CN103322721B - 制冷机及压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制冷机及压缩机，其提高用于支承活塞的板簧单元的可靠性及寿命。本发明的制冷机具有板簧单元（15），其支承活塞（7）以使其在压缩机（2）内能够进行移动，板簧单元（15）具备板簧（18）及辅助弹簧（17），其中板簧具有固定于压缩机的板簧缘部（18A）、安装于活塞（7）的板簧毂部（18B）、支承板簧毂部以使其能够相对于板簧缘部（18A）移动的弹性臂部（18G）；辅助弹簧（17）具有固定于压缩机的辅助弹簧缘部（17A）、安装于活塞的辅助弹簧毂部（17B）、从辅助弹簧缘部及辅助弹簧毂部以悬臂形状伸出的辅助弹簧部（17G、17H），所述板簧单元（15）构成为在一对辅助弹簧之间配设板簧，并且在配设状态下辅助弹簧部与弹性臂部（18G）对置。

Description

制冷机及压缩机

技术领域

本发明涉及一种制冷机及压缩机，尤其涉及一种由板簧支承进行往复移动的移动部件的制冷机及压缩机。

背景技术

例如，斯特林制冷机等制冷机具有压缩机和膨胀器，且构成为通过使在压缩机内产生的高压工作气体在膨胀器空间内膨胀而产生寒冷。

压缩机通过使活塞在缸体内进行往复移动而产生振动流体。因此，使板簧支承缸体与活塞以使缸体与活塞能够相对进行往复移动。该板簧呈圆盘形状，在其中央连接有活塞且外周部分固定于压缩机的壳体。

另外，板簧上形成有多个狭缝，由此，板簧的中央部相对于外周部分可以弹性变形。因此，通过板簧的弹性变形，活塞相对于缸体能够进行水平往复移动。

另一方面，为了使活塞在缸体内可靠地进行往复移动，准确设定板簧的弹簧常数至关重要。由1张板材来实现预定的弹簧常数不管从加工方面，还是从调整弹簧常数的方面看都较为困难。因此，一般隔着垫片层叠由多个薄板构成的板簧而形成弹簧单元，并通过该弹簧单元来支承活塞（专利文献1）。专利文献1：日本特开平11-002469号公报

然而，在如以往的仅隔着垫片来层叠板簧的结构存在如下问题，即有可能因应力集中在垫片与板簧的边界部分而导致破损。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够提高板簧的可靠性及延长寿命的制冷机及压缩机。

上述课题从第1观点出发，能够通过如下制冷机解决。

本发明提供一种制冷机，其具有：

压缩机；

膨胀器，使从该压缩机吐出的工作气体产生寒冷；

往复移动体，通过在所述压缩机内进行往复移动而使所述工作气体压缩或膨胀；及

板簧单元，在所述压缩机内将所述往复移动体支承为能够进行往复移动，其特征在于，

所述板簧单元具备：

板簧，具有固定于所述压缩机的第1缘部、配设于该第1缘部内侧并且安装于所述往复移动体的第1毂部及将所述第1毂部支承为能够相对于所述第1缘部移动的弹性臂；及

辅助弹簧，具有固定于所述压缩机的第2缘部、配设于该第2缘部内侧并且安装于所述往复移动体的第2毂部及从所述第2缘部及所述第2毂部的至少其中之一以悬臂形状伸出的辅助弹簧部，

构成为在一对所述辅助弹簧之间配设所述板簧，并且在配设状态下使得所述辅助弹簧部与所述弹性臂对置。

此外，本发明还提供一种压缩机，其具有：

往复移动体，通过进行往复移动而使工作气体压缩或膨胀；

板簧单元，将所述往复移动体支承为能够进行往复移动，

所述压缩机的特征在于，

所述板簧单元具备：

板簧，具有固定于所述压缩机的第1缘部、配设于该第1缘部的内侧并且安装于所述往复移动体的第1毂部、将所述第1毂部支承为能够相对于所述第1缘部移动的弹性臂；及

辅助弹簧，具有固定于所述压缩机的第2缘部、配设于该第2缘部的内侧并且安装于所述往复移动体的第2毂部、悬臂支承于所述第2缘部及所述第2毂部的至少其中之一的辅助弹簧部，

所述板簧单元构成为在一对所述辅助弹簧之间配设所述板簧，并且在配设状态下，所述辅助弹簧部与所述弹性臂对置。

采用本发明，由于在板簧的弹性臂的易产生应力集中的部位上配设辅助弹簧部，因此能够防止因应力集中所致的板簧受损的情况。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的制冷机及压缩机的剖视图。

图2是设置于本发明的一实施方式的制冷机及压缩机的板簧单元的分解立体图。

图3是放大表示构成板簧单元的板簧的图。

图4是放大表示构成板簧单元的辅助弹簧的图。

图5是放大表示构成板簧单元的压板的图。

图6是用于说明板簧单元的动作的图。

图中：1-制冷机，2-压缩机，3-膨胀器，4-相位控制部，5-壳体，6-缸体，7-活塞，8-线性马达，12-压缩室，14-支承部件，15-板簧单元，16-压板，16A-压板缘部，16B-压板毂部，16C、17C、18C-缘部侧按压部，16D、17D、18D-毂部侧按压部，16E、17E-空间部，16F、17F、18F-安装孔，17-辅助弹簧，17A-辅助弹簧缘部，17B-辅助弹簧毂部，17G-缘部侧辅助弹簧部，17H-毂部侧辅助弹簧部，18-板簧，18A-板簧缘部，18B-板簧毂部，18E-狭缝，18G-弹性臂部，19-支承架，30-蓄冷器，31-脉冲管，32-低温热交换器，33-热交换器，40-惯性管，41-缓冲罐。

具体实施方式

下面，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

图1表示本发明的一实施方式的制冷机。本实施方式中，作为制冷机以斯特林型脉冲管制冷机1（以下，简称为制冷机）为例进行说明。该制冷机1大体包括压缩机2、膨胀器3及相位控制部4。

压缩机2的结构为在壳体5的内部设置有缸体6、活塞7、线性马达8及板簧单元15等。

缸体6设置成在壳体5的中央部朝向图中左右方向延伸。该缸体6的内部配设有一对对置配置的活塞7（相当于权利要求中记载的往复移动体）。活塞7构成为在缸体6内能够沿轴向（图1中左右方向）进行直线往复移动。该一对活塞7之间形成有压缩室12。该压缩室12通过通道13与膨胀器3连接。

线性马达8分别设置于各活塞7上。该线性马达8驱动活塞7使其在缸体6内进行往复移动。该线性马达8构成为具有永久磁铁9、电磁线圈10、磁轭11及支承架19。

永久磁铁9利用支承架19固定于活塞7。因此，永久磁铁9与活塞7一体移动。另外磁轭11固定于壳体5。该磁轭11上形成有环状的凹部，永久磁铁9构成为在该凹部内能够沿轴向移动。

电磁线圈10配设在磁轭11的与永久磁铁9对置的位置（凹部的内部）。向该电磁线圈10供给来自未图示电源的规定频率的交流电流。若交流电流供给到电磁线圈10，则在永久磁铁9与电磁线圈10之间产生向轴向的驱动力。如上所述，由于电磁线圈10固定于磁轭11上，因此活塞7通过线性马达8所产生的驱动力在缸体6内向轴向驱动。

板簧单元15构成为其外周部分（后述缘部层叠体）通过支承部件14固定于壳体5，并且其内周部分（后述毂部层叠体）固定有活塞7。该板簧单元15具有支撑活塞7以使其能够在压缩机2内进行往复移动的功能。因此，若活塞7通过线性马达8被向轴向驱动，则板簧单元15允许活塞7的轴向移动，并且在移动时对活塞7沿与由线性马达8进行驱动的驱动方向相反的方向施加反弹力。

由此各活塞7在缸体6内向轴向进行往复移动，随此使压缩室12内的工作气体的压力升降。该压缩室12内的工作气体的压力变动经通道13供给到膨胀器3，且据此在膨胀器3产生寒冷。另外，为了便于说明，对板簧单元15的详细结构进行后述。

膨胀器3具有蓄冷器30、脉冲管31、低温热交换器32及热交换器33等，并构成脉冲管制冷机。

蓄冷器30构成为在筒状体内部装填有积蓄寒冷的蓄冷材料。脉冲管31为圆筒状的管，经低温热交换器（冷头）32连接于蓄冷器30。另外，本实施方式中作为蓄冷器30与脉冲管31的连接类型例示了折回型，但也可使用直列型。

接着，对脉冲管制冷机的动作进行说明。从压缩机2供给的工作气体的能量通过蓄冷器30、低温热交换器32及脉冲管31并在相位控制部4消耗。相位控制部4例如由惯性管40及缓冲罐41构成，并在脉冲管31内，工作气体的压力与变位之间产生相位差。

在蓄冷器30与脉冲管31之间产生相当于产生了相位差的工作气体从等温状态过渡到绝热状态时所消耗的做功量的能量间隙，为了插补其差异而从低温热交换器32引起吸热并产生寒冷。另一方面，在配设于脉冲管31的高温侧（图1中下端部）的散热器23中，对从低温热转换器32中吸到的热量进行散热。通过反复进行这一系列的动作使得热性连接于低温热交换器32的被冷却物得以冷却。

接着，参考图2～图5对板簧单元15的结构进行详细说明。

如图2所示，板簧单元15为层叠多个压板16、辅助弹簧17及板簧18的结构。本实施方式所涉及的板簧单元15包括2个压板16、3个辅助弹簧17及2个板簧18。然而，各结构16、17、18的配设个数并不限于此。

压板16配设于板簧单元15的两端部。板簧18配设于一对辅助弹簧17之间。该压板16、辅助弹簧17及板簧18均通过对不锈钢等金属板材进行冲压加工而形成。

图3放大表示压板16。如该图所示，压板16具有位于外侧的压板缘部16A、位于内侧的压板毂部16B。

压板缘部16A呈环状，在其规定位置（在本实施方式中为间隔120度的位置）形成有向内侧伸出的三角形状的缘部侧按压部16C。

压板毂部16B呈直径比压板缘部16A的直径还小的环状，并配设于压板缘部16A的内侧位置。在该压板毂部16B的规定位置（本实施方式中为间隔120度的位置）形成有向外侧伸出的毂部侧按压部16D。另外，在压板毂部16B的内侧形成有安装孔16F。所述活塞7插入于该安装孔16F。

另外，压板缘部16A与压板毂部16B为分体，在组装于板簧单元15的状态下，在压板缘部16A与压板毂部16B之间形成有空间部16E。另外，在组装完的状态下，后述板簧18的弹性臂部18G将位于该空间部16E内。

图4放大表示辅助弹簧17。如该图所示，辅助弹簧17具有位于外侧的辅助弹簧缘部17A、位于内侧的辅助弹簧毂部17B。

辅助弹簧缘部17A呈环状，在与形成于所述压板16的缘部侧按压部16C相对应的位置形成有向内侧伸出的三角形状的缘部侧按压部17C。

辅助弹簧毂部17B呈直径比辅助弹簧缘部17A的直径还小的环状，并配设于辅助弹簧缘部17A的内侧位置。在该辅助弹簧毂部17B的与形成于所述压板16的毂部侧按压部16D相对应的位置形成有向外侧伸出的毂部侧按压部17D。另外，在辅助弹簧毂部17B的内侧形成有用于插入活塞7的安装孔17F。

另外，辅助弹簧缘部17A与辅助弹簧毂部17B为分体，在组装于板簧单元15的状态下，辅助弹簧缘部17A与辅助弹簧毂部17B之间也形成有空间部17E，后述板簧18的弹性臂部18G将位于此。

自辅助弹簧缘部17A的各缘部侧按压部17C形成有向空间部17E伸出的缘部侧辅助弹簧部17G。同样，自辅助弹簧毂部17B的各毂部侧按压部17D形成有向空间部17E伸出的毂部侧辅助弹簧部17H。

缘部侧辅助弹簧部17G从缘部侧按压部17C伸出，另外毂部侧辅助弹簧部17H从毂部侧按压部17D伸出。因此，缘部侧辅助弹簧部17G构成一端固定于缘部侧按压部17C且另一端为自由端的以悬臂形状伸出的板簧。同样，毂部侧辅助弹簧部17H构成一端固定于毂部侧按压部17D且另一端为自由端的以悬臂形状伸出的板簧。

图5放大表示板簧18。如该图所示，板簧18包括位于外侧的板簧缘部18A、位于内侧的板簧毂部18B及弹性臂部18G。

板簧缘部18A呈环状，在与形成于所述压板16及辅助弹簧17的缘部侧按压部16C、17C相对应的位置形成有向内侧伸出的三角形状的缘部侧按压部18C。

板簧毂部18B呈直径比板簧缘部18A的直径还小的环状，并位于板簧缘部18A的内侧。在该板簧毂部18B的与形成于所述压板16及辅助弹簧17的毂部侧按压部16D、17D相对应的位置形成有向外侧伸出的毂部侧按压部18D。另外，在板簧毂部18B的内侧形成有用于插入活塞7的安装孔18F。

弹性臂部18G的一端连结于缘部侧按压部18C，另一端连结于毂部侧按压部18D。因此，板簧缘部18A与板簧毂部18B成为通过弹性臂部18G而连结的结构。另外，在板簧缘部18A与弹性臂部18G之间及板簧毂部18B与弹性臂部18G之间形成有狭缝18E。因此，弹性臂部18G作为两端被支承的板簧发挥作用。该弹性臂部18G起到将板簧毂部18B支承为能够相对板簧缘部18A移动的功能。

在具有上述结构的压板16、辅助弹簧17及板簧18中，压板缘部16A、辅助弹簧缘部17A及板簧缘部18A为相同形状。另外，压板毂部16B、辅助弹簧毂部17B及板簧毂部18B也为相同形状。

因此，如图2所示，当组装多个压板16、辅助弹簧17及板簧18来构成板簧单元15时，压板缘部16A、辅助弹簧缘部17A及板簧缘部18A成为层叠状态（以下，将其称为缘部层叠体），在该缘部层叠体的内侧位置，压板毂部16B、辅助弹簧毂部17B及板簧毂部18B成为层叠状态（以下，将其称为毂部层叠体）。

另外，如上所述压板缘部16A与压板毂部16B、及辅助弹簧缘部17A与辅助弹簧毂部17B为分体。然而只有板簧18为其板簧缘部18A与板簧毂部18B通过弹性臂部18G连结的结构。因此，缘部层叠体与毂部层叠体为仅通过弹性臂部18G而连结的结构。

位于板簧单元15外周的缘部层叠体（图1中箭头A表示的部分）经支承部件14固定于壳体5。另外，位于板簧单元15内侧的毂部层叠体（图1中箭头B表示的部分）在各安装孔16F、17F及18F中插通活塞7，从而固定于活塞7。由此活塞7可通过板簧15在缸体6内只能进行轴向（图1中左右方向）的直线往复移动，而其他方向上的移动受到限制。因此，通过利用板簧单元15来支承活塞7，能够减少缸体6与活塞7之间的摩擦，并能够提高制冷机的可靠性及寿命。

在此，关注形成于辅助弹簧17的各辅助弹簧部17G、17H。

如图2所示，辅助弹簧17与板簧18交替层叠。具体而言，在板簧单元15内板簧18构成为配设（夹装）于一对辅助弹簧17之间。

另外，在板簧18中，弹性臂部18G设置于缘部侧按压部18C与毂部侧按压部18D之间。此外，辅助弹簧17中缘部侧辅助弹簧部17G以从缘部侧按压部17C以悬臂形状向空间部17E内伸出的方式形成，毂部侧辅助弹簧部17H以从毂部侧按压部17D以悬臂形状向空间部17E内伸出的方式形成。

因此，在组装完板簧单元15的状态下，缘部侧辅助弹簧部17G及毂部侧辅助弹簧部17H成为与弹性臂部18G对置的结构。具体而言，弹性臂部18G的缘部侧按压部18C附近的规定范围成为与缘部侧辅助弹簧部17G对置的状态。同样，弹性臂部18G的毂部侧按压部18D附近的规定范围成为与毂部侧辅助弹簧部17H对置的状态。

此时，各辅助弹簧部17G、17H的长度（图4中以箭头L1表示）短于弹性臂部18G的长度（图5中以箭头L2表示）（L1＜L2）。具体而言，各辅助弹簧部17G、17H的长度L1设为弹性臂部18G的长度L2的约10%～25%左右。

另外，各辅助弹簧部17G、17H的板厚（设为T1）被设定为小于弹性臂部18G的板厚（假定为T2）（T1＜T2）。具体而言，各辅助弹簧部17G、17H的板厚T1设为弹性臂部18G的板厚T2的约10%～40%左右。

此外，各辅助弹簧部17G、17H的刚性被设定为小于弹性臂部18G的刚性。具体而言，各辅助弹簧部17G、17H的刚性设为弹性臂部18G的刚性的约2%～10%左右。

接着，利用图6对具有上述结构的板簧单元15的动作进行说明。

图6是用于说明板簧单元15的动作的概略结构图。该图放大表示板簧单元15的毂部层叠体B（毂部侧按压部16D、毂部侧按压部17D及毂部侧按压部18D的层叠部位）的附近。

另外，图6中为了便于理解以扩大各压板16、辅助弹簧17及板簧18之间距离的方式示出，但实际上压板16、辅助弹簧17及板簧18被层叠得毫无间隙。

在活塞7不进行移动的状态下，辅助弹簧17及板簧18处于平行状态。因此，缘部侧辅助弹簧部17G与弹性臂部18G也处于平行对置的状态（以下，将该状态称为标准状态）。

若线性马达8在该标准状态下驱动，则活塞7将在缸体6内进行移动。图6表示由于活塞7的移动而使板簧单元15的毂部层叠体B（固定于活塞7的部分）相对于缘部层叠体A（固定于壳体5的部分）向图中箭头Y方向移动的状态。

如此，若毂部层叠体B相对于缘部层叠体A向Y方向移动，则连结板簧缘部18A与板簧毂部18B的弹性臂部18G将弹性变形。具体而言，弹性臂部18G以从毂部侧按压部18D向图中右下方弯曲的方式弹性变形。

如此，通过弹性臂部18G的弹性变形，弹性臂部18G抵接于位于板簧18的图中下方的辅助弹簧17的缘部侧辅助弹簧部17G，并对其向图中下方按压施力。

如上所述，缘部侧辅助弹簧部17G发挥悬臂形状的板簧的功能。因此，通过被弹性臂部18G按压施力，位于图中下方的缘部侧辅助弹簧部17G与弹性臂部18G一同发生弹性变形。另外，位于比板簧18还靠图中上方的辅助弹簧17不发生弹性变形而维持水平状态。

在此，若假定在图6中未设置一对辅助弹簧17的结构，则在板簧18的上下方只存在压板16。若设为这种结构，压板16则变为等同于以往垫片，因此会使应力集中在弹性臂部18G的图6中以箭头P1表示的位置。

然而，如本实施方式，采用在一对辅助弹簧17之间配设板簧18的结构，成为在毂部侧按压部18D与弹性臂部18G的边界位置即位置P1的上下方存在缘部侧辅助弹簧部17G的结构。另外，如上所述，若弹性臂部18G进行弹性变形，则与位于变形方向的缘部侧辅助弹簧部17G抵接，弹性臂部18G与缘部侧辅助弹簧部17G一同弹性变形。

因此，毂部侧按压部18D与弹性臂部18G的边界位置即位置P1处的剧烈变形得到抑制，从而能够减少该位置P1处的应力集中。由此，能够抑制在弹性臂部18G产生龟裂或破损，并且能够提高板簧18的可靠性及寿命。

但是，考虑到如本实施方式通过在一对辅助弹簧17之间配设板簧18，在各辅助弹簧17的毂部侧按压部17D与缘部侧辅助弹簧部17G的边界位置（图中以箭头P2表示）上，进行弹性变形时会产生应力集中的情况。

然而，缘部侧辅助弹簧部17G与弹性臂部18G不同，不发挥相对于壳体5而支承活塞7的功能，因此与弹性臂部18G相比能够带有自由度地设定弹簧常数。

具体而言，在本实施方式中，如上所述将辅助弹簧17的长度L1设定为比弹性臂部18G的长度L2小，并且将辅助弹簧17的板厚T1也设定为比弹性臂部18G的板厚T2薄，并且将缘部侧辅助弹簧部17G的刚性也设定为比弹性臂部18G的刚性小。此外，弹性臂部18G为两端支承梁形状的板簧，而缘部侧辅助弹簧部17G为悬臂状的板簧。

因此，缘部侧辅助弹簧部17G相对于弹性臂部18G弹簧常数变小，并且相对于弹性臂部18G不易产生应力集中。因此，在毂部侧按压部17D与缘部侧辅助弹簧部17G的边界位置P2产生应力的情况得到抑制，不因在辅助弹簧17设置缘部侧辅助弹簧部17G而缩短板簧单元15的寿命。

另外，在上述说明中以板簧单元15的毂部层叠体B侧的动作为例进行了说明，但在板簧单元15的缘部层叠体A侧也进行相同动作，并产生相同的作用效果。该毂部层叠体B侧动作相对于缘部层叠体A侧的动作而言只有移动方向相反而其他基本动作均相同，因此省略其说明。

以上，对本发明的优选实施方式进行了详细说明，但本发明并不限于上述特定实施方式，可在技术方案中所记载的本发明的宗旨范围内进行各种变形或变更。

产业上的可利用性

适用于本发明的板簧单元并不限于斯特林制冷机的压缩机等，能够广泛地用作将仅单向移动的移动部件支承能够移动地支承于固定部件的构件。

本申请主张基于2012年3月22日申请的日本专利申请第2012-066329号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

Claims (6)

1.一种制冷机，其具有：

压缩机；

膨胀器，使从该压缩机吐出的工作气体产生寒冷；

往复移动体，通过在所述压缩机内进行往复移动而使所述工作气体压缩或膨胀；及

板簧单元，在所述压缩机内将所述往复移动体支承为能够进行往复移动，

所述制冷机的特征在于，

所述板簧单元具备：

板簧，其具有固定于所述压缩机的第1缘部、配设于该第1缘部内侧并且安装于所述往复移动体的第1毂部、将所述第1毂部支承为能够相对于所述第1缘部移动的弹性臂；及

辅助弹簧，其具有固定于所述压缩机的第2缘部、配设于该第2缘部的内侧并且安装于所述往复移动体的第2毂部、悬臂支承于所述第2缘部及所述第2毂部的至少其中之一的辅助弹簧部，

所述板簧单元构成为在一对所述辅助弹簧之间配设所述板簧，并且所述辅助弹簧与所述板簧交替层叠得毫无间隙，在配设状态下，所述辅助弹簧部与所述弹性臂对置。

2.如权利要求1所述的制冷机，其特征在于，

所述辅助弹簧部比所述弹性臂短。

3.如权利要求1或2所述的制冷机，其特征在于，

所述辅助弹簧部的刚性小于所述弹性臂的刚性。

4.如权利要求1或2所述的制冷机，其特征在于，

所述辅助板簧部的板厚小于所述弹性臂的板厚。

5.如权利要求3所述的制冷机，其特征在于，

所述辅助板簧部的板厚小于所述弹性臂的板厚。

6.一种压缩机，其具有：

往复移动体，通过进行往复移动而使工作气体压缩或膨胀；

板簧单元，将所述往复移动体支承为能够进行往复移动，

所述压缩机的特征在于，

所述板簧单元具备：

板簧，具有固定于所述压缩机的第1缘部、配设于该第1缘部的内侧并且安装于所述往复移动体的第1毂部、将所述第1毂部支承为能够相对于所述第1缘部移动的弹性臂；及

辅助弹簧，具有固定于所述压缩机的第2缘部、配设于该第2缘部的内侧并且安装于所述往复移动体的第2毂部、悬臂支承于所述第2缘部及所述第2毂部的至少其中之一的辅助弹簧部，

所述板簧单元构成为在一对所述辅助弹簧之间配设所述板簧，并且所述辅助弹簧与所述板簧交替层叠得毫无间隙，在配设状态下，所述辅助弹簧部与所述弹性臂对置。