JP2006144845A - Supporting structure for compressor main spindle and needle roller bearing - Google Patents
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Description
本発明は、コンプレッサ主軸の支持構造とこの支持構造に用いられる針状ころ軸受に関する。 The present invention relates to a support structure for a compressor main shaft and a needle roller bearing used in the support structure.
エアコンディショナ等のコンプレッサには、高速で回転駆動される主軸によって圧縮動作部材を動作させ、この主軸のラジアル荷重をコンプレッサ内に配置された針状ころ軸受で支持した支持構造を採用したものがある(例えば、特許文献1参照)。針状ころ軸受は軸受投影面積が小さい割に高負荷容量と高剛性が得られる利点を有しており、コンプレッサ主軸の支持構造をコンパクトに設計できる。 A compressor such as an air conditioner employs a support structure in which a compression operation member is operated by a main shaft that is rotationally driven at high speed, and a radial load of the main shaft is supported by needle roller bearings arranged in the compressor. Yes (see, for example, Patent Document 1). Needle roller bearings have the advantage that high load capacity and high rigidity can be obtained for a small bearing projection area, and the support structure for the compressor main shaft can be designed compactly.
特に、自動車用エアコンディショナに用いられるコンプレッサは、耐久性の向上が求められるとともに、近年、省エネルギや環境への配慮からエアコンディショナの冷却効率を高めるために、コンプレッサの軸受部をはじめとする内部の潤滑に用いるオイル量を削減する動きがある。元来、コンプレッサ内部の潤滑には低粘度のオイルが用いられており、このようなオイル量の削減と相俟って、高速で回転駆動されるコンプレッサ主軸の支持構造に用いられる針状ころ軸受は、過酷な希薄潤滑条件下で使用されるようになっている。 In particular, compressors used in automotive air conditioners are required to have improved durability, and in recent years, in order to increase the cooling efficiency of air conditioners in consideration of energy saving and environmental considerations, compressor bearings and other There is a movement to reduce the amount of oil used for internal lubrication. Originally, low-viscosity oil is used for lubrication inside the compressor. Combined with this reduction in the amount of oil, needle roller bearings used for the support structure of the compressor spindle that is driven to rotate at high speed. Has been used under severe lean lubrication conditions.
一方、ラジアル荷重を支持する針状ころ軸受には、針状ころを鋼製保持器で保持したものが多い。この鋼製保持器は、その製造工程によって大別すると、パイプ材から削り出しによって製造する削り出し保持器、板材から打ち抜いた円形ブランクを絞り工程を含むプレス加工で成形するプレス保持器、および帯板を定尺に切断し、これを環状に曲げ加工して両端を溶接する溶接保持器とがある。これらの鋼製保持器は、いずれもポケット抜きによって、針状ころを収納するポケット部が柱部で区画されるように形成される。 On the other hand, many needle roller bearings that support a radial load have needle rollers held by a steel cage. This steel cage can be roughly classified according to its production process. A machined cage produced by machining a pipe material, a press cage for forming a circular blank punched from a plate material by a press process including a drawing process, and a belt There is a welding cage in which a plate is cut into a standard length, and this is bent into an annular shape and welded at both ends. All of these steel cages are formed such that the pocket portion for accommodating the needle rollers is partitioned by the column portion by pocket removal.
これらの鋼製保持器の素材には、製造工程における切削加工性やプレス加工性等を考慮して、炭素含有量が0.15質量%以下であるS15C等の低炭素機械構造用鋼、SCM415等の低炭素機械構造用合金鋼、およびSPC等の低炭素冷延鋼板が多く用いられており、摩耗や焼付き等の表面損傷を防止するために、加工後に、浸炭処理、浸炭窒化処理、軟窒化処理のような表面熱処理を施されている(例えば、特許文献2参照)。前熱処理として浸炭窒化処理をするかまたは前熱処理なしで、ポケット部の転動体が接触する部分に高周波焼入れや衝撃焼入れの表面焼入れを施すようにしたものもある(例えば、特許文献3参照)。また、銀や銅等の金属めっき処理、燐酸マンガン処理等の酸化皮膜処理のような表面化学処理を施して(例えば、特許文献4参照)、耐摩耗性や耐焼付き性を改善するように鋼製保持器を表面改質したものもある。 These steel cage materials include steels for low carbon mechanical structures such as S15C having a carbon content of 0.15% by mass or less, SCM415, in consideration of cutting workability and press workability in the manufacturing process. Low carbon cold-rolled steel sheets such as SPC, and low carbon cold-rolled steel sheets such as SPC are often used. In order to prevent surface damage such as wear and seizure, carburizing treatment, carbonitriding treatment, Surface heat treatment such as soft nitriding is performed (see, for example, Patent Document 2). In some cases, carbonitriding is performed as pre-heat treatment or surface hardening such as induction hardening or impact hardening is performed on a portion of the pocket portion that comes into contact with the rolling element (for example, see Patent Document 3). Further, the steel is subjected to surface chemical treatment such as metal plating treatment such as silver or copper, or oxide film treatment such as manganese phosphate treatment (see, for example, Patent Document 4) to improve wear resistance and seizure resistance. Some of the cages are surface modified.
上述したコンプレッサ主軸の支持構造に用いられる針状ころ軸受のように高速回転で使用されるものは、保持器の動きが大きくなって針状ころが大きな接触圧力でポケット部に摺接する。針状ころ軸受が内輪や外輪の軌道輪を有する場合は、軌道輪も保持器の内径面や外径面に摺接する。このため、自動車用エアコンディショナのコンプレッサ主軸の支持構造のように、針状ころ軸受が過酷な希薄潤滑条件下で使用されるものでは、鋼製保持器のこれらの摺接部に摩耗や焼付き等の表面損傷がさらに生じやすくなる問題がある。摩耗によって生じる摩耗粉が針状ころと軌道輪の軌道面間に噛み込まれて、軌道面や針状ころの表面に早期剥離が発生する恐れもある。また、ポケット部を区画する柱部に針状ころが大きな接触圧力で繰り返し接触することによって、柱部を含む保持器全体に疲労や変形による破壊が生じやすくなる問題もある。 In the needle roller bearing used in the compressor main shaft support structure described above, the cage roller moves so that the needle roller slides into the pocket portion with a large contact pressure. When the needle roller bearing has an inner ring or an outer ring raceway, the raceway also makes sliding contact with the inner diameter surface or outer diameter surface of the cage. For this reason, in the case where needle roller bearings are used under severe lean lubrication conditions, such as the support structure of the compressor main shaft of an automotive air conditioner, the sliding contact portions of the steel cage are worn or burned. There is a problem that surface damage such as sticking is more likely to occur. Wear powder generated by wear may be caught between the raceway surfaces of the needle roller and the raceway, and early peeling may occur on the raceway surface or the surface of the needle roller. In addition, there is a problem that the needle roller repeatedly contacts with a large contact pressure on the column portion that divides the pocket portion, so that the entire cage including the column portion is likely to be broken due to fatigue or deformation.
上述した特許文献2乃至4に記載された鋼製保持器のように、耐摩耗性や耐焼付き性を改善するように表面改質したものは、摩耗や焼付き等の表面損傷の防止についてはある程度の効果を有するが、保持器全体の疲労強度や破壊強度を高めることはできない問題がある。
As for the steel cages described in
また、浸炭処理、浸炭窒化処理、軟窒化処理等の表面熱処理によって鋼製保持器を表面改質する手段(特許文献2、3)は、これらの表面熱処理が雰囲気調整を必要とするので、雰囲気炉等の熱処理設備が大きくなるとともに、炭素や窒素を拡散させるために熱処理時間も長くなる。雰囲気を調整する熱処理は、一度に多数の部品を処理しないと効率が悪いので大ロット生産を余儀なくされ、仕掛品が増大してリードタイムも長くなる。さらに、焼入れ油等の廃油処理も必要であり、地球環境への負担も無視できない問題もある。
In addition, the means for modifying the surface of the steel cage by surface heat treatment such as carburizing, carbonitriding, and soft nitriding (
一方、金属めっき処理、酸化皮膜処理等の表面化学処理によって鋼製保持器を表面改質する手段(特許文献4)は、めっき処理等のための表面処理設備が大きくなるとともに、めっき皮膜や酸化皮膜等の表面皮膜の形成と、その厚みの確保のために処理時間が長くなる。また、上記表面熱処理の場合と同様に、大ロット生産を余儀なくされ、仕掛品が増大してリードタイムも長くなり、めっき液等の廃液処理も必要とするので、地球環境への負担も大きくなる。 On the other hand, means for modifying the surface of a steel cage by surface chemical treatment such as metal plating treatment and oxide film treatment (Patent Document 4) increases the surface treatment equipment for plating treatment and the like, and increases the plating film and oxidation. The processing time is increased to form a surface film such as a film and to secure the thickness. In addition, as in the case of the above surface heat treatment, large lot production is forced, work in progress increases, lead time becomes longer, and waste liquid treatment such as plating solution is also required, so the burden on the global environment is also increased. .
また、これらの表面改質のための表面熱処理や表面化学処理では、突然の停電や何らかのトラブルで処理設備が停止すると、処理中の大量の保持器が不良品となり、その回収と設備の復帰のために多大な時間とコストが無駄になる問題もある。さらに、已むを得ず小ロット生産を行う場合は、生産効率が低下するのみでなく、異品が混入する恐れもある。 In addition, in surface heat treatment and surface chemical treatment for surface modification, if the processing equipment stops due to a sudden power failure or some trouble, a large number of cages being processed become defective products, and recovery and restoration of the equipment Therefore, there is a problem that a lot of time and cost are wasted. Further, when small lot production is unavoidable, not only the production efficiency is reduced, but also foreign products may be mixed.
なお、特許文献3には、ころ軸受を実施例とした転がり軸受用保持器に高周波焼入れや衝撃焼入れの表面焼入れを施す手段が記載されており、前熱処理として浸炭窒化処理をしなければ、雰囲気炉等の熱処理設備を必要としない。しかしながら、特許文献3に記載された転がり軸受用保持器は、多数のポケット部を有する針状ころ軸受の保持器に適用すると、各ポケット部毎に表面のみを焼入れするのに非常に手間がかかり、かつ、表面焼入れのみでは保持器全体の疲労強度や破壊強度を高めることができない問題がある。
そこで、本発明の課題は、コンプレッサ主軸の支持構造に用いられる針状ころ軸受の鋼製保持器の表面損傷を防止するとともに、保持器全体の疲労強度や破壊強度も高めて、針状ころ軸受を長寿命化することである。 Therefore, the object of the present invention is to prevent the surface damage of the steel cage of the needle roller bearing used for the support structure of the compressor main shaft, and to increase the fatigue strength and breaking strength of the entire cage, so that the needle roller bearing Is to extend the service life.
上記の課題を解決するために、本発明は、コンプレッサの圧縮動作部材を回転駆動させる主軸と、この主軸のラジアル荷重をコンプレッサ内で支持する針状ころ軸受とからなり、この針状ころ軸受の針状ころを鋼製保持器で保持したコンプレッサ主軸の支持構造において、前記鋼製保持器の肉厚方向を含めた全体に、少なくとも高周波焼入れを含む高周波熱処理を施した構成を採用した。 In order to solve the above problems, the present invention comprises a main shaft that rotationally drives a compression operation member of a compressor, and a needle roller bearing that supports the radial load of the main shaft within the compressor. In the support structure of the compressor main shaft in which the needle rollers are held by a steel cage, the entire structure including the thickness direction of the steel cage is subjected to induction heat treatment including at least induction hardening.
すなわち、雰囲気調整を必要とせず、コンパクトで小ロット生産にも対応できる高周波熱処理設備を用いて、鋼製保持器の肉厚方向を含めた全体に、少なくとも高周波焼入れを含む高周波熱処理を施すことにより、鋼製保持器の熱処理時のハンドリング等を容易に効率よく行ない、その摩耗や焼付き等の表面損傷を防止するとともに、保持器全体の疲労強度や破壊強度も高めて、コンプレッサ主軸の支持構造に用いられる針状ころ軸受を長寿命化できるようにした。また、高周波熱処理はクリーンな電気エネルギを用いるので、地球環境への負担も少ない。 In other words, by using high-frequency heat treatment equipment that does not require atmosphere adjustment and is compact and can handle small-lot production, the whole of the steel cage including the thickness direction is subjected to high-frequency heat treatment including induction hardening. Support structure of the compressor main shaft by handling the steel cage during heat treatment easily and efficiently, preventing surface damage such as wear and seizure, and increasing the fatigue strength and breaking strength of the entire cage The life of the needle roller bearing used in the machine can be extended. In addition, since high frequency heat treatment uses clean electrical energy, there is little burden on the global environment.
前記高周波熱処理に高周波焼戻しを含めることにより、熱処理工程をインライン化することができる。通常、高周波熱処理は高周波焼入れと高周波焼戻しまたは炉焼戻しとから成るが、高周波焼戻しを選択すれば、共に処理時間の短い高周波焼入れと高周波焼戻しとを容易にインライン化することができる。 By including induction tempering in the induction heat treatment, the heat treatment step can be inlined. Usually, the induction heat treatment includes induction hardening and induction tempering or furnace tempering, but if induction tempering is selected, induction hardening and induction tempering, both of which have a short processing time, can be easily inlined.
前記針状ころ軸受は、内外輪の少なくとも一方の軌道輪を備えたものであってもよい。 The needle roller bearing may include at least one of the inner and outer races.
前記鋼製保持器の表面硬さと内部硬さは、ビッカース硬度でHV350〜700の範囲に入れるのがよい。耐摩耗性や保持器全体の疲労強度は硬度が高いほど向上するが、鋼製保持器の硬度がHV350未満では、耐摩耗性や疲労強度を十分に確保できない。また、破壊強度は硬度が高いと靭性の低下によって割れやすくなり、硬度が低いと変形によって壊れやすくなるので、鋼製保持器の硬さは、好ましくはHV400〜650とするのがよい。 The surface hardness and internal hardness of the steel cage are preferably in the range of HV350 to 700 in terms of Vickers hardness. The wear resistance and fatigue strength of the entire cage increase as the hardness increases, but if the hardness of the steel cage is less than HV350, sufficient wear resistance and fatigue strength cannot be ensured. In addition, since the fracture strength is high when the hardness is high, the steel is easily broken due to a decrease in toughness, and when the hardness is low, the steel cage is preferably broken by deformation. Therefore, the hardness of the steel cage is preferably HV400 to 650.
前記鋼製保持器の炭素含有量は0.15〜1.10質量%の範囲に入れるのがよい。炭素含有量が0.15質量%未満では、高周波熱処理のみでは鋼製保持器の表面硬さを十分に確保できない。また、炭素含有量が増加すると加工性や溶接性が低下するので、炭素含有量は1.10質量%以下、好ましくは0.50質量%以下とするのがよい。なお、炭素含有量を0.30質量%以下とすれば、鉄の母相に炭素を完全に固溶させることができるので、高周波熱処理における高周波焼戻しや炉焼戻しを省略することもできる。 The carbon content of the steel cage is preferably in the range of 0.15 to 1.10% by mass. When the carbon content is less than 0.15% by mass, the surface hardness of the steel cage cannot be sufficiently secured only by high-frequency heat treatment. Further, when the carbon content is increased, workability and weldability are lowered, so the carbon content is preferably 1.10% by mass or less, and preferably 0.50% by mass or less. If the carbon content is 0.30% by mass or less, carbon can be completely dissolved in the iron matrix, and induction tempering and furnace tempering in induction heat treatment can be omitted.
本発明のコンプレッサ主軸の支持構造は、その主軸のラジアル荷重を支持する針状ころ軸受について、その鋼製保持器の肉厚方向を含めた全体に、雰囲気調整を必要とせず、コンパクトで小ロット生産にも対応できる高周波熱処理設備を用いて、少なくとも高周波焼入れを含む高周波熱処理を施すようにしたので、鋼製保持器の熱処理時のハンドリング等を容易に効率よく行ない、その摩耗や焼付き等の表面損傷を防止するとともに、保持器全体の疲労強度や破壊強度も高めて、コンプレッサ主軸の支持構造に用いられる針状ころ軸受を長寿命化することができる。また、高周波熱処理はクリーンな電気エネルギを用いるので、地球環境への負担も少なくすることができる。 The compressor main shaft support structure of the present invention is a compact and small lot for needle roller bearings that support the radial load of the main shaft, including the thickness direction of the steel cage, without adjusting the atmosphere. Since induction heat treatment including induction hardening is performed using induction heat treatment equipment that can also handle production, handling of steel cages during heat treatment is performed easily and efficiently, such as wear and seizure. In addition to preventing surface damage, the fatigue strength and breaking strength of the entire cage can be increased, and the life of the needle roller bearing used in the support structure for the compressor main shaft can be extended. In addition, since high-frequency heat treatment uses clean electrical energy, the burden on the global environment can be reduced.
前記高周波熱処理に高周波焼戻しを含めることにより、熱処理工程をインライン化することができる。 By including induction tempering in the induction heat treatment, the heat treatment step can be inlined.
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図1は、第1の実施形態のコンプレッサ主軸の支持構造を採用した自動車用エアコンディショナのコンプレッサを示す。このコンプレッサは、主軸11に固定された斜板12の回転により、斜板12上を摺動するシュー13を介して、圧縮動作部材であるピストン14を往復動作させる両斜板タイプのコンプレッサであり、高速で回転駆動される主軸11は、冷媒が存在するハウジング15内で、ラジアル荷重を2つの針状ころ軸受1で支持され、スラスト荷重をスラスト針状ころ軸受16で支持されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a compressor of an automotive air conditioner that employs a support structure for a compressor main shaft according to a first embodiment. This compressor is a double swash plate type compressor that reciprocates a
前記ハウジング15には周方向に等間隔で複数のシリンダボア17が形成され、各ボア17内に両頭形のピストン14が往復自在に収納されている。各ピストン14には斜板12の外周部を跨ぐように凹部14aが形成され、この凹部14aの軸方向対向面に形成された球面座18に、球状のシュー13が着座されている。このシュー13は半球状のものもあり、ピストン14を斜板12の回転に対して相対移動自在に支持する。これによって、斜板12の回転運動からピストン14の往復運動への変換が円滑に行われる。
A plurality of cylinder bores 17 are formed in the
前記主軸11のラジアル荷重を支持する針状ころ軸受1は、図2に示すように、外輪2の軌道面2aに沿って配列された針状ころ3を鋼製保持器4で保持したものである。この保持器4はプレス加工で成形されたプレス保持器であり、図3に示すように、鋼板から打ち抜かれた円形ブランクが絞り工程でカップ状に絞られたのち、成形工程で底抜き、縁切り、縁曲げされて両端鍔付きの円筒体とされ、さらにポケット抜き工程で針状ころ3を収納するポケット部4aが、柱部4bで区画されるように打ち抜かれたのち、仕上げ成形工程で円筒体中央部に段差を形成されている。
As shown in FIG. 2, the
前記保持器4の素材鋼板は、炭素含有量が0.50質量%の構造用炭素鋼S50Cであり、図3に示したようにプレス加工されたのちに、肉厚方向を含めた全体に、高周波焼入れと高周波焼戻しとから成る高周波熱処理を施されて、製品の表面硬さがビッカース硬度でHV400〜650の範囲に入れられている。この保持器4の素材鋼板は、炭素含有量が0.15〜1.10質量%の範囲に入るものであればよく、他の構造用炭素鋼やSK5等の工具鋼とすることもできる。素材鋼板の炭素含有量を0.30質量%以下とする場合は、高周波焼戻しを省略してもよい。また、高周波熱処理は、保持器4を外輪2および針状ころ3と一体に組み立てたあとで施すこともでき、高周波焼戻しの替りに炉焼戻しを行なってもよい。
The material steel plate of the
図4は、前記鋼製保持器4の形状の変形例を示す。図4(a)、(b)は、プレス保持器または、ポケット抜きした帯板を定尺に切断し、これを環状に曲げ加工して両端を溶接した溶接保持器の例、図4(c)は、ロール成形で段差を形成してポケット抜きした帯板を、同様に曲げ加工して両端を溶接した溶接保持器の例、図4(d)、(e)は、パイプ材から削り出しした削り出し保持器の例である。これらの変形例と実施形態の保持器4を用いた針状ころ軸受1は、そのまま軌道輪のないものとすることもできる。
FIG. 4 shows a modification of the shape of the
図5は、第2の実施形態のコンプレッサ主軸の支持構造を採用した自動車用エアコンディショナのコンプレッサを示す。このコンプレッサは片斜板タイプのコンプレッサであり、主軸21に連結された連結部材22の回転により、連結部材22の傾斜面22aにボール23とスラスト針状ころ軸受24で支持された斜板25を揺動運動させ、この斜板25の揺動運動をピストンロッド26を介して、片頭形のピストン27の往復運動に変換するものである。この主軸21はハウジング28内で、ラジアル荷重を1つの針状ころ軸受1で支持され、スラスト荷重を連結部材22を介してスラスト針状ころ軸受29で支持されている。この針状ころ軸受1の保持器4は、第1の実施形態のものと同様に、肉厚方向を含めた全体に高周波熱処理が施された鋼製保持器である。
FIG. 5 shows a compressor of an automotive air conditioner that employs the support structure for the compressor main shaft of the second embodiment. This compressor is a swash plate type compressor, and a
図6は、第3の実施形態のコンプレッサ主軸の支持構造を採用した自動車用エアコンディショナのコンプレッサを示す。このコンプレッサは片斜板タイプの可変容量コンプレッサであり、主軸31に連結された連結部材32の傾斜角度が、主軸31に嵌めこまれたスリーブ33を軸方向へスライドさせることにより、変更可能とされている。連結部材32にスラスト針状ころ軸受34で支持された斜板35の揺動運動は、第2の実施形態のものと同様に、ピストンロッド36を介して、片頭形のピストン37の往復運動に変換される。この主軸31はハウジング38内で、ラジアル荷重を2つのシェル型針状ころ軸受1で支持され、スラスト荷重をスラスト針状ころ軸受39で支持されている。この針状ころ軸受1の保持器4も、第1の実施形態のものと同様に、肉厚方向を含めた全体に高周波熱処理が施された鋼製保持器である。
FIG. 6 shows a compressor of an automotive air conditioner that employs the compressor spindle support structure of the third embodiment. This compressor is a swash plate type variable displacement compressor, and the inclination angle of the connecting
1 針状ころ軸受
2 外輪
2a 軌道面
3 針状ころ
4 保持器
4a ポケット部
4b 柱部
11 主軸
12 斜板
13 シュー
14 ピストン
14a 凹部
15 ハウジング
16 スラスト針状ころ軸受
17 ボア
18 球面座
21 主軸
22 連結部材
22a 傾斜面
23 ボール
24 スラスト針状ころ軸受
25 斜板
26 ピストンロッド
27 ピストン
28 ハウジング
29 スラスト針状ころ軸受
31 主軸
32 連結部材
33 スリーブ
34 スラスト針状ころ軸受
35 斜板
36 ピストンロッド
37 ピストン
38 ハウジング
39 スラスト針状ころ軸受
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---|---|---|---|---|
JP2010002029A (en) * | 2008-06-23 | 2010-01-07 | Nsk Ltd | Radial needle roller bearing |
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