JP2007247695A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】クリープの発生を極力抑えながらクリープ発生時のクリープトルクを軽減した転がり軸受を提供すること。
【解決手段】少なくとも、相対的に回転可能に配設した外輪１０及び内輪２０と、該外輪及び内輪の間に転動自在に組み込まれる複数個の転動体４０とからなり、外輪がハウジング（図示しない）に嵌合されるとともに内輪が軸（図示しない）に嵌合されて当該軸とハウジングの間の回転を支える転がり軸受において、ハウジングの嵌合面（図示しない）と外輪の外径面１３との間、又は軸の嵌合面と内輪の内径面２３との間のいずれか一方若しくは双方に、ハウジングの嵌合面と外輪の外径面の間、又は軸の嵌合面と内輪の内径面との間の摩擦係数を抑えた弾性材からなるＯリング３０が備えられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ファンモーター等で、モーターハウジングと嵌合してファンモーター等の軸とモーターハウジングの間の回転を支える用途で用いられる転がり軸受に関する。

例えばファンモーター等で用いられる転がり軸受では、図６の転がり軸受の径方向の断面に示すように、内輪２０及びその内輪２０の外周を覆うように配される外輪１０が相対的に回転可能に配設され、内輪２０の外径面には内輪軌道２１が周方向に連続して備えられ、外輪１０の内径面には外輪軌道１１が周方向に連続して備えられ、当該内輪軌道２１と外輪軌道１１との間には、複数個の転動体４０が保持器４１によって等間隔に保持されて転動自在に組み込まれている。

さらに、外輪１０と内輪２０との間には、軸受の側面で軸受内部を密封するためのシール部材４２が組み込まれている。このシール部材４２として図面では、シールド構造のシール部材を例示しているが、転がり軸受の構成や種類に応じて接触シールや非接触シールが提供される場合もある。なお、転動体４０として図面では、玉を例示しているが、転がり軸受の構成や種類に応じて、コロが適用される場合もある。

そして、転がり軸受の外輪１０はファンモーターを収容するハウジング（モーターハウジング：図示しない）と嵌合固定され、内輪２０はファンモーターの回転軸（図示しない）と嵌合固定されることにより、当該軸とモーターハウジング間は転がり軸受によって回転可能に支えられている。
ところが、転がり軸受の外輪１０とモーターハウジングとが嵌合する面において、嵌合固定された外輪１０が、内輪２０の回転方向と相対回転してしまう現象、所謂クリープが発生することが知られている。このクリープが発生すると、嵌合面の摩耗に至り、転がり軸受の機能を損なってしまうことがある。そこで、このようなクリープの発生を防止するために、従来は、転がり軸受の外輪とモーターハウジングをキーやピンによって連結したり、外輪とモーターハウジングを接着剤で固定したりするなどしてクリープを外力によって抑えたり、モーターハウジングと外輪との隙間を小さくする方法や、弾性体によってクリープ運動を抑止する方法が知られている。

図６に示す例では、外輪１０の外径面１３に形成した凹溝（周方向溝）１２に弾性体（例えば所定の硬度のゴム製Ｏリング３０）を嵌入し、当該弾性体の弾性力によって外輪をモーターハウジングに固定している。
具体的には、外輪１０の外径面１３には、周方向に連続した径方向断面矩形状の凹溝（周方向溝）１２が、軸方向に間隔をあけて複数本設けられている。例えば、図６では軸方向に間隔をあけて２本の凹溝１２が配されている。さらに、この凹溝１２にＯリング３０が嵌め合わされる。なお、Ｏリング３０の外径寸法は、外輪１０の外径寸法よりも大径に形成され、外輪１０の凹溝１２に嵌め合わされた場合には、Ｏリング３０の外径側が外輪１０の外径面１３から突出する（特許文献１、特許文献２）。

これにより、Ｏリング３０の外径がモーターハウジングの嵌合面と外輪１０との間に介在して、ゴムの弾性力で突っ張ることにより、Ｏリング３０とモーターハウジングの嵌合面との間に、クリープの相対回転トルクに打ち勝つ摩擦力を生み出してクリープの発生を阻止しようとするものである。
このような方法によれば、Ｏリング３０の厚みによってモーターハウジングと外輪１０との隙間を小さくする効果と、Ｏリング３０の緊迫力によって外輪１０に密着しつつゴムの弾性で外輪１０とモーターハウジングとの間に摩擦力を生み出してクリープによる外輪１０の相対回転の運動を抑止する効果を期待することができる。
特開２００２−１３０３０９ 特開２００４−１７６７８５

しかしながら、従来では、軸受の外輪１０とモーターハウジングとの間の摩擦力を大きくすることによって、外輪１０をモーターハウジングに強固に固定してクリープが発生しないようにしていたが、クリープを発生させようとする応力が摩擦力を上回るか、摩擦力が一時的に低下するなどの要因によって、クリープが発生してしまうこともあった。そして、一旦クリープが発生した場合には、外輪１０の相対回転によって異常に大きなトルク（クリープトルク）がもたらされ、このときのクリープトルクが外輪とモーターハウジングとの間に作用することによって支障を来たす虞もある。

ところで、クリープトルクＭは、遠心荷重Ｐと外輪Ｄの半径と摩擦係数μとを乗じることで算定され、その大きさは、例えばＭ＝μ・Ｐ・（Ｄ／２）の式で表わすことができる。
この場合において、半径（Ｄ／２）及び所定回転時の遠心荷重Ｐを定数として考えれば、クリープトルクＭを小さく抑えるためには、唯一の変数である摩擦係数μの値を小さく抑えればよいことがわかる。

本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、クリープの発生を極力抑えながらクリープ発生時のクリープトルクを軽減した転がり軸受を提供することである。

上記課題を達成するために、本発明は、少なくとも、相対的に回転可能に配設した外輪及び内輪と、該外輪及び内輪の間に転動自在に組み込まれる複数個の転動体とからなり、外輪がハウジングに嵌合されるとともに内輪が軸に嵌合されて当該軸とハウジングの間の回転を支える転がり軸受において、ハウジングの嵌合面と外輪の外径面との間、又は軸の嵌合面と内輪の内径面との間のいずれか一方若しくは双方に、ハウジングの嵌合面と外輪の外径面の間、又は軸の嵌合面と内輪の内径面との間の摩擦係数を抑えた弾性材からなるＯリングが備えられている。その場合のＯリングは、外輪の外径面に嵌合可能な円環状に形成されるとともに、少なくともハウジングの嵌合面と線接触する接触部を備えて、その径方向断面は多角形の形状に形成されても良い。

また、外輪の外径面には、Ｏリングを固定するためにＯリングを嵌め込み可能な周方向に連続した凹溝が備えられ、その凹溝は、内底面とその内底面の両端から立ち上がる立ち上がり面を備え、その立ち上がり面に対向するＯリングの各頂点は、当該立ち上がり面に当接して支持される。また、凹溝の内底面の両端から立ち上がる立ち上がり面間の幅寸法は、内底面に向けて広く形成されていても良い。

本発明によれば、クリープの発生を極力抑えながらクリープ発生時のクリープトルクを軽減した転がり軸受を提供することができるようになった。

以下本発明の実施の一形態を図に基づいて説明する。
本発明は、例えばファンモーターなどに組み込まれる転がり軸受であるが、特に、ファンモーターのモーターハウジングの嵌合面と外輪１０の外径面１３との間と、回転軸の嵌合面と内輪２０の内径面２３との間とのいずれか一方若しくは双方に備えられるクリープ防止手段としてのＯリング３０の構成に特徴を有している。即ち、前記Ｏリング３０は、前記嵌合面と外輪１０の外径面１３との間や、嵌合面と内輪２０の内径面２３との間の摩擦係数が小さい弾性材で構成され、クリープトルクを小さくしているものであり、具体的な実施の形態を以下、図１乃至図５にて詳細に説明する。

なお、このＯリング３０以外の軸受構成は前述した従来技術の軸受構成その他のこの種の軸受構成が採用可能であるため、ここでは本発明特有構成であるＯリング３０を中心に説明し、それ以外の構成についての説明は省略する。図１乃至図５では、Ｏリング３０の構成として、外輪１０の外径面１３に嵌合可能な径方向断面が多角形の円環状に形成するとともに少なくとも嵌合面と線接触する接触部を備えている実施の一形態を示す。

図１は本発明の一実施形態であり、本実施形態では、モーターハウジングの嵌合面と外輪１０の外径面１３との間のクリープを防止するために、外輪１０の外径面１３に設けた凹溝１０にＯリング３０を嵌合して備えた実施の一形態である。
本実施形態のＯリング３０は、径方向で切断したときの断面形状が多角形、例えば奇数角形の一例として断面三角形状を採用し、その三角形状が周方向に連続して円環状に形成されている。なお、三角形の具体的な形状は図示例に限定解釈されず本発明の範囲内で設計変更可能である。
そして、その三角形状の底辺３４が凹溝１２の内底面１２３と接触するように嵌合するとともに、その底辺３４と対向する頂点（円環状に形成された周方向に同一高さをもって連続する）３１が凹溝１２内から外方に突出して嵌合面と線接触する。
従って、本実施形態によれば、この頂点３１が接触部として機能する。なお、これら三角形を形成する頂点の角度は特に限定されず本発明の範囲内で設計変更可能である。

このような構成によれば、転がり軸受をモーターハウジングに嵌合固定すると、外輪１０の外径面１３とモーターハウジングの嵌合面との間には、外輪１０の外径面１３から突出したＯリング３０の接触部（頂点３１）が介在することとなる。周方向に連続した頂点３１によって接触部が形成されていることから、Ｏリング３０は、嵌合固定によってＯリング３０が潰された形状に変形することを考慮しても、Ｏリング３０の径方向断面形状が円形である場合と比較して、モーターハウジングの嵌合面に対して狭い面積で接触（線接触）する。従って、接触面積が小さいことから接触摩擦が軽減され、外輪１０とモーターハウジングとの間の摩擦係数μを抑えることができるので、クリープが発生時のクリープトルクは比較的小さなトルクとなる。なお、Ｏリング３０はモーターハウジングの嵌合面と接触して外輪１０を固定しているので、クリープの発生を極力抑えることができる。

また、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、以下のように変更しても良い。その変形例として、図２に示すＯリング３０は、径方向で切断したときの断面形状が断面五角形状（断面奇数多角形状）であり、その五角形状が周方向に連続して円環状に形成されている。なお、五角形の具体的な形状は図示例に限定解釈されず本発明の範囲内で設計変更可能である。
この場合には、その五角形の底辺３４が凹溝１２の内底面１２３と接触するように嵌合するとともに、その底辺３４と対向する頂点３１が凹溝１２内から外方に突出して嵌合面と線接触し、接触部として機能する。なお、頂点３１（接触部）の角度は特に限定されず本発明の範囲内で設計変更可能である。これにより、接触部（頂点３１）とモーターハウジングの嵌合面とは狭い面積で接触（線接触）するので、接触摩擦が軽減される。

また、本実施形態では、五角形の全幅を構成する２つの頂点３２，３３と凹溝１２の内底面１２３との距離Ｄ２を凹溝１２の深さＤ１よりも短く形成している。
このような構成によれば、Ｏリング３０に対して軸方向にずらすような応力が作用した場合には、その五角形の全幅を構成する２つの頂点３２，３３が、凹溝１２の内底面１２３の両端から立ち上がる立ち上がり面１２１，１２２に当接して支持されるので、Ｏリング３０が凹溝１２から外れてしまうことがなく、嵌め合いが安定する。

なお、Ｏリング３０に対して軸方向にずらすような応力が作用したときに、Ｏリング３０の２つの頂点３２，３３が立ち上がり面１２１，１２２に支持されるためには、凹溝１２の幅寸法がＯリング３０の幅と同等か或いは僅かに広く形成されれば良い。なお、その他の構成及び作用効果は上述した実施形態と同様であるので説明を省略する。

また、本発明は以下のように変更しても良い。その変形例として、図２に示すＯリング３０は、径方向で切断したときの断面形状が断面星形状であり、その星形状が周方向に連続して円環状に形成されている。星形状の具体的な形状は図示例に限定解釈されず本発明の範囲内で設計変更可能である。
この場合には、その星形状の図中下向きに配される２つの頂点３４，３５がその底辺３４の凹溝１２の内底面１２３と接触するように嵌合するとともに、その２つの頂点３４，３５と対向する頂点３１が凹溝１２内から外方に突出して嵌合面と線接触し、接触部として機能する。なお、これら星形状を形成する頂点３１（接触部）の角度は特に限定されず本発明の範囲内で設計変更可能である。これにより、接触部（頂点３１）とモーターハウジングの嵌合面とは狭い面積で接触（線接触）するので、接触摩擦が軽減される。

この場合も、Ｏリング３０の径方向断面が五角形状の場合と同様に、星形状の全幅を構成する２つの頂点３２，３３と凹溝１２の内底面１２３との距離Ｄ２は、凹溝１２の深さＤ１よりも短く形成されていることが好ましい。なお、その他の構成及び作用効果は上述した実施形態と同様であるので説明を省略する。

さらに、上述した実施形態において、Ｏリング３０の径方向断面を形成する多角形の各頂点がなだらかに形成されていても良い。例えば図４は、星形状に形成された径方向断面の各頂点をなだらかに形成した場合を示す。
この場合にも、Ｏリング３０の径方向断面が星形状の場合と同様に、頂点がなだらかに形成された星形状の図中下向きに配される２つの頂点が凹溝１２の内底面１２３と接触するように嵌合するとともに、その２つの頂点と対向する頂点３１が凹溝１２内から外方に突出して嵌合面と線接触し、接触部として機能する。これにより、接触部（頂点３１）とモーターハウジングの嵌合面とは狭い面積で接触（線接触）するので、接触摩擦が軽減される。
また、Ｏリング３０の径方向断面が五角形状の場合と同様に、頂点がなだらかに形成された星形状の全幅を形成する２つの頂点３２，３３と凹溝１２の内底面１２３との距離Ｄ２は、凹溝１２の深さＤ１よりも短く形成されていることが好ましい。なお、その他の構成及び作用効果は上述した実施形態と同様であるので説明を省略する。

上述した各実施形態では、Ｏリング３０の全体形状として、断面形状が多角形の円環状に形成しているが、断面形状が多角形以外の形態であってもよく、円環状に形成するとともに、少なくともモーターハウジングの嵌合面に線接触する接触部を備えているものであれば特に断面形状は限定解釈されるものではない。例えば図示はしないが、断面円形の円環状に形成するとともに、その外周に、周方向に連続する凸条部を備え、その凸条部の先端（頂点）が嵌合面と線接触する形態などがその一例として挙げられる。
また、本実施形態では、周方向に連続する単一の接触部を備えている実施の一例を説明したが、この接触部は本発明の範囲内で複数個備えることも可能である。

また、Ｏリング３０の材質は、上述の実施形態では一例として、ゴムや樹脂の弾性体による場合を示しているが、転がり軸受の設置環境や用途により要求される弾性の特性や硬さが変動し、その要求にあわせた材質が選択可能であるので、ここでは特に限定しない。例えば、上述の実施形態ではＯリング３０の接触部（頂点３１）とモーターハウジングの嵌合面とは狭い面積で接触（線接触）することで接触摩擦を軽減しているが、このようなＯリング３０の形状的特徴に加えて、Ｏリング３０の材質として摩擦係数を抑えた材質を選択することもできる。

また、上述の実施形態では、転がり軸受のＯリング３１が嵌め合わされる凹溝１２は径方向断面が矩形となるように形成されているので、Ｏリング３０を凹溝１２に対して強固に固定することができる。例えば、図１の径方向断面が三角形状のＯリング３０が凹溝１２に嵌め合わされる場合を挙げて説明すると、凹溝１２の内底面１２３に、Ｏリング３０の三角形の底辺３４が沿わされて嵌め合わされている。これにより、凹溝１２の内底面１２３とＯリング３０とは広い面積で接触するので、Ｏリング３０がその弾性材の緊迫力によって外輪１０にしっかりと密着する。従って、内底面１２３とＯリング３０との間には大きな摩擦力が作用して強固に固定される。なお、凹溝１２の数や配置間隔については、本実施形態では一例として、軸方向に間隔をあけて２本備えた場合を示しているが、転がり軸受の設置環境や用途により凹溝１２の本数は増減可能である。

また、上述した実施形態では、周溝１２の径方向断面形状が矩形状に形成された場合を説明したが、凹溝１２の立ち上がり面１２１，１２２は、外輪１０の外径面１３に対して垂直な角度を有していなくても良く、例えば、凹溝１２の立ち上がり面１２１，１２２の幅寸法は内底面１２３に向けて広く形成されていても良い。具体的には図５に示すように、凹溝１２の立ち上がり面１２１，１２２間の幅寸法は、外輪１０の外径面１３側の幅寸法Ｗ２よりも内底面１２３側の幅寸法Ｗ１の方が広く設定され、所謂蟻溝形状に形成されている。このような構成によれば、立ち上がり面１２１，１２２の幅寸法は内底面１２３側の幅寸法に対して外径面１３側の幅寸法が狭くなるので、Ｏリング３０を嵌め合わせた場合には、Ｏリング３０の全幅を構成する２つの頂点（例えば図２中符号３２，３３）が、凹溝１２の外径面１３側の立ち上がり面１２１，１２２と常に当接した状態となって支持され、Ｏリング３０に対して軸方向にずらすような応力が作用しても、Ｏリング３０が凹溝１２から外れてしまうことがなく、嵌め合いがさらに安定する。

さらに、本実施形態では、Ｏリング３０が外輪１０の外径面１３に嵌合される実施の一形態を示したが、これに代えて、モーターハウジングの嵌合面に周方向に連続する凹溝１２を設け、該凹溝１２内にＯリング３０を嵌合させることも可能で本発明の範囲内である。また、内輪２０の内径面２３や、回転軸側にＯリング３０を備えることも本発明の範囲内である。
また、凹溝１２を備えない形態の場合、例えば外輪１０の外径面１３などに直接Ｏリング３０を嵌合させるものであってもよい。

本発明の一実施形態に係る転がり軸受の構成を示す断面図。 本発明の変形例に係る転がり軸受の構成を示す断面図。 本発明の他の変形例に係る転がり軸受の構成を示す断面図。 本発明の他の変形例に係る転がり軸受の構成を示す断面図。 凹溝の他の形状を示す断面図。 従来の転がり軸受の構成を示す断面図。

符号の説明

１０ 外輪
２０ 内輪
３０ Ｏリング
４０ 転動体

Claims (9)

1. 少なくとも、相対的に回転可能に配設した外輪及び内輪と、該外輪及び内輪の間に転動自在に組み込まれる複数個の転動体とからなり、外輪がハウジングに嵌合されるとともに内輪が軸に嵌合されて当該軸とハウジングの間の回転を支える転がり軸受において、
   ハウジングの嵌合面と外輪の外径面との間、又は軸の嵌合面と内輪の内径面との間のいずれか一方若しくは双方に、ハウジングの嵌合面と外輪の外径面の間、又は軸の嵌合面と内輪の内径面との間の摩擦係数を抑えた弾性材からなるＯリングが備えられていることを特徴とする転がり軸受。
2. Ｏリングは、外輪の外径面に嵌合可能な円環状に形成されるとともに、少なくともハウジングの嵌合面と線接触する接触部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. Ｏリングの径方向断面は、多角形の形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
4. 断面多角形の角数は奇数であることを特徴とする請求項３に記載の転がり軸受。
5. 外輪の外径面には、Ｏリングを嵌め込み可能な周方向に連続した凹溝が備えられ、当該凹溝にＯリングが固定されることを特徴とする請求項３又は４に記載の転がり軸受。
6. 凹溝は、内底面と、その内底面の両端から立ち上がる立ち上がり面を備え、その立ち上がり面に対向するＯリングの各頂点は、当該立ち上がり面に当接して支持されることを特徴とする請求項５に記載の転がり軸受。
7. 凹溝の内底面の両端から立ち上がる立ち上がり面間の幅寸法は、内底面に向けて広く形成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の転がり軸受。
8. ファンモーターに使用されることを特徴する請求項１〜７のいずれかに記載の転がり軸受。
9. 外輪がモーターハウジングに嵌合されるとともに内輪が軸に嵌合されて、軸とモーターハウジングの間の回転を支える請求項１〜７のいずれかに記載の転がり軸受を用いたファンモーター。
   

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