JP2006207765A

JP2006207765A - コンプレッサ用転がり軸受

Info

Publication number: JP2006207765A
Application number: JP2005023489A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Saito; 剛齋藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】コンプレッサの潤滑条件が厳しい位置に使用された場合でも、寿命の長い転がり軸受を提供する。
【解決手段】第１のレース１０１および第２のレース１０２の軌道輪１０１ａ，１０２ａと、円筒ころ１０３の周面（転動面）に、フッ素系合成油からなる潤滑被膜を０．１μｍ以上の厚さで形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、コンプレッサ用転がり軸受に関する。

カーエアコン用のコンプレッサとしては、例えば、容量可変式コンプレッサがある。下記の特許文献１には、容量可変式コンプレッサの一例が記載されている。
図２に示すように、このコンプレッサは斜板式であり、ハウジング１内に配置された駆動軸２と、駆動軸２に対して傾斜角度が可変に取り付けられた斜板３と、斜板３に対してスラスト軸受５を介して摺動自在に取り付けられた円板状のウォブル板４とを備えている。斜板３は駆動軸２と共に回転し、ウォブル板４は斜板３の回転に伴って「みそすり運動」と称される動きをする。

また、ハウジング１の一端にシリンダブロック１１が固定され、他端にプーリ８が配置されている。駆動軸２の一端は、シリンダブロック１１に回転自在に支持されている。駆動軸２の他端は、クラッチ機構１８を介してプーリ８に回転自在に支持されている。駆動軸２のウォブル板４よりプーリ８側の位置に、スラスト板９が圧入されている。スラスト板９とハウジング１との間には、スラストニードル軸受１０が配置されている。
ウォブル板４の周縁部には、複数のピストンロッド６の一端が、円周方向に等間隔に取り付けである。ピストンロッド６の他端は、シリンダブロック１１に形成されたシリンダボア１１ａ内を摺動するピストン７に連結されている。

また、コンプレサ内部を真空排気した後に、冷媒と潤滑油を封入している。
このコンプレッサは、クラッチ機構１８の作動により、駆動軸２の回転が開始されて駆動する。これに伴って斜板が回転し、ウォブル板４が「みそすり運動」をし、ピストンロッド６を介してピストン７が軸線方向に往復運動することにより、シリンダボア１１ａ内に流入する冷媒が圧縮されて吐出される。このとき、駆動軸２には冷媒の圧縮力がスラスト力として伝達され、スラストニードル軸受１０は、このスラスト力をスラスト板９とハウジング１との間で受けることになる。

図２には、冷媒の流れる方向が矢印で示されている。潤滑油は、冷媒にミスト状に含まれた状態となっており、冷媒によって運ばれて各部の潤滑が行われている。そして、スラストニードル軸受１０は、ピストン７から離れた位置にあることから潤滑条件が厳しく、油膜の破断が生じ易い状態になっている。
一般に、大気中で使用されている場合には、金属製の転がり軸受の転がり面（軌道輪の軌道面、転動体の転動面）に対する油膜形成が不十分となった場合、油膜が破断されて金属接触が生じたとしても、大気中の酸素によって表面酸化膜が形成されて、それ以上の金属接触が防止される。しかしながら、このコンプレッサの場合には、冷媒を入れる前にコンプレッサ内部を真空排気しているため、内部の酸素濃度が低い。よって、油膜が破断されて金属接触が生じた場合に表面酸化膜が形成され難い。
特開２００３−２９４０３９号公報

本発明の課題は、コンプレッサの潤滑条件が厳しい位置に使用された場合でも、寿命の長い転がり軸受を提供することである。

本発明は、コンプレッサの駆動軸をハウジングに対して回転自在に支持する転がり軸受において、転動体および軌道輪は金属製であり、前記転動体の転動面および軌道輪の軌道面の少なくとも一方に、フッ素系合成油からなる潤滑被膜が０．１μｍ以上の厚さで形成されていることを特徴とするコンプレッサ用転がり軸受を提供する。
本発明で使用できるフッ素系合成油としては、フルオロポリエーテル、ポリフルオロアルキル、およびこれらの誘導体（フッ素基が、金属に対する親和性が高い官能基で置換されたもの）などが挙げられる。この置換基としては、エポキシ基、アミノ基、カルボキシル基、水酸基、メルカプト基、スルフォン基、およびエステル基等が挙げられる。

フッ素系合成油は蒸気圧が低いため、長期に渡って金属製の転動面および軌道面に存在することができる。特に、金属に対する親和性が高い官能基を有する化学構造のフッ素系合成油を用いることで、前記官能基と金属との化学結合が生じるため、潤滑被膜が存在する期間をより長期にすることができる。
本発明の転がり軸受において、前記潤滑被膜は、フッ素樹脂粒子（粒径０．１〜５μｍ）を含むものであることが好ましい。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＰＥ）、四フッ化エチレンパーフルオロビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、フッ化エチレンプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等が挙げられる。

潤滑被膜の形成方法としては、例えば、フッ素系合成油を溶媒で希釈して所定濃度とするとともにＰＴＦＥ等のフッ素樹脂からなる粒子を添加した溶液に、潤滑被膜を設ける部材を浸漬して引き上げる方法が挙げられる。また、潤滑被膜を設ける面に、前記溶液を吹き付け塗布する方法も挙げられる。さらに、前記溶液の所定量を転がり軸受内部に注入した後に、転がり軸受を運転して軌道面および転動面に行き渡らせる方法も挙げられる。

なお、潤滑被膜の厚さは、溶液の濃度や注入量等の設定により制御することができる。また、潤滑被膜を形成した後に真空乾燥を施して、揮発性成分を取り除くことが好ましい。
前記潤滑被膜の厚さが０．１μｍ未満であると潤滑被膜による潤滑効果が得られない。一方、潤滑被膜の厚さが１０μｍを超えると、潤滑被膜の抵抗によりトルクが大きくなったり、発塵の原因となったりするため、１０μｍ以下とすることが好ましい。潤滑被膜の厚さの特に好ましい範囲は０．２μｍ以上５μｍ以下である。

本発明の転がり軸受によれば、前記転動体の転動面および軌道輪の軌道面の少なくとも一方に、フッ素系合成油からなる潤滑被膜が０．１μｍ以上の厚さで形成されていることにより、コンプレッサの潤滑条件が厳しい位置に使用された場合でも、早期摩耗が抑制されて寿命が長くなる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
この実施形態の転がり軸受を図１に示す。この転がり軸受１００は、第１のレース（軌道輪）１０１と第２のレース（軌道輪）１０２と円筒ころ（転動体）１０３と保持器１０４とからなるスラストニードル軸受であり、図２に示すコンプレッサのスラストニードル軸受１０として使用できる。
このスラストニードル軸受１００として、寸法が、内径４０ｍｍ、外径６０ｍｍ、高さ５ｍｍであるものを作製した。

第１のレース１０１、第２のレース１０２、および円筒ころ１０３は以下の方法で作製した。先ず、ＳＵＪ２からなる素材を各形状に加工した後、焼入れ（８２０〜８３０℃で０．５〜１．０時間）および焼戻し（１６０〜２００℃で１〜２時間）を行った。
次に、表１に示すように、No. １〜３０の各サンプルの円筒ころ１０３または両レース１０１，１０２（処理対象）に対して、それぞれ異なる処理を行った。
No. １〜８では、円筒ころ１０３に対して、前処理をしないで表１に示す構成の潤滑被膜を形成した。No. ９〜１２では、両レース１０１，１０２に対して、前処理をしないで表１に示す構成の潤滑被膜を形成した。

No. １３〜１６では、円筒ころ１０３または両レース１０１，１０２に対して、前処理としてショットピーニング処理を施した後、表１に示す構成の潤滑被膜を形成した。No. １７〜２０では、円筒ころ１０３または両レース１０１，１０２に対して、前処理としてバレル処理を施した後、表１に示す構成の潤滑被膜を形成した。No. ２１〜２４では、円筒ころ１０３または両レース１０１，１０２に対して、前処理としてバレル処理後にショットピーニング処理を施した後、表１に示す構成の潤滑被膜を形成した。

No. ２５〜２６では、円筒ころ１０３または両レース１０１，１０２に対して、前処理としてショットピーニング処理を施したが、潤滑被膜は形成しなかった。No. ２７〜２８では、円筒ころ１０３または両レース１０１，１０２に対して、前処理としてバレル処理を施したが、潤滑被膜は形成しなかった。No. ２９〜３０では、円筒ころ１０３または両レース１０１，１０２に対して、前処理としてショットピーニング処理後にバレル処理を施したが、潤滑被膜は形成しなかった。
ショットピーニング処理は、「ＪＩＳＲ６００１」に準拠した方法により、ショット材としてＳｉＣを用いて行った。
バレル処理は、アルミナ粒子を砥粒とし、回転式バレルにより行なった。

潤滑被膜の形成は、以下の方法で行った。
潤滑被膜を形成するためのフッ素系合成油としては、(1) デュポン（株）の「クライトックス（登録商標）ＦＳＨ」、(2) ダイキン工業（株）の「デムナム（商品名）Ｓ−６５」、(3) ソルベイ・ソレクシス（株）の「フォンブリン（商品名）Ｚ１５」、(4) ソルベイ・ソレクシス（株）の「フォンブリンＺＤＩＡＣ」を用意した。また、溶媒として、アサヒクリン（株）の「ＡＫ−２２５」を用意した。また、（株）喜多村の「ＫＤ−５００ＡＳ（商品名）」を用意した。これは、ＰＴＦＥ（フッ素樹脂）粒子が溶媒に分散されている製品であり、ＰＴＦＥ粒子の平均粒径：０．３μｍ、平均分子量：３０００、溶媒：バートレルＸＦ（フルオロカーボン系）である。

No. １では、(1) 「クライトックスＦＳＨ」と(2) 「デムナムＳ−６５」を質量比で(1) ：(2) ＝１：９で混合し、これに前記溶媒を加えて混合油の濃度を５質量％とした。この希釈溶液を室温に保持し、その中に円筒ころ１０３を１０分間浸漬した後に引き上げることにより、厚さ０．８μｍの潤滑被膜を形成した。
No. ２〜４では、(3) 「フォンブリンＺ１５」と(4) 「フォンブリンＺＤＩＡＣ」を質量比で(1) ：(2) ＝９：１で混合し、これに前記溶媒を加えて混合油の濃度を５質量％とした。この希釈溶液を室温に保持し、その中に円筒ころ１０３を１０分間以上浸漬した後に引き上げることにより、厚さ０．８μｍ、０．１μｍ、２．０μｍの潤滑被膜を形成した。

No. ５では、(2) 「デムナムＳ−６５」に前記溶媒を加えて濃度を５質量％とした。この希釈溶液を室温に保持し、その中に円筒ころ１０３を５分間浸漬した後に引き上げることにより、厚さ０．８μｍの潤滑被膜を形成した。
No. ６では、(3) 「フォンブリンＺ１５」に前記溶媒を加えて濃度を５質量％とした。この希釈溶液を室温に保持し、その中に円筒ころ１０３を１０分間浸漬した後に引き上げることにより、厚さ０．８μｍの潤滑被膜を形成した。

No. ７では、(2) 「デムナムＳ−６５」に前記溶媒を加えて濃度を５質量％とし、さらに「ＫＤ−５００ＡＳ」を加えて、ＰＴＦＥ粒子の含有率を「デムナムＳ−６５」に対して１０質量％とした。この粒子入り希釈溶液を室温に保持し、その中に円筒ころ１０３を１０分間浸漬した後に引き上げることにより、厚さ０．８μｍの潤滑被膜を形成した。
No. ８では、(3) 「フォンブリンＺ１５」に前記溶媒を加えて濃度を５質量％とし前記ＰＴＦＥ粒子を「フォンブリンＺ１５」に対して１０質量％とした。この粒子入り希釈溶液を室温に保持し、その中に円筒ころ１０３を１０分間浸漬した後に引き上げることにより、厚さ０．８μｍの潤滑被膜を形成した。
No. １３〜２４では、前述の方法で前処理を行った後に、No. １または２と同じ方法で潤滑被膜の形成を行った。

そして、No. １〜３０については、各サンプルの処理対象である円筒ころ１０３または両レース１０１，１０２と、処理対象でない（前処理も潤滑被膜の形成も行わない）両レース１０１，１０２とを組み合わせ、同じ保持器１０４を用いてスラストニードル軸受１００を組み立てた。No. ３１については、前処理も潤滑被膜の形成も行わない円筒ころ１０３および両レース１０１，１０２を組合せ、同じ保持器１０４を用いてスラストニードル軸受１００を組み立てた。

これらのスラストニードル軸受１００を用いて摩耗試験を行った。試験条件は、アキシャル荷重（スラスト力）：１５００Ｎ、回転速度：４０００ｍｉｎ^-1、雰囲気ガス：ＨＣＦＣ１３４ａ（ＰＡＧ含有）、試験時間：５００時間とした。
この試験の前後で、スラストニードル軸受１００の高さＨ（図１参照）を測定した。そして、高さ（Ｈ）の減少量を算出した。その結果を表１に併せて示す。

表１から分かるように、第１のレース１０１の軌道面１０１ａ、第２のレース１０２の軌道面１０２ａ、および円筒ころ１０３の周面（転動面）の少なくともいずれかに、厚さ１μｍ以上２．０μｍ以下で潤滑被膜が形成されているNo. １〜２４では、高さの減少量が０．９μｍ以下と少なかった。これに対して、いずれにも潤滑被膜が形成されていないNo. ２５〜３１では、高さの減少量が３．０〜１０．０μｍと多かった。特に、前処理が施されたNo. １３〜２４は、前処理が施されていないNo. １〜１２よりも高さの減少量が少なかった。
さらに、潤滑被膜に対するＰＴＦＥ粒子含有の有無のみが異なるNo. ５とNo. ７との比較、No. ６とNo. ８との比較、No. ９とNo. １１との比較、No. １０とNo. １２との比較から、潤滑被膜にＰＴＦＥ粒子を含有することで、高さの減少量がさらに少なくなった。

この結果から、第１のレース１０１の軌道面１０１ａ、第２のレース１０２の軌道面１０２ａ、および円筒ころ１０３の周面（転動面）の少なくともいずれかに、フッ素系合成油からなる潤滑被膜を０．１μｍ以上２．０μｍ以下の厚さで形成することにより、スラストニードル軸受１００は、ＨＣＦＣ１３４ａ（ＰＡＧ含有）の雰囲気での早期摩耗が抑制されて、寿命が長くなることが分かる。また、フッ素系合成油からなる潤滑被膜にＰＴＦＥ粒子を含有することで、寿命をより長くできることが分かる。
なお、この実施形態では、カーエアコン用コンプレッサ用のスラストニードル軸受について説明しているが、本発明の転がり軸受は、コンプレッサの種類に関わらず、コンプレッサの駆動軸をハウジングに対して回転自在に支持する転がり軸受であれば、いずれの軸受にも適用できる。

例えば、図５に示す深溝玉軸受１６を、図２のコンプレッサで、駆動軸２のシリンダブロック１１側を支持するスラスト軸受１５に代えて、使用することができる。この深溝玉軸受１６は、内輪１６１、外輪１６２、玉（転動体）１６３、および保持器１６４からなる。内輪１６１、外輪１６２、および玉１６３はＳＵＪ２製である。保持器１６４は鋼板製の波形保持器であるが、合成樹脂製の冠型保持器等であってもよい。
そして、この深溝玉軸受１６の内輪１６１の軌道面１６１ａ、外輪１６２の軌道面１６２ａ、および玉（転動体）１６３の表面（転動面）の少なくともいずれかに、フッ素系合成油からなる潤滑被膜を０．１μｍ以上の厚さで形成することにより、早期摩耗が抑制されて深溝玉軸受１６の寿命が長くなる。

本発明の一実施形態に相当するスラストニードル軸受を示す断面図である。容量可変式コンプレッサの一例を示す断面図である。本発明の一実施形態に相当する深溝玉軸受を示す断面図である。

符号の説明

１ハウジング
２駆動軸
３斜板
４ウォブル板
５スラスト軸受
８プーリ
９スラスト板
１０スラストニードル軸受
１１シリンダブロック
１１ａシリンダボア
１５スラスト軸受
１６深溝玉軸受（転がり軸受）
１８クラッチ機構
１００スラストニードル軸受（転がり軸受）
１０１第１のレース（軌道輪）
１０１ａ軌道面
１０２第２のレース（軌道輪）
１０２ａ軌道面
１０３円筒ころ（転動体）
１０４保持器
１６１内輪（軌道輪）
１６２ａ軌道面
１６２外輪（軌道輪）
１６２ａ軌道面
１６３玉（転動体）
１６４保持器

Claims

コンプレッサの駆動軸をハウジングに対して回転自在に支持する転がり軸受において、転動体および軌道輪は金属製であり、前記転動体の転動面および軌道輪の軌道面の少なくとも一方に、フッ素系合成油からなる潤滑被膜が、０．１μｍ以上の厚さで形成されていることを特徴とするコンプレッサ用転がり軸受。
前記潤滑被膜は、フッ素樹脂粒子を含有するフッ素系合成油からなる請求項１記載のコンプレッサ用転がり軸受。