KR20090041706A - 리니어 압축기 - Google Patents

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KR20090041706A
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강양준
전영환
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 냉매가 압축되는 공간을 제공하는 실린더를 포함하는 고정부재, 실린더 내부에서 냉매를 압축하는 피스톤 및 피스톤의 중심과 일치하는 중심을 가지며 피스톤에 연결되며 피스톤의 반경방향으로 확장된 지지부를 포함하는 서포터 피스톤을 포함하며 고정부재에 대해 직선왕복운동하는 가동부재, 서포터 피스톤의 지지부의 전면에 의해 일단이 지지되고, 고정부재에 의해 타단이 지지되며, 피스톤 및 서포터 피스톤의 중심에 대해 대칭되도록 위치하는 복수 개의 전방 메인 스프링, 서포터 피스톤에 의해 일단이 지지되며, 피스톤과 다른 측에 위치하는 단일의 후방 메인 스프링, 가동부재와 함께 왕복운동하면서 냉매를 도입시키는 유로를 제공하고 소음을 저감시키는 흡입머플러, 및 후방 메인 스프링과 서포터 피스톤 사이에 삽입되어 후방 메인 스프링을 지지하는 스프링 가이더를 포함하고, 스프링 가이더는 외주에 복수개의 함몰부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
리니어 압축기, 후방 메인 스프링, 스프링 가이더

Description

리니어 압축기{LINEAR COMPRESSOR}
본 발명은 리니어 압축기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리니어 압축기의 구동 주파수에 맞추어진 공진 주파수를 가지는 메인 스프링을 3개 구비하며, 후방 메인 스프링을 안정적으로 장착시키는 리니어 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축하여 압력을 높여주는 기계장치로써, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
이러한 압축기를 크게 분류하면, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor)와, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더(Cyliner) 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시키는 회전식 압축기(Rotary compressor)와, 선회 스크롤(Orbiting scroll)과 고정 스크롤(Fixed scroll) 사이에 작동가스가 흡, 토출되 는 압축공간이 형성되도록 하여 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scroll compressor)로 나뉘어진다.
최근에는 왕복동식 압축기 중에서 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 구동모터에 직접 연결되도록 하여 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없이 압축효율을 향상시킬 뿐 아니라 구조가 간단한 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.
보통, 리니어 압축기는 밀폐된 쉘 내부에서 피스톤이 리니어 모터에 의해 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하도록 움직이면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키도록 구성되되, 상기 리니어 모터는 이너스테이터 및 아우터스테이터 사이에 영구자석이 위치되도록 하여 상호 전자기력에 의해 영구자석이 직선 왕복 운동하도록 구동되고, 이러한 영구자석이 피스톤과 연결된 상태에서 구동됨에 따라 피스톤이 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키도록 한다.
도 1은 종래의 리니어 압축기를 도시한 측단면도이고, 도 2는 도 1의 종단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 리니어 압축기(1)는 밀폐된 쉘(10) 내부에서 피스톤(30)이 리니어 모터(40)에 의해 실린더(20) 내부에서 왕복 직선 운동하도록 움직이면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키도록 구성된다. 리니어 모터(40)는 이너스테이터(42), 아우터스테이터(44) 및 이너스테이터(42)와 아우터스테이터(44) 사이에 위치하는 영구자석(46)을 포함하며, 상호 전자기력에 의해 영구자석(46)이 직선 왕복 운동하도록 구동된다. 이때 영구자석(46)이 피스톤(30)과 연결 된 상태에서 구동됨에 따라, 피스톤(30)이 실린더(20) 내부에서 왕복 직선 운동하면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음 토출한다.
리니어 압축기(1)는 또한 프레임(52), 스테이터 커버(54) 및 백 커버(56)를 더 포함한다. 리니어 압축기는 실린더(20)가 프레임(52)에 의해 고정되는 구성을 구비할 수도 있고, 실린더(20)와 프레임(52)이 일체로 형성되는 구성을 구비할 수도 있다. 실린더(20)의 전방에는 토출 밸브(62)가 탄성 부재에 의해 탄성 지지되면 실린더(20) 내부 냉매의 압력에 따라 선택적으로 개폐된다. 토출 밸브(62)의 전방에 토출 캡(64) 및 토출 머플러(66)가 설치되며, 토출 캡(64) 및 토출 머플러(66)는 프레임(52)에 고정된다. 이너스테이터(42) 및 아우터스테이터(44) 또한 일단이 프레임(52)에 의해 지지되며, 이너스테이터(42)의 O-ring 등의 별도의 부재 또는 실린더(20)에 형성된 턱에 의해 지지되며, 아우터스테이터(44)의 타단은 스테이터 커버(54)에 의해 지지된다. 백 커버(56)는 스테이터 커버(54)에 설치되며, 백 커버(56)와 스테이터 커버(54) 사이에 흡입머플러(70)가 위치한다.
또한 피스톤(30)은 후방에 서포터 피스톤(32)이 결합된다. 서포터 피스톤(32)에는 피스톤(30)이 공진 운동할 수 있도록 각 고유진동수가 조절된 메인 스프링(80)이 설치된다. 메인 스프링(80)은 서포터 피스톤(32)과 스테이터 커버(54)에 의해 양단이 지지되는 전방 스프링(82)과 서포터 피스톤(32)과 백 커버(56)에 의해 양단이 지지되는 후방 스프링(84)으로 구분된다.
도 2는 전방 스프링(82)과 후방 스프링(84)이 마주보며 4개씩 배치된 것을 도시한다. 다시 말해서, 전방 스프링(82)은 상단에 2개, 하단에 2개가 마주보며 배 치되어 있고, 후방 스프링(84)은 좌측에 2개, 우측에 2개가 마주보며 배치되어 있다. 서포터 피스톤(32) 및 스테이커 커버(54) 사이에 전방 스프링(82)이 지지되어 장착되고, 서포터 피스톤(32) 및 백 커버(56) 사이에 후방 스프링(84)이 지지되어 장착된다.
이처럼 메인 스프링(80)의 개수가 많은 것은 피스톤(30)의 운동시 균형을 유지하기 위해 제어되어야 할 위치 변수가 많게 된다. 이로 인해, 제조 공정이 복잡하고 길며, 제조 단가가 높다.
또한 흡입머플러(70)는 서포터 피스톤(32)에 체결부재에 의해 고정되는 경우, 체결부재를 위한 피난구조를 구비하지 않는다. 이는 메인 스프링의 불필요한 간섭 내지 마찰을 발생시켜서 소음 발생 및 메인 스프링의 파손과 같은 문제를 일으킨다. 메인 스프링의 정교한 탄성운동을 위한 해결책이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 흡입머플러의 체결볼트에 대한 피난구조를 제공하는 복수개의 함몰부를 구비한 안착부를 형성하여 후방 메인 스프링을 안정적으로 장착시킬 수 있는 리니어 압축기를 제공한다.
본 발명에 따른 리니어 압축기는 전방 메인 스프링 2개와 후방 메인 스프링 1개를 구성하며, 후방 메인 스프링을 안정적으로 장착시킬 수 있도록 체결볼트의 피난구조를 제공하는 복수개의 함몰부를 구비한 안착부를 형성한 리니어 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 리니어 압축기는 메인 스프링의 개수를 저감하여, 부품 생산 비용을 절감하는 효과가 있다.
또한 리니어 압축기의 스프링 가이더는 체결볼트의 피난구조를 제공하는 함몰부를 구비한 안착부를 형성하여 후방 메인 스프링을 안정적으로 장착시키는 효과가 있다.
본 발명은 냉매가 압축되는 공간을 제공하는 실린더를 포함하는 고정부재, 실린더 내부에서 냉매를 압축하는 피스톤 및 피스톤의 중심과 일치하는 중심을 가지며 피스톤에 연결되며 피스톤의 반경방향으로 확장된 지지부를 포함하는 서포터 피스톤을 포함하며 고정부재에 대해 직선왕복운동하는 가동부재, 서포터 피스톤의 지지부의 전면에 의해 일단이 지지되고, 고정부재에 의해 타단이 지지되며, 피스톤 및 서포터 피스톤의 중심에 대해 대칭되도록 위치하는 복수 개의 전방 메인 스프링, 서포터 피스톤에 의해 일단이 지지되며, 피스톤과 다른 측에 위치하는 단일의 후방 메인 스프링, 가동부재와 함께 왕복운동하면서 냉매를 도입시키는 유로를 제공하고 소음을 저감시키는 흡입머플러, 및 후방 메인 스프링과 서포터 피스톤 사이에 삽입되어 후방 메인 스프링을 지지하는 스프링 가이더를 포함하고, 스프링 가이더는 외주에 복수개의 함몰부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 스프링 가이더는, 적어도 후방 메인 스프링이 맞닿는 안착부를 포함하고, 안착부는 후방 메인 스프링의 경도보다 큰 경도를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 스프링 가이더는, 후방 메인 스프링의 일단이 끼워 맞춰지는 단차부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기를 도시한 측단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 메인 스프링 부분을 도시한 측단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 리니어 압축기(100)는 밀폐된 쉘(110) 내부에서 피스톤(300)이 리니어 모터(400)에 의해 실린더(200) 내부에서 왕복 직선 운동하도록 움직이면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키도록 구성된다. 리니어 모터(400)는 이너스테이터(420), 아우터스테이터(440) 및 이너스테이터(420)와 아우터스테이터(440) 사이에 위치하는 영구자석(460)을 포함하며, 상호 전자기력에 의해 영구자석(460)이 직선 왕복 운동하도록 구동된다. 이때 영구자석(460)이 피스톤(300)과 연결된 상태에서 구동됨에 따라, 피스톤(300)이 실린더(200) 내부에서 왕복 직선 운동하면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음 토출한다.
리니어 압축기(100)는 또한 프레임(520), 스테이터 커버(540) 및 백 커버(560)를 더 포함한다. 리니어 압축기는 실린더(200)가 프레임(520)에 의해 고정되는 구성을 구비할 수도 있고, 실린더(200)와 프레임(520)이 일체로 형성되는 구성을 구비할 수도 있다. 실린더(200)의 전방에는 토출 밸브(620)가 탄성 부재에 의해 탄성 지지되면 실린더(200) 내부 냉매의 압력에 따라 선택적으로 개폐된다. 토 출 밸브(620)의 전방에 토출 캡(640) 및 토출 머플러(660)가 설치되며, 토출 캡(640) 및 토출 머플러(660)는 프레임(520)에 고정된다. 이너스테이터(420) 및 아우터스테이터(440) 또한 일단이 프레임(520)에 의해 지지되며, 이너스테이터(420)의 O-ring 등의 별도의 부재 또는 실린더(200)에 형성된 턱에 의해 지지되며, 아우터스테이터(440)의 타단은 스테이터 커버(540)에 의해 지지된다. 백 커버(560)는 스테이터 커버(540)에 설치되며, 백 커버(560)와 스테이터 커버(540) 사이에 흡입머플러(700)가 위치한다.
또한 피스톤(300)은 후방에 서포터 피스톤(320)이 결합된다. 서포터 피스톤(320)에는 피스톤(300)이 공진 운동할 수 있도록 각 고유진동수가 조절된 메인 스프링(800)이 설치된다. 메인 스프링(800)은 서포터 피스톤(320)과 스테이터 커버(540)에 의해 양단이 지지되는 전방 메인 스프링(820)과 서포터 피스톤(320)과 백 커버(560)에 의해 양단이 지지되는 후방 메인 스프링(840)으로 구분된다. 여기서, 후방 메인 스프링(840)의 중심은 피스톤(300)의 중심과 일치한다. 흡입머플러(700)는 후방 메인 스프링(840) 내에 위치하고 피스톤 및 서포터 피스톤(320) 중 적어도 어느 하나에 연결되어 냉매를 피스톤 내로 유입한다.
또한 서포터 피스톤(320) 및 스프링 가이더(900)는 피스톤(300)과 후방 메인 스프링(840)의 중심이 일치하게 서포터 피스톤(320) 및 스프링 가이더(900)가 결합될 수 있도록 안내하며, 서로 대응하는 안내홀을 구비한다.
도 4는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 메인 스프링 부분을 중심으로 구조적인 이해를 돕는다. 먼저, 후방 메인 스프링은 스프링 가이더(900)와 백 커 버(560)에 의해 양단이 지지되고 안정적으로 장착된다.
보다 자세히 살펴보면, 스프링 가이더(900)는 체결볼트(340)가 후방 메인 스프링(840)에 직접 닿지 않도록 한다. 피스톤(300)과 서포터 피스톤(320)을 체결하는 체결볼트(340)은 스프링 가이더(900)의 외주의 함몰부에서 피난구조를 가질 수 있다. 전방 메인 스프링(820)은 서포터 피스톤(320)과 스테이터 커버(540) 사이에 지지되어 장착된다. 또한 흡입머플러(700)가 스프링 가이더(900)를 관통하고 후방 메인 스프링(840) 안쪽에 들어간다.
도 5는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 후방 메인 스프링 부분을 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 정면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 스프링 가이더를 도시한 사시도이다.
도 5를 참조하면, 스프링 가이더(900)의 외주의 일부에 있는 체결볼트(340)를 자세히 볼 수 있다. 후방 메인 스프링(840)은 스프링 가이더(900)에 지지되어 장착되므로 체결볼트(340)에 직접 닿지 않는다. 체결볼트(340)는 흡입머플러의 연장부(720)와 서포터 피스톤(320)을 체결한다. 스프링 가이더(900)는 체결볼트(340)의 머리보다 큰 두께를 구비함으로 체결볼트(340)의 피난구조를 제공할 수 있고 후방 메인 스프링(840)은 체결볼트(340)에 접촉할 수 없는 구조를 이룬다. 여기서 스프링 가이더(900)는 복수개의 체결볼트(340)에 의해 끼워지게 된다.
그러므로, 서포터 피스톤(320) 위에 흡입머플러(700)이 체결될 때, 흡입머플러의 연장부(720)가 체결볼트(340)에 의해 서포터 피스톤(320)에 고정된다. 그리고, 체결볼트(340)의 피난구조를 형성하는 복수개의 함몰부를 구비한 스프링 가이 더(900)가 흡입머플러의 연장부(720) 위에 놓여진다. 이때 체결볼트(340)의 머리 높이는 스프링 가이더(900)에 구비된 복수개의 함몰부의 높이보다 작아서, 후방 메인 스프링(840)에 접촉하지 않는다.
도 6을 참조하면, 스프링 가이더(900)에 후방 메인 스프링(840)이 안정적으로 장착된 것이 도시되어 있다. 이러한 스프링 가이더(900)는 외주의 구비된 복수개의 함몰부가 체결볼트(340)의 머리보다 큰 두께를 형성함으로, 체결볼트(340)의 피난구조를 이루며, 후방 메인 스프링(840)이 체결볼트(340)에 직접 닿지 않게 된다. 동시에, 후방 메인 스프링(840)이 안정적인 탄성 운동을 할 수 있도록 한다. 여기서 체결볼트(340)는 흡입머플러의 연장부(720)와 서포터 피스톤(320)을 체결한다.
도 7을 참조하면, 스프링 가이더(900)의 구조를 상세하게 이해할 수 있다. 스프링 가이더의 단차부(920)은 후방 메인 스프링(840)에 끼워 맞춰진다. 스프링 가이더의 외주에 형성된 복수개의 함몰부(940)는 체결볼트(340)의 머리보다 큰 높이를 구비한다. 또한 스프링 가이더의 외주에 형성된 복수개의 함몰부(940)는 체결볼트(340)의 피난구조를 형성하고, 후방 메인 스프링(840)은 체결볼트(340)에 직접 접촉하지 않을 수 있다.
여기서 스프링 가이더의 안착부(960)는 후방 메인 스프링(840)이 안착되는 접촉되는 넓은 면적을 제공한다. 이는 후방 메인 스프링(840)의 장착 안전성을 높이고, 한쪽으로 쏠리지 않게 할 수 있다. 이는 후방 메인 스프링(840)의 정교한 탄성운동을 제공할 수 있다.
또한 스프링 가이더의 안착부(960)는 표면처리를 통해 후방 메인 스프링(840)보다 큰 경도를 가진다. 이는 스프링 가이더의 안착부(960)에 안착되는 후방 메인 스프링(840)에 의한 마모에 의해 이물질이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 도 8에서 도 11까지는 비교예에 따른 스프링 가이더(900)가 제외되어 후방 메인 스프링(840)이 안정적으로 장착될 수 없는 구조를 도시한다.
도 8은 비교예에 따른 리니어 압축기의 스프링 가이더가 제외된 측면도이며, 도 9는 비교예에 따른 스프링 가이더가 제외된 메인 스프링 부분을 도시한 측면도이고, 도 10은 비교예에 따른 스프링 가이더가 제외된 후방 메인 스프링 부분을 도시한 사시도이며, 도 11은 도 10의 정면도이다.
도 8은 스프링 가이더가 제외되어 후방 메인 스프링(840)이 체결볼트(340)에 직접 닿는다. 이러한 구조는 후방 메인 스프링(840)의 탄성 운동을 불안정하게 만드는 요인을 제공할 수 있다.
도 9는 스프링 가이더가 제외되어 후방 메인 스프링(840)이 체결볼트(340)의 머리에 바로 놓여지는 것을 보여준다. 여기서 체결볼트(340)는 피스톤(300)과 서포터 피스톤(320)을 체결한 것으로서, 후방 메인 스프링(840)이 바로 위에 안착되면 쏠림 현상과 같은 불안한 탄성 운동을 일으킬 수 있다. 전방 메인 스프링(820)은 서포터 피스톤(320)과 스테이터 커버(540) 사이에 지지되어 안착된다.
도 10은 스프링 가이더가 제외되어 후방 메인 스프링(840)이 체결볼트(340) 의 머리 일부분에 놓여지는 불안정한 구조를 보여준다. 체결볼트(340)이 흡입머플러의 연장부(720)와 서포터 피스톤(320)을 체결되는 데, 흡입머플러 지지부재의 일 부가 후방 메인 스프링(840) 아래에 드러난다.
도 11은 스프링 가이더가 제외되어 후방 메인 스프링(840)이 체결볼트(340)의 머리 일부분에 놓여지는 불안정한 구조를 보여준다. 후방 메인 스프링(840)이 체결볼트(340)의 머리 일부분에 걸쳐진 불안정한 구조는 정교한 탄성 운동을 어렵게 할 수 있다. 또는 후방 메인 스프링(840)이 깨지거나 마모되어 이물질이 발생될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 리니어 압축기의 스프링 가이더(900)는 후방 메인 스프링(840)이 안정적으로 정교한 탄성 운동을 할 수 있도록, 체결부재의 피난구조를 구비한 복수개의 함몰부를 형성하는 안착부를 제공할 수 있다. 이로 인하여, 리니어 압축기의 성능 및 소음 방지도 개선할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 리니어 압축기는 메인 스프링의 개수를 저감하여, 부품 생산 비용을 절감할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 종래의 리니어 압축기를 도시한 측단면도,
도 2는 도 1의 종단면도,
도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기를 도시한 측단면도,
도 4는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 메인 스프링 부분을 도시한 측단면도,
도 5는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 후방 메인 스프링 부분을 도시한 사
시도,
도 6은 도 5의 정면도,
도 7은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 스프링 가이더를 도시한 사시도,
도 8은 비교예에 따른 리니어 압축기의 스프링 가이더가 제외된 측면도,
도 9는 비교예에 따른 스프링 가이더가 제외된 메인 스프링 부분을 도시한 측면도,
도 10은 비교예에 따른 스프링 가이더가 제외된 후방 메인 스프링 부분을 도시한 사시도,
도 11은 도 10의 정면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
300 : 피스톤 320 : 서포터 피스톤
700 : 흡입머플러 840 : 후방 메인 스프링
900 : 스프링 가이더

Claims (4)

  1. 냉매가 압축되는 공간을 제공하는 실린더를 포함하는 고정부재;
    실린더 내부에서 냉매를 압축하는 피스톤 및 피스톤의 중심과 일치하는 중심을 가지며 피스톤에 연결되며 피스톤의 반경방향으로 확장된 지지부를 포함하는 서포터 피스톤을 포함하며 고정부재에 대해 직선왕복운동하는 가동부재;
    서포터 피스톤의 지지부의 전면에 의해 일단이 지지되고, 고정부재에 의해 타단이 지지되며, 피스톤 및 서포터 피스톤의 중심에 대해 대칭되도록 위치하는 복수 개의 전방 메인 스프링;
    서포터 피스톤에 의해 일단이 지지되며, 피스톤과 다른 측에 위치하는 단일의 후방 메인 스프링;
    가동부재와 함께 왕복운동하면서 냉매를 도입시키는 유로를 제공하고 소음을 저감시키는 흡입머플러; 및
    후방 메인 스프링과 서포터 피스톤 사이에 삽입되어 후방 메인 스프링을 지지하는 스프링 가이더를 포함하고, 스프링 가이더는 외주에 복수개의 함몰부를 구비하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    스프링 가이더의 함몰부는, 서포터 피스톤과 흡입머플러를 고정하는 체결부재의 깊이방향으로의 단부가 함몰부에서 드러나지 않는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  3. 제1항에 있어서,
    스프링 가이더는, 적어도 후방 메인 스프링이 맞닿는 안착부를 포함하고, 안착부는 후방 메인 스프링의 경도보다 큰 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    스프링 가이더는, 후방 메인 스프링의 일단이 끼워 맞춰지는 단차부를 구비하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
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