可动体支承结构、线性压缩机及超低温制冷机的制作方法_2

文档序号:9724657阅读:来源:国知局
室28向高压室26供给低压工作气体34的吸气阀42。吸气阀42根据高压室26与低压室28之间的压力差而进行开闭。当该压力差低于规定阈值时吸气阀42被开启,当超过该阈值时则被关闭。缸体18上设有用于从吐出室40吐出高压工作气体36的排气阀44。排气阀44根据高压室26与吐出管30之间的压力差而进行开闭。当该压力差超过规定阈值时排气阀44被开启,当低于该阈值时则被关闭。如此,线性压缩机10构成带有阀的线性压缩机。
[0027]活塞16为沿轴向(图1中为上下方向)延伸的空心的圆筒部件。活塞16具备面向加压室38的活塞前端部46及从活塞前端部46沿着轴向朝向与加压室38相反的一侧延伸的活塞主体部48。在活塞前端部46形成有第I活塞凹部50,在活塞主体部48形成有第2活塞凹部52。第I活塞凹部50为活塞前端部46的空心部分且形成加压室38的一部分。第2活塞凹部52为活塞主体部48的空心部分且形成低压室28的一部分。
[0028]活塞前端部46与活塞主体部48之间设有活塞分隔部54。活塞分隔部54为分隔第I活塞凹部50与第2活塞凹部52的壁。在活塞分隔部54的中心形成有活塞连通孔56。活塞连通孔56连通第I活塞凹部50与第2活塞凹部52。吸气阀42容纳于第I活塞凹部50中。吸气阀42构成为根据第I活塞凹部50与第2活塞凹部52之间的压力差使活塞连通孔56开闭。
[0029]活塞16通过板簧单元22以能够沿轴向进行往复移动(例如能够振动)的方式支承于压缩机容器14。板簧单元22的径向内侧部分以沿周向包围活塞16的方式安装于活塞主体部48的基端部。板簧单元22的径向外侧部分安装于压缩机容器14。
[0030]并且,活塞16具备通过线性致动器20被驱动的活塞驱动部49。活塞驱动部49安装于活塞主体部48。
[0031]缸体18为以能够接收活塞16的方式沿轴向延伸的空心的圆筒部件。缸体18固定并支承于压缩机容器14。缸体18具备固定于压缩机容器14的缸体固定端部58及从缸体固定端部58朝向活塞16沿轴向延伸的缸体主体部60。在缸体固定端部58内形成有吐出室40。缸体主体部60具有将活塞16支承为能够沿轴向滑动的缸体内表面62。在缸体固定端部58与缸体主体部60之间设有缸体分隔部64。在缸体分隔部64的中心形成有缸体连通孔66。缸体连通孔66连通吐出室40与加压室38。
[0032]线性致动器20驱动活塞16以使活塞16沿轴向往复移动。通过线性致动器20的驱动,活塞16沿轴向周期性地反复前进及后退。活塞16的前进在图1中为朝上,活塞16的后退在图1中为朝下。线性致动器20例如为使活塞16沿轴向振动的线性振动致动器。
[0033]板簧单元22为允许活塞16的轴向往复移动且限制活塞16的径向及周向移动的轴承。板簧单元22具备多个板簧部23。并且,详细情况会参考图2及图3进行后述,板簧单元22除了多个板簧部23之外还具备多个第1辅助弹簧部68及多个第2辅助弹簧部70。
[0034]多个板簧部23沿轴向直列排列,例如包括至少10片板簧部23。多个板簧部23以各板簧部23能够使活塞16进行轴向往复移动的方式将活塞16弹性支承于压缩机容器14。各板簧部23沿着与轴向垂直的平面延伸。多个板簧部23中的每个板簧部例如为1片板簧,但并不限于此。各板簧部23也可以具备沿轴向重叠配置的多个板簧。
[0035]多个板簧部23沿着轴向隔着间隔彼此相邻配置。各板簧部23沿轴向隔着彼此不接触程度的间隔而排列。例如,沿轴向相邻的2个板簧部23之间的间隔设定为即使该2个板簧部23通过活塞16的往复移动而产生弹性变形也不会彼此接触。为了保持适当的间隔,也可以在2个板簧部23之间设有间隔件或按压部件。
[0036]如图2所不,板簧部23具备板簧内周部72、包围板簧内周部72的板簧外周部74及连结板簧内周部72与板簧外周部74的多个(图2中为3条)弹性臂76。板簧内周部72固定于活塞16 (例如活塞主体部48)。板簧外周部74固定于压缩机容器14。通过弹性臂76的弹性变形,允许板簧内周部72与板簧外周部74沿轴向相对位移,即允许活塞16相对于压缩机容器14沿轴向相对位移。
[0037]这种板簧部23也被称为柔性弹簧,其在活塞16的往复移动方向上柔软,在与往复移动方向垂直的方向上坚硬。这种板簧例如公开于日本特开2008-215440号公报及日本特开2013-195043号公报。将这些文献的所有内容通过参考援用于本申请说明书中。
[0038]如此,构筑作为质量要件具有活塞16,而作为弹性要件具有板簧单元22的轴向振动系统。该振动系统设计成,例如通过适当地设定板簧单元22的各板簧部23的轴向刚性来赋予所希望的共振频率。振动系统通过线性致动器20得以驱动。
[0039]活塞16的设计上的轴向可动区域设定为,向高压室26 (例如加压室38)施加所希望的容积变化的循环。活塞16的轴向可动区域例如也可以设定为,当活塞16前进时在上止点使活塞16 (例如活塞前端部46)与缸体18的对置部分(例如缸体分隔部64)抵接或接触,当活塞16后退时在下止点使活塞16的前端面与缸体18的对置部分之间隔开规定距离。或者,轴向可动区域也可以设定为,活塞16的前端面在上止点不与缸体18的对置部分接触而相隔一定距离。
[0040]并且,活塞16的轴向可动区域也可以设定为,通过活塞16的往复移动而产生的板簧部23的周期性的轴向弹性变形的中心位置与板簧部23的中立位置一致。
[0041]在此,对线性压缩机10的基本动作进行说明。如上所述,低压工作气体34从线性压缩机10的外部通过吸入管32回收到低压室28。当活塞16在下止点或其附近进行移动时,吸气阀42被打开且排气阀44被关闭。低压工作气体34从第2活塞凹部52通过活塞连通孔56供给至加压室38。当活塞16从下止点向上止点前进时,吸气阀42被关闭,加压室38及吐出室40的工作气体被压缩而升压。
[0042]当活塞16在上止点或其附近进行移动时,排气阀44被打开,高压工作气体36从吐出室40通过吐出管30供给到线性压缩机10的外部。当活塞16从上止点后退至下止点时,排气阀44被关闭,加压室38及吐出室40的工作气体被膨胀而减压。当活塞16返回至下止点或其附近时,吸气阀42被打开,低压工作气体34再次供给至加压室38。如此反复线性压缩机10中的压缩循环。
[0043]较为理想的是,活塞16在压缩循环中在设计上的轴向可动区域振动。振动中心与板簧部23的中立位置一致。然而,本发明人等发现,在这种带阀的线性压缩机中,活塞16通过在压缩循环期间作用于活塞16的压力差而会在从高压室26稍微推开的状态下进行振动。因此,活塞16的实际轴向可动区域会从设计上的轴向可动区域稍微向低压室28侧偏移。如此一来,在整个压缩循环中,加压室38的容积变大,尤其在活塞16位于上止点时的加压室38的容积变大,因此线性压缩机10的效率有可能会下降。并且,振动中心越远离板簧部23的中立位置,在上止点或下止点上作用于板簧部23的负载会越变高。若高负载持续作用,则板簧部23的耐用寿命会缩短。因此,以下对解决这种课题的方法进行详细叙述。
[0044]在典型的板簧式支承中,轴向刚性以在往复的两个方向上相等的方式对称地构成。相对于此,本实施方式所涉及的板簧单元22的轴向刚性以非
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