JP4497114B2

JP4497114B2 - スラストころ軸受

Info

Publication number: JP4497114B2
Application number: JP2006073953A
Authority: JP
Inventors: 裕幸中井; 義孝早稲田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2026-03-17
Also published as: JP2007247827A

Description

本発明は、スラスト針状ころ軸受等のスラストころ軸受にかかり、特に、自動車用エアコン等のコンプレッサ（冷媒圧縮機）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、本出願人は、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ついて種々の検討を実施した。

図６は、従来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。このスラストころ軸受は、内径側の環状部１５ａとこれと同心の外径側環状部１５ｂとを円周方向複数の柱部１６で連結して断面Ｍ形とされた保持器１２と、上記柱部１６の各円周方向間にそれぞれ形成された複数のポケット２１内に転動自在に収納保持された複数のころ１４とを備える。

柱部１６は、ポケット２１に収納されたころ１４に対して軸方向一方側に位置する径方向両側の柱端部１８ａ，１８ｂそれぞれと、軸方向他方側に位置する柱中央部２０とを軸方向に傾斜した傾斜連結バー２２ａ，２２ｂでそれぞれ連結してなり、これら柱端部１８ａ，１８ｂと柱中央部２０とのそれぞれにポケット２１内に円周方向凸形状に突出してころ１４を軸方向内外に抜け止めするころ止め部２４ａ，２４ｂ，２４ｃを備えている。ころ止め部２４ａ，２４ｂは柱端部１８ａ，１８ｂそれぞれに、ころ止め部２４ｃは柱中央部２０に対応する。

ポケット２１に収納するころ１４は、両端にクラウニングが付けられているとともに、ころ１４の中央側がストレート部となっている。

以上の構成を備えた従来のスラストころ軸受においては、軸受運転時に、ころ１４のストレート部に局部的な剥離損傷が発生したり、あるいは、図示略のスラストレース表面に剥離損傷が発生したりしていた。

この発生原因について検討したところ、軸受運転時にころ１４のストレート部には柱中央部２０側のころ止め部２４ｃの径方向端部（エッジ）から高い接触面圧がかかっており、その上、ころ１４のポケット２１内での挙動により、また荷重変化により、この接触面圧も一定ではないことが原因して、ころ１４のストレート部にはころ止め部２４ｃのエッジ端部との接触により局部的な剥離損傷が発生していたこと、また、柱部１６の傾斜連結バー２２ａ，２２ｂがころ当たりするために、ころ１４の外径面が傾斜連結バー２２ａ，２２ｂにより摩耗されてしまい、この摩耗されたころ１４と摺動するスラストレースの表面に剥離損傷が発生していたことが判明した。そのため、以上の課題を抱えたスラストころ軸受では上記コンプレッサ等の貧潤滑環境環境下では特に改良する余地が大きいといえる。
特開２００４−３１６９３０号公報

したがって、本発明は、ころのストレート部に柱中央部のころ止め部の端部から接触面圧がかからないよう抑制し、かつ、柱部の傾斜連結バーでのころの摩耗を抑制して貧潤滑環境の中で用いるに適したスラストころ軸受を提供することを解決すべき課題としている。

本発明によるスラストころ軸受は、内外径側一対の環状部を複数の柱部で連結して断面Ｍ形とされた保持器と、上記各柱部間に形成された複数のポケットに収納された複数のころとを備えたスラストころ軸受において、上記柱部は、ポケットに収納された各ころのころ中心に対して軸方向一方側に位置する柱端部と軸方向他方側に位置する柱中央部とを軸方向に対して傾斜した傾斜連結バーで連結してなり、柱端部と柱中央部は、それぞれ、ポケット内に突出して両端クラウニング付きのころを抜け止めするころ止め部を備え、上記柱中央部のころ止め部の径方向長さは、ころの中央側ストレート部の径方向長さよりも長く、かつ、上記傾斜連結バーは、軸方向に対して僅かな傾斜角度で傾斜して柱端部と柱中央部とを連結していることを特徴とするものである。この場合、傾斜連結バーの傾斜角度は、２０度以下、好ましくは１０度以下である。また、保持器に固体潤滑剤皮膜を形成することが好ましい。この皮膜にはテフロン（登録商標）等のフッ素樹脂皮膜等がある。この皮膜形成により、ころ止め部ところとの接触部分や、傾斜連結バーところとの接触部分での摩耗をより効果的に抑制することができる。

本発明によると、柱中央部のころ止め部の径方向端部を径方向に延ばしてころの中央側ストレート部の径方向寸法より長く設定したから、ころのストレート部にはころ止め部の径方向端部から接触面圧がかからずに済み、ころ中央側ストレート部に上記接触に伴う剥離損傷が発生するおそれがなくなった。また、傾斜連結バーを軸方向に対して僅かな傾斜角度で傾斜、すなわち、実質的には傾斜連結バーを軸方向に略平行（径方向に略垂直）な傾きに設定したから、軸受運転中に柱部の傾斜連結バーがころ当たりする面積が大幅に減り、その結果、ころの外径面が傾斜連結バーのころ当たりによる摩耗を低減することができ、摩耗されたころと摺動するスラストレースの表面剥離を抑制することができるようになった。

本発明では、柱中央部のころ止め部を径方向に長く延ばすことが同時に傾斜連結バーの傾斜角度を小さくするという目的にも適っており、ころ止め部における課題と傾斜連結バーによる課題とを一挙に解決することができる点で顕著な効果を発揮することができる構成を得られる。

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内のような貧潤滑環境の回転部分の支持する場合に適したスラストころ軸受を提供することができる。

本発明によれば、軸受運転中において、ころは柱中央部のころ止め部の端部から接触面圧を受けずに転動することができ、また、ころは柱部の傾斜連結バーとの接触面積が減るので、ころ外径面がいびつに摩耗変形されなくなり、ころが転動する相手レースの損傷等を抑制することができる。その結果、貧潤滑環境の中で回転部分のスラスト荷重を支持するスラストころ軸受として用いるのに適した軸受を提供することができる。

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ないし図３を参照して実施の形態のスラストころ軸受を説明する。図１は同スラストころ軸受の平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は図２の点線円Ｂで囲む部分を拡大して示す断面図、図４はころの中央側ストレート部と柱中央部のころ止め部との関係の説明に供する図、図５は柱部の傾斜連結バーの傾斜角度の説明に供する図である。

図１ないし図３を参照して、このスラストころ軸受１０は、保持器１２と複数のころ１４とから構成されている。ころ１４は保持器１２のポケット２１に１つづつ収納されている。

保持器１２は、径方向内外において同心配置された一対の環状部１５ａ，１５ｂと、この両環状部１５ａ，１５ｂを複数の柱部１６で連結して断面Ｍ形に構成されている。柱部１６はポケット２１に収納されたころ１４の中心に対して軸方向一方側の径方向両端に位置して径方向平坦な柱端部１８ａ，１８ｂと、軸方向他方側で両柱端部１８ａ，１８ｂの径方向中央側に位置して径方向平坦な柱中央部２０と、柱端部１８ａ，１８ｂと柱中央部２０とを軸方向に対して傾斜しストレートに延びて連結する傾斜連結バー２２ａ，２２ｂとからなり、両柱端部１８ａ，１８ｂと柱中央部２０それぞれにポケット２１内に円周方向凸形状に突出してころ１４を軸方向内外に抜け止めするころ止め部２４ａ，２４ｂ，２４ｃを備えて構成されている。ころ１４は両端部分１４ｂにクラウニングを有し、ころ両端部分１４ｂの負荷軽減（エッジ応力の低減）を図り、かつ、両端部分１４ｂ間の中央部分（中央側ストレート部という）１４ａがころの有効長さとして短くされて差動すべりを低減させることができるようになっている。

以上の構成を備えたスラストころ軸受１０において、柱中央部２０のころ止め部２４ｃの径方向長さＬ１をころ１４の中央側ストレート部１４ａの径方向長さＬ２よりも長く設定し、かつ、傾斜連結バー２２ａ，２２ｂの傾斜角度θを軸方向に対して５度以下に設定している。

次に、図４（ａ）のようにころ止め部２４ｃの径方向長さＬ１＜ころ１４の中央側ストレート部１４ａの径方向長さＬ２の場合と、図４（ｂ）のようにころ止め部２４ｃの径方向長さＬ１＞ころ１４の中央側ストレート部１４ａの径方向長さＬ２の場合とを比較説明する。

図４（ａ）ではころ１４の母線形状においてストレート部１４ａの径方向長さＬ２がころ止め部２４ｃの径方向長さＬ１よりも長いために、ころ止め部２４ｃの径方向両端角部２４ｄとストレート部１４ａとの接触面圧が局部的に極めて高くなり、ころ１４の中央側ストレート部１４ａはこの高い接触面圧を受けて局部剥離する。これに対して図４（ｂ）ではころ１４の母線形状においてころ止め部２４ｃの径方向長さＬ１がストレート部１４ａの径方向長さＬ２よりも長いために、ころ止め部２４の径方向両端角部２４ｄは中央側ストレート部１４ａとは接触しないために、ころ１４の中央側ストレート部１４ａにはころ止め部２４ｃの径方向両端角部２４ｄから上記した接触面圧がかからなくなり上記局部剥離は発生しない。

次に、図５（ａ）のように傾斜連結バー２２ａ，２２ｂの傾斜角度θを軸方向に対して２０度に設定した場合と、図５（ｂ）のように傾斜角度θを軸方向に対して５度に設定した場合とを比較説明する。柱端部１８ａ，２８ｂそれぞれと柱中央部２０との軸方向離隔距離Ｌ３は図５（ａ）も図５（ｂ）も共に同じである。そのため柱端部１８ａ，１８ｂそれぞれの径方向端から柱中央部２０の径方向端までの径方向距離は傾斜連結バーの傾斜角度θが大きい図５（ａ）では長い径方向距離Ｌ４であり、傾斜角度θが小さい図５（ｂ）では短い径方向距離Ｌ５である。そのため、傾斜連結バー２２ａ，２２ｂがころ１４と接触する面積は、図５（ａ）では大きく、図５（ｂ）では小さい。この場合、図５（ｂ）の傾斜連結バー２２ａ，２２ｂの傾斜角度θは５度であり、傾斜連結バー２２は実質的に径方向に対して略垂直で軸方向に略平行になっていて、傾斜連結バー２２ａ，２２ｂがころ１３と接触する径方向での範囲は傾斜連結バー２２ａ，２２ｂの径方向幅の狭いものとなり、この傾斜連結バー２２ａ，２２ｂの径方向幅は保持器を構成する板材の肉厚に近くなるので、これにより、ころ１４は傾斜連結バー２２ａ，２２ｂとの接触による摩耗は大きく低減される。なお、上記傾斜角度θは１０度でもよい。

図１は本発明の実施の形態に係るスラストころ軸受の平面図である。図２はＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３は図２の点線円Ｂで囲む部分を拡大して示す断面図である。図４はころの中央側ストレート部と柱中央部のころ止め部との関係の説明に供する図である。図５は柱部の傾斜連結バーの傾斜角度の説明に供する図である。図６は従来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。

符号の説明

１０スラストころ軸受
１２保持器
１４ころ
１４ａ中央側ストレート部
１４ｂ両端部分
１５ａ，１５ｂ環状部
１６柱部
１８ａ，１８ｂ柱端部
２０柱中央部
２２ａ，２２ｂ傾斜連結バー
２４ａ，２４ｂ，２４ｃころ止め部

Claims

内外径側一対の環状部を複数の柱部で連結して断面Ｍ形とされた保持器と、上記各柱部間に形成された複数のポケットに収納された複数のころとを備えたスラストころ軸受において、
上記柱部は、ポケットに収納された各ころのころ中心に対して軸方向一方側に位置する柱端部と軸方向他方側に位置する柱中央部とを軸方向に対して傾斜した傾斜連結バーで連結してなり、柱端部と柱中央部は、それぞれ、ポケット内に突出して両端クラウニング付きのころを抜け止めするころ止め部を備え、
上記柱中央部のころ止め部の径方向長さは、ころの中央側ストレート部の径方向長さよりも長く、かつ、上記傾斜連結バーは、軸方向に対して僅かな傾斜角度で傾斜して柱端部と柱中央部とを連結している、ことを特徴とするスラストころ軸受。
上記傾斜連結バーの傾斜角度が、１０度以下である、ことを特徴とする請求項１に記載のスラストころ軸受。
上記保持器に固体潤滑剤皮膜を形成した、ことを特徴とする請求項１に記載のスラストころ軸受。