(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッド部によって端縁に隣接して閉じられる筒状のスカート部を備えた冷凍圧縮機用のピストンであって、
前記スカート部が、筒状の延長部によって画定されるとともに、別個の部品として形成された前記ヘッド部を固定するように形成された前記端縁に隣接する端縁領域を有しており、
前記ヘッド部が、前記スカート部の外側輪郭の軸方向の投影の内部に外周輪郭を有しており、
前記ヘッド部が、前記スカート部の前記端縁を包含する平面と同一面である前面を画定する本体と、本体に一体化された取り付け部とを有しており、
前記取り付け部が、本体へと一体化され、少なくとも２つの本体延長部によって本体から径方向に離間された外周リングを備えており、該少なくとも２つの本体延長部が、ヘッド部を貫通する各吸入開口部を間に画定するように互いに周方向に間隔を空けており、
前記吸入開口部は、前記ヘッド部によって支持される吸入バルブによって選択的に閉じられるものであり、
前記少なくとも２つの本体延長部の各々が、前記本体の前記前面と前記外周リングとの間に延在しており、
前記スカート部が、その端縁領域の内部に、少なくとも１つの凹所を有しており、前記外周リングが、凹所に据えられて前記スカート部に取付けおよび固定されることを特徴とする、前記ピストン。
【請求項２】
凹所が、スカート部の前記端縁に対して軸方向に後退した各段差をスカート部の前記内側輪郭に画定している前記スカート部の前記端縁領域の内側輪郭の特定の周方向の広がりを占めている、請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
凹所が、ただ１つで連続しており、スカート部の内側輪郭を占めている、請求項２に記載のピストン。
【請求項４】
スカート部が内面を有し、取り付け部が、前面とは反対側でスカート部の内面に向かって本体から突き出ている、請求項１に記載のピストン。
【請求項５】
本体が、取り付け部の外側輪郭よりも内側に、外周輪郭を有する、請求項４に記載のピストン。
【請求項６】
取り付け部が、本体の周囲に連続的な輪郭を有している、請求項５に記載のピストン。
【請求項７】
凹所が、スカート部の前記端縁に開口している、請求項１に記載のピストン。
【請求項８】
ヘッド部およびスカート部が、異なる素材にて提供されることを特徴とする、請求項１に記載のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍システムの冷凍圧縮機に使用されるタイプのピストンに関し、特に、圧縮機のシリンダブロックのシリンダ内の圧縮室の延在の一部を占める筒状のスカート部を突き出させているヘッド部を有するタイプの長尺ピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータによって駆動される往復圧縮機において、ガスの吸入およびガスの圧縮の動作は、ヘッドによって閉鎖されたシリンダ（一部の構造においては、圧縮機の気密シェルの内部に取り付けられている）の内部でのピストンの軸方向の往復運動によって実行される。ピストンが、圧縮機のモータユニットによって駆動される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
冷凍圧縮機のピストンは、通常は、ヘッド部およびスカート部からなる構造を単一の部品にて形成している一体構造を有しており、このピストンの構造は、例えば、通常は鋼製である金属素材を機械加工することによって得られる。この製造プロセスは、費用がかかり、材料の無駄が多い。
【０００４】
冷間成形、プレス加工など、冷凍圧縮機のピストンを単一の部品にて得るための他の知られているプロセスも存在する。しかしながら、上記プロセスは、やはりコストが高いという点に加え、もたらされる部品が寸法精度にきわめて欠け、圧縮機内でのピストンの動作に悪影響が及ぶ。
【０００５】
これらの欠点は、吸入がピストン本体を通ってもたらされる構成において、さらに大きくなる。上述の欠点の他に、冷凍圧縮機のピストンについて、一体構造は、低い材料および製造コスト、軽い重量、良好な耐久性、巣の少なさ、低い摩擦係数などを有するピストンをもたらすことができないが、これらの特徴は、長尺ピストンにおいて重要であり、特に油による潤滑を備えない圧縮機または気体軸受の圧縮機において作動されるピストンにおいて重要である。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、低いコストで、製造プロセスにおいて材料の無駄を有することなく、容易に得ることができる冷凍圧縮機のピストンを提供することにある。
【０００７】
本発明のもう１つの目的は、上述のようなピストンであって、長尺ピストンの構造を圧縮機における動作時のピストンの個々の部分の各々の必要性に応じて定められる異なる材料から、その形成のための異なる製造法プロセスによって可能とするピストンを提供することにある。
【０００８】
さらなる目的は、ピストンの本体を通過する吸入の提供を容易かつ確実に可能にするピストンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの目的および他の目的は、ヘッド部によって端縁の付近において閉じられている筒状のスカート部を備えるタイプの冷凍圧縮機のピストンであって、スカート部が、それぞれの筒の延在によって画定され、別個の部品として形成されたヘッド部を固定するように構成された端縁領域を有し、ヘッド部が、スカート部の外形の軸方向の投影の内側に位置する外周の輪郭を有するピストンによって達成される。
【００１０】
次に、本発明を、添付の図面を参照して後述する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に従って得られたピストンであって、筒状のスカート部に取り付けられ、吸入バルブを受け入れるように構成されたヘッド部を別個の部品にて有している冷凍圧縮機用の第１のピストンの構成を、斜視図にて概略的に示している。
【図２】図１に示したピストンの構成の上面図を概略的に示している。
【図３】図１および図２に示したピストンについて、図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに従って得た断面図を概略的に示している。
【図４Ａ】図１から図３のピストンのヘッド部の上面図を示している。
【図４Ｂ】本発明のピストンのヘッド部について、図４Ａの線ＩＶ−ＩＶに従って得た図３と同様の直径の縦断面図を概略的に示している。
【図５】図１に示したピストンの構成（ただし、吸入バルブがピストンのヘッド部に取り付けられている）の簡略図を示している。
【図６】図５に示したピストンの構成の一部分の分解図を概略的に示している。
【図７】本発明の第２のピストンの構成について、図１と同様の図を概略的に示している。
【図８】図７と同様の図を概略的に示しているが、吸入バルブを受け入れるように構成されたヘッド部がスカート部から軸方向に離された位置に示されている。
【図９】図７および図８に示したピストンの上面図を概略的に示している。
【図１０】図７から図９に示した第２のピストンの構成について、図９の線Ｘ−Ｘに従って得た断面図を概略的に示している。
【図１１】本発明の第３のピストンの構成について、図１と同様の図を概略的に示している。
【図１２】本発明の第３のピストンの構成について、図２と同様の図を概略的に示している。
【図１３】本発明の第３のピストンの構成について、図３と同様の図を概略的に示しており、図１２の線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに従って得た図である。
【図１４】ヘッド部から吸入バルブが取り去られている本発明の第４のピストンの構成について、図１と同様の図を概略的に示している。
【図１５】ヘッド部から吸入バルブが取り去られている本発明の第４のピストンの構成について、図２と同様の図を概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明を、冷凍圧縮機において圧縮機のモータユニットによって駆動されたときに冷媒ガスをポンピングするために使用されるタイプのピストンについて説明する。
【００１３】
冷凍圧縮機は、通常は、シリンダを備え、シリンダが、バルブプレートによって閉じられ、シリンダとともに圧縮室を画定する端部を備える（いずれも図示せず）。さらにシリンダは、ピストンが取り付けられる反対側の端部を有しており、ピストンが、圧縮機の動作時に、冷媒流体の吸入および圧縮のサイクルにおいて、シリンダの内部を往復する。この動きは、このピストンへと作用可能に接続されたモータユニット（図示せず）の動作によって得られる。
【００１４】
本明細書に図示されて後述される圧縮機の一部など、一部の圧縮機の構成においては、冷媒流体の吸入が、通常は吸入バルブが取り付けられたピストンを通って生じる。吸入がピストンを通って生じるそのような構成においては、前述されたピストンのヘッド部が、ピストンのヘッド部によって保持される吸入バルブによって選択的に閉鎖される吸入開口部を有している。
【００１５】
従来の構成では、ピストンを通っての吸入を備えても、あるいは備えなくても、ピストンが単一の部品にて得られており、バルブプレートへと向けられた前面を有するヘッド部を有するとともに、ヘッド部から、上記ヘッド部の上記前面とは反対側に、筒状のスカート部を突き出させている。スカート部の長さは、シリンダの内部のピストンと、圧縮機の動作の圧縮サイクルにおける圧縮ガスの漏れに対するシリンダの内壁に沿ったシールとの間のバランスに応じて計算されている。このような構成は、すでに述べた欠点を有する。
【００１６】
本発明は、筒状のスカート部１０が、端縁１１に隣接する位置においてスカート部１０とは別個の部品で形成されたヘッド部２０によって閉じられているピストンの構成を提供する。スカート部１０およびヘッド部２０の上記部品は、接着剤、溶接、締まりばめなどといった適切な固定手段によって互いに固定される。
【００１７】
スカート部１０は、それぞれの鋼管（好ましくは、外面が硬化処理されている）の延在によって画定され、スカート部１０の外形の軸方向の投影の内側に入る外周の輪郭を有するそれぞれのヘッド部２０が固定されるように構成された端縁１１を含む端縁領域１０ａを有している。
【００１８】
ここで説明されるピストンのヘッド部２０は、スカート部１０の端縁１１を包含する平面と同一面に位置し、圧縮機の動作時に冷媒流体の吸入および圧縮のサイクルを生じさせる前面２０ａを有している。
【００１９】
吸入がピストンを通ってもたらされる図１から図１３に示した構成においては、ヘッド部２０の前面２０ａが、前述のように吸入バルブ３０を保持する。
【００２０】
スカート部１０およびヘッド部２０の部品が、互いに別々であるため、上記部品の各々を、これらの部品の各々が果たす機能により適した特定のプロセスおよび素材によって得ることができる。また、本発明の解決策において、本発明のピストンを形成する上記部品について、同じ製造プロセスを使用してもよく、さらにはスカート部１０およびヘッド部２０の両方の部品を得るために、同じ素材を使用してもよく、これらの特徴が解決策を限定するものではないことを、さらに理解すべきである。
【００２１】
本発明の構成によれば、スカート部１０が、上記端縁領域１０ａにおいて、このスカート部１０の端縁１１へと開いた少なくとも１つの凹所１２を内側に有しており、この凹所１２に、ヘッド部２０の周縁が取り付けられて固定される。凹所１２は、スカート部１０の内側の輪郭の特定の周方向の広がりを占めるように設けられ、スカート部１０の端縁１１に対して軸方向に後退したそれぞれの段差を、上記内側の輪郭に対して画定している。
【００２２】
例示によれば、吸入を備え、あるいは吸入を備えない各々のピストンの構成のスカート部１０に、好ましくは上述のタイプの凹所１２が設けられる。しかしながら、ヘッド部２０のスカート部１０への固定を、凹所１２を設けなくても行うことができることを、理解すべきである。
【００２３】
本発明の構成においては、スカート部１０の端縁領域１０ａに、スカート部１０の内周の輪郭の少なくとも一部を占めるただ１つの連続的な凹所１２が設けられる。添付の図面に示した構成においては、ただ１つの凹所１２が、スカート部１０の端縁領域１０ａの内周の輪郭の全体を占めている。
【００２４】
吸入がピストンを通って行われる本発明の構成においては、ヘッド部２０が、このヘッド部２０の前面２０ａが画定されている本体２１と、本体２１へと一体化され、ヘッド部２０をスカート部１０へと取り付ける取り付け部２２とを有している。取り付け部２２を、溶接などの適切な手段による固定によって本体２１へと一体化でき、あるいは単一の部品として上記本体２１に一体化できることを、理解すべきである。ヘッド部２０は、通常は、取り付け部２２によってスカート部１０へと固定される。図示の構成においては、取り付け部２２が、スカート部１０の凹所１２に据えられ、固定される。しかしながら、取り付け部２２を、本明細書に図示した構成以外の構成において、例えばスカート部１０の内面に凹所を設ける必要なく、スカート部１０の端縁領域１０ａにおいて、スカート部１０の内面部分に対して据えて固定できることを、理解すべきである。
【００２５】
ヘッド部２０とスカート部１０との間にどのような固定手段が使用されても、本発明の解決策においては、ヘッド部２０の前面２０ａが、隣接するスカート部１０の端縁１１を包含する平面と同一面にある必要があり、上記ヘッド部２０が、このヘッド部２０が取り付けられるスカート部１０の上記端縁１１の外形に対して内側に位置する必要があることを、理解すべきである。
【００２６】
ピストンが吸入バルブ３０を保持する図１から図１３に示した構成においては、ヘッド部２０の前面２０ａが、前述される吸入バルブ３０をヘッド部２０の前面２０ａおよびスカート部１０の端縁１１に据えることができるよう、隣接するスカート部１０の端縁１１を包含する平面と同一面にある。
【００２７】
本発明によれば、吸入バルブがピストンに設けられる場合に、取り付け部２２が、好ましくは、ヘッド部２０の前面２０ａとは反対の方向に、スカート部１０の内部に向かって、本体２１から突き出している。ヘッド部２０を通っての吸入においてより良好なガスの流れを保証するために、本体２１は、取り付け部２２の外形に対して内側に位置する外周の輪郭を有する。本発明のピストンの考え方が、本体２１の外周の輪郭が取り付け部２２の外形に一致する構成も包含し、そのような構成においては、図１から図１３に示されているようなピストンを通っての吸入が行われないことを、理解すべきである。
【００２８】
本発明の構成によれば、取り付け部２２が、少なくとも２つの本体延長部２３を、本体２１に一体化させて備え、これらの本体延長部２３が、周方向において間隔を空けて位置し、間にヘッド部２０を貫くそれぞれの吸入開口部２４を画定するとともに、取り付け部２２にヘッド部２０よりも外側に、そして本体２１の外周の輪郭を配置されている延長部よりも内側に位置する外周の輪郭をもたらしている。
【００２９】
添付の図面の図１から図６に示した構成においては、本体２１が、この本体２１の外周縁から放射状に、互いに等しい周方向の間隔にて突き出している３つの本体延長部２３を、単一の部品として一体化させており、上記間隔が、ヘッド部２０がスカート部１０へと取り付けられたときにピストンに吸入開口部２４をもたらしている。
【００３０】
図７から図１３に示した本発明の別の構成においては、取り付け部２２が、外周のリング２５によって画定されるヘッド部２０の本体２１の周囲の連続的な輪郭を有しており、外周のリング２５は、上記本体２１へと一体化されていて、ヘッド部２０がスカート部１０へと取り付けられるときにスカート部１０の周方向の連続的な凹所１２に据えられる。この解決策の構成の変種においては、取り付け部２２の外周のリング２５が、周方向に間隔を開けて位置する少なくとも２つの本体延長部２３によって本体２１へと一体化されており、ヘッド部２０がスカート部１０へと取り付けられたとき、本体延長部２３の間にヘッド部２０を貫くそれぞれの吸入開口部２４が画定される。
【００３１】
図示の構成においては、本体延長部２３が、本体２１の周縁から放射状かつ軸方向に突き出しており、ヘッド部２０に円錐の形状を画定している。また、この構成において、本体２１は、取り付け部２２の外形よりも内側に位置する周縁を有する。
【００３２】
図１から図１３に示した構成においては、ヘッド部２０の本体２１に、吸入バルブ３０をヘッド部２０に保持するねじ４０などの固定手段を通すための中央の貫通開口部２６が設けられている。この吸入バルブ３０は、バルブ部を、吸入バルブが圧縮機が吸入サイクルにないときに流体の通過を阻止する際に閉じられるヘッド部２０の吸入開口部２４に一致する数および配置にて備える。ねじ４０は、ピストンのスカート部１０の端縁１１を包含する平面からわずかに突き出すように寸法付けられている。ピストンの圧縮サイクルの終わりにおいて、ねじ４０は、バルブプレートに設けられ、バルブプレートのピストンに向けられた面から凹所（図示せず）の内部に位置する。
【００３３】
いくつかのピストンの構成においては、本体２１は、前面２０ａとは反対側に、ピストンロッド（図示せず）の端部を受け入れるために、中央の貫通開口部２６に同軸に整列して、スカート部１０の内部へと開いた中央の通路２８が設けられた筒状の突起２７を保持する。
【００３４】
ピストンが、吸入または排出の際にピストンの本体を通ってのガスの通過を促さない構成においては、図１４および図１５に示されるように、ピストンのヘッド部２０が吸入開口部を有さないことを、さらに理解すべきである。この場合、本体２１が取り付け部２２と混ざり合い、中実なヘッド部２０が、凹所１２（設けられている場合）に据えられた位置においてスカート部１０の内側に装着および固定される円柱形を有する。
【００３５】
この場合、本体２１は、前面２０ａとは反対側に、ピストンロッド（図示せず）の端部を受け入れるために、スカート部１０の内部へと開いた中央の通路２８が設けられた筒状の突起２７を保持する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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