JP2003120665A

JP2003120665A - スラストころ軸受の設計方法

Info

Publication number: JP2003120665A
Application number: JP2001316395A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sada; 隆佐田
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2003-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】適切な寸法のスラストころ軸受を簡単に設計
する。【解決手段】相対的なスクロール運動をする２つの軌
道輪10,11と、両軌道輪10,11の互いに対向する面に形成
された対応する２つの円形ポケット13,14内にそれぞれ
配された複数の両円錐ころ12とを備えており、両円錐こ
ろ12の両円錐部12aの円錐面全体にそれぞれクラウニン
グが施され、両円錐部12aの頂角がそれぞれ９０度とな
されたスラストころ軸受B1を設計する方法である。クラ
ウニングの曲率半径をＲ、ピッチ円径をｄ_ｍ、両円錐こ
ろ12の数をＺとした場合のポケット13,14１対あたりの
基本動定格荷重を所定の式(a-1)、ポケット13,14１対あ
たりの定格寿命を所定の式(a-2)とし、両式(a-1)(a-2)
を用いて所定の式(a-3)で表される軸受全体の定格寿命
Ｌ_１０が所定値以上となるように、両円錐ころ12のクラ
ウニングの曲率半径Ｒ、ピッチ円径ｄ_ｍおよび両円錐こ
ろ12の数Ｚを決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえばスクロ
ール型圧縮機においてスラスト力を支持するのに用いら
れるスラストころ軸受の設計方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】スクロール型圧縮機は回転式圧縮機の１
種で、流体の圧縮が連続的に行われるものであり、従来
の往復式等の圧縮機に比較して、トルク変動や振動が少
なく、高速運転が可能であることから、近年実用化が進
められている。

【０００３】このようなスクロール型圧縮機の構成の１
例を図１に示す。

【０００４】図１において、スクロール型圧縮機は、ハ
ウジング(1)内に、渦巻き体(2)を有する固定スクロール
部材(3)が固定され、同じくハウジング(1)内に渦巻き体
(2)に噛み合う渦巻き体(4)を有する公転スクロール部材
(5)がスラストころ軸受(B)により、自転はしないが公転
自在に支持され、公転スクロール部材(5)がクランクピ
ン(6)を有する駆動軸(7)を介して、図示しない駆動源に
連結されたものである。公転スクロール部材(5)は、公
転中心軸Ｏの周りに公転半径ｏとなるように公転するよ
うになっている。

【０００５】そして、クランクピン(6)の回転駆動によ
り、公転スクロール部材(5)が、固定スクロール部材(3)
に対して自転することなく公転し、ハウジング(1)の吸
入口（図示略）から吸入された流体が、両渦巻き体(2)
(4)間に形成される圧縮室において圧縮された後、ハウ
ジング(1)の吐出口（図示略）から吐出されるようにな
っている。

【０００６】スラストころ軸受(B)としては、図２およ
び図３、図４、図５、ならびに図６に示す構造のものが
用いられる。

【０００７】図２および図３に示すスラストころ軸受(B
1)は、相対的なスクロール運動をする２つの軌道輪(10)
(11)と、両軌道輪(10)(11)間に介在させられた複数の両
円錐ころ(12)とを備えている。両軌道輪(10)(11)の互い
に対向する面に、それぞれ底面が平坦面となされた複数
の円形ポケット(13)(14)が周方向に間隔をおいて形成さ
れるとともに、一方の軌道輪(10)の各円形ポケット(13)
とこれに対応する他方の軌道輪(11)の各円形ポケット(1
4)とが同方向に同一量偏心しており、両軌道輪(10)(11)
の対応する２つの円形ポケット(13)(14)内にそれぞれ１
個の両円錐ころ(12)が配されている。

【０００８】両円錐ころ(12)は、同軸上に位置しかつ底
部を共有する２つの円錐部(12a)からなる。両円錐ころ
(12)の両円錐部(12a)の円錐面全体にそれぞれ曲率半径
Ｒのクラウニングが施されている。クラウニングの外周
輪郭形状は、円錐面の母線全長にわたって単一の曲率半
径を有する円弧状となされており、両円錐ころ(12)の両
円錐部(12a)はそれぞれ円形ポケット(13)(14)の底面に
接触する。また、両円錐ころ(12)の両円錐部(12a)の頂
角θはそれぞれ９０度である。

【０００９】一方の軌道輪(10)の円形ポケット(13)とこ
れに対応する他方の軌道輪(11)の各円形ポケット(14)と
の偏心量Ｅは、公転スクロール部材(5)の公転半径ｏに
等しい。また、両円錐ころ(12)の重心Ｇの軌跡をピッチ
円径ｄ_ｍとすると、ピッチ円径ｄ_ｍは上記偏心量Ｅに等
しい。

【００１０】図４に示すスラストころ軸受(B2)は、両円
錐ころ(15)の両円錐部(15a)の円錐面にクラウニングが
施されていないことを除いては、図２および図３に示す
スラストころ軸受(B1)と同じ構成である。そして、両円
錐ころ(15)の両円錐部(15a)はそれぞれ両円形ポケット
(13)(14)の底面に接触する。

【００１１】図５に示すスラストころ軸受(B3)は、両円
錐ころ(16)の両円錐部(16a)の底部間にくびれ部(16b)が
形成されていること、および両円錐部(16a)の頂角θが
それぞれ９０度ではないことを除いては、図２および図
３に示すスラストころ軸受(B1)と同じ構成である。

【００１２】図６に示すスラストころ軸受(B4)は、両円
錐ころ(17)の両円錐部(17a)の底部間にくびれ部(17b)が
形成されていること、および両円錐部(17a)の頂角がそ
れぞれ９０度ではないことを除いては、図４に示すスラ
ストころ軸受(B2)と同じ構成である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的な転
がり軸受については、寿命計算式が規格化されており
（ISO２８１、JIS B１５１８等）、この寿命計算式を用
いることによって、要求寿命に対して適切な寸法の軸受
を設計、選定することができるようになっている。

【００１４】しかしながら、上述したようなスラストこ
ろ軸受(B1)〜(B4)については、未だ寿命計算式が確立さ
れておらず、軸受寿命を予測することができず、耐久試
験により実際の寿命を把握した上で、適切な寸法を決定
しているのが現状である。

【００１５】この発明は上記実情に鑑みてなされたもの
であって、適切な寸法の軸受を簡単に設計することがで
きるスラストころ軸受の設計方法を提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段と発明の効果】請求項１の
発明によるスラストころ軸受の設計方法は、相対的なス
クロール運動をする２つの軌道輪と、両軌道輪間に介在
させられた複数の両円錐ころとを備えており、両軌道輪
の互いに対向する面に、それぞれ底面が平坦面となされ
た複数の円形ポケットが周方向に間隔をおいて形成され
るとともに、一方の軌道輪の各円形ポケットとこれに対
応する他方の軌道輪の各円形ポケットとが同方向に同一
量偏心しており、両円錐ころの両円錐部の円錐面全体に
それぞれクラウニングが施されているとともに、両円錐
部の頂角がそれぞれ９０度となされており、両軌道輪の
対応する２つの円形ポケット内にそれぞれ１個の両円錐
ころが配されているスラストころ軸受の設計方法であっ
て、クラウニングの曲率半径をＲ、ピッチ円径をｄ_ｍ、
両円錐ころの数をＺとした場合のポケット１対あたりの
基本動定格荷重を式(a-1)、ポケット１対あたりの定格
寿命を式(a-2)とし、両式(a-1)(a-2)を用いて式(a-3)で
表される軸受全体の定格寿命Ｌ_１０が所定値以上となる
ように、両円錐ころのクラウニングの曲率半径Ｒ、ピッ
チ円径ｄ_ｍおよび両円錐ころ数Ｚを決定することを特徴
とするものである。

【００１７】

【数１３】

【数１４】

【数１５】ここで、Ｐ：ポケット１対あたりの荷重 η、λ：係数請求項２の発明によるスラストころ軸受の設計方法は、
相対的なスクロール運動をする２つの軌道輪と、両軌道
輪間に介在させられた複数の両円錐ころとを備えてお
り、両軌道輪の互いに対向する面に、それぞれ底面が平
坦面となされた複数の円形ポケットが周方向に間隔をお
いて形成されるとともに、一方の軌道輪の各円形ポケッ
トとこれに対応する他方の軌道輪の各円形ポケットとが
同方向に同一量偏心しており、両円錐ころの両円錐部の
頂角がそれぞれ９０度となされており、両軌道輪の対応
する２つの円形ポケット内にそれぞれ１個の両円錐ころ
が配されているスラストころ軸受の設計方法であって、
両円錐ころの両円錐部と円形ポケット底面との有効接触
長さをｌ_ｅｆｆ、ピッチ円径をｄ_ｍ、両円錐ころの数を
Ｚとした場合のポケット１対あたりの基本動定格荷重を
式(b-1)、ポケット１対あたりの定格寿命を式(b-2)と
し、両式(b-1)(b-2)を用いて式(b-3)で表される軸受全
体の定格寿命Ｌ_１０が所定値以上となるように、両円錐
ころの両円錐部と円形ポケット底面との有効接触長さｌ
_ｅｆｆ、ピッチ円径ｄ_ｍおよび両円錐ころ数Ｚを決定す
ることを特徴とするものである。

【００１８】

【数１６】

【数１７】

【数１８】ここで、Ｐ：ポケット１対あたりの荷重 η、λ、ν：係数請求項３の発明によるスラストころ軸受の設計方法は、
相対的なスクロール運動をする２つの軌道輪と、両軌道
輪間に介在させられた複数の両円錐ころとを備えてお
り、両軌道輪の互いに対向する面に、それぞれ底面が平
坦面となされた複数の円形ポケットが周方向に間隔をお
いて形成されるとともに、一方の軌道輪の各円形ポケッ
トとこれに対応する他方の軌道輪の各円形ポケットとが
同方向に同一量偏心しており、両円錐ころの両円錐部の
円錐面全体にそれぞれクラウニングが施されているとと
もに、両円錐部の頂角がそれぞれ９０度ではなく、両軌
道輪の対応する２つの円形ポケット内にそれぞれ１個の
両円錐ころが配されているスラストころ軸受の設計方法
であって、クラウニングの曲率半径をＲ、ピッチ円径を
ｄ_ｍ、両円錐部の頂角をθ、両円錐ころの数をＺとした
場合のポケット１対あたりの基本動定格荷重を式(c-
1)、ポケット１対あたりの定格寿命を式(c-2)とし、両
式(c-1)(c-2)を用いて式(c-3)で表される軸受全体の定
格寿命Ｌ_１０が所定値以上となるように、両円錐ころの
クラウニングの曲率半径Ｒ、ピッチ円径ｄ_ｍ、両円錐部
の頂角をθおよび両円錐ころ数Ｚを決定することを特徴
とするものである。

【００１９】

【数１９】

【数２０】

【数２１】ここで、Ｐ：ポケット１対あたりの荷重 η、λ：係数請求項４の発明によるスラストころ軸受の設計方法は、
相対的なスクロール運動をする２つの軌道輪と、両軌道
輪間に介在させられた複数の両円錐ころとを備えてお
り、両軌道輪の互いに対向する面に、それぞれ底面が平
坦面となされた複数の円形ポケットが周方向に間隔をお
いて形成されるとともに、一方の軌道輪の各円形ポケッ
トとこれに対応する他方の軌道輪の各円形ポケットとが
同方向に同一量偏心しており、両円錐ころの両円錐部の
頂角がそれぞれ９０度ではなく、両軌道輪の対応する２
つの円形ポケット内にそれぞれ１個の両円錐ころが配さ
れているスラストころ軸受の設計方法であって、両円錐
ころの両円錐部と円形ポケット底面との有効接触長さを
ｌ_ｅｆｆ、ピッチ円径をｄ_ｍ、両円錐ころの数をＺとし
た場合のポケット１対あたりの基本動定格荷重を式(d-
1)、ポケット１対あたりの定格寿命を式(d-2)とし、両
式(d-1)(d-2)を用いて式(d-3)で表される軸受全体の定
格寿命Ｌ_１０が所定値以上となるように、両円錐ころの
両円錐部と円形ポケット底面との有効接触長さ
ｌ_ｅｆｆ、ピッチ円径ｄ_ｍおよび両円錐ころ数Ｚを決定
することを特徴とするものである。

【００２０】

【数２２】

【数２３】

【数２４】ここで、Ｐ：ポケット１対あたりの荷重 η、λ、ν：係数請求項１〜４の発明によれば、適切な寸法のスラストこ
ろ軸受を簡単に設計することができるので、実際に長時
間にわたる耐久試験を行う必要がなくなる。

【００２１】

【発明の実施形態】以下、この発明の設計方法につい
て、具体的に説明する。

【００２２】ここで、以下の説明に用いられる記号を、
表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】実施形態１この実施形態は、図２および図３に示すスラストころ軸
受(B1)の設計方法である。

【００２５】まず、スラストころ軸受(B1)の両軌道輪(1
0)(11)に形成された１対の円形ポケット(13)(14)を接触
角α＝９０度の１つの点接触スラスト軸受と考え、Lund
berg−Palmgren理論からポケット(13)(14)１対あたりの
基本動定格荷重Ｃ_ｎを導出し、ついでこの基本動定格荷
重Ｃ_ｎからポケット(13)(14)１対あたりの定格荷重Ｌ _ｎ
を求め、最後に軸受(B1)全体の定格寿命Ｌ_１０を求め
る。

【００２６】Lundberg−Palmgren理論における点接触軸
受の寿命Ｌ（×１０^６回転）＝１の場合の平均転動体荷
重Ｑｃは、次の式(1-1)の通りである。

【００２７】

【数２５】

【００２８】式(1-1)中のφは次の式(1-2)で表される。

【００２９】

【数２６】

【００３０】スラストころ軸受(B1)においては、式(1-
1)、式(1-2)中のころ径Ｄ_ａの代わりに、図７に示すピ
ッチ円上のころ断面（図３のｊ−ｊ線断面）における等
価転動体径Ｄ_ｅｑを用いる。式(1-1)および(1-2)中のＤ
_ａをＤ_ｅｑに置き換えるとともに、定数ｃ＝３１／３、
ｈ＝７／３およびｅ＝１０／９を代入すると、それぞれ
式(1-3)、式(1-4)となる。

【００３１】

【数２７】

【００３２】

【数２８】

【００３３】スラストころ軸受(B1)の場合、接触角９０
度のスラストころ軸受と同様に、軌道長さは上下の軌道
で同一である。

【００３４】すなわち、Ｄ_ｎ（Ｄ_ｉ＝Ｄ_ｅ）＝ｄ_ｍ …(1-5) また、一方の軌道輪(10)が他方の軌道輪(11)に対して相
対的に１回転する間に、ころ(12)も両軌道輪(10)(11)の
ポケット(13)(14)内を１回転（公転）するので、ｕ＝１…(1-6) である。

【００３５】式(1-5)および式(1-6)を式(1-4)に代入し
て、次式(1-7)が得られる。

【００３６】

【数２９】

【００３７】ここで、Lundberg−Palmgren理論において
用いられているHertz接触に関する近似式（後述する式
(1-15)）を使用するため、式(1-7)中のＤ_ａΣρを変形
する。まず、接触だ円の形状に関するHertz式中の関数
Ｆにスラストころ軸受(B1)の寸法を代入して、式(1-8)
が得られる。

【００３８】

【数３０】

【００３９】故に

【数３１】

【００４０】また、曲率の総和Σρは式(1-10)で求めら
れる。

【００４１】

【数３２】

【００４２】式(1-9)に式(1-10)を加えると次の式(1-1
1)となり、

【数３３】

【００４３】Ｄ_ａΣρは次式(1-12)で表されることにな
る。

【００４４】

【数３４】

【００４５】式(1-12)を式(1-7)に代入すると次の式(1-
13)となり、

【数３５】

【００４６】ωは次の式(1-14)で表される。

【００４７】

【数３６】

【００４８】Lundberg−Palmgren理論においては、この
ωに対して次の近似式(1-15)を与えている。

【００４９】

【数３７】

【００５０】スラストころ軸受(B1)では、軌道溝半径ｒ
＝∞、接触角α＝９０度であるから、式(1-15)は次式(1
-16)で表されることになり、

【数３８】

【００５１】この式(1-16)を式(1-13)に代入すると、φ
は次の式(1-17)で表されることになる。

【００５２】

【数３９】

【００５３】故に、式(1-3)より式(1-18)が得られる。

【００５４】

【数４０】

【００５５】ここで、Ａ_１＝Ａ／(1.3×0.068552)であ
り、またＡ＝１０であるから、寿命Ｌ（×１０^６回転）
＝１の場合の平均転動体荷重Ｑ_ｃは次の式(1-19)で表さ
れることになる。

【００５６】

【数４１】

【００５７】式(1-19)に含まれる等価転動体直径Ｄ_ｅｑ
は、その半径が、円形ポケット(13)(14)との接触点にお
ける両円錐ころ(12)の転がり方向断面の曲率半径ｒ_ｅｑ
に等しい円の直径である。任意のｘ位置における曲率半
径ｒ_ｅｑは次式(1-20)で表されるので、

【数４２】

【００５８】等価転動体直径Ｄ_ｅｑ(x)は次式(1-21)と
なる。

【００５９】

【数４３】

【００６０】円錐部(12a)の頂角θが９０度の場合、転
がり方向断面（図８(a)のｖ−ｖ線断面）の輪郭は図８
(b)に示すように放物線となり、この放物線は次式(1-2
2)により表される。

【００６１】

【数４４】

【００６２】式(1-22)を式(1-21)に代入すると、次式(1
-23)が得られる。

【００６３】

【数４５】

【００６４】円形ポケット(13)(14)との接触点における
等価転動体直径Ｄ_ｅｑは、ｘ＝０の点におけるＤ
_ｅｑ(x)であるから、式(1-23)にｘ＝０を代入して、次
式(1-24)が得られる。

【００６５】

【数４６】

【００６６】図８より、放物線上の点（ｘ_１，ｘ_２）は
次式(1-25)、(1-26)、(1-27)および(1-28)で表される。

【００６７】

【数４７】

【００６８】

【数４８】

【００６９】

【数４９】

【００７０】

【数５０】

【００７１】式(1-23)に式(1-25)〜(1-28)を代入する
と、次式(1-29)が得られる。

【００７２】

【数５１】

【００７３】さらに、式(1-29)を式(1-24)に代入して、
次式(1-30)が得られる。

【００７４】

【数５２】

【００７５】先に述べたように、スラストころ軸受(B1)
では、ピッチ円上における等価転動体直径を用いるの
で、式(1-30)にｌ＝ｄ_ｍ／２を代入すると、

【数５３】

【００７６】となる。この式(1-31)を式(1-19)に代入す
ることによって、スラストころ軸受(B1)における寿命Ｌ
（×１０^６回転）＝１のときの平均転動耐荷重Ｑ_ｃが次
式(1-32)の通り得られる。

【００７７】

【数５４】

【００７８】さらに、円形ポケット(13)(14)１対あたり
の基本動定格荷重Ｃ_ｎは次のようにして求められる。

【００７９】上下の円形ポケット(13)(14)の基本動定格
荷重をそれぞれＣ_ｉ、Ｃ_ｅとすると、ポケット(13)(14)
１対あたりの基本動定格荷重Ｃ_ｎは、次の式(1-33)で表
される。

【００８０】

【数５５】

【００８１】また、Lundberg−Palmgren理論において、
スラスト軸受の基本動定格荷重は次式で与えられてい
る。

【００８２】Ｃ_ｉ＝Ｑ_ｃｉＺsinα Ｃ_ｅ＝Ｑ_ｃｅＺsinα スラストころ軸受(B1)では、上下の軌道輪(10)(11)の円
形ポケット(13)(14)の基本動定格荷重は等しく、円形ポ
ケット(13)(14)１対あたりのころ数Ｚ＝１、接触角α＝
９０度であるから、Ｃ_ｉ＝Ｃ_ｅ＝Ｑ_ｃとなる。

【００８３】また、点接触軸受ではｗ＝１０／３である
から、ポケット(13)(14)１対あたりの基本動定格荷重Ｃ
_ｎは、Ｃ_ｎ＝２^−０．３Ｑ_ｃ …(1-34) となる。

【００８４】式(1-34)に減少係数ηλ（Lundberg−Palm
gren理論においては、単列スラスト玉軸受に対し、０．
６を与えている。）を導入するとともに、式(1-19)を代
入すると、ポケット(13)(14)１対あたりの基本動定格荷
重Ｃ_ｎが得られる（式(a-1)参照）。

【００８５】

【数５６】

【００８６】ここで、ポケット(13)(14)１対あたりの定
格寿命Ｌ_ｎは式(a-2)で表されるから、

【数５７】

【００８７】軸受(B1)全体の定格寿命Ｌ_１０は次の式(a
-3)の通りになる。

【００８８】

【数５８】

【００８９】そして、式(a-3)で表される軸受(B1)全体
の定格寿命Ｌ_１０が所定値以上となるように、両円錐こ
ろ(12)のクラウニングの曲率半径Ｒ、ピッチ円径ｄ_ｍお
よび両円錐ころ(12)の数Ｚを決定する。こうして、スラ
ストころ軸受(B1)が設計される。

【００９０】実施形態２この実施形態は、図４に示すスラストころ軸受(B2)の設
計方法である。

【００９１】スラストころ軸受(B2)については、両軌道
輪(10)(11)に形成された１対の円形ポケット(13)(14)を
接触角α＝９０度の線接触スラスト軸受と考え、基本動
定格荷重Ｃ_ｎを導出する。

【００９２】Lundberg−Palmgren理論における線接触軸
受の寿命Ｌ（×１０^６回転）＝１の場合の平均転動体荷
重Ｑ_ｃは、次の式(2-1)で表され、式(2-1)中のΨは次の
式(2-2)で表される。

【００９３】

【数５９】

【００９４】

【数６０】

【００９５】実施形態１のスラストころ軸受(B1)と同様
に、式(2-1)、式(2-2)中のころ径Ｄ _ａの代わりに等価転
動体直径Ｄ_ｅｑを用いる。式(2-1)および(2-2)中のＤ_ａ
をＤ _ｅｑとするとともに、定数ｃ＝３１／３、ｈ＝７／
３、ｅ＝９／８を代入すると、それぞれ式(2-3)および
(2-4)となる。

【００９６】

【数６１】

【００９７】

【数６２】

【００９８】式(2-3)におけるＢ_１は、通常の転がり軸
受を用いた実験により３．５１７×Ａ_１ ^{２０／２７}と求
められている。また、曲率の総和Σρ＝２／Ｄ_ｅｑよ
り、Ｄ _ｅｑΣρ＝２である。また、軌道径Ｄ_ｎは、この
種のスラストころ軸受ではピッチ円径ｄ_ｍに等しい。さ
らに、一方の軌道輪(10)が他方の軌道輪(11)に対して相
対的に１回転する間に、両円錐ころ(15)も両軌道輪(10)
(11)の円形ポケット(13)(14)内を１回転（公転）するの
で、ｕ＝１である。したがって、寿命Ｌ（×１０ ^６回
転）＝１の場合の平均転動体荷重Ｑ_ｃは、次の式(2-5)
で表されることになる。

【００９９】

【数６３】

【０１００】実施形態１のスラストころ軸受(B1)と同様
にＤ_ｅｑ＝ｄ_ｍであるので、Ｑ_ｃは次の式(2-6)で表さ
れることになる。

【０１０１】

【数６４】

【０１０２】上下の円形ポケット(13)(14)の基本動定格
荷重をＣ_ｉ、Ｃ_ｅとすると、ポケット(13)(14)１対あた
りの基本動定格荷重Ｃ_ｎは、次の式(2-7)で表される。

【０１０３】

【数６５】

【０１０４】実施形態１のスラストころ軸受(B1)と同様
に、スラストころ軸受(B2)ではＣ_ｉ＝Ｃ_ｅ＝Ｑ_ｃとな
る。また、線接触軸受ではｗ＝９／２であるから、ポケ
ット(13)(14)１対あたりの基本動定格荷重Ｃｎは、次の
式(2-8)で表されることになる。

【０１０５】

【数６６】

【０１０６】式(2-8)に減少係数ηλν（ηλν＝０．
６とする）を導入するとともに、式(2-6)を代入する
と、式(b-1)の通り、ポケット(13)(14)１対あたりの基
本動定格荷重Ｃ_ｎが得られる。

【０１０７】

【数６７】

【０１０８】ここで、ポケット(13)(14)１対あたりあた
りの定格寿命Ｌ_ｎは式(b-2)で表されるから、

【数６８】

【０１０９】軸受(B2)全体の定格寿命Ｌ_１０は次の式(b
-3)の通りになる。

【０１１０】

【数６９】

【０１１１】そして、式(b-3)で表される軸受(B2)全体
の定格寿命Ｌ_１０が所定値以上となるように、両円錐こ
ろ(15)の両円錐部(15a)と円形ポケット(13)(14)底面と
の有効接触長さｌ_ｅｆｆ、ピッチ円径ｄ_ｍおよび両円錐
ころ(15)の数Ｚを決定する。こうして、スラストころ軸
受(B2)が設計される。

【０１１２】実施形態３この実施形態は、図５に示すスラストころ軸受(B3)の設
計方法である。

【０１１３】スラストころ軸受(B3)については、１対の
円形ポケット(13)(14)を接触角α＝９０度の点接触スラ
スト軸受と考える。したがって、寿命Ｌ（×１０^６回
転）＝１の場合の平均転動体荷重Ｑｃは、実施形態１の
スラストころ軸受(B1)と同じく、次の式(3-1)となる。

【０１１４】

【数７０】

【０１１５】この実施形態では、両円錐ころ(16)の両円
錐部(16a)の頂角θが９０度ではない。以下、頂角θが
０度＜θ＜９０度の場合と、９０度＜θ＜１８０度の場
合について、式(3-1)中の等価転動体直径Ｄ_ｅｑを求め
る。

【０１１６】頂角θが０度＜θ＜９０度の場合この場合、両円錐ころ(16)の転がり方向断面（図９(a)
のｓ−ｓ線断面）の輪郭は図９(b)に示すようにだ円で
あり、このだ円は次の式(3-2)により表される。

【０１１７】

【数７１】

【０１１８】この式(3-2)を変形すると、次の式(3-3)に
なる。

【０１１９】

【数７２】

【０１２０】実施形態１で示した式(1-21)に式(3-3)を
代入すると次式(3-4)が得られる。

【０１２１】

【数７３】

【０１２２】したがって、ｘ＝０の点における等価転動
体直径Ｄ_ｅｑは次式(3-5)となる。

【０１２３】

【数７４】

【０１２４】また、図９より、上記だ円の半径ａ、ｂは
それぞれ次式(3-6)、(3-7)により表される。

【０１２５】

【数７５】

【０１２６】

【数７６】

【０１２７】なお、式(3-6)中のｒ、ｈはそれぞれ次式
(3-8)、(3-9)

【数７７】

【０１２８】

【数７８】

【０１２９】である。

【０１３０】式(3-6)、(3-7)を式(3-5)に代入すると、
等価転動体直径Ｄ_ｅｑが次式(3-10)の通り得られる。

【０１３１】

【数７９】

【０１３２】頂角θが９０度＜θ＜１８０度の場合この場合、両円錐ころ(16)の転がり方向断面（図１０
(a)のｍ−ｍ線断面）の下側部分の輪郭は、図１０(b)に
示すように双曲線であり、この双曲線は次の式(3-11)に
より表される。

【０１３３】

【数８０】

【０１３４】この式(3-11)を変形すると、次の式(3-12)
になる。

【０１３５】

【数８１】

【０１３６】実施形態１で示した式(1-21)に式(3-12)を
代入すると、次式(3-13)が得られる。

【０１３７】

【数８２】

【０１３８】したがって、ｘ＝０の点における等価転動
体直径Ｄ_ｅｑは次式(3-14)となる。

【０１３９】

【数８３】

【０１４０】図１０より、上記双曲線上の２点（ｘ_１，
ｘ_２）、（ｘ_２，ｙ_２）は、次式(3-15)、(3-16)、(3-1
7)および(3-18)により表される。

【０１４１】

【数８４】

【０１４２】ｙ_１＝２ｙ_３＋ａ …(3-16)

【数８５】

【０１４３】ｙ_２＝ｙ_３＋ａ …(3-18) なお、式(3-15)〜(3-18)に含まれるｒ_１、ｈ_１、ｒ_２、
ｈ_２、ｙ_３は、それぞれ次式(3-19)、(3-20)、(3-21)、
(3-22)および(3-23)の通りである。

【０１４４】

【数８６】

【０１４５】

【数８７】

【０１４６】

【数８８】

【０１４７】

【数８９】

【０１４８】

【数９０】

【０１４９】２点の座標（ｘ_１，ｘ_２）、（ｘ_２，
ｙ_２）をそれぞれ式(3-11)に代入すると、次の式(3-2
4)、(3-25)が得られる。

【０１５０】

【数９１】

【０１５１】

【数９２】

【０１５２】式(3-24)、(3-25)を式(3-14)に代入する
と、等価転動体直径Ｄ_ｅｑが次式(3-26)の通り得られ
る。

【０１５３】

【数９３】

【０１５４】したがって、頂角θが９０度でない両円錐
ころにおいては、頂角θが０度＜θ＜９０度の場合、９
０度＜θ＜１８０度の場合のいずれの場合にも、等価円
直径Ｄ_ｅｑは等しくなる。

【０１５５】また、この実施形態のスラストころ軸受(B
3)では、円錐部(16a)の頂点からピッチ円までの距離は
ｄ_ｍ／２であるから、式(3-10)または(3-26)にｌ＝ｄ_ｍ
／２を代入すると、等価転動体直径Ｄ_ｅｑは次式(3-27)
の通りとなる。

【０１５６】

【数９４】

【０１５７】そして、式(3-1)に式(3-27)を代入するこ
とによって、スラストころ軸受(B3)における寿命Ｌ（×
１０^６回転）＝１のときの平均転動体荷重Ｑ_ｃが次式(3
-28)の通り得られる。

【０１５８】

【数９５】

【０１５９】この式(3-28)を実施形態１の式(1-34)に代
入するとともに、減少係数ηλを導入すると、式(c-1)
の通り、ポケット(13)(14)１対あたりの基本動定格荷重
Ｃｎが得られる。

【０１６０】

【数９６】

【０１６１】ここで、ポケット(13)(14)１対あたりの定
格寿命Ｌ_ｎは式(c-2)で表されるから、

【数９７】

【０１６２】軸受(B3)全体の定格寿命Ｌ_１０は次の式(c
-3)の通りになる。

【０１６３】

【数９８】

【０１６４】そして、式(c-3)で表される軸受(B3)全体
の定格寿命Ｌ_１０が所定値以上となるように、両円錐こ
ろ(16)のクラウニングの曲率半径Ｒ、ピッチ円径ｄ_ｍ、
両円錐部(16a)の頂角θおよび両円錐ころ(16)の数Ｚを
決定する。こうして、スラストころ軸受(B3)が設計され
る。

【０１６５】実施形態４この実施形態は、図６に示すスラストころ軸受(B4)の設
計方法である。

【０１６６】このスラストころ軸受(B4)については、１
対の円形ポケット(13)(14)を接触角α＝９０度の線接触
スラスト軸受と考える。したがって、寿命Ｌ（×１０^６
回転）＝１の場合の平均転動体荷重Ｑ_ｃは、実施形態２
のスラストころ軸受(B2)と同じく次の式(4-1)となる。

【０１６７】

【数９９】

【０１６８】また、実施形態３のスラストころ軸受(B3)
と同様に、両円錐ころ(17)の等価転動体直径Ｄ_ｅｑは次
式(4-2)で表される。

【０１６９】

【数１００】

【０１７０】式(4-1)に式(4-2)を代入して、次式(4-3)
が得られる。

【０１７１】

【数１０１】

【０１７２】この式(4-3)を実施形態２の式(2-8)に代入
するとともに、減少係数ηλνを導入すると、式(d-1)
の通り、ポケット(13)(14)１対あたりの基本動定格荷重
Ｃ_ｎが得られる。

【０１７３】

【数１０２】

【０１７４】ここで、ポケット(13)(14)１対あたりの定
格寿命Ｌ_ｎは式(d-2)で表されるから、

【数１０３】

【０１７５】軸受(B3)全体の定格寿命Ｌ_１０は次の式(d
-3)の通りになる。

【０１７６】

【数１０４】

【０１７７】そして、式(d-3)で表される軸受(B4)全体
の定格寿命Ｌ_１０が所定値以上となるように、両円錐こ
ろ(17)の両円錐部(17a)と円形ポケット(13)(14)底面と
の有効接触長さｌ_ｅｆｆ、ピッチ円径ｄ_ｍおよび両円錐
ころ(17)の数Ｚを決定する。こうして、スラストころ軸
受(B4)が設計される。

【図面の簡単な説明】

【図１】スラストころ軸受を使用したスクロール型圧縮
機の一例を示す縦断面図である。

【図２】スラストころ軸受の第１の具体例を示す一部切
り欠き平面図である。

【図３】図２のIII−III線拡大断面図である。

【図４】スラストころ軸受の第２の具体例を示す図３相
当の図である。

【図５】スラストころ軸受の第３の具体例を示す図３相
当の図である。

【図６】スラストころ軸受の第４の具体例を示す図３相
当の図である。

【図７】第１具体例のスラストころ軸受における両円錐
ころのピッチ円上の断面形状を示す図３のｊ−ｊ線断面
図である。

【図８】実施形態１において等価転動体直径を求めるた
めの式および式中の記号を説明する図であり、(a)は両
円錐ころの正面図、(b)は(a)のｖ−ｖ線断面における下
側部分の輪郭を示す断面図、(c)は(a)のｗ−ｗ線断面図
である。

【図９】実施形態３において等価転動体直径を求めるた
めの式および式中の記号の説明をする図であり、(a)は
両円錐ころの正面図、(b)は(a)のｓ−ｓ線断面図、(c)
は(a)のｔ−ｔ線断面図である。

【図１０】実施形態３において等価転動体直径を求める
ための式および式中の記号を説明する図であり、(a)は
両円錐ころの正面図、(b)は(a)のｍ−ｍ線断面における
下側部分の輪郭を示す断面図、(c)は(a)のｎ−ｎ線断面
図である。

【符号の説明】

(10)(11)：軌道輪 (12)(15)(16)(17)：両円錐ころ (12a)(15a)(16a)(17a)：両円錐部 (13)(14)：円形ポケット (B1)(B2)(B3)(B4)：スラストころ軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3H029 AA02 AB01 BB21 BB31 BB44 CC17 3H039 AA01 AA11 BB02 BB05 BB07 CC23 3J101 AA01 AA12 AA16 AA27 AA42 AA53 AA63 AA73 FA41 FA53

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相対的なスクロール運動をする２つの軌
道輪と、両軌道輪間に介在させられた複数の両円錐ころ
とを備えており、両軌道輪の互いに対向する面に、それ
ぞれ底面が平坦面となされた複数の円形ポケットが周方
向に間隔をおいて形成されるとともに、一方の軌道輪の
各円形ポケットとこれに対応する他方の軌道輪の各円形
ポケットとが同方向に同一量偏心しており、両円錐ころ
の両円錐部の円錐面全体にそれぞれクラウニングが施さ
れているとともに、両円錐部の頂角がそれぞれ９０度と
なされており、両軌道輪の対応する２つの円形ポケット
内にそれぞれ１個の両円錐ころが配されているスラスト
ころ軸受の設計方法であって、クラウニングの曲率半径をＲ、ピッチ円径をｄ_ｍ、両円
錐ころの数をＺとした場合のポケット１対あたりの基本
動定格荷重を式(a-1)、ポケット１対あたりの定格寿命
を式(a-2)とし、両式(a-1)(a-2)を用いて式(a-3)で表さ
れる軸受全体の定格寿命Ｌ_１０が所定値以上となるよう
に、両円錐ころのクラウニングの曲率半径Ｒ、ピッチ円
径ｄ_ｍおよび両円錐ころの数Ｚを決定することを特徴と
するスラストころ軸受の設計方法。【数１】【数２】【数３】ここで、Ｐ：ポケット１対あたりの荷重 η、λ：係数
【請求項２】相対的なスクロール運動をする２つの軌
道輪と、両軌道輪間に介在させられた複数の両円錐ころ
とを備えており、両軌道輪の互いに対向する面に、それ
ぞれ底面が平坦面となされた複数の円形ポケットが周方
向に間隔をおいて形成されるとともに、一方の軌道輪の
各円形ポケットとこれに対応する他方の軌道輪の各円形
ポケットとが同方向に同一量偏心しており、両円錐ころ
の両円錐部の頂角がそれぞれ９０度となされており、両
軌道輪の対応する２つの円形ポケット内にそれぞれ１個
の両円錐ころが配されているスラストころ軸受の設計方
法であって、両円錐ころの両円錐部と円形ポケット底面との有効接触
長さをｌ_ｅｆｆ、ピッチ円径をｄ_ｍ、両円錐ころの数を
Ｚとした場合のポケット１対あたりの基本動定格荷重を
式(b-1)、ポケット１対あたりの定格寿命を式(b-2)と
し、両式(b-1)(b-2)を用いて式(b-3)で表される軸受全
体の定格寿命Ｌ_１０が所定値以上となるように、両円錐
ころの両円錐部と円形ポケット底面との有効接触長さｌ
_ｅｆｆ、ピッチ円径ｄ_ｍおよび両円錐ころの数Ｚを決定
することを特徴とするスラストころ軸受の設計方法。【数４】【数５】【数６】ここで、Ｐ：ポケット１対あたりの荷重 η、λ、ν：係数
【請求項３】相対的なスクロール運動をする２つの軌
道輪と、両軌道輪間に介在させられた複数の両円錐ころ
とを備えており、両軌道輪の互いに対向する面に、それ
ぞれ底面が平坦面となされた複数の円形ポケットが周方
向に間隔をおいて形成されるとともに、一方の軌道輪の
各円形ポケットとこれに対応する他方の軌道輪の各円形
ポケットとが同方向に同一量偏心しており、両円錐ころ
の両円錐部の円錐面全体にそれぞれクラウニングが施さ
れているとともに、両円錐部の頂角がそれぞれ９０度で
はなく、両軌道輪の対応する２つの円形ポケット内にそ
れぞれ１個の両円錐ころが配されているスラストころ軸
受の設計方法であって、クラウニングの曲率半径をＲ、ピッチ円径をｄ_ｍ、両円
錐部の頂角をθ、両円錐ころの数をＺとした場合のポケ
ット１対あたりの基本動定格荷重を式(c-1)、ポケット
１対あたりの定格寿命を式(c-2)とし、両式(c-1)(c-2)
を用いて式(c-3)で表される軸受全体の定格寿命Ｌ_１０
が所定値以上となるように、両円錐ころのクラウニング
の曲率半径Ｒ、ピッチ円径ｄ_ｍ、両円錐部の頂角をθお
よび両円錐ころ数のＺを決定することを特徴とするスラ
ストころ軸受の設計方法。【数７】【数８】【数９】ここで、Ｐ：ポケット１対あたりの荷重 η、λ：係数
【請求項４】相対的なスクロール運動をする２つの軌
道輪と、両軌道輪間に介在させられた複数の両円錐ころ
とを備えており、両軌道輪の互いに対向する面に、それ
ぞれ底面が平坦面となされた複数の円形ポケットが周方
向に間隔をおいて形成されるとともに、一方の軌道輪の
各円形ポケットとこれに対応する他方の軌道輪の各円形
ポケットとが同方向に同一量偏心しており、両円錐ころ
の両円錐部の頂角がそれぞれ９０度ではなく、両軌道輪
の対応する２つの円形ポケット内にそれぞれ１個の両円
錐ころが配されているスラストころ軸受の設計方法であ
って、両円錐ころの両円錐部と円形ポケット底面との有効接触
長さをｌ_ｅｆｆ、ピッチ円径をｄ_ｍ、両円錐ころの数を
Ｚとした場合のポケット１対あたりの基本動定格荷重を
式(d-1)、ポケット１対あたりの定格寿命を式(d-2)と
し、両式(d-1)(d-2)を用いて式(d-3)で表される軸受全
体の定格寿命Ｌ_１０が所定値以上となるように、両円錐
ころの両円錐部と円形ポケット底面との有効接触長さｌ
_ｅｆｆ、ピッチ円径ｄ_ｍおよび両円錐ころの数Ｚを決定
することを特徴とするスラストころ軸受の設計方法。【数１０】【数１１】【数１２】ここで、Ｐ：ポケット１対あたりの荷重 η、λ、ν：係数