JPS618448A - 往復動機械 - 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、往復動部分と、共働する案内面とから成る往
復動機械であって、往復動部分が相互間に液状潤滑材を
有して案内面上を往復滑り運動するようになっている形
式のものに関する。

往復動部分の例は往復機関、往復圧縮機、往復ポンプの
ピストン、クロスヘッドである。本発明による往復動機
械は任意の、往復滑り運動を利用する機械に適用可能で
ある。

従来技術 第１図には公知の代表的な往復動機械が略示されている
。該往復動機械ではクランク１と連接棒２はピボット３
を介してピストンないしはクロスヘッド４と結合されて
おり、ピストンないしはクロスヘッド４はシリンダない
しはガイド５内を往復する。ピストンの作用線に沿った
方向の力６は連接棒のカフと合して横方向の力８を生せ
しめる。ピストンないしはクロスヘッド４の摺動速度は
ほぼシヌンイド状にストロークの方向が逆転する各終点
における零からストロークの中心点近くにおける最大値
まで変化する。横方向の力８も周期的に変化し、その大
きさと方向は機械のタイプに左右される。例えば現在製
造されている、大ていの内燃機関ではピストンに働（横
方向の力はストロークの終わりで逆になり、ピストンを
シリンダの一方の側面から反対側の側面へ横断せしめる
。

長年の経験から、通常のピストンおよびクロスヘッドに
対する案内面の負荷率は回転する軸受の負荷率に比べて
きわめて低く、通常−以下であることが知られている。

負荷率は加えられた力を力の方向で投影された面積で割
った値と定義される、すなわち低い負荷率を得るために
は比較的大きな表面が必要であり、かつ大きな表面は表
面間の潤滑油膜の剪断による付随的な摩擦抗力をもたら
す。

この摩擦を低下させることは機械の機械的効率を増大せ
しめ、かつ機関の場合には所与の出力で燃料消費を低減
させる。

潤滑の理論と実地によれば、平行な滑り面は限定された
比負荷能力を持ち、かつまた安全に適用することのでき
る摺動速度を制限する性質を持つこと、そしてこのこと
は既に記載された案内面にも該肖することが確認されて
いる。

比負荷能力も摺動速度能力も、面をきわめて僅かに傾斜
させて収れんする形状の潤滑材膜を形成せしめると大巾
に増大させることができる。

第２図には高性能に必要な、このような収れんする形状
のすなわちくさび状の潤滑材膜９ａが示されている。面
９は案内面１１上を矢印１０の方向に滑り運動する。最
適な性能を得るには両面間の角度１２は一般に０．００
０１〜０．０１ラジアンであってよい。

すなわち往復動部分４の滑り面を操作されない面に対し
て傾斜させると、潤滑は改善され、負荷率は増大して面
積の低減を可能にし、これによって摩擦抗力を低減せし
める。機械的効率の改善が得られる。滑り運動の各方向
でそれぞれ傾斜していることが必要である。操作されな
い面は依然として摩擦抗力にを与しようが、同常用の構
成に対する純利得は得られる。しかしピストンないしは
クロスヘッド４が多くの場゛合広範囲で変化し、しかも
共に性質上周期的ではあるが常に同調しているとは限ら
ない、速度と負荷条件下にあるにもかかわらず、固定的
な傾斜は狭い範囲の速度と負荷条件についてのみ好適で
あるにすぎない。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、′冒頭に記載の往復動機械を、負荷率
が増大し、したがって滑り面積を低減せしめ、ひいては
機械の全体的な効率の著しい改善が得られるように構成
することである。

問題点を解決するための手段 上記の課題を解決するための本発明の手段は、単数また
は複数のパッドが往復動部分または案内面に設けられて
いて、しかもパッドが往復滑り運動の間傾動して往復動
部分と案内面との間に先導端縁が常時より大きな厚さを
持ったくさび状の油圧分布を持つ潤滑材膜を形成せしめ
るようにパッドが傾動可能に支持されていることである
。

第１実施例 第６図において、パッド２２はコラム２４（ストリップ
であってもよい）を介して往復動部分２３に取付けられ
ている。コラム２４はパッド２２と往復動部分２３の両
方に剛性結合されているが、たわんで、例えは運動方向
が矢印２５によって示されている方向であるときにパッ
ド２２が図示されているように傾動するのを許す。パッ
ドは固定の案内面２６との間に潤滑材を有していて、か
つ案内面２６と共働する。潤滑材膜２７内の粘性剪断力
ないしは抗力によって発生せしめられる摩擦力は矢印２
８によって示される方向に働く。運動の方向が逆方向に
なるときに傾動の方向が逆になる。

パッドを傾動せしめる流体力学的な力が矢印２８の方向
の摩擦力とコラム２４の剛性とによって反対方向の力を
受けるので、傾動が生じてもこれが最適な程度よりも小
さくなることは認められよう。この流体力学的な力は点
＃！２９によって示されているようにパッド面にきわめ
て僅かなりラウニング部を設けることによって増大せし
めることができ、このクラウニング部３０の量はパッド
面の全長３１の−よりも小さい。

第２実施例 第４図と第５図には第１実施例で示された往復動機械が
内燃機関または圧縮機のピストンに応用された実施例が
示されている。パッド３２とたわみ性のコラム３４はピ
ストン３３と一体であり、ピストン３３は矢印３５で示
される方向に共働するシリンダ孔３６に沿って瞬間的に
運動する。

第６実施例 第６図と第７図には別の応用実施例が示されている。ピ
ストン３８はシリンダ３９内を往復動じ、かつクロスへ
ラドピン４１によって連接棒４０に傾動可能に取付けら
れている。横方向の力はピストンの両側に設けられた各
２つのテイルテイングパッド４２によって伝えられる。

本実施例ではピストンの両側面に各２つのパッドが示さ
れているが、もつと多数のパッドを同様に使用すること
ができる。

第４実施例 第８図には本発明による往復動機械の第２の実施例が示
されている。パッド４３は往復動部分４５に結合された
、２つのたわみ性の傾斜したコラム４４に支持されてお
り、往復動部分４５は面４６に沿って相対的に滑り運動
する。コラム４４は往復動部分４５と面４６との相対運
動の方向で相互間隔を置いて、しかもコラム４４の軸線
４７は延長すると、パッド面のコラムの取付けられた側
とは反対の側の点４８で交わるように傾斜している。

第９図には上記の構成の効果が略示されている。パッド
４３を支持した往復動部分４５が固定の面４６上を矢印
４９で示される方向に移動すると仮定すると、パッドに
は矢印５０の方向の摩擦抗力が働く。パッド４３とコラ
ムの軸線４１とは点線で示された位置へ偏向して、パッ
ドは傾動位置を取る。同時にコラムの軸線の延長線の交
点が点４８から点５１で示される位置へ移動する。点４
８から点５１への移動はコラムの軸線４７間の角度に応
じた程度だけパッド４３の偏向よりも地理的に大きいの
で、パッドの支持の効果的な中心は後縁５２に向かって
移動する。

これが皮膜状態を改善することは潤滑理論から知られて
いる。このように華擦力と流体力学的な力とは一致して
作用して支持コラムのたわみを生ぜしめる。形状的な割
合は、各用途に合わせて膜の潤滑条件を最適にするため
に選択することができる。

便宜上たわみ性のコラムを２つ以上使用してもよいが、
ただしコラムの軸線は延長したときにすべてパッド面の
コラムの取付けられた側とは反対の側の同じ点で交わる
ようにする。

第５実施例 第１０図に示された往復動機械はピストン俸５６に剛性
的に結合されたクロスヘッド５５を備えており、かつビ
ン５８を介して連接棒５７に傾動可能に取付けられてい
る。クロスヘッド５５はガイド５９内を往復動する。ガ
イド５９は円筒状でも扁平でもよい。横方向の力は両側
のパッド６０によって支えられるが、パッドは必要な場
合には１個以上設けてもよい。パッド６０は第８図と第
９図に示されている構成を持つている。比較のために点
線６１によって通常の構成のクロスヘッドの形状を示す
。通誉のクロスヘッドは点線６２によって示されている
ように本実施例よりも長いガイドを必要とする。

したがって本実施例ではクロスヘッドガイドの全長の実
際の低減という利点が得られ、このことは使用すべき一
連接俸の全長を短くシ、こうして機械全体の高さの節約
、ひいてはＮ量とコストの相応した低減を与える。

第６実施例 多くの用途において、常用のはねかげ崗滑方式はパッド
の表面と協働するガイド表面に十分な潤滑材を供給して
、十分な流体膜を与える。

しかしこの方式は他の機械、例えば著しく低速。

の機関では該当せず、潤滑材の別個の供給が必要であろ
う。このような例が第１１図に示されている。本実施例
では潤滑材はスプレーまたはノズル６３によって案内面
６５上を往復するときのパッド６４の交互に変わる先導
端縁に向けられる。

第７実施例 第１２図に示された本実施例では、支持コラム６７とパ
ッド６４を通ってみぞ６８に達する通路６６によって潤
滑材が供給される。みぞ６８はパッド面に交互に変わる
先導端縁に平行に延びている。

潤滑材を供給系から連接棒とクロスへラドビンへ給油す
ると有利である。

第８実施例 往復動機械の第６の構成が第１３図から第１７図に示さ
れている。一往復動機械はパッド７０を備えており、パ
ッドγ０は往復動部分７３に形成された対応する形状の
カップ状凹所によって構成された面７２内に支持された
部分円筒状の背面から成る面７１を有しており、面７１
と７２の円筒形状の軸線は矢印７４によって示される運
動の方向に対して垂直である。パッド７０面は固定の案
内面７５と協働し、案内面７５は例えばシリンダ孔であ
ってよい。パッドは両側の７ランジ７６によって円筒状
のカップ状凹所内に配置されているが、他の構成も優れ
ている。パッドは支持面７１と７２の相対的な滑り運動
によって傾動することができる。

面γ１が相対運動の方向に対して平行な平面内に凸面状
に湾曲せしめられた適切な形状を持っていることが推奨
され、かつカップ状凹所も対応する形状を持つ。例えば
これらの面は部分球面または回転楕円面の部分であって
よい。

多くの用途、例えは内燃機関において、作業環境が油の
ミストやはね返りを包含しており、かつ油膜が支持面７
１と７２との間に存在するものと考えられるので、パッ
ドの傾動を阻止するような犀擦力はきわめて小さいもの
となろう。

若干の用途では潤滑膜はミスト環境と、ピストンがシリ
ンダの一方の側から他方の側へストロークの終わりに横
断するときのスクイーズ効果とによって十分に維持され
よう。

第９実施例 第１５図に示された本実施例では静圧流体潤滑方式が配
慮されている。潤滑材は往復動部分７３内の通路Ｔ７を
通ってパッドでおおわれたみそ７８へ供給される。この
みぞ７８から潤滑材が面７１と７２間に広がることが可
能である。

このことは、ピストンで往復動の間はピストンの負荷の
かからない側でパッドを、かつストロークの上死点と下
死点ではすべてのパッドを、パッドの後方のカップ状凹
所に潤滑材を供給することによってダンピングするとい
う付加的な利点が与える。これはピストンの衝突を失く
すかまたは減じることになる。

第１１実施例 第１６図に示された実施例では、通路７９がパッド７０
の中心を通ってパッド面からパッドの背面に設げられた
凹所８０まで延びている。

こうして高圧潤滑材は表面の潤滑膜から凹所８０へ供給
され、凹所８０で潤滑材はパッドに対して静圧的な”リ
フト”作用を与え、かつ面７１と７２間で油膜を維持す
る。

他の方法は、面７１．７２のいずれかにアンチフレツチ
ング性のドライ潤滑材、例えばポリテトラフルオロエチ
レン（ｐ、ｔ、ｆ、ｅ、　）で塗布することである。あ
るいは両面を処理して最適な協働効果を得てもよい。例
えはアルミニウム合金製のピストンには、プラスチック
表面を持つパッドと良好に協働するためには硬質陽極処
理されたカップ状表面を設けることができる。

他の可能な処理は硬化またはメッキである。

潤滑材は前記の方法の１つによってパッド面および案内
面へ供給される。

第１１実施例 第１７図に示された本実施例では、本発明による、第６
の構成を持つパッドが内燃機関のピストンに適用されて
いる。クロスへラドピンの軸線８１に対して垂直な平面
８２内にあり、かつ軸線８１０両側に作用する横方向の
力は軸線８１の上下に展開された１つの相対的に大きな
パッド８４と２つの相対的に小さなパッド８３によって
吸収されるので、横方向の力は割合に応じてパッド間で
分配される。パッド８４のための円筒状の支持面の軸線
は平面８２に対して垂直であり、他方パッド８３の支持
面の軸線は平面８２０両側で平面８２に対して角度を成
している。ピストンの反対側には同様のパッドが設けら
れている（図示せず）。

これは１つの例であって、ピストンは各個に２つのパッ
ド８４と４つのパッド８３、あるいは他の荏意の好適な
数または組合わせを有していてよい。往復動の間にピス
トンが軸線を中心にして回転する場合には１つ以上のリ
ングパッドをピストンスカート８５の周面に取付げるこ
とができる。

第１７図のパッド８４のように、パッドがピストン軸線
が通過し、しかしクロスへラドピンの軸線８１に垂直な
平面８２を中心にして配置されている場合には、パッド
はピストンを案内するためには第１４図に示されている
ようなフランジによって案内されなげればならない。し
かしこのパッドの代わりに上記の平面８２０両側に互い
に角度を成して整列された２つのパッドが配置される場
合にはフランジは必要ない（カップ状凹所内にゆるく支
持されたパッドは、ピストンがシリンダ内に挿入される
前に所定位置に保持されなけれはならないが）。

本実施例は同等にクロスヘッドに適用することができ、
クロスヘッドがピストン俸に剛性的に取付けられている
（一般的な例だが）場合には、運動学的な要求は横方向
の省力に対して１つのパッドによって適合せしめられよ
う。剛性的に取付けられていない場合には谷側に対して
２つ以上のパッドが必要となろう。

上記の構成は機関圧縮機および同様の機械のピストンな
いしはクロスヘッドに適用されたので、すべてシリンダ
孔内を軸線方向に往復動している。しかし扁平な案内面
上で操作される。クロスヘッドに、また軸線に対して垂
直または傾斜した平面内の円筒状また環状のセクタ内の
ような曲線路内の往復運動にも同等に適用可能であるこ
とは理解されよう。

上記の構成ではパッドは固定の案内面に沿って滑る運動
部分に保持されているが、パッドは案内面を支持した固
定の構成部分によって保持されている構成に対しても本
発明の構成は同等に適用可能であり、例えばラムまたは
工作機械テーブルはそのようなパッド上を滑動する。

パッドは任意の適切な金属材料またはプラスチック材料
またはこれらの任意の組合せから製作することができる
。優れた材料はカーボンまたはガラスファイバで強化さ
れたポリエーテルエーテルケトンである。谷パッドの滑
り面ないしは面は他の材料で処理するか、または塗布し
て支承特性または摩耗特性を改善してもよい。

例えはアルミニウム合金製のパッドは硬質陽極処理され
た表面を有していてよく、またクロスヘッドのだめのパ
ッドはホワイトメタルでフェーシングされていてもよい
。案内面は必要により同様に処理し、かつ塗布すること
ができる。

范付図面において油膜の厚さおよびパッドの傾斜角度は
判り易くするために誇張して書かれている。実際には両
者ともきわめて小さいものである。

発明の効果 冒頭に記載の形式の往復動機械を本発明のように構成す
ることにより、傾動するパッドによって負荷率の増大、
したがって滑り案内面の面積のオーダ１０の減少が可能
になり、その結果機械の全体的な効率の著しい改善が得
られる。

内燃機関の場合には所定の出力で燃料の４％の節約を与
えるものと見積られている。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は公知の往復動機械を示した図、第６図
は本発明による往復動機械の１実施例を示した図、第４
図は第６図による往復動機械を内燃機関または圧縮機の
ピストンに適用した実施例を示した、第５図のＩＶ−Ｉ
Ｖ線に沿った断面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線に沿っ
た断面図、第６図は、第６図に示された構成のパッドが
シリンダまたはライナー内を往復する、内燃機関のまた
は圧縮機のピストンの一部を構成している所を示し、第
７図のＶＩ　−ＶＩ線に沿って断面した図、第７図は第
６図の■−■線に沿つて断面した図、第８図は本発明に
よる往復動機械の別の例の部分図、第９図は第８図によ
るパッドの傾動の仕方を示した略示図、第１０図は第８
図に示された構成のパッドを組入れたクロスヘッドとし
て構成された往復動機械を示した図、第１１図は第６図
に示された構成のパッドに潤滑剤を供給する方法を示し
た図、第１２図は第１１図とは別の潤滑の方法を示した
図、第１−６図は本発明による往復動機械の６番目の実
施例を示す図、第１４図は第１６図のｘｒｖ−ｘｒｖ線
に沿った断面図、第１５図は第１６図に示された構成の
パッドを潤滑するための方法を示した図、第１６図は第
１５図とは別の潤滑の方法を示した図、第１７図は第１
６図で示された構成のパッドを内燃機関または圧縮機の
ピストンに使用した例を示す図である。 １・・・クランク、２・・・連接棒、３・・・ピボット
、４・・・ピストンまたはクロスヘッド、５・・・シリ
ンダまたはガイド、６，８・・・力、９・・・面、９ａ
・・・潤滑材膜、１０・・・矢印、１１・・・案内面、
１２・・・向夏、２２・・・パッド、２３・・・往復動
部分、２４・・・コラム、２５・・矢印、２６・・案内
面、２７・・・潤滑材膜、２８・・・矢印、２９　・点
線、３０・・クラウニング部、３１・・・全長、３２・
・・パッド、３３・・・ピストン、３４・・・コラム、
３５・・矢印、３６・・・シリンダ孔、３８・・ピスト
ン、３９・・・シリンダ、４０・・連接棒、４１・・ク
ロスへラドピン、４２・・・テイルテイングパツド、４
３・・・パッド、４４・・・コラム、４５・・・往復動
部分、４６・・面、４７・・・軸線、４８・・点、４９
．５０・・・矢印、５５・・クロスヘッド、５６・・・
ピストンＬ５７・・・連接棒、５８・・・ピン、５９・
・・ガイド、６０・・パッド、６１．６２・・・点線、
６３・・・スプレーまたはノズル、６４・・パッド、６
５・・案内面、６６・・通路、６Ｔ・・支持コラム、６
８・・・みぞ、７０・・・パッド、７１．７２・・・面
、７３・・往復動部分、７４・・・矢印、７５・・案内
面、７６・・７ランジ、７７・・・通路、７８・・・み
ぞ、７９・・・通路、８０・・・凹所、８１・・軸線、
８２・・・平面、８３．８４・・／姿ツド、８５・・・
ピストンスカート。 図面の浄書（内容に変更なし） ＥＧ、に、　　　　２２　　／　Ｆｔ７）・・２３往慣
働部奈 ２６零内乱 ３２　ハ０−ｙド ３３イ域ｉ蹄 千２バット 釉面 ｆ７ａ、／１ ｑ３性惺勅部分 ワ５゛１づｐす６わ Ｅｃ、／４゜ 手続補正書（方式）（自発） 昭和６０年　Φ月ＩＱ日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、往復動部分と共働する案内面とから成る往復動機械
   であって、往復動部分が相互間に液状潤滑材を有して案
   内面上を往復滑り運動するようになっている形式のもの
   において、単数または複数のパッド（２２；３２；４２
   ；４３；６０：７０；８４）が往復動部分（２３；３３
   ：３８；４５；５５；７３；８５）または案内面（２６
   ；３６；４６；５９；７５）に設けられていて、しかも
   パッドが往復滑り運動の間傾動して往復動部分と案内面
   との間に先導端縁が常時より大きな厚さを持ったくさび
   状の油圧分布を持つ潤滑材膜を形成せしめるようにパッ
   ドが傾動可能に支持されていることを特徴とする、往復
   動機械。 ２、パッド（２２）が共働する案内面に対して垂直な平
   面内並びに相対運動の方向に対して平行な平面内で凸面
   状に湾曲した滑り面を持っている、特許請求の範囲第１
   項記載の往復動機械。 ３、パッド（２２；３２；４２；４３；６０）が単数ま
   たは複数のたわみ性の結合部（２４；３４；４４）に取
   付けられており、該結合部がたわんでパッドを傾動させ
   てくさび状の油圧分布を形成するように構成されている
   、特許請求の範囲第１項または第２項記載の往復動機械
   。 ４、パッド（４３）が２つの、結合部として構成された
   たわみ性のコラム（４４）に取付けられており、該コラ
   ムがパッドと往復動部分または案内面との間に結合され
   ており、２つのコラムが相対運動の方向に対して平行な
   方向で相互間隔を置いて配置されており、かつ２つのコ
   ラムの延長線がパッドのコラムが取付けられた側と反対
   の側の１点で交わっている、特許請求の範囲第３項記載
   の往復動機械。 ５、パッド（７０）が相対運動の方向に対して平行な平
   面内で凸面状に湾曲した背面を有しており、該背面が往
   復動部分または案内面に形成された、対応する形状を持
   ったカップ状凹所（７２）内に支持されている、特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の往復動機械。 ６、液状潤滑材がパッド（７０）の背面（７１）とカッ
   プ状凹所（７２）との間に加圧潤滑材の供給によって導
   入されるようになっている、特許請求の範囲第５項記載
   の往復動機械。 ７、液状潤滑材がパッドの滑り面から流出するようにな
   っている、特許請求の範囲第５項記載の往復動機械。 ８、強制潤滑がパッドに対して行なわれるように構成さ
   れている、特許請求の範囲第１項から第６項までのいず
   れか１つの項記載の往復動機械。 ９、パッドに対する潤滑がパッドの先導端縁に沿って設
   けられたみぞ（６８）によって行なわれ、しかも加圧潤
   滑材の供給によって行なわれるように構成されている、
   特許請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１つの
   項記載の往復動機械。 １０、往復動部分が内燃機関または圧縮機のピストン（
   ８５）として構成されており、該ピストンがパッド（８
   ４）の取付けられたスカートを有しており、かつピスト
   ンが案内面を形成する、所属のシリンダまたはライナー
   内を往復するように構成されている、特許請求の範囲第
   １項から第９項までのいずれか１つの項記載の往復動機
   械。