JP5093577B2

JP5093577B2 - スラスト針状ころ軸受

Info

Publication number: JP5093577B2
Application number: JP2007161246A
Authority: JP
Inventors: 崇史矢野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2007-06-19
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2027-06-19
Also published as: JP2009002371A

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針状ころ軸受に関する。

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針状ころ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２００４−３０１１９５号公報

ここで、スラスト針状ころ軸受は、一般的に軸線方向のサイズが小さいため、コンパクト化を図るべく自動変速機やカークーラコンプレッサ等に用いられることが多い。しかしながら、従来技術の保持器では、ポケットが柱部の間にのみ設けられている為、高速回転時にころが遠心力で径方向外方に付勢されたとき、ポケットの外径側面がころ端面とのすべり接触により早期に摩耗する不具合が生じた。

これに対し、特許文献２においては、ポケットの外径側をフランジまで伸ばし、外径側フランジでころ端面を案内する技術が開示されている。かかる技術によれば、ポケットの外径側面の摩耗を抑制できるが、より潤滑条件が厳しいスラスト針状ころ軸受においては、ころの容量増大や潤滑油量の増大が望まれているという実情がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、ころの容量増大や潤滑油量の増大を図ることができるスラスト針状ころ軸受を提供することを目的とする。

本発明のスラスト針状ころ軸受は、ころと、前記ころを保持する保持器とを備えたスラスト針状ころ軸受において、
前記保持器は、前記ころを収容するポケット部を穿孔したドーナツ状の板材を折り曲げて形成されており、一対のフランジ部と、前記フランジ部を径方向に連結する柱部とを有し、前記柱部との間に形成された前記ころを収容するポケット部は、少なくとも前記ドーナツ状の板材の内径側のフランジ部を形成する際の折り曲げ線よりも径方向内側まで延在し、潤滑油の通路を形成していることを特徴とする。

本発明によれば、前記保持器は、前記ころを収容するポケット部を穿孔したドーナツ状の板材を折り曲げて形成されており、一対のフランジ部と、前記フランジ部を径方向に連結する柱部とを有し、前記柱部との間に形成された前記ころを収容するポケット部は、少なくとも前記ドーナツ状の板材の内径側のフランジ部を形成する際の折り曲げ線よりも径方向内側まで延在し、潤滑油の通路を形成しているので、前記内径側のフランジ部に形成されたポケット部が潤滑油の通路となり、その内径側より遠心力によって供給される潤滑油の量を増大できるため、高速回転用途においても前記ころの転動面を適切に潤滑することができる。

更に、前記ポケット部は、前記柱部を超えて外径側のフランジ部まで延在していると、前記フランジ部の間隔を変えることなく、前記ころの全長を増大させることが出来、スラスト針状ころ軸受の負荷容量を増大させることができる。

前記ころの端面は平坦面を含むと、更に前記ころの全長を増大させることが出来、スラスト針状ころ軸受の負荷容量を増大させることができる。

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針状ころ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対のラジアル針状ころ軸受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対のスラスト針状ころ軸受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。

スラスト針状ころ軸受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針状ころ軸受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。

ラジアル針状ころ軸受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。ラジアル針状ころ軸受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。

スラスト針状ころ軸受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、スラスト針状ころ軸受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、図１に示すスラスト針状ころ軸受１６Ｂの拡大断面図であり、左方が内径側であり、右方が外径側である。図３において、保持器１６ｈは、１枚の板材を折り曲げて形成されており、内側フランジ部１６ｈ１と、内側フランジ部１６ｈ１の半径方向外側に位置する外側フランジ部１６ｈ２と、内側フランジ部１６ｈ１と外側フランジ部１６ｈ２とを同じ側で径方向に連結する複数の柱部１６ｈ３とを有している。図３に示すように軸線方向にスラスト針状ころ軸受１６Ｂの断面をとったとき、柱部１６ｈ３の中間部１６ｈ４は、折り曲げられることで反対側の軌道輪（不図示）に近接している。

保持器１６ｈにおいて、隣接する柱部１６ｈ３の間は、ころ１６ｅを周方向に等間隔に保持するポケット部１６ｈ６となっている。ポケット部１６ｈ６の内径側端部１６ｈ７は、内側フランジ部１６ｈ１の中程で終端し、ポケット部１６ｈ６の外径側端部１６ｈ８は、外側フランジ部１６ｈ２の中程で終端している。尚、ころ１６ｅの両端の中央部は、軸線に直交する平坦面１６ｅ１、１６ｅ２となっている。

本実施の形態によれば、スラスト針状ころ軸受１６Ｂの動作時に、ころ１６ｅは遠心力で半径方向外方側（図３で右側）に付勢されるが、ころ１６ｅの平坦面１６ｅ２が、外側フランジ部１６ｈ２に面接触するので、面圧を低く抑えることができ、ポケット部１６ｈ６の摩耗を抑制することができる。又、ポケット部１６ｈ６の内径側端部１６ｈ７は、内側フランジ部１６ｈ１の中程で終端しているため、内側フランジ部１６ｈ１には切欠（潤滑油の通路）が生じており、遠心力により、かかる切欠を通過して潤滑油が半径方向外方側に流れるようになるため、潤滑油量が増大し、ころ１６ｅ及びその転動面の摩耗を抑制できる。更に、ポケット部１６ｈ６の外径側端部１６ｈ８は、外側フランジ部１６ｈ２の中程で終端しているため、外側フランジ部１６ｈ２には切欠（潤滑油の通路）が生じており、ころ１６ｅ等を潤滑した潤滑油を滞留させることなく、かかる切欠より半径方向外方側に速やかに排出させることが出来、常に冷却された新鮮な潤滑油でころ１６ｅ等を潤滑することが出来、ころ１６ｅ及びその転動面の摩耗を抑制できる。加えて、ころ１６ｅの全長を、内側フランジ部１６ｈ１と外側フランジ部１６ｈ２との間隔まで延長することが出来、スラスト針状ころ軸受１６Ｂの負荷容量を増大できる。

次に、保持器の製造方法について、比較例を参照して説明する。図４（ａ）は、比較例にかかる保持器の素材を示す図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す素材を折り曲げた後矢印IVB方向に見た図である。又、図５（ａ）は、本実施の形態にかかる保持器の素材を示す図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す素材を折り曲げた後矢印VB方向に見た図である。

まず比較例において、図４（ａ）に示すように、ドーナツ板状の素材Ｍに、ポケット部に相当する矩形孔ＲＨを一様な幅Ｗ２を有するように穿孔するものとする。その後、点線で示す折り曲げ線ＦＬで折り曲げて、保持器の内側フランジ部と外側フランジ部とを形成する。ここで、矩形孔ＲＨは、点線で示す折り曲げ線ＦＬを超えて内径側と外径側に延在する。しかるに、素材Ｍはある程度板厚があるので、素材Ｍを折り曲げ線ＦＬで折り曲げると、図４（ｂ）に示すように、ポケット部の端部の幅Ｗ１が、その中央の幅Ｗ２より小さくなるように塑性変形が行われる恐れがある。かかる場合、ポケット部の端部側で、幅が狭くなってころの当たりが強くなり、摩耗を促進する恐れがある。

これに対し本実施の形態によれば、図５（ａ）に示すように、ドーナツ板状の素材Ｍに、ポケット部に相当する孔ＲＨ’を、そのテーパ状に広がる端部の最大幅Ｗ１’を中央の幅Ｗ２より広げて（Ｗ１’＞Ｗ２）穿孔する。その後、点線で示す折り曲げ線ＦＬで折り曲げて、保持器の内側フランジ部と外側フランジ部とを形成する。このようにすれば、素材Ｍを折り曲げ線ＦＬで折り曲げたときに塑性変形が生じても、図５（ｂ）に示すように、ポケット部の端部の幅Ｗ２は、その中央の幅Ｗ２と略等しくなるので、ポケット部の全域にわたって、ころの当たりを一様とでき、摩耗を抑えることができる。

図６は、本実施の形態の変形例にかかるスラスト針状ころ軸受１６Ｂ’の拡大断面図である。本変形例においては、ポケット部１６ｈ６の外径側端部は、外側フランジ部１６ｈ２まで延在しておらず、柱部１６ｈ３の途中で終端している。それ以外の構成については、上述した実施の形態と同様である。本変形例においても、内側フランジ部１６ｈ１の切欠を通過して潤滑油が半径方向外方側に流れるようになるため、潤滑油量が増大し、ころ１６ｅ及びその転動面の摩耗を抑制できる。

図７は、別な変形例にかかるスラスト針状ころ軸受１６Ｂ”の拡大断面図である。本変形例においては、折り曲げた２枚の板材を組み合わせて形成した保持器を用いている。

第１の板材１０ｈは、第１の内側フランジ部１０ｈ１と、第１の内側フランジ部１０ｈ１の半径方向外側に位置する第１の外側フランジ部１０ｈ２と、第１の内側フランジ部１０ｈ１と第１の外側フランジ部１０ｈ２とを連結する複数の第１の柱部１０ｈ３とを有している。

第１の板材１０ｈにおいて、隣接する第１の柱部１０ｈ３の間は、ころ１６ｅを保持する第１のポケット部１０ｈ６となっている。第１のポケット部１０ｈ６の内径側端部１０ｈ７は、第１の内側フランジ部１０ｈ１の曲がり直後で終端し、第１のポケット部１０ｈ６の外径側端部１０ｈ８は、第１の外側フランジ部１０ｈ２の曲がり直後で終端している。

第２の板材２０ｈは、第２の内側フランジ部２０ｈ１と、第２の内側フランジ部２０ｈ１の半径方向外側に位置する第２の外側フランジ部２０ｈ２と、第２の内側フランジ部２０ｈ１と第２の外側フランジ部２０ｈ２とを連結する複数の第２の柱部２０ｈ３とを有している。

第２の板材２０ｈにおいて、隣接する第２の柱部２０ｈ３の間は、ころ１６ｅを保持する第２のポケット部２０ｈ６となっている。第２のポケット部２０ｈ６の内径側端部２０ｈ７は、第２の内側フランジ部２０ｈ１の曲がり直後で終端し、第２のポケット部２０ｈ６の外径側端部２０ｈ８は、第２の外側フランジ部２０ｈ２の曲がり直後で終端している。

第１の板材１０ｈと、第２の板材２０ｈとを対向するように組み合わせることで、本実施の形態の保持器１６ｈ”を形成することができる。このとき、各フランジ部の先端が、ポケット部の端部より保持器１６ｈ”の軸線方向外側にはみ出さないように組み付けることが望ましい。半径方向に向かう潤滑油の流れを極力円滑にするためである。

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、スラスト針状ころ軸受は、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針状ころ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。図３は、図１に示すスラスト針状ころ軸受１６Ｂの拡大断面図である。図４（ａ）は、比較例にかかる保持器の素材を示す図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す素材を折り曲げた後矢印IVB方向に見た図である。図５（ａ）は、本実施の形態にかかる保持器の素材を示す図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す素材を折り曲げた後矢印VB方向に見た図である。本実施の形態の変形例にかかるスラスト針状ころ軸受１６Ｂ’の拡大断面図である。本実施の形態の別な変形例にかかるスラスト針状ころ軸受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ラジアル針状ころ軸受
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｂ’、１６Ｂ” スラスト針状ころ軸受

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針状ころ軸受において、
前記保持器は、前記ころを収容するポケット部を穿孔したドーナツ状の板材を折り曲げて形成されており、一対のフランジ部と、前記フランジ部を径方向に連結する柱部とを有し、前記柱部との間に形成された前記ころを収容するポケット部は、少なくとも前記ドーナツ状の板材の内径側のフランジ部を形成する際の折り曲げ線よりも径方向内側まで延在し、潤滑油の通路を形成していることを特徴とするスラスト針状ころ軸受。
前記ポケット部は、前記ドーナツ状の板材の外径側のフランジ部を形成する際の折り曲げ線よりも径方向外側まで延在し、潤滑油の通路を形成していることを特徴とする請求項１に記載のスラスト針状ころ軸受。
前記ころの端面は平坦面を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のスラスト針状ころ軸受。