JPWO2003071142A1 - コンプレッサ用プーリの回転支持装置 - Google Patents

Abstract

従動プーリを支持する転がり軸受として、３点接触型のラジアル玉軸受１４ｂを使用する。そして、各玉１７ａの転動面とそれぞれ１点で接触する内輪軌道１９ｂの断面形状を、曲率半径Ｒ１、Ｒ２の異なる円弧を滑らかに連続させて成る複合円弧とする。又、これと共に、幅方向中央側の曲率半径Ｒ１を小さく、幅方向両端部側の曲率半径Ｒ２を大きくする（Ｒ１＜Ｒ２）。この構成により、従動プーリを支持する転がり軸受の小型化を図りつつ、耐久性を確保する。

Description

技術分野
この発明に係るコンプレッサ用プーリの回転支持装置は、自動車用空気調和装置用のコンプレッサを構成するハウジング等の固定の部分に、このコンプレッサを回転駆動する為の従動プーリを回転自在に支持する為、このコンプレッサの回転駆動装置に組み込んだ状態で使用する。
背景技術
自動車用空気調和装置に組み込んで冷媒を圧縮するコンプレッサは、走行用エンジンにより回転駆動する。この為、このコンプレッサの回転軸の端部に設けた従動プーリと、上記走行用エンジンのクランクシャフトの端部に固定した駆動プーリとの間に無端ベルトを掛け渡し、この無端ベルトの循環に基づいて、上記回転軸を回転駆動する様にしている。
図５は、コンプレッサの回転軸１の回転駆動部分の構造を示している。この回転軸１は、図示しない転がり軸受により、ケーシング２内に回転自在に支持している。このケーシング２の端部外面に設けた、請求項に記載した支持部分に相当する支持筒部３の周囲に従動プーリ４を、複列ラジアル玉軸受５により、回転自在に支持している。この従動プーリ４は、断面コ字形で全体を円環状に構成しており、上記ケーシング２の端面に固定したソレノイド６を、上記従動プーリ４の内部空間に配置している。一方、上記回転軸１の端部で上記ケーシング２から突出した部分には取付ブラケット７を固定しており、この取付ブラケット７の周囲に磁性材製の環状板８を、板ばね９を介して支持している。この環状板８は、上記ソレノイド６への非通電時には、上記板ばね９の弾力により、図５に示す様に上記従動プーリ４から離隔しているが、上記ソレノイド６への通電時にはこの従動プーリ４に向け吸着されて、この従動プーリ４から上記回転軸１への回転力の伝達を自在とする。即ち、上記ソレノイド６と上記環状板８と上記板ばね９とにより、上記従動プーリ４と上記回転軸１とを係脱する為の電磁クラッチ１０を構成している。
上述の様な、複列ラジアル玉軸受５により従動プーリ４を回転自在に支持する構造の場合には、この従動プーリ４に掛け渡した無端ベルト１１（仮想線で示す）からこの従動プーリ４に多少の偏荷重が加わった場合でも、上記複列ラジアル玉軸受５を構成する外輪１２の中心軸と内輪１３の中心軸とが不一致になる（傾斜する）事は殆どない。従って、上記複列ラジアル玉軸受５の耐久性を十分に確保すると共に、上記従動プーリ４の回転中心が傾斜する事を防止して、上記無端ベルト１１の偏摩耗を防止できる。
但し、上記複列ラジアル玉軸受５を使用する事に伴って、軸方向寸法が嵩む事が避けられない。従動プーリ４の回転支持部は、限られた空間内に設置しなければならない場合が多く、軸方向寸法が嵩む事は好ましくない。しかも、軸方向寸法が嵩む事に伴い、構成各部品のコストが嵩んでしまう。
上記従動プーリ４を支持する為の転がり軸受として、上述の様な複列ラジアル玉軸受５に代えて単列深溝型のラジアル玉軸受を使用すれば、軸方向寸法を短縮して限られた空間内への設置が容易になる。但し、単純な単列深溝型のラジアル玉軸受の場合には、上記従動プーリ４がモーメント荷重を受けた場合にこの従動プーリ４の傾斜を防止する為の力が小さく、上記ラジアル玉軸受を構成する外輪の中心軸と内輪の中心軸とが不一致になる程度が著しくなる。この結果、上記ラジアル玉軸受の耐久性が不十分になるだけでなく、上記従動プーリ４に掛け渡した無端ベルト１１に著しい偏摩耗が発生し易くなる。
この様な事情に鑑みて、従動プーリを支持する為に、単列で４点接触型のラジアル玉軸受を使用する事が、例えば特開平９−１１９５１０号公報、同１１−３３６７９５号公報に記載されている様に、従来から考えられている。図６〜７は、このうちの特開平９−１１９５１０号公報に記載された、従来構造の第２例を示している。
この従来構造の第２例では、金属板にプレス加工等による曲げ加工を施して成る従動プーリ４ａを、単列で４点接触型のラジアル玉軸受１４により、図示しない支持部分の周囲に回転自在に支持できる様にしている。このラジアル玉軸受１４は、互いに同心に支持された外輪１５及び内輪１６と、複数個の玉１７、１７とを備える。このうちの外輪１５の内周面には外輪軌道１８を、内輪１６の外周面には内輪軌道１９を、それぞれ全周に亙って形成している。これら各軌道１８、１９の断面形状はそれぞれ、上記各玉１７、１７の直径の１／２よりも大きな曲率半径を有する円弧同士を中間部で交差させた、所謂ゴシックアーチ状である。従って、上記各軌道１８、１９と上記各玉１７、１７の転動面とは、それぞれ２点ずつ、これら各玉１７、１７毎に合計４点ずつで接触する。
この様な４点接触型のラジアル玉軸受１４は、一般的な単列深溝型のラジアル玉軸受に比べてモーメント荷重に対する剛性が大きく、モーメント荷重を受けた場合でも上記外輪１５の中心軸と上記内輪１６の中心軸とがずれにくくなる。この為、一般的な単列深溝型のラジアル玉軸受を使用してコンプレッサ用プーリの回転支持装置を構成した場合に比べて、従動プーリ４に掛け渡した無端ベルト１１（図５参照）に発生する偏摩耗を緩和できる。尚、前記特開平１１−３３６７９５号公報には、コンプレッサ駆動用の従動プーリの回転支持部に上述の様な４点接触型のラジアル玉軸受を組み付け、更にこの従動プーリとコンプレッサの回転軸との間に電磁クラッチを設けた構造が記載されている。
又、図８に示す様な、単列で３点接触型の玉軸受１４ａでも、一般的な単列深溝型のラジアル玉軸受に比べてモーメント荷重に対する剛性が大きく、モーメント荷重を受けた場合でも外輪１５の中心軸と内輪１６ａの中心軸とがずれにくくなる。この３点接触型の玉軸受１４ａは、この内輪１６ａの外周面に、玉１７の転動面と１点で接触する、断面が単一曲率を有する円弧状の内輪軌道１９ａを、上記外輪１５の内周面に、上記図７に示した４点接触型のラジアル玉軸受１４と同様に、上記玉１７の転動面と２点で接触する、ゴシックアーチ状の外輪軌道１８を、それぞれ形成している。この様な３点接触型の玉軸受１４ａを使用してコンプレッサ用プーリを支持する場合でも、一般的な単列深溝型のラジアル玉軸受を使用してコンプレッサ用プーリの回転支持装置を構成した場合に比べて、従動プーリ４に掛け渡した無端ベルト１１（図５参照）に発生する偏摩耗を緩和できる。図８に記載した構造とは逆に、各玉の転動面と外輪軌道とが１点ずつで、内輪軌道とが２点ずつで、それぞれ接触する、３点接触型の玉軸受の場合も同様である。
上述した様に、コンプレッサ駆動用の従動プーリの回転支持部に上述の様な３点接触型或は４点接触型のラジアル玉軸受を組み付けた場合には、小型・軽量化と耐久性の確保とを高次元で両立させられる可能性がある。但し、上述した様な３点接触型或は４点接触型のラジアル玉軸受の場合、それぞれ次の様な不都合が生じる可能性がある。
先ず、このうちの３点接触型のラジアル玉軸受の場合は、ラジアル荷重に対する剛性を確保する点から、各玉の転動面と１点で接触する軌道の断面形状の曲率半径を、例えば玉の直径の０．５０５〜０．５２０倍（５０．５〜５２．０％）程度と、小さくする事が好ましい。ところが、この様に曲率半径を小さくすると、高いモーメント荷重を受けた場合に、上記各玉が上記軌道の端縁に乗り上げ易くなり、これら各玉の転動面に、エッジロードに基づく過大な面圧が加わる可能性がある。この結果、これら各玉の転動面に早期剥離等の損傷を生じ易くなる。
一方、上記４点接触型のラジアル玉軸受の場合には、モーメント荷重に対する剛性を確保できる反面、各玉と軌道との接触部の数が多い分だけ、回転抵抗や内部発熱が増大し易くなる可能性がある。しかも、高いモーメント荷重を受ける場合には、上記各接触部が幅方向端部側にずれる可能性がある。そして、このずれに基づき上記各接触部で微小滑りが生じ易くなり、この微小滑り伴って、内部発熱や摩耗が増大する可能性もある。
尚、特開２００１−２０８０８１号公報には、許容モーメント荷重の確保を図るべく、内輪軌道及び外輪軌道の断面形状を、曲率半径の異なる円弧同士を滑らかに連続させて成る複合円弧とした単列深溝型のラジアル玉軸受が記載されている。但し、この公報に記載された単列深溝型のラジアル玉軸受の場合には、各玉の転動面と内輪軌道及び外輪軌道とがそれぞれ１点ずつ接触する２点接触型のものである為、上述の３点接触型や４点接触型のものに比べ、モーメント荷重に対する剛性が小さくなると考えられる。
本発明は、この様な事情に鑑みて、ラジアル玉軸受のモーメント荷重に対する剛性を確保しつつ、玉の乗り上げや回転抵抗、内部発熱の増大を生じにくくする事により、優れた耐久性を有するコンプレッサ用プーリの回転支持装置を実現すべく発明したものである。
発明の開示
本発明のコンプレッサ用プーリの回転支持装置は、前述した様な従来から知られているコンプレッサ用プーリの回転支持装置と同様に、回転軸と、この回転軸の周囲に設けられた固定の支持部分と、この支持部分に支持された転がり軸受と、この転がり軸受によりこの支持部分の周囲に回転自在に支持された、無端ベルトを掛け渡す為のプーリとを備える。
そして、上記転がり軸受は、前述の図８に示した様な、外周面に玉の転動面と１点又は２点で接触する形状の内輪軌道を有する内輪と、内周面に玉の転動面と１点又は２点で接触する形状の外輪軌道を有する外輪と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉とを備え、これら内輪軌道と外輪軌道とのうちの一方の軌道とこれら各玉の転動面とがそれぞれ２点ずつで接触すると共に、これら内輪軌道と外輪軌道とのうちの他方の軌道とこれら各玉の転動面とがそれぞれ１点で接触する、単列で３点接触型のラジアル玉軸受である。
特に、本発明のコンプレッサ用プーリの回転支持装置に於いては、上記各玉の転動面と１点ずつで接触する他方の軌道の断面形状を、曲率半径の異なる複数の円弧を滑らかに連続させて成る複合円弧とすると共に、幅方向中央側の曲率半径を小さく、幅方向両端部側の曲率半径を大きくしている。
又、より好ましくは、上記各玉の転動面と２点で接触する一方の軌道の断面形状の曲率半径を、上記各玉の直径の０．５３〜０．５７倍とすると共に、これら各玉の転動面と１点で接触する他方の軌道の断面形状の各曲率半径を、上記各玉の直径の０．５０５〜０．５６０倍とする。
更に好ましくは、次の▲１▼〜▲５▼のうちの１又は２以上の構成を、上述した本発明と組み合わせる事もできる。
▲１▼ 内輪、外輪各軌道のうちの各玉の転動面と２点で接触する一方の軌道の溝深さを、玉の直径の１８％以上とする。
▲２▼ ラジアル玉軸受内に、基油がエーテル系、エステル系、ポリαオレフィン系のうちから選択された１種又は２種以上の合成油であり、増ちょう剤がウレアであり、添加剤として少なくともＺｎＤＴＣ（極圧添加剤であるジンクジチオカーバメート）を含むグリースを封入する。
▲３▼ 内輪と外輪と玉とのうちの少なくとも１種の部品に、窒化処理と寸法安定化処理とのうちの少なくとも一方の処理を施す。
▲４▼ 各玉を保持器に設けたポケット内に転動自在に保持すると共に、この保持器の周方向に関するこれら各ポケットの内寸を、上記各玉の直径の１．０３倍以上とする。
▲５▼ ラジアル玉軸受の断面形状の幅寸法を、同じく径方向の高さ寸法の１．３倍以上とする。
上述の様に構成する本発明のコンプレッサ用プーリの回転支持装置によれば、ラジアル玉軸受のモーメント荷重に対する剛性を確保しつつ、このラジアル玉軸受の玉の乗り上げや回転抵抗、内部発熱の増大を生じにくくできる。即ち、上記ラジアル玉軸受を３点接触型としている為、２点接触型のものに比べてモーメント荷重に対する剛性を確保し易くなる。又、これと共に、４点接触型のものに比べ、回転抵抗や内部発熱の増大を低減できる。
しかも、各玉の転動面と１点で接触する他方の軌道の断面形状を、曲率半径の異なる複数の円弧を滑らかに連続させて成る複合円弧とすると共に、幅方向中央側の曲率半径を小さく、幅方向両端部側の曲率半径を大きくしている。この為、高いモーメント荷重が加わった場合でも、上記各玉が上記他方の軌道の幅方向端縁に乗り上げにくくなり、転がり接触部分に過大な面圧が作用する事を防止できる。これらの結果、プーリ及び外輪の内輪に対する傾斜を抑えつつ、上記ラジアル玉軸受の転がり疲れ寿命を確保できて、このラジアル玉軸受の耐久性の確保を図れる。又、これと共に、上記プーリに掛け渡した無端ベルトの偏摩耗を抑えて、この無端ベルトの耐久性の確保も図れる。
又、上記各玉の転動面と２点で接触する一方の軌道の断面形状の曲率半径を、上記各玉の直径の０．５３〜０．５７倍とすると共に、これら各玉の転動面と１点で接触する他方の軌道の断面形状の各曲率半径を、上記各玉の直径の０．５０５〜０．５６０倍とすれば、これら各玉の転動面と各軌道との転がり接触部の接触状態を良好に保てる。即ち、上記一方の軌道の断面形状の曲率半径を上記各玉の直径の０．５３倍未満とした場合、又は、上記他方の軌道の断面形状の各曲率半径を上記各玉の直径の０．５０５倍未満とした場合には、転がり接触部の接触楕円が大きくなり過ぎて、回転抵抗や内部発熱が増大し易くなる可能性がある。一方、上記一方の軌道の断面形状の曲率半径が上記各玉の直径の０．５７倍を超える場合、又は、上記他方の軌道の断面形状の各曲率半径が上記各玉の直径の０．５６０倍を超える場合には、転がり接触部の接触楕円が小さくなり過ぎて、接触圧の増大に基づく剥離等の損傷が早期に生じる可能性がある。
更に、必要に応じて前述した▲１▼〜▲５▼のうちから選択する１又は２以上の構成を付加する事により、上記ラジアル玉軸受の耐久性を、より一層向上させる事ができる。
先ず、▲１▼の様に各玉の転動面と２点で接触する一方の軌道の溝深さを、玉の直径の１８％以上確保すれば、玉の転動面がこの一方の軌道の端縁に乗り上げる事を防止できる。この結果、上記各玉の転動面に過大な面圧が加わる事を防止し、これら各転動面の転がり疲れ寿命を確保して、上記ラジアル玉軸受の耐久性向上を図れる。
又、▲２▼の様な所定の組成を有するグリースを封入すれば、グリースの寿命を向上させる事により、上記ラジアル玉軸受の耐久性向上を図れる。
又、▲３▼の様に、窒化処理又は寸法安定化処理を施せば、当該処理を施した部品並びにこの部品と接触する他の部品の転がり疲れ寿命を向上させて、上記ラジアル玉軸受の耐久性向上を図れる。
又、▲４▼の様に、保持器の各ポケットの内寸を確保すれば、これら各ポケット内に保持した玉がこれら各ポケットの内面を強く押圧する事を防止して、上記保持器の損傷を防止し、この保持器を含む上記ラジアル玉軸受の耐久性向上を図れる。
更に、▲５▼の様に、ラジアル玉軸受の断面形状の幅寸法を確保すれば、このラジアル玉軸受の内部空間の容積を大きくしてこの内部空間内に封入可能なグリースの量を多くし、結果としてこのグリースの耐久寿命を長くして、上記ラジアル玉軸受の耐久性向上を図れる。
発明を実施するための最良の形態
図１〜２は、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本発明の特徴は、ケーシング２の支持筒部３等の固定の支持部分の周囲に従動プーリ４ｂを回転支持する為の転がり軸受として３点接触型のラジアル玉軸受１４ｂを使用する構造で、このラジアル玉軸受１４ｂの耐久性確保を図る点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図５に示した従来構造と同様であるから、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
上記ラジアル玉軸受１４ｂは、互いに同心に支持された外輪１５ａ及び内輪１６ｂと、複数個の玉１７ａとを備える。このうちの外輪１５ａの内周面には外輪軌道１８ａを、内輪１６ｂの外周面には内輪軌道１９ｂを、それぞれ全周に亙って形成している。これら外輪軌道１８ａと内輪軌道１９ｂとのうちの一方の軌道である外輪軌道１８ａの断面形状は、上記各玉１７ａの直径Ｄａの１／２よりも大きな曲率半径Ｒｏを有し互いに中心が異なる１対の円弧同士を中間部で交差させた、所謂ゴシックアーチ状である。尚、上記外輪軌道１８ａの曲率半径Ｒｏは、上記各玉１７ａの直径Ｄａの０．５３〜０．５７倍（Ｒｏ＝０．５３Ｄａ〜０．５７Ｄａ）の範囲に規制する事が好ましい。
一方、上記外輪軌道１８ａと内輪軌道１９ｂとのうちの他方の軌道である内輪軌道１９ｂの断面形状は、それぞれが上記各玉１７ａの直径の１／２よりも大きい曲率半径Ｒ_１、Ｒ_２で、且つ、それぞれが異なる曲率中心を有する円弧を滑らかに連続させて成る複合円弧とすると共に、幅方向中央側の曲率半径Ｒ_１を小さく、幅方向両端部側の曲率半径Ｒ２を大きくしている（Ｒ_１＜Ｒ_２）。即ち、本例の場合は、上記幅方向中央部分の曲率半径Ｒ１を、上記各玉１７ａの直径Ｄａの０．５０５倍（Ｒ１＝０．５０５Ｄａ）とすると共に、上記幅方向両端部の曲率半径Ｒ_２を０．５６０倍（Ｒ２＝０．５６０Ｄａ）としている。尚、これら各曲率半径Ｒ_１、Ｒ_２は、上記各玉１７ａの直径Ｄａの０．５０５〜０．５６０倍（Ｒ_１＝０．５０５Ｄａ〜０．５６Ｄａ、Ｒ_２＝０．５０５Ｄａ〜０．５６Ｄａ）の範囲に規制する事が好ましい。
各部を上述の様に形成するのに伴って、上記外輪軌道１８ａと上記各玉１７ａの転動面とは２点ずつ、上記内輪軌道１９ｂと上記各玉１７ａの転動面とは１点ずつ、これら各玉１７ａ毎に合計３点ずつで接触する。本例の場合、上記外輪軌道１８ａと各玉１７ａの転動面との転がり接触部の位置をこの外輪軌道１８ａの中央からのずれ角度で表す、レストアングルθを、２０度としている。又、上記外輪１５ａ及び内輪１６ｂと複数個の玉１７ａとを組み合わせて上記ラジアル玉軸受１４ｂを構成した状態で、このラジアル玉軸受１４ｂには、正又は負のラジアル隙間が存在するが、正の隙間が存在する場合でも、その値を、前記ラジアル玉軸受１４ｂのピッチ円直径Ｄｐの０．２％以下、又は、上記各玉１７ａの直径Ｄａの１．５％以下に抑えている。
又、前記外輪１５ａ及び内輪１６ｂには、使用環境に応じて、１９０〜２３０℃、又は２３０〜２７０℃程度での、高温テンパー処理（焼き戻し処理）を施して、上記外輪軌道１８ａ及び内輪軌道１９ｂの転がり疲れ寿命の向上を図っている。尚、実際に高温テンパー処理を施す場合には、上記温度範囲内で、例えば２００℃、２１０℃、２２０℃、２４０℃、２５０℃、２６０℃と言ったノミナル値を目標として行なう。
尚、図示の例では、上記外輪軌道１８ａと内輪軌道１９ｂとのうちで、上記玉１７ａの転動面と２点で接触する側の軌道である外輪軌道１８ａの幅方向中央部に、この外輪軌道１８ａを加工する際に使用する工具との干渉を防止する為の逃げ溝２０を形成している。但し、この様な逃げ溝２０は、前述の図７に示した従来構造の場合と同様に、省略する事もできる。何れにしても、上記外輪１５ａの溝底部（外輪軌道１８ａの中央部で最も肉厚が小さい部分）の肉厚Ｔ_１５は、上記各玉１７ａの直径Ｄａの２０％以上、好ましくは２０〜４０％｛Ｔ_１５＝（０．２〜０．４）Ｄａ｝とする。上記逃げ溝２０を形成する場合には上記肉厚Ｔ_１５は、この逃げ溝２０の底部と上記外輪１５ａの外周面との距離を言う。この肉厚Ｔ_１５を上記範囲に規制する事により、前記ラジアル玉軸受１４ｂの外径が徒に大きくなる事を防止し、上記外輪１５ａを含むラジアル玉軸受１４ｂの大型化を抑えつつ、この外輪１５ａの強度確保を図れる。
又、好ましくは、上記外輪軌道１８ａと内輪軌道１９ｂとのうちで、上記玉１７ａの転動面と２点で接触する側の軌道である外輪軌道１８ａの溝深さを、上記各玉１７ａの直径Ｄａの１８％以上とする。尚、この外輪軌道１８ａの溝深さとは、図３に示す様に、前記曲率半径Ｒｏを有する曲線の底部から上記外輪軌道１８ａの縁部まで（縁部に面取りが存在する場合にはその面取り部分まで）の距離Ｈを言う。この様な溝深さＨを上記各玉１７ａの直径Ｄａの１８％以上とすれば、上記各玉１７ａの転動面が上記外輪軌道１８ａの端縁に乗り上げる事を防止できる。この結果、上記各玉１７ａの転動面に、エッジロードに基づく過大な面圧が加わる事を防止し、これら各転動面の転がり疲れ寿命を確保して、上記ラジアル玉軸受１４ｂの耐久性向上を図れる。この理由に就いて、図３により説明する。
上記各玉１７ａの転動面と上記外輪軌道１８ａとの接触部には周知の接触楕円３３、３３が、この玉１７ａ毎にこの外輪軌道１８ａの左右（左右方向は図３による）に１対ずつ存在する。そして、これら各接触楕円３３、３３の大きさは、上記ラジアル玉軸受１４ｂに加わるラジアル荷重やモーメント荷重の大きさによって変化する。そして、モーメント荷重が加わる場合には、上記左右１対の接触楕円３３、３３同士の大きさが互いに異なる。何れにしても、この様な接触楕円３３、３３全体が上記外輪軌道１８ａ部分に存在すれば、上記各玉１７ａの転動面に過大な面圧が加わる事はないが、モーメント荷重に伴って何れかの接触楕円３３が上記外輪軌道１８ａから外れる（厳密に言えば、外れた場合には接触楕円を構成しないが、説明の簡略化の為に、接触部が端縁にまで達した場合にも接触楕円の語を使用する）と、当該転動面に、エッジロードに基づく過大な面圧が作用する。従って、上記各玉１７ａの転動面の転がり疲れ寿命を確保し、上記ラジアル玉軸受１４ｂの耐久性を確保する為には、上記接触楕円３３が上記外輪軌道１８ａから外れない、言い換えれば接触楕円３３がこの軌道１８ａの端縁にまで達しない様にする必要がある。
そこで、本発明者等は、本例の３点接触型のラジアル玉軸受１４ｂとは異なるが、モーメント荷重を受けつつ運転される４点接触型のラジアル玉軸受に関する、有効ラジアル隙間と接触楕円３３、３３（図３参照）の高さｈとの関係を求める為の実験を行なった。そして、この実験の結果から、上記４点接触型のラジアル玉軸受の有効ラジアル隙間が０．０２０ｍｍ（−４０℃〜１６０℃程度の温度環境で使用される４点接触型のラジアル玉軸受の有効ラジアル隙間の最大値）の場合に於ける、接触楕円３３の高さｈの上記各玉１７ａの直径Ｄａに対する割り合いの最大値が、１８％となる事が分かった。
この事から、前述の▲１▼に記載した様に、本例の３点接触型のラジアル玉軸受１４ｂの外輪軌道１８ａと内輪輪軌道１９ｂとのうちの２点で接触する側の軌道である外輪軌道１８ａの溝深さＨを上記各玉１７ａの直径の１８％以上確保すれば、これら各玉１７ａの転動面が上記外輪軌道１８ａの端縁に乗り上げる事を防止できると考えられる。この乗り上げを防止すれば、上記各玉１７ａの転動面にエッジロードに基づく過大な面圧が加わる事を防止し、この転動面の転がり疲れ寿命を確保して、上記ラジアル玉軸受１４ｂの耐久性向上を図れる。尚、上記溝深さＨの上記各玉１７ａの直径Ｄａに対する割り合い（Ｈ／Ｄａ）の最大値は、上記外輪軌道１８ａと上記内輪軌道１９ｂとの間への玉１７ａの組込み等の組立作業を考慮して、４０％以下とする事が好ましい。
又、図２に示す様に、前記外輪１５ａの両端部内周面に形成した係止溝２１、２１には、それぞれシールリング２２、２２の外周縁部を係止している。これら各シールリング２２、２２は、それぞれ心金２３により弾性材２４を補強して成るもので、この弾性材２４の外周縁を上記各係止溝２１、２１に、弾性的に係合させている。この状態でこの弾性材２４の内周縁部に設けたシールリップ２５の先端縁を、上記内輪１６ｂの一部に、全周に亙り摺接させて、上記各玉１７ａを設置した内部空間２６の両端開口部を密閉している。尚、上記各シールリング２２、２２を構成する上記弾性材２４として好ましくは、ニトリルゴム又はアクリルゴムを使用する。
そして、この様にして外部空間と遮蔽した、上記内部空間２６内に、前述の▲２▼に記載した様に、エーテル系で４０℃の雰囲気中での粘度が７０〜９０ｍｍ^２／ｓ（ｃｓｔ）、更に好ましくは７７〜８２ｍｍ^２／ｓであるグリース（図示省略）を封入している。このグリースは、基油がエーテル系の合成油であり、増ちょう剤がジウレア等のウレアであり、添加剤として少なくともＺｎＤＴＣを含むものが、好ましく使用できる。この様なグリースは、上記各玉１７ａの転動面と前記各軌道１８ａ、１９ｂとの転がり接触部に良好な油膜を形成して、これら各軌道１８ａ、１９ｂの転がり疲れ寿命の確保に寄与する。即ち、モーメント荷重が大きい条件下で運転される等により、前記ラジアル玉軸受１４ｂの内部の発熱が著しくなると、上記内部空間２６に封入したグリースの寿命が、熱劣化に基づいて短くなる。上述の様な組成を有するグリースは、優れた耐熱性を有する為、上記内部空間２６内の温度上昇によっても寿命低下は僅かであり、上記ラジアル玉軸受１４ｂの耐久性向上に寄与できる。尚、上記内部空間２６内に封入するグリースとしては、上述した組成を有するものの他にも、エステル系、ポリαオレフィン系の合成油を基油としたものも、好ましく使用できる。
又、本例の場合には、上記各玉１７ａを、冠型の保持器２７により、転動自在に保持している。この保持器２７は、補強材としてのガラス繊維を５〜３５重量％（好ましくは１０〜２５重量％）含有した、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の合成樹脂を射出成形する事により一体に造っている。この様な保持器２７の底部、即ち円環状のリム部２８のうちで最も薄くなった、ポケット２９の奥部に対応する部分の軸方向に関する厚さＴ_２８を、上記各玉１７ａの直径Ｄａの１０〜４０％｛Ｔ_２８＝（０．１〜０．４）Ｄａ｝としている。上記保持器２７の諸元をこの様に規制する事により、この保持器２７の軸方向寸法の増大を抑えつつ、この保持器２７の強度を確保し、前記従動プーリ４ｂの高速回転時に加わる遠心力に拘らず、この保持器２７の弾性変形を実用上問題がない程度に抑えられる様にしている。
又、好ましくは、前述の▲４▼に記載した様に、上記保持器２７の周方向（図１〜２の表裏方向）に関する上記各ポケット２９の内寸を、前記各玉１７ａの直径Ｄａの１．０３倍以上とする。この様に上記保持器２７の各ポケット２９の内寸を確保すれば、これら各ポケット２９内に保持した玉１７ａがこれら各ポケット２９の内面を強く押圧する事を防止して、上記保持器２７の損傷を防止し、この保持器２７を含む前記ラジアル玉軸受１４ｂの耐久性向上を図れる。
即ち、上記保持器２７は上記各玉１７ａの公転に伴って回転するが、これら各玉１７ａの公転速度は前記外輪軌道１８ａ及び内輪軌道１９ｂとの接触角の影響を受ける。又、上記ラジアル玉軸受１４ｂがモーメント荷重を受けた状態で回転する場合に上記各玉１７ａの接触角は、上記外輪軌道１８ａ及び内輪軌道１９ｂの円周方向に関して微妙に変化する。この結果、上記各玉１７ａの公転速度は、この円周方向に関して不同になる。言い換えれば、円周方向に関する位相によって、微妙に早くなったり遅くなったりする。この結果、上記各玉１７ａの円周方向に関する位置は、これら各玉１７ａの公転運動が均一に（円周方向に関して公転速度が変化せずに）行なわれたと仮定した場合の位置（以下「正規位置」とする。）に比べて微妙に変化する。即ち、上記各玉１７ａの転動面と前記各ポケット２９の内面とが近接していると、公転速度が早い玉１７ａは、公転方向に関してポケット２９の前側内面を押圧し、同じく公転速度が遅い玉１７ａは後側内面を押圧する。この結果、円周方向に隣り合うポケット２９同士の間に存在する爪部３２（図２）に、大きな力が円周方向に関して交互に作用し、この爪部３２を含む前記保持器２７の耐久性が損なわれる。
これに対して、上述した通り、上記保持器２７の周方向に関する上記各ポケット２９の内寸を、前記各玉１７ａの直径Ｄａの１．０３倍以上とすれば、これら各ポケット２９内に保持した玉１７ａがこれら各ポケット２９の内面を強く押圧する事を防止できる。尚、上記内寸が上記各玉１７ａの直径Ｄａの１．０３倍である場合には、これら各玉１７ａの転動面が上記各ポケット２９の内面に押し付けられる可能性があるが、その力は極く小さく、上記爪部３２の無理のない弾性変形により、十分に吸収できる。更に、上記内寸を上記各玉１７ａの直径Ｄａの１．０３５倍以上にすれば、これら各玉１７ａの転動面が上記各ポケット２９の内面に押し付けられる事を十分に防止できる。
尚、上記保持器２７の円周方向に関して、上記各ポケット２９の内寸を大きくする為には、これら各ポケット２９の内径全体を大きくする他、これら各ポケット２９の形状を、円周方向に長い長円形とする事によっても対応できる。何れにしても、上記円周方向に関する内寸の最大値は、上記保持器２７全体の強度を考慮して、上記各玉１７ａの直径Ｄａとの関係で規制する。一般的には、上記内寸の最大値をこの直径Ｄａの１．１倍以下、好ましくは１．０５倍以下に規制する。又、この様に上記各ポケット２９の円周方向に関する内寸を大きくして保持器の耐久性向上を図る技術は、図示の様な冠型の保持器に限らず、軸方向両端にリム部を有する、もみ抜き保持器にも適用できる。
上述の様な構成を有する前記ラジアル玉軸受１４ｂは、図１に示す様に、前記従動プーリ４ｂの内周面と前記ケーシング２の支持筒部３との間に組み付けて、本発明のコンプレッサ用プーリの回転支持装置を構成する。この様にコンプレッサ用プーリの回転支持装置を構成した場合、上記従動プーリ４ｂの外周面に掛け渡す無端ベルト１１の幅方向中央位置（図１の鎖線α）と、上記ラジアル玉軸受１４ｂの幅方向中央位置（図１の鎖線βで示す、玉１７ａの中心位置）とは、図１に示したδ（オフセット量）分だけ軸方向（図１の左右方向）に関してずれる。但し、このオフセット量δを、上記ラジアル玉軸受１４ｂのピッチ円直径Ｄｐ（図２）の４０％以下（０．４Ｄｐ≧δ）、より好ましくは、上記オフセット量δを、上記ピッチ円直径の２０％以下（０．２Ｄｐ≧δ）、更に好ましくは１０％以下（０．１Ｄｐ≧δ）とすれば、上記ラジアル玉軸受１４ｂの耐久性を確保できる。
即ち、上述の様なコンプレッサ用プーリの回転支持装置の使用時には、上記オフセット量δに比例するモーメント荷重が、上記無端ベルト１１の張力に基づき、上記従動プーリ４ｂを介して上記ラジアル玉軸受１４ｂに加わる。そして、このラジアル玉軸受１４ｂを構成する外輪１５ａの中心軸と内輪１６ｂの中心軸とが、互いに不一致になる（傾斜する）傾向になる。但し、上述の様にオフセット量δを規制すれば、この様な場合でも、上記従動プーリ４ｂを介して上記外輪１５ａに加わるモーメント荷重を小さく抑えられる。この結果、上記ラジアル玉軸受１４ｂの回転抵抗の増大を抑えつつ、このラジアル玉軸受１４ｂを構成する外輪１５ａの中心軸と内輪１６ｂの中心軸とがずれる事を抑える事ができる。
しかも、前述の様に、本例のコンプレッサ用プーリの回転支持装置に組み込む上記ラジアル玉軸受１４ｂは３点接触型のものとしている為、モーメント荷重に対する剛性を確保しつつ、回転抵抗、内部発熱の増大を生じにくくできる。即ち、上記ラジアル玉軸受を３点接触型としている為、２点接触型のものに比べてモーメント荷重に対する剛性を確保し易くなる。又、これと共に、４点接触型のものに比べ、回転抵抗や内部発熱の増大を低減できる。
しかも、前記各玉１７ａの転動面と１点で接触する内輪軌道１９ｂの断面形状を、曲率半径Ｒ_１、Ｒ_２の異なる複数の円弧を滑らかに連続させて成る複合円弧とすると共に、幅方向中央側の曲率半径Ｒ_１を小さく、幅方向両端部側の曲率半径Ｒ_２を大きくしている。この為、高いモーメント荷重が加わる場合でも、上記各玉１７ａが上記内輪軌道１９ｂの幅方向端縁に乗り上げにくくなり、転がり接触部分に過大な面圧が作用する事を防止できる。これらの結果、前記従動プーリ４ｂ及び外輪１５ａの内輪１６ｂに対する傾斜を抑えつつ、上記ラジアル玉軸受１４ｂの転がり疲れ寿命を確保でき、このラジアル玉軸受１４ｂの耐久性確保を図れる。又、これと共に、上記従動プーリ４ｂに掛け渡した無端ベルト１１の偏摩耗を抑えて、この無端ベルト１１の耐久性確保も図れる。
又、上記外輪軌道１８ａの断面形状の曲率半径Ｒｏを、上記各玉１７ａの直径Ｄａの０．５３〜０．５７倍（Ｒ_ｏ＝０．５３Ｄａ〜０．５７Ｄａ）とすると共に、上記内輪軌道１９ｂの断面形状の各曲率半径Ｒ_１、Ｒ_２を、上記各玉１７ａの直径Ｄａの０．５０５〜０．５６０倍（Ｒ_１＝０．５０５Ｄａ〜０．５６０Ｄａ、Ｒ_２＝０．５０５Ｄａ〜０．５６０Ｄａ）としている為、これら各玉１７ａの転動面と各軌道１８ａ、１９ｂとの転がり接触部の接触状態を良好に保つ事ができる。
即ち、上記外輪軌道１８ａの曲率半径Ｒｏを上記各玉１７ａの直径Ｄａの０．５３倍未満とした場合、又は、上記内輪軌道１９ｂの断面形状の各曲率半径Ｒ_１、Ｒ_２を上記各玉１７ａの直径Ｄａの０．５０５倍未満とした場合には、転がり接触部の接触楕円が大きくなり過ぎて、回転抵抗や内部発熱が増大し易くなる可能性がある。一方、上記外輪軌道１８ａの断面形状の曲率半径Ｒｏが上記各玉１７ａの直径Ｄａの０．５７倍を超える場合、又は、上記内輪軌道１９ｂの断面形状の各曲率半径Ｒ_１、Ｒ_２が上記各玉１７ａの直径Ｄａの０．５６０倍を超える場合には、転がり接触部の接触楕円が小さくなり過ぎて、接触圧の増大に基づき、早期剥離等の損傷が生じる可能性がある。
尚、以上の説明は、プーリと回転軸とを係脱する為の電磁クラッチを設けた構造に本発明を適用した場合に就いて示したが、本発明は、プーリから回転軸に回転力の伝達を自在とした構造であれば、電磁クラッチを設けない構造にも適用できる。即ち、例えば特開平１１−２１０６１９号公報、或は実開昭６４−２７４８２号公報に記載された様な、斜板式可変容量型コンプレッサの場合には、斜板の傾斜角度を極く小さく（更には傾斜角度をゼロに）する事により、コンプレッサの回転軸の回転トルクを極く小さくできる。この様な構造の場合には、図９に示す様に、ケーシング２の端部に形成した支持筒部３の周囲に転がり軸受３０を介して回転自在に支持した従動プーリ４ｃと回転軸１とを、トルクチューブとして機能する緩衝材３１を介して、過大なトルクが加わらない限り回転力の伝達自在に結合し、電磁クラッチを設けない場合もある。この様な構造で、上記転がり軸受３０として、前述の図２に示した本例の３点接触型のラジアル玉軸受１４ｂを使用すれば、本発明の作用・効果を得られる事は勿論である。
又、このラジアル玉軸受１４ｂを構成する、内輪１６ｂと外輪１５ａと玉１７ａとのうちの少なくとも１種の部材が、炭素鋼、軸受鋼、ステンレス鋼等の鉄系金属製である場合には、前述の▲３▼に記載した様に、これら各部材１６ｂ、１５ａ、１７ａのうちの少なくとも１種の部材に、窒化処理と寸法安定化処理とのうちの少なくとも一方の処理を施す事が、上記ラジアル玉軸受１４ｂの耐久性を確保する面からは好ましい。即ち、単列の玉軸受であるこのラジアル玉軸受１４ｂを、オフセット荷重を加えた（モーメント荷重が加わる）状態で運転すると、上記各玉１７ａの転動面と前記内輪軌道１９ｂ及び外輪軌道１８ａとの当接部の面圧が高くなる。この面圧に基づく弾性変形が大きくなると、当該部材の転がり疲れ寿命が低下して上記ラジアル玉軸受１４ｂの耐久性が低下するので、上記窒化処理により当該部材の表面硬度を高くし、上記弾性変形を抑えると共に摩耗防止も図る。又、上記オフセット荷重を受けた状態での運転時には発熱量が多くなり、この発熱に伴って上記ラジアル玉軸受１４ｂの構成各部材の寸法が変化し易い為、上記寸法安定化処理により、上記発熱に拘らず、寸法変化を抑える。
このうちの窒化処理とは、Ｃ、Ｎの固溶により表面層を硬化させるものであり、処理後には表面の硬度が高くなる。従って、窒化処理を施せば、上記内輪１６ｂと、上記外輪１５ａと、上記各玉１７ａとの表面には、硬度が高い窒化処理層が存在する状態となる。尚、上記内輪１６ｂ及び外輪１５ａに関しては、上記内輪軌道１９ｂ或は外輪軌道１８ａ部分に窒化処理層が存在すれば、他の部分に存在する必要はない。但し、これら内輪軌道１９ｂ或は外輪軌道１８ａ部分にのみ、窒化処理層を形成する作業は面倒である為、実際の場合には、上記内輪１６ｂ及び外輪１５ａの表面全体に窒化処理層を形成する事が好ましい。尚、上記面圧に基づく弾性変形は、上記内輪１６ｂと外輪１５ａと主１７ａとに同じ様に生じる訳ではなく、形状並びに材質により生じる程度が異なる。例えば、材質が同じとすれば、外輪軌道１８ａ及び内輪軌道１９ｂが弾性変形し易いのに対して、玉１７ａの転動面は弾性変形しにくい。従って、上記窒化処理は、総ての部材に施す事が好ましいが、材質や寸法・形状等に応じて、上記内輪１６ｂ及び外輪１５ａの様に、一部の部材にのみ施しても良い。
又、前記寸法安定化処理とは、残留オーステナイト量γ_Ｒの低減を目的とした熱処理であり、例えば上記内輪１６ｂと外輪１５ａとを造る為の素材を徐々に冷却する事により、上記処理後の残留オーステナイト量γ_Ｒを６％容量以下とするものである。この様な寸法安定化処理を施す事により、前記ラジアル玉軸受１４ｂの構成各部材の温度が上昇しても、これら各部材の寸法・形状が正規のものから大きくずれる事を防止し、上記ラジアル玉軸受１４ｂの諸元が正規のものからずれるのを防止して、この玉軸受１４ｂの耐久性向上を図れる。
更に、図示は省略するが、前述の▲５▼に記載した様に、ラジアル玉軸受１４ｂの断面形状の幅寸法を、同じく径方向の高さ寸法の１．３倍以上とすれば、このラジアル玉軸受の内部空間の容積を大きくして、この内部空間内に封入可能なグリースの量を多くできる。そして、結果としてこのグリースの耐久寿命を長くして、上記ラジアル玉軸受１４ｂの耐久性向上を図れる。
次に、図４は、本発明の実施の形態の第２例を示している。前述した実施の形態の第１例が、各玉１７ａの転動面と内輪軌道１９ｂ（図４参照）とがそれぞれ１点で接触する３接触型のラジアル玉軸受であるのに対して、本例の場合は、各玉１７ａの転動面と外輪軌道１８ｂとがそれぞれ１点で接触する３点接触型のラジアル玉軸受としている。
即ち、上記外輪軌道１８ｂと内輪軌道１９ｃとのうちの一方の軌道である内輪軌道１９ｃの断面形状は、上記各玉１７ａの直径Ｄａの１／２よりも大きな曲率半径Ｒｉを有し互いに中心が異なる１対の円弧同士を中間部で交差させた、所謂ゴシックアーチ状である。一方、上記外輪軌道１８ｂと内輪軌道１９ｃとのうちの他方の軌道である外輪軌道１８ｂの断面形状は、それぞれが上記各玉１７ａの直径の１／２よりも大きい２つの曲率半径Ｒ_１、Ｒ_２の円弧を、滑らかに連続させて成る複合円弧とすると共に、幅方向中央側の曲率半径Ｒ_１を小さく、幅方向両端部側の曲率半径Ｒ_２を大きくしている（Ｒ_１＜Ｒ_２）。尚、本例の場合は、上記幅方向中央部分の曲率半径Ｒ_１を、上記各玉１７ａの直径Ｄａの０．５０５倍（Ｒ_１＝０．５０５Ｄａ）とすると共に、上記幅方向両端部の曲率半径Ｒ_２を０．５６０倍（Ｒ_２＝０．５６０Ｄａ）としている。その他の構成及び作用は、前述した第１例と同様であるので、重複する説明は省略する。
産業上の利用の可能性
本発明のコンプレッサ用プーリの回転支持装置は、以上に述べた通り構成し作用する為、軸方向寸法を大きくする事なく、許容モーメント荷重を確保し、しかも運転時に発生する発熱や摩耗を抑える事ができる。この為、上記コンプレッサ用プーリの回転支持装置に組み込む転がり軸受並びにこの転がり軸受に支持されたプーリに掛け渡した無端ベルトの寿命延長を図れる等、自動車空気調和装置のコンプレッサ等、各種機械装置の小型化、高性能化に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態の第１例を示す部分断面図である。
図２は、ラジアル玉軸受のみを取り出して示す部分拡大断面図である。
図３は、溝深さの概念を説明する為の軌道輪の部分断面図である。
図４は、本発明の実施の形態の第２例を示す、図２と同様の断面図である。
図５は、従来構造の第１例を示す部分断面図である。
図６は、同第２例を示す断面図である。
図７は、４点接触型のラジアル玉軸受のみを取り出して示す部分拡大断面図である。
図８は、３点接触型のラジアル玉軸受のみを取り出して示す部分拡大断面図である。
図９は、本発明の対象となる構造の別例を示す断面図である。

Claims (2)

1. コンプレッサの回転軸と、この回転軸の周囲に設けられた固定の支持部分と、この支持部分に支持された転がり軸受と、この転がり軸受によりこの支持部分の周囲に回転自在に支持された、無端ベルトを掛け渡す為のプーリとを備え、上記転がり軸受は、外周面に玉の転動面と１点又は２点で接触する形状の内輪軌道を有する内輪と、内周面に玉の転動面と１点又は２点で接触する形状の外輪軌道を有する外輪と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉とを備え、これら内輪軌道と外輪軌道とのうちの一方の軌道とこれら各玉の転動面とがそれぞれ２点ずつで接触すると共に、これら内輪軌道と外輪軌道とのうちの他方の軌道とこれら各玉の転動面とがそれぞれ１点ずつで接触する、単列で３点接触型のラジアル玉軸受であるコンプレッサ用プーリの回転支持装置に於いて、上記各玉の転動面と１点で接触する他方の軌道の断面形状を、曲率半径の異なる複数の円弧を滑らかに連続させて成る複合円弧とすると共に、幅方向中央側の曲率半径を小さく、幅方向両端部側の曲率半径を大きくした事を特徴とするコンプレッサ用プーリの回転支持装置。
2. 各玉の転動面と２点で接触する一方の軌道の断面形状の曲率半径を、上記各玉の直径の０．５３〜０．５７倍とすると共に、これら各玉の転動面と１点で接触する他方の軌道の断面形状の各曲率半径を、上記各玉の直径の０．５０５〜０．５６０倍とした、請求項１に記載したコンプレッサ用プーリの回転支持装置。

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