JP2008057750A - スラスト針状ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】１枚の板材を曲げて形成される保持器のもぐり込み摩耗を抑制できるスラスト針状ころ軸受を提供する。
【解決手段】保持器１６ｈにおいて、ころ１６ｅを保持するポケット部１６ｈｐの反開口側における外径側のころ保持部１６ｈｚは、ころ１６ｅの円筒部１６ｅｔに当接する位置に形成されているので、ころ１６ｅを保持器１６ｈに対して面接触させて、安定支持を確保でき、ころ１６ｅのスキューを効果的に抑制することができる。反開口側のころ保持部１６ｈｚが、ころ１６ｅの円筒部１６ｅｔと必ず接することで、開口側ころ保持部１６ｈｚところ１６ｅが接触する場合も、ころ１６ｅの円筒部１６ｅｔで保持することになるため、ころ１６ｅが落ち・出っ張りのどちらで接触したとしても、ころ１６ｅを安定して保持することが可能となる。これにより、ころ１６ｅのスキューを抑制し、高速条件下においてころ１６ｅの安定した回転が可能となる。
【選択図】図７

Description

本発明は、自動車及び産業機械、特にカーエアコンのコンプレッサ、自動変速機用遊星歯車機構、トルクコンバータ等に用いられると好適なスラスト針状ころ軸受に関する。

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。斜板と揺動板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 特開２００６−２２８４６号公報

ところで、カーエアコン用コンプレッサ等には、スラスト針状ころ軸受が用いられる場合がある（特許文献２参照）。しかるに、近年は、自動車性能向上による回転速度の高速化に伴い軸受回転速度も増加し、転がり寿命はもちろんのこと、耐高速性についても要求が強くなってきている。軸受回転速度が高速になると、保持器のポケット外側端面がころの端面に削られるように凹み状の異状摩耗痕が形成され、ころがその中に潜り込み、円滑な回転が損なわれるという、いわゆるもぐり込み摩耗が生じる恐れがある。かかる不具合により、保持器強度は下がり、回転トルクが増加し、軸受温度上昇を招き、最悪の場合には軸受のフレーキングまたは焼付きが発生する恐れもある。すなわち、軸受の更なる高速化に対し、かかる不具合の克服が望まれていた。

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、１枚の板材を曲げて形成される保持器のもぐり込み摩耗を抑制できるスラスト針状ころ軸受を提供することを目的とする。

本発明のスラスト針状ころ軸受は、ころと、前記ころを保持する保持器とを備えたスラスト針状ころ軸受において、
前記ころは、円筒部と、前記円筒部より外径側及び内径側のクラウニング部とを有し、
前記保持器は、１枚の板材を折り曲げてなり、前記ころを保持するポケット部の反開口側における外径側及び内径側のころ保持部の少なくとも一方は、前記ころの円筒部に当接する位置に形成されていることを特徴とする。

スラスト針状ころ軸受において、ころの外周面が保持器に案内されるとき、保持器の平面部に対して、ころのクラウニング部が接触する場合、曲率面で点接触となるため、ころの姿勢を制御しにくくなるという問題がある。特に、保持器ところとが接触した瞬間や、何らかの外力によってころの姿勢が変化した場合、スキューを起こしやすく、また発生したスキューが収束せずスキュー変動したまま運動を続けることも考えられる。更に、クラウニング部が大きい場合は、クラウニングによるダレ量分だけ、保持部ところとの隙間も大きくなるため、最大スキュー角度も大きくなり、高速回転時に問題となるポケット面の摩耗に足して不利となることが懸念される。

これに対し、本発明のように、前記ころを保持するポケット部の反開口側における外径側及び内径側のころ保持部の少なくとも一方が、前記ころの円筒部に当接する位置に形成されていると、前記ころを前記保持器に対して面接触させて、安定支持を確保でき、ころのスキューを効果的に抑制することができる。例えば、前記保持器において、反開口側の外径側および内径側ころ保持部を、ころ転動面のだれ（クラウニング）部より長くし、それによりころの円筒部と接触させ、面接触で保持することによって上述の効果を実現できる。反開口側のころ保持部が、ころの円筒部と必ず接することで、開口側ころ保持部ところが接触する場合も、ころの円筒部で保持することになるため、ころが落ち側・出っ張り側のいずれで接触したとしても、ころを安定して保持することが可能となる。本発明によれば、ころのスキューを抑制し、高速条件下においてころの安定した回転が可能となるため、ころの安定した回転により、軸受の長寿命化、回転トルクの安定化を図ることができる。尚、「保持器の反開口側」とは、１枚の板材を折り曲げて保持器を形成したとき、フランジ部が柱部と連結していない側をいう。

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針状ころ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の構成を矢印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対のスラスト針状ころ軸受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。

スラスト針状ころ軸受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。本実施の形態にかかるスラスト針状ころ軸受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。

ラジアルニードル軸受１５Ａは、複数のころ１５ａと、シェル型外輪１５ｂと、ころ１５ａを保持する保持器１５ｃとを有している。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。

スラスト針状ころ軸受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、スラスト針状ころ軸受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。

図３は、軌道輪を取り外した状態で示すスラスト針状ころ軸受１６Ｂの断面図である。図４は、図３の構成の矢印IVで示す部位を拡大して示す図である。図５は、図４の構成を矢印V方向に見た図である。図６は、図４の構成の矢印VIで示す部位を拡大して示す図である。図７は、図５の構成の矢印VIIで示す部位を拡大して示す図であるが、クラウニング部は誇張して示している。

図４において、１枚のドーナツ状の板材を、断面がＭ字状になるよう折り曲げて一体的に形成される保持器１６ｈは、一対の環状部１６ｈｉ、１６ｈｏと、両環状部１６ｈｉ、１６ｈｏを連結する複数の柱部１６ｈｃとからなり、隣接する柱部１６ｈｃ、１６ｈｃ間に、ころ１６ｅを収容するポケット部１６ｈｐ（図５参照）を形成している。ポケット部１６ｈｐの側面（周方向に向いた面）には、平面（径方向にストレートな形状）である３箇所のころ保持部１６ｈｘ、１６ｈｙ、１６ｈｚ（図４でダブルハッチングで示す）が形成されている。このうち、ころ保持部１６ｈｙは、保持器１６ｈの開口側に形成され、ころ保持部１６ｈｘ、１６ｈｚは、保持器１６ｈの反開口側に形成されている。ころ保持部１６ｈｘ、１６ｈｚは、ポケット部１６ｈｐの径方向端部から距離Ｌの位置まで形成されている（図７参照）。

図６に示すように、ころ１６ｅは、レース面上を転動する円筒状の円筒面１６ｅｔと、円筒面１６ｅｔに接続し、その内径側と外形側の端部に形成され、軸線方向外方に向かうにつれて縮径したクラウニング部１６ｅｃとを有している。クラウニング部１６ｅｃの軸線方向長はＬ１（＜Ｌ）となっている。

図８は、比較例にかかる保持器１６ｈ’及びころ１６ｅの図７と同様な拡大図である。比較例にかかる保持器１６ｈ’は、ころ保持部１６ｈｘ、１６ｈｚが、ポケット部１６ｈｐの径方向端部から距離Ｌ’（＜Ｌ１）位置まで形成されていること以外、保持器１６ｈと同様の構成である。比較例を参照して、本実施の形態の作用効果を説明する。

スラスト針状ころ軸受の動作時に、ころ１６ｅに遠心力が作用するため、ころ１６ｅの軸受半径方向外側端が、それに対向するポケット１６ｈｐの半径方向外側縁に押し付けられるが、このとき図８（ａ）、（ｂ）に示す点線で示すように、ころ１６ｅの首振り現象が生じる場合がある。このとき、比較例の場合には、ころ１６ｅのクラウニング部１６ｅｃがころ保持部１６ｈｚに当接するが、円筒部１６ｅｔはころ保持部１６ｈｚに当接しない。従って、ころ１６ｅは保持器１６ｈ’に対して点接触するため、ころ１６ｅの姿勢を制御しにくくなるという問題がある。特に、保持器１６ｈ’ところ１６ｅとが接触した瞬間や、何らかの外力によってころ１６ｅの姿勢が変化した場合、スキューを起こしやすく、また発生したスキューが収束せずスキュー変動したまま運動を続けることも考えられる。更に、図８（ｃ）に示すように、クラウニング部１６ｅｃの形状によって、クラウニングによるダレ量分だけ、保持部１６ｈｚところとの隙間Δも大きくなるため、最大スキュー角度も大きくなり、高速回転時に問題となるポケット面の摩耗に足して不利となることが懸念される。

これに対し、本実施の形態の保持器１６ｈのように、ころ１６ｅを保持するポケット部１６ｈｐの反開口側における外径側のころ保持部１６ｈｚが、ころ１６ｅの円筒部１６ｅｔに当接する位置に形成されているので、ころ１６ｅを保持器１６ｈに対して面接触させて安定支持を確保でき、ころ１６ｅのスキューを効果的に抑制することができる。より具体的には、保持器１６ｈにおいて、反開口側の外径側のころ保持部１６ｈｚの末端位置を、ころ１６ｅのだれ（クラウニング部１６ｅｃ）より離すことで、ころ１６ｅの円筒部１６ｅｔと面接触させることによって上述の効果を実現できる。反開口側のころ保持部１６ｈｚが、ころ１６ｅの円筒部１６ｅｔと必ず接することで、開口側ころ保持部１６ｈｙところ１６ｅが接触する場合も、ころ１６ｅの円筒部１６ｅｔで保持することになるため、ころ１６ｅが落ち側・出っ張り側のいずれで接触したとしても、ころ１６ｅを安定して保持することが可能となる。これにより、ころ１６ｅのスキューを抑制し、高速条件下においてころ１６ｅの安定した回転が可能となるため、ころ１６ｅの安定した回転により、スラスト針状ころ軸受１６Ｂの長寿命化、回転トルクの安定化を図ることができる。尚、保持部１６ｈｘを同じ構成とすることでも、同様の効果を得られる。

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。例えば、スラスト針状ころ軸受は、カークーラコンプレッサに限らず、自動車用の変速機や事務機器など、各種の機械に適用できる。

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の構成を矢印II方向に見た図である。 軌道輪を取り外した状態で示すスラスト針状ころ軸受１６Ｂの断面図である。 図３の構成の矢印IVで示す部位を拡大して示す図である。 図４の構成を矢印V方向に見た図である。 図４の構成の矢印VIで示す部位を拡大して示す図である。 図５の構成の矢印VIIで示す部位を拡大して示す図であるが、クラウニング部は誇張して示している。 比較例にかかる保持器１６ｈ’及びころ１６ｅの図７と同様な断面図である。

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 スラスト針状ころ軸受

Claims (2)

1. ころと、前記ころを保持する保持器とを備えたスラスト針状ころ軸受において、
   前記ころは、円筒部と、前記円筒部より外径側及び内径側のクラウニング部とを有し、
   前記保持器は、１枚の板材を折り曲げてなり、前記ころを保持するポケット部の反開口側における外径側及び内径側のころ保持部の少なくとも一方は、前記ころの円筒部に当接する位置に形成されていることを特徴とするスラスト針状ころ軸受。
2. 前記ころ保持部は、ストレート形状であることを特徴とする請求項１に記載のスラスト針状ころ軸受。

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