(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのばねアームおよび内側固定穴を備えた板ばねであって、前記少なくとも２つのばねアームは前記内側固定穴の中心の周りに均等に配置されており、各ばねアームは同じ構造を有し、かつ各ばねアームの最外端に外側固定穴が設けられており、各ばねアームは、２つの同心渦線すなわち第１の渦線および第２の渦線によって輪郭が形成されており、前記ばねアームの始端は、前記第１の渦線および前記第２の渦線の始端を前記内側固定穴と同心である円弧に接続することによって輪郭が形成されており、前記ばねアームの尾端は、円弧の２つまたは３つのセグメントおよび２つの同心渦線によって輪郭が形成され、前記円弧のセグメントは前記２つの同心渦線に接しており、最外尾端にある円弧は前記外側固定穴と同心であり、
前記２つの同心渦線は、
【数１】
0006663853.tif 000015
という方程式、および
【数２】
0006663853.tif 000016
という方程式をそれぞれ満たし、式中、ＸおよびＹは座標値であり、ａおよびａ＋ｂは半径の係数であり、ｔは変数であり、αは初期角度であり、０．５≦ａ≦３０、０＜ｂ≦１０、０ｒａｄ＜ｔ≦３０ｒａｄ、かつ０ｒａｄ＜α≦１５０ｒａｄであることを特徴とする、板ばね。
【請求項２】
前記ばねアームのアーム幅は５ｍｍから５０ｍｍまでの範囲内にあることを特徴とする、請求項１に記載の板ばね。
【請求項３】
前記２つの同心渦線の始端はそれぞれ第１の円弧および第２の円弧を介して前記内側固定穴と同心である前記円弧に接続されており、前記第１の円弧の２つの端部は前記第１の渦線および前記内側固定穴と同心である前記円弧にそれぞれ接しており、前記第２の円弧の２つの端部は前記第２の渦線および前記内側固定穴と同心である前記円弧にそれぞれ接していることを特徴とする、請求項１に記載の板ばね。
【請求項４】
前記板ばねの厚さは０．１ｍｍから５ｍｍまでの範囲内にあり、最大外側半径の前記厚さに対する比は５から５０００までの範囲内にあることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の板ばね。
【請求項５】
各ばねアームのアーム幅は内側から外側に向かって徐々に増加しており、最大アーム幅の最小アーム幅に対する比は１を超え、かつ１０以下であることを特徴とする、請求項１に記載の板ばね。
【請求項６】
前記板ばねの間にガスケットが設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に定義されている少なくとも２つの板ばねを含む板ばね群。
【請求項７】
請求項６に定義されている板ばね群を備える圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１３年９月３０日に出願された「板ばね、板ばね群および圧縮機」という発明の名称の中国特許出願第２０１３１０４５９７５６．８号の優先権の利益を主張するものであり、その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、ばねの技術分野に関し、より詳細には、板ばね、複数の板ばねを含む板ばね群および板ばね群を備えた圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００３】
板ばね支持技術は、リニア圧縮機のための最も重要な技術のうちの１つである。従来の円筒ばねと比較すると、板ばねはより大きな半径方向剛性を有し、それによりピストンが動いている際の振動によって引き起こされるピストンの半径方向変位を回避し、さらにピストンとシリンダとの直接接触を回避する。さらに、板ばねの軸方向剛性は半径方向剛性よりも非常に小さく、そのためピストンをシリンダ内で自由に前後に動かすことができる。日本特許出願公開第２００３２４７５８０（Ａ）号は、渦巻きアームを備えた板ばねを開示しており、中国特許出願第２０１０１０２４８９８８．５号は、直線アームを備えた板ばねおよび渦巻きアームを備えた板ばねを開示している。これらの２つの特許に開示されている渦巻きアームを備えた板ばねは、板ばねの等価質量が非常に大きく、その剛性および固有振動数要件を満たすために部品の質量を増加させなければならないという問題を有する。
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、より小さい等価質量を有する板ばねを提供することを目的とする。さらに本開示は、複数の上記板ばねを含む板ばね群および上記板ばね群を備えた圧縮機をさらに提供する。
【０００５】
本開示の技術的スキームは以下のとおりである。
【０００６】
板ばねは、少なくとも２つのばねアームおよび内側固定穴を備え、少なくとも２つのばねアームは内側固定穴の中心の周りに均等に配置されており、各ばねアームは同じ構造を有し、各ばねアームの最外端に外側固定穴が設けられている。
【０００７】
本実施形態の１つでは、各ばねアームは複数対の同心円弧によって輪郭が形成され、隣接する円弧は互いに接しており、複数対の同心円弧の半径は内側から外側に向かって徐々に増加しており、ばねアームの尾端は、最大半径を有する一対の同心円弧および外側固定穴と同心である円弧によって輪郭が形成されており、外側固定穴と同心である円弧は複数対の同心円弧の両方に接している。
【０００８】
本実施形態の１つでは、複数対の同心円弧の半径は１ｍｍから５００ｍｍに増加している。
【０００９】
本実施形態の１つでは、ばねアームのアーム幅は５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲である。
【００１０】
本実施形態の１つでは、各ばねアームは２つの同心渦線すなわち第１の渦線および第２の渦線によって輪郭が形成されており、ばねアームの始端は、第１の渦線および第２の渦線の始端を内側固定穴と同心である円弧に接続することにより輪郭が形成されており、ばねアームの尾端は円弧の２つまたは３つのセグメントおよび２つの同心渦線によって輪郭が形成され、それらの円弧のセグメントは２つの同心渦線に接しており、最外尾端にある円弧は外側固定穴と同心である。
【００１１】
本実施形態の１つでは、２つの同心渦線の始端はそれぞれ第１の円弧および第２の円弧を介して内側固定穴と同心である円弧に接続されており、第１の円弧の２つの端部は第１の渦線および内側固定穴と同心である円弧にそれぞれ接しており、第２の円弧の２つの端部は第２の渦線および内側固定穴と同心である円弧にそれぞれ接している。
【００１２】
本実施形態の１つでは、２つの同心渦線は以下の方程式を満たす：
【数１】
0006663853.tif 000002
および
【数２】
0006663853.tif 000003
（式中、ＸおよびＹは座標値であり、ａおよびａ＋ｂは半径の係数であり、ｔは変数であり、αは初期角度であり、０．５≦ａ≦３０、０＜ｂ≦１０、０ｒａｄ＜ｔ≦３０ｒａｄ、かつ０ｒａｄ＜α≦１５０ｒａｄである）。
【００１３】
本実施形態の１つでは、本板ばねの厚さは０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲であり、最大外側半径の厚さに対する比は５〜５０００の範囲である。
【００１４】
本実施形態の１つでは、各ばねアームのアーム幅は一定である。
【００１５】
本実施形態の１つでは、各ばねアームのアーム幅は内側から外側に向かって徐々に増加しており、最大アーム幅の最小アーム幅に対する比は１を超え、かつ１０以下である。
【００１６】
本開示は上記少なくとも２つの板ばねを含む板ばね群をさらに提供し、板ばねの間にはガスケットが設けられている。
【００１７】
本開示は上記板ばね群を備えた圧縮機をさらに提供する。
【００１８】
本開示によって提供される板ばねは、複数の同心円形アーム構造または同心渦巻きアーム構造を有し、本板ばねはより小さい等価質量を有するため、部品の質量を増加させる必要なくその剛性および固有振動数要件は満たされており、それにより製品質量を減少させ、かつコストを抑える。本開示によって提供される板ばね群は互いに積み重ねられた複数の板ばねを備え、互いに対して移動する部品間の剛性を高めることができる。本開示によって提供される圧縮機は板ばね群を備え、それにより互いに対して移動する部品間の剛性を高め、かつ製品質量を減少させる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ばね振動系の構造概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る板ばねの構造概略図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る板ばねの構造概略図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る板ばねの構造概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る圧縮機の平面図である。
【図６】図５の圧縮機の平面断面図である。
【図７】図５の圧縮機の上面図である。
【図８】図５の圧縮機の側面図である。
【図９】図５の圧縮機の立体断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
最初に、板ばねの等価質量について以下に説明する。
【００２１】
図１に示すばね振動系では、ばねの質量をｍｓとすると、静的釣合い状態にあるばねの長さはｌであり、振動状態にあるばねの端部の変位はｕ（ｔ）である。まっすぐなロッドの静的な引張／圧縮変位が直線分布を有するという材料力学における結論によれば、ばねの振動変位も直線分布を有するとみなすことができるため、座標ｘを有するばねの断面の変位は、
【数３】
0006663853.tif 000004
である。長さｄｘを有するばねセグメントの質量はｍｓｄｘ／ｌであり、従って、ばねの運動エネルギーは、
【数４】
0006663853.tif 000005
であり、系全体の運動エネルギーは、
【数５】
0006663853.tif 000006
である。系全体の基準運動エネルギーは、
【数６】
0006663853.tif 000007
であり、
【数７】
0006663853.tif 000008
であり、系全体の最大位置エネルギーは、
【数８】
0006663853.tif 000009
である。力学的エネルギーの保存の法則によれば、Ｔｍａｘ＝Ｖｍａｘとなり、さらに
【数９】
0006663853.tif 000010
となる（式中、ａは、ばねの伸長であり、ｋは、ばねの剛性係数であり、ωｎは、ばねの振動数である）。故に、
【数１０】
0006663853.tif 000011
となる。ｍ＝０の場合、
【数１１】
0006663853.tif 000012
である（式中、ｍＥは振動系におけるばねの等価質量であり、ωｄは、ばねの固有振動数である）。板ばねについては同じ理由で、板ばねの等価質量は、
【数１２】
0006663853.tif 000013
である。ＣＡＥシミュレーションにより板ばねモデルを分析することにより、板ばねの軸方向剛性ｋおよび軸方向固有振動数ωｄを得ることができ、さらに振動系全体における板ばねの等価質量を得ることができる。
【００２２】
上記から分かるように、板ばねの等価質量は、板ばねの実際の構造すなわち板ばねの固有振動数および軸方向剛性によって決まる。板ばねの等価質量ｍＥの板ばねの質量ｍｓに対する比は可能な限り小さいことが好ましい。等しいアーム幅を有する同心渦巻きアームを備えた先行技術における板ばねの比は約５０％であるが、偏心渦巻きアームを備えた板ばねの比はより大きい。本発明は、板ばねの中間範囲における相対的な材料の量を減少させることにより、ｍＥ／ｍｓ比を２５％〜５０％の範囲に減少させることを目的とする。
【００２３】
図２〜図４に示すように、本開示は、少なくとも２つのばねアームおよび内側固定穴を備えた板ばねを提供する。全てのばねアームは内側固定穴の中心の周りに均等に配置されている。各ばねアームは同じ構造を有し、各ばねアームの最外端に外側固定穴が設けられている。
【００２４】
好ましくは、ばねアームの数は２つまたは３つであってもよく、板ばねは等しいアーム幅または等しくないアーム幅を有するばねであってもよく、ばねアームは円弧または渦線により輪郭が形成されていてもよく、これについては以下にそれぞれ説明する。
【００２５】
第１の実施形態
図２は、本発明の第１の実施形態に係る板ばねを示す。本板ばねは、等しいアーム幅を有する複数の同心円形アームを備える。板ばね１００は、内側固定穴１１０、ばねアーム１２０および１３０を備える。ばねアーム１２０および１３０は内側固定穴１１０の中心の周りに均等に配置されている。ばねアーム１２０および１３０は同じ構造を有する。ばねアーム１２０を参照しながら板ばね１００について以下に説明する。
【００２６】
板ばね１００を固定するために、外側固定穴１２２がばねアーム１２０内に設けられている。ばねアーム１２０は複数対の同心円弧によって輪郭が形成されており、ここでは隣接する円弧は互いに接している。図２に示すように、複数対の同心円弧の半径は内側から外側に向かって、例えば１ｍｍから５００ｍｍに徐々に増加している。ばねアーム１２０の尾端は、円弧１２４および最大半径を有する複数対の同心円弧によって輪郭が形成されており、円弧１２４は上記対の同心円弧の両方に接している。円弧１２４および外側固定穴１２２は同心であり、円弧１２４の直径は、ばねアーム１２０のアーム幅に等しい（各対の同心円弧の半径の半径差により、ばねアームのアーム幅が形成されている）。本実施形態では、ばねアーム１２０のアーム幅は一定である。好ましくは、ばねアーム１２０のアーム幅は５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲であり、板ばね１００の厚さは０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲であるため、最大外側半径の厚さに対する比は５〜５０００の範囲である。
【００２７】
第２の実施形態
図３は、本発明の第２の実施形態に係る板ばねを示す。本板ばねは、等しくないアーム幅を有する複数の同心円形アームを備える。板ばね２００は、内側固定穴２１０、ばねアーム２２０および２３０を備える。ばねアーム２２０および２３０は、内側固定穴２１０の中心の周りに均等に配置されている。ばねアーム２２０および２３０は同じ構造を有する。ばねアーム２２０を参照しながら板ばね２００について以下に説明する。
【００２８】
板ばね２００を固定するために、外側固定穴２２２がばねアーム２２０内に設けられている。ばねアーム２２０は、複数対の同心円弧によって輪郭が形成されており、ここでは隣接する円弧は互いに接している。図３に示すように、複数対の同心円弧の半径は内側から外側に向かって、例えば１ｍｍから５００ｍｍに徐々に増加している。ばねアーム２２０の尾端は、円弧２２４および最大半径を有する複数対の同心円弧によって輪郭が形成されており、円弧２２４は上記対の同心円弧の両方に接している。円弧２２４および外側固定穴２２２は同心である。ばねアーム２２０のアーム幅は一定ではなく、内側から外側に向かって徐々に増加している。最大アーム幅の最小アーム幅に対する比は１を超え、かつ１０以下である。好ましくは、ばねアーム２２０のアーム幅は５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲であり、板ばね１００の厚さは０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲であるため、最大外側半径の厚さに対する比は５〜５０００の範囲である。
【００２９】
第３の実施形態
図４は、本発明の第３の実施形態に係る板ばねを示す。本板ばねは、等しくないアーム幅を有する同心渦巻きアームを備える。板ばね３００は、内側固定穴３１０およびばねアーム３２０、３３０および３４０を備える。３つのばねアームは、内側固定穴３１０の中心の周りに均等に配置されている。ばねアーム３２０、３３０および３４０は同じ構造を有する。ばねアーム３２０を参照しながら板ばね３００について以下に説明する。
【００３０】
外側固定穴３２２がばねアーム３２０内に設けられている。ばねアーム３２０は２つの同心渦線すなわち第１の渦線３２４および第２の渦線３２６によって輪郭が形成されている。ばねアーム３２０の始端は、第１の渦線３２４および第２の渦線３２６の始端を内側固定穴３１０と同心である円弧に接続することにより輪郭が形成されている。好ましくは、第１の渦線３２４は第１の円弧３２８を介して、内側固定穴３１０と同心である円弧に接続されている。第１の円弧３２８の２つの端部は、第１の渦線３２４の始端および内側固定穴３１０と同心である円弧にそれぞれ接している。第２の渦線３２６は第２の円弧３２９を介して、内側固定穴３１０と同心である円弧に接続されている。第２の円弧３２９の２つの端部は、第２の渦線の始端および内側固定穴３１０と同心である円弧にそれぞれ接している。ばねアーム３２０の尾端は、円弧の２つまたは３つのセグメントならびに渦線３２４および３２６によって輪郭が形成されており、それらの円弧のセグメントは渦線に接している。最外尾端にある円弧３２７は外側固定穴と同心である。第１の渦線３２４および第２の渦線３２６はそれぞれ、以下の方程式を満たす：
【数１３】
0006663853.tif 000014
（式中、ＸおよびＹは座標値であり、ａおよびａ＋ｂは半径の係数であり、ｔは変数であり、αは初期角度であり、０．５≦ａ≦３０、０＜ｂ≦１０、０ｒａｄ＜ｔ≦３０ｒａｄ、かつ０ｒａｄ＜α≦１５０ｒａｄである）。
【００３１】
図４に示すように、ばねアーム３２０のアーム幅は内側から外側に向かって徐々に増加しており、最大アーム幅の最小アーム幅に対する比は１を超え、かつ１０以下である。板ばね３００の厚さは０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲であるため、最大外側半径の厚さに対する比は５〜５０００の範囲である。
【００３２】
本開示によって提供される板ばねは、複数の同心円形アーム構造または同心渦巻きアーム構造を有し、板ばねはより小さい等価質量（２５％〜５０％）を有するため、部品の質量を増加させる必要なくその剛性および固有振動数要件は満たされており、それにより製品質量を減少させ、かつコストを抑える。さらに、同じ外側半径の条件下では、本開示の構造を有する板ばねは、より大きな線形動作範囲を有し、これは本板ばねを小型構造にするのに有利である。
【００３３】
本開示は、上記少なくとも２つの板ばねを含む板ばね群０００をさらに提供する。上記複数の板ばねは互いに積み重ねられており、それにより互いに対して移動する部品間の剛性を高めることができる。２つの隣接する板ばね間にガスケット４００を設けることが好ましい。
【００３４】
図５〜図９に示すように、本発明は、上記板ばね群０００を備えた圧縮機をさらに提供する。板ばね群０００の板ばねの間には、特定の厚さおよび形状を有するガスケット４００が設けられている。ガスケット４００は本板ばね群が固定される位置に設けられていることが好ましい。一方では、ガスケット４００により板ばね群０００が固定される位置に作用する集中応力を減少させ、他方では、これらのガスケットにより、隣接する板ばね間の摩擦および摩耗を防止し、かつ板ばね群０００の耐用年数を引き延ばす。
【００３５】
上に述べたことは本発明の実施形態の一部であり、それらは具体的かつ詳細であるが、本発明の範囲を限定するものではない。当業者によって理解されるように、本開示の概念から逸脱することなく各種修正および改良をなすことができ、これらの修正および改良は全て本発明の範囲に含まれる。従って、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲に従うものとする。
【図１】
0006663853.tif 000017
【図２】
0006663853.tif 000018
【図３】
0006663853.tif 000019
【図４】
0006663853.tif 000020
【図５】
0006663853.tif 000021
【図６】
0006663853.tif 000022
【図７】
0006663853.tif 000023
【図８】
0006663853.tif 000024
【図９】
0006663853.tif 000025