(57)【要約】【課題】ころと保持器との接触部分の摩耗を効果的に抑制可能なスラストころ軸受を提供する。【解決手段】スラストころ軸受１１は、端面に転動軸心方向に膨出した曲面を有する複数のころ１２と、中央に穴１４が形成されている円板の厚み方向に貫通してころ１２を収容する複数のポケット１７、およびポケット１７の径方向外側の壁面１７ｄの外側に円板の外周に沿って軸方向に延びる外周鍔部１８を含む保持器１３とを備える。そして、外周鍔部１８は、径方向内側の壁面にころ１２の端面を案内する案内面１８ａを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面に転動軸心方向に膨出した曲面を有する複数のころと、
中央に穴が形成されている円板形状の部材であって、厚み方向に貫通してころを収容する複数のポケット、および前記ポケットの径方向外側の壁面の径方向外側に位置し、前記円板の外周に沿って軸方向に延びる外周鍔部を含む保持器とを備え、
前記外周鍔部は、径方向内側の壁面に前記ころの端面を案内する案内面を有する、スラストころ軸受。
【請求項２】
前記案内面の軸方向長さをＬ、前記ころのころ径をＤとすると、
Ｌ／Ｄ＞０．３
を満たす、請求項１に記載のスラストころ軸受。
【請求項３】
前記案内面の表面粗さＲａは、
Ｒａ＜２μｍ
を満たす、請求項１または２に記載のスラストころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スラストころ軸受、特にカーエアコン用コンプレッサ、オートマチックトランスミッション、マニュアルトランスミッション、およびハイブリッド自動車等に使用されるスラストころ軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、カーエアコン用コンプレッサ、オートマチックトランスミッション、マニュアルトランスミッション、およびハイブリッド自動車等は、小型化、高出力化が進んでおり、これらに組み込まれるスラストころ軸受にも高速化への対応が望まれている。一方、環境に配慮した低燃費化のために潤滑油量は削減され、かつ低粘度の潤滑油が使用されており、スラストころ軸受の使用条件は過酷の一途を辿っている。このため、軸受回転時にころの径方向外側を向く端面とポケット壁面との接触部分に生じる摩耗（ドリリング摩耗）が問題となっている。
【０００３】
そこで、このような環境で使用されるスラストころ軸受が、例えば、特開２００３−８３３３３号公報（特許文献１）および特開２００４−３０１１９５号公報（特許文献２）に記載されている。図５を参照して、上記各公報に記載されているスラストころ軸受１０１は、複数のころ１０２と、複数のころを軸線方向に挟持する軌道輪１０３，１０４と、複数のころ１０２を保持する保持器１０５とを備える。保持器１０５は、一対の環状部１０５ａ，１０５ｂと、環状部１０５ａ，１０５ｂの間に形成される複数のポケット部１０５ｃとを有し、ポケット部１０５ｃは、外径側の環状部１０５ａまで延在している。
【０００４】
また、上記構成の保持器１０５の製造方法としては、ころを保持するポケット部１０５ｃを形成するように鋼板にパンチ等でポケット抜きを行う。その後、内径側を外側に折り曲げて内径側の環状部１０５ｂを形成する。さらに、外径側をポケット部１０５ｃの外径側端部よりも内側で逆方向に折り曲げることで、ポケット部１０５ｃが外径側の環状部１０５ａにまで延在した保持器１０５を製造することができる。
【０００５】
上記構成のスラストころ軸受１０１は、ころ１０２の径方向外側を向く端面が、環状部１０５ａの径方向内側の壁面と当接しながら回転するので、ポケット部１０５ｃの外径側端部１０５ｄに当接する場合と比較して接触面積が増加する。その結果、厳しい潤滑条件下でもころ１０２と保持器１０５との摩耗を効果的に抑制することができると記載されている。
【特許文献１】特開２００３−８３３３３号公報
【特許文献２】特開２００４−３０１１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の製造方法では、ポケット部１０５ｃを形成した後に曲げ加工を行うので、曲げ加工時のポケット部１０５ｃが変形する恐れがある。これは、ポケット部１０５ｃに収容されるころ１０２の回転不良を引き起こす原因となり得る。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、保持器が加工しやすい形状であって、かつころと保持器との接触部分の摩耗を効果的に抑制可能なスラストころ軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るスラストころ軸受は、端面に転動軸心方向に膨出した曲面を有する複数のころと、中央に穴が形成されている円板形状の部材であって、厚み方向に貫通してころを収容する複数のポケット、およびポケットの径方向外側の壁面の径方向外側に位置し、円板の外周に沿って軸方向に延びる外周鍔部を含む保持器とを備える。そして、外周鍔部は、径方向内側の壁面にころの端面を案内する案内面を有する。
【０００９】
上記構成のスラストころ軸受は、軸受回転時にころの端面に形成された曲面の頂上と、外周鍔部に設けられた案内面とが接触する。ここで、ころの端面の周速は、ころの回転軸心（ころ径の中心）が最も小さく、径方向外側に向かって大きくなる。そこで、曲面の頂上ところの回転軸心とを一致させることによって、ころ端面と保持器案内面との接触部分のＰＶ値を低下させることができ、接触部分の摩耗を有効に抑制することができる。なお、「ＰＶ値」とは、ころ端面と保持器案内面との接触面圧Ｐ（ＭＰａ）と、すべり速度Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）とを乗じた値を指す。
【００１０】
また、上記構成の保持器は、曲げ加工によって保持器の形状を形成した後にポケットの打ち抜き加工を行うことができるので、高精度の加工が行いやすい。その結果、製造コストを低減したスラストころ軸受を得ることができる。
【００１１】
好ましくは、案内面の軸方向長さをＬ、ころのころ径をＤとすると、Ｌ／Ｄ＞０．３を満たす。軸受回転時、保持器は軸方向にある程度変位するので、ポケット内部でのころの相対位置も変化することとなる。そこで、案内面の軸方向長さＬを上記の範囲内に設定することにより、保持器が軸方向に変位してもころ端面と案内面との接触状態を維持することができる。また、ころが小径である場合でも、ころ端面が接触するための案内面を確保することが可能となる。
【００１２】
さらに好ましくは、案内面の表面粗さＲａは、Ｒａ＜２μｍを満たす。案内面の表面粗さを所定値以下とすることにより、ころ端面と案内面と接触部分の摩耗をさらに有効に抑制することができる。なお、本明細書中「表面粗さＲａ」とは、算術平均粗さであって、粗さ曲線から平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し平均した値とする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、保持器が加工しやすい形状であって、ころと保持器との接触部分の摩耗を効果的に抑制可能なスラストころ軸受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および図２を参照して、この発明の一実施形態に係るスラストころ軸受１１を説明する。なお、図１はこの発明の一実施形態に係るスラストころ軸受１１の平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。
【００１５】
スラストころ軸受１１は、複数のころ１２と、隣接するころ１２の間隔を保持する保持器１３とを備えるケージ＆ローラタイプの軸受であって、主にカーエアコン用コンプレッサ、オートマチックトランスミッション、マニュアルトランスミッション、およびハイブリッド自動車等に使用される。
【００１６】
ころ１２は、円筒形状の転動面と、両端面に転動軸心方向に膨出した曲面を有する端面とを有する円筒ころである。端面形状は、ＪＩＳ規格（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ：Ｂ  １５０６）で規定されるＡ端面、またはＡＲ端面であって、端面に形成された曲面の頂上はころ１２の回転軸心と一致する。
【００１７】
保持器１３は、中央に穴１４が形成されている円板形状の部材であって、金属製の平板をプレス加工等によって折り曲げて形成されている。そして、穴１４の外周に沿って形成される内周鍔部１５と、保持器１３の外周に沿って形成される外周鍔部１８と、内周鍔部１５および外周鍔部１８の間にころ１２を収容する複数のポケット１７が形成されて径方向に延在するころ保持部１６とを有する。
【００１８】
内周鍔部１５は、保持器１３の厚み方向一方側に向けて所定長さ折り曲げられた後、１８０°折り返して形成されている。また、内周鍔部１５の穴１４に対面する壁面は、回転軸に組み込まれたときに軸をガイドするガイド面１５ａとして機能する。なお、この発明において、内周鍔部１５は必須の構成要素ではないが、内周鍔部１５を設けることによって、保持器１３の剛性が向上する。
【００１９】
ころ保持部１６は、保持器１３の厚み方向に屈曲しながら径方向に延在し、厚み方向に貫通する複数のポケット１７が長手方向を径方向に向けて軸受回転軸線に対して放射状に配置されている。
【００２０】
ポケット１７は、ころ１２の外形に沿う矩形形状であって、ポケット１７のころ１２の転動面に対面する壁面は、保持器１３の厚み方向一方側の径方向中央部にころ１２の軸方向一方側への抜けを防止する第１抜け止め部１７ａと、保持器１３の厚み方向他方側の径方向両端部にころ１２の軸方向他方側への抜けを防止する第２抜け止め部１７ｂと、第１および第２抜け止め部１７ａ，１７ｂを連結する傾斜部１７ｃとを有する。
【００２１】
第１および第２抜け止め部１７ａ，１７ｂは、ポケット１７の長手方向一方側の壁面から他方側の壁面に向かって突出し、ころ１２の転動面と当接して、保持器１３の軸方向の変位を規制する。
【００２２】
外周鍔部１８は、ポケット１７の径方向外側の壁面１７ｄのさらに径方向外側に位置し、内周鍔部１５と同様に保持器１３の厚み方向一方側に向けて所定長さ折り曲げられた後、１８０°折り返して形成されている。外周鍔部１８を設けることによっても保持器１３の剛性が向上する。さらに、外周鍔部１８の径方向内側の壁面には、ころ１２の端面を案内する案内面１８ａが形成されている。
【００２３】
次に、図３および図４を参照して、ころ１２の端面と外周鍔部１８に設けられた案内面１８ａとの関係について説明する。なお、図３は図２のＰ部の拡大図であってころ１２の端面と案内面１８ａとが接触していない状態を示す図、図４は図２のＰ部の拡大図であってころ１２の端面と案内面１８ａとが接触している状態を示す図である。また、両図とも上段は平面図、下段は側断面図を示す。
【００２４】
まず、図３を参照して、ポケット１７の長手方向の長さは、ころ１２のころ長さより僅かに長いので、軸受停止時においては、ころ１２の径方向外側の端面と外周鍔部１８の案内面１８ａとは接触していない場合がある。
【００２５】
案内面１８ａは、外周鍔部１８の径方向内側の壁面のうち、両端の折り曲げ部分を除いた軸受回転軸線の方向に延びる円筒部分を指し、その軸方向長さをＬ、ころ１２のころ径をＤとすると、Ｌ／Ｄ＞０．３を満たすように設定する。
【００２６】
保持器１３は、ポケット１７に第１および第２抜け止め部１７ａ，１７ｂを設けることによってころ案内となる。そのため、案内面１８ａの軸方向長さＬが短いと、保持器１３が軸方向に偏ったときにころ１２の端面が案内面１８ａから外れる恐れがある。そこで、案内面１８ａの軸方向長さＬを保持器１３の軸方向の変位量より長く設定することにより、軸受回転時にころ１２の端面が案内面１８ａに常に接触した状態とすることができる。なお、保持器１３の軸方向の変位量は、抜け止め部１７ａ，１７ｂの突出量によって調整することができる。
【００２７】
一方、ころ１２の転動面がスラストころ軸受１１の厚み方向両側の軌道面と接触するためには、保持器１３の厚み寸法Ｌ０がころ径Ｄより小さいことが必要となる。また、プレス加工で製造される保持器１３においては、案内面１８ａの両端の折り曲げ部分をなくすことは困難である。したがって、案内面１８ａの軸方向長さＬは、Ｌ＜Ｌ０＜Ｄを満たす範囲内で設定する必要がある。
【００２８】
また、保持器１３をころ案内とすることによって、保持器１３の厚み方向の壁面と軌道面とが非接触となるので、軸受回転時のトルク損失を抑えることができると共に、保持器１３の厚み方向の壁面と軌道面との間の通油性が向上する。これにより、軸受回転時に生じる発熱量を低減することが可能となる。
【００２９】
次に、図４を参照して、ころ１２は、スラストころ軸受１１の回転に伴う遠心力によって径方向外側に移動する。このとき、ころ１２の端面は、外周鍔部１８に設けられた案内面１８ａとのみ接触し、ポケット１７の径方向外側の壁面１７ｄとは接触しない。具体的には、ころ１２の端面に設けられた曲面の頂上と案内面１８ａとが接触する。
【００３０】
ここで、ころ１２の端面の周速は、ころ１２の回転軸心（ころ径の中心）が最も小さく、径方向外側に向かって大きくなる。したがって、ころ径の中心に一致する曲面の頂上と案内面１８ａとを接触させることによって、接触部分の摩耗を効果的に抑制することができる。
【００３１】
また、ころ１２の端面と案内面１８ａとの接触部分の摩耗をさらに効果的に抑制する方法として、案内面１８ａの表面粗さＲａをＲａ＜２μｍを満たすように設定する。同様に、ころ１２の端面の表面粗さも上記範囲内とすることが望ましい。
【００３２】
次に、上記構成の保持器１３の製造方法を説明する。保持器１３は、炭素鋼等の鋼板を出発材料として、プレス加工によって製造される。まず、鋼板を円板形状に打ち抜くと共に中央に穴１４を形成する。次に、曲げ加工によって、内周鍔部１５、外周鍔部１８、およびころ保持部１６となる部分を形成する。最後に、打ち抜き加工によって、保持器１３の厚み方向に貫通するポケット１７、および第１および第２抜け止め部１７ａ，１７ｂを形成する。このとき、ポケット１７は、一つずつ加工してもよいが、全てのポケット１７を同時に加工することにより、加工時間を短縮できると共に、加工精度を向上することができる。最後に、案内面１８ａに研削加工を施して表面粗さを所定値以下にする。
【００３３】
上記の方法によって製造された保持器１３には、硬度等の所定の機械的性質を得るために、軟窒化処理または浸炭焼入、焼戻し等の熱処理が施される。なお、上記に示した保持器１３の加工は加工部分に潤滑油を供給しながら行うので、熱処理の前に保持器１３の表面に付着した潤滑油の洗浄および乾燥を行っておくことが望ましい。
【００３４】
上記の製造工程のように外周鍔部１８の曲げ加工の後にポケット１７の打ち抜き加工を行うことにより、ポケット１７の加工精度が向上する。これにより、ポケット１７に収容されるころ１２がスムーズに回転することができる。
【００３５】
なお、上記の保持器１３の製造方法において、案内面１８ａの表面粗さを所定値以下にする方法として研削加工の例を示したが、これに限ることなく、他の方法を採用してもよい。例えば、バレル処理であってもよい。または、外周鍔部１８を形成する際に使用するパンチとダイスとの間の隙間を、保持器１３の板厚より２％〜３％程度小さくしてしごき加工することにより、外周鍔部１８の形成と同時に案内面１８ａの表面粗さを上記範囲内とすることができる。
【００３６】
ただし、上記の順序で加工を行うためには、ポケット１７の径方向外側の壁面１７ｄが、外周鍔部１８の径方向内側の壁面からある程度離れている必要がある。具体的には、ポケット１７の径方向外側の壁面１７ｄの外周鍔部１８の径方向内側の壁面からの突出量δが２０μｍ〜４０μｍ程度必要である。そこで、突出量δをこの範囲内とした場合でもころ１２の端面とポケット１７の径方向外側の壁面とが接触しないように、ころ１２のころ径、端面の曲率半径、保持器１３の軸方向への変位量等を設定する必要がある。
【００３７】
上記構成とすることにより、ころ１２と案内面１８ａとの接触部分の摩耗を抑制し、軸受回転時の発熱量を低下させることにより、カーエアコン用コンプレッサ、オートマチックトランスミッション、マニュアルトランスミッション、およびハイブリッド自動車等の高速かつ希薄潤滑環境下において、耐久性に優れ、かつ信頼性の高いスラストころ軸受１１を得ることができる。
【００３８】
なお、上記の実施形態において、ころ１２は、両側の端面に転動軸心方向に膨出した曲面を形成した例を示したが、この発明の効果を得るためには少なくとも径方向外側を向く端面にのみ曲面を形成すればよい。
【００３９】
また、上記の実施形態において、ころ１２の端面に形成された曲面の頂上ところ１２の回転軸心とが一致する例を示したが、曲面の頂上が回転軸心近傍の比較的周速の小さい場所に位置していれば、両者が厳密に一致していなくともこの発明の効果を得ることはできる。
【００４０】
また、上記の実施形態において、内周鍔部１５および外周鍔部１８は、保持器１３の厚み方向一方側に向けて所定長さ折り曲げられた後、１８０°折り返して形成された例を示したが、これに限ることなく、保持器１３の剛性を向上する任意の形状とすることが可能である。
【００４１】
また、上記の実施形態において、保持器１３をころ案内とした例を示したが、これに限ることなく、軌道面案内の保持器であってもよい。
【００４２】
また、上記の実施形態におけるスラストころ軸受１１は、ころ１２と保持器１３とからなるケージ＆ローラタイプの軸受の例を示したが、これに限ることなく、軸方向の一方または両方を覆う軌道輪をさらに備えるものであってもよい。
【００４３】
さらに、上記の実施形態におけるスラストころ軸受１１は、転動体として円筒ころを採用した例を示したが、これに限ることなく、この発明はスラスト針状ころ軸受にも適用することができる。スラスト針状ころ軸受は厚み方向寸法が小さいので、支持部分の軸方向寸法を削減するのに有効である。
【００４４】
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】
【００４５】
この発明は、カーエアコン用コンプレッサ、オートマチックトランスミッション、マニュアルトランスミッション、およびハイブリッド自動車等の軸を支持するスラストころ軸受に有利に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の一実施形態に係るスラストころ軸受の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。
【図３】図２のＰ部の拡大図であって、ころと案内面とが非接触の状態を示す図である。
【図４】図２のＰ部の拡大図であって、ころと案内面とが接触している状態を示す図である。
【図５】従来のスラストころ軸受を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１１，１０１  スラストころ軸受、１２，１０２  ころ、１３，１０５  保持器、１０５ａ，１０５ｂ  環状部、１０５ｃ  ポケット部、１０５ｄ  外径側端部、１０３，１０３  軌道輪、１４  穴、１５  内周鍔部、１５ａ  ガイド面、１６  ころ保持部、１７  ポケット、１７ａ，１７ｂ  抜け止め部、１７ｃ  傾斜部、１７ｄ  壁面、１８  外周鍔部、１８ａ  案内面。
【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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