JP5339043B2 - シュー - Google Patents

Description

本発明はシューに関し、詳しくはピストンの半球状の摺動面に摺接する球面部と、斜板に摺接する平坦状の端面部とを備え、内部に内部空間の形成されたシューに関する。

従来、斜板式コンプレッサには、回転軸を中心に回転する斜板と、該斜板の回転に伴って進退動するピストンと、これら斜板とピストンとの間に設けられた略半球状のシューが設けられている。
上記シューとして、ピストンの半球状の摺動面に摺接する球面部と、斜板に摺接する平坦状の端面部とを備え、上記球面部および端面部を薄肉状に形成することで、シューの内部に内部空間を形成したものが知られている（特許文献１、２）。
特許文献１のシューでは、上記球面部の肉厚が一定となっており、また特許文献２のシューでは、上記球面部の肉厚は頂部から端面部側に向けて徐々に厚くなるように形成されている。
特開２００２−３１０５１号公報 特開２００２−３９０５８号公報

ここで、シューとピストンおよび斜板との間には摺動クリアランスが設けられているので、上記斜板式コンプレッサを作動させると、シューにはピストンの往復動によって上記ピストンの摺動面を介してたたき荷重が作用するが、このたたき荷重は球面部に形成された上記摺動面に摺接する球面あたり部に作用する。
その結果、特許文献１のシューでは、図３（ａ）（ｂ）に示すように、球面部と端面部との境界部分で球面部全体が内部空間側に倒れ込み、球面あたり部よりも端面部側の外側端部とピストンの摺動面との間に形成されていた略楔形の空間が変形してしまう。
これと同様、特許文献２の形状を有するシューの場合、図３（ｃ）に示すように、球面部の内周面と端面部の内周面との境界部分で球面部全体が内部空間側に倒れ込んでしまい、上記楔形の空間が変形してしまう。
上記楔形の空間は、その広い方から狭い方に潤滑油を引き込む作用があるので、このように上記楔形の空間が変形してしまうと、球面部とピストンの摺動面との間に潤滑油を供給することができず、その結果ピストンとシューとの摺動性能が低下してしまうおそれがある。
このような問題に鑑み、球面部および端面部を薄肉状にしたシューであって、上記球面部とピストンの摺動面との間の摺動性能を維持することの可能なシューを提供するものである。

すなわち、請求項１の発明に係るシューは、ピストンに形成された半球状の摺動面に摺接する球面部と、斜板に摺接する平坦状の端面部とを備え、
上記球面部および端面部を薄肉状に形成して内部空間を形成するとともに、上記球面部に、上記ピストンの摺動面に摺接する球面あたり部と、該球面あたり部よりも上記端面部側に形成された摺動面に摺接しない外側端部とを形成したシューにおいて、
上記球面あたり部の肉厚を均一とし、かつ、外側端部の肉厚を球面あたり部の肉厚よりも厚くし、
さらに上記外側端部の肉厚を、該外側端部と球面あたり部との境界から端面部側に向けて徐々に厚くすることを特徴としている。

また請求項２の発明に係るシューは、ピストンに形成された半球状の摺動面に摺接する球面部と、斜板に摺接する平坦状の端面部とを備え、
上記球面部および端面部を薄肉状に形成して内部空間を形成するとともに、上記球面部に、上記ピストンの摺動面に摺接する球面あたり部と、該球面あたり部よりも上記端面部側に形成された摺動面に摺接しない外側端部とを形成したシューにおいて、
上記あたり部の肉厚を均一とし、かつ上記外側端部の内周面から上記端面部の内周面にかけて補強手段を設けたことを特徴としている。

上記請求項１の発明によれば、上記球面あたり部の肉厚は均一に形成され、上記外側端部を上記球面あたり部よりも厚肉に形成していることから、上記球面あたり部にたたき荷重が作用しても、上記球面あたり部と外側端部との境界部分から内側が内部空間側に倒れ込むこととなる。
このため、上記外側端部とピストンの摺動面との間に形成された楔形の空間を維持することができ、該空間から球面あたり部と摺動面との間に潤滑油を供給することができるので、これらの摺動性能を維持することができる。

上記請求項２の発明によれば、上記球面あたり部の肉厚は均一に形成され、上記外側端部の内周面から端面部の内周面にかけて補強手段を設けたことから、上記球面あたり部にたたき荷重が作用しても、上記球面あたり部と外側端部との境界部分から内側が内部空間側に倒れ込むこととなる。
このため、上記外側端部とピストンの摺動面との間に形成された楔形の空間を維持することができ、該空間から球面あたり部と摺動面との間に潤滑油を供給することができるので、これらの摺動性能を維持することができる。

以下図示実施例について説明すると、図１は斜板式コンプレッサ１の内部構造を示し、図示しないハウジングに軸支された回転軸２と、該回転軸２に固定された斜板３と、ハウジングの図示しないシリンダボア内を進退動する複数のピストン４と、各ピストン４の内部に向き合うように設けられるとともに上記斜板３を挟持する複数のシュー５とを示している。
上記斜板３は回転軸２に対して斜めに固定されているか、もしくは斜板３の傾角を変化させることができるようになっており、各ピストン４ごとに２つのシュー５によって挟持されている。そして斜板３の上記シュー５と摺接する部分には所要の溶射層、めっき層や樹脂コーティングなどのコーティングが施されている。
上記ピストン４には、相互に向き合うように半球状の摺動面４ａが形成されており、上記シュー５はこの摺動面４ａに対して揺動しながら、上記斜板３の回転をピストン４の進退動に変換するようになっている。
なお、このような構成を有する斜板式コンプレッサ１は従来公知であり、これ以上の詳細な説明は省略する。

図２は第１実施例のシュー５を示し、該シュー５は上記ピストン４の摺動面４ａで搖動する球面部１１と、斜板３に摺接する端面部１２とから構成され、これら球面部１１および端面部１２はそれぞれ薄肉状に形成され、内側には内部空間Ｓが形成されている。
本実施例のシュー５は鉄系、銅系、アルミニウム系材料のほか、焼結材料、樹脂材料等で製造することが可能であり、好ましくはＳＵＪ２で製造されている。
上記球面部１１は、頂部に形成された貫通孔１１ａと、貫通孔１１ａの周囲にリング状に形成された球面あたり部１１ｂと、該球面あたり部１１ｂよりも端面部１２側に形成された外側端部１１ｃとから構成されている。
上記球面あたり部１１ｂは上記ピストン４の摺動面４ａと同一の曲率で形成されており、斜板式コンプレッサ１の作動時には上記摺動面４ａと摺接するようになっている。
また、上記球面あたり部１１ｂの板厚は均一となっており、剛性やばね性を確保する観点から、０．１〜２ｍｍとするのが望ましく、０．２〜１．５ｍｍとするのがより望ましい。
上記外側端部１１ｃの外周面は上記球面あたり部１１ｂと異なる曲率で製造されており、斜板式コンプレッサ１の作動時には上記摺動面４ａと摺接しないようになっている。
また、上記外側端部１１ｃは上記球面あたり部１１ｂよりも厚肉となっており、具体的には外側端部１１ｃと球面あたり部１１ｂとの境界から端面部１２にむけて徐々に内周面が厚くなるように成形されている。
そして、上記端面部１２は内周面の外周部分で上記外周端部の肉厚が徐々に厚くなるのに応じて徐々に厚くなるように製造され、球面部１１と端面部１２とは大きなコーナーＲで滑らかに連結されている。

このような構成を有するシュー５によると、上記外側端部１１ｃは上記ピストン４の摺動面４ａとは異なる曲率で製造されていることから、該外側端部１１ｃと球面あたり部１１ｂとの境界から外側には、上記摺動面４ａとの間に楔形の空間ｓが形成されるようになっている。
上記楔形の空間ｓは斜板式コンプレッサ１の作動時に、上記球面あたり部１１ｂとピストン４の摺動面４ａとの間に潤滑油を入り込ませるようになっている。
また、シュー５の内周面は、上記外側端部１１ｃが端面部に向けて徐々に肉厚となり、かつ端面部１２とは大きなコーナーＲで滑らかに連結されているため、シュー５の成形時に割れやシワが発生しにくく、量産性が良好となっている。

次に、図３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）によるシュー５の変形状態に関するシミュレーション結果を示したものとなっている。
図３（ａ）は上記図２に示す本実施例のシュー５を、（ｂ）、（ｃ）は特許文献１に記載されたシュー５を、（ｄ）は特許文献２に記載されたシュー５をそれぞれ示している。
そしてこれらの各図は、斜板式コンプレッサ１が作動してピストン４が往復動し、ピストン４の摺動面４ａを介してシュー５に瞬間的にたたき荷重が作用した状態を示している。

最初に、図３（ｂ）（ｃ）に示す特許文献１におけるシュー５の場合、球面あたり部１１ｂの肉厚と外側端部１１ｃの板厚とが均一であることから、たたき荷重が作用しても球面部１１と端面部１２との境界部分に応力が集中し、当該部分を中心に内部空間Ｓに向けて倒れ込むように変形していることがわかる。
このため、上記外側端部１１ｃは球面あたり部１１ｂに引きずられて内部空間Ｓ側に変形し、その結果外側端部１１ｃとピストン４の摺動面４ａとの間に形成されていた上記楔形の空間ｓが変形して狭くなっていることがわかる。
他方、図３（ｄ）に示す特許文献２に記載されたシュー５の場合、上記たたき荷重が球面あたり部１１ｂに作用すると、球面部１１の肉厚が中心から外周に向けて徐々に厚くなっていることから、球面部１１の内周面と端面部１２との境界部分に応力が集中し、当該部分を中心に内部空間Ｓに向けて倒れ込むように変形していることがわかる。
このため、上記外側端部１１ｃは球面あたり部１１ｂに引きずられて内部空間Ｓ側に変形し、その結果外側端部１１ｃとピストン４の摺動面４ａとの間に形成されていた上記楔形の空間ｓが変形して狭くなっていることがわかる。
そして、上記楔形の空間ｓが狭くなると、球面あたり部１１ｂと摺動面４Ｓとの間に潤滑油が引きこまれにくくなり、球面あたり部１１ｂと摺動面４ａとの潤滑状態が悪化してしまうので、ピストン４の摺動面４ａが摩耗するなどの問題が発生することとなる。
また、端面部１２の外周部分が変形してしまうため、当該部分に斜板３との摺動による摺動発熱が発生したり、斜板３との摺動性能が維持できなくなってしまい、シュー５の耐久性が低下したり、斜板３に形成したコーティングが摩耗してしまうなどの問題が発生することとなる。

上記従来のシュー５に対し、図３（ａ）に示す本実施例のシュー５では、球面あたり部１１ｂは板厚が均一となっており、かつ外側端部１１ｃの板厚は上記球面あたり部１１ｂの肉厚よりも厚いため、たたき荷重が作用しても球面あたり部１１ｂと外側端部１１ｃとの境界部分に応力が集中し、当該部分を中心に内部空間Ｓに向けて倒れ込むように変形していることがわかる。
このため、上記球面あたり部１１ｂと外側端部１１ｃとの境界部分より外周側の外側端部１１ｃはその形状を維持し、外側端部１１ｃとピストン４の摺動面４ａとの間に形成された略楔形の空間ｓを維持することができる。
これにより、当該楔形の空間ｓによって潤滑油をシュー５と摺動面４ａとの間に入り込ませることができるので、良好な潤滑状態を維持することが可能となる。
また、シュー５の摩耗が抑えられるので、ピストン４とシュー５と斜板３とのクリアランスの許容範囲を広くすることが可能となり、これらの加工コストを低減することができる。
さらに、応力の集中する位置が球面部１１における球面あたり部１１ｂと外側端部１１ｃとの境界になるため、上記端面部１２の外周部分は変形しにくくなっており、上記シュー５の耐久性を維持し、また斜板３のコーティングが摩耗してしまうのを抑制することができる。

図４は第２実施例のシュー５を示し、第１実施例のシュー５と同様、球面部１１において球面あたり部１１ｂは板厚が均一となっており、かつ外側端部１１ｃの板厚は上記球面あたり部１１ｂとの境界部分から外周に向けて内周面が徐々に厚くなるように形成されている。
さらに、上記端面部１２は外周側から中心に向けて徐々に薄肉となるように形成され、球面部１１の内周面と端面部１２の内周面とは大きなコーナーＲで滑らかに連結されている
このような構成により、上記第１実施例のシュー５に比べて、球面部１１と端面部１２との境界部分に作用する応力をさらに分散することができ、上記楔形の空間ｓをより強固に維持することが可能となっている。

図５は第３実施例のシュー５を示し、上記球面部１１において上記球面あたり部１１ｂの内側に平坦部１１ｄを形成したものとなっており、この平坦部１１ｄは上記ピストン４の摺動面４ａには摺接しないようになっている。
そして、球面あたり部１１ｂは板厚が均一となっており、かつ外側端部１１ｃの板厚は上記球面あたり部１１ｂとの境界部分から外周に向けて徐々に厚くなるように形成され、球面部１１の内周面と端面部１２の内周面とは大きなコーナーＲで滑らかに連結されている
このような構成により、上記平坦部１１ｄとピストン４の摺動面４ａとの間に潤滑油を保持することができ、良好な潤滑性能を維持することができる。また貫通孔１１ａが形成されていないことから、上記たたき荷重による球面あたり部１１ｂの変形を抑えることが可能となっている。

図６は第４実施例のシュー５を示し、球面部１１を構成する椀状の部材と、端面部１２を構成する板状の部材とを相互に連結した構成を有しており、これらの内部には内部空間Ｓが形成されている。
上記球面部１１および端面部１２にはそれぞれ異なる素材を使用することができ、例えば球面部１１にはＳＵＪやＳＫ５、高張力鋼などの鋼材を、端面部１２には鋼材、焼結材、樹脂材、アルミ系材、銅系材、およびそれらにめっきを施したものを用いることができる。
上記球面部１１において、球面あたり部１１ｂは板厚が均一となっており、かつ外側端部１１ｃの板厚は上記球面あたり部１１ｂとの境界部分から外周に向けて徐々に厚くなるように形成されている。
また、上記端面部１２の上面外周には上記球面部１１の端部が係合する段差部が形成され、球面部１１と端面部１２とは接着や溶接などの方法によって相互に固着されている。
このような構成により、上記球面部１１と端面部１２との素材を異ならせることができるので、最適な摺動状態を維持することが可能となっている。

図７は第５実施例のシュー５を示し、球面部１１には、頂部に形成された貫通孔１１ａと、板厚が均一に形成された球面あたり部１１ｂおよび外側端部１１ｃが形成され、また端面部１２の中央には貫通孔１２ａが形成されるとともに、上記球面部１１と均一な板厚で成形されている。
上記球面部１１の外側端部１１ｃの内周面から外側端部の内周面にかけて、リング状で断面略Ｌ字型の補強手段としての補強部材１３が密着して設けられ、該補強部材１３は高張力鋼、高強度チタン、ステンレス、アルミなどの高強度材料や、制震樹脂、制震ゴム、制震複合材などの制震材料などで製造されている。
上記構成とすることで、シュー５にたたき荷重が作用すると、上記補強部材１３によって外側端部１１ｃは変形しにくくなっており、球面あたり部１１ｂと外側端部１１ｃとの境界部分に応力が集中し、当該部分を中心に内部空間Ｓに向けて倒れ込むように変形するようになっている。
その結果、上記外側端部１１ｃはその形状を維持することとなり、外側端部１１ｃとピストン４の摺動面４ａとの間に形成された略楔形の空間ｓを維持して、当該楔形の空間ｓから球面あたり部１１ｂと摺動面４ａとの間に潤滑油を供給して、良好な潤滑状態を維持することが可能となる。
なお、上記該補強部材１３を所定間隔で断続的に設けるような構成としてもよい。

図８は第６実施例のシュー５を示し、上記第５実施例のシュー５に対し、上記補強部材１３が中実に形成されたものとなっている。
上記第５実施例における補強部材１３と、本実施例の補強部材１３とは、それぞれたたき荷重に対する剛性が異なっており、斜板式コンプレッサ１の性能に合わせて適宜採用することができる。
なお、この実施例においても上記該補強部材１３を所定間隔で断続的に設ける構成としてもよい。

図９は第７実施例のシュー５を示し、球面部１１には、頂部に形成された貫通孔１１ａと、板厚が均一に形成された球面あたり部１１ｂおよび外側端部１１ｃが形成され、また端面部１２も上記球面部１１と均一な板厚で成形されている。
本実施例では、上記球面部１１の外側端部１１ｃの内周面と端面部１２とにかけて、球面部１１と端面部１２と一体的に補強手段としてのリブ１４を形成しており、このリブ１４は放射状に所定間隔で複数設けられている。
上記構成とすることで、シュー５にたたき荷重が作用しても、上記リブ１４によって外側端部１１ｃは変形しにくくなっているので、球面あたり部１１ｂと外側端部１１ｃとの境界部分に応力が集中し、当該部分を中心に内部空間Ｓに向けて倒れ込むように変形するようになっている。
その結果、上記外側端部１１ｃはその形状を維持することとなり、外側端部１１ｃとピストン４の摺動面４ａとの間に形成された略楔形の空間ｓを維持して、当該楔形の空間ｓから球面あたり部１１ｂと摺動面４ａとの間に潤滑油を供給して、良好な潤滑状態を維持することが可能となる。

なお、上記実施例は一例であり、上記実施例を組み合わせたシュー５とすることも可能である。
例えば、上記第１実施例のシュー５と第５実施例のシュー５とを組み合わせて、上記外側端部１１ｃの肉厚を球面あたり部１１ｂより厚くすると共に、該外側端部１１ｃの内周面に上記補強部材１３を設けるようにしたり、第３実施例のシュー５の内部に第７、第８実施例のような補強部材１３を設けてもよい。

斜板式コンプレッサの内部構造。 第１の実施例のシューの断面図。 シューについてのＣＡＥによるシミュレーション結果を示す図であって、（ａ）は第１実施例のシューを、（ｂ）、（ｃ）は特許文献１のシューを、（ｄ）は特許文献２のシューをそれぞれ示す。 第２の実施例にかかるシューの断面図。 第３の実施例にかかるシューの断面図。 第４の実施例にかかるシューの断面図。 第５の実施例にかかるシューの断面図。 第６の実施例にかかるシューの断面図。 第７の実施例にかかるシューの断面図。

符号の説明

１ 斜板式コンプレッサ ３ 斜板
４ ピストン ５ シュー
１１ 球面部 １１ｂ 球面あたり部
１１ｃ 外側端部 １２ 端面部
１３ 補強部材 １４ リブ

Claims (8)

1. ピストンに形成された半球状の摺動面に摺接する球面部と、斜板に摺接する平坦状の端面部とを備え、
   上記球面部および端面部を薄肉状に形成して内部空間を形成するとともに、上記球面部に、上記ピストンの摺動面に摺接する球面あたり部と、該球面あたり部よりも上記端面部側に形成された摺動面に摺接しない外側端部とを形成したシューにおいて、
   上記球面あたり部の肉厚を均一とし、かつ、外側端部の肉厚を球面あたり部の肉厚よりも厚くし、
   さらに上記外側端部の肉厚を、該外側端部と球面あたり部との境界から端面部側に向けて徐々に厚くすることを特徴とするシュー。
2. ピストンに形成された半球状の摺動面に摺接する球面部と、斜板に摺接する平坦状の端面部とを備え、
   上記球面部および端面部を薄肉状に形成して内部空間を形成するとともに、上記球面部に、上記ピストンの摺動面に摺接する球面あたり部と、該球面あたり部よりも上記端面部側に形成された摺動面に摺接しない外側端部とを形成したシューにおいて、
   上記あたり部の肉厚を均一とし、かつ上記外側端部の内周面から上記端面部の内周面にかけて補強手段を設けたことを特徴とするシュー。
3. 上記補強手段は、上記外側端部の内周面と端面部の内周面とに密着した補強部材であることを特徴とする請求項２に記載のシュー。
4. 上記補強手段を、上記球面部と端面部との境界に沿ってリング状に設けたことを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載のシュー。
5. 上記補強手段を、上記球面部と端面部との境界に沿って断続的に設けたことを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載のシュー。
6. 上記補強手段は、外側端部および端面部に一体的に形成した複数のリブであることを特徴とする請求項２に記載のシュー。
7. 上記外側端部の肉厚を、該外側端部と球面あたり部との境界から端面部側に向けて徐々に厚くすることを特徴とする請求項２ないし請求項６のいずれかに記載のシュー。
8. 上記端面部の肉厚を、該端面部の外周端から中心に向けて徐々に薄くすることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のシュー。