JP4053432B2 - ドライバ付き往復動ピストン式機械 - Google Patents

Description

本発明は、特許請求項１の前文による往復動ピストン式機械に関する。

公開公報である特許文献１は一般的な往復動ピストン式機械を開示している。これは、複数のピストンが回転駆動軸の周りに円形状に配置される機械ハウジングを具備する。駆動力は、駆動軸からドライバを介して環状の旋回ディスクに、次いで環状の旋回ディスクから機械軸と並行な並進運動に移動可能なピストンに伝動される。この場合、旋回ディスクは機械軸上で直線移動可能に取り付けられたスリーブ上に枢着される。ドライバは、その主軸に対して回転対称であり、球状ヘッド、細い首状部および円筒状固定部を有するピンとして設計される。これは、機械軸から旋回ディスクの旋回軸まで正確に横方向に突出し、旋回ディスクの半径方向に向いた円筒状ボア内に嵌入する。機械軸からピストンに伝達できるトルクは、特に、ドライバの安定性によって、制限される。

独国特許出願公開 １９７ ４９ ７２７ Ａ１明細書

上記に対して、本発明の目的は、高トルクおよび高パワーを伝達する往復動ピストン式機械を提供することである。

この目的は、特許請求項１、４および／または６の特徴を有する往復動ピストン式機械によって達成される。

本発明による往復動ピストン式機械は、機械軸に対して横方向に向いたヒンジ軸の回りで旋回するように摺動体上に枢着される、ピストンに力を伝達する旋回ディスク、および旋回ディスクと係合し、その重心および／またはその空間中心が、ヒンジ軸と垂直を成し、機械軸の回転軸を貫通する主中心面の外側に位置する連接部を有するドライバを特徴とする。前記主中心面は、往復動ピストン式機械の圧力側と吸引側との間にあり、圧力側のピストンは圧縮運動を行い、同時に吸引側のピストンは吸引運動を行う。ピストンの圧縮運動中の旋回ディスク上のトルク負荷を低減するために、往復動ピストン式機械の圧力側の主中心面の外側にドライバの連接部の重心または空間中心を配置すると特に有利となる。旋回ディスク上（特に、そのヒンジ軸上）のトルクが運転中に最小限となるようにドライバの連接部を配置すると特に有利となる。主中心面上の連接部の垂直な突出部がほぼ、機械軸の回転軸からの距離が機械軸の回転軸からのピストン軸の距離に相当する位置となるように、連接部の重心または空間の中心を配置すると有利となる。

本発明の改良例では、連接部の重心および／または空間中心は、ピストン軸を含むシリンダ包囲部に少なくとも近接して位置する。連接部の重心および／または空間中心も結果的にシリンダ包囲部に近接して回転するので、それぞれの場合で各ピストン軸の延長線と交差する。これによって往復動ピストン式機械内の好ましい質量配分が得られる。

本発明の他の改良例では、連接部と旋回ディスクとの間の接触点は、ピストン軸を含むシリンダ包囲部に少なくとも近接して位置する。連接部と旋回ディスクとの間の接触点は、ゆえにシリンダ包囲部に近接して回転するので、それぞれの場合で各ピストン軸の延長線と交差する。これによって好ましい力の伝達構造となる。

本発明の他の改良例では、ドライバ軸は、機械軸の回転軸とほぼ直角を成す、つまり、ドライバは、機械軸から横方向に突出する。これによって、ドライバに対して旋回可能である旋回ディスクの、機械軸の両方向での旋回範囲が広くなる。さらに、ドライバを特に簡単に機械軸に取り付けることが可能となる。

本発明による往復動ピストン式機械は、あるいは、ドライバが非円形状の固定断面を有する固定部を有し、機械軸がドライバを収容するのに対応する横断面を有する凹所を有し、非円形状の固定断面の最長の長さが機械軸の回転軸、およびドライバ軸にわたる面に配置されることを特徴とする。固定断面が意味するものは、ドライバの固定部の範囲内にあるドライバ軸についての横断面である。その結果、断面のより高い慣性モーメント、ゆえにピストンの運動方向にドライバの安定性が高まる。固定断面は、円形、楕円または扁平な円形の形態であるのが好ましい。

本発明の改良例では、ドライバは、圧入および／または貫入嵌めによって機械軸に保持される。この場合、好ましくは、圧力は、固定断面の最短の長さ方向に減少し、固定断面の最長の長さ方向に増加する。

本発明による往復動ピストン式機械は、あるいは、ドライバが非円形状の首状横断面の首状部を有し、非円形状の首状横断面の最長の長さがほぼ旋回ディスクの運動の幾何学的中心面の方向に伸びることを特徴とする。旋回ディスクは、ドライバに対して、第１および第２の反転位置（極端位置）を想定でき、さもなければ２つの反転位置間で前後に動く。２つの反転位置間の旋回ディスクの中心位置は、いわゆる幾何学的中心面で画定される。ドライバの首状部には、旋回ディスクがドライバに対して旋回できる空間を設ける必要がある。同時に、ドライバは、可能な限り高い断面の慣性モーメントを有すべきであり、これは可能な限り広い横断面によって達成される。両方の要求は、少なくとも部分的に非円形状の首状横断面を有する首状部によって都合良く満たされる。ゆえに、ドライバの首状部を、旋回ディスクの必要な極端位置により接近するように構成できる。

本発明の他の改良例では、ドライバが旋回移動可能にはめ込まれる、好ましくは、半径方向に向いた受入部が、旋回ディスクに提供され、さらに首状横断面の寸法は、それぞれの場合で旋回ディスクの反転位置の受入部によって許容される空間に構成される。ドライバ首状部の構成は、旋回ディスクの受入部の形状に丁度一致するようにされ、非円形首状横断面の一方の半分割が旋回ディスクの第１の反転位置の受入部の位置に構成され、非円形首状横断面の他方の半分割が旋回ディスクの第２の反転位置の受入部の位置に構成される。

本発明の他の改良例では、ドライバは、機械軸と共に一体製造される。これによって、機械軸への応力が減少し、ドライバと機械軸との間で応力の低減および変形による変位の低減が達成される。

さらなる特徴や特徴の組合せが明細書および図面から収集されても良い。本発明の実際の典型的実施形態を図面で簡単な形態で例示し、以下の明細書で詳細に説明する。

図１は、自動車空調装置用冷媒圧縮器の形態の往復動ピストン式機械１についての縦断面を例示する。往復動ピストン式機械１は、機械ハウジング３内に配置された複数のピストン４を有する。ピストン軸１２の全ては、回転軸１１から所定の距離を置いて、つまりシリンダ包囲部の機械軸２の周りに幾何学的に配置される。ピストンは、円筒状ブッシュ内に案内され、ピストン軸１２の全ては、機械軸の回転軸１１と並行をなしている。機械軸の回転運動は、以下で詳細に説明される力の伝達構造を介してピストン４の並進運動に変換される。図２は、機械軸２とピストン４との間での力の伝達の簡単な基本線図を例示する。

摺動スリーブ９のような形態である摺動体は、機械軸上で案内される。環状の旋回ディスク５は、次に摺動スリーブ９上に取り付けられ、旋回ディスク５は、回転軸１１の方向と並行に、摺動スリーブ９と一緒に、移動可能である。２つの短ピン１３が摺動スリーブ９に取り付けられており、これらは、機械軸の回転軸１１を横切る方向に向いており、その回りで旋回ディスク５が旋回可能であるヒンジ軸８を画定する。

ドライバ７は、機械軸２の凹所２ａに固定され、好ましくはドライバの固定部７ｃと凹所２ａとの間に圧入または貫入嵌め部がある。修正された典型的実施形態では、機械軸およびドライバ７は一体に製造される。ドライバと軸との間で圧入嵌めしている場合、ドライバ７への曲げ応力が機械軸２内の凹所へと続くので、微小変位が圧入嵌めされた接合部で起こるが、ドライバおよび軸が一体的に形成されている場合、ドライバ７の曲げ強度が増し、ゆえに曲けが減少する。それで圧力の低減および変形による変位の低減も達成できる。

ドライバ７は、機械軸からほぼ直角に突出し、球状連接部７ａによって、旋回ディスクの半径方向に開口している受入部１４（図２および図３を参照）内にはめ込まれている。ドライバ７は機械軸に固定されているので、ヒンジ軸８を中心とする旋回ディスクの旋回は、摺動スリーブ９の移動に連動される。往復動ピストン式機械が動作中のとき、機械軸２の回転は、ドライバ７を介して旋回ディスクに伝達される（矢印Ｗの方向の回転運動）。

回転軸１１を通る主中心面１０は、ヒンジ軸８に対して垂直に画定され、往復動ピストン式機械の吸引側Ｓを圧力側Ｄ（図３を参照）から隔絶する。主中心面１０は機械軸と共に回転する。

旋回ディスク５は、旋回ディスクがその回転運動ｗを実行するときに旋回ディスク上を摺動する接合構造部６によって、各ピストン４の領域内で、その周囲が包囲されている。機械軸２に対して旋回ディスク５が傾斜している場合（図１〜３で例示）、旋回ディスクは、その回転運動中、圧力側Ｄに位置するピストンに圧縮運動をさせ、吸引側Ｓに位置するピストンに吸引運動をさせる。

往復動ピストン式機械Ｉ２の構造および機能に関するさらなる特徴は、ここでも引用される特許文献１から集められても良い。

旋回ディスクに作用するピストン力は、吸引側よりも圧力側Ｄの方がより高い。これは、主中心面１０を通るヒンジ軸８を横切る軸１５の回りでのトルクとなる。前記トルクは、ピン１３を介して摺動スリーブ９に、さらに摺動スリーブ９から機械軸２に伝達される。ゆえに摺動スリーブは機械軸に対して軸１５の回りで傾こうとするので、接触力が摺動スリーブ９と機械軸２との間に生じ、その傾斜に対抗する。これらよって生成される摩擦が原因の接触力は、摺動スリーブ９の移動性を、ゆえに圧縮運動の調節を妨げる。これらの接触力は、旋回ディスク５を支持する連接部７ａの重心および／または連接部７ａの空間中心が往復動ピストン式機械の圧力側Ｄの主中心面１０の外側に配置されると特に低くなる。それゆえ、より低いトルク、ゆえに摺動スリーブと機械軸との間により低い接触力が生じるように、連接部７ａは、ピストン力から形成される合力に、より近くなるように配置される。

好ましくは、連接部７ａの重心および／または連接部７ａの空間中心は、ピストン軸１２を含むシリンダ包囲部に近接して幾何学的に配置される。この場合、連接部７ａを包囲する受入部１４は、主中心面１０に対して２０゜と３０゜との間の角度を成す主軸１６を有するのが好ましい。それゆえ、ドライバ軸１７も主中心面８と同じ角度を成すのが好ましい。

さらに、連接部７ａと旋回ディスク５との間の接触点Ｐは、ピストン軸１２を含むシリンダ包囲部に近接して配置されるのが好ましい。

好適には、接触点Ｐは、ピストン軸１２を含むシリンダ包囲部に近接した連接部７ａと旋回ディスク５との間に配置され、連接部７ａの重心および／または連接部７ａの空間中心はシリンダ包囲部の外側に位置する。

連接部７ａ上でピストン軸１２の方向に本質的に作用する力は、特に往復動ピストン式機械の圧力側Ｄで、ドライバ７への著しい負荷、ゆえにドライバ７の弾性曲げを生じさせる。その結果、連接部７ａは無負荷の位置から偏る又は変位する。連接部７ａの変位は、シリンダ内の圧縮容積が拡大する原因となる。たわみ面は、この状況では、ドライバ軸１７と機械軸の回転軸１１とにわたる面である。有害となる圧縮容積の拡大を減らすために、固定部７ｃが、ドライバ軸１７の横方向に対して非円形状の固定断面を有するようにされる。固定断面は、図４の線Ｖ−Ｖについての断面に対応し、別途図５で例示されている。図５から明らかなように、非円形状の固定断面の最長の長さは、ドライバ軸１７および回転軸１１方向にわたる面内に在る線に沿って伸びている。図４および図５で例示される状況において、およびドライバ７が機械軸２から直角に突出しているところでは、非円形状の固定断面の最長の長さは、回転軸１１に並行に向いている。本例では、非円形状の固定断面は競技場のような形状である（図５）。修正された典型的な実施形態では、非円形状の固定部は、例えば、扁平円（図６参照）として、楕円として、またはＰ２タイヤパターン形状として構成される。どのような場合でも、機械軸２は、ドライバを受け入れる、同様の断面を有する凹所２ａを有する。凹所は、止まり穴として、または機械軸を貫通する打ち抜き穴として構成されても良い。修正された典型的実施形態では、機械軸およびドライバは、実質的に一体となるように互いに連結される。

他の典型的実施形態では、ドライバは、非円形状の固定断面の最長の長さ方向に対して横方向の表面圧力が減少し、かつ、非円形状の固定断面の最長の長さ方向に表面圧力が増加するような圧入によって、機械軸内の固定部７ｃ領域に保持される。

すでに例示した（図２、図３）ように、ドライバ７は、旋回ディスク５の、好ましくは半径方向の受入部１４にはめ込まれる。旋回ディスクがその２つの反転位置（極端位置）５’と５”との間で旋回すると（図７および図８を参照）、ドライバ７に対して異なる向きとなる、つまり、連接部７ａに対して、旋回ディスク５は、ヒンジ軸８を通って伸びるいわゆる幾何学的中心面１８を中心に揺動する。反転位置５’では、旋回ディスク５は、機械軸２に対して正確に横方向に向けられ、ドライバ７が横方向に突出する状態で、旋回ディスクおよびドライバが並行に向く。反転位置５”では、旋回ディスクはドライバに対して最大角度となる。同時に、旋回ディスクの受入部１４は、それぞれの場合でドライバ７に対する向きが異なり、ゆえに異なる向きに空間を与えることができる。ドライバ首状部７ｂの横断面は、反転位置５’および５”における受入部１４によってそれぞれの場合で許容される空間に対応し、ゆえに非円形、特に一部レモン形状にされた断面となる。ドライバ首状部７ｂの非円形状の横断面の最長の長さは、幾何学的中心面１８に少なくとも近接して伸びている。

ドライバ７の外面は、好ましくは、首状部分７ｂにおいて、それぞれが不揃いであり、それらの直径は等しく、円筒状の受入部１４の直径よりも若干の遊び量だけ小さい２つの円柱状の外面から構成される。幾何学的中心軸１９’および１９”は、一般にそれぞれの反転位置において受入部１４の中心軸１６と一致し、好ましくは連接部７ａの重心または連接部７ａの空間中心の領域で交差する。これによって、断面の慣性モーメントができるだけ高くなり、ドライバ首状部７ｂのたわみができるだけ小さくなる。

旋盤によるかまたは円形研削による両軸１９’および１９”についての機械加工が必要であるので、ドライバ軸１７として軸１９’を画定することは製造の観点から有利である。これは、機械軸２に対するドライバ７の向きに関係なく、提供されても良い。

修正された典型的実施形態では、受入部１４は、内側に、つまり機械軸に向かって円錐状に拡大するように構成される。ドライバ首状部７ｂの外面は、この場合、２つの不揃いな円錐状の外面から構成される。レモン形状の横断面も同様にして得られる。

図９および図１０は、本発明によるドライバ７の他の典型的実施形態を例示するが、この場合、特に、製造を簡単にするために、ドライバ首状部７ｂは、不連続表面、つまり縁部を有する外面を備えている。

本発明による往復動ピストン式機械の縦断面図を示す。 図１による往復動ピストン式機械の機能の基本線図を示す。 図１による往復動ピストン式機械の機械軸の線ＩＩＩ−ＩＩＩについての断面図を示す。 機械軸に挿入されたドライバを示す。 図４によるドライバの線Ｖ−Ｖについての横断面図を示す。 図５による横断面に対応する修正横断面図を示す。 細部として、旋回ディスク（２つの極端位置で例示された）を有する、設置状態の、ドライバヘッドの線図を首状部と一緒に示す。 図７によるドライバの首状部の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩについての横断面図を示す。 本発明によるドライバの１つの斜視図を示す。 本発明によるドライバの１つの斜視図を示す。

Claims (9)

1. 機械軸（２）、
   機械ハウジング（３）内の機械軸（２）の周りに円形に配置された複数のピストン（４）、および
   前記機械軸（２）によって駆動され、接合構造部（６）を介してピストンと係合する環状の旋回ディスク（５）を備え、
   前記旋回ディスクは、駆動力を伝達するドライバ（７）を介して機械軸に関節状に連接され、前記機械軸を横切る方向に向いたヒンジ軸（８）の周りで旋回可能に摺動体（９）に取り付けられる往復動ピストン式機械であって、
   前記ドライバ（７）は連接部分（７ａ）を有し、その重心および／または空間中心は、前記ヒンジ軸（８）と垂直を成し且つ前記機械軸（２）の回転軸（１１）を通過する主中心面（１０）の面外に位置することを特徴とする、往復動ピストン式機械。
2. 前記連接部分（７ａ）の重心および空間中心は、ピストン軸（１２）を含むシリンダ包囲部に少なくとも近接して配置されることを特徴とする請求項１に記載の往復動ピストン式機械。
3. 前記連接部分（７ａ）と前記旋回ディスク（５）との間の接触点は、前記ピストン軸（１２）を含むシリンダ包囲部に少なくとも近接して配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の往復動ピストン式機械。
4. ドライバ軸（１３）が、前記機械軸（２）の回転軸とほぼ直角を成すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の往復動ピストン式機械。
5. 前記ドライバ（７）は、非円形状の固定断面を備えた固定部（７ｃ）を有し、
   前記機械軸（２）は、前記機械軸に穴を空け、前記ドライバの受け入れに対応する横断面を備えた凹所（２ａ）を有し、
   前記非円形状の固定断面の最長の長さは、前記旋回ディスクの前記ヒンジ軸（８）と前記ドライバ軸（１３）とにわたる面に配置されることを特徴とする請求項１の前文に記載の、特に請求項１〜４のいずれか一項に記載の往復動ピストン式機械。
6. 前記ドライバ（７）は、圧入および／または貫入嵌めによって機械軸（２）内に保持されることを特徴とする請求項５に記載の往復動ピストン式機械。
7. 前記ドライバ（７）は、該ドライバの軸方向に、少なくとも部分的に、変化する非円形状の首状横断面（７ｂ）を備えた首状部分（７ｂ）を有し、
   非円形状の前記首状横断面の最長の長さはほぼ、前記旋回ディスク（５）の運動の幾何学的中心面（１８）の方向に伸びることを特徴とする請求項１の前文に記載の、特に請求項１〜６のいずれか一項に記載の往復動ピストン式機械。
8. 前記ドライバ（７）が旋回移動可能に嵌入する、好ましくは半径方向に向いた受入部（１４）が、前記旋回ディスク内に提供され、
   前記首状横断面（７ｂ）の寸法は、前記旋回ディスク（５）の反転位置（５’、５”）で受入部（１４）によってそれぞれの場合で許容される空間に構成されることを特徴とする請求項７に記載の往復動ピストン式機械。
9. 前記ドライバ（７）は前記機械軸（２）と一体に製造されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の往復動ピストン式機械。

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