JP4968539B2

JP4968539B2 - スラストニードル軸受

Info

Publication number: JP4968539B2
Application number: JP2008011432A
Authority: JP
Inventors: 崇史矢野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2028-01-22
Also published as: JP2009174579A

Description

本発明は、カーエアコンのコンプレッサ、自動変速機用遊星歯車機構、事務機器等に用いられると好適なスラストニードル軸受に関する。

例えばカーエアコン用コンプレッサ（カークーラコンプレッサともいう）の一タイプとして、容量可変式のコンプレッサが知られている。一般的に、容量可変式のコンプレッサは、ハウジングに対して駆動軸をラジアル軸受により回転自在に支持し、この駆動軸に対して斜板を傾斜角度可変に連結し、この斜板に対し揺動板を摺動自在に取付けてある。斜板と揺動板との間にはスラスト軸受が配置されている。揺動板には、複数のピストンロッドの一端が円周方向等間隔に取付けてあり、このピストンロッドの他端はピストンに連結している。このピストンは、ハウジング内に設けられたシリンダの内部で摺動するように設けられ、このシリンダのボア内に流入される冷媒ガスを圧縮し吐出するようにしている。つまり、斜板が回転すると、揺動板が、いわゆるみそすり的動作をし、ピストンロッドを介してピストンを軸線方向に往復運動させ、冷媒ガスを圧縮し吐出するようになっている（特許文献１参照）。
特開２００２−２６６７５４号公報特開２００６−２４２３５５号公報

ところで、カーエアコン用コンプレッサ等には、ころを保持する保持器を用いたスラストニードル軸受が用いられることがある（特許文献２参照）。特許文献２に開示されているような、半径方向断面が略コの字型に折り曲げられた２枚の板材を組み合わせてなる保持器の円盤部には、ころを保持するポケット部が設けられている。しかるに、特許文献２に開示されたスラストニードル軸受においては、遠心力で半径方向に付勢されるころの端面が、回転しつつポケット部の外方縁に当接し、これを摩耗させる恐れがある。

本発明は、前記のような問題点に鑑みてなされたものであり、摩耗を低減することで信頼性を確保したスラストニードル軸受を提供することを目的とする。

本発明のスラストニードル軸受は、ころと、前記ころを保持する保持器とを備えたスラストニードル軸受において、
前記保持器は、第１環状部材と第２環状部材とを対向して組み合わせてなり、
前記第１環状部材は、複数のポケット孔が周方向に等間隔に形成されている第１円盤部と、前記第１円盤部の内縁から軸線方向に延在する円筒状の第１内側フランジ部と、前記第１円盤部の外縁から軸線方向に延在する円筒状の第１外側フランジ部と、からなり、
前記第２環状部材は、複数のポケット孔が周方向に等間隔に形成されている第２円盤部と、前記第２円盤部の内縁から軸線方向に延在する円筒状の第２内側フランジ部と、前記第２円盤部の外縁から軸線方向に延在する円筒状の第２外側フランジ部と、からなり、
前記第１及び前記第２環状部材は、金属の板材の中央に円形の孔を穿設し、この孔の周囲を板材に対し垂直方向に折り曲げて前記第１及び前記第２内側フランジ部を形成し、この孔の周囲に、放射状に前記第１及び前記第２のポケット部を形成し、この板材から前記第１及び前記第２ポケット部より半径方向外側の位置で円形に切り取り、更に切り取られた円形の板材における外周近傍の前記第１及び前記第２ポケット部に交差する位置で板材に対して垂直方向に折り曲げて前記第１及び前記第２外側フランジ部を形成しており、前記第１及び前記第２ポケット部は、前記第１及び前記第２円盤部から前記第１及び前記第２外側フランジ部にわたって形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、前記保持器は、第１環状部材と第２環状部材とを対向して組み合わせてなり、前記第１環状部材は、複数のポケット孔が周方向に等間隔に形成されている第１円盤部と、前記第１円盤部の内縁から軸線方向に延在する円筒状の第１内側フランジ部と、前記第１円盤部の外縁から軸線方向に延在する円筒状の第１外側フランジ部と、からなり、前記第２環状部材は、複数のポケット孔が周方向に等間隔に形成されている第２円盤部と、前記第２円盤部の内縁から軸線方向に延在する円筒状の第２内側フランジ部と、前記第２円盤部の外縁から軸線方向に延在する円筒状の第２外側フランジ部と、からなり、前記第１及び前記第２環状部材は、金属の板材の中央に円形の孔を穿設し、この孔の周囲を板材に対し垂直方向に折り曲げて前記第１及び前記第２内側フランジ部を形成し、この孔の周囲に、放射状に前記第１及び前記第２のポケット部を形成し、この板材から前記第１及び前記第２ポケット部より半径方向外側の位置で円形に切り取り、更に切り取られた円形の板材における外周近傍の前記第１及び前記第２ポケット部に交差する位置で板材に対して垂直方向に折り曲げて前記第１及び前記第２外側フランジ部を形成しており、前記第１及び前記第２ポケット部は、前記第１及び前記第２円盤部から前記第１及び前記第２外側フランジ部にわたって形成されているので、前記ころが遠心力で半径方向に付勢された場合でも、前記ポケット部の縁を摩耗させることがなく、更に前記ころの端面は前記フランジ部に面当たりすることから、全体として摩耗を効果的に抑制できる。尚、前記フランジ部は、前記円盤部に対して半径方向外方に設けられているものであると好ましい。

前記ころの端面が平坦面であると、加工が容易であり、軸受の負荷容量を高めることができる。

前記ころの端面が曲面（例えば球面）であると、高速回転に対応できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかるスラストニードル軸受が組み込まれたカーエアコンのコンプレッサの断面図であり、図２は、図１の構成を矢印II方向に見た図である。

図１において、コンプレッサ１を構成するハウジング６は、中央の短円筒状の本体７をヘッドケース８と斜板ケース９とで軸線方向（図１の左右方向）両側から挟持し、更に複数本の結合ボルト（図示せず）により結合されて一体となっている。ヘッドケース８の内側には、低圧室１０、１０と高圧室１１とが設けられている。尚、高圧室１１内は勿論、低圧室１０、１０内も正圧である。又、本体７とヘッドケース８との間には平板状の隔壁板１２が挟持されている。図１で複数に分割されている如く表されている低圧室１０、１０は互いに連通しており、ヘッドケース８の外面に設けられた単一の吸入ポート１３（図２）に連通している。又、高圧室１１は、ヘッドケース８に設けられた吐出ポート（図示せず）に通じている。吸入ポート１３がエバポレータ（不図示）の出口に、不図示の吐出ポートをコンデンサ（不図示）の入口に、それぞれ連通させている。

ハウジング６内にはシャフト１４を、本体７と斜板ケース９とに掛け渡す状態で、回転自在に支持している。より具体的には、シャフト１４の両端部を１対のラジアルニードル軸受１５Ａ、１５Ｂにより、本体７と斜板ケース９とに対して回転自在に支持すると共に、１対のスラストニードル軸受１６Ａ、１６Ｂにより、このシャフト１４に加わるスラスト荷重を支承自在としている。

スラストニードル軸受１６Ａは、複数のころ１６ａと、これを軸線方向（図１で左右方向）に挟持する軌道輪１６ｂ、１６ｃと、ころ１６ａを保持する保持器１６ｄとを有している。本実施の形態にかかるスラストニードル軸受１６Ｂは、複数のころ１６ｅと、これを軸線方向（図１で左右方向）に挟持する軌道輪１６ｆ、１６ｇと、ころ１６ｅを保持する保持器１６ｈとを有している。

ラジアルニードル軸受１５Ａは、複数のころ１５ａと、シェル型外輪１５ｂと、ころ１５ａを保持する保持器１５ｃとを有している。ラジアルニードル軸受１５Ｂは、複数のころ１５ｄと、外輪（軌道輪）１５ｅと、ころ１５ｄを保持する保持器１５ｆとを有している。

スラストニードル軸受１６Ａは、本体７の一部と上記シャフト１４の一端部（図１の右端側）に形成した段部１７との間に、皿ばね１８を介して設けている。又、スラストニードル軸受１６Ｂは、シャフト１４の中間部外周面に外嵌固定した円板部１９と斜板ケース９との間に配置している。ハウジング６を構成する本体７の内側でシャフト１４の周囲部分には、複数（例えば図示の例では、円周方向等間隔に６個）のシリンダ孔２０、２０を形成している。この様に本体７に形成した、複数のシリンダ孔２０、２０の内側には、それぞれピストン２１、２１の先半部（図１の右半部）に設けた摺動部２２、２２を、軸方向の変位自在に嵌装している。

ここでは、シリンダ孔２０、２０の底面とピストン２１、２１の先端面（図１の右端面）との間に設けられた空間を、圧縮室２３とする。又、斜板ケース９の内側に存在する空間は、斜板室２４とする。シャフト１４の中間部外周面でこの斜板室２４内に位置する部分おいて、斜板２５を、シャフト１４に対して所定の傾斜角度を持たせて固定し、この斜板２５がシャフト１４と共に回転する様にしている。斜板２５の円周方向複数個所と、各ピストン２１、２１とは、それぞれ１対ずつのスライディングシュー２６、２６により連結されている。この為、これら各スライディングシュー２６、２６の内側面（互いに対向する面）は平坦面として、同じく平坦面である斜板２５の両側面外径寄り部分に摺接するようになっている。又、これら各スライディングシュー２６、２６の外側面（相手スライディングシュー２６と反対側面）は球状凸面としている。更に、その内側面を斜板２５の両側面に当接させた状態で、これら両スライディングシュー２６、２６の外側面を単一球面上に位置させている。一方、各ピストン２１、２１の基端部（前記隔壁板１２から遠い側の端部で、図１の左端部）には、スライディングシュー２６、２６及び斜板２５と共に、駆動力伝達機構を構成する連結部２７、２７を、各ピストン２１、２１と一体に形成している。そして、これら各連結部２７、２７に、一対のスライディングシュー２６、２６を保持する為の保持部２８、２８を形成している。又、これら各保持部２８、２８には、各スライディングシュー２６、２６の外側面と密に摺接する球状凹面を、互いに対向させて形成している。

又、本体７の一部内周面で、各連結部２７、２７の外端部に整合する部分には、各ピストン２１、２１毎にそれぞれ１対ずつのガイド面（図示せず）を、円周方向に離隔して形成している。各連結部２７、２７の外端部は、このガイド面に案内されて、ピストン２１、２１の軸方向（図１の左右方向）の変位のみ自在である。従って、各ピストン２１、２１も、各シリンダ孔２０、２０内に、斜板２５の回転に伴う各ピストン２１、２１の中心軸回りの回転を防止されて、軸方向の変位のみ自在（回転不能）に嵌装されている。この結果、各連結部２７、２７は、シャフト１４の回転による斜板２５の揺動変位に伴って各ピストン２１、２１を軸方向に押し引きし、各摺動部２２、２２をシリンダ孔２０、２０内で軸方向に往復移動させる。

一方、低圧室１０及び高圧室１１と各シリンダ孔２０、２０とを仕切るべく、本体７とヘッドケース８との突き合わせ部に挟持している隔壁板１２には、低圧室１０と各シリンダ孔２０、２０とを連通させる吸入孔２９、２９と、高圧室１１と各シリンダ孔２０、２０とを連通させる吐出孔３０、３０とを、それぞれ軸線方向に貫通する状態で形成している。従って、各吸入孔２９、２９及び各吐出孔３０、３０の一端（図１の左端）でシリンダ孔２０、２０側の開口は、何れも各ピストン２１、２１の先端面と対向する。又、各シリンダ孔２０、２０内で、各吸入孔２９、２９の一端と対向する部分には、低圧室１０から各シリンダ孔２０、２０に向けてのみ冷媒ガスを流す、リード弁式の吸入弁３１、３１を設けている。又、高圧室１１内で、各吐出孔３０、３０の他端（図１の右端）開口と対向する部分には、各シリンダ孔２０、２０から高圧室１１に向けてのみ冷媒ガスを流す、リード弁式の吐出弁３２を設けている。この吐出弁３２には、各吐出孔３０、３０から離れる方向への変位を制限する、ストッパ３３を付設している。

上述の様に構成するコンプレッサ１のシャフト１４は、車両のエンジン（不図示）により無端ベルト４２を介して回転駆動される。この為に、図示の例の場合は、ハウジング６を構成する斜板ケース９の外側面（図１の左側面）中央に設けた支持筒部３４の周囲に従動プーリ３５を、複列ラジアル玉軸受３６により、回転自在に支持している。この従動プーリ３５は、断面コ字形で全体を円環状に構成しており、斜板ケース９の外側面に固定したソレノイド３７を、従動プーリ３５の内部空間に配置している。一方、シャフト１４の端部で支持筒部３４から突出した部分には取付ブラケット３８を固定しており、この取付ブラケット３８の周囲に磁性材製の環状板３９を、板ばね４０を介して支持している。この環状板３９はソレノイド３７への非通電時には、板ばね４０の弾力により、図に示す様に従動プーリ３５から離隔しているが、ソレノイド３７への通電時にはこの従動プーリ３５に向け吸着されて、この従動プーリ３５からシャフト１４への回転力の伝達を自在とする。即ち、ソレノイド３７と環状板３９と板ばね４０とにより、従動プーリ３５とシャフト１４とを係脱する為の電磁クラッチ４１を構成している。又、車両のエンジンのクランクシャフト（不図示）の端部に固定した駆動プーリと従動プーリ３５との間には、無端ベルト４２を掛け渡している。

本実施の形態にかかるカーエアコンのコンプレッサの動作について説明する。車室内の冷房或は除湿を行なう為、カーエアコンを作動させた場合には、電磁クラッチ４１を動作させて従動プーリ３５とシャフト１４とを係合させ、それにより無端ベルト４２を介して、車両のエンジンの動力をシャフト１４に伝達し、これを回転駆動する。この結果、斜板２５が回転して、複数のピストン２１、２１を構成する摺動部２２、２２をそれぞれシリンダ孔２０、２０内で往復移動させる。そして、この様な摺動部２２、２２の往復移動に伴って、吸入ポート１３から吸引された冷媒ガスが、低圧室１０、１０内から各吸入孔２９、２９を通じて圧縮室２３内に吸い込まれる。この冷媒ガスは、これら各圧縮室２３内で圧縮されてから、吐出孔３０、３０を通じて高圧室１１に送り出され、吐出ポートより吐出される。その後、高温・高圧の冷媒ガスはコンデンサで冷却され液冷媒となった後、急激に膨張させられ、低温・低圧の霧状冷媒となってエバポレータに流れ、ここで車室内に供給される空気を冷却し、その後冷媒ガスとなってコンプレッサに吸入される。

図３は、軌道輪を取り外した状態で示すスラストニードル軸受１６Ｂの拡大断面図である。図３において、保持器１６ｈは、第１環状部材１６１と、第２環状部材１６２とを組み合わせてなる。金属の板材をプレスすることで一体成形された第１環状部材１６１は、円盤部１６１ａと、円盤部１６１ａの内縁から軸線方向に延在する円筒状の内側フランジ部１６１ｂと、円盤部１６１ａの外縁から軸線方向に延在する円筒状の外側フランジ部１６１ｃとからなる。円盤部１６１ａから外側フランジ部１６１ｃにわたって、複数のポケット孔１６１ｄが周方向に等間隔に形成されている。

一方、後述するように金属の板材をプレスすることで一体成形された第２環状部材１６２は、円盤部１６２ａと、円盤部１６２ａの内縁から軸線方向に延在する円筒状の内側フランジ部１６２ｂと、円盤部１６２ａの外縁から軸線方向に延在する円筒状の外側フランジ部１６２ｃとからなる。円盤部１６２ａから外側フランジ部１６２ｃにわたって、複数のポケット孔１６２ｄが周方向に等間隔に形成されている。

第１環状部材１６１における内側フランジ部１６１ｂと外側フランジ部１６１ｃとの間隔は、第２環状部材１６２における内側フランジ部１６２ｂと外側フランジ部１６２ｃとの間隔よりも大きくなっている。従って、図３に示すように、第１環状部材１６１と第２環状部材１６２とを、ころ１６ｅを挟持するようにして、対向する形に組み合わせたときに、内側フランジ部１６１ｂは内側フランジ部１６２ｂの半径方向内側に位置し、外側フランジ部１６１ｃは外側フランジ部１６２ｃの半径方向外側に位置することとなる。内側フランジ部１６１ｂの先端をカシメることで、第１環状部材１６１と第２環状部材１６２とは結合される。

図４は、第２環状部材１６２を形成する工程を示す図であるが、ハッチングで示す部位は第２環状部材１６２の形成に不要な素材である。まず図４（ａ）において、金属の板材Ｍの中央に円形の孔Ａを穿設する。続いて、図４（ｂ）に示すように、穿設された孔Ａの周囲を紙面垂直方向に折り曲げて、内側フランジ部１６２ｂを形成する。更に、図４（ｃ）に示すように、内側フランジ部１６２ｂの周囲に、ポケット部１６２ｄを穿設する。このとき、ポケット部１６２ｄの外方端は、後述する外側フランジ部１６２ｃの内径（Ｄ）より半径方向外方に位置するようにする。但し、ポケット部１６２ｄの外方縁はころ１６ｅに当接しないため、特にエッジの粗さや寸法精度を高める必要はなく、低コストに形成できる。

この後、図４（ｄ）に示すように、金属の板材Ｍからポケット部１６２ｄの外側の位置で円形に切り取り、更に図４（ｅ）に示すように、その外周を紙面垂直方向に折り曲げて、外側フランジ部１６２ｃを形成する。以上により、内側フランジ部１６２ｂと外側フランジ部１６２ｃとの間が円盤部１６２ａとなり、第２環状部材１６２の外形が完成する。このとき、円盤部１６２ａから外側フランジ部１６２ｃにわたって、複数のポケット孔１６２ｄが形成されることとなる。尚、第１環状部材１６１も同様の工程を通じて形成できる。

本実施の形態によれば、保持器１６ｈを構成する第１環状部材１６１と第２環状部材１６２が、円盤部１６１ａ、１６２ａと、円盤部１６１ａ、１６２ａより軸線方向に延在する外側フランジ部１６１ｃ、１６２ｃとを有し、ころ１６ｅを保持するポケット部１６１ｄ、１６２ｄは、円盤部１６１ａ、１６２ａから外側フランジ部１６１ｃ、１６２ｃにわたって形成されているので、ころ１６ｅが遠心力で半径方向に付勢された場合でも、ポケット部１６１ｄ、１６２ｄの縁に当接しないから、これを摩耗させることがない。

更に図３に示すように、ころ１６ｅの端面Ｅ１は軸線に直交する平坦面であり、外側フランジ部１６２ｃに面当たりすることから、回転するころ１６ｅが遠心力で半径方向外方に付勢された場合でも、面圧を下げることで摩耗を効果的に抑制できる。更に、ころ１６ｅの端面Ｅ１を平坦面とすれば、加工が容易であり、負荷を受ける外周長を長く確保することで、軸受の負荷容量を高めることができる。

図５は、本実施の形態の変形例にかかるスラストニードル軸受１６Ｂ’の拡大断面図である。本変形例においては、ころ１６ｅ’の端面Ｅ２が、その軸線と同軸な球面となっている点が異なる。それ以外の点については、上述した実施の形態と同様であるため説明を省略する。

本実施の形態によれば、ころ１６ｅ’の端面Ｅ２が球面であるため、回転するころ１６ｅ’が遠心力で半径方向外方に付勢された場合に、外側フランジ部１６２ｃに対して端面Ｅ２の軸線近傍のみの小領域が当接することとなり、これによりころ１６ｅ’の抵抗を減少させて高速回転に対応させることができる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その発明の範囲内で変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、スラストニードル軸受は、カークーラコンプレッサに限らず、自動車用の変速機や事務機器など、各種の機械に適用できる。

本実施の形態にかかるニードル軸受が組み込まれたカーエアコンのコンプレッサの断面図である。図１の構成を矢印II方向に見た図である。軌道輪を取り外した状態で示すスラストニードル軸受１６Ｂの正面図である。第１環状部材１６１を形成する工程を示す図である。本実施の形態の変形例にかかるスラストニードル軸受１６Ｂ’の拡大断面図である。

符号の説明

１カーエアコンのコンプレッサ
６ハウジング
１４シャフト
１５Ａ、１５Ｂラジアルニードル軸受
１６Ａ、１６Ｂスラストニードル軸受

Claims

ころと、前記ころを保持する保持器とを備えたスラストニードル軸受において、
前記保持器は、第１環状部材と第２環状部材とを対向して組み合わせてなり、
前記第１環状部材は、複数のポケット孔が周方向に等間隔に形成されている第１円盤部と、前記第１円盤部の内縁から軸線方向に延在する円筒状の第１内側フランジ部と、前記第１円盤部の外縁から軸線方向に延在する円筒状の第１外側フランジ部と、からなり、
前記第２環状部材は、複数のポケット孔が周方向に等間隔に形成されている第２円盤部と、前記第２円盤部の内縁から軸線方向に延在する円筒状の第２内側フランジ部と、前記第２円盤部の外縁から軸線方向に延在する円筒状の第２外側フランジ部と、からなり、
前記第１及び前記第２環状部材は、金属の板材の中央に円形の孔を穿設し、この孔の周囲を板材に対し垂直方向に折り曲げて前記第１及び前記第２内側フランジ部を形成し、この孔の周囲に、放射状に前記第１及び前記第２のポケット部を形成し、この板材から前記第１及び前記第２ポケット部より半径方向外側の位置で円形に切り取り、更に切り取られた円形の板材における外周近傍の前記第１及び前記第２ポケット部に交差する位置で板材に対して垂直方向に折り曲げて前記第１及び前記第２外側フランジ部を形成しており、前記第１及び前記第２ポケット部は、前記第１及び前記第２円盤部から前記第１及び前記第２外側フランジ部にわたって形成されていることを特徴とするスラストニードル軸受。
前記ころの端面は平坦面であることを特徴とする請求項１に記載のスラストニードル軸受。
前記ころの端面は曲面であることを特徴とする請求項１に記載のスラストニードル軸受。