(57)【要約】  転がり軸受装置において、高いダンピング性能により回転軸の振動を減衰し、転がり軸受や装置全体にかかる負担を低減して耐久性を向上することを目的とする。本発明の転がり軸受装置は、相対的に回転可能に配置される内輪（２４）及び外輪（２３）と、内輪（２４）と外輪（２３）との間に配置される複数の転動体（２５）とを有する転がり軸受（１３）を備え、この転がり軸受（１３）により軸（１４）とハウジング（１２）との間の相対回転を支持する。そして、転がり軸受装置は、転がり軸受（１３）とハウジング（１２）との間に、金属製のワイヤ（６４）を編み上げて形成したダンパ部材（６０）を備える。
2008096812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に回転可能に配置される内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置される複数の転動体とを有する転がり軸受を備え、この転がり軸受を介して軸をハウジングに相対回転可能に支持する転がり軸受装置であって、
前記転がり軸受と前記ハウジングとの間に配置され且つ金属製のワイヤを編み上げて形成したダンパ部材を備えている転がり軸受装置。
【請求項２】
前記ワイヤ間に隙間が形成され、この隙間に潤滑剤が充填されている請求項１記載の転がり軸受装置。
【請求項３】
前記ワイヤ間に隙間が形成され、前記ダンパ部材の全体積に占める前記隙間の割合である空孔率が、５０％を超えかつ７０％未満の範囲に設定されている請求項１記載の転がり軸受装置。
【請求項４】
ステータと、ロータと、前記ステータが固定されたハウジングと、前記ロータが固定されるとともに外部から回転動力が伝達される回転軸と、前記ハウジングに取り付けられるとともに前記回転軸を回転自在に支持する転がり軸受と、を備えている発電装置であって、
前記転がり軸受と前記ハウジングとの間に配置され且つ金属製のワイヤを編み上げて形成したダンパ部材を備えている発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転がり軸受装置及び発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車において、オルタネータ（発電装置）は、ステータが固定されたハウジングと、ロータが固定された回転軸とを備えている。この回転軸は、ハウジング内に転がり軸受を介して回転軸を支持されている。回転軸には、エンジンの動力が伝動ベルトを介して伝達されるため、高速回転に伴う高振動が伝動ベルトを介して作用し、転がり軸受や装置全体に大きな負担がかかる。特に、転がり軸受には、固定輪である外輪に白層剥離が発生して短寿命になるという問題がある。【０００３】
例えば、特開２００５−３０８０３２号公報には、制振機能を具備した軸受に関する技術が開示されている。この技術は、転がり軸受の外輪と軸受ハウジングとの間に制振部材を介在し、この制振部材によって回転軸からの振動を減衰しようとするものである。しかし、この制振部材は、合成樹脂材やゴム等の弾性材料により形成されているので、高温、高速回転、高荷重という過酷な条件で使用されるオルタネータのような装置の振動抑制には不十分であり、長期の使用に耐えるものでもない。特に、合成樹脂材やゴム等の弾性材料は、高温下において振動抑制効果を維持することが困難である。よって、オルタネータのような装置の振動低減のために特開２００５−３０８０３２号公報に記載されている技術を採用することは実質的に困難である。【０００４】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、高いダンピング性能により軸の振動を好適に減衰し、転がり軸受やハウジングを含む装置全体にかかる負担を低減して耐久性を向上することができる転がり軸受装置及び発電装置を提供することを目的とする。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の転がり軸受装置は、相対的に回転可能に配置される内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置される複数の転動体とを有する転がり軸受を備え、この転がり軸受を介して軸をハウジングに相対回転可能に支持する転がり軸受装置であって、前記転がり軸受と前記ハウジングとの間に配置され且つ金属製のワイヤを編み上げて形成したダンパ部材を備えている。
【０００６】
また、本発明の発電装置は、ステータと、ロータと、前記ステータが固定されたハウジングと、前記ロータが固定されるとともに外部から回転動力が伝達される回転軸と、前記ハウジングに取り付けられるとともに前記回転軸を回転自在に支持する転がり軸受と、を備えている発電装置において、前記転がり軸受と前記ハウジングとの間に配置され且つ金属製のワイヤを編み上げて形成したダンパ部材を備えている。
【０００７】
以上の各発明によれば、転がり軸受とハウジングとの間に配置されたダンパ部材は、金属製ワイヤを編み上げることにより形成されているので、全体的に弾性変形（収縮）可能となり、３次元的に全方位の振動を減衰し、高いダンピング性能を発揮することができる。したがって、転がり軸受や装置全体への負担を低減でき、これらの耐久性を向上することができる。転がり軸受に関しては、特に白層剥離の抑制に役立つ。また、ダンパ部材は金属製のワイヤにより形成されているので強度や耐熱性も高く、オルタネータ等の発電装置のように使用条件が過酷な装置であっても長期の使用が可能である。
【０００８】
前記ワイヤ間には隙間が形成され、この隙間に潤滑剤が充填されていることが好ましい。これによって、ダンパ部材の弾性変形に伴うワイヤの擦れ合いで、ワイヤが摩耗することを防止できる。
【０００９】
前記ワイヤ間には隙間が形成され、前記ダンパ部材の全体積に占める前記隙間の割合である空孔率が、５０％を超えかつ７０％未満の範囲に設定されていることが好ましい。これにより全方位の振動をバランス良く低減することができるとともに、転がり軸受を支持するための剛性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る転がり軸受装置を適用した発電装置を示す断面図である。
【図２】ダンパ部材の斜視図である。
【図３】図２のIII部の拡大図である。
【図４】空孔率６０％のダンパ部材を備えた発電装置の性能試験結果であり、（ａ）は時間と回転軸の回転数との関係を示すグラフ、（ｂ）は時間と振動値との関係を示すグラフである。
【図５】空孔率５０％のダンパ部材を備えた発電装置の性能試験結果であり、時間と振動値との関係を示すグラフである。
【図６】比較例に係る発電装置の性能試験結果であり、（ａ）は時間と回転軸の回転数との関係を示すグラフ、（ｂ）は時間と振動値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係る転がり軸受装置を用いたオルタネータ（発電装置）９の断面図である。このオルタネータ９は、ハウジング１２と、回転軸１４とを有している。ハウジング１２は、フロントハウジング１０とリヤハウジング１１とをボルト結合してなる。回転軸１４は、ハウジング１２内に２つの転がり軸受１３，１３を介して回転自在に支持されている。ハウジング１２には、コイル１５を巻回したステータ１６が設けられている。回転軸１４には、コイル１７を巻回したロータ１８が設けられている。ハウジング１２から突出する回転軸１４の端部には、ファン一体型のプーリー１９が取り付けられている。このプーリー１９には、図示しない伝動ベルトを介してエンジンからの動力が伝達される。【００１２】
転がり軸受１３は、ハウジング１２内の軸方向両端部に形成された支持筒部２０内に取り付けられている。具体的に転がり軸受１３は、外輪２３と、外輪２３の径方向内側に配置された内輪２４と、外輪２３及び内輪２４の間に配置された多数の玉（転動体）２５とを備え、外輪２３と内輪２４とが相対回転可能となっている。転がり軸受１３の内輪内周面には回転軸１４が嵌合され、転がり軸受１３の外輪外周面と支持筒部２０の内周面との間には、回転軸１４の回転に伴って発生する振動を減衰するためのダンパ部材６０が設けられている。そして、転がり軸受１３とダンパ部材６０とによって本発明の転がり軸受装置が構成されている。【００１３】
図２は、ダンパ部材６０の斜視図であり、ダンパ部材６０は、リング形状に形成され、幅ｗと厚さｔとを有する断面略４角形状に形成されている。ダンパ部材６０の内周面は、転がり軸受１３の外輪外周面に嵌合され、ダンパ部材６０の外周面は、支持筒部２０の内周面に当接している。【００１４】
図３は、図２のIII部拡大図である。ダンパ部材６０は、ステンレス等の金属製のワイヤ６４を材料として形成されている。具体的には、１本又は複数本の金属製のワイヤ６４を複雑に屈曲させつつ立体的に編み上げる（ワイヤ６４を寄せ集め、捻り合わせ、交錯させ、及び／又は、絡み合わせる）ことにより、全体として断面略４角形状のリング形状に形成されている。【００１５】
ダンパ部材６０を構成する金属製ワイヤ６４の相互間には、全体的に又は部分的に隙間（空孔）が形成されている。ダンパ部材６０は、ワイヤ６４が隙間の範囲で弾性変形したり、隣合うワイヤ同士が長手方向に位置ズレしたりすることによって、全体的に径方向（図１におけるＸ方向（紙面貫通方向）、Ｙ方向等）及び軸心Ｚ方向に弾性変形（収縮）可能となっている。そして、図１に示すように、ダンパ部材６０は、支持筒部２０の内径よりもやや大きな外径に形成され、転がり軸受１３と支持筒部２０との間に、径方向に所定の締め代で圧縮された状態で取り付けられている。【００１６】
図３に示すように、ダンパ部材６０内のワイヤ６４間の隙間には、潤滑剤が充填されている。潤滑剤としては、潤滑オイルやグリースを用いることができる。潤滑オイルとしては、例えば、エステル、エーテル、シリコン、フッ素、合成炭化水素系のものが用いられる。グリースとしては、例えば、エステル油、エーテル油、シリコン油、フッ素油、合成炭化水素油を基油として、リチウム系、ウレア系の増ちょう剤を添加したものが用いられる。金属製のワイヤ６４としては、例えば、外径が０．４ｍｍのものが用いられる。ダンパ部材６０の全体積に占める隙間の割合（空孔率）は、例えば６０％とすることができる。【００１７】
ダンパ部材６０は、次のように製造される。まず、最終成形品よりも外径、厚さｔ、幅ｗがやや大きく、内径が小さいリング状の中間品を形成する。この中間品は、最終成形品の空孔率（例えば、６０％）よりも空孔率が大きくなるように、金属製ワイヤ６４を緩やかに編み上げて形成する。そして、その中間品を、金型を用いて圧縮することによりワイヤ６４間の隙間を小さくし、所望の寸法、空孔率の最終成型品を成形する。【００１８】
以上の構成において、伝動ベルトから回転軸１４を介して転がり軸受１３に伝わる振動は、ダンパ部材６０によって減衰されてハウジング１２に伝達される。この際、ダンパ部材６０は、径方向（Ｘ，Ｙ）及び軸心Ｚ方向に弾性変形可能であるため、３次元的、全方位的に振動を減衰することができ、高いダンピング性能を発揮することができる。
また、金属製ワイヤ６４自体の弾性変形だけでなく、ワイヤ６４の編み込み構造からもたらされるフリクションや、ワイヤ６４の絡み合い等の状態により、全方位の振動エネルギーを単純な粘弾性を超える性能で受け止めて、緩和することが可能である。【００１９】
そのため、回転軸１４から転がり軸受１３を介してハウジング１２に伝わる振動が小さくなり、転がり軸受１３やハウジング１２、ひいてはオルタネータ９全体の耐久性を向上することができる。特に、転がり軸受１３については白層剥離を抑制することができる。また、振動の低減に伴って騒音も低減することができる。【００２０】
ダンパ部材６０は、金属製のワイヤ６４を用いて成形されているので、高い強度と耐熱性とを有することができる。したがって、高振動（高荷重）、高温の使用条件下においても早期に劣化することはなく、長期の使用が可能となる。
また、ダンパ部材６０内のワイヤ６４の隙間には、グリースが充填されているので、弾性変形に伴う擦り合いでワイヤ６４が摩耗することもほとんどない。【００２１】
ダンパ部材６０は、空孔率や編み上げの方向、ワイヤ６４の外径等を適宜選択することによって、弾性率（バネ定数）を自由に変化させることができる。また、弾性変形の方向（径方向、軸方向）によって弾性率を異ならせることもできる。したがって、必要なダンピング特性に応じてダンパ部材６０を容易に製造することができる。また、ダンパ部材６０の形状（外径寸法、内径寸法、幅ｗ、厚さｔ、断面形状等）を自由に設計することができるので、オルタネータ９の設計の自由度も増し、最適なオルタネータ９を製造することができる。【００２２】
以下、参考として、ダンパ部材６０を用いたオルタネータ９の性能試験結果を示す。
当該試験は、ダンパ部材６０を用いたオルタネータ９について、プーリーを介して回転軸１４に回転動力を伝達し、この回転に伴って発生するハウジング１２の振動値（Vibration value）を測定するものであり、図４及び図５は、その試験結果を示すグラフである。図４（ａ）は、時間の経過に伴う回転数の変化を示し、図４（ｂ）及び図５は、図４（ａ）に示された回転数の変化に伴うハウジングのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の振動値の変化を示したものである。【００２３】
図４（ｂ）に示す試験では、空孔率６０％のダンパ部材６０を用い、図５に示す試験では空孔率５０％のダンパ部材６０を用いた。また、ワイヤ６４間の隙間にはフッ素系グリースを充填した。
また、図６は、比較例として、ダンパ部材６０を省略した状態のオルタネータ９（支持筒部２０に直接転がり軸受１３を取り付けたもの）について、図４及び図５で行った試験と同様の条件で振動値を測定したものである。【００２４】
図６において、比較例では、回転軸１４の回転数を160,000r/min程度としたとき、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の最大の振動値が、約１．４〜１．９m/sec2の範囲にある。また、始動後から振動値が急激に上昇し、不整な変動も見られる。これに対して、空孔率６０％のダンパ部材６０を設けた場合は、図４に示すように、Ｘ方向に関しては最大約１．６m/sec2の振動値であり、Ｙ，Ｚ方向では、振動値が約１．０〜１．３m/sec2の範囲内に収まり、大きく低減されている。また、始動からの振動値の立ち上がりも緩やかで、比較例よりも早期に振動値が安定している。
したがって、本実施形態のダンパ部材６０を備えることにより、振動を効果的に低減できることがわかる。【００２５】
また、空孔率５０％のダンパ部材６０を設けた場合は、図５に示すように、比較例（図６（ｂ）参照）に比べてＸ，Ｙ方向の振動値が若干高くなるが、Ｚ方向については振動値が１m/sec2以下となり、かなり低減されていることがわかる。ただ、Ｘ，Ｙ，Ｚの全方向についてバランス良く振動値を低減することを考慮すれば、空孔率５０％のダンパ部材６０よりも空孔率６０％のダンパ部材６０を用いる方が好ましいといえる。また、図示はしていないが、空孔率が７０％以上になると、ダンパ部材６０の強度が小さくなり、転がり軸受１３を支持するための剛性が低くなるため、この点でも空孔率６０％のダンパ部材６０を用いる方が好ましいと考えられる。【００２６】
以上のことから、Ｘ，Ｙ，Ｚの全方向についてバランスよく振動値を低減し、且つ、転がり軸受１３を支持するための十分な剛性を保つためには５０％を超え、７０％未満となる範囲にダンパ部材６０の空孔率を設定すればよく、空孔率を５５％〜６５％に設定することがより好ましい。【００２７】
本発明のダンパ部材６０は、金属製ワイヤから構成されているため、高温時においても制振効果が維持される。したがって、高温時に物性が変化して制振効果が劣化する合成樹脂材やゴム等からなる従来のダンパ部材よりも優れている。【００２８】
本発明は、上記実施形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。例えば、ダンパ部材６０を形成する金属製ワイヤ６４の材質や外径寸法、ダンパ部材６０の空孔率等は適宜変更することができる。また、上記実施形態では、ダンパ部材６０をリング状に形成しているが、周方向に分断した円弧形状やブロック形状とすることもできる。ダンパ部材６０の断面形状は、円形状や、４角形以外の多角形状とすることもできる。転がり軸受１３は、玉軸受に限らずころ軸受であってもよい。また、発電装置は、交流発電装置（オルタネータ）に限らず、直流発電装置であってもよい。また、本発明は、発電装置に限らず、転がり軸受を使用する他の装置にも適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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