JPH09268901A - 揺動ピストン型アクチュエータおよび揺動ブッシュの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 揺動ブッシュの両摺動面の摩擦を低減し、か
つ該部のシール性を向上して、総合性態を向上した揺動
ピストン型アクチュエータおよびこれに用いる揺動ブッ
シュの製造方法の提供。 【解決手段】 揺動ブッシュを、その摺動面にその摺
動方向に垂直に筋状の凹部を形成する、引抜き、圧
延、押出し表面を残存したものとする、引抜きまたは圧
延により、所定断面形状の長尺材を得、これを個取り切
断し、焼入れ焼戻し熱処理をし、端面仕上げ研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は真空ポンプ、圧縮
機、または液体用ポンプ等として用いられる揺動ピスト
ン型のアクチュエータもしくは内燃機関およびこれらに
用いられる揺動ブッシュの製造方法の技術分野に属す
る。

【０００２】

【従来の技術】揺動ピストン型のアクチュエータの概略
構造を図３に示す。シリンダ１は、円筒状内面と、該内
面にそれぞれ開口する吸入口１ａおよび吐出口１ｂを有
する。該シリンダ１内には偏心ロータ２がその回転軸心
をシリンダ１の軸心に一致して設けられている。揺動ピ
ストン３はロータリング部３ａと該ロータリング部３ａ
からその半径方向に伸びる板状のベーン部３ｂからな
り、ロータリング部３ａの内周には、前記偏心ロータ２
が嵌入され、ロータリング部３ａの外周部の１箇所をシ
リンダ１の内径の１箇所と微小隙間で対峙または接して
いる。また、ベーン部３ｂはその表裏を一対の揺動ブッ
シュ４で支持案内され、該一対の揺動ブッシュ４は一対
で円筒状となる背面をシリンダ１の円筒状のブッシュ支
持面１ｃで支持されている。

【０００３】図３では、揺動ピストンのロータリング部
３ａは、内蔵した偏心ロータ２により偏心駆動されるも
のとしたが、クランク機構等、他の偏心機構で駆動され
てもよい。上記の構成で、偏心ロータ２を矢印の方向に
回転すると、揺動ピストン３は、そのロータリング部３
ａの外周の１母線をシリンダ１の内面と対峙または接触
（以下接触等と記す）しつつ、公転する一方、ベーン部
３ｂを揺動ブッシュ４で摺動案内されることにより、全
体として首振り運動する。その結果、この接触等の点と
吸入口１ａとの間の空間は公転とともに、その容積を増
加し、一方この接触等の点と吐出口１ｂとの間の空間は
容積を縮少することにより、ポンプ作用がなされる。な
お、図３では吸入口１ａは、ベーン部３ｂに内設した通
路に連通するものとしたが、ベーン部３ｂの右下部のシ
リンダ壁または軸方向の端部壁に開口するごとく、ポー
トを設けてもよく、さらに吐出口をベーン部３ｂに内設
し、または軸方向の端部に設けてもよい。

【０００４】さらに上述は外部から回転駆動されてポン
プ作用を行なうものとしたが、上記の機構は、吸入口か
ら圧力流体を供給されて回転動力を発生するモータや、
さらに内燃機関等内部で高温ガスを発生するエンジンと
して作動するものでもよい。本発明では、このエンジン
として作動するものも含めてアクチュエータと呼称す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】揺動ブッシュ４は、そ
の平面状の面を揺動ピストン３のベーン部３ｂ、円筒状
の背面をシリンダ１の円筒状のブッシュ支持面１ｃと、
それぞれシール（気密もしくは水密）作用をなしつつ、
摺動することが必要である。特に平面状の面は、背面に
比し、摩擦速度が大である。また、シール部でのリーク
の問題は、冷凍サイクル用冷媒等のガス流体用のアクチ
ュエータでは液体用のアクチュエータに比し非常に大き
い。

【０００６】従来の揺動ブッシュ４の両摺動面には、有
効な減摩およびシール手段がなかったため、摩擦やリー
クが多く、アクチュエータとしての総合効率を十分高め
られないという欠点を有し、特にリークの問題は前述の
ようにガス圧縮用等、気体用のアクチュエータでは液体
用に比し非常に大きく、このため、高い寸法精度の部品
が必要でアクチュエータの生産性を阻害していることが
わかった。本発明は揺動ブッシュ４の平面状面および背
面での摩擦を低減すること、またはシール性を向上し、
総合性能を高め、また生産性を向上した揺動ピストン型
アクチュエータおよびこれに用いられる揺動ブッシュの
製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前述のよう
に揺動ピストン型のアクチュエータにおいて、揺動ブッ
シュ４の特に平面部の、殊に、ガス体に対するシールが
不完全であり、また該部の摩擦が多いことが総合効率を
低下していることを見出した。すなわち、揺動ピストン
３のロータリング部３ａの外周面とシリンダ１の内周面
との接触等の点では、運転中の相対速度は大きいが、こ
の点を微小隙間で対峙するようにすれば、部材相互の直
接接触を防止することができ、また、該部の部材相互間
は、隙間δが小変化率（ｄδ／ｄｘ）で減少する漸減状
であり、かつ上記のように相対速度が大きいから、潤滑
油（以下油と記す）等の液体を介在させると、該液体の
楔効果により、容易に油膜が形成されて、流体潤滑状態
を得ることができ、したがって良好な減摩およびシール
効果を得ることができる。

【０００８】しかし、揺動ブッシュ４の表裏の接触面
は、形状的制約から隙間を漸減状とすることが困難であ
り、また相対速度も小さいから、部材相互間には、油膜
が形成されない部分が発生して相互の直接接触やリーク
が生じ易い。このため、該接触部に起因して総合効率を
向上することが困難であることがわかった。そこで本発
明は、揺動ブッシュ４の摺動面にその摺動方向に垂直の
向きに筋状の窪みを形成すれば、ラビリンス効果により
シール性が向上し、また油を介在するときは油溜りの作
用を生じて油膜の形成が助長され、減摩およびシール効
果が大幅に向上され、またはさらにこの窪みに第３の部
材を挿入するとシール作用や減摩作用をさらに向上でき
ることに着目したものである。

【０００９】すなわち、本発明の第１はシリンダ、ロー
タリング部と該ロータリング部からその半径方向に伸び
るベーン部からなり、前記ロータリング部をその内部に
設けられた偏心機構で偏心駆動されるとともに、前記ベ
ーン部を前記シリンダのブッシュ支持面で支持された一
対の揺動ブッシュで挟持されつつ摺動案内されて、前記
シリンダ内で首振り運動する揺動ピストンおよび前記一
対の揺動ブッシュからなる揺動ピストン型のアクチュエ
ータにおいて、前記揺動ブッシュは、その前記ベーン部
と摺動する面および前記シリンダのブッシュ支持面と摺
動する面の少なくとも一方の面にそれぞれの摺動方向に
垂直をなす向きに筋状の窪みを設けたことを特徴とする
揺動ピストン型アクチュエータである。

【００１０】また、本発明者らは、本発明が対象とする
振動ピストン型アクチュエータにおいて、シリンダのブ
ッシュ支持面１ｃの内径、揺動ブッシュ４（２箇）の厚
さ、揺動ピストンのベーン部３ｂの厚さの誤差は互いに
累積されるものであるから、それぞれの製造公差または
バラツキは、特にガス用に対し、シール性の関係から小
範囲に厳しく制限されているため、当該型式のアクチュ
エータの生産性向上阻害要因となっていることを知見し
た。

【００１１】また、本発明者等は、上記揺動ピストン型
アクチュエータにおける揺動ブッシュは、同一断面形状
の柱状体であり、該柱状体は押出し、圧延、引抜き等、
連続的塑性加工法による製造法が適用可能であること、
これらの加工法による柱状体の表面を再加工により除去
することなく、直接的に揺動ベーンの表面として使用で
きれば、これらの加工法の（機械加工等に対する）特徴
である断面形状や寸法変動が小さく、高生産性であり、
かつ表面あらさも十分であること、またこれらの加工方
法は高い断面精度、特に少なくとも同一ロット内の寸法
変動を極く狭い範囲に限定し得るから、他の部分の寸法
公差、すなわちシリンダのブッシュ支持面や揺動ピスト
ンのベーン部の寸法公差を拡大して、アクチュエータ全
体の生産性を向上し得ること、およびこれらの加工法で
発生し易い曲り、捩じれ等は、幸いにも揺動ブッシュの
単品の長さが２０ｍｍ内外と短いことから、個取り切断
することで、曲りや捩じれは全く問題とならない程度と
し得ることに着目し、本願の第２発明（請求項２，３）
をなした。

【００１２】すなわち、本願の第２発明は、シリンダ、
ロータリング部と該ロータリング部からその半径方向に
伸びるベーン部からなり、前記ロータリング部をその内
部に設けられた偏心機構で偏心駆動されるとともに、前
記ベーン部を前記シリンダのブッシュ支持面で支持され
た一対の揺動ブッシュで挟持されつつ摺動案内されて、
前記シリンダ内で首振り運動する揺動ピストンおよび前
記一対の揺動ブッシュからなる揺動ピストン型のアクチ
ュエータにおいて、前記揺動ブッシュは、押出し加工、
圧延加工または引抜き加工によるもので、その表裏の少
なくとも一面は、前記加工による表面を残存しており、
かつ端面は機械加工仕上されたものであることを特徴と
する揺動ピストン型アクチュエータである。

【００１３】上記本願の第２発明において、揺動ブッシ
ュは、前記第１発明の筋状窪みを有するものが最適であ
る。また、本願の第３発明は、前記第１または第２発明
の揺動ピストン型アクチュエータ用の揺動ブッシュの製
造方法に関するものであり、シリンダ、ロータリング部
と該ロータリング部からその半径方向に伸びるベーン部
からなり、前記ロータリング部をその内部に設けられた
偏心機構で偏心駆動されるとともに、前記ベーン部を前
記シリンダのブッシュ支持面で支持された一対の揺動ブ
ッシュで挟持されつつ摺動案内されて、前記シリンダ内
で首振り運動する揺動ピストンおよび前記一対の揺動ブ
ッシュからなる揺動ピストン型のアクチュエータに用い
る揺動ブッシュの製造方法において、長尺の素材を冷間
による圧延または引抜き加工により、製品断面またはこ
れに近い形状に加工する工程、該加工された長尺材を個
取り切断する工程、および該個取り切断材の切断端面を
研削仕上げする工程からなることを特徴とする揺動ブッ
シュの製造方法である。

【００１４】揺動ブッシュの端面は、背面の円筒面の中
心軸に対する直角度および単長公差が厳しく要求される
から、個取り切断でこれらの条件を達成することは困難
である。したがって、本願の第２、第３発明では、端面
は再加工することにした。次に本発明者等は、揺動ブッ
シュに要求される機械的特性と与えられた条件に対する
合理的個取り切断法について検討した。すなわち、揺動
ブッシュは、一般に高耐摩耗性が要求されるから、工具
鋼等の焼入れ焼戻し熱処理により高硬度に硬化する材料
が適すること、すなわち、ＪＩＳ Ｇ ４４０３ ＳＫ
Ｈ（高速度工具鋼）や同４４０４ ＳＫＳ，ＳＫＤ，Ｓ
ＫＴ（合金工具鋼）やマルテンサイト系のステンレス鋼
等が適当であること、個取り切断方法としては、生産性
の面から実質的に鋸切断、砥石切断、剪断による方法に
限定され、このうち剪断による方法は、最も生産性が高
いが、切断面は一般に劣悪（バリ、ダレ、破断面の発生
がある）であり、また断面形状を特に幅方向に拡大する
変形（フクレ）が生ずる欠点があり、さらに単長公差も
大きい。

【００１５】そこで、本発明者等は、剪断における断面
形状の変化、特にシリンダのブッシュ支持面や、揺動ピ
ストンのベーン部３ｂと干渉し合う関係となるバリや断
面形状の変形（フクレ）の減少方法について検討すると
ともに、テストした。その結果、一方の刃物を平面状、
他方を背面の円筒面にほぼ合致する凹面を有する形状と
する剪断刃とすること、また被切断材を冷間加工により
加工硬化させ、または焼入れ焼戻しにより高硬度化する
と、その硬さの上昇とともに、バリ、ダレ、フクレは低
下すること、特にダレの減少に対し、硬さを３０ＨＲＣ
以上とすると明らかに効果があること、しかし、４５Ｈ
ＲＣを越えると剪断工具の摩耗や破損が多くなり、実用
性が低下すること、この範囲のうち、特に３５〜４３Ｈ
ＲＣとすると、断面形状のフクレ、バリ、ダレを許容範
囲内とするための端面研削代が約０．３ｍｍ以下と、劣
悪な切断面の除去の目的を達成すると共に、特に生産性
を阻害しない程度とし得ることをそれぞれ見出した。

【００１６】すなわち、本発明のベーンの製造方法にお
ける望ましい実施態様は、素材は焼入れ焼戻し熱処理に
より硬化する材料であり、製品断面、またはこれに近い
形状への加工工程の後に、焼入れ焼戻しにより３０〜４
５ＨＲＣの硬さとする仮熱処理工程を有し、個取り切断
工程は剪断によるものであり、かつ該個取り切断工程後
に前記仮熱処理工程後の硬さ以上の硬さに焼入れ焼戻し
する本熱処理工程を有するものとするものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１のＡ−１は、揺動ブッシュ４
のベーン部３ｂと摺動する面に複数条の筋状の窪み４ａ
を形成したものであり、潤滑油を使用しない場合には、
ラビリンス効果によりシール作用を改善し、潤滑油を使
用する場合には、この潤滑剤がこの窪みに溜り、潤滑作
用をより確実化するとともに、シール効果を大幅に向上
する。本実施例は窪みを丸底形として、揺動ブッシュ４
の全体を引抜き、押出し、圧延等の塑性加工で製造する
のに適する形状としたものである。図１のＡ−２は、窪
みの断面形状を鋸刃状として方向性を与えてシール性の
改善を図るものである。

【００１８】Ａ−１，Ａ−２において、窪みのピッチ、
寸法は、使用条件、製造方法等により変化するが、窪み
の深さｈ、幅ｄは例えば、ｈ≒ｄ＝０．２ｍｍ程度以上
とし、ピッチは２ｄ〜１０ｄ程度とするとよい。図１の
Ｂは、窪みに充填部材４ｄを嵌入すると共に、該部材を
金属製の弾性部材４ｅ（図では中央部の幅膨大部を窪み
の拡幅部に係合すると共に舟底型に曲げ成形したリーフ
スプリング）で長手方向に４箇所を突出する向きに付勢
したものであり、ピストンリングと同様に、揺動ブッシ
ュの平面とベーン部３ｂとの隙間に突出して効果的シー
ル作用をなし、またはさらに黒鉛等の減摩材料による摩
擦低減効果を実現するものである。該実施例のリーフス
プリング４ｅは、機械的強度が金属に比して、小さい減
摩材料等４ｄを多点で押圧することで折損を防止できる
特徴を有する。該実施例のようにスプリング力を適当に
し、一対の揺動ブッシュの平面部が同時にベーン部３ｂ
と接しないようにすると、前記誤差の累積をこの隙間で
全部吸収することができるから、ブッシュ支持面３ｃの
内径、揺動ブッシュ４の厚さ、揺動ピストンのベーン部
３ｂの厚さ、それぞれの公差を格段に大きくすることが
可能となり、当該型式のアクチュエータの生産性阻害要
因を特に大きく除去することができる。

【００１９】図１のＣは、窪みにフッ素樹脂製チューブ
４ｆを嵌入した例である。フッ素樹脂は、化学的に安定
であり、膨潤し難いから、潤滑油等に対し抵抗性を有
し、また許容昇温温度も高い。また、チューブとして内
部に空洞を有するから弾力性を減殺されることが少な
い。上記４例の方式は、いずれも揺動ブッシュの背面側
に適用してもよい。

【００２０】

【実施例】表１に示すＡ〜Ｃの線材から冷間圧延によ
り、図２に示す断面形状の線材を得、これをそのまま
剪断（下刃；平面刃、上刃；背面半径と一致した凹状
刃）により、個取り切断する一方、連続炉による焼入れ
焼戻しする仮熱処理により、約３５ＨＲＣとした状態
で、前記と同様の刃物による剪断により、個取り切断す
るテストを行なった。次にそれぞれの個取り切断品を焼
入れ焼戻しの本熱処理し、それぞれ端面を約０．３ｍｍ
（片端面）研磨した後、バレル処理して仕上げした。切
断後の切断部の状況として、切断部の幅方向への拡がり
は、いずれもほとんど認められず、バリはいずれも片肉
０．０５ｍｍ以下の端面研磨で消失した。表２にこのう
ち、Ａ材料について、圧延ままで（ＨＲＣ２７程度）で
剪断により個取り切断したものと、仮熱処理（≒３５Ｈ
ＲＣ）後、同様にして個取り切断したものについて、個
取り切断後および仕上げ状態でのダレの測定結果を示
す。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】表２から、圧延ままで剪断により個取り切
断する方法は、切断ままでのダレが大きく、したがって
片端面０．３ｍｍの仕上げ代では、ダレによる欠肉部が
残ること、研磨代を０．７ｍｍに増加して初めて欠肉の
発生を防止できることがわかる。これに対し、仮熱処理
後、同様に個取り切断するものでは、研磨代を０．３ｍ
ｍとするだけでダレによる欠肉をほぼ０とすることがで
きることがわかる。なお、上記テスト品は、ダレ以外は
表面肌、断面形状、寸法とも公差以内であった。また、
表１のＡ以外についても状況はほぼＡと同様であった。

【００２４】

【発明の効果】以上に述べたように、本願の第１発明の
アクチュエータは、その揺動ブッシュの摺動面に摺動方
向の垂直をなす向きの筋状窪みが形成されているので、
この窪みによるラビリンス効果によりシール効果が大き
く、液体潤滑剤を使用する場合には、窪みが油溜りを形
成することにより、油膜形成が助長されて、潤滑状態が
改善される一方、シール作用も格段に改善され、これに
より総合効率が大きく向上される。

【００２５】また、本願の第２発明のアクチュエータ
は、その揺動ブッシュとして高生産性、かつ少なくとも
ロット内寸法変動が小さい加工法である押出加工、圧延
加工または引抜き加工によるもので、これらの加工によ
る表面を実質的に製品の表面として直接利用するもので
あるから、生産性阻害要因が除去されている。さらに、
本発明の揺動ブッシュの生産方法は、上記のように該ブ
ッシュの断面を上記引抜き等により得るものであるか
ら、生産性が高く、またシリンダや揺動ブッシュの製品
公差を大きくして生産性を向上し得るものであり、さら
に仮熱処理後、剪断により個取り切断する場合は高生産
性である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアクチュエータに用いる揺動ブッシュ
の例を示す図である。

【図２】実施例の揺動ブッシュの断面形状例を示す図で
ある。

【図３】揺動ピストン型アクチュエータの構造を説明す
る図である。

【符号の説明】

１ シリンダ、１ａ 吸入口、１ｂ 吐出口、２ 偏心
ロータ、３ 揺動ピストン、３ａ ロータリング部、３
ｂ ベーン部、３ｃ ブッシュ支持面、４ 揺動ブッシ
ュ、４ａ 窪み、４ｄ 充填部材、４ｅ リーフスプリ
ング、４ｆ フッ素樹脂製チューブ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ、ロータリング部と該ロータリ
   ング部からその半径方向に伸びるベーン部からなり、前
   記ロータリング部をその内部に設けられた偏心機構で偏
   心駆動されるとともに、前記ベーン部を前記シリンダの
   ブッシュ支持面で支持された一対の揺動ブッシュで挟持
   されつつ摺動案内されて、前記シリンダ内で首振り運動
   する揺動ピストンおよび前記一対の揺動ブッシュからな
   る揺動ピストン型のアクチュエータにおいて、前記揺動
   ブッシュは、その前記ベーン部と摺動する面および前記
   シリンダのブッシュ支持面と摺動する面の少なくとも一
   方の面にそれぞれの摺動方向に垂直をなす向きに筋状の
   窪みを設けたことを特徴とする揺動ピストン型アクチュ
   エータ。
2. 【請求項２】 シリンダ、ロータリング部と該ロータリ
   ング部からその半径方向に伸びるベーン部からなり、前
   記ロータリング部をその内部に設けられた偏心機構で偏
   心駆動されるとともに、前記ベーン部を前記シリンダの
   ブッシュ支持面で支持された一対の揺動ブッシュで挟持
   されつつ摺動案内されて、前記シリンダ内で首振り運動
   する揺動ピストンおよび前記一対の揺動ブッシュからな
   る揺動ピストン型のアクチュエータにおいて、前記揺動
   ブッシュは、押出し加工、圧延加工または引抜き加工に
   よるもので、その表裏の少なくとも一面は、前記加工に
   よる表面を残存しており、かつ端面は機械加工仕上され
   たものであることを特徴とする揺動ピストン型アクチュ
   エータ。
3. 【請求項３】 揺動ブッシュは、そのベーン部と摺動す
   る面およびシリンダのブッシュ支持面と摺動する面の少
   なくとも一方の面にそれぞれの摺動方向に垂直をなす向
   きに筋状の窪みを設けたものである請求項２の揺動ピス
   トン型アクチュエータ。
4. 【請求項４】 シリンダ、ロータリング部と該ロータリ
   ング部からその半径方向に伸びるベーン部からなり、前
   記ロータリング部をその内部に設けられた偏心機構で偏
   心駆動されるとともに、前記ベーン部を前記シリンダの
   ブッシュ支持面で支持された一対の揺動ブッシュで挟持
   されつつ摺動案内されて、前記シリンダ内で首振り運動
   する揺動ピストンおよび前記一対の揺動ブッシュからな
   る揺動ピストン型のアクチュエータに用いる揺動ブッシ
   ュの製造方法において、長尺の素材を冷間による圧延ま
   たは引抜き加工により、製品断面またはこれに近い形状
   に加工する工程、該加工された長尺材を個取り切断する
   工程、および該個取り切断材の切断端面を研削仕上げす
   る工程からなることを特徴とする揺動ブッシュの製造方
   法。
5. 【請求項５】 素材は焼入れ焼戻し熱処理により硬化す
   る材料であり、製品断面またはこれに近い形状への加工
   工程の後に、焼入れ焼戻しにより３０〜４５ＨＲＣの硬
   さとする仮熱処理工程を有し、個取り切断工程は剪断に
   よるものであり、かつ該個取り切断工程後に前記仮熱処
   理工程後の硬さ以上の硬さに焼入れ焼戻しする本熱処理
   工程を有することを特徴とする請求項４の揺動ブッシュ
   の製造方法。