JP2007255554A - スラストころ軸受 - Google Patents
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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
【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。
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
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)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2012097872A (ja) * | 2010-11-05 | 2012-05-24 | Nsk Ltd | 軸受用保持器 |
KR20190048357A (ko) * | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 셰플러코리아(유) | 조립성이 향상된 테이퍼 롤러 베어링 |
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- 2006-03-23 JP JP2006080368A patent/JP2007255554A/ja active Pending
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