JP2005201072A - ニードル軸受及びカークーラコンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】
カークーラコンプレッサの手回し検査時の違和感を防止できるラジアルニードル軸受及びそれを用いたカークーラコンプレッサを提供する。
【解決手段】
ラジアルニードル軸受におけるラジアルスキマを０〜−２０μｍとし、且つころ端部のクラウニング部における真円度を２μｍ以下とすることで、検査時にカークーラコンプレッサのシャフトを回転させたときの微振動を抑制できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カークーラコンプレッサ等に用いられると好適なニードル軸受並びにカークーラコンプレッサに関する。

例えばカーエアコン用コンプレッサ（カークーラコンプレッサともいう）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回転板を取り付け、この回転板に対して斜板を傾斜角度可変に取り付けてある。回転板とハウジングの間にはスラスト軸受が配置されている。斜板には，複数のピストンロッドの一端が円周方向等間隔に取り付けてあり、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、ピストンロッドを介してピストンが軸線方向に往復運動し、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。

ここで、カーエアコン用コンプレッサの組み付け後検査において、そのシャフトを手回しすると、シャフトに周期的な微振動（いわゆるゴロゴロ感）が生じることがある。このようなゴロゴロ感が生じる理由としては、カーエアコン用コンプレッサの部品にキズが生じていたり、異物が混入していることなどが考えられるため、かかるカーエアコン用コンプレッサは不良品として、更に詳細な分解検査などが行われることとなる。

ところが、ゴロゴロ感が生じたことから分解検査を行ったカーエアコン用コンプレッサにおいて、キズや異物が全く発見されないことがある。このように正常であるにもかかわらず、分解検査を必要とするカーエアコン用コンプレッサが生じることは、生産効率を低下させコストを増大させることとなる。

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、カークーラコンプレッサの手回し検査時の違和感を防止できるラジアルニードル軸受及びそれを用いたカークーラコンプレッサを提供することを目的とする。

第１の本発明のラジアルニードル軸受は、希薄潤滑条件下で用いられ、ころと、前記ころを保持する保持器とからなるラジアルニードル軸受において、
前記ラジアルニードル軸受におけるラジアルスキマを０〜−２０μｍとし、且つ前記ころ端部のクラウニング部における真円度を２μｍ以下としたことを特徴とする。

第２の本発明のラジアルニードル軸受は、希薄潤滑条件下で用いられ、ころと、前記ころを保持する保持器とからなるラジアルニードル軸受において、
前記ラジアルニードル軸受におけるラジアルスキマを０〜−２０μｍとし、且つ前記ころ端部のクラウニング部におけるウェービネスを、ローバンドで０．４以下、ハイバンドで０．７以下としたことを特徴とする。

本発明者は、組み立て後に検査された正常なカークーラコンプレッサにおいて、なぜゴロゴロ感が生じたのかという問題について検討した。ラジアルニードル軸受で用いるころの両端には、一般的にクラウニング部が形成されている。クラウニング部は、本来的には軌道面に接触しない部位であるため、その真円度は通常問題視されないことから、ころのクラウニング部は切断後のバレル加工のみにとどめられることが多い。ところが、バレル加工のみ施したころを用いたラジアルニードル軸受を、カークーラコンプレッサに組み込んでシャフトを手回しすると、ラジアルニードル軸受は正常でも、シャフトに周期的な微振動（いわゆるゴロゴロ感）が生じる場合があることが判明した。これは、ラジアルスキマを負のスキマとした状態で使用すると、バレル加工のみを施したころのクラウニング部が、変形して軌道輪に干渉し、その真円度が悪いと周期的に微振動が生じることが原因と考えられる。

そこで本発明者は、更に鋭意研究の結果、ころのクラウニング部の真円度を向上させることで、かかる問題を解決できることを見出した。即ち、ラジアルニードル軸受におけるラジアルスキマを０〜−２０μｍとし、且つ前記ころ端部のクラウニング部における真円度を２μｍ以下とすることで、検査時にカークーラコンプレッサのシャフトを回転させたときの微振動を抑制できることを見出したのである。このようなクラウニング部の真円度は、ころ端部を研磨加工することで得られる。

又、本発明者は、前記ラジアルニードル軸受におけるラジアルスキマを０〜−２０μｍとし、且つ前記ころ端部のクラウニング部におけるウェービネスを、ローバンドで０．４以下、ハイバンドで０．７以下とすることで、検査時にカークーラコンプレッサのシャフトを回転させたときの微振動を抑制できることを見出した。尚、ウェービネスに関しては、例えば特許第３２２５６１８号に詳細が記載されている。

尚、ここで「希薄潤滑条件」とは、例えばカークーラコンプレッサの内部のように、フロンガスとポリアルキレングリコールの蒸気が充満しているような潤滑環境の厳しい潤滑条件をいうものとする。又、ラジアルスキマは、外輪軌道径（外輪内径）−内輪軌道径（内輪外径）−２×ころ径で表される。

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。

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）に挟持する軌道輪１６ｂ、１６ｃと、ころ１６ａを保持する保持器１６ｄとを有している。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）に挟持する軌道輪１６ｆ、１６ｇと、ころ１６ｅを保持する保持器１６ｈとを有している。図３は、スラストニードル軸受１６Ｂの断面図である。

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（軌道輪）１５ｂと、内輪１５ｔ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（軌道輪）１５ｅと、ころ１５ｄを保持する保持器１５ｆとを有している。

図３は、ラジアルニードル軸受１５Ａの拡大断面図であり、図４は、ころの外形を拡大して示した図である。外輪１５ｂは、その両端から半径方向内方に突出するフランジ部を有し、内輪１５ｔは、その両端から半径方向外方に突出するフランジ部を有するが、内輪１５ｔのフランジ部は一方の端部側が分割可能となっている。ころ１５ａは、線材から所定長に切断されバレル加工を施された後、旋削加工又は研削加工により、その端部を処理されており、両端のクラウニング部の真円度が２μｍ以下とされている。尚、「真円度」とは、一つのラジアル平面ところの転動面との交線に外接する最小円と、交線上の各点との間の最大のラジアル方向距離をいう。又、ラジアルニードル軸受１５Ａにおけるハウジングに対するラジアルスキマは、０〜−２０μｍとなっているが、このような負スキマは、通常アルミ製のハウジングを暖めて膨張させながら軸受の組付を行うことで、任意に設定できる。

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。

表１は、本発明者が行った評価試験結果を示す図である。本発明者は、ラジアルニードル軸受の負スキマの値と、クラウニング部の真円度を変え、カークーラコンプレッサに組み込んでシャフトを手回しし、その感触により評価を行った。

表１に示すように、クラウニング部の真円度が２μｍ以下では、ゴロゴロ感が感じられなかったが、クラウニング部の真円度が３μｍ以上では、ゴロゴロ感が感じられた。尚、クラウニング部の真円度が２μｍ以下である場合、そのウェービネスは、ローバンドで０．４以下、ハイバンドで０．７以下となる。

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。

本実施の形態にかかる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。 ラジアルニードル軸受１５Ａの拡大断面図である。 ころの外形を拡大して示した図である。

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 (4)

1. 希薄潤滑条件下で用いられ、ころと、前記ころを保持する保持器とからなるラジアルニードル軸受において、
   前記ラジアルニードル軸受におけるラジアルスキマを０〜−２０μｍとし、且つ前記ころ端部のクラウニング部における真円度を２μｍ以下としたことを特徴とするラジアルニードル軸受。
2. 希薄潤滑条件下で用いられ、ころと、前記ころを保持する保持器とからなるラジアルニードル軸受において、
   前記ラジアルニードル軸受におけるラジアルスキマを０〜−２０μｍとし、且つ前記ころ端部のクラウニング部におけるウェービネスを、ローバンドで０．４以下、ハイバンドで０．７以下としたことを特徴とするラジアルニードル軸受。
3. 前記ころが転動する内輪を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のラジアルニードル軸受。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のニードル軸受を用いたことを特徴とするカークーラコンプレッサ。
   
   

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