JP2008261476A - スラスト針状ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】保持器の異常摩耗を防止して長寿命化を図ることができるとともに、低トルク化を図ることができるスラスト針状ころ軸受を提供する。
【解決手段】スラスト針状ころ軸受１０は、円周方向に亙って形成される複数のポケット１４、及び、外径側に軸方向に延びる外径側フランジ１８を備える保持器１５と、複数のポケット１４に円周方向に転動可能に保持される複数の針状ころ１３と、を有する。各ポケット１４は、針状ころ１３の外径側端面１３ｃが外径側フランジ１８の内周面１８ａと当接可能なように、径方向において外径側フランジまで延在している。針状ころ１３は、径方向寸法Ａが軸方向寸法Ｂより大きい面取り部１３ｂを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車や産業機械に用いられるスラスト針状ころ軸受に関し、特に、自動車エアコン用コンプレッサや自動車用トランスミッション等の回転支持部に用いられるスラスト針状ころ軸受に関する。

従来、自動車エアコン用コンプレッサや自動車用トランスミッション等の回転支持部に用いられるスラスト軸受としては、高剛性、高容量、コンパクト等の特徴を有するスラスト針状ころ軸受が使用されることが多い。

スラスト針状ころ軸受は、例えば、軸方向に互いに対向する一対の軌道輪間に、直径が比較的小さく、長さが直径に比べて長い複数の針状ころが配置され、これらの針状ころは、保持器を介してその軸線を径方向に向けた状態で放射状に配置されている。（例えば、特許文献１及び２参照）。

金属製の保持器は、薄い鋼板を素材として、打抜き、プレス加工によって加工、成形される。金属製保持器のタイプとしては、２枚の板材を成形し、組合せて加締めることで針状ころを保持するものと、１枚の板材をＭ型に成形し、Ｍ型断面を有する部位で針状ころを保持するもの等がある。

図９は、一枚の板材からなる金属製保持器を用いたスラスト針状ころ軸受１００を示しており、一対の軌道輪１０１，１０２間に保持器１０３と、複数の針状ころ１０４が配置されている。保持器１０３は、複数の柱部１０５と、内径側及び外径側にて軸方向に延びる内径側フランジ１０６及び外径側フランジ１０７と、を有して、Ｍ型断面に形成される。また、針状ころ１０４を保持する複数のポケット１０８の外径側端面は、外径側フランジ１０７に至る前に終端している。
特開平２００４−３０１１９５号公報 特開平２００５−９５２６号公報

ところで、スラスト針状ころ軸受１００では、回転時に針状ころ１０４が遠心力で保持器１０３のポケット１０８の外径側端面に強く押し付けられる傾向にある。ここで、針状ころ１０４の面取り部が小さく、ころ端面形状が平面形の場合、針状ころ１０４の保持器径方向外側の端面（以下、針状ころの外径側端面という）の外周側に近い部分がポケット１０８の外径側端面と接触することになるので、ころの回転抵抗が大きくなり、また、針状ころ１０４の外径側端面とポケット１０８の外径側端面の接触面積も大きくなる。この結果、ころ１０４の転がり運動に大きな抑止力が発生し、軸受トルクが増大し、保持器１０３のポケット１０８に異常摩耗が発生する虞がある。

一方、針状ころ１０４の端面を丸面形状にすれば、上記問題を回避することができるが、ころ軌道面側の有効長が短くなってしまい、寿命の低下や針状ころ１０４の面圧上昇などの問題が懸念される。

また、スラスト針状ころ軸受１００はその構造上、図１０に示すように、針状ころ１０４のピッチ円径位置（ＰＣＤ位置）にて針状ころ１０４が純転がり運動するものの、ＰＣＤ位置に対し、内径側及び外径側でのころ軌道面では周速差に起因する差動滑り及びスキューが発生する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、保持器の異常摩耗を防止して長寿命化を図ることができるとともに、低トルク化を図ることができるスラスト針状ころ軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。
（１） 円周方向に亙って形成される複数のポケット、及び、外径側に軸方向に延びる外径側フランジを備える保持器と、前記複数のポケットに円周方向に転動可能に保持される複数の針状ころと、を有するスラスト針状ころ軸受であって、
前記各ポケットは、前記針状ころの外径側端面が前記外径側フランジの内周面と当接可能なように、径方向において前記外径側フランジまで延在しており、且つ、
前記針状ころは、径方向寸法が軸方向寸法より大きい面取り部を有することを特徴とするスラスト針状ころ軸受。
（２） 前記針状ころの軌道面には、フルクラウニングが施されることを特徴とする（１）に記載のスラスト針状ころ軸受。
（３） 前記保持器は、ころ持たせにより案内されることを特徴とする（１）又は（２）に記載のスラスト針状ころ軸受。

本発明のスラスト針状ころ軸受によれば、保持器の各ポケットは、針状ころの外径側端面が保持器の外径側フランジの内周面と当接可能なように、径方向において外径側フランジまで延在しており、且つ、針状ころは、径方向寸法が軸方向寸法より大きい面取り部を有するように構成されている。これにより、針状ころのころ有効長さが確保されて荷重負荷能力が保たれると共に、軸受回転時にころに遠心力が負荷されてポケットの外径側に押し付けられた場合にも、針状ころは、その外径側端面の軸心寄りの位置で保持器の外径側フランジの内周面と当接するので、回転トルクを低減することができる。したがって、保持器の異常摩耗を防止して長寿命化を図ることができるとともに、低トルク化を図ることができる。

また、針状ころの軌道面は、フルクラウニングが施されるので、軸受回転時に発生する差動滑りを低減することができる。

以下、本発明の一実施形態に係るスラスト針状ころ軸受について図面を参照して詳細に説明する。

スラスト針状ころ軸受１０は、例えば、容量可変式のエアコン用コンプレッサに適用される。コンプレッサは、冷媒ガスを圧縮すべくピストンを往復運動させるために斜板を駆動軸と共に回転するが、スラスト針状ころ軸受は、この際に斜板を介して駆動軸に加わるスラスト荷重を支持している。

スラスト針状ころ軸受１０は、図１に示すように、軸方向に互いに対向する一対の軌道輪１１，１２と、一対の軌道輪１１，１２間にその軸線を径方向に向けた状態で放射状に配設される複数の針状ころ１３と、該針状ころ１３を円周方向に転動可能に保持するポケット１４が形成された円環状の保持器１５と、を備える。

図１及び図２に示すように、保持器１５は、円周方向において隣り合うポケット１４間に形成される複数の柱部１６と、内径側及び外径側において軸方向に延びる内径側フランジ１７及び外径側フランジ１８と、を有する。柱部１６の保持器径方向の略中央部には、保持器１５の軸方向一端側に向けて全周に亙って屈曲して形成される屈曲部１９が形成され、保持器１５はＭ型断面に形成される。屈曲部１９の中間部には、中央平板部２０が形成され、ポケット１４の内周縁となるその円周方向両側面にころ持たせ部２０ａが形成される。

また、柱部１６において、内径側フランジ１７と屈曲部１９との間、及び外径側フランジ１８と屈曲部１９との間には、軸方向他端側に形成された内側平板部２１、外側平板部２２が形成され、ポケット１４の内周縁となるこれらの円周方向両側面にころ持たせ部２１ａ，２２ａが形成される。

これにより、保持器１５は、軸方向両側においてころ持たせ部２０ａ，２１ａ，２２ａによって針状ころ１３に案内される。また、保持器１５は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、軸方向両側において移動した際、両軌道輪１１，１２との隙間ｇがそれぞれ０．１ｍｍ以上となるようにして針状ころ１３に案内されており、軌道輪１１，１２と保持器１５との摺動抵抗を抑制している。

さらに、各ポケット１４の外径側端面は、外径側フランジ１８の軸方向中間部に形成されており、各ポケット１４は径方向において前記外径側フランジ１８まで延在している。これにより、回転時に針状ころ１３が遠心力により径方向外側に移動した場合には、針状ころ１３の外径側端面１３ｃは外径側フランジ１８の内周面１８ａと当接する。

針状ころ１３は、その外周面を軌道面１３ａとすると共に、該軌道面１３ａと軸方向両端面との間に面取り部１３ｂを形成する。図４に示すように、面取り部１３ｂは、径方向寸法Ａが軸方向寸法Ｂより大きくなるように形成されている。これにより、針状ころ１３はころ有効長さを確保しつつ、軸受回転時に針状ころ１３に遠心力が負荷されてポケット１４の外径側に押し付けられた場合にも、その外径側端面１３ｃの軸心寄りの位置で保持器１５の外径側フランジ１８の内周面１８ａと当接するので、当接位置での滑り速度を低下している。

また、軌道面１３ａは、所謂、フルクラウニング加工が施され、軸方向中間部分におけるストレート長さＬ１がころ長さＬ２の２０％以下となるようにして、軸受回転時に発生する差動滑りを低減させている。なお、面取りは、０．５〜１．０ｍｍ程度の大きさで形成され、クラウニングの落ち量は、０．００５〜０．０１５ｍｍ程度の大きさで形成される。

さらに、図５（ａ）に示すように、針状ころ１３の軌道面１３ａと接触する軌道輪１１の軌道面１１ａが略ころ長さに亘って曲面を持った中凸形状に形成されている。このように軌道面１１ａが中凸形状を有することで、針状ころ１３との接触面積が小さくなり低トルク化が図られる。なお、極端に接触面積が小さくなると、接触荷重が大きくなって軸受寿命が短くなる。このため、軌道面１１ａの最大軌道傾斜角θは、低トルク及び長寿命の観点から、０＜θ≦３／１０００に設定されている。ここで、最大軌道傾斜角θは、軌道面１１ａの平坦部分から中凸部分の最大高さＨを与える位置と、中凸部分の両端位置までの距離が短い側の傾斜を傾斜角とし、ｈ_１＞ｈ_２の時、θ＝Ｈ／ｈ_２とし、ｈ_１＜ｈ_２の時、θ＝Ｈ／ｈ_１とし、図５（ａ）に示すように、ｈ１＝ｈ_２の時、θ＝Ｈ／（ｈ／２）とする。なお、ｈは、ころ長さを表す。
また、中凸形状を有する軌道面は、一対の軌道輪１１，１２の少なくとも一方に形成されればよく、軌道輪１２の軌道面のみに形成されてもよく、或いは、両方の軌道面に形成されてもよい。

次に、針状ころ１３及び保持器１５の製造方法について説明する。

針状ころ１３は、面取り部１３ｂを形成した後、熱処理され、研削或いはバレルによるフルクラウニング加工が施される。さらに、針状ころ１３は、バレルによる仕上げ加工を行なって、所定の形状に仕上られる。なお、フルクラウニング加工時のバレルと仕上げ加工時のバレルとは、加工条件を変えて行なわれる。

一方、保持器１５は、一枚の円盤状の薄板をトリミングを行いながらプレス成形によって所望の形状に形成する。また、この工程中、ピアッシングにより、ポケット１４を円周方向に等間隔に打抜く。ここで、プレス成形によって外径側フランジ１８を折り曲げる際、ポケット１４の外周縁側の円周方向幅が短縮するという現象が生じる。このため、図６に示すように、ポケット１４を打ち抜く際の外周縁側の円周方向幅ｗ２は、折り曲げ完成後の円周方向幅ｗ１より両側合計で２０μｍ程度大きく設定している。そして、所定の形状に形成された素材に熱処理を行って硬化させる。その後、針状ころ１３を組み込んで組立てを行なって完成する。

このように構成される本実施形態のスラスト針状ころ軸受１０によれば、保持器１５の各ポケット１４は、針状ころ１３の外径側端面１３ｃが保持器１５の外径側フランジ１８の内周面１８ａと当接可能なように、径方向において外径側フランジ１８まで延在しており、且つ、針状ころ１３は、径方向寸法Ａが軸方向寸法Ｂより大きい面取り部１３ｂを有するように構成されている。これにより、針状ころ１３のころ有効長さが確保されて荷重負荷能力が保たれると共に、軸受回転時に針状ころ１３に遠心力が負荷されてポケット１４の外径側に押し付けられた場合にも、針状ころ１３は、その外径側端面１３ｃの軸心寄りの位置で保持器１５の外径側フランジ１８と当接するので、回転トルクを低減することができる。したがって、保持器１５の異常摩耗を防止して長寿命化を図ることができるとともに、低トルク化を図ることができる。

また、針状ころ１３の軌道面１３ａは、ストレート長さＬ１がころ長さＬ２の２０％以下となるようにフルクラウニングが施されるので、軸受回転時に発生する差動滑りを低減することができる。

さらに、保持器１５は、ころ持たせにより案内されるので、軌道輪１１，１２と保持器１５との摺動抵抗が抑制され、より低トルク化を図ることができる。また、保持器１５は、一枚の薄板から構成されるので、軽量化が図られる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良等が可能である。
本発明の針状ころの軌道面は、ストレート長さがころ長さの２０％以下となるようにフルクラウニングが施されればよく、ストレート長さを持たず軸方向全域に亘って曲線形状とするフルクラウニングが施されてもよい。

次に、本発明のクラウニングによるストレート長さ低下による効果を確認するため、動トルク測定試験を行なった。該試験は、２０００Ｎのアキシャル荷重が負荷され、１０００ｍｉｎ^−１で回転される、図示しない測定試験機に、ストレート長さの異なる一対のス
ラスト針状ころ軸受を組み込んで、これらスラスト針状ころ軸受間の部材に伝達されるトルクを測定することで行なわれた。

図７は、その試験結果を示す。この結果、軌道面１３ａのストレート長さが低下するころ仕様ほどトルクの低減効果が確認できる。特に、ころストレート長さＬ１ところ長さＬ２との比が２０％以下においてトルクの低減効果が顕著に確認できる。

次に、軌道輪の軌道面真直度と軸受寿命との関係について試験を行った。具体的に、図５（ａ）を用いて説明した中凸形状の軌道面と、図５（ｂ）に示すようなころと対向する軌道面を凹ませた中凹形状の軌道面を有する軌道輪を備えた各スラスト針状ころ軸受を、図示しない測定試験機にそれぞれ組み込んで、軸受寿命を測定した。

図８は、その試験結果を示す。この結果、本実施形態の最大軌道傾斜角θが０＜θ≦３／１０００に設定される中凸形状の軌道面を用いることで、寿命比が延びることが確認できる。

本発明の一実施形態に係るスラスト針状ころ軸受の断面図である。 図１の保持器の上面図である。 保持器のころ案内状態を示す断面図で、（ａ）は、保持器が一方の軌道輪側に寄った状態を示し、（ｂ）は、保持器が他方の軌道輪側に寄った状態を示す。 図１の針状ころを示す図である。 （ａ）は、中凸形状を有する軌道面を誇張して示す断面図であり、（ｂ）は、中凹形状を有する軌道面を誇張して示す断面図である。 プレス成形前の保持器を示す図である。 動トルク測定試験の結果を示すグラフである。 軌道面真直度と軸受寿命との関係を示すグラフである。 従来のスラスト針状ころ軸受の断面図である。 従来のスラスト針状ころ軸受の差動滑りを説明するための概略図である。

符号の説明

１０ スラスト針状ころ軸受
１３ 針状ころ
１３ｂ 面取り部
１３ｃ 外径側端面
１４ ポケット
１５ 保持器
１６ 柱部
１８ 外径側フランジ
１８ａ 内周面

Claims (3)

1. 円周方向に亙って形成される複数のポケット、及び、外径側に軸方向に延びる外径側フランジを備える保持器と、前記複数のポケットに円周方向に転動可能に保持される複数の針状ころと、を有するスラスト針状ころ軸受であって、
   前記各ポケットは、前記針状ころの外径側端面が前記外径側フランジの内周面と当接可能なように、径方向において前記外径側フランジまで延在しており、且つ、
   前記針状ころは、径方向寸法が軸方向寸法より大きい面取り部を有することを特徴とするスラスト針状ころ軸受。
2. 前記針状ころの軌道面には、フルクラウニングが施され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。
3. 前記保持器は、ころ持たせにより案内されることを特徴とする請求項１又は２に記載のスラスト針状ころ軸受。

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