JP2004138227A

JP2004138227A - 偏心スラスト軸受

Info

Publication number: JP2004138227A
Application number: JP2002305947A
Authority: JP
Inventors: Masao Goto; 後藤　将夫; Takashi Sada; 佐田　隆
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-10-21
Filing date: 2002-10-21
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】構造が簡素で、旋回軸方向に薄く、しかも十分な負荷容量を有する偏心スラスト軸受を提供する。
【解決手段】固定側レース８と可動側レース９の両軌道面８ａ，９ａ間に多数の玉１０を面状にランダム配置し、固定側レース８に対して可動側レース９を偏心旋回運動させる。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばスクロール圧縮機において偏心旋回運動する旋回部材を、固定部材上に支持するための偏心スラスト軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクロール圧縮機等において偏心旋回運動する旋回スクロール部材を、固定部材上に支持するために、偏心スラスト軸受が使用されている。このような偏心スラスト軸受には、転動体として玉を使用したもの（例えば、特許文献１参照。）や、中間レースを介してころを２段重ねで使用したもの（例えば、特許文献２参照。）がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−７３９６７号公報（第３〜５頁、図２，図７，図１１）
【特許文献２】
特開２００１−７３９６８号公報（第３〜４頁、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の偏心スラスト軸受において、玉を使用したものは、全体的な構造は比較的簡素であるが負荷容量が十分ではない。また、構造は比較的簡素とはいっても、玉を入れる円弧状のガイド孔を備えた保持器を製作しなければならない点では面倒である。一方、ころを使用したものは、負荷容量は大きいが旋回軸方向に分厚く、複雑な構造である。このように、従来の偏心スラスト軸受は、構造の簡素さと、旋回軸方向の薄さと、十分な負荷容量とをすべて備えることはできなかった。
【０００５】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、構造が簡素で、旋回軸方向に薄く、しかも十分な負荷容量を有する偏心スラスト軸受を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の偏心スラスト軸受は、軌道面を有する固定側レースと、軌道面を有し、この軌道面を前記固定側レースの軌道面と対向させて配置され、前記固定側レースに対して偏心旋回運動する可動側レースと、前記両軌道面間に保持され、各軌道面に沿って面状にランダム配置された複数の転動体とを備えたものである（請求項１）。
上記のように構成された偏心スラスト軸受は、両軌道面間に転動体を保持するだけの簡素な構造である。また、転動体を、いずれかの方向へ整列配置するのではなく、面状にランダム配置する構成としたので、転動体を整列させるための溝が不要となる。しかも、多数の小さな転動体を面状に密集配置することにより、旋回軸方向に薄く構成されるとともに、十分な負荷容量が確保される。
【０００７】
また、上記偏心スラスト軸受（請求項１）において、転動体は玉であり、軌道面間に詰め込むことができる最大数より少ない数の玉が相互に近接した状態で配置されていてもよい（請求項２）。
この場合、玉と玉の間に隙間ができることにより、個々の玉が円滑に転動し得る。
【０００８】
また、上記偏心スラスト軸受（請求項１）において、旋回軸に対する径方向における転動体の移動可能範囲を画定して脱落を防止する脱落防止部が設けられていてもよい（請求項３）。
この場合、脱落防止部によって、転動体の移動は、一定の移動可能範囲に規制される。
【０００９】
また、上記偏心スラスト軸受（請求項３）において、脱落防止部は、固定側レース及び可動側レースの少なくとも一方から他方側へ旋回軸方向に突設した周壁状部であってもよい（請求項４）。
この場合、周壁状部によって、転動体の、旋回軸に対する径方向への移動可能範囲が画定される。
【００１０】
また、上記偏心スラスト軸受（請求項１）において、転動体が存在する両軌道面間の空間は、周方向に連続した一つの空間であってもよい（請求項５）。
この場合、転動体の配置に配慮する必要が無く、装着が極めて容易である。
【００１１】
また、上記偏心スラスト軸受（請求項１）において、複数の転動体を輪帯状の固体物に転動可能に埋め込んでもよい（請求項６）。
この場合、複数の転動体の相対的位置関係が固体物により固定される。従って、転動体同士の接触を回避することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の偏心スラスト軸受の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による偏心スラスト軸受を使用したスクロール圧縮機の主要部を示す断面図である。
図１において、スクロール圧縮機１は、固定部材であるハウジング２と、このハウジング２の上部に設けられた固定スクロール部材３と、上記ハウジング２の軸孔２ａ内に配置され、図の下端部がモータの出力軸（図示せず）に連結された回転軸４と、ラジアル軸受６を介して回転軸４の上端部４ｂに連結された旋回部材としての旋回スクロール部材５とを備えている。上記回転軸４は図示のようにクランク状に形成されており、その主軸部４ａの旋回軸Ａに対して上端部４ｂは偏心している。従って、主軸部４ａが旋回軸Ａを中心に回転すると、旋回スクロール部材５は偏心旋回運動をする。偏心スラスト軸受７は、偏心旋回運動する旋回スクロール部材５を、ハウジング２上に支持している。
【００１３】
上記旋回スクロール部材５の上面５ａには渦巻状の隔壁（旋回スクロール）５ｓが形成されており、この隔壁５ｓは、固定スクロール部材３の内面に同様に形成された渦巻状の隔壁（固定スクロール）３ｓと交互に入れ合う関係となる。これによって、冷媒を圧縮する圧縮室Ｐが固定スクロール部材３の内面３ａと旋回スクロール部材５の上面５ａとの間に形成され、旋回スクロール部材５の偏心旋回運動により、圧縮室Ｐが渦巻の中央側に追い込まれつつ、その容積が減少し、冷媒を圧縮するように構成されている。なお、圧縮された冷媒は最終的に、固定スクロール部材３の中央に設けられた吐出口３ｂから吐出される。
【００１４】
次に、上記偏心スラスト軸受７の構造について詳細に説明する。図２は、偏心スラスト軸受７の平面図（左上部分のみ切裁。）である。
図において、偏心スラスト軸受７は、ハウジング２（図１）に固定される環状の固定側レース８と、旋回スクロール部材５（図１）に固定され、固定側レース８に対して偏心旋回運動する環状の可動側レース９と、転動体としての多数の玉１０と、固定側レース８及び可動側レース９を互いに保持する複数（本例では４本）の保持ピン１１とを備えている。
【００１５】
図３の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図２におけるＡ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図である。図３の（ａ）に示すように、固定側レース８は断面形状が平底の皿状であり、底は軌道面８ａである。また、軌道面８ａに対して垂直に突設されている内外の周壁状部８ｂは、玉１０が旋回軸に対する径方向に脱落するのを確実に防止する役目を果たしている。一方、可動側レース９は、断面が平板状で、固定側レース８の軌道面８ａと対向する下面が軌道面９ａとなっている。
【００１６】
多数の玉１０は、両軌道面８ａ，９ａと内外の周壁状部８ｂとによって囲まれる空間（周方向に連続した一空間）に詰め込まれ、両軌道面８ａ，９ａ間に挟持されている。ここで、玉１０は溝等に導かれて並ぶのではなく、任意に不規則に詰め込まれている。但し、玉１０の身動きがとれないような又は旋回時に両軌道面８ａ，９ａとすべり接触するような詰め方ではなく、詰め込み得る最大数より少ない数が詰め込まれて、相互に隙間ができ得る状態で近接している。こうして、多数の玉１０は、両軌道面８ａ，９ａ間に保持され、軌道面８ａ，９ａに沿って面状にランダム配置されている。面状に拡がって多数点在する玉１０は全体として、スラスト荷重に対する負荷容量を十分に確保することができる。また、その反面、個々の玉１０に要求される負荷容量は小さい。その結果、玉１０を線状に単列又は複列配置する場合等と比較して、比較的小径な玉（例えば２〜３ｍｍ）を使用することが可能である。このことは、偏心スラスト軸受７の、旋回軸方向への薄型化に寄与する。
【００１７】
また、図３の（ｂ）に示す保持ピン１１は、ピン軸部１１ｃの上下端部に円形の上鍔部１１ａ及び下鍔部１１ｂを設けた（一体に設けるか若しくは別体を取り付けた）ものである。ピン軸部１１ｃは、固定側レース８に設けられた孔８ｈ及びこれに対応して可動側レース９にも設けられた孔９ｈに挿通され、上鍔部１１ａが可動側レース８を、下鍔部１１ｂが固定側レース８を、それぞれ抜け防止程度に軽く押さえている。この保持ピン１１の存在により、偏心スラスト軸受７は、スクロール圧縮機１（図１）に取り付けられる前の状態においても各部が分離することなく、一定の形を保持することができる。なお、図１には図示していないが、旋回スクロール部材５及びハウジング２には、上鍔部１１ａ及び下鍔部１１ｂに対する逃がし穴（ぬすみ）が設けられており、偏心スラスト軸受７の取り付けには支障が無い構造となっている。
【００１８】
上記保持ピン１１のピン軸部１１ｃの外径は、可動側レース９の孔９ｈ及び固定側レース８の孔８ｈの内径より所定寸法だけ細く設計されている。このため、固定側レース８に対して可動側レース９は、多数の玉１０を転動させながら、旋回軸に直交する図２のＸＹ平面に沿って任意の方向に所定範囲で移動することができる。従って、可動側レース９は固定側レース８に対して偏心旋回運動することができ、スクロール圧縮機１に装着された状態において、ハウジング２に対して旋回スクロール部材５を、偏心旋回自在に保持し、かつ、スラスト荷重を多数の玉１０を介して支えることができる。
【００１９】
上記のような偏心スラスト軸受７は、上述のように比較的小さな玉の使用により旋回軸方向に薄い構造となる。また、かかる小さな玉１０であっても、多数存在することにより、全体として十分な負荷容量を確保することができる。
また、両レース８，９間に玉１０を保持するだけの簡素な構成であるとともに、玉１０の存在する空間は周方向に連続した一空間であるので玉配置に配慮する必要もなく、装着が極めて容易である。
また、固定側レース８に周壁状部８ｂを設けて玉１０の脱落を確実に防止する構造としたので、保持器が不要となり、さらに構成が簡素である。また、固定側レース８には溝加工が不要であり、製作が容易である。
【００２０】
なお、上記実施形態では、固定側レース８に玉１０の脱落を防止する周壁状部８ｂを設けたが、このような脱落防止部は可動側レース９に設けてもよいし、必要により双方のレースに設けることもできる。また、必要に応じて別途、脱落防止部としての機能を有する保持器を設けてもよい。
【００２１】
また、上記偏心スラスト軸受に使用する転動体は玉が好ましく、玉以外の転動体では滑らかな偏心旋回運動をさせることがやや困難であるが、他の転動体を必ずしも排除するものではない。例えば、短い小さなころを同様にランダム配置した場合には、転がり摩擦に滑り摩擦が加わるので滑らかな偏心旋回運動という点では劣るものの、構造が簡素で、旋回軸方向に薄く、さらに大きな負荷容量を確保することができるという作用効果を奏し得る。
【００２２】
また、保持ピンの構造は種々の変形例があり、一方の軌道面に植設して他方の軌道面に逃がし孔を設ける構造でもよいし、図４のように両レースから突設させた釘のような形の保持ピン１１Ｘ，１１Ｙを相互に係合させてもよい。
また、上記実施形態における偏心スラスト軸受７は、固定側レース８及び可動側レース９を備えているが、各レースは旋回部材や固定部材に直接設けることも可能である。
【００２３】
次に、第２の実施形態による偏心スラスト軸受について説明する。上記第１の実施形態では両軌道面と周壁状部とで囲まれた空間内に玉を配置する構成としたが、第２の実施形態では、この空間に、多数の玉を転動可能にランダムに埋め込んだ輪帯状の固体物を装着する。この場合、当該固体物は樹脂が好ましく、潤滑剤を含む固体潤滑材やポリマー潤滑材等からなる固体物がさらに好ましい。図５の（ａ）は、このような樹脂等からなる輪帯状の固体物２１に多数の玉２２を転動可能に埋め込んだ玉一体型保持器２０の平面図である。ここで、玉２２は相互に近接して、固体物２１にランダムに埋め込まれている。但し、玉間には樹脂等が回り込んで相互には接触しない状態である。また、玉２２は固体物２１の表面及び裏面から少し露出している。
【００２４】
上記のような玉一体型保持器２０は、例えば図５の（ｂ）に示す固定側レース８に収められる。固定側レース８は、第１の実施形態と同様に、断面が平底の皿状であり、周壁状部８ｂを有する。この周壁状部８ｂにより、玉一体型保持器２０の移動範囲を規制することができる。また、玉一体型保持器２０と周壁状部８ｂとの間には、径方向の両側に隙間Ｇが確保できるようになっている。
【００２５】
図６の（ａ）は可動側レース９を載せた状態での断面図である。隙間Ｇは、可動側レース９の移動範囲に対応した距離又はそれ以上に確保されている。可動側レース９が偏心運動により径方向（図の左右方向）に移動すると、これに伴って玉一体型保持器２０も移動するが、可動側レース９が移動限界に達して（ｂ）の状態となっても玉一体型保持器２０の左端部は周壁状部８ｂに当接しないか又は、可動側レース９が移動限界に達して（ｂ）の状態となったとき、玉一体型保持器２０の左端部が周壁状部８ｂに当接する。言い換えれば、玉一体型保持器２０の左端部が周壁状部８ｂに当接した後さらに可動側レース９が同一方向へ移動することはない。従って、玉２２と可動側レース９とは常に転がり接触となり、すべり接触の状態は生じない。このことは、径方向の反対側（図６の右方向）への移動に関しても同様である。
【００２６】
上記のような玉一体型保持器２０は、複数の玉２２が相互に直接接触しない状態で相対的位置関係が固体物２１により固定されている。従って、玉２２同士の接触は回避され、可動側レース９の運動すなわち偏心スラスト軸受の運動が円滑になる。
【００２７】
次に、上記のような玉一体型保持器２０の具体例について述べる。玉一体型保持器２０となるべき仮想の輪帯の内径をｄ、外径をＤとすると、輪帯の面積Ｓは、
Ｓ＝（π／４）・（Ｄ^２−ｄ^２）
である。この輪帯に直径Ｄａの玉を理想的に隙間無く整列配置（マトリクス状配置）したとすると、各玉は、辺の長さＤａの正方形領域に内接する半径Ｄａ／２の円の関係で面積を占めるので、領域の占有率は（π・ｄａ^２／４）／ｄａ^２＝π／４である。従って、全玉の投影面積は、（π／４）Ｓ、となる。そこで、上記整列配置の８０％の密集度で玉を配置すると、全玉の投影面積Ｓａは、
Ｓａ＝（π／４）Ｓ×０．８＝（π^２／２０）（Ｄ^２−ｄ^２）
である。この場合の玉の個数Ｚは、
Ｚ＝Ｓａ／｛（π／４）Ｄａ^２｝＝（π／５）・｛（Ｄ^２−ｄ^２）／Ｄａ^２｝．．．（１）
である。従って、玉の個数Ｚは、（１）式に輪帯の内外径と、玉径とを代入して決定することができる。
【００２８】
そこで、軸受内径６０ｍｍ、軸受外径１００ｍｍ、軸受に作用するアキシャル荷重５０００Ｎの偏心スラスト軸受において、従来技術による比較例と、上記第２の実施形態に基づく実施例とを用意し、接触面圧を比較したところ以下の表１のようになった。なお、実施例の場合、輪帯の内径ｄは６３ｍｍ、外径は９７ｍｍとする。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１より明らかなように、実施例は比較例に比べて圧倒的に多数の小さな玉を密集配置することにより、玉１個あたりの荷重を極端に小さくすることができる。また、その結果、接触面圧が比較例よりかなり低下している。なお、玉径の差４．７６２５（＝７．９３７５−３．１７５）ｍｍはそのまま、旋回軸方向への軸受の薄型化に寄与する。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１の偏心スラスト軸受によれば、両軌道面間に転動体を保持するだけの簡素な構造となる。また、転動体を、いずれかの方向へ整列配置するのではなく、面状にランダム配置する構成としたので、転動体を整列させるための溝が不要となり、レースの構造が簡素である。しかも、多数の小さな転動体を面状に密集配置することができるので、旋回軸方向に薄く構成できるとともに、十分な負荷容量を確保することができる。
【００３２】
請求項２の偏心スラスト軸受によれば、玉と玉の間に隙間ができることにより、個々の玉を円滑に転動させることができる。
【００３３】
請求項３の偏心スラスト軸受によれば、脱落防止部によって、転動体の移動は、一定の移動可能範囲に規制されるので、軌道面間から径方向への転動体の脱落を確実に防止することができる。
【００３４】
請求項４の偏心スラスト軸受によれば、周壁状部によって、転動体の、旋回軸に対する径方向への移動可能範囲が画定されるので、保持器を設けることなく、軌道面間からの転動体の脱落を確実に防止することができる。すなわち、保持器不要の簡素な構成となる。
【００３５】
請求項５の偏心スラスト軸受によれば、転動体の装着が極めて容易である。
【００３６】
請求項６の偏心スラスト軸受によれば、複数の転動体の相対的位置関係が固体物により固定されるので、転動体同士の接触を回避することができ、偏心スラスト軸受の運動が円滑になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による偏心スラスト軸受を使用したスクロール圧縮機の主要部を示す断面図である。
【図２】上記偏心スラスト軸受の平面図（左上部分のみ切裁。）である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図２におけるＡ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】保持ピンの他の構成を示す断面図である。
【図５】輪帯状の固体物に多数の玉を埋め込んだ玉一体型保持器の平面図、及び、これを固定側レースに収めた平面図である。
【図６】図５の玉一体型保持器を有する偏心スラスト軸受の断面図である。
【符号の説明】
７　　偏心スラスト軸受
８　　固定側レース
８ａ　軌道面
９　　可動側レース
９ａ　軌道面
１０　　玉（転動体）
２１　　固体物
２２　　玉（転動体）

Claims

軌道面を有する固定側レースと、
軌道面を有し、この軌道面を前記固定側レースの軌道面と対向させて配置され、前記固定側レースに対して偏心旋回運動する可動側レースと、
前記両軌道面間に保持され、各軌道面に沿って面状にランダム配置された複数の転動体と
を備えたことを特徴とする偏心スラスト軸受。
前記転動体は玉であり、前記軌道面間に詰め込むことができる最大数より少ない数の玉が相互に近接した状態で配置されている請求項１記載の偏心スラスト軸受。
旋回軸に対する径方向における前記転動体の移動可能範囲を画定して脱落を防止する脱落防止部が設けられている請求項１記載の偏心スラスト軸受。
前記脱落防止部は、前記固定側レース及び可動側レースの少なくとも一方から他方側へ旋回軸方向に突設した周壁状部である請求項３記載の偏心スラスト軸受。
前記転動体が存在する前記両軌道面間の空間は、周方向に連続した一つの空間である請求項１記載の偏心スラスト軸受。
前記複数の転動体を輪帯状の固体物に転動可能に埋め込んだ請求項１記載の偏心スラスト軸受。