(57)【要約】【課題】  スワッシュリングとシューとの間の摺動状態が長期に亘り良好に維持され、優れた耐久性を有する往復動型流体機械を提供する。【解決手段】  往復動型流体機械は動力伝達機構を具備する。前記動力伝達機構は、駆動軸８と一体に回転し、その内周面に開口した係合穴４４を有するスワッシュリング４２と、駆動軸８から径方向外側に延び、外端に前記スワッシュリング４２の係合穴４４に係合したボール部５８ａを有するアーム５８と、ピストン３８とスワッシュリング４２との間に設けられ、スワッシュリング４２の回転をピストン３８の往復動運動に変換するためのシュー４０と、係合穴４４の内面とボール部５８ａとの間に設けられたライナ部材６０とを備える。ライナ部材６０は、係合穴４４に嵌合する外面と、その内面に設けられ、ボール部５８ａを受け入れる円弧状の凹み６０ａとを有する。【選択図】  図１
2006194182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸の回転が動力伝達機構を介してピストンの往復運動に伝達される往復動型流体機械において、
前記動力伝達機構は、
前記駆動軸と一体に回転し、その内周面に開口した係合穴を有するスワッシュリングと、
前記駆動軸から径方向外側に延び、外端に前記スワッシュリングの前記係合穴に係合したボール部を有するアームと、
前記ピストンと前記スワッシュリングとの間に設けられ、前記スワッシュリングの回転を前記ピストンの往復動運動に変換するためのシューと、
前記係合穴の内面と前記ボール部との間に設けられたライナ部材と
を備え、
前記ライナ部材は、
前記係合穴に嵌合する外面と、
その内面に設けられ、前記ボール部を受け入れる円弧状の凹みと
を有する
ことを特徴とする往復動型流体機械。
【請求項２】
前記係合穴内に２つの前記ライナ部材を有し、
前記ライナ部材の各々は半球状の前記凹みを有する
ことを特徴とする請求項１記載の往復動型流体機械。
【請求項３】
各前記ライナ部材における前記凹みの底壁中央での厚みＴの和をΣＴとしたときに、前記係合穴の内径Ｄと前記アームのボール部の外径ｄとの差（Ｄ−ｄ）は、前記底壁中央の厚みＴの和ΣＴよりも大きい（（Ｄ−ｄ）＞ΣＴ）ことを特徴とする請求項１又は２記載の往復動型流体機械。
【請求項４】
前記ライナ部材は、前記凹みの底壁に少なくとも１個の貫通孔を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の往復動型流体機械。
【請求項５】
前記ライナ部材は、前記凹みの底壁中央に前記貫通孔を有することを特徴とする請求項４記載の往復動型流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は往復動型流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の往復動型流体機械は、例えば冷凍回路の圧縮機に適用される。流体機械は、駆動軸に対し傾動可能なスワッシュリングを備え、駆動軸とスワッシュリングとの間は、駆動軸から径方向外側に延びるアームを介して連結されている（特許文献１）。より詳しくは、アームは外端にボール部を有し、このボール部がスワッシュリングの係合穴内に挿入されている。スワッシュリングは、アームを介して駆動軸と一体に回転可能であり、スワッシュリングがピストンの端部に設けられたシューと摺動することにより、ピストンの回転がピストンの往復運動に変換される。この際、スワッシュリングは、アームのボール部を支点として駆動軸に対し傾動可能であり、この傾動角に応じてピストンのストローク、つまり、流体機械からの作動流体の吐出量が調整される。
【特許文献１】特許第3188716号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した特許文献１の圧縮機では、アームのボール部の外径をスワッシュリングの係合穴の内径よりも小さくし、これらの間にクリアランスを確保せざるを得ない。これは、圧縮機の組立性向上、つまり係合穴へのボール部の挿入を容易にするためであるが、このようなクリアランスに起因して、圧縮機の耐久性が低下するという問題がある。
より詳しくは、ピストンからの圧縮反力によるボール部と係合穴との間の接触圧は、ピストンの往復運動方向でみて、ピストンヘッド側のボール部の極点周辺にて局所的に高くなる。この極点にて当接する係合穴の穴壁は薄肉で強度が低いため、係合穴の領域でスワッシュリングには歪みが発生し易く、スワッシュリングとシューとの間の面圧分布が不均一になる。そして、面圧分布の不均一化は、シューとスワッシュリングとの間での異常摩耗をもたらし、この結果として、圧縮機の耐久性が低下する。
【０００４】
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、スワッシュリングとシューとの間の摺動状態が長期に亘り良好に維持され、優れた耐久性を有する往復動型流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、駆動軸の回転が動力伝達機構を介してピストンの往復運動に伝達される往復動型流体機械において、前記動力伝達機構は、前記駆動軸と一体に回転し、その内周面に開口した係合穴を有するスワッシュリングと、前記駆動軸から径方向外側に延び、外端に前記スワッシュリングの前記係合穴に係合したボール部を有するアームと、前記ピストンと前記スワッシュリングとの間に設けられ、前記スワッシュリングの回転を前記ピストンの往復動運動に変換するためのシューと、前記係合穴の内面と前記ボール部との間に設けられたライナ部材とを備え、前記ライナ部材は、前記係合穴に嵌合する外面と、その内面に設けられ、前記ボール部を受け入れる円弧状の凹みとを有することを特徴とする往復動型流体機械が提供される（請求項１）。
【０００６】
本発明の往復動型流体機械によれば、アームのボール部がライナ部材の円弧状の凹みに面接触するので、ボール部からの荷重がライナ部材を介して分散され、係合穴の穴壁に局所的な荷重が加わるのが阻止される。従って、係合穴領域でスワッシュリングに歪みが発生するのが防止される。
好適な態様として、前記係合穴内に２つの前記ライナ部材を有し、前記ライナ部材の各々は半球状の前記凹みを有する（請求項２）。この場合、ライナ部材が係合穴の内部で回転したとしても、２つのライナ部材のうちいずれか一方又は両方の半球状の凹みが、ピストンの往復運動方向でみて、ピストンヘッド側のボール部の極点周辺に面接触する。このため、この往復動流体機械では、ピストンからの圧縮反力により係合穴の穴壁に加わる荷重が確実に分散される。
【０００７】
好適な態様として、各前記ライナ部材における前記凹みの底壁中央での厚みＴの和をΣＴとしたときに、前記係合穴の内径Ｄと前記アームのボール部の外径ｄとの差（Ｄ−ｄ）は、前記底壁中央の厚みＴの和ΣＴよりも大きい（（Ｄ−ｄ）＞ΣＴ）（請求項３）。この場合、係合穴内にライナ部材及びボール部を容易に挿入することができる。
好適な態様として、前記ライナ部材は、前記凹みの底壁中央に貫通孔を有する（請求項４）。この場合、凹みの底壁に形成された貫通孔を介してボール部と凹みとの間に潤滑油が供給されるので、ボール部と凹みとの間における摺動特性が向上する。
【０００８】
好適な態様として、前記ライナ部材は、前記凹みの底壁中央に前記貫通孔を有する（請求項５）。この場合、ライナ部材の凹みとボール部との間で接触圧が最も高くなる凹みの底壁中央に貫通孔を形成したことで、ボール部からライナ部材の凹みへ加わる荷重が分散される。つまり、ボール部とライナ部材の凹みとの間で接触圧の分布が均一になる。この結果として、ボール部と凹みとの間における摺動特性が更に向上する。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明の請求項１〜５の往復動型流体機械は、スワッシュリングでの歪み発生が防止され、スワッシュリングとシューとの面圧分布が長期に亘り均一に保たれる結果、優れた耐久性を有する。
とりわけ、請求項２の往復動型流体機械によれば、２つのライナ部材によりスワッシュリングでの歪み発生が確実に防止される。
【００１０】
また、請求項３の往復動型流体機械によれば、当該流体機械の組立性が低下することはない。
更に、請求項４及び５の往復動型流体機械は、ボール部とライナ部材との間での摺動特性が向上し、より優れた耐久性を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、一実施例の往復動型流体機械として可変容量型の斜板式圧縮機を示している。
圧縮機はシリンダブロック２を備えている。シリンダブロック２の一端側には、円筒状のフロントハウジング４が気密に接続され、シリンダブロック２とフロントハウジング４の端壁４ａとの間には、クランク室６が区画されている。
フロントハウジング４は、端壁４ａに連なる小径部４ｂを有し、クランク室６を貫通して配置された駆動軸８は、軸受１０,１２,１４を介してシリンダブロック２、フロントハウジング４の端壁４ａ及び小径部４ｂに回転自在に支持されている。駆動軸８の一端部８ａは、小径部４ｂの外端から外側に突出し、この一端部８ａには、図示しないけれども、電磁クラッチがスプライン嵌合される。電磁クラッチは、軸受（図示せず）を介して小径部４ｂにより回転自在に支持され、例えばエンジン等の動力源からの動力を駆動軸８に断続的に伝達する。
【００１２】
一方、シリンダブロック２には、複数のシリンダボア１６が形成され、これらシリンダボア１６は駆動軸８の軸線の回りに同心上に形成されている。各シリンダボア１６は、駆動軸８の軸線方向に延び、シリンダブロック２の両端面にて開口している。
シリンダブロック２の他端面には、バルブプレート１８を介してシリンダヘッド２０が締結ボルト２２を用いて気密に固定されている。シリンダヘッド２０の外周壁には、図示しないけれども、吸入ポート及び吐出ポートが形成されている。
【００１３】
シリンダヘッド２０の内部には、吸入及び吐出ポートにそれぞれ連通する吸入室２４及び吐出室２６が区画され、吸入室２４は、吸入リード弁（図示せず）を介して各シリンダボア１６に連通する。一方、吐出室２６は、リード弁体及び弁押さえからなる吐出リード弁２８を介して各シリンダボア１６に連通している。
また、シリンダヘッド２０には、電磁制御弁３０が収容され、電磁制御弁３０は、クランク室６から吸入室２４に亘って延びる圧力調整流路３２に介挿されている。電磁制御弁３０は、そのソレノイドのオン／オフ作動によって圧力調整流路３２を開閉可能である。なお、吐出室２６とクランク室６との間は、途中にオリフィス３４を有する圧力供給流路３６によって常時連通している。
【００１４】
シリンダブロック２のシリンダボア１６には、クランク室６側からピストン３８が往復動自在に挿入されている。ピストン３８には駆動軸８の回転が動力伝達機構を介して伝達され、これによりピストン３８は往復運動する。
より詳しくは、ピストン３８は、ピストンヘッドと反対側の端部がクランク室６内に突出している。この突出したピストン３８の端部には、駆動軸８に向けて開口した凹所が形成され、凹所には球面座３８ａが形成されている。球面座３８ａには、夫々が半球状をなす１対のシュー４０が配置され、一対のシュー４０の平坦な摺動面の間にスワッシュリング４２が摺動自在に挟まれている。
【００１５】
スワッシュリング４２は一定の厚みを有し、厚み方向両側の面がシュー４０に摺動する平坦な摺動面として形成されている。また、スワッシュリング４２は、その径方向に延びる円筒形状の係合穴４４を有し、係合穴４４はスワッシュリング４２の内周面にて開口している。更に、スワッシュリング４２は、図２に示したように、それぞれ径方向に延びる１対のピン穴４６を有する。１対のピン穴４６は、スワッシュリング４２の周方向でみて対角線上に位置し、各ピン穴４６と係合穴４４とは周方向位置が９０度異なる。各ピン穴４６にはピン４８の一端部が嵌合され、ピン４８の他端部は、スワッシュリング４２の内周面から径方向内側に突出している。
【００１６】
一方、再び図１を参照すると、駆動軸８には、その端壁４ａ近傍の部分に、ロータ５０が相対回転不能に固定され、ロータ５０と端壁４ａとの間にはスラストベアリング５２が配置されている。そして、ロータ５０に隣接する駆動軸８の部分には、スリーブ５４が外側から摺動自在に嵌合され、ロータ５０とスリーブ５４との間には、スリーブ５４をシリンダブロック２に向けて付勢する圧縮コイルばね５６が配置されている。
【００１７】
スリーブ５４には、図２に示したように、それぞれ径方向外側に突出した１対の小円筒部５４ａが形成されている。これら小円筒部５４ａは、スリーブ５４の周方向でみて対角線上に位置し、各小円筒部５４ａには、ピン４８の他端部が回転自在に挿入されている。また、スリーブ５４には、その軸線方向に延びるスリット５４ｂが形成され、スリット５４ｂと各小円筒部５４ａとは、周方向位置が９０度異なる。
【００１８】
また、駆動軸８には、駆動軸８を斜めに横断する固定孔８ｂが形成され、固定孔８ｂの開口は、スリーブ５４のスリット５４ｂと軸線方向位置が合致している。固定孔８ｂには、アーム５８の根元が嵌合され、アーム５８は、スリット５４ｂを通じて駆動軸８からスワッシュリング４２まで延びている。つまり、アーム５８は、駆動軸８から径方向外側に延びているが、固定孔８ｂの傾斜に対応してシリンダブロック２側に傾斜している。
【００１９】
アーム５８の先端は球状のボール部５８ａとして形成され、ボール部５８ａは、スワッシュリング４２の係合穴４４の内部に位置している。係合穴４４内には、２つのライナ部材６０が配置され、これらライナ部材６０は、ボール部５８ａと係合穴４４の内周壁との間に介在している。より詳しくは、各ライナ部材６０は、図３に拡大して示したように半円筒状をなし、その外面が係合穴４４の内周面に嵌合する。ライナ部材６０の内面には、その軸線方向略中央に凹み６０ａが形成され、凹み６０ａは、ボール部の表面に合致可能な半球状をなす。従って、この凹み６０ａは、ボール部５８ａを受け入れ可能であり、そして、受け入れたボール部５８ａの表面に面接触する。
【００２０】
以下、上述した圧縮機の動作について説明する。
電磁クラッチがオン作動されると、例えばエンジンからの動力を受けて駆動軸８が回転し、駆動軸８の回転運動は動力伝達機構によりピストンの往復運動に伝達される。より詳しくは、駆動軸８はアーム５８と一体に回転するので、アーム５８のボール部５８ａは駆動軸８の回りを旋回する。ボール部５８ａの旋回運動は、ライナ部材６０を介してスワッシュリング４２に伝達され、スワッシュリング４２は駆動軸８の回りを回転する。スワッシュリング４２が回転すると、スワッシュリング４２がシュー４０に摺動するが、この際、スワッシュリング４２の軸線が駆動軸８に対して傾斜しているため、ピストン３８の軸線方向でみて、スワッシュリング４２がピストン３８の球面座３８ａを通過する位置が連続的に変化する。従って、スワッシュリング４２は、シュー４０を介してピストン３８を軸線方向両側に押圧し、これによりピストン３８は往復運動する。つまり、シュー４０を介して、スワッシュリング４２の回転運動がピストン３８の往復運動に変換される。
【００２１】
各ピストン３８の往復運動は、吸入室２４内の作動流体としての冷媒が吸入リード弁を介してシリンダボア１６に吸入される吸入工程と、シリンダボア１６内で冷媒が圧縮される圧縮工程と、圧縮された冷媒が吐出リード弁２８を介して吐出室２６に吐出される吐出工程とからなる一連のプロセスを実施する。
この一連のプロセスにより圧縮機から吐出される冷媒の吐出量の制御は、電磁制御弁３０の開閉作動によりクランク室６内の圧力（背圧）を調整し、ピストン３８のストローク長を変化させることで実施される。すなわち、電磁制御弁３０を閉作動させてクランク室６内の背圧を高めれば、ピストン３８の下死点位置はシリンダヘッド２０側に移動し、電磁制御弁３０を開作動させて背圧を低下させれば、ピストン３８の下死点はフロントハウジング４側に移動する。
【００２２】
そして、ピストン３８のストローク長が変化するのに伴い、駆動軸８に対するスワッシュリング４２の軸線の傾斜角度も変化する。この際、スワッシュリング４２は、アーム５８のボール部５８ａを支点として傾動するけれども、ピン４８を介してスリーブ５４によって支持され、スリーブ５４はスワッシュリング４２の傾動に伴い駆動軸８の軸線方向にスライドする。また、スワッシュリング４２の傾動に伴い、１対のシュー４０は、スワッシュリング４２を厚み方向両側から挟むべく球面座３８ａに沿って回転する。
【００２３】
上述した圧縮機では、アーム５８のボール部５８ａがライナ部材６０の凹み６０ａに面接触するので、ピストン３８が圧縮反力を受けたときに、ボール部５８ａからの荷重が、ライナ部材６０を介して分散され、係合穴４４の穴壁に局所的な荷重が加わるのが阻止される。従って、係合穴４４が形成された領域でスワッシュリング４２に歪みが発生するのが防止される。このため、この圧縮機は、スワッシュリング４２とシュー４０との面圧分布が長期に亘り均一に保たれ、スワッシュリング４２及びシュー４０が異常摩耗するのが防止される結果、優れた耐久性を有する。
【００２４】
本発明は上述した一実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、一実施例では、スワッシュリング４２の係合穴４４内に２つのライナ部材６０が配置されていたけれでも、係合穴４４内にライナ部材６０を１つのみ配置してもよい。この場合、ライナ部材６０は、ピストン３８の軸線方向でみて、ボール部５８ａのピストンヘッド側に配置するのが好ましい。もしライナ部材６０を配置しないと仮定すれば、ピストン３８からの圧縮反力によるボール部５８ａと係合穴４４との接触圧は、ピストン３８の往復運動方向でみて、ボール部５８ａのピストンヘッド側の極点周辺にて局所的に高くなるからである。なお、一実施例の場合のように、２つのライナ部材６０の半球状の凹み６０ａによりアーム５８のボール部５８ａが両側から挟まれているのが好ましい。２つのライナ部材６０が係合穴４４内で回転したとしても、いずれか一方若しくは両方の凹み６０ａが、ボール部５８ａのピストンヘッド側の極点周辺に面接触し、係合穴４４の穴壁に加わる荷重が確実に分散され、スワッシュリング４２の歪みが防止されるからである。また、係合穴４４内に３つ以上のライナ部材を配置することによっても、ライナ部材が係合穴４４内で回転したときに、いずれかのライナ部材の凹みが、ボール部５８ａのピストンヘッド側の極点周辺に面接触する。この場合、各ライナ部材は、係合穴４４への配置数により円筒を分割して得られる形状をなし、各ライナ部材の凹みは、ボール部５８ａの表面に密接可能な円弧状の曲面、つまり球面の一部により構成される。
【００２５】
そして、一実施例の圧縮機において、係合穴４４の内径Ｄ及びアーム５８のボール部５８ａの外径ｄは、特に限定はされないが、各ライナ部材６０における凹み６０ａの底壁中央での厚みＴの和をΣＴとしたときに、係合穴４４の内径Ｄとアーム５８のボール部５８ａの外径ｄとの差（Ｄ−ｄ）は、底壁中央の厚みＴの和ΣＴよりも大きい（（Ｄ−ｄ）＞ΣＴ）のが好ましい。この場合、係合穴４４内にライナ部材６０及びボール部５８ａが容易に挿入され、圧縮機の組立性の低下を防止することができる。
【００２６】
更に、一実施例の圧縮機に適用されたライナ部材６０は、図４（ａ）,（ｂ）に示したように、凹み６０ａの底壁に貫通孔６０ｂを有するのが好ましい。この場合、貫通孔６０ｂを介してボール部５８ａと凹み６０ａとの間に潤滑油が供給されるので、ボール部５８ａと凹み６０ａとの間における摺動特性が向上し、この結果として、圧縮機の耐久性が更に向上する。なお、貫通孔６０ｂの数及び配置は特に限定されず、図５（ａ）,（ｂ）,（ｃ）に示したように、凹み６０ａの底壁に２つ以上の貫通孔６０ｂを形成してもよい。ただし、この場合、図４及び図５（ａ）,（ｂ）に示したように、凹み６０ａの底壁中央に貫通孔６０ｂを形成するのがより好ましい。凹み６０ａの底壁中央では、貫通孔６０ｂが無ければライナ部材６０の凹み６０ａとボール部５８ａとの間での接触圧が最も高くなるが、底壁中央に貫通孔６０ｂを形成したことで、ボール部５８ａからライナ部材６０の凹み６０ａへ加わる荷重が分散されるからである。つまり、この場合、底壁中央の貫通孔６０ｂにより、ボール部６０ａとライナ部材６０の凹み６０ａとの間で接触圧の分布が均一になり、この結果として、ボール部５８ａと凹み６０ａとの間における摺動特性が一層向上する。
【００２７】
また、一実施例の圧縮機に適用される作動流体は、特に限定されないが、自然系冷媒、例えばＣＯ2ガスであるのが好ましい。この場合、フロン等を用いた場合に比べ、シリンダボア１６内で作動流体が高圧になるため、圧縮反力が増大するけれども、この圧縮機では、ライナ部材６０により係合穴４４の穴壁に加わる荷重が確実に分散され、スワッシュリング４２の歪みが防止されるからである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一実施例の往復動型流体機械の縦断面図である。
【図２】駆動軸に取り付けられた状態のスワッシュリングの横断面図である。
【図３】図１の流体機械に適用されたライナ部材の斜視図である。
【図４】変形例のライナ部材であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断面図である。
【図５】他の変形例のライナ部材であって、（ａ）は３つの貫通孔が横一列、（ｂ）は３つの貫通孔が縦一列、（ｃ）は４つの貫通孔が縦横２列で配置されたライナ部材の一部を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２９】
２      シリンダブロック
４      フロントハウジング
８      駆動軸
１６      シリンダボア
３８      ピストン
４０      シュー
４２      スワッシュリング
４４      係合穴
５８      アーム
５８ａ    ボール部
６０      ライナ部材
６０ａ    凹み
６０ｂ    貫通孔
【図１】
2006194182.tif 000003
【図２】
2006194182.tif 000004
【図３】
2006194182.tif 000005
【図４】
2006194182.tif 000006
【図５】
2006194182.tif 000007