JP2004028141A - シャフト支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】荷重点側の荷重を低下させ、寿命低下を防止することができると同時に、荷重点に遠い玉列の内外輪の溝肩に乗り上げる玉乗り上げ率の低いシャフト支持装置を提供する。
【解決手段】本発明のシャフト支持装置２０は、偏心軸を有するメインシャフト１１を、転がり軸受によりハウジング１２に回転自在に支持し、転がり軸受が、内外輪の各起動溝間に環状方向に２列に配置された複数の玉を有する複列玉軸受であるとともに、モーメント荷重を受ける荷重点側の作用点距離Ｌ２が、反作用点距離Ｌ３よりも大きい。また、モーメント荷重Ｆを受ける荷重点側の内外輪接触角α１　が反荷重点側の接触角α２　よりも大きい。さらに、荷重点側の内外輪接触角が１５〜３５°であり、前記反荷重点側の内外輪接触角が１０〜３０°である。
【選択図】　　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受により偏心軸を有するシャフトをハウジングに回転自在に支持するシャフト支持装置に関し、詳しくはカーエアコン用スクロールコンプレッサの旋回スクロールが取り付けられるメインシャフトの支持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８に示したように、カーエアコン用スクロールコンプレッサ３０のメインシャフト３１を支持する従来のシャフト支持軸として、複列アンギュラ玉軸受４０を用いたものが特開２０００−４６０６０号公報に記載されている。
すなわち、カーエアコン用スクロールコンプレッサ３０のメインシャフト３１は、複列アンギュラ玉軸受４０を介してハウジング３２に回転支持される。メインシャフト３１の図中右端部には、偏心軸３３が設けられており、偏心軸３３には、旋回スクロール３４が軸受３５を介して支持されている。旋回スクロール３４は、ハウジング３２に固定された固定スクロール３６に係合しながら回転し、冷媒圧縮動作を行う。
【０００３】
旋回スクロール３４及び固定スクロール３６の相対運動による冷媒圧縮動作において、旋回スクロール３４に作用する荷重は、旋回スクロール３４の径方向に作用する。このため、複列アンギュラ玉軸受４０への入力荷重としては、モーメント荷重として作用する。
【０００４】
図９に示したように、従来の複列アンギュラ玉軸受４０において、荷重点側の接触角α１は、反荷重点側の接触角α２と同じになるように形成されている。このように同じ荷重点側の接触角α１と反荷重点側の接触角α２を有することによって荷重点側の作用点距離Ｌ２と反荷重点側の作用点距離Ｌ３が等しくなる。
【０００５】
なお、複列アンギュラ玉軸受４０は、上述したようなカーエアコン用スクロールコンプレッサ３０のメインシャフト３１を支持するシャフト支持装置の軸受として用いられる他、例えば、電磁クラッチ軸、プーリ軸、ホイール軸など、片持ち軸や、荷重が一方の支持点に片寄って作用する軸の軸受としても使用されており、ラジアル荷重とアキシャル荷重の両方を支えることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の複列アンギュラ玉軸受４０は、上述したように荷重の負荷位置にかかわらず、両列が同じ接触角α１、α２、同じ作用点間距離Ｌ２、Ｌ３のものが使用されていたため、モーメント荷重下で使用される上記複列アンギュラ玉軸受は、荷重点に近い列の玉４１に殆どの荷重が負荷されている。このため、荷重点側の玉列は、反荷重点側の玉列に比べて、面圧上昇による早期剥離が発生して、軸受の寿命が短くなるという問題があった。
また、モーメント荷重下での反荷重点側は、接触角が大きいと、玉が外内輪溝肩に乗り上げ易いという問題があった。
【０００７】
本発明は、荷重点側の荷重を低下させ、寿命低下を防止することができるとともに、反荷重点側の玉列が内外輪の溝肩に乗り上げる玉乗り上げ率の低いシャフト支持装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のシャフト支持装置は、転がり軸受により偏心軸を有するシャフトをハウジングに回転自在に支持するシャフト支持装置において、
前記転がり軸受が内外輪の各起動溝間に環状方向に２列に配置された複数の玉を有する複列玉軸受であるとともに、荷重点側の作用点距離が反荷重点側の作用点距離よりも大きいことを特徴とする。
【０００９】
前記構成のシャフト支持装置によれば、荷重点側の作用点距離を反荷重点側の作用点距離よりも大きくすることで、荷重点側の荷重を低下させることができる。したがって、面圧上昇による剥離の発生が低下し、軸受の寿命を長くすることができるとともに、反荷重点側の玉列の玉乗り上げ率を抑制することができる。また、早期剥離の発生を防止できるため、耐剥離性を備えた高価な軸受材料を用いる必要がなく、シャフト支持装置を低コストで製造することができる。
【００１０】
本発明の請求項２記載のシャフト支持装置は、荷重点側の内外輪接触角が反荷重点側の内外輪接触角よりも大きいことを特徴とするシャフト請求項１に記載の支持装置である。
前記構成のシャフト支持装置によれば、荷重点側の内外輪接触角を反荷重点側の内外輪接触角よりも大きくすることで、荷重点側の作用点距離を反荷重点側の作用点距離よりも大きくすることができる。したがって、荷重点側の面圧の上昇を防止して、軸受の寿命を長くすることができるとともに、反荷重点側の玉列の玉乗り上げ率を抑制することができる。
【００１１】
本発明の請求項３記載のシャフト支持装置は、前記荷重点側の内外輪接触角が１５〜３５°であり、前記反荷重点側の内外輪接触角が１０〜３０°であることを特徴とする請求項２に記載のシャフト支持装置である。
前記構成のシャフト支持装置によれば、荷重点側の内外輪接触角が１５〜３５°として、前記反荷重点側の内外輪接触角を１０〜３０°とすることでシャフトの偏心軸から入力するモーメント荷重による接触面圧の上昇、及び玉乗り上げ率が抑制される。
【００１２】
本発明の請求項４記載のシャフト支持装置は、前記内外輪の起動輪の少なくとも一方の起動輪のみぞ曲率を異なるように形成することによって、前記内外輪接触角が異なるようにすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシャフト支持装置である。
前記構成のシャフト支持装置によれば、内外輪両方、或いはどちらか一方の起動輪が持つ両列のみぞ曲率が異なることで、異なった接触角を形成することができ、シャフト軸受けの種々の用途において必要とされる接触角に容易に対応することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のシャフト支持装置の実施形態を図１乃至図７に基づいて詳細に説明する。図１は本発明のシャフト支持装置の第１実施形態を適用したカーエアコン用スクロールコンプレッサを示す縦断面図、図２は図１における要部の作用を説明する断面図、図３は図１における複列玉軸受を示す断面図である。
図４は本発明の第２実施形態を示す複列玉軸受の断面図である。図５は本発明の第３実施形態を示す複列玉軸受の断面図である。図６は複列玉軸受の内外輪の接触角に対する最大接触角の変化を示すグラフ、図７は図１における複列玉軸受の内外輪の接触角に対する外輪の玉乗り上げ率の変化を示すグラフである。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態のシャフト支持装置２０を適用したカーエアコン用スクロールコンプレッサ１０は、メインシャフト１１がシャフト支持装置２０の複列玉軸受２１によりハウジング１２に回転自在に支持されている。
このメインシャフト１１は、先端側（図１中右側）に偏心軸１３が設けられており、旋回スクロール１４がころ軸受け（図示せず）を介して偏心軸１３に支持されている。この旋回スクロール１４は、ハウジング１２に固定された固定スクロール１５に係合しながら回転し、冷媒圧縮動作を行う。
【００１５】
複列玉軸受２１は、内外輪２２，２３の各起動溝間に、環状方向に２列に配置された複数の玉２４，２５を備えている。すなわち、内輪２２と外輪２３との間に、第１の列を構成する第１の玉２４と、第２の玉２５とが複数個円周方向に配置された構造を有している。
【００１６】
図２に示すように、複列玉軸受２１においては、作用点Ｐ１と作用点Ｐ２との間の距離（作用点間距離）をＬ１で示し、組立幅の中心線の延長からモーメント荷重Ｆがかかる位置（荷重点Ｐ）までの距離（以下、オフセット量と言う）をｂで示している。
ここで複列玉軸受２１を使用した場合、第１の玉２４の作用点Ｐ２には荷重Ｆ２、又第２の玉２５の作用点Ｐ１には荷重Ｆ１がそれぞれ作用する。そして、複列玉軸受２１にいずれか一方の玉列に片寄ったモーメント荷重Ｆが作用しない場合には、両玉列に作用する荷重の均衡はとれている。
【００１７】
ところで、一般にモーメント荷重Ｆと距離Ｌ（モーメント荷重作用点と反荷重点側の作用点との間の距離）の積は、荷重点側にかかる荷重Ｆ１と距離Ｌ１の積に等しいことが知られている（Ｆ・Ｌ＝Ｆ１・Ｌ１）。よって、作用点Ｐ１にかかる荷重Ｆ１を低下させるためには作用点Ｌ１を長くする必要があり、荷重点側の接触角α１を大きくするか、ＰＣＤを大きくすることが必要になる。
また、反荷重点側の玉列については、玉が乗り上げ易いために、荷重点側の玉列とは逆に接触角α２　を小さくすることで、玉の乗り上げを抑制することができる。
【００１８】
本発明の複列玉軸受２１においては、荷重点側の接触角α１が反荷重点側α２よりも大きくなるように形成されている。接触角はα１　が１５〜３５°、反荷重点の接触角α２　は、１０°〜３０°である。このような接触角を有することによって荷重点側の作用点距離Ｌ２が反荷重点側の作用点距離Ｌ３よりも大きくなる。
このような接触角α１，α２の形成は、内輪２２、外輪２３の両方の両列の起動輪の溝曲率を異なるように形成するか、又は内輪２２、外輪２３のどちらか一方の両列の起動輪の溝曲率を異なるように形成することによって達成される。
このように構成することによって、従来の複列玉軸受に比べてモーメント荷重Ｆの荷重点Ｐに近い側の第２の玉列２５の作用点Ｐ１にかかる荷重Ｆ１が小さくなり、第２の玉列２５にかかる負担が低下する。
【００１９】
次に、本実施形態のシャフト支持装置２０の作用を説明する。
カーエアコン用スクロールコンプレッサ１０において、旋回スクロール１４及び固定スクロール１６の相対運動による冷媒圧縮動作は、旋回スルクロール１４に作用する荷重が旋回スクロール１４の径方向に作用する。このため、シャフト支持装置２０の複列玉軸受２１への入力荷重は、モーメント荷重として作用する。
【００２０】
荷重点側の接触角α１が反荷重点側α２よりも大きくなるように、すなわち荷重点側の接触角α１が１５〜３５°、反荷重点の接触角α２が１０°〜３０°にすることによって荷重点側の作用点距離Ｌ２が反荷重点側の作用点距離Ｌ３よりも大きくなることで、旋回スクロール１４及び固定スクロール１６の相対運動による冷媒圧縮動作に伴って入力するモーメント荷重による接触面圧の上昇、及び玉乗り上げ率が抑制される。
この結果、本実施形態に係るシャフト支持装置は、モーメント荷重Ｆの荷重点に近い玉列に早期剥離が発生することを抑制でき、寿命を大幅に向上されることができる。
【００２１】
次に、本発明のシャフト支持装置２０において、複列玉軸受２１の接触角に対する最大接触面圧の変化及び接触角に対する玉乗り上げ率を計算した。
計算条件としては、軸受サイズ：内径φ２９×外径φ５５×幅２２．５、荷重：３００ｋｇｆ／内輪回転数７５０ｒｐｍ×オフセット２５ｍｍである。
【００２２】
上記結果を図６及び図７に示す。
図６に示すように、外輪負荷側及び内輪負荷側の最大接触面圧は、略２０°で最低値を示し、外輪反負荷側及び内輪反負荷側の最大接触面圧は、１０°より低下し始め２５°前後より一定の値を示すようになることが分かる。
また、図７に示すように、接触角に対する玉乗り上げ率を図示したが、玉乗り上げ率は、接触楕円が持つ長半径と接触楕円から軌道輪溝肩までの比率を言う。外輪負荷側及び内輪負荷側の玉乗り上げ率は、略２０°で最低値を示し、外輪反負荷側及び内輪反負荷側の玉乗り上げ率は、２０°で最低値を示している。
【００２３】
次に、本発明のシャフト支持装置の第２実施形態を図４に基づいて説明する。本実施形態は上記第１実施形態と異なり、第１の玉２４の直径を第２の小さくすることによってα１　がα２　より大きく、又Ｌ２がＬ３より大きくなるように構成したものである。
本実施形態においては、単に径の異なる玉を使用することによって、起動輪の溝曲率を異なるように形成する工程を緩和することができる。
【００２４】
なお、本発明は、上述した好適な実施形態に限られるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々の改良並びに設計の変更が可能である。
例えば、図５に示したように、第１の玉列２４の中心と第２の玉列２５とをシャフト軸の半径方向に中心をずらして配置することにより、α１　がα２　より大きく、Ｌ２がＬ３より大きくなるように構成してもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１記載のシャフト支持装置によれば、前記転がり軸受が、内外輪の各起動溝間に環状方向に２列に配置された複数の玉を有する複列玉軸受であるとともに、荷重点側の作用点距離が、反荷重点側の作用点距離よりも大きくなるようにしたので、荷重点側の荷重を低下することができる。したがって、面圧上昇による剥離の発生が低下し、軸受の寿命を長くすることができるとともに、反荷重点側の玉列の玉乗り上げ率を抑制することができる。また、耐剥離性を備えた高価な軸受材料を用いることなく、前記一方の玉列に早期剥離が発生するのを防止できるため、シャフト支持装置を低コストで製造することができる。
【００２６】
本発明の請求項２記載のシャフト軸受によれば、受ける荷重点側の内外輪接触角が反荷重点側の接触角よりも大きいので、荷重点側の作用点距離を反荷重点側の作用点距離よりも大きくすることができる。
したがって、荷重点側の面圧の上昇を防止し、軸受の寿命を長くすることができるとともに、反荷重点側の玉列の玉乗り上げ率を抑制することができる。
【００２７】
本発明の請求項３記載のシャフト支持装置によれば、荷重点側の内外輪接触角が１５〜３５°とし、前記反荷重点側の内外輪接触角を１０〜３０°とすることで、シャフトの偏心軸から入力するモーメント荷重による接触面圧の上昇、及び玉乗り上げ率が抑制される。
【００２８】
本発明の請求項４記載のシャフト支持装置によれば、前記内外輪の起動輪の少なくとも一方の起動輪のみぞ曲率を異なるように形成することによって、前記内外輪接触角を異なるようにするので、異なった接触角を形成することができ、シャフト軸受けの種々の用途において必要とされる接触角に容易に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシャフト支持装置の第１の実施形態を適用したカーエアコン用スクロールコンプレッサを示す縦断面図である。
【図２】図１における要部の作用を説明する断面図である。
【図３】図１における複列玉軸受を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示す複列玉軸受の断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態を示す複列玉軸受の断面図である。
【図６】複列玉軸受の内外輪の接触角に対する最大接触角の変化を示すグラフである。
【図７】図１における複列玉軸受の内外輪の接触角に対する外輪の玉乗り上げ率の変化を示すグラフである。
【図８】従来のシャフト支持装置を示す断面図である。
【図９】図８における複列玉軸受を示す断面図である。
【符号の説明】
１０　カーエアコン用スクロールコンプレッサ
１１　メインシャフト
１２　ハウジング
１３　偏心軸
１４　旋回スクロール
２０　シャフト支持装置
２２　内輪
２３　外輪
２４　第１の玉列
２５　第２の玉列

Claims (4)

1. 転がり軸受により偏心軸を有するシャフトをハウジングに回転自在に支持するシャフト支持装置において、
   前記転がり軸受が内外輪の各起動溝間に環状方向に２列に配置された複数の玉を有する複列玉軸受であるとともに、
   荷重点側の作用点距離が反荷重点側の作用点距離よりも大きいことを特徴とするシャフト支持装置。
2. 前記荷重点側の内外輪接触角が前記反荷重点側の接触角よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のシャフト支持装置。
3. 前記荷重点側の内外輪接触角が１５〜３５°であり、前記反荷重点側の内外輪接触角が１０〜３０°であることを特徴とする請求項２に記載のシャフト支持装置。
4. 前記内外輪の起動輪の少なくとも一方の起動輪のみぞ曲率を異なるように形成することによって、前記内外輪接触角が異なるようにすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシャフト支持装置。

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