JPH05256256A - ボールジョイント - Google Patents

ボールジョイント

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JPH05256256A
JPH05256256A JP4054788A JP5478892A JPH05256256A JP H05256256 A JPH05256256 A JP H05256256A JP 4054788 A JP4054788 A JP 4054788A JP 5478892 A JP5478892 A JP 5478892A JP H05256256 A JPH05256256 A JP H05256256A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ball
pocket
ball pocket
radius
caulking
Prior art date
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Pending
Application number
JP4054788A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuro Takano
和朗 高野
Morio Kuwano
盛雄 桑野
Toshio Sudo
寿男 須藤
Eiji Fuse
栄次 布施
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP4054788A priority Critical patent/JPH05256256A/ja
Publication of JPH05256256A publication Critical patent/JPH05256256A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】ボールとボールポケットの接触面に極圧の発生
が無く耐焼付性及びコンロッドの応力低減効果に優れ、
しかもボールポケット内周面に曲率半径が極端に変化す
る応力集中部が無くボールポケット強度の高い、信頼性
に優れたボールジョイントを提供する。 【構成】ボールポケット内周面をボールとほぼ同一半径
の球面とこれと同一半径で滑らかにつながる円筒面で構
成するとともに、これをかしめ成形するためのかしめ型
の内周面を、ボール半径とボールポケット肉厚を加えた
長さよりも大きな曲率半径を持つ球面部及びボールポケ
ットを上方から押す平面部で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧縮機等のコンロッド
に使用されるボールジョイントに係り、特にボールを包
むボールポケットをかしめにより塑性変形させて成形す
る技術に関する。
【0002】
【従来の技術】かしめにより、コンロッドのボールジョ
イントを成形する技術(かしめ前のボールポケット及び
かしめ型の形状,かしめのプロセス)に関しては、特開
昭63−266177号に示されたような技術が開示されてい
る。これら従来技術の内容を、図4及び図5を用いて説
明する。
【0003】図4は、かしめ成形後の一般的なボールジ
ョイントの断面図である。ボール20bとボールポケッ
ト21cは、ボールの赤道線20cに対し上下それぞれ
2か所でリング状に面接触をする。日赤道線に対し
θu1,θu2の角度で挟まれる上部接触面21e及び赤道
線に対しθL1,θL2の角度で挟まれる下部接触面21f)
これら2つの接触面の間には、ボール表面を潤滑するた
めのオイルだめとして隙間21dが形成され、ボール底
部にも隙間21bが形成され、潤滑のためのオイルだめ
として機能する。圧縮機の運転中は、ボールポケット2
1cに対し、コンロッド20は歳差運動を行うため、上
記2つの接触面21e,21fは摺動面となる。さら
に、接触面21e及び21fにはそれぞれ初期面圧pu
及びpLが発生するが、運転中はガス圧縮力F1により
pLが増加し、ピストン慣性力F2によりpu が増加す
る。尚、これらの面圧が異常に高くなると以下の不具合
が発生する。
【0004】(1)耐焼付性が低下する。
【0005】(2)コンロッド20を傾けるためのトル
クが増加し、応力増大によりコンロッドが折損しやすく
なる。
【0006】図5は、図4に示したようなボールジョイ
ントを得るための、かしめ前のピストン21及びかしめ
型22の形状を示したものである。ピストン21には、
下部接触面となるボール20bとほぼ同一の曲率半径r
1 をもつ球面21fが設けられ、底部には、オイルだめ
となる隙間21bが設けられる。ボールポケット21cの
内周21jは、半径r3 の円筒面となっている。ここ
で、かしめ後ボール20bの赤道付近にオイルだめのため
の隙間21dが形成されるようにr3はr1に対し、隙間
長さc分大きくしている。即ち、r3=r1+cとしてい
る。従って、かしめ前後においてボールポケット内周
に、曲面の変曲点21hが生ずる。
【0007】一方、かしめ型22には内周に球面22a
を設けているが、この球面半径r2はかしめ後ボールポ
ケット21cがボールに広い面で接触するよう、ボール
の半径r1にボールポケットの肉厚分t1を足した値にす
るのが一般的である。即ち、r2 =r1+t1としてい
る。但し、ボールポケットの外周半径r4 は、隙間長さ
c分だけr2 よりも大きくなっているため、かしめ型の
入口部には、r5>r4となるような、半径r5の逃げ部
22cを設けておく必要が有る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のボールジョ
イントにおいては、ボールの赤道回りにオイルだめを設
けることを目的として、ボールポケットの内面をボール
とほぼ同一径の球面21fとボール径よりも大きな径の円
筒面21jで構成していたために、以下に列挙する問題
があった。
【0009】(1)かしめ前に、ボール20bとボール
ポケット21cの間に半径方向隙間cがあるため、かし
め時にボールポケット21cとかしめ型22の両軸の間
に図5に示すような偏心δが存在すると、図6に示すよ
うにボール20bの中心Obとボールポケット下部接触
面21fの中心Opがずれた偏かしめ状態となり、この
結果、(i)線接触部となる21iに極圧が発生し、耐
焼付性が著しく低下する。
【0010】(ii)線接触部となる21iに極圧が発生
するため、この方向でコンロッドを傾けるためのトルク
が異常に増加し、応力増大によるコンロッドの折損が発
生する。
【0011】(iii)線接触部となる21iに極圧が発生
するため、この部分での摩耗が増大し、ボールとボール
ポケットの間にガタが生じて騒音が増大する。
【0012】(2)ボールポケットの内周面に曲率半径
が不連続的に変化する変曲点21hが存在するため、こ
の部分に応力集中が生じ、コンロッドの引張りに対する
ボールポケットの強度が著しく低下する。
【0013】本発明の目的は、ボールとボールポケット
の接触面に極圧の発生が無く耐焼付性及びコンロッドの
応力低減効果に優れ、しかもボールポケット内周面に曲
率半径が極端に変化する応力集中部が無くボールポケッ
ト強度の高い、信頼性に優れたボールジョイントを提供
することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的は、ボールポケ
ット内周面をボールとほぼ同一半径の球面とこれと同一
半径で滑らかにつながる円筒面で構成するとともに、こ
れをかしめ成形するためのかしめ型の内周面を、ボール
半径とボールポケット肉厚を加えた長さよりも大きな曲
率半径を持つ球面部及びボールポケットを上方から押す
平面部で構成することにより達成される。
【0015】
【作用】ボールポケットの内周円筒部半径をボール半径
とほぼ同一としたため、かしめ時のボールの動きは拘束
され、偏かしめによる接触面の極圧発生を防止できる。
また、かしめ型の球面半径をボール半径とボールポケッ
ト肉厚をあわせた長さよりも大きくしたため、かしめ後
にボールポケットの座屈変形によりボールの赤道回りに
潤滑のためのオイルだめとなる隙間を形成できる。更
に、この隙間は座屈により自然に形成されるため、ボー
ルポケット内周は滑らかな曲面でつながり、応力集中の
原因となる変曲点の発生を防止できる。
【0016】
【実施例】以下、本発明を片斜板型の圧縮機に適用した
実施例について、図1〜図3を用いて説明する。始め
に、図3を用いて圧縮機全体の構成を説明する。円筒状
のシリンダブロック1の一端には、中央部にラジアルベ
アリング2を介して駆動軸3を回転自在に支持するフロ
ントハウジング4が配置,固定され斜板室5を形成して
いる。このシリンダブロック1には、駆動軸3を中心と
して且この駆動軸3の軸線と平行に円周方向に配置され
た複数個のシリンダボア6が形成されている。駆動軸3
は、シリンダブロック1のほぼ中心線上にあって、シリ
ンダブロック1及びフロントハウジング4の中心部に設
けられたラジアルベアリング2´,2により回転自在に
支持され、圧入あるいはピン、又は塑性結合等によりド
ライブプレート7が一体的に固定されている。ドライブ
プレート7には、カム溝7aが設けられ、この溝には、
斜板8の耳部8aにすきまを設けて嵌合されたピポッド
ピン9が、移動可能に取り付けられている。また、カム
溝7aが設けられたドライブプレート7の耳部7bと斜
板の耳部8aとは側面が接触するような構造としてあ
る。これにより、駆動軸3の回転によりドライブプレー
ト7が回転すると、ドライブプレート7の耳部7bから
斜板の耳部8aに回転力が与えられ、斜板8が回転す
る。駆動軸3には、スリーブ10が駆動軸3に対して軸
方向に滑動可能に組み込まれており、このスリーブ10
と斜板8とは、スリーブピン11の回りに回転自在に連
結されている。従って、駆動軸3の回転により、ドライ
ブプレート7,斜板8がともに回転する。斜板8には、
ボールベアリング12を介してピストンサポート13が
連結されており、斜板8に固定されたバランスプレート
14及び止めナット15により、ボールベアリング12
が斜板8の回転方向に移動しないように、斜板のハブ部
8bに固定されている。
【0017】一方、ピストンサポート13には突起部1
3aにより、ボールベアリング12に対して右方向への
移動を規制され、しかも斜板との間に設置されたスラス
トベアリング16により、左方向への移動も規制されて
いる。また、ピストンサポート13の下側位置で、かつ
半径方向にスライドピン17が圧入,ねじ込み、あるい
は、塑性結合等の方法で固定されており、このスライド
ピン17には、スライドボール18及びこれに当接する
シュー19が回転及び滑動可能に装着されている。シュ
ー19は、フロントハウジング4の内周部に設けられた
軸方向円筒溝を往復運動し、ピストンサポート13に
は、両端にボール20a,20bを有する複数個のコン
ロッド20の一端が、ボール20aの回りに回転自在と
なるように取り付けられ、他端には、ボール20bの回
りに回転自在となるようピストン21が取り付けられて
ボールジョイントを形成している。
【0018】上記構成により、駆動軸3の回転はドライ
ブプレート7,斜板8及びボールベアリング12を介し
てピストンサポート13の搖動運動に変換され、ピスト
ンサポート13の搖動運動は、コンロッド20を介して
ピストン21の往復運動に変換される。こうして、シリ
ンダボア6内でガスの吸入,圧縮が行われる。
【0019】次に、本実施例の特徴部分であるボールジ
ョイント部について、図1,図2を用いて詳細に説明す
る。図2は、かしめによりボールジョイントを成形する
前のピストン21,コンロッド20及びかしめ型22を
示すが、ボールポケット球面21aは、ボール20bと
ほぼ同一の球面半径r1 となっており、底部には、オイ
ルだめとなる隙間21bを設けている。ボールポケット
球面21aのボール赤道線20cよりも上部は、半径r
1の内周円筒面21a´及び肉厚t1を持つボールポケッ
ト21cで構成されボール20bを挿入できるようにな
っている。この実施例においては、ボールポケット円筒
面21a´とボール20bがほぼ同一径であるため、ボ
ールの半径方向の動きが拘束され、従来例の図6で見ら
れたような偏かしめは発生しない。
【0020】一方、かしめ型22は、球面半径r2 の2
2aと上部平面22bおよびロッドの逃げ部22cから
なり、22a及び22bがボールポケット21cを塑性
変形させる面となる。ここで、型の球面半径r2とボー
ル半径r1とボールポケット肉厚t1の関係は次式によ
る。r2>r1+t1 上記構成からなるボールポケット及びかしめ型によりボ
ールジョイントをかしめ成形したのが図1である。ボー
ルポケット21cは、かしめ型の球面22aに沿って座
屈しながら変形するため、ボール20bの赤道付近に
は、ボールポケット内周面21gとの間に、長さcの隙
間21dが発生しこれがオイルだめとなる。尚、隙間の
長さcは次式となるため、かしめ型の球面半径r2 を変
えることにより、隙間21dの容積を自由に調整でき
る。c=r2−r1−t1 次に、本実施例ではかしめ型に上部平面を設けているた
め、この面によって上方から押されたボールポケットの
材料が塑性流動により、ボール20bの中心方向に逃げ
ボールポケットの上部肉厚がt1からt2に増厚して、上
部接触面21eを形成する。また、この状態においてボ
ールポケット内周面21gは、座屈により上部接触面2
1e及び下部接触面21fと滑らかに結ばれる曲面とな
る。
【0021】(従来例(図4)に見られるような応力集
中が発生する変曲点21hは、存在しない。)この結
果、本実施例によれば、かしめ時にボールが半径方向に
移動すること無く、ボールポケット全周で面接触による
安定した接触面圧が得られ、またボールの赤道付近にオ
イルだめを形成でき、さらに、ボールポケット内周面が
滑らかにつながる曲面となるため、以下の効果が得られ
る。
【0022】(1)ボールとボールポケットの接触面の
一部に極圧が発生しないため、耐焼付性に優れる。
【0023】(2)ボールとボールポケットの接触面の
一部に極圧が発生しないため、ある方向でコンロッドを
傾けるトルクが異常に増加すること無く、応力増大によ
るコンロッドの折損を防止できる。
【0024】(3)ボールとボールポケットの接触面の
一部に極圧が発生しないため、この部分での耐摩耗性に
優れ、摩耗ガタによる騒音の発生を防止することができ
る。
【0025】(4)ボールの赤道付近にオイルだめを設
けたため、耐焼付性に優れる。
【0026】(5)成形後のボールポケット内周が連続
した滑らかな曲線で結ばれるため、応力集中が少なく、
コンロッドの引張りに対するボールポケットの強度が飛
躍的に向上する。
【0027】尚、図1に示した実施例は、ボール20b
の中心とかしめ型球面22aの中心が一致しているが、
これがコンロッド20の軸方向にずれても、同様の効果
が得られることはいうまでもない。
【0028】また、図1に示した実施例は、ピストン2
1側に関する例であるが、ピストンサポート13側のボ
ールジョイントに関しても適用でき、同様の効果が得ら
れることはいうまでもない。
【0029】また、図1に示した実施例は、片斜板型の
圧縮機に関するものであるが、圧縮機のみでなく全ての
ボールジョイントに適用可能であることはいうまでもな
い。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、ボールポケット内周面
をボールとほぼ同一半径の球面とこれと同一半径で滑ら
かにつながる円筒面で構成するとともに、これをかしめ
成形するためのかしめ型の内周面を、ボール半径とボー
ルポケット肉厚を加えた長さよりも大きな曲率半径を持
つ球面部及びボールポケットを上方から押す平面部で構
成したため、かしめ時のボールの動きは拘束され、偏か
しめによる接触面の極圧発生を防止でき、同時にボール
ポケットの座屈により、かしめ後にボールの赤道回りに
潤滑のためのオイルだめとなる隙間を形成できる。更
に、この隙間は座屈により自然に形成されるため、ボー
ルポケット内周は滑らかな曲面でつながり、応力集中の
原因となる変曲点の発生を防止できる。
【0031】この結果、ボールとボールポケットの接触
面に極圧の発生が無く耐焼付性及びコンロッドの応力低
減効果に優れ、しかもボールポケット内周面に曲率半径
が極端に変化する応力集中部が無くボールポケット強度
の高い、信頼性に優れたボールジョイントを得ることが
出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すかしめ成形後のボールジ
ョイント断面図である。
【図2】本発明の実施例を示すかしめ成形前のボールジ
ョイント及びかしめ型の断面図である。
【図3】本発明の実施例を適用した圧縮機の断面図であ
る。
【図4】従来のかしめ成形後のボールジョイント断面図
である。
【図5】従来のかしめ成形前のボールジョイント及びか
しめ型の断面図である。
【図6】従来の不具合例を示すかしめ成形後のボールジ
ョイント断面図である。
【符号の説明】
20…コンロッド、20a,20b…ボール、21…ピ
ストン、21a…ボールポケット球面、21a´…ボー
ルポケット円筒面、21b…隙間、21c…ボールポケ
ット、21d…隙間、21e…上部接触面、21f…下
部接触面、21g…ボールポケット内周面、21h…変曲
点、21i…線接触部、22…かしめ型、22a…かし
め型球面、22b…かしめ型上部平面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 布施 栄次 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内周を、円筒,球面またはこれらの組合わ
    せで成形されたボールポケットにボールを挿入し、前記
    ボールポケット上部をかしめて塑性変形させることによ
    り製作するボールジョイントで、前記ボールポケットと
    前記ボールとは該ボールの赤道線に対し上下それぞれ1
    個所でリング状に接触し、これら両接触面の間には、前
    記ボールポケットと前記ボールとの間に隙間が存在する
    ものにおいて、前記隙間は、前記ボールポケットの座屈
    変形により生じさせることを特徴とするボールジョイン
    ト。
  2. 【請求項2】内周を、円筒,球面またはこれらの組合わ
    せで成形されたボールポケットにボールを挿入し、前記
    ボールポケット上部をかしめて塑性変形させることによ
    り製作するボールジョイントで、前記ボールポケットと
    前記ボールとは該ボールの赤道線に対し上下それぞれ1
    個所でリング状に接触するものにおいて、これら両接触
    面に挟まれるボールポケットのボール側表面には、変曲
    点が無いことを特徴とするボールジョイント。
  3. 【請求項3】内周を、円筒,球面またはこれらの組合わ
    せで成形されたボールポケットにボールを挿入し、前記
    ボールポケット上部をかしめて塑性変形させることによ
    り製作するボールジョイントで、かしめ前のボールポケ
    ット内周面をボールとほぼ同一半径の球面とこれと同一
    半径で滑らかにつながる円筒面で構成するとともに、こ
    れをかしめ成形するためのかしめ型の内周面を、ボール
    半径とボールポケット肉厚を加えた長さよりも大きな曲
    率半径を持つ球面部及びボールポケットを上方から押す
    平面部で構成したことを特徴とするボールジョイントの
    製造方法。
JP4054788A 1992-03-13 1992-03-13 ボールジョイント Pending JPH05256256A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003065222A (ja) * 2001-08-30 2003-03-05 Sanden Corp 斜板式圧縮機のピストン
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