JPS63173861A - 主軸を片持支持した回転斜板式圧縮機 - Google Patents

主軸を片持支持した回転斜板式圧縮機

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JPS63173861A
JPS63173861A JP62002634A JP263487A JPS63173861A JP S63173861 A JPS63173861 A JP S63173861A JP 62002634 A JP62002634 A JP 62002634A JP 263487 A JP263487 A JP 263487A JP S63173861 A JPS63173861 A JP S63173861A
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radial needle
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高橋 晴男
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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〕 本発明は回転斜板式圧縮機に関し、特に、主軸を片持支
持した構造のこの種圧縮機の改良に関するものである。
〔従来技術〕
主軸を片持支持した構成の回転斜板式圧縮機は米国特許
第3,552,886号や第3,712,759号、実
公昭58−1671号や特開昭55−29040号等で
公知である。
第6図を参照して、この種の圧縮機の典型的な構造を説
明する。
第6図において1円筒状のケーシング10は一端に嵌合
固定されたシリンダブロック11と他端に固定されたフ
ロントハウジング12との間に。
潤滑油の貯留室を兼ねたクランク室13を形成している
。このクランク室13内に配置された回転斜板であるく
さび形のロータ14は、フロントハウシング12の中央
部にラジアルニードル軸受15を介して回転自在な状態
で挿通された主軸16に固定され、かつフロントハウジ
ング12にスラストニードル軸受17を介して対向して
いる。
クランク室13内にはまた。ロータ14の傾斜面弁中噂
にスラストニードル軸受18を介して対向したリング状
の揺動板19が配置されておシ。
この揺動板19は揺動中心軸体20の先端に2回転自在
な鋼球21を介して揺動自在に受けられている。揺動中
心軸体20はシリンダブロック11の中央孔22に嵌合
されたもので、軸方向では可動であるが回転は阻止され
ておシ、穴20aに嵌合されたばね23によって揺動板
19に向けて付勢されている。このときのばね23の付
勢力は。
中央孔22にねじ込まれたねじ体24を回すことによっ
て調整されうる。
揺動中心軸体20はまた先端に傘歯車20bを有してお
シ、この傘歯車20bが揺動板19に固着された傘歯車
25に噛合うことにより、揺動板19の回転を阻止して
いる。
さらにシリンダブロック11には複数のシリンダ26が
形成されておシ、それらのシリンダ26の夫々にはピス
トン27が摺動自在に夫々挿入されている。そしてこれ
らのピストン27をロッド28にて揺動板19の周辺近
傍部分に連結しである。なおロッド28と揺動板19と
の結合、およびロッド28とピストン27との結合は、
いずれも球関節継手にて行わせである。
またシリンダブロック11の一端にはガスケット(図示
せず)および弁板アセンブリ29を介してシリンダヘッ
ド30が重ね合わされ、かつポルト31によってそこに
固定されている。シリンダヘッド30は、外周辺近傍部
分に吸入室32を。
中央部に吐出室33を有している。弁板アセンブシ29
は、シリンダ26の夫々を吸入室32に連通させる吸入
口34とシリンダ26の夫々を吐出室33に連通させる
吐出口35とを有する弁板。
吸入口34のシリンダ26側に設けた可撓性の収定した
ものである。なお37は吐出弁の過度な撓みを防止する
弁押えであって、これも固定ボルト36にて弁板アセン
ブリ29に一体に固定されている。
上述した構造において、主軸16を適当な回転駆動手段
にて回転させると、クランク室13内でロータ14が回
転し、このロータ14の傾斜面−j=d=aに従って揺
動板19が鋼球21を中心として回転することなく揺動
するため、それに基いて複数のピストン27がシリンダ
26内で時差をもって往復摺動し、その結果として吸入
室32の流体を吸入口34を通してシリンダ26内に吸
込みかつ吐出口35を通して吐出室33に排出する。
実際には、シリンダヘッド30に設けた吸入ポート38
と吐出ポート(図示せず)との間に冷却回路を接続して
使用されるため、この冷却回路中の冷媒が接縮・蒸発を
繰返しつつ循環することとなる。
なお、ばね23の付勢力は、スラストニードル軸受17
.ロータ14.スラストニードル軸受18、揺動板19
.傘歯車25.鋼球21.揺動中心軸体20のそれぞれ
の間に適当な軸方向すきまを保証するように、ねじ体2
4で調整されるとともに、温度変化による寸法変化や各
部品の加工寸法誤差による各部品の軸方向移動を吸収す
る作用をなす。
〔発明の解決すべき問題点〕
上述した構成の回転斜板式圧縮機は2例えば。
カークーラー用の冷媒圧縮機として用いられ1通常の使
用においては、充分な寿命を達成している。
しかしながら、酷暑下での長時間運転のような過酷な条
件下での使用においては、転動部あるいは摺動部の焼付
き現象が発生して、充分な長寿命が保証できないという
欠点が有る。
この焼付きの原因の究明にあたったところ、主軸16の
ラジアルニードル軸受の当シ面およびロータ14のスラ
ストニードル軸受の当り面に剥離が生じておシ、その破
片が転動部や摺動部に損傷を与え、最終的にクラッチ摺
動部や転動部の焼付きに至ることが判明した。
第7図は、主軸16の軸受当シ面の展開図で。
同図において、領域Aで剥離が生じておシ、領域Bは軸
受と接触したことを示す光沢面となっていた。即ち、主
軸16は軸受と一様に接触せず、個当シとなっているこ
とが判明した。
このような個当シは次のような原因によるものと考えら
れる。
ローター14に作用する外力は、ピストン27による圧
縮にもとづく、総ガス圧F、と、ばね23による付勢力
F2である。総ガス圧F、は、第8図に示すように、上
死点にあるピストンのピストンロッド28との接続点近
傍のA点で作用する。即ち。
ロータ14の軸方向厚みの大の方の外周部近傍である。
このローターのA点側をロータの上死点側と呼ぶことに
する。付勢力F2はロータ14の中心に加わる。
ところが、総ガス圧F1および付勢力F2は、ともにロ
ータの傾斜面に作用しているので、ロータの上死点側の
方向即ち径方向の分力F3.F4iそれぞれ生ずること
になる。
軸方向の押付力(F’、+F2)に抗してスラストニー
ドル軸受17から反作用力F5が発生して、軸方向の力
は釣合うが、径方向の合力(F3+F4)に釣合う力は
無いので、ロータ14は上死点側に押されるとともにス
ラストニードル軸受17との接点Bの周シに第8図で左
周シのモーメントを受ける。この結果、ロータ14は、
その上死点側と中心に関して反対側の下死点側でスラス
トニードル軸受17から、浮き上がる。このロータの上
死点側への移動と、下死点側の浮き上がり、ロータと主
軸特にその結合点の比較的小さな剛性の故に主軸16は
図示のように傾斜して、ラジアルニードル軸受の0点と
0点で個当シすることになる。
このときの主軸の傾きはθ。であシ、これは、う、シア
ル軸受の軸方向長さと、ラジアルクリアランスによって
定まる。この状態で、ラジアルニードル軸受15から1
反作用力F6.F7が主軸に作用し。
F3+F4=F6−F7で釣合い、各寸法l、〜t41
r1 、 r2を第8図のとおシ定めると、モーメント
も次のような釣合い状態に保たれる。
F 3t1 +F 4 t2+F 6t3−F 1 (
r 2−r 1 )−F 2 r 2−F7L4 = 
0こうして主軸16は傾き、θをもって、ラジアルニー
ドル軸受と個当シしながら回転することになる。これK
よって、前述した剥離が生ずるものと考えられる。この
頌きθ。によシ、ラジアルニードル軸受から主軸に作用
する反作用力F6. F、は。
総ガス圧F1によって変化し、高負荷運転の際に大とな
シ、従って前述の過酷な条件下で剥離が生じ易くなる。
もちろん、このθ0はラジアルニードル軸受と主軸との
クリアランスにもよるが9通常のクリアランスで約00
〜0.04°程度である。
前述のように、ロータ14がモーメントにより。
下死点側でスラストニードル軸受17から浮き上がるこ
とによって、そのスラスト面も、少なくともθa(≦0
0)だけスラスト軸受面に対して傾斜することになる。
この結果、ロータの上列県側におけるスラストレース面
の径方向外側がスラストニードル軸受のクラウン部に当
る。この当接力も総ガス力がF、が大となると大きいの
で、圧縮機の高負荷運転によって剥離が生じ易くなる。
本発明は、このような知見にもとづいて、過酷な条件下
での圧縮機の運転においても、主軸とそれを支持するラ
ジアルニードル軸受の偏当りがなくまたロータとスラス
トニードル軸受の個当シもなく、主軸及びロータがそれ
ぞれの軸受けに一様な面接触をもって支持され、これに
よって、過酷な条件下での使用においても充分な寿命を
実現できる圧縮機を提供することを目的とするものであ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、フロントハウジングにラジアルニードル軸受
を介して回転可能に主軸を支持し、主軸のクランク室内
の端部にくさび形回転斜板を取り付け、該回転斜板をフ
ロントハウジング内面にスラストニードル軸受を介して
スラスト支持し、該回転斜板の傾斜面上に相対回転可能
に軸方向押圧力をもって押圧された揺動板を介してピス
トンを往復動させるようにした主軸を片持支持した回転
斜板式圧縮機において、上記ラジアルニードル軸受の上
記主軸との当接面が内側に向うにしたがって上記主軸か
ら離れるように微小角度θ1傾斜した環状円錐面として
形成されており、しかも上記主軸は上記回転斜板に、そ
のスラスト支持面に対して上記ピストンの上死点側に微
小角度θ1(ただし。
ラジアルニードル軸受の軸方向長さをl、主軸とラジア
ルニードル軸受の最小内径の内周面とのクリアランスを
Cとし、θ=tm  (CC+1tanθ、)/l}と
したとき、θ、≧θに選ばれる)だけ傾けて取付けられ
ておシ、これにより、該主軸は上記ラジアルニードル軸
受の中心軸線に上記θだけ傾斜した状態で支持されるよ
うに組込まれていることを特徴とするものである。
〔作用〕
本発明によれば、圧縮機が動作して、ガス圧が回転斜板
に加わると、そのガス圧の回転斜板の傾斜面での分力に
よシ1回転斜板が上死点側に押される。これによシ主軸
が回転斜板に対して変位し主軸の中心軸が、ラジアルニ
ードル軸受の環状円錐面の上死点側の母線と平行となシ
、シかも、主軸と回転斜板との結合剛性によるモーメン
トにょシ主軸の外面はラジアルニードル軸受の上死点側
母線に一様に接触することになる。また回転斜板の上死
点側において、スラストレース面もスラストニードル軸
受に一様に接触した状態に保たれる。
この結果、過酷な条件下でも、主軸および回転斜板のラ
ジアルニードル軸受およびスラストニードル軸受との偏
当りがなくなり、従来のような剥離現象が防止される。
〔実施例〕
以下に9図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図は1本発明の実施において用いられるロータ14
と主軸16との組立体を示しておシ、フロントハウジン
グへ組込む前の状態を示す断面図である。
同図を参照して、主軸16は、ロータ14に対して傾け
て取り付けられている。即ち、ロータ14のスラスト支
持される方の面(これをスラスト支持面と呼ぶ)をST
とし、このスラスト支持面STに直角な軸線をOR(以
下ロータの中心軸線と呼ぶ)とすると、主軸16は、そ
の中心軸線03が、従来ではORと平行になるように取
付けられていたのに対し、この実施例では9図示のとお
JORからロータの上死点側(即ち、ロータの厚みの大
きな方へ)へθ、だけ傾いた状態で取付けられている。
第2図(a)及び(b)を参照して、ラジアルニードル
軸受15はレース15a及び複数のニードル15bを備
えている。第2図(a) K示すようにレース15aは
一端が肉厚に、他端部が肉薄に形成されて、その外周面
がチー・や状、即ち環状円錐面に形成されている。そし
て、レース15aの内周面に複数のニードル15bが所
定の角度間隔をおいて配設されている。このラジアルニ
ードル軸受15は、そのレース15aの肉厚側よシ、第
2図伽)に示すよウニ、フロントハウジング12の中央
部に形成された貫通孔にクランク室側からストッパー1
5′に当接するまで圧入され、フロントハウジング12
に組み込まれる。この組み込んだ状態において。
ラジアルニードル軸受15の内周面(当接面)が環状円
錐面となると共に、ラジアルニードル軸受15は内径の
大きい端部がクランク室に面している。この傾斜角度、
すなわちラジアルニードル軸受15の中心軸線OBとそ
の環状円錐面の母線との夾角はθ、に設定されている。
また、第3図(a)及び(b)に示すように、レース1
5aの内周面を円柱面状に形成し、この内周面に複数の
ニードル15bを所定の角度間隔で配設してラジアルニ
ードル軸受15を構成する。一方。
フロントハウジング12の中央貫通孔は、クランク室側
に面する位置からストン/IP  15’が設けられる
位置まで徐々に径が小さくなるようにチー・ぐ状に形成
される。そして、上記のラジアル二一ドル軸受15をク
ランク室側から貫通孔に圧入する。
貫通孔内周面はチーA’状に形成されているから。
ラジアルニードル軸受15の内径はクランク室側から徐
々に径が小さくなる。即ち、ラジアルニードル軸受15
の内周面(当接面)は環状円錐面となる。この傾斜角度
も第2図(b)と同様に、θ1に設定されている。
上述の角度θ、は、ラジアルニードル軸受15の軸方向
長さをl、主軸16とラジアルニードル軸ここで、θ1
+θ、′は、はぼ0.5°程度となる。すなとなるよう
に選ばれる。好ましくは、θ、〉θに選ぶと良い。
第4図は、第1図のロータおよび主軸の組立体を圧縮機
に組込んだときの状態を示す断面図で。
ロータ14.主軸16の外にはフロントハウジング12
.ラジアルニードル軸受15.スラストニードル軸受1
7を示すのみで、他の部品および関連構成は第6図と同
様であるので図示を省略する。
第4図を参照して、フロントハウジング12のラジアル
ニードル軸受15に主軸16を挿入し。
第6図で示したアジャストスクリュー24の調節によっ
て、スプリング23の付勢力と主軸16とロータ14の
結合剛性による軸方向付勢力を調整し、ロータ14のス
ラストレース面がスラスト軸受17に回当シするように
する。このときのスプリング23による付勢力と主軸1
6とロータ14の結合剛性による軸方向付勢力とをF2
とする。即ち、この付勢力F2によシ、ロータ14と主
軸16との主に結合部の剛性に打ち勝ちロータ14の下
死点側がフロントハウジング12の方へ接近するように
押される。この結果、F2を加える前に比して、ロータ
中心軸線ORはOR’の位置に角度Φだけ移動する。こ
のとき、ラジアルニードル軸受15の中心軸線OBとO
Rとは平行であり、主軸16の中心軸線03とラジアル
ニードル軸受15の中心軸線θ8とのなす角は前述のと
おシ、θ=C+Ltsnθ′ t==−1(1)である。即ち、付勢力F2によシ。
主軸16は、ロータ14に対する第1図の取付角度から
Φ=01−θだけ偏位された状態に維持される。この結
果、ロータ14と主軸16との結合部の剛性係数をkと
すると、M=にΦなる第4図で右回シのモーメントが、
主軸16に作用することになる。
第4図の状態で、力とモーメントのバランスは次の式で
表わされる。
F4+F6=F7 Ms=にΦ=F、 C12+t3) −F6t2ここで
l、r L2* ts * Rは第4図に示したような
各部寸法を衣わしr F2 + F41F4 *Fs 
lF6+Fyは第4図に示すように作用する力である。
即ち。
F5ニスラストニードル軸受17からの抗力。
F6:ラジアルニードル軸受からの抗力F7:ラジアル
二−ドル軸受からの抗力なお、この第4図のセツティン
グ状態において。
付勢力Fは前述のようにモーメントM3を発生させるに
充分な大きな力でロータ14を押圧しているので、ロー
タ14.スラスト軸受(第6図18)揺動板(第6因1
9)、傘歯車(第6図25)。
鋼球(第6図21)および揺動中心軸体(第6図20)
の間の軸方向すきまは存在しないことになる。
この状態で、圧縮機が動作すると、第5図を参照して、
ガス圧F、がロータ14の上死点側A点に加わると、そ
の上死点側方向の分力F3によりロータ14が上死点側
に移動する。このとき、主軸16は、前述のとおシ、モ
ーメン)Mを受けてうシアル軸受15の外方端部Bに当
接されているので、主軸16はB点を支点としてロータ
側か上支点側に移動して、第5図のとおシ、軸受15の
上死点側内面に一様に接触するようになる。即ち。
主軸16は第4図の状態から、更にθ+θ;だけ。
即ち、第1図のロータJ4への取付は傾斜角θ1から、
(θ+Φ+θ;)だけ変位され、主軸16の中心軸線O
9は軸受15の環状円錐面の上死点側の母線と平行にな
る。
シー また、前述のようにロータスフストニードル艷1入゛(
、 受−揺動板一重両車一鋼球一揺動中心軸体(第6゛くど
図で14−18−19−25−21−20)の間の軸方
向すきまはないので、ロータ14の下死点側の浮き上が
シが阻止される。即ち、ロータ14に加わる軸方向付勢
力はF2からロータの浮き上がり力を阻止する力だけ増
加した力F2となる。これによ’) + F2の分力F
:も第4図のF4だけ大となる。
こうして、圧縮機の動作中は第5図の状態でバランスさ
れておシ、ロータの上死点側のスラストレース面は、ス
ラスト軸受17に一様に接触した状態に保たれる。
このバランス状態を、力のバランスとモーメントのバラ
ンスの式で示すと次のとおシである。
F3+F4=F6 F1+F2=F5 M3’=k(Φ十〇R)二F6(t2+t4)ここで+
 tl * 12 + t3.R+ R’は、第5図に
示した寸法で、 F2. F4. Fl、 F3は前述
のとおシの力であ、i) 、 F5はスラスト軸受17
からの抗力。
F6はラジアルニードル軸受15からの抗力2M3は、
主軸がロータ14への取付傾斜角θ、から(Φ+θ+θ
:)だけ変位したことによる主軸に加わる右回シのモー
メントでちる。
甲 こうして圧縮機の動作体は、主軸16はラジアルニード
ル軸受1 sに、/bMストレース面はスラストニード
ル軸受17に、それぞれ傷当シなく一様に接触すること
になる。これにより、剥離が防止される。
なお、付勢力F2の力が弱くて、圧縮機の動作中。
ロータ14の下死点側が浮き上がるときは1回転斜板の
スラストニードル軸受に当接するレース面を、少なくと
もピストンの上死点側に対応する部分において外側に向
かってスラスト支持面から離れるようにわずかに傾斜し
たテーノや面として形成しても良い。
〔発明の効果〕
以上述べたように1本発明によれば、フロントハウジン
グにラジアルニードル軸受を介して回転可能に主軸を支
持し、主軸のクランク室内の端部にくさび形回転斜板を
取り付け、該回転斜板をフロントハウジング内面にスラ
ストニードル軸受を介してスラスト支持し、該回転斜板
の傾斜面上に相対回転可能に軸方向押圧力をもって押圧
された揺動板を介してピストンを往復動させるようにし
た主軸を片持支持した回転斜板式圧縮機において。
上記ラジアルニードル軸受の上記主軸との当接面が内側
に向うにしたがって上記主軸から離れるようゆ微小角度
θ:傾斜した環状円錐面として形成されており、しかも
上記主軸は上記回転斜板に、そのスラスト支持面に対し
て上記ピストンの上死点側に微小角度θ、(ただし、ラ
ジアルニードル軸受の軸方向長さをl、主軸とラジアル
ニードル軸受の最小内径の内周面とのクリアランスをC
とし。
θ=tas−1((C+lbnθ1Vt)としたとき、
θ、≧θに選ばれる)だけ傾けて取付けられておシ、こ
れにより、該主軸は上記ラジアルニードル軸受の中心軸
線に上記θだけ傾斜した状態で支持されるように組込ま
れているので、圧縮機運転時に回転斜板に加わるがス圧
により1回転斜板が上死点側の方へ向いた径方向の力を
受けるので、主軸が回転斜板に対し変位し、この変位に
よシ、主軸と回転斜板の結合剛性によるモーメントが発
生し、主軸の中心軸は、ラジアルニードル軸受の環状円
錐面の上死点側の母線と平行になるとともにラジアルニ
ードル軸受面の上死点側に偏当りなく一様に当接し、ま
た回転斜板のスラストレースのチー・や面も。
スラストニードル軸受けに一様に押圧接触するので、過
酷な条件下での使用においてもt主軸やロータのスラス
トレース面に剥離が発生せず、長寿命化が図られる利点
がある。また、θ1が設けられているので主軸がθ、傾
いていても主軸のラジアルニードル軸受への挿入が容易
となる利点もある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明における主軸とロータとの組立体の断面
図、第2図(、)及び(b)はそれぞれラジアルニード
ル軸受の一例及びラジアルニードル軸受をフロントハウ
ジングに組み込んだ状態を示す図。 第3図(、)及び(b)はそれぞれラジアルニードル軸
受の他の例及びこのラジアルニードル軸受をフロントハ
ウジングに組み込んだ状態を示す図、第4図は本発明の
一実施例における要部断面図、第5図は圧縮機の動作状
態下における様子を示す第2図と同様の要部の断面図、
第6図は、主軸を片持支持した回転斜板式圧縮機の従来
例の断面図、第7図は、従来例における長期使用後の主
軸の軸受に支持された外面の展開図、第8図は、従来例
におけるロータに加わる力と、それによるロータとおよ
び主軸の様子を示す説明図である。 12・・・フロントハウジング、13・・・クランク室
。 14・・・ロータ(回転斜板)、15・・・ラジアルニ
ードル軸受、16・・・主軸、17・・・スラストニー
ドル軸受、19・・・揺動板、27・・・ピストン、S
T・・・ス第1図 T

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、フロントハウジングにラジアルニードル軸受を介し
    て回転可能に主軸を支持し、主軸のクランク室内の端部
    にくさび形回転斜板を取り付け、該回転斜板をフロント
    ハウジング内面にスラストニードル軸受を介してスラス
    ト支持し、該回転斜板の傾斜面上に相対回転可能に軸方
    向押圧力をもって押圧された揺動板を介してピストンを
    往復動させるようにした主軸を片持支持した回転斜板式
    圧縮機において、上記ラジアルニードル軸受の上記主軸
    との当接面が内側に向うにしたがつて上記主軸から離れ
    るように微小角度θ_1′傾斜した環状円錐面として形
    成されており、しかも上記主軸は上記回転斜板に、その
    スラスト支持面に対して上記ピストンの上死点側に微小
    角度θ_1(ただし、ラジアルニードル軸受の軸方向長
    さをl、主軸とラジアルニードル軸受の最小内径の内周
    面とのクリアランスをCとし、θ=tan^−^1{(
    C+ltanθ_1′)/l}としたとき、θ_1≧θ
    に選ばれる)だけ傾けて取付けられており、これにより
    、該主軸は上記ラジアルニードル軸受の中心軸線に上記
    θだけ傾斜した状態で支持されるように組込まれている
    ことを特徴とする主軸を片持支持した回転斜板式圧縮機
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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