JP2004245375A - Ball bearing for electric motor for automobile and electric motor for automobile - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば自動車のラジエータに通風する為の冷却ファン、或は自動車用空調機に組み込む送風ファン、パワーウィンドー装置、ワイパー装置、ドアミラー角度調節装置、パワーシート装置、電動チルト機構或は電動テレスコピック機構付ステアリング装置、サンルーフ開閉装置等を駆動する為の自動車用電動モータと、この自動車用電動モータに組み込み、ケーシングの内側に回転軸を回転自在に支持する自動車用の電動モータ用玉軸受との改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
冷却ファンや送風ファン等を駆動する為に従来から使用されている自動車用電動モータは、例えば図10に示す様に構成している。この自動車用電動モータは、ケーシング1の内側中心部に回転軸2を、1対の滑り軸受3、3により回転自在に支持している。この回転軸2の中間部で、これら両滑り軸受3、3の間にロータ4を、上記ケーシング1の内面でこのロータ4に対向する部分にステータ5、5を、それぞれ固定している。又、このケーシング1の内部にはブラシ6を支持し、このブラシ6の先端面と、上記ロータ4の内径寄り部分に設けた図示しない整流子とを摺接させている。尚、自動車用電動モータとしては、図10に示した構造の他、図11に示す様に、回転軸2の中間部に設けた整流子7の外周面にブラシ6を摺接させたものもある。又、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献1〜4が存在する。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−69700号公報
【特許文献2】
特開平10−225047号公報
【特許文献3】
特開2002−155930号公報
【特許文献4】
特公平1−12812号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様な自動車用電動モータの場合、使用時に、上記1対の滑り軸受3、3の内周面と回転軸2の外周面とが摺接する為、回転トルクが大きくなる。この為、電動モータの性能を十分に高くする事が難しいだけでなく、消費電力が大きくなる。又、上記各滑り軸受3、3の場合、上記回転軸2に加わるスラスト荷重を支承する事ができない。この為、上述の図10〜11に示した従来構造の場合、このスラスト荷重を支承する為に、上記滑り軸受3とは別の図示しないスラスト軸受構造を設ける必要がある。
【0005】
この様な事情に鑑みて、近年、特許文献1〜3に記載されている様に、ケーシング1の内側に回転軸2を、玉軸受により支持する事が考えられている。この様に回転軸2の回転支持部に玉軸受を使用した場合には、自動車用電動モータの回転トルクを小さくできると共に、スラスト荷重を支承する為の別の構造を設ける必要がなくなり、部品点数及び組立工数の削減によるコスト低減を図れる。但し、上記各滑り軸受3、3の代わりに、単に玉軸受を使用した場合には、自動車用電動モータの音響特性が悪化して、自動車の乗員にとって不快な騒音を生じ易くなる。本発明者は、この音響特性が悪化する理由として、主に次の▲1▼〜▲3▼があると考えた。
▲1▼ 複数の玉が内輪、外輪各軌道上を転動する事により異音が発生する事。特に、これら内輪、外輪各軌道と各玉との表面精度が長期間の使用により劣化する事により、上記異音が大きくなる事。
▲2▼ それぞれが金属製である玉と保持器とが衝突する事により異音が発生する事。
▲3▼ 例えば自動車用空気調和装置に組み込む送風ファンに自動車用電動モータを使用した場合で、自動車の走行時に外気が適温である場合にこの送風ファンが停止する場合の様に、自動車の走行時に電動モータが回転しない事がある。この様な自動車用電動モータの場合には、自動車の走行に伴う振動が加わる為、この自動車用電動モータに組み込んだ玉軸受が回転しない状態で転がり接触面に微小な滑りが繰り返し生じる。この為、フレッチングによる面荒れが生じて、異音の発生に繋る。
従って、滑り軸受の代わりに玉軸受を使用する場合には、これら▲1▼〜▲3▼の異音を抑える事が、自動車用電動モータの良好な音響特性を確保する為に重要である。
本発明は、この様な事情に鑑みて、自動車用電動モータの回転トルクを小さくしつつ、音響特性を良好にすべく発明したものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の自動車用の電動モータ用玉軸受と自動車用電動モータのうち、請求項1に記載した自動車用の電動モータ用玉軸受は、内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、上記外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉と、これら各玉を保持する保持器とを備える。又、上記外輪を自動車用の電動モータのケーシングの一部に内嵌固定し、上記内輪をこの電動モータの回転軸に外嵌固定した状態で、この回転軸を上記ケーシングの内側に回転自在に支持するものである。
【0007】
そして、請求項1に記載した自動車用の電動モータ用玉軸受は、上記保持器を合成樹脂製とすると共に、上記外輪の内周面と上記内輪の外周面との間で上記各玉を設置した空間に優れた音響特性を確保する為のグリースを封入している。且つ、上記内輪軌道と外輪軌道と各玉の転動面とのうちの少なくとも一方に、当該表面形状(表面精度)の経時劣化を抑える為の熱処理を施している。尚、上記優れた音響特性を確保する為のグリースとしては、例えば、エステル系油を基油中に含む等により、高い潤滑性を有するものを使用できる。
【0008】
又、好ましくは、請求項2に記載した様に、上記内輪軌道の中心軸を含む仮想平面に関するこの内輪軌道の断面形状の曲率半径を、上記各玉の直径の51〜54%(より好ましくは51〜52.5%)とすると共に、上記外輪軌道の中心軸を含む仮想平面に関するこの外輪軌道の断面形状の曲率半径を、これら各玉の直径の52〜57%(より好ましくは52.5〜57%)とする。又、動定格荷重の0.02倍のラジアル荷重が加わった場合に於ける、上記各玉の転動面と上記内輪軌道との接触部の面積の合計をS1 とし、これら各玉の転動面と上記外輪軌道との接触部の面積の合計をS2 とした場合に、S1 >S2 とする。且つ、(S1 +S2 )を、上記内輪軌道及び外輪軌道の中心軸を含む仮想平面に関するこれら内輪、外輪両軌道の断面形状の曲率半径が上記各玉の直径の52%である場合よりも小さくする。
【0009】
更に、好ましくは、請求項3に記載した様に、上記内輪の外周面と上記外輪の内周面との間で、上記各玉を設置した空間の端部を非接触シールにより塞ぐ。
【0010】
又、請求項4に記載した自動車用電動モータは、前述した従来構造と同様に、ケーシングの内側に回転軸を、1対の軸受により回転自在に支持すると共に、この回転軸の中間部でこれら1対の軸受の間にロータを設けている。
特に、請求項4に記載した自動車用電動モータに於いては、これら1対の軸受のうちの少なくとも一方の軸受が、請求項1〜3の何れかに記載した自動車用の電動モータ用玉軸受である。
又、好ましくは、請求項5に記載した様に、回転軸の外周面に設けたロータの位相を検出する為のセンサと、このセンサから発する信号に基づいて、ケーシングの内面に固定したステータに設けたコイルに流す電流の向きを切り換える為の制御部とを備えた、所謂ブラシレス構造とする。
【0011】
【作用】
上述の様に構成する本発明の自動車用の電動モータ用玉軸受と自動車用電動モータによれば、自動車用電動モータの回転トルクを小さくしつつ、音響特性を良好にする事ができる。即ち、本発明の自動車用の電動モータ用玉軸受を組み込んだ自動車用電動モータによれば、各構成部材の接触部が転がり接触状態となる玉軸受を、回転軸の回転支持部に使用している為、各構成部材の接触部が滑り接触状態となる滑り軸受を使用した、従来構造の場合よりも回転トルクを小さくできる。
【0012】
又、本発明の場合には、各玉の転動面と内輪、外輪各軌道とのうちの少なくとも一方に当該表面形状の経時劣化を抑える為の熱処理を施している為、当該表面形状の経時劣化による音響特性の劣化を抑える事ができる。又、玉軸受の内部に、優れた音響特性を確保する為のグリースを封入している為、グリースを使用する事による音響特性の劣化も抑える事ができる。更に、保持器を合成樹脂製としている為、この保持器と各玉とが衝突した場合でも、この衝突に基づく異音の発生を抑える事ができる。これらの結果、本発明によれば、自動車用電動モータの回転トルクを小さくしつつ、音響特性を良好にする事ができる。
【0013】
又、本発明の自動車用電動モータの場合には、回転軸の回転支持部に玉軸受を使用している為、この回転支持部に滑り軸受を使用した従来構造の場合と異なり、スラスト荷重を受ける為の構造を別に設ける必要がなくなる。又、玉軸受の端部にシールリングを設けた場合には、自動車用電動モータの内部に異物が侵入するのを防止する為の構造を、上記玉軸受と別に設ける必要がなくなる。これらにより、本発明の自動車用電動モータの場合には、組立作業の容易化によるコスト低減を図り易くなる。
【0014】
更に、請求項2に記載した自動車用の電動モータ用玉軸受によれば、内輪、外輪各軌道と各玉の転動面との接触面積の合計である、(S1 +S2 )を、内輪、外輪各軌道の断面形状の曲率半径が各玉の直径の52%である、従来構造の場合よりも小さくしている為、電動モータの回転トルクを更に小さくできる。又、使用時に回転する内輪に設けた内輪軌道と各玉の転動面との接触部の面積の合計S1 を、使用時にも回転しない外輪に設けた外輪軌道と各玉の転動面との接触部の面積の合計S2 よりも大きくしている為、これら各玉をより安定して自転運動及び公転運動させる事ができる。この為、自動車用電動モータの回転の円滑化を図れる。
又、請求項3に記載した自動車用電動モータの場合には、回転トルクを更に小さくできる。
【0015】
又、請求項5に記載した自動車用電動モータの場合には、ブラシと整流子とを摺接させる必要がなくなる為、このブラシの摩耗粉が生じない。この為、電動モータ用玉軸受の端部に接触型のシール構造を設けない場合でも、この摩耗粉が玉軸受内のグリース中に混入される事がなくなり、回転トルクを小さくしつつ、耐久性の向上を図れる。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1〜3は、本発明の実施の形態の1例を示している。本例の自動車用電動モータは、ケーシング1aの内側に回転軸2の両端部を、1対の玉軸受8、8により、回転自在に支持している。このケーシング1aは、有底円筒状のケーシング本体9と、このケーシング本体9の開口端部を塞ぐ端部部材10とにより構成している。又、上記回転軸2の中間部で、上記1対の玉軸受8、8の間に位置する部分にロータ4を外嵌固定している。又、上記ケーシング本体9の内周面でこのロータ4に対向する部分の円周方向等間隔位置に、永久磁石製のステータ5、5を、それぞれ固定している。そして、上記回転軸2の一端寄り(図1の左端寄り)部分に整流子7を設けると共に、上記ケーシング本体9の一部内面に支持したブラシ6、6の先端縁を、この整流子7に弾性的に摺接させている。尚、これら各ブラシ6、6は、上記ケーシング本体9の外周面に設けた図示しないコネクタと導通させている。
【0017】
又、それぞれが自動車用の電動モータ用玉軸受である、上記各玉軸受8、8は、図2に詳示する様に、内周面に外輪軌道11を有する外輪12と、外周面に内輪軌道13を有する内輪14と、これら外輪軌道11と内輪軌道13との間に転動自在に設けた複数個の玉15、15と、これら各玉15、15を保持する保持器16とを備える。又、上記外輪12の両端部内周面に1対のシールリング17、17の外径側端部を係止すると共に、これら各シールリング17、17の内径側端縁を、上記内輪14の両端部外周面に全周に亙って設けたシール溝18、18を構成する軸方向内側の側壁面19、19に、全周に亙り摺接させている。
【0018】
又、上記保持器16は、冠型保持器と呼ばれるもので、合成樹脂を射出成形する事により、図3に示す様に、全体を一体に造っている。この様な保持器16は、円環状の主部20の円周方向複数個所に、上記各玉15、15を転動自在に保持する為のポケット21、21を設けている。これら各ポケット21、21は、上記主部20の軸方向片面に互いに間隔をあけて配置した1対の弾性片22、22の片側面と、この主部20の軸方向片面でこれら1対の弾性片22、22の間部分に設けた球面状の凹面部23、23とにより構成している。そして、上記各玉15、15を、上記各弾性片22、22の先端縁同士の間隔を弾性的に押し広げつつ、これら1対の弾性片22、22の間に押し込む。上記保持器16は、この様にして上記各ポケット21、21に玉15、15を抱き込む事により、これら各玉15、15を、前記外輪軌道11と内輪軌道13との間に、転動自在に保持している。
【0019】
又、上記外輪12の内周面と上記内輪14の外周面との間に存在し、その両端部を前記1対のシールリング17、17により塞がれた、上記各玉15、15を設置した空間24に、グリースを封入している。そして、本例の場合には、このグリースとして、優れた音響特性を確保する為のものを使用している。この為に、本例の場合には、このグリースの基油を、少なくともエステル系合成油を含有するものとしている。好ましくは、この基油中にこのエステル系合成油を30質量%以上(より好ましくは50質量%以上)含有する。又、上記グリースの基油として、上記エステル系合成油以外に、合成炭化水素油や、エーテル系合成油を、好ましく使用できる。これらの合成炭化水素油等の基油は、単独で若しくは2種類以上を混合して使用できる。又、この基油は、所定の動粘度に調整する。
【0020】
具体的には、上記エステル系油として、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、ジトリデシルグルタレート、メチル・アセチルシノレート等のジエステル油、或は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、更には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ペラルゴネート、ペンタエリスリトール−2−エチルへキサノエート、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、更には、多価アルコールと二塩基酸・一塩基酸の混合脂肪酸とのオリゴエステルであるコンプレックスエステル油等が挙げられる。この様なエステル系油を基油中に含んでいる場合、金属との親和性が良好なエステル結合により、油膜の保持能力を高くし、優れた油滑性を確保できる為、グリースの潤滑性と耐久性と耐熱性とを向上できる。この為、基油として上記エステル系油を含んだグリースを使用した場合には、前記玉軸受8、8の優れた音響特性を確保できる。
【0021】
又、上記基油に好ましく使用できる合成炭化水素油系油としては、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・エチレンコオリゴマー等のポリ−α−オレフィン又はこれらの水素化物、モノアルキルベンゼン、ジアルキルベンゼン等のアルキルベンゼン、或は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等が挙げられる。
【0022】
又、上記基油に好ましく使用できるエーテル系合成油としては、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、或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。
【0023】
又、前記グリースの増ちょう剤としては、ゲル構造を有し、上記基油をこのゲル構造中に保持する能力があるものであれば、広い範囲で使用できるが、好ましくは、リチウム石けん又はウレア系を使用できる。このうち、リチウム石けんを増ちょう剤として使用した場合には、玉軸受8、8の音響特性の向上を図れる。又、上記ウレア系を増ちょう剤として使用する場合に、次の一般式で表されるジウレア化合物を使用する事もできる。
【0024】
【化1】
【0025】
この式中のR2 は炭素数6〜15の芳香族系炭化水素基を、R1 及びR3 は炭素数6〜12の芳香族系炭化水素基又は炭素数6〜20の脂肪族炭化水素基を、それぞれ表している。又、R1 及びR3 の全量中に占める芳香族系炭化水素基の割合は、50〜100モル%であり、R1 及びR3 は、互いに同一でも異なっても良い。
【0026】
この様な、芳香族系ジウレア化合物を増ちょう剤に使用し、しかも、この増ちょう剤をグリース中に15〜35質量%(好ましくは15〜30質量%)配合した場合には、耐剥離性を確保できると共に、グリース漏れの防止を図り易くなる。又、高温で高速回転する状態で使用する玉軸受8、8の耐久寿命を確保できると共に、低温時の異音の発生を防止できる。又、エステル系油を含む基油の油性効果を得られる為、潤滑性の向上を図れて、玉軸受8、8の早期焼き付きの発生を防止できる。
【0027】
又、上記グリースの混和ちょう度を、好ましくはNLGI No.1〜3とする。この為に、例えば、このグリース中に上記増ちょう剤を5〜35質量%配合する。
【0028】
又、このグリースに、更に優れた性能を持たせる為、従来から知られている各種の添加剤を必要に応じて含有させる事もできる。この添加剤としては例えば、金属石けん、ベントン、シリカゲル等のゲル化剤、アミン系、フェノール系、イオウ系、ジチオリン酸亜鉛等の酸化防止剤、塩素系、イオウ系、リン系、ジチオリン酸亜鉛、有機モリブテン等の極圧剤、脂肪酸、動植物油等の油性剤、石油スルフォネート、ジノニルナフタレンスルフォネート、ソルビタンエステル等の錆び止め剤、ベンゾトリアゾール、亜硝酸ソーダ等の金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリイソブチレン、ポリスチレン等の粘度指数向上剤等が挙げられ、これらの添加剤を、単独で又は2種以上組み合わせて添加できる。この際、この添加剤の添加量は、本発明の目的を達成できれば特に限定するものではないが、通常は、上記グリース中に添加剤を20質量%以下含有させる。
【0029】
又、本発明の自動車用の電動モータ用玉軸受に使用するグリースを調整する方法も、特に限定するものではない。但し、一般的には、このグリースを、基油中で増ちょう剤を反応させる事により得る。又、加熱温度、攪拌、混合時間等の製造条件は、使用する基油や増ちょう剤、添加剤等により適宜設定する。
【0030】
又、本発明の場合には、前記内輪14と外輪12と各玉15、15との表面に、当該表面形状の経時劣化を抑える為の熱処理を施している。例えば、上記内、外両輪14、12の表面に施す熱処理として、これら内、外両輪14、12をSUJ2により造り、従来から行なわれている標準熱処理に加えて、−20℃での深冷処理を施す。この標準熱処理は、820〜860℃で焼き入れした後、160〜200℃で焼き戻しするものである。そして、この様に標準熱処理に加えて深冷処理を施す熱処理により、上記内、外両輪14、12の残留オーステナイト量を6質量%以下とする。
【0031】
又、上記内、外両輪14、12をSUJ2により造り、焼き入れ後に、220℃で焼き戻しを行なう熱処理を施す事により、これら内、外両輪14、12の残留オーステナイト量を、4質量%以下とする事もできる。又、これら内、外両輪14、12をSUJ2により造り、上記標準熱処理に加えて、−196℃での深冷処理を施す事により、これら内、外両輪14、12の残留オーステナイト量を4質量%以下とする事もできる。
【0032】
更に、これら内、外両輪14、12をSUJ2により造り、焼き入れ後に、240℃で焼き戻しを行なう熱処理を施すか、焼き入れ後に、−80℃での深冷処理を施してから、240℃で焼き戻しを行なう熱処理を施す事により、これら内、外両輪14、12の残留オーステナイト量を0%とする事もできる。
【0033】
更に、これら内、外両輪14、12をSUS440Cにより造り、1050℃での焼き入れ後に、−80℃での深冷処理を施した後、520℃で焼き戻しを行なう熱処理を施す事により、これら内、外両輪14、12の残留オーステナイト量を0%とする事もできる。又、これら内、外両輪14、12をSUJ2により造り、焼き入れ後に、220℃で2回焼き戻しを行なう熱処理を施す事により、これら内、外両輪14、12の残留オーステナイト量を2質量%以下とする事もできる。
【0034】
この様な熱処理を行なう事により、上記内、外両輪14、12の残留オーステナイト量を、従来から使用しているものの残留オーステナイト量である、8〜14質量%よりも小さくした場合には、これら内、外両輪14、12の耐荷重性及び耐衝撃性を向上させる事ができ、前記内輪、外輪各軌道13、11に有害な永久変形を生じにくくできる。即ち、オーステナイトはマルテンサイトに比べて降伏応力が低い為、残留オーステナイト量が多い場合には、小さな荷重等でも有害な永久変形を生じ易い。これに対して、上述の様な熱処理により残留オーステナイト量を6質量%以下に小さくする場合には、上記内輪、外輪各軌道13、11の耐圧痕性が向上し(降伏応力が高くなり)、上記小さな荷重等による、有害な永久変形を生じにくくできる。又、これら各軌道13、11の耐圧痕性を向上させる事ができる為、電動モータの製造時に玉軸受8を組み込んだり、この玉軸受8を運搬する(取り扱う)場合等に、この玉軸受8に大きな外力が加わった場合でも、上記内輪、外輪各軌道13、11に有害な永久変形(圧痕)を生じにくくできる。次に、上述の様な熱処理により、内、外両輪14、12の残留オーステナイト量を小さくした場合に、耐圧痕性を向上できると言った効果を得られる事を確認すべく行なった第一の実験に就いて説明する。実験は、次の表1にその熱処理方法を示す、従来品と本発明品とを用いて行なった。
【0035】
【表1】
【0036】
具体的には、従来品として、内輪及び外輪に従来から行なわれている標準焼き入れと標準焼き戻しを施したものを使用し、本発明品として、内輪及び外輪に焼き入れ後に深冷処理を施してから、高温焼き戻ししたものを使用した。そして、本発明品では、この様な熱処理を施す事により、内輪及び外輪の硬さを59〜63HRcとし、残留オーステナイト量を4質量%以下とし、弾性限度を1100N/mm2 とした。又、従来品及び本発明品の玉軸受は、内径が8mmであり、外径が22mmであり、幅が7mmである、シールリングを装着したものとした。そして、第一の実験では、この様な従来品と本発明品とを用いて、外輪を固定の部分に内嵌固定し、内輪に所定の軸方向荷重(アキシアル荷重)を付与した後、1800min−1 で回転させた状態での玉軸受の軸方向振動加速度の上昇値を測定した。
【0037】
この様にして行なった実験結果を、図4に示している。この図4中、実線は本発明品を、破線は従来品を、それぞれ表している。この図4に示した実験結果から明らかな様に、従来品は、アキシアル荷重が196Nを越えた場合に、軸方向振動加速度が大きく上昇したのに対し、本発明品の場合には、アキシアル荷重が784Nでも軸方向振動加速度の上昇量は僅かであった。この事から、上述の様な熱処理を施し、硬さと、残留オーステナイト量と、弾性限度とを所定の範囲とした本発明品は、大きな荷重が加わる場合でも耐圧痕性を向上できる事が分かった。特に、本実験で使用した本発明品は、弾性限度を従来品よりも大きくしている為、軌道面に発生する応力を弾性限度以下に抑え易くなり、圧痕の原因となる塑性変形をより生じにくくできる。
【0038】
又、上記残留オーステナイト量を6質量%以下と小さくする場合には、上記内輪、外輪各軌道13、11の表面形状が経時的に劣化する事を抑える事もできる。即ち、これら各軌道13、11に存在する残留オーステナイトの量が多いと、各玉軸受8、8の使用に伴ってこれら各軌道13、11に繰り返し加わる転がり応力により、この残留オーステナイトが分解する。そして、分解に伴ってこれら各軌道13、11の表面形状が劣化する。これに対して、上述の様な熱処理により残留オーステナイト量を6質量%以下に小さくする場合には、残留オーステナイトの分解に伴う表面形状の経時劣化を抑える事ができる。特に、この残留オーステナイト量を4質量%以下に抑える場合には、上記経時劣化をより抑える事ができ、2質量%以下に抑える場合には、この経時劣化を殆どなくす事ができる。
【0039】
又、上記残留オーステナイト量を6質量%以下と小さくする場合には、周囲が高温になった場合でも、内輪14及び外輪12の経時的変形を抑える事ができ、玉軸受8の位置ずれや、回転軸2と内輪14との間での摩耗や振動を抑える事もできる。即ち、自動車用電動モータでは、組み込んだ玉軸受8が周囲が高温になる状態で使用される事がある。この場合、従来から行なわれている標準熱処理を施したものでは、内輪中の残留オーステナイト量が多い為、この残留オーステナイトが分解しマルテンサイトに変化する事により、この内輪の内径が大きくなる(膨張する)。この為、この内輪を回転軸2に対し、締り嵌めにより固定する事により玉軸受8の位置決めを行なっている場合に、この回転軸2に対するこの内輪の位置がずれたり、この内輪の内周面とこの回転軸2の外周面との間で滑りが生じて、摩耗や振動が生じる原因となる。これに対して、上述の様に残留オーステナイト量を小さくした場合には、高温による内輪14の経時的変形を抑える事ができ、回転軸2に対する内輪14の位置ずれや、この回転軸2とこの内輪14との間での摩耗や振動を抑える事ができる。
【0040】
次に、上述の様に内輪14中の残留オーステナイト量を小さくする事により、周囲が高温になった場合でも、この内輪14の経時的変形を抑える事ができると言った効果を得られる事を確認すべく行なった第二の実験に就いて説明する。この第二の実験は、前述の第一の実験で使用した従来品と本発明品とをそれぞれ構成する内輪を用いた。そして、これら各内輪を、雰囲気温度が180℃である恒温槽中に放置した後、所定時間経過毎に取り出して、常温で内径を測定し、初期寸法に対する寸法変化率を求めた。この様にして行なった第二の実験結果を、図5に示している。この図5中、実線は本発明品を、破線は従来品を、それぞれ表している。この図5に示した実験結果から明らかな様に、従来品の場合には、時間の経過に従って、内輪の内径が変化して、1000時間経過後には寸法変化率が0.08%以上になった。これに対して本発明品の場合には、1000時間経過後でも、内輪14の内径の寸法変化は全く認められなかった。この様な実験結果から、前述の様な所定の熱処理を施し、硬さと、残留オーステナイト量と、弾性限度とを所定の範囲とした本発明品は、高温環境下での内輪14の経時的変形(膨張)を抑える事ができる事が分かった。尚、前述の表1には、本発明品の耐圧痕性及び高温寸法安定性の欄中に○印を付しているが、これは、本発明品が、従来品よりもこれらの性能で優れた結果を得られた事を表すものである。
【0041】
又、前記各玉15、15の表面に当該表面形状の経時劣化を抑える為に施す熱処理としては、例えば、所定の形状に加工した各玉15、15の表面に通常の焼き入れ処理を施し、次いで、表面硬化処理を施してから、焼き戻し処理を施す熱処理がある。この焼き戻し処理は、例えば、160℃で120分とする。又、この様な熱処理に於いて、焼き入れ処理後、表面硬化処理前に、予備の焼き戻し処理を施す事もできる。この予備の焼き戻し処理は、例えば、125℃で120分とする。又、上記各玉15、15に施す表面硬化処理は、特許文献4に記載されている方法等、従来から知られている各種の方法を使用できる。
【0042】
又、上記焼き戻し処理の焼き戻し温度の上限並びに下限は、下記の(a)〜(f)で規制する事が好ましい。
(a) 焼き戻し時間が10〜120分の場合、焼き戻し温度の上限を200℃とする。
(b) 焼き戻し時間が120分を越える場合には焼き戻し温度の上限を、直交座標の一方の軸に焼き戻し温度を表わし、他方の軸に焼き戻し時間を対数目盛で表わした片対数座標に描かれる線により、当該焼き戻し時間に対応して求める。
(c) 上記(b)の線は、200℃で120分の点から始まり、175℃で1000分の点、160℃で4000分の点を通過する。
(d) 焼き戻し時間が10〜120分の場合、焼き戻し温度の下限を150℃とする。
(e) 焼き戻し時間が120分を越える場合には焼き戻し温度の下限を、直交座標の一方の軸に焼き戻し温度を表わし、他方の軸に焼き戻し時間を対数目盛で表わした片対数座標に描かれる線により、当該焼き戻し時間に対応して求める。
(f) 上記(e)の線は、150℃で120分の点から始まり、140℃で300分の点、130℃で1000分の点、120℃で6000分の点を通過する。
【0043】
この様な、前記各玉15、15の表面硬化処理後に行なう焼き戻し処理の好ましい温度条件を、図6を用いて、更に詳しく説明する。この図6は、この焼き戻し処理を行なう場合に於ける、焼き戻し条件のうち、焼き戻し時間tと、焼き戻し温度Tの上限値並びに下限値との関係を表わしている。又、この図6は、縦軸に焼き戻し温度Tを表し、横軸に焼き戻し時間tを、対数目盛により表わしている。
【0044】
上記図6の実線aは、焼き戻し温度Tの上限値と焼き戻し時間tとの関係を表わしている。この実線aは、焼き戻し時間tが10〜120分の間では、200℃の一定値を表わす直線部a1 となり、焼き戻し時間tが120分を越える部分に於いては、焼き戻し時間tが増大するに伴って焼き戻し温度Tの上限値が次第に低下する事を表わす、曲線部a2 となっている。そしてこの曲線部a2 は、200℃で120分の点から始まり、175℃で1000分の点、160℃で4000分の点を通過する。
【0045】
又、図6の実線bは、焼き戻し温度Tの下限値と焼き戻し時間tとの関係を表わしている。この実線bは、焼き戻し時間tが10〜120分の間では、150℃の一定値を表わす直線部b1 となり、焼き戻し時間tが120分を越える部分に於いては、焼き戻し時間tが増大するに伴って焼き戻し温度Tの下限値が次第に低下する事を表わす、曲線部b2 となっている。そしてこの曲線部b2 は、150℃で120分の点から始まり、140℃で300分の点、130℃で1000分の点、120℃で6000分の点を通過する。
従って、上記表面硬化処理後の焼き戻し処理は、図6の斜線範囲で行なう事が好ましい。
【0046】
又、前記予備の焼き戻し処理は、下記の(g)〜(i)を満たす条件で行なう事が好ましい。
(g) 焼き戻し時間が10〜120分の場合、焼き戻し温度の上限を140℃とする。
(h) 焼き戻し時間が120分を越える場合には焼き戻し温度の上限を、直交座標の一方の軸に焼き戻し温度を表わし、他方の軸に焼き戻し時間を対数目盛で表わした片対数座標に描かれる線により、当該焼き戻し時間に対応して求める。
(i) 上記(h)の線は、140℃で120分の点から始まり、130℃で300分の点、120℃で1000分の点、110℃で6000分の点を通過する。
【0047】
この様な予備の焼き戻し処理の好ましい温度条件を、図7を用いて、更に詳しく説明する。この図7は、焼き入れ後、表面硬化処理を行なう前に予備の焼き戻し処理を行なう場合に於ける、焼き戻し条件のうち、焼き戻し時間tと、焼き戻し温度Tの上限値との関係を表わしている。この図7は、縦軸に焼き戻し温度Tを表わし、横軸に焼き戻し時間tを、対数目盛により表わしている。
【0048】
この図7に記載した、焼き戻し温度の上限値を表わす実線cは、焼き戻し時間が10〜120分の場合、140℃の一定値を表わす直線部c1 となり、焼き戻し時間が120分を越える部分に於いては、焼き戻し時間tが増大するに伴って焼き戻し温度Tの上限値が次第に低下する事を表わす、曲線部c2 となっている。そしてこの曲線部c2 は、140℃で120分の点から始まり、130℃で300分の点、120℃で1000分の点、110℃で6000分の点を通過する。
従って、上記予備の焼き戻し処理は、図7の斜線範囲で行なう事が好ましい。
【0049】
上述の様に、各玉15、15の表面硬化処理後に焼き戻し処理を行なう場合には、これら各玉15、15の表面形状が経時的に劣化する事がなくなる。即ち、表面硬化処理後に焼き戻し処理を行なう事で、表面硬化処理に伴って各玉15、15の内部に生じた残留応力を解消でき、上記表面形状が経時的に劣化する事がなくなる。
【0050】
又、表面硬化処理後に焼き戻し処理を行なう場合に於ける、焼き戻し温度の上限と下限とを前述の様に規制した場合には、各玉15、15の表面硬さを高くでき、これら各玉15、15の表面に傷を付きにくくできる。又、これら各玉15、15の表面硬化処理に伴ってこれら各玉15、15の内部に生じた残留応力を解消し易くできる。
【0051】
又、前記予備の焼き戻し処理を行なう場合の焼き戻し温度の上限を、前述の様に規制した場合には、各玉15、15の表面硬さを高くでき、これら各玉15、15の表面に傷を付きにくくできる。尚、上記予備の焼き戻し処理は、続いて行なう表面硬化処理の際に、各玉15、15の表面に亀裂等の欠損が発生するのを防止する為に行なう。従って、別途この欠損の発生防止を図れれば、上記予備の焼き戻し処理を省略できる。
【0052】
更に、本例の場合には、前記内輪軌道13の中心軸を含む仮想平面に関するこの内輪軌道13の断面形状の曲率半径を、上記各玉15、15の直径の51〜54%(より好ましくは51〜52.5%)とすると共に、前記外輪軌道11の中心軸を含む仮想平面に関するこの外輪軌道11の断面形状の曲率半径を、これら各玉15、15の直径の52〜57%(より好ましくは52.5〜57%)としている。又、前記各玉軸受8、8に動定格荷重の0.02倍のラジアル荷重が加わった場合に於ける、上記各玉15、15の転動面と上記内輪軌道13との接触部の面積の合計をS1 とし、これら各玉15、15の転動面と上記外輪軌道11との接触部の面積の合計をS2 とした場合に、S1 >S2 としている。更に、(S1 +S2 )を、上記内輪軌道13及び外輪軌道11の断面形状の曲率半径がそれぞれ上記各玉15、15の直径の52%である場合よりも小さくしている。
【0053】
上述の様に構成する本発明の自動車用の電動モータ用玉軸受とこれを組み込んだ自動車用電動モータによれば、自動車用電動モータの回転トルクを小さくしつつ、音響特性を良好にする事ができる。即ち、本発明の自動車用電動モータの場合には、回転軸2の回転支持部に、各構成部材の接触部が転がり接触状態となる玉軸受8、8を使用している。この為、各構成部材の接触部が滑り接触状態となる滑り軸受を使用した、従来構造の場合よりも回転トルクを1/2程度に小さくできる。しかも、玉軸受8、8を使用した本発明の場合には、低温での起動時の異音の発生を、無視できる程度に小さくできる。
【0054】
又、本例の場合には、上記各玉15、15の転動面と内輪、外輪各軌道13、11とに当該表面形状の経時劣化を抑える為の熱処理を施している為、当該表面形状の経時劣化による音響特性の劣化を抑える事ができる。又、上記各玉軸受8の内部に、優れた音響特性を確保する為のグリースを封入している為、グリースを使用する事による音響特性の劣化も抑える事ができる。又、上記各玉軸受8、8に組み込んだ保持器16を合成樹脂製としている為、この保持器16と各玉15、15とが衝突した場合でも、この衝突に基づく異音の発生を抑える事ができる。これらの結果、本発明によれば、自動車用電動モータの回転トルクを小さくする事により、消費電力を抑えつつ、音響特性を良好にする事ができる。
【0055】
又、本発明の自動車用電動モータの場合には、回転軸2の回転支持部に玉軸受8、8を使用している為、この回転支持部に滑り軸受を使用した従来構造の場合と異なり、スラスト荷重を受ける為の構造を別に設ける必要がなくなる。又、本例の様に、各玉軸受8、8にシールリング17、17を設けた場合には、自動車用電動モータの内部に異物が侵入するのを防止する為の構造を、これら各玉軸受8、8と別に設ける必要がなくなる。これらにより、本発明の場合には、組立作業の容易化によるコスト低減を図り易くなる。
【0056】
又、本例の場合には、上記内輪、外輪各軌道13、11と上記各玉15、15の転動面との接触面積の合計である、(S1 +S2 )を、内輪軌道13及び外輪軌道11の断面形状の曲率半径が上記各玉15、15の直径の52%である、従来構造の場合よりも小さくしている。この為、自動車用電動モータの回転トルクを、より小さくできる。即ち、上記各玉軸受8、8の回転トルクは、(S1 +S2 )にほぼ比例する為、この(S1 +S2 )が小さくなる程、この回転トルクを小さくできる。この為、(S1 +S2 )を従来構造の場合よりも小さくした本発明の場合には、上記各玉軸受8、8の回転トルクをより小さくでき、上記電動モータの回転トルクをより小さくできる。
【0057】
又、一般的に、玉軸受では、内輪と外輪とのうちの一方の軌道輪が主体となり、各玉を自転運動及び公転運動させるが、この場合に、主体となる軌道輪は、各玉の転動面と内輪軌道又は外輪軌道との接触面積が大きくなる側の軌道輪となる。そして、この主体となる軌道輪を、使用時に回転する回転輪とした場合には、各玉をより安定して自転運動及び公転運動させる事ができる。本例の場合には、前記内輪14を回転輪とすると共に、この内輪14に設けた内輪軌道13と各玉15、15の転動面との接触部の面積S1 を、静止輪である外輪12に設けた外輪軌道11と各玉15、15の転動面との接触部の面積S2 よりも大きくしている(S1 >S2 )。この為、これら各玉15、15を、より安定して自転運動及び公転運動させる事ができ、自動車用電動モータの回転の円滑化を図れる。
【0058】
尚、本発明の対象となる自動車用の電動モータ用玉軸受は、動定格荷重の0.005〜0.3倍の広い範囲の大きさのラジアル荷重が加わる状態で使用され、通常は、動定格荷重の0.008〜0.05倍程度のラジアル荷重が加わる状態で使用される。又、本発明者が、内輪、外輪各軌道13、11の断面形状の曲率半径が種々に異なる多くの種類の組み合わせの玉軸受で、加わるラジアル荷重の大きさを異ならせた条件下での玉軸受8の玉15と、内輪、外輪各軌道13、11との接触状態を調べたところ、動定格荷重の0.005〜0.3倍のラジアル荷重が加わった場合でのS1 、S2 、S1 +S2 の関係が、動定格荷重の0.02倍のラジアル荷重が加わった場合でのS1 、S2 、S1 +S2 の前述した関係と同じになる事が分かった。この為、上記範囲の代表値である、動定格荷重の0.02倍のラジアル荷重が加わった場合でのS1 、S2 、S1 +S2 の関係を前述の様に規制する事により、自動車用の電動モータ用玉軸受に加わるラジアル荷重が動定格荷重の0.02倍以外となる場合でも、自動車用電動モータの回転トルクをより小さくできると共に、回転の円滑化を図れる。
【0059】
又、本発明の自動車用の電動モータ用玉軸受は、自動車の走行時に回転しない事がある自動車用電動モータに組み込まれるが、回転しない状態で自動車の走行に伴って振動が加わる。本発明によれば、この場合でも、フレッチングの発生を抑えて、内輪、外輪各軌道13、11の面荒れに基づく異音の発生を抑える事ができる。この理由は、▲1▼これら各軌道13、11に表面形状の経時劣化を抑える為の熱処理を施した事と、▲2▼優れた音響特性を確保する為のグリースを封入した事と、▲3▼内輪軌道13及び外輪軌道11と各玉15の転動面との接触部の面積S1 、S2 、S1 +S2 を適切に規制した事とが、フレッチングを抑える為の効果として、しかも、これらの相乗効果として有効に働いた為である。
【0060】
又、本例の場合には、上記各玉軸受8、8の両端部に設けた各シールリング17、17の内周縁部を、内輪14の外周面の両端部に摺接させて、これら各シールリング17、17を接触シールとしている。この為、内輪、外輪各軌道13、11上を各玉15、15が転動する事により生じる異音が、上記各玉軸受8、8の外部に漏れにくくなる。従って、本例の場合には、前記音響特性をより良好にする事ができる。
【0061】
又、上記各シールリング17、17を接触シールとしている為、上記各玉軸受8、8内に封入したグリースが、電動モータの内部でロータ4とステータ5、5とが存在する空間内に侵入する事を、より効果的に防止できる。特に、電動モータがブラシ6、6を有する構造の場合、これら各ブラシ6、6と整流子7との間部分にグリース等の異物が入り込むと、これらブラシ6、6と整流子7との導通が妨げられ、電動モータの正常な機能を発揮させる事ができなくなる可能性がある。これに対して、本例の場合には、グリース等の異物が上記間部分に入り込む事をより効果的に防止できる為、電動モータの正常な機能を長期間に亙り発揮できる。又、上記ブラシ6、6を設けた構造の場合には、これら各ブラシ6、6と整流子7とが接触する事により生じた摩耗粉が上記各玉軸受8、8の内部に入り込む可能性がある。そして、この様に摩耗粉が玉軸受8、8内に入り込んだ場合には、これら各玉軸受8、8の内部に存在するグリースが早期に劣化し易くなる。これに対して、本例の場合には、これら各玉軸受8、8に設けたシールリング17、17を接触シールとしている為、電動モータが上記ブラシ6、6を有する場合でも、上記グリースを劣化しにくくして耐久性の向上を図れる。
【0062】
尚、本例の場合と異なり、図8に示す様に、外輪12の両端部内周面に係止した1対のシールリング17a、17aの内周縁部を、内輪14の外周面に設けた凹部25、25の側面及び底面に摺接させず、この側面及び底面と全周に亙り微小隙間を介して対向させた、所謂非接触シールを設けた構造で本発明を実施する事もできる。この様に非接触シールを設けた場合には、上記各玉軸受8で、内輪、外輪各軌道13、11上を各玉15、15が転動する事により生じる異音が、本例の場合よりも外部に漏れ出し易くはなる。又、この場合には、自動車用電動モータの内部で、ロータ4とステータ5(図1参照)とが存在する空間内に上記グリースが侵入し易くもなる。但し、上述の様に、1対のシールリング17a、17aを非接触シールとした場合には、上記自動車用電動モータの回転トルクの更なる低減を図れて、この自動車用電動モータの消費電力をより抑える事ができる。
【0063】
又、上述の図8に示した構造では、金属板製の断面L字形の芯金26に、ゴム、エラストマー等から成る弾性材27を結合する事により、シールリング17a、17aを構成している。但し、図9に示す様に、シールリング17b、17bを、金属板に塑性加工を施す事のみにより造った構造で、本発明を実施する事もできる。図8に示すシールリング17a、17aの場合、弾性材27を結合している為、成形上の自由度を、図9に示したシールリング17b、17bよりも大きくできると共に、内輪14の両端部外周面に設けた凹部25、25とシールリング17a、17aの内周縁との間の隙間の経路長さを大きくできる。この為、より高い防塵性と耐グリース漏れ性とを確保できる。但し、シールリング17a、17aを、使用温度が比較的制限される弾性材27により構成している為、一般的には、使用温度に応じた適切な材料を選択する必要がある。これに対して、図9に示したシールリング17b、17bの場合には、安価に造れると共に、適切な材料を選択すると言った面倒を生じる事なく、低温から高温迄の広い温度範囲で使用できる。
【0064】
尚、図2、8、9に示した構造の場合と異なり、玉軸受の両端部に設けた1対のシールリングのうち、一方のシールリングの内周縁部を内輪の外周面に摺接させると共に、他方のシールリングの内周縁部をこの内輪の外周面から離隔させた構造とする事もできる。
【0065】
又、本発明の自動車用電動モータは、前述の図1に示した構造の場合と異なり、回転軸の外周面に設けたロータの位相を検出する為のセンサと、このセンサから発する信号に基づいて、ケーシングの内面に固定したステータに設けたコイルに流す電流の向きを切り換える為の制御部とを備えた、所謂ブラシレス構造とする事もできる。そして、この様にブラシレス構造とした自動車用電動モータで本発明を実施した場合には、ブラシの摩耗粉が各玉軸受8の内部に侵入する事を防止する為の考慮を行なう必要がなくなる。この為、例えば、各玉軸受8の両端部に、上述の図8、9に示した様な非接触型のシールリング17a、17bを設けた場合でも、上記摩耗粉が玉軸受8内のグリース中に混入される事がなくなり、回転トルクの低減と、耐久性の向上とを、高度に両立できる。
【0066】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、自動車用電動モータの回転トルクを小さくする事により消費電力を抑えつつ、音響特性を良好にする事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の自動車用電動モータの1例を示す断面図。
【図2】図1から玉軸受のみを取り出して示す半部断面図。
【図3】玉軸受に組み込んだ保持器を示す斜視図。
【図4】所定の熱処理を施して残留オーステナイト量を小さくした、内輪及び外輪を使用した玉軸受の耐圧痕性を確認すべく行なった、第一の実験結果を示す線図。
【図5】所定の熱処理を施して残留オーステナイト量を小さくした、内輪の高温での寸法安定性を確認すべく行なった、第二の実験結果を示す線図。
【図6】表面硬化処理後に行なう焼き戻し処理の温度と時間との関係を示す線図。
【図7】予備の焼き戻し処理の温度と時間との関係を示す線図。
【図8】玉軸受の別構造の第1例を示す、図2と同様の図。
【図9】同じく第2例を示す、図2と同様の図。
【図10】従来構造の第1例の自動車用電動モータを示す断面図。
【図11】同第2例の自動車用電動モータを示す断面図。
【符号の説明】
1、1a ケーシング
2 回転軸
3 滑り軸受
4 ロータ
5 ステータ
6 ブラシ
7 整流子
8 玉軸受
9 ケーシング本体
10 端部部材
11 外輪軌道
12 外輪
13 内輪軌道
14 内輪
15 玉
16 保持器
17、17a、17b シールリング
18 シール溝
19 側壁面
20 主部
21 ポケット
22 弾性片
23 凹面部
24 空間
25 凹部
26 芯金
27 弾性材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, a cooling fan for ventilating a radiator of a vehicle, or a blowing fan incorporated in a vehicle air conditioner, a power window device, a wiper device, a door mirror angle adjusting device, a power seat device, an electric tilt mechanism, or an electric motor. An electric motor for a vehicle for driving a steering device with a telescopic mechanism, a sunroof opening / closing device, and the like, and a ball bearing for an electric motor for a vehicle incorporated in the electric motor for a vehicle and rotatably supporting a rotating shaft inside a casing. Regarding improvement.
[0002]
[Prior art]
An electric motor for a vehicle, which has been conventionally used for driving a cooling fan, a blowing fan, or the like, is configured as shown in FIG. 10, for example. In this electric motor for a vehicle, a rotating
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-11-69700
[Patent Document 2]
JP-A-10-225047
[Patent Document 3]
JP 2002-155930 A
[Patent Document 4]
Japanese Patent Publication No. 1-181212
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the electric motor for a vehicle as described above, the inner peripheral surfaces of the pair of
[0005]
In view of such circumstances, in recent years, as described in Patent Literatures 1 to 3, it has been considered to support the rotating
(1) Abnormal noise is generated when multiple balls roll on each of the inner and outer raceways. In particular, the above-mentioned noise is increased due to the deterioration of the surface accuracy of each of the inner ring and outer ring raceways and each ball over a long period of use.
{Circle around (2)} Abnormal noise is generated when the metal ball and the cage collide with each other.
(3) For example, when an automobile electric motor is used as a blower fan to be incorporated in an air conditioner for a car, and when the blower fan stops when the outside air is at an appropriate temperature during the running of the car, for example, when the car is running, The electric motor may not rotate. In the case of such an electric motor for automobiles, vibrations accompanying the traveling of the automobile are applied, so that minute slippages repeatedly occur on the rolling contact surface in a state where the ball bearings incorporated in the electric motor for automobiles do not rotate. For this reason, surface roughening due to fretting occurs, which leads to generation of abnormal noise.
Therefore, when a ball bearing is used in place of the sliding bearing, it is important to suppress these abnormal sounds (1) to (3) in order to ensure good acoustic characteristics of the electric motor for a vehicle.
In view of such circumstances, the present invention has been made to improve the acoustic characteristics while reducing the rotational torque of the electric motor for an automobile.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Among the ball bearings for an electric motor for a motor vehicle and the electric motor for a motor vehicle according to the present invention, the ball bearing for an electric motor for a vehicle according to claim 1 has an outer race having an outer raceway on an inner peripheral surface and an inner race on an outer peripheral surface. An inner ring having a raceway, a plurality of balls rotatably provided between the outer raceway and the inner raceway, and a retainer for holding the balls are provided. Also, with the outer ring fixed inside a part of a casing of an electric motor for an automobile and the inner ring fixed externally to a rotating shaft of the electric motor, the rotating shaft is rotatable inside the casing. I support it.
[0007]
In the ball bearing for an electric motor for an automobile according to the first aspect, the retainer is made of synthetic resin, and the balls are installed between an inner peripheral surface of the outer ring and an outer peripheral surface of the inner ring. Grease to ensure excellent acoustic characteristics is enclosed in the space. In addition, at least one of the inner raceway, the outer raceway, and the rolling surface of each ball is subjected to a heat treatment for suppressing the deterioration of the surface shape (surface accuracy) with time. As the grease for ensuring the above-mentioned excellent acoustic characteristics, a grease having a high lubricating property, for example, by including an ester-based oil in a base oil can be used.
[0008]
Preferably, the curvature radius of the cross-sectional shape of the inner raceway relative to a virtual plane including the center axis of the inner raceway is 51 to 54% of the diameter of each ball (more preferably, 51 to 52.5%), and the radius of curvature of the cross-sectional shape of the outer raceway relative to the virtual plane including the center axis of the outer raceway is 52 to 57% of the diameter of each ball (more preferably 52.5%). ~ 57%). Further, when a radial load of 0.02 times the dynamic load rating is applied, the sum of the area of the contact portion between the rolling surface of each ball and the inner raceway is represented by S. 1 And the sum of the areas of the contact portions between the rolling surfaces of these balls and the outer raceway is S 2 , S 1 > S 2 And And (S 1 + S 2 ) Is made smaller than the case where the radius of curvature of the cross-sectional shape of both the inner ring and outer ring raceways with respect to a virtual plane including the center axes of the inner ring raceway and the outer ring raceway is 52% of the diameter of each ball.
[0009]
Further, preferably, as described in
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an electric motor for a vehicle, in which a rotating shaft is rotatably supported by a pair of bearings inside a casing, similarly to the above-described conventional structure, and a rotating shaft is provided at an intermediate portion of the rotating shaft. A rotor is provided between a pair of bearings.
In particular, in the electric motor for a vehicle described in
Preferably, as described in
[0011]
[Action]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the ball bearing for electric motors for motor vehicles and the electric motor for motor vehicles of the present invention configured as described above, it is possible to improve the acoustic characteristics while reducing the rotational torque of the electric motor for motor vehicles. That is, according to the electric motor for an automobile incorporating the ball bearing for an electric motor for an automobile of the present invention, a ball bearing in which a contact portion of each component is in a rolling contact state is used as a rotation support portion of a rotating shaft. Therefore, the rotational torque can be made smaller than in the case of the conventional structure using a sliding bearing in which the contact portion of each component is in a sliding contact state.
[0012]
Further, in the case of the present invention, at least one of the rolling surface of each ball and each of the inner ring and the outer ring raceways is subjected to a heat treatment for suppressing the deterioration with time of the surface shape. Deterioration of acoustic characteristics due to deterioration can be suppressed. Further, since grease for ensuring excellent acoustic characteristics is sealed inside the ball bearing, deterioration of acoustic characteristics due to use of grease can be suppressed. Further, since the retainer is made of synthetic resin, even when the retainer collides with each ball, generation of abnormal noise due to the collision can be suppressed. As a result, according to the present invention, it is possible to improve the acoustic characteristics while reducing the rotational torque of the electric motor for a vehicle.
[0013]
In addition, in the case of the electric motor for an automobile of the present invention, since a ball bearing is used for the rotation supporting portion of the rotating shaft, the thrust load is different from that of the conventional structure using the sliding bearing for the rotating supporting portion. There is no need to provide a separate receiving structure. When a seal ring is provided at the end of the ball bearing, it is not necessary to provide a structure for preventing foreign matter from entering the inside of the electric motor for a vehicle, separately from the ball bearing. Thus, in the case of the electric motor for a vehicle according to the present invention, it is easy to reduce the cost by facilitating the assembling work.
[0014]
Furthermore, according to the ball bearing for an electric motor for an automobile described in
Further, in the case of the electric motor for a vehicle according to the third aspect, the rotational torque can be further reduced.
[0015]
Further, in the case of the electric motor for an automobile according to the fifth aspect, it is not necessary to bring the brush into contact with the commutator, so that abrasion powder of the brush is not generated. For this reason, even when the contact type seal structure is not provided at the end of the ball bearing for the electric motor, this abrasion powder is prevented from being mixed into the grease in the ball bearing. Can be improved.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 to 3 show an example of an embodiment of the present invention. In the electric motor of the present embodiment, both ends of the
[0017]
As shown in detail in FIG. 2, each of the
[0018]
The
[0019]
In addition, the
[0020]
Specifically, as the ester oil, diester oils such as dibutyl sebacate, di-2-ethylhexyl sebacate, dioctyl adipate, diisodecyl adipate, ditridecyl adipate, ditridecyl glutarate, and methyl acetyl sinolate, or Aromatic ester oils such as trioctyl trimellitate, tridecyl trimellitate, and tetraoctyl pyromellitate; further, trimethylolpropane caprylate, trimethylolpropaneperargonate, pentaerythritol-2-ethylhexanoate, and pentaerythritol Examples thereof include polyol ester oils such as argonate, and complex ester oils which are oligoesters of a polyhydric alcohol and a mixed fatty acid of a dibasic acid / monobasic acid. When such an ester-based oil is contained in the base oil, the ester bond having a good affinity for the metal enhances the oil film holding ability and ensures excellent oil lubrication, so that the grease lubricity and Durability and heat resistance can be improved. Therefore, when grease containing the ester oil is used as the base oil, the excellent acoustic characteristics of the
[0021]
Examples of the synthetic hydrocarbon oil-based oil that can be preferably used as the base oil include poly-α-olefins such as normal paraffin, isoparaffin, polybutene, polyisobutylene, 1-decene oligomer, 1-decene-ethylene co-oligomer and the like. Examples include hydrides, alkylbenzenes such as monoalkylbenzene and dialkylbenzene, and alkylnaphthalenes such as monoalkylnaphthalene, dialkylnaphthalene, and polyalkylnaphthalene.
[0022]
Examples of the ether-based synthetic oil that can be preferably used as the base oil include polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyethylene glycol monoether, polyglycol such as polypropylene glycol monoether, or monoalkyl triphenyl ether, alkyl diphenyl ether, dialkyl diphenyl ether, And phenyl ether oils such as pentaphenyl ether, tetraphenyl ether, monoalkyl tetraphenyl ether and dialkyl tetraphenyl ether.
[0023]
The thickening agent for the grease may be used in a wide range as long as it has a gel structure and is capable of retaining the base oil in the gel structure, but lithium soap or urea is preferred. The system can be used. When lithium soap is used as the thickener, the acoustic characteristics of the
[0024]
Embedded image
[0025]
R in this formula 2 Represents an aromatic hydrocarbon group having 6 to 15 carbon atoms; 1 And R 3 Represents an aromatic hydrocarbon group having 6 to 12 carbon atoms or an aliphatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, respectively. Also, R 1 And R 3 Is from 50 to 100 mol% in the total amount of 1 And R 3 May be the same or different.
[0026]
When such an aromatic diurea compound is used as a thickener and the thickener is blended in a grease in an amount of 15 to 35% by mass (preferably 15 to 30% by mass), the peeling resistance is increased. , And grease leakage can be easily prevented. In addition, the durability of the
[0027]
In addition, the mixing consistency of the grease is preferably set to NLGI No. 1 to 3. For this purpose, for example, the thickener is blended in the grease in an amount of 5 to 35% by mass.
[0028]
In order to provide the grease with more excellent performance, conventionally known various additives can be contained as needed. Examples of the additive include metal soaps, benton, gelling agents such as silica gel, amine-based, phenol-based, sulfur-based, antioxidants such as zinc dithiophosphate, chlorine-based, sulfur-based, phosphorus-based, zinc dithiophosphate, Extreme pressure agents such as organic molybdenum, fatty agents such as fatty acids and animal and vegetable oils, rust inhibitors such as petroleum sulfonates, dinonylnaphthalene sulfonates, sorbitan esters, metal deactivators such as benzotriazole and sodium nitrite, polymethacrylates , Polyisobutylene, polystyrene, and other viscosity index improvers, and these additives can be added alone or in combination of two or more. At this time, the amount of the additive is not particularly limited as long as the object of the present invention can be achieved, but usually, the grease contains the additive in an amount of 20% by mass or less.
[0029]
Further, the method of adjusting grease used in the ball bearing for an electric motor for an automobile of the present invention is not particularly limited. However, this grease is generally obtained by reacting a thickener in a base oil. Production conditions such as heating temperature, stirring, and mixing time are appropriately set depending on the base oil, thickener, additive, and the like used.
[0030]
In the case of the present invention, the surfaces of the
[0031]
The inner and
[0032]
Further, the inner and
[0033]
Furthermore, these inner and
[0034]
By performing such a heat treatment, when the amount of retained austenite of the inner and
[0035]
[Table 1]
[0036]
Specifically, as a conventional product, a product which has been subjected to conventional standard quenching and standard tempering for the inner ring and the outer ring is used, and as a product of the present invention, a deep cooling treatment is performed after quenching the inner ring and the outer ring. After the application, a material subjected to high-temperature tempering was used. In the product of the present invention, by performing such a heat treatment, the hardness of the inner ring and the outer ring is set to 59 to 63 HRc, the amount of retained austenite is set to 4% by mass or less, and the elastic limit is set to 1100 N / mm. 2 And The ball bearings of the conventional product and the product of the present invention had an inner diameter of 8 mm, an outer diameter of 22 mm, and a width of 7 mm, and were provided with a seal ring. In the first experiment, using such a conventional product and the product of the present invention, the outer ring was internally fixed to the fixed portion, and a predetermined axial load (axial load) was applied to the inner ring for 1800 min. -1 The value of the increase in the axial vibration acceleration of the ball bearing in the state where it was rotated at was measured.
[0037]
FIG. 4 shows the results of the experiment performed in this manner. In FIG. 4, the solid line represents the product of the present invention, and the broken line represents the conventional product. As is clear from the experimental results shown in FIG. 4, the axial vibration acceleration of the conventional product greatly increased when the axial load exceeded 196 N, whereas the axial load of the product of the present invention increased. 784N, the amount of increase in the axial vibration acceleration was small. From this fact, it was found that the product of the present invention, which was subjected to the heat treatment as described above and had the hardness, the amount of retained austenite, and the elastic limit within a predetermined range, could improve the indentation resistance even when a large load was applied. . In particular, the product of the present invention used in this experiment has a larger elastic limit than the conventional product, so it is easy to suppress the stress generated on the raceway surface to the elastic limit or less, and plastic deformation that causes indentation is more likely to occur. Can be difficult.
[0038]
When the amount of retained austenite is reduced to 6% by mass or less, the surface shape of each of the inner and
[0039]
In addition, when the amount of retained austenite is reduced to 6% by mass or less, even when the surroundings become high in temperature, the temporal deformation of the
[0040]
Next, by reducing the amount of retained austenite in the
[0041]
In addition, as a heat treatment performed on the surface of each of the
[0042]
Further, the upper and lower limits of the tempering temperature in the tempering process are preferably regulated by the following (a) to (f).
(A) When the tempering time is 10 to 120 minutes, the upper limit of the tempering temperature is 200 ° C.
(B) When the tempering time exceeds 120 minutes, the upper limit of the tempering temperature, the tempering temperature is indicated on one axis of the orthogonal coordinates, and the tempering time is expressed on a logarithmic scale on the other axis. Is obtained in correspondence with the tempering time.
(C) The line (b) starts at a point of 120 minutes at 200 ° C. and passes through a point of 1000 minutes at 175 ° C. and 4000 minutes at 160 ° C.
(D) When the tempering time is 10 to 120 minutes, the lower limit of the tempering temperature is 150 ° C.
(E) When the tempering time exceeds 120 minutes, the lower limit of the tempering temperature, the tempering temperature is represented on one axis of the orthogonal coordinates, and the tempering time is represented on a logarithmic scale on the other axis. Is obtained in correspondence with the tempering time.
(F) The line (e) starts at a point of 120 minutes at 150 ° C. and passes through a point of 300 minutes at 140 ° C., a point of 1000 minutes at 130 ° C., and a point of 6000 minutes at 120 ° C.
[0043]
The preferable temperature conditions of the tempering treatment performed after the surface hardening treatment of the
[0044]
The solid line a in FIG. 6 represents the relationship between the upper limit value of the tempering temperature T and the tempering time t. The solid line a represents a straight line portion a representing a constant value of 200 ° C. when the tempering time t is between 10 and 120 minutes. 1 In a portion where the tempering time t exceeds 120 minutes, the curve portion a indicates that the upper limit value of the tempering temperature T gradually decreases as the tempering time t increases. 2 It has become. And this curved part a 2 Starts at a point of 120 minutes at 200 ° C. and passes through a point of 1000 minutes at 175 ° C. and 4000 minutes at 160 ° C.
[0045]
Further, the solid line b in FIG. 6 represents the relationship between the lower limit value of the tempering temperature T and the tempering time t. The solid line b represents a straight line part b representing a constant value of 150 ° C. when the tempering time t is between 10 and 120 minutes. 1 In the portion where the tempering time t exceeds 120 minutes, the lower limit of the tempering temperature T gradually decreases as the tempering time t increases. 2 It has become. And this curved part b 2 Starts at a point of 120 minutes at 150 ° C. and passes through a point of 300 minutes at 140 ° C., a point of 1000 minutes at 130 ° C., and a point of 6000 minutes at 120 ° C.
Therefore, it is preferable that the tempering process after the surface hardening process is performed in the shaded area in FIG.
[0046]
Further, it is preferable that the preliminary tempering process is performed under conditions satisfying the following (g) to (i).
(G) When the tempering time is 10 to 120 minutes, the upper limit of the tempering temperature is 140 ° C.
(H) When the tempering time exceeds 120 minutes, the upper limit of the tempering temperature, the tempering temperature is represented on one axis of the orthogonal coordinates, and the tempering time is represented on the other axis on a logarithmic scale. Is obtained in correspondence with the tempering time.
(I) The line (h) starts at a point of 120 minutes at 140 ° C. and passes through a point of 300 minutes at 130 ° C., a point of 1000 minutes at 120 ° C., and a point of 6000 minutes at 110 ° C.
[0047]
Preferred temperature conditions for such preliminary tempering will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 7 shows the relationship between the tempering time t and the upper limit value of the tempering temperature T in the tempering conditions when the preliminary tempering is performed after the quenching and before the surface hardening. Represents. In FIG. 7, the vertical axis represents the tempering temperature T, and the horizontal axis represents the tempering time t on a logarithmic scale.
[0048]
The solid line c representing the upper limit of the tempering temperature described in FIG. 7 is a straight line portion c representing a constant value of 140 ° C. when the tempering time is 10 to 120 minutes. 1 In a portion where the tempering time exceeds 120 minutes, the curve portion c indicates that the upper limit value of the tempering temperature T gradually decreases as the tempering time t increases. 2 It has become. And this curved part c 2 Starts at 140 ° C. for 120 minutes, passes at 130 ° C. for 300 minutes, 120 ° C. for 1000 minutes, and 110 ° C. for 6000 minutes.
Therefore, it is preferable that the preliminary tempering process be performed in the shaded area in FIG.
[0049]
As described above, when the tempering treatment is performed after the surface hardening treatment of each of the
[0050]
When the upper limit and the lower limit of the tempering temperature in the case of performing the tempering treatment after the surface hardening treatment are regulated as described above, the surface hardness of each
[0051]
Further, when the upper limit of the tempering temperature in performing the preliminary tempering treatment is regulated as described above, the surface hardness of each
[0052]
Furthermore, in the case of this example, the radius of curvature of the cross-sectional shape of the
[0053]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the ball bearing for electric motors for vehicles of this invention comprised as mentioned above, and the electric motor for vehicles incorporating this, while improving the rotational torque of an electric motor for vehicles, sound characteristics can be improved. it can. That is, in the case of the electric motor for an automobile of the present invention, the
[0054]
In the case of this example, the rolling surfaces of the
[0055]
Also, in the case of the electric motor for an automobile according to the present invention, since the
[0056]
In the case of this example, it is the sum of the contact areas between the inner ring and
[0057]
Also, in general, in a ball bearing, one of the inner ring and the outer ring is mainly used to make each ball rotate and revolve, but in this case, the main race is made up of each ball. This is the raceway on the side where the contact area between the rolling surface and the inner raceway or the outer raceway becomes larger. When the main bearing ring is a rotating ring that rotates during use, each ball can more stably rotate and revolve. In the case of this example, the
[0058]
The ball bearing for an electric motor for an automobile, which is an object of the present invention, is used in a state where a radial load having a large range of 0.005 to 0.3 times the dynamic rated load is applied. It is used in a state where a radial load of about 0.008 to 0.05 times the rated load is applied. In addition, the present inventor has used various types of ball bearings in which the curvature radii of the cross-sectional shapes of the inner ring and
[0059]
In addition, the ball bearing for an electric motor of a vehicle according to the present invention is incorporated in an electric motor for a vehicle that may not rotate when the vehicle is running. However, vibration is applied as the vehicle runs without rotating. According to the present invention, even in this case, occurrence of fretting can be suppressed, and generation of abnormal noise due to surface roughness of the inner ring and
[0060]
In the case of this example, the inner peripheral edges of the seal rings 17, 17 provided at both ends of the
[0061]
Further, since the seal rings 17, 17 are contact seals, the grease sealed in the
[0062]
Unlike the case of this example, as shown in FIG. 8, the inner peripheral edges of the pair of seal rings 17 a, 17 a locked on the inner peripheral surfaces of both ends of the
[0063]
In the structure shown in FIG. 8 described above,
[0064]
Unlike the structure shown in FIGS. 2, 8, and 9, the inner peripheral edge of one of the pair of seal rings provided on both ends of the ball bearing is slidably contacted with the outer peripheral surface of the inner ring. At the same time, the inner peripheral edge of the other seal ring may be separated from the outer peripheral surface of the inner ring.
[0065]
Further, the electric motor for a vehicle according to the present invention is different from the structure shown in FIG. Thus, a so-called brushless structure including a control unit for switching the direction of a current flowing through a coil provided on a stator fixed to the inner surface of the casing may be employed. In the case where the present invention is implemented with the electric motor for a vehicle having a brushless structure as described above, it is not necessary to take into consideration the prevention of the abrasion powder of the brush from entering the inside of each
[0066]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured and operates as described above, it is possible to improve acoustic characteristics while suppressing power consumption by reducing the rotational torque of the electric motor for a vehicle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an electric motor for a vehicle according to the present invention.
FIG. 2 is a half sectional view showing only a ball bearing taken out from FIG. 1;
FIG. 3 is a perspective view showing a retainer incorporated in a ball bearing.
FIG. 4 is a diagram showing the results of a first experiment performed to confirm the indentation resistance of a ball bearing using an inner ring and an outer ring in which the amount of retained austenite was reduced by performing a predetermined heat treatment.
FIG. 5 is a diagram showing the results of a second experiment in which the amount of retained austenite was reduced by performing a predetermined heat treatment and the dimensional stability of the inner ring at a high temperature was confirmed.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between temperature and time of a tempering process performed after a surface hardening process.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between temperature and time of a preliminary tempering process.
FIG. 8 is a view similar to FIG. 2, showing a first example of another structure of the ball bearing.
FIG. 9 is a view similar to FIG. 2, showing a second example.
FIG. 10 is a sectional view showing a first example of an electric motor for a vehicle having a conventional structure.
FIG. 11 is a sectional view showing an electric motor for a vehicle of the second example.
[Explanation of symbols]
1, 1a casing
2 Rotation axis
3 Slide bearing
4 Rotor
5 Stator
6 brushes
7 commutator
8 Ball bearing
9 Casing body
10 End member
11 Outer ring track
12 Outer ring
13 Inner ring track
14 Inner ring
15 balls
16 cage
17, 17a, 17b Seal ring
18 Seal groove
19 Side wall surface
20 main part
21 pockets
22 Elastic piece
23 Concave surface
24 Space
25 recess
26 core metal
27 Elastic material
Claims (5)
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