(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
斜板式圧縮機のピストン(2)に設けられた凹部(7)に摺接する球面(10)を有する頂部(11)と、斜板式圧縮機の斜板(4)の摺動面(8)に摺接する底部(12)とを備えた半球状の斜板式圧縮機用シューにおいて、
頂部(11)の球面(10)と底部(12)との間に円錐テーパ面を備え、円錐テーパ面が頂部(11)から底部(12)に向かうにつれて拡径し且つ頂部(11)の球面(10)から延伸する仮想球面(15)よりも内側に形成され、更に、球面(10)と円錐テーパ面(13)との間に球面(10)に接する仮想平面(21)と円錐テーパ面(13)の母線(22)とが角度をもって接続する接続部(20)を形成したことを特徴とする斜板式圧縮機用シュー。
【請求項２】
頂部(11)と底面(12)との間に形成される円錐テーパ面(13,18)は、第１円錐テーパ面(13)と、第１円錐テーパ面(13)とは異なる円錐角度で形成される第２円錐テーパ面(18)とを備え、頂部(11)から底部(12)に向かうにつれて拡径し且つ頂部(11)の球面(10)から延伸する仮想球面(15)より内側に第１円錐テーパ面(13)と第２円錐テーパ面(18)を配置した請求項１に記載の斜板式圧縮機用シュー。
【請求項３】
頂部(11)の球面(10)の高さは、シュー全体の高さの７分の２〜５分の３である請求項１に記載の斜板式圧縮機用シュー。
【請求項４】
頂部(11)の球面(10)と円錐テーパ面(13)との接続部(20)において、頂部(11)の球面(10)に接する仮想平面(21)と円錐テーパ面(13)の母線(22)とがなす角度は１０°〜３０°である請求項１に記載の斜板式圧縮機用シュー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、斜板式圧縮機に用いられる半球状のシューに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示すように、斜板式圧縮機は、シリンダブロック１内に配置されたピストン２と、回転軸３と一体に回転可能に固定された斜板４と、ピストン２と斜板４との間に介装される半球状のシュー５とを備えている。図示しない動力源によって回転軸３を回転させると斜板４は回転運動を行い、斜板４の回転運動はシュー５を介してピストン２の往復運動に変換される。ピストン２の往復運動によってシリンダボア６の容積を変化させることにより、バルブシート９を通じて吸入した冷媒ガス等の媒体を圧縮し、圧縮した媒体を圧縮機外部へ送出する。
【０００３】
斜板式圧縮機において、半球状のシューは、自在軸受けであると同時に、高速で摺動する摺動子の役割をも果たす重要な構成部品である。例えば、図８に示すように、実公昭６１−４３９８１号公報には、ピストン２に設けられた凹部７に摺接する球面状の頂部３１と、斜板４の摺動面８に摺接する平坦な底部３２とを備えた半球状の斜板式圧縮機用シュー３０が開示されている。図８に示すシュー３０は、斜板４の回転運動により生じる角度変化に対応してピストン２の凹部７内で回転摺動する。しかしながら、シュー３０の摺動速度は毎秒２０ｍ以上に達すると共に、シュー３０の球面状の頂部３１及び平坦な底部３２はそれぞれピストン２の凹部７及び斜板４の摺動面８により強い押圧力を受けるため、シュー３０は非常に過酷な使用環境に曝されることとなる。この場合、ピストン２の凹部７の曲面の全体にわたって摺接する頂部３１を有するシュー３０では、斜板式圧縮機の連続使用の結果、ピストン２の凹部７が球面摩耗により侵食されてピストン２とシュー３０との間でがたつきが生じるため、振動、騒音の増大の原因となり、最悪の場合圧縮機自体が破損してしまうことがある。
【０００４】
これに対して、特公平３−５１９１２号公報には、図９に示すような避退球面４３を有するシュー４０が示されている。シュー４０の頂部は、ピストン２の凹部７とほぼ同一の曲率半径をもつ基準球面４１と、基準球面４１より中心方向へ避退した避退球面４３とによって構成されているため、摺動時にピストン２の凹部７とシュー４０の避退球面４３との間に空隙４４が生じる。基準球面４１により面圧の過大化が防止できると同時に、空隙４４に潤滑油が保持され、シュー４０の摺動に伴って発生しうるピストン２の凹部７が球面摩耗が防止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９のシュー４０においては、基準球面４１に連続する避退球面４３の形状が新たな問題の原因となりうる。即ち、図１０に示すように、シュー４０の場合、凹部７と避退球面４３とにより形成される空隙４４は基準球面４１に向かって鋭く尖った形状となる。このため、空隙４４には潤滑油が保持されているもののその分量は充分でなく、また、空隙４４の先細り形状により、凹部７と基準球面４１との摺接部分へ円滑に潤滑油が供給されない難点がある。他面、避退球面４３は基準球面４１よりゆるやかに中心方向へ避退しているため、シュー４０を精密冷間鍛造法により製造する場合、鍛造成形終了後にシュー４０を金型から押し出すときに避退球面４３において金型との間で大きな摩擦力を生じ、押し出しに余分な力を必要とする。従って、鍛造により成形されたシュー４０が、金型からの押し出しのときに望ましくない形状に変形するおそれがある。
【０００６】
一方、斜板式圧縮機を円滑に機能させるためには、ピストン、斜板及びシューにより形成されるクリアランスを厳密に管理する必要がある。クリアランス管理の手段の一つとしては、数ミクロンの巾でランク分けを行った種々の高さのシューを用意し、その中から適切な高さのものを選択して圧縮機に組み込む方法がある。しかしながら、この方法によると、ランク分けを行ったシューは数十種類にも及ぶこととなり、それぞれのシューを製造するための金型が複数種類必要となる。さらに、金型の形状に応じて鍛造用素材の体積が決定されるため、鍛造用素材も複数の種類を用意しなければならず、コスト高を招くこととなる。さらに、各種の鍛造用素材の体積差はごくわずかであるため、異なる体積の素材が誤って混入しても外観から識別することは不可能である。金型所定の素材よりも体積の大きい素材を誤って鍛造加工すると、シューに有害なバリが発生したり、極端な場合には金型の破損を招くおそれがある。一方、金型所定の素材よりも体積の小さい素材を誤って鍛造加工すると、ピストンの凹部及び斜板の摺接面との各摺接面積が十分でない不具合が発生する。金型所定の鍛造用素材以外の素材を誤って加工しないために、素材の重量を１個ずつ測定してふるい分ける方法もあるが、素材の測定・ふるい分けが鍛造の速度に追いつかないこと、測定機のキャリブレーションを頻繁に行う手間を要することが問題となる上、鍛造機の近傍での重量測定は、メカニカルプレスから発生する振動により測定精度が確保できない不具合があった。
【０００７】
そこで、本発明は、前記種々の問題を解決する斜板式圧縮機用シューを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による半球状の斜板式圧縮機用シューは、斜板式圧縮機のピストン(2)に設けられた凹部(7)に摺接する球面(10)を有する頂部(11)と、斜板式圧縮機の斜板(4)の摺動面(8)に摺接する底部(12)とを備えている。また、頂部(11)の球面(10)と底部(12)との間に円錐テーパ面を備え、前記の円錐テーパ面が頂部(11)から底部(12)に向かうにつれて拡径している。そして、頂部(11)の球面(10)から延伸する仮想球面(15)よりも内側に形成される。更に、球面(10)と円錐テーパ面(13)との間に球面(10)に接する仮想平面(21)と円錐テーパ面(13)の母線(22)とが角度をもって接続している接続部(20)を形成したことを特徴とする。本発明の第１の実施形態では、頂部(11)と底部(12)との間に形成される円錐テーパ面は、第１円錐テーパ面(13)と、第１円錐テーパ面(13)とは異なる円錐角度で形成される第２円錐テーパ面(18)とを備えている。円錐テーパ面(13,18)は、頂部(11)から底部(12)に向かうにつれて拡径し且つ頂部(11)の球面(10)から延伸する仮想球面(15)より内側に第１円錐テーパ面(13)と第２円錐テーパ面(18)を配置する。頂部(11)に形成される球面(10)部の高さは、シュー全体の高さの７分の２〜５分の３である。頂部(11)の球面(10)と円錐テーパ面(13)との接続部(20)において、頂部(11)の球面(10)に接する仮想平面(21)と円錐テーパ面(13)の母線(22)とがなす角度は１０°〜３０°である。
【０００９】
本発明の斜板式圧縮機用シューでは、頂部(11)の球面(10)から延伸する仮想球面(15)よりも内側に円錐テーパ面(13,18)を設けたので、ピストン(2)の凹部(7)と円錐テーパ面(13,18)との間に弓形の比較的大きな空隙(44)が形成される。この空隙(44)により、充分な量の潤滑油が保持され、頂部(11)の球面(10)とピストン(2)の凹部(7)との摺接部分へ円滑に潤滑油が供給される。また、シュー(5)の製造時に、成形されたシュー(5)を金型から容易に押し出すことができる。
【００１０】
さらに、本発明によれば、円錐テーパ面(13,18)の角度、円錐テーパ面(13,18)の開始位置及び円錐テーパ面(13,18)の数を変更でき、同一体積の素材から種々の高さのシュー(5)が成形可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。
【００１２】
本発明による半球状の斜板式圧縮機用シューの第１の実施形態を図１に示す。図１のシュー５は、図７に示すような斜板式圧縮機において、ピストン２に設けられた凹部７に摺接する球面１０を有する頂部１１と、斜板４の摺動面８に摺接する底部１２とを備えている。また、図２に示すように、第１円錐テーパ面１３が頂部１１と底部１２との間に且つ頂部１１の球面１０から延伸する仮想球面１５よりも内側に形成される。また、第１円錐テーパ面１３の下方に第２円錐テーパ面１８が形成され、第２円錐テーパ面１８は、図１に示すように、第１円錐テーパ面１３と異なる角度を有し、第２円錐テーパ面１８も頂部１１の球面１０から延伸する仮想球面１５よりも内側に形成される。第１円錐テーパ面１３及び第２円錐テーパ面１８は、頂部１１から底部１２に向かうにつれて拡径する形状を有する。従って、球面１０に接する仮想平面２１に対して円錐テーパ面１３の母線２２が角度をもって球面１０に接続する接続部２０が球面１０と円錐テーパ面１３との間に形成され、角度の異なる第１円錐テーパ面１３と第２円錐テーパ面１８とを接続する接続部２６が第１円錐テーパ面１３と第２円錐テーパ面１８との間に形成される。底部１２には、その中央部に平坦面１６が形成されると共に、平坦面１６の周囲に切欠面１７が設けられる。切欠面１７は斜板４の摺動面８との間にクリアランスを形成し、シュー５と斜板４との摺動部分への潤滑油の供給を円滑にする。
【００１３】
本発明では、円錐テーパ面は１つ又は異なる円錐角度で２以上形成することができる。例えば、図１の第１の実施形態では第１円錐テーパ面１３に連続して第２円錐テーパ面１８を形成するのに対し、図３に示す第２の実施形態では１つの円錐テーパ面１３を形成している。また、図示しないが、３つ以上の円錐テーパ面を設けることも可能である。さらに、シュー５の頂部１１には平面部１９が形成される。
【００１４】
本発明のシュー５では、頂部１１の球面１０によりピストン２の凹部７に摺接する面積を確保できると同時に、頂部１１の球面１０から延伸する仮想球面１５よりも内側に円錐テーパ面１３を設けたことにより、ピストン２の凹部７と円錐テーパ面１３との間に弓形の比較的大きな空隙２３が形成される。空隙２３には充分な量の潤滑油が保持され、さらに図９及び図１０に示す従来のシュー４０の空隙４４ほど先細り形状が顕著でないため、頂部１１の球面１０とピストン２の凹部７との摺接部分へ円滑に潤滑油が供給されることとなる。但し、頂部１１の球１０面とピストン２の凹部７との摺接部分の面積が小さすぎると、頂部１１の球面１０によりピストン２の凹部７が侵食され、ピストン２とシュー５との間でがたつきが発生するおそれがある。このため、頂部１１の球面１０の高さＡはシュー５の全体の高さの７分の２〜５分の３の範囲に設定することが望ましい。同様の理由により、頂部１１の球面１０と円錐テーパ面１３との接続部２０において、頂部１１の球面１０に接する仮想平面２１と円錐テーパ面１３の母線２２とがなす角度θは１０°〜３０°の範囲とすることが望ましい。さらに、シュー５の頂部１１に設けた平面部１９により、ピストン２の凹部７との間に潤滑油の保持領域が形成され、摺接部分への潤滑油の供給が一層促進される。
【００１５】
図１に示すシュー５は、特公平７−２４９１３号公報等により公知の冷間鍛造方法により製造することができる。冷間鍛造における圧縮行程の初期状態を図５に示す。図５では、図示しないメカニカルプレス上において、下側金型５２の凹部５５に焼きなましを行ったボール形状の鍛造用素材５０を配置された状態で上側金型５１が下降して、上側金型５１が鍛造用素材５０の上端に接している。下側金型５２の凹部５５にはシュー５の円錐テーパ面１３及び１８をそれぞれ形成するための円錐面５６及び５７が設けられている。下側金型５２内部にはノックアウトパンチ５３が設けられ、ノックアウトパンチ５３の先端５４が鍛造用素材５０の下端に接する。図５の状態からさらに上側金型５１を下降させ、上側金型５１と下側金型５２とが密着した状態を図６に示す。図６の状態で鍛造用素材５０からシュー５への成形が完了し、この後上側金型５１を上昇させ、ノックアウトパンチ５３により鍛造用素材５０（シュー５）を下側金型５２から押し出す。
【００１６】
本発明によれば、円錐テーパ面１３を設けたことにより、ノックアウトパンチ５３によりシュー５を下側金型５２から押し出すことが容易となる。即ち、図９に示す従来のシュー４０では避退球面４３がゆるやかに中心方向へ避退しているために金型からの押し出しに余分な力が必要なのに対し、本発明では、円錐テーパ面１３が直線的に仮想球面１５の内側へ延びるため、下側金型５２との間で作用する摩擦力が緩和され、無理なくノックアウトパンチ５３によりシュー５を押し出すことが可能となる。従って、鍛造成形後のシュー５がノックアウトパンチ５３の先端５４の押圧力により変形される量をごく僅かにとどめることができる。実際の鍛造では、図８に示すような全面球形状の従来のシュー３０と比較して、プレスの成形圧に大きな差はなく、また、鍛造速度の低下も見られず、鍛造性は良好であった。
【００１７】
さらに、本発明によれば、円錐テーパ面１３の角度、開始位置及び数を金型によって適宜設定することにより、金型毎に体積の異なる種々の鍛造用素材を用意することなく、同一体積の素材から種々の高さのシューが成形可能となる。従って、従来の金型と鍛造用素材との組み合わせの煩雑な管理が不要となりシュー５の製造工程が大幅に簡略化されてコスト高が解消されると共に、シュー５の表面における有害なバリの発生及び金型の破損が防止され、ピストン２の凹部７及び斜板４の摺接面８との各摺接面積の確保が可能となる。また、シュー５の頂部１１に平面部１９を設けた場合は、一層高さ調整が容易となる。
【００１８】
図１及び図３に示したシュー５は、同一体積の素材を用いて鍛造成形したものである。図１に示す第１の実施形態では、第１及び第２円錐テーパ面１３、１８を形成し且つ頂部１１の球面１０の高さＡを大きく設定し、シュー全体の高さを小さくしている。これに対して、図３に示す第２の実施形態では、一の円錐テーパ面１３を第１の実施形態の各円錐テーパ面よりも大きく形成し且つ頂部１１の球面１０の高さＡを小さく設定し、シュー全体の高さを大きくしている。図１のシュー５と図３のシュー５との間では、高さの差が０.２５ｍｍに達し、数ミクロン巾でのランク分けによれば数十ランクに相当する範囲の高さのシュー５が同一体積の素材から製造可能となる。
【００１９】
本発明の実施形態は前記のものに限定されず、種々の変更が可能である。例えば、頂部１１に設けた平面部１９は省略してもよい。また、図４に示すように、頂部１１に設けた平面部１９の中央部に潤滑油貯留用の穴２５を形成してもよい。頂部と底部との間に異なる円錐角度で３つ以上のテーパ部を形成したり、複数のテーパ部の間に部分的に球面部を形成してもよい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、圧縮機運転時に潤滑油の円滑な供給が促進できると共に、製造時のコストを低減できる斜板式圧縮機用シューが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるシューの第１の実施形態を示す正面図
【図２】  図１のシューとピストンの凹部との摺動部分を示す拡大断面図
【図３】  本発明によるシューの第２の実施形態を示す正面図
【図４】  本発明によるシューの第３の実施形態を示す正面図
【図５】  シューの第１の鍛造工程を示す要部断面図
【図６】  シューの第２の鍛造工程を示す要部断面図
【図７】  斜板式圧縮機の断面図
【図８】  従来の斜板式圧縮機用シューを示す断面図
【図９】  他の従来の斜板式圧縮機用シューを示す断面図
【図１０】  図９の部分拡大断面図
【符号の説明】
２・・ピストン、  ４・・斜板、  ５・・シュー、  ７・・凹部、  ８・・摺動面、  １０・・球面、  １１・・頂部、  １２・・底部、  １３・・円錐テーパ面、  １５・・仮想球面、  １９・・平面部、  ２０・・接続部、  ２１・・仮想平面、  ２２・・母線、  ２５・・穴
【図１】
0003803135.tif 000002
【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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【図７】
0003803135.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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