、従来のリニアコンプレッサの断面図である。

第 2 7図は、密閉型の冷凍システムの構成を示す概念図である。

第 2 8図は、サスペンションスプリングの形状を示す上面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照して、本発明のリニアコンプレッサの各実施例について説明する。なお、図 2 6で説明した従来のリニアコンプレッサの構造と同じ構成については、同一符号を付して示しており、これらの部分の詳細な説明は省略する。

(実施例 1 )

まず、本実施例におけるリニアコンプレッサの構成を説明する前に、この実施例に係るリ二アコンプレッサの原理について説明する。リニアコンプレッサモデルは、推力定数 Aで電気系モデルと機械系モデルが結合した次式で表現される。

Ε=Λ · d x/d t + ( L · d I / d t + R · I ) ··■ (1 )

A - I =m - d ² x / d t ² + c · d x / d t + k · x + F + S ( P w- P b) ·■· (2)

ただし、 Eは駆動電圧、 Aは推力定数（発電定数）、 Iは駆動電流、 Lはコィルインダクタンス、 Rはコイル抵抗、 mは可動部重量、 cは粘性减衰係数（機械、ガス）、 kは機械ばね定数、 Fは固体摩擦减衰力、 Sはピストン断面積、 Pwはビストン表側圧力、 P bはビストン裏側圧力、 Xはビストン位置である。

ここで固体摩擦滅衰カ Fおよび粘性滅衰カ c · d x/d tは他の力に比べて + 分小さいので、式（2) は次式のようになる。

A - I =m - d ² x/d t ²+k - x + S (Pw-P b) … （2' )

この式（2' ) は、「モータ推力 A · Iは、慣性力 m · d ²x/d t 2、復元力 k · xおよびガス圧縮に関する力 S (P w- P b) の総和で決定される。」ことを表わしている。

また、ビス卜ン表側圧力 P wはシリンダ内部圧力を意味し、ビス卜ン裏側圧力 P bはコンプレッサ内部圧力（リニアコンプレッサの場合は吸込み圧力）を意味する。圧縮 .吐出 ·再膨張 ·吸込みというガス圧縮工程では、ピストン裏側圧力 P bはほぼ一定であるが、ピストン表側圧力 Pwは非線形に変化するため、ガス圧縮に関する力 S (Pw— P b) は非線形となる。この非線形性は式（2' ) より、モータ推力 A · Iの非線形性（駆動電流 Iの歪み）につながる。

したがって、リニアコンプレッサの高効率化には、以下のことが必要となる。 ( i ) ガス圧縮に関する力 S (Pw_P b) を小さくして、モータ推力 A · Iの低減化を図る。

( i i) ガス圧縮に関する力 S (Pw— P b) の非線形成分を小さくして、モータ推力 A · Iの非線形成分の低减化を図る。

換言すると、正弦波上の慣性力 m · d x/d t ²および復元力 k · x (ただし、位相は互いに 1 80° ずれている）と、非線形なガス圧縮に関する力 S (P w- P b) との総和であるモータ推力 Λ · Iを、小さくするとともに正弦波状とすることである。

そこで、 1本のシャフトの両端にピストンを設け、シャフトの】往復でガス圧縮工程を二度かつ交互に行なうことにより、図 1に示すように、ガス圧縮に関する力 S (Pw-P b) を二分化 '逆位相化すれば、モータ推力 A · Iを小さくし、かつ正弦波状にすることができる。

モータ推力 A · Iは、慣性力 m · d ² x/d t ²と復元力 k · xとガス圧縮に関する力 S (Pw—P b) の和であり、かつ後元力 k · Xとガス圧縮に関する力 S (Pw—P b) は同相であるから、復元力 k . Xに対するガス圧縮に関する力 S (Pw—P b) の比が小さいほどモータ推力 A . Iの線形性が良好になる。ただし、図 1において、ガス圧縮に関する力 S (Pw—P b) を示す曲線と時問軸の間の面積は冷却能力を表しているので、これを小さくすることはできず、また復元力 k · Xすなわち機械ばね定数 kを大きくするにも限界がある。好ましくは、復元力 · Xはガス圧縮に関する力 S (Pw—P b) よりも大きな値に設定される。

また、装置の構造上、負荷変動はあってもピストンの中立点が一定の位置に保たれるので駆動電流 Iを制限するだけでビストンのス卜ロークを容易に制御できる。

以下、図に基づいてこの発明を詳細に説明する。

図 2は、上述した原理が適用されたリニアコンプレッサ 60 1の構成を示す断面図である。図 2を参照して、このリニアコンプレッサ 601は、円筒形状のケ —シング 602、 1本のシャフト 603、 2つのリニアボールベアリング 604 a , 604 b, 2つのコイルばね 605 a， 605 bおよび固定具 606を備える。リニアボ一ルベアリング 604 a， 604 bは、それぞれケーシング 602 の上部および下部にケ一シング 602と同軸に設けられる。シャフト 603は、リニアボ一ルベアリング 604 a、コイルばね 605 a、固定具 606、コイルばね 605 bおよびリニアボールベアリング 604 bに順に挿入される。シャフト 603の中央部に固定具 606が固定されて、シャフト 603は上下動自在に支持される。

また、このリニアコンプレッサ 601は、 2組のシリンダ 607 a, 607 b, ピストン 608 a， 608 b、吸込みバルブ 60 9 a， 609 bおよび吐出バルブ 6 1 0 a， 6 1 0 bを備える。シリンダ 60 7 a， 60 7 bは、それぞれケ一シング 60 2の上部および下部にシャフト 60 3と同軸上に設けられる。ビストン 608 a， 608 bは、それぞれシャフト 60 3の一方端部および他方端部に設けられ、シリンダ 60 7 a， 60 7 b内に嵌装される。ピストン 608 a , 6 08 bのヘッドとシリンダ 60 7 a, 60 7 bの内壁によって、それぞれ圧縮室 6 1 1 a, 6 1 1 bが形成される。バルブ 60 9 a， 6 1 0 a, 609 b, 6 1 0 bは、それぞれ圧縮室 6 1 1 a, 6 1 1 b内のガス圧に応じて開閉する。ビストン 608 a， 60 8 bのへッドの裏側とシリンダ 60 7 a， 60 7 bの内壁によって形成される空間には、不可逆性圧縮を防止するためのガスリーク孔 6 1 2 a, 6 1 2 bが形成されている。シャフト 60 3が上下動すると、上下の圧縮室 6 1 1 a, 6 1 1 bで圧縮ガスが交互に形成される。

さらに、このリニアコンプレッサ 60 1は、シャフト 603およびピストン 6 0 8 a, 60 8 bを上下動させるためのリニアモータ 6 1 3を備える。リニアモ —タ 6 1 3は、制御性の高いボイスコイルモータであって、ヨーク部 60 2 aおよび永久磁石 6 1 4を含む固定部と、コイル 6 1 5および円筒状の支持部材 6 1 6を含む可動部とを備える。ヨーク部 60 2 aは、ケーシング 60 2の一部を構成している。永久磁石 6 1 4は、ヨーク部 60 2 aの內周壁に設けられる。支持部材 6 1 6の一方端部は永久磁石 6 1 4とシリンダ 60 7 bの外周壁の間に上下動自在に揷入され、その他方端部は固定具 606を介してシャフト 603の中央部に固定される。コイル 6 1 5は、支持部材 6 1 6の一方端部において永久磁石 6 1 4に対向して設けられる。コイル 6 1 5は、コイルばね状の電線 6 1 7を介して電源に接続される。

このリニアコンプレッサ 60 1は、シャフト 603、固定具 606、ピストン 608 a, 60 8 b、コイル 6 1 5および支持部材 6 1 6の重量、圧縮室 6 1 1 a , 6 1 1 b内のガスのばね定数、コイルばね 605 a， 605 bのばね定数などから定まる共振周波数を有する。この共振周波数でリニアモータ 6 1 3を駆動させることにより、上下 2つの圧縮室 6 1 1 a, 6 1 1 bで圧縮ガスを高効率で生成できる。次に、この 2ピストン型リニアコンプレッサ 60 1を制御面から高効率化させる方法について説明する。モータ入力（有効電力） P iおよびモータ出力 P oは、それぞれ以下の式で表わされる。

P i =Ε · I · c o s θ ··· (3)

P o = A · I · d x/d t - c o s ø■ ■ (4)

ただし、 Θは駆動電圧 Eと駆動電流 Iの位相差を示し、 Φは駆動電流 Iとビストン速度 d x/d tの位相差を示している。

ここで、冷凍の能力を維持したまま入力電力を低减化させるためにはモータ出力 P oを維持したまま、モータ入力 P iを低減化させる必要がある。すなわち、 ( i ) 駆動電流 I とピストン速度 d x/d tの位相差 φを小さくして、モータ出力 P oを維持したまま駆動電流 Iの低減化を図ること、

( i i ) 力率 c o s Θを高めて、駆動電圧 Eや駆動電流 Iの低減化を図ること、

が制御面から必要である。

一方、 1 Omh程度のコイルインダクタンスでは、駆動電圧 Eとピストン速度 d x/d tの位相は、ほぼ一致していることが実験で確認されている。

したがって、駆動電流 I とビストン速度 d x/d tの位相制御を行ない、その位相差 øを 0とすることにより、力率 c o s Θ , c o s φの向上を図り、モータ入力 P i を低減化するとともに、共振状態を維持することが可能である。

図 3は、このような考察に基づくリニアコンプレッサ 60 1の駆動装置 6 20 の構成を示すプロック図である。

図 3を参照して、この駆動装置 6 20は、電源 6 2 1、電流センサ 6 22、位置センサ 6 24および制御装置 6 2 5を含む。電源 6 2 1は、リニアコンプレツサ 60 1のリニアモータ 6 1 3のコイル 6 1 5に駆動電流 Iを供給する。電流センサ 6 22は、電源 6 2 1の出力電流の現在値 I n o wを検出する。位置センサ 6 24は、リ二アコンプレッサ 60 1のビストン位置現在値 P n o wを直接または間接的に検出する。制御装置 6 25は、電流センサ 6 2 2で検出された電流現在値 I n owと位置センサ 624で検出された位置現在値 P n o wとに基づいて簏源 6 2 1に制御信号 φ cを出力し、電源 6 2 1の出力電流 Iを制御する。制御装置 6 25は、図 4に示すように、 P— V変換部 630、位置指令部 6 3 1、 3つの減算器 6 3 2， 6 34, 6 3 6、位置制御部 63 3、速度制御部 6 3

5、電流制御部 6 3 7および位相制御部 6 3 8を含む。 P— V変換部 630は、位置センサ 6 24によって検出された位置現在値 P n owを微分して速度現在値 V n o wを求める。位匱指令部 63 1は、数式 P r e f =B X s i η ω t (ただし、 Bは振幅、 ωは角周波数である）に従って、位置指令値 P r e f を減算器 6 3 2に与える。上述したピストン 60 8 a, 608 bのストロークを制御するためには、この振幅 Bを制御すればよい。減算器 6 3 2は、位置指令部 6 3 1から与えられた位置指令値 P r e f と位置センサ 6 24によって検出された位置現在値 P n o wとの差 P r e f - P n o wを演算し、演算結果 P r e f — P n o wを位置制御部 3 3に与える。

位置制御部 6 3 3は、数式 V r e f =G V X (P r e f - P n o w) (ただし、 G vは制御ゲインである）に基づいて速度指令値 V r e ίを演算し、演算結果 V r e f を減算器 6 34に与える。减算器 63 4は、位置制御部 6 3 3から与えられた速度指令値 V r e ίと Ρ— V変換部 630で生成された速度現在値 V n o w との差 V r e f -Vn o wを演算して演算結果 V r e f 一 Vn o wを速度制御部

63 5に与える。

速度制御部 6 3 5は、数式 I r e f =G i X (V r e f 一 V n ow) (ただし、 G iは制御ゲインである）に基づいて電流指令値 I r e f を演算し、演算結果 R r e f を减算器 6 3 6に与える。減算器 63 6は、速度制御部 6 3 5から与えられた電流指令値 I r e f と電流センサ 6 22によって検出された電流現在値 I n owとの差 I r e f — I n o wを演算し、演算結果 I _{r e} ί— I n o wを電流制御部 6 3 7に与える。

電流制御部 63 7は減算器 63 6の出力 I r e f — I n o wが 0になるように制御信号 φ cを電源 2 1に与えて電源 2 1の出力電流 Iを制御する。電源 2 1の出力電流 Iの制御はたとえば PWM方式あるいは P AM方式で行なわれる。

位相制御部 6 3 8は、 P— V変換部 30で生成された速度現在値 V n o wと速度制御部 63 5で生成された電流指令値 I r e f との位相差を検出し、その位相差がなくなるように位置指令部 6 3 1で用いられる数式 P r e f =B X s i η ω tの角周波数 ωと速度制御部 6 3 5で用いられる数式 I r e f = G i X (V r e f - V n o w ) の制御ゲイン G iを調整する。

図 5は、図 4で示した制御装置 6 2 5の動作を示すフローチャートである。このフローチヤ一トに従って、図 1〜図 4で示したリ二アコンプレッサ 6 0 1およびその駆動装置 6 2 0の動作について簡単に説明する。

まず、ステップ S 1において、位置指令部 6 3 1で位置指令値 P r e f が生成され、位置制御部 6 3 3で速度指令値 V r e f が生成され、速度制御部 6 3 5で電流指令値 I r e f が生成される。リニアモータ 6 1 3のコイル 6 1 5に電流が供給されると、リニアモータ 6 1 3の可動部が往復運動を開始し、これによつて圧縮ガスの生成が開始される。

ステップ S 2において、位匱センサ 6 2 4によって位置現在ィ直 P n o wが検出され、検出された位置現在値 P n o wは減算器 6 3 2および P— V変換部 6 3 0 に与えられる。ステップ S 3において、位置制御部 6 3 3に速度指令値 V r e f = G v X ( P r e f — P n o w) が演算され、ステップ S 4において、 P— V変換部 6 3 0によって位置現在値 P n o wが速度現在値 P n o wに変換される。速度現在値 V n o wは減算器 6 3 4および位相制御部 6 3 8に与えられる。

ステップ S 5において、速度制御部 6 3 5によって電流指令値 I r e f = G i X (V r e f - V n o w ) が演算され、この演算値 I r e f は減算器 6 3 6および位置制御部 6 3 8に与えられる。電流制御部 6 3 7は、電流現在値〖 n o wが電流指令値 I r e ίに一致するように電源 6 2 1を制御する。

ステップ S 6において、位相制御部 6 3 8によって速度現在値 V n o wと電流指令値 I r e f の位相差が検出される。ステップ S 7において、位相制御部 6 3 8は、速度現在値 V n o wと電流指令値 I r e ίの位相差がなくなるように、位置指令値 P r e ίの角周波数 ωおよび制御ゲイン G iを調整する。

以降、ステップ S 1〜S 7が繰返されて、リニアコンプレッサ 6 0 1の運転状態は急速に安定する。また、起動後に負荷変動があった場合でも、それに併せてリニアモータ 6 1 3の推力すなわち駆動電流 Iが直接かつ適切に制御され、高い効率が得られる。

図 6は、上述したリ二アコンプレッサ 6 0 1が上述した駆動装置 6 2 0によつて共振状態で駆動されているときの駆動電圧 E、電流指令値 I r e ί、速度現在値 V n o wおよび位置現在値 P n o wの関係を示す波形図、図 7は、そのときの慣性力 m · d ² x / d t ²、復元力 k · x、ガス圧縮に関する力 S ( P w - P b ) およびモ一タ推力 A - I r e f の関係を示す波形図である。ただし、図 7においてモータ推力 A · I r e f の振幅は他の力に対して 8倍されている。

共振状態においては、駆動電圧 Eと電流指令値 I r e f と速度現在値 V n o w の位相が一致し、モータ推力 Λ · I r e f が小さくかつ正弦波になっていることが確認された。このときの力率は◦. 9 9、モータ効率は 9 1 . 2 °/₀であった。図 8は、従来の 1 ビストン型リニアコンプレッサの定常運転時における慣性力、復元力、ガス圧縮に関する力およびモータ推力の関係を示す波形図である。ただし、図 8において、モータ推力の振幅は他の力に対して 2倍されている。

図 7で示した本発明のリニアコンプレッサ 6 0 1に比べ、モータ推力が大きくなり、かつその波形に大きな歪みが生じた。

(実施例 2 )

本実施例におけるリニアコンプレッサは、上述した図 2 6に示すごとく、密閉型の冷凍システムの圧縮機として用いられる。リニアコンプレッサとしては、図 9に示すように、外周が密閉円筒状のハウジング 1によって包囲され、リニアコンプレッサを密閉空間として保持している。このハウジング 1は、有底円筒体であり、その上端側に低炭素鋼からなる磁気枠（ヨーク） 2が形成されている。このヨーク 2の中心部には、上下方向に延びるシリンダ嵌装孔 3が貫通形成され、このシリンダ嵌装孔 3にはステンレス鋼からなる有底円简状のシリンダ 4が嵌合されている。

シリンダ 4内には、ピストン 5が摺動可能に嵌装されており、シリンダ 4とピストン 5により冷媒ガスの圧縮空間となる圧縮室 6が区画形成される。シリンダ 4には外部のガス流路 1 2 5と接続するための弁機構 7が形成されており、 7 a はガス流路 1 2 5を介して蒸発器 1 2 4で気化した冷媒ガスを吸入するための吸入弁であり、 7 bは、圧縮室 6で圧縮された高圧の冷媒ガスをガス流路 1 2 5を介して凝縮器 1 2 2に吐出するための吐出弁である。

ビストン 5には、軽量な非磁性材料である樹脂から構成され、ビストン 5側が開放された有底円筒状の可動体（ボビン） 8が、ピストン 5のピストンシャフト 9に一体固定されており、そのボビン 8およびビストン 5を往復可能に弾性支持するための第 1および第 2コイルスプリング 1 0、 1 1が設けられている。第 1 コイルスプリング 1 0は、ピストンシャフト 9に巻装され、その一端がボビン 8に当接するとともに、他端がシリンダ 4に設けられたスプリング受部 1 2 に当接している。また、第 2コイルスプリング 1 1は、ハウジング 1底面の中心部とボビン 8との間に固着されている。このように、ボビン 8を介して両側に第 1および第 2コイルスプリング 1 0、 1 1を配設することにより、ピストン 5のストローク中心位置を一定制御することが容易となるとともに、ばね定数を大きくすることができ、装置の小型化を図ることができる。

ビストン 5およびボビン 8は、両者を往復駆動する駆動源としてのリニアモ一タ 1 3に駆動接続されている。

ヨーク 2には、シリンダ嵌装孔 3と同心状に配置された環状の凹部 1 4が形成され、この凹部 1 4の外側側面 1 4 aには環状の永久磁石 1 5が內側側面 1 4 b との間に所定の間隙 Sをあけて取付けられており、この磁石 1 5およびヨーク 2 によってリニアモータ 1 3の磁気回路 1 6が構成されている。この磁気回路 1 6 によつて磁石 1 5と凹部 1 4内側側面との間の間隙 Sに所定強度の磁界を発生させるようにしている。

ボビン 8が間隙 Sにおレ、て往復動可能に配設されており、このボビン 8の外周部には、磁石 1 5と対向する位置に電磁コイル 7が卷回されており、リード線 (図示せず）を介して所定周波数（本実施例では 6 0 H z ) の交流電流を通電することにより、間隙 Sを通る磁界との作用によって電磁コイル 7およびボビン 8 を駆動してビストン 5をシリンダ 4内で往復移動させ、圧縮室 6で所定周期のガス圧を発生させるようになされている。

さらに、ヨーク 2には、ヨーク 2、永久磁石 1 5およびボビン 8によって形成される磁気回路空間部分 2 1のガスを外部に漏出させる第 1 リーク孔 2 2と、第 1 リーク孔 2 2に電通されたバッファ空間部 2 3とを設け、ボビン 8の上下動に伴い磁気回路空間部分 2 1でガスの圧縮 ·膨張仕事が行なわれないようにしている。なお、本実施例では第 1 リーク孔 2 2を 8個設けている一方、ボビン 8には、ピストン 5の背面側のスプリング受部 1 2とボビン 8の内面部分によって囲まれたボビン内面空間部分 2 4を、ピストンスプリング 1 1 が設けられたボビン背面空間部分 2 5と連通状態とする第 2 リーク孔 2 6が複数個（本実施例では 8個）設けられており、ボビン 8の上下動に伴いボビン内面空間部分 2 4でガスの圧縮 '膨張仕事が行なわれないようにしている。また、スプリング受部 1 2にも、第 3 リーク孔 2 7が複数個（本実施例では 6個）設けられており、ピストン 5の上下動に伴うピストン 5の背面空間 2 8でガスの圧縮 ·膨張仕事が行なわれないようにしている。

図 1 0に、圧縮室 6からのガス吐出時における状態を示す断面図を、図 1 1に圧縮室 6へのガス吸入時における状態を示す断面図をそれぞれ示す。図 1 0および図 1 1の両図から明らかなように、ピストン 5の上下動に伴って、磁気回路空間部分 2 1、ボビン内面空間部分 2 4、ピストン背面空間 2 8のガスが圧縮 '膨張仕事を行なわないように、バッファ空間部 2 3、ボビン背面空間部分 2 5へそれぞれリークされることになる。

したがって、ヨーク 2およびボビン 8の間隙、ならびに永久磁石 1 5および電磁コイル 7の間隙を極力小さくしたとしても、磁気回路空間部分 2 1、ボビン内面空間部分 2 4およびビストン 5の背面空間 2 8でガスの圧縮 ·膨張仕事が行なわれることはなく、不可逆圧縮ロスの発生を防止することができる。したがって、リ二アコンプレッサの高効率化を図ることができる。

なお、本実施例においては、ピストン 5およびボビン 8を別体で形成する場合について説明したが、同一体で構成してもよく、永久磁石 1 5をヨーク 2の内側側面に固着する構成にしてもよい。加えて、ハウジング 1、ヨーク 2およびシリンダ 4を同一体で構成しても構わない。ただし、この場合には、磁気回路 1 3を形成させるために、ヨーク 2と同一物で構成する必要がある。

(実施例 3 )

本実施例におけるリニアコンプレッサは、上述した図 2 6に示すように、密閉型の冷凍システムの圧縮機として用いられる。このリニアコンプレッサとしては、図 1 2に示す如く、外周が密閉円筒状のハウジング 1 0 1よって包囲され、リニアコンプレッサを密閉空間として保持している。このハウジング 1 0 1は有底円简体であり、その上端側に低炭素鋼からなる磁気枠（ヨーク） 1 0 2が形成されている。このヨーク 1 0 2の中心部には、上下方向に延びるシリンダ嵌装孔 1 0 3が貫通形成され、このシリンダ嵌装孔 1 0 3にはステンレス鋼からなる有底円筒状のシリンダ 1 0 4が嵌装されている。

シリンダ 1 0 4内には、ピストン 1 0 5が微小間隔を介して往復可能に遊挿されており、シリンダ 1 0 4とピストン 1 0 5により冷媒ガスの圧縮空問となる圧縮室 1 0 6が区画形成される。ここで、微小間隔は、ピストン 1 0 5の往復動に伴いシリンダ 1 0 4との間にガスシールが形成される範囲に設定されており、具体的には、 5 μ m以下に設定されている。なお、本実施例では、 5 / mに設定している。

シリンダ 1 0 4には、外部のガス流路 1 2 5と接続するための弁機構 1 0 7が形成されており、 1 0 7 aはガス流路 1 2 5を介して蒸発器 1 2 4で気化した冷媒ガスを吸入するための吸入弁であり、 1 0 7 bは圧縮室 1 0 6で圧縮された高圧の冷媒ガスをガス流路 1 2 5を介して凝縮器 1 2 2に吐出するための吐出弁である。

ビストン 1 0 5には、軽量な非磁性材料である樹脂から形成され、ビストン 1 0 5側が開放された有底円筒状の可動体（ボビン） 1 0 8力；、ピストン 1 0 5のビストンシャフ卜 1 0 9に一体固定されており、そのボビン 1 0 8およびビストン 1 0 5を往復可能に弾性支持するための第 1および第 2コイルスプリング 1 1 0、 1 1 1が設けられている。第 1 コイルスプリング 1 1 0は、ピストンシャフト 1 0 9に卷装され、その一端がボビン 1 0 8に当接するとともに、他端がシリンダ 1 0 4に設けられた第 1案内部 1 1 2に当接している。また、第 2コイルスプリング 1 1 1は、ハウジング 1 0 1底面の中心部に設けられた第 2案内部 1 1 3とボビン 1 0 8との間に固着されている。

ピストン 1 0 5およびボビン 1 0 8は、両者を往復駆動する駆動源としてのリニァモータ 1 1 4に駆動接続されている。

ヨーク 1 0 2には、シリンダ嵌装孔 1 0 3と同心状に配置された環状の凹部 1 1 5が形成され、この凹部 1 1 5の外側側面 1 1 5 aには環状の永久磁石 1 1 6 が内側側面 1 1 5 bとの間に所定の間隙 Sをあけて取付けられており、この磁石 1 1 6およびヨーク 1 0 2によってリニァモータ 1 1 4の磁気回路 1 1 7が構成されている。この磁気回路 1 1 7によって磁石 1 1 6と凹部 1 1 5の内側側面との間に間隙 Sに所定強度の磁界を発生させるようにしている。

ボビン 8が間隙 Sにおいて往復動可能に配設されており、このポビン 1 0 8の外周部には、磁石 1 1 6と対向する位置に電磁コイル 1 1 8が巻回されており、リード線（図示せず）を介して所定周波数（本実施例では 6 0 H z ) の交流電流を通電することにより、間隙 Sを通る磁界との作用によってコイル 1 1 8およびボビン 1 0 8を駆動してビストン 1 0 5をシリンダ 1 0 4内で往復移動させ、圧縮室 1 0 6で所定周期のガス圧を発生させるようになされている。

また、第 1案内部 1 1 2および第 2案内部 1 1 3は、その内周面に転がり軸受 1 2 1、 1 2 2をそれぞれ有し、ピストンシャフト 1 0 9を上下方向に摺動自在に保持している。ここで、転がり軸受 1 2 1、 1 2 2は、直動型の転がり軸受であり、本実施例では I K O社製のボールスプライン L S A G 8を用いている。ただし、使用する直動型の転がり軸受は一例であって、この他のタイプのボ一ルスプラインでもよく、あるレ、はスライドブッシュであってもよレ、。これにより、従来の滑り軸受の摩擦係数（μ = 0 . 0 1〜0 . 1 ) に比べて小さい摩擦係数（μ = 0 . 0 0 1〜0 · 0 0 6 ) の転がり軸受にてピストンシャフト 1 0 9の直動が支持されることになる。

以上のように、ボビン 8を介して両側に第 1および第 2コイルスプリング 1 1 0、 1 1 1を配設することにより、ピストン 1 0 5のストローク中心位置を一定制御することが容易となるとともに、ばね定数を大きくすることができ、装置の小型化を図ることができる。

また、ピストンシャフト 9が転がり軸受 1 2 1、 1 2 2で直接支持され、ビストン 1 0 5の直動方向が規定されるため、上述したようにビストンーシリンダ間に微小間隙を有しクリアランスシールを実現することができる。したがって、ピストン 1 0 5の往復動時の摩擦損失による運転効率の低下や、ピストン 1 0 5に設けられたガスシール部材の摩耗による装置寿命の低下、摩耗粉による冷媒の汚染などを引起こすおそれがない。

(実施例 4 ) 次に、この実施例におけるリニアコンプレッサについて、図 1 3を参照して説明する。ここで、本実施例と上述した図 1 2に示す実施例 3と異なっている点は、第 1案内部 1 1 2、第 2案内部 1 1 3の転がり軸受 1 2 1、 1 2 2に、ピストンシャフト 1 0 9を摺動自在に保持する代わりに、シリンダ 1 0 4に転がり軸受 1 3 1を設け、その転がり軸受 1 3 1を介してビストン 1 0 5をシリンダ 1 0 4に沿って往復移動させている点である。

第 1 コイルスプリング 1 1 0を、ピストン 1 0 5の背面側のシリンダ 1 0 4 に設けられたスプリング受部 1 3 2とボビン 1 0 8との間に設け、第 2コイルスプリング 1 1 1をハウジング 1 0 1底面の中心部とボビン 1 0 8との間に設けている。なお、上述した実施例 2と同じ構成については同一符号を付して示しており、これらの部分の詳細な説明は省略する。

ここで、転がり軸受 1 3 1としては、上記図 1 2の実施例 3の場合と同様にボ一ルスプラインまたはスライドブッシュタイプの直動形転がり軸受を用いている。ただし、使用する転がり軸受 1 3 1は、ピストン 1 0 5の往復動により転がり軸受を介して圧縮室 1 0 6内のガスが漏出しないように、ピストン 1 0 5のスト口 —ク中心付近に配設されている。

したがって、従来のようにビストン 1 0 5を滑り軸受を介してシリンダ 1 0 4 に沿って摺動させるのではなく、転がり軸受を介してビストン 1 0 5をシリンダ 1 0 4に沿って摺動させることができ、ピストン 1 0 5の往復動時の摩擦損失による運転効率の低下や、ビストン 1 0 5に設けられたガスシール部材の摩耗による装置寿命の低下、摩耗粉による冷媒の汚染などを引起こすおそれがない。また、実施例 2の場合と同様に、ピストン 1 0 5のストロ一ク中心位置を一定制御することが容易となるとともに、ばね定数を大きくすることができ装置の小型化を図ることができる。

また、本実施例においては、シリンダ 1 0 4に転がり軸受 1 3 1を設けた場合について説明したが、ピストン 1 0 5の周面に転がり軸受を設けても構わない。なお、上述した実施例 3および実施例 4は、実施例 2と同様に、ピストン 1 0 5およびボビン 1 0 8を別体で形成する場合について説明したが、同一体で構成してもよく、永久磁石 1 1 6をヨーク 1 0 2の内側側面に固着する構成にしてもよレヽ。加えて、ハウジング 1 0 1、ヨーク 1 0 2およびシリンダ 1 0 4を同一体で構成しても構わない。ただし、この場合には、磁気回路 1 1 4を形成させるために、ヨーク 1 0 2と同一物で構成する必要がある。

(実施例 5 )

本実施例のリニアコンプレッサは、上述した図 2 6に示すように、密閉型の冷凍システムの圧縮機として用いられている。そのリニアコンプレッサとしては、図 1 4に示すように、外周が密閉円筒状のハウジング 2 0 1によって包囲され、リニアコンプレッサを密閉空間として保持している。このハウジング 2 0 1は、その上部および下部に圧縮室 2 0 2、 2 0 3を有している。

ハウジング 2 0 1の上端部には、低炭素鋼からなる磁気枠（ヨーク） 2 0 4が形成され、このヨーク 2 0 4の中心部には、上下方向に延びるシリンダ嵌装孔 2 0 5が貫通形成され、このシリンダ嵌装孔 2 0 5には、ステンレス鋼からなる有底円筒状の第 1シリンダ 2 0 6が嵌合されている。

第 1シリンダ 2 0 6内には、第 1 ピストン 2 0 7が摺動可能に嵌装されており、第 1シリンダ 2 0 6と第 1ピストン 2 0 7により冷媒ガスの圧縮空間となる上部圧縮室 2 0 2が区画形成される。第 1シリンダ 2 0 6には外部のガス流路 1 2 5 と接続するための第 1弁機構 2 0 8が形成されており、 2 0 8 aはガス流路 1 2 5を介して蒸発器 1 2 4で気化した冷媒ガスを吸入するための吸入弁であり、 2 0 8 bは上部圧縮室 2 0 2で圧縮された高圧の冷媒ガスをガス流路 1 2 5を介して凝縮器 1 2 2に吐出するための吐出弁である。

一方第 1シリンダ 2 0 6と反対側のハウジング 2 0 1の下部には、上下方向に延びる第 2シリンダ 2 0 9が設けられており、この第 2シリンダ 2 0 9内には、第 2ビストン 2 1 0が摺動可能に嵌装されており、第 2シリンダ 2 0 9と第 2ピストン 2 1 0により冷媒ガスの圧縮空間となる下部圧縮室 2 0 3が区画形成される。上部圧縮室 2◦ 2と同様に、第 2シリンダ 2 0 9には外部のガス流路 1 2 5 と接続するための第 2弁機構 2 1 1が形成されており、 2 1 1 aはガス流路 1 2 5を介して蒸発器 1 2 4で気化した冷媒ガスを吸入するための吸入弁であり、 2 1 1 bは下部圧縮室 2 0 3で圧縮された高圧の冷媒ガスをガス流路 1 2 5を介して凝縮器 1 2 2に吐出するための吐出弁である。第 1 ピストン 2 0 7および第 2ピストン 2 1 0は、ピストンシャフト 2 1 2で連結されており、第 1 ビストン 2 0 7側が開放された有底円筒状の可動体（ボビン） 2 1 3がピストンシャフト 2 1 2の中心位置に一体固定されている。なお、第 1 ピストン 2 0 7および第 2ピストン 2 1 0の外周面には、ピストンリングなどのガスシール部材 2 1 4が設けられている。

また、ヨーク 2 0 4には、シリンダ嵌装孔 2 0 5と同心上に配置された環状の凹部 2 1 5が形成され、この凹部 2 1 5の外側側面 2 1 5 aには環状の永久磁石 2 1 6が内側側面 2 1 5 bとの間に所定の間隙 Sをあけて取付けられており、この磁石 2 1 6およびヨーク 2 0 4によってリ -ァモータ 2 1 7の磁気回路 2 1 8 が構成され、この磁気回路 2 1 8によって磁石 2 1 6と凹部 2 1 5內側側面との間の間隙 Sに所定強度の磁界を発生させるようにしている。

ボビン 2 1 3が磁石 2 1 6およびヨーク 2 0 4からなる磁気回路 2 1 8の一部に形成した間隙 Sに配設され、ボビン 2 1 3の外周に巻回された電磁コイル 2 1 9に所定周波数の交流電流を供給することによって第 1 ピストン 2 0 7および第 2ピストン 2 1 0をそれぞれ第 1シリンダ 2 0 6および第 2シリンダ 2 0 9內で往復移動させ、上部圧縮室 2 0 2および下部圧縮室 2 0 3において所定周期のガス圧を発生させるようになされている。

また、ビストンシャフト 2 1 2には、第 1 ピストン 2 0 7および第 2ビストン 2 1 0を往復可能に弾性支持するための第 1 コイルスプリング 2 2 0および第 2 コイルスプリング 2 2 1が設けられている。具体的には、第 1 コイルスプリング 2 2 0は、ビストンシャフト 2 1 2が挿通され、第 1シリンダ 2 0 6に設けられた第 1スプリング受部 2 2 2とボビン 2 1 3との間に押圧付勢すべく設けられており、第 2コイルスプリング 2 2 1は、ボビン 2 1 3を挟んで反対側のピストンシャフト 2 1 2が挿通され、第 2シリンダ 2 0 9上部に設けられた第 2スプリング受部 2 2 3とボビン 2 1 3との間に押圧付勢すべく設けられている。

このように、両側に圧縮室 2、 2 0 3を有するリニアコンプレッサにおいて、ボビン 2 1 3を介して両側に第 1コイルスプリング 2 2 0および第 2コイルスプリング 2 2 1を配設することにより、第 1および第 2ビストン 2 0 7、 2 1 0のストロ一ク中心位置を一定制御することが容易となるとともに、所定のばね定数を得ることができる。

さらに、上記第 1 ピストン 2 0 7、第 2ピストン 2 1 0およびピストンシャフト 2 1 2は、その内部が中空形状となっており、第 1 ピストン 2 0 7には、その背面空間部 2 3 1のガスが漏出する第 1 リーク孔 2 3 2が設けられて、第 2ビストン 2 1 0には、その背面空間部 2 3 3のガスが漏出する第 2リーク孔 2 3 4が設けられている。このため、図 1 5に示すように、リニアモータ 2 1 7の駆動により第 1 ピストン 2 0 7および第 2ビストン 2 1 0の往復移動に伴って背面空間部 2 3 1、 2 3 3のガスが第 1 ピストン 2 0 7、ピストンシャフト 2 1 2および第 2ピストン 2 1 0を介して連通状態となるため、圧縮 ·膨張仕事が行なわれることなく、不可逆圧縮ロスを発生することがない。したがって、リニアコンプレッサの高効率化を図ることができる。

さらに、ヨーク 2 0 4には、ヨーク 2 0 4、永久磁石 2 1 6およびボビン 2 1 3によって形成される磁気回路空間部分 2 4 1のガスを外部に漏出される第 3 リーク孔 2 4 2と、第 3 リーク孔 2 4 2に連通されたバッファ空間部 2 4 3とを設け、ボビン 2 1 3の上下動に伴い磁気回路空間部分 2 4 1でガスの圧縮 ·膨張仕事が行なわれないようにしている。なお、本実施例では第 3 リ一ク孔 2 4 2 を 8個設けている。

一方、ボビン 2 1 3には、第 1スプリング受部 2 2 3とボビン 2 1 3の内面部分によって囲まれたボビン内面空間部分 2 4 4を、第 2コイルスプリング 2 2 1 が設けられたボビン背面空間部分 2 4 5と連通状態とする第 4 リーク孔 2 4 6が複数個（本実施例では 8個）設けられており、ボビン 2 1 3の上下動に伴いボビン内面空問部分 2 4 4でガスの圧縮 ·膨張仕事が行なわれないようにしている。これにより、ヨーク 2 0 4およびボビン 2 1 3の間隙、ならびに永久磁石 2 1 6 および電磁コイル 2 1 9の間隙を極力小さくしたとしても、磁気回路空間部分 2 4 1およびボビン内面空間部分 2 4 4でガスの圧縮 .膨張仕事が行なわれることはなく、不可逆圧縮ロスの発生を防止することができる。

図 1 5に、上部圧縮室 2からのガス吐出時における状態を示す断面図を示す。ここで、図中矢印はビストン 2 0 7、 2 1 0の変位方向と、そのビストン 2 0 7、 2 1 0の移動に伴うリニアコンプレッサ内のガスの流れを示している。図からも明らかなように、第 1 ピストン 7の上方向への移動に伴って、ピストン背面空問 2 3 3のガスが、第 2 リーク孔 2 3 4、第 2ピストン 2 1 0、ピストンシャフト 2 1 2、第 1 ピストン 2 0 7および第 1 リーク孔 2 3 2を介して背面空間 2 3 1 へ流込むので、この際に背面空間 2 3 3での圧縮仕事および背面空間 2 3 1での膨張仕事が、ともに行なわれることがない。

また、第 1 ピストン 2 0 7および第 2ビストン 2 1 0の往復移動に伴って、磁気回路空間部分 2 4 1、ポビン内面空間部分 2 4 4のガスが、第 3リーク孔 2 4 2およぴ第 4リーク孔 2 4 6を介して、バッファ空間部 2 4 3およびボビン背面空間部分 2 4 5 それぞれリークされることとなり、この際に圧縮 ·膨張仕事が行なわれることがない。

なお、上記構成において、第 1スプリング受部 2 2 2および第 2スプリング受部 2 2 3を軸受として使用してもよい。この場合には、第 1および第 2ピストン 2 0 7 2 1 0の背面空間部 2 3 1 2 3 3でのガスによって発生する不可逆圧縮ロスが大きくなるおそれがあるため、より効果的となる。

(実施例 6 )

本実施例のリニアコンプレッサは、上述した図 2 6に示す如く、密閉型の冷凍システムの圧縮機として用いられる。このリニアコンプレッサとしては、図 1 6 に示す如く、外周が密閉円筒状のハウジング 3 0 1によって包囲され、リニアコンプレッサを密閉空間として保持している。このハウジング 3 0 1は、その下部および上部に圧縮室 3 0 2 3 0 3を有している。

ハウジング 3 0 1の下部には低炭素鋼からなる磁気枠（ヨーク） 3 0 4が形成され、このヨーク 3 0 4の中心部には上下方向に延びるシリンダ嵌装孔 3 0 5が貫通形成され、このシリンダ嵌装孔 3 0 5にはステンレス鋼からなる有底円筒状の第 1シリンダ 3 0 6が嵌合されている。

第 1 シリンダ 3 0 6內には、第 1 ピストン 3 0 7が摺動可能に嵌装されており、第 1 シリンダ 3 0 6と第 1 ピストン 3 0 7により冷媒ガスの圧縮空間となる下部圧縮室 3 0 2が区画形成される。第 1シリンダ 3 0 6には外部のガス流路配管 1 2 5に接続され、蒸発器 1 2 4で気化された冷媒ガスを吸入するための第 1吸入弁 3 0 8 aが設けられている。一方、第 1シリンダ 3 0 6と反対側のハウジング 3 0 1の上部には、上下方向に延びる第 2シリンダ 3 0 9が設けられており、その第 2シリンダ 3 0 9内には、第 2ピストン 3 1 0が摺動可能に嵌装されており、第 2シリンダ 3 0 9と第 2ピストン 3 1 0により冷媒ガスの圧縮空間となる上部圧縮室 3 0 3が区画形成される。下部圧縮室 3 0 2と同様に、第 2シリンダ 3 0 9には外部のガス流路配管 1

2 5と接続し、蒸発器 1 2 4で気化した冷媒ガスを吸入するための第 2吸入弁 3 1 1 aが設けられている。

第 1 ピストン 3 0 7および第 2ピストン 3 1 0は、ピストンシャフト 3 1 2で連結されており、第 1 ピストン 3 0 7側が開放された有底円筒状の可動体（ボビン） 3 1 3がビストンシャフト 3 1 2の中心位置に一体固定されている。なお、第 1 ピストン 3 0 7および第 2ビストン 3 1 0の外周面には、ビス卜ンリングなどのガスシール部材 3 1 4 (図示せず）が設けられている。

また、ヨーク 3 0 4には、シリンダ嵌装孔 3 0 5と同心状に配置された環状の凹部 3 1 5が形成され、この凹部 3 1 5の外側側面 3 1 5 aには環状の永久磁石 3 1 6が内側側面 3 1 5 bとの間に所定の間隙 Sをあけて取付けられており、この磁石 3 1 6およびヨーク 3 0 4によってリニァモータ 3 1 7の磁気回路 3 1 8 が構成され、この磁気回路 3 1 8によって磁石 3 1 6と凹部 3 1 5内側側面との間の間隙 Sに所定強度の磁界を発生させるようにし Tいる。

ボビン 3 1 3が磁石 3 1 6およびヨーク 3 0 4からなる磁気回路 3 1 8の一部に形成した間隙 Sに配設され、ボビン 3 1 3の外周に卷回された電磁コイル 3 1 9に所定周波数の交流電流を供給することによって第 1 ピストン 3 0 7および第 2ピストン 3 1 0をそれぞれ第 1シリンダ 3 0 6および第 2シリンダ 3 0 9内で往復移動させて、下部圧縮室 3 0 2および上部圧縮室 3 0 3において所定周期のガス圧を発生させるようになされている。

また、ピストンシャフト 3 1 2には、第 1 ピストン 3 0 7および第 2ピストン

3 1 0を往復可能に弾性支持するための第 1 コイルスプリング 3 2 0および第 2 コイルスプリング 3 2 1が設けられている。具体的には、第 1 コイルスプリング

3 2 0は、ビストンシャフト 3 1 2が挿通され、第 1シリンダ 3 0 6に設けられた第 1スプリング受部 3 2 2とボビン 3 1 3との間に押圧付勢すベく設けられており、第 2コイルスプリング 3 2 1は、ボビン 3 1 3を挟んで反対側のビストンシャフト 3 1 2が挿通され、第 2シリンダ 3 0 9上部に設けられた第 2スプリング受部 3 2 3とボビン 3 1 3との間に押圧付勢すべく設けられている。このように、両側に圧縮室 3 0 2、 3 0 3を有するリニアコンプレッサにおいて、ボビン 3 1 3を介して両側に第 1コイルスプリング 3 2 0および第 2コイルスプリング 3 2 1を配設することにより、第 1および第 2ビストン 3 0 7、 3 1 0のスト口 —ク中心位置を一定制御することが容易となるとともに、所定のばね定数を得ることができる。

さらに、上記第 1 ピストン 3 0 7、第 2ピストン 3 1 0およびピストンシャフト 3 1 2は、その内部が中空形状となっており、第 1 ピストン 3 0 7には、下部圧縮室 3 0 2で圧縮された高圧の冷媒ガスを凝縮器 1 2 2に供給するために、第 1 ピストン 3 0 7の中空部 3 0 7 aへ吐出するための第 1吐出弁 3 0 8 bが設けられている。この第 1吐出弁 3 0 8 bは上記第 1吸入弁 3 0 8 aとともに第 1弁機構 3 0 8を構成している。

また、第 2ピストン 3 1 0には、上部圧縮室 3 0 3で圧縮された高圧の冷媒ガスを凝縮器 1 2 2に供給するために、第 3ピストン 3 1 0の中空部 3 1 0 aへ吐出するための第 2吐出弁 3 1 1 bが設けられている。この第 2吐出弁 3 1 1 bは上記第 2吸入弁 3 1 1 aとともに第 2弁機構 3 1 1を構成している。

ボビン 3 1 3内には、ビストンシャフト 3 1 2の中空部 3 1 2 aに一-端が連通状態で連結された可動体空間部 3 1 3 aが形成されており、その他端および本体ハウジング 3 0 1間にはボビン 3 1 3の上下動に伴って伸縮する連通管 3 3 1が取付けられている。ここで、連通管 3 3 1としては伸縮性の有するものであればよく、たとえば、ベローズ状管、コイル状管等を用いている。

以上の構成により、下部圧縮室 3 0 2からの圧縮ガスは、第 1吐出弁 3 0 8 b を介して第 1 ピストン 3 0 7の中空部 3 0 7 aに吐出され、ピストンシャフト 3 1 2の中空部 3 1 2 a、ボビン 3 1 3の可動体空間部 3 1 3 a、連通管 3 3 1およびガス流路配管 1 2 5を介して凝縮器 1 2 2に供給される。同様に、上部圧縮室 3 0 3からの圧縮ガスは、第 2吐出弁 3 1 1 bを介して第 2ピストン 3 1 0の中空部 3 1 0 aに吐出され、ビストンシャフト 3 1 2の中空部 3 1 2 a、ボビン 3 1 3の可動体空間部 3 1 3 a、連通管 3 3 1およびガス流路配管 1 2 5を介して凝縮器 1 2 2に供給される。

図 1 7および図 1 8に、下部圧縮室 3 0 2および上部圧縮室 3 0 3からのガス吐出時における状態をそれぞれ示す断面図を示す。ここで、図中矢印はピストン 3 0 7、 3 1 0の変位方向と、そのピストン 3 0 7、 3 1 0の移動に伴う下部圧縮室 3 0 2の圧縮ガスの流れを示している。

両図からも明らかなように、第 1 ピストン 3 0 7の下方向への移動に伴って、下部圧縮室 3 0 2の圧縮ガスが、第 1吐出弁 3 0 8 b、第 1 ピストン 3 0 7の中空部 3 0 7 a、ピストンシャフト 3 1 2の中空部 3 1 2 a、ボビン 3 1 3の可動体空間部 3 1 3 a , 連通管 3 3 1およびガス流路配管 1 2 5を介して凝縮器 1 2 2に供給され（図 1 7参照）、逆に第 2ビストン 3 1 0の上方向への移動に伴つて、上部圧縮室 3 0 3の圧縮ガスが、第 2吐出弁 3 1 1 b、第 2ピストン 3 1 〇の中空部 3 1 0 a、ピストンシャフ卜 3 1 2の中空部 3 1 2 a、ボビン 3 1 3の可動体空間部 3 1 3 a , 連通管 3 3 1およびガス流路配管 1 2 5を介して凝縮器 1 2 2に供給される（図 1 8参照）。

このように、第 1および第 2吐出弁 3 0 8 b、 3 1 1 bがハウジング 3 0 1内の第 1および第 2ピストン 3 0 7、 3 1 0にそれぞれ設けられ、吐出空間部分がハウジング本体内部にモ一ルドされた構成となるので、ガス脈動による配管での振動音や弁操作音がハウジング 3 0 1内に遮音されることとなり、防音用の吐出マフラを新たに設ける必要がない。

また、下部圧縮室 3 0 2および上部圧縮室 3 0 3からの圧縮ガスがハウジング 3 0 1外部へ同一の連通管 3 3 1から吐出されるので、ハウジング 3 0 1外部で 2本のガス流路配管 1 2 5を連結する必要がない。

なお、第 1スプリング受部 3 2 2および第 2スプリング受部 3 2 3を軸受とする構想を用いても同様の効果を得ることができる。

(実施例 7 )

本実施例におけるリニアコンプレッサは、上述した図 2 6に示す如く、密閉型の冷凍システムの圧縮機として用いられる。このリニアコンプレッサとしては、図 1 9に示すように、外周が密閉円筒状のハウジング 4 0 1によって包囲され、リニアコンプレッサを密閉空間として保持している。このハウジング 4 0 1は、その下部および上部に圧縮室 4 0 2、 4 0 3を有している。

ハウジング 4 0 1の上部には低炭素鋼からなる磁気枠（ヨーク） 4 0 4が形成され、このヨーク 4 0 4の中心部には上下方向に延びるシリンダ嵌装孔 4 0 5が貫通形成され、このシリンダ嵌装孔 4 0 5にはステンレス鋼からなる有底円筒状の第 1シリンダ 4 0 6が嵌合されている。

第 1シリンダ 4 0 6内には、第 1 ピストン 4 0 7が微小間隙を介して往復可能に嵌装されており、第 1シリンダ 4 0 6と第 1 ピストン 4 0 7により冷媒ガスの圧縮空間となる上部圧縮室 4 0 2が区画形成される。第 1シリンダ 4 0 6には外部のガス流路配管 1 2 5と接続し、蒸発器 1 2 4で気化した冷媒ガスを吸入するための第 1吸入弁 4 0 8 aが設けられている。

一方、第 1シリンダ 4 0 6と反対側のハウジング 4 0 1の下部には、上下方向に延びる第 2シリンダ 4 0 9が設けられており、その第 2シリンダ 4 0 9内には第 2ビストン 4 1 0が微小間隙を介して往復可能に嵌装されており、第 2シリンダ 4 0 9と第 2ビストン 4 1 0により冷媒ガスの圧縮空間となる下部圧縮室 4 0 3が区画形成される。上部圧縮室 4 0 2と同様に、第 2シリンダ 4 0 9には外部のガス流路配管〗 2 5と接続して、蒸発器 1 2 4で気化した冷媒ガスを吸入するための第 2吸入弁 4 1 1 aが設けられている。

第 1 ピストン 4 0 7および第 2ピストン 4 1 0は、ビストンシャフト 4 1 2で連結されており、第 1 ピストン 4 0 7側が開放された有底円筒状の可動体（ボビン） 4 1 3がピストンシャフト 4 1 2の中心位置に一体固定されている。

また、ョ一ク 4 0 4には、シリンダ嵌装孔 4 0 5と同心状に配置された環状の凹部 4 1 5が形成され、この凹部 4 1 5の外側側面 4 1 5 aには環状の永久磁石 4 1 6が內側側面 4 1 5 bとの間に所定の間隙 Sをあけて取付けられており、この磁石 4 1 6およびヨーク 4 0 4によってリニアモータ 4 1 7の磁気回路 4 1 8 が構成され、この磁気回路 4 1 8によって磁石 4 1 6と凹部 4 1 5内側側面との間の間隙 Sに所定強度の磁界を発生させるようにしている。

ボビン 4 1 3が磁石 4 1 6およびヨーク 4 0 4からなる磁気回路 4 1 8の一部に形成した間隙 Sに配設され、ボビン 4 1 3の外周に卷回された電磁コイル 4 1 9に所定周波数の交流電流を供給することによって第 1 ビストン 4 0 7およぴ第 2ピストン 4 1 0をそれぞれ第 1シリンダ 4 0 6および第 2シリンダ 4 0 9内で往復移動させて、上部圧縮室 4 0 2および下部圧縮室 4 0 3において所定周期のガス圧を発生させるようになされている。

また、ピストンシャフト 4 1 2には、第 1 ピストン 4 0 7および第 2ピストン

4 1 0を往復可能に弾性支持するための板状のサスペンションスプリング 4 2 0 が設けられている。サスペンションスプリング 4 2 0は、その中心部がピストンシャフト 4 1 2の中心位置に一体固定され、外周部がハウジング 4 0 1に固定されて第 1ピストン 4 0 7および第 2ビストン 4 1 0を往復可能に弾性支持している。なお、サスペンションスプリング 4 2 0はばね鋼から構成されており、その具体的形状については、図 2 8で説明したものと同じであるためここでの詳細な説明は省略する。

このように、両側に圧縮室 4 0 2、 4 0 3を有するリニアコンプレッサにおいて、ビストンシャフト 4 1 2の中心位置にサスペンションスプリング 4 2 0を配設することにより、第 1および第 2ピストン 4 0 7、 4 1 0のストローク中心位置を一定制御することが容易となる。

さらに、上記第 1 ピストン 4 0 7、ビストンシャフト 4 1 2には、第 1シリンダ 4 0 6内の上部圧縮室 4 0 2からの圧縮ガスを後述する第 1気体軸受部 4 4 1 および第 2気体軸受部 4 4 2に供給するための第 1連通路 4 5 1が設けられており、また第 2ビストン 4 1 0およびビストンシャフト 4 1 2には、第 2シリンダ 4 0 9内の下部圧縮室 4 0 3からの圧縮ガスを第 1気体軸受部 4 4 1および第 2 気体軸受部 4 4 2に供給するための第 2連通路 4 5 2が設けられている。

第 1気体軸受部 4 4 1および第 2気体軸受部 4 4 2では、第 1 ビストン 4 0 7 が上支点近傍に位置する圧縮工程において、第 1シリンダ 4 0 6内の上部圧縮室 4 0 2からの圧縮ガスの一部を第 1連通路 4 5 1を介してビストンシャフト 4 1 2から軸受側に噴出せしめ、一方、第 2ビストン 4 1 0が上支点近傍に位置する圧縮工程において第 2シリンダ 4 0 9内の下部圧縮室 4 0 3からの圧縮ガスの一部を第 2連通路 4 5 2を介してビストンシャフ卜 4 1 2から軸受側に噴出せしめる。これにより、第 1 ピストン 4 0 7および第 2ビストン 4 1 0の上下支点近傍では、サスペンションスプリング 4 2 0が延びきつた状態となるため、サスペンションスプリング 4 2 0によってビストンの軸振れを十分に制御できないが、その代わりに、第 1気体軸受部 4 4 1、第 2に気体軸受部 4 4 2によって第 1 ピストン 4 0 7および第 2ピストン 4 1 0の軸振れを確実に防止することが可能となる。以上の構成により、第 1ピストン 4 0 7が上支点近傍に位置する期間において、上部圧縮室 4 0 2と気体軸受部 4 4 1、 4 4 2との圧力差が大きくなり、その上部圧縮室 4 0 2からの圧縮ガスの一部が第 1連通路 4 5 1を介して第 1気体軸受部 4 4 1および第 2気体軸受部 4 4 2に供給され、ビストンシャフト 4 1 2から軸受側に圧縮ガスが吹付けられる。

また、第 2ピストン 4 1 0が上支点近傍に位置する期間において、下部圧縮室 4 0 3と気体軸受部 4 4 1、 4 4 2との圧力差が大きくなり、その下部圧縮室 4 0 3からの圧縮ガスの一部が第 2連通路 4 5 2を介して第 1気体軸受部 4 4 1および第 2気体軸受部 4 4 2に供給され、ピストンシャフト 4 1 2から軸受側に圧縮ガスが吹付けられる。

図 2 0および図 2 1に、上部圧縮室 4 0 2および下部圧縮室 4 0 3からのガス吐出時における状態をそれぞれ示す断面図を示す。ここで、図中矢印はピストン 4 0 7、 4 1 0の変位方向と、そのピストン 4 0 7、 4 1 0の移動に伴う上部圧縮室 4 0 2の下部圧縮室 4 0 3の圧縮ガスの流れを示している。

両図からも明らかなように、第 1 ピストン 4 0 7の上支点近傍への移動に伴つて、上部圧縮室 4 0 2の圧縮ガスが、第 1連通路 4 5 1を介して第 1気体軸受部 4 4 1および第 2気体軸受部 4 4 2に供給され（図 2 0参照）、逆に第 2ピストン 4 1 0の上支点近傍への移動に伴って、下部圧縮室 4 0 3の圧縮ガスの一部が、第 2連通路 4 5 2を介して第 1気体軸受部 4 4 1および第 2気体軸受部 4 4 2に供給される（図 2 1参照）。

また、第 1 ピストン 4 0 7および第 2ビストン 4 1 0が中立点付近に位置しているときには、圧縮室 4 0 2、 4 0 3と気体軸受部 4 4 1、 4 4 2との圧力差が小さくなるため、ピストンシャフト 4 1 2から軸受側に圧縮ガスが吹付けられず、気体軸受部 4 4 1、 4 4 2として十分な効果は期待できないが、この場合には、サスペンションスプリング 4 1 2によって第 1 ピストン 4 0 7および第 2ビストン 4 1 0の軸方向の位置規制が行なわれることになる。したがって、圧縮室 4 0 2、 4 0 3からの圧縮ガス供給に伴う装置の効率化が極力抑えることができる。したがって、第 1 ピストン 4 0 7および第 2ビストン 4 1 0が中立点付近に位置しているときには、サスペンションスプリング 4 1 2によって第 1 ピストン 4 0 7および第 2ビストン 4 1 0の軸方向の位置規制が行なわれ、一方、第 1ビストン 4 0 7および第 2ビストン 4 1 0が上支点近傍に位置しているときには、上述の第 1気体軸受部 4 4 1および第 2気体軸受部 4 4 2によって第 1 ビストン 4 0 7および第 2ピストン 4 1 0の軸方向の位置規制が行なわれることとなり、簡易な構成でピストン 4 0 7、 4 1 0のストローク中心位置を一定にするとともにピストン 4 0 7、 4 1 0の往復動駆動時におけるピストン 4 0 7、 4 1 0の軸振れを制限してビストン部分の摩耗を防止し、装置の長寿命化を図ることができる。なお、第 1連通路 4 5 1および第 2連通路 4 5 2を第 1 ピストン 4 0 7、第 2 ピストン 4 1 0およびピストンシャフト 4 1 2に設ける場合について説明したが、この他に、これら連通路 4 5 1、 4 5 2を第 1シリンダ 4 0 6、第 2シリンダ 4 0 9およびハウジング 4 0 1内に設け、シリンダ 4 0 6、 4 0 9側からピストンシャフト 4 1 2側へ圧縮ガスを噴出させる構成にしても構わない。

(実施例 8 )

以下、図を参照しながらこの実施例におけるリニアコンプレッサの構造について説明する。

まず、図 2 2を参照して、この実施の形態におけるリニアコンプレッサ 5 0 1 の構造について説明する。なお、図 2 2は、マグネット可動型のリニアコンプレッサ 5 0 1を示す断面図であり、ビストンが中立点に位置する場合を示している。このリニアコンプレッサ 5 0 1は、圧縮室 5 1 4を有するシリンダ 5 0 5 aと円简状のケーシング 5 0 5 bとが一体的に形成されている。圧縮室 5 1 4には、冷媒ガスを圧縮するためのビストン 5 0 2 aが配設され、ピストン 5 0 2 aには、シャフトが嵌装されている。圧縮室 5 1 4の上方には吸入マフラ 5 0 8と排気マフラ 5 0 9とが設けられている。

シャフト 5 0 2 bには、その縦断面形状が略 H形状のマグネットベース 5 0 7 が取付けられている。このマグネットベースの外側には、上下 2段に永久磁石 5 0 4 a , 5 0 4 bが取付けられている。上段の永久磁石 5 0 4 aは、外側が S極となるように、下段の永久磁石 5 0 4 bは外側が N極となるように配設されている。

また、永久磁石 5 0 4 a、 5◦ 4 bに対向するケ一シング 5 0 5 bには、永久磁石 5 0 4 aを取囲むようにコイル 5 0 3 a力永久磁石 5 0 4 bを取囲むようにコイル 5 0 3 bが配設されている。この永久磁石 5 0 4 a , 5 0 4 b , コイル 5 0 3 a , 5 0 3 bによりピストン 5 0 2 aに上下動を与えるためのリ二ァモ一タを構成する。

シャフト 5 0 2 bの上下には、シャフト 5 0 2 bの軸振れを防止するための薄板からなるサスペンションスプリング 5 1 0， 5 1 1が取付けられている。このサスペンションリング 5 1 0 , 5 1 1の平面形状はさまざまな形状が選択される力たとえば'渦巻状、十字形状などの形状が用いられる。

また、シャフト 5 0 2 bのコイルベース 5 0 7によって規定される内部空間には、中立点から離れたビストン 5 0 2 aを常に中立点に復帰させるためのコイルスプリング 5 0 6 a， 5 0 6 bが設けられている。このコイルスプリング 5 0 6 a , 5 0 6 bは、それぞれ一方端がコイルベース 5 0 7に支持され、他方端が支持プレート 5 1 2、 5 1 3に支持されている。

ここで、このリニアコンプレッサ 5 0 1は、ピストン 5 0 2 a、シャフト 5 0 2 bの重量、サスペンションスプリング 5 1 0， 5 1 1のばね定数、コイルスプリング 5 0 6 a， 5 0 6 bのばね定数および圧縮ガスのばね成分などから定まる共振周波数を有している。したがって、この共振周波数でリニアモータを駆動させることにより、圧縮ガスを効率的に生成することが可能となる。

次に、上記構成よりなるリニアコンプレッサ 5 0 1を用いた場合の動作について、図 2 3および図 2 4を参照して説明する。なお、図 2 3は、再膨張 ·吸入行程を示し、図 2 4は、圧縮 ·吐出行程を示している。

まず、図 2 3を参照して、コイル 5 0 3 aに、ピストン 5 0 2 a側から見た場合に、反時計方向に流れる電流を与え、コイル 5 0 3 bには、ピストン 5 0 2 a 側から見た場合時計方向に流れる電流を与える。これにより、コイル 5 0 3 aには、図中矢印 A 1の矢印で示す方向に磁界が発生し、コイル 5 0 3 bには、図中矢印 A 2の矢印で示す方向に磁界が発生する。その結果、永久磁石 5 0 4 a , 5 0 4 bには、それぞれ下向きの力（図中矢印 Dに示す方向）が加わり、ピストン 5 0 2 aを下方へ移動させることになる。

次に、図 2 4を参照して、コイル 5 0 3 aに、ピストン 5 0 2 a側から見た場合に、時計方向に流れる電流を与え、コイル 5 0 3 bには、ピストン 5 0 2 a側から見た場合反時計方向に流れる電流を与える。これにより、コイル 5 0 3 aには、図中矢印 A 3の矢印で示す方向に磁界が発生し、コイル 5 0 3 bには、図中矢印 A 4の矢印で示す方向に磁界が発生する。その結果、永久磁石 5 0 4 a , 5 0 4 bには、それぞれ上向きの力（図中矢印 Uに示す方向）が生じ、ピストン 5 0 2 aを上方へ移動させることになる。

このようにして、図 2 3および図 2 4に示す工程を順次繰返すことにより、圧縮室 5 1 4において圧縮ガスを生成することが可能となる。

以上、図 2 2に示す構成よりなるリニアコンプレッサにおいては、マグネット可動型のリニアモータに適用した場合において、シャフト 5 0 2 bの上下に、シャフト 5◦ 2 bの軸振れを防止するためのサスペンションスプリング 5 1 0， 5 1 1を設けることにより、シャフト 5 0 2 bの軸振れを防止する。これにより、ピストン 5 0 2 aとシリンダ 5 0 5 aとの間の摩擦による駆動力の損失を回避し、効率を向上させることが可能となる。

また、リニアモータに用いられるマグネットベース 5 0 7の縦断面形状を H形状とすることで、このマグネットベース 5 0 7によって形成される内部空間にコィルスプリング 5 0 6 a， 5 0 6 bを収容する構成を取っている。その結果、リ二アコンプレッサ内の内部空間が効率よく用いられ、リニアコンプレッサの小型化を実現させている。

なお、コイルスプリング 5 0 6 a , 5 0 6 bの役割をサスペンションスプリング 5 1 0， 5 1 1に兼用させて、サスペンションスプリング 5 1 0， 5 1 1のみの構造とすることも考えられる力;、サスペンションスプリング 5 1 0 , 5 1 1のばね定数を大きくすると金属疲労による破壊の危険性が高くなる。したがって、上述したようにコイルスプリング 5 0 6 a , 5 0 6 bとサスペンションスプリング 5 1 0， 5 1 1とを併用する構造が最も好ましいと考えられる。

(実施例 9 )

また、上述した実施例 8においては、シリンダが 1つの場合について説明した力;、たとえば図 2 5に示すように、下端部にさらに圧縮室 5 1 5を設けるシリンダ 5 0 5 bを設け、シャフト 5 0 2 bの下端側にピストン 5 0 2 bを設けることにより、 2ピストン型リニアコンプレッサを構成するようにしても、上述した 1 ピストン型リニアコンプレッサと同様の作用効果を得ることができる。また、コィル可動型のリニアコンプレッサに上述した構造を適用することによつても同様の作用効果を得ることができる。

以上、今回開示した実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明でなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。産業上の利用可能性

以上のように、本発明に係るリニアコンプレッサは、密閉型の冷凍システムに用いられるリ二アコンプレッサに適している。

Claims

請求の範囲

1 . 圧縮ガスを生成するためのリニアコンプレッサであって、

互いに反対方向を向いて同軸上に設けられた 2組のピストンおよびシリンダ、その両端の各々に前記ビストンが設けられたシャフト、

前記シャフトに結合され、中立点から離れた前記ピストンを前記中立点に復帰させるための弾性部材、および

前記シャフトを軸方向に往復運動させて、前記圧縮ガスを前記 2組のピストンおよびシリンダで交互に生成するためのリニアモータを備える、リ二アコンプレッサ。

2 . 前記 2つのピストン、前記シャフトおよび前記弾性部材を含む振動部は予め定める共振周波数を有し、

前記リニァモータは前記共振周波数で前記シャフトを往復運動させる、請求の範囲第 1項に記載のリニアコンプレツサ。

3 . 前記中立点から離れた前記ビストンを前記中立点に復帰させる前記弾性部材の復元力は、前記圧縮ガスが前記ピストンに作用する力よりも大きく設定されている、

請求の範囲第 1項または第 2項に記載のリニアコンプレッサ。

4 . ハウジング内に設けられたシリンダと、

前記シリンダ内に往復可能に嵌装され、シリンダ内に圧縮室を区画形成するピストンと、

中心部に、前記ピストンに一体固定された有底円筒状の可動体が、磁石および磁気枠からなる磁気回路の一部に形成した間隙に配設され、前記可動体の外周に巻回された磁気コィルへの所定周波数の交流の供給により前記ピストンを往復駆動するリニアモータと、を有し、前記圧縮室内でガスを圧縮して外都に供給するリニアコンプレッサにおいて、

前記可動体および Zまたは前記磁気枠にガス漏出手段を設けたことを特徴とするリ二アコンプレッサ。

5 . 前記ガス漏出手段は、前記磁気枠に設けられたガス漏出用の第 1 リーク孔と、この第 1 リーク孔に連通されたバッファ空間部と、可動体に設けられたガス漏出用の第 2リーク孔とを備えていることを特徴とする、

請求の範囲第 4項に記載のリニアコンプレッサ。

6 . 前記ビストンおよび前記可動体間に設けられたビストンシャフ卜と、このピストンシャフ卜が往復移動可能に嵌装され、ビストン背面側のシリンダに設けられたスプリング受部と、

前記ビストンシャフ卜に卷装され、前記スプリング受部および前記可動体間に設けられた第 1 コイルスプリングと、前記ハウジング底面および前記可動体間に設けられた第 2コイルスプリングと、

前記ビストンの背面空間部分と、前記第 1 コイルスプリングが巻装された前記可動体内面空間部分とを連通させるガス漏出用の第 3リーク孔と、を備えていることを特徴とする、

請求の範囲第 5項に記載のリニアコンプレッサ。

7 . ハウジング内に設けられたシリンダと、

前記シリンダ内に微小間隙を介して往復可能に嵌装され、シリンダ内に圧縮室を区画形成するピストンと、

一端部が前記ビストンに固着されているビストンシャフトと、

前記ビストンシャフトに一体固定された有底円简状の可動体が、磁石および磁気枠からなる磁気回路の一部に形成した間隙に配設され、前記可動体の外周に巻回された磁気コイルへの所定周波数の交流の供給により前記ビストンを往復駆動するリニアモータと、

内周面に転がり軸受を有し、この転がり軸受に前記ビストンシャフトを摺動自在に保持する案内部と、を備えたことを特徴とするリニアコンプレッサ。

8 . 前記微小間隙は、前記ピストンの往復駆動に伴い前記シリンダとの間にガスシールが形成される範囲に設定されていることを特徴とする、

請求の範囲第 7項に記載のリニアコンプレッサ。

9 - 前記微小間隙は、 5 m以下に設定されていることを特徴とする、請求の範囲第 8項に記載のリニアコンプレッサ。

1 0 . 前記案内部は、前記ピストンの背面側の前記シリンダに設けられた第 1案内部と、前記ハウジング底面に設けられた第 2案内部と、から構成され、前記第 1案内部および前記可動体間に設けられた第 1 コイルスプリングと、前記第 2案内部および前記可動体間に設けられた第 2コイルスプリングとを備えていることを特徴とする、請求の範囲第 7項〜第 9項のいずれかに記載のリニアコンプレッサ。

1 1 . ハウジング内に設けられたシリンダと、

このシリンダ内に往復可能に嵌装され、前記シリンダ内に圧縮室を区画形成するピストンと、

一端部が前記ビストンに固着されているビストンシャフ卜と、

このビストンシャフトに一体固定された有底円筒状の可動体が、磁石および磁気枠からなる磁気回路の一部に形成した間隙に配設され、前記可動体の外周に卷回された磁気コイルへの所定周波数の交流の供給によりビストンを往復駆動するリニアモータと、を有し、圧縮室内でガスを圧縮して外部に供給するリニアコンプレッサにおいて、

前記シリンダもしくは前記ビストンに転がり軸受を設け、前記転がり軸受を介して前記ビストンを前記シリンダに沿って往復移動させることを特徴とするリニアコンプレッサ。

1 2 . 前記ビストンシャフ卜が往復移動可能に嵌装され、前記ビストンの背面側の前記シリンダに設けられたスプリング受部と、

前記スプリング受部および前記可動体間に設けられた第 1コイルスブリングと、前記ハウジング底面および前記可動体問に設けられた第 2コイルスプリングと、を備えていることを特徴とする、

請求の範囲第 1 1項に記載のリニアコンプレッサ。

1 3 . 圧縮室内でガスを圧縮して外部に供給するリニアコンプレッサにおいて、ハウジング内の両側に設けられた第 1および第 2シリンダと、

前記第 1および第 2シリンダ内に往復可能に嵌装され、前記第 1および第 2シリンダ内に圧縮室をそれぞれ区画形成する第 1および第 2ビストンと、

両端部が前記第 1および第 2ビストンに固着されているビストンシャフトと、前記ビストンシャフトに一体固定された有底円筒状の可動体が、磁石および磁気枠からなる磁気回路の一部に形成した間隙に配設され、前記可動体の外周に巻回された磁気コイルへの所定周波数の交流の供給によりビストンを往復駆動するリユアモータと、

前記可動体を挟んで設けられ、前記第 1および第 2ビストンがそれぞれ前記第 1および第 2シリンダ内で往復駆動可能に弾性支持するコイルスプリングと、前記第 1 ピストン、前記ピストンシャフトおよび前記第 2ピストンの内部を中空連通状態とし、前記第 1 ビストンの背面空間と前記第 2ビストンの背面空間とが連通するように構成したことを特徴とするリニアコンプレッサ。

1 4 . 前記第 1 ビストンの背面空間と前記第 1 ビストンの中空内部とを連通させる第 1 リーク孔を前記第 1ビストンに設けるとともに、前記第 2ビストンの背面空間と前記第 2ビストンの中空内部とを連通させる第 2リーク孔を前記第 2ビストンに設け、前記第 1 ビストンの背面空間と前記第 2ビストンの背面空間とを連通状態としたことを特徴とする、

請求の範囲第 1 3項に記載のリニアコンプレッサ。

1 5 . 圧縮室内でガスを圧縮して外部に供給するリニアコンプレッサにおいて、ハウジング内の両側に設けられた第 1および第 2シリンダと、

前記第 1および第 2シリンダ内に往復可能に嵌装され、前記第 1および第 2シリンダ内に圧縮室をそれぞれ区画形成する第 1および第 2ピストンと、

両端部が前記第 1および第 2ビストンに固着されているビストンシャフ卜と、前記ピストンシャフトに一体固定された有底円筒状の可動体が、磁石および磁気枠からなる磁気回路の一部に形成した間隙に配設され、前記可動体の外周に巻回された磁気コイルへの所定周波数の交流の供給によりビストンを往復駆動するリニアモータと、

前記可動体を挟んで設けられ、前記第 1および第 2ビストンがそれぞれ前記第 1および第 2シリンダ内で往復駆動可能に弾性支持するコイルスプリングと、を備え、

前記第 1 ビストン、前記ビストンシャフトおよび前記第 2ビストンの内部を中空連通状態とし、前記第 1シリンダ内の圧縮室からの圧縮ガスを前記第 1 ピストンおよび前記ビストンシャフトの中空部を介して外部に供給するとともに、前記第 2シリンダ內の圧縮室からの圧縮ガスを前記第 2ビストンおよび前記ビストンシャフトの中空都を介して外部に供給することを特徴とするリニアコンプレッサ _c

1 6 . 前記第 1シリンダ内の圧縮室からの圧縮ガスを第 1 ピストンの中空部へ吐出する第 1吐出弁が前記第 1 ビストンに設けられているとともに、前記第 2シリンダ内の圧縮室からの圧縮ガスを前記第 2ビストンの中空部へ吐出する第 2吐出弁が前記第 2ビストンに設けられていることを特徴とする、

請求の範囲第 1 5項に記載のリニアコンブレッサ。

1 7 . 可動体内に形成され、ピストンシャフトの中空部に一端が連通状態で連結された中空の可動体空間部と、

前記可動体空間部の他端および前記本体ハウジング間に設けられ、圧縮ガスを外部に吐出させるための伸縮性を有する連通管と、を備えていることを特徴とする

請求の範囲第 1 6項に記載のリニアコンプレッサ。

1 8 . 前記連通管は、ベローズ状管またはコイル状管であることを特徴とする、請求の範囲第 1 7項に記載のリニアコンプレッサ。

1 9 . 圧縮室内でガスを圧縮して外部に供給するリニアコンプレッサにおいて、ハウジング内の両側に設けられた第 1および第 2シリンダと、

両端部が前記第 1および第 2ビストンに固着されているビストンシャフトと、前記ピストンシャフトに一体固定された有底円筒状の可動体が、磁石および磁気枠からなる磁気回路の一部に形成した間隙に配設され、前記可動体の外周に卷回された磁気コイルへの所定周波数の交流の供給によりビストンを往復駆動するリ二ァモ一タと、

前記ハゥジングぉよび前記ピストンシャフト間に設けられ、前記第 1および前記第 2ビストンをそれぞれ前記第 1および第 2シリンダ内で往復駆動可能に弾性支持する板状ビストンスプリングと、

前記第 1および前記第 2シリンダ内の圧縮室からの圧縮ガスの一部を噴出せしめ、前記第 1および前記第 2ビストンの軸方向の位置規制を行なう気体軸受部と、を備えていることを特徴とするリ二アコンプレッサ。 2 0 · 前記第 1シリンダ内の圧縮室からの圧縮ガスを前記気体軸受部に供給するための第 1連通路と、

前記第 2シリンダ内の圧縮室からの圧縮ガスを前記気体軸受部に供給するための第 2連通路と、を備えていることを特徴とする

請求の範囲第 1 9項に記載のリニアコンプレッサ。

2 1 . 前記第 1連通路は、前記第 1 ピストンおよび前記ピストンシャフト内に形成され、前記第 2連通路は、前記第 2ピストンおよび前記ピストンシャフト内に形成されていることを特徴とする、

請求の範囲第 2 0項に記載のリニアコンプレッサ。

2 2 . 前記気体軸受部は、前記第 1 ビストンの背面側の前記第 1シリンダに設けられ、前記第 1 ピストンの軸方向の位置規制を行なう第 1気体軸受部と、前記第 2ビストンの背面側の第 2シリンダに設けられ、前記第 2ビストンの軸方向の位置規制を行なう第 2気体軸受部とから構成されていることを特徴とする、請求の範囲第 1 9項〜第 2 1項のいずれかに記載のリニアコンプレッサ。

2 3 . 前記第 1およぴ第 2ピストンは、それぞれ前記第 1および第²シリンダ内に微小間隙を介して往復可能に嵌装されていることを特徴とする、

請求の範囲第 1 9項〜第 2 2項のいずれかに記載のリニアコンプレッサ。

2 4 . 前記微小間隙は、 1 0 μ πι以下に設定されていることを特徴とする、請求の範囲第 2 3項に記載のリニアコンブレッサ。

2 5 . 圧縮ガスを生成するためのリニアコンプレッサであって、

ビストンを備えたシャフトと、

前記ビストンを収容する圧縮室を有するシリンダと、

前記シリンダと一体的に設けられ、前記シャフトを収容するためのケ一シングと、

前記ピストンに往復運動を与え、前記圧縮室において前記圧縮ガスを生成するため、前記シャフトと前記ケ一シングとに結合されるリニアモータと、

前記シャフトに結合され、中立点から離れた前記ビストンを中立点に復帰させるための第 1弾性部材と、

前記シャフトに結合され、前記シャフトの軸振れを防止するための第 2弾性部材と、

を備えるリ二アコンプレッサ。

2 6 . 前記ピストン、前記シャフト、前記第 1弾性部材、前記第 2弾性部材および前記圧縮ガスを含む振動部は、所定の共振周波数を有し、

前記リニアモータは、前記共振周波数で前記シャフトを往復運動させる、請求の範囲第 2 5項に記載のリニアコンプレッサ。

2 7 . 前記リニアモータは、前記ケ一シングに設けられるコイルと、前記シャフトに設けられる永久磁石とを有し、

前記第 1弾性部材は、前記永久磁石に設けられた内部空間に収容される、請求の範囲第 2 5項または第 2 6項に記載のリニアコンプレッサ。

2 8 . 前記第 1弾性部材はコイルスプリングであり、

前記第 2弾性部材はサスペンションスプリングである、

請求の範囲第 2 5〜第 2 7項のいずれかに記載のリニアコンプレッサ。

8/01675 補正書の請求の範囲 PCT/JP97/02360

[ 1 9 9 7年 1 1月 1 0日（1 0 . 1 1 . 9 7 ) 国際事務局受理：出願当初の請求の範囲 1一 4は補正された；新しい請求の範囲 2 9及び 3 0が加えられた；他の請求の範囲は変更なし。（3頁） ]

1 . (補正後）圧縮ガスを生成するためのリニアコンプレッサであって、シリンダ、前記シリンダ内に圧縮室を区画形成するビストンおよび一方の端部に前記ビストンが設けられたシャフトと、

前記シャフトに結合され、中立点から離れた前記ピストンを前記中立点に復帰させるための弾性部材と、

前記シャフトを軸方向に往復運動させて、前記圧縮ガスを生成するためのリニァモータとを備え、

前記リニアモータを駆動させるための駆動電流と、前記ピストンの速度との位相が略同じとなるように、前記駆動電流と前記ピストンの速度とが制御される、リニアコンプレッサ。

2 . (補正後）前記ピストンおよび前記シリンダは、互いに反対方向を向いて、前記シャフ卜の両端部に同軸となるように 2組設けられ、

前記圧縮ガスを前記 2組のビストンおよびシリンダで交互に生成するリニアモータである、請求の範囲第 1項に記載のリニアコンプレッサ。

3 . (補正後）前記弾性部材には、コイルばねが用いられ、

前記ピストン、前記シャフトおよび前記弾性部材を含む振動部は、前記振動部の重量、前記圧縮室内の前記圧縮ガスのばね定数および前記コイルによって定まる共振周波数を有し、

前記リニアモータは前記共振周波数で前記シャフトを往復運動させる、請求の範囲第 1項または第 2項に記載のリニァコンプレッサ。

4 . (補正後）ハウジング內に設けられたシリンダと、

中心部に、前記ピストンに一体固定されるとともに、前記シリンダとの間に弾性部材を介在した有底円筒状の可動体が、磁石および磁気枠からなる磁気回路の —部に形成した間隙に酉已設され、前記可動体の外周に卷回された磁気コィルへの所定周波数の交流の供給により前記ビストンを往復駆動するリニアモータと、を有し、前記圧縮室内でガスを圧縮して外部に供給するリニアコンプレッサにお 1/、

49

¾¾正れた約第 19 て、

前記可動体および/または前記磁気枠に、前記圧縮室内に存在するガス以外のガス漏出手段を設けたことを特徴とするリニアコンプレッサ。

5 . 前記ガス漏出手段は、前記磁気枠に設けられたガス漏出用の第 1 リーク孔と、この第 1 リーク孔に連通されたバッファ空間部と、可動体に設けられたガス漏出

50

補正された用紙 (条約第 19条) 材と、

を備えるリニアコンプレッサ。

2 7 . 前記リニアモータは、前記ケーシングに設けられるコイルと、前記シャフ卜に設けられる永久磁石とを有し、

前記第 1弾性部林は、前記永久磁石に設けられた内部空間に収容される、請求の範囲第 2 5項または第 2 6項に記載のリニアコンプレッサ。

2 8 . 前記第 1弾性部材はコイルスプリングであり、

前記第 2弾性部材はサスペンションスプリングである、

2 9 . (追加）前記中立点から離れた前記ビストンを前記中立点に復帰させる前記弾性部材の復元力は、前記圧縮ガスが前記ビストンに作用する力よりも大きく設定されている、

請求の範囲第 1項〜第 3項のいずれか 1に記載のリニアコンプレッサ。

3 0 . (追加）前記磁気枠に設けられたガス漏出手段は、前記磁気枠と前記磁石と前記可動体とによって形成される磁気回路空間部分のガスを外部に漏出させ、前記可動体に設けられたガス漏出手段は、前記ピストンの背面側と前記可動体の内面部分とによって取り囲まれた可動体内面部分のガスを外部に漏出させる、請求の範囲第 4に記載のリニアコンプレッサ。

51

補正された用紙 (条約第 19条)