(57)【要約】【課題】無端ベルトの張力やオフセットに起因する荷重を適切に支持し、長寿命で信頼性の高いプーリ支持軸受を提供する。【解決手段】プーリ支持軸受１１は、プーリの内径面に嵌合して、プーリを回転自在に支持する。具体的には、外径面に複列の内輪軌道面１２ａを有し、内径寸法ｄ１が、ｄ１≧３０ｍｍの内輪１２と、内径面の内輪軌道面１２ａに対面する位置に複列の外輪軌道面１３ａを有し、外径寸法ｄ２が４５ｍｍ≦ｄ２≦６５ｍｍ、軸方向寸法ｌがｌ＜１８ｍｍ、０．１９≦ｌ/ｄ２≦０．３９の外輪１３と、内輪軌道面１２ａおよび外輪軌道面１３ａの間に配置される複数の玉１４と、内輪１２および外輪１３の間に配置されて、軸受内部空間を密封する密封部材１６とを備える密封型複列アンギュラ玉軸受である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プーリの内径面に嵌合して、プーリを回転自在に支持するプーリ支持軸受であって、
外径面に複列の内輪軌道面を有し、内径寸法ｄ１が、ｄ１≧３０ｍｍの内輪と、
内径面の前記内輪軌道面に対面する位置に複列の外輪軌道面を有し、外径寸法ｄ２が４５ｍｍ≦ｄ２≦６５ｍｍ、軸方向寸法ｌがｌ＜１８ｍｍ、０．１９≦ｌ/ｄ２≦０．３９の外輪と、
前記内輪軌道面および前記外輪軌道面の間に配置される複数の玉と、
前記内輪および前記外輪の間に配置されて、軸受内部空間を密封する密封部材とを備える密封型複列アンギュラ玉軸受である、プーリ支持軸受。
【請求項２】
プーリと、
前記プーリの軸方向一方側に配置されて、回転軸に固定連結される磁性環状板と、
前記プーリの他方側の前記磁性環状板に対面する位置に固定されるソレノイドと、
前記プーリを回転自在に支持するプーリ支持軸受とを備え、
前記プーリ支持軸受は、
外径面に複列の内輪軌道面を有し、内径寸法ｄ１が、ｄ１≧３０ｍｍの内輪と、
内径面の前記内輪軌道面に対面する位置に複列の外輪軌道面を有し、外径寸法ｄ２が４５ｍｍ≦ｄ２≦６５ｍｍ、軸方向寸法ｌがｌ＜１８ｍｍ、０．１９≦ｌ/ｄ２≦０．３９の外輪と、
前記内輪軌道面および前記外輪軌道面の間に配置される複数の玉と、
前記内輪および前記外輪の間に配置されて、軸受内部空間を密封する密封部材とを備える密封型複列アンギュラ玉軸受である、電磁クラッチのプーリ支持構造。
【請求項３】
前記プーリの軸方向中央部を通る仮想線と、前記プーリ支持軸受の軸方向中央部を通る仮想線との距離δは、
δ≦４ｍｍを満たす、請求項２に記載の電磁クラッチのプーリ支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プーリ支持軸受、特に、電磁クラッチのプーリを支持する軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用空気調和装置等に組み込んで冷媒を圧縮する従来のコンプレッサは、例えば、特開平１１−２８０６４４号（特許文献１）に記載されている。また、同公報に記載されているコンプレッサは、エンジンの駆動力によって回転軸を回転させるので、エンジンとコンプレッサとの機械的な連結を制御する装置として電磁クラッチが採用されることが多い。
【０００３】
電磁クラッチは、転がり軸受によって回転自在に支持され、無端ベルトによってエンジンと接続されているプーリと、プーリの一方側端面と所定の隙間を設けて配置され、コンプレッサの回転軸に固定される磁性環状板と、プーリを挟んで磁性環状板と対向する位置に固定されるソレノイドとを有する。また、プーリを回転自在に支持する転がり軸受としては、深溝玉軸受、３点接触玉軸受、および４点接触玉軸受等が使用されることが多い。
【０００４】
上記構成の電磁クラッチは、ソレノイドの非通電時にはプーリと磁性環状板とが離れた状態となってプーリの回転を回転軸に伝達しない。一方、ソレノイドの通電時にはソレノイドの吸着力によって磁性環状板がプーリに当接してプーリの回転を回転軸に伝達する。
【特許文献１】特開平１１−２８０６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記構成の電磁クラッチにおいて、プーリを支持する転がり軸受には、無端ベルトの張力に起因するラジアル荷重やプーリの軸方向中央部を通る仮想線と転がり軸受の軸方向中央部を通る仮想線との距離（以下「オフセット」という）に起因するモーメント荷重が負荷される。特に、近年のコンプレッサの軽量化、コンパクト化や高速化に伴い、電磁クラッチの高速化が進んでいることから、転がり軸受に負荷される荷重も大きくなっている。
【０００６】
ここで、単列の深溝玉軸受はモーメント荷重に対する剛性が低い。また、３点接触玉軸受や４点接触玉軸受は、単列の深溝玉軸受よりもモーメント荷重に対する剛性が高いとはいえ、必ずしも十分とは言えない場合がある。この結果、運転時に振動並びに騒音を発生し易くなる他、耐久性確保が難しくなる。また、単列の４点接触玉軸受においては、オフセットが大きくなると接触角の変化およびボールのすべり率が大きくなり、その結果、グリース寿命が著しく低下する。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、無端ベルトの張力やオフセットに起因する荷重を適切に支持し、長寿命で信頼性の高いプーリ支持軸受、およびこのようなプーリ支持軸受を採用した電磁クラッチのプーリ支持構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るプーリ支持軸受は、プーリの内径面に嵌合して、プーリを回転自在に支持するプーリ支持軸受である。このプーリ支持軸受は、外径面に複列の内輪軌道面を有し内径寸法ｄ１が、ｄ１≧３０ｍｍの内輪と、内径面の内輪軌道面に対面する位置に複列の外輪軌道面を有し、外径寸法ｄ２が４５ｍｍ≦ｄ２≦６５ｍｍ、軸方向寸法ｌがｌ＜１８ｍｍ、０．１９≦ｌ/ｄ２≦０．３９の外輪と、内輪軌道面および外輪軌道面の間に配置される複数の玉と、内輪および外輪の間に配置されて、軸受内部空間を密封する密封部材とを備える密封型複列アンギュラ玉軸受である。
【０００９】
上記構成とすることにより、無端ベルトの張力に起因するラジアル荷重を適切に支持することができると共に、オフセットに起因するモーメント荷重が負荷される環境でも長寿命のプーリ支持軸受を得ることができる。
【００１０】
この発明に係る電磁クラッチのプーリ支持構造は、プーリと、プーリの軸方向一方側に配置されて、回転軸に固定連結される磁性環状板と、プーリの他方側の磁性環状板に対面する位置に固定されるソレノイドと、プーリを回転自在に支持するプーリ支持軸受とを備える。そして、プーリ支持軸受は、外径面に複列の内輪軌道面を有し、内径寸法ｄ１が、ｄ１≧３０ｍｍの内輪と、内径面の内輪軌道面に対面する位置に複列の外輪軌道面を有し、外径寸法ｄ２が４５ｍｍ≦ｄ２≦６５ｍｍ、軸方向寸法ｌがｌ＜１８ｍｍ、０．１９≦ｌ/ｄ２≦０．３９の外輪と、内輪軌道面および外輪軌道面の間に配置される複数の玉と、内輪および外輪の間に配置されて、軸受内部空間を密封する密封部材とを備える密封型複列アンギュラ玉軸受である。
【００１１】
上記構成のプーリ支持軸受を採用することにより、長寿命で信頼性の高い電磁クラッチを得ることができる。
【００１２】
好ましくは、プーリの軸方向中央部を通る仮想線と、プーリ支持軸受の軸方向中央部を通る仮想線との距離δは、δ≦４ｍｍを満たす。オフセットをこの範囲内に設定することにより、プーリ支持軸受を長寿命化することができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、軸受の外径寸法と軸方向寸法との関係を最適化することで、ラジアル荷重やモーメント荷重を適切に支持し、長寿命で信頼性の高いプーリ支持軸受、および電磁クラッチのプーリ支持構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１〜図４を参照して、この発明の一実施形態に係るプーリ支持軸受を説明する。なお、図１はプーリ支持軸受１１を示す図、図２はプーリ支持軸受１１を採用したコンプレッサ２１を示す図、図３および図４は電磁クラッチ３２の部分拡大図である。
【００１５】
まず、図２を参照して、コンプレッサ２１は、ケーシング２２と、回転軸２９と、斜板３０と、ピストン３１と、電磁クラッチ３２とを備える。このコンプレッサ２１は、自動車用空気調和装置の蒸気圧縮式冷凍機等に組み込まれる。
【００１６】
ケーシング２２は、低圧室２６および高圧室２７を有するヘッドケース２３と、ピストン３１が往復運動する複数のシリンダ２８を有するシリンダケース２４と、斜板３０を収容する斜板ケース２５とをボルト（図示省略）によって固定している。
【００１７】
低圧室２６は、ヘッドケース２３に設けられた吸入ポート（図示省略）と、各シリンダ２８に連通する吸入孔２６ａと、吸入孔２６ａから冷媒蒸気の逆流を防止する弁２６ｂとを有する。また、吸入ポートは蒸気圧縮式冷凍機を構成するエバポレータ（図示省略）の出口に連通する。そして、吸入ポートから吸入した冷媒蒸気を吸入孔２６ａを通じてシリンダ２８に供給する。
【００１８】
一方、高圧室２７は、ヘッドケース２３に設けられた吐出ポート（図示省略）と、シリンダ２８に連通する吐出口２７ａと、吐出口２７ａから冷媒蒸気の逆流を防止する弁２７ｂとを有する。また、吐出ポートは蒸気圧縮式冷凍機を構成するコンデンサ（図示省略）の入り口に連通する。そして、ピストン３１によって圧縮されたシリンダ２８内部の冷媒蒸気が吐出口２７ａを通じて高圧室２７に供給される。
【００１９】
回転軸２９は、ケーシング２２および電磁クラッチ３２に連通し、ラジアル針状ころ軸受２９ａおよびスラスト針状ころ軸受２９ｂによって、シリンダケース２４および斜板ケース２５の２箇所で回転自在に支持されている。また、斜板ケース２５の内部で斜板３０を保持している。
【００２０】
斜板３０は、回転軸２９の回転軸線に直交する平面に対して所定角度傾いた状態で回転軸２９に固定連結されている。また、その円周上の複数箇所にはピストン３１がスライディングシュー３０ａによって連結されている。
【００２１】
ピストン３１は、斜板３０に連結されており、回転軸２９の回転に伴って、シリンダ２８の内部を軸線方向（図２中の左右方向）に往復運動する。また、シリンダ２８とピストン３１と囲まれる領域には、冷媒蒸気を圧縮する圧縮室２８ａが形成されている。
【００２２】
電磁クラッチ３２は、プーリ３３と、ソレノイド３４と、磁性環状板３５と、プーリ支持軸受１１とを有する。
【００２３】
プーリ３３は、外径面に無端ベルト３３ａを保持する溝３３ｂと、一方側端面にソレノイド３４を収容する凹部３３ｃとを有し、プーリ支持軸受１１によってケーシング２２に回転自在に支持されている。
【００２４】
ソレノイド３４は、凹部３３ｃの内部に所定の隙間を設けた状態で配置されており、ケーシング２２に固定されている。磁性環状板３５は、磁性材料によって形成された円環形状の部材であって、プーリ３３を挟んでソレノイド３４と対面するように配置されている。また、板ばね３５ａによって回転軸２９に固定されている。この板ばね３５ａは、磁性環状板３５をプーリ３３から遠ざける方向に付勢する。
【００２５】
次に図１を参照して、プーリ支持軸受１１は、外径面に複列の内輪軌道面１２ａを有する内輪１２と、内径面の内輪軌道面１２ａに対面する位置に複列の外輪軌道面１３ａを有する外輪１３と、内輪軌道面１２ａおよび外輪軌道面１３ａの間に配置される複数の玉１４と、隣接する玉１４の間隔を保持する保持器１５と、軸受内部空間（「内輪１２の外径面と外輪１３の内径面との間の空間」を指す）を密封する密封部材としての密封シール１６とを備える密封型複列アンギュラ玉軸受である。
【００２６】
なお、このプーリ支持軸受１１は、内輪１２の内径寸法ｄ１がｄ１≧３０ｍｍ、外輪１３の外径寸法ｄ２が４５ｍｍ≦ｄ２≦６５ｍｍ、軸方向寸法ｌがｌ＜１８ｍｍ、０．１９≦ｌ/ｄ２≦０．３９の範囲内に設定されている。なお、この実施形態においては、内輪１２と外輪１３との軸方向寸法は同一である。
【００２７】
次に、図２〜図４を参照して、上記構成のコンプレッサ２１の動作を説明する。まず、無端ベルト３３ａはエンジン（図示省略）によって回転駆動される駆動プーリ（図示省略）に掛け渡されている。そのため、プーリ３３は、エンジンの回転に伴って回転する。
【００２８】
図３を参照して、ソレノイド３４の非通電時には、プーリ３３と磁性環状板３５との間には隙間が形成されている。その結果、プーリ３３の回転は回転軸２９に伝達されない。
【００２９】
一方。図４を参照して、ソレノイド３４の通電時には、ソレノイド３４の吸着力によって磁性環状板３５が板ばね３５ａに逆らってプーリ３３に当接する。その結果、プーリ３３の回転が磁性環状板３５を介して回転軸２９に伝達される。なお、図３および図４の斜線部分は回転部分を指す。
【００３０】
回転軸２９が回転すると、斜板３０に取り付けられたピストン３１がシリンダ２８の内部を往復運動する。ピストン３１が圧縮室２８ａの容積を大きくする方向（図２中の左方向）に移動すると、弁２６ｂが開放されて冷媒蒸気が低圧室２６から吸入孔２６ａを通って圧縮室２８ａに移動する。このとき、弁２７ｂは閉鎖されて高圧室２７内の冷媒蒸気が圧縮室２８ａに逆流するのを防止している。
【００３１】
次に、ピストン３１が圧縮室２８ａの容積を小さくする方向（図２中の右方向）に移動すると、ピストン３１が圧縮室２８ａ内の冷媒蒸気を圧縮すると共に、弁２７ｂが開放されて圧縮された冷媒蒸気が吐出口２７ａを通って高圧室２７に移動する。このとき、弁２６ｂは閉鎖されて圧縮室２８ａ内の冷媒蒸気が低圧室２６に逆流するのを防止している。
【００３２】
上記構成とすることにより、エンジンの駆動力を利用して冷媒蒸気を圧縮することが可能となる。ここで、電磁クラッチ３２は、無端ベルト３３ａとプーリ３３との間での滑りを防止して確実に動力伝達を行うために、無端ベルト３３ａの張力を大きくしている。そのため、プーリ３３を支持するプーリ支持軸受１１には、無端ベルト３３ａの張力に起因するラジアル荷重やオフセットに起因するモーメント荷重が負荷される。そこで、プーリ支持軸受１１を図１に示すような寸法関係の複列のアンギュラ玉軸受とすることによって、プーリ３３から負荷される荷重を適切に支持することができる。
【００３３】
ここで、回転軸２９の回転数はプーリ３３の外径寸法に依存するので、コンプレッサ２１に必要な回転数を確保する観点からプーリ３３の外径寸法を自由に設定することはできない。また、プーリ３３の内径寸法はプーリ３３の強度等を考慮して決定されるので、外径寸法が決まれば自ずと内径寸法も決まる。
【００３４】
その結果、プーリ支持軸受１１は、設計時においてケーシング２２に嵌合する内輪１２の内径寸法より、プーリ３３に嵌め込まれる外輪１３の外径寸法の制約が大きい。そこで、制約の大きい外輪１３の外径寸法ｄ２と軸方向寸法ｌとの関係を最適化することにより、軸受機能を最大限に発揮させることができる。
【００３５】
次に、この発明の効果を確認するための試験として、グリース寿命を測定する試験を行った。図５〜図７を参照して、試験方法および試験結果を説明する。なお、図５および図６は試験装置４１を示す図、図７は試験結果を示すグラフである。
【００３６】
まず、試験装置４１は、駆動プーリ４２と、無端ベルト４３によって駆動プーリ４２と連結された従動プーリ４４と、駆動プーリ４２を回転駆動するモータ４５とを備える。また、従動プーリ４４を支持する軸受として、図１に示すような複列アンギュラ玉軸受１１（以下「本発明品」という）と、比較例としての４点接触単列玉軸受（以下「従来品」という）を使用して試験を行った。
【００３７】
試験条件としては、従動プーリ４４の回転速度を７０００ｒｐｍ、無端ベルト４３の張力等によって軸受に負荷されるラジアル荷重を１４７０Ｎ、オフセット量δを０．５ｍｍ、４ｍｍとする。また、試験時における雰囲気および軸受の温度をヒータにより管理している。
【００３８】
図７を参照して、従動プーリ４４を支持する軸受として本発明品を採用した場合、オフセット量δを４ｍｍとしても５００時間以上の軸受寿命を得られることが確認された。一方従来品を使用した場合、オフセット量δが０．５ｍｍであれば３５０〜５２０時間程度の軸受寿命を得ることができるが、オフセット量δを４ｍｍとすると試験開始直後に保持器が破損した。これにより、図１に示すようなこの発明の一実施形態に係るプーリ支持軸受１１は、プーリに組み込んだ際のオフセット量δがδ≦４ｍｍであれば、長期間にわたって使用可能であることが確認された。
【００３９】
なお、上記の実施形態におけるプーリ支持軸受１１は、隣接する玉１４の間隔を保持する保持器１５を有する例を示したが、これに限ることなく、保持器１５を省略した総ころ軸受であってもよい。
【００４０】
また、上記の実施形態における電磁クラッチ３２は、エンジンとコンプレッサ２１との機械的な連結を制御するために用いられた例を示したが、これに限ることなく、任意の用途に用いることができる。さらに、上記の実施形態におけるプーリ支持軸受１１は、電磁クラッチ３２のプーリ３３を支持するために用いられた例を示したが、これに限ることなく、無段変速機（ＣＶＴ）等の任意の用途に用いることができる。
【００４１】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
この発明は、電磁クラッチ等のプーリを支持する軸受に有利に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の一実施形態に係るプーリ支持軸受を示す図である。
【図２】図１に示すプーリ支持軸受を採用したコンプレッサを示す図である。
【図３】図２に示す電磁クラッチの非伝達状態を示す図である。
【図４】図２に示す電磁クラッチの伝達状態を示す図である。
【図５】この発明の効果を確認するための試験装置を示す図である。
【図６】図５に示す試験装置の従動プーリの部分拡大図である。
【図７】効果確認試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１１  プーリ支持軸受、１２  内輪、１２ａ  内輪軌道面、１３  外輪、１３ａ  外輪軌道面、１４  玉、１５  保持器、１６  密封シール、２１  コンプレッサ、２２  ケーシング、２３  ヘッドケース、２４  シリンダケース、２５  斜板ケース、２６  低圧室、２６ａ  吸入孔、２６ｂ，２７ｂ  弁、２７  高圧室、２７ａ  吐出口、２８  シリンダ、２８ａ  圧縮室、２９  回転軸、２９ａ  ラジアル針状ころ軸受、２９ｂ  スラスト針状ころ軸受、３０  斜板、３０ａ  スライディングシュー、３１  ピストン、３２  電磁クラッチ、３３  プーリ、３３ａ，４３  無端ベルト、３３ｂ  溝、３３ｃ  凹部、３４  ソレノイド、３５  磁性環状板、３５ａ  板ばね、４１  試験装置、４２  駆動プーリ、４４  従動プーリ、４５  モータ。
【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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【図７】
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