JP5120703B2 - スラストころ軸受 - Google Patents

Description

本発明は、主に斜板式コンプレッサに使用されるスラストころ軸受に関するものである。

車両（例えば、自動車）に搭載されるエアコンディショナーに使用されるコンプレッサとして、可変容量型の斜板式コンプレッサが公知である（例えば、特許文献１を参照）。

可変容量型の斜板式コンプレッサ（図１参照）の場合、斜板は、回転軸の軸線に対して所定の角度で斜めに取り付けられている。斜板式コンプレッサの斜板を支持するスラストころ軸受には、微量の潤滑油を混入させた冷媒によって潤滑が行われているが、その潤滑条件が通常の軸受装置よりも過酷であり、ころや斜板が損傷し易くなる。特に、軌道盤が摩耗し易くなる。

特に、地球環境の保護の観点から、冷媒として代替フロン（例えば、ハイドロフルオロカーボン）や二酸化炭素が使用されている。これらの冷媒に潤滑油が付着すると、斜板式コンプレッサの圧縮機能に悪影響が及ぶ（特許文献２を参照）。このため、近時の斜板式コンプレッサは、潤滑油が少ない貧潤滑環境下（例えば、潤滑油の粘度が３センチストークス以下の環境下）であっても正常に作動することを要求されており、上記した不具合が発生し易くなっている。また、貧潤滑油環境下で作動させることにより、作動中の音響値も増大する。
特開平５−２６１５４号公報 特開２００４−３１６９３０号公報

本発明は上記した事情に鑑み、スラストころ軸受において、貧潤滑環境下であっても軌道盤の摩耗が少なくなる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は、
軌道盤同士の間に介装される保持器に設けられた多数個のポケットのそれぞれに、ころが転動自在に収容されて成るスラストころ軸受であって、
前記ころは、前記保持器のポケットに形成されたころ止め部に抜止め状態で保持され、その軸方向の両端部の外周面が曲面形状に形成される曲面部と、前記外周面における前記曲面部を除く部分に形成されるストレート部とを有し、
前記ころ止め部における前記保持器のラジアル方向の長さをＬ１、前記ころの外周面におけるストレート部の軸方向の長さをＬ２としたとき、Ｌ２をＬ１で除した値が０．０１以上で０．６以下であることを特徴としている。

そして、前記ころの外周面におけるストレート部の軸方向の長さＬ２は、ころの軸直角方向の長さの倍率を１０００倍、同じく軸方向の長さの倍率を１０倍として測定したときの長さである。

本出願人は、ころ止め部における保持器のラジアル方向の長さＬ１を一定とし、ころのストレート部の軸方向の長さＬ２を変えて貧潤滑環境下（例えば、潤滑油の粘度が３センチストークスの環境）で実験を行い、軌道盤の摩耗深さと、ころの真円度を測定した。その結果、ころのストレート部の長さＬ２を、保持器のころ止め部の長さＬ１で除した値（長さの比率）が０．０１以上で０．６以下のときに、一定の許容値内に入ることが判明した。即ち、長さの比率を上記した範囲内とすることにより、スラストころ軸受を損傷させたり、音響値を増大させたりすることが防止される。

この結果、例えば近時の斜板式コンプレッサのように、ころに供給される潤滑剤の粘度が３センチストークスの潤滑条件下であっても、スラストころ軸受を損傷させることはおそれを小さくできる。

本発明の実施例について説明する。図１は本発明の実施例の斜板式コンプレッサ１００の断面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図、図３はスラストころ軸受２００の要部の拡大断面図、図４の（ａ）はストレート部２２の長さＬ２が短いときのころ１５を示す図であり、同じく（ｂ）はストレート部２２の長さＬ２が長いときのころ１５を示す図である。

最初に、可変容量型の斜板式圧縮機１００の全体構成について、簡単に説明する。図１に示されるように、アキシャル方向Ｑ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。ピストン３は、空間部Ｖ内をアキシャル方向Ｑに沿って移動可能である。各シリンダ１，２の開口側の端部は、キャップ４とサイドカバー５とによって閉塞されている。各シリンダ１，２の軸心部分には、回転軸６が配置されている。回転軸６は、各シリンダ１，２に取り付けられたラジアルころ軸受（図示せず）により、回転自在に支持されている。

回転軸６には、その軸線６ａと所定の角度θで斜めになるように斜板ガイド７が取り付けられていて、この斜板ガイド７にスラストころ軸受２００が取り付けられている。即ち、斜板ガイド７の最初の段付き部７ａには、スラストころ軸受２００の軌道盤８が一体となるように装着されているとともに、２段目の段付き部７ａにはラジアルころ軸受９が装着されている。そして、このラジアルころ軸受９を介して斜板１１が、斜板ガイド７と同心となるように取り付けられている。斜板ガイド７は、回転軸６に対して揺動自在である。斜板１１は、回転軸６の回転に伴い、その軸線６ａに対して「みそすり運動（歳差運動）」をする。

斜板１１には、受け部１２が設けられている。この受け部１２には、ビストン３と斜板１１とを連結するピストン連結棒１３の先端球面部１３ａに対応する摺接面が形成されている。ピストン連結棒１３の先端球面部１３ａは、受け部１２の摺接面に揺動自在に装着されている。

次に、本実施例のスラストころ軸受２００について説明する。図２に示されるように、本実施例のスラストころ軸受２００は、対向配置される一対の軌道盤（本実施例の場合、軌道盤８と斜板１１）と、それらの間に介装される保持器１４と、保持器１４の周方向に等角度をおいて転動自在に保持される多数本のころ１５とを備えている。ころ１５は、保持器１４に設けられたポケット１６に転動自在に収容されている。保持器１４は薄い金属円板の内周縁部と外周縁部とを同一方向に屈曲させて形成される環状周縁部１７，１８と、金属円板における環状周縁部１７，１８との間の部分を複数回屈曲させて形成されるころ止め部１９とを備えている。保持器１４のポケット１６に収容されたころ１５は、ころ止め部１９により、ポケット１６から抜け出ることが抑止されている。

本出願人は、潤滑剤としての潤滑油の粘度が３センチストークス以下の貧潤滑条件下でスラストころ軸受２００の実験を行い、図３に示されるように、軌道盤８における保持器１４のころ止め部１９と対応する位置８ａが摩耗することを確認した。その理由を説明する。スラストころ軸受２００では、保持器１４をころ１５のガイド部材としているため、保持器１４のころ止め部１９ところ１５の外周面とが接触し易い。そして、ころ１５において軸方向の両端部は、軸方向の中央部よりもすべり運動が大きくなる。この結果、ころ１５の外周面で、軸方向の両端部近傍（ころ止め部１９に対応する部分）において、特に潤滑油の欠乏（油膜切れ）が生じ易い。この状態でスラストころ軸受２００を使用すると、軌道盤８におけるころ止め部１９に対応する部分が摩耗してしまう。そして、これに伴う騒音も発生し易くなる（音響値が増大する）。

この不具合を回避するため、ころ１５の外周面を曲面にする加工が施される（クラウニング）。これにより、ころ１５の軸方向の両端部近傍でころ１５の外周面と軌道盤８との間に隙間が形成され、軌道盤８の摩耗が回避される。

更に、本出願人は、ころ止め部１９における保持器１４のラジアル方向の長さＬ１と、ころ１５における軸方向の両端部のみを曲面形状（曲面部２１）とする加工（以下、曲面加工と記載する）を施したときに、ころ１５の外周面の残りの部分であるストレート部２２の軸方向の長さＬ２とを変化させて実験を行い、それぞれの場合における軌道盤８の摩耗深さと、ころ１５の真円度を測定した。実験では、外径が３ｍｍで、全長が６ｍｍのころ１５を使用し、貧潤滑環境下（ころ１５に供給される潤滑油の粘度が３センチストークス以下）で、ころ１５のストレート部２２の長さＬ２を変化させたときの軌道盤８の摩耗深さと、ころ１５の曲面部２１の真円度を測定した。なお、ころ止め部１９において、保持器１４のラジアル方向の長さＬ１は一定である。また、ころ１５の曲面部２１の長さＬ３は、左右とも同一である（図４参照）。表１に示されるように、本出願人は全部で８回の実験を行った。

例えば、実験１では、ころ１５のストレート部２２の長さＬ２と保持器１４のころ止め部１９の長さＬ１との比率（Ｌ２／Ｌ１）を０％としている。このときのころ１５は、図４の（ａ）に示されるように、ストレート部２２の長さＬ２が極めて短い場合である。また、実験８において、比率（Ｌ２／Ｌ１）が１０３％というのは、ころ１５のストレート部２２の長さＬ２を保持器１４のころ止め部１９の長さＬ１よりも少し長くした場合である。

図５の（ａ），（ｂ）に、長さの比率（Ｌ２／Ｌ１）が６０％における各軌道盤８の摩耗深さの測定結果を示す。この測定結果は、ころ１５の縦倍率（ころ１５の直径方向の長さの倍率）を１０００倍、同じく横倍率（ころ１５の軸方向の長さの倍率）を１０倍としたときの測定値である。これより、各軌道盤８の摩耗深さは１μｍと２μｍであり、軌道盤８の総摩耗深さが３μｍ（１μｍ＋２μｍ）であることがわかる。

そして、８回の実験結果を図６のグラフに示す。図６のグラフより、長さの比率（Ｌ２／Ｌ１）を小さくする（ストレート部２２の長さＬ２を短くする）ことにより、ころ１５と軌道盤８との接触面積が小さくなるため摩耗深さは小さくなることがわかる。しかし、曲面部２１の加工量が多くなるため、真円度は低下している。ここで、摩耗深さの許容値を１０μｍ以下とし、真円度の許容値を２μｍ以下とすると、長さの比率（Ｌ２／Ｌ１）が１％（実験２の場合）以上で、６０％（実験６の場合）以下の場合に、測定値が許容値内に入っていることがわかる。上記した結果、ころ１５の両端部を曲面加工する場合、保持器１４のころ止め部１９の長さＬ１と、ころ１５のストレート部２２の長さＬ２との比率（Ｌ２／Ｌ１）が１％以上で６０％以下であれば、貧潤滑環境下であっても総摩耗深さと真円度が許容値内に入ることが判明した。

これにより、例えば近時の斜板式コンプレッサ１００のように、貧潤滑環境下で使用されるスラストころ軸受２００であっても、その軌道盤８を損傷させるおそれを小さくできるとともに、作動中の音響値も低減させることができる。

本明細書では、斜板式コンプレッサ１００に使用されるスラストころ軸受２００について説明した。このスラストころ軸受２００は、斜板式コンプレッサ１００の他に、車両（自動車）のオートマチックトランスミッションにも使用される。

本発明の実施例の斜板式コンプレッサ１００の断面図である。 図１のＸ−Ｘ線断面図である。 スラストころ軸受２００の要部の拡大断面図である。 （ａ）はストレート部２２の長さＬ２が短いときのころ１５を示す図であり、（ｂ）はストレート部２２の長さＬ２が長いときのころ１５を示す図である。 （ａ），（ｂ）は、各軌道盤８の摩耗深さを示すグラフである。 実験結果を示すグラフである。

符号の説明

１００ 斜板式コンプレッサ
２００ スラストころ軸受
８ 軌道盤
１１ 斜板（軌道盤）
１４ 保持器
１５ ころ
１６ ポケット
１９ ころ止め部
２１ 曲面部
２２ ストレート部

Claims (3)

1. 軌道盤同士の間に介装される保持器に設けられた多数個のポケットのそれぞれに、ころが転動自在に収容されて成るスラストころ軸受であって、
   前記ころは、前記保持器のポケットに形成されたころ止め部に抜止め状態で保持され、その軸方向の両端部の外周面が曲面形状に形成される曲面部と、前記外周面における前記曲面部を除く部分に形成されるストレート部とを有し、
   前記ころ止め部における前記保持器のラジアル方向の長さをＬ１、前記ころの外周面におけるストレート部の軸方向の長さをＬ２としたとき、Ｌ２をＬ１で除した値が０．０１以上で０．６以下であることを特徴とするスラストころ軸受。
2. 前記ころの外周面におけるストレート部の軸方向の長さＬ２は、ころの軸直角方向の長さの倍率を１０００倍、同じく軸方向の長さの倍率を１０倍として測定したときの長さ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。
3. 前記ころに供給される潤滑剤の粘度が３センチストークスの潤滑条件下で使用され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。

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