JP2005076780A - スラストニードル軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】
レースやころの摩耗を減少させることができるスラストニードル軸受を提供する。
【解決手段】
スラストニードル軸受１６Ｂは、レースの表面硬度がＨＲＣ６０〜６６（好ましくはレースところとの表面硬度差がＨＲＣ３以内）であるように処理されているので、過酷な潤滑条件で使用されても早期摩耗を抑制でき、長寿命を図ることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、カーエアコンの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に関する。

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）。
特開２００２−２６６７５４号公報

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。

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。

これに対し、一般的なスラストニードル軸受のレースは、通常の軸受鋼（一般的にはＳＵＪ２）に対して、焼入れ焼戻しの熱処理を行っており、通常はＨＲＣ５８程度の硬度を有している。しかるに、本発明者の研究によれば、このようなスラストニードル軸受を、潤滑性が十分に確保されない使用条件下でカーエアコン用コンプレッサに適用した場合、レースところとの間における潤滑油が不足した場合、早期に摩耗を引き起こすおそれがあることが判明した。これに対し、潤滑性を十分に確保するためには、十分な断面積の潤滑油供給路等をコンプレッサハウジングに形成しなくてはならず、コンプレッサハウジングの製造コストが増大し、又ハウジングがより大型化する。尚、以下の特許文献２には、転がり軸受の転動体、外輪及び内輪に、０．２〜０．８％の窒素濃度の窒化層を形成し、ビッカース硬度Ｈｖ１２００〜１５００の表面硬度を有するようにすることで、摩耗を抑制する効果があることが記載されているが、かかる転がり軸受は工作機械等に使用されるものであり、カーエアコンのコンプレッサに比較して潤滑条件が緩やかであるため、本発明の思想とは異なるものである。
特開２００２−３６４６４８号公報

本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、レースやころの摩耗を抑制できるスラストニードル軸受を提供することを目的とする。

第１の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、カーエアコンのコンプレッサに用いるスラストニードル軸受において、
前記レースの表面硬度がＨＲＣ６０以上であることを特徴とする。

第２の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、カーエアコンのコンプレッサに用いるスラストニードル軸受において、
前記レースの表面硬度と前記ころの表面硬度との差が、ＨＲＣ３以内であることを特徴とする。

第１の発明のスラストニードル軸受によれば、前記レースの表面硬度がＨＲＣ６０以上であるので、前記レースの摩耗を抑制することができる。かかる特徴を有する本発明は、例えば特許文献２に記載の技術と大きく異なる。すなわち、特許文献２に記載の転動体、外輪又は内輪は、ビッカース硬度Ｈｖ１２００〜１５００の表面硬度を有することで、摩耗を抑制している。ところが、カーエアコンのコンプレッサ用途のニードル軸受においては、潤滑条件がより厳しいため、金属同士の接触により表面の剥離から早期摩耗を引き起こす場合が多い。そこで、本発明においては、前記レースの表面硬度を、ＨＲＣ６０以上（好ましくは６６以下）と低めることで表面の剥離を抑制し、それにより早期摩耗を抑制するようにしている。

第２の本発明のスラストニードル軸受によれば、前記レースの表面硬度と前記ころの表面硬度との差が、ＨＲＣ３以内であるので、どちらか一方の硬度が高すぎて、他方の早期摩耗を引き起こすことがなく、バランス良く双方の長寿命を確保することができる。

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。

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。

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。

本実施の形態にかかる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。ころ１６ａ、レース１６ｂ、１６ｃ及び保持器１６ｄの表面硬度はＨＲＣ６０〜６６（好ましくはレースところとの表面硬度差がＨＲＣ３以内）であるように処理されている。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。ころ１６ｅ、レース１６ｆ、１６ｇ及び保持器１６ｈの表面硬度はＨＲＣ６０〜６６（好ましくはレースところとの表面硬度差がＨＲＣ３以内）であるように処理されている。

図３は、スラストニードル軸受１６Ｂの断面図である。図３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。

本実施の形態にかかる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。ころ１５ａ、外輪１５ｂ、保持器１５ｃ及びころ１５ａが転動するシャフト１４の外周面硬度はＨＲＣ６０〜６６（好ましくはレースところとの表面硬度差がＨＲＣ３以内）であるように処理されている。更に、本実施の形態にかかる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。ころ１５ｄ、外輪１５ｅ、保持器１５ｆ及びころ１５ｄが転動するシャフト１４の外周面硬度はＨＲＣ６０〜６６（好ましくはレースところとの表面硬度差がＨＲＣ３以内）であるように処理されている。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本実施の形態によれば、スラストニードル軸受１６Ａ、１６Ｂ及びラジアルニードル軸受１５Ａ、１５Ｂは、上述したように特にレースの表面硬度がＨＲＣ６０〜６６（好ましくはレースところとの表面硬度差がＨＲＣ３以内）であるように処理されているので、過酷な潤滑条件で使用されても早期摩耗を抑制でき、長寿命を図ることができる。

本発明者が行った評価試験結果を以下に示す。
供試条件
（１）使用軸受：内径φ４０×外径φ６０×幅５（ｍｍ）
（２）荷重：１５００Ｎ
（３）回転数：３０００ｍｉｎ^−１
（４）試験時間：２４ｈｏｕｒ
以上の供試条件に基づく試験に供した軸受を、供試後に分解して測定した結果を表１に示す。

試験結果を考察するに、上述した過酷な試験条件下において、レースの表面硬度が従来のＨＲＣ５８であるとレースに摩耗が発生したところ、レースの表面硬度をＨＲＣ６０〜６８と増大させたときは、レースに摩耗が認められないことがわかった。ただし、ころの表面硬度がＨＲＣ６３であるときに、レースの表面硬度がＨＲＣ６８と、その差が大きくなったときは、ころに摩耗が発生したことから、レースところとの表面硬度差はＨＲＣ３以内であることが望ましいことがわかった。

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。

本発明によれば、レースやころの摩耗を減少させることができるスラストニードル軸受を提供することができる。

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１の構成をII方向に見た図である。 スラストニードル軸受１６Ｂの断面図である。

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 (2)

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、カーエアコンのコンプレッサに用いるスラストニードル軸受において、
   前記レースの表面硬度がＨＲＣ６０以上であることを特徴とするスラストニードル軸受。
2. 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、カーエアコンのコンプレッサに用いるスラストニードル軸受において、
   前記レースの表面硬度と前記ころの表面硬度との差が、ＨＲＣ３以内であることを特徴とするスラストニードル軸受。
   
   

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