(57)【要約】【課題】  耐久性を確保して低トルク化を図るとともに高温環境下における音響性能を向上することができる転がり軸受を提供すること。【解決手段】  外周面に内輪軌道１２を有する内輪１１と、内周面に外輪軌道１４を有する外輪１３と、内輪軌道１２及び外輪軌道１４の間に相対回転自在に配された複数の転動体１５と、を備え、転動体１５がセラミック材により成形され、転動体１５の直径Ｄｂと、外輪軌道１４の曲率半径Ｒｏと、内輪軌道１２の曲率半径Ｒｉとを、０．５３＜Ｒｏ／Ｄｂ≦０．６５、０．５２＜Ｒｉ／Ｄｂ≦０．６５とし且つ、外輪１３の外径Ｄと、内輪１１の内径ｄと、転動体１５のピッチ円直径Ｄｐとを、Ｄｐ＜（ｄ＋Ｄ）／２、１０３≧Ｄｐ≧２、Ｄｐが１０ｍｍ〜４０ｍｍ以下に設定した転がり軸受１０。【選択図】  図１
2006132740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、前記内輪軌道及び外輪軌道の間に相対回転自在に配された複数の転動体と、を備えた転がり軸受であって、
前記転動体がセラミック材により成形され、
前記転動体の直径をＤｂとし、前記外輪軌道の断面形状の曲率半径をＲｏとし、前記内輪軌道の断面形状の曲率半径をＲｉとした場合に、０．５３＜Ｒｏ／Ｄｂ≦０．６５、０．５２＜Ｒｉ／Ｄｂ≦０．６５であり且つ、
前記外輪の外径をＤとし、前記内輪の内径をｄとし、前記転動体のピッチ円直径をＤｐとした場合に、Ｄｐ＜（ｄ＋Ｄ）／２、１０３≧Ｄｐ≧２、Ｄｐが１０ｍｍ〜４０ｍｍ以下であることを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば家庭用の電気掃除機、空気調和装置の送風機等のファンモータのように、低負荷で高速回転する回転軸をハウジングに対して回転自在に支持するのに利用される転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の転がり軸受の一例として、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、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けた複数個の玉とを備えた転がり軸受が知られている。
【０００３】
図６に示すように、上記転がり軸受１００は、内輪１０１、外輪１０２及び玉１０３のそれぞれがＳＵＪ２，Ｍ５０等の軸受鋼により成形されており、断面形状が円弧形である深溝型の外輪軌道１０４と、断面形状が円弧形である内輪軌道１０５との間に組み込まれた玉１０３が、保持器１０６により互いに間隔をあけた状態で転動自在に保持されている。また、外輪１０２の両端部内周面にはシール部材１０７，１０７の外周縁部が係止され、各シール部材１０７，１０７の内周縁が、内輪１０１の両端部外周面に近接対向されている。
【０００４】
このような転がり軸受１００では、玉１０３の直径をＤｂとし、外輪軌道１０４の断面形状の曲率半径をＲｏ´とし、内輪軌道１０５の断面形状の曲率半径をＲｉ´とした場合に、０．５０＜Ｒｏ´／Ｄｂ≦０．５３、０．５０＜Ｒｉ´／Ｄｂ≦０．５２であった。また、外輪１０２の外径をＤとし、内輪１０１の内径をｄとし、玉１０３のピッチ円直径（Ｐ．Ｃ．Ｄ．）をＤｐ´とした場合に、Ｄｐ´≒（Ｄ＋ｄ）／２としていた。言い換えれば、Ｄｐ´／｛（Ｄ＋ｄ）／２｝≒１として、玉１０３を、転がり軸受１００の直径方向に関し、外輪１０２の外周面と内輪１０１の内周面とのほぼ中央部に配置していた。
【０００５】
従来の転がり軸受の一例として、外輪を厚肉にして、玉のピッチ円直径を内径側にずらせ、外輪軌道及び内輪軌道の断面形状の曲率半径を、玉の直径との関係で大きくした転がり軸受が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
上記特許文献１に開示された転がり軸受は、玉の直径をＤｂとし、外輪軌道の断面形状の曲率半径をＲｏとし、内輪軌道の断面形状の曲率半径をＲｉとした場合に、０．５３＜Ｒｏ／Ｄｂ≦０．６５、０．５２＜Ｒｉ／Ｄｂ≦０．６５にし、更に、外輪の外径をＤとし、内輪の内径をｄとし、玉のピッチ円直径をＤｐとし、ｘ＝Ｄｂ／｛（Ｄ−ｄ）／２｝とし、ｙ＝Ｄｐ／｛（Ｄ＋ｄ）／２｝とした場合に、ｘ≧０．３、ｙ＜１．０にしている。
【特許文献１】特開２００１−０９０７３６号公報（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、給湯機用の排気用途に用いられるファンモータは、省エネ（低トルク）と、１００℃以上・５０００ｍｉｎ−１以上の高温・高速条件下において、２０，０００時間を超えた音響長寿命が必要とされるようになってきている。
ところが、上記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、外輪軌道と内輪軌道との間に複数個の玉とを備えた転がり軸受１００では、回転支持部分に組込むことを考慮した汎用な構造であり、低負荷を考慮した構造ではないために、回転トルク（回転抵抗）は必ずしも低くなかった。そこで、単に低負荷で回転支持部分の回転トルクを軸受仕様の変更により小さくするのであれば、直径系列を下げたものを使用すれば、ある程度の低トルク化を図れる。但し、外輪１０２を固定すべきハウジングの内径を小さくする必要が生じ、それによって、回転支持部分の他の構成部材の設計変更を余技なくされるために好ましくない。しかも、単に直径系列を下げただけでは、十分な低トルク化を図れない場合がある。また、玉１０３が軸受鋼によって成形されているために、高温時（１００℃以上）において玉表面にウェービネス劣化が早期に起こり、通常の面荒れによるものよりも音響耐久性能が早期に低下してしまう、という問題もあった。
また、上記特許文献１に開示された転がり軸受では、ある程度の耐久性を確保し、外輪の外径を小さくすることなく、低トルク化を図れるものの、玉が軸受鋼製であるために、高温時（１００℃以上）において玉表面にウェービネス劣化が早期に起こり、通常の面荒れによるものよりも音響耐久性能が早期に低下してしまう虞がある。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐久性を確保して低トルク化を図るとともに高温環境下における音響性能を向上することができる転がり軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１）本発明に係る転がり軸受は、外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、前記内輪軌道及び外輪軌道の間に相対回転自在に配された複数の転動体と、を備えた転がり軸受であって、前記転動体がセラミック材により成形され、前記転動体の直径をＤｂとし、前記外輪軌道の断面形状の曲率半径をＲｏとし、前記内輪軌道の断面形状の曲率半径をＲｉとした場合に、０．５３＜Ｒｏ／Ｄｂ≦０．６５、０．５２＜Ｒｉ／Ｄｂ≦０．６５であり且つ、前記外輪の外径をＤとし、前記内輪の内径をｄとし、前記転動体のピッチ円直径をＤｐとした場合に、Ｄｐ＜（ｄ＋Ｄ）／２、１０３≧Ｄｐ≧２、Ｄｐが１０ｍｍ〜４０ｍｍ以下であることを特徴としている。
【００１０】
上記１）に記載の発明によれば、転動体の直径Ｄｂと、内輪軌道の断面形状の曲率半径Ｒｉと、外輪軌道の断面形状の曲率半径Ｒｏと、の関係が、０．５３＜Ｒｏ／Ｄｂ≦０．６５、０．５２＜Ｒｉ／Ｄｂ≦０．６５に設定されることにより、転動体の転動面と内輪軌道及び外輪軌道との当接部に形成される接触楕円を小さくし、回転時にこの接触楕円部分で生じる転がり抵抗、スピンを小さくして、低トルク化を図れることができる。なお、Ｒｏ／Ｄｂ、Ｒｉ／Ｄｂの値は、０．６５を越えて大きくなると、接触楕円の面積が小さくなり過ぎて、各軌道の転がり疲れ寿命の確保が難しくなる他、外輪軌道に関してはブリネル圧痕が生じ易くなる。そのため、各比Ｒｏ／Ｄｂ、Ｒｉ／Ｄｂの上限値は０．６５以下とした。また、内輪の内径ｄと、外輪の外径Ｄと、転動体のピッチ円直径Ｄｐと、の関係が、Ｄｐ＜（ｄ＋Ｄ）／２、１０３≧Ｄｐ≧２、Ｄｐが１０ｍｍ〜４０ｍｍ以下に設定されることにより、外輪の外径を小さくすることなく、転動体のピッチ円直径及び転動体の直径を小さくして内部の転がり摩擦を減少させて低トルク化を図ることができる。更に、転動体がセラミック製であることにより、高温環境下においても長時間にわたって音響性能の劣化をなくすことができる。これらにより、耐久性を確保して低トルク化を図るとともに高温環境における音響性能を向上することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の転がり軸受によれば、十分な低トルク化を図れない、高温時にウェービネス劣化が早期に起こって音響耐久性能が低下してしまう、という問題を解消でき、これにより、耐久性を確保して低トルク化を図るとともに高温環境における音響性能を向上することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る好適な実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る転がり軸受の一実施形態の断面図、図２は実施例の動トルク値結果表、図３は実施例の動トルク値結果表、図４は高温放置時のウェービネス変化を表したグラフ、図５は音響耐久試験の結果表である。
【００１３】
図１に示すように、本発明の一実施形態である転がり軸受１０は、外周面に断面形状が円弧形である内輪軌道１２を有する内輪１１と、内周面に断面形状が円弧形である深溝型の外輪軌道１４を有する外輪１３と、これら内輪軌道１２と外輪軌道１４との間に転動自在に設けた複数個の転動体である玉１５とを備えている。そして、玉１５は、保持器１６により互いに間隔をあけた状態で転動自在に保持している。
【００１４】
転がり軸受１０には、外輪１３の両端部内周面に、シール部材１７，１７の外周縁部が係止されており、シール部材１７，１７の内周縁が内輪１１の両端部外周面に近接対向されている。そして、各シール部材１７，１７によって囲まれた軸受空間内にグリースが封入されている。玉１５は、セラミック材（窒化珪素を含む複合材）により成形されている。
【００１５】
転がり軸受１０は、電気掃除機の吸引機用のファンモータの有する回転軸を支持する場合には、外輪１３がハウジングに内嵌固定され、内輪１１が回転軸に外嵌固定される。このように、転がり軸受１０は、家庭用電気掃除機或は家庭用空気調和装置の送風機の回転軸をハウジングに支持して、低負荷高速回転で使用される。
【００１６】
そして、転がり軸受１０は、玉１５の直径をＤｂとし、内輪軌道１２の断面形状の曲率半径をＲｉとし、外輪軌道１４の断面形状の曲率半径をＲｏとした場合に、玉１５の直径Ｄｂと、内輪軌道１２の曲率半径をＲｉと、外輪軌道１４の曲率半径をＲｏと、の関係が、０．５３＜Ｒｏ／Ｄｂ≦０．６５、０．５２＜Ｒｉ／Ｄｂ≦０．６５に設定されている。このとき、Ｒｏ／Ｄｂ、Ｒｉ／Ｄｂの値は、０．６５を越えて大きくなると、接触楕円の面積が小さくなり過ぎて、各軌道の転がり疲れ寿命の確保がし難くなる他、外輪軌道に関してはブリネル圧痕が生じ易くなる。そのため、各比Ｒｏ／Ｄｂ、Ｒｉ／Ｄｂの上限値は０．６５以下とした。また、玉１５の直径Ｄｂと、内輪軌道１２の断面形状の曲率半径Ｒｉとの比、Ｒｉ／Ｄｂに関しては、空気調和装置の送風機等のファンモータのように、１００００ｍｉｎ−１（ｒ．ｐ．ｍ．）以下で使用する場合には、０．５２＜Ｒｉ／Ｄｂ≦０．６５とするが、電気掃除機の吸引機等のファンモータのように、２０，０００ｍｉｎ−１以上で使用する場合には、０．５３＜Ｒｉ／Ｄｂ≦０．６５とするのが好ましい。
【００１７】
さらに、転がり軸受１０は、外輪１３の外径をＤとし、内輪１１の内径をｄとし、玉１５のピッチ円直径をＤｐとした場合に、外輪１３の外径Ｄと、内輪１１の内径ｄと、玉１５のピッチ円直径Ｄｐと、の関係が、Ｄｐ＜（ｄ＋Ｄ）／２で且つ、１０３≧Ｄｐ≧２で且つ、Ｄｐが１０ｍｍ〜４０ｍｍ以下に設定されている。外輪１３の外径Ｄと、内輪１１の内径ｄと、玉１５のピッチ円直径Ｄｐと、の関係が、Ｄｐ＜（ｄ＋Ｄ）／２であり且つ、１０３≧Ｄｐ≧２で且つ、Ｄｐが１０ｍｍ〜４０ｍｍ以下に設定されることにより、従来の転がり軸受において、外輪の外径Ｄと、内輪の内径ｄと、玉のピッチ円直径Ｄｐ´と、の関係である、Ｄｐ´≒（Ｄ＋ｄ）／２に対して、ピッチ円直径を小さくすることができる。それにより、従来の転がり軸受と比べて、玉１５を、転がり軸受１０の直径方向に対して外輪１２の外周面から内輪１１の内周面側にオフセットした位置に配置することができる。
【００１８】
このような転がり軸受１０は、外輪１３が、電気掃除機の吸引機用のファンモータに有するハウジングに内嵌固定され、内輪１１がファンモータの回転軸に外嵌固定される。そして、ファンモータが回転される際に、内部の転がり摩擦が減少しているために、ファンモータを低トルクで回転させる。また、玉１５がセラミック製であるために、高温環境下においても長時間にわたって音響性能の劣化を生ずることなくファンモータの回転を支持する。
【００１９】
上述した転がり軸受１０によれば、玉１５の直径Ｄｂと、内輪軌道１２の断面形状の曲率半径Ｒｉと、外輪軌道１４の断面形状の曲率半径Ｒｏと、の関係が、０．５３＜Ｒｏ／Ｄｂ≦０．６５、０．５２＜Ｒｉ／Ｄｂ≦０．６５に設定されることにより、玉１５の転動面と内輪軌道１２及び外輪軌道１４との当接部に形成される接触楕円を小さくし、回転時にこの接触楕円部分で生じる転がり抵抗、スピンを小さくして、低トルク化を図れることができる。また、内輪１１の外径ｄと、外輪１３の内径Ｄと、玉１５のピッチ円直径Ｄｐとの関係が、Ｄｐ＜（ｄ＋Ｄ）／２、１０３≧Ｄｐ≧２、Ｄｐが１０ｍｍ〜４０ｍｍ以下に設定されることにより、外輪１３の外径を小さくすることなく、玉１５のピッチ円直径及び玉１５の直径を小さくして内部の転がり摩擦を減少させて低トルク化を図ることができる。更に、玉１５がセラミック製であることにより、高温環境下においても長時間にわたって音響性能の劣化をなくすことができる。これらにより、耐久性を確保して低トルク化を図るとともに高温環境における音響性能を向上することができる。
【実施例】
【００２０】
次に、図２〜図５を参照して、本発明に係る転がり軸受１０の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
まず、図２，図３に示す動トルク値を測定した。動トルクの測定は、本発明の転がり軸受１０と、比較例の転がり軸受とを用意し、運転条件は、１，８００ｍｉｎ−１の回転速度であり、グリースの封入量は、軸受内部の空間容積に対して３０％とした。
【００２１】
図２に示すように、玉のピッチ円直径Ｄｐが２３ｍｍの場合、最小値が１０７８（ｍＮ・ｍ）、最大値が１３３２．８（ｍＮ・ｍ）となり、平均値が１２２５（ｍＮ・ｍ）となった。これに対して、玉のピッチ円直径Ｄｐを２１．５ｍｍにすると、最小値が６８６（ｍＮ・ｍ）、最大値が７３５（ｍＮ・ｍ）となり、平均値が７０５．６（ｍＮ・ｍ）となった。
【００２２】
図３に示すように、玉のピッチ円直径Ｄｐが１５ｍｍの場合、最小値が１５６．８（ｍＮ・ｍ）、最大値が１９６（ｍＮ・ｍ）となり、平均値が１７６．４（ｍＮ・ｍ）となった。これに対して、玉のピッチ円直径Ｄｐを１３ｍｍにすると、最小値が５８．５（ｍＮ・ｍ）、最大値が１０７．８（ｍＮ・ｍ）となり、平均値が８８．２（ｍＮ・ｍ）となった。
【００２３】
図２，図３により明らかなように、玉のピッチ円直径Ｄｐを小さくすることにより、転がり軸受の大きさに拘わらず、トルクを小さくできることがわかる。
【００２４】
次に、図４に示す高温放置時のウェービネス変化を調べた。ウェービネス変化の測定には、ウェービネス試験機を用いた。ウェービネス試験機は、駆動部のスピンドルに装着されたアーバに玉を押し付けることにより、玉が一定の速度で回転され、回転している玉の表面に接触式速度センサの蝕子が接触され、接触式速度センサによって玉の半径方向の変位速度が検出され、変位速度に比例した電圧信号が出力される。そして、出力された電圧信号が処理されて、玉の表面のうねり（凹凸）であるウェービネスを数値変換して表示するとともにウェービネス波形をＣＲＴ上に表示する。この場合、２５℃、５０℃、７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃、１７５℃の放置温度で１００時間放置した場合をそれぞれ測定した。
【００２５】
図４に示すように、ウェービネス試験の結果、比較例として用いた鋼製の玉では、放置温度が１００℃、１２５℃、１５０℃、１７５℃に変動すると、そのウェービネス値が、０．１８μｐｃ、０．３μｐｃ、０．５５μｐｃ、０．８２μｐｃと上昇することがわかった。これに対して、本発明のセラミック製の玉では、放置温度が２５℃、５０℃、７５℃、１００℃、１２５℃、１５０℃、１７５℃に変動しても、そのウェービネス値に大きな変動はなく、安定したウェービネス値を示すことがわかった。
【００２６】
次に、図５に示すアンデロン値（Ｈｉｇｈ−Ｂａｎｄ）とモータ騒音とに及ぼす影響を調べるための音響耐久試験を行った。音響耐久試験では、２００時間、４００時間、８００時間、１０００時間、１５００時間、２０００時間、３０００時間、４０００時間、５０００時間、６０００時間、７０００時間、８０００時間、９０００時間、１００００時間、１１０００時間、１２０００時間、１３０００時間、１４０００時間、１５０００時間、のそれぞれのアンデロン値を調べた。
【００２７】
図５に示すように、比較例として用いた従来構造の転がり軸受では、２０００時間、３０００時間、５０００時間、６０００時間、７０００時間で、アンデロン値が、３〜４Ｈ．Ｂ．であるが、８０００時間、９０００時間、１００００時間に至るまでに、アンデロン値が、２０Ｈ．Ｂ．に達した。これに対して、本発明の構造の転がり軸受では、２００時間〜１５０００時間までの間で、アンデロン値に大きな変動がないことがわかった。これは、玉のピッチ円直径Ｄｐを小さくし、それに伴って玉の直径Ｄｂを小さくすることにより、アンデロン値が向上するからである。その理由は、玉の運動エネルギが低減して、玉の加振力が小さくなった結果であると考えられる。
【００２８】
このような実施例の結果は、本発明の転がり軸受１０が、玉１５の直径Ｄｂと、内輪軌道１２の断面形状の曲率半径Ｒｉと、外輪軌道１４の断面形状の曲率半径Ｒｏと、の関係を、０．５３＜Ｒｏ／Ｄｂ≦０．６５、０．５２＜Ｒｉ／Ｄｂ≦０．６５に設定することにより、玉１５の転動面と内輪軌道１２及び外輪軌道１４との当接部に形成される接触楕円が小さくなり、回転時にこの接触楕円部分で生じる転がり抵抗、スピンが小さくなったからである。また、内輪の内径ｄと、外輪の外径Ｄと、転動体のピッチ円直径Ｄｐと、の関係を、Ｄｐ＜（ｄ＋Ｄ）／２、１０３≧Ｄｐ≧２、Ｄｐが１０ｍｍ〜４０ｍｍ以下に設定することにより、外輪の外径を小さくすることなく、転動体のピッチ円直径及び転動体の直径を小さくして内部の転がり摩擦を減少させることができたからである。更に、玉１５がセラミック製であることにより、高温環境下においても長時間にわたって音響性能の劣化をなくすことができるからである。
【００２９】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。例えば、シール部材は、図示した非接触タイプに限らず、内輪の外周面に摺接するリップを有する接触タイプとしても良い。
【００３０】
また、転がり軸受としては、図示したものに限らず、保持器の無いタイプ等、様々な軸受に本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る転がり軸受の一実施形態の断面図である。
【図２】実施例の動トルク値結果表である。
【図３】実施例の動トルク値結果表である。
【図４】高温放置時のウェービネス変化を表したグラフである。
【図５】耐久試験の結果表である。
【図６】従来の転がり軸受の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  転がり軸受
１１  内輪
１２  内輪軌道
１３  外輪
１４  外輪軌道
１５  玉（転動体）
【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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