JP2003194075A - 玉軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 現行軸受の内外径を変更することなく高速化
に対応できるようにした玉軸受を提供する。 【解決手段】 モータ回転軸を支持する玉軸受１０であ
って、ピッチサークル径ＰＣＤが１２ｍｍ以上、１５ｍ
ｍ未満であり、玉径Ｄａが２．０ｍｍ以上、３．９６ｍ
ｍ未満であり、潤滑剤にウレア系のグリースを用いた。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、クリーナ（電気掃
除機）のモータ回転軸や、エアコン等の送風機のファン
モータ回転軸を支持するのに使用される玉軸受に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】高速回転で使用されるクリーナ用モータ
には、コンパクト性、経済性、高トルク化等の要求に応
えるために、ＤＣブラシ付きモータが主に用いられてい
る。モータ回転数は５００００ｍｉｎ^-1が一般的であ
る。 【０００３】ＤＣブラシ付きモータは、その構造上、ブ
ラシ磨耗粉が生じる。そこで、モータ回転軸を支持する
軸受には、密封シールを設けたり、シールドを設けると
ともにそのシールドの端部と内輪とのラビリンス距離を
短くしたり、内輪軌道面の肩付近にグリースの壁を設け
たりすることにより、軸受の防塵性を高めている。モー
タシャフト径が小さすぎると（６ｍｍ以下）、軸剛性の
関係から軸振れが起こる。そこで、モータシャフト径を
８ｍｍ程度にし、軸受としては、内径８ｍｍ、外径２２
ｍｍ、幅７ｍｍ、ＰＣＤ（ピッチサークル径）１５ｍ
ｍ、玉径約４ｍｍ、玉数７個のものが通常用いられてい
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】今日、家電製品の多く
は、経済性が求められており、このような家電製品に組
み込まれる軸受には長寿命化の要求がある。クリーナモ
ータの場合、ブラシ付きモータが主流で、一般にブラシ
寿命がイコール製品寿命となる。他方、ブラシの改良
や、クリーナモータにブラシレスモータの採用、モータ
の高速化（〜８００００ｍｉｎ^-1）が進められており、
軸受には、このような使用条件下でも長寿命であること
が求められてきている。現行の軸受を使用した場合、モ
ータの高速化に伴い遠心力等により軸受内部に熱が発生
したり、内外輪軌道面と玉との間で滑りが生じたりし
て、十分な長さの軸受寿命が得られない。 【０００５】これまでのモータの高速化への対応として
は、発熱等を考慮して、許容範囲内でモータシャフト径
を小さくする（軸受内径を小さくする）方策がとられて
きた。しかし、前述のような軸振れの問題があることか
ら、このような軸受サイズダウン（内径、外径のサイズ
ダウン）による対応では、製品の品質低下につながる可
能性がある。 【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、現行軸受の内外径を変更することなく
高速化に対応できるようにした玉軸受を提供することに
ある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明の目的は、モータ
回転軸を支持する玉軸受であって、ピッチサークル径が
１２ｍｍ以上、１５ｍｍ未満であり、玉径が２．０ｍｍ
以上、３．９６ｍｍ未満であり、潤滑剤にウレア系のグ
リースを用いた玉軸受により達成される。 【０００８】上記構成においては、軸受内径を変更せず
に長寿命化を実現するために、軸受ＰＣＤを現行軸受よ
りも小さくしている。これにより、玉に加わる遠心力や
グリースの攪拌抵抗を小さくでき、グリースの飛散を少
なくできるので、軸受の発熱を低減することができる。
また、ウレア系のグリースを使用することにより、軸受
空間への異物の混入を顕著に防止できる。増ちょう剤が
ウレア系のグリースは、リチウム石鹸系等のグリースと
比べて表面が硬化しやすいため、内輪軌道面より排除さ
れた際に内輪軌道面の肩付近に土手を形成する。この土
手により、ブラシの磨耗粉等の異物の混入を顕著に防止
する。したがって、上記構成によれば、軸受の長寿命化
が実現できる。なお、モータ回転軸とは、モータシャフ
トの他、モータシャフトに結合された回転軸も含む。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１は、クリーナモータ（Ｄ
Ｃブラシ付きモータ）の構成を示す概略図である。ロー
タ５及びステータ６は、ケース１ａ内に収容されてい
る。ケース１ａの一端（図では右端）には、ファンハウ
ジング１ｂが固定されている。ファンハウジング１ｂ内
には回転ファン２が配置されており、吸込口３から空気
Ａ（外気）を吸い込むようになっている。回転ファン２
の外周側には、固定ファン４がファンハウジング１ｂ内
面に設けられている。回転ファン２の中心には、ケース
１ａ内のロータ５から延びたシャフト（回転軸）５ａの
一端が固定されている。回転ファン２とロータ５との間
で、シャフト５ａには玉軸受１０が外嵌されている。玉
軸受１０は、その外輪がファンハウジング１ｂに固定さ
れている。 【００１０】シャフト５ａの他端側には、コンミテータ
７が外嵌されている。コンミテータ７の外周側には、コ
ンミテータ７に摺接されるカーボンブラシ８が配置され
ている。カーボンブラシ８は、コイルバネ９を介してケ
ース１ａの内面に取り付けられている。コンミテータ７
から突出したシャフト５ａの端部には、玉軸受１０が外
嵌されている。玉軸受１０は、その外輪がケース１ａに
固定されている。 【００１１】吸込口３から吸い込まれた空気Ａは、図中
右方の玉軸受１０の外周側を通ってケース１ａ内に導か
れる。ケース１ａ内に導かれた空気Ａのほとんどは、ケ
ース１ａの反対側の端部に向かって進むが、空気Ａの一
部は、図中右方の玉軸受１０の内外輪と玉との間を通っ
てファンハウジング１ｂへ逆流しようとする。 【００１２】図２（Ｂ）に、前記クリーナモータに組み
込まれている、本発明実施形態の玉軸受１０を示す。図
２（Ａ）は、図２（Ｂ）の玉軸受１０と同等な軸受内径
ｄ、軸受外径Ｄ、軸方向寸法ｂを有する現行軸受を示し
ている。図２（Ｂ）に示す玉軸受１０は、内輪１１と外
輪１２との間に複数の玉１３を配した構成になってい
る。複数の玉１３は、保持器１４により、周方向に等間
隔をあけて保持されている。玉１３の軸方向両側には、
シール部材としてのシールド１５，１５が配されてい
る。シールド１５，１５は、その外周部が外輪１２に形
成された溝１２ａ内に固定され、内周部が内輪１１に形
成された溝１１ａ内に入り込んでいる。軸受空間内に
は、グリースが封入されている。 【００１３】この玉軸受１０では、ＰＣＤが１２ｍｍ以
上、１５ｍｍ未満に設定され、玉径Ｄａが２．０ｍｍ以
上、３．９６ｍｍ未満に設定されている。この玉軸受１
０は、図２（Ａ）の現行軸受に比べて、ＰＣＤ及び玉径
Ｄａが小さくされている。これにより、複数の玉１３に
加わる遠心力やグリースの攪拌抵抗を小さくでき、グリ
ースの飛散を少なくできるので、軸受１０の発熱を低減
することができる。また、複数の玉１３を転動させるた
めに要するモーメントを小さくでき、低トルク化を図れ
る。 【００１４】グリースとしては、基油にウレア化合物を
増ちょう剤として配合してなるものを用いている。グリ
ースの基油としては、特に限定されないが、高速回転で
の潤滑性や耐熱性等を考慮すると、エステル油や炭化水
素油、あるいはこれらの混合油が好ましい。炭化水素系
油としては、例えばノルマルパラフィン、イソパラフィ
ン、ポリブテン、ポリイソブチレン、１−デセンオリゴ
マー、１−デセンとエチレンコオリゴマー等のポリ−α
−オレフィン等が挙げられる。エステル油としては、例
えばジブチルセバケート、ジ−２−エチルヘキシルセバ
ケート、ジオクチルアジペート、ジイソデシルアジペー
ト、ジトリデシルアジペート、ジトリデシルタレート、
メチル・アセチルシノレート等のジエステル油、トリオ
クチルトリメリテート、トリデシルトリメリテート、テ
トラオクチルピロメリテート等の芳香族エステル油、ト
リメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプ
ロパンベラルゴネート、ペンタエリスリトール−２−エ
チルヘキサノエート、ペンタエリスリトールベラルゴネ
ート等のポリオールエステル油、炭酸エステル油等が挙
げられる。その他、必要に応じて、芳香族基油やエーテ
ル系油等を混合することができる。芳香族系油として
は、例えばモノアルキルナフタレン、ジアルキルナフタ
レン、ポリアルキルナフタレン等のアルキルナフタレン
油等が挙げられる。エーテル系油としては、ポリエチレ
ングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレ
ングリコールモノエーテル、ポリプロピレングリコール
モノエーテル等のポリグリコール、あるいはモノアルキ
ルトリフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテ
ル、ジアルキルジフェニルエーテル、ペンタフェニルエ
ーテル、テトラフェニルエーテル、モノアルキルテトラ
フェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテル
等のフェニルエーテル油等が挙げられる。また、鉱油も
使用可能であり、減圧蒸留、油剤脱れき、溶剤抽出、水
素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精製、水素化精
製等の精製を行ったものを用いることができる。 【００１５】また、増ちょう剤のウレア化合物として
は、特に１分子中のウレア結合数が２〜５のウレア化合
物（ジウレア、トリウレア、テトラウレア、ペンタウレ
ア）が好ましい。１分子中のウレア結合数が増すのに伴
って耐熱性が高まり、軸受耐久寿命が長期化する傾向に
ある。ただし、１分子中のウレア結合数が６以上になる
と、グリースが固化し易くなり、好ましくない。増ちょ
う剤、即ち上記ウレア化合物は、グリース全量に対して
９〜１８．５質量％の割合で配合することが好ましい。
特に、１０〜１５質量％の配合量とすることが好まし
い。配合量が９質量％未満では基油保持能力が十分では
なく、特に回転初期に一時に大量の油分が分離してグリ
ースの漏洩が起こり、軸受耐久寿命が短くなる。また、
配合量が１８．５質量％を超えると、相対的に基油の量
が少なくなり、早期に潤滑不足に陥って同様に軸受耐久
寿命が短くなる。 【００１６】また、グリースには、アミン系酸化防止剤
及びフェノール系酸化防止剤の少なくとも１種を０．０
５〜４質量％、特に０．１〜４質量％の割合で添加する
ことが好ましい。酸化防止剤の中でも、上記のウレア化
合物との親和性からアミン系酸化防止剤及びフェノール
系酸化防止剤が好ましい。また、添加量が０．０５質量
％未満では十分な酸化防止性能が得られず、例えば軸受
耐久寿命については無添加の場合と大きな差が見られな
い。また、４質量％を超えて添加しても増分に見合う効
果の向上が得られず不経済となる。また、相対的に基油
や増ちょう剤の量が少なくなるため、潤滑耐久寿命に悪
影響を及ぼすおそれもある。なお、アミン系酸化防止剤
としては、例えばチオジフェニルアミン等を例示でき
る。また、フェノール系酸化防止剤としては、例えば
２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール等を例
示できる。また、上記グリースには、必要に応じて、防
錆剤、油性剤、極圧剤等を添加してもよい。これらは何
れも公知のもので構わない。これらの添加剤の含有量
は、個別にはグリース全量の０．０５質量％以上、合計
量でグリース全量の０．１５〜１０質量％の範囲となる
ことが好ましい。特に、合計量で１０質量％を越える場
合は、含有量の増加に見合う効果が期待できないばかり
か、相対的に他の成分の含有量が少なくなり、またグリ
ース中でこれら添加剤が凝集し、トルク上昇等の好まし
くない現象を招くこともある。 【００１７】増ちょう剤がウレア系のグリースは、表面
が硬化しやすいため、内輪軌道面１１ｂより排除された
際に内輪軌道面１１ｂの肩付近に土手を形成する。この
土手と、内輪の溝１１ａと、シールド１５とによって形
成されるラビリンスにより、ブラシの磨耗粉等の異物の
混入を顕著に防止する。 【００１８】図２（Ｂ）のような形態であって、ＰＣＤ
と玉径Ｄａとを適宜変更した複数の玉軸受について、高
速回転下での発熱を調べた。ＰＣＤが１５ｍｍ、玉径Ｄ
ａが３．９６９ｍｍの軸受の寿命を基準とした場合（１
とした場合）、図３の、破線によるハッチングが施され
たエリア（１２ｍｍ≦ＰＣＤ＜１３ｍｍ、かつ２．０ｍ
ｍ≦Ｄａ＜３．９６ｍｍ）であれば、軸受寿命が少なく
とも１を越えることがわかった。また、図３の実線によ
るハッチングが施されたエリア（１３ｍｍ≦ＰＣＤ＜１
５ｍｍ、かつ２．０ｍｍ≦Ｄａ＜３．９６ｍｍ）であれ
ば、一層の長寿命効果が得られることがわかった。 【００１９】なお、図３ののエリアは、玉径Ｄａが大
きく、ＰＣＤも大きい。のエリアは、玉径Ｄａは小さ
いがＰＣＤが大きい。よって現行軸受よりも高速回転時
の発熱が大きくなり、かえって寿命が低下する。のエ
リアは、内輪又は外輪と玉との間に生じる面圧が基準値
（１００）を越えるため、早期面あれ等によりかえって
寿命が低下する。のエリアは、軸受内径と玉径との関
係上作製不可能であったり、内輪の肉厚が薄くなること
で条件によっては内輪割れが生じるため、実施不可能と
なる。 【００２０】本発明実施形態の玉軸受（ＰＣＤ１３．０
ｍｍ、玉径３．１７５ｍｍ、軸受内径８ｍｍ、軸受外径
２２ｍｍ）を４個用意し、それらと同等な軸受内径及び
軸受外径を有する現行軸受を３個用意した。それぞれに
ついて、回転数６００００ｍｉｎ^-1、負荷荷重４９Ｎの
もとで運転を行い、温度が所定値まで上昇するまでの時
間（軸受寿命）を調べた。結果を図４に示す。図４から
明らかなように、本発明実施形態によれば、現行軸受の
約３倍の寿命が得られた。 【００２１】なお、本発明は、前述した実施形態に限定
されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能であ
る。例えば、図５に示すように、軸受の挿入性を向上さ
せるために内輪１１側面の幅を確保すべく、内輪１１に
シール部材用の溝を設けない構成にする（内輪１１の軌
道肩を平坦面にする）ことができる。また、図６に示す
ように、グリースもれや防塵効果を考慮して、内輪１１
軌道肩の外径面のシール部材１５と同等な軸方向位置に
凹部１１ａが設けられてもよい。 【００２２】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
現行軸受の内外径を変更することなく高速化に対応でき
るようにした玉軸受を提供できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明実施形態が適用されるクリーナモータを
示す概略図である。 【図２】本発明実施形態を示す拡大断面図である。 【図３】本発明の寸法範囲を示す図である。 【図４】本発明の効果を説明するグラフである。 【図５】本発明実施形態を示す拡大断面図である。 【図６】本発明実施形態を示す拡大断面図である。 【符号の説明】 １０ 玉軸受 １１ 内輪 １２ 外輪 １３ 玉 １５ シールド（シール部材） Ｄ 軸受外径 ｄ 軸受内径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１０Ｎ 50:10 Ｃ１０Ｎ 50:10 Ｆターム(参考） 3J101 AA02 AA32 AA42 AA52 AA62 CA12 EA63 FA32 FA53 GA24 4H104 BE13B DA02A EB02 LA03 PA01 QA18

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 モータ回転軸を支持する玉軸受であっ
   て、ピッチサークル径が１２ｍｍ以上、１５ｍｍ未満で
   あり、玉径が２．０ｍｍ以上、３．９６ｍｍ未満であ
   り、潤滑剤にウレア系のグリースを用いた玉軸受。