JP2003166471A - 往復動式圧縮機のピストン支持構造 - Google Patents

往復動式圧縮機のピストン支持構造

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resonance spring
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ヒュク リー
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ギョー ジョン ベ
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    • F04B35/045—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric using solenoids

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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
を提供しようとする。 【解決手段】 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
空間において直線往復運動するピストンと、該ピストン
の両方側に夫々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94及び第2共振スプリン
グ95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、前記シリンダーの圧縮空間側に位置
する第1共振スプリング94のスプリング常数よりその反
対側に位置する第2共振スプリングのスプリング常数95
を大きくするように往復動式圧縮機のピストン支持構造
を構成する。

Description

【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、該ピストンの両方側に夫々位置して前記ピス
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、前記シリンダー
の圧縮空間側に位置する第1共振スプリングのスプリン
グ常数（spring constant）よりその反対側に位置する
第2共振スプリングの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】本発明に係る往復動式圧縮機のピストン支
持構造の第1実施形態においては、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7
0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のスプリング常数より大きいス
プリング常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7
0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
のスプリング常数より大きいスプリング常数を有する上
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
ング常数が上記第1共振スプリング94のスプリング常数
より大きい値を有する構成に対して説明する。
【００３４】第1実施形態として、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のスプリング常数が前記第1共振スプリング94
のスプリング常数より大きくなる。
【００３５】又、第２実施形態として、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9
6のスプリング常数が前記第1共振スプリング94のスプリ
ング常数より大きくなる。
【００３６】又、第3実施形態として、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のスプリング常数が前記第1共振スプリング94
のスプリング常数より大きくなる。
【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
直径等スプリング常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（co
mbination）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のスプリング常数を前記第1共振
スプリング94のスプリング常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の他
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
プリング常数を前記第1共振スプリング94のスプリング
常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7
0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
リング常数より前記各第2共振スプリング98のスプリン
グ常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
プリング常数を上記各第1共振スプリング94のスプリン
グ常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95、96、97、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95、96、97、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9
5、96、97、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95、96、97、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95、9
6、97、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95、96、97、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95、96、97、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】本発明に係る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を示した縦断面図であ
る。
【図２】本発明に係る往復動式圧縮機のピストン支持構
造を示した断面図である。
【図３】本発明に係る往復動式圧縮機のピストン支持構
造の変形例を示した断面図である。
【図４】本発明に係る往復動式圧縮機のピストン支持構
造の他の変形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
造の他の変形例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 95、96、97、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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リー ヒュク 大韓民国，ギュンギ−ド，シヒュン，デヤ −ドン，ウォースン アパートメント 201−901 (72)発明者 ベ ギョー ジョン 大韓民国，ギュンサンナン−ド，チャンウ ォン，ボンゴク−ドン，175−７ Ｆターム(参考） 3H003 AA02 AB05 AC03 CB04 3H076 AA02 BB26 CC03 CC31 5H633 BB08 GG02 GG04 GG09 HH03 HH07 JA02 JB05

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、 前記ピストンの両方側に夫々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、 前記シリンダーの圧縮空間側に位置する前記第1共振ス
    プリングのスプリング常数よりその反対側に位置する前
    記第2共振スプリングのスプリング常数を大きくするこ
    とを特徴とする往復動式圧縮機のピストン支持構造。
  2. 【請求項２】 前記第1共振スプリング及び前記第2共振
    スプリングは、コイルスプリングとして構成され、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
    ング常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前記
    第2共振スプリングのスプリング常数を第1共振スプリン
    グのスプリング常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。
  3. 【請求項３】 前記第1共振スプリング及び前記第2共振
    スプリングは、コイルスプリングとして構成され、前記
    第2共振スプリングのコイル直径を前記第1共振スプリン
    グのコイル直径より大きくすることで、前記第2共振ス
    プリングのスプリング常数を前記第1共振スプリングの
    スプリング常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。
  4. 【請求項４】 前記第1共振スプリング及び第2共振スプ
    リングは、コイルスプリングとして構成され、前記第2
    共振スプリングの巻線数を前記第1共振スプリングの巻
    線数より大きくすることで、前記第2共振スプリングの
    スプリング常数を前記第1共振スプリングのスプリング
    常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。
  5. 【請求項５】 前記第1共振スプリング及び前記第2共振
    スプリングは、コイルスプリングとして構成されて、前
    記第2共振スプリングの平均直径を前記第1共振スプリン
    グの平均直径より小さくすることで、前記第2共振スプ
    リングのスプリング常数を前記第1共振スプリングのス
    プリング常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。
  6. 【請求項６】 前記第1共振スプリング及び前記第2共振
    スプリングは、夫々複数とされ、前記シリンダー圧縮空
    間側に位置する前記各第1共振スプリングのスプリング
    常数より前記第1共振スプリングの反対側に位置する前
    記各第2共振スプリングのスプリング常数を大きくする
    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。
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