(57)【要約】【課題】微細な大きさの異物が転がり軸受内に存在するか否かを簡単な方法で検査する技術を提供する。【解決手段】転がり軸受内部の異物有無検査方法であって、検査対象の転がり軸受は、相対回転可能に対向して配置された一対の軌道輪2,4と、各軌道輪の対向面2a,4aにそれぞれ形成された軌道面8,10間に転動自在に組み込まれた複数の転動体６とを備えており、当該転がり軸受のすきまをマイナスに設定し、所定の荷重を加えながら各軌道輪を所定時間相対回転させた後、転動体の表面形状の変化に基づいて転がり軸受の内部に異物が存在しているか否かを検査する。【選択図】    図１
2006336825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受内部の異物有無検査方法であって、
検査対象の転がり軸受は、相対回転可能に対向して配置された一対の軌道輪と、各軌道輪の対向面にそれぞれ形成された軌道面間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備えており、当該転がり軸受のすきまをマイナスに設定し、所定の荷重を加えながら各軌道輪を所定時間相対回転させた後、転動体の表面形状の変化に基づいて転がり軸受の内部に異物が存在しているか否かを検査することを特徴とする転がり軸受内部の異物有無検査方法。
【請求項２】
転がり軸受のすきまは、−５μｍ〜−３０μｍの範囲内に設定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内部の異物有無検査方法。
【請求項３】
軌道輪に加える荷重は、基本動定格荷重の５％〜１０％の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受内部の異物有無検査方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された転がり軸受内部の異物有無検査方法で検査された転がり軸受であって、検査済の軸受内部には、少なくとも５μｍ以上の大きさの異物が存在しないことが確認されてい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、例えばエアコン、換気扇あるいは冷却ファン用のファンモータや自動車用モータにおける騒音を減少させるファンモータ用転がり軸受や自動車モータ用転がり軸受の軸受内部の異物有無を検査する方法、及び当該検査方法によって内部に異物が存在しないことが確認されている転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば換気扇あるいは冷却ファン用のファンモータ、エアコン用のファンモータに使用される転がり軸受や自動車用転がり軸受には低騒音性(静粛性)が求められてきた。しかしながら、これらの転がり軸受が回転する時に騒音(異音)が発生する場合があり、その発生原因としては、軌道輪(例えば、内輪及び外輪)の軌道面や転動体(例えば、玉やころ)の転動面にクラックやフレーキングなどが生じ、転動体が軌道輪の軌道面間を安定して転動することができず、ガタついてしまうことが一例として挙げられる。また、この他に、例えば転がり軸受の外部から浸入する異物(例えば、水、塵埃)、転動体を組み込む際の圧入工程で起こる軌道面のブリネル圧痕、インバータ電源の冷却ファンモータ用の軸受に発生する高周波電食などによっても、軸受回転時の騒音(異音)は発生する。
【０００３】
そこで、異物の侵入やブリネル圧痕、高周波電食などを防止し、軸受回転時の騒音の発生を抑制する様々な方策が考えられてきた。例えば、図４に示す方策では、転がり軸受の内輪２の対向面(内輪外径面)２ａと外輪４の対向面(外輪内径面)４ａとの間の環状空間の両端開口部に、密封板(例えば、シール、シールド)１６をそれぞれ設けることで、軸受の外部から異物(例えば、水、塵埃)が軸受内に浸入することを防止している。なお、密封板１６は軸受内に封入された潤滑剤(例えば、グリース、油)が外部へ漏洩することも併せて防止している。また、特許文献１に示す方策では、転がり軸受の内輪２及び外輪４の材料に残留オーステナイト量が２％以下の鋼材を用いることで、内輪２及び外輪４の軌道面8,10にブリネル圧痕が生じることを防止している(図４参照)。また、特許文献２に示す方策では、外輪４の外周部(外径面)４ｂに絶縁被膜(図示しない)を施すことで、内輪２と外輪４との間に電流が流れることを阻止し、高周波電食が発生することを防止している(図４参照)。
【０００４】
ところで、軸受内の異物が軸受回転時の騒音(異音)発生の原因となる場合、当該異物には、上述したような軸受回転時に軸受外部から内部へ侵入する異物(例えば、水、塵埃)だけでなく、軸受製造時から軸受内に混入している異物(例えば、軸受研磨時の砥粒)もある。軸受製造時に軸受内に混入した異物は、当該軸受の洗浄工程でその大部分が除去されるが、例えば軸受研磨時に軌道輪(内輪及び外輪)の軌道面に突き刺さった状態の砥粒などは、ブラシで軌道面をこすったとしてもその全てを取りきれず(落としきれず)、軸受内(例えば、軌道面)に残ってしまう場合がある。この場合、その砥粒は５μｍ〜３０μｍ程度の大きさであることから、例えば拡大鏡を用いて軌道面を観察しても当該砥粒を確認することは困難である。
このように異物(例えば、軸受研磨時の砥粒)が軸受の洗浄工程で除去されずに、軌道輪の軌道面に残った状態のままで軸受を回転させた場合、当該異物によって内輪や外輪の軌道面、転動体の転動面に傷や圧痕が生じ、これらが発達してクラックやフレーキングなどを引き起こし、結果として、軸受回転中に軸受から騒音(異音)が発生してしまうおそれがある。
【特許文献１】特開２０００−２７４４４０号公報
【特許文献２】特開平１０−１８４６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、微細な大きさの異物が転がり軸受内に存在するか否かを簡単な方法で検査する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するために、本発明に係る転がり軸受内部の異物有無検査方法は、検査対象の転がり軸受が相対回転可能に対向して配置された一対の軌道輪と、各軌道輪の対向面にそれぞれ形成された軌道面間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備えており、当該転がり軸受のすきまをマイナスに設定し、所定の荷重を加えながら各軌道輪を所定時間相対回転させた後、転動体の表面形状の変化に基づいて転がり軸受の内部に異物が存在しているか否かを検査する。
この場合、転がり軸受のすきまは、−５μｍ〜−３０μｍの範囲内に設定されている。また、軌道輪に加える荷重は、基本動定格荷重の５％〜１０％の範囲内に設定されている。
【０００７】
また、本発明に係る転がり軸受は、上述した転がり軸受内部の異物有無検査方法で検査されている。この場合、検査済の軸受内部には、少なくとも５μｍ以上の大きさの異物が存在しないことが確認されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の転がり軸受の検査方法によれば、微細な大きさの異物が転がり軸受内に存在するか否かを容易にかつ確実に確認することができるとともに、当該異物が存在しない転がり軸受と存在している転がり軸受とを容易にかつ確実に選別することができる。また、本発明の転がり軸受によれば、当該検査方法により確認・選別することで、その内部に上記異物が存在しないことが保証され、回転時に騒音(異音)が発生することなく、静粛性を保ち続けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態に係る転がり軸受内部の異物有無検査方法及び転がり軸受について、添付図面を参照して説明する。
なお、転がり軸受としては、例えばスラスト軸受やラジアル軸受を適用することができるが、ここでは一例として、ラジアル軸受を想定する。また、転動体としては、例えばころや玉を適用することができるが、ここでは一例として、玉を想定する。
この場合、転がり軸受の基本構成は、上述した従来の転がり軸受(図４)と同様であるため、以下では、本発明の特徴部分の説明に止める。また、本発明の実施形態の説明に際し、従来の転がり軸受と同一の構成には図面上で同一符号を付して、その説明を省略する。
【００１０】
図１(ａ),(ｂ)に示すように、本実施形態に係る検査方法において、検査対象の転がり軸受２０は軌道輪(内輪２及び外輪４)と複数の転動体(玉)６とを備えており、内輪２が回転軸２２に、外輪４がハウジング２４にそれぞれ嵌合されている。この場合、転がり軸受２０は、有効すきまがマイナス(負のすきま)に設定されているとともに、外輪４に所定の荷重(例えば、ラジアル荷重)が加えられている。このような状態で内輪２及び外輪４を所定時間だけ相対回転させた後、転動体(玉)６の表面(転動面)を観察し、その表面に圧痕による傷(例えば、バンド状模様)があるか否かを検査する。
この結果、転動体(玉)６の表面にバンド状模様が確認された場合、転がり軸受２０の内部(特に、内輪２及び外輪４の軌道面8,10)に異物が存在しているものと判定し、バンド状模様が確認されない場合、軸受内部に異物は存在していないものと判定する。
【００１１】
なお、転がり軸受２０の内輪２と外輪４とは相対回転可能に対向して配置され、複数の転動体(玉)６は内輪２の対向面(内輪外径面)２ａと外輪４の対向面(外輪内径面)４ａにそれぞれ形成された軌道面8,10間に転動自在に組み込まれている。また、複数の玉６は、保持器１２によって１つずつ回転自在に保持されている。さらに、転がり軸受２０には密封板１６(例えば、シール、シールド)が設けられており、一例として密封板１６は、外輪４にその基端部１６ｋが支持され、その先端部１６ｓが内輪２の方向に延出している。ただし、軸受の検査時には、検査の便宜上密封板１６は取り付けられていない。
【００１２】
本実施形態において、転がり軸受内部の異物有無の検査には、図１(ａ)に示すような装置が用いられており、検査対象の転がり軸受２０は、フレーム４０によって密封された装置内部に配置され、検査中に軸受内部へ異物が侵入しないようになっている。
なお、かかる検査対象の転がり軸受２２は、軸受組立工程の前工程(洗浄工程)において、各部品(内輪２及び外輪４、転動体６など)が充分に洗浄されており、洗浄後の検査で目視可能な大きさの異物が取り除かれた部品のみを用いて組み立てられている。このため、検査対象の転がり軸受２２は、検査時において軸受内部に目視可能な大きさの異物が存在していない状態となっている。
【００１３】
また、検査中、転がり軸受２０には潤滑剤(例えば、潤滑油やグリース)がノズル４８から供給され、当該転がり軸受２０が安定して滑らかに回転できるようになっている。この場合、当該潤滑剤は、オイル室４２から吸い上げられて供給パイプ４４を通り、フレーム４０内のノズル４８から噴出され、転がり軸受２０に供給される。さらに、フレーム４０内に飛散した潤滑剤が排出パイプ４６を通って再びオイル室４２に戻ることで、潤滑剤は装置内を循環する。なお、転がり軸受２０に供給される潤滑剤は、フィルタ５０を通過することで当該潤滑剤中に含まれる異物が除去されるため、検査中の潤滑剤の供給によって転がり軸受２０の内部に異物が侵入することはない。
【００１４】
また、本実施形態においては、検査対象の転がり軸受２２を所定のしめしろで検査装置の回転軸２２及びハウジング２４にそれぞれ嵌合させることで、転がり軸受２２の有効すきまをマイナス(負のすきま)に設定している。この場合、当該有効すきまは、特に限定しないが、転動体が自転しないで走行部が一定になること、及びマイナスすきまによる寿命低下への影響がないことを考慮して、−５μｍ〜−３０μｍの範囲内に設定している。転がり軸受２２の有効すきまを当該範囲内に設定することで、転がり軸受２０の内部に異物が存在していた場合(例えば、軌道面8,10に砥粒が付着していた場合)、当該軸受を回転させると、軌道面8,10と転動体６との間に入り込んだ異物により、転動体６の表面にバンド状模様が形成される。
【００１５】
さらに、本実施形態においては、検査装置のアーム５２の先端におもり(図示しない)を載せることで、検査対象の転がり軸受２０の外輪４にラジアル荷重を加えている。この場合、おもりによる荷重は、アーム５２からジョイント部５４、ハウジング２４をそれぞれ経由して転がり軸受２０の外輪４に作用する。なお、当該荷重(負荷荷重)の大きさは、例えば検査対象の転がり軸受の種類や大きさによって個別に設定されるものであり、特に限定しないが、ここでは一例として当該軸受の基本動定格荷重の５％〜１０％の範囲内に設定している。
【００１６】
このように本実施形態においては、検査対象の転がり軸受２０の有効すきまを−５μｍ〜−３０μｍに設定するとともに、負荷荷重を基本動定格荷重の５％〜１０％の範囲内に設定することで、検査中、転動体６が内輪２及び外輪４の軌道面8,10間を転動する際に自転を起こすことなく、転がり軸受２０を安定して滑らかに回転させ続けることができる。この際、転がり軸受２０の内部に異物が存在していれば、軌道面8,10と転動体６との間に入り込んだ異物により、転動体６の表面にバンド状模様が形成される。
【００１７】
そして、検査対象の転がり軸受２０を所定時間回転させた後(内輪２及び外輪４を所定時間相対回転させた後)、当該転がり軸受２０を装置から取り外し、転動体６の表面を観察する。このとき、転動体６の表面に圧痕によるバンド状模様があることが確認された場合、該当する転がり軸受２０を洗浄し、すべての転動体６を入れ替えた後、当該転がり軸受２０に対してもう一度同様の検査を行う。再検査によっても転動体６の表面に圧痕によるバンド状模様があることが確認された場合、当該転がり軸受２０の内部には異物が存在している(例えば、軌道輪(内輪２及び外輪４)の軌道面8,10に異物が付着している)と判定することができる。この場合、当該転がり軸受２０は、不良品として除外する。
【００１８】
一方、転動体６の表面にバンド状模様がないことが確認された場合、当該転がり軸受２０の内部には異物が存在していないと判定することができる。また、最初の検査では転動体６の表面にバンド状模様があることが確認されたものの、転がり軸受２０を洗浄し、すべての転動体６を入れ替えた後の再検査では転動体６の表面にバンド状模様がないことが確認された場合にも、同様に当該転がり軸受２０の内部には異物が存在していないと判定することができる。
【００１９】
このような検査方法によれば、転動体６の表面にバンド状模様がないことが確認された転がり軸受２０は、その内部に少なくとも５μｍ以上の大きさの異物が存在しないと判定することができる。
【００２０】
以上、本実施形態の検査方法によれば、拡大鏡などを用いた目視検査では確認することが困難である微細な異物(例えば、５μｍ〜３０μｍ程度の大きさの異物)が転がり軸受内に存在するか否かを容易にかつ確実に確認することができるとともに、当該異物が存在しない転がり軸受と存在している転がり軸受とを容易にかつ確実に選別することができる。また、本実施形態の検査方法により確認・選別された転がり軸受は、その内部に上記異物が存在しないことが保証され、回転時に騒音(異音)が発生することなく、静粛性を保ち続けることができる。
【００２１】
ここで、本実施形態の検査方法を実施した結果について、図２及び図３を参照して説明する。
検査対象の転がり軸受には、ＪＩＳ  Ｂ１５１３規格に相当する玉軸受(軸受内径ｄ：φ８(ｍｍ)、軸受外径Ｄ：φ２２(ｍｍ)、軸受幅Ｂ：７(ｍｍ)、玉直径Ｄａ：φ３．９６９(ｍｍ))を用いている。この場合、当該玉軸受の有効すきまは−５μｍとし、負荷荷重(Ｐ)は基本動定格荷重(Ｃ)の５％(Ｐ／Ｃ＝０．０５)として、当該玉軸受を１０００ｍｉｎ-１の回転速度で５分間回転させた。なお、本検査は１０００個の玉軸受をサンプルとして、その全てに対して行った。
【００２２】
検査の結果、１０００個の玉軸受のうち３個の玉軸受(軸受No.1〜軸受No.3)は、組み込んだすべての玉(転動体)の表面に圧痕によるバンド状模様があることが目視により確認された。バンド状模様があることが確認された３個の玉軸受(軸受No.1〜軸受No.3)については、さらに玉の表面にバンド状模様を構成する圧痕の状態を金属顕微鏡で観察(×１００の倍率)するとともに、内輪及び外輪の軌道面の状態についても同様に観察した。また、バンド状模様がないことが確認された残りの玉軸受の中から無作為に抽出した１００個の玉軸受(軸受No.4〜軸受No.103)についても、内輪及び外輪の軌道面の状態を同様に観察した。なお、本検査では、上記観察は金属顕微鏡を用いて行ったが、金属顕微鏡の代わりに例えば光学的センサなどを用いて行ってもよい。
【００２３】
軸受No.1の玉表面のバンド状模様を観察した結果、２種類の同形状の圧痕が多数生じており、この多数の圧痕によって当該バンド状模様が形成されていることが判明した。なお、２種類の圧痕は、その代表的な大きさが１２μｍと１８μｍであることが確認された。また、軸受No.1の軌道輪(外輪と内輪)の軌道面を観察した結果、外輪の軌道面に異物は確認されなかったが、内輪の軌道面には、その大きさが１０μｍと２０μｍの異物がある(付着している)ことが確認された(以上、図２中の軸受No.1の観察結果参照)。
軸受No.2及び軸受No.3についても同様の観察をした結果、軸受No.2の玉表面には大きさ２８μｍの１種類の圧痕、外輪軌道面には大きさ２５μｍの異物(内輪軌道面には異物なし)、軸受No.3には大きさ６μｍ、１５μｍ、２２μｍの３種類の圧痕、外輪軌道面には大きさ５μｍ、２０μｍの異物、内輪軌道面には大きさ１３μｍの異物がそれぞれ確認された(図２中の軸受No.2及び軸受No.3の観察結果参照)。
また、バンド状模様がないことが確認された１００個の玉軸受(軸受No.4〜軸受No.103)についても同様の観察をした結果、そのすべてについて玉表面に圧痕は確認されず、外輪及び内輪の軌道面に異物は確認されなかった(図２中の軸受No.4〜103の観察結果参照)。
【００２４】
次に、軸受を換気扇用ファンモータに組み込み、当該ファンモータを稼動させる(軸受を回転させる)ことで、当該軸受から異音が発生するか否かを検証した。検証には、玉表面にバンド状模様があることが確認された軸受No.1〜軸受No.3までの３個の軸受とバンド状模様がないことが確認された軸受No.4〜軸受No.10までの７個の軸受の合計１０個の軸受を用いた。この場合、各軸受に６ｋｇｆ(５８．８Ｎ)の予圧を与え、１８００ｍｉｎ-１の回転速度で回転させた。
図３に示すように、玉表面にバンド状模様があることが確認された軸受No.1〜軸受No.3は、ファンモータを稼動させてから(軸受を回転させてから)７８ｈｒ〜１８９ｈｒ後に当該軸受から異音が発生した。これに対し、玉表面にバンド状模様がないことが確認された軸受No.4〜軸受No.10は、当該軸受から異音は発生せず、５００ｈｒ稼動させた段階で検証を中止した。
【００２５】
このように、本実施形態の検査方法によれば、拡大鏡などを用いた目視検査では確認することが困難である微小な異物(例えば、５μｍ〜３０μｍ程度の大きさの異物)が転がり軸受内に存在するか否かを容易にかつ確実に確認することができるとともに、当該異物が存在しない転がり軸受と存在している転がり軸受とを容易にかつ確実に選別することができる。また、本実施形態の検査方法により確認・選別された転がり軸受は、その内部に上記異物が存在しないことが保証され、例えばファンモータなど騒音(異音)の発生が問題となる機器(静粛性が要求される機器)に使用される場合であっても、回転時に騒音(異音)が発生することなく、静粛性を保ち続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】(ａ)は、本発明の一実施形態に係る転がり軸受内部の異物有無検査方法を実施する装置の全体構成例を示す断面図、(ｂ)は、検査対象となる転がり軸受の構成例を示す断面図。
【図２】異物有無検査方法を実施した結果を示す図。
【図３】転がり軸受を換気扇用ファンモータに組み込み、稼動させた場合の異音発生状況を示す図。
【図４】従来の転がり軸受の構成例を示す断面図。
【符号の説明】
【００２７】
２  内輪
４  外輪
６  転動体(玉)
８，１０  軌道面
１２  保持器
１６  密封板
【図１】
2006336825.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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