JP2005351289A - スラストニードル軸受の保持器、スラストニードル軸受及びコンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】
耐久性・信頼性を確保できるスラストニードル軸受の保持器、スラストニードル軸受及びカークーラ等のコンプレッサを提供する。
【解決手段】
ころ２４ａが収容されるポケット部２４ｐにおいて、ころ２４ａと接する板材２４ｃ１，２４ｃ２の端面に面取り部Ｃを設けたので、面取り部Ｃがころ２４ａに接触しても面あたりとなることから、ころ２４ａの外周面に付着した潤滑剤が掻き取られることが抑制され、ころ２４ａと保持器２４ｃとの金属接触を抑制でき、摩耗を抑制できる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、コンプレッサや、自動車用の変速機等に用いられると好適なスラストニードル軸受用ころ及びそれを用いた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回転支持板を傾動可能に連結してある。斜板の外周寄りには、スライディングシューがシリンダ内を往復運動可能なようにピストンを保持して円周方向等間隔に取付けてあり、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、いわゆるみそすり運動をし、それによりスライディングシュー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２００３−９７５６２号公報

ところで、近年自動車の高出力化、高速化、静音化、高効率化等が進み、各部品に要求される仕様も厳しいものになってきた。具体的な例として、カーエアコンコンプレッサにおいて、車の全体的な効率化等の面から電磁クラッチが廃止された例がある。このような場合、従来は電磁クラッチのＯＮ・ＯＦＦによってコンプレッサ主軸の回転をさせていたものが常に回転するようになってきた。つまりコンプレッサの駆動シャフトや、斜板等は、エンジンの起動中は常に回転していることになる。

これを別な視点から見ると、車全体としては確かに効率化が図られているともいえるが、個々の部品でとらえた場合、効率化に反しているものもある。例えば斜板を駆動する駆動シャフトは常時回転しているため、これを支持する軸受も常時動作していることとなり、その引きずりトルクや摩耗が問題となる。特に、一般的なカークーラコンプレッサでは潤滑が厳しいため、常時回転している状態ではトルク、潤滑性、温度上昇を抑える必要性が求められる。

しかるに、従来技術においては、板材を保持器の形に仕上げて最終工程にてポケット部をプレスしているが、このポケット形成においてはプレスでころが入る部分を四角く抜くだけで特に後加工なく完成品としているが、かかる保持器では、ころが保持器のポケット部のエッジと接触することになるため、このエッジによってころ外径部の潤滑剤がかきとられることになり、十分な潤滑剤を供給しないと、保持器と金属接触し異常摩耗が発生することが懸念される。さらに、異常摩耗が進行するとフレーキング等に至る可能性があり、最終的には軸受の回転不具合、つまり、コンプレッサとしての機能が損なわれることになる。

一方、潤滑が厳しい環境下で使用されるスラストニードル軸受の摩耗を抑える技術が、特許文献２に開示されている。かかる従来技術によれば、転動体であるころのクラウニングなどを調整することで、エッジ負荷を減少させるようにしている。かかる技術は、軸受の疲労寿命に余裕がある場合にはある程度の効果を期待できるが、ころ１本の長さを半分にしたような構成であるため、軸受の負荷容量が低下するという問題がある。更には、ころの長さが短くなり、ころ径に対する長さの比が１に近くなるため、加工しにくくなるという問題もある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、耐久性・信頼性を確保できるスラストニードル軸受の保持器、スラストニードル軸受及びカークーラ等のコンプレッサ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の保持器は、複数のころと、板材をプレス成形してなり前記ころを保持する保持器と、を有するスラストニードル軸受の保持器において、
前記ころが収容されるポケット部において、前記ころと接する板材の端面に面取りを施したことを特徴とする。

本発明のスラストニードル軸受の保持器は、複数のころと、板材をプレス成形してなり前記ころを保持する保持器と、を有するスラストニードル軸受の保持器において、前記ころが収容されるポケット部において、前記ころと接する板材の端面に面取りを施したので、面取り部分がころに接触しても面あたりとなることから、ころの外周面に付着した潤滑剤が掻き取られることが抑制され、ころと保持器との金属接触を抑制でき、摩耗を抑制できる。

前記面取りの量は、板材の厚さの５〜３０％であると好ましい。

前記面取りは、面押し加工によって形成されると好ましい。すなわち、前記保持器の面取り加工は、ポケットをプレスにて打抜いた後、プレスによる面押し加工にて施すことで、加工コストも抑えることが可能である。

前記保持器はころ案内で用いられると好ましい。前記保持器がころ案内である場合は、レース案内である場合に比べると、前記保持器がころに乗っているため、そのポケットのエッジが、前記ころの外径面に必ず接触することとなり、従って本発明の効果をより発揮できることになる。

前記保持器の硬さはＨｖ４００〜６００であると好ましい。このように前記保持器の硬さを低くしてあるため、前記保持器のころに対する攻撃性も低下する。保持器が硬すぎると、ころを摩耗させ、逆に柔らかすぎると、保持器の方が摩耗してしまうため適切な範囲があり、この範囲は後述する実験により確認されたものである。

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シャフトが組み込まれたカーエアコンの斜板式コンプレッサの断面図である。

図１に示すように、被動機器としてのコンプレッサ１１は、シリンダブロック１２と、その前端面に接合されたフロントハウジング１３と、バルブプレート１４と、シリンダブロック１２の後端面にバルブプレート１４を介して接合されたリヤハウジング１５とを備えている。これら部材１２，１３，１４及び１５を複数本の通しボルト１６（１本のみ図示）で締め付け固定することによりコンプレッサ１１のハウジングが構成される。

駆動シャフト１７は、シリンダブロック１２及びフロントハウジング１３の中央に、前後一対のラジアルベアリング１８を介して回転可能に支持されている。駆動シャフト１７は、その中央に球面座１７ａを有している。駆動シャフト１７の前端部外周面と、フロントハウジング１３の前側に突設された支持筒部１３ａの内周面との間には、リップシール１９が介装されている。シリンダブロック１２には、複数のシリンダボア２０が駆動シャフト１７を取り囲むように等角度間隔にて形成されている。各シリンダボア２０は駆動シャフト１７と平行に延びており、各ボア２０内には片頭型のピストン２１が往復動可能に嵌挿されている。各シリンダボア２０においてピストン２１の端面とバルブプレート１４との間には、容積可変の圧縮室２０ａが区画されている。

フロントハウジング１３の内側には、クランク室２２が区画形成されている。クランク室２２内において、回転支持体２３が駆動シャフト１７に一体回転可能に止着されている。回転支持体２３の前端面とフロントハウジング１３の内壁面との間にはスラストニードル軸受２４が介装されている。回転支持体２３の後面からは一対の支持アーム２５がシリンダブロック１２側に向かって突設され、各アームの先端には斜板が傾く際のヒンジ機構を構成するガイド部（図１の場合は孔）２６が形成されている。

クランク室２２内には斜板２７が配設されている。斜板２７はほぼ円板形状をなすとともに、駆動シャフト１７が挿通される中央孔２７ａを有している。その中央孔２７ａは、球面座１７ａに対応してその内面が凹球面状になっており、従って駆動シャフト１７の球面座１７ａの外面に嵌合することで、両者は相対摺動可能な状態となる。中央孔２７ａが球面座１７ａに対して摺動することで、斜板２７は、駆動シャフト１７の球面座上に揺動（角度可変即ち傾動）可能となっている。コンプレッサは一般的に潤滑条件が厳しいので、必要に応じ、球面座１７ａの外面と、中央孔２７ａの内面の少なくとも一方に、リン酸マンガン等の化成被膜処理を施し、潤滑性を向上させている。斜板２７の前面には回転支持体２３とのヒンジ機構を構成する連結体２８が突設されている。この機構の一部が支持アーム２５のガイド部２６内で摺動可能に配置されることによりヒンジ機構が構成される。このヒンジ機構を介して回転支持体２３に対し、斜板２７が傾動可能に連結されている。本図の場合は、アームのガイド部２６に連結体２８が挿入された様な構造となっているが、ガイド部２６と連結体２８を横から串刺しとなるようにピンを通す構造としても良い。駆動シャフト１７と斜板２７とで、斜板傾動機構１００を構成する。斜板２７の外周縁部は、一対のスラスト転がり軸受であるスラストニードル軸受８０と一対の半球状のシュー２９を介して、各ピストン２１が連結されている。

駆動シャフト１７の回転に伴い、回転支持体２３と共に斜板２７が回転し、各ピストン２１がシリンダボア２０内において往復動される。

シリンダブロック１２の中心には、駆動シャフト１７の後端部を収容可能なように収容室３０が形成されている。バルブプレート１４及びリヤハウジング１５には吸入通路３１が形成されている。吸入通路３１の前端は収容室３０に連通され、後端は外部冷媒回路３２に接続されている。外部冷媒回路３２は少なくとも凝縮器３３、膨張弁３４及び蒸発器３５を備えている。

リヤハウジング１５には環状の吸入室３６が区画形成されており、この吸入室３６は連通口３７を介して収容室３０に連通している。リヤハウジング１５内には更に、吐出室３８が区画形成されており、この吐出室３８はハウジング内に形成された吐出通路３９を介して外部冷媒回路３２に接続されている。バルブプレート１４には各シリンダボア２０毎に吸入ポート４０及び吐出ポート４１が形成されている。バルブプレート１４のシリンダブロック１２側には吸入ポート４０を開閉するための吸入弁４２が配設されている。バルブプレート１４の吐出室３８側には吐出ポート４１を開閉するための吐出弁４３が配設されている。

シリンダブロック１２の収容室３０内には、遮断体４５が収容されている。斜板２７と遮断体４５との間には、略環状のスラストニードル軸受４７がシャフト１７の後方へのアキシアル荷重を受けることが出来るように駆動シャフト１７上に設けられ軸１７の後方への荷重を受けるようにしている。なお、斜板の傾角とは、駆動シャフト１７と直交する平面と斜板２７との成す角度を意味する。

図１に示すように、斜板２７の下部前面には傾斜の傾きすぎを規制するための規制突部４８が形成されている。規制突部４８と回転支持体２３との当接により、斜板２７の最大傾角が規制される。回転支持体２３と斜板２７との間に介装された傾角減少バネ４９は、斜板２７を最小傾角方向に付勢する。

放圧通路５０は、クランク室２２と遮断体４５の内部空間とを連通する。遮断体４５の筒部後端には絞りとしての放圧通口５１が貫通形成され、この放圧通口５１を介して遮断体４５の内部が収容室８０の内部に連通している。

コンプレッサ１１のハウジングを構成するシリンダブロック１２、バルブプレート１４及びリヤハウジング１５には一連の給気通路５２が形成されている。この給気通路５２は吐出室３８とクランク室２２とを連通する。リヤハウジング１５に装着された容量制御弁５３は、前記給気通路５２の途中に設けられている。制御弁５３は、外部コントローラ（図示略）からの通電制御によって励消磁されるソレノイド５４を有している。ソレノイド５４の励磁または消磁に伴って制御弁５３が閉止または開放される。容量制御弁５３の開閉制御に応じて吐出室３８からクランク室２２への圧力供給が制御され、クランク室２２の内圧が調節される。クランク室２２の内圧に応じて斜板２７の傾角が決定される。

次に、駆動源としての車輌エンジン６２からコンプレッサ１１の駆動シャフト１７に駆動力を伝達する動力伝達機構について説明する。

フロントハウジング１３の前側には電磁クラッチ５５が配設されている。電磁クラッチ５５は、プーリ５６、ハブ５７、アーマチュア５８及びソレノイド５９を備えている。ソレノイド５９は、外部コントローラ（図示略）からの通電制御によって励消磁される。

プーリ５６は、フロントハウジング１３の支持筒部１３ａにアンギュラベアリング６０を介して回転可能に支持されている。プーリ５６と車輌エンジン６２のプーリ６２ａとの間にはベルト６１が掛装され、このベルト６１を介して、プーリ５６は車輌エンジン６２と作動連結されている。

金属製のハブ５７は略円筒形状をなし、駆動シャフト１７の前端部にボルト６３によって一体回転可能に固定又は結合されている。ハブ５７の周囲には、円板状のアーマチュア５８がプーリ５６の前面に対して接離可能に配設されている。

次に、クラッチ付のコンプレッサを例に取って前述のようなコンプレッサ１１の基本動作について説明する。エンジン６２の運転時、エンジン６２の駆動力はベルト６１を介して電磁クラッチ５５のプーリ５６に伝達され、該プーリ５６は常時回転されている。外部冷媒回路３２に冷房負荷が存在する場合には、外部コントローラはソレノイド５９を励磁し、その生じた電磁力によりアーマチュア５８がプーリ５６の前面に吸着接合される。すると、アーマチュア５８と一体化されたプーリ５６の回転力が、ハブ５７及び駆動シャフト１７に伝達される。他方、外部冷媒回路３２に冷房負荷が存在しない場合には、外部コントローラはソレノイド５９を消磁してその電磁力を消失させ、アーマチュア５８をプーリ５６の前面から離間させる。すると、駆動シャフト１７とエンジン６２との作動連結が解除される。

図１は、斜板２７が最大傾角にある状態を示している。この状態では、ソレノイド５４の励磁により容量制御弁５３が閉止されて給気通路５２が閉じられている。このため、吐出圧Ｐｄ相当の圧縮冷媒ガスが給気通路５２を介して吐出室３８からクランク室２２に供給されず、クランク室２２の内圧Ｐｃが吸入室３６の相対的に低い圧力（即ち吸入圧Ｐｓ）に次第に接近し、斜板２７の角度が最大傾角に保持されて最大吐出容量での圧縮運転が行われる。

最大吐出容量での圧縮運転の結果、冷房負荷が小さくなると、前述と逆の動作によりソレノイド５４が消磁されて容量制御弁５３が開放される。これにより、クランク室内圧Ｐｃが高まり、斜板２７が最大傾角状態から最小傾角状態へ迅速に移行される。

図２は、本実施の形態にかかるスラストニードル軸受２４の断面図である。図３は、図２の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。図２に示すように、スラストニードル軸受２４は、転動体であるころ２４ａと、ころ２４ａを保持する、プレスして２枚の板材２４ｃ１，２４ｃ２を対向して組み合わせてなる保持器２４ｃと、レース２４ｂとを有しており、ころ案内で用いられる。保持器２４ｃは、ころ２４ａを収容してなるポケット部２４ｐをプレスで打ち抜いて形成しているが、図３に示すように、ポケット部２４ｐを形成する板材２４ｃ１，２４ｃ２の端面には面押し加工が施されて、面取り部Ｃが形成されている。面取り部Ｃの量Δ（板材の厚さ方向の長さ）は、板材の厚さをｔとしたときに、Δ＝０．０５ｔ〜０．３０ｔの範囲にあると好ましい。板材２４ｃ１，２４ｃ２の硬さは、Ｈｖ４００〜６００である。

本実施の形態によれば、ころ２４ａが収容されるポケット部２４ｐにおいて、ころ２４ａと接する板材２４ｃ１，２４ｃ２の端面に面取り部Ｃを設けたので、面取り部Ｃがころ２４ａに接触しても面あたりとなることから、ころ２４ａの外周面に付着した潤滑剤が掻き取られることが抑制され、ころ２４ａと保持器２４ｃとの金属接触を抑制でき、摩耗を抑制できる。

図４は、別な実施の形態にかかるスラストニードル軸受２４’の断面図であるが、レースは省略している。図４に示すように、スラストニードル軸受２４’は、プレスして２枚の板材２４ｃ１’，２４ｃ２’を対向し、半径方向外方では密着するように貼り合わせてなる保持器２４ｃ’を有している。図示していないが、本実施の形態においても、図３と同様に、板材２４ｃ１’、２４ｃ２’には面取り部が形成されている。形状以外の点については、上述した実施の形態と同様である。

図５は、更に別な本実施の形態にかかるスラストニードル軸受２４”の断面図である。図６は、図５に示す保持器を矢印VI方向に見た図である。本実施の形態のスラストニードル軸受２４”は、転動体であるころ２４ａと、ころ２４ａを保持する、１枚の板材を折り曲げることによって形成された保持器２４ｃ”と、レース２４ｂ”、２４ｄ”とを有している。本実施の形態においては、ころ２４ａに対して保持器２４ｃ”が周方向に相対移動したときに、ポケット部２４ｐ”における図５でレース２４ｂ”側の２点Ｃ１，Ｃ３と、レース２４ｄ”側の点Ｃ２でころ２４ａと接触するため、少なくともこれら部分（図６参照）について面取りを施す必要がある。面取り量及び板材の硬度、ころ案内である等は、上述した実施の形態と同様である。

本発明者らは、保持器の硬さと、面取り量と、ころ摩耗度合いとの関係を求める試験を行った。試験結果を表１に示す。
供試条件
（１）使用軸受：φ４０×φ６０
（２）ころ：φ３
（３）回転数：５０００ｍｉｎ^−１
（４）アキシアル荷重：４０００Ｎ
（５）保持器の厚さ：ｔ＝０．８（ｍｍ）
（６）潤滑油：白灯油＋ＰＡＧ

表１の試験結果において、保持器のポケット部において面取りを施さなかった場合、保持器の硬さに関係なく、ころ摩耗が発生することが認められた。すなわち、面取りを施すことで、ころ摩耗が抑制されることが確認された。但し、面取り量が０．０４以下では、面取りの効果は少ないこともわかった。更に、硬さがＨｖ３７２以下の保持器においては、保持器の摩耗が確認された。一方、硬さがＨｖ７７２以上の保持器においては、面取りを施してもころ摩耗が確認された。

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。

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。 本実施の形態にかかるスラストニードル軸受２４の断面図である。 図２の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図である。 別な実施の形態にかかるスラストニードル軸受２４’の断面図である。 更に別な本実施の形態にかかるスラストニードル軸受２４”の断面図である。 図５に示す保持器を矢印VI方向に見た図である。

符号の説明

１１ コンプレッサ
１２ シリンダブロック
１３ フロントハウジング
１３ａ 支持筒部
１４ バルブプレート
１５ リヤハウジング
１６ ボルト
１７ 駆動シャフト
１８ ラジアルベアリング
１９ リップシール
２０ シリンダボア
２０ａ 圧縮室
２１ ピストン
２２ クランク室
２３ 回転支持体
２４ スラストニードル軸受
２５ 支持アーム
２６ ガイド部
２７ 斜板
２８ 連結体
２９ シュー
３０ 収容室
３１ 吸入通路
３２ 外部冷媒回路
３３ 凝縮器
３４ 膨張弁
３５ 蒸発器
３６ 吸入室
３７ 連通口
３８ 吐出室
３９ 吐出通路
４０ 吸入ポート
４１ 吐出ポート
４２ 吸入弁
４３ 吐出弁
４５ 遮断体
４６ 吸入通路開放バネ
４７ スラストニードル軸受
４８ 規制突部
４９ 傾角減少バネ
５２ 給気通路
５３ 制御弁
５４ ソレノイド
５５ 電磁クラッチ
５６ プーリ
５７ ハブ
５８ アーマチュア
５８ａ 段差部
５９ ソレノイド
６０ アンギュラベアリング
６１ ベルト
６２ エンジン
６２ａ プーリ
６３ ボルト

Claims (7)

1. 複数のころと、板材をプレス成形してなり前記ころを保持する保持器と、を有するスラストニードル軸受の保持器において、
   前記ころが収容されるポケット部において、前記ころと接する板材の端面に面取りを施したことを特徴とするスラストニードル軸受の保持器。
2. 前記面取りの量は、板材の厚さの５〜３０％であ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の保持器。
3. 前記面取りは、面押し加工によって形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のスラストニードル軸受に記載の保持器。
4. 前記保持器はころ案内で用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスラストニードル軸受の保持器。
5. 前記保持器の硬さはＨｖ４００〜６００であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスラストニードル軸受の保持器。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の保持器を用いたことを特徴とするスラストニードル軸受。
7. 請求項６に記載のスラストニードル軸受を用いたことを特徴とするコンプレッサ。
   

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