JP2014095437A

JP2014095437A - スラスト玉軸受及びその製造方法

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Publication number: JP2014095437A
Application number: JP2012247593A
Authority: JP
Inventors: Kosho Otani; 晃章大谷; Hiroshi Sakamoto; 洋坂本; Kazuo Akagami; 和夫赤上
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2012-11-09
Publication date: 2014-05-22

Abstract

【課題】冷媒が混入して低粘度潤滑になり、十分な油膜が形成されないような環境下でも摩耗が少なく、長寿命のスラスト玉軸受を安価に提供することにある。
【解決手段】スラスト玉軸受は、互いに軸方向で離間して平行配置される一対のレースと、一対のレース間に転動自在に配置される複数の玉と、一対のレース間に配置され、複数の玉を略等間隔に保持する保持器とを備えており、一対のレースの転送面が親油処理されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、スラスト玉軸受及びその製造方法に関する。

冷凍冷蔵庫やエアコン等の密封型のコンプレッサは、近年の環境対応にも応えるべく、消費電力の低減化、騒音の防止等高い効率化が求められている。その対策の一環として、コンプレッサのシャフトを回転自在に支承する部分に、スラスト玉軸受が使用される。この部分にスラスト玉軸受が使用されることにより、回転特性が向上してコンプレッサの効率が向上する。

しかしながら、スラスト玉軸受に係る荷重は、シャフト自重及びロータ自重のみで、合わせて２ｋｇ程度であるが、接触面積が小さいため高面圧環境となることが多い。また、コンプレッサでは冷媒が循環しており、この冷媒がスラスト玉軸受の潤滑油に混入して潤滑油が低粘度となる。そのため、油膜の形成が不十分で金属接触が起こり易くなり、摩耗が発生しやすい。

摩耗防止のために、スラスト玉軸受のレースの転送面に有機金属化合物反応膜（特許文献１参照）や、ダイヤモンドライクカーボン膜（特許文献２参照）を形成することも考えられているが、膜形成に複雑な工程や成膜装置が必要となり、コスト上の問題がある。

特開２００５−３４４９３５号公報特開２００３−２１４４４号公報

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷媒が混入して低粘度潤滑になり、十分な油膜が形成されないような環境下でも摩耗が少なく、長寿命のスラスト玉軸受を安価に提供することにある。

本発明の上記目的は、下記のスラスト玉軸受及びその製造方法により達成される。
（１）円環状に形成され、互いに軸方向で離間して平行配置される一対のレースと、
前記一対のレース間に転動自在に配置される複数の玉と、
前記一対のレース間に配置され、前記複数の玉を略等間隔に保持する保持器と、を備えるスラスト玉軸受であって、
前記レースの転送面が親油処理されていることを特徴とするスラスト玉軸受。
（２）冷媒を圧縮・膨張させる方式のコンプレッサに使用されることを特徴とする上記（１）記載のスラスト玉軸受。
（３）円環状に形成され、互いに軸方向で離間して平行配置される一対のレースと、
前記一対のレース間に転動自在に配置される複数の玉と、
前記一対のレース間に配置され、前記複数の玉を略等間隔に保持する保持器と、を備えるスラスト玉軸受の製造方法であって、
親油性処理剤を含有する溶液に前記レースを浸漬、もしくは前記レースの転送面に親油性処理剤を含有する溶液を塗布し、乾燥する工程を備えることを特徴とするスラスト玉軸受の製造方法。

本発明のスラスト軸受では、レースの転送面に親油性の被膜を形成したため、潤滑油に冷媒が混入して十分な油膜が形成されないような潤滑下でも潤滑油の保持能力が高まり、摩耗発生を抑えて長寿命化を図ることができる。

また、親油性の被膜の形成も、親油性処理剤を含有する溶液にレースを浸漬したり、前記溶液をレースの転動面に塗布するだけでよいため、工程も簡易であり、特別な装置も不要であることから、安価に製造することができる。

スラスト玉軸受を備えるコンプレッサを示す断面図である。図１に示すスラスト玉軸受を示す拡大断面図である。

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

図１はスラスト玉軸受を備えるコンプレッサを示す断面図であるが、コンプレッサ１０は、密閉容器１１を有し、その内部に駆動系等が配置される構造である。密閉容器１１の内部には、固定子１２及び回転子１３を有する回転駆動部１４、回転駆動部１４の動作により圧縮又は膨張する冷媒（例えば、冷媒ガス等）等が設けられている。なお、コンプレッサ１０は、冷凍冷蔵庫やエアコン等に内蔵されている。

回転子１３は、圧入により一体化された状態でシャフト１５に連結される。シャフト１５は、回転子１３が固定される主軸部１６と、主軸部１６の上端部に形成される鍔部１７と、鍔部１７の上面に形成され、主軸部１６に対し偏心して配置される偏心軸部１８と、を有する。

シャフト１５の上部片側位置には、シリンダブロック２０が設けられる。シリンダブロック２０は、略円筒形の圧縮室２１を有する。この圧縮室２１にピストン２２が往復自在に嵌挿される。また、ピストン２２は、偏心軸部１８との間を連結部材２３により連結されている。

そして、シャフト１５の主軸部１６は、主軸受１９に対して上下方向に沿って挿通されている。また、シャフト１５の鍔部１７の下面と主軸受１９の上面との間にはスラスト玉軸受３０が配置されている。これらにより、シャフト１５が回転自在に支承されると共に、シャフト１５と回転子１３の重力方向の荷重（自重）が支持される。

スラスト玉軸受３０は、図２に示すように、円環状に形成され、互いに軸方向で離間して平行配置される上下一対の上下レース３１，３２と、上下レース３１，３２間に転動自在に配置される複数の玉３３と、上下レース３１，３２間に配置され、複数の玉３３を略等間隔に保持する保持器３４と、を備え、主軸部１６に遊嵌されている。また、潤滑成分が混合された冷媒が、上下レース３１，３２間の軸受空間を循環する。尚、冷媒はオゾン破壊係数がゼロのＲ１３４ａ等の代替フロン系冷媒や、Ｒ６００ａ等の炭化水素系冷媒が好ましく、潤滑成分にはこれらの冷媒と相溶性の高い潤滑油が用いられる。

上下レース３１，３２は、円環状の平板でそれぞれ形成されており、上下レース３１，３２の複数の玉３３と接する転動面３１ａ，３２ａは、フラット形状に形成されている。そして、本発明では、上下一対のレース３１，３２の転送面３１ａ，３２ａが親油処理されている。

親油処理としては、親油性を有する被膜（以下「親油性被膜」）４０を形成することが簡便で好ましい。具体的には、親油性処理剤を含有する溶液にレース３１，３２を浸漬して乾燥したり、親油性処理剤を含有する溶液をレース３１，３２の転送面３１ａ，３２ａに塗布して乾燥する。親油性処理剤としては、片末端に、カルボキシル基のような金属に吸着する官能基を有する脂肪酸（イソステアリン酸）や、炭化水素基を有するシランカップリング剤（ステアリルトリメトキシシラン等）等が好適である。また、有機溶剤は親油性処理剤を溶解できるものであれば制限はなく、ヘキサン等の炭化水素系溶剤を好適に使用することができる。尚、親油性処理剤の濃度は、親油性や被膜強度を確保するために、２〜５質量％が好ましい。

片末端に存在する官能基やシラノール基（−Ｓｉ−ＯＨ）を、レース３１，３２の転送面３１ａ，３２ａの表面に存在している水酸基に化学吸着あるいはカップリング反応（脱水縮合）させることにより、親油性処理剤の残基である炭化水素基が配向し、炭化水素が主構造である潤滑油の濡れ性を向上させることができ、その結果として転送面３１ａ，３２ａにおける潤滑油の保持能力が高まる。そのため、冷媒が混入して潤滑油が低粘度になっても十分な膜厚の油膜を確保することができるようになる。

レース３１，３２の材質としては、上記したような親油性処理剤との化学的な結合が可能なものであれば制限はなく、従来から使用されている炭素工具鋼や高炭素クロム鋼、酸化物系のセラミックス、表面を窒化処理した鋼等を用いることができる。具体的には、下記に示す鋼材が好ましい。

例えば、Ｃ：０．６〜１．２質量％、Ｓｉ：０．１〜１．５質量％、Ｍｎ：０．２〜２．０質量％、Ｃｒ：０．２〜２．０質量％を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、浸炭窒化処理された鋼材製とすることができる。この鋼材は、例えば、Ｃ含有率が１．０１質量％で、Ｓｉ含有率が０．５６質量％で、Ｍｎ含有率が１．１０質量％で、Ｃｒ含有率が１．１０質量％で、残部鉄及び不可避不純物の鋼を浸炭窒化処理して得られ、その表面に炭素量が１．０〜１．８重量％、窒素量が０．０５〜０．６％で固溶している。尚、この鋼材の代表的なものにＳＵＪ３等の高炭素クロム鋼等が挙げられる。

また、ＳＵＪ２に浸炭窒化処理を施して耐久性を高めた鋼材を用いることもできる。

また、Ｃ：０．１〜０．６質量％、Ｓｉ：０．１〜１．０質量％、Ｍｎ：０．２〜２．０質量％、Ｃｒ：０．２〜２．０質量％を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼材とすることもできる。このような鋼材は、特に異物混入下における長寿命化を図ることができる。

また、Ｃ：０．１〜０．６質量％、Ｓｉ：０．１〜２．０質量％、Ｍｎ：０．１〜２．０質量％、Ｃｒ：０．１〜２．０質量％、Ｍｏ：０．１〜２．０質量％を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼材も用いることができ、特に耐摩耗性が向上する。

玉３３の材質には制限はなく、金属やセラミック材料を用いることができる。また、金属材料の場合、表面に窒化処理等の表面硬化層を形成してもよい。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

（実施例１，２及び比較例１）
炭素工具鋼ＳＫ８５製で、レースの内径が１７ｍｍ、外径が２９ｍｍ、幅が１ｍｍであるスラスト軸受を用意し、実施例１ではイソステアリン酸４質量％含有ヘキサンをレース面に塗布して親油処理した。また、実施例２ではステアリルトリメトキシシラン３．５質量％含有ヘキサンをレース面に塗布して親油処理した。更に、比較例１では親油処理することなく、そのまま用いた。そして、ＳＵＪ２製で、直径３．１７５ｍｍの玉（１２個）及びポリアミド６６製の保持器とともに試験軸受を組み立て、下記の耐久試験に供した。

（耐久試験）
試験軸受を下記条件にて回転させ、耐摩耗性能及び耐焼付性能を評価した。
・回転数：３５００ｒｐｍ
・温度：常温
・荷重：１．０ｋｇ（２箇所）、２．５ｋｇ（２箇所）
・潤滑油：タービン油（ＶＧ１０ＤＴＥ）を希釈液（白灯油（ケロシン））にて濃度５０％に希釈；希釈することにより潤滑の厳しい条件を再現
・時間：１６８時間

結果を表１に示すが、１６８時間回転後も摩耗や焼付きが発生しない場合を「発生無し」、回転に不具合を生じるレベルの摩耗や焼付きが見られる場合を「発生有り」とした。表１から、親油処理することにより耐久性能が向上することがわかる。

１０コンプレッサ
３０スラスト玉軸受
３１上レース
３１ａ転送面
３２下レース
３２ａ転送面
３３玉
３４保持器
４０親油性被膜

Claims

円環状に形成され、互いに軸方向で離間して平行配置される一対のレースと、
前記一対のレース間に転動自在に配置される複数の玉と、
前記一対のレース間に配置され、前記複数の玉を略等間隔に保持する保持器と、を備えるスラスト玉軸受であって、
前記レースの転送面が親油処理されていることを特徴とするスラスト玉軸受。
冷媒を圧縮・膨張させる方式のコンプレッサに使用されることを特徴とする請求項１記載のスラスト玉軸受。
円環状に形成され、互いに軸方向で離間して平行配置される一対のレースと、
前記一対のレース間に転動自在に配置される複数の玉と、
前記一対のレース間に配置され、前記複数の玉を略等間隔に保持する保持器と、を備えるスラスト玉軸受の製造方法であって、
親油性処理剤を含有する溶液に前記レースを浸漬、もしくは前記レースの転送面に親油性処理剤を含有する溶液を塗布し、乾燥する工程を備えることを特徴とするスラスト玉軸受の製造方法。