(57)【要約】自動車のエンジン補機プーリ用軸受は、外輪３と、内輪５と、複列の玉７、８と、保持器９、１０と、各保持器の背面側に保持器９、１０と間隔を設けて配置しグリース収容スペースを形成するシール１１、１２とを有している。自動車のエンジン補機プーリ用軸受は、軸受外形寸法が直径６５ｍｍ以下で、且つ軸受幅寸法が内径寸法の４５％以下であって、玉７、８の直径を４ｍｍ以下とし、且つ保持器９、１０の背面１９とシール１１、１２の内面２０との距離Ｌを、玉の直径Ｄａの１３％以上とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に複列の外輪軌道溝を有する外輪と、外周面に複列の内輪軌道溝を有する内輪と、前記外輪軌道溝と前記内輪軌道溝間に配置され、直径が４ｍｍ以下である玉と、を備え、
外径寸法が６５ｍｍ以下であり、幅が内径寸法の４５％以下である自動車のエンジン補機プーリ用軸受。
【請求項２】
内周面に複列の外輪軌道溝を有する外輪と、外周面に複列の内輪軌道溝を有する内輪と、前記外輪軌道溝と前記内輪軌道溝間に配置され、直径が４ｍｍ以下である玉と、背面を有し、前記玉を保持する保持器と、前記保持器の背面側に前記保持器と間隔を設けて配置され、グリース収容スペースを形成するシールと、を備え、
外径寸法が６５ｍｍ以下であり、幅が内径寸法の４５％以下であり、前記保持器の前記背面と前記シールの内面との距離が玉の直径の１３％以上である自動車のエンジン補機プーリ用軸受。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は自動車エンジンにより各種の補機を無端ベルトによって駆動するためのプーリに用いられる軸受に関し、特に電磁クラッチを備えたもの、或いはクラッチを備えないもの等、種々の態様で用いられ、特にコンプレッサのプーリに好適な自動車のエンジン補機プーリ用軸受に関する。
背景技術
自動車用エンジンには、オルタネータ、エアコン用コンプレッサ、冷却水ポンプ等各種の補機が付属している。これらの装置は、エンジンのクランク軸から直接、或いは間接的にベルトにより駆動されている。そのために、各補機には従動プーリが設けられ、各補機の軸を回転駆動している。
図４にはその一例としてのエアコンの冷媒を圧縮するコンプレッサ２１を示している。この図には、回転軸２２に固定された斜板２３を回転させることにより、その両側面をボール２４で挟んだ対向形のピストン２５をハウジング２６に形成したシリンダ２７内で往復動させる例が示されている。回転軸２２は、ハウジング２６中心部でニードルベアリング２８、２９により支持されている。
回転軸２２の端部には、取付ブラケット３０を介して板ばね３１が取り付けられている。板ばね３１の先端には、磁性材料からなる環状板３２が固定されている。図示の例においてはコンプレッサ２１のフロントヘッド３３から突出した支持筒部３５の外周に、軸受３６を介して断面コ字型の従動プーリ３７が支持されている。この断面コ字型の空間には、フロントヘッド３３側に固定したソレノイド３８が配置されおり、このソレノイド３８に対して従動プーリ３７の円環状壁部３９を挟んだ対向位置に、前記磁性材料からなる環状板３２が配置され電磁クラッチ４０を構成している。
この電磁クラッチ４０において、前記環状板３２はソレノイド３８が通電していないときには図示のように従動プーリ３７の円環状壁部３９から離れており、従動プーリ３７が無端ベルトにより回転させられても環状板３２は回転することなく、したがってコンプレッサ２１は作動しない。それに対して、ソレノイド３８が通電されると、その磁力により磁性材からなる環状板３２が吸引され、従動プーリ３７の円環状壁部３９に押しつけられる。それにより電磁クラッチ４０が結合状態となり、従動プーリ３７が回転すると環状板３２も一体的に回転し、板ばね３１、取付ブラケット３０、回転軸２２を介して斜板２３を回転させ、ピストン２５を往復動することによりコンプレッサ２１を作動する。
このような車両用コンプレッサにおいて、従動プーリ３７を支持する軸受３６としては種々のものが用いられる。従来、車両用コンプレッサには、例えば図３（ａ）に示すような複列ラジアル玉軸受４１を用いることが多く、図４は、この複列ラジアル玉軸受を用いた例を示している。この軸受においては、外輪４２の内周面に形成された複列の外輪軌道４３、４４と、内輪４５の外周面に前記外輪軌道４３、４４に対向して形成された複列の内輪軌道４６、４７との間に複列に玉４８、４９が配置されており、各玉列は、保持器５０、５１により所定間隔で保持されている。玉４８、４９の各側部には、シール５２、５３が設けられ、内部のグリースが漏れないようにすると共に、外部から水や塵等が侵入しないように密封している。
前記のように、コンプレッサ用プーリ軸受として従来の複列ラジアル玉軸受を用いた場合においては、従動プーリ３７に掛け渡した無端ベルトからこの従動プーリ３７に多少の偏荷重が加わった場合でも、上記複列ラジアル玉軸受４０を構成する外輪４２の中心軸と内輪４５の中心軸とが不一致となり傾斜することはほとんどない。特に図３（ａ）に示すようなアンギュラ軸受とすることにより大きな偏荷重にも対応することができ、したがって、軸受の耐久性を十分に確保すると共に、従動プーリ４の回転中心が傾斜することを防止して無端ベルトの偏摩耗も防止できる。
しかしながら、従来の複列ラジアル玉軸受を用いた場合は、大きな荷重を確実に受けるためにその玉径が比較的大きい軸受を用いており、そのため軸受が大型化せざるを得ず、軸線方向の幅寸法も大きなものとならざるを得なかった。しかしながら車両用機器はできる限り軽量化し小型化する要請があり、この軸受の幅が大きい分、その支持部等の種々の部材が大きくなって重くなると共に、全体として嵩張ることとなり好ましくない。
その対策として、従来の複列玉軸受をより小型化するため玉径の小さな軸受を用い、軸線方向の幅寸法を小さくすることも考えられるが、玉径が小さくなればなるほど耐久性が低下するため、複列玉軸受の小型化には限界があると考えられていた。そのため、軸受の幅を狭くするには単列深溝型玉軸受を用いることが適切と考えられ、その改良の研究が行われている。
即ち、上記のような従動プーリ用の軸受として通常の単列ラジアル玉軸受を用いると、従動プーリ３７が偏荷重を受けた場合に、この従動プーリ３７の傾斜を防止する力が小さく、上記ラジアル玉軸受を構成する外輪の中心軸と内輪の中心軸とが不一致になる程度が著しくなる。この結果、上記ラジアル玉軸受の耐久性が不十分になるだけでなく、上記従動プーリ３７に掛け渡した無端ベルトに著しい偏摩耗が発生する。この点に鑑み、単列深溝玉軸受を４点接触型にする研究が行われている。
それによると、図３（ｂ）に拡大図で示すように、外輪５５の内周面に形成する外輪軌道５６は、玉５７の曲率半径ｒより大きな曲率半径Ｒ１をもつ、図中玉５７を中心として右側の第１外輪軌道５８と、同じ曲率半径をもつ左側の第２外輪軌道５９の２個の軌道によって構成され、それによりこの外輪軌道５６は、いわゆるゴシックアーチ状に形成されている。同様に内輪６０の外周面に形成する内輪軌道６１は、玉５７の曲率半径ｒより大きな曲率半径Ｒ２をもつ第１内輪軌道６２と第２内輪軌道６３の２個の軌道によって構成され、ここにおいてもいわゆるゴシックアーチ状の軌道を形成している。それにより玉５７は各軌道の４点で接触することとなる。この軸受においても玉の両側にはシール６４、６５が設けられている。
このような４点接触型のラジアル玉軸受は、一般的な単列深溝型のラジアル玉軸受に比べて偏荷重に対する剛性が大きく、偏荷重を受けた場合でも上記外輪５５の中心線と内輪６０の中心線とがずれにくくなる。このような４点接触型ラジアル玉軸受を電磁クラッチ付コンプレッサ用従動プーリに用いたものは、例えば特開平１１−２１０７６６号公報等に開示され、またその他多数の公知文献が存在する。また、上記公報に記載しているように、前記のような４点接触の他、３点接触によっても従来の軸受より改善することができる。
上記のように、プーリの偏荷重の問題に対しては複列玉軸受を用いることにより解決していたものの、より軸線方向の幅が狭い軸受が要求されるため複列玉軸受では限界があると考えられ、単列玉軸受を用いる研究がなされ、上記のような４点接触型等の玉軸受の研究が行われている。しかしながら、単列玉軸受を用いても、より幅の狭い軸受とするためには、玉径を更に小さなものとしなければならない。
しかしながら、単列玉軸受において玉径をより小さくしていくとベルトの振動音が大きくなることを発見した。この振動音と玉径の関係について多くの実験を繰り返した結果、特に玉径が５ｍｍ以下になると振動音が大きくなることがわかった。この実験結果を表１に示しており、同表には単列玉軸受の玉径を変化させたとき振動音が特に変化した玉径部分について示しており、この表から明らかなように、単列玉軸受では玉径が５ｍｍ程度から大きくなり、４ｍｍでは振動音が大きく、車両に搭載するには適切ではないことがわかった。そのため、例えば玉径が４ｍｍ、３ｍｍ・・・というように、小さな玉を用いることができず、軸受の軸線方向の幅を小さくするにはこの点で限界があることがわかった。
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発明の開示
本発明は、自動車用エンジンにより駆動される従動プーリ用の軸受において、軸線方向の幅をより小さくできる自動車エンジン補機プーリ用軸受を提供することを主たる目的とする。
本発明に係る自動車のエンジン補機プーリ用軸受は、内周面に複列の外輪軌道溝を有する外輪と、外周面に複列の内輪軌道溝を有する内輪と、前記外輪軌道溝と前記内輪軌道溝間に配置され、直径が４ｍｍ以下である玉と、を備え、
外径寸法が６５ｍｍ以下であり、幅が内径寸法の４５％以下である。
また、本発明に係る自動車のエンジン補機プーリ用軸受は、内周面に複列の外輪軌道溝を有する外輪と、外周面に複列の内輪軌道溝を有する内輪と、前記外輪軌道溝と前記内輪軌道溝間に配置され、直径が４ｍｍ以下である玉と、背面を有し、前記玉を保持する保持器と、前記保持器の背面側に前記保持器と間隔を設けて配置され、グリース収容スペースを形成するシールと、を備え、
前記保持器の前記背面と前記シールの内面との距離が玉の直径の１３％以上であり、外径寸法が６５ｍｍ以下であり、幅が内径寸法の４５％以下である。
発明を実施するための最良の形態
本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。前述のように、例えば図４に示すような自動車エンジンの補機として用いるコンプレッサを駆動するプーリの軸受においては、単列玉軸受を用いた場合には表１に示すように玉径が５ｍｍ程度からベルトの振動音が大きくなり、車両に搭載することは不適切である。本発明者等は前記のように単列玉軸受では不適切な玉径とされた４ｍｍの玉を複列軸受に採用して実験を試みた。その結果を表２に示す。
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上記実験結果から明らかなように、複列玉軸受においては単列玉軸受ではベルトの振動音が大きくなることにより使用することができない玉径が４ｍｍの玉を用いても、またそれよりも小さな玉径が３ｍｍの玉を用いても振動音が発生しないことがわかった。したがって本発明者等は、今後更に幅の狭い軸受の開発要請に応えるため、上記のように小さな玉を用いた複列玉軸受を用いる必要があるという知見に基づいて、小さな玉を用いた複列玉軸受の実験を更に重ねた。その結果、例えば玉径が４ｍｍの玉を用いた複列玉軸受において、その条件によっては早期に焼き付きを生じる問題点があることがわかった。
そのため、本件発明者等はその原因を究明するため種々の実験を積み重ねた結果、焼き付きの原因は玉径が小さくなると、この軸受に封入しているグリースが不足することが主要な原因であることを突き止めた。更に本件発明者等はその対策を考え、玉径の小さな複列軸受でも長期間グリース切れを生じない手段としてグリースをできる限り多量に保持する必要があり、その手段としては玉とシール間の距離を十分に確保することが最も適切であると考え、特にグリースを常時確保する空間として、保持器の背面とそれに対向するシールの内面との距離を所定値より大きくすることが良いという結論に達した。
本件発明者等は更に、上記所定値はどの程度か、即ち、保持器とシール内面との距離はどの程度大きくすれば焼き付きを生じなくなるのか、また、その距離は何を基準にすれば全ての軸受に共通の値を得ることができるかを求めるため実験を行って検討した。その結果、保持器とシール内面との距離は玉径を基準にすることが最も適切であり、前記の距離は玉径比で１３％以上確保すれば焼き付きを生じないことがわかった。その実験結果を表３に示している。
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このような軸受を図１に示し、その軸受を自動車エンジン用プーリとして前記図４に示すようなコンプレッサのプーリ用軸受として用いた例を図２に示している。図１に示す複列玉軸受１においては、内周面に外輪軌道２、２を形成した外輪３と、外周面に内輪軌道４、４を形成した内輪５との間に直径Ｄａが４ｍｍ以下の玉７、８を備えており、各玉７、８は各々保持器９、１０で等間隔に保持されている。各保持器の背面側にはシール１１、１２を設けており、このシールは前記従来のものと同様に、芯金１３に所定の形状のシールゴム１４を焼き付けて成形しており、その基端部１５を外輪に形成した嵌合溝１６内に嵌合し、先端部１７を内輪６に形成した突出側壁１８にその弾性力により当接し、シール性を確保している。
この複列玉軸受１は図２のように組み込まれ、プーリ用軸受として用いられるものであるが、同図に示したものは前記図４に示したコンプレッサのプーリ部分を拡大して示したものであり、図４に示すものよりは幅の狭い軸受を用い、それによりその周辺の部材を小さくし、プーリも幅のより狭いものを用いた例を示している。図２に示す各部材は全て図４に示すものと同一であり、各部材及び電磁クラッチ作用等は先の図４の説明において述べたので、図２には図４に示す部材の番号を付し、その説明は省略する。
本発明による複列玉軸受は図１に示すように、保持器９の背面１９とシール１１の内面２０との距離Ｌを、玉の直径Ｄａの１３％以上としている。即ち、表３に示す耐久試験においては、玉径が３．５ｍｍの複列アンギュラ軸受を用いたものであり、２５０時間耐久試験を行い、その時点で焼き付きの生じないものが実用に耐えうる軸受と判断している。したがってそれ以前に焼き付きを生じたものは全て実用に適さないものとし、焼き付き有りとして示している。また、実験の結果保持器とシール内面間の距離Ｌが小さいほど焼き付きを生じることが明らかになっているので、特に焼き付きを生じる距離とそれが生じなくなる距離の近辺の値を中心に示している。なお、上記の説明においては、玉７の保持器９とシール１１の部分について述べたが、玉８の保持器１０とシール１２においても全く同様である。
この表３から明らかなように、玉径３．５ｍｍにおいては、保持器とシール内面との距離（Ｌ）が０．３５ｍｍ迄は焼き付きを生じ、それより０．１ｍｍ大きくした０．４５ｍｍからは焼き付きを生じなかった。更にそれより距離（Ｌ）を大きくしたものは全て焼き付きを生じていない。上記の距離の値を全ての大きさの軸受に一般化するには玉径Ｄａを基準にするのが適切であり、これらの値を玉径比でみると、同表に示すように玉径比が１０％迄は焼き付きを生じ、１３％以上では焼き付きを生じないということができる。このことは玉径が４ｍｍよりも小さい他の玉径でも同様であることを確認した。特に、本発明が対象としている自動車エンジン補機プーリに使用される軸受として適切な、軸受外形寸法が直径６５ｍｍ以下で、且つ軸受幅寸法が内径寸法の４５％以下の軸受において、上記のように小さな玉径の玉を複列にし、保持器とシール内面との距離をこのように大きくした軸受は未だ知られていない。
実際にこの複列玉軸受を図２に示すようなプーリ軸受として用いるに際して、できる限りその軸線方向の長さ、即ち軸受の幅を小さくしたい要請があり、且つ、上記のように軸受外形寸法が直径６５ｍｍ以下で、且つ軸受幅寸法が内径寸法の４５％以下の軸受において、玉径が４ｍｍ以下の玉を用いるときには、上記の結果に基づいて保持器とシール内面との距離を少なくとも玉径の１３％以上を確保し、全体の大きさの余裕からこの部分をできる限り大きく設計し、グリースの収容スペースを確保すればよいこととなる。
上記実施例においては、本発明を自動車エンジン補機プーリ用軸受として、電磁クラッチを用いたエアコンのコンプレッサ用プーリ軸受に適用した例を示したが、本発明はこのようなものに限らず、電磁クラッチを用いないコンプレッサ用プーリ軸受、或いはテンションプーリ、プーリの一形態としてのアイドラー、オルタネータ、冷却水ポンプ等、種々のエンジン補機を駆動するプーリ軸受として使用することができる。
以上、本発明を詳細に、また特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２００２年１月３１日出願の日本特許出願（特願２００２−０２４８６３）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
産業上の利用可能性
本発明は、上記のように構成したので、複列玉軸受とすることによりプーリの偏荷重に確実に対応することができ、プーリの傾斜によるベルトの偏摩耗を防止することができると共に、本発明が対象としている自動車エンジン補機プーリに使用される軸受として適切な、軸受外形寸法が直径６５ｍｍ以下で、且つ軸受幅寸法が内径寸法の４５％以下の軸受において、玉径を４ｍｍ以下とすることにより軸受の軸線方向の幅を従来のものより更に小さくすることができ、直径が４ｍｍ以下の玉を用いた単列玉軸受ではベルトが大きな振動音を発生するのに対して、複列玉軸受とすることにより振動音の発生を防止することができる。また、玉径を小さなものを用いることができるので装置全体の小型化、軽量化に寄与することができると共に、保持器の背面とシール内面との距離を玉の直径の１３％以上としたので、長期間使用しても焼き付きを生じることがない程度のグリースの収容スペースを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本実施形態に係る複列玉軸受の断面図である。
図２は、同複列玉軸受をコンプレッサ用プーリの軸受として用いた例を示す断面図である。
図３は、従来の玉軸受を示し、（ａ）は複列玉軸受の断面図、（ｂ）は４点接触型単列玉軸受の断面図である。
図４は、従来の自動車エンジン補機プーリ用軸受としてエアコンの電磁クラッチ付コンプレッサ用プーリ軸受として用いた例を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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