(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互間で偏心回転運動を行なう旋回スクロール部材と静止スクロール部材の軸方向に相対向する装着部に固定された一対の鋼板プレス製の軌道輪と、これら軌道輪に形成された軌道面間に介在する転動体とを備え、
少なくとも一方の軌道輪について、軌道面からのすべての深さにおける、転動体の転がり運動により発生する動的せん断応力τZY（ｋｇｆ／ｍｍ2）の７倍の値が、その深さにおけるビッカース硬度（Ｈｖ）を越えないことを特徴とするスクロール圧縮機用スラスト玉軸受。
【請求項２】
ビッカース硬度Ｈｖ＝５２０の硬化層が、軌道面から転動体の直径の４％以上の深さに存在することを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機用スラスト玉軸受。
【請求項３】
熱処理硬度と熱処理硬化深さとが、請求項１又は２の関係を満たすように規定されたことを特徴とするスクロール圧縮機用スラスト玉軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相互間で偏心回転運動を行なう旋回スクロール部材と静止スクロール部材との間に介装されるスクロール圧縮機用スラスト玉軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、スクロール圧縮機は、図５に示すように、旋回スクロール部材１１及び静止スクロール部材１２にそれぞれ螺旋状隔壁１１ｂ、１２ｂを設け、両螺旋状隔壁１１ｂ、１２ｂ間に形成される圧縮室Ｐを、旋回スクロール部材１１の静止スクロール部材１２に対する偏心回転（スクロール回転）に伴って容積変化させることにより、圧縮室Ｐ内の流体の圧縮動作を行なうものである。
【０００３】
旋回スクロール部材１１の軸心と駆動モータ１５の軸心とは偏心量ｅだけ偏心しており、駆動モータ１５の出力軸１５ａが回転すると、旋回スクロール部材１１が偏心量ｅに等しい旋回半径で偏心回転する。この時、旋回スクロール部材１１にはこれを自転させようとする力が働き、また、流体の圧縮動作に伴うスラスト荷重が負荷される。そこで、旋回スクロール部材１１の自転を防止し、スラスト荷重を支持するため、旋回スクロール部材１１と静止スクロール部材１２（同図に示す構成では、静止スクロール部材１２に固定された静止フレーム１３）との間にスラスト玉軸受１４を介装している。
【０００４】
スラスト玉軸受１４は、例えば一対の同形状の軌道輪１４ａ、１４ｂと、これら軌道輪１４ａ、１４ｂ間に介在する複数のボール１４ｃとで構成される。軌道輪１４ａ、１４ｂは、それぞれ、旋回スクロール部材１１と静止フレーム１３の、軸方向に相対向した装着部１１ａ、１３ａに固定される。
【０００５】
図６に示すように、軌道輪１４ａ（１４ｂ）の一方の端面には複数の軌道面１４ａ１（１４ｂ１）が同一円周上に形成されている。各軌道面１４ａ１（１４ｂ１）は環状形状のものであり、各軌道面１４ａ１（１４ｂ１）に配されたボール１４ｃは、旋回スクロール部材１１の偏心回転に伴って、軌道面１４ａ１（１４ｂ１）のピッチ円ＰＣＤ上を転動する。軌道面１４ａ１（１４ｂ１）のピッチ円ＰＣＤの直径ｄは、偏心量ｅと等しい。
【０００６】
上記のような形状の軌道輪１４ａ（１４ｂ）は、例えば、鋼板素材からプレス加工→熱処理（例えば浸炭焼入）→軌道面１４ａ１（１４ｂ１）の仕上加工という工程で製造される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、転がり軸受が荷重を受けて回転するとき、転がり接触面に加わる繰り返し応力によって材料内部にクラックが発生し、それがフレーキング（疲れ剥離）に進展して転がり寿命に至ることが知られている。本発明は、上記のようなスラスト玉軸受において、軌道面（転がり接触面）のフレーキングを抑制し、転がり寿命の増大を図ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
多くの実験と経験から、フレーキングの最初の起点である材料内部のクラックの多くは、転がり接触面から少し内部に入った部分に発生することが観察されている。以前は、このクラックが転がり接触面に対して４５°の傾きで成長してフレーキングに進展するとされ、静的せん断応力τSTの最大値τ45°表面に対して４５°の角度の面に作用するせん断応力）が転がり寿命を支配すると考えられていた。しかし、最近では、フレーキングの起点となる材料内部のクラックは転がり接触面と４５°の傾きで成長するのではなく、表面とほぼ平行に発達することが確認され、転がり運動により発生する動的せん断応力τZYの最大値τ0が転がり寿命を支配すると考えられている。
【０００９】
図２に示すように、転がり運動により発生する動的せん断応力τZYは、転動体が転がり運動をするのに従って、同じ振幅の正負両振りの大きさの変化を示し、荷重点Ｐ１、Ｐ２の中間点Ｐについて考えると、時間経過（時間Ｔ２―Ｔ１）により、最大せん断応力τ0の２倍の応力振幅が作用していることがわかる。これに対して、静的せん断応力τSTはほぼ片振りで、その振幅の大きさは２τ0よりも小さい（τ45°＜２τ0）。
【００１０】
本発明は、相互間で偏心回転運動を行なう旋回スクロール部材と静止スクロール部材の軸方向に相対向する装着部に固定されたスクロール圧縮機用スラスト玉軸受の鋼板プレス製の一対の軌道輪の少なくとも一方について、軌道面からのすべての深さにおける動的せん断応力τZY（ｋｇｆ／ｍｍ2）の７倍の値が、その深さにおけるビッカース硬度（Ｈｖ）を越えない構成とすることによって、鋼板プレス製の軌道輪の軌道面のフレーキングを抑制し、転がり寿命を向上させたものである。
【００１１】
図３は、この種のスラスト玉軸受において、軌道輪の熱処理深さ（熱処理時間に代表される熱処理条件）を変化させて、寿命試験を行なった結果を示している。同図において、横軸の熱処理深さは、熱処理硬化深さｄｔを転動体の直径ｄｗで除した値（ｄｔ／ｄｗ）で示してある。また、ここでの熱処理深さｄｔは、ビッカース硬度Ｈｖ＝５２０の硬化層が存在する深さを意味し、例えば、ｄｔ／ｄｗ＝０．０４の場合は、軌道面（表面）から０．０４ｄｗの深さの位置にＨｖ＝５２０の硬化層が存在することを示している。尚、試験条件は、回転数ｎ＝１７００ｒｐｍ、アキシャル荷重Ｆａ＝１５７８ｋｇｆ、飛沫潤滑、潤滑油粘度１０ｃｓｔであり、通常の使用条件（実機での使用条件）に比べて苛酷な条件設定にした。
【００１２】
同図に示すように、熱処理深さ（ｄｔ／ｄｗ）を０．０２４、０．０３８とした場合では、短時間で軌道面にフレーキングが発生して寿命に達したが、熱処理深さ（ｄｔ／ｄｗ）を０．０４６とした場合では、２５０時間経過後もフレーキングの発生は認められず、寿命が大幅に増大した。このことから、ビッカース硬度Ｈｖ＝５２０の硬化層が、転動体の直径ｄｗの４％以上の深さに存在するように熱処理を行なうことによって、軌道面の転がり寿命を大幅に増大させ得ることが裏付けられる。
【００１３】
図４は、軌道面のピッチ円ＰＣＤを通る垂直断面内における、硬度分布（Ｈｖ）と動的せん断応力τZYの分布を示している。同図において、横軸の深さは、軌道面（表面）からの深さｚを、転動体の直径ｄｗで除した値（ｚ／ｄｗ）で示してある。各硬度分布曲線は、図３における熱処理深さ（ｄｔ／ｄｗ）＝０．０２４、０．０３８、０．０４６の場合にそれぞれ対応している。同図に示すように、寿命の短かった（ｄｔ／ｄｗ）＝０．０２４、０．０３８の場合では、動的せん断応力τZYの７倍の値（７τZY）が硬度分布曲線を越えているのに対し、大幅な寿命増大が認められた（ｄｔ／ｄｗ）＝０．０４６の場合では、すべての深さにおいて７τZYが硬度分布曲線を下回っている。また、熱処理深さ（ｄｔ／ｄｗ）を上記以外の値に変化させて種々の実験を行なった結果でも、同様の傾向を示した。このことから、軌道面からのすべての深さにおける、転動体の転がり運動により発生する動的せん断応力τZYの７倍の値が、その深さにおける硬度を越えない構成とすることにより、軌道面の転がり寿命を大幅に増大させ得ることが裏付けられる。
【００１４】
ところで、硬度分布曲線は、例えば図４に示すように、熱処理時間に代表される熱処理条件を変化させても、その曲線形状に大きな変化はなく、縦軸方向に上下動するのみであるので（この種の軸受における軌道面の表面硬度はＨｖ＝７００程度であり、これは大きく変化しない。）、ある基準とする硬度が出現する深さを特定すれば、硬度分布曲線を推測することができる。その意味で、上述の「ビッカース硬度Ｈｖ＝５２０の硬化層が、転動体の直径ｄｗの４％以上の深さに存在する」との要件は、言い換えれば、硬度分布曲線を規定していることになる。例えば図４において、上記要件を満足するのは、（ｄｔ／ｄｗ）＝０．０４６の硬度分布曲線のみである。勿論、基準値としてＨｖ＝５２０以外の硬度値を採用することもでき、それに応じて深さの規定値（上記の４％）も変化する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は、図５に示すようなスクロール圧縮機におけるスラスト玉軸受４の周辺部を示している。旋回スクロール部材１と静止フレーム３（静止フレーム３は静止スクロール部材２に固定される。）の、軸方向に相対向する装着部１ａ、３ａにスラスト玉軸受４の一対の軌道輪４ａ、４ｂがそれぞれ固定され、一対の軌道輪４ａ、４ｂに形成された複数の凹状の軌道面４ａ１、４ｂ１間にそれぞれボール４ｃが配されている。旋回スクロール部材１が、静止スクロール部材２に対して偏心量ｅに等しい旋回半径で偏心回転（スクロール回転）することにより、両者の螺旋状隔壁１ｂ、２ｂ間に形成される圧縮室Ｐが容積変化して、流体の圧縮動作が行なわれる。スラスト玉軸受４は、そのような圧縮動作が行なわれる際の、旋回スクロール部材１の自転を防止するとともに、スラスト荷重を支持する役割をなす。この実施形態において、装着部１ａ、３ａはいずれも段状であり、旋回側の軌道輪４ａの内周４ａ２は装着部１ａの肩部１ａ１に嵌合され、静止側の軌道輪４ｂの外周４ｂ２は装着部３ａの肩部３ａ１に嵌合される。
【００１７】
軌道輪４ａ（４ｂ）は、図６に示す従来の軌道輪１４ａ（１４ｂ）と同形状で、例えば、鋼板素材からプレス加工→熱処理（例えば浸炭焼入）→軌道面４ａ１（４ｂ１）の仕上加工という工程で製造される。各軌道面４ａ１（４ｂ１）は環状形状のものであり、軌道輪４ａ（４ｂ）の一方の端面の同一円周上に配列される。各軌道面４ａ１（４ｂ１）に配されたボール４ｃは、旋回スクロール部材１の偏心回転に伴って、軌道面４ａ１（４ｂ１）のピッチ円ＰＣＤ上を転動する。軌道面４ａ１（４ｂ１）のピッチ円ＰＣＤの直径ｄは、偏心量ｅと等しい。
【００１８】
この実施形態のスラスト玉軸受４が、図５及び図６に示す従来形態と異なる点は、軌道面４ａ１（４ｂ１）からのすべての深さにおける、ボール４ｃの転がり運動により発生する動的せん断応力τZYの７倍の値が、その深さにおける硬度を越えないように、軌道輪４ａ（４ｂ）の熱処理硬度及び熱処理硬化深さを規定した点にある。より具体的には、基準とする硬度をビッカース硬度Ｈｖ＝５２０とし、Ｈｖ＝５２０の硬化層が、軌道面４ａ１（４ｂ１）からボール４ｃの直径ｄｗの４％以上の深さに存在するように、熱処理（例えば浸炭焼入）を行なった。これにより、軌道面４ａ１（４ｂ１）の転がり寿命を大幅に増大させることができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鋼板プレス製軌道輪の軌道面の転がり寿命が大幅に増大することにより、耐久性に優れたスクロール圧縮機用スラスト玉軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  スクロール圧縮機におけるスラスト玉軸受の周辺部を示す断面図（図ａ）、スラスト玉軸受の近傍を示す拡大断面図（図ｂ）である。
【図２】  転がり運動により発生する動的せん断応力τZYを説明する図である。
【図３】  熱処理深さと転がり寿命との関係を示す図（実験結果）である。
【図４】  深さと、ビッカース硬度および動的せん断応力τZYとの関係を示す図である。
【図５】  スクロール圧縮機の一般的形態を示す斜視図である。
【図６】  従来の軌道輪を示す平面図である。
【符号の説明】
１    旋回スクロール部材
２    静止スクール部材
３    静止フレーム
４    スラスト玉軸受
４ａ  軌道輪
４ｂ  軌道輪
４ｃ  ボール
【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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