JP4149056B2 - 斜板式コンプレッサの軸受装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車用エアコン等に用いられる斜板式コンプレッサに関するもので、より詳しくは、斜板式コンプレッサの斜板とピストンとの間に介在して斜板の回転運動をピストンの往復運動に変換するための、略半球状のシューを含む軸受装置に関する。
【０００２】
斜板式コンプレッサには駆動軸に対する斜板の傾斜角度が固定されたものと、斜板の傾斜角度が変えられるようになっていて、それによりピストンのストロークが変化する可変容量型とがある。また、ピストンが一方向に移動したときだけ吐出工程が実行される単動型と、両頭型ピストンを用いた複動型とがあるが、ピストン−シリンダ機構および軸受部に関する限り、いずれも基本的構成は同様である。
【０００３】
【従来の技術】
斜板式コンプレッサは、図４にその概略構成を示すように、斜板（２）を傾斜させて取り付けた駆動軸（３）が、シリンダブロック（５）内に回転自在に支承されている。シリンダブロック（５）には駆動軸（３）に対して平行に、かつ、円周方向等配に複数のシリンダボア（６）が形成され、各シリンダボア（６）内にピストン（４）が摺動自在に収容されている。ピストン（４）は、一端に斜板（２）の外周部を跨ぐようにして形成された凹欠部（4a）を有し、この凹欠部（4a）の軸方向対向面に球面座（4b）が形成されている。シュー（１）は球面座（4b）に組み込まれて斜板（２）とピストン（４）との間に介在する。そして、シュー（１）と球面座（4b）とにより、斜板（２）の回転運動をピストン（４）の往復運動に変換するための軸受部（Ａ）を構成している。すなわち、駆動軸（３）と共に斜板（２）が回転すると、軸受部（Ａ）の作用によって、斜板（２）の回転運動はピストン（４）の往復運動に変換される。このとき、シュー（１）は、斜板（２）に対しては一方向の滑り運動を行ない、球面座（4b）に対しては所定の角度にわたって揺動滑り運動をする。
【０００４】
従来、図５に示すように、シュー（１）の凸球面状外周面のうち、球面座（4b）と接する接触部と裾野部とを互いに異なる曲率で構成したものが知られている（特公平３−５１９１２号公報参照）。図５はピストン（４）の球面座（4b）に組み込まれた状態のシュー（１）を示している。球面座（4b）は単一の曲率半径をもって形成されており、一方、シュー（１）の外周面は、球面座（4b）とほぼ同一の曲率半径をもつ頂部の基準球面（1a）と、球面座（4b）と係合・離脱を繰り返す裾野部が、基準球面（1a）よりシュー（１）の中心方向に避退した裾野部球面（1b）とで構成されている。換言すれば、裾野部球面（1b）の曲率は基準球面（1a）の曲率と異なるのみならず、各部分の曲率も徐々に変化している。これにより、基準球面（1a）と裾野部球面（1b）との境界部からなだらかに増加するすきまが、シュー（１）の揺動により大小様々な形態に変化してくさび作用を助長し、摺動する基準球面（1a）の接触領域へ効果的に潤滑油を供給するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
斜板式コンプレッサにおいては、斜板の回転運動に伴いシューは所謂みそすり運動を強いられるため、局部当たりが生じやすく、これが偏摩耗等の不具合の原因となる。それゆえ、シューの正確な当たりを確保するため、シューの製造過程において、当たりの位置を所定の範囲に収めるように管理する必要がある。しかしながら、ピストンの球面座と接するシューの外周面を球面座とほぼ同一の曲率半径の球面とした場合、当たり位置が一定せずにばらつきやすい。しかも、球面座に対するシューの当たり位置は、シューの球面の仕上がり如何に左右され、シューの高さ管理、すなわち、斜板との隙間管理を難しくしている。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、簡単な構成で、シューの頂部とピストンの球面座との接触を回避し、かつ、斜板の傾斜角度が大きくなっても適切な接触部を確保して良好な潤滑状態が得られるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の斜板式コンプレッサの軸受装置は、駆動軸に平行に配設されたシリンダボア内に摺動自在にピストンを収容し、駆動軸に傾斜して取り付けられた斜板に軸受装置を介してピストンを係合させ、斜板の回転によってピストンをシリンダボア内で往復動させるようにした斜板式コンプレッサにおいて、前記軸受装置を、前記ピストンに形成された単一凹球面からなる球面座と、球面座と接する略半球体からなるシューとで構成し、シューの外周面を曲率半径の異なる裾野部と移行部と頂部の３つの曲面で構成し、頂部を球面座の曲率半径よりも大きな特定の曲率半径とし、裾野部と頂部との間に位置する移行部を球面座の曲率半径よりも小さい曲率半径とし、移行部にて球面座と接するようにしたことを特徴とする。頂部の曲率半径を球面座の曲率半径よりも大きくすることによって、シューの外周面および球面座の寸法にばらつきがあっても、頂部が球面座に接触することはなく、両者間に適度なすきまを保って潤滑油を保持させることができる。また、裾野部と頂部との間に位置する移行部は、裾野部と頂部とを繋ぐ部分であり、裾野部および頂部は球面座と接触せず、シューは常にこの移行部にて球面座と接触する。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の斜板式コンプレッサの軸受装置において、シューの裾野部の曲率半径が、球面座の曲率半径よりも小さいことを特徴とする。裾野部の曲率半径を球面座の曲率半径よりも小さくすることによって、裾野部と球面座との間に適度なすきまが形成される。したがって、シューに対する球面座の角部のエッジ当たりを防止するとともに、シューと球面座との間への潤滑油の引込みを良好に行わせることができる。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１の斜板式コンプレッサの軸受装置において、シューの裾野部の曲率中心が、シューの中心線を越え、半径方向に所定量離れた位置にあることを特徴とする。この場合、シューの外周面は常に移行部にて球面座と接触することになるため、球面座に対するシューの当たり点を正確に設定することができる。また、裾野部の曲率半径を球面座の曲率半径と等しく、または、極く僅かに小さくしただけでも、裾野部と球面座との間にすきまを形成させることができる。
【００１０】
シューの頂部の曲率半径は球面座の曲率半径の約1.5 〜2.0 倍の範囲に設定するのが好ましい（請求項４）。頂部の曲率半径を球面座の曲率半径よりも大きくすることによって、シューの頂部とピストンの球面座との接触を回避し、両者間に適度なすきまを保って潤滑油を保持させることができるのは上述のとおりであるが、頂部の曲率半径が球面座の曲率半径の２倍を越えると、頂部と移行部との滑らかな繋ぎが得られず、移行部と球面座との接触が滑らかさを損なうことになるからである。また、この場合のシューの移行部の曲率半径を例示するならば、頂部の曲率半径の約1 ／３〜２／３とすることができる（請求項５）。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に、斜板（２）とピストン（４）の間に組み込まれた状態のシュー（10）を示す。既述のとおり、シュー（10）と球面座（4b）とで軸受装置を構成し、斜板（２）の回転に伴い、軸受装置の作用によって、斜板（２）の回転運動がピストン（４）の往復運動に変換される。
【００１２】
シュー（10）は鋼球からプレス加工によって成形され、図示するように概ね半球状の外観を呈している。シュー（10）は一方では底面（18）にて斜板（２）と接し、他方では略球面状の外周面にてピストン（４）の球面座（4b）と接する。底面（18）は平坦で、比較的大きな曲率の曲面を経て外周面と滑らかに連なっている。なお、底面（18）は必ずしも中心線（Ｘ）に垂直な平面である必要はなく、たとえば、大きな曲率の凸球面、あるいは、周辺部に対して中央部がなだらかに盛り上がった中高形状とすることも可能であるが、加工が容易という点では平面が有利である。
【００１３】
シュー（10）の外周面は、図１の下から、裾野部（12）、移行部（14）、頂部（16）、といった部分球面の組合せで構成されている。裾野部（12）は、球面座（4b）の曲率半径（Ｒ）よりも僅かに小さな曲率半径（R₁）の部分球面であって、底面（18）とは滑らかに連なっている。裾野部（12）の曲率半径（R₁）を球面座（4b）の曲率半径（Ｒ）よりも僅かに小さくすることによって、裾野部（12）と球面座（4b）との間に適度なすきまが形成される。したがって、シュー（10）に対する球面座（4b）の角部のエッジ当たりを防止するともに、シュー（10）と球面座（4b）との間への潤滑油の引込みを良好に行わせることができる。
【００１４】
頂部（１６）は、裾野部（１２）および移行部（１４）よりも大きな曲率半径（Ｒ_２）の部分球面である。頂部（１６）の曲率半径（Ｒ_２）は、球面座（４ｂ）の曲率半径（Ｒ）の約１．５〜２．０倍の範囲内に設定する。頂部（１６）の曲率半径（Ｒ_２）を過度に大きくすると、移行部（１４）との繋ぎが角度をもち、移行部（１４）と球面座（４ｂ）との接触がなめらかさを損なうことになり、さらに移行部（１４）の摩耗が進んだ場合は、その傾向は顕著になる。したがって、移行部（１４）への潤滑が不足して、短寿命の要因となる。また、製造工程において、過度に頂部の曲率半径（Ｒ_２）を大きくすればするほど、金型による１工程での成形が困難となり、２工程になるか、あるいは１工程でも金型の寿命低下につながる。この面から頂部（１６）の曲率半径（Ｒ_２）の上限が区定される。
【００１５】
移行部（14）は、裾野部（12）と頂部（16）との間に位置する部分球面であって、両者とそれぞれ滑らかに連なっている。言い換えれば、移行部（14）は裾野部（12）と頂部（16）とを繋ぐ部分であり、その意味で、移行部（14）の曲率半径（R₃）を「繋ぎアール」と呼ぶこととする。この繋ぎアール（R₃）は、たとえば、頂部（16）の曲率半径（R₂）の約1 ／３〜２／３に設定する。上述のとおり、裾野部（12）および頂部（16）は球面座（4b）と接触せず、シュー（10）はこの移行部（14）にて球面座（4b）と接触する。つまり、球面座（4b）に対するシュー（10）の当たりは常に移行部（14）に存する。
【００１６】
次に、図２に示す実施の形態は、シュー（10）の外周面が裾野部（12）と、移行部（14）と、頂部（16）とで構成されている点は上述の図１の実施の形態と同じであるが、裾野部（12）の構成が次のように相違している。すなわち、裾野部（12）は、シュー（10）の中心線（Ｘ）を越え、中心線（Ｘ）から半径方向に所定量だけ離れた位置に曲率中心をもった円弧を母線とする曲面で構成されている。言い換えれば、曲率中心（O₁）と曲率中心（O₂）は、中心線（Ｘ）を越えて互いに逆方向にオフセット（クロスオフセット）しており、オフセット量を符号ｅで表してある。この場合、シュー（10）の外周面は常に、縦断面で見て、二つの移行部（14）で球面座（4b）と接触することになる。したがって、球面座（4b）に対するシュー（10）の当たり点を正確に設定することができる。また、裾野部（12）の曲率半径（R₁）を球面座（4b）の曲率半径（Ｒ）と等しく、または、極く僅かに小さくしただけでも、裾野部（12）と球面座（4b）との間にすきまを形成させることができる。
【００１７】
裾野部（12）の曲率中心をクロスオフセットさせることにより、裾野部（12）と球面座（4b）の開口部（4c）とのすきまを所定量確保しようとしたとき、裾野部（12）の曲率半径（R₁）が、オフセット量ｅ分だけ図１のオフセットなしの場合よりも大きくなり、図１の場合よりも球面座（4b）の曲率半径（Ｒ）に接近する。一方、移行部（14）から所定角度離れた点でのすきまを所定量確保しようとした場合、球面座（4b）の出口方向へのＲの変化が少なくなるので、球面座（4b）の開口部（4c）でのすきまが小さくなり、裾野部（12）と球面座（4b）の間で斜板（２）の回転により角度が変化したとき、球面座（4b）の中で、シュー（10）の暴れを抑えることができ、安定した作動が確保できる。このように、クロスオフセットによって、設計自由度が大きくなる。
【００１８】
シュー（10）の当たりの管理は次の要領で求めたシューの高さを基準として行われる。図３に示すように、所定の曲率および高さ（h₀）に仕上げたマスターピース（Ｍ）を定盤（20）上に置き、その上に所定の円すい角の円すい形凹部（24）を備えた治具（22）を載せ、定盤（20）から治具（22）の上面までの距離（マスター高さh₁）を測定する。次に、定盤（20）上に測定するシュー（10）を置き、その上に治具（22）を載せて定盤（20）から治具（22）の上面までの距離（シュー組み高さh₂）を測定する。そして、求めるシュー（10）の高さ（Ｈ）を次式より算出する。
【００１９】
Ｈ＝h₀＋（h₂−h₁）
シューの高さ（Ｈ）が所定の範囲に収まるように管理することで、所定の当たりと軸受すきまを確保することができる。
【００２０】
なお、ここでは単動型のピストンを備えた場合を例示して説明したが、この発明は、両頭型のピストンを備えた複動型にも適用でき、また、可変容量型だけでなく固定斜板式のコンプレッサにも適用することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のとおり、この発明によれば、簡単な構成で、シューの頂部とピストンの球面座との接触を回避し、かつ、斜板の傾斜角度が大きくなっても適切な接触部を確保して良好な潤滑状態が得られる。
【００２２】
請求項１の発明によれば、頂部の曲率半径を球面座の曲率半径よりも大きくすることによって、シューの外周面および球面座の寸法にばらつきがあっても、頂部が球面座に接触することはなく、両者間に適度なすきまを保って潤滑油を保持させることができる。
【００２３】
請求項２の発明によれば、裾野部の曲率半径を球面座の曲率半径よりも僅かに小さくすることによって、裾野部と球面座との間に適度なすきまが形成される。したがって、シューに対する球面座の角部のエッジ当たりを防止するともに、シューと球面座との間への潤滑油の引込みを良好に行わせることができる。
【００２４】
請求項３の発明によれば、シューの裾野部の曲率中心が、シューの中心線を越え、半径方向に所定量離れた位置にあることにより、シューの外周面は常に移行部にて球面座と接触することになる。したがって、球面座に対するシューの当たり点を正確に設定することができる。また、裾野部の曲率半径を球面座の曲率半径と等しく、または、極く僅かに小さくしただけでも、裾野部と球面座との間にすきまを形成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】別の実施の形態を示す縦断面図である。
【図３】（Ａ）はマスターピースの側面図、（Ｂ）は測定方法を説明する断面図である。
【図４】可変容量型斜板式コンプレッサの概略構成を示す縦断面図である。
【図５】従来の技術を示す縦断面図であって、（Ａ）はシューが球面座と同軸の状態、（Ｂ）はシューが球面座に対して傾いた状態を示す。
【符号の説明】
２ 斜板
３ 主軸
４ ピストン
4a 凹欠部
4b 球面座
4c 開口部
10 シュー
12 裾野部
R₁ 裾野部の曲率半径
O₁，O₂ 曲率中心
ｅ オフセット量
14 移行部
R₃ 移行部の曲率半径（繋ぎＲ）
16 頂部
R₂ 頂部の曲率半径

Claims (5)

1. 駆動軸に平行に配設されたシリンダボア内に摺動自在にピストンを収容し、駆動軸に傾斜して取り付けられた斜板に軸受装置を介してピストンを係合させ、斜板の回転によってピストンをシリンダボア内で往復動させるようにした斜板式コンプレッサにおいて、前記軸受装置を、前記ピストンに形成された単一凹球面からなる球面座と、球面座と接する略半球体からなるシューとで構成し、シューの外周面を曲率半径の異なる裾野部と移行部と頂部の３つの曲面で構成し、頂部を球面座の曲率半径よりも大きな特定の曲率半径とし、裾野部と頂部との間に位置する移行部を球面座の曲率半径よりも小さい曲率半径とし、移行部にて球面座と接するようにしたことを特徴とする、斜板式コンプレッサの軸受装置。
2. シューの裾野部の曲率半径が、球面座の曲率半径よりも小さいことを特徴とする、請求項１の斜板式コンプレッサの軸受装置。
3. シューの裾野部の曲率中心が、シューの中心線を越え、半径方向に所定量離れた位置にあることを特徴とする、請求項１の斜板式コンプレッサの軸受装置。
4. シューの頂部の曲率半径が、球面座の曲率半径の約１．５〜２．０倍であることを特徴とする請求項１の斜板式コンプレッサの軸受装置。
5. シューの移行部の曲率半径が、頂部の曲率半径の１／３〜２／３であることを特徴とする請求項４の斜板式コンプレッサの軸受装置。

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