JPH02161180A - ボールジョイントピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ボールジヨイントピストンに係り。

特に、例えば密閉形圧縮機に用いられ、信頼性をたかめ
組立性を向上するのに好適なボールジヨイントピストン
に関するものである。

［従来の技術］ 例えば、冷蔵庫、ルームエアコン等の冷凍サイクルに用
いる密閉形圧縮機において、シリンダ内にピストンを往
復動させるための装置としてボールジヨイントピストン
が採用されている。

従来のボールジヨイントピストンとしては、例えば特開
昭６１−２６８８７８号公報、特開昭６２−２０３９８
３号公報、特開昭６２−２６５４７８号公報記載の技術
が知られている。

これら従来の技術を第８図および第９図を参照して説明
する。

第８図は、特開昭６１−２６８８７８号公報記載の従来
のボールジヨイントピストンの縦断面図。

第９図は、特開昭６２−２６５４７８号公報記載の従来
の他のボールジヨイントピストンの縦断面図である。

第８図に示すボールジヨイントピストンでは、ロッド１
の先端に具備された球体２は、ピストン３の球面座４に
カシメ部５′により保持連結されている。

また、第９図に示すボールジヨイントピストンでは、ピ
ストン３内程に圧入されたほぼ円筒形状の圧着ばね５′
により球体２が係止されている。

［発明が解決しようとする課Ｍ］ 上記第８，９図に示す従来技術においては、組立上の制
約により、カシメ部５′または圧着ばね５′端部をピス
トン３の開口端近くに位置させるため、ピストン３外周
摺動面のシール性を確保し。

安定した往復動を確保するための適度なピストン全長を
設定するには、ピストン３の先端側、すなわち球面座を
形成するピストンヘッド３１の厚み（軸心方向厚み）を
増す必要があった。このため。

ピストン３の重心位置が球体２と球面座４の接触点より
もピストン３の先端側に位置する。したがって１例えば
圧縮行程、すなわちピストン３が先端方向に向って動く
場合、ピストン３が中心軸に対して傾斜しているとすれ
ば、前記接触点における球体２側からの反力は、ピスト
ン３をさらに傾斜させる方向の偏心分力を発生するため
、シリンダ内で安定した往復動ができず、ピストン３に
片当りを生じ、ピストン：シリンダを異常摩耗させたり
、異常音を発生させる恐れがあった。

また、第９図に示すように、係止部材として圧着ばね５
’をピストン内壁の段付き部を利用して係止したもので
は、組立作業の如何によっては係止部材の抜けという信
頼性上の不安があった。

さらに、ピストン内壁の突起部を利用して係止部材を取
付ける例では、突起を乗り起えるようにして係止させる
ため組立性が劣るという問題があった・ 本発明は、上記従来技術における課題を解決するために
なされたもので１組立性が良く組立工数を低下させ、か
つ信頼性の高いボールジヨイントピストンを提供するこ
とを、その目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明のボールジヨイント
ピストンに係る第１の発明の構成は、ロッド先端に球体
を具備し、該球体をピストン内の球面座に係止部材を介
して回転自在に保持してなるボールジヨイントピストン
において、前記ピストンは、球面座を形成したピストン
ヘッド部と、ピストン内壁に内径段差部を形成したピス
トンスカート部とからなり、前記係止部材は、前記球体
と線接触するほぼ円環形状の球体保持部と、弾性を有し
前記ピストンスカートの内周に当接すべき腕部と、その
腕部に段差を有して前記ピストンスカートの内径段差部
に圧接すべき係止部とからなるものである。

また第２の発明の構成は、ロッド先端に球体を具備し、
該球体をピストン内の球面座に係止部材を介して回転自
在に保持してなり、前記球面座と前記球体との接触位置
と、前記球体を前記球面座に保持する押付力の作用点と
の中間位置に、前記ピストンの重心が位置するように構
成したボールジヨイントピストンにおいて、前記ピスト
ンは、球面座を形成したピストンヘッド部と、ピストン
内壁に内径段差部を形成したピストンスカート部とから
なり、前記係止部材は、前記球体と線接触するほぼ円環
形状の球体保持部と、弾性を有し前記ピストンスカート
の内周に当接すべき腕部と、その腕部に段差を有して前
記ピストンスカートの内径段差部に圧接すべき係止部と
からなるものである。

［作用］ 上記第１の発明の技術的手段による働きを、第３図を参
照して説明する。

第３図は、係止ばねの取付は状況を示す説明図である０
図中の符号は、実施例の説明で後述する第１，２図の各
部と同一符号を用いている。

係止部材に係る係止ばね５の球体保持部５１はロッドｌ
先端の球体２を保持している。係止ばね５の係止部５３
は、ピストンスカート３２の内周に形成された内径段差
部に係る溝３３の底に押付力ｆによって圧接される。ま
た係止ばね５の腕部５２の腕端部５２ａはピストンスカ
ート３２の内周に当接する。

係止ばね５は、係止部５３を形成する屈曲部、すなわち
第３図のａ、ｂ部分の剛性を高くすることによって、ボ
ールジヨイントに抜去力Ｆが作用してもＭ、、Ｍ２のモ
ーメントが発生して、溝３３の底における係止部５３の
圧接部にはｆの押付力が作用し抜は防止となる。これに
よって信頼性の高い係止ばねの装着が組立性よく行われ
る６次に、第２の発明の技術的手段による働き、特にピ
ストン往復動における安定した作用について述べる。

圧縮行程において、例えばピストンが中心軸に対して傾
斜しているとしても、球面座と球体との接触点における
前記ピストンが球体から受ける反力は、同反力の作用点
より進行方向に対して後方に重心があるため、前記ピス
トンを水平に保とうとする方向の求心分力を発生し、常
に安定した往復運動が可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の各実施例を第１図ないし第７図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るボールジヨイントピ
ストンの縦断面図、第２図は、第１図のボールジヨイン
トピストンに用いられる係止ばねの斜視図、第４図は、
ピストン往復運動時の各作用点を示す説明図、第５図は
、圧縮行程時の各作用点の力のつり合い図、第６図は、
吸込行程時の各作用点の力のつり合い図で、両図におけ
る（ａ）は従来技術、（ｂ）は本発明における力のつり
合い図である。

第１図において、１は、クランク軸６の偏心回転によっ
てピストンを往復動させるロッド、２は。

ロッド１の先端に具備された球体、３はピストンで、こ
のピストン３は、球面座４を形成したピストンヘッド３
１と、シリンダに対する外周摺動面３ａを形成したピス
トンスカート３２とからなっており、例えば冷間鍛造等
によって一体成形したものである。３３は、このピスト
ンスカート３２の内周（ピストン内壁）に形成された内
径段差部に係る溝である。

５は、係止部材に係る係止ばねで、係止ばね５の形状の
詳細を第２図に示す。

係止ばね５は、前記球体２と線接触するほぼ円環形状の
球体保持部５１と、この球体保持部５１から立ち上げら
れ前記ピストンスカート３２の内周に当接される複数（
本例では３個）の腕部５２と、その腕部５２に段差を有
して前記ピストンスカート３２の溝３３の底に圧接すべ
き係止部５３とから形成されている。

より詳しくは、係止ばね５の球体保持部５１は球体２を
保持する高剛性部であり、腕部５２および係止部５３は
、ピストンスカート内周の溝３３の寸法ばらつきを吸収
でき、かつ、当該係止部５３を前記溝３３の底に圧接さ
せる押付力ｆ（第３図参照）を作用させるに足る弾性を
有するものである。そして、前記係止部５３は、腕部５
２の面より溝３３の深さに対応する段差を有して突起し
ており、一方、この係止部５３と高低差を有してピスト
ンスカート３２の内周に当接すべき腕端部５２ａは、第
２図の例では係止部５３の両側に隣接している。

なお、図示しないが、係止部が各腕部ごとに２個形成さ
れ腕端部が２個の係止部の中間に隣接した形状としても
差支えない。

このように、第１図に示すボールジヨイントピストンは
、ロッド１先端に球体２を具備し、この球体２を、ピス
トン３の球面座４に係止ばね５を介して回転自在に保持
連結したものである。その係止方法は、ピストン内壁に
係るピストンスカート３２の内周に、その内径より大な
る径で、ピストン中心軸に対し同一高さの溝３３を設け
、この溝３３と前記ピストンスカート３２内程との段差
部に、係止ばね５の弾性を有する係止部５３、腕端部５
２ａを当接させるものである。

これにより、第３図に示すように、係止部５３を形成す
る屈曲部、すなわちａ、ｂ部分が高剛性となっているの
で、ボールジヨイントに抜去力Ｆが作用してもモーメン
ト間工１Ｍ２の発生により、係止部５３と溝３３との当
接部には押付力ｆが作用して圧着され、係止ばね５の抜
は防止が実現する。

また、本実施例では、係止ばね５の腕部５２は３個であ
り、ピストンスカート３２内周（ピストン内壁）の溝３
３との係止部は３箇所である。すなわち、いずれか１箇
所の係止部を中心とする１８０°の範囲外に少なくとも
他の１箇所の係止部が存在するようにバランスよく設定
されており。

各部の押付力は常に往復運動の中心軸の方向に向うよう
に設定することが可能である。

さて、係止ばね５の装着に当っては、腕端部５２ａの端
を治具で押してピストン内壁へ挿入し。

係止部５３が内径段差部すなわち溝３３に達すると、第
３図に示す係止状態になる。従来のピストン内壁の突起
部を利用して係止していたものでは係止ばねが突起を乗
り越える必要があったが、本実施例の係止手段ではその
必要がなく、組立性が改善され組立工数が低下する効果
がある。

そのほか、ピストンの円形断面積にくらべ、係止部材の
占める割合が少なく、油の供給がしやすいという効果も
ある。

さらに、第１図に示すボールジヨイントピストンにおい
ては、ピストン３は、ピストンヘッド３１の厚さにくら
べ、十分な長さのピストンスカート３２が形成できるの
で、ピストン３の重心位置を５球面座４と球体２の接触
位置と、・係止ばね５が球体２を保持するための押付力
の作用点すなわち係止部５３と溝３３との圧接部との中
間位置に設定することが可能である。

次に、このようなボールジヨイントピストンの往復動運
動における作用効果を第１図および第４図を参照して説
明する。

第４図においては、■は、ピストン往復運動の圧縮行程
、■は、ピストン往復運動の吸込行程時を示す。矢印に
示す運動方向のように、圧縮行程時にはピストン３は、
当該ピストンの先端方向に向って動き、吸込行程時には
ピストン３は開口側（クランク軸６側）に向って動く。

圧縮行程０時の作用点は、球面座４と球体２との接触部
であり、吸込行程■時の作用点は、係止ばね５の係止部
５３とピストンスカート３２内周の溝３３との圧接部で
ある。

圧縮行程■における作用点の力のつり合いを第５図に示
すａ　Ｇｐはピストン重心、Ａは作用点、εは、往復動
中心軸Ｘ上のピストン重心Ｇ、と作用点Ａとのｙ軸方向
偏心距離を示す。

第５図（ａ）に示すように、従来技術では、ピストン３
の重心Ｇ、より力の作用点Ａが運動方向の後方にあるた
め、ピストン重心Ｇ、が往復動中心軸Ｘに対して偏心し
ている場合、作用力Ｆ、のピストン重心Ｇ、における力
Ｆ　ｅ　ｐは図のようにさらに偏心させる方向の分力を
発生し、安定した往復運動の妨げとなっていた。

しかるに５本実施例の場合は、第５図（ｂ）に示すよう
に、ピストン重心Ｇ、より前方に作用点Ａがあるため、
作用力Ｆ、のピストン重心Ｇ、における力Ｆ０．は、偏
心を減少させる方向の、いわゆる求心方向分力を発生さ
せるため、常に安定した運動が可能となるものである。

一方、吸込行程■における作用点の力のつり合いを第６
図に示す。

吸込行程時には作用点は係止ばね５とピストンスカート
３２内周の溝３３の圧接部となるので複数となる。第６
図では作用点Ａ、Ｂの力のつり合いを示した。

吸込行程時においても、第６図（ａ）に示す従来技術で
はピストン重心Ｇ、に偏心方向分力が作用し、逆に本実
施例の場合、第６図（ｂ）に示すようにピストン重心の
に求心方向分力が作用するので、安定した運動が可能に
なる。

このように、本実施例によればピストンの往復動が安定
化し、信頼性の向上と、ピストンの往復動の低騒音化、
低振動化が可能になるという効果がある。

次に、第７図は、第１図のボールジヨイントピストンの
ピストン部の重心位置を示す断面図である。

Ｇ、はピストン全体のｎ心、Ｇ、はピストンヘッド３１
の重心、Ｇ８はピストンスカート（実線および破線で示
す）３２の重心、Ｋはピストン重心Ｇ。

とピストンスカート重心Ｇ、との距離、Ｌはピストン重
心Ｇ、とピストンヘッド重心Ｇ、どの距離１ｍＧはピス
トン全体の質量、ｍＡはピストンヘッド３１の質量、ｍ
Ｂはピストンスカート３２の質量である。

第７図に示す状態では次式が成立つ。

Ｋ　：　　Ｌ＝ｍＡ　：　ｍＢ ｍＧ＝ｍＡ＋ｍＢ そこで、ピストン重心Ｇ、は、ピストンヘッド重心Ｇ、
とピストンスカート重心Ｇ、とを結ぶ線分内に存在し、
その位置は、線分Ｇ、Ｇ、を、ｍＢ：ｍＡの比率に分け
る按分点となる。

このため、ピストン重心Ｇ、の位置は、例えばピストン
スカート３２の長さを破線で示すように変化させること
によって調整することができる。

本実施例では、ピストン重心Ｇ、が、球面座４の内側、
すなわち球体と球面座との接触点よりピストン開口端側
に設定されており、ピストン往復動の低騒音、低振動化
の可能なボールジヨイントピストンを提供することがで
きる。

なお、上記の実施例では、ピストンヘッド３１とピスト
ンスカート３２とが一体成形されたものを説明したが、
ピストンヘッドとピストンスカートとを別体に形成して
もよい。

ピストンヘッドとピストンスカートとを別体とすれば、
異なる比重を持つ材料の組合せで重心位置の調整が可能
である。例えば、ピストンヘッド　　・３１の材料をピ
ストンスカート３２の材料より比重の小さい材料を用い
ることにより、ピストン３全体の重心が、球体２と球面
座４との接触点よりロッド１側に位置するように設定す
ることができる。

また、上記の実施例では、ピストンの重心位置を、球面
座と球体との接触位置と１球体を球面座に保持する押付
力の作用点の中間位置に設定した第２の発明に係るボー
ルジヨイントピストンについて説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、図示して説明はしないが
、ピストンの重心位置に関係なく、第１の発明が成立す
るもので、組立性のよい係止部材の係止手段により原価
低減を可能にするとともに信頼性の高いポールジ町イン
ドピスト・ンを提供することができる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、組立性が良く組立
工数を低下させ、かつ信頼性の高いボールジヨイントピ
ストンを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るボールジヨイントピ
ストンの縦断面図、第２図は、第１図のボールジヨイン
トピストンに用いられる係止ばねの斜視図、第３図は、
係止ばねの取付は状況を示す説明図、第４図は、ピスト
ン往復運動時の各作用点を示す説明図、第５図は、圧縮
行程時の各作用点の力のつりあい図、第６図は、吸込工
程時の各作用点の力のつりあい図、第７図は、第１図の
ボールジヨイントピストンのピストン部の重心位置を示
す断面図、第８図は、従来のボールジヨイントピストン
の縦断面図、第９図は、従来の他のボールジヨイントピ
ストンの縦断面図である。 １・・・ロッド、２・・・球体、３・・・ピストン、３
１・・・ピストンヘッド、３２・・・ピストンスカート
、３３・・・溝、４・・・球面座、５・・・係止ばね、
５１・・・球体保持部、５２・・・腕部、５２ａ・・・
腕端部、５３・・・係止部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロッド先端に球体を具備し、該球体をピストン内の
   球面座に係止部材を介して回転自在に保持してなるボー
   ルジョイントピストンにおいて、前記ピストンは、球面
   座を形成したピストンヘッド部と、ピストン内壁に内径
   段差部を形成したピストンスカート部とからなり、 前記係止部材は、前記球体と線接触するほぼ円環形状の
   球体保持部と、弾性を有し前記ピストンスカートの内周
   に当接すべき腕部と、その腕部に段差を有して前記ピス
   トンスカートの内径段差部に圧接すべき係止部とからな
   ることを特徴とするボールジョイントピストン。 ２、ロッド先端に球体を具備し、該球体をピストン内の
   球面座に係止部材を介して回転自在に保持してなり、前
   記球面座と前記球体との接触位置と、前記球体を前記球
   面座に保持する押付力の作用点との中間位置に、前記ピ
   ストンの重心が位置するように構成したボールジョイン
   トピストンにおいて、 前記ピストンは、球面座を形成したピストンヘッド部と
   、ピストン内壁に内径段差部を形成したピストンスカー
   ト部とからなり、 前記係止部材は、前記球体と線接触するほぼ円環形状の
   球体保持部と、弾性を有し前記ピストンスカートの内周
   に当接すべき腕部と、その腕部に段差を有して前記ピス
   トンスカートの内径段差部に圧接すべき係止部とからな
   ることを特徴とするボールジョイントピストン。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載のもののい
   ずれかにおいて、係止部材の腕部は、ピストンスカート
   内周の内径段差部に圧接される係止部に隣接して当該係
   止部と高低差を有し前記ピストンスカートの内周に当接
   すべき腕端部を形成したことを特徴とするボールジョイ
   ントピストン。