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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verdichter zum Verdichten
eines Kühlmittelgases,
der zum Beispiel in einer Klimaanlage angewendet werden kann, die
in einem Fahrzeug eingebaut ist. Insbesondere bezieht sich die vorliegende
Erfindung auf einen Verdichter mit einer Kolbenrotationsbeschränkungsstruktur,
um eine Rotation eines Kolbens um die Achse des Kolbens selbst zu
beschränken.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Ein
Verdichteter des obengenannten Typs wird wie folgt erklärt werden.
Eine Kurbelkammer ist in einem Gehäuse gebildet, und eine Antriebswelle erstreckt
sich durch die Kurbelkammer hindurch und ist drehbar durch das Gehäuse gehalten.
Eine Taumelscheibe ist mit der Antriebswelle in der Kurbelkammer
verbunden, so dass die Taumelscheibe mit der Antriebswelle gedreht
werden kann. Zylinderbohrungen sind in dem Zylinderblock gebildet,
der einen Abschnitt des Gehäuses
ausmacht. Der Kolben hat einen Kopfabschnitt und einen Halsabschnitt,
die axial miteinander verbunden sind. Der Kopfabschnitt des Kolbens
ist in die Zylinderbohrung eingesetzt, und der Halsabschnitt des
Kolbens ist in der Kurbelkammer außerhalb der Zylinderbohrung
angeordnet. Schuhe sind in diesem Halsabschnitt angeordnet. Der
Kolben ist über
die Schuhe mit der Taumelscheibe verbunden. Eine Rotation der Taumelscheibe,
die von einer Rotation der Antriebswelle verursacht wird, wird über die
Schuhe in eine Hin- und Herbewegung des Kolbens überführt. Daher wird Kühlmittelgas
in der Zylinderbohrung verdichtet.
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In
dem wie oben beschrieben konstruierten Verdichter werden, weil der
Kolben mit der Taumelscheibe über
die Schuhe verbunden ist und der Kolben dazu neigt, um die Achse
des Kolbens selbst zu rotieren, Schwingung und Lärm möglicherweise durch die Interferenz
des Halsabschnittes des Kolbens mit der Taumelscheibe verursacht,
die mit hoher Geschwindigkeit rotiert. Daher ist eine Kolbenrotationsbeschränkungsstruktur
in dem obigen Verdichter bereitgestellt. Das heißt, dass ein kolbenseitiges
Rotationsbeschränkungsglied
in dem Halsabschnitt des Kolbens angeordnet ist. Ein gehäuseseitiges
Rotationsbeschränkungsglied
ist im Gehäuse
an der Kurbelkammer bereitgestellt, um an dem kolbenseitigen Rotationsbeschränkungsglied
anzugreifen, während eine
Hin- und Herbewegung des Kolbens ermöglicht wird. Eine Rotation
des Kolbens um die Achse des Kolbens selbst wird durch das Angreifen
des kolbenseitigen Rotationsbeschränkungsgliedes an dem gehäuseseitigen
Rotationsbeschränkungsglied
beschränkt.
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Jedoch
wird, wenn die obige Rotationsbeschränkungsstrukur bereitgestellt
wird, ein neues Problem verursacht, in dem sich die Anzahl der gleitenden
Abschnitte zwischen dem Kolben und dem Gehäuse erhöht, d.h. ein gleitender Abschnitt
zwischen den beiden Rotationsbeschränkungsbereichen wird der Anzahl
der gleitenden Abschnitte neu hinzugefügt. Daher erhöht sich
der im Verdichter verursachte Leistungsverlust. Um das obige Problem
zu lösen,
wird als eine Gegenmaßnahme
vorgeschlagen, eine abriebresistente Beschichtung zu bilden, zum
Beispiel auf dem kolbenseitigen Rotationsbeschränkungsglied.
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Selbst
wenn eine abriebresistente Beschichtung vorgesehen ist, hat sie
jedoch ein Problem der Haltbarkeit, dass sie durch die Wiederholung
einer gleitenden Bewegung zwischen dem kolbenseitigen Rotationsbeschränkungsglied
und dem gehäuseseitigen
Rotationsbeschränkungsglied
abgenutzt werden wird.
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In
diesem Fall wird der Kurbelkammer Kühlmittelgas zugeführt, das
in die Kurbelkammer zum Beispiel als durchgeblasenes Gas eintritt.
Dieses Kühlmittelgas
enthält
Schmiermitteldunst. Wenn das in die Kurbelkammer zugeführte Schmiermittel
einem Spalt zwischen dem kolbenseitigen Rotationsbeschränkungsglied
und dem gehäuseseitigen
Rotationsbeschränkungsglied
zugeführt
werden kann, kann eine Fluidschmierung zwischen beiden gleitenden
Rotationsbeschränkungsgliedern
wirkungsvoll erreicht werden. Jedoch wird das in die Kurbelkammer
zugeführte
Schmiermittel durch die Endfläche des
Halsabschnittes des sich hin- und herbewegenden Kolbens zurückgeschoben.
Daher tritt nur eine kleine Menge an Schmiermittel in einen Spalt
zwischen beiden Rotationsbeschränkungsgliedern
ein.
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Die
EP-A-0 819 850 offenbart einen Verdichter mit einer auf einer Antriebswelle
angeordneten Taumelscheibe und mit Kolben, die mit der Taumelscheibe
gekoppelt sind, um eine Hin- und Herbewegung zu machen, wenn die
Antriebswelle rotiert wird. Um eine Rotation der Kolben um ihre
eigene Achse zu verhindern, ist ein erstes Rotationsbeschränkungsglied
an dem Halsabschnitt jedes Kolbens gebildet. Das erste Rotationsbeschränkungsglied
greift an einer inneren Umfangsfläche des Gehäuses des Verdichters an, das
die Kurbelkammer umgibt. Die Umfangsfläche des Gehäuses bildet ein zweites Rotationsbeschränkungsglied.
Weil die äußere Fläche des
ersten Rotationsbeschrän kungsgliedes
an der inneren Umfangsfläche
des Gehäuses
entlanggleitet, wird eine Rotation des Kolbens verhindert. Darüber hinaus
umfasst das erste Rotationsbeschränkungsglied eine Endfläche an der
der Position des unteren Totpunktes zugewandten Seite des Halsabschnittes, und
eine Abschrägung
erstreckt sich entlang der Kante der Endfläche. Der mittlere Abschnitt
der Umfangsfläche
ist eben und parallel zur Achse des Kolbens ausgerichtet.
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Aus
der EP-A-0 740 076 ist ein Verdichter bekannt, der die Merkmale
des Oberbegriffes von Patentanspruch 1 aufweist. Um eine Rotation
der Kolben um ihre eigene Achse zu vermeiden, umfasst der Verdichter
eine Kolbenrotationsbeschränkungsstruktur
mit ersten Rotationsbeschränkungsgliedern, die
an dem Halsabschnitt jedes Kolbens gebildet sind, und mit einem
zweiten Rotationsbeschränkungsglied,
das an einer inneren Umfangsfläche
des Gehäuses
des Verdichters bereitgestellt ist. Das erste Rotationsbeschränkungsglied
umfasst eine Endfläche,
die einem Kopfabschnitt des Kolbens gegenüberliegend gebildet ist, in
Umfangsrichtung beabstandete Endabschnitte, die sich jeweils in
einer Rotationsrichtung der Taumelscheibe erstrecken, und eine Verbindungsfläche zwischen
den Endflächen. Wenn
der Kolben rotiert wird, kann eine Angriffsfläche des jeweiligen Endabschnittes
eine Angriffsfläche
des zweiten Rotationsbeschränkungsgliedes kontaktieren
und dadurch die Rotation stoppen. Sowohl die Endabschnitte als auch
die Verbindungsfläche
sind mit der Endfläche
durch gleichmäßig abgerundete
Kantenabschnitte verbunden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird geschaffen, um die obigen Probleme des
Standes der Technik zu lösen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Verdichter mit
einer Kolbenrotationsbeschränkungsstruktur
bereitzustellen, die in der Lage ist, eine hinreichend große Menge
an Schmiermittel von der Kurbelkammer einem Spalt zwischen dem kolbenseitigen
Rotationsbeschränkungsglied
und dem gehäuseseitigen
Rotationsbeschränkungsglied
zuzuführen.
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Um
das obige Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Verdichter bereitgestellt, umfassend: ein Gehäuse, das
Zylinderbohrungen und eine Kurbelkammer aufweist; Kolben, die derart
angeordnete Kopfabschnitte und Halsabschnitte aufweisen, dass die
Kopfabschnitte in sich hin- und herbewegender Weise in die Zylinderbohrungen
eingesetzt sind und die Halsabschnitte mit den Kopfabschnitten verbunden
sind; eine Antriebswelle, die sich durch die Kurbelkammer hindurch
erstreckt und drehbar durch das Gehäuse gehalten ist; eine Kurvenscheibe
wie beispielsweise eine Taumelscheibe, die in der Kurbelkammer angeordnet
ist und drehbar mit der Antriebswelle ist; Schuhe, die zwischen
der Kurvenscheibe und den Halsabschnitten der Kolben angeordnet
sind; eine Kolbenrotationsbeschränkungsstruktur,
die ein erstes Rotationsbeschränkungsglied
umfasst, das am Halsabschnitt jedes Kolbens gebildet ist, und ein
zweites Rotationsbeschränkungsglied,
das an einer inneren Umfangsfläche
des Gehäuses
vorgesehen ist, welche die Kurbelkammer umgibt, so dass das erste
Rotationsbeschränkungsglied
das zweite Rotationsbeschränkungsglied
kontaktieren kann, um die Rotation des Kolbens um seine eigene Achse
zu beschränken, während eine
Hin- und Herbewegung des Kolbens ermöglicht wird; das erste Rotationsbeschränkungsglied
umfasst eine Endfläche,
die in Bezug auf eine Achsrichtung des Kolbens einem Kopfabschnitt
gegenüberliegend
gebildet ist. Darüber
hinaus umfasst das erste Rotationsbeschränkungsglied in Umfangsrichtung
beabstandete Endabschnitte, die sich jeweils in einer Rotationsrichtung
der Kurvenscheibe erstrecken, und zusätzlich eine Verbindungsfläche, die
zwischen den Endabschnitten gebildet ist. Die Endabschnitte weisen
eine zugehörige
Angriffsfläche auf,
die so gestaltet ist, dass einer der Endabschnitte eine Angriffsfläche des
zweiten Rotationsbeschränkungsgliedes
kontaktieren kann, wenn der Kolben rotiert wird. Die in Umfangsrichtung
beabstandeten Endabschnitte sind direkt mit der Endfläche verbunden, und
eine geneigte Führungsfläche ist
an der Verbindungsfläche
gebildet, wobei die geneigte Führungsfläche in Richtung
auf die Endfläche
geneigt ist, um so gewaltsam zwischen den Endabschnitten gelagertes
Schmiermittel zuzuführen,
um Schmiermittel den Angriffsflächen
zuzuführen,
die zwischen dem ersten und dem zweiten Rotationsbeschränkungsglied
angreifen, und eine wirkungsvolle Fluidschmierung zwischen den angreifenden
Flächen
zu erreichen, wenn der Kolben von der Position seines oberen Totpunktes
zur Position seines unteren Totpunktes bewegt wird.
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In
diesem Verdichter wird Schmiermittel von der Kurbelkammer der geneigten
Führungsfläche durch
die Hin- und Herbewegung des Kolbens zugeführt und einem Spalt zwischen
dem ersten Rotationsbeschränkungsglied
und dem zweiten Rotationsbeschränkungsglied
zugeführt.
Demgemäß ist es möglich, eine
hinreichend große
Menge an Schmiermittel einem Spalt zwischen dem ersten Rotationsbeschränkungsglied
und dem zweiten Rotationsbeschrän kungsglied
zuzuführen.
Demgemäß kann eine Fluidschmierung
zwischen beiden gleitenden Rotationsbeschränkungsgliedern wirkungsvoll
erreicht werden.
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Vorzugsweise
umfasst die geneigte Führungsfläche eine
einzige ebene Fläche.
Wenn diese Struktur angenommen wird, kann die geneigte Führungsfläche auf
einfache Weise maschinell bearbeitet werden.
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Vorzugsweise
umfasst die geneigte Führungsfläche eine
ebene Fläche
und Führungswände, die
an beiden Seiten der ebenen Fläche
vorgesehen sind, so dass die gesamte geneigte Führungsfläche in Form einer Aussparung
gebildet ist. Vorzugsweise ist die gesamte geneigte Führungsfläche in Form
einer Aussparung gebildet, bei der eine Mehrzahl von ebenen Flächen, die
parallel zur Achse des Kolbens angeordnet sind, miteinander an einer
zusammenlaufenden unteren Linie verbunden sind. Vorzugsweise ist
die geneigte Führungsfläche aus
einer Aushöhlung
gebildet, bei der der zentrale Abschnitt tiefer als die beiden Seitenabschnitte
ist.
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Gemäß der obigen
Struktur wird das meiste Schmiermittel, das der geneigten Führungsfläche durch
die Hin- und Herbewegung des Kolbens zugeführt wird, durch die geneigte
Führungsfläche, die
in Form einer Aussparung gebildet ist, daran gehindert, auf die
Seiten zu entweichen. Daher kann das Schmiermittel zwangsläufig den
beiden Rotationsbeschränkungsgliedern
zugeführt
werden.
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Vorzugsweise
ist eine abriebresistente Beschichtung auf einer Angriffsfläche des
ersten und/oder zweiten Rotationsbeschränkungsgliedes vorgesehen.
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Gemäß der obigen
Struktur können
das erste und zweite Rotationsbeschränkungsglied, selbst wenn eine
absolute Menge an Schmierstoff in der Kurbelkammer gering ist, so
dass eine hinreichend wirkungsvolle Fluidschmierung zwischen den
beiden Rotationsbeschränkungsgliedern
nicht erreicht werden kann, aufeinander mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten
durch Feststoffschmierung gleiten, die durch die abriebresistente
Beschichtung vorgenommen wird. Ist hingegen eine absolute Menge an
Schmierstoff in der Kurbelkammer groß, kann eine hinreichend große Menge
an Schmierstoff einem Spalt zwischen den beiden Rotationsbeschränkungsgliedern
durch die geneigte Führungsfläche zugeführt werden.
Daher ändert
sich die Hauptschmierung zwischen den beiden Rotationsbeschränkungsgliedern
von Feststoffschmierung, die von der abriebresistenten Beschichtung
vorgenommen wird, zur Fluidschmierung, die von Schmiermittel vorgenommen
wird, und gleichzeitig wird die abriebresistente Beschichtung durch
die Fluidschmierung geschützt.
Daher kann die Haltbarkeit verbessert werden.
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Gemäß der Erfindung
ist die geneigte Führungsfläche an einer
Endfläche
des ersten Rotationsbeschränkungsgliedes
gebildet, die an einer dem Kopfabschnitt gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
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In
der obigen Struktur kann die geneigte Führungsfläche des Kolbens auf einfache
Weise ausgeführt
werden, zum Beispiel kann ein Feinschleifen auf einfache Weise an
der geneigten Führungsfläche vorgenommen
werden, weil eine Endfläche,
die dem Kopfabschnitt des ersten Rotationsbeschränkungsgliedes gegenüberliegt,
eine abschließende
Endfläche
des Kolbenteils ist und die geneigte Führungsfläche hier auf einfache Weise
maschinell bearbeitet werden kann. Jedoch ist eine Endfläche an der
Seite des Kopfabschnittes des ersten Rotationsbeschränkungsgliedes
in der Mitte des Kolbenteils in der axialen Richtung angeordnet.
Daher ist es schwierig, eine maschinelle Bearbeitung der geneigten
Führungsfläche an dieser
Seite vorzunehmen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
deutlicher werden, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
Es zeigen:
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1:
eine Längsschnittansicht
eines Verdichters vom Typ mit einfach wirkenden Kolben und variabler
Kapazität;
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2:
eine perspektivische Ansicht des Kolbens aus 1;
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3:
eine Rückansicht
des Kolbens mit einem Abschnitt des Gehäuses;
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4:
eine Draufsicht auf einen Abschnitt des Kolbens einschließlich des
Halsabschnittes;
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5:
eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes des Kolbens einschließlich des
Halsabschnittes der zweiten Ausführungsform;
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6A:
eine Draufsicht auf einen Abschnitt des Kolbens einschließlich des
Halsabschnittes aus 5;
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6B:
eine Schnittansicht des Abschnitts des Kolbens aus 6A;
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7:
eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes des Kolbens einschließlich des
Halsabschnittes der dritten Ausführungsform
und
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8:
eine Draufsicht auf einen Abschnitt des Kolbens einschließlich des
Halsabschnittes aus 7.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf die erste
bis dritte Ausführungsform beschrieben
werden, in der die vorliegende Erfindung als Verdichter vom Typ
mit einfach wirkenden Kolben und variabler Kapazität ausgestaltet
ist, der in einer Klimaanlage für
ein Fahrzeug angewendet wird. In diesem Zusammenhang werden hinsichtlich der
zweiten bis zur fünften
Ausführungsform
nur Punkte erklärt
werden, die sich von den Punkten der ersten Ausführungsform unterscheiden, und
gleiche Bezugszeichen werden benutzt, um gleiche Teile zu bezeichnen,
und wiederholte Erklärungen
werden unterlassen.
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Die 1 bis 4 zeigen
die erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt
ist, ist ein vorderes Gehäuse 11,
das aus metalli schem Aluminiummaterial gefertigt ist, mit dem vorderen
Ende eines Zylinderblockes 12 als mittlerem Gehäuse verbunden,
und ein hinteres Gehäuse 13 ist
mit dem hinteren Ende des Zylinderblocks 12 mittels einer
ventil- und öffnungsbildenden
Plattenanordnung 14 verbunden. Diese Gehäuseelemente 11 bis 13 werden
durch eine Mehrzahl von Durchgangsbolzen 51 befestigt und
aneinander fixiert, die sich durch diese Gehäuseelemente hindurch erstrecken (nur
ein Durchgangsbolzen ist in der Zeichnung schematisch gezeigt).
Das vordere Gehäuse 11,
der Zylinderblock 12 und das hintere Gehäuse 13 bilden
einen Gehäuseaufbau
des Verdichters mit variabler Kapazität.
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Eine
Kurbelkammer 15 ist in dem vorderen Gehäuse 11 und dem Zylinderblock 12 definiert.
Eine Antriebswelle 16 ist drehbar durch das vordere Gehäuse 11 und
den Zylinderblock 12 in solch einer Weise gehalten, dass
sich die Antriebswelle 16 durch die Kurbelkammer 15 hindurch
erstreckt. Obwohl nicht in der Zeichnung gezeigt, ist die Antriebswelle 16 über einen
Kupplungsmechanismus, wie zum Beispiel eine elektromagnetische Kupplung,
mit einem Fahrzeugmotor als externer Antriebsquelle verbunden. Demgemäß wird die
Antriebswelle 16 von dem Fahrzeugmotor angetrieben, wenn
der Kupplungsmechanismus eingeschaltet ist, während der Motor in Betrieb
ist.
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Ein
drehbarer Haltekörper 17 ist
an der Antriebswelle 16 in der Kurbelkammer 15 befestigt.
Eine Taumelscheibe 18, die als Kurvenscheibe dient, ist neigbar
von der Antriebswelle 16 gehalten. Ein Gelenkmechanismus 19 ist
zwischen dem drehbaren Haltekörper 17 und
der Taumelscheibe 18 angeordnet. Die Taumelscheibe 18 kann
mit der Antriebswelle 16 rotiert werden durch die Gelenkverbindung
zwischen der Taumelscheibe 18 und dem drehbaren Haltekör per 17 über den
Gelenkmechanismus 19. Gleichzeitig kann die Taumelscheibe 18 bezüglich der
Antriebswelle 16 geneigt werden.
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Eine
Mehrzahl von Zylinderbohrungen 12a sind in dem Zylinderblock 12 um
eine Achse L der Antriebswelle 16 herum gebildet (nur eine
Zylinderbohrung 12a ist in der Zeichnung gezeigt). Einfach wirkende
Kolben 20 sind in den Zylinderbohrungen 12a angeordnet.
Der Kolben 20 ist mit der Taumelscheibe 18 über Schuhe 21 verbunden.
Demgemäß wird eine
Drehbewegung der Antriebswelle 16 über die Taumelscheibe 18 und
die Schuhe 21 in eine Hin- und Herbewegung der Kolben 20 in
den Zylinderbohrungen 12a überführt.
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Eine
Ansaugkammer 27 und eine Ausstoßkammer 28 sind jeweils
in dem hinteren Gehäuse 13 definiert.
Ansaugöffnungen 29,
Ansaugventile 30, Ausstoßöffnungen 31 und Ausstoßventile 32 sind
jeweils in der ventil- und öffnungsbildenden
Plattenanordnung 14 gebildet. Kühlmittelgas wird durch die
Ansaugkammer 27 in die Zylinderbohrung 12a über die Ansaugöffnung 29 und
das Ansaugventil 30 eingesaugt, wenn der Kolben 20 (in
der einen Richtung) von der Position des oberen Totpunktes zu der
Position des unteren Totpunktes bewegt wird. In die Zylinderbohrung 12a eingesaugtes
Kühlmittelgas
wird auf einen vorherbestimmten Druck verdichtet, wenn der Kolben 20 (in
die entgegengesetzte Richtung) von der Position des unteren Totpunktes
zur Position des oberen Totpunktes bewegt wird. Danach wird das verdichtete
Kühlmittelgas über die
Ausstoßöffnung 31 und
das Ausstoßventil 32 in
die Ausstoßkammer 28 ausgestoßen.
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Ein
Zuführkanal 33 verbindet
die Ausstoßkammer 28 mit
der Kurbelkammer 15. Ein Extraktionskanal 34 verbindet
die Kurbelkammer 15 mit der Ansaugkammer 27. Ein
Kapazitätssteuerventil 35 ist im
Zuführkanal 33 angeordnet.
Ein druckempfindlicher Kanal 36 verbindet die Ansaugkammer 27 mit dem
Kapazitätssteuerventil 35.
Das Kapazitätssteuerventil 35 umfasst
ein Diaphragma 35a, das ein druckempfindliches Element
ist, und einen Ventilkörper 35b,
der mit dem Diaphragma 35a verbunden ist.
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Das
Kapazitätssteuerventil
betätigt
den Ventilkörper 35b,
so dass der Öffnungsgrad
des Zuführkanals 33 verändert werden
kann, wenn das Diaphragma 35a auf den Ansaugdruck der Saugkammer 27 reagiert,
der durch den druckempfindlichen Kanal 36 eingeführt wird.
Wenn der Öffnungsgrad
des Zuführkanals 33 verändert wird,
wird die Menge an Kühlmittelgas
verändert,
die der Kurbelkammer 15 zugeführt wird, und gemäß dem Verhältnis zur
Menge an Kühlmittelgas,
das in die Ansaugkammer 27 über den Extraktionskanal 34 ausgegeben
wird, wird der Druck in der Kurbelkammer 15 verändert.
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Demgemäß wird ein
Unterschied verändert zwischen
dem Druck in der Kurbelkammer 15 und dem Druck in der Zylinderbohrung 12a über den
Kolben 20, und ein Neigungswinkel der Taumelscheibe 18 wird
verändert,
wie dies in 1 durch strichdoppelpunktierte
Linien gezeigt ist. Demzufolge wird ein Hub des Kolbens 20 verändert, und
eine Ausstoßkapazität des Verdichters
wird eingestellt.
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Als
nächstes
werden die Struktur des Kolbens 20 und der Rotationsbeschränkungsstruktur des
Kolbens 20 nachstehend im Detail beschrieben.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt ist, hat der Kolben 20 einen
zylindrischen Kopfabschnitt 22, der in die Zylinderbohrung 12a eingesetzt
ist, und einen Halsabschnitt 23, der in der Kurbelkammer 15 außerhalb
der Zylinderbohrung 12a angeordnet ist, wobei diese Abschnitte
integral miteinander in der Richtung einer Achse S verbunden sind.
Der Kopfabschnitt 22 und der Halsabschnitt 23 sind
aus metallischem Aluminiummaterial gefertigt. Ein Paar von Schuhsitzen 23a ist
in dem Halsabschnitt 23 angeordnet. Ein Paar von Schuhen 21 ist
in dem Halsabschnitt 23 bereitgestellt und jeweils von
dem Paar von Schuhsitzen 23a mittels eines sphärischen
Kontaktes aufgenommen. Eine vordere Fläche und eine hintere Fläche des äußeren Randes
der Taumelscheibe 18 sind gleitend zwischen das Paar von Schuhen 21 eingefügt.
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Wie
in den 2 und 3 gezeigt ist, ist ein erstes
kolbenseitiges Rotationsbeschränkungsglied 41 an
dem Halsabschnitt 23 des Kolbens 20 bereitgestellt.
Das kolbenseitige Rotationsbeschränkungsglied 41 weist
ein Paar von Kontaktangriffsabschnitten 42 auf, die zur
vorderen Seite und zur hinteren Seite in Rotationsrichtung der Taumelscheibe 18 hervorstehen.
Kontaktangriffsflächen 42a an
dem Kolben 20 sind als die äußere Umfangsfläche des kolbenseitigen
Rotationsbeschränkungsgliedes 41 an
den Kontaktangriffsabschnitten 42 gebildet, gegenüber der
Umfangswand 43 des vorderen Gehäuses 11 in der Kurbelkammer 15.
Die Umfangswand 43 des vorderen Gehäuses 11 bildet ein
zweites, gehäuseseitiges
Rotationsbeschränkungsglied 43.
Bei diesem gehäuseseitigen
Rotationsbeschränkungsglied 43 bildet
eine innere Umfangsfläche 43a,
die eine runde, bogenförmige,
konkave Fläche
ist, die um die Achse L der Antriebswelle 16 herum gebildet ist,
eine Kontaktangriffsfläche 43a auf
der Seite des Gehäuses.
Eine Verbindungsfläche 41a des
kolbenseitigen Rotationsbeschränkungsgliedes 41 ist
zwischen den beiden Kontaktangriffsabschnitten 42 bereitgestellt,
und die Kontaktangriffsflächen 42a beider Kontaktangriffsabschnitte 42 sind
miteinander über die
Verbindungsfläche 41a verbunden.
Sowohl die Kontaktangriffsflächen 42a als
auch die Verbindungsfläche 41a sind
auf der gemeinsamen bogenförmigen
konvexen Fläche
angeordnet, so dass sie auf einfache Weise in Bezug auf den Kolben 20 maschinell
bearbeitet werden können.
Das heißt,
dass die Flächen 42a und 41a allein
durch Rotieren des Kolbens 20 um die Achse der bogenförmigen konvexen
Fläche,
unter der Bedingung, dass ein Schleifwerkzeug an einer festen Position
angeordnet ist, durch ein Schleifwerkzeug geschliffen werden können. Der
Krümmungsradius
der bogenförmigen
konvexen Fläche
ist größer als
jener der äußeren Umfangsfläche des
Kolbens, aber kleiner als jener der Krümmung der Kontaktangriffsfläche 43a auf
der Seite des Gehäuses.
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Wie
durch die Pfeile A und B in 3 gezeigt ist,
neigt der Kolben 20 wegen der Verbindungsstruktur des Kolbens 20 mit
der Taumelscheibe 18 über die
Schuhe 21 dazu, um seine eigene Achse S zu rotieren. Der
Pfeil A zeigt die Rotationsrichtung der Taumelscheibe 18,
und der Pfeil B zeigt die mögliche Rotationsrichtung
des Kolbens 20. Demgemäß kann der
Kolben 20, wenn er aus irgendeinem Grund eine äußere Kraft
aufnimmt, um seine Achse S herum rotiert werden. Wenn die Schuhe 21 an
der Taumelscheibe 18 gleiten, neigen die Schuhe 21 dazu,
in derselben Rotationsrichtung wie jene der Taumelscheibe 18 rotiert
zu werden, das heißt,
die Schuhe 21 werden in der Zeichnung im Uhrzeigersinn
rotiert. Das heißt,
dass die Schuhe 21 wegen eines Unterschiedes zwischen der
Umfangsgeschwindigkeit der Taumelscheibe 18 an einer radial äußeren Position und
jener an einer radial inneren Position, wobei die erstgenannte höher ist
als die letztgenannte, eine Rotationskraft in derselben Richtung
wie jene der Rotationsrichtung der Taumelscheibe 18 erhalten.
Daher neigt der Kolben 20 im Betrieb des Verdichters dazu, durch
die Rotationskraft der Taumelscheibe 18, die er über die
Schuhe 21 erhält,
in dieselbe Richtung wie jene der Rotationsrichtung der Taumelscheibe 18 zu rotieren.
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Jedoch
ist die Rotation des Kolbens 20 in derselben Richtung wie
jene der Rotationsrichtung der Taumelscheibe 18 dadurch
beschränkt,
dass die Kontaktangriffsfläche 42a eines
Kontaktangriffsabschnittes 42 (in 3 links)
des kolbenseitigen Rotationsbeschränkungsgliedes 41 an
der Kontaktangriffsfläche 43a des
gehäuseseitigen
Rotationsbeschränkungsgliedes 43 angreift,
und eine Rotation des Kolbens 20 in der Richtung entgegengesetzt
zur Rotationsrichtung der Taumelscheibe 18 wird dadurch
beschränkt,
dass die Kontaktangriffsfläche 42a des
anderen Kontaktangriffsabschnittes 42 (in 3 rechts)
an der Kontaktangriffsfläche 43a des
gehäuseseitigen
Rotationsbeschränkungsgliedes 43 angreift.
Demgemäß interferiert
beispielsweise ein Abschnitt des Kolbens 20 nahe dem Halsabschnitt 23 nicht
mit der Taumelscheibe 18. Daher ist es möglich, Vorkommen
von Schwingung und Lärm
zu verhindern, die durch Interferenz des Kolbens 20 mit
der Taumelscheibe 18, die mit hoher Geschwindigkeit rotiert,
verursacht werden.
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Als
nächstes
werden Eigenschaften dieser Ausführungsform
nachstehend erklärt.
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Die
Bereitstellung der obigen Rotationsbeschränkungsstruktur des Kolbens 20 verursacht
ein neues Problem, in dem die Anzahl der gleitenden Abschnitte zwischen
dem Kolben 20 und dem Gehäuse 11 bis 13 erhöht wird,
das heißt,
die Anzahl der gleitenden Abschnitte zwischen den beiden Rotationsbeschränkungsgliedern 41 und 43 wird
erhöht,
und der Leistungsverlust in dem Verdichter wird erhöht. Um die
obigen Probleme zu lösen,
wird Schmiermittel, das in der Kurbelkammer 15 vorhanden
ist, in hinreichender Weise einem Spalt zwischen den Rotationsbeschränkungsgliedern 41 und 43 zugeführt, um
so eine wirkungsvolle Flüssigschmierung
zwischen den Rotationsbeschränkungsgliedern 41 und 43 in
dieser Ausführungsform
zu erreichen.
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Das
heißt,
um das in der Kurbelkammer 15 vorhandene Schmiermittel
in einen Spalt zwischen den Rotationsbeschränkungsgliedern 41 und 43 zu bewegen,
wird eine Relativbewegung zwischen den Rotationsbeschränkungsgliedern 41 und 43 benutzt, die
durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens 20 verursacht
wird. Jedoch wird, wie in der Beschreibung des Standes der Technik
beschrieben, in dieser Struktur das meiste Schmiermittel von den
Endflächen 41b und 41c des
Halsabschnittes 23 weggeschoben, und es ist schwierig,
eine hinreichend große
Menge an Schmiermittel einem Spalt zwischen den Rotationsbeschränkungsgliedern 41 und 43 zuzuführen.
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Daher
ist, wie in den 1 bis 4 gezeigt, eine
geneigte Führungsfläche 45 an
dem kolbenseitigen Rotationsbeschränkungsglied 41 bereitgestellt, so
dass ein keilförmiger
Raum, der in der Richtung einer Achse S des Kolbens 20 gerichtet
(konvergiert) ist, zwischen der geneigten Führungsfläche 45 und der Kontaktangriffsfläche 43a des
gehäuseseitigen Rotationsbeschränkungsgliedes 43 gebildet
ist. Demgemäß tritt,
wenn der Kolben 20 hin- und herbewegt wird, eine Keilwirkung
zwischen der geneigten Führungsfläche 45 und
der Kontaktangriffsfläche 43a auf,
und eine Menge an Schmiermittel in der Kurbelkammer 15 einschließlich eines
Anteiles, der andernfalls durch die Endfläche 41b des Halsabschnittes 23 weggeschoben
würde,
wenn die geneigte Führungsfläche 45 nicht
vorgesehen ist, kann in den keilförmigen Raum aufgenommen und
einem Spalt zwischen den Rotationsbeschränkungsgliedern 41, 43 zugeführt werden.
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Die
geneigte Führungsfläche 45 ist
als eine einzige ebene Fläche
in solch einer Weise gebildet, dass die Endfläche 41b auf der dem
Kopfabschnitt 22 gegenüberliegenden
Seite des kolbenseitigen Rotationsbeschränkungsgliedes 41 zu
einem großen
Teil abgetrennt ist. Das kolbenseitige Rotationsbeschränkungsglied 41 ist
in solch einer konvexen Form gebildet, dass der zentrale Abschnitt
davon höher
als die Seitenabschnitte ist und dass, wie in den 2 und 4 deutlich
gezeigt ist, die Kammlinie der geneigten Führungsfläche 45 sich der anderen
Endfläche 41c nähert, wenn
sich die Position der Mitte nähert. Demgemäß sammelt
die geneigte Führungsfläche 45,
wie in 4 gezeigt ist, das Schmiermittel zur Mitte hin
und führt
es einem Spalt zwischen den Rotationsbeschränkungsgliedern 41 und 43 zu,
nur wenn der Kolben 20 vom oberen Totpunkt zum unteren
Totpunkt in der Hin- und Herbewegung des Kolbens 20 bewegt
wird (der Ansaugtakt). Der Pfeil D zeigt die Bewegung des Kolbens
im Ansaugtakt.
-
Wie
durch Punkte in den 2 und 4 dargestellt
ist, ist eine abriebresistente Beschichtung C auf den Kontaktangriffsflächen 42a und
der Verbin dungsfläche 41a des
kolbenseitigen Rotationsbeschränkungsgliedes 41 gebildet.
Die abriebresistente Beschichtung C ist aus einem fluorierten Harz
wie zum Beispiel PTFE (Polytetrafluorethylen) als Feststoffschmiermittel
gebildet. Zum Beispiel ist die Dicke der abriebresistenten Beschichtung
C 20 μm
bis 40 μm.
-
Schmiermittel
wird der Kurbelkammer 15 zusammen mit Kühlmittelgas zugeführt, das
durch die Zylinderbohrungen 12a als durchgeblasenes Gas oder
durch den Zuführkanal 33 geliefert
wird, zusätzlich
zu dem der Kurbelkammer 15 anfänglich zugeführten Schmiermittel.
-
Das
in der Kurbelkammer 15 vorhandene Schmiermittel wird auf
diese Weise wirkungsvoll in einen Spalt zwischen dem kolbenseitigen
Rotationsbeschränkungsglied 41 und
dem gehäuseseitigen
Rotationsbeschränkungsglied 43 aufgenommen
durch die Wirkung der geneigten Führungsfläche 45, die von der
Hin- und Herbewegung des Kolbens 20 wie oben beschrieben
verursacht wird. Daher ist es möglich,
eine wirkungsvolle Fluidschmierung zwischen den Rotationsbeschränkungsgliedern 41 und 43 zu erreichen,
insbesondere zwischen den Kontaktangriffsflächen 42a und 43a.
Das heißt,
es ist möglich, eine
geringreibende gleitende Bewegung zwischen den Kontaktangriffsflächen 42a und 43a vorzunehmen.
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Jedoch
strömt
das in der Kurbelkammer 15 vorhandene Schmiermittel zusammen
mit dem Kühlmittelgas über den
Extraktionskanal 34 von der Kurbelkammer 15 nach
draußen,
und eine absolute Menge an Schmiermittel in der Kurbelkammer 15 wird
in manchen Fällen
verringert in Folge des Verhältnisses des
ankommenden Schmiermittels, das durch durchgeblasenes Gas oder durch
den Zuführkanal 33 zugeführt wird,
und dem extrahierten Schmiermittel. In diesem Fall wird die primäre Schmierung,
die zwischen dem kolbenseitigen Rotationsbeschränkungsglied 41 und
dem gehäuseseitigen
Rotationsbeschränkungsglied 43 vorgenommen wird,
eher von der Feststoffschmierung gewährleistet, die von der abriebresistenten
Beschichtung C vorgenommen wird, als von Flüssigkschmierung, die von Schmiermittel
vorgenommen wird, so dass eine geringreibende gleitende Bewegung
zwischen dem kolbenseitigen Rotationsbeschränkungsglied 41 und dem
gehäuseseitigen
Rotationsbeschränkungsglied 43 aufrechterhalten
werden kann.
-
Die
folgenden Wirkungen können
mit dieser Ausführungsform
bereitgestellt werden.
- (1) Durch das Bereitstellen
der geneigten Führungsfläche 45 ist
es möglich,
eine wirkungsvolle Fluidschmierung zwischen dem kolbenseitigen Rotationsbeschränkungsglied 41 und
dem gehäuseseitigen
Rotationsbeschränkungsglied 43 zu erreichen,
das heißt,
es ist möglich,
eine geringreibende gleitende Bewegung zwischen dem kolbenseitigen
Rotationsbeschränkungsglied 41 und
dem gehäuseseitigen
Rotationsbeschränkungsglied 43 zu
erreichen. Demgemäß kann, selbst
wenn die Rotationsbeschränkungsstruktur des
Kolbens 20 bereitgestellt wird, eine Erhöhung im
Leistungsverlust des Verdichters reduziert werden, und dadurch ist
es möglich,
eine an den Motor gegebene Last zu reduzieren. Außerdem bedeutet
das Bereitstellen der geneigten Führungsfläche 45, die in dem
Kolben 20 gebildet ist, dass ein Abschnitt des Materials
des Kolbens 20 ent fernt ist, so dass das Gewicht des Kolbens 20 gleichzeitig
leichter gemacht ist. Um diese Wirkung der Reduzierung des Gewichtes
zu verbessern, ist es erforderlich, die Größe der geneigten Führungsfläche 45 so
weit wie möglich
zu steigern.
- (2) Die ebene geneigte Führungsfläche 45 kann auf
einfache Weise maschinell bearbeitet werden, und die Herstellungskosten
des Kolbens 20 können
reduziert werden.
- (3) Die abriebresistente Beschichtung C ist auf der Kontaktangriffsfläche 42a des
kolbenseitigen Rotationsbeschränkungsgliedes 41 gebildet. Demgemäß kann,
selbst wenn eine absolute Menge an Schmiermittel in der Kurbelkammer klein
ist und eine wirkungsvolle Fluidschmierung zwischen den Rotationsbeschränkungsgliedern 41 und 43 nicht
erwartet werden kann, eine geringreibende gleitende Bewegung zwischen
den Rotationsbeschränkungsgliedern 41 und 43 durch die
abriebresistente Beschichtung C gewährleistet werden. Daher kann
eine Erhöhung
im Leistungsverlust des Verdichters verhindert werden. In dem Fall,
in dem eine absolute Menge an Schmiermittel in der Kurbelkammer 15 groß ist und
eine wirkungsvolle Fluidschmierung zwischen dem kolbenseitigen Rotationsbeschränkungsglied 41 und
dem gehäuseseitigen
Rotationsbeschränkungsglied 43 erreicht
wird, ist die abriebresistente Beschichtung C durch dieses Fluidschmiermittel
geschützt,
und daher kann die abriebresistente Beschichtung C über einen
langen Zeitraum benutzt werden.
- (4) Die geneigte Führungsfläche 45 ist
an der Endfläche 41b gebildet,
die an der dem Kopfabschnitt 22 gegenüberliegenden Seite an dem kolbenseitigen
Rotationsbeschränkungsglied 41 angeordnet
ist. Demgemäß kann eine
maschinelle Bearbeitung der geneigten Führungsfläche 45 des Kolbens 20 auf
einfache Weise ausgeführt werden,
zum Beispiel kann ein Feinschleifen auf einfache Weise vorgenommen
werden, um die geneigte Führungsfläche 45 zu
bilden, weil die dem Kopfabschnitt 22 gegenüberliegende
Endfläche 41b des
kolbenseitigen Rotationsbeschränkungsgliedes 41 eine
abschließende
Endfläche des
Kolbens 20 ist und die geneigte Führungsfläche 45 auf einfache
Weise maschinell bearbeitet werden kann. Jedoch ist die Endfläche 41c des kolbenseitigen
Rotationsbeschränkungsgliedes 41 auf
der Seite des Kopfabschnittes 22 in der Mitte des Kolbenteils
in der Richtung der Achse S angeordnet, und es ist schwierig, eine
maschinelle Bearbeitung der geneigten Führungsfläche 45 vorzunehmen.
- (5) In dem Verdichter vom Typ mit variabler Kapazität kann die
Kapazität
durch Einstellen des Druckes in der Kurbelkammer 15 verändert werden. Das
heißt,
dass die Kurbelkammer 15 eine Drucksteuerkammer ist, die
zum Einstellen der Ausstoßkapazität benutzt
wird, und die Kurbelkammer 15 existiert nicht in dem Kühlmittelumlaufkreislauf,
der einen kühlenden
Kreisprozess einer Klimaanlage für
den Fahrzeuggebrauch bildet. Demgemäß ist es unmöglich zu
erwarten, dass eine große
Menge an Kühlmittelgas,
das Schmiermittel enthält,
in die Kurbelkammer 15 strömt. Die Tatsache, dass die
Struktur zum zwangsläufigen Zuführen von
Schmiermittel in einen Spalt zwischen den Rotationsbeschränkungsgliedern 41 und 43 (geneigte
Führungsfläche 45)
auf die Kurbelkammer 15 angewendet wird, die in solch einen
schweren Schmierzustand versetzt wird, kann eine besonders gute
Wirkung bereitstellen.
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Die 5 und 6B sind
Ansichten, die die zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen. In dieser Ausführungsform
ist der zentrale Bereich der geneigten Führungsfläche 45 aus einer ebenen
Fläche
gebildet. Das heißt,
dass die geneigte Führungsfläche 45 in
solch einer Weise gebildet ist, dass nur der zentrale Bereich (entsprechend der
Position der Verbindungsfläche 41a zwischen den
Kontaktangriffsflächen 42a)
in hohem Maße
in die Endfläche 41b des
kolbenseitigen Rotationsbeschränkungsgliedes 41 eingeschnitten
ist, und Führungswände 46 sind
auf beiden Seiten der geneigten Führungsfläche 45 gebildet, um
sich so von dieser geneigten Führungsfläche 45 aufwärts zu erstrecken. Daher
ist das gesamte Profil der geneigten Führungsfläche 45 in Form einer
Aussparung gebildet.
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Diese
Ausführungsform
kann dieselbe Wirkung bereitstellen wie jene der oben beschriebenen ersten
Ausführungsform.
Darüber
hinaus ist die geneigte Führungsfläche 45 und 46 in
Form einer Aussparung gebildet, so ist es möglich, zwangsläufig zu verhindern,
dass Schmierstoff, der an einen Spalt zwischen dem kolbenseitigen
Rotationsbeschränkungsglied 41 und
dem gehäuseseitigen
Rotationsbeschränkungsglied 43 geführt wird,
nach beiden Seiten der geneigten Führungsfläche 45 (keilförmiger Raum)
entweicht. Demgemäß kann Schmiermittel zwangsläufig einem
Spalt zwischen den beiden Rotationsbeschränkungsgliedern 41 und 43 zugeführt werden.
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Die 7 und 8 sind
Ansichten, die die dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen. Bei dieser Ausführungsform
ist die geneigte Führungsfläche aus
einer Mehrzahl von ebenen Flächen
(zwei ebene Flächen) 47 gebildet,
die in Bezug auf die Achse 5 des Kolbens 20 symmetrisch
angeordnet und nicht in derselben Ebene angeordnet sind, und die
ebenen Flächen 47 sind
miteinander an einer zusammenlaufenden unteren Linie 47b verbunden,
so dass das gesamte Profil der geneigten Führungsfläche 45 in Form einer
Aussparung gebildet ist.
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Diese
Ausführungsform
kann dieselbe Wirkung bereitstellen wie jene der oben beschriebenen zweiten
Ausführungsform.
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In
diesem Zusammenhang ist es möglich,
die folgende Ausführungsform
anzunehmen, ohne vom Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der
in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist.
- – In der ersten oben beschriebenen
Ausführungsform
ist die geneigte Führungsfläche 45 in
einer konkaven Form gebildet, bei der die Mitte davon tiefer als
beide Seiten davon ist. Wegen des Vorangehenden wird das meiste
Schmiermittel, das in den keilförmigen
Raum eintritt, zur mittleren Seite bewegt, die einen hinreichend
großen
Raum aufweist. Mit anderen Worten: Schmiermittel entweicht nicht
von der geneigten Führungsfläche 45 (keilförmiger Raum)
nach irgendeiner Seite. Demgemäß kann Schmiermittel
wirkungsvoll einem Spalt zwischen den Rotationsbeschränkungsgliedern 41 und 43 zugeführt werden.
- – Die
geneigten Führungsflächen 45 sind
in der Endfläche 41b auf
der dem Kopfabschnitt 22 gegenüberliegenden Seite des kolbenseitigen
Rotationsbeschränkungsgliedes 41 und
in der Endfläche 41c auf
der Seite des Kopfabschnittes 22 gebildet. Aufgrund der
obigen Anordnung kann Schmiermittel im Ansaugtakt und im Verdichtungstakt
in der Hin- und Herbewegung des Kolbens 20 einem Spalt
zwischen den Rotationsbeschränkungsgliedern 41 und 43 wirkungsvoll
zugeführt
werden.
- – Eine
abriebresistente Beschichtung C ist auf der Kontaktangriffsfläche 43a des
gehäuseseitigen Rotationsbeschränkungsgliedes 43 gebildet.
In diesem Fall kann die abriebresistente Beschichtung, wie bei jeder
oben beschriebenen Ausführungsform
beschrieben wurde, an der Kontaktangriffsfläche 42a des kolbenseitigen
Rotationsbeschränkungsgliedes 43 gebildet
sein oder nicht.
- – Es
ist möglich,
einen Kolbenrotationsbeschränkungsmechanismus
der vorliegenden Erfindung in einem Verdichter vom Typ mit fester
Kapazität einzusetzen,
in dem die Taumelscheibe 18 an der Antriebswelle 16 befestigt
ist und der Neigungswinkel der Taumelscheibe konstant gehalten wird.
- – Es
ist möglich,
eine Ausführungsform
anzunehmen, die eine Rotationsbeschränkungsstruktur eines Verdichters
vom Typ mit doppelt wirkenden Kolben aufweist, bei dem zwei Kopfabschnitte 22 auf
beiden Seiten des Halsabschnittes 23 vorgesehen sind.
- – Es
ist möglich,
eine Ausführungsform
anzunehmen, bei der in dem oben beschriebenen Verdichter vom Typ
mit fester Kapazität
eine Kurvenscheibe von der Taumelscheibe zu einer wellenförmigen Kurvenscheibe
geändert
wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, deren Struktur oben beschrieben ist, kann eine hinreichend große Menge
an Schmiermittel von der Kurbelkammer zwischen den kolbenseitigen
Rotationsbeschränkungsbereich
und dem gehäuseseitigen
Rotationsbeschränkungsbereich
zugeführt
werden. Daher kann eine wirkungsvolle Fluidschmierung zwischen den
beiden gleitenden Rotationsbeschränkungsbereichen erreicht werden.