(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動式モータから発生する直線往復駆動力の伝達を受けてシリンダーの内部に形成された圧縮空間で直線往復運動するピストンと、
前記ピストンの両側にそれぞれ位置して前記ピストンの直線往復運動を弾性支持する第１共振スプリング及び第２共振スプリングとを包含して構成された往復動式圧縮機のピストン支持構造において、
前記第１共振スプリング及び第２共振スプリングは、往復動式モータを構成する稼動子より外側に位置し、前記第１共振スプリング及び第２共振スプリングは互いに対応するようにそれぞれ複数個からなり、前記シリンダーの圧縮空間側に位置する複数の前記第１共振スプリングの各スプリング定数より前記第１共振スプリングの反対側に位置する複数の前記第２共振スプリングの各スプリング定数を大きくすることを特徴とする往復動式圧縮機のピストン支持構造。
【請求項２】
複数の前記第１共振スプリング及び複数の前記第２共振スプリングは、コイルスプリングからなり、前記第１共振スプリング及び前記第２共振スプリングのスプリング定数を変化させるための変数としてのコイル直径、巻線数及び平均直径の少なくとも一つを変化させて複数の前記第２共振スプリングのスプリング定数を複数の第１共振スプリングのスプリング定数より大きくすることを特徴とする請求項１記載の往復動式圧縮機のピストン支持構造。
【請求項３】
複数の前記第１共振スプリング及び複数の前記第２共振スプリングは、コイルスプリングからなり、複数の前記第２共振スプリングの各コイル直径を複数の前記第１共振スプリングの各コイル直径より大きくすることで、複数の前記第２共振スプリングのスプリング定数を複数の前記第１共振スプリングのスプリング定数より大きくすることを特徴とする請求項２記載の往復動式圧縮機のピストン支持構造。
【請求項４】
複数の前記第１共振スプリング及び複数の第２共振スプリングは、コイルスプリングからなり、複数の前記第２共振スプリングの各巻線数を複数の前記第１共振スプリングの各巻線数より小さくすることで、複数の前記第２共振スプリングのスプリング定数を複数の前記第１共振スプリングのスプリング定数より大きくすることを特徴とする請求項２記載の往復動式圧縮機のピストン支持構造。
【請求項５】
複数の前記第１共振スプリング及び複数の前記第２共振スプリングは、コイルスプリングからなり、複数の前記第２共振スプリングの各平均直径を複数の前記第１共振スプリングの各平均直径より小さくすることで、複数の前記第２共振スプリングのスプリング定数を複数の前記第１共振スプリングのスプリング定数より大きくすることを特徴とする請求項２記載の往復動式圧縮機のピストン支持構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復動式圧縮機のピストン支持構造に係るもので、詳しくは、往復動式モータの直線往復駆動力の伝達を受けてシリンダーの圧縮空間で直線往復運動しながらガスを圧縮させるピストンの両方側に位置して、前記ピストンを弾性支持する共振スプリングの寿命を延長し得る往復動式圧縮機のピストン支持構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、圧縮機は、流体を圧縮する機器であって、冷媒ガスを圧縮する方式によって回転式圧縮機、スクロール圧縮機及び往復動式圧縮機などに区分される。
【０００３】
上記往復動式圧縮機の一例は、図6に示したように、容器10と、該容器10の内部に装着されて直線往復駆動力を発生する往復動式モータ20と、該モータ20の両方側を夫々支持する後方フレーム30及び中間フレーム40と、該中間フレーム40に引き続き結合される前方フレーム50と、前記往復動式モータ20から所定の距離を置くように前記前方フレーム50に固定結合されるシリンダー60と、前記往復動式モータ20と連結されると共に前記シリンダー60に挿入されて、前記往復動式モータ20の直線往復駆動力の伝達を受けて前記シリンダー60の内部で直線往復運動するピストン70と、前記シリンダー60及びピストン70に結合されて該ピストン70の往復運動により発生する圧力差により前記シリンダー60の内部においてガスを吸入吐出させるバルブユニット80と、前記往復動式モータ20及びピストン70の直線往復運動を弾性支持する共振スプリングユニット90と、を包含して構成されていた。
【０００４】
又、上記往復動式モータ20は、円筒状に形成されて後方フレーム30及び中間フレーム40に固定結合されるアウター固定子21と、該アウター固定子21に所定間隔を置いて挿入されたインナー固定子22と、前記アウター固定子21の内部に結合される捲線コイル23と、前記アウター固定子21とインナー固定子22との間に直線往復運動可能に挿入された稼動子Aと、を包含して構成される。
【０００５】
又、上記稼動子Aは、円筒状に形成される磁石ホルダー24と、該磁石ホルダー24に所定間隔を置いて結合される複数の永久磁石25とを包含して構成され、前記磁石ホルダー24は、上記ピストン70の一方側に連結される。
【０００６】
又、上記バルブユニット80は、上記シリンダー60の圧縮空間Pを覆蓋する吐出カバー81と、該吐出カバー81の内部に位置して前記シリンダー60の圧縮空間Pを開閉する吐出バルブ82と、該吐出バルブ82を弾性支持するバルブスプリング83と、前記ピストン70の端部に結合されて、前記ピストン70の内部に形成された吸入流路Fを開閉する吸入バルブ84と、を包含して構成される。
【０００７】
未説明符号1は、冷媒ガスが吸入される吸入管であって、2は、圧縮された冷媒ガスが吐出される吐出管である。
【０００８】
以下、このように構成された従来往復動式圧縮機の動作に関して、説明する。
【０００９】
先ず、上記往復動式モータ20に電源が供給されて捲線コイル23に電流が流れると、前記捲線コイル23に流れる電流により上記アウター固定子21及びインナー固定子22に形成されるフラックスと永久磁石25間との相互作用により前記永久磁石25を包含する稼動子Aが直線往復運動する。
【００１０】
そして、上記稼動子Aの直線往復駆動力が前記ピストン70に伝達されることで前記ピストン70が上記シリンダー60の内部に形成された圧縮空間Pで上死点と下死点との間の距離であるストロークを直線往復運動すると同時に、上記バルブユニット80が動作して冷媒ガスが前記シリンダー60の圧縮空間Pにおいて吸入圧縮されて吐出される過程を反復する。
【００１１】
そして、上記共振スプリングユニット90は、上記往復動式モータ20の直線往復運動エネルギーを弾性エネルギーとして貯蔵放出すると同時に共振運動を誘発させる。
【００１２】
一方、上記往復動式モータ20の稼動子A及び該稼動子Aと結合されるピストン70を包含して構成される稼動部の直線往復運動に対して共振運動を誘発させる上記共振スプリングユニット90は、図7に示したように、所定の面積を有して折曲形成されるスプリング支持台91が前記前方フレーム50と中間フレーム40との間に位置するように前記ピストン70の一方側に結合される。
【００１３】
そして、上記前方フレーム50とスプリング支持台91との間に第1共振スプリング92が挿入され、前記スプリング支持台91と中間フレーム40との間に第2共振スプリング93が挿入されて結合される。
【００１４】
この時、上記第1共振スプリング92及び第2共振スプリング93の弾性係数は同様であって、前記第1共振スプリング92及び第2共振スプリング93は、取付時において夫々所定の長さに圧縮された状態とされる。
【００１５】
又、上記ピストン70の先端面の初期位置fは、最大上死点bと最大下死点aとの間の中間位置cである位置から圧縮時のガススプリング力を勘案して上記バルブユニット80が結合される上記シリンダー60の先端面d側へ所定距離である移動距離eだけ移動した位置となるように上記第1共振スプリング92と第2共振スプリング93とが結合される。
【００１６】
又、上記共振スプリングユニット90は、上記ピストン70が上死点へ移動する場合に、上記第1共振スプリング92は圧縮された状態になると同時に上記第2共振スプリング93は弛緩された状態になる。
【００１７】
又、上記ピストン70が下死点へ移動する場合に、上記第1共振スプリング92は弛緩された状態になると同時に、上記第2共振スプリングは収縮された状態になって、このような過程が反復されながら上記稼動子A及びピストン70を弾力支持する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来往復動式圧縮機の構造においては、上記ピストン70が上記シリンダー60内部の圧縮空間Pで上死点と下死点との間を直線往復運動しながら冷媒ガスを圧縮する行程中に、前記シリンダー60の圧縮空間Pで圧縮される冷媒ガスの圧力上昇によるガススプリング力が前記ピストン70に作用することで、前記ピストン70の先端面のセッティング時に位置させた初期位置fから最大上死点bと最大下死点aとの中間位置c側の位置に再び移動した状態で上死点と下死点との間を直線往復運動するようになるために、前記第2共振スプリング93の変位である運動距離が前記第1共振スプリング92の変位より大きくなり、前記第1共振スプリング92は、設定された応力（stress）より小さい応力を受ける一方、前記第2共振スプリング93は、設定された応力より過度な応力が集中されることとなり前記第2共振スプリング93のファティーグ耐久性が低下して前記第2共振スプリング93の寿命が短縮されるという不都合な点があった。
【００１９】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、往復動式モータの直線往復駆動力の伝達を受けてシリンダーの内部に形成された圧縮空間において直線往復運動しながらガスを圧縮させるピストンの両方側に位置して前記ピストンを弾性支持する共振スプリングの寿命を延長し得る往復動式圧縮機のピストン支持構造を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る往復動式圧縮機のピストン支持構造は、往復動式モータから発生する直線往復駆動力の伝達を受けてシリンダーの圧縮空間で直線往復運動するピストンと、該ピストンの両側にそれぞれ位置して前記ピストンの直線往復運動を弾性支持する第１共振スプリング及び第２共振スプリングとを包含して構成された往復動式圧縮機のピストン支持構造において、前記第１共振スプリング及び第２共振スプリングは、往復動式モータを構成する稼動子より外側に位置し、前記第１共振スプリング及び第２共振スプリングは互いに対応するようにそれぞれ複数個からなり、前記シリンダーの圧縮空間側に位置する複数の前記第１共振スプリングの各スプリング常数(spring constant)より前記第１共振スプリングの反対側に位置する複数の前記第２共振スプリングの各スプリング常数を大きくすることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面を用いて説明する。
【００２２】
往復動式圧縮機のピストン支持構造の参考例として、図1に示したように、所定の内部空間を有する容器10の内部に直線往復駆動力を発生する往復動式モータ20が装着され、前記往復動式モータ20の両方側に後方フレーム30及び中間フレーム40が結合されている。
【００２３】
又、上記往復動式モータ20は、円筒状に形成されて後方フレーム30及び中間フレーム40に固定結合されるアウター固定子21と、該アウター固定子21に所定間隔を置いて挿入されるインナー固定子22と、前記アウター固定子21の内部に結合される捲線コイル23と、前記アウター固定子21とインナー固定子22との間に直線往復運動可能に挿入される稼動子Aと、を包含して構成される。
【００２４】
又、上記稼動子Aは、円筒状に形成される磁石ホルダー24と、該磁石ホルダー24に所定間隔を置いて結合される複数の永久磁石25と、を包含して構成される。
【００２５】
一方、上記中間フレーム40には所定形状に形成された前方フレーム50が結合され、該前方フレーム50に貫通形成された貫通穴にシリンダー60が結合され、前記シリンダー60の内部に前記ピストン70が挿入され、前記ピストン70は、前記往復動式モータ20を構成する稼動子Aの磁石ホルダー24に結合される。
【００２６】
又、上記ピストン70が挿入される前記シリンダー60の内部は、圧縮空間Pを形成し、前記シリンダー60は、前記往復動式モータ20と所定間隔を置いて位置する。
【００２７】
又、上記前方フレーム50と中間フレーム40との間に上記往復動式モータ20の稼動子A及びピストン70の運動を弾性支持する共振スプリングユニット90が備えられている。
【００２８】
上記共振スプリングユニット90は、図2に示したように、所定の面積を有するように折曲形成されて上記前方フレーム50と中間フレーム40との間に位置するようにして一方側において上記ピストン70に結合されるスプリング支持台91と、該前方フレーム50とスプリング支持台91との間に位置する第1共振スプリング94と、該第1共振スプリング94のスプリング定数より大きいスプリング定数を有するように形成されて前記スプリング支持台91と中間フレーム40との間に位置する第2共振スプリング95と、を包含して構成されている。
【００２９】
即ち、上記第1共振スプリング94は上記シリンダー60の圧縮空間P側に位置して上記ピストン70を弾性支持すると共に、上記第2共振スプリング95は前記第1共振スプリング94の反対側に位置して前記ピストン70を弾性支持する。
【００３０】
又、上記第1共振スプリング94及び第2共振スプリング95は取付時において、従来と同様に、夫々所定長さに圧縮された状態とされるが、上記ピストン70の先端面初期位置fが最大上死点bと最大下死点aと間の中間位置cから、冷媒ガスの圧縮時に発生するガススプリング力を勘案して、上記バルブユニット80が結合される上記シリンダー60の先端面d側に所定距離である移動距離eだけ移動した位置に位置するように前記第1共振スプリング94及び第2共振スプリング95が結合される。
【００３１】
但し、この時、上記第1共振スプリング94のスプリング定数より大きいスプリング定数を有する上記第2共振スプリング95を構成することで、前記第2共振スプリング95は、前記第1共振スプリング94より圧縮された状態で結合される。
【００３２】
又、上記第1共振スプリング94及び第2共振スプリング95は、コイルスプリングとして構成される。
【００３３】
以下、上記第2共振スプリング95のスプリング定数が上記第1共振スプリング94のスプリング定数より大きい値を有する構成に対して説明する。
【００３４】
参考例として、上記第2共振スプリング95のコイル直径r2を上記第1共振スプリング94のコイル直径r1より大きく形成することで、前記第2共振スプリング95のスプリング定数が前記第1共振スプリング94のスプリング定数より大きくなる。
【００３５】
又、別の参考例として、図3に示したように、上記第1共振スプリング94及び第2共振スプリング96は、コイルスプリングに構成されて、上記第2共振スプリング96の巻線数を前記第1共振スプリング94の巻線数より小さく形成することで、前記第2共振スプリング96のスプリング定数が前記第1共振スプリング94のスプリング定数より大きくなる。
【００３６】
又、さらに別の参考例として、図4に示したように、上記第1共振スプリング94及び第2共振スプリング97は、コイルスプリングに構成されて、前記第2共振スプリング97の平均直径D2を前記第1共振スプリング94の平均直径D1より小さく形成することで、前記第2共振スプリング97のスプリング定数が前記第1共振スプリング94のスプリング定数より大きくなる。
【００３７】
但し、上記第1共振スプリング94及び第2共振スプリング95、96、97のコイル直径、巻線数及び有効直径等スプリング定数を決定する各変数の一つだけを適用させることなく、上記三つの変数の適切な組合せ（combination）によって複合適用することで、前記第2共振スプリング95、96、97のスプリング定数を前記第1共振スプリング94のスプリング定数より大きく形成することが一層好ましい。
【００３８】
一方、上記共振スプリングユニット90の本発明の実施形態として、図5に示したように、上記第1共振スプリング94及び第2共振スプリング98を夫々複数に構成して、上記したように、各スプリングの設計変数を相異にして構成することで、前記第2共振スプリング98のスプリング定数を前記第1共振スプリング94のスプリング定数より大きく形成することができる。
【００３９】
そして、上記複数の第1共振スプリング94及び第2共振スプリング98は、同様の数に構成されて、相互対応される位置に配置されることが好ましい。
【００４０】
即ち、上記各第1共振スプリング94は、上記シリンダー60の圧縮空間P側に位置して上記ピストン70を弾性支持すると共に上記各第2共振スプリング98は、前記各第1共振スプリング94の反対側に位置して前記ピストン70を支持し、前記各第1共振スプリング94のスプリング定数より前記各第2共振スプリング98のスプリング定数が大きく構成されるようにする。
【００４１】
そして、上記各第2共振スプリング98のスプリング定数を上記各第1共振スプリング94のスプリング定数より大きくすることは、上記したように、前記第1及び2共振スプリングの巻線数、コイル直径及び有効直径などの変数を適切に組合せすることで達成され、且つ、その組合せに複数のスプリングで構成することを包含することにより、その変数の組合せを一層多様に構成することができる。
【００４２】
そして、上記ピストン70が上記シリンダー60の内部で直線往復運動することで発生する圧力差により、前記シリンダー60の内部にガスを吸入吐出させるバルブユニット80が前記シリンダー60の一方側面に結合される。
【００４３】
又、上記バルブユニット80は、上記シリンダー60の圧縮空間Pを覆蓋する吐出カバー81と、該吐出カバー81の内部に位置して前記シリンダー60の圧縮空間Pを開閉する吐出バルブ82と、該吐出バルブ82を弾性支持するバルブスプリング83と、前記ピストン70の端部に結合されて前記ピストン70の内部に形成された吸入流路Fを開閉する吸入バルブ84と、を包含して構成される。
【００４４】
未説明符号1は、冷媒ガスが吸入される吸入管であって、2は、圧縮された冷媒ガスが吐出される吐出管である。
【００４５】
以下、本発明に係る往復動式圧縮機のピストン支持構造の動作に対し、説明する。
【００４６】
先ず、電源が供給されて上記往復動式モータ20が駆動すると、前記往復動式モータ20の直線往復駆動力が稼動子Aを介して上記ピストン70に伝達され、前記ピストン70が上記シリンダー60の内部に形成された圧縮空間Pにおいて下死点と上死点との間の距離である前記ピストン70が有するストロークにより直線往復運動し、前記ピストン70のストロークは、前記往復動式モータ20の電気的制御により行われる。
【００４７】
そして、上記ピストン70が上記シリンダー60の内部に形成された圧縮空間Pで直線往復運動すると、前記ピストン70の直線往復運動と共に上記バルブユニット80が動作しながら冷媒ガスが前記シリンダー60の内部に形成された圧縮空間Pにおいて吸入圧縮されて吐出される一連の行程を反復すると同時に、前記往復動式モータ20の直線往復駆動力の伝達を受けて前記ピストン70が前記シリンダー60の内部に形成された圧縮空間Pで直線往復運動することで、前記第1共振スプリング94及び上記各第2共振スプリング98が夫々収縮伸張しながら前記往復動式モータ20の直線往復運動力を弾性エネルギーとして貯蔵放出すると共に上記稼動子A及びピストン70の共振運動を誘発させる。
【００４８】
即ち、上記ピストン70が上死点に位置すると、上記第1共振スプリング94が収縮されると同時に上記第2共振スプリング98が伸張され、前記ピストン70が下死点に位置すると、前記第1共振スプリング94が伸張されると同時に前記第2共振スプリング98が収縮されながら前記ピストン70及び稼動子Aを弾性支持するようになる。
【００４９】
この時、上記ピストン70が下死点と上死点との間を持続的に往復運動しながら上記シリンダー60の内部に形成された圧縮空間Pに冷媒ガスが吸入圧縮される過程で、上記ピストン70により冷媒ガスが圧縮されるにつれて発生するガススプリング力がストロークの増加により漸次的に大きく作用し、前記ピストン70は最大下死点a方向に力を受けるようになる。
【００５０】
従って、上記ピストン70に作用するガススプリング力は、前記ピストン70が初期装着時に移動した移動距離eだけ再び第2共振スプリング98の方向に前記ピストン70を移動させるようになるので、前記ピストン70は、図2に示した最大上死点bと最大下死点aの中間位置cを中心に直線往復運動する。
【００５１】
ところが、上記第2共振スプリング98は、上記第1共振スプリング94より初期組立時に少なく圧縮された状態に装着されるので、前記第2共振スプリング98の変位が従来構造の第1共振スプリング93の変位より相対的に小さくなり、前記第2共振スプリング98に加えられる応力を減少させると共に第1、2共振スプリングに一層均一な応力が作用する。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る往復動式圧縮機のピストン支持構造においては、往復動式モータの直線往復駆動力の伝達を受けてピストンがシリンダーの内部に形成された圧縮空間の上死点と下死点との間を直線往復運動する過程で前記ピストンを弾性支持する第2共振スプリングの応力集中を減少させて、上記第2共振スプリングのファティーグによる耐久性低下を防止することで、共振スプリングの寿命を延長させて前記往復動式圧縮機の信頼性を向上し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  往復動式圧縮機のピストン支持構造が備えられた往復動式圧縮機の参考例を示した縦断面図である。
【図２】  往復動式圧縮機のピストン支持構造の参考例を示した断面図である。
【図３】  往復動式圧縮機のピストン支持構造の別の参考例を示した断面図である。
【図４】  往復動式圧縮機のピストン支持構造のさらに別の参考例を示した断面図である。
【図５】  本発明に係る往復動式圧縮機のピストン支持構造の実施形態を示した断面図である。
【図６】  従来の往復動式圧縮機の構造を示した縦断面図である。
【図７】  従来の往復動式圧縮機のピストンの支持構造を示した部分断面図である。
【符号の説明】
20…往復動式モータ
60…シリンダー
70…ピストン
94…第1共振スプリング
98…第2共振スプリング
P…シリンダー圧縮空間
D1、D2…スプリング平均直径
r1、r2…コイル直径
【図１】
0003746716.tif 000002
【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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