JP2005226738A - 転がり軸受用保持器およびそれを備えた転がり軸受並びにその転がり軸受を用いたファンモータ - Google Patents

Abstract

【課題】転がり軸受の軸受予圧が低い場合であっても保持器音を低減して製品寿命を向上させることができる手段を提供する。
【解決手段】アキシアル方向の一の側に転動体を挿入する開口部を有して転動体を転動自在に保持する複数のポケットを備えた転がり軸受用保持器において、ポケットのポケット面を、開口部側に設けた一対の第１のポケット面と、第１のポケット面の間に位置する第２のポケット面とにより構成し、第１のポケット面の半径の中心を、第２のポケット面の半径の中心に対して、アキシアル方向に偏在させると共に、ポケットのポケットピッチ円直径を転動体が転動する転動軌道の転動体の軌道ピッチ円直径とは異なる直径に設定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、家庭用電気製品のモータ等に使用される転がり軸受に用いられる転がり軸受用保持器およびそれを備えた転がり軸受並びにその転がり軸受を用いたファンモータに関する。

転がり軸受はエアコンディショナ、掃除機、洗濯機等の家庭用電気製品に使用されるモータの回転軸を支える軸受として多数使用されている。
近年、上記のような家庭用電気製品の中で特にエアコンディショナのような空調機関連の製品は、ファンの風切り音等の騒音が低減され、ファンモータに使用される軸受の摺動音や転動体と保持器が衝突することによる衝突音（保持器音という。）が相対的に目立つようになり、軸受に起因する騒音の低減が要望されている。

また、軸受の耐久寿命を向上させるためには潤滑剤としてのグリースの動粘度を高めることが有効であるが、比較的動粘度の高い潤滑剤を用いると、転動体とポケットの隙間に動粘度の高い基油が不規則に流入して転動体が潤滑剤を攪拌する際の抵抗に差が生じることによって転動体が保持器と衝突する現象が起こり、これにより生じる保持器音についてもその低減が要望されるようになってきている。

このような要望に対して、従来の転がり軸受は、転動体としての玉を保持する保持器のポケットのポケット面を、開口部側の一対の第１のポケット面とその間に位置する第２のポケット面とにより構成し、第２のポケット面の球状凹面の半径を玉の半径より設定した保持器のアキシアル方向の隙間分大きく設定し、第１のポケット面の球状凹面の半径を第２のポケット面の半径より大きくすると共にその中心を第２のポケット面の半径の中心より開口部の逆側に偏在させ、第２のポケット面の半径の中心と玉の中心と一致させた場合に玉の外表面が爪部の縁部に当接するようにして保持器のアキシアル方向の隙間を通常の玉軸受の保持器のアキシアル方向の隙間より狭くして保持器音の低減を図ると共に半径の異なる２つの球状凹面を交差させて形成した潤滑剤の潤滑剤溜りによりポケットにおける潤滑性の向上を図っている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−３３７３８７号公報（第３頁段落００１４−第４頁段落００２５、第２図）

上述した従来の技術においては、潤滑剤溜りにより潤滑剤の供給を良好なものとし、保持器と転動体とのアキシアル方向の隙間を通常よりは狭くて転動体と保持器とのアキシアル方向の衝突に伴う保持器音の低減に関して良好な効果を得ているが、転動体のラジアル方向の移動量が増加した場合に転動体と保持器とのラジアル方向の衝突に伴う保持器音が発生する可能性がある。

例えば、上記のエアコンディショナのモータに使用されるグリースはリチウム石鹸系やウレア系のグリースでその基油動粘度が１００ｍｍ^２／ｓｅｃ以下のものが使用されているが、このようなモータにおいてはそのブラッケットとの共振を避けるために軸受予圧を低く設定する場合があり、予圧荷重の減少により転動体のラジアル方向の移動量が増加してこれに伴う保持器音が発生しやすくなる可能性がある。

このような保持器音が発生すると、モータ用のブラッケットとの共振によりその音響が増幅され、耐久寿命は維持していても製品としての寿命（製品寿命という。）が早期に尽きてしまうことになる。
そこで、本発明は、軸受予圧が低い場合であっても保持器音を低減して製品寿命を向上させることができる手段を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、アキシアル方向の一の側に転動体を挿入する開口部を有して転動体を転動自在に保持する複数のポケットを備えた転がり軸受用保持器において、前記ポケットのポケット面を、前記開口部側に設けた一対の第１のポケット面と、該第１のポケット面の間に位置する第２のポケット面とにより構成し、前記第１のポケット面の半径の中心を、前記第２のポケット面の半径の中心に対して、アキシアル方向に偏在させると共に、前記ポケットのポケットピッチ円直径を、前記転動体が転動する転動軌道の転動体の軌道ピッチ円直径とは異なる直径に設定したことを特徴とする。

これにより、本発明は、保持器のラジアル方向の隙間を適正なものとすることができ、軸受予圧が低い場合においても保持器のアキシアル方向の隙間の適正化に伴う保持器音の低減に加えて保持器音を更に低減することができ、低騒音で製品寿命を向上させた転がり軸受を得ることができるという効果が得られる。

転がり軸受としての玉軸受は、上記のように潤滑剤や予圧荷重等の使用条件により転動体としての玉と保持器が衝突することによる保持器音が発生し、これによって製品寿命の低下を引き起こす。
また、軸受の耐久寿命の向上のために高い動粘度を有する潤滑剤を用いると、上記したように結果として保持器音が発生し、製品寿命が低下してその効果を相殺してしまうことになる。

従って、軸受の騒音を低減して製品寿命を向上させるためには、保持器音の低減を図ることが重要であり、保持器のポケットに保持された玉のアキシアル方向の隙間を狭くしてアキシアル方向の動き量を少なくし、玉と保持器の衝突時の衝撃力を軽度とすることが有効である。これに加えてラジアル方向においても、同様に保持器のラジアル方向の隙間を狭くしてラジアル方向の動き量を少なくすれば、その効果を更に高めることができる。

このため、潤滑状態を良好に保ちながら保持器のラジアル方向の隙間とアキシアル方向の隙間を共に狭くすることが必要になる。
以下に、図面を参照して本発明による保持器の実施例について説明する。
なお、以下の説明においては、保持器のラジアル方向の隙間およびアキシアル方向の隙間をラジアル方向隙間およびアキシアル方向隙間といい、転がり軸受の外輪および内輪と転動体としての玉とにより形成されるラジアル隙間およびアキシアル隙間と区別する。

図１は実施例の保持器を示す斜視図、図２は実施例のアキシアル方向のポケット形状を示す説明図、図４は実施例のアキシアル方向のポケット形状を示す説明図である。
なお、図１に矢印Ａで示す方向をアキシアル方向、矢印Ｂで示す方向をラジアル方向、図２に矢印Ｃで示す方向を周方向という。他の図においても同様である。
図１において、１は保持器であり、樹脂材料等によって円環状に成形された冠型の保持器である。

２はポケットであり、保持器１の周方向に所定のピッチで複数設けられており、後述する玉１１を転動自在に保持する。
４は開口部であり、ポケット２のアキシアル方向の一の側に設けられたアキシアル方向から見た直径がＷの穴であって、直径Ｗが玉１１の直径Ｄａより小さく設定されており、玉１１をポケット２に挿入する場合の入口として機能する。

５は保持器柱であり、隣り合うポケット２の間に設けられ、玉１１同士が接触しないための隔壁として機能する。
６は爪部であり、開口部４の両側に設けられ、玉１１をポケット２へ挿入する際に樹脂材料等の弾性を利用しやすいように略球状凸面として成形され、玉１１の挿入後はポケット２からの玉１１の脱落を防止するためのストッパとして機能する。

図２はポケット２のピッチ円直径（ポケットＰＣＤという。）に沿った矢印Ａで示すアキシアル方向の断面を平面に展開した説明図である。
図２において、１１は玉であり、合金鋼等の鋼材で製作された中心をＯｏとする直径Ｄａの球体である。
１２は第１のポケット面であり、ポケット２の開口部４側に形成される一対のポケット面であって、玉１１を内包するように半径Ｒａの球状凹面として成形される。

１３は第２のポケット面であり、ポケット２の開口部４の逆側に形成される一対の第１のポケット面１２の間に配置されたポケット面であって、玉１１を内包するように半径Ｒの球状凹面として成形される。
１４は縁部であり、爪部６に形成された開口部４の円筒面と第１のポケット面１２との角部である。

１５は第１のポケット面１２と第２のポケット面１３が交差する角である、またこの角１５と玉１１の中心Ｏｏのアキシアル方向の距離を寸法Ｅで示す。
図２は、玉１１がポケット２に保持され、第１のポケット面１２側に自由状態で当接している状態、つまり玉１１の外表面が縁部１４に当接している状態を示している。
第２のポケット面１３を形成する球状凹面の半径Ｒは、玉１１の直径Ｄａの半分、つまり半径に通常の玉軸受の保持器のアキシアル方向隙間より狭いアキシアル方向隙間δを加えた寸法に設定され、その中心Ｏｐは、玉１１の中心Ｏｏと一致するよう設けられる。

第１のポケット面１２を形成する球状凹面の半径Ｒａは、第２のポケット面１３を形成する球状凹面の半径Ｒより大きく設定され、図２に示すように、縁部１４によって玉１１の動きを制限してアキシアル方向隙間δを確保するため、縁部１４に接し、かつ角１５と玉１１の中心Ｏｏのアキシアル方向位置が一致（寸法Ｅ＝０）するようにその中心Ｏ１は玉１１の中心Ｏｏから開口部４の逆側にアキシアル方向でＨ１偏在した位置に設けられる。

これにより玉１１が縁部１４に当接した場合に、開口部４の逆側に第２のポケット面１３と転動面である玉１１の外表面との間に適正なアキシアル方向隙間δが形成されると共に、角１５の近傍が潤滑剤溜りとして機能する。
図３はポケット２の玉１１の中心Ｏｏを通る矢印Ｂで示すラジアル方向の断面を示した説明図である。

図３において、ポケットＰＣＤは、転動軌道を転動する玉１１のピッチ円直径（軌道ＰＣＤという。）とは異なる直径に設定されており、玉１１の中心Ｏｏと第２のポケット面１３の中心Ｏｐをラジアル方向にオフセットさせ、このオフセット量εによりラジアル方向隙間を設定することで通常の玉軸受の保持器のラジアル方向隙間より狭いラジアル方向隙間を得ることができる。

すなわち、玉１１は図示しない玉軸受の内輪と外輪の間に挟持されるため、同一玉軸受においては軌道ＰＣＤは同一であり、保持器１のポケット２のポケットＰＣＤを軌道ＰＣＤのラジアル方向の外側または内側にオフセットさせることで、アキシアル方向の玉１１の中心Ｏｏと第２のポケット面１３の中心Ｏｐを一致させたまま、ポケット２のポケット面と玉１１の外表面とのラジアル方向の当接する部位が変化し、保持器１のアキシアル方向隙間δを適正に保った状態で保持器１のラジアル方向の移動量、つまりラジアル方向隙間を適正に設定することができる。

従って、通常の玉軸受の保持器はオフセット量ε＝０、つまり同一の玉軸受において最大のラジアル方向隙間であるのに対して、ポケットＰＣＤを軌道ＰＣＤの外側または内側にオフセットさせることで、通常の玉軸受の保持器のラジアル方向隙間よりラジアル方向隙間を狭くすることが可能となる。
なお、ポケットＰＣＤと軌道ＰＣＤのオフセットは、本実施例のようにポケットＰＣＤを軌道ＰＣＤより大きくして外側にオフセットさせることが望ましい。これにより同一のラジアル方向隙間を得るときに内側にオフセットさせる場合に較べてオフセット量εを小さくすることができ、保持器１の半径方向の幅を確保して容易に保持器１の強度を維持することが可能になる。

このようにして玉軸受の保持器１のラジアル方向隙間を適正に設定れば、軸受予圧の低減による玉軸受の玉１１の移動量が増加したとしても、保持器１と玉１１のラジアル方向の移動量を減少させて衝突時の衝撃力を軽度とすることができる。
また、保持器１と玉１１とのアキシアル方向隙間δおよびラジアル方向隙間を狭くすることにより保持器音を低減した場合の潤滑剤による潤滑は、半径の異なる第１のポケット面１２および第２のポケット面１３の２つの球状凹面を交差させて角１５の近傍に形成される比較的広い空間が潤滑剤の潤滑剤溜りとして機能し、比較的狭いアキシアル方向隙間δおよびラジアル方向隙間を設定したとしてもポケットにおける潤滑状態を良好に保つことが可能になる。

これにより、保持器１と玉１１との各隙間を狭くすることによる損失トルクの増加およびこれに伴う発熱を抑制して保持器１の耐久寿命を向上させることができる。このことは潤滑剤の基油動粘度が高い場合における保持器音の低減にも有効であり、基油動粘度が高い潤滑剤を使用する玉軸受の製品寿命を向上させることができる。
以上説明したように、本発明は、アキシアル方向隙間の適正化に加えてラジアル方向隙間を適正なものとしたことによって、軸受予圧が低い場合においても、アキシアル方向隙間の適正化に伴う保持器音の低減に加えて保持器音を更に低減することができると共に損失トルクの増加を抑制することができ、低騒音で製品寿命を向上させた玉軸受を得ることができる。

また、この玉軸受を空調機関連の製品や冷却用のファン等を駆動するファンモータに用いることによって、長期に渡る静粛性を確保した製品寿命の長いファンモータを得ることができる。
上記は、第１のポケット面１２を形成する球状凹面の半径Ｒａの中心Ｏ１を開口部４の逆側にアキシアル方向でＨ１偏在した位置に設けて適正なアキシアル方向隙間δを形成する場合を例に説明したが、以下に示す他の態様においても同様にアキシアル方向隙間の適正化による保持器音の低減の効果を得ることができる。

図４は実施例のアキシアル方向のポケット形状の他の態様１を示す説明図である。
なお、図示の状態は、上記図２と同様に玉１１が第１のポケット面１２側に自由状態で当接した状態を示している。
また、以下の各態様において、図１および図２と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。

第２のポケット面１３を形成する球状凹面は図２と同様に設けられる。
第１のポケット面１２を形成する球状凹面の半径Ｒａは、第２のポケット面１３を形成する球状凹面の半径Ｒより小さく設定され、図４に示すように、縁部１４によって玉１１の動きを制限してアキシアル方向隙間δを確保するため、縁部１４に接し、かつ寸法Ｅ＝０とするようにその中心Ｏ２は玉１１の中心Ｏｏの周方向の両側にそれぞれＨ２偏在した位置、つまり等分に偏在した位置に設けられる。

これにより玉１１が縁部１４に当接した場合に、開口部４の逆側に第２のポケット面１３と玉１１の外表面との間に適正なアキシアル方向隙間δが形成される。
また、第１のポケット面１２を形成する球状凹面の半径Ｒａを図２に示す半径Ｒａに比較して小さく設定しているため、角１５の近傍に比較的大きな潤滑剤溜りが形成され、ポケット２における潤滑性を向上することができる。

図５は実施例のアキシアル方向のポケット形状の他の態様２を示す説明図である。
なお、図示の状態は、上記図２と同様に玉１１が第１のポケット面１２側に自由状態で当接した状態を示している。
第２のポケット面１３を形成する球状凹面は図２と同様に設けられる。
第１のポケット面１２を形成する球状凹面の半径Ｒａは、第２のポケット面１３を形成する球状凹面の半径Ｒと同じ半径、つまりＲａ＝Ｒである。

従って、図５に示すように、玉１１が縁部１４に接し、縁部１４によって玉１１の動きを制限してアキシアル方向隙間δを確保した場合に、第１のポケット面１２を形成する球状凹面の半径Ｒａの中心Ｏ３は、玉１１の中心Ｏｏから開口部４の逆側にアキシアル方向でＨ３偏在した位置となり、寸法Ｅは偏在Ｈ３の１／２となる。
これにより玉１１が縁部１４に当接した場合に、開口部４の逆側に第２のポケット面１３と玉１１の外表面との間に適正なアキシアル方向隙間δが形成されると共に、角１５の近傍が潤滑剤溜りとして機能する。

図６は実施例のアキシアル方向のポケット形状の他の態様３を示す説明図である。
なお、図示の状態は、上記図２と同様に玉１１が第１のポケット面１２側に自由状態で当接した状態を示している。
第２のポケット面１３を形成する球状凹面の半径Ｒは、玉１１の直径Ｄａの半分にアキシアル方向隙間δを加えた長さに設定され、第１のポケット面１２を形成する球状凹面の半径Ｒａは半径Ｒと同じ半径、つまりＲａ＝Ｒである。これらの半径Ｒａの中心Ｏ４と半径Ｒの中心Ｏｐは、玉１１の中心Ｏｏからアキシアル方向で両側にそれぞれＨ４偏在した位置に設けられる。このため寸法Ｅ＝０となる。

これにより玉１１が縁部１４に当接した場合に、図５に示す他の態様２と同様に適正なアキシアル方向隙間δが形成される。この場合に玉１１が図示しない玉軸受の内輪と外輪に挟持されているため、図６において玉１１の中心Ｏｏの位置は、図５示す玉１１の中心Ｏｏの位置と同一である。つまり保持器１に設けられるポケット２のアキシアル方向の位置が図５の場合と異なる。

上記の各態様においても、上記図３に示したラジアル方向隙間の適正化により、アキシアル方向隙間の適正化に伴う保持器音の低減に加えて保持器音を更に低減することができる。
図７は開口部の直径Ｗによるアキシアル方向隙間δの変化状態を示す説明図である。
なお、図示の状態は、上記図２と同様であり、実線は図２の状態を示している。

第１のポケット面１２を形成する球状凹面の半径Ｒａとその中心Ｏ１をそのままにして開口部４の直径Ｗを図７に破線で示すように直径Ｗ１として小さくすると、破線で示した玉１１が縁部１４ａに当接した場合に、開口部４の逆側に形成されるアキシアル方向隙間δはδ１に変化し、アキシアル方向隙間δを狭くすることができる。
このことは、特にアキシアル方向隙間δを変化させて実験的にアキシアル方向隙間δの最適化を図る場合に有効である。この場合は予め保持器１の開口部４の直径Ｗを小さく成形しておき、切削加工等の加工手段を用いて直径Ｗを大きくするようにすると、樹脂製の保持器を製作するための金型製作の費用を節約することができる。

なお、アキシアル方向隙間δおよびラジアル方向隙間の測定は以下のようにする。
アキシアル方向隙間δを測定する場合は、保持器１のポケット２に玉１１を挿入して組立て、開口部４を下にして保持器１を水平に固定し、保持器１の変形が無視できる程度の弱い力で玉１１を押してその時の変化量を工具顕微鏡または偏在測定子で読取る。
ラジアル方向隙間を測定する場合は、保持器１のポケット２に玉１１を挿入して組立て、玉１１の１つが垂直線上にくるよう保持器１を垂直に固定し、保持器１の変形が無視できる程度の弱い力で当該玉１１を押してその時の変化量を工具顕微鏡または偏在測定子で読取る。

上述は、樹脂製の転がり軸受用保持器を用いた玉軸受を例に、保持器音の低減と製品寿命の向上を両立させる転がり軸受用保持器の最適ポケット形状について示したが、本発明を他の転がり軸受用保持器、例えばプレス成形等によって成形した鉄製保持器や、もみ抜き保持器に適用してもその効果を損なうものではない。
また、本実施例では、本発明の転がり軸受用保持器を備えた転がり軸受の用途をファンモータとして説明したが、本発明の転がり軸受の用途は前記に限らず、家庭用電気製品のモータとそのモータが駆動する回転軸や、自動車用のモータと回転軸、産業用機械の回転軸等の回転する軸であればどのようなものにでも適用でき、その大きさも小型に限らず大型のものであっても適用することが可能である。

実施例の保持器を示す斜視図 実施例のアキシアル方向のポケット形状を示す説明図 実施例のラジアル方向のポケット形状を示す説明図 実施例のアキシアル方向のポケット形状の他の態様１を示す説明図 実施例のアキシアル方向のポケット形状の他の態様２を示す説明図 実施例のアキシアル方向のポケット形状の他の態様３を示す説明図 開口部の直径Ｗによるアキシアル方向隙間δの変化状態を示す説明図

符号の説明

１ 保持器
２ ポケット
４ 開口部
５ 保持器柱
６ 爪部
１１ 玉
１２ 第１のポケット面
１３ 第２のポケット面
１４ 縁部
１５ 角

Claims (6)

1. アキシアル方向の一の側に転動体を挿入する開口部を有して転動体を転動自在に保持する複数のポケットを備えた転がり軸受用保持器において、
   前記ポケットのポケット面を、前記開口部側に設けた一対の第１のポケット面と、該第１のポケット面の間に位置する第２のポケット面とにより構成し、前記第１のポケット面の半径の中心を、前記第２のポケット面の半径の中心に対して、アキシアル方向に偏在させると共に、
   前記ポケットのポケットピッチ円直径を、前記転動体が転動する転動軌道の転動体の軌道ピッチ円直径とは異なる直径に設定したことを特徴とする転がり軸受用保持器。
2. アキシアル方向の一の側に転動体を挿入する開口部を有して転動体を転動自在に保持する複数のポケットを備えた転がり軸受用保持器において、
   前記ポケットのポケット面を、前記開口部側に設けた一対の第１のポケット面と、該第１のポケット面の間に位置する第２のポケット面とにより構成し、前記第１のポケット面の半径の中心を、前記転動体の中心に略一致している前記第２のポケット面の半径の中心に対して、周方向に等分に偏在させると共に、
   前記ポケットのポケットピッチ円直径を、前記転動体が転動する転動軌道の転動体の軌道ピッチ円直径とは異なる直径に設定したことを特徴とする転がり軸受用保持器。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記開口部の直径を変化させて前記第２のポケット面と前記転動体とのアキシアル方向の隙間を変化させたことを特徴とする転がり軸受用保持器。
4. 請求項１、請求項２または請求項３において、
   前記ポケットピッチ円直径を、前記軌道ピッチ円直径より大きく設定したことを特徴とする転がり軸受用保持器。
5. 請求項１から請求項３または請求項４に記載の転がり軸受用保持器を備えたことを特徴とする転がり軸受。
6. 請求項５に記載の転がり軸受を用いたことを特徴とするファンモータ。