(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動リニアモータ（５、６）の作用によってシリンダ（２）内で往復運動するピストン（１）を有し、ピストンの力を吸収する弾性要素（３０）を含むリニアコンプレッサであって、前記弾性要素（３０）が、中央の渦巻状部分（３０ａ）と、中央の渦巻状部分（３０ａ）の各端部から延びている脚部（３０ｂ、３０ｃ）とを有するワイヤによって形成されており、中央の渦巻状部分（３０ａ）が、前記ピストン（１）が移動したときバネの作用をするために変形されるように、前記弾性要素（３０）が、前記脚部（３０ｂ、３０ｃ）によって、ピストン（１）とシリンダ（２）の一部との間に取り付けられ、
少なくとも１つの前記脚部（３０ｂ、３０ｃ）が、ピストン（１）の長さに沿った方向に延び、両方の脚部（３０ｂ、３０ｃ）が、中央の渦巻状部分（３０ａ）から約９０°の方向に、中央の渦巻状部分（３０ａ）の一方の側で延び、
前記弾性要素（３０）の一方の脚部（３０ｂ）がピストン（１）に取り付けられ、他方の脚部（３０ｃ）がシリンダ（２）の一部（４０）に取り付けられていることを特徴とするリニアコンプレッサ。
【請求項２】
前記一方の脚部（３０ｂ）が前記ピストン（１）の内側に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のリニアコンプレッサ。
【請求項３】
複数の弾性要素（３０）が設けられており、その中央の渦巻状部分（３０ａ）および脚部（３０ｂ、３０ｃ）が互いに角度をなして離間されていることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアコンプレッサ。
【請求項４】
前記中央の渦巻状部分（３０ａ）が、移動しているピストン（１）の力を受けていないときには実質的に平らであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のリニアコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアコンプレッサに関し、より詳細には、リニアコンプレッサについての弾性取付け構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動リニアモータは、広く知られている装置であり、コイルまたは磁石要素の１つが固定部材に取り付けられ、他の要素が移動する部材に取り付けられている。コイルに電流を流すと、磁力線が発生し、磁石と相互作用して、可動部材の直線運動を生み出す。このような電動リニアモータは、冷却コンプレッサで使用されており、この場合、可動部材がコンプレッサのピストンであり、前記ピストンに磁石が取り付けられている。コイルは、シリンダを形成するコンプレッサ構造の外側部分に固定して取り付けられている。
【０００３】
図１に示すような、知られているタイプのリニアコンプレッサでは、軸方向の管状壁２ｂを備えた外側ブロック２ａを有するシリンダ２の内側でピストン１が軸方向移動する結果、気体が圧縮される。シリンダは、シリンダヘッド３によって密閉されており、シリンダヘッドに近接してバルブプレート３ｄがあり、それに近接して吸気バルブ３ａと排気バルブ３ｂとが位置決めされている。バルブは、シリンダ内で圧縮された気体の吸入および排出を調節している。ピストンは、ピストンのベースフランジ１ａに付けられたリング状のアクチュエータ４で形成された電動リニアモータによって駆動される。アクチュエータ４は、普通は永久磁石で形成される磁気部材５を支持している。ワイヤ（ｗｉｒｅ）で作製されたコイル６が、シリンダ２のスリーブ拡張部６ａの内壁に固定して取り付けられている。コイル６に電流が供給されると、磁力線が生み出されて永久磁石と相互作用し、磁石５がシリンダのスリーブ拡張部６ａの外壁とコイル６との間で移動する、アクチュエータ４およびピストン１の往復直線運動を生み出す。
【０００４】
ピストン１は、可撓性ロッド８を用いて１組の薄板バネ（ｆｌａｔ  ｓｐｒｉｎｇ）７に接して取り付けられており、１組の薄板バネ７は、軸方向の管状壁２ｂに堅く取り付けられている。ピストン１と、アクチュエータ４と、磁気構成要素５と、可撓性ロッド８と、１組の薄板バネ７とが共に、コンプレッサの共振アセンブリを形成している。
【０００５】
図１の実施形態では、ピストンが作用する１組の薄板バネは、普通はバネ鋼板から作製される。可撓性ロッド８は、構成要素片の製造の際の誤り、ならびに取付け時に起こる誤りに起因して発生する力を低減させる機能を有しており、そのような力がそのままピストンに伝達されないようにして、シリンダとの接触によるピストンの磨耗を回避している。薄板バネは、製造時の非対称性が原因で、可撓性ロッド８およびピストン１に横方向に加わる望ましくない力を生み出すことが多い。この構成の他の問題は、薄板バネ７が、精巧で複雑な切断／仕上げプロセスを必要とするので、作製に比較的コストがかかることで知られていることである。また、可撓性ロッド８も、特殊な材料から生産しなければならないので、作製が比較的困難な構成要素である。
【０００６】
知られているリニアコンプレッサの第２の実施形態を図２に示す。ここでは、図１に示した従来技術の実施形態の１組の薄板バネ７の代わりに、コイルバネ（ｈｅｌｉｃａｌ  ｓｐｒｉｎｇ）２０のシステムが使用されている。この場合、ピストン１とシリンダ２との間に第１コイルバネ２０ａが取り付けられており、ピストンと軸方向の管状壁２ｂに取り付けられた底部支持壁２１との間に、第２コイルバネ２０ｂが取り付けられている。この従来技術の第２の実施形態では、コンプレッサの共振アセンブリは、ピストン１と、アクチュエータ４と、磁石５と、コイルバネ２０ａ、２０ｂとによって形成されている。
【０００７】
図２のコンプレッサの構成には、コイルバネ２０ａ、２０ｂを受けるために比較的寸法の大きなハウジングが必要になるという欠点があり、各コイルバネがピストンのベースフランジ１ａの両側に位置決めされる。前述の問題に加えて、ピストン上のコイルバネによって生み出される偏心力に起因したモーメントを最小限に抑えられず、または避けられず、それがコンプレッサの移動構成要素部分の磨耗を生み出すことがある。
【０００８】
前述した従来技術の問題に応じて、現時点でわかっている欠点のない、ここで検討しているタイプのコンプレッサのためのバネ取付けシステムの改良が必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の包括的な目的は、バネ鋼線で作製された新規バネ要素を用いて低コストで耐摩耗性の小型リニアコンプレッサを提供することであり、該リニアコンプレッサはピストンの直線変位軸に横方向に加わる、コンプレッサの可動部品の時期尚早な磨耗を引き起こすほどの力をバネ要素が生み出すことなしに、共振アセンブリをバネ要素の変形と合わせて直線的に移動させることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、１つまたは複数の新規構成の弾性または弾力性要素を備えたリニアコンプレッサが提供される。このような各要素は、巻き物形またはらせん形をした中央の渦巻状部分を有するバネ鋼線で作製される。中央の渦巻状部分の各端部からは脚部が延びている。
【００１１】
一実施形態では、一方の脚部がピストンの内側に留め付けられ、他方の脚部がシリンダ構造の一部分に留め付けられている。電動リニアモータの作用によってピストンが移動すると、弾性要素の中央の渦巻状部分が、ピストンの進行方向に変形または伸張する。ピストンに、互いに角度をなして離間された同様の中央の渦巻状部分を有するいくつかの弾性要素を取り付けることが好ましい。こうすることで、弾性要素の中央の渦巻状部分に作用するピストンの力がより均等に分配される。
【００１２】
本発明の他の実施形態では、弾性要素の中央の渦巻状部分がピストン底部に直接取り付けられ、２本の脚部がシリンダ構造に固定して連結される。ピストンが往復運動すると、それが直接的に弾性要素の中央の渦巻状部分を変形させて、バネ作用をもたらす。またこの実施形態では、複数の弾性要素を使用して力を均等に分配することが好ましい。
【００１３】
本発明のワイヤタイプの弾性要素には、作製が容易で、安価であり、小型のコンプレッサ構造を提供するという利点がある。また、ピストンが弾性要素に当たって移動するので、ピストンとシリンダとの間の磨耗が軽減される。
【００１４】
本発明について、以下で添付の図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の第１の実施形態を図３に示す。この図では、図１および図２に示したのと同様の要素は、同じ参照番号を有する。この第１の実施形態では、前記図１および図２に示した従来技術の１組の薄板バネ７または１組のコイルバネ２０の代わりに、ワイヤタイプの弾性要素３０のアセンブリが使用されている。弾性要素３０は、特定の用途に必要なように、所望のいずれかの断面を有するバネ鋼線から作製されており、必ずしもワイヤ断面を円筒状にする必要はない。
【００１６】
図４は、理解を容易にするために、弾性要素３０の１つを斜視図で示している。図４に示すように、弾性要素３０は、実質的に平らな中央の渦巻状部分３０ａを有する。中央の渦巻状部分３０ａの形状は、巻き物形、らせん形、または複雑な曲線の一部、あるいは他のいずれかの形状にすることができる。中央の渦巻状部分３０ａの形状が、ピストンの移動方向に必要な弾力性および剛性を要素に与えている。また弾性要素３０は、中央の渦巻状部分３０ａから約９０°の方向に延びている内側脚部３０ｂを有する。内側脚部３０ｂは、溶接、接着剤、締まり嵌めなどのいずれかの適した手段、あるいは他の機械的手段によって、ピストン１の内側に貼付されている。また、内側脚部３０ｂをピストンの底部に貼付することもできるが、この場合、中央の渦巻状部分３０ａを十分に変形させてピストンへの作用力の集中を最小限に抑えるために内側脚部３０ｂをかなり長くしなければならないので、構造が大きくなる。中央の渦巻状部分３０ａの他端からは、外側脚部３０ｃがやはり約９０°の角度で延びているが、まっすぐにすることもできる。内側脚部３０ｂと外側脚部３０ｃとは、中央の渦巻状部分３０ａの周りで互いに約９０°で角度をなして離間されている。外側脚部３０ｃの端部は、溶接、接着剤、ネジ、締まり嵌めなどのいずれかの固定手段によって、シリンダ構造の一部４０に貼付されている。
【００１７】
図５は、コンプレッサに取り付けられて共振アセンブリの一部を形成する、３つの弾性要素３０のアセンブリを示している。弾性要素のアセンブリは、少なくとも２つの弾性要素で形成すべきである。弾性要素３０は、互いに角度をなして離間されている。例えば、３つの弾性要素が設けられている場合、内側脚部３０ｂおよび外側脚部３０ｃは、約１２０°の間隔をあけて配置される。
【００１８】
図３、図４、および図５の構造の動作では、電動リニアモータの作用によってピストン１が往復運動すると、弾性要素の内側脚部３０ｂが、中央の渦巻状部分３０ａのワイヤをピストン移動と同じ方向に移動させる。すなわち、中央の渦巻状部分が平らな元の形状から、中央の渦巻状部分３０ａのワイヤが、一端から他端まで伸張する。内側脚部３０ｂおよび外側脚部３０ｃは、第１目標として、従来技術の構造で使用される薄板バネまたはコイルバネの考えられる製造／取付け時の誤りに起因して発生する力を低減し、またはなくすために設けられている。この組立ての内側および外側脚部の第２目標は、前記バネに最小限のねじり力で動作する構造を与えることである。
【００１９】
図３、図４、および図５に示す本発明の実施形態は、図１および図２に示すような従来の構成に勝るいくつかの利点を有する。第１に、ピストンのための長いコイルバネ（図２）および可撓性ロッド（図１）がもはや必要ないので、リニアコンプレッサをより小型にすることができる。第２に、弾性要素は、低コストで、製造が容易で、信頼性が高い。例えば、弾性要素は、所望の特性に応じて加熱し、または加熱せずに、金型で所望の形状に曲げられたバネ鋼線で作製される。第３に、弾性要素３０は、ピストンに加わる偏心力または横向きの力を最小限に抑える。その外側脚部３０ｃが角度をなして離間されている２つ以上の弾性要素を用いて、移動するピストンに関連した力を多方向に分配することができる。第４に、本構成は、コンプレッサのピストンおよびシリンダに高い摩耗耐性を与える。
【００２０】
図６、図７、および図８は、本発明の第２の実施形態を示しており、図では、図３〜図５に示した第１の実施形態の説明に関するものなど、同じ構成要素には同じ参照番号が使用されている。この第２の実施形態では、ピストン１が剛性のステム１ａを有する。弾性要素５０は、反対方向に延びた２つの曲線を有する、やはり平らな形状の中央の渦巻状部分５０ａを有する。中央の渦巻状部分５０ａの両端から延びる脚部５０ｂ、５０ｃが設けられており、前記中央の渦巻状部分５０ａに対して約９０°の角度をなして延びている。脚部５０ｂは、約１８０°で角度をなして離間されているが、それより小さい角度を使用することもできる。中央の渦巻状部分５０ａは、ピストン１の剛性ステム１ａに取り付けられており、脚部５０ｂ、５０ｃがピストンの長さに沿った方向に延びて、それらの端部がシリンダの一部４０に取り付けられている。
【００２１】
図７は、約１８０°だけ角度をなして離間され取り付けられた２つの弾性要素５０のアセンブリを示している。脚部５０ｂ、５０ｃは、したがってシリンダの周りに均等な間隔をあけて配置される。図３、図４、および図５の実施形態のように、弾性要素５０の中央の渦巻状部分５０ａは、ピストン１が移動したとき、一端から他端まで変形して弾性的な特徴をもたらす。この実施形態には、ピストンの内側に脚部３０ｂがないという利点がある。この構成の他の利点は、弾性要素を１つしか採用しないこともできることである。
【００２２】
本発明の具体的な特徴について１つまたは複数の図面で示しているが、これは便宜的なものにすぎず、各特徴を本発明による他の特徴と組み合わせることができる。代替的な実施形態が当業者には認識されるが、これらを特許請求の範囲内に含めるものとする。したがって、前記記述は、説明と解釈すべきであり、本発明の範囲を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】あるタイプの従来技術のリニアコンプレッサの縦断面図である。
【図２】他のタイプの従来技術のリニアコンプレッサの縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態によって作製されたリニアコンプレッサの一部分の縦断面図である。
【図４】図３のリニアコンプレッサで使用される弾性要素の１つの斜視図である。
【図５】図３のリニアコンプレッサで使用される弾性要素のアセンブリの斜視図である。
【図６】本発明の他の実施形態によって構成されたリニアコンプレッサの縦断面図である。
【図７】図６の実施形態で使用される弾性要素の斜視図である。
【図８】図６に示した実施形態によって構成された弾性要素のアセンブリの端面図である。
【図１】
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【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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【図８】
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