JP2004011830A

JP2004011830A - 転がり軸受およびそれを用いたファンモータ

Info

Publication number: JP2004011830A
Application number: JP2002168195A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Terada; 寺田　康久; Kenji Takei; 武井　健治; Michiharu Naka; 中　道治
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】保持器のポケットと転動体の隙間とグリースの増ちょう剤の量と保持器音との関係を明らかにすることによって、低温環境下であっても保持器音の低減を図ることができる転がり軸受を実現する。
【解決手段】内周面に転動軌道を設けた外輪と、外周面に転動軌道を設けた内輪と、外輪と内輪のそれぞれの転動軌道の間に配設された複数の転動体と、転動体を転動自在に係止する複数のポケットを有し樹脂材料で成形された保持器とを備えグリースにより潤滑される転がり軸受において、増ちょう剤の量が２０質量パーセント以下であるグリースを用い、半径方向隙間比を０≦δｒ／Ｄａ≦０．０９、軸方向隙間比を０≦δａ／Ｄａ≦０．０６に設定する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、グリースにより潤滑される転がり軸受であり、特にファンモータに用いられる転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
掃除機や洗濯機、コタツ等の家電製品、家庭用や自動車用のエアコンディショナ、温風ヒータ、空気清浄機、分煙機等の空調製品、給湯器、パーソナルコンピュータや測定器等に用いられる軸にファンがついたモータ（以下、ファンモータという。）には、樹脂製の保持器を有する転がり軸受が多く用いられている。
【０００３】
また、ファンモータに用いられる転がり軸受は、一般に転動体である玉の直径Ｄａと保持器のポケットのポケット面と転動体の転動面との間に設けた軸方向隙間δａとの軸方向隙間比δａ／Ｄａを０．０８程度、半径方向隙間δｒとの半径方向隙間比δｒ／Ｄａを０．１程度に設定したものであり、潤滑材としては基油にリチウム石鹸系またはジウレア系の増ちょう剤を添加したグリースが使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の転がり軸受においては、低温度環境下で使用された場合にグリースの基油粘度が上昇し、転動体とポケットの隙間に粘度の高い基油が不規則に流入する結果、転動体と保持器が衝突することによる衝突音（以下、保持器音という。）が発生しやすいという問題がある。
【０００５】
また、グリースの基油を半固体状にするための増ちょう剤の量が多いと低温時にグリースが固化しやすく流動性が低下して保持器音が更に発生しやすくなるという問題がある。
一方、ファンモータの中で特にエアコンディショナ等の空調製品のファンモータに使用される転がり軸受は、低温環境下の保持器音が僅かなものであってもその低減が要望されるようになってきている。
【０００６】
また、電気製品の省エネルギに対する要求が強まっており、転がり軸受には駆動トルクの低減が期待されている。
そこで、本発明は、保持器のポケットと転動体の隙間とグリースの増ちょう剤の量と保持器音との関係を明らかにすることによって、低温環境下であっても保持器音の低減を図ることができる転がり軸受を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、内周面に転動軌道を設けた外輪と、外周面に転動軌道を設けた内輪と、前記外輪と内輪のそれぞれの転動軌道の間に配設された複数の転動体と、該転動体を転動自在に係止する複数のポケットを有し、樹脂材料で成形された保持器とを備え、グリースにより潤滑される転がり軸受において、増ちょう剤の量が２０質量パーセント以下であるグリースを用い、前記転動体の直径をＤａとし、前記ポケットのポケット面と前記転動体の転動面との間の半径方向隙間をδｒ、軸方向隙間をδａとして、前記保持器のポケットの形状が、半径方向隙間比δｒ／Ｄａが０≦δｒ／Ｄａ≦０．０９であり、軸方向隙間比δａ／Ｄａが０≦δａ／Ｄａ≦０．０６であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明による転がり軸受の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態を示す半断面図、図２は本発明の保持器を示す斜視図である。
【０００９】
図１において、１は転がり軸受であり、グリースにより潤滑される。
２は外輪であり、その内周面に転がり軸受１の転動軌道が設けられている。
３は内輪であり、その外周面に転がり軸受１の転動軌道が設けられている。
４は保持器であり、樹脂材料を射出成形により成形した図２に示すような円環状の部材である。
【００１０】
５は転動体としての玉であり、互いの接触を防止する保持器４に係止されて所定のピッチで複数個設けられ、外輪２に設けられた転動軌道とこれに対向する内輪３に設けられた転動軌道との間に転動自在に配設されている。
６はシール部材として密封板であり、玉５の両側に設けられ外輪２の内周面に嵌合して固定され内輪３の外周面に隣接し、外部からの塵芥や泥水の浸入を防止すると共に潤滑材としてのグリースを外輪２と内輪３の間の空間７に封止する。
【００１１】
なお、図１に示す矢印Ａは転がり軸受１の軸方向を、矢印Ｒは転がり軸受１の半径方向を示す。
図２において、１１はポケットであり、保持器４の円周方向に所定のピッチで複数個設けられており、球面に成形されたポケット面１２が形成され、これによって玉５を転動自在に係止する。
【００１２】
１３は開口部であり、ポケット１１の軸方向の一方の側に設けられ、玉５の直径Ｄａより僅かに小さい開口を有しており、玉５をポケット１１に挿入する場合の入口となると共に、玉５の挿入後はポケット１１からの玉５の脱落を防止するためのストッパの機能を発揮する。
１４は保持器柱であり、隣り合うポケット１１の間に設けられ、玉５同士が接触しないための隔壁となる。
【００１３】
１５は爪部であり、開口部１３の両側に設けられ、玉５をポケット１１へ挿入する際に樹脂材料の弾性を利用しやすいよう略円弧状に成形される。
上記の構成の作用について説明する。
本実施の形態では、内輪３の内周面が図示しないシャフトと嵌合し連動して回転する。外輪２は図示しないハウジング等に固定されている。
【００１４】
シャフトが回転する場合は、保持器４に係止され、外輪２と内輪３の転動軌道の間に配置された玉５がそれぞれの転動軌道上をグリースに潤滑されて転動し、固定された外輪２によってシャフトを回転自在に支持する。
この時、外輪２と内輪３の間の空間７に密封板６によって封止されているグリースが、保持器４のポケット１１に挿入されている玉５とポケット面１２の間に形成されている隙間に入り込み、玉５の転動面とポケット面１２の間をその潤滑作用によって潤滑してシャフトを円滑に回転させる。
【００１５】
低温環境下においては、グリースの基油粘度が上昇して保持器４のポケット１１のポケット面１２と玉５の転動面の間の隙間にグリースが不規則に流入し、これによって玉５が保持器４と衝突して保持器４の振動を励起する現象が起こり保持器音を発生させ、増ちょう剤の量が多いと低温環境下でこの傾向が更に強くなる。
【００１６】
従って、保持器の振動を抑えて保持器音を低減させるためには、軸方向隙間δａおよび半径方向隙間δｒを狭くすることが有効と考えられるが、増ちょう剤の量が多いグリースを低温環境下で使用すると、グリースの粘度の上昇により狭い隙間への潤滑剤の流入が阻害され、潤滑不良の発生に伴う駆動トルクの増大や保持器のポケットの磨耗、保持器音の早期上昇等が懸念される。
【００１７】
このため、低温時におけるグリースの増ちょう剤の量と玉５の転動面とポケット面１２の軸方向隙間δａと半径方向隙間δｒが転がり軸受１の保持器音に及ぼす影響を調べる実験を行った。
なお、軸方向隙間δａおよび半径方向隙間δｒはそれぞれ直径隙間とし、実験結果に一般性を持たせるために、玉５の直径Ｄａとの比として無次元数として軸方向隙間比δａ／Ｄａおよび半径方向隙間比δｒ／Ｄａを用いて整理した。
【００１８】
実験は、半径方向隙間比が０≦δｒ／Ｄａ≦０．０９、軸方向隙間比が０≦δａ／Ｄａ≦０．０６のＩＳＯで設定されている呼び番号６０８（外径φ２２、内径φ８）の転がり軸受を用い、外輪２を静止輪、内輪３を回転輪として雰囲気温度０℃および２０℃、回転速度１８００ｒｐｍの実験条件によって行い、そのときの保持器音を評価した。
【００１９】
また、保持器音の評価は、各種の基油の流動点と４０℃における動粘度を有するグリースを用いて転がり軸受の保持器音を評価し、保持器音の発生が無いものを○、小さいものを△、大きいものを×として判定した。
このようにして実験した増ちょう剤の量の多少による保持器音の評価結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】

表１に示すように、雰囲気温度が２０℃の場合は、各種のグリースにおいて増ちょう剤の量が２５質量パーセント（以下、ｍａｓｓ％という。）以下であれば保持器音が発生せずに良好な回転運動を行うことができるが、雰囲気温度が０℃の場合は、各種グリースの増ちょう剤の量が２０ｍａｓｓ％以下のときのみ保持器音が発生せずに良好な回転運動を行うことができることが判る。
【００２１】
また、転がり軸受１の保持器音は、リチウム石鹸等の増ちょう剤の種類には関係せず、増ちょう剤の量によって一義的にその大小が判定されることも同時に判明した。
以上説明したように、本実施の形態においては、０℃等の低温環境下であっても、増ちょう剤の量が２０ｍａｓｓ％以下のグリースを用い、半径方向隙間比が０≦δｒ／Ｄａ≦０．０９、軸方向隙間比が０≦δａ／Ｄａ≦０．０６の転がり軸受によって、保持器音の判定結果で保持器音が発生しない転がり軸受を得ることができる。
【００２２】
上記ように、グリースの増ちょう剤の量が２０ｍａｓｓ％以下のグリースを用いることによって、転がり軸受の保持器４のポケット１１と玉５の軸方向隙間や半径方向隙間を一定の条件で狭く設定すれば保持器音が発生しない転がり軸受を得ることができるが、グリースには他の性状として基油の動粘度があり、同じ増ちょう剤の量であっても異なった動粘度を有するグリースが存在する。
【００２３】
このため、グリースの基油の動粘度と軸方向隙間比δａ／Ｄａと半径方向隙間比δｒ／Ｄａが転がり軸受１の保持器音に及ぼす影響を調べる実験、および軸方向隙間比δａ／Ｄａが転がり軸受１の駆動トルクに及ぼす影響を調べる実験を行った。
実験は、半径方向隙間比が０≦δｒ／Ｄａ≦０．０９のＩＳＯの呼び番号６０８の転がり軸受を用い、外輪２を静止輪、内輪３を回転輪として雰囲気温度０℃、回転速度１８００ｒｐｍの実験条件によって行い、そのときの保持器音を評価した。
【００２４】
また、保持器音の評価は、グリースの４０℃における基油の動粘度を１０〜４０、４０〜９０、９０〜１６０ｍｍ^２／ｓｅｃの３つのグループに分け、ポケット１１内の玉５の軸方向隙間のレベル毎に各５個の転がり軸受の保持器音を評価し、保持器音の発生が無いものを○、小さいものを△、大きいものを×として判定した。
【００２５】
なお、実験に用いたグリースは、増ちょう剤の量が２０ｍａｓｓ％以下のグリースである。
このようにして実験した保持器音の評価結果を表２に示す。
【００２６】
【表２】

表２に示すように、グリースの基油動粘度毎に保持器音が発生しない領域が存在することが判る。
すなわち、グリースの４０℃における基油の動粘度が１０〜４０ｍｍ^２／ｓｅｃのとき、軸方向隙間比δａ／Ｄａ＝０．０６以下の領域、基油動粘度が１０〜９０ｍｍ^２／ｓｅｃのとき軸方向隙間比δａ／Ｄａ＝０．０５以下の領域、基油動粘度が１０〜１６０ｍｍ^２／ｓｅｃのとき軸方向隙間比δａ／Ｄａ＝０．０２５以下の領域が保持器音の判定結果で保持器音が発生しない領域となった。
【００２７】
なお、転がり軸受１に使用するグリースは、リチウム石鹸系等のグリースの種類には関係せず、基油動粘度によって一義的に保持器音の大小が判定されることも同時に判明した。
また、グリースの基油は単一の種類の基油に限らず、複数の基油を混合しても、複数の基油を混入させても、混合後または混入後に発揮される複合したグリースの基油の動粘度を上記グリースの動粘度として用いれば同様の評価結果を得ることができる。
【００２８】
次に、上記と同様の実験条件で軸方向隙間比δａ／Ｄａと転がり軸受１の駆動トルクとの関係を求めた。この結果を図３に示す。
図３に示すように、転がり軸受１の駆動トルクは軸方向隙間比δａ／Ｄａが０よりも小さくなると急激に上昇し、δａ／Ｄａが０以上であれば通常の転がり軸受と同等の駆動トルクであることが判る。
【００２９】
これによって、増ちょう剤の量が２０ｍａｓｓ％以下のグリースを用い、半径方向隙間比が０≦δｒ／Ｄａ≦０．０９の転がり軸受において、軸方向隙間比０≦δａ／Ｄａを、グリースの４０℃における基油の動粘度が１０〜４０ｍｍ^２／ｓｅｃのとき軸方向隙間比が０≦δａ／Ｄａ≦０．０６の領域。
もしくは、基油動粘度が１０〜９０ｍｍ^２／ｓｅｃのとき軸方向隙間比が０≦δａ／Ｄａ≦０．０５の領域。
【００３０】
もしくは、基油動粘度が１０〜１６０ｍｍ^２／ｓｅｃのとき軸方向隙間比が０≦δａ／Ｄａ≦０．０２５の領域に設定することによって、極低温環境下での保持器音の発生がなく、かつ低温環境下において転がり軸受の駆動トルクを増加させることなく、保持器音が発生しない転がり軸受を得ることができる。
以上のように、転がり軸受の保持器４のポケット１１と玉５の隙間を狭くすることによって低温環境下において保持器音が発生しない転がり軸受を得ることができる。
【００３１】
しかし、上記のような玉５とポケット面１２の間に非常に狭い隙間を設けたポケット１１の形状（以下、対策ポケット形状という。）を全てのポケット１１に設けるためには、ポケット１１の軸方向位置や半径方向位置およびポケット１１の形状を精度よく加工する必要があり、特に樹脂材料で成形される樹脂製の保持器４においては、成形に用いる金型の精度を向上させる必要があり、金型の製作が困難であるため、金型の製作者の労力が増大すると共にその製作のための費用が増大する。
【００３２】
そこで、必要な対策ポケット形状の数を求めるため、対策ポケット形状の数による保持器音の低減効果を評価する実験を行った。
実験は、従来の保持器４に対策ポケット形状を円周方向に略等配に点在させて形成し、上記と同様の実験条件によって保持器音を上記と同様にして判定し評価した。その評価結果を表３に示す。
【００３３】
なお、本実験に用いた保持器４のポケット１１は７個所に設けられている。
【００３４】
【表３】

表３に示すように、対策ポケット形状が少なくとも３箇所あれば保持器音が発生しない転がり軸受を得ることができる。
これによって、対策ポケット形状を保持器の円周方向に略等配に少なくとも３箇所設ければ、保持器音が発生しない転がり軸受とすることができ、樹脂製の保持器を成形する金型の製作が容易となり、金型の製作者の労力を軽減すると共に金型の製作費用を低減することができる。
【００３５】
上述したように、本発明の転がり軸受は、特に低温環境下において低騒音を期待されているファンモータに適用した場合に顕著な効果を発揮する。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、グリースの増ちょう剤の量と軸方向隙間比δａ／Ｄａと半径方向隙間比δｒ／Ｄａの関係により転がり軸受の保持器の形状を設定することによって、低温環境下であっても保持器音を低減し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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す半断面図
【図２】本発明の保持器を示す斜視図
【図３】軸方向隙間と駆動トルクの関係を示すグラフ
【符号の説明】
１　　転がり軸受
２　　外輪
３　　内輪
４　　保持器
５　　玉
６　　密封板
７　　空間
１１　ポケット
１２　ポケット面
１３　開口部
１４　保持器柱
１５　爪部

Claims

内周面に転動軌道を設けた外輪と、外周面に転動軌道を設けた内輪と、前記外輪と内輪のそれぞれの転動軌道の間に配設された複数の転動体と、該転動体を転動自在に係止する複数のポケットを有し、樹脂材料で成形された保持器とを備え、グリースにより潤滑される転がり軸受において、
増ちょう剤の量が２０質量パーセント以下であるグリースを用い、
前記転動体の直径をＤａとし、前記ポケットのポケット面と前記転動体の転動面との間の半径方向隙間をδｒ、軸方向隙間をδａとして、
前記保持器のポケットの形状が、半径方向隙間比δｒ／Ｄａが０≦δｒ／Ｄａ≦０．０９であり、軸方向隙間比δａ／Ｄａが０≦δａ／Ｄａ≦０．０６であることを特徴とする転がり軸受。
請求項１において、
前記保持器のポケットの形状が、略等配に少なくとも３箇所に形成されていることを特徴とする転がり軸受。
内周面に転動軌道を設けた外輪と、外周面に転動軌道を設けた内輪と、前記外輪と内輪のそれぞれの転動軌道の間に配設された複数の転動体と、該転動体を転動自在に係止する複数のポケットを有し、樹脂材料で成形された保持器とを備え、グリースにより潤滑される転がり軸受を用いたファンモータにおいて、
増ちょう剤の量が２０質量パーセント以下であるグリースを用い、
前記転動体の直径をＤａとし、前記ポケットのポケット面と前記転動体の転動面との間の半径方向隙間をδｒ、軸方向隙間をδａとして、
前記保持器のポケットの形状が、半径方向隙間比δｒ／Ｄａが０≦δｒ／Ｄａ≦０．０９であり、軸方向隙間比δａ／Ｄａが０≦δａ／Ｄａ≦０．０６であることを特徴とする転がり軸受を用いたファンモータ。
請求項１において、
前記保持器のポケットの形状が、略等配に少なくとも３箇所に形成されていることを特徴とする転がり軸受を用いたファンモータ。