KR100304570B1 - 무윤활맥동관냉동기의구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치에 관한 것으로, 본 발명은 실린더부가 구비되고 내부에 작동가스가 충진된 밀폐케이스와, 그 밀폐케이스의 내부에 장착되어 직선형의 구동력을 발생시키는 구동모터와, 그 구동모터의 가동자에 결합되어 직선으로 왕복운동을 하는 구동축과, 그 구동축에 연결됨과 아울러 밀폐케이스의 실린더부에 삽입되어 구동축과 함께 직선으로 왕복운동을 하면서 작동가스를 펌핑하는 피스톤과, 상기 밀폐케이스의 내주에 외주연이 지지되어 결합됨과 아울러 상기 구동축에 내주연이 지지되어 결합되고 상기한 구동모터의 가동자와 함께 구동축이 공진운동을 하면서 피스톤이 지속적으로 왕복운동을 하도록 유도하는 탄성용 지지부재와, 상기 구동모터의 고정자 내부에 장착되어 구동축의 외주면과 베어링면을 이루면서 구동축과 함께 피스톤이 직진성을 유지하도록 안내하는 안내용 지지부재를 포함함으로써, 상기 안내용 지지부재는 이미 동심도가 맞춰진 고정자에 결합하게 되어 조립시 동심도 일치를 위한 추가작업이 생략되므로 조립공정이 용이하게 되고, 또 상기 안내용 지지부재를 고정하기 위한 별도의 프레임이 추가될 필요가 없어 부품수가 감소되어 생산성이 향상된다.

또한, 상기 안내용 지지부재가 구동모터의 내부에 배치됨에 따라 구동축의 길이가 줄어들어 구동모터의 부하가 감소되고, 이를 통해 냉동기 크기가 소형화된다.

Description

무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치{DRIVING APPARATUS FOR IOL-FREE PULSE TUBE REFRIGERATOR}

본 발명은 무윤활 맥동관 냉동기에 관한 것으로, 특히 작동가스를 펌핑하는 피스톤이 직선 왕복운동을 할 수 있도록 각 부품을 동심상에 제작 조립하는데 적합한 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 소형 전자부품 및 초전도체의 냉각을 위한 극저온 냉동기로 스터링 냉동기(Stirling Refrigerator) 및 지엠 냉동기(GM Refrigerator)등의 열재생식 냉동기가 주로 사용되고 있으나, 이러한 냉동기들은 그 신뢰성을 높이기 위해서 운전속도를 낮추어야 하거나, 또는 작동가스의 펌핑시 마찰부위의 마모에 대비하여 윤활을 실시하여야 했다.

이에 최근에는 냉동기의 높은 신뢰성을 유지하면서도 고속운전이 가능하여 냉동효율이 향상되는 것은 물론, 별도의 윤활이 필요없어 장기간 보수를 하지 않아도 되는 극저온 냉동기가 요구되고 있는데, 이러한 극저온 냉동기중의 하나가 무윤활 맥동관 냉동기(Lubricationless Pulse Tube Refrigerator)이다.

도 1은 종래 무윤활 맥동관 냉동기의 일례를 종단면하여 보인 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 무윤활 맥동관 냉동기는, 작동가스의 왕복운동을 발생시키는 구동부(100)와, 그 구동부(100)에 의해 펌핑되면서 관내를 왕복운동 하는 작동가스의 열역학적 사이클에 의해 극저온부를 갖게 되는 냉동부(200)로 크게 구분되어 있다.

상기 구동부(100)는 실린더부(110a)가 구비되고 내부에 작동가스가 충진된 밀폐케이스(110)와, 그 밀폐케이스(110)의 내부에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터(120)와, 그 구동모터(120)의 가동자에 결합되어 직선 왕복운동을 하는 구동축(130)과, 그 구동축(130)에 연결됨과 아울러 밀폐케이스(110)의 실린더부(110a)에 삽입되어 구동축(130)과 함께 직선 왕복운동을 하면서 작동가스를 펌핑하는 피스톤(140)과, 상기 밀폐케이스(110)와 구동축(130) 사이의 상,하부에 각각 결합되어 구동모터(120)의 가동자의 직선 왕복운동을 탄성에너지로 저장하고 그 저장된 탄성에너지를 직선운동으로 변환시키면서 구동모터(120)의 공진운동을 유발시킴과 아울러 구동모터(120)의 가동자의 직선운동을 전달받아 움직이는 피스톤(140)의 직진성을 안내하는 안내용 지지부재(151) 및 탄성용 지지부재(152)로 구성되어 있다.

상기 밀폐케이스(110)는 피스톤(140)이 삽입되어 직선 왕복운동을 하도록 실린더부(110a)가 형성되는 상부프레임(111)과, 그 상부프레임(111)의 저면에 밀착 결합되어 내부에 상기 구동축(130)의 상단이 결합된 안내용 지지부재(151)가 체결됨과 아울러 상기 구동모터(120)가 고정 장착되는 중간프레임(112)과, 그 중간프레임(112)의 저면에 밀착 결합되어 구동축(130)의 하단에 결합된 탄성용 지지부재(152)가 체결되는 하부프레임(113)과, 상기 중간프레임(112) 및 하부프레임(113)을 감싸도록 상부프레임(111)의 하단면에 밀봉 결합되어 밀폐케이스(110)로부터 작동가스가 누출되는 것을 방지하는 밀봉셸(114)로 이루어져 있다.

상기 중간프레임(112)은 그 내주면 중간에 구동모터(120)를 장착시키기 위한 모터장착부(112a)가 환형으로 돌출 형성되어 있고, 그 모터장착부(112a)의 상측에는 상부 지지부재(151)가 얹혀져 체결되기 위한 수개의 돌기형 지지부재 장착부(112b)가 동일한 높이의 원주상에 형성되어 있다.

상기 하부프레임(113)은 그 내주면에 탄성용 지지부재(152)를 체결시키기 위한 수개의 돌기형 지지부재 장착부(113a)가 중간프레임(112)의 지지부재 장착부(112b)와 마찬가지로 동일한 높이의 원주상에 형성되어 있다.

상기 지지부재(151,152)는 모두 스파이럴타입으로 형성된 원판형의 판스프링으로서, 그 각각의 중앙에 형성되는 구동축 장착공(151a,152a)은 피스톤(140)의 직진성이 유지되도록 상부프레임(111)의 실린더부(110a)와 함께 동심상에 형성되어 있다.

상기 구동모터(120)는 다수개의 철편이 원통형으로 적층된 내,외측 라미네이션(121A,121B)과, 그 중에서 외측 라미네이션(121B)에 수개의 코일(121b)이 장착된 고정자(121)와, 그 고정자(121)의 내,외측 라미네이션(121A,121B) 사이에 개재되어 구동축(130)과 결합되고 상기 코일(121b)에 대향되도록 마그네트(122b)가 장착된 가동자(122)로 이루어지는 통상적인 리니어 모터로서, 상기 고정자(121)가 밀폐케이스(110)의 중간프레임(112)에 체결되어 있고, 상기 가동자(122)는 별도의 연결링(123)에 의해 고정자(121)와 일체로 결합되어 있다.

상기 구동축(130)은 구동모터(120)의 가동자(122)에 일체되는 것으로, 그 상단은 안내용 지지부재(151)를 관통하여 피스톤(140)에 일체로 압입되는 반면, 그 하단은 탄성용 지지부재(152)의 중앙을 관통하여 별도의 고정부재(160)로 체결되어 있다.

한편, 상기 냉동부(200)는 밀폐케이스(110)의 실린더부(110a)에서 펌핑된 작동가스에 의해 내부의 작동가스가 질량유동 되면서 양단부에서 압축과 팽창이 각각 발생되어 압축이 일어나는 압축부(211)에서는 열을 발생시키는 반면 팽창이 일어나는 팽창부(212)에서는 외부의 열을 흡수하는 맥동관(210)과, 그 맥동관(210)의 압축부(211)에 연결되어 왕복하는 작동가스의 질량유동과 압력맥동 사이에 위상차를 발생시킴과 아울러 열적평형을 이루도록 하는 오리피스(220)와, 그 오리피스(220)에 연결되어 작동가스가 일시 체류하는 저장용기(230)와, 상기 맥동관(210)의 팽창부(212)와 구동부(100)의 실린더부(110a) 사이에 연결되어 맥동관(210)으로 펌핑되는 작동가스의 현열을 저장하였다가 맥동관(210)에서 구동부(100)의 실린더부(110a)로 되돌아 가는 작동가스의 온도를 보상하는 재생기(240)와, 그 재생기(240)와 구동부(100)의 실린더부(110a) 사이에 연결되어 펌핑되는 고온고압의 작동가스를 우선 냉각시키는 예냉기(250)로 구성되어 있다.

상기와 같은 종래의 무윤활 맥동관 냉동기는 다음과 같이 조립된다.

먼저, 상기 중간프레임(112)의 모터지지부(112a)에 구동모터(120)의 외측 라미네이션(121B)을 체결시키고, 그 외측 라미네이션(121B)에 내측 라미네이션(121A)을 삽입한 다음에 연결링(123)을 이용하여 내,외측 라미네이션(121A,121B)을 일체로 체결시키며, 상기 내,외측 라미네이션(121A,121B) 사이의 공극에 구동축(130)이 결합된 원통형의 가동자(122)를 개재시키고, 상기 구동축(130)이 중앙을 관통하도록 하여 안내용 지지부재(151)를 중간프레임(112)의 지지부재 장착부(112b)에 얹어 체결시키며, 상기 중간프레임(112)의 하단에는 하부프레임(113)을 체결시키고, 그 하부프레임(113)의 지지부재 장착부(113a)에는 탄성용 지지부재(152)를 체결시키며, 상기 구동축(130)의 상단에는 피스톤(140)을 결합시킨다.

이때, 상기 피스톤(140)은 직선 왕복운동시 실린더부(110a)와의 간극이 약 5μm를 유지하도록 안내용 및 탄성용 지지부재(151,152)의 구동축 장착공(151a,152a) 및 실린더부(110a)가 동심도를 유지하도록 조립되어야 한다.

이후, 상기 중간프레임(112)의 상단에는 피스톤(140)이 실린더부(110a)에 삽입되도록 하여 상부프레임(111)을 체결시키고, 그 상부프레임(111)의 하단에는 중간프레임(112)과 하부프레임(113)을 감싸는 밀봉셸(114)을 결합시킨다.

다음, 상기 실린더부(110a)의 선단면에 예냉기(250)를 결합시키고, 그 예냉기(250)에 재생기(240), 맥동관(210), 오리피스(220), 저장용기(230) 등을 차례대로 결합시킨다.

한편, 종래 무윤활 맥동관 냉동기의 동작과정은 다음과 같다.

즉, 상기 구동모터(120)에 전원이 인가되어 가동자(122)가 직선 왕복운동을 하게 되면, 그 가동자(122)에 결합된 구동축(130) 역시 직선 왕복운동을 하게 되고, 그 구동축(130)에 일체로 결합된 피스톤(140)이 실린더부(110a) 내에서 직선 왕복운동을 하면서 작동가스를 펌핑시키게 된다.

이때, 상기 피스톤(140)의 압축행정시는 실린더부(110a)의 작동가스가 예냉기(250)쪽으로 유출되고, 그 예냉기(250)에서 소정 온도로 미리 냉각된 작동가스는 재생기(240)를 거치면서 열교환되어 내부의 현열을 저장한 상태로 맥동관(210)으로 유입되는데, 이 유입되는 작동가스에 의해 맥동관(210)에 충진되어 있던 작동가스는 오리피스(220)쪽으로 밀리면서 압축되어 맥동관(210)의 압축부(211) 온도가 상승하게 되고, 그 상승된 온도는 작동가스가 오리피스(220)를 지나면서 단열팽창되어 외부로 방열된다.

이후, 상기 맥동관(210)은 피스톤(140)의 압축행정과 팽창행정간 사이에서 고압상태의 열적 평형상태를 이루게 되는데, 이 과정에서 작동가스는 지속적으로 오리피스(220)를 통해 맥동관(210)으로부터 저장용기(230)로 이동하여 맥동관(210)의 온도를 낮추게 된다.

이후, 상기 피스톤(140)의 팽창행정시는 맥동관(210)으로 유입되었던 작동가스를 흡입하면서 맥동관(210)내의 작동가스를 재생기(240)쪽으로 이동시키게 되는데, 이때 재생기(240)를 통해 맥동관(210)을 빠져나가는 작동가스의 질량유량에 비해 오리프스(220)를 통해 맥동관(210)으로 유입되는 작동가스의 질량유량이 훨씬 적기 때문에 상기 맥동관(210)에서의 작동가스는 단열 팽창된다. 이 작동가스의 단열팽창은 통상 냉측 열교환기(미부호)가 장착된 재생기(240)쪽에서 급격하게 발생되어 극저온부가 형성된다.

다음, 상기 맥동관(210)은 피스톤(140)의 팽창행정과 압축행정 사이에서 저압상태의 열적평형상태를 이루게 되는데, 이 과정에서 작동가스는 지속적으로 오리피스(220)를 통해 저장용기(230)에서 맥동관(210)으로 이동하면서 맥동관(210)내 작동가스의 압력을 높여 처음의 온도를 회복하게 된다.

상기 구동축(130)의 상,하단부에 결합된 안내용 및 탄성용 지지부재(151,152)는 구동축(130)의 왕복운동을 받아 가동자(122)의 직선 왕복운동을 탄성에너지로 저장하고, 그 저장된 탄성에너지를 직선운동으로 변환시키면서 피스톤(140)의 공진운동을유발시킴과 아울러 가동자의 직선운동을 전달받아 움직이는 피스톤(140)이 실린더부(110a)의 내주벽과 항상 일정한 공차를 두고 직선운동을 할 수 있도록 안내하게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 무윤활 맥동관 냉동기에서는, 피스톤(140)이 실린더부(110a)와 무윤활로 왕복운동을 하기 때문에 피스톤(140)의 직진성이 보장되어야 하는데, 실제 실린더부(110a)와 안내용 및 탄성용 지지부재(151,152) 그리고 각 프레임(111,112,113)이 동심상에 일치되도록 제작하기도 난해할 뿐만 아니라 조립과정도 용이하지 못하여 피스톤(140)과 실린더부(110a) 사이에 마찰이 발생될 우려가 있었다.

또한, 상기 안내용 및 탄성용 지지부재(151,152)가 구동모터(120)의 양측에 배치되어 장착하므로, 상기 구동축(130)의 길이가 길어져 구동모터(120)의 부하가 과중되는 것은 물론, 상기 탄성용 지지부재(152)를 장착시키기 위한 별도의 하부프레임(113)이 필요하게 되어 냉동기를 소형화하는데 제약이 뒤따르게 되는 문제점도 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 무윤활 맥동관 냉동기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상기 피스톤의 직진성을 유지시키기 위한 각 지지부재 및 각 프레임의 제작 및 조립이 용이하여 별도의 윤활유를 사용하지 않고도 피스톤과 실린더부 사이에 마찰이 발생되지 않도록 하는 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

또한, 상기 구동축의 하중에 의해 구동모터가 과중한 부하를 받지 않도록 하여 모터효율을 향상시키는 것은 물론, 냉동기의 소형화가 가능한 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 무윤활 맥동관 냉동기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 종래 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치를 보인 종단면도.

도 3은 도 2의 "A - A"를 보인 횡단면도.

도 4는 본 발명 무윤활 맥동관 냉동기의 일례를 보인 종단면도.

도 5는 본 발명 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치를 확대하여 보인 종단면도.

도 6은 도 5의 "B - B" 단면도.

도 7은 도 5의 "C"부에 대한 횡단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

310 : 밀폐케이스 310a : 실린더부

311 : 상부프레임 312 : 하부프레임

312a : 모터지지부 312b : 지지부재 장착부

313 : 밀봉셸 320 : 구동모터

323 : 연결링 330 : 구동축

340 : 피스톤 350 : 탄성용 지지부재

360 : 안내용 지지부재

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 실린더부가 구비되고 내부에 작동가스가 충진된 밀폐케이스와, 그 밀폐케이스의 내부에 장착되어 직선형의 구동력을 발생시키는 구동모터와, 그 구동모터의 가동자에 결합되어 직선으로 왕복운동을 하는 구동축과, 그 구동축에 연결됨과 아울러 밀폐케이스의 실린더부에 삽입되어 구동축과 함께 직선으로 왕복운동을 하면서 작동가스를 펌핑하는 피스톤과, 상기 밀폐케이스의 내주에 외주연이 지지되어 결합됨과 아울러 상기 구동축에 내주연이 지지되어 결합되고 상기한 구동모터의 가동자와 함께 구동축이 공진운동을 하면서 피스톤이 지속적으로 왕복운동을 하도록 유도하는 탄성용 지지부재와, 상기 구동모터의 고정자 내부에 고정 배치되어 구동축의 외주면과 베어링면을 이루면서 구동축과 함께 피스톤이 직진성을 유지하도록 안내하는 안내용 지지부재를 포함한 것을 특징으로 하는 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 무윤활 맥동관 냉동기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 5는 본 발명 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치를 확대하여 보인 종단면도이며, 도 6은 도 5의 "B - B" 단면도이고, 도 7은 도 5의 "C"부에 대한 횡단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치는, 전술한 바와 같이 작동가스를 압축하여 맥동관으로 대표되는 냉동부(200)로 공급하거나 반대로 상기 냉동부로부터 작동가스를 반출해내도록 냉동부(200)의 일측에 장착되는 것으로, 실린더부(310a)가 구비되고 내부에 작동가스가 충진된 밀폐케이스(310)와, 그 밀폐케이스(310)의 내부에 장착되어 직선형의 구동력을 발생시키는 구동모터(320)와, 그 구동모터(320)의 가동자(322)에 결합되어 직선 왕복운동을 하는 구동축(330)과, 그 구동축(330)에 연결됨과 아울러 밀폐케이스(310)의 실린더부(310a)에 삽입되어 구동축(330)과 함께 직선 왕복운동을 하면서 작동가스를 펌핑하는 피스톤(340)과, 상기 밀폐케이스(310)의 내부와 구동축(330)에 결합되어 구동모터(320)의 가동자(322)의 공진운동을 유발시키면서 피스톤(340)의 지속적인 왕복운동을 유도하는 탄성용 지지부재(350)와, 상기 구동모터(320)의 고정자(321) 내부에 장착되어 구동축(330)의 외주면과 베어링면을 이루면서 피스톤(340)이 직진성을 유지하도록 안내하는 안내용 지지부재(360)를 포함하여 구성된다.

상기 밀폐케이스(310)는 피스톤(340)이 삽입되어 직선 왕복운동을 하는 실린더부(310a)가 형성되는 상부프레임(311)과, 그 상부프레임(311)의 저면에 밀착 결합되어 내부에 구동모터(320)의 고정자(321)가 고정 장착됨과 아울러 구동축(330)의 상단부에 결합되어 피스톤(340)의 지속적인 왕복운동을 유도하는 탄성용 지지부재(350)가 구속되는 하부프레임(312)과, 그 하부프레임(312)을 감싸도록 상부프레임(311)의 저면에 밀봉 결합되어 밀폐케이스(310)로부터 작동가스가 누출되는 것을 방지하는 밀봉셸(313)로 이루어진다.

상기 하부프레임(312)의 내주면에는 구동모터(320)의 고정자(321)가 얹혀져 체결되는 모터지지부(312a)가 형성됨과 아울러 탄성용 지지부재(350)가 얹혀져 체결되는 지지부재 장착부(312b)가 형성된다.

상기 모터지지부(312a)는 하부프레임(312)의 내주면 중간위치에 환형으로 형성되고, 상기 지지부재 장착부(312b)는 하부프레임(312)의 내주면 상단위치에 동일 원주상에 등간격으로 배치되도록 돌기형으로 형성된다.

상기 구동모터(320)는 리니어 모터로서, 다수개의 철편이 원통형으로 적층된 내,외측 라미네이션(321A,321B) 및 그 중 외측 라미네이션(321B)에 장착된 권선코일(321b)로 된 고정자(321)와, 그 고정자(321)의 내,외측 라미네이션(321A,321B) 사이에 개재되어 구동축(330)과 결합되고 상기 코일(321b)에 대향되도록 마그네트(312b)가 장착된 가동자(322)로 이루어진다.

여기서, 상기 외측 라미네이션(321B)은 밀폐케이스(310)의 하부프레임(312)의 내부에 연결링(323)과 함께 체결되고, 상기 내측 라미네이션(321A)은 연결링(323)에 의해 외측 라미네이션(321B)과 일체로 결합된다.

상기 구동축(330)은 전술한 바와 같이 구동모터(320)의 가동자(322)에 일체되어 고정자(321)의 내측 라미네이션(321A) 중앙을 관통하는 것으로, 그 상단은 탄성용 지지부재(350)와 일체로 결합되는 반면, 그 하단부는 내측 라미네이션(321A)에 압입되어 반경방향으로 지지하는 안내용 지지부재(360)에 결합된다.

상기 탄성용 지지부재(350)는 통상적으로 사용되고 있는 스파이럴 타입의 원판형판스프링으로서, 그 외주면은 하부프레임(312)의 지지부재 장착부(312b)에 얹혀져 볼트 체결되는 반면 그 내주면은 구동축(330)의 상단부 외주면에 형성된 단차부(미부호)에 얹혀져 볼트 체결된다. 또한, 상기 탄성용 지지부재(350)의 중앙에는 구동축이 관통되는 구동축 장착공(352)이 피스톤(340)의 직진성을 유지하도록 상부프레임(311)의 실린더부(310a)와 동심상에 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 안내용 지지부재(360)는 전술한 바와 같이 내측 라미네이션(321A)의 내주면에 압입되어 구동축(330)을 반경방향으로 지지하도록 원통형의 베어링 하우징(미부호) 내부에 다수개의 볼베어링(미부호)이 삽입된 리니어 베어링으로 이루어진다.

상기 안내용 지지부재(360)의 외주면을 이루는 베어링 하우징(미부호)의 외주면은 고정자(321)의 내측 라미네이션(321A) 중앙에 압입 고정되는 반면 상기 안내용 지지부재(360)의 내주면을 이루는 볼베어링(미부호)의 외주면은 구동축(330)의 외주면에 구름 접촉되도록 결합된다.

상기 안내용 지지부재(360)는 고정자(321)의 내측 라미네이션(321A)과 함께 상부프레임(311)의 실린더부(311a)와 동심상에 배치되는 것이 바람직하다.

도면중 미설명 부호인 210은 맥동관, 211 및 212는 온측부 및 냉측부, 220은 오리피스, 230은 저장용기, 240은 재생기, 250은 예냉기, 331은 탄성부, 361은 압입부시, 362는 리테이너, 363은 볼베어링이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치의 조립과정은 다음과 같다.

먼저, 상기 하부프레임(312)의 모터지지부(312a)에 구동모터(320)의 외측 라미네이션(321B)을 고정 체결시키고, 그 외측 라미네이션(321B)의 중앙에 내측 라미네이션(321A)을 소정 공극을 두고 삽입하여 연결링(323)으로 고정시키며, 상기 구동축(330)을 가동자(322)에 결합시켜 그 가동자(322)가 내,외측 라미네이션(321A,321B) 사이의 공극에 개재되도록 구동축(330)을 내측 라미네이션(321A)의 중앙에 삽입시킨다.

이때, 상기 내측 라미네이션(321A)의 하단 중앙에는 리니어 베어링(360)이 압입되어 있어 그 베어링(360)에 구동축(330)의 하단부를 삽입시킨다. 다음, 상기 구동축(330)의 상단부에 탄성부재인 판스프링(350)을 체결시키고, 그 판스프링(350)을 하부프레임(312)에 체결시키며, 상기 구동축(330)의 상단에 피스톤(340)을 체결 일체시키고, 그 피스톤(340)이 실린더부(310a)에 삽입되도록 하부프레임(312)에 상부프레임(311)을 체결한다.

이후, 상기 상부프레임(311)의 저면에 밀봉셸(313)을 체결하여 작동가스가 누설되지 않도록 한다.

상기와 같이 조립된 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 구동모터(320)에 전원이 인가되어 가동자(322)가 직선 왕복운동을 하게 되면, 그 가동자(322)에 결합된 구동축(330) 역시 직선 왕복운동을 하게 되고, 그 구동축(330)에 일체로 결합된 피스톤(340)이 실린더부(310a) 내에서 직선 왕복운동을 하면서 작동가스를 펌핑시키게 된다.

이때, 상기 구동축(330)의 상단부에 결합된 탄성부재인 판스프링(350)은구동축(330)의 왕복운동을 받아 가동자(322)의 직선 왕복운동을 탄성에너지로 저장하고, 그 저장된 탄성에너지를 직선운동으로 변환시키면서 가동자(322)를 공진운동시켜 피스톤(340)이 지속적으로 왕복운동을 하게 된다.

또한, 상기 구동축(330)의 하단부가 삽입된 안내용 지지부재(360)는 그 외주면을 이루는 베어링 하우징(미부호)이 고정자(321)인 내측 라미네이션(321A)의 내주면에 압입되어 고정되는 반면 그 내주면을 이루는 볼 베어링(미부호)이 구동축(330)의 외주면에 구름 접촉되므로 상기한 구동축(330)이 구동모터(320)의 가동자(322)와 함께 직선으로 왕복운동을 하는 중에 그 구동축(330)이 반경방향으로의 유동을 방지하면서 축방향으로만 미끄럼 운동을 할 수 있도록 하여 결국 구동축(330)과 함께 왕복운동을 하는 피스톤(340)이 실린더부(310a)의 내주벽과 항상 일정한 공차를 두고 직선운동을 할 수 있게 된다.

이렇게, 상기 탄성용 지지부재(350)는 통상적인 판스프링으로 구비하여 구동축(330)과 함께 피스톤(340)이 지속적으로 왕복운동을 유지시키는 반면, 상기 안내용 지지부재(360)는 고정자(321)에 압입된 리니어 베어링으로 구동축(330)의 반경방향을 지지하여 피스톤(340)이 항상 직진성을 유지하도록 함으로써, 상기 안내용 지지부재(360)의 조립시 이미 동심도가 맞추어진 고정자(321)의 내측 라미네이션(321A)에 압입되므로 별도로 안내용 지지부재(360)를 동심도를 맞춰가면서 조립할 필요가 없게 되어 조립공정에서의 작업이 용이하게 된다.

또한, 상기 안내용 지지부재(360)는 상기와 같이 내측 라미네이션(321A)의 내주면에 압입 고정시킴에 따라 이 안내용 지지부재(360)를 고정하기 위한 별도의프레임(종래에는 하부프레임)을 부가할 필요가 없어 부품의 개수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 상기 안내용 지지부재(360)가 구동모터(320)의 외곽측에 배치될 때보다 구동축(330)의 길이가 줄어들어 결국 구동모터(320)에 가해지는 부하를 줄이고 이를 통해 냉동기의 소형화를 이룰 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치는, 피스톤이 지속적으로 직선 왕복운동을 하도록 하는 탄성용 및 안내용 지지부재중에서 안내용 지지부재를 리니어 베어링으로 하여 구동모터의 고정자 중심에 고정시킴으로써, 상기 안내용 지지부재는 이미 동심도가 맞춰진 고정자에 결합하게 되어 조립시 동심도 일치를 위한 추가작업이 생략되므로 조립공정이 용이하게 되고, 또 상기 안내용 지지부재를 고정하기 위한 별도의 프레임이 추가될 필요가 없어 부품수가 감소되어 생산성이 향상된다.

또한, 상기 안내용 지지부재가 구동모터의 내부에 배치됨에 따라 구동축의 길이가 줄어들어 구동모터에 가해지는 부하가 감소되고, 이를 통해 냉동기 크기가 소형화된다.

Claims (3)

1. 실린더부가 구비되고 내부에 작동가스가 충진된 밀폐케이스와, 그 밀폐케이스의 내부에 장착되어 직선형의 구동력을 발생시키는 구동모터와, 그 구동모터의 가동자에 결합되어 직선으로 왕복운동을 하는 구동축과, 그 구동축에 연결됨과 아울러 밀폐케이스의 실린더부에 삽입되어 구동축과 함께 직선으로 왕복운동을 하면서 작동가스를 펌핑하는 피스톤과, 상기 밀폐케이스의 내주에 외주연이 지지되어 결합됨과 아울러 상기 구동축에 내주연이 지지되어 결합되고 상기한 구동모터의 가동자와 함께 구동축이 공진운동을 하면서 피스톤이 지속적으로 왕복운동을 하도록 유도하는 탄성용 지지부재와, 상기 구동모터의 고정자 내부에 고정 배치되어 구동축의 외주면과 베어링면을 이루면서 구동축과 함께 피스톤이 직진성을 유지하도록 안내하는 안내용 지지부재를 포함한 것을 특징으로 하는 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 밀폐케이스는 피스톤이 삽입되어 직선 왕복운동을 하는 실린더부가 형성되는 상부프레임과, 상기 상부프레임의 저면에 밀착 결합되어 그 내부에 탄성용 지지부재의 외주연이 얹혀져 결합되도록 지지부재 장착부가 구비됨과 아울러 상기한 실린더부와 동심도가 일치된 구동모터의 고정자가 압착되어 고정되도록 모터지지부가 구비되는 하부프레임과, 그 하부프레임을 감싸도록 상부프레임의 저면에 밀봉 결합되어 밀폐케이스로부터 작동가스가 누출되는 것을 방지하는 밀봉셸로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 안내용 지지부재는 구동축과 함께 피스톤의 반경방향을 지지하도록 그 외주면은 구동모터의 내부에 삽입되어 고정되는 반면 그 내주면은 구동축의 외주면에 축방향으로 미끄러지도록 구름 접촉되는 리니어 베어링인 것을 특징으로 하는 무윤활 맥동관 냉동기의 구동장치.