JP2015230066A - スラスト軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】高負荷性能を維持しつつ、低負荷での回転においては摩擦による回転トルクを低減したスラスト軸受を提供する。【解決手段】スラスト軸受８は、対向して配置された軌道輪９、１０と、軌道輪９、１０間に形成された第１の軌道と、その径方向外方に形成された第２の軌道と、第１の軌道に配置される複数の第１の転動体１１と、第２の軌道に配置される複数の第２の転動体１２と、複数の第１の転動体１１及び複数の第２の転動体１２を保持する保持器１３と、を備える。第１の転動体１１はころ転動体であり、且つ、第２の転動体１２が玉転動体であり、ころ転動体の直径ｒ１は、前記玉転動体の直径ｒ２よりも小さく、その差ｒ２−ｒ１が、玉転動体１２の弾性変形幅より小さい。【選択図】図４

Description

本発明は、スラスト軸受に関し、詳しくは、摩擦による回転トルクを低減したスラスト軸受に関する。

スラスト軸受は、高負荷容量と高剛性が実現可能であり、主として、自動車用のクラッチレスコンプレッサやオートマチックトランスミッション等の荷重を支える条件下で用いられる（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、高負荷への耐性に優れたスラスト軸受として、転動体が針状ころであるスラスト針状ころ軸受が知られている。針状ころなどのころ転動体は、その円柱形状の側面において保持器の軌道面と接触するので、玉転動体の場合と比較して、回転時の摩擦抵抗や摩擦による回転トルクが大きくなることが知られている。

近年、摩擦抵抗の小さい機械や装置の要求が高まっている。これに伴って、スラスト軸受においても、摩擦による回転トルクの低下の要求が、より高まっている。つまり、高負荷性能を維持しつつ、低負荷での回転においては摩擦による回転トルクを低減することが望まれている。

特許文献２には、対向する２つの軌道輪間に、外径側と内径側の径方向２列に配置された複数の転動体と、複数の転動体を保持する保持器とを備えたスラスト軸受が開示されている。このスラスト軸受では、外径側の転動体がころ転動体であり、内径側の転動体が玉転動体であり、ころ転動体の直径が玉転動体の直径よりも大きいと記載されている。

特許文献２に記載のスラスト軸受によれば、低荷重が負荷されるときには、２つの軌道輪が、それらの外周部分よりも内周部分において互いに接近した反り形状となるように位置づけられている。低荷重の負荷時に２つの軌道輪がこのような反り形状を形成することにより、軌道輪の内径部分に配置された玉転動体のみが軌道輪に対して接触する。そして、軌道輪に接触する転動体が玉転動体のみであるので、摩擦によるトルクを抑制できると記載されている。

また、特許文献２に記載のスラスト軸受によれば、高荷重が負荷されるときには、２つの軌道輪が、それらの外周部分における軌道輪間の距離が小さくなるように変形する。高荷重の負荷時に２つの軌道輪がこのような反り形状を形成するように変形することにより、軌道輪の外径部分に配置されたころ転動体が軌道輪に対して接触する。そして、ころ転動体が負荷を受けると共に玉転動体が無負荷状態となることにより、高負荷容量、高剛性を実現できると記載されている。

特開２００３−９７５６２号公報 特開２００６−４６５５９号公報

しかしながら、特許文献２に記載のスラスト軸受において、上記説明したような理想的な軌道輪の反り形状を実現することは難しい。

本発明は、高負荷性能を維持しつつ、低荷重が負荷されたときの摩擦による回転トルクを低減したスラスト軸受の提供を目的とする。

上記の課題を解決する本発明の実施の形態に係るスラスト軸受は、第１の環状部材と、第１の環状部材と対向して配置された第２の環状部材と、第１の環状部材と前記第２の環状部材との間に形成される第１の軌道と、第１の環状部材と前記第２の環状部材との間に形成され、前記第１の軌道より径方向外方に配置される第２の軌道と、第１の軌道に配置される複数の第１の転動体と、第２の軌道に配置される複数の第２の転動体と、複数の第１の転動体及び前記複数の第２の転動体を保持する保持器と、を備える。第１の転動体及び第２の転動体のうちの一方がころ転動体であり、且つ、他方が玉転動体である。ころ転動体の直径は、前記玉転動体の直径よりも小さく、前記玉転動体の直径及び前記ころ転動体の直径の差が、前記玉転動体の弾性変形幅より小さい。

本発明によれば、第１の転動体及び第２の転動体のうちの一方がころ転動体であり、且つ、他方が玉転動体であって、ころ転動体の直径は、前記玉転動体の直径よりも小さく、前記玉転動体の直径及び前記ころ転動体の直径の差が、前記玉転動体の弾性変形幅より小さいので、スラスト軸受に負荷される荷重が低いときには、玉転動体の転動のみによってスラスト軸受を作動させることができる。また、スラスト軸受に負荷される荷重が高いときには、玉転動体及びころ転動体の両方の転動によってスラスト軸受を作動することができるので、高荷重に対して十分な耐性を発揮する。

図１は、本実施形態に係るクラッチレスコンプレッサの概略断面図である。 図２は、図１の要部を拡大して示す断面図である。 図３は、図１のスラスト軸受の保持器を展開して示した図である。 図４は、低荷重が負荷されているときの本実施形態に係るスラスト軸受の作動状態を示す断面図である。 図５は、高荷重が負荷されているときの本実施形態に係るスラスト軸受の作動状態を示す断面図である。 図６は、本発明の変形例に係るスラスト軸受の保持器を展開して示した図である。 図７は、本発明の変形例に係るスラスト軸受の保持器を展開して示した図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。以下の説明において参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明は以下の各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、以下の各図中の部材の寸法は、実際の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

図１は、自動車用のエアコン用クラッチレスコンプレッサ２０の断面を示す。図２は、図１の斜板４の周辺の拡大図である。

図１に示すように、クラッチレスコンプレッサ２０には、駆動軸１の周囲に軸方向に延びる複数のシリンダ２が設けられている。複数のシリンダ２は、駆動軸１の周りで略環状に配置されている。複数のシリンダ２のそれぞれにはピストン３が挿入されている。ピストン３のそれぞれは、連結部材５を介して環状の斜板４に連結されている。斜板４には、連結部材５が接続される面とは反対側の面に、円盤状の斜板ガイド６が取り付けられている。

斜板ガイド６は、駆動軸１と一体に形成されている。斜板ガイド６の軸心は、駆動軸１の軸心に対して傾斜している。そして、駆動軸１と斜板ガイド６は、互いに軸心を傾斜させた状態で固定されている。つまり、斜板ガイド６は、駆動軸１に対して相対的には回転不能である。

従って、駆動軸１を回転することにより、斜板ガイド６は、駆動軸１との傾斜角を維持したままの状態で回転する。斜板ガイド６は、駆動軸１の回転により軸方向に揺動する。具体的には、図１における駆動軸１よりも上方では、斜板ガイド６は連結部材５に向かって傾いた状態（つまり、シリンダ２に近づいた状態）となっている。この状態から駆動軸１を１８０度回転すると、斜板ガイド６は連結部材５とは反対の方向に傾いた状態（つまり、シリンダ２から離れた状態）となる。

斜板４の軸心と斜板ガイド６の軸心は、同一である。斜板４と駆動軸１との間には、ラジカル軸受７が設けられている。また、斜板４と斜板ガイド６との間には、スラスト軸受８が設けられている。そのため、斜板４は、駆動軸１及び斜板ガイド６に対しては相対的に回転可能である。つまり、斜板４は、駆動軸１の回転に関係なく非回転となる。

斜板４と連結部材５との連結部分において、連結部材５は、ボール５ａを有する。ボール５ａは、連結部材５の一端に固定されている。斜板４は、ボール５ａを収容するボール支持部４ａを有する。ボール支持部４ａがボールを転動可能に支持しているので、連結部材５は、斜板４の傾斜方向に関係なく、常に駆動軸１と平行となっている。

斜板４は、駆動軸１の回転によって斜板ガイド６が揺動するのに連動して揺動する。具体的には、図１における駆動軸１よりも上方では、斜板４は連結部材５に向かって傾いた状態（つまり、シリンダ２に近づいた状態）となっている。つまり、ピストン３によりシリンダ２内が圧縮された状態となっている。この状態から駆動軸１を１８０度回転すると、斜板４は連結部材５とは反対の方向に傾いた状態（つまり、シリンダ２から離れた状態）となる。つまり、ピストン３がシリンダ２内を膨張させた状態となっている。

従って、クラッチレスコンプレッサ２０は、駆動軸１の回転により斜板ガイド６及び斜板４が揺動し、これによってピストン３が軸方向に往復運動することとなる。

このような自動車用クラッチレスコンプレッサ２０は、エアコンスイッチがオンに設定されている状態では、熱負荷の高低に応じ、駆動軸１に対する斜板４及び斜板ガイド６のそれぞれの傾斜が増大又は減少する。この傾斜の増大又は減少により、ピストン３のストロークが大小に制御されて、冷媒が圧縮されて熱交換機に供給される。そのため、クラッチレスコンプレッサ２０の稼動時には、駆動軸１及び斜板ガイド６の回転運動と共にピストン３の往復運動が行われ、斜板４と斜板ガイド６との間に配置されるスラスト軸受８には高荷重が負荷される。

また、クラッチレスコンプレッサ２０においては、エアコンスイッチがオフに設定されている状態においても、クラッチレスコンプレッサ２０には車載エンジンの駆動力が常時伝達されている。そのため、斜板４と斜板ガイド６との間のスラスト軸受８には、低荷重が負荷されている状態となる。

以下、スラスト軸受８の構成について説明する。

斜板４と斜板ガイド６は、図２に示すように、平坦な対向面４ｂ，６ａを備えている。スラスト軸受８は、このような斜板４と斜板ガイド６の各々の対向面４ｂ、６ａの間に設けられている。スラスト軸受８は、斜板４に接して配置された軌道輪（レース）９と、斜板ガイド６に接して配置された軌道輪（レース）１０と、複数の転動体１１、１２と、複数の転動体１１、１２を保持する保持器１３と、で構成されている。

軌道輪９、１０のそれぞれは、斜板４の軸心を中心とした環状の部材である。軌道輪９、１０は、斜板４の軸方向に関して互いに対向して配置されている。

軌道輪９、１０の間には、保持器１３が配置されている。図３は、複数の転動体１１、１２を保持した状態の保持器１３を示す図である。保持器１３には、図３に示すように、第１の軌道に沿う複数のポケット１３ａと、第１の軌道より径方向外方の第２の軌道に沿う複数のポケット１３ｂとが形成されている。ポケット１３ａとポケット１３ｂはそれぞれ、保持器中心に対して同心円上に配置されている。第１の軌道のポケット１３ａには、ころ転動体１１が回転自在に収容される。第２の軌道のポケット１３ｂには、玉転動体１２が回転自在に収容される。

ころ転動体１１の直径ｒ１は、例えば１．５０〜２．９８ｍｍである。なお、本明細書において、「ころ転動体の直径」とは、ころを円柱形状として捉えたときの底面の円の直径の大きさをいう。また、ころ転動体１１の長さｄ１は、例えば、４〜５ｍｍである。なお、本明細書において、「ころ転動体の長さ」とは、ころを円柱形状として捉えたときの高さをいう。ころ転動体１１は、直径ｒ１と比べて長さｄ１が大きいことが好ましい。つまり、ころ転動体１１は、針状ころであることが好ましい。

玉転動体１２の直径ｒ２は、例えば１．５１〜３．００ｍｍである。玉転動体１２の直径ｒ２は、ころ転動体１１の直径ｒ１よりも大きく、その差ｒ２−ｒ１は、玉転動体１２の弾性変形幅よりも小さくなるように設定されている。なお、本明細書において、玉転動体１２の弾性変形幅とは、玉転動体１２に外力が加えられたときの変形前後での、玉転動体１２の直径の大きさの差をいう。

それぞれの直径の差ｒ２−ｒ１と、玉転動体１２の直径ｒ２とは、下式（１）の関係を満たすことが好ましい。

０．５％≦（ｒ２−ｒ１）／ｒ２×１００≦３％ ・・・（１）
また、玉転動体１２の直径ｒ２ところ転動体１１の直径ｒ１との差ｒ２−ｒ１は、例えば、１０〜９０μｍであることが好ましい。

以上の構成において、本実施の形態では、スラスト軸受８に低荷重が負荷されるときは、軌道輪９と軌道輪１０に対して第２の軌道の玉転動体１２のみが接触する。一方、高荷重が負荷されるときは、第１の軌道のころ転動体１１と第２の軌道の玉転動体１２の両方が、軌道輪９及び１０に接触する。従って、このスラスト軸受８によれば、低荷重が負荷されるときは摩擦による回転トルクを低減することができ、高荷重が負荷されるときは高負荷荷重への優れた耐性を得ることができる。

以下、図４及び５を参照して、本実施形態のスラスト軸受８をより詳細に説明する。図４は、エアコンスイッチがオフにされてクラッチレスコンプレッサ２０が稼動停止している状態で、車載エンジンから常時伝達される駆動力でスラスト軸受８に低荷重が負荷されている状態を示す。図５は、エアコンスイッチがオンにされてクラッチレスコンプレッサ２０が稼動状態となっており、スラスト軸受８に高荷重が負荷されている状態を示す。なお、図４及び図５では、説明を分かりやすくするために、ころ転動体１１と玉転動体１２の直径の差、及び玉転動体１２の弾性変形の大きさを実際の寸法よりも極端に大きく図示している。

図４で示すように、クラッチレスコンプレッサ２０が稼動停止している状態にあるとき、軌道輪９及び軌道輪１０は、共に、玉転動体１２に接触している。つまり、軌道輪９、１０間の距離は、玉転動体１２の直径ｒ２に等しくなっている。ころ転動体１１の直径ｒ１は玉転動体１２の直径ｒ２よりも小さいので、この状態においては、ころ転動体１１が軌道輪９及び軌道輪１０の両方に同時に接触することはない。従って、スラスト軸受８に低荷重が負荷された状態においては、主に、玉転動体１２の転動によってスラスト軸受８が作動することとなる。玉転動体の転動時に生じる摩擦による回転トルクは、ころ転動体の転動時に生じる摩擦による回転トルクよりも小さいので、低荷重負荷状態での摩擦による回転トルクを低く抑えることができる。

図５で示すように、クラッチレスコンプレッサ２０が稼動状態にあるとき、駆動軸１及び斜板ガイド６の回転運動と共にピストン３の往復運動が行われるので、軌道輪９、１０には玉転動体１２を圧迫する方向の大きな荷重が加えられる。そのため、玉転動体１２には大きな荷重が加えられて、玉転動体１２が弾性変形し、軸方向に圧縮される。玉転動体１２の弾性変形幅は、玉転動体１２の直径の０．０５〜３％程度である。

玉転動体１２が圧縮されて、玉転動体１２の軸方向の大きさがころ転動体１１の直径ｒ１と同じになると、玉転動体１２だけではなく、ころ転動体１１にも、軌道輪９、１０の両方が同時に接触することとなる。そのため、軌道輪９、１０に加えられる高負荷をころ転動体１１と玉転動体１２の両方で支えることとなり、高負荷への優れた耐性が得られる。なお、玉転動体１２の直径ｒ２と、ころ転動体１１の直径ｒ１との差ｒ２−ｒ１が、玉転動体１２の弾性変形幅以下の大きさであるので、玉転動体１２が弾性変形することにより、玉転動体１２の直径ところ転動体１１の直径とを同一にすることができる。

以上述べたように、車載エンジンの駆動力が常時伝達されるクラッチレスコンプレッサ２０において、斜板４と斜板ガイド６とから負荷される荷重が低荷重であるとき、軌道輪９と軌道輪１０の両方に同時に接触するのは、玉転動体１２だけである。従って、主に、玉転動体１２の転動によってスラスト軸受８が作動することとなる。玉転動体の転動時に生じる摩擦による回転トルクは、ころ転動体の転動時に生じる摩擦による回転トルクよりも小さいので、低荷重負荷状態での摩擦による回転トルクを低く抑えることができる。

また、クラッチレスコンプレッサ２０が稼動状態で斜板４と斜板ガイド６とから負荷される荷重が高荷重であるとき、ころ転動体１１及び玉転動体１２のそれぞれが、軌道輪９と軌道輪１０の両方に同時に接触するので、高荷重に対して十分な耐性を発揮する。

［変形例］
上記の実施形態では、図３において、第１の軌道のころ転動体１１と第２の軌道の玉転動体１２とが一対一で対応して配置された状態を示したが、特にこれに限定されない。例えば、図６に示すように、ころ転動体１１の数よりも玉転動体１２の数が多くてもよいし、また、その逆であってもよい。

上記の実施形態では、第１の軌道にころ転動体１１、及び第２の軌道に玉転動体１２がそれぞれ配置されたスラスト軸受を示したが、特にこれに限定されない。例えば、図７に示すように、第１の軌道に玉転動体１２、及び第２の軌道にころ転動体１１がそれぞれ配置されていてもよい。この場合においても、玉転動体１２の直径がころ転動体１１の直径よりも大きく、且つ、玉転動体１２の直径及びころ転動体１１の直径の差が、玉転動体１２の弾性変形量以下となるように設定する。

上記の実施形態では、自動車用のクラッチレスコンプレッサ２０に用いられるスラスト軸受について説明したが、特にこれに限定されない。本発明のスラスト軸受は、高負荷環境下で使用され、且つ、低荷重が負荷されるときには摩擦による回転トルクを抑制することが要求されるような装置等において、好適に用いることができる。

以上、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

本発明は、スラスト軸受について有用であり、詳しくは、摩擦による回転トルクを低減したスラスト軸受について有用である。

８ スラスト軸受
９、１０ 軌道輪（環状部材）
１１ ころ転動体（第１の転動体）
１２ 玉転動体（第２の転動体）
１３ 保持器

Claims (2)

1. 第１の環状部材と、
   前記第１の環状部材と対向して配置された第２の環状部材と、
   前記第１の環状部材と前記第２の環状部材との間に形成される第１の軌道と、
   前記第１の環状部材と前記第２の環状部材との間に形成され、前記第１の軌道より径方向外方に配置される第２の軌道と、
   前記第１の軌道に配置される複数の第１の転動体と、
   前記第２の軌道に配置される複数の第２の転動体と、
   前記複数の第１の転動体及び前記複数の第２の転動体を保持する保持器と、
   を備え、
   前記第１の転動体及び第２の転動体のうちの一方がころ転動体であり、且つ、他方が玉転動体であり、
   前記ころ転動体の直径は、前記玉転動体の直径よりも小さく、前記玉転動体の直径及び前記ころ転動体の直径の差が、前記玉転動体の弾性変形幅より小さい、スラスト軸受。
2. 請求項１に記載のスラスト軸受において、
   自動車のクラッチレスコンプレッサに用いられる、
   スラスト軸受。

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