KR20040012931A

KR20040012931A - 컴프레서용 풀리의 회전지지장치

Info

Publication number: KR20040012931A
Application number: KR10-2003-7016339A
Authority: KR
Inventors: 이시구로히로시; 오우치히데오; 다니구치마사토
Original assignee: 닛뽄 세이꼬 가부시기가이샤
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2004-02-11
Also published as: WO2002103225A1; FR2826067B1; BR0117050A; EP1396661B1; KR100694916B1; EP1396661A4; FR2826067A1; CN1516790A; CN100400932C; EP1396661A1

Abstract

상기 구름 베어링으로서, 3점 접촉형 또는 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)을 사용한다. 무단 벨트(l1)로부터 상기 종동 풀리(4)에 가해지는 레이디얼 하중의 중심 α와 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 중심 위치 β간의 축방향 거리인 오프셋량 δ를 상기 피치원 직경의 40% 이하로 한다. 또한, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 레이디얼 간극을 피치원 직경의 0.2% 이하로 한다. 이 구성에 의해, 소형화를 도모하면서, 종동 풀리(4)를 지지하는 구름 베어링의 내구성 확보를 도모한다.

Description

컴프레서용 풀리의 회전지지장치{ROTARY SUPPORT OF PULLEY FOR COMPRESSOR}

자동차용 공기조화장치에 내장되어 냉매를 압축하는 컴프레서는, 주행용 엔진에 의해 회전 구동된다. 이를 위해서, 이 컴프레서의 회전축의 단부에 설치된 종동 풀리와, 상기 주행용 엔진의 크랭크샤프트의 단부에 고정한 구동 풀리와의 사이에 무단 벨트가 설치되어 있고, 이 무단벨트의 순환에 따라서 상기 회전축이 회전구동되도록 되어 있다.

도 7는, 컴프레서의 회전축(1)의 회전구동부분의 구조를 나타내고 있다. 이 회전축(1)은 도시하지 않은 구름 베어링에 의해, 케이싱(2) 내에 회전가능하게 지지되어 있다. 이 케이싱(2)의 단부 외면에 설치한 지지통부(3)의 주위에서 종동 풀리(4)를, 복수열의 레이디얼 볼 베어링(5)에 의해 회전가능하게 지지하고 있다.이 종동 풀리(4)는, 단면이 "??"자 형상이고 전체가 링형상으로 되어 있으며, 상기 케이싱(2)의 단면에 고정한 솔레노이드(6)가, 상기 종동 풀리(4)의 내부공간에 배치되어 있다.

한편, 상기 회전축(1)의 단부에서 상기 케이싱(2)으로부터 돌출한 부분에는 장착 브래킷(7)이 고정되어 있고, 이 장착 브래킷(7)의 주위에서는 자성재의 환상판(8)을 판스프링(9)을 통해 지지하고 있다. 이 환상판(8)은, 상기 솔레노이드(6)에의 비통전시에는, 상기 판스프링(9)의 탄력에 의해, 도 7에 도시한 바와 같이 상기 종동 풀리(4)로부터 이격되어 있지만, 상기 솔레노이드(6)에의 통전시에는 이 종동 풀리(4)에 흡착되어, 이 종동 풀리(4)로부터 상기 회전축(1)으로 회전력을 전달할 수 있도록 한다. 즉, 상기 솔레노이드(6)와 환상판(8)과 판스프링(9)에 의해서, 종동 풀리(4) 및 회전축(1)과 결합 및 이탈하기 위한 전자 클러치(10)를 구성하고 있다.

상술한 바와 같은 복열의 레이디얼 볼 베어링(5)에 의해 종동 풀리(4)를 회전가능하게 지지하는 구조의 경우에는, 이 종동 풀리(4)에 설치된 무단 벨트(11)로부터 이 종동 풀리(4)에 다소의 편하중이 가해진 경우에도, 상기 복열의 레이디얼 볼 베어링(5)의 외륜(12)의 중심축과 내륜(13)의 중심축이 불일치되는 (경사지는) 일이 거의 없다. 따라서, 상기 복열의 레이디얼 볼 베어링(5)의 내구성을 충분히 확보하는 동시에, 상기 종동 풀리(4)의 회전 중심이 경사지는 것을 방지하고, 상기무단 벨트(11)의 편마모를 방지할 수 있다.

다만, 상기 복열의 레이디얼 볼 베어링(5)를 사용함에 따라, 축방향 치수가커지는 것은 피할 수 없다. 종동 풀리(4)를 회전가능하게 지지하는 부분은 한정된 공간 내에 설치해야만 하는 경우가 많으므로, 축방향 치수가 커지는 것은 바람직하지 못하다. 더구나, 축방향 치수가 커짐에 따라, 각 구성부품의 코스트가 증가해 버린다.

상기 종동 풀리(4)를 지지하는 위한 구름 베어링으로서, 상술한 바와 같은 복열의 레이디얼 볼 베어링(5) 대신에, 단열 심홈형의 레이디얼 볼 베어링(single-row, deep-groove radial ball bearing)을 사용하면, 축방향 치수를 단축하여 한정된 공간내에 용이하게 설치할 수 있게 된다. 다만 단순한 단열 심홈형의 레이디얼 볼 베어링의 경우에는, 상기 종동 풀리(4)가 모멘트 하중을 받을 때, 이 종동 풀리(4)의 경사를 방지하기 위한 힘이 작아서, 상기 레이디얼 볼 베어링의 외륜의 중심축과 내륜의 중심축이 불일치되는 정도가 현저해진다. 이 결과, 상기 레이디얼 볼 베어링의 내구성이 불충분해질 뿐만 아니라, 상기 종동 풀리(4)에 걸린 무단 벨트(11)에 현저한 편마모가 발생하기 쉬워진다.

이러한 사정을 감안하여, 종동 풀리를 지지하기 위하여 단열(單列)의 4점 접촉형 레이디얼 볼 베어링을 사용하는 것이, 예컨대 일본국 특허공개 제97-119510호 공보, 동11-336795호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 종래부터 생각되고 있다. 도 8 내지 9는, 이중 일본국 특허공개 제97-119510호 공보에 기재된 종래 구조의 제 2예를 도시하고 있다.

이 종래 구조의 제 2예로서는, 금속판에 프레스 가공 등에 의한 굽힘 가공을 실시하여 이루어진 종동 풀리(4)를, 단열의 4점 접촉형 레이디얼 볼 베어링(14)에의해서, 도시하지 않는 지지부분의 주위에 회전가능하게 지지할 수 있도록 하고 있다. 이 레이디얼 볼 베어링(14)은, 서로 동심으로 지지된 외륜(15) 및 내륜(16)과, 복수개의 볼(17)을 구비한다. 이중 외륜(15)의 내주면에는 외륜 궤도(18)를 전체 둘레에 걸쳐 형성하고, 내륜(16)의 외주면에는 내륜 궤도(19)를 전체 둘레에 걸쳐 형성하고 있다. 이들 각 궤도(18, 19)의 단면형상은 상기 각 볼(17)의 직경의 1/2보다도 큰 곡률반경을 갖는 원호끼리를 중간부에서 교차시킨, 소위 고딕아치(gothic arch) 형상이다. 따라서, 상기 각 궤도(18, 19)와 상기 각 볼(17)의 전동면은 각각 2점씩, 이들 각 볼(17)마다 합계 4점씩 접촉한다.

이러한 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)은, 일반적인 단열 심홈형의 레이디얼 볼 베어링에 비교하여 모멘트 하중에 대한 강성이 크고, 모멘트 하중을 받는 경우에도 상기 외륜(15)의 중심축과 상기 내륜(16)의 중심축이 어긋나기 어렵게 된다. 이 때문에, 일반적인 단열 심홈형의 레이디얼 볼 베어링을 사용하여 컴프레서용 풀리의 회전지지장치를 구성한 경우와 비교하여, 종동 풀리(4)에 설치된 무단 벨트(11)(도 7참조)에 발생하는 편마모를 완화할 수 있다.

또한 상기 일본 특허공개 제99-336795호 공보에는, 컴프레서 구동용의 종동 풀리의 회전 지지부에 상술한 바와 같은 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링을 내장하고, 이 종동 풀리와 컴프레서의 회전축의 사이에 전자 클러치를 마련한 구조가 기재되어 있다.

또한 도 10에 도시한 바와 같은, 단열 3점 접촉형의 볼 베어링(14)에서도, 일반적인 단열 심홈형의 레이디얼 볼 베어링에 비교하여 모멘트 하중에 대한 강성이 크고, 모멘트 하중을 받는 경우에도 외륜(15)의 중심축과 내륜(16)의 중심축이 어긋나기 어렵게 된다. 이 3점 접촉형의 볼 베어링(14)에서는, 이 내륜(16)의 외주면에, 볼(17)의 전동면과 1점에서 접촉하는 단면이 단일 곡률을 갖는 원호상의 내륜 궤도(19)를 형성하고, 상기 외륜(15)의 내주면에, 상기 도 9에 도시한 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)와 같이, 상기 볼(17)의 전동면과 2점에서 접촉하는, 고딕아치 형상의 외륜 궤도(18)를 형성하고 있다. 이러한 3점 접촉형의 볼 베어링(14)을 사용하여 컴프레서용 풀리를 지지하는 경우에도, 일반적인 단열 심홈형의 레이디얼 볼 베어링을 사용하여 컴프레서용 풀리의 회전지지장치를 구성한 경우에 비교하여, 종동 풀리(4)에 설치된 무단 벨트(11)(도 7 참조)에 발생하는 편마모를 완화시킬 수 있다.

도 10에 기재한 구조와는 달리, 구슬의 전동면과 외륜 궤도가 1점씩, 그리고 내륜 궤도가 2점씩, 각각 접촉하는 3점 접촉형의 볼 베어링의 경우에도 마찬가지이다.

상술한 바와 같이, 컴프레서 구동용의 종동 풀리를 회전가능하게 지지하는 부분에 상술한 바와 같은 3점 접촉형 혹은 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링을 내장한 경우에는, 소형·경량화와 내구성의 확보를 충분히 양립시킬 수 있는 가능성이 있다. 단지, 종래의 경우에는 각 부분의 제원(諸元)을 충분히 검토하지 않았기 때문에, 언제나 충분한 효과를 얻을 수는 없었다.

본 발명의 컴프레서용 풀리의 회전지지장치는, 이러한 사정을 감안하여 발명한 것이다.

발명의 개시

본 발명의 컴프레서용 풀리의 회전지지장치는, 컴프레서의 회전축과, 이 회전축의 주위에 마련된 고정식의 지지부분과, 이 고정식의 지지부분으로 지지된 구름 베어링과, 이 구름 베어링에 의해 상기 지지부분의 주위에 회전가능하게 지지된 무단 벨트를 설치하기 위한 풀리를 구비한다. 상기 구름 베어링은 단열의 3점 또는 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링으로, 외주면에 볼의 전동면과 1점 또는 2점에서 접촉하는 형상의 내륜 궤도를 갖는 내륜과, 내주면에 볼의 전동면과 1점 또는 2점에서 접촉하는 형상의 외륜 궤도를 갖는 외륜과, 이들 내륜 궤도와 외륜 궤도의 사이에 전동가능하게 마련된 복수개의 볼을 구비하고, 이들 내륜 궤도와 외륜 궤도중 적어도 한쪽의 궤도와 이들 각 볼의 전동면이 각기 2점씩 접촉한다. 또한 상기 풀리의 외주면에 접촉하는 상기 무단 벨트의 폭 중앙부와 상기 레이디얼 볼 베어링의 중심간의 축방향 거리는, 이 레이디얼 볼 베어링의 피치원 직경의 4O% 이하이다.

본 발명은 컴프레서용 풀리의 회전지지장치에 관한 것으로, 특히 자동차의 공기조화장치용 컴프레서를 구성하는 하우징 등의 고정 부분에, 이 컴프레서를 회전구동하기 위한 종동 풀리를 회전가능하게 지지하기 위해서, 이 컴프레서의 회전구동장치에 내장된 상태로 사용하는 회전지지장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 1예를 도시하는 부분 단면도이다.

도 2는 레이디얼 볼 베어링만을 취출하여 나타내는 부분확대 단면도이다.

도 3는 홈 깊이의 개념을 설명하는 위한 궤도륜의 부분 단면도이다.

도 4는 유효 레이디얼 간극과 접촉 타원의 높이간의 관계를 나타내는 선도이다.

도 5는, 정규위치로부터의 볼의 변위량과 원주방향 위치간의 관계를 나타내는 선도이다.

도 6는 오프셋량과 피치원 직경간의 비가 내구성에 미치는 영향을 알기 위하여 행한 내구 실험의 결과를 나타내는 선도이다.

도 7는 종래 구조의 제 1예를 도시하는 부분 단면도이다.

도 8은 종래 구조의 제 2예를 도시하는 단면도이다.

도 9는 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링만을 취출하여 나타내는 부분확대 단면도이다.

도 10는 3점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링만을 취출하여 나타내는 부분확대단면도이다.

도 11는 본 발명의 대상이 되는 구조의 다른 예를 도시하는 단면도이다.

본 발명의 컴프레서용 풀리의 회전지지장치는, 상술한 같은 종래부터 알려져 있는 컴프레서용 풀리의 회전지지장치와 마찬가지로, 회전축과, 이 회전축의 주위에 설치된 마련된 고정형의 지지부분과, 이 고정형의 지지부분에 지지된 구름 베어링과, 이 구름 베어링에 의해 상기 지지부분의 주위에 회전가능하게 지지된, 무단 벨트를 설치하기 위한 풀리를 구비한다.

그리고 상기 구름 베어링은, 상술한 일본국 특허공개 제97-119510호 공보,동11-336795호 공보에 기재되어 바와 같이 외주면에 볼의 전동면과 1점 또는 2점에서 접촉하는 형상의 내륜 궤도를 갖는 내륜과, 내주면에 볼의 전동면과 1점 또는 2점에서 접촉하는 형상의 외륜 궤도를 갖는 외륜과, 이들 내륜 궤도와 외륜 궤도의 사이에 전동가능하게 마련된 복수개의 볼을 구비하는 단열의 3점 또는 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링이며, 이들 내륜 궤도와 외륜 궤도중 적어도 한쪽의 궤도와 이들 각 볼의 전동면이 각기 2점씩 접촉한다.

특히, 본 발명의 컴프레서용 풀리의 회전지지장치에 있어서는, 상기 풀리의 외주면에서 상기 무단 벨트와 접촉하는 부분의 폭방향 중앙부 위치와 상기 레이디얼 볼 베어링의 중심간의 축방향 거리인 오프셋량을, 이 레이디얼 볼 베어링의 피치원 직경의 40% 이하로서 하고 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 레이디얼 볼 베어링이 단품(單品)으로 되어 있을 때(내륜 및 외륜을 상대부재에 감합 고정하기 이전의 상태)의 레이디얼 간극을, 상기 레이디얼 볼 베어링의 피치원 직경의 0.2% 이하, 또는 상기 각 볼 직경의 1.5% 이하로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 오프셋량을, 상기 피치원 직경의 20% 이하, 더욱 바람직하게는 10% 이하로 한다. 게다가, 필요에 따라, 상기 오프셋량의 하한치를 1 mm 이상으로 하여도 좋다.

더욱 바람직하게는, 다음 (1) 내지 (5)중 1 또는 2 이상의 구성을, 상술한 본 발명과 조합시키는 것도 가능하다.

(1) 내륜 궤도 및 외륜 궤도의 홈 깊이를, 볼 직경의 18% 이상으로 한다.

(2) 레이디얼 볼 베어링 내에, 기유(base oil)가 에테르계, 에스테르계, 폴리α올레핀계 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 합성유이며, 증장제(thickening agent)가 우레아이며, 첨가제로서 적어도 Ba와 Zn과 ZnDTC를 함유하는 그리스를 봉입한다.

(3) 내륜과 외륜과 볼중 적어도 1종의 부품에, 질화 처리와 치수안정화 처리중 적어도 하나의 처리를 실시한다.

(4) 각 볼을 보유기에 설치된 포켓 내에 전동가능하게 유지하는 동시에, 이 보유기의 주방향에 대한 이들 각 포켓의 내부 치수를, 상기 각 볼 직경의 1.03배 이상으로 한다.

(5) 레이디얼 볼 베어링의 단면 형상의 폭 치수를, 마찬가지로 직경 방향의 높이 치수의 1.3배 이상으로 한다.

또한, 이들 (1) 내지(5)의 구성은, 본 발명과는 별개로, 각각 단독으로, 혹은 임의로 조합시켜, 컴프레서용 풀리의 회전지지장치를 구성하는 3점 또는 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링에 적용하는 것도 가능하다.

상술한 바와 같이 구성하는 본 발명의 컴프레서용 풀리의 회전지지장치에 의하면, 레이디얼 볼 베어링의 회전저항의 증대를 억제하면서, 이 레이디얼 볼 베어링을 구성하는 내륜의 중심축과 외륜의 중심축이 어긋나는 것을 억제할 수 있다. 즉, 상기 레이디얼 볼 베어링의 중심에 대한 무단 벨트의 권취 위치의 오프셋량을, 이 레이디얼 볼 베어링의 피치원 직경의 40% 이하로 억제하고 있기 때문에, 풀리를 거쳐서 상기 외륜에 가해지는 모멘트 하중을 작게 억제할 수 있다.

이에 따라, 이들 풀리 및 외륜의 상기 내륜에 대한 경사를 억제함으로써, 상기 레이디얼 볼 베어링의 구름 접촉부분에 과대한 면압이 작용하는 것을 방지하여, 이 레이디얼 볼 베어링의 내구성 확보를 도모할 수 있다. 또한, 상기 풀리에 배치된 무단벨트의 편마모를 억제하여, 이 무단 벨트의 내구성 확보도 도모할 수 있다.

또한, 바람직한 구조로서, 상기 레이디얼 볼 베어링의 단품일 때의 레이디얼간극을, 이 레이디얼 볼 베어링의 피치원 직경의 0.2% 이하, 또는 각 볼 직경의 1.5% 이하로 억제하면, 상기 양 중심축 끼리가 어긋나기 어렵게 되어, 상기 작용을보다 양호한 상태로 할 수 있다.

게다가, 필요에 따라 상술한 (1) 내지(5) 중에서 선택된 1 또는 2 이상의 구성을 부가하는 것에 의해, 상기 레이디얼 볼 베어링의 내구성을, 더한층 향상시키는 것이 가능하다.

우선, (1)과 같이 내륜 궤도 및 외륜 궤도의 홈 깊이를, 볼 직경의 18% 이상 확보하면, 볼의 전동면이 이들 내륜 궤도 및 외륜 궤도의 단부 가장자리로 올라가는 것이 방지되어, 이 전동면에 과대한 면압이 가해지는 것을 방지할 수 있고, 그럼으로써 이 전동면의 구름 피로 수명을 확보하여, 상기 레이디얼 볼 베어링의 내구성 향상을 도모할 수 있다.

또한, (2)와 같은 소정의 조성을 갖는 그리스를 봉입하면, 그리스의 수명을 향상시키는 것에 의해, 상기 레이디얼 볼 베어링의 내구성 향상을 도모할 수 있다.

또한, (3)과 같이 질화 처리 또는 치수안정화 처리를 실시하면, 당해 처리를 실시한 부품 및 이 부품과 접촉하는 다른 부품의 구름 피로 수명을 향상시켜, 상기레이디얼 볼 베어링의 내구성 향상을 도모할 수 있다.

또한, (4)와 같이 보유기의 각 포켓의 내부 치수를 확보하면, 이들 각 포켓 안에 보유한 볼이 이들 각 포켓의 내면을 강하게 압박하는 것을 방지하여, 상기 보유기의 손상을 방지함으로써, 이 보유기를 포함하는 상기 레이디얼 볼 베어링의 내구성 향상을 도모할 수 있다.

게다가, (5)와 같이 레이디얼 볼 베어링의 단면 형상의 폭 치수를 확보하면, 이 레이디얼 볼 베어링의 내부공간의 용적이 커져서, 이 내부공간 내에 봉입가능한 그리스의 량을 많게 되고, 그 결과 그리스의 내구 수명을 연장되어 상기 레이디얼 볼 베어링의 내구성 향상을 도모할 수 있다.

또한, 상술의 설명으로부터 분명한 바와 같이, 상기 (1) 내지 (5)의 구성은, 각각 단독으로 혹은 임의로 조합시켜서 본 발명의 컴프레서용 풀리의 회전지지장치에 적용할 수 있다. 더구나, 3점 또는 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링에 한정됨이 없이 단열(單列)의 볼 베어링 전반에 관하여, 본 발명의 컴프레서용 풀리의 회전지지장치와는 독립적으로 실시할 수 있다. 이 경우에도, 상기 (1) 내지 (5)의 구성은, 각각 단독으로 혹은 임의로 조합시켜서 실시할 수 있다.

이하에 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.

도 1 내지 2는, 본 발명의 실시형태 일예를 도시하고 있다. 또한, 본 예의 특징은, 케이싱(2)의 지지통부(3) 등의 고정형 지지부분의 주위에 종동 풀리(4)를 회전 지지하는 위한 구름 베어링으로서 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)을 사용하는 구조이고, 이 레이디얼 볼 베어링(14)과 상기 종동 풀리(4)간의 위치 관계를, 이 레이디얼 볼 베어링(14)의 제원간의 관계로 적정히 규제하는 것에 의해, 이 레이디얼 볼 베어링(14) 및 상기 종동 풀리(4)에 설치된 무단 벨트(11)의 내구성 확보를 도모하는 점에 있다. 그 밖의 부분의 구조 및 작용은, 상술한 도 7에 나타낸 종래 구조와 마찬가지다. 본 명세서를 통해서, 동등 부분에는 동일부호를 붙여 중복하는 설명을 생략 혹은 간단하게 해서, 이하에 본 예의 특징 부분을 중심으로 설명한다.

상기 레이디얼 볼 베어링(14)은, 서로 동심으로 지지된 외륜(15) 및 내륜(16)과, 복수개의 볼(17)을 구비한다. 이중 외륜(15)의 내주면에는 외륜 궤도(18)를, 내륜(16)의 외주면에는 내륜 궤도(19)를, 각각 전체 둘레에 걸쳐 형성하고 있다. 이들 각 궤도(18, 19)의 단면 형상은 각각 상기 각 볼(17) 직경 Da의 1/2보다 큰 곡률 반경 Ro, Ri를 갖고 서로 중심이 다른 1대씩의 원호끼리를 중간부에서 교차시킨, 소위 고딕아치 형상이다. 본 예의 경우에는, 상기 외륜 궤도(18)의 곡률 반경 Ro를 상기 각 볼(17) 직경 Da의 0.53배(Ro = 0.53 Da)로 하고, 상기 내륜 궤도(19)의 곡률 반경 Ri를 상기 각 볼(17) 직경 Da의 0.515배(Ri = 0.515 Da)로 하고 있다.

각 부분을 상술한 바와 같이 형성하는 것에 맞추어, 상기 각 궤도(18, 19)와 상기 각 볼(17)의 전동면란은 각각 2점씩, 이들 각 볼(17)마다 합계4점씩에 접촉한다. 본 예의 경우, 이들 각 궤도(18, 19)와 각 볼(17)의 전동면간의 구름 접촉부의 위치를 이들 각 궤도(18, 19)의 중앙으로부터의 어긋남 각도로 나타낸, 레스트앵글(rest angle) θ은 각각 20도로 하고 있다.

또한, 상기 외륜(15) 및 내륜(16)과 복수개의 볼(17)을 조합시켜 상기 레이디얼 볼 베어링(14)을 구성한 상태에서, 이 레이디얼 볼 베어링(14)에는, 정(正) 또는 부(負)의 레이디얼 간극이 존재하지만, 정의 간극이 존재하는 경우에도, 그 값을, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 피치원 직경 Dp의 0.2% 이하, 또는 상기 각 볼(17) 직경 Da의 1.5% 이하로 억제하고 있다.

또한, 상기 외륜 궤도(18)의 곡률 반경 Ro를 상기 내륜 궤도(19)의 곡률 반경 Ri보다 크게 한 이유는, 이들 각 궤도(18, 19)의 원주방향에 대한 요철 형상이, 외륜 궤도(18)와 내륜 궤도(19)에서 서로 반대로 되기 때문이다. 즉, 원주방향에 대한 형상이 오목이 되는 상기 외륜 궤도(18)의 곡률 반경 Ro를, 원주방향에 대한 형상이 볼록이 되는 상기 내륜 궤도(19)의 곡률반경 Ri보다 크게 하여, 상기 각 접촉부의 접촉면적 및 접촉압에 큰 차이가 생기지 않도록 함으로써, 상기 각 궤도(18, 19)의 구름 피로 수명을 갖추는 것에 의해, 낭비 없는 설계를 하기 위함이다.

또한, 상기 외륜(15) 및 내륜(l6)에는, 사용환경에 따라, 190 내지 230℃, 또는 230 내지 270℃ 정도에서, 고온 템퍼링 처리를 실시하여, 상기 각 궤도(18, 19)의 구름 피로 수명의 향상을 도모하고 있다. 또한, 실제로 고온 템퍼링 처리를 실시하는 경우에는, 상기 온도범위 내에서, 예컨대 200℃, 210℃, 220℃, 240℃, 250℃, 260℃의 정규값을 목표로 하여 행한다.

또한, 도시한 예에서는, 상기 각 궤도(18, 19)의 폭방향 중앙부에, 이들 각 궤도(18, 19)를 가공할 때에 사용하는 공구와의 간섭을 방지하는 위한 도피홈(20a, 20b)을 형성하고 있다. 단, 이러한 도피 홈(20a, 20b)은 상술한 도 9에 나타낸 종래 구조의 경우와 같이 생략하는 것도 가능하다.

어쨌든, 상기 외륜(15)의 홈 저부[외륜 궤도(18)의 중앙부에서 가장 두께가 작은 부분)의 두께 T₁₅는, 상기 각 볼(17) 직경 Da의 20% 이상, 바람직하게는 20 내지 40%{T₁₅= (0.2 내지0.4) Da}로 한다. 상기 도피 홈(20a)을 형성하는 경우에 상기 두께 T₁₅는, 이 도피 홈(20a)의 저부와 상기 외륜(15)의 외주면간의 거리를 말한다. 이 두께 T₁₅를 상기 범위로 규제하는 것에 의해, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 외경이 커지는 것을 방지하여, 상기 외륜(15)을 포함한 레이디얼 볼 베어링(14)의 대형화를 억제하면서, 이 외륜(15)의 강도 확보를 도모할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 내륜 궤도(19) 및 외륜 궤도(18)의 홈 깊이를, 상기 각 볼(17)의 직경 Da의 18% 이상으로 한다. 또한, 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)의 내륜 궤도(19) 및 외륜 궤도(18)의 홈 깊이는, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 곡률 반경 Ri(Ro)을 갖는 곡선의 저부로부터 상기 내륜 궤도(19) 및 외륜 궤도(18)의 연부(緣部)까지(연부에 모따기가 존재하는 경우에는 그 모따기 부분까지)의 거리 H를 말한다. 이러한 홈 깊이 H를 상기 각 볼(17)의 직경 Da의 18% 이상으로 하면, 상기 각 볼(17)의 전동면이 상기 내륜 궤도(19) 및 외륜 궤도(18)의 단부 가장자리로 올라가는 것을 방지하여, 이 전동면에 과대한 면압이 가해지는 것을 방지함으로써, 이 전동면의 구름 피로 수명을 확보하여, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 내구성 향상을 도모할 수 있다. 이 이유에 관하여는, 도 3 내지 4에서설명한다.

상기 각 볼(17)의 전동면과 상기 내륜 궤도(19) 및 외륜 궤도(18)의 접촉부에는 주지의 접촉 타원(33)이, 이들 각 궤도(19, 18)마다 좌우(좌우방향은 도 3에 의한) 1대씩 존재하지만, 이들 각 접촉 타원(33)의 크기는, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)에 가해지는 레이디얼 하중이나 모멘트 하중의 크기에 의해서 변화된다. 그리고, 모멘트 하중이 가해지는 경우에는, 상기 좌우 1대의 접촉 타원(33)끼리의 크기가 서로 다르다.

아무튼, 이러한 접촉 타원(33) 전체가 상기 내륜 궤도(19) 및 외륜 궤도(18)부분에 존재하면, 상기 각 볼(17)의 전동면에 과대한 면압이 가해지는 일은 없지만, 모멘트 하중에 따라 어떠한 접촉 타원(33)이 상기 내륜 궤도(19) 또는 외륜 궤도(18)로부터 벗어나면(엄밀히 말해서, 벗어나는 경우에는 접촉 타원을 구성하지 않지만, 설명의 간략화를 위해 접촉부가 단부 가장자리에까지 도달한 경우에도 접촉 타원의 단어를 사용한다), 당해 전동면에, 에지 로드에 근거한 과대한 면압이 작용한다.

따라서, 상기 각 볼(17)의 전동면의 구름 피로 수명을 확보하여, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 내구성을 확보하기 위해서는, 상기 접촉 타원(33)이 상기 내륜 궤도(19) 및 외륜 궤도(18)로부터 벗어나지 않도록, 바꿔 말하면 접촉 타원(33)이 이들 각 궤도(19, 18)의 단부 가장자리에까지 도달하지 않도록 해야 한다.

그래서, 본 발명자는, 모멘트 하중을 받으면서 운전되는 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)에 관한, 유효 레이디얼 간극과 접촉 타원(33)의 높이간의 관계를 구하기 위한 실험을 했다. 실험은, 상술한 도 2에 의해 설명한 사양을 이용하여, 피치원 직경 Dp가 43.5 mm인 레이디얼 볼 베어링(14)에, 1000N의 레이디얼 하중을 8.7 mm의 오프셋량(도 1의 δ = 8.7 mm, δ/Dp = 0.2 = 20%)으로 가하여, 상기 유효 레이디얼 간극의 변동에 따른 상기 접촉 타원(33, 33)의 높이 변화를 구했다.

또한, 접촉 타원(33)은, 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)를 구성하는 각 볼(17)마다 4점씩 존재하지만, 이 중에서 가장 궤도 연부의 근처에 도달한 접촉 타원(33)의 단부 가장자리의 높이 h를, 당해 레이디얼 볼 베어링(14)의 접촉 타원(33)의 높이로 했다. 그리고, 이 높이 h의 상기 각 볼(17)의 직경 Da에 대한 비율(h/Da)과 상기 유효 레이디얼 간극간의 관계를 구했다.

이 결과를 도 4에 나타낸다. 한편, 본 발명의 대상이 되는 컴프레서용 풀리의 회전지지장치에 내장한 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)은 -40℃ 내지 160℃ 정도의 온도 환경 하에서 사용되지만, 이 경우에 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 유효 레이디얼 간극은 -0.010mm(부의 간극) 내지 0.020mm(정의 간극)이다. 그리고, 이 범위 내에서는 유효 레이디얼 간극이 가장 크기 때문에 상기 접촉 타원(33)의 높이 h가 가장 크며, 이 유효 레이디얼 간극이 0.020mm인 경우에, 접촉 타원(33)의 높이 h의 상기 각 볼(17)의 직경 Da에 대한 비율은 18%이다.

그 결과, 상술한 (1)과 같이, 상기 내륜 궤도(19) 및 외륜 궤도(18)의 홈 깊이 H를, 상기 각 볼(17)의 직경의 18% 이상 확보하면, 이들 각 볼(17)의 전동면이 상기 내륜 궤도(19) 및 외륜 궤도(18)의 단부 가장자리로 올라가는 것을 방지할 수있다. 이러한 이동을 방지하면, 상기 각 볼(17)의 전동면에 과대한 면압이 가해지는 것을 방지하여, 이 전동면의 구름 피로 수명을 확보해서, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 내구성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 상기 홈 깊이 H의 상기 각 볼(17)의 직경 Da에 대한 비율(H/Da)의 최대치는, 상기 내륜 궤도(19)와 외륜 궤도(18) 사이로의 볼(17)의 조립 등의 조립작업을 고려하여, 40% 이하로 한다.

이와 같이, 내륜 궤도(19) 및 외륜 궤도(18)의 홈 깊이 H를 각 볼(17)의 직경의 18% 이상 확보하여 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)의 내구성 향상을 도모하는 기술은, 컴프레서용 풀리의 회전지지장치를 대상으로 한 본 발명과 조합시킨 경우는 물론, 다른 용도로 실시한 경우에도 유용하다.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 외륜(15)의 양단부 내주면에 형성한 결합홈(21)에는 각기 시일 링(seal ring: 22)의 외주연부가 고정되어 있다. 이들 각 시일 링(22)은, 각각 금속 코어(23)에 의해 탄성재(24)를 보강하여 이루어지는 것으로, 이 탄성재(24)의 외주 가장자리를 상기 각 결합홈(21)에 탄성적으로 결합시키고 있다. 이 상태에서, 이 탄성재(24)의 내주 연부에 마련한 시일 립(25)의 선단 가장자리를, 상기 내륜(16)의 일부에, 전체 둘레에 걸쳐 미끄럼 접촉시켜서, 상기 각 볼(17)을 설치한 내부 공간(26)의 양단 개구부를 밀폐하고 있다. 또한, 상기 각 시일 링(22)을 구성하는 상기 탄성재(24)로서 바람직하게는 니트릴 고무 또는 아크릴 고무를 사용한다.

그리고, 이렇게 하여 외부공간과 차폐시킨 상기 내부공간(26) 내에, 상술한 (2)에 기재한 바와 같이, 에테르계이고 40℃ 분위기 내에서의 점도가 7O 내지90mm²/s(cst), 더욱 바람직하게는 77 내지 82mm²/s인 그리스(도시생략)을 봉입하고 있다. 이 그리스는, 기유가 에테르계인 합성유이며, 증장제가 디우레아 등의 우레아이고, 첨가제로서 적어도 Ba와 Zn과 ZnDTC[극압 첨가제인 징크 디티오카바메이트(Zinc Dithiocarbamate)]를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 그리스는, 상기 각 볼(17)의 전동면과 상기 각 궤도(18, 19)의 구름 접촉부에 양호한 유막을 형성하여, 이들 각 궤도(18, 19)의 구름 피로 수명의 확보에 기여한다. 즉, 오프셋 하중이 큰 조건 하에서 운전되는 것 등에 의해, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 내부 발열이 현저해지면, 상기 내부공간(26)에 봉입한 그리스의 수명이 열(熱) 열화에 따라서 단축된다. 상술한 바와 같은 조성을 갖는 그리스는 뛰어난 내열성을 갖기 때문에 상기 내부공간(26) 내의 온도 상승에 의한 수명저하는 약간만 일어나게 되므로, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 내구성 향상에 기여할 수 있다. 또한, 상기 내부공간(26) 내에 봉입하는 그리스로서는, 상술한 조성을 갖는 것 외에도, 에스테르계, 폴리 α올레핀계의 합성유를 기유로 한 것도 바람직하게 사용할 수 있다.

또한, 본 예의 경우에는, 상기 각 볼(17)을, 관형의 보유기(27)에 의해, 전동가능하게 보유하고 있다. 이 보유기(27)는, 보강재로서의 유리섬유를 5 내지 35중량%(바람직하게는 1O 내지 25중량%) 함유한 폴리아미드 수지, 폴리페닐렌 술퍼이드 수지 등의 합성 수지를 사출 성형하는 것에 의해 일체로 제조하고 있다. 이러한 보유기(27)의 저부, 즉 원환상의 림부(28)중에 가장 얇게 된, 포켓(29)의 내부에 대응하는 부분의 축방향에 관한 두께 T₂₈를, 상기 각 볼(17)의 직경 Da의 10 내지 40%{T₂₈=(0.1 내지 0.4)Da}로 하고 있다. 상기 보유기(27)의 제원을 이렇게 규제하는 것에 의해, 이 보유기(27)의 축방향 치수의 증대를 억제하면서, 이 보유기(27)의 강도를 확보하여, 상기 종동 풀리(4)의 고속 회전시에 가해지는 원심력에 상관없이, 이 보유기(27)의 탄성변형을 실용상 문제가 없는 정도로 억제하도록 하고 있다.

또한 바람직하게는, 상기 보유기(27)의 원주방향(도 1 내지 2의 표리방향)에 관한 상기 각 포켓(29)의 내부 치수를, 상기 각 볼(17)의 직경 Da의 1.03배 이상으로 한다. 이렇게 상기 보유기(27)의 각 포켓(29)의 내부 치수를 확보하면, 이들 각 포켓(29)내에 보유한 볼(l7)이 이들 각 포켓(29)의 내면을 강하고 압박하는 것을 방지하여, 상기 보유기(27)의 손상을 방지함으로써, 이 보유기(27)를 포함한 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 내구성 향상을 도모할 수 있다. 이 이유에 관하여 도 5를 참조하면서 설명한다.

상기 보유기(27)는 상기 각 볼(17)의 공전에 따라 회전하지만, 이들 각 볼(17)의 공전 속도는 상기 외륜 궤도(18) 및 내륜 궤도(19)간의 접촉각의 영향을 받는다. 또한, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)이 모멘트 하중을 받은 상태로 회전하는 경우에 상기 각 볼(17)의 접촉각은 상기 외륜 궤도(18) 및 내륜 궤도(l9)의 원주방향에 관해서 미묘하게 변화된다.

이 결과, 상기 각 볼(17)의 공전속도는 이 원주방향에 관해서 동일하지 않다. 바꿔 말하면, 원주방향으로의 위상에 의해서, 미묘하게 빨라지거나 늦어진다. 그 결과, 상기 각 볼(17)의 원주방향 위치는, 이들 각 볼(17)의 공전운동이 균일하게(원주방향에 관해서 공전속도가 변화되지 않고) 행하여졌다고 가정한 경우의 위치(이하「정규위치」라 함)에 비하여 미묘하게 변화된다.

도 5는, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)이 모멘트 하중을 받은 상태로 회전하는 경우에 있어서 상기 각 볼(17)의 정규위치로부터의 어긋남을, 이들 각 볼(17)의 직경 Da에 대한 비율로 나타내고 있다. 이 도 5의 횡축은 원주방향 위치를 각도로 나타내고, 종축은 상기 각 볼의 직경 Da 에 대한 상기 정규위치로부터의 어긋남의 크기의 비율을 %로 나타내고 있다.

이러한 도 5로부터 분명한 바와 같이, 상기 각 볼(l7)은 1 공전의 사이에, 대충 ±1.7%, 정규위치를 중심으로 회전방향에 관해서 전후로 이동한다. 이 결과, 상기 각 볼(17)의 전동면과 상기 각 포켓(29)의 내면이 근접하고 있으면, 공전 속도가 빠른 볼(17)은 공전 방향에 관해서 포켓(29)의 전측 내면을 압박하고, 마찬가지로 공전속도가 느린 볼(17)은 후측 내면을 압박한다. 이 결과, 원주방향에 인접하는 포켓(29) 끼리의 사이에 존재하는 탭부(32)(도 2)에, 큰 힘이 원주방향으로 교대로 작용해서, 이 탭부(32)를 포함한 상기 보유기(27)의 내구성이 훼손된다.

이에 반해서, 전술한 바와 같이 상기 보유기(27)의 원주방향에 관한 상기 각 포켓(29)의 내부 치수를, 상기 각 볼(17)의 직경 Da의 1.03배 이상으로 하면, 이들 각 포켓(29)내에 보유한 볼(17)이 이들 각 포켓(29)의 내면을 강하고 압박하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 내부 치수가 상기 직경 Da의 1.03배인 경우에는,상기 각 볼(17)의 전동면이 상기 각 포켓(29)의 내면을 압박할 가능성이 있지만, 그 양은 극히 작아서, 상기 탭부(32)의 무리 없는 탄성변형에 의해 충분히 흡수할 수 있다. 게다가, 상기 내부 치수를 상기 직경 Da의 1.035배 이상으로 하면, 상기 각 볼(17)의 전동면이 상기 각 포켓(29)의 내면을 압박하는 것을 충분히 방지할 수 있다.

또한, 상기 보유기(27)의 원주방향에 관해서, 상기 각 포켓(29)의 내부 치수를 크게 하기 위해서는, 이들 각 포켓(29)의 내경 전체를 크게 할 수도 있고, 또 이들 각 포켓(29)의 형상을 원주방향으로 길다란 타원모양으로 하는 것에 의해서 대응할 수도 있다.

어쨌든, 상기 원주방향에 관한 내부 치수의 최대치는, 상기 보유기(27) 전체의 강도를 고려하여 상기 직경 Da와의 관계로 규제한다. 일반적으로는, 상기 내부 치수의 최대치를 이 직경 Da의 1.1배 이하, 바람직하게는 1.05배 이하로 규제한다.

또한, 이렇게 상기 각 포켓(29)의 원주방향에 관한 내부 치수를 크게 하여 보유기의 내구성 향상을 도모하는 기술은, 도시한 바와 같은 관형의 보유기에 한정되지 않으며, 축방향 양단부에 림부를 갖는, 베어링 보유기에도 적용할 수 있다. 게다가, 컴프레서용 풀리의 회전지지장치를 대상으로 하는 본 발명과 조합시키는 경우는 물론, 다른 용도로 실시한 경우에도 유용하다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 상기 레이디얼 볼 베어링(14)은, 도 1에 도시한 바와 같이 상기 종동 풀리(4)의 내주면과 상기 케이싱(2)의 지지통부(3)의 사이에 부착되어, 본 발명의 컴프레서용 풀리의 회전지지장치를 구성한다. 이렇게 컴프레서용 풀리의 회전지지장치를 구성한 경우, 상기 종동 풀리(4)의 외주면에 설치된 무단 벨트(11)의 폭방향 중앙 위치(도 1의 쇄선 α)와, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 폭방향 중앙 위치[도 1의 쇄선 β로 나타낸, 볼(17)의 중심 위치]는, 도 1에 도시한 δ(오프셋량)분만 축방향(도 1의 좌우방향)으로 어긋난다. 본 발명의 컴프레서용 풀리의 회전지지장치의 경우에는, 상기 오프셋량 δ를, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 피치원 직경 Dp(도 2)의 40% 이하(0.4Dp ≥δ)로 하고 있다. 또한 바람직하게는, 상기 오프셋량 δ를, 상기 피치원 직경의 20% 이하(0.2Dp ≥δ),더욱 바람직하게는 10% 이하(0.lDp ≥δ)로 하여, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 내구성을 확보하도록 하고 있다.

이 점에 관하여, 본 발명자가 한 실험의 결과를 나타내는 도 6을 참조하면서 설명한다. 이 도 6은, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 중심[상기 각 볼(17)의 중심]에 대한 레이디얼 하중의 작용위치의 오프셋량 δ과, 이 레이디얼 볼 베어링(14)의 복수의 볼(17)의 피치원 직경 Dp간의 비가, 이 레이디얼 볼 베어링(14)의 수명에 미치는 영향을 알기 위하여 한 내구 실험의 결과를 나타내는 선도이다. 이 도 6에 있어서, 횡축은 상기 오프셋량 δ와 피치원 직경 Dp간의 비(%)를, 종축은 수명비(무차원수)를 각각 나타낸다.

또한, 이 종축에 표시된 수명비는 1이 실용상 필요로 되는 수명을 나타내는데, 이 수명비가 1 이상이면 실용상 견딜 수 있는 구조이며, 이 수명비가 1 미만이면 실용상 견딜 수 없는 구조이다. 또한, 이 수명비는 이하의 조건에서 내륜(16)을 고정하고, 외륜(15)을 회전시키는 상태로 상기 레이디얼 볼 베어링(14)을 운전하는 것에 의해 구했다.

회전수: 1OOOOrpm

온도: 상온

레이디얼 하중: 2254N

본 발명자는, 상기 오프셋량 δ를, 11.5% 내지 46%의 사이에서, 전부 5 변화시켜, 각각의 경우의 수명(내구성)을, 각각의 경우에 관한 복수개의 시료에 대하여 측정했다. 또한, 도 6의 파선 a에 있어서, 상기 5의 오프셋량 δ에 대응하는 부분으로 도시한 종방향의 선분은 상기 복수개의 시료에 대한 실험 결과의 격차의 범위를 나타내고, 이들 각 선분상의 검은 점은 이들 시료의 평균치를 나타낸다.

이러한 실험결과를 나타내는 도 6으로부터 명백한 바와 같이, 상기 오프셋량 δ를 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 피치원 직경 Dp의 40% 이하로 억제하면, 실용상 필요로 되는 수명을 확보하여 실용상 견딜 수 있는 구조를 실현할 수 있다.

이에 반하여, 상기 오프셋량 δ가 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 피치원 직경 Dp의 40%를 넘으면, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 내구성이 급격히 악화된다. 또, 상기 오프셋량 δ를 상기 피치원 직경의 20% 이하로 억제하면, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 수명을, 실용상 필요로 되는 값의 8배 이상 확보할 수 있다. 게다가, 상기 오프셋량 δ를 상기 피치원 직경의 10% 이하로 억제하면, 상기 레이디얼 볼 베어링(l4)의 수명을, 실용상 필요로 되는 값의 10배 정도 확보할 수 있다.

상술한 바와 같은 컴프레서용 풀리의 회전지지장치의 사용시에는, 상기 오프셋량 δ에 비례하는 모멘트 하중이, 상기 무단 벨트(11)의 장력에 근거하여, 상기종동 풀리(4)를 거쳐서 상기 레이디얼 볼 베어링(14)에 가해진다. 그리고, 이 레이디얼 볼 베어링(14)을 구성하는 외륜(15)의 중심축과 내륜(16)의 중심축이, 서로 불일치가 되는(경사지는) 경향으로 된다. 단, 본 발명의 경우에는, 이러한 경우에도, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 회전 저항의 증대를 억제하면서, 이 레이디얼 볼 베어링(14)을 구성하는 외륜(15)의 중심축과 내륜(16)의 중심축이 어긋나는 것을 억제할 수 있다.

즉, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)이 단품일 때의 레이디얼 간극을, 이 레이디얼 볼 베어링(14)의 피치원 직경 Dp의 0.2% 이하, 또는 상기 각 볼(17)의 직경 Da의 1.5% 이하로 억제하고 있기 때문에, 상기 양 중심축끼리가 어긋나기 어렵다. 더구나, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)에 대한 상기 무단 벨트(11)의 권취 위치의 오프셋량 δ를, 상기 피치원 직경 Dp의 40% 이하, 더욱 바람직하게는 20%, 10% 이하로 억제하고 있기 때문에, 상기 종동 풀리(4)를 거쳐서 상기 외륜(15)에 가해지는 모멘트 하중을 작게 억제할 수 있다.

이것에 의해, 이들 종동 풀리(4) 및 외륜(15)의 상기 내륜(16)에 대한 경사를 억제하여, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 구름 접촉 부분에 과대한 면압이 작용하는 것을 방지함으로써, 이 레이디얼 볼 베어링(14)의 내구성 확보를 도모할 수 있다. 또한, 상기 종동 풀리(4)에 설치된 상기 무단 벨트(11)의 편마모를 억제하여, 이 무단 벨트(11)의 내구성 확보도 도모할 수 있다.

또한, 상기 양 중심축 끼리의 어긋남이 방지되도록, 이 어긋남의 발생에 결부된 상기 모멘트 하중을 없애기 위해서는, 상기 오프셋량 δ를 제로로 하는, 즉상기 종동 풀리(4)의 외주면의 무단 벨트(11)의 설치 위치의 축방향 중심 위치 α를, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 축방향 중심 위치 β에 일치시키는 것을 고려할 수 있다.

단, 이렇게 하면, 상기 각 볼(17)의 전동면과 상기 외륜 궤도(18) 및 내륜 궤도(19)간의 접촉점에서의 미끄러짐에 근거하는 마모나 발열이 커지기 쉽다. 즉, 상기 모멘트 하중이 없어지도록 상기 오프셋량 δ를 제로로 하면, 상기 각 볼(l7)의 전동면과 상기 외륜 궤도(18) 및 내륜 궤도(19)의 사이에 이들 각 볼(17)마다 2점씩, 합계 4점 존재하는 접촉점의 면압이 축방향 양쪽에서 거의 같아진다. 이 상태로 상기 종동 풀리(4)가 회전하면, 상기 각 접촉점에서의 미끄러짐이 커지기 쉬워서, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 발열이 커지기 쉽다. 그리고, 이 발열 등에 따라, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 구름 피로 수명이 저하할 가능성이 있다.

그래서 본 발명을 실시하는 경우에는, 이러한 사정을 고려하여, 상기 오프셋량 δ의 최소치를 1mm 이상(d ≥mm)으로 하여도 좋다. 이 오프셋량 δ의 최소치를 1mm 이상으로 하는 것에 의해, 축방향 양쪽의 접촉점의 면압에 차이를 두고, 상기 각 접촉점에서 큰 미끄러짐이 발생하는 것을 방지하여, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 구름 피로 수명을 보다 길게 할 수 있다.

또한, 이상의 설명은, 볼(17)의 전동면이 외륜 궤도(18)와 내륜 궤도(19)에 각각 2점씩, 합계 4점에서 접촉하는 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)에 관한 실시형태 및 실험결과에 대한 것이지만, 상술한 도 10에 도시한 것과 같은, 볼(17)의 전동면과 내륜 궤도(19)가 1점에서 접촉하고, 이 볼(17)의 전동면과 외륜궤도(18)가 2점에서 접촉하는 3점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)의 경우에도, 동일하게 구성하여 동일한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명자는, 이러한 3점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)에 관해서도, 오프셋량과 수명비간의 관계를 구했다. 그 실험의 결과를, 상기 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)의 경우와 합쳐서 상기 도 6에 나타낸다. 이 도 6의 실선 b에 있어서, 상기 5의 오프셋량 δ에 대응하는 부분으로 나타낸 종방향의 선분은, 3점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)에 관한 복수개의 시료에 관한 실험결과의 격차의 범위를 나타내고, 이들 각 선분상의 흰 점은 이들 시료의 평균치를 나타낸다.

이러한 실험결과를 나타내는 도 6으로부터 분명한 바와 같이, 3점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)에 관해서도, 상기 오프셋량 δ를 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 피치원 직경 Dp의 40% 이하로 억제하면, 실용상 필요로 되는 수명을 확보하여 실용에 견딜 수 있는 구조를 실현할 수 있다. 이에 반하여, 상기 오프셋량 δ가 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 피치원 직경 Dp의 40%를 넘으면, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 내구성이 급격히 악화된다. 또한, 상기 오프셋량 δ를 상기 피치원 직경의 20% 이하로 억제하면, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 수명을, 실용상 필요로 되는 값의 12배 이상 확보할 수 있다. 게다가, 상기 오프셋량 δ를 상기 피치원 직경의 10% 이하로 억제하면, 상기 레이디얼 볼 베어링(14)의 수명을 실용상 필요로 되는 값의 13배 정도 확보할 수 있다. 이러한 도 6으로부터 분명한 바와 같이, 레이디얼 볼 베어링의 수명을 비교한 경우에는, 3점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)의 수명이 4점 접촉형의 볼 베어링(14)의 수명보다 길다.

단, 이들 각 볼 베어링(14)에 의해 지지한 종동 풀리에 모멘트 하중이 가해진 경우의 이 종동 풀리의 경사각도에 관해서는, 3점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)에 의해 지지된 종동 풀리의 경사각도가, 4점 접촉형의 볼 베어링(14)에 의해 지지된 종동 풀리의 경사각도보다 크다. 따라서, 3점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)에 의해 지지된 종동 풀리에 설치되는 무단 벨트의 수명이, 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링(14)에 의해 지지된 종동 풀리에 설치되는 무단 벨트의 수명보다도 짧다. 이 때문에, 실제로의 경우에는, 용도 등에 따라, 레이디얼 볼 베어링(14)의 수명과 무단 벨트의 수명간의 밸런스를 감안하여, 3점 접촉형, 4점 접촉형의, 어떤 형의 레이디얼 볼 베어링(14)을 사용할 지를 선택한다.

게다가, 이상의 설명은, 풀리 및 회전축과 결합 및 이탈하기 위한 전자 클러치를 마련한 구조에 본 발명을 적용한 경우에 대한 것이었지만, 본 발명은, 풀리로부터 회전축으로의 회전력의 전달을 가능하게 한 구조이면, 전자 클러치를 마련하지 않는 구조에도 적용할 수 있다. 즉, 예컨대 일본 특허공개 제99-210619호 공보, 혹은 실용신안 공개 제 1989-27482호 공보에 기재된 것과 같은, 경사판식 가변용량형 컴프레서의 경우에는, 경사판의 경사각도를 극히 작게 (추가로 경사각도를 제로로) 하는 것에 의해, 컴프레서의 회전축의 회전토크를 극히 작게 할 수 있다.

이러한 구조의 경우에는, 도 11에 도시한 바와 같이, 케이싱(2)의 단부에 형성된 지지통부(3)의 주위에 구름 베어링(30)을 거쳐 회전가능하게 지지한 종동 풀리(4)와 회전축(1)을, 토크 튜브로써 기능하는 완충재(31)를 거쳐서, 과대한 토크가 가해지지 않는 한 회전력이 전달가능하게 결합하게 하여, 전자 클러치를 마련하지 않는 경우도 있다.

이러한 구조에서, 상기 구름 베어링(30)으로서, 도시한 바와 같이 단열의 3점 접촉형 또는 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링을 사용하고, 이 구름 베어링(30)과 상기 종동 풀리(4)간의 위치관계를 상술한 도 1에 도시한 것과 같이 규제하면, 본 발명의 작용·효과를 얻을 수 있다. 이러한 구조도 본 발명의 대상이 된다. 이러한 구조에 본 발명을 적용하는 경우에는, 3점 접촉형 또는 4점 접촉형이 되는 상기 구름 베어링(30)의 각 부의 수단, 및 이 구름 베어링(30)과 상기 풀리(4)간의 위치관계에 관하여, 상술한 도 1 내지 도 2에 도시한 것과 동일하게 한다.

또한, 상기 레이디얼 볼 베어링(14) 혹은 상기 구름 베어링(30)의 내륜(16)과 외륜(15)과 볼(17)(도 1, 2, 10 참조)중 적어도 1종의 부재가, 탄소강, 베어링강, 스테인리스 스틸 등의 철계 금속제인 경우에는, 이들 각 부재(16, 15, 17)중 적어도 1종의 부재에, 질화 처리와 치수안정화 처리중 적어도 하나의 처리를 실시하는 것이, 상기 레이디얼 볼 베어링(14) 혹은 상기 구름 베어링(30)의 내구성을 확보하는 면에서 바람직하다.

즉, 단열의 볼 베어링인 이들 레이디얼 볼 베어링(14) 혹은 상기 구름 베어링(30)을, 오프셋 하중을 가한 상태로 운전하면, 상기 각 볼(17)의 전동면과 상기 내륜 궤도(19) 및 외륜 궤도(18)의 접촉부의 면압이 높아진다. 이 면압에 근거하는 탄성변형이 커지면, 당해 부재의 구름 피로 수명이 저하하여 상기 레이디얼 볼 베어링(14) 혹은 상기 구름 베어링(30)의 내구성이 저하하기 때문에, 상기 질화 처리에 의해 당해 부재의 표면 경도를 높게 하여, 상기 탄성변형을 억제하는 동시에마모방지도 도모한다.

또한, 상기 오프셋 하중을 받은 상태에서의 운전시에는 발열량이 많아지고, 이 발열에 따라 상기 레이디얼 볼 베어링(14) 혹은 상기 구름 베어링(30)의 구성 각 부재의 치수가 변화되어 쉽기 때문에, 상기 치수안정화 처리에 의해, 상기 발열에도 불구하고 치수변화를 억제한다.

이중 질화처리는, C, N의 고용(固溶)에 의해 표면층을 경화시키는 것이며, 처리 후에는 표면의 경도가 높아진다. 따라서, 질화 처리를 실시하면, 상기 내륜(16) 및 외륜(15)과 상기 각 볼(17)의 표면에, 경도가 높은 질화 처리층이 존재하는 상태로 된다. 또한, 상기 내륜(16) 및 외륜(l5)에 관해서는, 상기 내륜 궤도(19) 혹은 외륜 궤도(18) 부분에 질화처리층이 존재하면, 다른 부분에 존재할 필요가 없다.

단지, 이들 내륜 궤도(19) 혹은 외륜 궤도(18) 부분에만 질화 처리층을 형성하는 작업은 번거롭기 때문에, 실제의 경우에는 상기 내륜(16) 및 외륜(15)의 표면 전체에 질화 처리층을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 면압에 근거하는 탄성변형은, 상기 내륜(16)과 외륜(15) 혹은 볼(17)의 경우에 동일하게 발생하지 않으며, 형상 및 재질에 따라 생기는 정도가 다르다. 예컨대, 재질이 동일하다면, 외륜 궤도(18) 및 내륜 궤도(19)가 탄성변형하기 쉬운데 반하여, 볼(17)의 전동면은 탄성변형하기 어렵다. 따라서, 상기 질화 처리는 전체의 부재에 실시하는 것이 바람직하지만, 재질이나 치수·형상 등에 따라서 상기 내륜(16) 및 외륜(15)과 같이 일부의 부재에만 실시하여도 좋다.

또한, 상기 치수안정화 처리는 잔류 오스테나이트량 γR의 저감을 목적으로 한 열처리이며, 예컨대 상기 내륜(16)과 외륜(15)을 만들기 위한 소재를 서서히 냉각하는 것에 의해, 상기 처리 후의 잔류 오스테나이트량 γR를 6% 용량 이하로 하는 것이다. 이러한 치수안정화 처리를 실시하는 것에 의해, 상기 레이디얼 볼 베어링(14) 혹은 상기 구름 베어링(30)의 구성 각 부재의 온도가 상승하더라도, 이들 각 부재의 치수·형상이 정규의 것으로부터 크게 어긋나는 것을 방지하여, 상기 레이디얼 볼 베어링(14) 혹은 상기 구름 베어링(30)의 제원이 정규의 것으로부터 어긋나는 것을 방지함으로써, 이들 각 베어링(14, 30)의 내구성 향상을 도모할 수 있다.

또한, 이러한 질화처리 혹은 치수안정화 처리에 관해서도, 컴프레서용 풀리의 회전지지장치를 대상으로 한 본 발명과 조합시킨 경우는 물론, 다른 용도로 실시한 경우에도 유용하다.

게다가, 도시는 생략하지만, 레이디얼 볼 베어링의 단면 형상의 폭 치수를, 동일하게 직경방향의 높이 치수의 1.3배 이상으로 하면, 이 레이디얼 볼 베어링의 내부공간의 용적을 크게 하여, 이 내부공간 내에 봉입가능한 그리스의 량을 크게 할 수 있다. 그 결과로서, 이 그리스의 내구 수명을 길게 하여, 상기 레이디얼 볼 베어링의 내구성 향상을 도모할 수 있다. 이러한 단면형상의 폭 치수를 크게 하는 기술에 관해서도, 콤프레서용 풀리의 회전지지장치를 대상으로 한 본 발명과 조합시킨 경우는 물론, 다른 용도로 실시한 경우에도 유용하다.

본 발명의 컴프레서용 풀리의 회전지지장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 축방향 치수를 크게 하는 일 없이, 허용 모멘트 하중을 확보하고, 또 운전시에 발생하는 발열이나 마모를 억제하는 것이 가능하다. 이 때문, 상기 컴프레서용 풀리의 회전지지장치에 내장한 구름 베어링 및 이 구름 베어링에 지지된 풀리에 설치된 무단 벨트의 수명 연장을 도모할 수 있는 등, 자동차 공기조화장치의 컴프레서 등, 각종 기계장치의 소형화 및 고성능화에 기여할 수 있다.

Claims

컴프레서의 회전축과, 이 회전축의 주위에 마련된 고정형의 지지 부분과, 이 고정형의 지지부분에 지지된 구름 베어링와, 이 구름 베어링에 의해 상기 지지부분의 주위에 회전가능하게 지지된, 무단 벨트를 설치하기 위한 풀리를 구비하고, 상기 구름 베어링은, 외주면에 볼의 전동면과 1점 또는 2점에서 접촉하는 형상의 내륜 궤도를 갖는 내륜과, 내주면에 볼의 전동면과 1점 또는 2점에서 접촉하는 형상의 외륜 궤도를 갖는 외륜과, 이들 내륜 궤도와 외륜 궤도의 사이에 전동 가능하게 마련된 복수개의 볼을 구비하여, 이들 내륜 궤도와 외륜 궤도중 적어도 하나의 궤도와 이들 각 볼의 전동면이 각기 2점씩 접촉하는, 단열의 3점 또는 4점 접촉형의 레이디얼 볼 베어링인 컴프레서용 풀리의 회전지지장치에 있어서,

상기 풀리의 외주면에 접촉하는 상기 무단 벨트의 중앙부와 상기 레이디얼 볼 베어링의 중심간의 축방향 거리를, 이 레이디얼 볼 베어링의 피치원 직경의 40% 이하로 한 것을 특징으로 하는 컴프레서용 풀리의 회전지지장치.