(57)【要約】【課題】軽量で、コネクティングロッドとボールベアリングの外輪間のクリープ摩耗が少ないダイヤフラム式、ピストン式等の真空又は空気ポンプ用の樹脂製コネクティングロッドを提供。【解決手段】先端にダイヤフラム、ピストン等のシール部材が取付可能にされた略円盤状のヘッド部２と、他端に設けられ軸受穴３を有するめがね部４と、ヘッド部とめがね部とを連接する接続部５と、からなるガラス繊維含有量が４０〜６０％のガラス繊維強化ポリアミドＭＸＤ６又はポリフェニレンサルファイドのコネクティングロッドとし、軸受穴に外輪９が鋼製からなるボールベアリング６が外輪部で一体成型され、軸受穴には外輪の両端に延びる鍔１１と、外輪の外周に設けられた外周溝１２と嵌合する嵌合部１３と、を設け、ヘッド部にシール部材を挟持固定するためのねじと螺着するための金属製の雌ねじ１４を一体に成型し、リブ１５を４本以上設ける。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端にダイヤフラム、ピストン等のシール部材が取付可能にされた略円盤状のヘッド部と、他端に設けられ軸受穴を有するめがね部と、前記ヘッド部と前記めがね部とを連接する接続部と、からなるガラス繊維含有量が４０％以上６０％以下のガラス繊維強化ポリアミドＭＸＤ６相当製のコネクティングロッドであって、前記軸受穴に外輪が鋼製からなるボールベアリングが外輪部で一体成型され、前記軸受穴には前記外輪の両端に延びる鍔と、前記外輪の外周に設けられた外周溝と嵌合する嵌合部と、を有し、前記ヘッド部に前記シール部材を挟持固定するためのねじと螺着するための金属製の雌ねじが一体に成型されていることを特徴とする樹脂製コネクティングロッド。
【請求項２】
先端にダイヤフラム、ピストン等のシール部材が取付可能にされた略円盤状のヘッド部と、他端に設けられ軸受穴を有するめがね部と、前記ヘッド部と前記めがね部とを連接する接続部と、からなるポリフェニレンサルファイド相当製のコネクティングロッドであって、前記軸受穴に外輪が鋼製からなるボールベアリングが外輪部で一体成型され、前記軸受穴には前記外輪の両端に延びる鍔と、前記外輪の外周に設けられた外周溝と嵌合する嵌合部と、を有し、前記ヘッド部に前記シール部材を挟持固定するためのねじと螺着するための金属製の雌ねじが一体に成型されていることを特徴とする樹脂製コネクティングロッド。
【請求項３】
ヘッド部と接続部との間には軸対称であってヘッド部に向かって連続的又は／及び段階的に末広がり状の４本以上のリブが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂製コネクティングロッド。
【請求項４】
ヘッド部と接続部との間には軸回転対称であってヘッド部に向かって連続的又は／及び段階的に末広がり状のリブが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂製コネクティングロッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はダイヤフラム式、ピストン式等の真空又は空気ポンプに用いられているコネクティングロッドの改良、特に樹脂製コネクティングロッドの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に示すようにダイヤフラム式ポンプ２１は、空気の給排気口２２，２３を備えたシリンダ室２４内をシリンダ室外部と仕切るダイヤフラム２５を設け、ダイヤフラムを取付板２６と略円盤状のヘッド部４２間に図示しないボルトで挟持してダイヤフラム２５を上下させてシリンダ室内の体積を変化させ、空気の給排気を行う。また、図６に示すように、ピストン式ポンプ３１においては、シリンダ室３２内を上下に密閉摺接可能にされたゴム板３３等を取付板３４と略円盤状のヘッド部４２間に図示しないボルトで挟持してピストン３５とし、ピストンを上下させてシリンダ室内の体積を変化させ、空気の給排気を行う。ダイヤフラム、ピストンを上下させるために、略円盤状のヘッド部４２と、他端に設けられ軸受穴４３を有するめがね部４４と、ヘッド部とめがね部とを連接する接続部４５とからなるコネクティングロッド４１が用いられている。コネクティングロッド４１のめがね部４４の軸受穴４３にはシール付きラジアルボールベアリング６が取り付けられ内輪７に偏心軸４６がセットされる。偏心軸は電動機等の回転駆動装置の回転軸４７に偏心して取り付けられ、回転軸が回転すると偏心軸４６は内輪７と共に回転しながら軸回りに回転する。コネクティングロッド４１のヘッド部４２はダイヤフラム２５又はゴム板３３等により弾性的にシリンダ室内に保持されるようにされているので、偏心軸による回転によりコネクティングロッド４１はシリンダ室２４，３２内を上下方向に移動し、給排気を行いポンプ作用をする。
【０００３】
かかるコネクティングロッドは電動機等の回転をダイヤフラム又はピストンの上下動に変換するので高強度が要求され、鉄系金属が使用されたり、さらには、動力ロスや全体重量を減らす為、アルミダイカスト等が使用されている。ところが、ボールベアリングの外輪が鋼製であり、アルミダイカストは鉄に較べ熱膨張率が大きく、温度変化によりコネクティングロッドとボールベアリングの外輪に隙間や緩みが生じ、クリープ摩耗が発生しやすいという問題があった。そこで、弾性樹脂等を軸受穴と外輪外周に設ける等している。また、更なる軽量化が要求されている。
【０００４】
一方、カセットテープレコーダ、ＶＴＲ、複写機、プリンタ等のローラーのスリーブをエンジニアリングプラスチック製樹脂としてボールベアリングと一体成型したり（特許文献１）、樹脂製プーリーとボールベアリングとを一体成型している。また、ボールベアリングを樹脂と一体成型するにあたって、外輪の両端を樹脂製の鍔で押さえたり、外輪の外周に同心又は偏心したＵ溝やＶ溝の外周溝を形成して回り止めを図っている（特許文献２）。特許文献１ではさらに、エンジニアリングプラスチックとして、ポリフェンレンサルファイド、ポリアセタール、ポリアミド、ポリアミドイミド等やさらに、ガラス繊維や炭素繊維等の強化剤を混合した複合材料が紹介されている。また、電食防止用としてガラス繊維を含有したポリファニレンサルファイド樹脂が紹介されている（特許文献３）。
【０００５】
【特許文献１】
実公平６−１３１５７号公報
【特許文献２】
特開２００１−３１７６１６号公報
【特許文献３】
特許第２７７９２５１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ローラーやプーリー等の回転用に対して、ダイヤフラム式、ピストン式等の真空又は空気ポンプのような回転方向ばかりでなく圧縮引張方向に力を受けるコネクティングロッドにおいては、樹脂製としてボールベアリングと一体成型したものの例はない。また、特許文献１においては種々のエンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチックの記載のあるもののそれらがコネクティングロッド用として有効であるかは不明である。また、特許文献２のものについても電食用としての評価にすぎない。
【０００７】
本発明の課題は、軽量化を図り、さらにアルミより熱膨張率が小さく、コネクティングロッドとボールベアリングの外輪間のクリープ摩耗が少ないダイヤフラム式、ピストン式等の真空又は空気ポンプ用の樹脂製コネクティングロッドを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、先端にダイヤフラム、ピストン等のシール部材が取付可能にされた略円盤状のヘッド部と、他端に設けられ軸受穴を有するめがね部と、前記ヘッド部と前記めがね部とを連接する接続部と、からなるガラス繊維含有量が４０％以上６０％以下のガラス繊維強化ポリアミドＭＸＤ６相当製のコネクティングロッドであって、前記軸受穴に外輪が鋼製からなるボールベアリングが外輪部で一体成型され、前記軸受穴には前記外輪の両端に延びる鍔と、前記外輪の外周に設けられた外周溝と嵌合する嵌合部と、を有し、前記ヘッド部に前記シール部材を挟持固定するためのねじと螺着するための金属製の雌ねじが一体に成型されている樹脂製コネクティングロッドを提供することにより上記課題を解決した。
【０００９】
即ち、樹脂をガラス繊維含有量が４０％以上６０％以下のガラス繊維強化ポリアミドＭＸＤ６としたので、コネクティングロッドのように圧縮引張方向の荷重を受けた場合のも充分な強度を有する。ポリアミドＭＸＤ６はガラス繊維との相性がよくガラス繊維を入れることにより強度、剛性が得やすい。ガラス繊維含有量が４０％未満では強度が少なく、６０％超では趣旨の粘りがなくなりもろくなるので、ガラス繊維含有量が４０％以上６０％以下とした。ポリアミドＭＸＤ６は、メタキシリレンジアミン（ＭＸＤＡ）とアジピン酸とから得られる結晶性の熱可塑性ポリマーで、主鎖に芳香族環を有しポリアミド６、ポリアミド６６とは異なる。また、ガラス繊維含有率５０％のものは三菱エンジニアリングプラスチック株式会社の商品名レニー（ＲＥＮＹ）等で市販されている。
【００１０】
また、外輪の両端に鍔が配設されるようにし、かつ外輪外周に設けられた外周溝と嵌合するずれ止め、嵌合部を同時成形するので、クリープの発生も少ない。また、ダイヤフラム等のシール材を挟持するためのヘッド部のねじは強度が必要で樹脂に直接成型したのでは強度不足になる。そこで、さらにヘッド部に金属製の雌ねじを一体に成型し、ねじ強度を低下させることなく樹脂製コネクティングロッドを提供できるものとなった。
【００１１】
ところで、１０５℃以下の使用環境では、前述のガラス繊維強化ポリアミドＭＸＤ６樹脂が適しているが、１００℃を超える環境では強度低下があり必ずしも最善のものではない。そこで、請求項２に記載の発明では、樹脂材料をポリフェニレンサルファイドとした。これにより、１００℃を超える環境下にあっては、前述のポリアミドＭＸＤ６よりも、コネクティングロッドのように圧縮引張方向の荷重を受けた場合も充分な強度を有する。なお、ポリフェニレンサルファイドは、スーパエンジニアリングプラスチィックＰＰＳとして市販されている。
【００１２】
一方、略円盤状のヘッド部と棒状の接続部は応力が集中するので、強度確保のためリブを設ける。しかし、数本のリブを枝状に張り出すようにして設けると、略円盤状のヘッド部の外径に対する肉厚の比が小さい（薄い）と樹脂成型の収縮時等にリブの影響を受けヘッド部が波打つように変形する場合がある。そこで、請求項３に記載の発明においては、ヘッド部と接続部との間には軸対称であってヘッド部に向かって連続的又は／及び段階的に末広がり状の４本以上のリブを設けるようにした。軸対称の４本以上のリブを設けることにより、樹脂製でああってもヘッド部と接続部との間の強度向上を図り且つ、樹脂の成形後の収縮により発生するヘッド部上面のそり、変形を少なくすることができる。また、ヘッド部、リブ、接続部の接続部は丸みを設けて応力集中が生じにくくするのはいうまでもない。
【００１３】
より好ましくは、リブの本数を増やすのがよい。そこで、請求項４に記載の発明においては、ヘッド部と接続部との間に軸回転対称であってヘッド部に向かって連続的又は／及び段階的に末広がり状のリブを設けるようにした。即ち、連接部からヘッド部に向かって外径が大きくなる円錐状、円盤が階段状に重なった形状やそれらの組合せ、また、円錐状の断面が直線の他、双曲線、放物線、鞍形、太鼓形等である。これによれば、枝状のリブに較べより均一な断面が得られ、成型時等の変形がすくない。また、枝状リブと円錐状と合わせた波状のものもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の樹脂製コネクティングロッドの正面図、図２は図１のＡ−Ａ線部分断面図、図３は上面図である。図に示すように、本発明樹脂製コネクティングロッド１は、先端にダイヤフラム、ピストン等のシール部材が取付可能にされた略円盤状のヘッド部２と、他端に設けられ軸受穴３を有するめがね部４と、ヘッド部とめがね部とを連接する接続部５とからなっている。この部分を構成する樹脂の材質はガラス繊維含有量が５０％のガラス繊維強化ポリアミドＭＸＤ６又はポリフェニレンサルファイドで前述した商品名レニー又はＰＰＳと呼ばれるものである。軸受穴３にシール付きラジアルボールベアリング６が一体に成形固定されている。シール付きボールベアリング６は材質がＳＵＪ２（軸受鋼）等の鋼製であって、軸に嵌合可能に軸穴７ａを有する内輪７と、内輪外周に設けられた内輪軌道面７ｂを転動するボール８と、ボール８が転動する外輪軌道面９ａが設けられた外輪９と図示しないボール保持器から構成されている。ボールの両側の外輪内周端９ｃにはシール１０がはめ込まれ、その先端が内輪外周のそれぞれの端部７ｃと摺接し軸受内のグリース等の潤滑剤の流出と軸受外からの塵埃等の軸受内への侵入を防止している。
【００１５】
めがね部４の軸受穴３には外輪９の両端に延びる鍔１１，１１が形成され外輪の軸方向へのずれを防止する。また、外輪９の外周に軸心と偏心してＶ断面の外周溝１２が設けられ、樹脂製コネクティングロッドの一部が嵌合し嵌合部１３を形成している。外周溝は軸方向のずれを防止するとともの、偏心により断面を変化させることにより回り止め作用をする。外周溝１２は外輪幅方向中央より外側、即ち外輪軌道面９ａと離隔させて形成し軌道面の肉厚減少を避けている。さらに、図３に示すように、ヘッド部２にシール部材を挟持固定するためのねじと螺着するための金属製の雌ねじ１４が一体に成型されている。接続部５の両端は末広がりとなり、所定の強度を有し、かつ余肉を排除し軽量化、小型化をはかる。接続部と５ヘッド部との間には円錐状のリブ１５を備え強度向上を図り、さらに、リブ１５を雌ねじ１４の背裏部分に配置することにより埋め込まれた金属製雌ねじ１４の埋没強度を増している。かかる構造の樹脂製コネクティングロッドを前述した図５，６に示したようなコネクティングロッドに使用することにより、クリープの少ない、軽量化したポンプを提供できる。また、シール部材の固定も確実である。図４はリブの形状の他の例を示すヘッド部の部分側面図であり、（ａ）は軸対称の４本リブ、（ｂ）は円盤状のリブ、（ｃ）は波状のリブの例である。また、（ａ′）、（ｂ′）、（ｃ′）はそれぞれの断面矢視図である。図４においては、前述した図１乃至３と同様なので同符号を付し説明を省略する。
【００１６】
なお、本発明に基づいて、ヘッド部外径φ４５、全長６７ｍｍ、ベアリングの外径φ２８、内径φ１５、幅７ｍｍに対しめがね部の外径φ３８で肉厚５ｍｍ、鍔の厚みは１ｍｍ、Ｖ溝（開き角６０°）深さ０．１〜１ｍｍ、金属製の雌ねじのサイズＭ４のもの、及び、ヘッド部外径φ７７、全長１０４ｍｍ、ベアリングの外径φ４７、内径φ２５  、幅１２ｍｍに対しめがね部の外径はφ５９ｍｍで肉厚６ｍｍ、鍔の厚みは１ｍｍＶ溝（開き角６０°）深さ０．１〜１ｍｍ、金属製の雌ねじのサイズＭ５のもの２種、さらにそれぞれ商品名レニー又はＰＰＳの２種、計４種を用いて、それぞれ常温、１５０℃でダイヤフラム式真空ポンプに使用したところ従来より軽く、性能、耐久性も満足したポンプを得ることができた。
【００１７】
【発明の効果】
本発明においては、ガラス繊維含有量が４０％以上６０％以下のガラス繊維強化ポリアミドＭＸＤ６を樹脂を用い樹脂製コネクティングロッドとし、ボールベアリング外輪の端部を鍔で固定し、外輪外周の外周溝で幅方向及び回転方向への回り止めをし、さらにダイヤフラム等のシール材を挟持するための金属製の雌ねじをヘッド部に一体に成型し、ねじ強度を確保したので、軽量で、コネクティングロッドとボールベアリングの外輪間のクリープ摩耗が少ないダイヤフラム式、ピストン式等の真空又は空気ポンプ用の樹脂製コネクティングロッドを提供できるものとなった（請求項１）。
【００１８】
また、使用樹脂をガラス繊維強化ポリアミドＭＸＤ６に代えて、ポリフェニレンサルファイド樹脂を用いることにより１００℃以上での使用であっても軽量で、コネクティングロッドとボールベアリングの外輪間のクリープ摩耗が少ないダイヤフラム式、ピストン式等の真空又は空気ポンプ用の樹脂製コネクティングロッドを提供できるものとなった（請求項２）。
【００１９】
さらに、請求項３に記載の発明においては、ヘッド部と接続部との間に軸対称の４本以上のリブを設け、さらに、請求項４に記載の発明においては、軸回転対称即ち円周全体をリブとしたので、強度向上を図り且つ、樹脂の成形後の収縮により発生するヘッド部上面のそり，変形を小さくすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す樹脂製コネクティングロッドの正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線部分断面図である。
【図３】本発明の実施の形態を示す樹脂製コネクティングロッドの上面図である。
【図４】本発明の実施の形態を示す樹脂製コネクティングロッドのリブの他の形状を示す部分側面図であり、（ａ）は軸対称の４本リブ、（ｂ）は円盤状のリブ、（ｃ）は波状のリブであり、（ａ′）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視図、（ｂ′）は（ｂ）のＣ−Ｃ線矢視図、（ｃ′）は（ｃ）のＤ−Ｄ線矢視図である。
【図５】ダイヤフラム式真空ポンプの部分断面図である。
【図６】ピストン式空気ポンプの部分断面図である。
【符号の説明】
１    樹脂製コネクティングロッド
２    ヘッド部
３    軸受穴
４    めがね部
５    接続部
６    ボールベアリング
９    外輪
９ｂ  外周
１１  鍔
１２  外周溝
１３  嵌合部
１４  金属製の雌ねじ
１５  リブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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