JP2008038987A

JP2008038987A - スラストニードル軸受

Info

Publication number: JP2008038987A
Application number: JP2006211888A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takaira; 隆高井良
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】１枚の板材を曲げて形成される保持器のもぐり込み摩耗を抑制できるスラストニードル軸受を提供する。
【解決手段】各ポケット１６ｈｐの半径方向外側縁に切欠１６ｈｃを形成しているので、遠心力Ｆによりころ１６ｅの軸受半径方向外側端が、それに対向するポケット１６ｈｐの半径方向外側縁に押し付けられ密着した場合でも、切欠１６ｈｃが潤滑油の通過を許容する通路となる。従って、保持器１６ｈの軸線方向いずれか一方の側から潤滑油が供給された場合には、かかる潤滑油は切欠１６ｈｃを通過して他方の側に流れるため、潤滑状態が良好となり、ころ１６ｅが高速回転した場合でも、ポケット１６ｈｐの半径方向外側縁の摩耗を抑制し、ころ１６ｅのもぐり込みを効果的に抑制できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、カーエアコンのコンプレッサ、自動変速機用遊星歯車機構、事務機器等に用いられると好適なスラストニードル軸受に関する。

例えばカーエアコン用コンプレッサ（カークーラコンプレッサともいう）の一タイプとして、容量可変式のコンプレッサが知られている。一般的に、容量可変式のコンプレッサは、ハウジングに対して駆動軸をラジアル軸受により回転自在に支持し、この駆動軸に対して斜板を傾斜角度可変に連結し、この斜板に対し揺動板を摺動自在に取付けてある。斜板と揺動板との間にはスラスト軸受が配置されている。揺動板には、複数のピストンロッドの一端が円周方向等間隔に取付けてあり、このピストンロッドの他端はピストンに連結している。このピストンは、ハウジング内に設けられたシリンダの内部で摺動するように設けられ、このシリンダのボア内に流入される冷媒ガスを圧縮し吐出するようにしている。つまり、斜板が回転すると、揺動板が、いわゆるみそすり的動作をし、ピストンロッドを介してピストンを軸線方向に往復運動させ、冷媒ガスを圧縮し吐出するようになっている（特許文献１参照）。
特開２００２−２６６７５４号公報特開２００６−２２８４６号公報

ところで、カーエアコン用コンプレッサ等には、スラストニードル軸受が用いられる場合がある（特許文献２参照）。スラストニードル軸受は、回転時に、ころが遠心力で外側に押し付けらながら転動するため、ころ外側端面と保持器のポケット外側縁端面に摺動摩擦が発生する。スラストニードル軸受が低速で回転すれば、摺動摩擦は小さくてすむが、高速回転するにつれて摺動摩擦も増大し、保持器のポケット外側端面が凹状に異常摩耗し、ころが保持器にもぐり込むという不具合が生じる。かかる不具合は、特に１枚板を折り曲げて形成した保持器において顕著に生じる。このようなもぐり込み摩耗が発生すると、保持器強度低下、回転トルク増大、軸受温度上昇等の不具合が起こり、スラストニードル軸受のフレーキング・焼付きの原因となる。近年は、自動車性能の向上により、スラストニードル軸受に求められる回転速度も増大しているため、前記のもぐり込み摩耗を解決することが課題の一つとなっている。

本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、１枚の板材を曲げて形成される保持器のもぐり込み摩耗を抑制できるスラストニードル軸受を提供することを目的とする。

本発明のスラストニードル軸受は、ころと、前記ころを保持する保持器とを備えたスラストニードル軸受において、
前記保持器は、１枚の板材を折り曲げてなり、且つ前記ころを収容するポケットの半径方向外側縁に切欠を形成していることを特徴とする。

スラストニードル軸受の動作時には、遠心力によりころが保持器のポケットの半径方向外側縁に押し付けられるため、保持器のポケットの半径方向外側縁ところ端面との隙間が小さくなり、又はゼロになる。そのため、保持器のポケットの半径方向外側縁ところ端面の摺動部に潤滑油が供給され難くなり、摩耗や焼付きの原因となる。これに対し、本発明のスラストニードル軸受によれば、前記保持器は、前記ころを収容するポケットの半径方向外側縁に切欠を形成しているので、前記切欠が潤滑油経路の役割を果たし、すなわち潤滑剤が前記切欠を介して保持器の一方の面から他方の面へと流れやすくなるため、面圧が高くなりがちな１枚板の保持器におけるポケットの半径方向外側縁を良好に潤滑することで、効果的にもぐり込み摩耗を抑制している。

前記切欠は、前記ポケットの半径方向外側縁の中央に設けられ、前記半径方向外側縁は前記ころの端部平面に接触すると、更に効果的にもぐり込み摩耗を抑制できる。

より具体的には、切欠の幅Ｗは、Ｗ＜２×Ｄ×（ｍ−ｍ²）^0.5であると好ましい。ただし、
Ｗ：切欠の幅
Ｄ：ころ端部平面径
ｚ：ころ端面の接触高さ（ころに対して保持器が最も下がった状態で、切欠がない場合におけるころ端部平面とポケット下縁との高さの差）
ｍ：ｚ／Ｄ
である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかるスラストニードル軸受が組み込まれたカーエアコンのコンプレッサの断面図であり、図２は、図１の構成を矢印II方向に見た図である。

図１において、コンプレッサ１を構成するハウジング６は、中央の短円筒状の本体７をヘッドケース８と斜板ケース９とで軸線方向（図１の左右方向）両側から挟持し、更に複数本の結合ボルト（図示せず）により結合されて一体となっている。ヘッドケース８の内側には、低圧室１０、１０と高圧室１１とが設けられている。尚、高圧室１１内は勿論、低圧室１０、１０内も正圧である。又、本体７とヘッドケース８との間には平板状の隔壁板１２が挟持されている。図１で複数に分割されている如く表されている低圧室１０、１０は互いに連通しており、ヘッドケース８の外面に設けられた単一の吸入ポート１３（図２）に連通している。又、高圧室１１は、ヘッドケース８に設けられた吐出ポート（図示せず）に通じている。吸入ポート１３がエバポレータ（不図示）の出口に、不図示の吐出ポートをコンデンサ（不図示）の入口に、それぞれ連通させている。

ハウジング６内にはシャフト１４を、本体７と斜板ケース９とに掛け渡す状態で、回転自在に支持している。より具体的には、シャフト１４の両端部を１対のラジアルニードル軸受１５Ａ、１５Ｂにより、本体７と斜板ケース９とに対して回転自在に支持すると共に、１対のスラストニードル軸受１６Ａ、１６Ｂにより、このシャフト１４に加わるスラスト荷重を支承自在としている。

スラストニードル軸受１６Ａは、複数のころ１６ａと、これを軸線方向（図１で左右方向）に挟持する軌道輪１６ｂ、１６ｃと、ころ１６ａを保持する保持器１６ｄとを有している。本実施の形態にかかるスラストニードル軸受１６Ｂは、複数のころ１６ｅと、これを軸線方向（図１で左右方向）に挟持する軌道輪１６ｆ、１６ｇと、ころ１６ｅを保持する保持器１６ｈとを有している。

ラジアルニードル軸受１５Ａは、複数のころ１５ａと、シェル型外輪１５ｂと、ころ１５ａを保持する保持器１５ｃとを有している。ラジアルニードル軸受１５Ｂは、複数のころ１５ｄと、外輪（軌道輪）１５ｅと、ころ１５ｄを保持する保持器１５ｆとを有している。

スラストニードル軸受１６Ａは、本体７の一部と上記シャフト１４の一端部（図１の右端側）に形成した段部１７との間に、皿ばね１８を介して設けている。又、スラストニードル軸受１６Ｂは、シャフト１４の中間部外周面に外嵌固定した円板部１９と斜板ケース９との間に配置している。ハウジング６を構成する本体７の内側でシャフト１４の周囲部分には、複数（例えば図示の例では、円周方向等間隔に６個）のシリンダ孔２０、２０を形成している。この様に本体７に形成した、複数のシリンダ孔２０、２０の内側には、それぞれピストン２１、２１の先半部（図１の右半部）に設けた摺動部２２、２２を、軸方向の変位自在に嵌装している。

ここでは、シリンダ孔２０、２０の底面とピストン２１、２１の先端面（図１の右端面）との間に設けられた空間を、圧縮室２３とする。又、斜板ケース９の内側に存在する空間は、斜板室２４とする。シャフト１４の中間部外周面でこの斜板室２４内に位置する部分おいて、斜板２５を、シャフト１４に対して所定の傾斜角度を持たせて固定し、この斜板２５がシャフト１４と共に回転する様にしている。斜板２５の円周方向複数個所と、各ピストン２１、２１とは、それぞれ１対ずつのスライディングシュー２６、２６により連結されている。この為、これら各スライディングシュー２６、２６の内側面（互いに対向する面）は平坦面として、同じく平坦面である斜板２５の両側面外径寄り部分に摺接するようになっている。又、これら各スライディングシュー２６、２６の外側面（相手スライディングシュー２６と反対側面）は球状凸面としている。更に、その内側面を斜板２５の両側面に当接させた状態で、これら両スライディングシュー２６、２６の外側面を単一球面上に位置させている。一方、各ピストン２１、２１の基端部（前記隔壁板１２から遠い側の端部で、図１の左端部）には、スライディングシュー２６、２６及び斜板２５と共に、駆動力伝達機構を構成する連結部２７、２７を、各ピストン２１、２１と一体に形成している。そして、これら各連結部２７、２７に、一対のスライディングシュー２６、２６を保持する為の保持部２８、２８を形成している。又、これら各保持部２８、２８には、各スライディングシュー２６、２６の外側面と密に摺接する球状凹面を、互いに対向させて形成している。

又、本体７の一部内周面で、各連結部２７、２７の外端部に整合する部分には、各ピストン２１、２１毎にそれぞれ１対ずつのガイド面（図示せず）を、円周方向に離隔して形成している。各連結部２７、２７の外端部は、このガイド面に案内されて、ピストン２１、２１の軸方向（図１の左右方向）の変位のみ自在である。従って、各ピストン２１、２１も、各シリンダ孔２０、２０内に、斜板２５の回転に伴う各ピストン２１、２１の中心軸回りの回転を防止されて、軸方向の変位のみ自在（回転不能）に嵌装されている。この結果、各連結部２７、２７は、シャフト１４の回転による斜板２５の揺動変位に伴って各ピストン２１、２１を軸方向に押し引きし、各摺動部２２、２２をシリンダ孔２０、２０内で軸方向に往復移動させる。

一方、低圧室１０及び高圧室１１と各シリンダ孔２０、２０とを仕切るべく、本体７とヘッドケース８との突き合わせ部に挟持している隔壁板１２には、低圧室１０と各シリンダ孔２０、２０とを連通させる吸入孔２９、２９と、高圧室１１と各シリンダ孔２０、２０とを連通させる吐出孔３０、３０とを、それぞれ軸線方向に貫通する状態で形成している。従って、各吸入孔２９、２９及び各吐出孔３０、３０の一端（図１の左端）でシリンダ孔２０、２０側の開口は、何れも各ピストン２１、２１の先端面と対向する。又、各シリンダ孔２０、２０内で、各吸入孔２９、２９の一端と対向する部分には、低圧室１０から各シリンダ孔２０、２０に向けてのみ冷媒ガスを流す、リード弁式の吸入弁３１、３１を設けている。又、高圧室１１内で、各吐出孔３０、３０の他端（図１の右端）開口と対向する部分には、各シリンダ孔２０、２０から高圧室１１に向けてのみ冷媒ガスを流す、リード弁式の吐出弁３２を設けている。この吐出弁３２には、各吐出孔３０、３０から離れる方向への変位を制限する、ストッパ３３を付設している。

上述の様に構成するコンプレッサ１のシャフト１４は、車両のエンジン（不図示）により無端ベルト４２を介して回転駆動される。この為に、図示の例の場合は、ハウジング６を構成する斜板ケース９の外側面（図１の左側面）中央に設けた支持筒部３４の周囲に従動プーリ３５を、複列ラジアル玉軸受３６により、回転自在に支持している。この従動プーリ３５は、断面コ字形で全体を円環状に構成しており、斜板ケース９の外側面に固定したソレノイド３７を、従動プーリ３５の内部空間に配置している。一方、シャフト１４の端部で支持筒部３４から突出した部分には取付ブラケット３８を固定しており、この取付ブラケット３８の周囲に磁性材製の環状板３９を、板ばね４０を介して支持している。この環状板３９はソレノイド３７への非通電時には、板ばね４０の弾力により、図に示す様に従動プーリ３５から離隔しているが、ソレノイド３７への通電時にはこの従動プーリ３５に向け吸着されて、この従動プーリ３５からシャフト１４への回転力の伝達を自在とする。即ち、ソレノイド３７と環状板３９と板ばね４０とにより、従動プーリ３５とシャフト１４とを係脱する為の電磁クラッチ４１を構成している。又、車両のエンジンのクランクシャフト（不図示）の端部に固定した駆動プーリと従動プーリ３５との間には、無端ベルト４２を掛け渡している。

本実施の形態にかかるカーエアコンのコンプレッサの動作について説明する。車室内の冷房或は除湿を行なう為、カーエアコンを作動させた場合には、電磁クラッチ４１を動作させて従動プーリ３５とシャフト１４とを係合させ、それにより無端ベルト４２を介して、車両のエンジンの動力をシャフト１４に伝達し、これを回転駆動する。この結果、斜板２５が回転して、複数のピストン２１、２１を構成する摺動部２２、２２をそれぞれシリンダ孔２０、２０内で往復移動させる。そして、この様な摺動部２２、２２の往復移動に伴って、吸入ポート１３から吸引された冷媒ガスが、低圧室１０、１０内から各吸入孔２９、２９を通じて圧縮室２３内に吸い込まれる。この冷媒ガスは、これら各圧縮室２３内で圧縮されてから、吐出孔３０、３０を通じて高圧室１１に送り出され、吐出ポートより吐出される。その後、高温・高圧の冷媒ガスはコンデンサで冷却され液冷媒となった後、急激に膨張させられ、低温・低圧の霧状冷媒となってエバポレータに流れ、ここで車室内に供給される空気を冷却し、その後冷媒ガスとなってコンプレッサに吸入される。

図３は、軌道輪を取り外した状態で示すスラストニードル軸受１６Ｂの正面図である。図４は、図３の構成を矢印IV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。図５は、図４の構成の矢印V部を拡大して示す図である。図６（ａ）は、本実施の形態の保持器１６ｈの部分斜視図であり、図６（ｂ）は、保持器１６ｈにころ１６ｅを組み込んだ状態を示す斜視図であるが、図５の下面側から図示している。

図５において、１枚のドーナツ状の板材を、断面がＭ字状になるよう折り曲げて一体的に形成される保持器１６ｈは、半径方向内側の内壁円筒１６ｈｉと、半径方向外側で二重に折り曲げられた外壁円筒１６ｈｏと、中央でＵ字形に折り曲げられた中央部１６ｈｍとを有している。内壁円筒１６ｈｉと外壁円筒１６ｈｏとの間には、ころ１６ｅを収容する矩形孔状のポケット１６ｈｐが、周方向に等間隔で穿設されている。各ポケット１６ｈｐの半径方向外側縁の中央には、切欠１６ｈｃが形成されてる。図６（ｂ）に示すように、中央部１６ｈｍは、周方向両側に配置されたころ１６ｅを保持して、図６で上方に抜け出ることを阻止する機能を有する。

図７は、比較例にかかる保持器１６ｈ’の図５と同様な断面図である。図８（ａ）は、比較例の保持器１６ｈ’の部分斜視図であり、図８（ｂ）は、保持器１６ｈ’にころ１６ｅを組み込んだ状態を示す斜視図であるが、図７の下面側から図示している。比較例にかかる保持器１６ｈ’は、各ポケット１６ｈｐの半径方向外側縁に切欠を形成していないこと以外、保持器１６ｈと同様の構成である。比較例を参照して、本実施の形態の作用効果を説明する。

まず、図７、８に示す比較例において、スラストニードル軸受の動作時に、ころ１６ｅに遠心力Ｆが作用するため、矢印で示すように、ころ１６ｅの軸受半径方向外側端が、それに対向するポケット１６ｈｐの半径方向外側縁に押し付けられ、その間の隙間は微小か又はゼロとなる。かかる状態では、保持器１６ｈ’の軸線方向いずれか一方の側から潤滑油が供給された場合でも、ころ１６ｅの軸受半径方向外側端と、ポケット１６ｈｐの半径方向外側縁との間を通過して、他方の側に流れることが抑制され潤滑状態が不良となるため、高速回転するころ１６ｅが、ポケット１６ｈｐの半径方向外側縁を摩耗させ、あたかもドリルのように半径方向外側縁にもぐり込むという不具合が生じる恐れがある。

これに対し、本実施の形態によれば、図５に示すように、各ポケット１６ｈｐの半径方向外側縁に切欠１６ｈｃを形成しているので、遠心力Ｆによりころ１６ｅの軸受半径方向外側端が、それに対向するポケット１６ｈｐの半径方向外側縁に押し付けられ密着した場合でも、切欠１６ｈｃが潤滑油の通過を許容する通路となる。従って、保持器１６ｈの軸線方向いずれか一方の側から潤滑油が供給された場合には、かかる潤滑油は切欠１６ｈｃを通過して他方の側に流れるため、潤滑状態が良好となり、ころ１６ｅが高速回転した場合でも、ポケット１６ｈｐの半径方向外側縁の摩耗を抑制し、ころ１６ｅのもぐり込みを効果的に抑制できる。

以下、切欠１６ｈｃの大きさについて考察する。図９に示すように、一般的に、ころ１６ｅの端面には、軸線に直交する平面部（端部平面ともいう）１６ｅｐと、その周囲の面取り部１６ｅｃとが形成されている。従って、面取り部１６ｅｃと、ポケット１６ｈｐの切欠１６ｈｃとの寸法関係が問題となる。ここで、図９に示すように、平面部１６ｅｐの外径をＤとし、面取り部１６ｅｃの軸線直交方向の幅を面取り量Ｃとする。又、図１０に示すように、保持器１６ｈを指示した状態で、重力を受けたころ１６ｅが最も下がった状態における、ころ１６ｅの上端と保持器１６ｈの上端との差（ころ１６ｅが高い場合を正とし、保持器１６ｈが高い場合を負とする）を、ころ落ち量Ｑとする。

図１１は、ころ１６ｅと保持器１６ｈとを軸線方向に透視して見た図である。ここで、ころ１６ｅの端面の接触高さｚを、「ころ１６ｅに対して保持器１６ｈが最も下がった状態で、切欠１６ｈｃがない場合におけるころ１６ｅの平面部１６ｅｐと、ポケット１６ｈｐの下縁との高さの差」と定義すると、ｚ＝ｔ−Ｑ−Ｃ（ただし、ｔは保持器に板厚）で表せる。更に、ｚ／Ｄで表される値をｍとし、切欠１６ｈｃの軸線直交方向の幅をＷとする。

図１１（ａ）に示す状態は、ポケット１６ｈｐの縁が、ころ１６ｅの面取り部１６ｅｃに干渉する状態を示しているが、このとき、切欠１６ｈｃの幅Ｗは、
Ｗ＞２×Ｄ×（ｍ−ｍ²）^0.5 （１）
となる。

図１１（ｂ）に示す状態は、ポケット１６ｈｐの縁が、ころ１６ｅの面取り部１６ｅｃと平面部１６ｅｐとの境界に位置する状態を示しているが、このとき、切欠１６ｈｃの幅Ｗは、
Ｗ＝２×Ｄ×（ｍ−ｍ²）^0.5 （２）
となる。

図１１（ｃ）に示す状態は、ポケット１６ｈｐの縁が、ころ１６ｅの平面部１６ｅｐに接触する状態を示しているが、このとき、切欠１６ｈｃの幅Ｗは、
Ｗ＜２×Ｄ×（ｍ−ｍ²）^0.5 （３）
となる。

以上を考察すると、ポケット１６ｈｐの縁が、ころ１６ｅの面取り部１６ｅｃに干渉すると、潤滑状態が良好でも長期化の使用により、保持器１６ｈの摩耗を生じる恐れがある。これに対し、ポケット１６ｈｐの縁を、ころ１６ｅの平面部１６ｅｐに常に接触させるためには、（３）式を満たすのが望ましいことがわかる。更に、面取り部１６ｅｃとの干渉を確実に抑制するためには、
Ｗ＜１．５×Ｄ×（ｍ−ｍ²）^0.5 （４）
を満たすのが望ましい。

図１２は、実施例にかかるころ１６ｅと保持器１６ｈの寸法関係を示す図である。外径が３ｍｍのころ１６ｅにおいて、面取り量Ｃ＝０．４ｍｍであると、平面部１６ｅｐの外径Ｄ＝２．２ｍｍとなる。一方、保持器１６ｈの板厚ｔ＝０．５ｍｍであり、ころ落ち量Ｑ＝−０．２ｍｍであると、ころ１６ｅの端面の接触高さｚ＝０．３ｍｍとなる。従って、値ｍ＝ｚ／Ｄ＝０．１３６であるから、２×Ｄ×（ｍ−ｍ²）^0.5 ＝１．５１となる。よって、切欠１６ｈｃの幅Ｗ＝１ｍｍとすれば、摩耗を抑制したスラストニードル軸受を提供できることとなる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その発明の範囲内で変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、スラストニードル軸受は、カークーラコンプレッサに限らず、自動車用の変速機や事務機器など、各種の機械に適用できる。

本実施の形態にかかるニードル軸受が組み込まれたカーエアコンのコンプレッサの断面図である。図１の構成を矢印II方向に見た図である。軌道輪を取り外した状態で示すスラストニードル軸受１６Ｂの正面図である。図３の構成を矢印IV-IV線で切断して矢印方向に見た図である。図４の構成の矢印V部を拡大して示す図である。図６（ａ）は、本実施の形態の保持器１６ｈの部分斜視図であり、図６（ｂ）は、保持器１６ｈにころ１６ｅを組み込んだ状態を示す斜視図である比較例にかかる保持器１６ｈ’の図５と同様な断面図である。図８（ａ）は、比較例の保持器１６ｈ’の部分斜視図であり、図８（ｂ）は、保持器１６ｈ’にころ１６ｅを組み込んだ状態を示す斜視図である。ころの側面図である。保持器とともに図示するころの側面図である。ころ１６ｅと保持器１６ｈとを軸線方向に透視して見た図である。実施例にかかるころ１６ｅと保持器１６ｈの寸法関係を示す図である。

符号の説明

１カーエアコンのコンプレッサ
６ハウジング
１４シャフト
１５Ａ、１５Ｂラジアルニードル軸受
１６Ａ、１６Ｂスラストニードル軸受

Claims

ころと、前記ころを保持する保持器とを備えたスラストニードル軸受において、
前記保持器は、１枚の板材を折り曲げてなり、且つ前記ころを収容するポケットの半径方向外側縁に切欠を形成していることを特徴とするスラストニードル軸受。
前記切欠は、前記ポケットの半径方向外側縁の中央に設けられ、前記半径方向外側縁は前記ころの端部平面に接触することを特徴とする請求項１に記載のスラストニードル軸受。