JP2006207765A - コンプレッサ用転がり軸受 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、「JIS R 6001」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。
ショットピーニング処理は、「JIS R 6001」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。
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. 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. 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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 (2)
- 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。
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Cited By (2)
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WO2017070172A1 (en) * | 2015-10-23 | 2017-04-27 | 3M Innovative Properties Company | Composition including amorphous fluoropolymer and fluoroplastic particles and methods of making the same |
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2005
- 2005-01-31 JP JP2005023489A patent/JP2006207765A/ja active Pending
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