(57)【要約】【課題】コンプレッサ主軸の支持構造に用いられる針状ころ軸受の鋼製保持器の表面損傷を防止するとともに、保持器全体の疲労強度や破壊強度も高めて、針状ころ軸受を長寿命化することである。【解決手段】コンプレッサ主軸１１のラジアル荷重を支持する針状ころ軸受１の鋼製保持器４を、その素材鋼板の炭素含有量が０．１５〜１．１０質量％の範囲に入るものとし、その肉厚方向を含めた全体に、高周波焼入れと高周波焼戻しとから成る高周波熱処理を施すことにより、保持器４の摩耗や焼付き等の表面損傷を防止するとともに、保持器全体の疲労強度や破壊強度も高めて、針状ころ軸受１を長寿命化できるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサの圧縮動作部材を回転駆動させる主軸と、この主軸のラジアル荷重をコンプレッサ内で支持する針状ころ軸受とからなり、この針状ころ軸受の針状ころを鋼製保持器で保持したコンプレッサ主軸の支持構造において、前記鋼製保持器の肉厚方向を含めた全体に、少なくとも高周波焼入れを含む高周波熱処理を施したことを特徴とするコンプレッサ主軸の支持構造。
【請求項２】
前記高周波熱処理に高周波焼戻しを含めた請求項１に記載のコンプレッサ主軸の支持構造。
【請求項３】
前記針状ころ軸受が、内外輪の少なくとも一方の軌道輪を備えたものである請求項１または２に記載のコンプレッサ主軸の支持構造。
【請求項４】
前記鋼製保持器の表面硬さと内部硬さがビッカース硬度でＨＶ３５０〜７００の範囲にある請求項１乃至３のいずれかに記載のコンプレッサ主軸の支持構造。
【請求項５】
前記鋼製保持器の炭素含有量が０．１５〜１．１０質量％の範囲にある請求項１乃至４のいずれかに記載のコンプレッサ主軸の支持構造。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載のコンプレッサ主軸の支持構造における前記主軸のラジアル荷重の支持に用いた針状ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサ主軸の支持構造とこの支持構造に用いられる針状ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコンディショナ等のコンプレッサには、高速で回転駆動される主軸によって圧縮動作部材を動作させ、この主軸のラジアル荷重をコンプレッサ内に配置された針状ころ軸受で支持した支持構造を採用したものがある（例えば、特許文献１参照）。針状ころ軸受は軸受投影面積が小さい割に高負荷容量と高剛性が得られる利点を有しており、コンプレッサ主軸の支持構造をコンパクトに設計できる。
【０００３】
特に、自動車用エアコンディショナに用いられるコンプレッサは、耐久性の向上が求められるとともに、近年、省エネルギや環境への配慮からエアコンディショナの冷却効率を高めるために、コンプレッサの軸受部をはじめとする内部の潤滑に用いるオイル量を削減する動きがある。元来、コンプレッサ内部の潤滑には低粘度のオイルが用いられており、このようなオイル量の削減と相俟って、高速で回転駆動されるコンプレッサ主軸の支持構造に用いられる針状ころ軸受は、過酷な希薄潤滑条件下で使用されるようになっている。
【０００４】
一方、ラジアル荷重を支持する針状ころ軸受には、針状ころを鋼製保持器で保持したものが多い。この鋼製保持器は、その製造工程によって大別すると、パイプ材から削り出しによって製造する削り出し保持器、板材から打ち抜いた円形ブランクを絞り工程を含むプレス加工で成形するプレス保持器、および帯板を定尺に切断し、これを環状に曲げ加工して両端を溶接する溶接保持器とがある。これらの鋼製保持器は、いずれもポケット抜きによって、針状ころを収納するポケット部が柱部で区画されるように形成される。
【０００５】
これらの鋼製保持器の素材には、製造工程における切削加工性やプレス加工性等を考慮して、炭素含有量が０．１５質量％以下であるＳ１５Ｃ等の低炭素機械構造用鋼、ＳＣＭ４１５等の低炭素機械構造用合金鋼、およびＳＰＣ等の低炭素冷延鋼板が多く用いられており、摩耗や焼付き等の表面損傷を防止するために、加工後に、浸炭処理、浸炭窒化処理、軟窒化処理のような表面熱処理を施されている（例えば、特許文献２参照）。前熱処理として浸炭窒化処理をするかまたは前熱処理なしで、ポケット部の転動体が接触する部分に高周波焼入れや衝撃焼入れの表面焼入れを施すようにしたものもある（例えば、特許文献３参照）。また、銀や銅等の金属めっき処理、燐酸マンガン処理等の酸化皮膜処理のような表面化学処理を施して（例えば、特許文献４参照）、耐摩耗性や耐焼付き性を改善するように鋼製保持器を表面改質したものもある。
【０００６】
【特許文献１】特許第２９９７０４７号公報（第２頁、第１０−１２図）
【特許文献２】特開平１０−４６３１８号公報（第３−４頁）
【特許文献３】特開２０００−２０５２７４号公報（第２−３頁）
【特許文献４】特開平１１−３０３８７５号公報（第２−３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したコンプレッサ主軸の支持構造に用いられる針状ころ軸受のように高速回転で使用されるものは、保持器の動きが大きくなって針状ころが大きな接触圧力でポケット部に摺接する。針状ころ軸受が内輪や外輪の軌道輪を有する場合は、軌道輪も保持器の内径面や外径面に摺接する。このため、自動車用エアコンディショナのコンプレッサ主軸の支持構造のように、針状ころ軸受が過酷な希薄潤滑条件下で使用されるものでは、鋼製保持器のこれらの摺接部に摩耗や焼付き等の表面損傷がさらに生じやすくなる問題がある。摩耗によって生じる摩耗粉が針状ころと軌道輪の軌道面間に噛み込まれて、軌道面や針状ころの表面に早期剥離が発生する恐れもある。また、ポケット部を区画する柱部に針状ころが大きな接触圧力で繰り返し接触することによって、柱部を含む保持器全体に疲労や変形による破壊が生じやすくなる問題もある。
【０００８】
上述した特許文献２乃至４に記載された鋼製保持器のように、耐摩耗性や耐焼付き性を改善するように表面改質したものは、摩耗や焼付き等の表面損傷の防止についてはある程度の効果を有するが、保持器全体の疲労強度や破壊強度を高めることはできない問題がある。
【０００９】
また、浸炭処理、浸炭窒化処理、軟窒化処理等の表面熱処理によって鋼製保持器を表面改質する手段（特許文献２、３）は、これらの表面熱処理が雰囲気調整を必要とするので、雰囲気炉等の熱処理設備が大きくなるとともに、炭素や窒素を拡散させるために熱処理時間も長くなる。雰囲気を調整する熱処理は、一度に多数の部品を処理しないと効率が悪いので大ロット生産を余儀なくされ、仕掛品が増大してリードタイムも長くなる。さらに、焼入れ油等の廃油処理も必要であり、地球環境への負担も無視できない問題もある。
【００１０】
一方、金属めっき処理、酸化皮膜処理等の表面化学処理によって鋼製保持器を表面改質する手段（特許文献４）は、めっき処理等のための表面処理設備が大きくなるとともに、めっき皮膜や酸化皮膜等の表面皮膜の形成と、その厚みの確保のために処理時間が長くなる。また、上記表面熱処理の場合と同様に、大ロット生産を余儀なくされ、仕掛品が増大してリードタイムも長くなり、めっき液等の廃液処理も必要とするので、地球環境への負担も大きくなる。
【００１１】
また、これらの表面改質のための表面熱処理や表面化学処理では、突然の停電や何らかのトラブルで処理設備が停止すると、処理中の大量の保持器が不良品となり、その回収と設備の復帰のために多大な時間とコストが無駄になる問題もある。さらに、已むを得ず小ロット生産を行う場合は、生産効率が低下するのみでなく、異品が混入する恐れもある。
【００１２】
なお、特許文献３には、ころ軸受を実施例とした転がり軸受用保持器に高周波焼入れや衝撃焼入れの表面焼入れを施す手段が記載されており、前熱処理として浸炭窒化処理をしなければ、雰囲気炉等の熱処理設備を必要としない。しかしながら、特許文献３に記載された転がり軸受用保持器は、多数のポケット部を有する針状ころ軸受の保持器に適用すると、各ポケット部毎に表面のみを焼入れするのに非常に手間がかかり、かつ、表面焼入れのみでは保持器全体の疲労強度や破壊強度を高めることができない問題がある。
【００１３】
そこで、本発明の課題は、コンプレッサ主軸の支持構造に用いられる針状ころ軸受の鋼製保持器の表面損傷を防止するとともに、保持器全体の疲労強度や破壊強度も高めて、針状ころ軸受を長寿命化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明は、コンプレッサの圧縮動作部材を回転駆動させる主軸と、この主軸のラジアル荷重をコンプレッサ内で支持する針状ころ軸受とからなり、この針状ころ軸受の針状ころを鋼製保持器で保持したコンプレッサ主軸の支持構造において、前記鋼製保持器の肉厚方向を含めた全体に、少なくとも高周波焼入れを含む高周波熱処理を施した構成を採用した。
【００１５】
すなわち、雰囲気調整を必要とせず、コンパクトで小ロット生産にも対応できる高周波熱処理設備を用いて、鋼製保持器の肉厚方向を含めた全体に、少なくとも高周波焼入れを含む高周波熱処理を施すことにより、鋼製保持器の熱処理時のハンドリング等を容易に効率よく行ない、その摩耗や焼付き等の表面損傷を防止するとともに、保持器全体の疲労強度や破壊強度も高めて、コンプレッサ主軸の支持構造に用いられる針状ころ軸受を長寿命化できるようにした。また、高周波熱処理はクリーンな電気エネルギを用いるので、地球環境への負担も少ない。
【００１６】
前記高周波熱処理に高周波焼戻しを含めることにより、熱処理工程をインライン化することができる。通常、高周波熱処理は高周波焼入れと高周波焼戻しまたは炉焼戻しとから成るが、高周波焼戻しを選択すれば、共に処理時間の短い高周波焼入れと高周波焼戻しとを容易にインライン化することができる。
【００１７】
前記針状ころ軸受は、内外輪の少なくとも一方の軌道輪を備えたものであってもよい。
【００１８】
前記鋼製保持器の表面硬さと内部硬さは、ビッカース硬度でＨＶ３５０〜７００の範囲に入れるのがよい。耐摩耗性や保持器全体の疲労強度は硬度が高いほど向上するが、鋼製保持器の硬度がＨＶ３５０未満では、耐摩耗性や疲労強度を十分に確保できない。また、破壊強度は硬度が高いと靭性の低下によって割れやすくなり、硬度が低いと変形によって壊れやすくなるので、鋼製保持器の硬さは、好ましくはＨＶ４００〜６５０とするのがよい。
【００１９】
前記鋼製保持器の炭素含有量は０．１５〜１．１０質量％の範囲に入れるのがよい。炭素含有量が０．１５質量％未満では、高周波熱処理のみでは鋼製保持器の表面硬さを十分に確保できない。また、炭素含有量が増加すると加工性や溶接性が低下するので、炭素含有量は１．１０質量％以下、好ましくは０．５０質量％以下とするのがよい。なお、炭素含有量を０．３０質量％以下とすれば、鉄の母相に炭素を完全に固溶させることができるので、高周波熱処理における高周波焼戻しや炉焼戻しを省略することもできる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のコンプレッサ主軸の支持構造は、その主軸のラジアル荷重を支持する針状ころ軸受について、その鋼製保持器の肉厚方向を含めた全体に、雰囲気調整を必要とせず、コンパクトで小ロット生産にも対応できる高周波熱処理設備を用いて、少なくとも高周波焼入れを含む高周波熱処理を施すようにしたので、鋼製保持器の熱処理時のハンドリング等を容易に効率よく行ない、その摩耗や焼付き等の表面損傷を防止するとともに、保持器全体の疲労強度や破壊強度も高めて、コンプレッサ主軸の支持構造に用いられる針状ころ軸受を長寿命化することができる。また、高周波熱処理はクリーンな電気エネルギを用いるので、地球環境への負担も少なくすることができる。
【００２１】
前記高周波熱処理に高周波焼戻しを含めることにより、熱処理工程をインライン化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１は、第１の実施形態のコンプレッサ主軸の支持構造を採用した自動車用エアコンディショナのコンプレッサを示す。このコンプレッサは、主軸１１に固定された斜板１２の回転により、斜板１２上を摺動するシュー１３を介して、圧縮動作部材であるピストン１４を往復動作させる両斜板タイプのコンプレッサであり、高速で回転駆動される主軸１１は、冷媒が存在するハウジング１５内で、ラジアル荷重を２つの針状ころ軸受１で支持され、スラスト荷重をスラスト針状ころ軸受１６で支持されている。
【００２３】
前記ハウジング１５には周方向に等間隔で複数のシリンダボア１７が形成され、各ボア１７内に両頭形のピストン１４が往復自在に収納されている。各ピストン１４には斜板１２の外周部を跨ぐように凹部１４ａが形成され、この凹部１４ａの軸方向対向面に形成された球面座１８に、球状のシュー１３が着座されている。このシュー１３は半球状のものもあり、ピストン１４を斜板１２の回転に対して相対移動自在に支持する。これによって、斜板１２の回転運動からピストン１４の往復運動への変換が円滑に行われる。
【００２４】
前記主軸１１のラジアル荷重を支持する針状ころ軸受１は、図２に示すように、外輪２の軌道面２ａに沿って配列された針状ころ３を鋼製保持器４で保持したものである。この保持器４はプレス加工で成形されたプレス保持器であり、図３に示すように、鋼板から打ち抜かれた円形ブランクが絞り工程でカップ状に絞られたのち、成形工程で底抜き、縁切り、縁曲げされて両端鍔付きの円筒体とされ、さらにポケット抜き工程で針状ころ３を収納するポケット部４ａが、柱部４ｂで区画されるように打ち抜かれたのち、仕上げ成形工程で円筒体中央部に段差を形成されている。
【００２５】
前記保持器４の素材鋼板は、炭素含有量が０．５０質量％の構造用炭素鋼Ｓ５０Ｃであり、図３に示したようにプレス加工されたのちに、肉厚方向を含めた全体に、高周波焼入れと高周波焼戻しとから成る高周波熱処理を施されて、製品の表面硬さがビッカース硬度でＨＶ４００〜６５０の範囲に入れられている。この保持器４の素材鋼板は、炭素含有量が０．１５〜１．１０質量％の範囲に入るものであればよく、他の構造用炭素鋼やＳＫ５等の工具鋼とすることもできる。素材鋼板の炭素含有量を０．３０質量％以下とする場合は、高周波焼戻しを省略してもよい。また、高周波熱処理は、保持器４を外輪２および針状ころ３と一体に組み立てたあとで施すこともでき、高周波焼戻しの替りに炉焼戻しを行なってもよい。
【００２６】
図４は、前記鋼製保持器４の形状の変形例を示す。図４（ａ）、（ｂ）は、プレス保持器または、ポケット抜きした帯板を定尺に切断し、これを環状に曲げ加工して両端を溶接した溶接保持器の例、図４（ｃ）は、ロール成形で段差を形成してポケット抜きした帯板を、同様に曲げ加工して両端を溶接した溶接保持器の例、図４（ｄ）、（ｅ）は、パイプ材から削り出しした削り出し保持器の例である。これらの変形例と実施形態の保持器４を用いた針状ころ軸受１は、そのまま軌道輪のないものとすることもできる。
【００２７】
図５は、第２の実施形態のコンプレッサ主軸の支持構造を採用した自動車用エアコンディショナのコンプレッサを示す。このコンプレッサは片斜板タイプのコンプレッサであり、主軸２１に連結された連結部材２２の回転により、連結部材２２の傾斜面２２ａにボール２３とスラスト針状ころ軸受２４で支持された斜板２５を揺動運動させ、この斜板２５の揺動運動をピストンロッド２６を介して、片頭形のピストン２７の往復運動に変換するものである。この主軸２１はハウジング２８内で、ラジアル荷重を１つの針状ころ軸受１で支持され、スラスト荷重を連結部材２２を介してスラスト針状ころ軸受２９で支持されている。この針状ころ軸受１の保持器４は、第１の実施形態のものと同様に、肉厚方向を含めた全体に高周波熱処理が施された鋼製保持器である。
【００２８】
図６は、第３の実施形態のコンプレッサ主軸の支持構造を採用した自動車用エアコンディショナのコンプレッサを示す。このコンプレッサは片斜板タイプの可変容量コンプレッサであり、主軸３１に連結された連結部材３２の傾斜角度が、主軸３１に嵌めこまれたスリーブ３３を軸方向へスライドさせることにより、変更可能とされている。連結部材３２にスラスト針状ころ軸受３４で支持された斜板３５の揺動運動は、第２の実施形態のものと同様に、ピストンロッド３６を介して、片頭形のピストン３７の往復運動に変換される。この主軸３１はハウジング３８内で、ラジアル荷重を２つのシェル型針状ころ軸受１で支持され、スラスト荷重をスラスト針状ころ軸受３９で支持されている。この針状ころ軸受１の保持器４も、第１の実施形態のものと同様に、肉厚方向を含めた全体に高周波熱処理が施された鋼製保持器である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施形態のコンプレッサ主軸の支持構造を採用したコンプレッサを示す縦断面図
【図２】図１の針状ころ軸受を示す縦断面図
【図３】図２の鋼製保持器のプレス加工工程を説明する概念図
【図４】ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは、それぞれ図２の鋼製保持器の変形例を示す断面図
【図５】第２の実施形態のコンプレッサ主軸の支持構造を採用したコンプレッサを示す縦断面図
【図６】第３の実施形態のコンプレッサ主軸の支持構造を採用したコンプレッサを示す縦断面図
【符号の説明】
【００３０】
１  針状ころ軸受
２  外輪
２ａ  軌道面
３  針状ころ
４  保持器
４ａ  ポケット部
４ｂ  柱部
１１  主軸
１２  斜板
１３  シュー
１４  ピストン
１４ａ  凹部
１５  ハウジング
１６  スラスト針状ころ軸受
１７  ボア
１８  球面座
２１  主軸
２２  連結部材
２２ａ  傾斜面
２３  ボール
２４  スラスト針状ころ軸受
２５  斜板
２６  ピストンロッド
２７  ピストン
２８  ハウジング
２９  スラスト針状ころ軸受
３１  主軸
３２  連結部材
３３  スリーブ
３４  スラスト針状ころ軸受
３５  斜板
３６  ピストンロッド
３７  ピストン
３８  ハウジング
３９  スラスト針状ころ軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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