JP4811285B2

JP4811285B2 - スラストころ軸受

Info

Publication number: JP4811285B2
Application number: JP2007016483A
Authority: JP
Inventors: 義孝早稲田; 裕幸中井
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2027-01-26
Also published as: JP2008185051A

Description

本発明は、スラストころ軸受に関するものである。

斜板式圧縮機の斜板は、スラストころ軸受によって回転自在に支持されている。そして、取付誤差やピストンの荷重変動に伴う振動発生を抑制するために、スラストころ軸受に対して所定の予圧（アキシャル方向の荷重）を負荷している。これにより、スラストころ軸受のレースが撓む。すると、ころ（円筒ころ）の端縁部とレースの軌道面との接触部に大きな応力（エッジロード）が作用し、前記レースの軌道面が剥離してしまうおそれがあり（フレーキング）、スラストころ軸受の寿命が短くなってしまう。この不具合を防止するため、斜板式圧縮機のスラストころ軸受では、ころの端縁部にクラウニングを施すことにより、レースの撓みによる影響を吸収するという技術が開示されている（特許文献１を参照）。

従来のスラストころ軸受の場合、レースの軌道面の大きさが、ころの全長よりも比較的大きなものである。この場合、ころはレースの主表面で、その外周縁端部と内周縁端部にかけてのラジアル方向のほぼ中間位置で支持されるため、ころの端縁部にクラウニングを施すのみで、エッジロードの発生を防止することができる。しかし、近時における斜板式圧縮機の軽量化、コンパクト化の要求に伴い、スラストころ軸受のレースの外径を小さくする必要が生じている。すると、レースの撓みの影響がより直接的にころ（特に、ころの端縁部）に及ぶこととなり、ころにクラウニングを施すだけではエッジロードの発生を回避することができなくなるおそれがある。
特開平９−１４１３１号公報

本発明は、上記した不具合に鑑み、スラストころ軸受において、レースの外径を小さくしてもエッジロードが生じないようにすることを課題としている。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を達成するための本発明に係るスラストころ軸受は、
円筒ころの第１軌道面が主表面に形成された環状で、その軌道面と反対側の面の外周縁部又は内周縁部の少なくとも一方がアキシャル方向に押圧される第１レースと、
前記円筒ころの第２軌道面が主表面に形成された環状に形成され、前記第１軌道面と前記第２軌道面とがアキシャル方向に対向するように配置されると共に、前記第１レースとの間に前記円筒ころが介装され、該円筒ころを介して前記第１レースに向けて予圧が付勢された状態で、該第１レースに対して軸線周りに相対回転するとともに、その軌道面と反対側の面の外周縁部又は内周縁部の少なくとも一方がアキシャル方向に押圧される第２レースとを備え、
前記第１レースの第１軌道面及び前記第２レースの第２軌道面における各々の内周縁部及び外周縁部には、前記円筒ころの軌道面から離れるように凸状に湾曲する形態のクラウニング部が形成され、
前記第１及び第２の軌道面で、前記内周縁部から前記外周縁部にかけてのラジアル方向中間位置に、前記円筒ころが接触する平面部が形成されていて、
前記円筒ころにおける内周縁部及び外周縁部には、前記第１レース及び第２レースの軌道面から離れるように凸状に湾曲する形態のころ側クラウニング部が形成され、
前記円筒ころのラジアル方向長さは前記第１及び第２のレースの同方向長さよりも短く、かつ前記第１及び第２のレースの平面部のラジアル方向長さよりも長くなっていて、
前記円筒ころのころ側クラウニング部と前記第１及び第２のレースのクラウニング部とがアキシャル方向に対向配置されることを特徴としている。

本発明に係るスラストころ軸受は、上記のように構成されている。予圧によって第１及び第２のレースが撓まされ、円筒ころの端縁部が前記レースの軌道面を押圧し、エッジロードを作用させようとする。しかし、各レースの軌道面の内周縁部及び外周縁部にその内周面又は外周面と連続させて、かつ凸状に形成されたクラウニング部により、前記エッジロードが各レースの軌道面に直接作用することが回避される。この結果、エッジロードによる各レースの損傷が防止され、スラストころ軸受の長寿命化が図られる。

そして、前記クラウニング部のラジアル方向の長さが、そのアキシャル方向の長さよりも長くなるように形成されていること、具体的には、前記クラウニング部のアキシャル方向の長さは、１００μｍ超４００μｍ未満とされていることが望ましい。

クラウニング部のラジアル方向の長さを、そのアキシャル方向の長さよりも長くすることにより、クラウニング部におけるラジアル方向部分の曲率が、そのアキシャル方向部分の曲率よりも大きくなる。これにより、各レースが撓まされたときに、転動体（円筒ころ）と各レースの軌道面との隙間が徐々に小さくなるようにすることができ、エッジロードの発生を防止できるという利点を損なうことなく、スラストころ軸受の作動を安定させることができる。

そして、前記第１及び第２のレースは、それらの主表面のうち前記軌道面が形成された一方の主表面にのみ前記クラウニング部が形成されていて、他方の主表面は平坦面とすることができる。

各レースにおける一方の主表面にのみクラウニング部を形成することにより、その製造工程を簡単なものにすることができる。

また、前記第１レースは、前記第１軌道面が形成されている主表面とは反対側の主表面において、その外周縁部のみを部分的に前記第２レースに向けて付勢され、
前記第２レースは、前記第２軌道面が形成されている主表面とは反対側の主表面において、その内周縁部のみを部分的に前記第１レースに向けて付勢されているようにすることができる。

各レースに対して、効果的に予圧を付勢することができる。

スラストころ軸受は、回転軸に固着される斜板の回転動作によってピストンをシリンダ内にてアキシャル方向に往復作動させる斜板式圧縮機に用いられ、
前記第１レースは前記斜板によって付勢され、前記第２レースはシリンダによって付勢されているようにすることができる。

スラストころ軸受の長寿命化が図られるため、当該スラストころ軸受が使用された斜板式圧縮機の寿命を長くなると共に、その信頼性を高くすることができる。

更に、前記円筒ころの外周面の端縁部には、その端面に向かうほど前記円筒ころの回転軸線からの距離が小さくなる形状のころ側クラウニング部が形成されているようにすることができる。

第１及び第２のレースだけでなく、円筒ころにもころ側クラウニング部が設けられているため、各レースにエッジロードが作用することを確実に回避することができる。

前記第１及び第２のレースは、金属板を打抜き加工することにより形成され、その打抜き加工に伴って形成された抜きだれ部が前記クラウニング部とされ、その反対側に形成されたかえり部を研磨加工することにより形成することができる。

第１及び第２のレースが、金属板の打抜き加工によって形成されるため、コスト低減が図られる。しかも、打抜き加工に伴って発生する抜きだれ部を、そのままクラウニング部とすることができるため、打抜き加工後の研磨加工の工数が少なくて済む。

本発明の実施例を説明する。図１は斜板式圧縮機１００の正面断面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図、図３は図１のＡ部の拡大図である。

本明細書では、斜板式圧縮機１００に使用されるスラストころ軸受２００について説明する。最初に、斜板式圧縮機１００について説明する。図１に示されるように、アキシャル方向に沿って直列に連結された２つのシリンダ１，２によって形成される空間部Ｖにピストン３が挿入されていると共に、それらの軸心部分に回転軸４が配置されている。ピストン３は、空間部Ｖ内をアキシャル方向（回転軸４の軸線４ａの方向）に沿って移動可能である。各シリンダ１，２の開口側の端部には、各シリンダへッド５を介してサイドカバー６，７が取り付けられている。回転軸４は、各シリンダ１，２と回転軸４が突出している側のサイドカバー７に装着された各ラジアルころ軸受８，９により、回転自在である。

図１及び図２に示されるように、各シリンダ１，２の軸心部分には、回転軸４を挿入させると共に、各ラジアルころ軸受８を装着させるための各ボス部１１，１２が同心にして設けられている。各ボス部１１，１２の間には、それぞれスラストころ軸受２００を介して、斜め円板状の斜板１３が取り付けられている。このため、各ボス部１１，１２のアキシャル方向の長さは、斜板１３の軸部１４の厚みと各スラストころ軸受２００の軸受幅との分だけ、各シリンダ１，２の全長よりも短くなっている。また、各シリンダ１，２のボス部１１，１２の端面部の内周縁部には、凸部１１ａ，１２ａが環状に突設されていると共に、斜板１１の軸部１４の両端面部の外周縁部には、各凸部１４ａが環状に突設されている。

斜板１３は、回転軸４に装着されていて、回転軸４と一体に回転自在である。また、斜板１３は、その本体部１５における周縁部の両面に取り付けられたシュー１６とボール１７とを介して、ピストン３と連結されている。図示しない駆動手段により、回転軸４が所定方向に回転されると、斜板１３も同方向に回転される。これにより、ピストン３が矢印Ｐの方向に往復移動される。

本実施例のスラストころ軸受２００について、更に詳細に説明する。斜板１３の両側に配置された各スラストころ軸受の構成は全く同一なので、本明細書では、一方側（図１の図面視における左側のＡ部）のスラストころ軸受２００についてのみ説明する。図３及び図４に示されるように、本実施例のスラストころ軸受２００は、アキシャル方向に所定の間隔をおいて、軌道面１８ａ，１９ａが設けられた側の主表面Ｓ１どうしが対向配置される内外のレース１８，１９と、各レース１８，１９の主表面Ｓ１どうしの間に配置される複数個の円筒ころ２１と、各円筒ころ２１を転動自在に保持する保持器２２とを備えている。そして、各レース１８，１９の主表面Ｓ１における軌道面１８ａ，１９ａの長さＬａは、円筒ころ２１の全長Ｌｂよりも少し長い。なお、本実施例のスラストころ軸受２００の場合、主表面Ｓ１と軌道面１８ａ，１９ａとは、ほぼ同一の概念である。

内外のレース１８，１９における主表面Ｓ１の側の内周縁部と外周縁部とには、それぞれクラウニングが施されていて、各クラウニング部２３が設けられている。そして、主表面Ｓ２の側は、平坦面となっている。本実施例のスラストころ軸受２００の場合、各レース１８，１９の内周縁部と外周縁部とに、外方に向かって凸状に湾曲するクラウニング部２３が設けられている。各軌道面１８ａ，１９ａにおけるクラウニング部２３どうしの間には、平面部２４が形成されている。各クラウニング部２３平面部２４、及び各クラウニング部２３と各レース１８，１９の内周面２５又は外周面２６とは緩やかな曲面形状で連続している。

内外のレース１８，１９における各クラウニング部２３のラジアル方向部分の長さ（ラジアル長さＬ２）は、アキシャル方向部分の長さ（アキシャル長さＬ３）よりも長い。ここで、クラウニング部２３のアキシャル長さＬ３は、１００μｍを超え、かつ４００μｍ未満であることが望ましい。そして、クラウニング部２３のラジアル長さＬ２は、８００μｍよりも短くすることが望ましい。これにより、クラウニング部２３におけるラジアル方向部分の曲率が、そのアキシャル方向部分の曲率よりも大きくなる。この結果、各レース１８，１９の軌道面１８ａ，１９ａと円筒ころ２１の外周面との隙間が徐々に小さくなるようにすることができ、エッジロードの発生を防止できるという利点を損なうことなく、スラストころ軸受の作動を安定させる（例えば、作動中の異音の防止）ことができる。

そして、本実施例のスラストころ軸受２００では、各円筒ころ２１の内周縁部と外周縁部にも、クラウニング部（ころ側クラウニング部２７）が設けられている。円筒ころ２１の全長Ｌｂは、平面部２４の長さＬ１よりも長く、軌道面１８ａの長さＬａよりも短い。

本実施例のスラストころ軸受２００の作用について説明する。図３に示されるように、内側レース１８は、その主表面Ｓ２（軌道面１８ａが設けられていない側の面）の外周縁部においてのみ斜板１３の軸部１４に突設された環状の凸部１４ａに当接されている。また、外側レース１９は、その主表面Ｓ２の内周縁部においてのみシリンダ１のボス部１１に突設された環状の凸部１１ａに当接されている。内外のレース１８，１９に、アキシャル方向に沿って予圧Ｆが付勢される。すると、図５に示されるように、内外のレース１８，１９が撓む。しかも、本実施例のスラストころ軸受２００は、軽量化及びコンパクト化のため、各レース１８，１９の外径が従来のものよりも小さくなっていて、各レース１８，１９の軌道面１８ａ，１９ａの長さＬａは、各円筒ころ２１の全長Ｌｂよりも少し長いだけである（図４参照）。このため、各レース１８，１９の各円筒ころ２１の内周縁部及び外周縁部とが圧接され、エッジロードが生じるおそれがある。

しかし、本実施例のスラストころ軸受２００の各レース１８，１９には、それらの内周縁部と外周縁部とに各クラウニング部２３が設けられている。このため、各レース１８，１９が撓まされても、円筒ころ２１の端面の周縁部と、各レース１８，１９の平面部２４とが直接的に接触しにくくなるため、エッジロードが生じにくい。しかも、各円筒ころ２１の内周縁部及び外周縁部にも、各ころ側クラウニング部２７が設けられているため、更に確実にエッジロードの発生が防止される。この結果、各レース１８，１９が損傷されにくくなり、スラストころ軸受２００の長寿命化が図られる。

次に、本実施例のスラストころ軸受２００における内側レース１８の製造方法について説明する。この内側レース１８は、金属板が、打抜きプレス（例えば、ファインブランキングプレス）によって所定形状に打ち抜かれて形成される。図６の（ａ），（ｂ）に示されるように、ファインブランキングプレスの成形型３００は、上型２８（パンチ）と下型２９（ダイ）との組合せより成る。上型２８は、同心に配置される内側パンチ３１及び環状の外側パンチ３２と、外側パンチ３２に近接してその外側に配置される上側ガイド３３とを備えている。上側ガイドの下端面には、その全周に亘って鋭角状の先端部を有する突条３３ａが突設されている。内外のパンチ３１，３２と上側ガイド３３は、それぞれ別個に昇降可能である。また、下型２９における内側パンチ３１の直下には、内側パンチ３１と同径の下側ガイド３４が設けられていると共に、外側パンチ３２の直下には、外側パンチ３２と対応する環状の排出孔３５が設けられている。そして、下側ガイド３４と排出孔３５との間には、複数本のエジェクタピン３６が設けられている。

図７の（ａ）に示されるように、下型２９に被加工物３７（金属板）が載置される。最初に、上側ガイド３３のみが下降し、被加工物３７を押圧する。上側ガイド３３の突条３３ａが被加工物３７の上面部に食い込み、被加工物３７は強固に押圧される。また、下側ガイド部３４にも上昇しようとする力が作用するため、被加工物３７は下方からも押圧される。これにより、被加工物３７に静水圧が作用する。

この状態で、図７の（ｂ）及び図８の（ｃ）に示されるように、内外のパンチ３１，３２が下降して被加工物３７が打ち抜かれ、内周面２５と外周面２６とを有する環状成形体３８（内側レース１８となる前段階のもの）が形成される。このとき、被加工物３７には常に静水圧が作用しているため、その内周面２５と外周面２６との加工精度（表面粗さ）が極めて良好なものとなる。打ち抜かれた被加工物３７のうち、内側のスラグ３７ａは、上下のガイド３３，３４に挟まれて下降される。また、外側のスラグ３７ｂは、排出孔３５から排出される。

所定時間が経過した後、図８の（ｄ）に示されるように、内外のパンチ３１，３２と上側ガイド３３が順次上昇された後、下側ガイド３４とエジェクタピン３６とが上昇される。環状成形体３８とスラグ３７ａが排出された後、被加工物３７が移動され、上記と同じ工程が打抜き加工が行われる。

図９の（ａ）に示されるように、打ち抜かれた直後の環状成形体３８の上面の内周縁部と外周縁部とには、打抜き加工に伴う各かえり部３９が形成されている。同じく、下面の内周縁部と外周縁部とには、打抜き加工に伴う各抜きだれ部４１が形成されている。このため、環状成形体３８の上面を研磨加工して、各かえり部３９を除去する必要がある。各抜きだれ部４１は、研磨加工されて各クラウニング部２３とされる。各抜きだれ部４１の概略形状を、打抜き加工によって予め成形させておくことができるため、研磨加工の工数が少なくて済む。この結果、図９の（ｂ）に示されるように、主表面Ｓ１の側の内周縁部と外周縁部に各クラウニング部２３と平面部２４とが形成され、主表面Ｓ２の側が平坦面となった内側レース１８が形成される。なお、外側レース１９も、上記と同様にして製造される。

上記した実施例のスラストころ軸受２００では、内外のレース１８，１９の主表面Ｓ１，Ｓ２のうち、円筒ころ２１が配置される側の主表面Ｓ１にのみクラウニング部２３が設けられている。しかし、両主表面Ｓ１，Ｓ２にクラウニング部２３を形成してもよい。その場合の実施例のスラストころ軸受２００における内外のレース４２，４３を、図１０に示す。

本明細書では、内外のレース１８，１９のクラウニング部２３が、打抜き加工によって形成された抜きだれ部４１を研磨加工することによって形成される場合について説明した。しかし、各レース１８，１９における直角形状のコーナー部（即ち、抜きだれ部４１が形成されていない状態のコーナー部）を研磨加工することによって、クラウニング部２３を形成してもよい。

斜板式圧縮機１００の正面断面図である。図１のＸ−Ｘ線断面図である。図１のＡ部の拡大図である。内側レース１８の拡大図である。ストラット用軸受２００の作用説明図である。（ａ）はファインブランキングプレスの成形型３００の概略正面断面図、（ｂ）は（ａ）のＹ矢視図である。（ａ），（ｂ）はファインブランキングプレスの作用説明図である。（ｃ），（ｄ）は同じく作用説明図である。（ａ）は、打ち抜かれた被加工物３７の要部の拡大断面図であり，（ｂ）はかえり部３９を切除した状態の断面図である。両主表面Ｓ１，Ｓ２にクラウニング部２３が設けられた内側レース４２を使用したスラストころ軸受２００の断面図である。

符号の説明

１００：斜板式圧縮機
２００：スラストころ軸受
３００：成形型（打抜きプレス）
１，２：シリンダ
３：ピストン
４：回転軸
４ａ：軸線
１３：斜板
１８，４２：内側レース（第１レース）
１８ａ：内側レースの軌道面（第１軌道面）
１９，４３：外側レース（第２レース）
１９ａ：外側レースの軌道面（第２軌道面）
２１：円筒ころ（転動体）
２３：クラウニング部
２４：平面部
２５：内周面
２６：外周面
２７：ころ側クラウニング部
３７：被加工物（金属板）
３９：かえり部
４１：抜きだれ部
Ｆ：予圧
Ｌ２：ラジアル長さ（クラウニング部のラジアル方向の長さ）
Ｌ３：アキシャル長さ（クラウニング部のアキシャル方向の長さ）
Ｓ１，Ｓ２：主表面

Claims

円筒ころの第１軌道面が主表面に形成された環状で、その軌道面と反対側の面の外周縁部又は内周縁部の少なくとも一方がアキシャル方向に押圧される第１レースと、
前記円筒ころの第２軌道面が主表面に形成された環状に形成され、前記第１軌道面と前記第２軌道面とがアキシャル方向に対向するように配置されると共に、前記第１レースとの間に前記円筒ころが介装され、該円筒ころを介して前記第１レースに向けて予圧が付勢された状態で、該第１レースに対して軸線周りに相対回転するとともに、その軌道面と反対側の面の外周縁部又は内周縁部の少なくとも一方がアキシャル方向に押圧される第２レースとを備え、
前記第１レースの第１軌道面及び前記第２レースの第２軌道面における各々の内周縁部及び外周縁部には、前記円筒ころの軌道面から離れるように凸状に湾曲する形態のクラウニング部が形成され、
前記第１及び第２の軌道面で、前記内周縁部から前記外周縁部にかけてのラジアル方向中間位置に、前記円筒ころが接触する平面部が形成されていて、
前記円筒ころにおける内周縁部及び外周縁部には、前記第１レース及び第２レースの軌道面から離れるように凸状に湾曲する形態のころ側クラウニング部が形成され、
前記円筒ころのラジアル方向長さは前記第１及び第２のレースの同方向長さよりも短く、かつ前記第１及び第２のレースの平面部のラジアル方向長さよりも長くなっていて、
前記円筒ころのころ側クラウニング部と前記第１及び第２のレースのクラウニング部とがアキシャル方向に対向配置されることを特徴とするスラストころ軸受。
前記第１及び第２のレースのクラウニング部のアキシャル方向長さは１００μｍを超え、４００μｍ未満であり、同じくラジアル方向長さの最大は８００μｍであることを特徴とする請求項１に記載のスラストころ軸受。
前記第１及び第２のレースのクラウニング部は、前記第１及び第２のレースにおけるアキシャル方向の両面に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスラストころ軸受。