JP2007255554A - スラストころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】高温高圧の環境下で回転部分を高い定格容量と安定した軸受性能で支持することを可能とする。
【解決手段】半径方向複列のポケット列を有する環状の保持器１２と、各列それぞれのポケット１４，１６に１つずつ収納された複数のころ１８，２０と、を備え、上記保持器１２は、各列それぞれのポケットを円周方向に仕切る柱部２８，３０を備え、各列それぞれの柱部は、それぞれ、内径側と外径側の柱端部がころＰＣＤに対して軸方向一方と他方とに位置し両柱端部は軸方向斜め対角線上に延びた柱端連結バーで連結された柱形状を有し、上記両柱端部にポケット内に突出してころを抜け止めするころ止めを備え、かつ、上記各列それぞれのポケットの外径側内面が円周方向に平坦な面になっている。
【選択図】図４

Description

本発明は、自動車用エアコン等のコンプレッサ（冷媒圧縮機）の電装部品の回転部分に設置し、この回転部分に加わるスラスト荷重を支持することに適したスラストころ軸受に関するものである。

スラストころ軸受は、円周方向放射状かつ等配に配列された複数のころと、全体を環状に作られて複数のころを転動自在に保持する保持器とを備え、この複数のころを軸方向両側からレース（軌道輪）で挟持する構成とされている。このようなスラストころ軸受は近年の使用用途により高温高圧の環境下で用いられるようになっており、従来以上に高い定格容量と安定した軸受性能が要求されてきている。

例えば自動車用エアコンのコンプレッサにおいてはオゾン層破壊防止等の環境問題の観点から、その冷媒としてハイドロクロロフルオロカーボン（HCFC）やハイドロフルオロカーボン（HFC）等の代替フロンを使用したものがあり、これに適合したスラストころ軸受を得るために、ころを複列にし、各ころを１つのポケットに収納したタイプのスラストころ軸受が既に提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、上記代替フロンは地球温暖化という新たな環境問題があり、オゾン層破壊が無くその上これら代替フロンと比較して地球温暖化効果が極めて低い代替フロンとして自然冷媒である二酸化炭素が使用されようとしている。この二酸化炭素の場合、上記従来の代替フロンのように低圧で液化し易い冷媒とは異なり、液化するには高圧で圧縮液化する必要があるためにコンプレッサ内部の圧力が大きく上昇してくる。そのため、二酸化炭素を代替フロン冷媒として用いるコンプレッサでその内部回転部分の支持に用いるスラストころ軸受においては従来以上に高い定格容量が求められる。

特に、二酸化炭素を冷媒とした場合、コンプレッサ内部の圧力上昇に伴い、スラストころ軸受とコンプレッサ内の各部分との摺動圧や転がり接触圧も必然と大きくなり、それら摺動部分や転がり部分における発熱量も増大して、当該軸受の潤滑油の粘度が低下して貧潤滑環境になる。

なお、コンプレッサ内部では圧縮、膨張が繰り返されることにより、潤滑油も液化、気化が繰り返され、冷媒の混入があるため潤滑油の量が減少するという環境にあるために、一般機械の作動油潤滑に比べて油膜形成状態が悪く、早期に剥離が起こり易い。このようなコンプレッサ環境に、代替フロン系冷媒として二酸化炭素を用いた場合、さらに、その環境が厳しくなる。

以上のことより、代替フロン系冷媒に二酸化炭素を用いたコンプレッサに組み込むスラストころ軸受には、より一層高い定格容量と、より安定した高い軸受性能とが要求される。
特開２００４−３１６９３０号公報

したがって、本発明により解決すべき課題は、使用用途として例えば代替フロン系冷媒に二酸化炭素を用いたコンプレッサのように、より高温高圧環境下においても回転部分を高い定格容量と安定した軸受性能で支持することができるスラストころ軸受を提供することである。

本発明によるスラストころ軸受は、半径方向に複列のポケット列を有する環状の保持器と、各列それぞれのポケットに１つずつ収納された複数のころと、を備え、上記保持器は、一枚板の鋼板製からなり各列それぞれのポケットを円周方向に仕切る柱部を備え、柱部は各列それぞれのポケット位置において、ころＰＣＤを挟んで軸方向に一方と他方とにそれぞれ位置したころ抜け止め部を構成するとともに、各列それぞれのポケットの少なくとも外径側において軸方向に屈曲するフランジ部を構成したことを特徴とするものである。

本発明によると、使用環境が代替フロン系冷媒として二酸化炭素を用いたことによりコンプレッサのように高温高圧の環境であっても、半径方向複列のポケット列を有する環状の保持器と、各列それぞれのポケットに１つずつ収納された複数のころとを備えた構成であって、その上に、保持器に回転遠心力が作用するときに上記外径側内面がポケット内のころの外径側端面と面接触する円周方向に平坦な面としたので、保持器の外径側内面ところの外径側端面との接触面の面圧が低くなる。そのため、高温高圧の環境で貧潤滑になってもその接触面での摩耗、焼付が軽減し、回転部分を高い定格容量と安定した軸受性能で支持することができるスラストころ軸受を提供することができる。また、保持器の内径側と外径側の柱端部がころＰＣＤに対して軸方向一方と他方とに位置し両柱端部は軸方向斜め対角線上に延びた柱端連結バーで連結されかつ連結バー間は、ころ径よりも大きな周方向幅で構成された柱形状を有するので、軸受運転中に柱端連結バーと、ころとは接触することはなくころが摩耗されることはなくなり、その分、ころの保持性が向上して、より安定した軸受性能を提供することができる。

上記の場合、柱部は各列それぞれのポケット位置において、ころＰＣＤを挟んで軸方向に一方と他方とにそれぞれ位置して軸方向斜め対角線上に延びた連結バーで連結され、かつ、連結バー間はころ径よりも大きな周方向幅で構成された上記の場合、上記保持器の内・外径側の各端部を略ころＰＣＤ上に位置付けした時に、レースに保持器の内・外径側の各端部が接触しにくくなり保持器はころでガイドされ易くなり、保持器姿勢が安定化してころの保持性が向上する結果、より安定した軸受性能を提供することができる。

上記の場合、ポケットの外径側内面に耐摩耗・非焼付・潤滑性の保護膜をコーティングすることが好ましい。こうした保護膜をコーティングすると、ポケットの外径側内面にころ外径側端面との接触に対して耐摩耗性、非焼付性、および潤滑性が付与され、より安定した軸受性能を提供することができる。

上記の場合、上記保持器の内・外径側の各端部を途中から折り曲げて２枚重ね構成とし、かつころＰＣＤに対して軸方向両側に延ばした構成とすることが好ましい。この構成では、保持器の機械的な強度が増強し、スラストころ軸受のトルクが低下することに加えて、保持器の軸方向両側に延びる内・外径側の各端部により保持器をレースでガイドさせることが可能となり、保持器姿勢が安定化してころの保持性が向上する結果、より安定した軸受性能を提供することができる。

さらに、ころのころ長さをころ径の２倍以内に短く規制すると、ころのレース軌道面での差動すべりを効果的に抑制することができ、ころのエッジ部分でのレースとの間におけるエッジ応力が発生しにくくなり、結果、ころのエッジ部に表面起点型の剥離が発生しにくくなる。このことにより、スラストころ軸受の実寿命が増加し寿命特性が向上するようになる。

さらに、上記内径側列のポケット数を上記外径側列のポケット数より少なくする、換言すれば、外径側列のポケット数を内径側列のそれより多くする構成とする場合、外径側での負荷容量を内径側のそれよりも大きくすることが可能である。そして、この場合、回転中は回転遠心力により軸受内部の潤滑油が外径側にリッチな状態となるので外径側列のポケット数を増大しても発熱は内径側列ほどには発生しない。

加えて、上記ころにクラウニングを付けることが好ましい。こうした場合、貧潤滑ないし希薄潤滑環境下で表面起点型損傷を防止することができる。特に、単列のころではなく、複列のころとすると、定格容量が増大する一方でレースところとの接触面圧が増大するが、ころにクラウニングを付けることにより差動すべりが軽減して表面起点型の損傷を抑制し軸受としての耐久性を増大させることができる。

本出願人は、代替フロン系冷媒に二酸化炭素を用いた自動車エアコンコンプレッサに組み込むスラストころ軸受に対して、従来以上の高い定格容量を得るため、種々の検討を行った。このようなコンプレッサに組み込むスラストころ軸受は、代替フロン系冷媒である二酸化炭素に潤滑油を混合して形成した潤滑油混合冷媒が循環するため、従来の代替フロンよりも高温高圧の貧潤滑環境下におかれる。そのため、従来以上の高い定格容量が求められる一方で、貧潤滑環境条件下で高い軸受性能が要求される。

したがって、定格容量増大のため、例えばころのころ径を単に大きくするだけでは、ころ自体の重量が重くなり、保持器窓がドリリング摩耗され易くなるという課題が生じ、また、ころのころ長さを単に長くするだけでは、差動すべりが増大し、レースの転走部のエッジ部に表面起点型の剥離が発生しやすくなり、ころの使用本数を単に増加するだけでは、スラストころ軸受の内径側に無駄な空きスペースが増大してしまう。

これに対して本発明のスラストころ軸受は上記構成を備えたから、このようなコンプレッサに組み込まれても、上記説明した通りの高い定格容量と軸受性能を発揮することができる。

本発明によれば、使用用途の環境が高温高圧下であっても、回転部分を高い定格容量と安定した軸受性能で支持することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る自動車エアコンコンプレッサ用のスラストころ軸受を詳細に説明する。このコンプレッサは冷媒が二酸化炭素である。また、このコンプレッサへのスラストころ軸受の組み付け状態は図示を略する。図１は同スラストころ軸受の平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う同スラストころ軸受の断面図、図３は同スラストころ軸受の保持器の一部を拡大して示す平面図、図４は図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図５は同スラストころ軸受の保持器で保持されるころの側面図である。

これらの図を参照して、実施の形態のスラストころ軸受１０は、円環状の保持器１２を備える。保持器１２には半径方向複列に円周方向放射状に配列形成された複数のポケット１４，１６が形成されている。各列のポケット１４，１６は互いに対しては円周方向不等配であり、それぞれにころ１８，２０が収納されている。

保持器１２は、内径側、中間側、外径側において互いに同心となっている３つの環状部２２，２４，２６と、内径側と中間側の両環状部２２，２４間を円周方向等間隔に配設された複数の第１柱部２８と、中間側と外径側の両環状部２４，２６間を円周方向等間隔に配設された複数の第２柱部３０とを有する。

複数の第１柱部２８の円周方向の対向間の空孔に内径側列のポケット１４が形成され、複数の第２柱部３０の円周方向の対向間の空孔に外径側列のポケット１６が形成される。各列それぞれのポケット１４，１６にころ１８，２０が１つずつ収納されることにより、ころ１８，２０同士の干渉が防止され保持器１２によるころ１８，２０の保持性が向上し、ころスキューが低減して摩擦損失、摩耗が抑制され剥離寿命が向上している。

内径側環状部２２は、保持器１２の内径側端部を構成しており、２つの環状フランジ部２２ａ，２２ｂで断面Ｌ形に形成されている。環状フランジ部２２ａは軸方向一端側からころＰＣＤまで軸方向に延び内面２２ａ１が円周方向に平坦な面になっている。環状フランジ部２２ｂは、環状フランジ部２２ａの軸方向他端側からころＰＣＤ上を内径側に延びている。

中間側環状部２４は、軸方向一端側から軸方向他端側に半径方向に延び両内面２４ａ，２４ｂが円周方向に平坦な面になった環状フランジ構成になっている。

外径側環状部２６は、保持器１２の外径側端部を構成しており、２つの環状フランジ部２６ａ，２６ｂで断面Ｌ形に形成されている。環状フランジ部２６ａは、軸方向他端側からころＰＣＤまで軸方向に延び内面２６ａ１が円周方向に平坦な面になっている。環状フランジ部２６ｂは、環状フランジ部２６ａの軸方向一端側からころＰＣＤ上を外径側に延びている。

内径側と外径側環状部２２，２６は、保持器１２の内・外径側端部としてその環状フランジ部２２ａ，２６ａが略ころＰＣＤ位置に規制されているので、図示略のレースに保持器１２の内・外径側端部が接触しにくくなり保持器１２はころ１８，２０でガイドされ易くなり、保持器１２の姿勢が安定化してころ１８，２０の保持性が向上する結果、より安定した軸受性能を提供することができる。

第１柱部２８は、内径側ポケット１４を円周方向に仕切っており、半径方向に平坦な内径側柱端部２８ａが軸方向一端に位置し、半径方向に平坦な外径側柱端部２８ｂが軸方向他端に位置している。これら両柱端部２８ａ，２８ｂ間は軸方向斜め対角線上に延びる柱端連結バー２８ｃにより連結されている。両柱端部２８ａ，２８ｂの円周方向両側の内側面にはポケット１４内に突出してころ１８を軸方向内外に抜け止めするころ止め部２８ｄ，２８ｅが形成されている。

第２柱部３０は、外径側ポケット１６を円周方向に仕切っており、内径側柱端部３０ａが軸方向一端に位置し、外径側柱端部３０ｂが軸方向他端に位置している。これら両柱端部３０ａ，３０ｂ間は軸方向斜め対角線上に延びる柱端部連結バー３０ｃにより連結されている。両柱端部３０ａ，３０ｂの円周方向両側の内側面にはポケット１６内に突出してころ２０を軸方向内外に抜け止めするころ止め部３０ｄ，３０ｅが形成されている。

以上の構成において、上記内径側列のポケット１４は、当該ポケット１４の円周方向内側面を構成する円周方向両側の第１柱部２８と、当該ポケット１４の内径側内面を構成する内径側環状部２２の環状フランジ部２２ａと、当該ポケット１４の外径側内面を構成する中間側環状部２４とで囲まれた形状を有する。

上記外径側列のポケット１６は、当該ポケット１６の円周方向内側面を構成する円周方向両側の第２柱部３０と、当該ポケット１６の内径側内面を構成する中間側環状部２４と、当該ポケット１６の外径側内面を構成する外径側環状部２６の環状フランジ部２６ａとで囲まれた形状を有する。

以上の構成を備えた保持器１２はころ１８，２０それぞれの外径側端面と接触するポケット１４，１６それぞれの外径側内面を含む全面に耐摩耗性、非焼付性、および潤滑性の保護膜３２がコーティングされている。この保護膜３２は少なくとも当該保持器１２に回転遠心力が加わる側である中間側環状部２４の内面２４ａおよび外径側環状部２６の環状フランジ部２６ａの内面２６ａ１に形成することが好ましい。

上記保護膜３２は、軟質金属や固体潤滑剤からなることが好ましい。

軟質金属や固体潤滑剤をコーティングすることにより、当該スラストころ軸受の回転遠心力によりポケット１４，１６のころ１８，２０それぞれの外径側端面が接触するポケット１４，１６それぞれの外径側内面の耐摩耗性を向上させることができると共に高い熱放散性による非焼付性の向上ならびに潤滑性の向上が得られる。軟質金属としては銅、銀、金、アルミニウム、錫、亜鉛等、及びこれらの合金を用いることができる。固体潤滑剤としては、黒鉛、酸化鉛、二硫化タングステン、二硫化モリブデン等の軟質金属や、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドなどの高分子樹脂材等がある。軟質金属や固体潤滑剤をコーティングする手段としては、スパッタリング法、蒸着法、またはイオンプレーティグ法等がある。

ころ１８，２０それぞれのころ長さは、それぞれのころ径の２倍以内とすることが好ましい。ころ長さを短くすることにより、ころ１８，２０の軌道面での差動すべりを抑制し、ころ１８，２０のエッジ部分でのレースとの間におけるエッジ応力を発生しにくくして、レースの転走部のエッジ部に表面起点型の剥離が発生しにくくすることができる。また、定格容量が増大し寿命特性が向上するようになる。さらに、内径側列のころ１８のころ長さを外径側列のころ２０のころ長さより短くすることにより、内径側列よりも外径側列の負荷容量を増加させることで、ころ外径剥離及び、レース外径側の剥離を防止できる共に、内径側列のころ１８の差動すべりを減少させ、寿命を向上させることができるようになる。

外径側列のポケット１６のポケット数を内径側列のポケット１４のポケット数より大きく設定する。この設定により、外径側列のころ２０の負荷容量を内径側列のころ１８よりも大きくすることが可能である。

上記ころ１８，２０それぞれの両端部１８ａ，２０ａに図５で示すようにクラウニングが付けられている。ころ１８，２０にクラウニングを形成することにより、エッジ部の負荷軽減およびころ１８，２０の有効長さであるストレートとされた中央部１８ｂ，２０ｂを短くすることによって、差動すべりを低減させることができる。また、内径側列のころ１８のクラウニング形状よりも外径側列のころ２０のクラウニングを小さくすることにより、内径側列のころ１８よりも外径側列のころ２０の接触面圧を抑制することができ、ころ２０の外径剥離及び、レース外径側の剥離を防止でき、寿命を向上させることができる。この場合、外径側のころ２０のみをストレートころとしてもよい。

図６は本発明の他の実施の形態に係る自動車エアコンコンプレッサ用のスラストころ軸受の要部を拡大して示す断面図である。この実施の形態では、保持器１２の内径側環状部２２と、外径側環状部２６を、２枚の環状部分の折り重ね構成とし、かつ、内径側と外径側の端面を共に軸方向に平坦な環状面とした構成になっている。この構成では機械構造的に強度が増大することに加えて保持器１２の軸方向両側に延びる内・外径各端部により保持器１２を図示略のレースでガイドさせることが可能となり、保持器姿勢が安定化してころの保持性が向上する結果、より安定した軸受性能を提供することができる。

図１は本発明の実施の形態に係る自動車エアコンコンプレッサ用スラストころ軸受の平面図である。 図２は図１のＡ−Ａ線に沿う同スラストころ軸受の断面図である。 図３は同スラストころ軸受の保持器の一部を拡大して示す平面図である。 図４は同スラストころ軸受の保持器の一部を拡大して示す断面図である。 図５は同スラストころ軸受の保持器の一部を破断し拡大して示す斜視図である。 図６は本発明の他の実施の形態に係る自動車エアコンコンプレッサ用スラストころ軸受の要部を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１０ スラストころ軸受
１２ 保持器
１４，１６ ポケット
１８，２０ ころ
２２，２４，２６ 環状部
２８ 柱部
２８ａ，２８ｂ 柱端部
２８ｃ 柱端連結バー
２８ｄ，２８ｅ ころ止め部
３０ 柱部
３０ａ，３０ｂ 柱端部
３０ｃ 柱端連結バー
３０ｄ，３０ｅ ころ止め部
３２ 保護膜

Claims (9)

1. 半径方向に複列のポケット列を有する環状の保持器と、
   各列それぞれのポケットに１つずつ収納された複数のころと、を備え、
   上記保持器は、一枚板の鋼板製からなり各列それぞれのポケットを円周方向に仕切る柱部を備え、
   柱部は各列それぞれのポケット位置において、ころＰＣＤを挟んで軸方向に一方と他方とにそれぞれ位置したころ抜け止め部を構成するとともに、
   各列それぞれのポケットの少なくとも外径側において軸方向に屈曲するフランジ部を構成した、ことを特徴とするスラストころ軸受。
2. 柱部は各列それぞれのポケット位置において、ころＰＣＤを挟んで軸方向に一方と他方とにそれぞれ位置して軸方向斜め対角線上に延びた連結バーで連結され、
   かつ、連結バー間はころ径よりも大きな周方向幅で構成された、ことを特徴とする請求項１に記載のスラストころ軸受。
3. 上記保持器の内・外径側の各端部を略ころＰＣＤ上に位置付けた、ことを特徴とする請求項１または２に記載のスラストころ軸受。
4. 上記ポケットの外径側内面に耐摩耗・非焼付・潤滑性の保護膜をコーティングした、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のスラストころ軸受。
5. 上記保持器の内・外径側の各端部を途中から折り曲げて２枚重ね構成とし、かつころＰＣＤに対して軸方向両側に延ばした、ことを特徴とする請求項１または２に記載のスラストころ軸受。
6. 上記ころのころ長さがころ径の２倍以内である、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のスラストころ軸受。
7. 上記外径側列のポケット数を上記内径側列のポケット数より大きく設定した、ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のスラストころ軸受。
8. 上記各列のころをクラウニング付きとした、ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のコンプレッサ用スラストころ軸受。
9. 代替フロン系冷媒に二酸化炭素を用いるコンプレッサの回転部分を支持することに用いる、ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のスラストころ軸受。

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