JP2004019898A - Rotating support device for pulley - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明に係るプーリ用回転支持装置は、例えば、自動車用空気調和装置用のコンプレッサを構成するハウジング等の固定の部分に、このコンプレッサを回転駆動する為の従動プーリを回転自在に支持したり、ベルト式無段変速機のプーリを、ハウジング等の固定の部分に回転自在に支持する為に使用する。
【0002】
【従来の技術】
自動車用空気調和装置に組み込んで冷媒を圧縮するコンプレッサは、走行用エンジンにより回転駆動する。この為、このコンプレッサの回転軸の端部に設けた従動プーリと、上記走行用エンジンのクランクシャフトの端部に固定した駆動プーリとの間に無端ベルトを掛け渡し、この無端ベルトの循環に基づいて、上記回転軸を回転駆動する様にしている。
【0003】
図5は、コンプレッサの回転軸1の回転駆動部分の構造を示している。この回転軸1は、図示しない転がり軸受により、ケーシング2内に回転自在に支持している。このケーシング2の端部外面に設けた、請求項に記載した支持部分に相当する支持筒部3の周囲に従動プーリ4を、複列アンギュラ玉軸受5により、回転自在に支持している。この従動プーリ4は、断面コ字形で全体を円環状に構成しており、上記ケーシング2の端面に固定したソレノイド6を、上記従動プーリ4の内部空間に配置している。一方、上記回転軸1の端部で上記ケーシング2から突出した部分には取付ブラケット7を固定しており、この取付ブラケット7の周囲に磁性材製の環状板8を、板ばね9を介して支持している。この環状板8は、上記ソレノイド6への非通電時には、上記板ばね9の弾力により、図5に示す様に上記従動プーリ4から離隔しているが、上記ソレノイド6への通電時にはこの従動プーリ4に向け吸着されて、この従動プーリ4から上記回転軸1への回転力の伝達を自在とする。即ち、上記ソレノイド6と上記環状板8と上記板ばね9とにより、上記従動プーリ4と上記回転軸1とを係脱する為の電磁クラッチ10を構成している。
【0004】
上述の様な、複列アンギュラ玉軸受5により従動プーリ4を回転自在に支持する構造の場合には、この従動プーリ4に掛け渡した無端ベルト11からこの従動プーリ4に多少の偏荷重が加わった場合でも、上記複列アンギュラ玉軸受5を構成する外輪12の中心軸と内輪13、13の中心軸とが不一致になる(傾斜する)事は殆どない。従って、上記複列アンギュラ玉軸受5の耐久性を十分に確保すると共に、上記従動プーリ4の回転中心が傾斜する事を防止して、上記無端ベルト11の偏摩耗を防止できる。又、上記複列アンギュラ玉軸受5を使用する場合には、軸方向の剛性を大きくできる為、電磁クラッチ10が切断された状態での、従動プーリ4の片面(図5の左側面)と環状板8の片面(図5の右側面)との間の隙間の軸方向に関する寸法を所望値に規制し易くなる。この為、電磁クラッチ10の断接状態を確実に切り換える事ができると共に、この電磁クラッチ10の切断時に、上記従動プーリ4と環状板8とが擦れ合う事を防止して、これら各部材4、8の摩耗及び異音の発生を抑える事ができる。
【0005】
但し、上記複列アンギュラ玉軸受5を使用する事に伴って、軸方向寸法が嵩む事が避けられない。近年は自動車用部品の小型化の要求が強まっており、この要求に対応する為に、従動プーリ4の回転支持部は、限られた空間内に設置しなければならない場合が多くなっている。この為、軸方向寸法が嵩む事は好ましくない。しかも、軸方向寸法が嵩む事に伴い、構成各部品のコストが嵩む為、コンプレッサのコストが増大する原因となる。
【0006】
上記従動プーリ4を支持する為の転がり軸受として、上述の様な複列アンギュラ玉軸受5に代えて単列深溝型のラジアル玉軸受を使用すれば、軸方向寸法を短縮して限られた空間内への設置が容易になる。但し、単純な単列深溝型のラジアル玉軸受の場合には、複列アンギュラ玉軸受5の場合と異なり、軸方向の剛性が小さくなる為、従動プーリ4と環状板8との間の隙間の軸方向に関する寸法を所望値に規制する事が難しくなる。この為、電磁クラッチ10の断接が不良になったり、一部の構成部品が摩耗し易くなったり、異音が発生し易くなる。
【0007】
この様な事情に鑑みて、従動プーリを支持する為に、単列で4点接触型のラジアル玉軸受を使用する事や、単列で3点接触型のラジアル玉軸受を使用する事が、例えば特開平9−119510号公報、同11−336795号公報等に記載されている様に、従来から考えられている。図6は、このうちの特開平11−336795号公報に記載された、従来構造の第2例で使用するラジアル玉軸受14を示している。
【0008】
このラジアル玉軸受14は、単列で4点接触型である。即ち、このラジアル玉軸受14は、互いに同心に配置された外輪15及び内輪16と、複数個の玉17とを備える。このうちの外輪15の内周面には外輪軌道18を、内輪16の外周面には内輪軌道19を、それぞれ全周に亙って形成している。これら各軌道18、19の断面形状はそれぞれ、上記各玉17の直径の1/2よりも大きな曲率半径を有する円弧同士を中間部で交差させた、所謂ゴシックアーチ状である。従って、上記各軌道18、19と上記各玉17の転動面とは、それぞれ2点ずつ、これら各玉17毎に合計4点ずつで転がり接触する。
【0009】
この様な4点接触型のラジアル玉軸受14は、小型且つ安価な構造であるにも拘らず、一般的な単列深溝型のラジアル玉軸受に比べて軸方向の剛性が大きくなる。この為、電磁クラッチ10(図5参照)の断接を良好に切り換える事ができると共に、従動プーリ4と環状板8(図5参照)とが擦れ合う事を防止して、これら各部材4、8の摩耗及び異音の発生を抑える事ができる。
又、各玉の転動面と外輪軌道及び内輪軌道との接触点が、一方の軌道に関しては2点あるが他方の軌道に関しては1点である、所謂3点接触型の単列深溝型のラジアル玉軸受の場合も、一般的な単列深溝型のラジアル玉軸受に比べて軸方向の剛性が大きくなる。この為、3点接触型の単列深溝型のラジアル玉軸受を使用する事によっても、電磁クラッチの断接を良好に切り換える事ができると共に、構成部品の摩耗及び異音の発生を抑える事ができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上述した様に、コンプレッサ駆動用の従動プーリの回転支持部に上述の様な3点接触型或は4点接触型のラジアル玉軸受を組み付けた場合には、小型化と耐久性の確保とを高次元で両立させられる可能性がある。但し、この様なラジアル玉軸受を組み付けた構造の場合には、各玉の転動面と、外輪軌道と内輪軌道との少なくとも一方の軌道とが2点で転がり接触する為、当該転がり接触部分でのスピンに基づく滑り運動が大きくなって、この転がり接触部分での発熱量が多くなる。この様に転がり接触部分での発熱量が多くなると、この転がり接触部分の温度上昇が著しくなって、早期摩耗や焼き付き等の損傷を発生し易くなる。
【0011】
これに対して、従動プーリを固定部分に対し回転自在に支持する為の転がり軸受として、各玉の直径に対する内輪軌道と外輪軌道との断面形状の曲率半径の合計を小さくした、単列深溝型のラジアル玉軸受を使用する事が、特開2000−240663号公報に記載されている様に、従来から考えられている。この公報に記載された従来構造によれば、軸方向の剛性を大きくできる為、電磁クラッチの断接状態を確実に切り換える事ができると共に、構成部品の摩耗及び異音の発生を抑える事ができる。しかも、単列深溝型のラジアル玉軸受を使用する為、上述の様な3点接触型或は4点接触型のラジアル玉軸受を使用する場合と同様に、小型化とコストの低減とを図れる。
【0012】
しかも、上記特開2000−240663号公報に記載された従来構造の場合には、各玉の転動面と内輪軌道及び外輪軌道とが、それぞれ1点ずつで転がり接触する為、当該転がり接触部分でのスピンに基づく滑り運動が小さくなる。この為、この転がり接触部分での発熱量を少なく抑えられる可能性がある。
【0013】
但し、上記特開2000−240663号公報に記載された従来構造の場合には、各部の諸元を必ずしも十分に検討していない為、発熱量抑制の面から、必ずしも十分な効果を得られない可能性がある。即ち、この従来構造の場合には、内輪、外輪各軌道の断面形状の曲率半径が小さくなる傾向となる為、当該転がり接触部分に形成される接触楕円が大きくなり易い。この為、この接触楕円部分での相対滑り運動が大きくなり、この接触楕円部分での発熱量が増大し易い。特に、コンプレッサ駆動用の従動プーリの回転支持部は、高温となるエンジンルーム内に設置される為、上記接触楕円部分での発熱量の増大と相俟って、ラジアル玉軸受内部での温度上昇が著しくなり易い。そして、この様に温度上昇が著しくなった場合には、このラジアル玉軸受内部に封入したグリースが熱劣化して潤滑性が損なわれ、早期摩耗や焼き付き等の損傷が発生し易くなる。
又、上記コンプレッサ駆動用の従動プーリの回転支持部以外でも、ベルト式無段変速機のプーリの回転支持部に、上述の様な、内輪、外輪両軌道の合計を小さくしたラジアル玉軸受を使用する場合には、上記回転支持部が、運転時に温度上昇するオートマチックフルードに曝される為、上述した従動プーリの回転支持部と同様の不都合が生じる。
本発明のプーリ用回転支持装置は、この様な事情に鑑みて、小型且つ安価な構造で、軸方向剛性確保等の為の所定の条件を満たしつつ、耐久性の向上を図るべく発明したものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明のプーリ用回転支持装置は、前述した様な従来から知られているプーリ用回転支持装置と同様に、固定の支持部分と、この固定の支持部分に支持された転がり軸受と、この転がり軸受によりこの支持部分に対し回転自在に支持された、無端ベルトを掛け渡す為のプーリとを備える。そして、上記転がり軸受は、外周面に深溝型の内輪軌道を有する内輪と、内周面に深溝型の外輪軌道を有する外輪と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉とを備えた、単列深溝型のラジアル玉軸受である。
【0015】
特に、本発明のプーリ用回転支持装置に於いては、上記各玉の直径をDa とし、これら各玉のピッチ円直径をDP とした場合に、0.05≦Da /DP ≦0.16を満たす。
【0016】
又、請求項2に記載したプーリ用回転支持装置の場合には、上記外輪軌道の断面形状の曲率半径をRe とし、上記内輪軌道の断面形状の曲率半径をRi とした場合に、1.0<(Re +Ri )/Da ≦0.9746(Da /DP )−0.0304 を満たす。
【0017】
【作用】
上述の様に構成する本発明のプーリ用回転支持装置によれば、単列深溝型のラジアル玉軸受を使用する為、小型且つ安価な構造を得られる。しかも、内輪、外輪各軌道の断面形状の曲率半径Ri 、Re を適正に規制して軸方向の剛性確保を図る事を可能にしつつ、各玉の転動面と、内輪、外輪各軌道との転がり接触部分での発熱を抑えて、玉軸受内部の温度上昇を抑える事ができる。この為、玉軸受内部に封入したグリースの劣化を防止して、この玉軸受の耐久性向上を図れる。特に、請求項2に記載したプーリ用回転支持装置の様に、上記各曲率半径Ri 、Re を規制すれば、軸方向の剛性を十分に確保できる。この為、電磁クラッチを設けたプーリの回転支持部に使用した場合には、この電磁クラッチの断接状態を確実に切り換えられると共に、構成部品の摩耗及び異音の発生を抑える事ができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1〜2は、総ての請求項に対応する、本発明の実施の形態の1例を示している。尚、本発明の特徴は、ケーシング2の支持筒部3等の固定の支持部分に対し従動プーリ4bを回転支持する為の転がり軸受として、単列深溝型のラジアル玉軸受14aを使用した場合で、このラジアル玉軸受14aの諸元を適正に規制する事により、所定の条件を満たしつつ、耐久性の向上を図る点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図5に示した従来構造と同様であるから、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
【0019】
上記ラジアル玉軸受14aは、互いに同心に支持された外輪15a及び内輪16aと、複数個の玉17、17とを備える。このうちの外輪15aの内周面には断面が単一の円弧形である単列深溝型の外輪軌道18aを、内輪16aの外周面にはやはり断面が単一の円弧形である単列深溝型の内輪軌道19aを、それぞれ形成している。又、上記各玉17、17は、これら内輪、外輪両軌道19a、18aの間に転動自在に設けている。
【0020】
特に、本発明の場合には、上記各玉17、17の直径をDa とし、これら各玉17、17のピッチ円直径をDP とした場合に、0.05≦Da /DP ≦0.16、好ましくは0.05≦Da /DP ≦0.14、より好ましくは0.05≦Da /DP ≦0.10を満たす様に、各部の寸法を規制している。又、本例の場合には、上記外輪軌道18aの断面形状の曲率半径をRe とし、上記内輪軌道19aの断面形状の曲率半径をRi とした場合に、1<(Re +Ri )/Da ≦0.9746(Da /DP )−0.0304 を満たす様に、各部の寸法を規制している。
【0021】
上述の様に構成する本発明のプーリ用回転支持装置によれば、支持筒部3に対し従動プーリ4bを支持する為に、単列深溝型のラジアル玉軸受14bを使用している為、小型且つ安価な構造を得られる。しかも、本発明の場合には、上記各玉17、17の直径Da を上記ピッチ円直径DP との関係で規制している。この為、本例の様に、内輪、外輪各軌道19a、18aの断面形状の曲率半径Ri 、Re を、上記各玉17、17の直径Da と上記ピッチ円直径DP との関係で適切に規制する事により、軸方向の剛性を確保しつつ、これら各玉17、17の転動面と上記各軌道18a、19aとの転がり接触部分での発熱を抑える事ができる。この為、周囲が高温になる状態で使用する場合でも、上記ラジアル玉軸受14aの内部の温度上昇を抑える事ができ、内部に封入したグリースの劣化を防止して、このラジアル玉軸受14aの耐久性向上を図れる。特に、本例の場合には、1<(Re +Ri )/Da ≦0.9746(Da /DP )−0.0304 を満たしている為、軸方向の剛性を十分に確保できる。この為、本例の様に、従動プーリ4bと回転軸1との間で電磁クラッチ10を設けた場合に、この電磁クラッチ10の断接状態を確実に切り換える事ができると共に、構成部品の摩耗及び異音の発生を抑える事ができる。又、本例の場合には、1<(Re +Ri )/Da 、Re /Da >0.5、Ri /Da >0.5を満たしている。この為、前記各玉17、17の転動面と前記各軌道18a、19aとを、これら各軌道18a、19aの底部近傍で転がり接触させて、ラジアル玉軸受14aでの各玉17、17の転動を円滑に行なわせる事ができる。
【0022】
次に、上記各玉17、17の直径Da を、上記ピッチ円直径DP の0.05〜0.16倍(5〜16%)、好ましくは0.05〜0.14倍(5〜14%)、より好ましくは0.05〜0.10倍(5〜10%)の範囲に納める事により、上記ラジアル玉軸受14aの転がり接触部分での発熱を抑える事ができる事を確認する為、本発明者が行なった計算に就いて説明する。
この計算は、前記図2に示した仕様を有するラジアル玉軸受14aをラジアル荷重を負荷しつつ運転した場合に於ける、上記各玉17、17毎の発熱量(1個の玉17、17に関する2個所の転がり接触部分での摩擦損失に基づく発熱量)を、コンピュータにより行なった(シミュレーションした)。又、この計算の前提として上記ラジアル玉軸受14aの仕様を、上記各玉17、17のピッチ円直径DP に関しては43.5mmとし、有効ラジアル隙間に関しては0.0mmとした。
【0023】
又、上記計算の前提として、次の(1)式が満たされるとした。
(Re +Ri )/Da =0.9746(Da /DP )−0.0304 −−−(1)
この理由は、この(1)式の関係が満たされる場合には、ラジアル玉軸受14aの軸方向の剛性を十分に確保しつつ、当該転がり接触部分での発熱を十分に抑えられる可能性があるからである。次に、上記(1)式を満たした場合に軸方向剛性を確保できる事を確認する為に行なった計算に就いて説明する。この計算は、次の表1で示す諸元を有する、ケース1〜4の4種類の単列深溝型のラジアル玉軸受14aを使用した。
【0024】
【表1】
【0025】
又、この表1から明らかな様に、各ケース1〜4のラジアル玉軸受14aで、各玉17、17のピッチ円直径DP に対する各玉の直径Da の比Da /DP は、互いに異なっている。そして、これら各ケース1〜4のラジアル玉軸受14aで、内輪、外輪各軌道19a、18aの断面形状の曲率半径Ri 、Re を変化させた場合での、内輪16aに対する外輪15aの最大アキシアル変位量を計算した。又、この計算では、980N(=100kgf )のラジアル荷重をラジアル玉軸受14aの中心(各玉17、17の中心)から軸方向に10mmずれた(オフセット)位置に負荷した。又、上記計算では、簡略化の為に、上記内輪、外輪両軌道19a、18aの断面形状の曲率半径Ri 、Re を同じにした(Ri =Re )。
【0026】
この様な条件で行なった計算の結果を、図3に示している。この図3の横軸は、各玉17、17の直径Da に対する内輪、外輪各軌道19a、18aの曲率半径Ri 、Re の割合を%[{Ri (=Re )/Da }×100]で表し、縦軸は、内輪16aに対する外輪15aの最大アキシアル変位量をmmで表している。又、この図3には、一般的な複列アンギュラ玉軸受及び4点接触型の単列ラジアル玉軸受の場合を、参考として示している。そして、上記図3に示した計算結果から、上記各ケース毎に、上記最大アキシアル変位量が0.15mmと十分に小さくなる、内輪、外輪各軌道19a、18aの曲率半径Ri 、Re を求め、求めたRi 、Re と、上記各ケースでの各玉17、17の直径Da と、これら各玉17、17のピッチ円直径DP とから、最小自乗法によって、前記(1)式が得られた。
言い換えれば、前記(1)式が満たされる場合には、最大アキシアル変位量を、0.15mmと十分に小さくでき、ラジアル玉軸受14aの軸方向の剛性を十分に確保できる事を確認できた。
【0027】
一方、上記図3で示した計算結果から明らかな様に、前記(1)式で、左辺を右辺よりも小さくする程、上記最大アキシアル変位量をより小さくでき、上記軸方向の剛性の向上を図れる。但し、この様に、前記(1)式の左辺である、比(Re +Ri )/Da を小さくした場合には、各玉17、17の転動面と内輪、外輪各軌道19a、18aとの接触部に形成される接触楕円が大きくなり、この接触楕円部分での相対滑りに基づく発熱量が多くなる。逆に、前記(1)式が満たされる場合には、この発熱量を十分に少なく抑えられる可能性がある。この結果、前記(1)式を満たす様に各部の寸法を規制した場合には、上記軸方向の剛性を確保しつつ、ラジアル玉軸受14aでの発熱量を十分に少なく抑えられる可能性がある事を確認できた。従って、前述した様に、各玉17、17の外径Da を、ピッチ円直径DP の5〜16%、好ましくは5〜14%、より好ましくは5〜10%の範囲に納める事により、上記ラジアル玉軸受14aの内部の温度上昇を抑えられる事を確認する為、本発明者が行なった計算の前提として、前記(1)式が満たされるとした。又、この計算では、簡略化の為に、内輪軌道19aの曲率半径Ri と外輪軌道18aの曲率半径Re とを同じにした(Ri =Re )。
【0028】
上述の様な仕様を有するラジアル玉軸受14aを、1000Nのラジアル荷重をこのラジアル玉軸受14aの中心(各玉17、17の中心)から軸方向に4.35mmずれた(オフセット)位置に負荷した状態で、外輪15aを10000min−1 の速度で回転させるとした。そして、この条件下で当該各転がり接触部分の発熱量を算出した。算出方法(解析手法)は、「谷口、荒牧、正田:4点接触玉軸受の性能解析」(社団法人、日本トライボロジー学会、トライボロジー会議96春 東京 講演予稿集)に記載された方法を採用した。尚、この文献に記載された解析方法によって計算される軸受の摩擦トルクは、実験によるトルク測定結果に一致する事が報告されており、十分に信頼性のある計算結果を得られるものである。
【0029】
本発明者は、上記解析方法を利用して、上記各玉17、17の直径Da を変えた場合に於ける、上記ラジアル玉軸受14a内部での局所的な発熱、即ち、上記各玉17、17毎に2点ずつ存在する転がり接触部分の発熱量を計算した。又、この計算は、これら各玉17、17の直径Da を、同じくピッチ円直径DP の3.7〜25.5%の間で変化させて、それぞれに就いて行なった。この場合に於いて、ラジアル玉軸受14aとして実用的な構造を考慮し、上記各玉17、17の直径Da が変化した場合でも、この直径Da とこれら各玉17、17の数との積がほぼ一定となる様に(直径Da が小さくなる程数を多くして)玉17、17の数を決定し、計算に用いた。
【0030】
この様な条件で行なった計算の結果を、図4に示している。この図4の横軸は、上記各玉17、17のピッチ円直径DP に対するこれら各玉17、17の直径Da の割合を%{(Da /DP )×100}で表し、縦軸は玉1個毎の発熱量をWで表している。尚、この発熱量は、上記ラジアル玉軸受14aに組み込まれた上記各玉17、17のうちで、前記1000Nなるラジアル荷重を負荷する位置に存在する玉17、17の転がり接触部の摩擦損失に基づいて求めた。これは、一方向のラジアル荷重を受けつつ運転されるラジアル玉軸受14aでは、このラジアル荷重の作用側に存在する玉17、17の転動面が、外輪軌道18a及び内輪軌道19aと、大きな面圧で接触しているからである。
【0031】
この様にラジアル荷重の作用側に存在する玉17、17は、他の位置、即ちラジアル荷重が作用しない部分に存在する玉17、17に比べて転がり接触部で発生する摩擦が極端に大きく、この転がり接触部での発熱量も多くなる。この様な転がり接触部での発熱量には、上記各玉17、17の転動面と外輪軌道18a及び内輪軌道19aとの転がり摩擦による損失に基づくものと、上記各玉17、17の転動面とこれら外輪軌道18a及び内輪軌道19aとの転がり接触部に形成される接触楕円内部での相対的な滑り摩擦による損失に基づくものとが含まれる。何れにしても、上記ラジアル玉軸受14aの耐久性低下に結び付く、高温下でのグリース劣化は、上記玉17、17毎、更には接触楕円毎と言った、局所的な発熱、温度上昇が影響していると考えられる。即ち、摩擦により接触楕円部分で著しい温度上昇が発生すると、当該接触楕円近傍に存在するグリースが熱劣化する結果、グリース全体が次第に熱劣化して、このグリースを封入したラジアル玉軸受14aの耐久性低下の原因になると考えられている。従って、グリースの熱劣化に起因するラジアル玉軸受14aの耐久性低下を防止する為には、ラジアル荷重の作用側に存在する玉17、17に関する接触楕円部分と言った、局所的な発熱をできるだけ小さく抑える事が必要であると考えられる。
【0032】
この様な観点で図4を見れば明らかな通り、上記各玉17、17の外径Da を、ピッチ円直径DP の5〜16%、好ましくは5〜14%、より好ましくは5〜10%の範囲に納めれば、上記発熱を低く抑えて、ラジアル玉軸受14aの耐久性向上を図れる。即ち、上記ラジアル荷重の作用側に存在する玉17、17に関する接触楕円部分に関しては、玉17、17の直径Da がピッチ円直径DP の10%以上(Da ≧0.1DP )であれば、この直径Da が小さい程、摩擦損失も小さい。特に、この直径Da がピッチ円直径DP の5〜10%の範囲では、摩擦損失はほぼ一定の小さい値をとる。これに対して、上記直径Da がピッチ円直径DP の5%未満(Da <0.05DP )になると、逆にこの直径Da が小さくなる程、摩擦損失が急激に大きくなる。
【0033】
一方、図4に示した解析結果を得たラジアル玉軸受14aのサイズ(ピッチ円直径=43.5mm)に近いサイズを有する、標準的な単列深溝型玉軸受である、呼び番号が6005(内径=25mm、外径=47mm、幅=12mm)、6006(内径=30mm、外径=55mm、幅=13mm)、6007(内径=35mm、外径=62mm、幅=14mm)では、玉17、17の直径Da はピッチ円直径DP の16〜17%程度である。上述した様に、玉17、17の直径Da がピッチ円直径DP の10%以上であれば、この直径Da が小さい程、摩擦損失も小さくなる事から、玉17の直径Da を上記標準的な単列深溝型玉軸受の値(ピッチ直径DP の16%)よりも小さくする事によって、この標準的な単列深溝型玉軸受と同じ直径の玉17、17を採用するよりも局所的な発熱が小さくなり、軸受の耐久時間延長を図れる事が分かる。
【0034】
又、計算結果を示す図4では、玉17、17の直径Da がピッチ円直径DP の14%である部分を境に、これ以下では玉17、17の発熱量が5%以上低下している。この事から、接触楕円部分での局所発熱を更に低減する為には、玉17、17の直径Da をピッチ円直径DP の14%以下とする事が好ましい事が分かる。尚、玉17、17の直径Da を小さくすると、ラジアル玉軸受14aの負荷容量が低下するので、転がり疲れ寿命を確保する面からは不利になるが、高負荷容量を要求されない場合には、接触楕円部分での局所発熱を抑え、グリース寿命を確保する面からは、更に玉17、17の直径Da をピッチ円直径DP の10%以下とする事が好ましい事も分かる。但し、上記図4から明らかな通り、玉17、17の直径Da をピッチ円直径DP の5%よりも小さくすると、接触楕円部分での局所発熱が急激に増大する。この面から、グリース寿命を確保する事を考慮した場合でも、玉17、17の直径Da はピッチ円直径DP の5%以上、好ましくは5.5%以上確保する必要がある事が分かる。
【0035】
尚、上述した計算結果は、(Re +Ri )/Da =0.9746(Da /DP )−0.0304 を前提として計算した場合に就いて説明した。但し、本発明は、この様な条件を満たす場合に限定するものではない。例えば、(Re +Ri )/Da <0.9746(Da /DP )−0.0304 を満たす場合には、各玉17、17のピッチ円直径DP に対する各玉17、17の直径Da の割合と、各玉17、17毎の発熱量との関係を表す曲線が、上述の図4に示した曲線よりも、全体的に発熱量が多くなる方向にずれる。但し、この場合に得られる曲線の場合も、上述の図4に示した曲線の場合と同様に、各玉17、17のピッチ円直径DP に対する各玉17、17の直径Da の比Da /DP に関して、0.05≦Da /DP ≦0.16を満たす場合に、各玉17、17毎の発熱量が少なくなる傾向になる。この為、本発明によれば、この様な場合でも、ラジアル玉軸受14aの内部での発熱量を抑えて、耐久性の向上を図れる。
【0036】
又、以上の説明は、プーリと回転軸とを係脱する為の電磁クラッチを設けた、プーリ用回転支持装置に本発明を適用した場合に就いて示したが、本発明は、プーリから回転軸に回転力の伝達を自在とした構造であれば、電磁クラッチを設けない、単なるプーリ用回転支持装置にも適用できる。即ち、例えば特開平11−210619号公報、或は実開昭64−27482号公報に記載された様な、斜板式可変容量型コンプレッサの場合には、斜板の傾斜角度を極く小さく(更には傾斜角度をゼロに)する事により、コンプレッサの回転軸の回転トルクを極く小さくできる。
【0037】
この様な構造の場合には、図7に示す様に、ケーシング2の端部に形成した支持筒部3の周囲に転がり軸受21を介して回転自在に支持した従動プーリ4cと回転軸1とを、トルクチューブとして機能する緩衝材22を介して、過大なトルクが加わらない限り回転力の伝達自在に結合し、電磁クラッチを設けない場合もある。この様な構造で、上記転がり軸受21として、前述の図1〜2で示した様に、内部諸元を規制したものを使用すれば、本発明の作用・効果を得られる。尚、上記緩衝材22を省略する代わりに、回転軸1の端部に固定した円環状部材の側面と、従動プーリ4cの端面との間に、過大なトルクが加わらない限り、これら両部材4c同士の回転力の伝達を自在とするトルクリミッタ機構を設ける場合もある。
【0038】
又、本発明は、ベルト式無段変速機で、ハウジング等の固定の支持部分にプーリを支持する、プーリ用回転支持装置に適用する事もできる。例えば、この場合には、それぞれの外周面に傾斜面部を設けた1対のプーリ素子をそれぞれの外周面に固設した、第一の回転軸と第二の回転軸とを組み合わせて、回転軸を構成する。そして、上記第一、第二の各回転軸の端部を、ハウジング等の固定の支持部分に対し、転がり軸受により回転自在に支持する。この様な構造で、この転がり軸受として、前述の図1〜2で示した様に内部諸元を規制したものを使用する場合にも、本発明の作用・効果を得られる。
【0039】
【発明の効果】
本発明のプーリ用回転支持装置は、以上に述べた通り、小型且つ安価な構造で、所定の条件を満たしつつ、玉軸受の転がり接触部分での発熱量を抑えて、この玉軸受内部の温度上昇を抑え、グリースの劣化を防止する事による玉軸受の耐久性向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の1例を示す部分断面図。
【図2】ラジアル玉軸受のみを取り出して示す拡大断面図。
【図3】各玉の直径に対する内輪、外輪各軌道の曲率半径の割合が、内輪に対する外輪の最大アキシアル変位量に及ぼす影響を示す線図。
【図4】各玉のピッチ円直径に対するこれら各玉の直径の割合が発熱量に及ぼす影響を示す線図。
【図5】従来構造の第1例を示す部分断面図。
【図6】同第2例を、ラジアル玉軸受のみを取り出して示す部分断面図。
【図7】本発明の対象となる構造の別例を示す断面図。
【符号の説明】
1 回転軸
2 ケーシング
3 支持筒部
4、4a、4b、4c 従動プーリ
5 複列アンギュラ玉軸受
6 ソレノイド
7 取付ブラケット
8 環状板
9 板ばね
10 電磁クラッチ
11 無端ベルト
12 外輪
13 内輪
14、14a ラジアル玉軸受
15、15a 外輪
16、16a 内輪
17 玉
18、18a 外輪軌道
19、19a 内輪軌道
21 転がり軸受
22 緩衝材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The rotation supporting device for a pulley according to the present invention, for example, rotatably supports a driven pulley for rotationally driving the compressor on a fixed portion such as a housing constituting a compressor for an air conditioner for an automobile, Used to rotatably support the pulley of the belt-type continuously variable transmission on a fixed part such as a housing.
[0002]
[Prior art]
A compressor that is incorporated in an air conditioner for a vehicle and compresses a refrigerant is rotationally driven by a traveling engine. For this reason, an endless belt is bridged between a driven pulley provided at an end of a rotary shaft of the compressor and a drive pulley fixed to an end of a crankshaft of the traveling engine, and based on the circulation of the endless belt. Thus, the rotation shaft is driven to rotate.
[0003]
FIG. 5 shows the structure of the rotary drive portion of the rotary shaft 1 of the compressor. The rotating shaft 1 is rotatably supported in the
[0004]
In the case of the structure in which the driven
[0005]
However, the use of the double-row angular contact ball bearing 5 inevitably increases the axial dimension. In recent years, there has been an increasing demand for miniaturization of automotive parts, and in order to respond to this demand, the rotation supporting portion of the driven
[0006]
If a single-row deep-groove type radial ball bearing is used as the rolling bearing for supporting the driven
[0007]
In view of such circumstances, in order to support the driven pulley, using a single-row four-point contact type radial ball bearing, or using a single-row three-point contact type radial ball bearing, For example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-119510 and 11-33695, it has been conventionally considered. FIG. 6 shows a radial ball bearing 14 used in the second example of the conventional structure described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-333695.
[0008]
The radial ball bearing 14 is a single-row, four-point contact type. That is, the radial ball bearing 14 includes an outer ring 15 and an
[0009]
Although such a four-point contact type radial ball bearing 14 has a small and inexpensive structure, it has higher axial rigidity than a general single-row deep groove type radial ball bearing. Therefore, the connection and disconnection of the electromagnetic clutch 10 (see FIG. 5) can be switched satisfactorily, and the driven
Also, the so-called three-point contact type single row deep groove type has two contact points between the rolling surface of each ball and the outer raceway and the inner raceway, but one contact point on the other raceway. Also in the case of a radial ball bearing, the rigidity in the axial direction is larger than that of a general single row deep groove type radial ball bearing. Therefore, by using a three-point contact type single row deep groove type radial ball bearing, it is possible to switch the connection and disconnection of the electromagnetic clutch satisfactorily and to suppress the wear of components and the generation of abnormal noise. it can.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when the above-described three-point contact type or four-point contact type radial ball bearing is assembled to the rotation supporting portion of the driven pulley for driving the compressor, miniaturization and ensuring durability are ensured. There is a possibility that they can be balanced at a high level. However, in the case of a structure in which such a radial ball bearing is assembled, since the rolling surface of each ball and at least one of the outer raceway and the inner raceway are in rolling contact at two points, the rolling contact portion The sliding motion based on the spin at the point becomes large, and the calorific value at the rolling contact portion increases. When the amount of heat generated at the rolling contact portion increases, the temperature of the rolling contact portion rises remarkably, and damage such as early abrasion and seizure easily occurs.
[0011]
On the other hand, as a rolling bearing for rotatably supporting a driven pulley with respect to a fixed portion, a single-row deep groove type in which the total radius of curvature of the cross-sectional shape of the inner raceway and the outer raceway with respect to the diameter of each ball is reduced. The use of such radial ball bearings has been conventionally considered, as described in JP-A-2000-24063. According to the conventional structure described in this publication, the rigidity in the axial direction can be increased, so that the connection / disconnection state of the electromagnetic clutch can be reliably switched, and the occurrence of wear of component parts and generation of abnormal noise can be suppressed. . Moreover, since a single row deep groove type radial ball bearing is used, miniaturization and cost reduction can be achieved as in the case of using the above-described three-point contact type or four-point contact type radial ball bearing. .
[0012]
In addition, in the case of the conventional structure described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-240663, since the rolling surface of each ball and the inner raceway and the outer raceway make rolling contact at one point each, the rolling contact portion The sliding motion based on the spins at the point becomes smaller. Therefore, there is a possibility that the amount of heat generated at the rolling contact portion can be reduced.
[0013]
However, in the case of the conventional structure described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-240663, since the specifications of each part are not always sufficiently examined, a sufficient effect is not necessarily obtained from the viewpoint of suppressing the amount of generated heat. there is a possibility. That is, in the case of this conventional structure, the radius of curvature of the cross-sectional shape of each of the inner ring and outer ring raceways tends to be small, so that the contact ellipse formed in the rolling contact portion tends to be large. For this reason, the relative sliding motion at the contact elliptical portion increases, and the amount of heat generated at the contact elliptical portion tends to increase. In particular, since the rotation supporting portion of the driven pulley for driving the compressor is installed in the engine room where the temperature is high, the temperature rise inside the radial ball bearing is increased in combination with the increase in the amount of heat generated at the contact elliptical portion. Tends to be remarkable. When the temperature rise becomes remarkable, the grease sealed in the radial ball bearing is thermally degraded and lubricity is impaired, and damage such as early wear and seizure is liable to occur.
In addition to the above-mentioned rotary support portion of the driven pulley for driving the compressor, a radial ball bearing in which the total of both inner and outer raceways is reduced is used for the rotary support portion of the pulley of the belt type continuously variable transmission. In such a case, the rotation supporting portion is exposed to the automatic fluid whose temperature rises during operation, so that the same disadvantage as the above-described rotation supporting portion of the driven pulley occurs.
In view of such circumstances, the rotation support device for a pulley of the present invention has been invented in order to improve durability while satisfying predetermined conditions for securing axial rigidity and the like with a small and inexpensive structure. It is.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The rotation supporting device for a pulley of the present invention includes a fixed supporting portion, a rolling bearing supported by the fixed supporting portion, and a rolling bearing similar to the above-described conventionally known rotation supporting device for a pulley. A pulley rotatably supported by the bearing with respect to the support portion, for passing the endless belt. The rolling bearing is provided with an inner ring having a deep groove type inner raceway on the outer peripheral surface, an outer ring having a deep groove type outer raceway on the inner peripheral surface, and rollingly provided between the inner raceway and the outer raceway. And a plurality of balls, and is a single row deep groove type radial ball bearing.
[0015]
In particular, in the rotation supporting device for a pulley of the present invention, the diameter of each ball is D a And the pitch circle diameter of each of these balls is D P , 0.05 ≦ D a / D P Satisfies ≦ 0.16.
[0016]
Further, in the case of the pulley rotation support device described in
[0017]
[Action]
According to the pulley rotation support device of the present invention configured as described above, a small-sized and inexpensive structure can be obtained because a single-row deep-groove type radial ball bearing is used. Moreover, the radius of curvature R of the cross-sectional shape of each of the inner ring and outer ring raceways i , R e Temperature in the ball bearings by suppressing heat generation at the rolling contact areas between the rolling surface of each ball and the inner and outer raceways while enabling proper regulation of axial rigidity. Can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the grease sealed in the ball bearing from deteriorating and improve the durability of the ball bearing. In particular, as in the pulley rotation support device according to
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 and 2 show an example of an embodiment of the present invention corresponding to all claims. A feature of the present invention is that a single-row deep-groove type radial ball bearing 14a is used as a rolling bearing for rotatingly supporting the driven
[0019]
The radial ball bearing 14a includes an
[0020]
In particular, in the case of the present invention, the diameter of each of the
[0021]
According to the pulley rotation support device of the present invention configured as described above, a single-row deep groove type radial ball bearing 14b is used to support the driven
[0022]
Next, the diameter D of each of the
This calculation is based on the calorific value of each of the
[0023]
It is assumed that the following equation (1) is satisfied as a premise of the above calculation.
(R e + R i ) / D a = 0.9746 (D a / D P ) -0.0304 −−− (1)
The reason is that, when the relationship of the expression (1) is satisfied, there is a possibility that heat generation at the rolling contact portion can be sufficiently suppressed while sufficiently securing the axial rigidity of the radial ball bearing 14a. Because. Next, calculation performed to confirm that axial rigidity can be secured when the above equation (1) is satisfied will be described. For this calculation, four types of single row deep groove type radial ball bearings 14a having the specifications shown in Table 1 below were used.
[0024]
[Table 1]
[0025]
Further, as is apparent from Table 1, in the radial ball bearings 14a of the respective cases 1 to 4, the pitch circle diameter D of each of the
[0026]
FIG. 3 shows the results of calculations performed under such conditions. The horizontal axis in FIG. 3 is the diameter D of each
In other words, when the expression (1) is satisfied, it has been confirmed that the maximum axial displacement can be sufficiently reduced to 0.15 mm, and the axial rigidity of the radial ball bearing 14a can be sufficiently secured.
[0027]
On the other hand, as is clear from the calculation results shown in FIG. 3, as the left side is smaller than the right side in the equation (1), the maximum axial displacement can be reduced, and the rigidity in the axial direction can be improved. I can do it. However, as described above, the ratio (R e + R i ) / D a Is smaller, the contact ellipse formed at the contact portion between the rolling surface of each
[0028]
The radial ball bearing 14a having the above-described specification is loaded with a radial load of 1000N at a position (offset) shifted by 4.35 mm in the axial direction from the center of the radial ball bearing 14a (the center of each
[0029]
The present inventor uses the above-described analysis method to calculate the diameter D of each of the
[0030]
FIG. 4 shows the results of calculations performed under such conditions. The horizontal axis of FIG. 4 is the pitch circle diameter D of each of the
[0031]
As described above, the
[0032]
As is apparent from FIG. 4 from such a viewpoint, the outer diameter D of each of the
[0033]
On the other hand, a standard single-row deep-groove type ball bearing having a size close to the size (pitch circle diameter = 43.5 mm) of the radial ball bearing 14a from which the analysis result shown in FIG. In the inner diameter = 25 mm, outer diameter = 47 mm, width = 12 mm), 6006 (inner diameter = 30 mm, outer diameter = 55 mm, width = 13 mm) and 6007 (inner diameter = 35 mm, outer diameter = 62 mm, width = 14 mm), the
[0034]
In FIG. 4 showing the calculation results, the diameters D of the
[0035]
Note that the above calculation result is (R e + R i ) / D a = 0.9746 (D a / D P ) -0.0304 Has been described on the assumption that However, the present invention is not limited to the case where such a condition is satisfied. For example, (R e + R i ) / D a <0.9746 (D a / D P ) -0.0304 Is satisfied, the pitch circle diameter D of each
[0036]
The above description has been given of the case where the present invention is applied to a pulley rotation support device provided with an electromagnetic clutch for engaging and disengaging a pulley and a rotating shaft. As long as the shaft is capable of transmitting the rotational force freely, the present invention can be applied to a simple pulley rotation support device without an electromagnetic clutch. That is, in the case of a swash plate type variable displacement compressor as described in, for example, JP-A-11-210619 or Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 64-27482, the inclination angle of the swash plate is extremely small (further, By setting the inclination angle to zero), the rotational torque of the rotary shaft of the compressor can be extremely reduced.
[0037]
In the case of such a structure, as shown in FIG. 7, a driven pulley 4c rotatably supported via a rolling
[0038]
The present invention can also be applied to a rotation supporting device for pulleys that supports a pulley on a fixed supporting portion such as a housing in a belt-type continuously variable transmission. For example, in this case, a pair of pulley elements each having an inclined surface portion provided on each outer peripheral surface are fixed to each outer peripheral surface. Is composed. The ends of the first and second rotating shafts are rotatably supported by rolling bearings on a fixed supporting portion such as a housing. With such a structure, the operation and effect of the present invention can be obtained even when a rolling bearing whose internal specifications are regulated as shown in FIGS.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, the rotation supporting device for a pulley according to the present invention has a small and inexpensive structure, suppresses the heat generation at the rolling contact portion of the ball bearing while satisfying predetermined conditions, and reduces the temperature inside the ball bearing. It is possible to improve the durability of the ball bearing by suppressing the rise and preventing the grease from deteriorating.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial sectional view showing an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing only a radial ball bearing.
FIG. 3 is a diagram showing the effect of the ratio of the radius of curvature of each of the inner ring and outer ring raceways to the diameter of each ball on the maximum axial displacement of the outer ring with respect to the inner ring.
FIG. 4 is a diagram showing the influence of the ratio of the diameter of each ball to the pitch circle diameter of each ball on the amount of heat generated.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a first example of a conventional structure.
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing the second example by extracting only a radial ball bearing.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of a structure to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
1 Rotary axis
2 casing
3 Support tube
4, 4a, 4b, 4c driven pulley
5 Double row angular contact ball bearing
6 solenoid
7 Mounting bracket
8 annular plate
9 leaf spring
10 Electromagnetic clutch
11 Endless belt
12 Outer ring
13 Inner ring
14, 14a Radial ball bearing
15, 15a Outer ring
16, 16a Inner ring
17 balls
18, 18a Outer ring track
19, 19a Inner ring track
21 Rolling bearing
22 cushioning material
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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