JP4362394B2 - コンプレッサ用軸受 - Google Patents
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Description
上記のコンプレッサ用軸受において好ましくは、そのコンプレッサ用軸受に含まれる軌道面を有する部材および複数の転動体のうち少なくとも一つの部材のオーステナイト結晶粒の粒度番号が10番を超える範囲である。
上記のコンプレッサ用軸受によれば、オーステナイト粒径が微細であることにより、耐割れ強度、寸法安定性および疲労寿命(コンプレッサ用軸受である場合には転動疲労寿命)が大幅に改良される。オーステナイト粒径の粒度番号が10番以下では、疲労寿命は大きく改善されないので、10番を超える範囲とする。通常、11番以上とする。オーステナイト粒径は細かいほど望ましいが、通常、13番を超える粒度番号を得ることは難しい。なお、コンプレッサ用軸受のオーステナイト粒は、浸炭窒化処理の影響を大きく受けている表層部でも、それより内側の内部でも変化しない。したがって、上記の結晶粒度番号の範囲の対象となる位置は、表層部および内部とする。
本発明の他のコンプレッサ用軸受は、コンプレッサ本体と、そのコンプレッサ本体に駆動力を伝達するプーリ機構とを有するコンプレッサに使用されるコンプレッサ用軸受であって、そのコンプレッサ用軸受に含まれる軌道面を有する部材および複数の転動体のうち少なくとも一つの部材の破壊応力値が2650MPa以上であり、かつコンプレッサ用軸受に含まれる軌道面を有する部材および複数の転動体のうち少なくとも一つの部材のオーステナイト結晶粒の粒度番号が11.5番以上であり、そのコンプレッサ用軸受に含まれる軌道面を有する部材および複数の転動体のうち少なくとも一つの部材がJIS規格SUJ2の鋼よりなり、かつその鋼をA 1 変態点を超える浸炭窒化処理温度で浸炭窒化処理した後、A 1 変態点未満の温度に冷却し、その後、A 1 変態点以上で上記浸炭窒化処理温度未満の焼入れ温度域に再加熱し、焼入れを行なうことにより製造された構成を有するものである。
まず、片斜板タイプの斜板式コンプレッサ200について説明する。
次に、コンプレッサ用プーリ機構400について説明する。
コンプレッサ用軸受は、コンプレッサ本体200に使用されるコンプレッサ用軸受とプーリ機構400に使用されるコンプレッサ用軸受とに大別される。
(1)プーリ機構を備えたコンプレッサ用軸受
図10は、プーリ機構を備えたコンプレッサの他の例の構成を示す部分断面図である。図10を参照して、このコンプレッサは、コンプレッサ(図示せず)とコンプレッサ用プーリ機構400とを備えている。
図10を参照して、コンプレッサのハウジングにプーリ用軸受支持部材418が固定されている。また、プーリ用軸受支持部材418にクラッチ用電磁石419が固着されている。他方、主軸204の軸端に動力伝達部材424が嵌着されている。プーリ支持軸受403の外周にプーリ425が嵌合されている。
コンプレッサには、図1に示すカーエアコン用の片斜板タイプの斜板式コンプレッサが用いられてもよいが、これに限定されるものではなく、他のタイプの斜板式コンプレッサ、スクロール形コンプレッサなどが用いられてもよい。また、他のタイプの斜板式コンプレッサとして、たとえば、両斜板タイプの斜板式コンプレッサ、片斜板タイプの可変容量斜板式コンプレッサなどが用いられてもよい。
コンプレッサ用軸受として、主軸支持軸受402a、402bと、プーリ支持軸受403とが設けられている。主軸支持軸受402a、402bには、たとえば図6(A)に示す深溝玉軸受が使用されている。また、プーリ支持軸受403には、たとえば図6(B)に示す複列アンギュラ玉軸受が使用されている。コンプレッサ用軸受には、実施例に限定されることなく、目的にあった軸受が使用されればよい。
本実施の形態のコンプレッサ用軸受401、402、402a、402b、403、404に含まれる軌道面を有する部材(主軸204、プーリ425、斜板203、回転部材211、プーリ用軸受支持部材418、外輪31、31a、31b、内輪32、32a、32b)と、転動体(玉33、円筒ころ33a、針状ころ2a、2b)との少なくとも1つの部材が窒素富化層を有し、かつ10番を超える範囲のオーステナイト結晶粒の粒度番号を有している。
次に、本実施の形態におけるコンプレッサの構成部品(コンプレッサ用軸受を含む)に行う浸炭窒化処理を含む熱処理について説明する。この熱処理を施すことにより、本実施の形態におけるコンプレッサの構成部品(コンプレッサ用軸受を含む)は上記の特性(水素含有量、オーステナイト結晶粒度、破壊応力値)を有する。
JIS規格SUJ2材(1.0重量%C−0.25重量%Si−0.4重量%Mn−1.5重量%Cr)を用いて、本発明の実施例1を行った。表1に示した各試料の製造履歴を以下に示す。
水素量は、LECO社製DH−103型水素分析装置により、鋼中の非拡散性水素量を分析した。拡散性水素量は測定していない。このLECO社製DH−103型水素分析装置の仕様を下記に示す。
分析精度:±0.1ppmまたは±3%H(いずれか大なるほう)
分析感度:0.01ppm
検出方式:熱伝導度法
試料重量サイズ:10mg〜35g(最大:直径12mm×長さ100mm)
加熱炉温度範囲:50℃〜1100℃
試薬:アンハイドロン(Mg(ClO4)2)、アスカライト、NaOH
キャリアガス:窒素ガス、ガスドージングガス:水素ガス、いずれのガスも純度99.99%以上、圧力40PSI(2.8kgf/cm2)である。
結晶粒度の測定は、JIS G 0551の鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法に基づいて行った。
シャルピー衝撃試験は、JIS Z 2242の金属材料のシャルピー衝撃試験方法に基づいて行った。試験片には、JIS Z 2202に示されたUノッチ試験片(JIS3号試験片)を用いた。なお、シャルピー衝撃値は、次式の吸収エネルギーEを断面積(0.8cm2)で除した値である。
W:ハンマー重量(=25.438kg)
g:重力加速度(=9.80665m/sec2)
R:ハンマー回転軸中心から重心までの距離(=0.6569m)
α:ハンマー持ち上げ角度(=146°)、β:ハンマー降り上がり角度
(4)破壊応力値の測定
図11に破壊応力値の測定に用いた試験片を示す。アムスラー万能試験機を用いて図中のP方向に荷重を負荷して試験片が破壊されるまでの荷重を測定する。その後、得られた破壊荷重を、下記に示す曲がり梁の応力計算式により応力値に換算する。なお、試験片は図11に示す試験片に限られず、他の形状の試験片を用いてもよい。
σ2=(N/A) +{M/(Aρo)}[1 - e2/{κ(ρo - e2)}]
κ=-(1/A)∫A {η/(ρo + η)}dA
(5)転動疲労試験
転動疲労寿命試験の試験条件および試験装置の略図を、表2および図12(A)、(B)に示す。図12(A)、(B)において、転動疲労寿命試験片521は、駆動ロール511によって駆動され、ボール513と接触して回転している。ボール513は、(3/4)”のボールであり、案内ロール512にガイドされて、転動疲労寿命試験片521との間で高い面圧を及ぼし合いながら転動する。
表1より、浸炭窒化処理したままの従来浸炭窒化処理品の鋼中水素量は、0.72ppmと非常に高い値となっている。これは、浸炭窒化処理の雰囲気に含まれるアンモニア(NH3)が分解して水素が鋼中に侵入したためと考えられる。これに対して、試料B〜Fの鋼中水素量は0.37〜0.42ppmで0.5ppm以下となっており、従来浸炭窒化処理品の半分近くにまで減少している。この鋼中水素量は普通焼入れ品と同じレベルである。
表1より、結晶粒度は、2次焼入れ温度が浸炭窒化処理時の焼入れ(1次焼入れ)の温度より低い場合、すなわち試料B〜Dの場合、オーステナイト粒は、結晶粒度番号11〜12と顕著に微細化されている。試料EおよびFならびに従来浸炭窒化処理品および普通焼入品のオーステナイト粒は、結晶粒度番号10であり、試料B〜Dより粗大な結晶粒となっている。
表1によれば、従来浸炭窒化処理品のシャルピー衝撃値は5.33J/cm2であるのに比して、本発明例の試料B〜Fのシャルピー衝撃値は6.20〜6.65J/cm2と高い値が得られている。この中でも、2次焼入れ温度が低いほうがシャルピー衝撃値が高くなる傾向を示す。なお、普通焼入品のシャルピー衝撃値は6.70J/cm2と高い。
上記破壊応力値は、耐割れ強度に相当する。表1によれば、従来浸炭窒化処理品は2330MPaの破壊応力値となっている。これに比して、試料B〜Fの破壊応力値は2650〜2840MPaで2650MPa以上に改善されている。普通焼入品の破壊応力値は2770MPaであり、試料B〜Fの破壊応力値と同等である。このような、試料B〜Fの改良された耐割れ強度は、オーステナイト結晶粒の微細化と並んで、水素含有率の低減による効果が大きいと推定される。
表1によれば、普通焼入品は窒素富化層を表層部に有しないことを反映して、転動疲労寿命L10は最も低い。これに比して従来浸炭窒化処理品の転動疲労寿命は3.1倍となる。試料B〜Dの転動疲労寿命は従来浸炭窒化処理品より大幅に向上する。試料E,Fは、従来浸炭窒化処理品とほぼ同等であった。
次に実施例2について説明する。
(X材:比較例):普通焼入れのみを行なった(浸炭窒化処理せず)。
(Y材:比較例):浸炭窒化処理後にそのまま焼き入れた(従来の浸炭窒化焼入れ)。浸炭窒化処理の温度を845℃とし、保持時間を150分間とした。また浸炭窒化処理の雰囲気を、RXガス+アンモニアガスとした。
(Z材:本発明例):軸受鋼に図2の熱処理パターンを施した。浸炭窒化処理の温度を845℃とし、保持時間を150分間とし、雰囲気をRXガス+アンモニアガスとした。また、最終焼入れ温度を800℃とした。
転動疲労寿命試験の試験装置には上述した図12(A)、(B)の装置を用い、試験条件は表2に示す条件とした。この転動疲労寿命試験結果を表3に示す。
シャルピー衝撃試験は、Uノッチ試験片を用いて、上述のJIS Z 2242に準じた方法により行なった。試験結果を表4に示す。
静的破壊靭性試験の試験片には、図13に示す試験体を用い、亀裂を予め約1mm導入した後に、3点曲げによる静的荷重Pを加え、破壊荷重を求めた。破壊靭性値(KIC値)の算出には次に示す次式を用いた。また、試験結果を表5に示す。
静圧壊強度試験片には、上述のように図11に示す形状のものを用いた。図中、P方向に荷重を付加して、上記と同様にして静圧壊強度試験を行なった。試験結果を表6に示す。
温度130℃で500時間保持した場合の経年寸法変化率を測定した。その測定結果を、表面硬度、残留オーステナイト量(表面から0.1mm深さでの)とともに表7に示す。
玉軸受6206を用い、標準異物を所定量混入させた異物混入潤滑下での転動疲労寿命を評価した。試験条件を表8に、また試験結果を表9に示す。
Claims (10)
- コンプレッサ本体と、前記コンプレッサ本体に駆動力を伝達するプーリ機構とを有するコンプレッサに使用されるコンプレッサ用軸受であって、
前記コンプレッサ用軸受に含まれる軌道面を有する部材および複数の転動体のうち少なくとも一つの部材の破壊応力値が2780MPa以上であり、
前記コンプレッサ用軸受に含まれる軌道面を有する部材および複数の転動体のうち少なくとも一つの部材がJIS規格SUJ2の鋼よりなり、かつ前記鋼をA1変態点を超える浸炭窒化処理温度で浸炭窒化処理した後、A1変態点未満の温度に冷却し、その後、前記A1変態点以上で前記浸炭窒化処理温度未満の焼入れ温度域に再加熱し、焼入れを行なうことにより製造された構成を有する、コンプレッサ用軸受。 - 前記コンプレッサ用軸受に含まれる軌道面を有する部材および複数の転動体のうち少なくとも一つの部材のオーステナイト結晶粒の粒度番号が10番を超える範囲である、請求項1に記載のコンプレッサ用軸受。
- コンプレッサ本体と、前記コンプレッサ本体に駆動力を伝達するプーリ機構とを有するコンプレッサに使用されるコンプレッサ用軸受であって、
前記コンプレッサ用軸受に含まれる軌道面を有する部材および複数の転動体のうち少なくとも一つの部材の破壊応力値が2650MPa以上であり、
前記コンプレッサ用軸受に含まれる軌道面を有する部材および複数の転動体のうち少なくとも一つの部材のオーステナイト結晶粒の粒度番号が11.5番以上であり、
前記コンプレッサ用軸受に含まれる軌道面を有する部材および複数の転動体のうち少なくとも一つの部材がJIS規格SUJ2の鋼よりなり、かつ前記鋼をA 1 変態点を超える浸炭窒化処理温度で浸炭窒化処理した後、A 1 変態点未満の温度に冷却し、その後、前記A 1 変態点以上で前記浸炭窒化処理温度未満の焼入れ温度域に再加熱し、焼入れを行なうことにより製造された構成を有する、コンプレッサ用軸受。 - 前記コンプレッサ用軸受に含まれる軌道面を有する部材および複数の転動体のうち少なくとも一つの部材の水素含有率が0.5ppm以下である、請求項1〜3のいずれかに記載のコンプレッサ用軸受。
- 前記コンプレッサ用軸受が、前記コンプレッサ本体の斜板と回転部材とを回転自在に支持する斜板支持軸受である、請求項1〜4のいずれかに記載のコンプレッサ用軸受。
- 前記コンプレッサ用軸受が、前記コンプレッサ本体の回転部材と前記プーリ機構のプーリ用軸受支持部材とを回転自在に支持する回転部材・プーリ支持部材軸受である、請求項1〜4のいずれかに記載のコンプレッサ用軸受。
- 前記コンプレッサ用軸受が、前記コンプレッサ本体の主軸と前記プーリ機構のプーリ用軸受支持部材とを回転自在に支持する主軸支持軸受である、請求項1〜4のいずれかに記載のコンプレッサ用軸受。
- 前記コンプレッサ用軸受が、前記プーリ機構のプーリとプーリ用軸受支持部材とを回転自在に支持するプーリ支持軸受である、請求項1〜4のいずれかに記載のコンプレッサ用軸受。
- 前記斜板支持軸受が、スラスト針状ころ軸受である、請求項5に記載のコンプレッサ用軸受。
- 前記回転部材・プーリ支持部材軸受が、スラスト針状ころ軸受である、請求項6に記載のコンプレッサ用軸受。
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