JP2005009526A - スラストニードル軸受、ころ及びカーエアコン用コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】引きずり抵抗を抑制しながらも信頼性を確保できるスラストニードル軸受、それに用いるころ及びスラストニードル軸受を用いたカーエアコン用コンプレッサを提供する。
【解決手段】ころ１６ｅの端面に面取り部１６ｘが設けられており、面取り部１６ｘの軸線方向寸法Ａより、面取り部１６ｘの半径方向寸法Ｂが大きくなっているので、ころ１６ｅの面圧を低下させることができる。また、動作時にころ１６ｅが遠心力で半径方向外方へと付勢されたときに、保持器１６ｈのポケット端面に接触する位置ｐが半径方向軸心よりとなることで、その回転抵抗を減少させることができる。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーエアコン用コンプレッサ等に用いられると好適なスラストニードル軸受、それに用いるころ、及びスラストニードル軸受を用いたカーエアコン用コンプレッサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーエアコン用コンプレッサの一タイプとして、容量可変式のコンプレッサが知られている。一般的に、容量可変式のコンプレッサは、ハウジングに対して駆動軸をラジアル軸受により回転自在に支持し、この駆動軸に対して斜板を傾斜角度可変に連結し、この斜板に対し揺動板を摺動自在に取付けてある。斜板とハウジングとの間にはスラスト軸受が配置されている。揺動板には、複数のピストンロッドの一端が円周方向等間隔に取付けてあり、このピストンロッドの他端はピストンに連結している。このピストンは、ハウジング内に設けられたシリンダの内部で摺動するように設けられ、このシリンダのボア内に流入される冷媒ガスを圧縮し吐出するようにしている。つまり、斜板が回転すると、揺動板が、いわゆるみそすり的動作をし、ピストンロッドを介してピストンを軸線方向に往復運動させ、冷媒ガスを圧縮し吐出するようになっている（特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開２００２−２６６７５４号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、カーエアコン用コンプレッサの動作時には、斜板を介して駆動軸は大きな力を受けるので、かかる駆動軸をハウジングに対してスラスト方向に支持するスラスト軸受と、ラジアル方向に支持するラジアル軸受とが必要となる。かかる場合、ニードル軸受は針状の円筒ころを有しているので、軸線方向の厚さが薄く、カーエアコン用コンプレッサに用いることにより、構成をよりコンパクトにすることができる。
【０００４】
しかるに、一般的なカーエアコン用コンプレッサは、クランクの回転による力を、べルトを介して電磁クラッチ経由で回転運動により駆動軸に伝達しており、アイドリングのような低速回転から、加速時のような高速回転まで幅広い回転数の範囲で、しかもコンプレッサの能力も必要に応じて変化するため、回転数と荷重が複雑に組み合わさった状態で運転される。このような環境で使用されるため、当然スラストニードル軸受及びラジアルニードル軸受も同様に高速回転から低速回転、さらには無負荷状態から重負荷状態まで幅広い条件下で動作することになる。そのうえ、軸受の使用部位がカーエアコン用コンプレッサであることから、外部から多量の潤滑剤を供給することもできず、潤滑性確保という観点からも非常に厳しい条件下にあるといえる。
【０００５】
更に、近年においては省燃費の要求が高まり、カーエアコン用コンプレッサについても、内部フリクションをより低減することが望まれている。ここで、従来のスラストニードル軸受は、保持器に組み込まれているころに面取りが施されているが、その寸法・形状については、アキシアル荷重を受けるころの有効接触長さが長くなるように、かつ保持器のポケット隅Ｒと干渉しないように、一般的にはその断面が単一の曲率半径の円弧で表されるように適度に設定されている。
【０００６】
しかるに、保持器（軸受）が回転し、ころに遠心力が作用すると、ころは、スラスト軸受外周側のポケット端面に強く押しつけられる傾向がある。ここで、面取りが小さく（即ち曲率半径が小さく）外周面が比較的長いころの場合、ころ端面の外周側に近い部分が保持器のポケット端面と接触することになる（即ち、ころの周速の速い部分がポケット端面に接触することになる）ので、ころの回転抵抗が大きくなり、又ころ端面とポケット端面の接触面積も大きくなる。この結果、ころの転がり運動に対し大きなブレーキがかかることになるため、適切なころの転動を抑制して引きずりトルクを増大させ、又保持器ポケットの異常摩耗が生じる恐れがある。
【０００７】
これに対し、面取り部全体の曲率半径を大きくすれば、上述した問題を回避することはできるが、そうすると、ころ外周面側の面取り寸法も同時に大きくなってしまい、有効接触長さ（円筒面の軸線方向長さ）が確保できず、ころの面圧が高くなるといった問題が発生する。ころの面圧が高くなると、軸受の異常摩耗、フレーキング、スラスト軸受の回転不具合が生じ、最終的にはこのようなスラスト軸受を使用したカーエアコン用コンプレッサの異音不具合、コンプレッサの回転不具合を招来する恐れがある。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、引きずり抵抗を抑制しながらも信頼性を確保できるスラストニードル軸受、それに用いるころ及びスラストニードル軸受を用いたカーエアコン用コンプレッサを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のスラストニードル軸受は、複数のころと、前記ころを保持する保持器と、前記ころが転動するレースとを有するスラストニードル軸受において、
前記ころの断面をとったとき、前記ころの端面に対応する直線と、前記ころの外周面に対応する直線とを円弧で連結してなる面取り部が設けられ、前記面取り部の軸線方向寸法より、前記面取り部の半径方向寸法を大きくしたことを特徴とする。
【００１０】
【作用】
本発明のスラストニードル軸受によれば、前記ころの断面をとったとき、前記ころの端面に対応する直線と、前記ころの外周面に対応する直線とを円弧で連結してなる面取り部が設けられ、前記面取り部の軸線方向寸法より、前記面取り部の半径方向寸法を大きくしたので、アキシアル荷重を受ける前記ころの有効接触長さを確保しつつ、前記ころ端面側の面取り部寸法を大きくすることにより、前記保持器ポケット端面と前記ころ端面の接触する部位の最大周速が低くなり（ｒωのｒ（半径）が減少）、また接触面積（ころ端面の接触ＰＣＤ）も小さくなることから、前記ころの転動に対してブレーキをかける要因を小さくすることができる。即ち、本発明は、前記ころの接線方向ヘの転動を適正に実現すべく、前記ころの外周側端面とそれに対する前記保持器のポケット端面のブレーキ力を極力小さくすることを主眼としている。「トライボロジ」（山本雄二著、理工学者社発行、１９８８年）によると、ころの摩耗量Ｖは、ころの荷重をＷとし、ころの移動距離をＬとし、ころの硬度をＨとしたときに、Ｖ＝α・（ＷＬ／Ｈ）で表される（αは定数）が、荷重Ｗは遠心力とアキシアル荷重の合計であるため、ころの遠心力が小さくなれば、摩耗量Ｖは減少し、又ころまたは保持器の硬さを向上させておくことで、摩耗量はより抑制される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかるスラストニードル軸受が組み込まれたカーエアコンのコンプレッサの断面図であり、図２は、図１の構成をＩＩ方向に見た図である。
【００１２】
図１において、コンプレッサ１を構成するハウジング６は、中央の短円筒状の本体７をヘッドケース８と斜板ケース９とで軸線方向（図１の左右方向）両側から挟持し、更に複数本の結合ボルト（図示せず）により結合されて一体となっている。ヘッドケース８の内側には、低圧室１０、１０と高圧室１１とが設けられている。尚、高圧室１１内は勿論、低圧室１０、１０内も正圧である。又、本体７とヘッドケース８との間には平板状の隔壁板１２が挟持されている。図１で複数に分割されている如く表されている低圧室１０、１０は互いに連通しており、ヘッドケース８の外面に設けられた単一の吸入ポート１３（図２）に連通している。又、高圧室１１は、ヘッドケース８に設けられた吐出ポート（図示せず）に通じている。吸入ポート１３がエバポレータ（不図示）の出口に、不図示の吐出ポートをコンデンサ（不図示）の入口に、それぞれ連通させている。
【００１３】
ハウジング６内にはシャフト１４を、本体７と斜板ケース９とに掛け渡す状態で、回転自在に支持している。より具体的には、シャフト１４の両端部を１対のラジアルニードル軸受１５Ａ、１５Ｂにより、本体７と斜板ケース９とに対して回転自在に支持すると共に、１対のスラストニードル軸受１６Ａ、１６Ｂにより、このシャフト１４に加わるスラスト荷重を支承自在としている。
【００１４】
スラストニードル軸受１６Ａは、複数のころ１６ａと、これを軸線方向（図１で左右方向）に挟持するレース１６ｂ、１６ｃと、ころ１６ａを保持する保持器１６ｄとを有している。更に、本実施の形態にかかるスラストニードル軸受１６Ｂは、複数のころ１６ｅと、これを軸線方向（図１で左右方向）に挟持するレース１６ｆ、１６ｇと、ころ１６ｅを保持する保持器１６ｈとを有している。
【００１５】
図３は、スラストニードル軸受１６Ｂの斜視図であり、図４は、スラストニードル軸受１６Ｂの断面図であり（レース１６ｇは省略）、図５は、ころ１６ｅの端面拡大図である。図３、４において、保持器１６ｈは、１枚の板材を折り曲げて形成したいわゆるＭ型保持器である。
【００１６】
図５において、ころ１６ｅの断面をとったとき、ころ１６ｅの端面に対応する直線１６ｙと、ころ１６ｅの外周面に対応する直線１６ｚとを円弧で連結してなる面取り部１６ｘが設けられ、かかる面取り部１６ｘの軸線方向寸法Ａより、面取り部１６ｘの半径方向寸法Ｂが大きくなっている（Ａ＜Ｂ）。
【００１７】
ラジアルニードル軸受１５Ａは、複数のころ１５ａと、外輪（レース）１５ｂと、ころ１５ａを保持する保持器１５ｃとを有している。更に、ラジアルニードル軸受１５Ｂは、複数のころ１５ｄと、外輪（レース）１５ｅと、ころ１５ｄを保持する保持器１５ｆとを有している。
【００１８】
スラストニードル軸受１６Ａは、本体７の一部と上記シャフト１４の一端部（図１の右端側）に形成した段部１７との間に、皿ばね１８を介して設けている。又、スラストニードル軸受１６Ｂは、シャフト１４の中間部外周面に外嵌固定した円板部１９と斜板ケース９との間に配置している。ハウジング６を構成する本体７の内側でシャフト１４の周囲部分には、複数（例えば図示の例では、円周方向等間隔に６個）のシリンダ孔２０、２０を形成している。この様に本体７に形成した、複数のシリンダ孔２０、２０の内側には、それぞれピストン２１、２１の先半部（図１の右半部）に設けた摺動部２２、２２を、軸方向の変位自在に嵌装している。
【００１９】
ここでは、シリンダ孔２０、２０の底面とピストン２１、２１の先端面（図１の右端面）との間に設けられた空間を、圧縮室２３とする。又、斜板ケース９の内側に存在する空間は、斜板室２４とする。シャフト１４の中間部外周面でこの斜板室２４内に位置する部分おいて、斜板２５を、シャフト１４に対して所定の傾斜角度を持たせて固定し、この斜板２５がシャフト１４と共に回転する様にしている。斜板２５の円周方向複数個所と、各ピストン２１、２１とは、それぞれ１対ずつのスライディングシュー２６、２６により連結されている。この為、これら各スライディングシュー２６、２６の内側面（互いに対向する面）は平坦面として、同じく平坦面である斜板２５の両側面外径寄り部分に摺接するようになっている。又、これら各スライディングシュー２６、２６の外側面（相手スライディングシュー２６と反対側面）は球状凸面としている。更に、その内側面を斜板２５の両側面に当接させた状態で、これら両スライディングシュー２６、２６の外側面を単一球面上に位置させている。一方、各ピストン２１、２１の基端部（前記隔壁板１２から遠い側の端部で、図１の左端部）には、スライディングシュー２６、２６及び斜板２５と共に、駆動力伝達機構を構成する連結部２７、２７を、各ピストン２１、２１と一体に形成している。そして、これら各連結部２７、２７に、一対のスライディングシュー２６、２６を保持する為の保持部２８、２８を形成している。又、これら各保持部２８、２８には、各スライディングシュー２６、２６の外側面と密に摺接する球状凹面を、互いに対向させて形成している。
【００２０】
又、本体７の一部内周面で、各連結部２７、２７の外端部に整合する部分には、各ピストン２１、２１毎にそれぞれ１対ずつのガイド面（図示せず）を、円周方向に離隔して形成している。各連結部２７、２７の外端部は、このガイド面に案内されて、ピストン２１、２１の軸方向（図１の左右方向）の変位のみ自在である。従って、各ピストン２１、２１も、各シリンダ孔２０、２０内に、斜板２５の回転に伴う各ピストン２１、２１の中心軸回りの回転を防止されて、軸方向の変位のみ自在（回転不能）に嵌装されている。この結果、各連結部２７、２７は、シャフト１４の回転による斜板２５の揺動変位に伴って各ピストン２１、２１を軸方向に押し引きし、各摺動部２２、２２をシリンダ孔２０、２０内で軸方向に往復移動させる。
【００２１】
一方、低圧室１０及び高圧室１１と各シリンダ孔２０、２０とを仕切るべく、本体７とヘッドケース８との突き合わせ部に挟持している隔壁板１２には、低圧室１０と各シリンダ孔２０、２０とを連通させる吸入孔２９、２９と、高圧室１１と各シリンダ孔２０、２０とを連通させる吐出孔３０、３０とを、それぞれ軸線方向に貫通する状態で形成している。従って、各吸入孔２９、２９及び各吐出孔３０、３０の一端（図１の左端）でシリンダ孔２０、２０側の開口は、何れも各ピストン２１、２１の先端面と対向する。又、各シリンダ孔２０、２０内で、各吸入孔２９、２９の一端と対向する部分には、低圧室１０から各シリンダ孔２０、２０に向けてのみ冷媒ガスを流す、リード弁式の吸入弁３１、３１を設けている。又、高圧室１１内で、各吐出孔３０、３０の他端（図１の右端）開口と対向する部分には、各シリンダ孔２０、２０から高圧室１１に向けてのみ冷媒ガスを流す、リード弁式の吐出弁３２を設けている。この吐出弁３２には、各吐出孔３０、３０から離れる方向への変位を制限する、ストッパ３３を付設している。
【００２２】
上述の様に構成するコンプレッサ１のシャフト１４は、車両のエンジン（不図示）により無端ベルト４２を介して回転駆動される。この為に、図示の例の場合は、ハウジング６を構成する斜板ケース９の外側面（図１の左側面）中央に設けた支持筒部３４の周囲に従動プーリ３５を、複列ラジアル玉軸受３６により、回転自在に支持している。この従動プーリ３５は、断面コ字形で全体を円環状に構成しており、斜板ケース９の外側面に固定したソレノイド３７を、従動プーリ３５の内部空間に配置している。一方、シャフト１４の端部で支持筒部３４から突出した部分には取付ブラケット３８を固定しており、この取付ブラケット３８の周囲に磁性材製の環状板３９を、板ばね４０を介して支持している。この環状板３９はソレノイド３７への非通電時には、板ばね４０の弾力により、図に示す様に従動プーリ３５から離隔しているが、ソレノイド３７への通電時にはこの従動プーリ３５に向け吸着されて、この従動プーリ３５からシャフト１４への回転力の伝達を自在とする。即ち、ソレノイド３７と環状板３９と板ばね４０とにより、従動プーリ３５とシャフト１４とを係脱する為の電磁クラッチ４１を構成している。又、車両のエンジンのクランクシャフト（不図示）の端部に固定した駆動プーリと従動プーリ３５との間には、無端ベルト４２を掛け渡している。
【００２３】
本実施の形態にかかるカーエアコンのコンプレッサの動作について説明する。車室内の冷房或は除湿を行なう為、カーエアコンを作動させた場合には、電磁クラッチ４１を動作させて従動プーリ３５とシャフト１４とを係合させ、それにより無端ベルト４２を介して、車両のエンジンの動力をシャフト１４に伝達し、これを回転駆動する。この結果、斜板２５が回転して、複数のピストン２１、２１を構成する摺動部２２、２２をそれぞれシリンダ孔２０、２０内で往復移動させる。そして、この様な摺動部２２、２２の往復移動に伴って、吸入ポート１３から吸引された冷媒ガスが、低圧室１０、１０内から各吸入孔２９、２９を通じて圧縮室２３内に吸い込まれる。この冷媒ガスは、これら各圧縮室２３内で圧縮されてから、吐出孔３０、３０を通じて高圧室１１に送り出され、吐出ポートより吐出される。その後、高温・高圧の冷媒ガスはコンデンサで冷却され液冷媒となった後、急激に膨張させられ、低温・低圧の霧状冷媒となってエバポレータに流れ、ここで車室内に供給される空気を冷却し、その後冷媒ガスとなってコンプレッサに吸入される。
【００２４】
本実施の形態によれば、図４に示すように、ころ１６ｅの端面に面取り部１６ｘが設けられており、面取り部１６ｘの軸線方向寸法Ａより、面取り部１６ｘの半径方向寸法Ｂが大きくなっているので、ころ１６ｅと保持器１６ｈの滑り距離を小さくすることができる。また、図４において、動作時にころ１６ｅが遠心力で半径方向外方へと付勢されたときに、保持器１６ｈのポケット端面に接触する位置ｐが半径方向軸心よりとなることで、その回転抵抗を減少させることができる。
【００２５】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その発明の範囲内で変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、ころは円筒ころに限らず、テーパころであっても良い。又、本発明のスラストニードル軸受は、自動変速機等にも使用可能である。更に、保持器は、板材を２枚合わせてボックス型に形成されたものでも良く、１ポケットで単一のころを保持するタイプでも、複数のころを保持するタイプでもかまわない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、引きずり抵抗を抑制しながらも信頼性を確保できるスラストニードル軸受、それに用いるころ及びスラストニードル軸受を用いたカーエアコン用コンプレッサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかるスラストニードル軸受が組み込まれたカーエアコンのコンプレッサの断面図である。
【図２】図１の構成をＩＩ方向に見た図である。
【図３】スラストニードル軸受１６Ｂの斜視図である。
【図４】スラストニードル軸受１６Ｂの断面図である。
【図５】ころ１６ｅの端面拡大図である。
【符号の説明】
１ カーエアコンのコンプレッサ
６ ハウジング
１４ シャフト
１５Ａ，１５Ｂ ラジアルニードル軸受
１６Ａ，１６Ｂ スラストニードル軸受

Claims (3)

1. 複数のころと、前記ころを保持する保持器と、前記ころが転動するレースとを有するスラストニードル軸受において、
   前記ころの断面をとったとき、前記ころの端面に対応する直線と、前記ころの外周面に対応する直線とを円弧で連結してなる面取り部が設けられ、前記面取り部の軸線方向寸法より、前記面取り部の半径方向寸法を大きくしたことを特徴とするスラストニードル軸受。
2. 請求項１に記載のスラストニードル軸受に用いることを特徴とするころ。
3. 請求項１に記載のスラストニードル軸受を用いたことを特徴とするカーエアコン用コンプレッサ。

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