JP2007170404A - Spring for linear compressor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact linear compressor constructed to solve a defect of former technology. <P>SOLUTION: This linear compressor is provided with a cylinder part 33 and a piston part 4. A spring 15 connects the cylinder part and the piston part. The spring is a closed loop of high fatigue strength metal wire. The loop is provided with a first straight section in a first plane and a second straight section in a second plane. The second flat plane is in parallel with the first flat plane. A first and a second spiral sections connect the first straight section and the second straight section. The spiral sections have roughly constant curvature and are arranged to have same bending direction. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、詳細には、しかし、これには限定されないが冷凍機用のリニアコンプレッサに関する。   The present invention relates in detail, but not exclusively, to a linear compressor for a refrigerator.

圧縮機、特に冷凍機用圧縮機は従来、回転電動機によって駆動されている。しかしながら、これら圧縮機の最も効率的な形態においても、回転運動を直線往復運動に変えるクランクシステムに関連した相当大きな損失が存在する。変形例として、クランクを必要としない回転式圧縮機を利用できるが、この場合も又、相当大きな摩擦損失をもたらす高い向心力が存在する。リニアモータ(直線運動電動機)によって駆動されるリニアコンプレッサは、このような損失を生じず、かかるリニアコンプレッサは、米国特許第5,525,845号明細書に開示されているような空力気体軸受を用いることができるほど低い軸受荷重で設計でき、この場合、側方に応従性のある連結ロッドを用いることにより低軸受荷重が実現されている。   A compressor, particularly a compressor for a refrigerator, is conventionally driven by a rotary electric motor. However, even in the most efficient forms of these compressors, there is a significant loss associated with a crank system that converts rotational motion into linear reciprocating motion. As a variant, a rotary compressor which does not require a crank can be used, but again there is a high centripetal force which results in a considerable friction loss. A linear compressor driven by a linear motor (linear motor) does not cause such loss, and such a linear compressor uses an aerodynamic gas bearing as disclosed in US Pat. No. 5,525,845. The bearing load can be designed to be low enough to be used. In this case, a low bearing load is realized by using a connecting rod that is compliant on the side.

空力気体軸受についての議論が、J.W.パウエル(Powell)著,「デザイン・オブ・アエロスタティック・ベアリングズ(Design of Aerostatic Bearings)」,(英国ロンドン),ザ・マシナリー・パブリシング・カンパニイ・リミテッド(The machinery Publishing Company Limited),1970年に記載されている。しかしながら、通常の製造許容差及び設備では、効率的な気体軸受の製造は困難である。   The discussion on aerodynamic gas bearings W. By Powell, “Design of Aerostatic Bearings” (London, UK), The Machinery Publishing Company Limited, 1970 Has been. However, efficient gas bearing manufacturing is difficult with normal manufacturing tolerances and equipment.

従来型圧縮機は、密閉(気密封止)ハウジング内に設置され、この密閉ハウジングは使用中、冷媒ガスのリザーバとして働く。冷媒ガスは、このリザーバから圧縮機内に引き込まれ、そして、圧縮機からハウジングへ通って延びる排気導管を介して排気される。   Conventional compressors are installed in a hermetic (hermetic seal) housing, which acts as a refrigerant gas reservoir during use. Refrigerant gas is drawn from the reservoir into the compressor and exhausted through an exhaust conduit extending from the compressor to the housing.

圧縮機の作動では、可動部品が往復動し、これが原因となって3つの軸線全てにおける圧縮機ユニットの振動が生じる。この振動の外部への騒音効果を減少させるため、圧縮機は、密閉ハウジング内に設けられた防振スプリングに取り付けられる。   In the operation of the compressor, the movable part reciprocates, and this causes vibration of the compressor unit in all three axes. In order to reduce the external noise effect of this vibration, the compressor is attached to an anti-vibration spring provided in the hermetic housing.

リニアコンプレッサの場合、ピストンは、シリンダに対して一軸方向にのみ振動し、その結果、どちらの部品のいずれであってもこれに加わる反力は一定である。この問題に対して提案された一解決策は、1対の圧縮機の釣合いを取ると共にこれら圧縮機を対向した形態で同期して作動させることである。しかしながら、この構成は、商品、例えば、家庭用電気冷蔵庫として用いるには構造が複雑過ぎ、しかもコストが高過ぎる。別の提案された解決策は、振動を軽減させるために共振釣合いおもり(バランスウエイト)を付加することである。しかしながら、この方法は、圧縮機の作動を制限する。というのは、この釣合いおもりは、負のフィードバック装置であり、基本的な不釣り合いの力に制限されるからである。別の解決策は、ガリ(Gully )及びハンス(Hanes )の論文,「バイブレーション・キャラクタリスティックス・オブ・スモール・ロータリ・アンド・リニア・クライオジェニック・クーラーズ・フォア・アイアール・システムズ(Vibration characteristics of small rotary and linear cryogenic coolers for IR systems)」,米国マサチューセッツ州プリマスで開かれた第6回国際クライオクーラ会議の議事録所収,1990年において提案されている。この解決策では、ハウジング内での圧縮機のピストン部とシリンダ部を別々に支持して「固定子が釣合いおもりとして働く」ようにすることが要件とされている。しかしながら、この設計の具体化に当たり、家庭用電気冷蔵庫では、ピストンの質量が小さい場合に問題が生じる。かかる圧縮機では、吐出圧力が増大すると、圧縮ガスの力がばね(「ガススプリング」)として働き、このばね作用は、吐出圧力の増大につれて運転速度を増加させる。これは、「第3」振動モード(この場合、ピストン及びシリンダは、互いに同相で振動するが圧縮機シェルとは異相で振動する)は、望ましい「第2」モード(この場合、シェルは、振動せず、ピストンとシリンダは異相状態にある)よりもほんの僅かしか高くないので問題である。この結果、「ガススプリング」が働いて「第2」モード周波数を「第3」モードまで効果的に高め、最終的にこれよりも高くすると、シェルは許容しがたいレベルで振動し始める。   In the case of a linear compressor, the piston vibrates only in one axial direction with respect to the cylinder, and as a result, the reaction force applied to any of these components is constant. One proposed solution to this problem is to balance a pair of compressors and operate the compressors synchronously in opposed configurations. However, this configuration is too complex and costly to be used as a commodity, for example, a home electric refrigerator. Another proposed solution is to add a resonant counterweight (balance weight) to reduce vibrations. However, this method limits the operation of the compressor. This is because the counterweight is a negative feedback device and is limited to basic unbalance forces. Another solution is the Gully and Hanes paper, “Vibration Characteristics of Small Rotary and Linear Cryogenic Coolers for IAR Systems”. "Small rotary and linear cryogenic coolers for IR systems", proposed in the minutes of the 6th International Cryocooler Meeting held in Plymouth, Massachusetts, USA, 1990. In this solution, it is required that the piston portion and the cylinder portion of the compressor in the housing are separately supported so that the “stator acts as a counterweight”. However, in implementing this design, a problem arises in home electric refrigerators when the mass of the piston is small. In such a compressor, when the discharge pressure increases, the force of the compressed gas acts as a spring (“gas spring”), and this spring action increases the operating speed as the discharge pressure increases. This is because the “third” vibration mode (in this case, the piston and cylinder vibrate in phase with each other, but out of phase with the compressor shell) is the desired “second” mode (in this case, the shell vibrates). The problem is that the piston and cylinder are only slightly higher than As a result, when the “gas spring” is activated and the “second” mode frequency is effectively increased to the “third” mode, and finally higher than this, the shell begins to vibrate at an unacceptable level.

多くの用途にとっては圧縮機は小さなサイズのものであることが望ましい。これにより、スプリング及びこれらの共振システムを含む全ての部品が小型化される。圧縮機を小型化するには、圧縮機がより高い周波数で作動することが必要である。小型化と高い周波数の組合せにより、スプリング部品の応力が増大する。リニアコンプレッサの中には、メインスプリングがばね鋼プレス加工シートで作られているものがある。プレス加工作業で切断された縁部は、ばね鋼シートの元の強度を回復するよう注意深い研磨が必要であり、多くの場合、偶発的な応力集中により破損を生じることが判明している。   For many applications, it is desirable for the compressor to be of a small size. This reduces the size of the spring and all components including these resonant systems. To reduce the size of the compressor, it is necessary for the compressor to operate at a higher frequency. The combination of miniaturization and high frequency increases the stress on the spring component. In some linear compressors, the main spring is made of a spring steel stamped sheet. It has been found that the edges cut in the press work need to be carefully ground to restore the original strength of the spring steel sheet, and in many cases breakage due to accidental stress concentration.

圧縮機に関する別の問題は一般に、特に圧縮機シリンダ及びシリンダヘッドの付近で熱が発生することにある。熱の発生は、可動部品相互間の摩擦及び圧縮冷媒から伝わる熱に起因する。熱の発生により、摩耗の増大及び圧縮機の運転期間につれて変化する部品相互間の運転上の条件及び許容誤差について重要な問題が生じる。これらの作用効果は、長期化にわたって作動し、しかも、特に空力気体軸受システムが用いられている場合、厳密なクリアランスが特に重要であるリニアコンプレッサについて特に著しい場合がある。   Another problem with compressors is generally that heat is generated, particularly near the compressor cylinder and cylinder head. Heat generation is caused by friction between moving parts and heat transferred from the compressed refrigerant. The generation of heat raises important issues regarding operating conditions and tolerances between parts that change with increasing wear and compressor operating time. These effects can be particularly noticeable for linear compressors that operate over a long period of time and where strict clearance is particularly important, especially when aerodynamic gas bearing systems are used.

もう1つの加熱による効果は、圧縮後に圧縮空間内に残存している冷媒からの再膨張に先立つ不可逆的な熱損失に起因している。リニアコンプレッサでは、クランク駆動圧縮機の場合の最高5%と比べて、最高15%の圧縮冷媒が追い出されない場合がある。従来型圧縮機では無視できるほどのこの熱源は、リニアコンプレッサでは重要な源である。   Another effect of heating is due to irreversible heat loss prior to re-expansion from the refrigerant remaining in the compression space after compression. In linear compressors, up to 15% of compressed refrigerant may not be expelled, compared to up to 5% in the case of crank-driven compressors. This heat source, which is negligible for conventional compressors, is an important source for linear compressors.

圧縮機のシリンダ及びシリンダヘッドを冷却する一方法では、その後の冷凍システム内で凝縮器から供給される液体冷媒を用いることである。例えば、米国特許第2,510,887号明細書では、凝縮器からの液体冷媒は、シリンダを包囲している第1の冷却ジャケットに、そこから圧縮機ヘッドを包囲する第2の冷却ヘッドに供給され、その後、ベンチュリ装置からシリンダヘッドと凝縮器を互いに連結する排出ライン中へ放出される。これは、標準型クランク駆動圧縮機の場合である。また、標準型クランク駆動圧縮機の場合、米国特許第5,694,780号明細書は、凝縮器からの液体冷媒をポンプにより高圧に昇圧させる回路を示している。この液体冷媒は、圧縮機シリンダを包囲している冷却ジャケット内へ圧送される。液体冷媒は、冷却ジャケットから排出マニホルドへ、そして圧縮機のシリンダヘッド内へ追い出され、このシリンダヘッド内で、圧縮機から出ている圧縮冷媒と混ざり合う。この構成は、液体冷媒をシリンダを包囲している冷却ジャケットを通し、次に、圧縮ガスの圧力に抗して排出マニホルド内へ押し込む追加のポンプが必要であるという不利益を持っている。   One way to cool the compressor cylinder and cylinder head is to use liquid refrigerant supplied from a condenser in a subsequent refrigeration system. For example, in US Pat. No. 2,510,887, liquid refrigerant from a condenser is directed to a first cooling jacket that surrounds a cylinder and from there to a second cooling head that surrounds a compressor head. And then discharged from the venturi device into a discharge line connecting the cylinder head and the condenser to each other. This is the case for a standard crank drive compressor. Further, in the case of a standard crank drive compressor, US Pat. No. 5,694,780 shows a circuit for boosting liquid refrigerant from a condenser to a high pressure by a pump. This liquid refrigerant is pumped into a cooling jacket surrounding the compressor cylinder. The liquid refrigerant is expelled from the cooling jacket to the discharge manifold and into the cylinder head of the compressor, where it mixes with the compressed refrigerant exiting the compressor. This arrangement has the disadvantage that an additional pump is needed to push liquid refrigerant through the cooling jacket surrounding the cylinder and then into the exhaust manifold against the pressure of the compressed gas.

多くのリニアコンプレッサは、商品である既存の回転式及び往復動式圧縮機の交換の際、ドロップ(drop)として予定されていたので、従来型圧縮機シートの内側に形成されている。これを達成するため、固定子、アーマチュア、シリンダ及びピストンが全て同心状に収納されたコンパクトなサイズの圧縮機が製造された。しかしながら、従来型圧縮機の寸法形状は、冷凍機の機械用コンパートメントのサイズを制限し、それにより、圧縮機を包囲するコンパートメントに無駄な空間が生じることになる。   Many linear compressors were designed as drops upon replacement of existing commercial rotary and reciprocating compressors, so they are formed inside conventional compressor seats. To achieve this, a compact size compressor was manufactured in which the stator, armature, cylinder and piston were all concentrically housed. However, the size and shape of the conventional compressor limits the size of the refrigerator's mechanical compartment, thereby creating wasted space in the compartment surrounding the compressor.

本発明の目的は、上述の欠点を解決するよう構成されたコンパクトなリニアコンプレッサを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a compact linear compressor configured to solve the above-mentioned drawbacks.

第1の態様において、本発明は、
リニアコンプレッサのシリンダとピストン部の間に連結されるスプリングであって、
第1の平面内にある第1の直線部分と、前記第1の平面と平行な第2の平面内にある第2の直線部分と、略一定の曲率の第1および第2の螺旋部分とを備えた高疲労強度金属ワイヤの閉ループを備え、
前記各螺旋部分が前記第1の直線部分の端と第2の直線部分の端とを連結し、
前記螺旋部分が前記第1部分から第2部分に動く同じ湾曲の方向を有しているスプリングである。
In a first aspect, the present invention provides:
A spring connected between a cylinder and a piston of a linear compressor,
A first straight portion in a first plane, a second straight portion in a second plane parallel to the first plane, and first and second spiral portions having a substantially constant curvature. With a closed loop of high fatigue strength metal wire with
Each helical portion connects the end of the first straight portion and the end of the second straight portion;
A spring having the same curving direction in which the helical portion moves from the first portion to the second portion.

他の態様において、本発明は、
シリンダ部と、
ピストン部と、
上述したスプリングであって、前記シリンダ部とピストン部との間に延び前記シリンダ部を前記第1の直線部分に連結し前記ピストン部を第2の直線部分に連結するスプリングと、を備えているリニアコンプレッサである。
In another aspect, the present invention provides
A cylinder part;
A piston part;
A spring that extends between the cylinder portion and the piston portion and connects the cylinder portion to the first linear portion and connects the piston portion to the second linear portion. It is a linear compressor.

さらに他の態様において、本発明は、
リニアコンプレッサのピストンをリニアコンプレッサのスプリングに連結できるようにリニアコンプレッサを製造する方法であって、
(a)前記コンプレッサのボア内で所定軸線方向位置に前記ピストンを配置するステップと、
(b)前記ピストンを、スプリングの所定変位に基づく位置または所定の反力を生じる位置でシリンダ部に既に連結されているスプリングのピストン連結位置に配置するステップと、
(c)前記ピストンと前記スプリングのピストン連結位置とを、前記ステップ(a)および(b)で得られた分離位置に従って固定された軸線方向分離位置で、接合するステップと、を備え、
ステップ(a)および(b)はどちらが先でも良い、方法である。
In yet another aspect, the invention provides:
A method of manufacturing a linear compressor so that a piston of the linear compressor can be connected to a spring of the linear compressor,
(A) disposing the piston at a predetermined axial position within the bore of the compressor;
(B) disposing the piston at a piston coupling position of a spring that is already coupled to the cylinder portion at a position based on a predetermined displacement of the spring or a position that generates a predetermined reaction force;
(C) joining the piston and the piston coupling position of the spring at an axial separation position fixed according to the separation position obtained in steps (a) and (b),
Steps (a) and (b) are methods in which either may be first.

当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の種々の実施形態及び用途の多くの変形例を想到できよう。本明細書における開示は、例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。   Those skilled in the art will envision many variations on the various embodiments and applications of the invention without departing from the scope of the invention as set forth in the claims. The disclosure herein is merely exemplary and is not intended to limit the invention.

全体構成
図示の本発明の実用的な実施形態は、密閉ケーシング内で作動する共振作用で往復動する圧縮機を駆動する永久磁石リニアモータを含む。圧縮機は、シリンダボア71内で往復動し、シリンダのヘッド側端部のところに設けられた圧縮空間内に引き込まれ、そして、これから追い出される作動流体で作動するピストン3,4を有している。シリンダに連結されたシリンダヘッダ27が、シリンダボア71の開口端部を密閉して圧縮空間を形成し、このシリンダヘッドは、入口弁118、出口弁119及び関連のマニホルドを有している。圧縮状態の作動ガスは、出口弁119を通って圧縮空間から出て排出マニホルドに流入する。排出マニホルドは、圧縮作動流体を、シリンダ71を包囲している冷却ジャケット29内へ導く。排出管18が、冷却ジャケット29から密閉ケーシングを通って外へ延びている。
The practical embodiment of the present invention shown in the overall configuration includes a permanent magnet linear motor that drives a reciprocating compressor that operates in a closed casing. The compressor has pistons 3 and 4 that reciprocate in the cylinder bore 71, are drawn into a compression space provided at the end of the cylinder on the head side, and operate with a working fluid that is expelled therefrom. . A cylinder header 27 coupled to the cylinder seals the open end of the cylinder bore 71 to form a compression space, and the cylinder head has an inlet valve 118, an outlet valve 119 and an associated manifold. The compressed working gas exits the compression space through outlet valve 119 and flows into the exhaust manifold. The exhaust manifold directs the compressed working fluid into the cooling jacket 29 that surrounds the cylinder 71. A discharge pipe 18 extends out of the cooling jacket 29 through the sealed casing.

シリンダ71及びジャケット29は、単一部品33(例えば、鋳物)として一体形成されている。ジャケット29は、シリンダ71の往復動軸線と実質的に整列していて、シリンダ71を包囲した1または2以上の開口チャンバ32を有している。開口チャンバ32は、ジャケット内空間を(シリンダヘッド組立体27によって)形成するよう実質的に密閉されている。
リニアモータは、シリンダ鋳物33にしっかりと連結された1対の互いに反対側に位置した固定子部分5,6を有している。
The cylinder 71 and the jacket 29 are integrally formed as a single part 33 (for example, a casting). The jacket 29 has one or more open chambers 32 that are substantially aligned with the reciprocating axis of the cylinder 71 and surround the cylinder 71. The open chamber 32 is substantially sealed to form an inner jacket space (by the cylinder head assembly 27).
The linear motor has a pair of oppositely located stator portions 5, 6 that are firmly connected to the cylinder casting 33.

シリンダ71内で往復動するピストン3,4は、スプリングシステムを介してシリンダ組立体27に連結されている。スプリングシステムは、その固有の共振振動数で又はこれに近い振動数で動作する。スプリングシステムの主要なスプリング要素は、メインスプリング15である。ピストン3,4は、ピストンロッド47を介してメインスプリング15に連結されている。メインスプリング15は、シリンダ鋳物33から延びる1対の脚部41に連結されている。1対の脚部41、固定子部分5,6、シリンダ成形品33及びシリンダヘッド組立体27は一緒になって、スプリングシステムの説明の際にシリンダ部1と称されるものを構成する。   The pistons 3 and 4 that reciprocate in the cylinder 71 are connected to the cylinder assembly 27 via a spring system. The spring system operates at or near its own resonant frequency. The main spring element of the spring system is the main spring 15. The pistons 3 and 4 are connected to the main spring 15 via a piston rod 47. The main spring 15 is connected to a pair of leg portions 41 extending from the cylinder casting 33. The pair of leg portions 41, the stator portions 5 and 6, the cylinder molded product 33, and the cylinder head assembly 27 together constitute what is referred to as the cylinder portion 1 when the spring system is described.

ピストンロッド47は、ピストン3,4をメインスプリング15に連結している。ピストンロッド47は、好ましくは、剛性ピストンロッドである。ピストンロッドは、これに沿って互いに間隔を置いて設けられた複数の永久磁石2を有し、リニアモータのアーマチュアを形成している。   The piston rod 47 connects the pistons 3 and 4 to the main spring 15. The piston rod 47 is preferably a rigid piston rod. The piston rod has a plurality of permanent magnets 2 spaced from each other along the piston rod, and forms an armature of a linear motor.

ピストン3,4とシリンダ71との間に働く摩擦力を小さくするため、特に、側方荷重を減少させるため、ピストンロッド47は、メインスプリング15とピストン3,4の両方に弾性的且つ可動的に連結されている。特に、可撓性連結部が、メインスプリング15に設けられた一体成形ボタン49とピストンロッド47との間の融合プラスチック連結部の形態でメインスプリングとピストンロッド47のメインスプリング側端部48との間に形成されている。ピストンロッド47は、その他端部のところに、1対の互いに間隔を置いて位置した円形フランジ3,36を有し、これらフランジは、ピストンスリーブ4内に嵌まり込んでピストンを形成している。フランジ3,36は、ピストンロッド47の1対のヒンジ止め領域35,37と連続した状態でこれらと交互に配置されている。1対のヒンジ止め領域35,37は、互いに直角をなした主曲げ軸線を有するよう形成されている。   In order to reduce the frictional force acting between the pistons 3 and 4 and the cylinder 71, and in particular to reduce the lateral load, the piston rod 47 is elastic and movable on both the main spring 15 and the pistons 3 and 4. It is connected to. In particular, the flexible connecting portion is formed between the main spring and the end 48 on the main spring side of the piston rod 47 in the form of a fusion plastic connecting portion between the integrally formed button 49 provided on the main spring 15 and the piston rod 47. It is formed between. The piston rod 47 has a pair of spaced apart circular flanges 3, 36 at the other end, which are fitted into the piston sleeve 4 to form a piston. . The flanges 3 and 36 are alternately arranged with the pair of hinged regions 35 and 37 of the piston rod 47 in a continuous state. The pair of hinged regions 35 and 37 are formed to have main bending axes that are perpendicular to each other.

ピストンロッド47のメインスプリング側端部48は、メインスプリング15へのその連結部によって効果的に半径方向に支持されている。メインスプリング15は、往復運動を可能にするが、側方運動又はシリンダ内でのピストンの往復方向に対し横断方向の運動に実質的に抵抗するように構成されている。本発明の好ましい実施形態では、横方向剛性は、軸方向剛性の約3倍である。   The main spring side end 48 of the piston rod 47 is effectively supported in the radial direction by its connecting part to the main spring 15. The main spring 15 is configured to allow reciprocal motion but substantially resist lateral motion or transverse motion relative to the reciprocating direction of the piston within the cylinder. In a preferred embodiment of the present invention, the lateral stiffness is about 3 times the axial stiffness.

シリンダ部を構成する組立体は、密閉ケーシング内にしっかりとは取付けられていない。この組立体は、ケーシングへの支持連結部、即ち、排出管18、液体冷媒注入ライン34及びリヤ支持スプリング39から離れてピストンの往復方向に自由に動くことができる。排出管18、液体冷媒注入ライン34及びリヤ支持スプリング39は各々、シリンダ内でのピストンの往復方向に既知の特性のばねであるように形成されている。例えば、管18,34を、密閉ケーシング30を貫通して延びるこれらの端部に隣接して渦巻き又は螺旋スプリングの状態に形成するのがよい。
往復運動全体は、ピストン3,4とシリンダ部の運動の合計である。
The assembly constituting the cylinder part is not securely mounted in the sealed casing. The assembly is free to move in the reciprocating direction of the piston away from the support connection to the casing, i.e. the discharge pipe 18, the liquid refrigerant injection line 34 and the rear support spring 39. The discharge pipe 18, the liquid refrigerant injection line 34, and the rear support spring 39 are each formed to have a known characteristic in the reciprocating direction of the piston in the cylinder. For example, the tubes 18, 34 may be formed in a spiral or helical spring adjacent to their ends extending through the sealed casing 30.
The entire reciprocation is the sum of the movements of the pistons 3 and 4 and the cylinder part.

気体軸受
ピストン3,4は、空力気体軸受によってシリンダ内に半径方向に支持されている。圧縮機のシリンダ部は、ボア71が貫通して設けられたシリンダ鋳物33及びボア31内に設けられたシリンダライナ10を有している。シリンダライナ10は、ピストンの摩耗を減少させる適当な摩耗材料で作るのがよい。例えば、このシリンダライナを、繊維強化プラスチック複合材、例えば、15%PTFE入りの炭素繊維強化ナイロン(これを又、ピストンロッド及びスリーブに付いても好ましい)から作るのがよく、或いは、黒鉛フレークの自己潤滑性効果を備えた鋳鉄であってもよい。シリンダライナ10を貫通して開口部31が設けられ、この開口部31は、シリンダライナの外側円筒形表面70からその内部ボア71まで延びている。ピストン3,4は、内部ボア71内で移動し、これら開口部31は、気体軸受を形成する。圧縮ガスが一連の気体軸受通路によって開口部31に供給される。気体軸受通路は、これらの他端部が気体軸受供給マニホルドに開口し、この供給マニホルドは、シリンダライナ10の周りでそのヘッド側端部のところにおいてライナ10とシリンダボア71との間に環状チャンバとして形成されている。気体軸受供給マニホルドは、細い供給通路73により圧縮機ヘッドの圧縮ガスマニホルドによってガスが供給される。供給通路73のサイズが小さいので、軸受供給マニホルド内の圧力が制御され、この結果、気体軸受のガス消費量が制限される。
The gas bearing pistons 3 and 4 are supported radially in the cylinder by aerodynamic gas bearings. The cylinder portion of the compressor includes a cylinder casting 33 provided with a bore 71 passing therethrough and a cylinder liner 10 provided within the bore 31. The cylinder liner 10 may be made of a suitable wear material that reduces piston wear. For example, the cylinder liner may be made from a fiber reinforced plastic composite, such as carbon fiber reinforced nylon with 15% PTFE (which is also preferred for piston rods and sleeves), or graphite flakes. It may be cast iron having a self-lubricating effect. An opening 31 is provided through the cylinder liner 10, and this opening 31 extends from the outer cylindrical surface 70 of the cylinder liner to its inner bore 71. The pistons 3 and 4 move within the internal bore 71, and these openings 31 form gas bearings. Compressed gas is supplied to the opening 31 by a series of gas bearing passages. The other ends of the gas bearing passages open into the gas bearing supply manifold, which is a circular chamber between the liner 10 and the cylinder bore 71 around the cylinder liner 10 at its head end. Is formed. The gas bearing supply manifold is supplied with gas by the compressed gas manifold of the compressor head through a narrow supply passage 73. Since the size of the supply passage 73 is small, the pressure in the bearing supply manifold is controlled, and as a result, the gas consumption of the gas bearing is limited.

気体軸受通路は、シリンダライナ10の外壁70に設けられた溝80として形成されている。これら溝80は、他のシリンダボア71の壁と組み合わさって開口部31に通じる密閉通路を形成している。変形例として溝をシリンダボア71の内壁に設けてもよいが、これら溝はシリンダ鋳物33よりもライナ10側に、しかも、その内面よりも外面のほうに一層容易に形成されることは理解されよう。通路を穿孔又は中ぐりする必要無く、溝を一方又は他方の部品の表面に機械加工できることは、製造上の顕著な改良点である。   The gas bearing passage is formed as a groove 80 provided in the outer wall 70 of the cylinder liner 10. These grooves 80 are combined with the walls of other cylinder bores 71 to form a sealed passage that leads to the opening 31. As a modification, grooves may be provided in the inner wall of the cylinder bore 71, but it will be understood that these grooves are formed more easily on the liner 10 side than the cylinder casting 33 and on the outer surface rather than the inner surface. . The ability to machine grooves in the surface of one or the other part without the need to drill or bore the passage is a significant manufacturing improvement.

気体軸受通路内での圧力降下は、ピストン3,4とシリンダライナ10のボア71と間の出口流の圧力降下に類似している必要があることが判明した。ピストン3,4とシリンダライナボア71との間の隙間(効果的なコンパクトな圧縮機を得るため)は10〜15ミクロンに過ぎないので、通路の断面寸法も又、非常に小さいことが必要である(深さ約40ミクロン、幅150ミクロン)、寸法がこのように小さいので、製造が困難になる。   It has been found that the pressure drop in the gas bearing passage must be similar to the pressure drop in the outlet flow between the pistons 3, 4 and the bore 71 of the cylinder liner 10. Since the clearance between the pistons 3 and 4 and the cylinder liner bore 71 (to obtain an effective compact compressor) is only 10-15 microns, the cross-sectional dimension of the passage must also be very small. Certain (depth about 40 microns, width 150 microns), the dimensions are so small that manufacturing is difficult.

しかしながら、本発明の好ましい実施形態では、通路の長さを増大させて断面積も又、例えば70ミクロン×200ミクロンまで増大させることによりこのマッチングが容易になる。これは、ライナ部10の表面に任意適当な形状の溝80を形成できることを利用している。任意の経路を持つ溝80を形成することができ、もし曲がりくねった経路を選択すれば、溝80の長さは、気体軸受供給マニホルド及びそれぞれの気体軸受形成開口部31からの直接的な経路よりも著しく長い場合がある。好ましい実施形態は、螺旋経路を辿る気体軸受溝80を有している。それぞれの経路の長さは、通路の好ましい断面積に従って形成され、かかる好ましい断面積は、製造(機械加工又は場合によっては或る他の形態、例えば、精密成形による製造)を容易にするために選択できる。   However, in a preferred embodiment of the present invention, this matching is facilitated by increasing the length of the passages and also increasing the cross-sectional area to, for example, 70 microns x 200 microns. This utilizes the fact that a groove 80 having any appropriate shape can be formed on the surface of the liner portion 10. A groove 80 with an arbitrary path can be formed, and if a tortuous path is selected, the length of the groove 80 is greater than the direct path from the gas bearing supply manifold and the respective gas bearing formation opening 31. May be significantly longer. The preferred embodiment has a gas bearing groove 80 that follows a helical path. The length of each path is formed according to the preferred cross-sectional area of the passage, such a preferred cross-sectional area to facilitate manufacturing (machining or in some other form, eg, manufacturing by precision molding). You can choose.

シリンダ部
固定子の各部分5,6は、巻線を備えている。固定子の各部分5,6は、巻線が中央極の周りに施された「E」字形の積層スタックを備えている。巻線は、プラスチックボビンによって積層スタックから絶縁されている。各固定子部分の特定の形態は、本発明の要部をなさず、当業者には多くの形態を想到できよう。
上述したように、シリンダ部1は、関連の冷却ジャケット29、シリンダヘッド27及びリニアモータ固定子部分5,6を備えたシリンダ71を有し、これらは全て互いにしっかりと連結された状態にある。更に、シリンダ部1は、メインスプリング15、排出管18及び液体注入管34の取付け箇所を有している。シリンダ部1は又、メインスプリング15へのシリンダ部の連結のための取付け部を更に備えている。
Each part 5 and 6 of a cylinder part stator is equipped with winding. Each part 5, 6 of the stator comprises an “E” shaped stack with windings around the central pole. The winding is insulated from the stack by a plastic bobbin. The particular form of each stator portion does not form part of the present invention, and many forms will occur to those skilled in the art.
As mentioned above, the cylinder part 1 has a cylinder 71 with an associated cooling jacket 29, cylinder head 27 and linear motor stator parts 5 and 6, all of which are firmly connected to one another. Further, the cylinder part 1 has attachment points for the main spring 15, the discharge pipe 18 and the liquid injection pipe 34. The cylinder part 1 further includes an attachment part for connecting the cylinder part to the main spring 15.

シリンダ及びジャケット鋳物33は、シリンダヘッドから遠ざかってその端部から延びる上及び下取付け脚部41を有している。スプリング15(その好ましい形態については後述する)は、一端部のところに設けられて、シリンダ鋳物33に連結可能な剛性取付けバー43を有している。1対の側方に延びるラグ又は突出部42が、シリンダ鋳物33に向かう方向に取付けバー43から間隔を置いた状態で取付けバー43から延びている。ラグ42は、取付けバー43へのスプリング端部の入口にすぐ隣接してスプリングの部分67,68と軸方向に整列するよう配置されている。シリンダ鋳物33の上及び下取付け脚部41は、それぞれ、ラグ42をそれぞれ受け入れる取付けスロットを有している。取付けスロットは、シリンダジャケット29に向かって脚部41の自由端部77から延びる取付け脚部41の内面76に設けられた切込み又はさねはぎ溝75の形態をしている。少なくとも1つのテーパした突起78が、各さねはぎ溝75の内方に向いた表面82に形成されている。かかる各突起78は、シリンダ鋳物33に向いた垂直の表面79を有し、組立て中、突起78がスナップ嵌めによる連結のための突刺又はとげ部を形成するようになっている。特に、実質的にさねはぎ溝の対向した表面82相互間の間隔にマッチしたラグ42の側方間隔は、ラグ42、又は取付け脚部41或いはこれら両方の変形によりとげ部78だけを通過するようなものである。突起又はとげ部78をいったん通過すると、ラグ42は、とげ部78の垂直面79とさねはぎ溝75の端面を形成する垂直面83との間に捕捉される。追加のさねはぎ溝又は凹み84が、取付け脚部41の各々の外面85に形成されている。このさねはぎ溝84は、外面85に沿って軸方向に延び、それぞれの取付け脚部41の自由端部77から、さねはぎ溝84の各々が少なくともその取付け脚部41の内面76に設けられたそれぞれ対応関係にあるさねはぎ溝75と出会うような距離を置いて位置している。さねはぎ溝75,84は、これらが合致し又はオーバーラップした場合、少なくとも軸方向開口部86はこれらの間に構成されるのに十分な深さのものである。   The cylinder and jacket casting 33 has upper and lower mounting legs 41 extending from its ends away from the cylinder head. The spring 15 (its preferable form will be described later) has a rigid mounting bar 43 provided at one end and connectable to the cylinder casting 33. A pair of laterally extending lugs or protrusions 42 extend from the mounting bar 43 with a spacing from the mounting bar 43 in a direction toward the cylinder casting 33. The lug 42 is arranged to be axially aligned with the spring portions 67, 68 immediately adjacent to the spring end entrance to the mounting bar 43. The upper and lower mounting legs 41 of the cylinder casting 33 each have mounting slots for receiving lugs 42 respectively. The mounting slot is in the form of a cut or tongue groove 75 provided in the inner surface 76 of the mounting leg 41 extending from the free end 77 of the leg 41 towards the cylinder jacket 29. At least one tapered protrusion 78 is formed on the inwardly facing surface 82 of each tongue and groove 75. Each such projection 78 has a vertical surface 79 facing the cylinder casting 33 such that, during assembly, the projection 78 forms a piercing or barbed portion for connection by a snap fit. In particular, the lateral spacing of the lugs 42, which substantially matches the spacing between the opposing surfaces 82 of the tongue and groove groove, passes only the barbs 78 due to deformation of the lugs 42 and / or the mounting legs 41. It ’s like that. Once passed through the protrusion or barb 78, the lug 42 is captured between the vertical surface 79 of the barb 78 and the vertical surface 83 forming the end face of the tongue groove 75. Additional tongue and groove or recesses 84 are formed in the outer surface 85 of each of the mounting legs 41. The tongue groove 84 extends in the axial direction along the outer surface 85, and each tongue groove 84 is provided at least on the inner surface 76 of the attachment leg 41 from the free end 77 of each attachment leg 41. They are located at a distance such that they meet the corresponding ridge grooves 75. The tongue and groove grooves 75, 84 are deep enough that at least the axial opening 86 is configured between them when they meet or overlap.

好ましくは打抜き加工されて折り曲げられた非磁性板金で作られたクランプスプリング87には、1対の取付け脚部41と嵌合できるよう中央開口部88が設けられている。クランプスプリング87は、各取付け脚部41と関連した後方に延びる脚部89を有している。これら脚部89の自由端部90は、取付け脚部41の外面のさねはぎ溝84内で摺動し、外側さねはぎ溝84と内側さねはぎ溝75との間で軸方向開口部86を通過するほど十分小さい。メインスプリングの取付けバー43の脚部42が取付け脚部41の内側さねはぎ溝75内の定位置に位置した状態で、これら自由端部90は、ラグ42に圧接し、これらをそれぞれとげ部78の垂直面79に当接状態に保持する。加重状態でのクラフトばね87の保持により、所定の予備荷重がラグ42に供給される。   A center opening 88 is provided in the clamp spring 87 which is preferably made of a non-magnetic sheet metal which is punched and bent so that the clamp spring 87 can be fitted to the pair of mounting legs 41. The clamp spring 87 has a leg 89 extending rearward in association with each mounting leg 41. The free ends 90 of these legs 89 slide within the tongue groove 84 on the outer surface of the mounting leg 41, and an axial opening between the outer tongue groove 84 and the inner tongue groove 75. Small enough to pass 86. With the legs 42 of the main spring mounting bar 43 positioned at a fixed position in the inner tongue groove 75 of the mounting legs 41, the free end portions 90 are pressed against the lugs 42, and they are respectively connected to the barbs. A vertical surface 79 of 78 is held in contact. A predetermined preliminary load is supplied to the lug 42 by holding the craft spring 87 in a weighted state.

クランプスプリングは、固定子部分5,6を取り付ける作業を並行して行うことが望ましい。クランプスプリング87に設けられた中央穴88は、取付け脚部41に対し少なくとも横方向において取付け脚部41に対し厳密に寸法決めされている。クランプばね87は、シリンダ鋳物33の取付け脚部41相互間を跨ぐその側部領域92の各々に固定子部分クランプ表面91を有している。
シリンダ鋳物33は、取付け脚部41の部分相互間の位置でジャケット29のばねの方に向いた面58から延びる1対の突出した固定子支持ブロック55を有している。
As for a clamp spring, it is desirable to perform the operation | work which attaches the stator parts 5 and 6 in parallel. The central hole 88 provided in the clamp spring 87 is strictly dimensioned with respect to the mounting leg 41 at least laterally with respect to the mounting leg 41. The clamp spring 87 has a stator partial clamp surface 91 in each of its side regions 92 that straddle the mounting legs 41 of the cylinder casting 33.
The cylinder casting 33 has a pair of protruding stator support blocks 55 extending from a face 58 facing the spring of the jacket 29 at a position between the mounting leg 41 parts.

固定子部分5,6の「E」字形積層スタックの各々は、これらの外面56に設けられた垂直方向に差し向けられている垂直段部69を有している。各場合、これは、モータ空隙から遠ざかる方向に向けられた外方段部である。空隙に近く位置した面56の各々の一部は、シリンダ鋳物33の支持ブロック又はクランプスプリング87の固定子係合面91に適宜当接する。定位置にあるとき、モータ部相互間の固有の引き付け力は、固定子部分5,6を互いに引き寄せる。空隙の幅は、垂直段部57を取付けブロック55の外縁部40及びクランプスプリング87の外縁部72に当接して設けることにより維持される。固定子部分5,6を垂直方向に更に位置決めするため、各取付けブロック55の固定子係合面の外縁部には、切欠き57が設けられ、この切欠き57は、垂直方向において「E」字形積層スタックの寸法とマッチしている。   Each of the “E” shaped stacks of stator portions 5, 6 has a vertical step 69 provided on their outer surfaces 56 oriented in the vertical direction. In each case, this is an outward step directed in a direction away from the motor gap. A part of each of the surfaces 56 positioned close to the air gap abuts on the support block of the cylinder casting 33 or the stator engagement surface 91 of the clamp spring 87 as appropriate. When in position, the inherent attraction between the motor parts pulls the stator portions 5 and 6 together. The width of the gap is maintained by providing the vertical step portion 57 in contact with the outer edge portion 40 of the mounting block 55 and the outer edge portion 72 of the clamp spring 87. In order to further position the stator portions 5 and 6 in the vertical direction, a notch 57 is provided at the outer edge of the stator engaging surface of each mounting block 55, and this notch 57 is “E” in the vertical direction. Matches the dimensions of the letter stack.

モータのこの部分は、一連の作業で組み立てられる。ピストン組立体をシリンダ鋳物33に取り付ける。まず最初に、一体フランジ3,36、ピストンスリーブ4及びアーマチュア磁石2を備えたピストンロッド47を含むピストン組立体を組み立てる。ピストンスリーブ4及びピストンフェースを形成する先導フランジ3によって形成されたピストンを、シリンダ鋳物33の脚部41相互間に位置するシリンダ開口部7を通って導入されているシリンダのボア71に押し込む。したがって、ピストン連結ロッド47は、脚部41相互間に位置する。脚部41の内方に向いた表面76は、中心線に沿ってさねはぎ溝75から延びる軸方向スロット28を有している。ピストン連結ロッド47に設けられた外方に延びるラグ130が、作動中、これらスロット28内で往復動する。組立て精度は、一般に(ノッキング又は外部運動が存在しない場合)、ラグ130がスロットの表面に接触しないようなものである。しかしながら、スロット28は、シリンダ鋳物33に最も近く位置するこれらの端部のところに、狭くて浅い部分131を有し、この部分131は、連結ロッド47のラグ130と締り嵌め関係をなす。ピストン組立体を、ラグ130がこれら狭くなった部分131内に嵌まり込むと共にピストンのフェースがシリンダ鋳物33の機械加工されたシリンダヘッド受け入れフェース133に対し所定の位置を取るまでシリンダボア71に押し込む。   This part of the motor is assembled in a series of operations. The piston assembly is attached to the cylinder casting 33. First, a piston assembly including a piston rod 47 with integral flanges 3 and 36, piston sleeve 4 and armature magnet 2 is assembled. The piston formed by the piston sleeve 4 and the leading flange 3 forming the piston face is pushed into the cylinder bore 71 introduced through the cylinder opening 7 located between the legs 41 of the cylinder casting 33. Therefore, the piston connecting rod 47 is located between the leg portions 41. The inwardly facing surface 76 of the leg 41 has an axial slot 28 extending from the tongue and groove 75 along the centerline. An outwardly extending lug 130 provided on the piston connecting rod 47 reciprocates within these slots 28 during operation. The assembly accuracy is generally such that the lug 130 does not contact the surface of the slot (in the absence of knocking or external movement). However, the slot 28 has a narrow and shallow portion 131 at these ends closest to the cylinder casting 33, which is in an interference fit with the lug 130 of the connecting rod 47. The piston assembly is pushed into the cylinder bore 71 until the lug 130 fits into these narrowed portions 131 and the face of the piston takes a predetermined position relative to the machined cylinder head receiving face 133 of the cylinder casting 33.

クランプスプリング87を取付け脚部41に嵌着し、ラグ42を内方に向いた切欠き75に嵌めてとげ部又は突起78を通過させることによりメインスプリング15を脚部41に取り付ける。クランプスプリング87をシリンダ鋳物33から遠ざかる方向に押して、クランプスプリング87の固定子部分係合表面91とシリンダ鋳物33の取付けブロック55との間に固定子部分5,6を導入するのに十分な空間が得られるまで取付けラグ42に圧接させる。次に、固定子部分5,6をこれらの定位置に導入し、クランプスプリング87を解放する。固定子部分5,6の幅は、クランプスプリング87に所定の圧縮状態を維持する。   The main spring 15 is attached to the leg portion 41 by fitting the clamp spring 87 to the attachment leg portion 41 and fitting the lug 42 into the notch 75 facing inward and passing the barbs or protrusions 78. Space sufficient to push the clamp spring 87 away from the cylinder casting 33 to introduce the stator portions 5 and 6 between the stator portion engaging surface 91 of the clamp spring 87 and the mounting block 55 of the cylinder casting 33. Until the mounting lug 42 is pressed. Next, the stator portions 5 and 6 are introduced into these fixed positions, and the clamp spring 87 is released. The widths of the stator portions 5 and 6 maintain the clamp spring 87 in a predetermined compressed state.

次に、メインスプリング15とピストンロッド47との間に連結部を形成する。ピストンは、圧縮機の作動中の場合よりもシリンダヘッドにより近い所定の位置にあることは注目されるべきである。メインスプリング15の一体成形ボタン25のプラスチックとピストン連結ロッド47の後方端部48のプラスチックを融合させることにより連結部を形成する。融合は、熱板溶接によって行われる。   Next, a connecting portion is formed between the main spring 15 and the piston rod 47. It should be noted that the piston is in a predetermined position closer to the cylinder head than when the compressor is in operation. The connecting portion is formed by fusing the plastic of the integrally molded button 25 of the main spring 15 and the plastic of the rear end portion 48 of the piston connecting rod 47. Fusion is performed by hot plate welding.

熱板溶接時、スプリング15を好ましくは所定の位置に又はスプリング15が所定の力を及ぼすまで伸長させる。ピストンフェースがその所定の位置にあり、しかもそのスプリング15がその所定の変位状態で2つのプラスチック部品相互の熱板溶接及び融着により、スプリング15をその中立位置にいったん解放すると、シリンダ鋳物33に対するピストンの正確な配置場所が得られる。これは、スプリング15の形態をした偏心度又は一続きの組立体中の部品の公差に起因した累積誤差とは無関係にそのようになる。   During hot plate welding, the spring 15 is preferably extended to a predetermined position or until the spring 15 exerts a predetermined force. Once the piston face is in its predetermined position and the spring 15 is released into its neutral position by hot plate welding and fusing of the two plastic parts with the predetermined displacement, the cylinder face 33 is fixed. The exact location of the piston is obtained. This is the case regardless of the accumulated error due to the eccentricity in the form of the spring 15 or the tolerances of the parts in a series of assemblies.

シリンダヘッド
シリンダ鋳物33の開口端部は、圧縮機27によって密閉されている。圧縮機ヘッドはそれにより、シリンダ71、そして、シリンダ71を包囲している冷却ジャケットチャンバ32の開口端部を密閉する。全体的形態として、シリンダヘッド27は、吸引マフラー/吸気マニホルド104と共に、積み重ね状態の4枚のプレート100〜103から成っている。
シリンダ鋳物33の開口端部は、ヘッド固定フランジ135を有している。ヘッド固定フランジ135は、その周囲にぐるりと間隔を置いて設けられた多数のねじ穴136を有し、固定ボルトが、これらねじ穴の中に締め付けられて積み重ね状態のプレート100,103を互いに引き寄せ、これらをシリンダ成形品33のフェースに固定するようになっている。
The opening end of the cylinder head cylinder casting 33 is sealed by the compressor 27. The compressor head thereby seals the cylinder 71 and the open end of the cooling jacket chamber 32 surrounding the cylinder 71. As a general form, the cylinder head 27 is composed of four plates 100 to 103 in a stacked state together with a suction muffler / intake manifold 104.
The opening end of the cylinder casting 33 has a head fixing flange 135. The head fixing flange 135 has a large number of screw holes 136 provided around the periphery thereof, and fixing bolts are tightened in the screw holes to draw the stacked plates 100 and 103 together. These are fixed to the face of the cylinder molded product 33.

環状さねはぎ溝133が、フランジ135のフェースに設けられている。さねはぎ溝133は、フランジ135の互いに反対側の側部に、外方に延びるローブ137,138を有し、これらローブ137,138はそれぞれ、排出管18及び戻り管34のポートとして働く。
シリンダ鋳物33の3つのチャンバ相互間には開口部が設けられている。
An annular ridge groove 133 is provided on the face of the flange 135. The tongue and groove groove 133 has lobes 137 and 138 extending outwardly on opposite sides of the flange 135, and these lobes 137 and 138 serve as ports for the discharge pipe 18 and the return pipe 34, respectively.
An opening is provided between the three chambers of the cylinder casting 33.

第1のヘッドプレート100は、環状さねはぎ溝133内のシリンダ成形品33の開口端部と嵌合している。これは、比較的可撓性であって、ガスケットとして働く。この第1のヘッドプレートは、シリンダジャケットの開口部を密閉するが、主中央開口部を有し、シリンダ71の開口端部を覆っていない。圧縮ガス戻りポート110が、液体冷媒戻り管34と関連したローブ138に隣接してプレート100を貫通している。冷却ジャケット29の外壁に最も近いこの開口部110の縁部は、少なくともローブ138の付近でその壁から僅かに離れて位置している。この効果は、ガスが開口部110を通って冷却ジャケットチャンバ内に流れている状態で、狭い減圧領域がプレート100の直ぐ後ろであってさねはぎ溝135のローブ138に隣接して作られることにある。
別の開口部115が、排出管18の近くの位置でプレート100を貫通して設けられている。
The first head plate 100 is fitted to the open end of the cylinder molded product 33 in the annular ridge groove 133. This is relatively flexible and acts as a gasket. The first head plate seals the opening of the cylinder jacket, but has a main central opening and does not cover the opening end of the cylinder 71. A compressed gas return port 110 passes through the plate 100 adjacent to the lobe 138 associated with the liquid refrigerant return tube 34. The edge of this opening 110 closest to the outer wall of the cooling jacket 29 is located at a distance from the wall at least in the vicinity of the lobe 138. This effect is that a narrow vacuum region is created just behind the plate 100 and adjacent to the lobe 138 of the ridge groove 135 with gas flowing through the opening 110 into the cooling jacket chamber. It is in.
Another opening 115 is provided through the plate 100 at a location near the discharge tube 18.

第2のヘッドプレート101が、第1のプレート100に被さった状態で位置している。第2のプレート101は、プレート100よりも直径が大きく、しかも剛性である。この第2のプレートは、鋼、鋳鉄又は焼結鋼で作られたものであるのがよい。プレート101は、プレート100が嵌まっているさねはぎ溝よりも広がりが大きい。プレート101は、フランジのフェースに当接して位置し、第1のプレート100をさねはぎ溝に押し付けている。プレート101は、その周囲にぐるりと間隔を置いて設けられた開口部139を有し、これら開口部は、ボルトのねじ付き部分が自由に通過するように寸法決めされている。
第2のヘッドプレート101は、開口部110と位置が合った状態の圧縮ガス排出開口部111を有している。第2のヘッドプレートは、第1のプレート100の開口部115と位置が合った別の開口部117を更に有している。
The second head plate 101 is positioned in a state of covering the first plate 100. The second plate 101 has a diameter larger than that of the plate 100 and is rigid. This second plate may be made of steel, cast iron or sintered steel. The plate 101 is wider than the tongue and groove groove in which the plate 100 is fitted. The plate 101 is positioned in contact with the face of the flange and presses the first plate 100 against the tongue and groove. Plate 101 has openings 139 spaced around its periphery, which are dimensioned to allow the threaded portion of the bolt to pass freely.
The second head plate 101 has a compressed gas discharge opening 111 that is aligned with the opening 110. The second head plate further has another opening 117 aligned with the opening 115 of the first plate 100.

プレート101の一部が、プレート100のシリンダ開口部116を密閉している。ただし、プレート101のその部分は、取入れポート113及び排出ポート114を通過している。ばね鋼入口弁118が、プレート101のシリンダに向いたフェースに固定されていて、そのヘッド部分が取入れポート113を覆うようになっている。入口弁118のベースは、プレート100とプレート101との間にクランプされ、その位置は、合せピン140によって固定される。ばね鋼排出弁119が、シリンダから離れたところでプレート101のフェースに取り付けられている。そのヘッド部分は、排出開口部114を覆っている。弁119のベースは、第2のプレート101と第3のプレート102との間にクランプされ、合せピン141によって位置決めされている。排出弁119は、第3のプレート102の排出マニホルド開口部112及び第4のプレート103に形成された排出マニホルド142内に嵌まった状態でこれらの中で動作する。入口弁118は、シリンダ圧縮空間内に嵌まっていて(そのベースから離れた状態で)、この中で動作する。   A part of the plate 101 seals the cylinder opening 116 of the plate 100. However, that portion of the plate 101 passes through the intake port 113 and the discharge port 114. A spring steel inlet valve 118 is fixed to the face of the plate 101 facing the cylinder, and its head portion covers the intake port 113. The base of the inlet valve 118 is clamped between the plate 100 and the plate 101, and its position is fixed by the alignment pin 140. A spring steel discharge valve 119 is attached to the face of the plate 101 away from the cylinder. The head portion covers the discharge opening 114. The base of the valve 119 is clamped between the second plate 101 and the third plate 102 and is positioned by a mating pin 141. The discharge valve 119 operates in these while being fitted in the discharge manifold opening 112 of the third plate 102 and the discharge manifold 142 formed in the fourth plate 103. Inlet valve 118 fits within the cylinder compression space (away from its base) and operates therein.

ばね鋼入口及び排出弁118,119は、発生している圧力の影響下で問題なく動作する。ピストンがシリンダ71内で引っ込んでいる状態で、低圧が、入口弁118の入口マニホルド側よりもそのシリンダ側に働いた状態で存在する。したがって、入口弁118は、冷媒が圧縮チャンバに入ることができるように開く。ピストンがシリンダ71内を前進している状態では、高い圧力が、入口マニホルド内よりも圧縮空間内に存在し、入口弁118は、この圧力差によってその閉じ位置に維持される。入口弁118は、それ自体の弾性によってこの閉じ位置に向かって付勢される。
これと同様に、排出弁は常態では、この弁がシリンダ71内でのピストンの引っ込み中に発生する圧力によって維持される閉じ位置に付勢される。排出弁は、シリンダ71内でのピストンの前進中に排出マニホルド内よりも圧縮空間内の高い空間内に開き位置に押圧される。
The spring steel inlet and outlet valves 118, 119 operate without problems under the influence of the pressure being generated. In a state where the piston is retracted in the cylinder 71, a low pressure exists in a state where the low pressure is applied to the cylinder side rather than the inlet manifold side of the inlet valve 118. Thus, the inlet valve 118 opens so that refrigerant can enter the compression chamber. With the piston moving forward in the cylinder 71, a higher pressure exists in the compression space than in the inlet manifold, and the inlet valve 118 is maintained in its closed position by this pressure difference. The inlet valve 118 is biased toward this closed position by its own elasticity.
Similarly, the discharge valve is normally biased to a closed position that is maintained by the pressure generated during the retraction of the piston in the cylinder 71. The discharge valve is pressed to the open position in a space higher in the compression space than in the discharge manifold during advancement of the piston in the cylinder 71.

第3のヘッドプレート102が、第4のプレート103のシリンダに向いたフェース144に設けられた円形さねはぎ溝143に嵌まっている。プレート102は、比較的可撓性であって、ガスケットとして働き、第4のプレート103と第2のプレート101との間に圧縮状態で位置している。第3のプレート102は、第4のプレート103のフェース144に設けられた大きなさねはぎ溝142と位置が合った大きな開口部112を有している。開口部112とさねはぎ溝142は一緒になって排出マニホルドを形成し、圧縮冷媒が排出ポート114からこの排出マニホルド内へ流れる。   The third head plate 102 is fitted in a circular tongue groove 143 provided on a face 144 facing the cylinder of the fourth plate 103. The plate 102 is relatively flexible, acts as a gasket, and is positioned in a compressed state between the fourth plate 103 and the second plate 101. The third plate 102 has a large opening 112 that is aligned with a large tongue and groove groove 142 provided on the face 144 of the fourth plate 103. The opening 112 and the tongue and groove 142 together form a discharge manifold, and the compressed refrigerant flows from the discharge port 114 into the discharge manifold.

第3のプレート102を貫通して設けられた別の開口部121が、第4のプレート103のフェース144に設けられたさねはぎ溝145と位置合せ状態にある。開口部121も又、第2のプレート101の開口部117及び第1のプレート100の開口部115と位置合せ状態にある。ガスフィルタ120が、さねはぎ溝145からの圧縮冷媒を受け入れ、これを第1及び第2のプレートの穴146,147を通って気体軸受供給通路73に送る。   Another opening 121 provided through the third plate 102 is in alignment with the tongue and groove 145 provided in the face 144 of the fourth plate 103. The opening 121 is also in alignment with the opening 117 of the second plate 101 and the opening 115 of the first plate 100. The gas filter 120 receives the compressed refrigerant from the tongue and groove 145 and sends it to the gas bearing supply passage 73 through the holes 146 and 147 of the first and second plates.

第3のプレート102を貫通して設けられた取入れ開口部95が、第2のプレート101に設けられた取入れポート113と位置合せ状態にある。開口部95も又、第4のプレート103を貫通した取入れポート96と位置合せ状態にある。第4のプレート103のフェース98に設けられたテーパした又は切頭円錐形の取入れ口97が取入れポート96に通じている。取入れポート96は、吸引マフラー104によって密閉されている。吸引マフラー104は、例えば、シリンダ鋳物に向いた側部に設けられた相当広い開放空間を備えた一体成形品から成る。この空間は、第4のプレート103を吸引マフラーに連結すると第4のプレート103によって密閉される。吸引マフラー104を多くの考えられる手段、例えば、マフラーの周囲リップを第4のプレート103に設けられたチャネルに嵌め込むことにより、或いは、ヘッドプレートをマフラーのフランジを介してシリンダ鋳物にボルト止めし、それによりマフラーをプレート100〜103の積み重ね体の一部として第4のプレート103に固定することにより、プレート100〜103の積み重ね体に連結するのがよい。吸引マフラー104は、シリンダ成形品33から遠ざかる方向に開口するよう密閉取入れマニホルド空間から延びる通路93を有している。この通路は、冷媒取入れ通路である。圧縮機がその密閉ハウジング内に配置された状態で、密閉ハウジングを貫通して延びる取入れ管12の内部突出部109が、広いクリアランスを持って取入れ通路93内へ延びている。   The intake opening 95 provided through the third plate 102 is in alignment with the intake port 113 provided in the second plate 101. The opening 95 is also in alignment with the intake port 96 that passes through the fourth plate 103. A tapered or frustoconical intake 97 provided in the face 98 of the fourth plate 103 leads to the intake port 96. The intake port 96 is sealed with a suction muffler 104. The suction muffler 104 is formed of an integrally molded product having a considerably wide open space provided on a side portion facing the cylinder casting, for example. This space is sealed by the fourth plate 103 when the fourth plate 103 is connected to the suction muffler. The suction muffler 104 can be bolted to the cylinder casting by many possible means, for example by fitting the peripheral lip of the muffler into a channel provided in the fourth plate 103 or by the head plate via the muffler flange. , Thereby fixing the muffler to the fourth plate 103 as part of the stack of plates 100-103, thereby connecting to the stack of plates 100-103. The suction muffler 104 has a passage 93 extending from the sealed intake manifold space so as to open in a direction away from the cylinder molded product 33. This passage is a refrigerant intake passage. With the compressor disposed within the hermetic housing, an internal projection 109 of the intake tube 12 extending through the hermetic housing extends into the intake passage 93 with a wide clearance.

冷却ジャケット
上述したように、互いに連結された冷却ジャケットチャンバ32が、圧縮シリンダ71の周りに設けられている。冷媒ガスを圧縮すると、ガスは、これを圧縮空間に入ったときの温度よりも著しく高い温度の状態に達する。これにより、シリンダヘッド27及びシリンダ壁ライナ10が加熱される。
Cooling Jacket As described above, the cooling jacket chamber 32 connected to each other is provided around the compression cylinder 71. When the refrigerant gas is compressed, the gas reaches a temperature that is significantly higher than the temperature at which it entered the compression space. Thereby, the cylinder head 27 and the cylinder wall liner 10 are heated.

本発明では、シリンダ壁/ライナ、シリンダヘッド及び圧縮冷媒を冷却するのに液体冷媒が用いられる。液体冷媒は、冷凍システムの凝縮器の出口から供給される。液体冷媒は、シリンダを包囲している冷却ジャケットチャンバ32内に直接供給される。新たに圧縮した状態で吐出された冷媒は、排出管18を経て圧縮機から出る前に冷却ジャケットチャンバ32に流入する。チャンバ32内では、液体冷媒は、圧縮ガス、シリンダ鋳物33の周囲の壁及びシリンダヘッド27からの多量の熱を吸収して蒸発する。   In the present invention, liquid refrigerant is used to cool the cylinder wall / liner, cylinder head and compressed refrigerant. Liquid refrigerant is supplied from the outlet of the condenser of the refrigeration system. Liquid refrigerant is supplied directly into the cooling jacket chamber 32 surrounding the cylinder. The refrigerant discharged in the newly compressed state flows into the cooling jacket chamber 32 before exiting the compressor via the discharge pipe 18. In the chamber 32, the liquid refrigerant absorbs a large amount of heat from the compressed gas, the wall around the cylinder casting 33 and the cylinder head 27 and evaporates.

凝縮器から出た液体冷媒は、圧縮直後の冷媒よりも僅かに低い圧力状態にあり、これはポンプの吐出側への液体の流れに対してバリヤとなる。しかしながら、液体冷媒を冷却ジャケット内に流入させるために受動式構造を用いることが好ましい。本発明では、これは、圧縮機の構造の幾つかの特徴によって達成される。第1に、圧力の下がった狭い領域が、ジャケット空間内への液体戻りライン34からの出口に直ぐ隣接して設けられる。この低圧領域をどのようにして形成するかについては上述した。これは、圧縮ガスがヘッドプレート100の圧縮ガス開口部110を通ってジャケット内に流入することによって生じる。第2の特徴は、液体冷媒戻り管34のその長さ方向における往復運動によって得られる僅かな慣性的圧送効果である。この往復動は、圧縮機の作動及びシリンダ部全体の関連の往復運動の結果であり、シリンダの振動は、戻り管34の軸方向に整列した長さ部分148の変動する加速状態を生じさせ、この加速状態の変動は、液体戻り管34が入口33と交わるその端部のところに変動する圧力状態を生じさせる。液体は高圧変動中に冷却ジャケットに流入すると直ぐに蒸発するので、低圧変動中の逆流は、ガスの流れである。ガスは液体と比べて密度が非常に小さいので、非常に僅かな質量流量が、液体戻りライン34を冷却ジャケットに接合している小さな切欠きを通って戻る。その結果、冷却ジャケット内への冷媒の正味の流れが存在する。第3の特徴は、家庭用電気冷蔵庫又はフリッジ/フリーザではその所期の目的上、圧縮機を凝縮器の下に設置できるということである。凝縮器からの液体冷媒が十分の流量で冷却ジャケットに流入しない場合、液体冷媒のヘッドが圧縮機まで延びるライン中で増大し、それにより、液体冷媒の圧力を圧縮冷媒の圧力に近い状態にすることが判明した。この効果は、もしそのように構成しなければシステム中の相対圧力が冷却ジャケット空間内に流入している液体冷媒に対して定める時点で自己補償の尺度をもたらすことが判明した。   The liquid refrigerant exiting the condenser is in a slightly lower pressure state than the refrigerant just after compression, which becomes a barrier against the flow of liquid to the discharge side of the pump. However, it is preferred to use a passive structure to allow liquid refrigerant to flow into the cooling jacket. In the present invention, this is achieved by several features of the compressor structure. First, a narrow area under pressure is provided immediately adjacent to the outlet from the liquid return line 34 into the jacket space. How to form this low pressure region has been described above. This is caused by the compressed gas flowing into the jacket through the compressed gas opening 110 of the head plate 100. The second feature is a slight inertial pumping effect obtained by the reciprocating motion of the liquid refrigerant return pipe 34 in its longitudinal direction. This reciprocation is the result of the operation of the compressor and the associated reciprocation of the entire cylinder, and the vibration of the cylinder causes a variable acceleration condition of the axially aligned length portion 148 of the return pipe 34, This acceleration state variation results in a varying pressure state at the end where the liquid return tube 34 intersects the inlet 33. Since the liquid evaporates as soon as it enters the cooling jacket during high pressure fluctuations, the reverse flow during low pressure fluctuations is a gas flow. Since the gas is much less dense than the liquid, very little mass flow returns through a small notch joining the liquid return line 34 to the cooling jacket. As a result, there is a net flow of refrigerant into the cooling jacket. The third feature is that in a domestic electric refrigerator or fridge / freezer, the compressor can be installed under the condenser for its intended purpose. If the liquid refrigerant from the condenser does not flow into the cooling jacket at a sufficient flow rate, the liquid refrigerant head increases in the line extending to the compressor, thereby bringing the liquid refrigerant pressure close to the pressure of the compressed refrigerant. It has been found. This effect has been found to provide a measure of self-compensation at a point in time when the relative pressure in the system establishes for liquid refrigerant flowing into the cooling jacket space if not so configured.

冷媒
圧縮機によって生じる熱を減少させる別の方法は、冷媒と関連している。イソブタン(R600a)をリニアコンプレッサで冷媒として用いると、他の冷媒を用いた場合と比べて相乗的な利点が得られることが判明した。
リニアコンプレッサと従来型圧縮機の1つの基本的な差異は、「上死点」でのピストン上方の容積又は空間の量にある。従来型圧縮機では、この容積は、圧縮機の幾何学的配置によって押退け量のほんの一部に固定される。自由ピストンリニアコンプレッサでは、この「死」空間は、電力又は動力の入力及び吐出圧力で変わる。中程度の動力では、死空間は、動作中の押退け量の25%という高い割合になる場合がある。
Another method of reducing the heat generated by the refrigerant compressor is associated with the refrigerant. It has been found that the use of isobutane (R600a) as a refrigerant in a linear compressor provides a synergistic advantage over the use of other refrigerants.
One fundamental difference between a linear compressor and a conventional compressor is the amount of volume or space above the piston at “top dead center”. In conventional compressors, this volume is fixed to a fraction of the displacement by the compressor geometry. In a free piston linear compressor, this “dead” space varies with power or power input and discharge pressure. With moderate power, the dead space can be as high as 25% of the displacement during operation.

死空間は、圧縮及び再膨張中のエネルギを吸収したり放出してガススプリングとして働く。しかしながら、これは、シリンダ壁との不可逆的熱交換に起因して不十分なばね作用である。この熱交換は、圧縮中の冷媒の温度上昇(又は、膨張中の温度低下)にほぼ比例する。この温度上昇は、ガスの比熱比で左右される。一般に用いられる冷媒であるR134aの場合、この比は1.127である。これは、他の一般に用いられている冷媒、例えば、CFC12とほぼ同じである。しかしながら、イソブタン(R600a)の場合、比熱比は1.108である。以下の表は冷凍機(0℃蒸発温度)及びフリーザ又はフリッジ/フリーザ(−18℃蒸発温度)について凝縮温度にマッチした飽和圧力まで圧縮されたガスの断熱温度を記載している。これらは共に、圧縮機に入った32℃の過熱状態のガス及び42℃の凝縮温度を有している(これらは、代表的な値である)。

冷 媒 蒸 発 温 度
−18 0
イソブタン 87℃ 69℃
HFC134a 99℃ 77℃
CFC12 104℃ 79℃
このように、比熱比が低いイソブタン及び他の冷媒の特性は、リニアコンプレッサの物理的特性と特にマッチしていることがわかる。この改良は、実験によって立証された。
The dead space absorbs and releases energy during compression and re-expansion and acts as a gas spring. However, this is an insufficient spring action due to irreversible heat exchange with the cylinder wall. This heat exchange is approximately proportional to the temperature rise of the refrigerant during compression (or the temperature drop during expansion). This temperature rise depends on the specific heat ratio of the gas. In the case of R134a, which is a commonly used refrigerant, this ratio is 1.127. This is almost the same as other commonly used refrigerants such as CFC12. However, in the case of isobutane (R600a), the specific heat ratio is 1.108. The table below lists the adiabatic temperatures of gases compressed to a saturation pressure matched to the condensation temperature for the refrigerator (0 ° C. evaporation temperature) and the freezer or fridge / freezer (−18 ° C. evaporation temperature). Both have a 32 ° C. superheated gas entering the compressor and a condensation temperature of 42 ° C. (these are typical values).

Cooling medium evaporation temperature
-18 0
Isobutane 87 69 ℃
HFC134a 99 ° C 77 ° C
CFC12 104 ° C 79 ° C
Thus, it can be seen that the characteristics of isobutane and other refrigerants having a low specific heat ratio are particularly matched with the physical characteristics of the linear compressor. This improvement was verified by experiment.

一連の試験を450リットル冷凍機で行った。この冷凍機は、圧縮機の手前で吸引ラインに設けられた質量流量計を有していた。冷凍機を、標準のAS/NZS4474.1−1997に従って環境チャンバ内で試験した。まず最初に、試験を冷媒R134aを用いて行った。次に、この試験を冷媒R600a(イソブタン)を用いて2つの場合について行った。試験結果は以下の通りであった。
R134a R600a(試験1) R600a(試験2)
TCONDENSOR 34.3 33.3 33.5
TEVAPORATOR −3.5 −6.1 −4.5
入力動力 22.3 18.1 17.8
冷凍動力 75.25 75.01 75.07
押退け量 7.96 8.7 8.48
性能係数 3.38 4.14 4.23
この試験結果の示すところによれば、イソブタンを用いて作動するリニアコンプレッサの性能ケースは、R134aを用いて作動する場合と比較して著しく改善された。
A series of tests were conducted on a 450 liter refrigerator. This refrigerator had a mass flow meter provided in the suction line before the compressor. The refrigerator was tested in an environmental chamber according to standard AS / NZS4474.1-1997. First, the test was conducted using refrigerant R134a. Next, this test was conducted for two cases using refrigerant R600a (isobutane). The test results were as follows.
R134a R600a (Test 1) R600a (Test 2)
TCONDENSOR 34.3 33.3 33.5
TEVAPOTOROR -3.5 -6.1 -4.5
Input power 22.3 18.1 17.8
Refrigeration power 75.25 75.01 75.07
Displacement amount 7.96 8.7 8.48
Coefficient of performance 3.38 4.14 4.23
The test results show that the performance case of a linear compressor operating with isobutane is significantly improved compared to operating with R134a.

スプリングシステム
シリンダ9は、排出管18及び液体冷媒注入管34によって支持され、これら管は、軸方向に総合剛性Kcylinder'を有している。支持スプリング39は、軸方向における剛性が非常に小さく、その効果は無視できるほどである。ピストンスリーブ4は、シリンダボア及びシリンダライナ10の境界部に設けられたキャビティ及び通路により形成されている気体軸受によって半径方向に支持されている。ピストン及びシリンダの共振が得られるよう、メインスプリングは、剛性Kmain'を有していて、共振振動数fn'を次の関係式から推定できるようになっている。

Figure 2007170404
piston'及びmcylinder'がピストン及びシリンダスプリングに加わるばね質量である場合、固有振動数fnは通常、所望の動作周波数よりも10〜20Hz低く、それにより、圧縮ガスに起因する剛性の増大による周波数の増加に対応するようになっている。 The spring system cylinder 9 is supported by the discharge pipe 18 and the liquid refrigerant injection pipe 34, and these pipes have an overall rigidity K cylinder ′ in the axial direction. The support spring 39 has a very small axial rigidity, and its effect is negligible. The piston sleeve 4 is supported in a radial direction by a gas bearing formed by a cavity and a passage provided at a boundary portion between the cylinder bore and the cylinder liner 10. The main spring has rigidity K main ′ so that the resonance of the piston and cylinder can be obtained, and the resonance frequency f n ′ can be estimated from the following relational expression.
Figure 2007170404
When m piston ′ and m cylinder ′ are spring masses applied to the piston and cylinder spring, the natural frequency f n is typically 10-20 Hz below the desired operating frequency, thereby increasing the stiffness due to the compressed gas. It corresponds to the increase of the frequency by.

上述したように、圧縮機モータは、2つの部分5,6から成る固定子及びアーマチュア22に設けられた磁石を有している。固定子(5,6)とアーマチュア22の磁気的相互作用により、ピストンに加わる往復力が生じる。
固定子コイル中の交流(これは、必ずしも正弦波である必要はない)は、シリンダ組立体鋳物33に対するピストンの相当大きな運動を生じさせることになる。ただし、交番振動数が機械系の固有共振振動数に近いことを条件とする。この振動力は、固定子部分に加わる反力を生じさせる。このように、固定子部分5,6は、クランプスプリング87によってシリンダ組立体にしっかりと取り付けられている。
As described above, the compressor motor has a stator formed of two parts 5 and 6 and a magnet provided on the armature 22. The magnetic interaction between the stator (5, 6) and the armature 22 generates a reciprocating force applied to the piston.
The alternating current in the stator coil (which need not necessarily be a sine wave) will cause a significant movement of the piston relative to the cylinder assembly casting 33. However, the condition is that the alternating frequency is close to the natural resonance frequency of the mechanical system. This vibration force generates a reaction force applied to the stator portion. In this manner, the stator portions 5 and 6 are firmly attached to the cylinder assembly by the clamp spring 87.

本発明では、メインスプリング15が効果的なシリンダスプリングの剛性よりも非常に大きな剛性を有することが提案される。メインスプリングは、「第3」モード振動数よりも「第2」モード振動数を高くして「ガススプリング」がモード振動数を一段と互いに引き離すに過ぎないようにする。   In the present invention, it is proposed that the main spring 15 has a rigidity much greater than that of an effective cylinder spring. The main spring has a “second” mode frequency higher than the “third” mode frequency, so that the “gas spring” merely pulls the mode frequency apart from each other.

実際の動作振動数(「第2」モード振動数)は、ピストンとシリンダの質量の複雑な関係及びシリンダスプリング及びメインスプリング15の剛性によって定まる。また、吐出圧力が高いと、圧縮ガスの剛性をメインスプリングの剛性に加えなければならない。しかしながら、シリンダスプリングが極めてソフトな場合(例えば、メインスプリングの剛性の1/10である場合)、動作振動数は、次式によってかなり正確に求まる。

Figure 2007170404
The actual operating frequency (“second” mode frequency) is determined by the complicated relationship between the piston and cylinder mass and the rigidity of the cylinder spring and main spring 15. Further, if the discharge pressure is high, the rigidity of the compressed gas must be added to the rigidity of the main spring. However, when the cylinder spring is extremely soft (for example, 1/10 of the rigidity of the main spring), the operating frequency can be determined fairly accurately by the following equation.
Figure 2007170404

ピストン/シリンダ運動に起因する基本振動数以外の源に起因する外部振動は、振動質量を減少させると共にシリンダスプリングが比較的ソフトであるようにすることによってほぼ無くすことができる。特定のシリンダばねを全く用いず、排出管18の固有の剛性(通常、約1,000N/m)を用いることによりシリンダスプリングの剛性を最小値に減少させことができる(又は冷却管を用いる場合、排出管と冷却管の両方の剛性が組み合わされる。即ち、2,000N/mとなる)。
圧縮機が、約75Hzで約100gのピストン質量及び10:1のシリンダとピストンの質量比で共振するようにするためには、メインスプリング(Kmain)は、約40,000N/mである必要がある。代表的には,ガススプリングの値は、メインスプリングの値よりも低いが、それほど低くはない。上述の場合、動作振動数は、ガススプリング(Kgas)が約15,000N/mで動作する場合、99Hzであると推定される。
External vibrations due to sources other than the fundamental frequency due to piston / cylinder motion can be substantially eliminated by reducing the vibration mass and making the cylinder springs relatively soft. Without using a specific cylinder spring at all, the rigidity of the cylinder spring can be reduced to the minimum value by using the inherent rigidity (usually about 1,000 N / m) of the discharge pipe 18 (or when using a cooling pipe) , The rigidity of both the discharge pipe and the cooling pipe are combined, ie 2,000 N / m).
In order for the compressor to resonate with a piston mass of about 100 g at about 75 Hz and a cylinder to piston mass ratio of 10: 1, the main spring (K main ) needs to be about 40,000 N / m. There is. Typically, the value of the gas spring is lower than that of the main spring, but not so low. In the above case, the operating frequency is estimated to be 99 Hz when the gas spring (K gas ) operates at about 15,000 N / m.

メインスプリング
動作振動数を高くすれば、モータの大きさは、小さくなるが、高いスプリング剛性が必要となり、その結果、スプリングに生じる応力が高くなる。したがって、最も高い品質のスプリング材料を用いることが圧縮機の寿命にとって重要である。従来、プレス加工ばね鋼シートから作られたメインスプリングが使用される場合が多い。しかしながら、プレス加工中に切断された縁部は、ばね鋼シートの元の疲れ強さを回復するために注意深い研磨を必要とする。
本発明の好ましい実施形態では、メインスプリングは、円形断面のピアノ線から作られ、このピアノ線は、後で研磨を行う必要無く非常に高い疲れ強さを有している。
If the main spring operating frequency is increased, the size of the motor is reduced, but high spring rigidity is required. As a result, the stress generated in the spring is increased. Therefore, it is important for the life of the compressor to use the highest quality spring material. Conventionally, a main spring made from a pressed spring steel sheet is often used. However, the edges cut during the pressing process require careful polishing to restore the original fatigue strength of the spring steel sheet.
In a preferred embodiment of the invention, the main spring is made from a piano wire with a circular cross section, which has a very high fatigue strength without the need for subsequent polishing.

メインスプリングの好ましい実施形態が、図1及び図2に示されている。このスプリングは、2重螺旋の状態にねじられた連続ループの形状をしている。スプリング15を形成する1本のワイヤは、圧縮機部品のうちの一方に取付け可能なラグ42を備えた取付けバー43内に固定された自由端部を有している。図3の記載及び上記説明から理解されるように、これらラグ42は、シリンダ部1に取り付けられ、特に、脚部41のスロット内に嵌め込まれている。スプリング15は、図3の記載及び上記説明から明らかなように他の圧縮機部品に取付け可能な別の取付け箇所62を有している。好ましい形態では、この連結は、成形プラスチックボタン25を介してピストンロッド47に対して行われる。スプリング15は、実質的に一定の曲率半径の1対の湾曲した部分63,64を有し、これら湾曲部分はそれぞれ、シリンダ取付けバーの周りに延びている。これら湾曲部分は各々、約360°の長さにわたって延びている。各部分は、その端部の両方が滑らかに湾曲している。取付けバー移行部65,66のところで、これら部分は、シリンダ取付けバーのところのこれらの長さ部分67,68が半径方向に整列するように湾曲をしている。このシャープな湾曲部65,66は、移行部に沿って実質的に一様な応力分布を維持するよう選択されている。シリンダ取付け端部67,68を整列させると、これらはシリンダ取付けバーと整列する。スプリング15の曲率が一定の部分63,64を任意の長さのものにしてよい。図示の例では、これら部分の各々の長さは約360°のものである。   A preferred embodiment of the main spring is shown in FIGS. This spring is in the form of a continuous loop twisted into a double helix. One wire forming the spring 15 has a free end fixed in a mounting bar 43 with a lug 42 attachable to one of the compressor parts. As can be understood from the description of FIG. 3 and the above description, these lugs 42 are attached to the cylinder portion 1, and are particularly fitted in the slots of the leg portions 41. As is apparent from the description of FIG. 3 and the above description, the spring 15 has another attachment point 62 that can be attached to another compressor component. In the preferred form, this connection is made to the piston rod 47 via a molded plastic button 25. The spring 15 has a pair of curved portions 63, 64 with a substantially constant radius of curvature, each of which extends around the cylinder mounting bar. Each of these curved portions extends over a length of about 360 °. Each part is smoothly curved at both ends. At the mounting bar transitions 65, 66, these portions are curved so that their lengths 67, 68 at the cylinder mounting bar are aligned radially. The sharp bends 65, 66 are selected to maintain a substantially uniform stress distribution along the transition. When the cylinder mounting ends 67, 68 are aligned, they align with the cylinder mounting bar. The portions 63 and 64 having a constant curvature of the spring 15 may have any length. In the example shown, the length of each of these portions is about 360 °.

図1及び図2に示すように、スプリング15の取付けバー43は、その別の側部に位置している。中央取付け箇所62は、その近い方の側部に存在する。曲率が一定の部分63,64は、それぞれ取付け箇所62のところのスプリングの全体的な円の直径を横切って互いに半径方向に整列した状態で連続するようこれらの下端部が滑らかに湾曲している。この直径の整列状態は、シリンダ部取付けバー43のところの端部67,68の整列状態に対し実質的に垂直である。   As shown in FIGS. 1 and 2, the mounting bar 43 of the spring 15 is located on another side thereof. The central mounting location 62 is on the near side. The constant curvature portions 63, 64 each have their lower ends smoothly curved so as to continue in radial alignment with each other across the overall circle diameter of the spring at the attachment point 62. . This alignment of diameters is substantially perpendicular to the alignment of the ends 67, 68 at the cylinder mounting bar 43.

曲率半径が一定の湾曲部63,64は、取付けバー43に対するピストン取付け箇所62の変位により捩れの状態に置かれている。半径が一定であるので、部分63,64の各々に沿う捩り応力も又実質的に一定である。シリンダ取付け部分67,68及びピストン取付け箇所62のところの半径方向又は実質的に半径方向は、捩り応力を減少させ、この場合、スプリングの端部は、ピストン取付け箇所62のところで取付けバー43に嵌め込まれ、しかも上述のように半径方向又は実質的に半径方向であることにより、シリンダ部とピストン部の両方に対するスプリング15の取付け具合が向上する。   The curved portions 63 and 64 having a constant curvature radius are placed in a twisted state due to the displacement of the piston mounting portion 62 with respect to the mounting bar 43. Since the radius is constant, the torsional stress along each of the portions 63, 64 is also substantially constant. The radial direction or substantially radial direction at the cylinder mounting portions 67, 68 and the piston mounting location 62 reduces torsional stress, where the end of the spring fits into the mounting bar 43 at the piston mounting location 62. In addition, as described above, the attachment of the spring 15 to both the cylinder portion and the piston portion is improved by being in the radial direction or substantially in the radial direction.

リニアコンプレッサの産業上の利用分野
本発明の好ましい実施形態のリニアコンプレッサは主として、家庭用冷凍システム、例えば、フリーザ、電気冷蔵庫又は冷蔵庫/フリーザの組合せに採用されることを目的としている。かかるリニアコンプレッサは、他形式の圧縮機、例えば、回転クランク圧縮機に直接取って代わることができる。リニアコンプレッサは、吸引管12を通って低圧の蒸発冷媒を受け入れ、排出スタブ13を通って圧縮状態の冷媒を高圧で送り出す。冷凍システムでは、排出スタブ13は一般に、凝縮器に連結される。吸引管12は、1以上の蒸発器から蒸発状態の冷媒を受け入れるよう連結されている。液体冷媒送出しスタブ14は、既に説明したように圧縮機を冷却するのに用いるため凝縮器から(又は、凝縮器の下流側に位置するアキュムレータ又は冷媒ラインから)凝縮冷媒を受け入れる。密閉ケーシングを貫通して延びるプロセス管16も又、冷凍システムを排気し、選択した冷媒を充填する際に用いるために設けられている。
本発明の圧縮機を組み込んだ冷凍システムの構成全体は、本発明の要部をなさない。多くの有用な冷凍システムが知られており、更に多くの形態が想到できる。本発明の圧縮機は、かかるシステムのいずれにも有用である。
INDUSTRIAL APPLICATION FIELD OF THE LINEAR COMPRESSOR The linear compressor of the preferred embodiment of the present invention is primarily intended to be employed in a domestic refrigeration system, such as a freezer, electric refrigerator or refrigerator / freezer combination. Such linear compressors can directly replace other types of compressors, for example rotary crank compressors. The linear compressor receives the low-pressure evaporated refrigerant through the suction pipe 12 and sends out the compressed refrigerant through the discharge stub 13 at a high pressure. In a refrigeration system, the discharge stub 13 is generally connected to a condenser. The suction pipe 12 is connected to receive evaporated refrigerant from one or more evaporators. The liquid refrigerant delivery stub 14 receives condensed refrigerant from the condenser (or from an accumulator or refrigerant line located downstream of the condenser) for use in cooling the compressor as previously described. A process tube 16 extending through the sealed casing is also provided for use in evacuating the refrigeration system and filling with a selected refrigerant.
The entire configuration of the refrigeration system incorporating the compressor of the present invention does not form the main part of the present invention. Many useful refrigeration systems are known and many more configurations are possible. The compressor of the present invention is useful in any such system.

本発明の好ましい実施形態の圧縮機の有用性は、家庭用電気冷蔵庫及びフリーザ用の冷凍システムには限定されず、空気調和機用の冷凍システムにも利用できる。また、かかる圧縮機は、冷却のための液体冷媒の送出しを省くことができる冷媒を用いない用途のガス圧縮機として使用することも可能である。   The usefulness of the compressor according to a preferred embodiment of the present invention is not limited to a refrigeration system for home electric refrigerators and freezers, but can also be used for a refrigeration system for an air conditioner. In addition, such a compressor can be used as a gas compressor for applications that do not use a refrigerant that can dispense with delivery of a liquid refrigerant for cooling.

リニアコンプレッサの作用及び制御は、固定子部分5,6を適当に付勢することにより行われる。動力又は電力供給コネクタ17が、開口部19に取り付けられた状態で密閉ケーシング30を通って設けられている。巻線の付勢のための適当な制御システムは、本発明の要部をなさず、ブラシレスDCモータ用の多くの別の駆動システムが周知であり、これらを利用できる。適当な駆動システムが、本出願人の同時係属国際出願PCT/NZ00/00105号明細書に詳細に記載されている。   The operation and control of the linear compressor is performed by appropriately energizing the stator portions 5 and 6. A power or power supply connector 17 is provided through the sealed casing 30 in a state attached to the opening 19. A suitable control system for energizing the windings does not form part of the present invention, and many other drive systems for brushless DC motors are well known and can be used. A suitable drive system is described in detail in the applicant's co-pending international application PCT / NZ00 / 00105.

利点
本発明の好ましい実施形態のリニアコンプレッサの多くの利点の概要は、上述の説明中に述べられている。概要を述べなかった別の利点の幾つかは次のとおりである。
(a)ピストン連結ロッドとピストン、更に、メインスプリングを介してシリンダ鋳物33の取付け脚部41との弾性可撓性連結とピストンが軽量であること及びピストンスリーブ及びシリンダライナの構成材料の適切な選択とが相まって圧縮機内の追加の潤滑剤が不要になる。したがって、冷凍システム全体を通じて冷媒中の油潤滑剤の好ましくない存在又は油潤滑剤のアキュムレータ又はセパレータが不要になる。
(b)軽量のピストンと連結ロッドの組立体は、2つの主要な圧縮機構造部材の振動運動量の大きさを減少させ、その結果、密閉ケーシングに伝わる振動を減少させる。
(c)メインスプリングは、長い疲れ寿命を持つ材料で作られているので、このメインスプリングは、成形後の追加の研磨作業を必要とせず、又、メインスプリングの寸法形状は、所用のスプリング強度を得るための材料の使用量、スプリング重量及びスプリングサイズを最小限に抑える。
(d)ピストン連結ロッドが固定子空隙内で直接動作する状態でアーマチュア磁石をピストン連結ロッドに取り付けることにより、固定子の2つの部分相互間におけるアーマチュアの作動の正確且つ有効な整合性をもつ側方にコンパクトなリニアモータが得られる。
(e)ピストンとピストン連結ロッドとの間及び連結ロッドとシリンダ部との間の応従性継手は、ピストンスリーブが不正確で比軸方向の向きに起因してシリンダボア内に局所的圧力を及ぼさないようにする。
(f)リニアコンプレッサ中にイソブチレンの冷媒を用いることは、比熱比の高い冷媒の使用と比較すると、相乗的な利点が得られることが判明した。
(g)シリンダを包囲している冷却ジャケット内への液体送込みにより、シリンダとシリンダヘッダ組立体及び圧縮機を出た合流状態の圧縮ガス流への蒸発による冷却作用が提供される。ジャケット内の高圧ガス中への送り込みは、能動的な圧送装置を必要としないで達成される。
(h)圧縮機の全体構成は、家庭用電気機器への利用に好適である。冷蔵庫又はフリーザ用の機械用空間の寸法形状は、密閉ケーシングの全体的な高さが低いので小さくすることができる。内部空間に関する検討のため、機械用コンパートメントは全体として、収容することが必要なコンポーネントとは無関係に、電気機器の幅全体に延びる。しかしながら、その高さ及び深さは一般に、圧縮機に適する最大高さ及び深さの要件によって定められる。本発明のリニアコンプレッサが低プロフィール(薄型)である理由は、圧縮機が同心形態ではなく、端から端に配置されていることにある。
(i)圧縮機のメインスプリング及びモータ部は、これら部品の幾何学的配置、寸法形状によって定まる度合いの弾性予備荷重を受ける。組立てが不完全であること、製造許容差が通常であること又はモータ動作の効果に起因して圧縮機の作動中、部品が弛み、その結果、コツコツと音を立てたり、ガタついたり、或いは故障したりするようになる恐れが減少し又は無くなる。
(j)上述した方法で熱板溶接法によりピストンロッドをメインスプリングに融合させることにより、ピストンフェースがメインスプリングの中立位置に対して正確に位置決めされる。その結果、ピストンがその移動の前方端部のところでシリンダヘッドに当たらないという信頼を持ってシリンダヘッドクリアランスを小さくした状態で圧縮機を作動させることができる。
Advantages A summary of the many advantages of the linear compressor of the preferred embodiment of the present invention is set forth in the foregoing description. Some of the other advantages that have not been outlined are:
(A) The elastic connection between the piston connecting rod and the piston, and the mounting leg 41 of the cylinder casting 33 via the main spring, and the light weight of the piston and the proper construction material of the piston sleeve and cylinder liner Coupled with the choice, no additional lubricant in the compressor is required. Thus, an undesirable presence of oil lubricant in the refrigerant or an accumulator or separator of oil lubricant is not required throughout the refrigeration system.
(B) The lightweight piston and connecting rod assembly reduces the magnitude of the vibration momentum of the two main compressor structural members and, as a result, reduces the vibration transmitted to the sealed casing.
(C) Since the main spring is made of a material having a long fatigue life, the main spring does not require an additional polishing operation after molding, and the size and shape of the main spring is determined by the desired spring strength. Minimize material usage, spring weight and spring size.
(D) the side with the correct and effective alignment of the armature operation between the two parts of the stator by attaching the armature magnet to the piston connecting rod with the piston connecting rod operating directly in the stator gap; A compact linear motor can be obtained.
(E) The compliant joint between the piston and the piston connecting rod and between the connecting rod and the cylinder part does not exert a local pressure in the cylinder bore due to the inaccuracy of the piston sleeve and the specific axial direction. Like that.
(F) It has been found that the use of isobutylene refrigerant in a linear compressor provides a synergistic advantage compared to the use of a refrigerant with a high specific heat ratio.
(G) Liquid feed into the cooling jacket surrounding the cylinder provides a cooling action by evaporation into the combined compressed gas stream leaving the cylinder and cylinder header assembly and compressor. Feeding into the high pressure gas in the jacket is accomplished without the need for an active pumping device.
(H) The overall configuration of the compressor is suitable for use in household electrical equipment. The size and shape of the machine space for the refrigerator or freezer can be reduced because the overall height of the sealed casing is low. Due to the consideration of the interior space, the machine compartment as a whole extends the entire width of the electrical equipment, regardless of the components that need to be accommodated. However, its height and depth are generally determined by the maximum height and depth requirements suitable for the compressor. The reason why the linear compressor of the present invention has a low profile (thin) is that the compressor is not concentric but is arranged end to end.
(I) The main spring and the motor part of the compressor receive an elastic preload determined by the geometrical arrangement and dimensions of these components. Parts are loose during operation of the compressor due to incomplete assembly, normal manufacturing tolerances or effects of motor operation, resulting in a bang, rattle, or Reduce or eliminate the risk of failure.
(J) The piston face is accurately positioned with respect to the neutral position of the main spring by fusing the piston rod to the main spring by the hot plate welding method as described above. As a result, the compressor can be operated in a state where the cylinder head clearance is reduced with confidence that the piston does not hit the cylinder head at the front end of the movement.

本発明の好ましい実施形態のリニアコンプレッサの上から見た部分分解図である。It is the partial exploded view seen from the top of the linear compressor of preferred embodiment of the present invention. 図1とは別の方向から見た圧縮機組立体のモータ側端部の分解図である。FIG. 2 is an exploded view of a motor side end portion of the compressor assembly viewed from a direction different from FIG. 1. 一方向から見た圧縮機組立体のヘッド側端部の分解図である。It is an exploded view of the head side end portion of the compressor assembly viewed from one direction. 別の方向から見た圧縮機組立体のヘッド側端部の分解図である。It is an exploded view of the head side end part of the compressor assembly seen from another direction.

Claims (9)

リニアコンプレッサのシリンダとピストン部の間に連結されるスプリングであって、
第1の平面内にある第1の直線部分と、前記第1の平面と平行な第2の平面内にある第2の直線部分と、略一定の曲率の第1および第2の螺旋部分とを備えた高疲労強度金属ワイヤの閉ループを備え、
前記各螺旋部分が前記第1の直線部分の端と第2の直線部分の端とを連結し、
前記螺旋部分が前記第1部分から第2部分に動く同じ湾曲の方向を有している、
ことを特徴とするスプリング。
A spring connected between a cylinder and a piston of a linear compressor,
A first straight portion in a first plane, a second straight portion in a second plane parallel to the first plane, and first and second spiral portions having a substantially constant curvature. With a closed loop of high fatigue strength metal wire with
Each helical portion connects the end of the first straight portion and the end of the second straight portion;
The spiral portion has the same direction of curvature moving from the first portion to the second portion;
A spring characterized by that.
前記第1および第2の直線部分と、前記第1および第2の螺旋部分との間の複数の移行部分を備え、
各移行部分が、一端で前記直線部分と、他端で前記螺旋部分と整列し、前記端の間で前記螺旋部分に向かって曲率を減少させながら湾曲している、
請求項1に記載のスプリング。
A plurality of transition portions between the first and second straight portions and the first and second spiral portions;
Each transition portion is aligned with the linear portion at one end and the spiral portion at the other end and is curved with decreasing curvature toward the spiral portion between the ends,
The spring according to claim 1.
前記第2の平面内における前記第2の部分の配向が、前記第1の平面内の前記第1の部分の配向と直交する、
請求項1または2に記載のスプリング。
An orientation of the second portion in the second plane is orthogonal to an orientation of the first portion in the first plane;
The spring according to claim 1 or 2.
前記第1の部分に連結され前記第1の平面と平行な第3の平面を有する取付けブロックと、
前記第1の直線部分の配向方向で外方に延びる一対の突出部と、を備えている、
請求項1ないし3の何れか1項に記載のスプリング。
A mounting block connected to the first portion and having a third plane parallel to the first plane;
A pair of protrusions extending outward in the orientation direction of the first linear portion,
The spring according to any one of claims 1 to 3.
前記第2の直線部分の中央領域にモールドされたプラスチックコンポジット取付けボタンを備えている、
請求項1ないし4の何れか1項に記載のスプリング。
A plastic composite mounting button molded in a central region of the second straight portion;
The spring according to any one of claims 1 to 4.
シリンダ部と、
ピストン部と、
請求項1ないし5の何れか1項のスプリングであって、前記シリンダ部とピストン部との間に延び前記シリンダ部を前記第1の直線部分に連結し前記ピストン部を第2の直線部分に連結するスプリングと、を備えているリニアコンプレッサ。
A cylinder part;
A piston part;
The spring according to any one of claims 1 to 5, wherein the spring extends between the cylinder part and the piston part, the cylinder part is connected to the first straight part, and the piston part is used as a second straight part. And a linear compressor including a connecting spring.
リニアコンプレッサのピストンをリニアコンプレッサのスプリングに連結できるようにリニアコンプレッサを製造する方法であって、
(a)前記コンプレッサのボア内で所定軸線方向位置に前記ピストンを配置するステップと、
(b)前記ピストンを、スプリングの所定変位に基づく位置または所定の反力を生じる位置でシリンダ部に既に連結されているスプリングのピストン連結位置に配置するステップと、
(c)前記ピストンと前記スプリングのピストン連結位置とを、前記ステップ(a)および(b)で得られた分離位置に従って固定された軸線方向分離位置で、接合するステップと、を備え、
前記ステップ(a)および(b)はどちらが先でも良い、
ことを特徴とする方法。
A method of manufacturing a linear compressor so that a piston of the linear compressor can be connected to a spring of the linear compressor,
(A) disposing the piston at a predetermined axial position within the bore of the compressor;
(B) disposing the piston at a piston coupling position of a spring that is already coupled to the cylinder portion at a position based on a predetermined displacement of the spring or a position that generates a predetermined reaction force;
(C) joining the piston and the piston coupling position of the spring at an axial separation position fixed according to the separation position obtained in steps (a) and (b),
Either of the steps (a) and (b) may be performed first,
A method characterized by that.
前記ステップ(c)が、さらに、前記ピストンからの延長部を前記スプリングの取付けボタンに融着するステップを有し、
該溶融するステップで、前記ボタンまたは前記延長部の軸線方向の寸法が組み立て前寸法から変更される、
請求項7に記載の方法。
The step (c) further comprises the step of fusing an extension from the piston to the mounting button of the spring;
In the melting step, an axial dimension of the button or the extension is changed from a pre-assembly dimension.
The method of claim 7.
前記ステップ(b)が、前記ピストンの通常作動位置を越えて変位させた位置に配置し、前記ピストン部に連結された要素が前記シリンダ部の要素に係合し前記ピストン部の要素を前記シリンダ内の前記ピストンの往復動軸と直交する平面内の所定位置に配置するステップを含む、
請求項7または8に記載の方法。
The step (b) is disposed at a position displaced beyond the normal operating position of the piston, and an element connected to the piston part engages with an element of the cylinder part, thereby causing the element of the piston part to engage with the cylinder. A step of disposing at a predetermined position in a plane orthogonal to a reciprocating axis of the piston in
The method according to claim 7 or 8.
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