(57)【要約】【課題】寒冷時における冷時異音の発生を防止できる自動車電装・補機用転がり軸受を提供する。【解決手段】エンジン出力で回転駆動される回転軸を静止部材に回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受１は、軌道輪である内輪２および外輪３と、内輪２および外輪３間に介在する複数の転動体４と、転動体４を保持する保持器５と、転動体４の周囲に封入されるグリースとを有し、保持器５は、その内径面および外径面から選ばれる少なくとも一方の面に、複数の繊維からなる植毛体６が固定されており、植毛体６の繊維の先端部が、軌道輪（内輪２、外輪３）の表面に接触している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン出力で回転駆動される回転軸を静止部材に回転自在に支持する自動車電装・補機用転がり軸受であって、該転がり軸受は、軌道輪である内輪および外輪と、前記内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器と、前記転動体の周囲に封入されるグリースとを有し、
前記保持器は、その内径面および外径面から選ばれる少なくとも一方の面に、複数の繊維からなる植毛体が固定されており、
前記植毛体の繊維の先端部が、前記軌道輪の表面に接触していることを特徴とする自動車電装・補機用転がり軸受。
【請求項２】
前記植毛体の繊維の先端部が、円弧状に湾曲していることを特徴とする請求項１記載の自動車電装・補機用転がり軸受。
【請求項３】
前記植毛体の繊維が合成樹脂繊維であり、前記植毛体が静電植毛により前記保持器に接着固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の自動車電装・補機用転がり軸受。
【請求項４】
前記転がり軸受は、−２０℃以下の環境下で使用される軸受であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の自動車電装・補機用転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転がり軸受に関し、特にプーリ、オルタネータ、カーエアコン用電磁クラッチ、ファンカップリング装置、電動ファンモータなどの自動車電装部品や補機部品用の転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンには、エンジン出力で回転駆動される電装部品や補機部品が使用されている。このような自動車電装・補機としては、オルタネータ、プーリ、カーエアコン用電磁クラッチ、ファンカップリング装置、電動ファンモータなどがある。例えば、自動車用アイドラプーリは、エンジンの回転を自動車の補機に伝える駆動ベルトのベルトテンショナーとして使用されるものである。このプーリは、軸間距離が固定されているような場合のベルトにテンショナーとして張力を与えるためのプーリとしての機能と、ベルトの走行方向を変えるため、または障害物を避けるために用いてエンジン室内容積の減少を図るアイドラとしての機能とを合わせもつものである。これらの各部品の回転部に使用される転がり軸受は、主にグリースにより潤滑されている。
【０００３】
自動車のエンジンによって駆動される機器のプーリなどを寒冷時（例えば−２０℃以下）に運転すると、プーリ仕様や運転条件によっては、寒冷時の特異音（笛吹き音）、いわゆる冷時異音が発生する場合がある。この冷時異音は、グリースの油膜ムラによる転動体の自励振動などが原因と推測されている。すなわち、寒冷時には、グリースの基油粘度上昇によって軌道面（転走面）の油膜ムラが生じやすくなるが、油膜ムラがあると、転動体と軌道面との間の摩擦係数が微小な周期的変化を起こし、これによって転動体に自励振動を生じる。この自励振動によってプーリ系が共振し、外輪が軸方向に振動（並進運動）して冷時異音の発生に至ると考えられている。
【０００４】
近年、自動車電装・補機の小型化や高性能化の要求に伴ない、これらの機器の回転部に使用される上記転がり軸受には、例えば高温耐久性などに優れるグリースなどが使用されている。一方で、このようなグリースは、寒冷時においてグリースの粘度が上昇しやすくなり上記の冷時異音が発生しやすくなる。
【０００５】
従来、この対策として、基油や増ちょう剤を最適化することで、冷時異音の発生を防止し、また、高温耐久性も維持できるようにした転がり軸受が提案されている（特許文献１、特許文献２）。特許文献１の転がり軸受は、軸受内部の摩擦面にポリ−α−オレフィン（以下、ＰＡＯと記す）油などの潤滑油を塗着してなるものであり、特許文献２の転がり軸受は、ＰＡＯ油を基油とし、所定構造のウレア化合物を増ちょう剤とし、−２０℃での未混和ちょう度が２００以上であるグリースを使用するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１４９３４３号公報
【特許文献２】特開２００６−２２５５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、グリースなどの潤滑剤の改良により冷時異音を解消する場合、同時に他の特性も持たせることは容易でなく、また製造コストも高くなるため、可能であれば汎用グリースなどを用い、より簡易な他の構成により冷時異音を解消することが望まれる。また、軸受からの潤滑剤漏れや、軸受内部での偏在などにより、グリースや潤滑油を有効に利用できない場合には、十分な効果が期待できないおそれがある。特に、油潤滑の場合では、軸受外部に油が放出されやすい。その他、寒冷時においては、グリース（基油）の粘度が上昇してトルクが増加しやすいので、これを抑制することも望まれる。
【０００８】
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、グリースなどの潤滑剤の特性には大きくは依存せずに、寒冷時における冷時異音の発生を防止できる自動車電装・補機用転がり軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の自動車電装・補機用転がり軸受は、エンジン出力で回転駆動される回転軸を静止部材に回転自在に支持する転がり軸受であって、該転がり軸受は、軌道輪である内輪および外輪と、上記内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、上記転動体を保持する保持器と、上記転動体の周囲に封入されるグリースとを有し、上記保持器は、その内径面および外径面から選ばれる少なくとも一方の面に、複数の繊維からなる植毛体が固定されており、上記植毛体の繊維の先端部が、上記軌道輪の表面に接触していることを特徴とする。
【００１０】
上記植毛体の繊維の先端部が、円弧状に湾曲していることを特徴とする。
【００１１】
上記植毛体の繊維が合成樹脂繊維であり、上記植毛体が静電植毛により上記保持器に接着固定されていることを特徴とする。
【００１２】
上記転がり軸受は、−２０℃以下の環境下で使用される軸受であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の自動車電装・補機用転がり軸受は、保持器の内径面および外径面から選ばれる少なくとも一方の面に、複数の繊維からなる植毛体が固定されており、植毛体の繊維の先端部が軌道輪の表面に接触しているので、軌道輪に存在するグリースの轍を繊維で掻き取ることができる。また、グリースをキャッチした繊維表面には基油が存在しており毛細管現象により軌道輪に基油が供給され続ける。これらの結果、低温・寒冷時（例えば−２０℃以下）においても、軌道面などにおける油膜ムラの発生を防止でき、冷時異音の発生を防止できる。
【００１４】
また、植毛体の繊維の先端部が円弧状に湾曲しているので、軌道輪と繊維先端部とが接触する場合でも摺動抵抗を低減でき、トルクの低減が図れる。
【００１５】
また、植毛体の繊維が合成樹脂繊維であり、植毛体が静電植毛により保持器に接着固定されているので、油による膨潤や溶解などが生じにくく化学的に安定であり、かつ、均質で密に接着された植毛体とできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例に係る転がり軸受の一部断面図である。
【図２】図１における保持器の一部斜視図である。
【図３】植毛体を設けた部分（保持器）の一部拡大図である。
【図４】本発明の軸受を用いたオルタネータを示す断面図である。
【図５】本発明の軸受を用いたアイドラプーリを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の自動車電装・補機用の転がり軸受の一例を図１および図２に基づき説明する。図１は、本発明の転がり軸受として、冠形保持器を組み込んだ深溝玉軸受の一部断面図であり、図２はこの冠形保持器の一部斜視図である。図１に示すように、転がり軸受１は、外周面に軌道面２ａを有する内輪２と、内周面に軌道面３ａを有する外輪３とが同心に配置される。内輪の軌道面２ａと外輪の軌道面３ａとの間に複数個の転動体４が介在して配置される。この複数個の転動体４が、冠形の保持器５により保持される。また、転がり軸受１は、内・外輪の軸方向両端開口部に設けられた環状のシール部材１２ａ、１２ｂを備え、内輪２と外輪３と保持器５とシール部材１２ａ、１２ｂとで構成される軸受内空間に封入されたグリース（図示省略）によって潤滑される。この実施形態では、保持器５の内径面および外径面に植毛体６が固定されている。
【００１８】
図２に示すように、冠形の保持器５は、環状の本体７上面に周方向に一定ピッチをおいて対向一対の保持爪８を形成し、その対向する各保持爪８を相互に接近する方向にわん曲させるとともに、その保持爪８間に転動体である玉を保持するポケット９を形成したものである。隣接するポケット９の縁に形成された相互に隣接する保持爪８の背面相互間に、保持爪８の立ち上がり基準面となる平坦部１０が形成される。該図に示すように、植毛体６は、保持器５の外径面５ａと、保持器５の内径面５ｂに固定されている。
【００１９】
図１に示すように、この保持器５に設けられた植毛体６において、その繊維の先端部が軌道輪（内輪２と外輪３）の表面に接触している。接触によるトルク増加を軽減するため、後述する繊維の長さなどを調整し、軌道輪と繊維先端部との接触は、極力軽接触とすることが好ましい。植毛体６が接触する部分である、軌道輪の肩部などにはグリースの轍が形成される。本発明では、植毛体６によりこれを掻き取ることができる。さらに、掻き取ったグリース（基油）は植毛体６を介して軌道面に供給されるため、該軌道面における油膜ムラの発生を防止でき、冷時異音の発生を防止できる。通常、低温・寒冷時は、グリース中の基油の粘度上昇などにより、転動体への油供給が円滑とならず、軌道面に油膜ムラを生じやすくなるが、本発明では上記構成により、これを抑制している。
【００２０】
図３に基づいて、保持器に設けられる植毛体の好適な形態を説明する。図３は、図１における植毛体を設けた保持器の一部拡大断面図（軸方向に対して垂直な断面）である。図３に示すように、植毛体６は、これを構成する繊維の先端部６ａが円弧状に湾曲した形状であることが好ましい。この湾曲した繊維の先端部６ａが、相手部材である外輪３の表面（内径面）と接触している。また、植毛体６は、本体部６ｂの根元が接着剤１１により保持器５の外径面５ａに固定され、立毛した状態となっている。植毛体６を構成する繊維の先端部６ａを上記のような湾曲形状（凸曲形状）とすることで、先端部６ａが本体部６ｂの直延伸上にある直毛形状の繊維から植毛体を構成する場合と比較して、先端部６ａと相手部材表面との引っ掛かり等が少ないために抵抗が少なく、低トルク化が図れ、また、繊維先端部の摩耗も少なくなる。
【００２１】
また、図３に示すように、植毛体６の繊維の先端部６ａにおいて、この植毛体６を構成する複数の繊維の固定側（本体部６ｂ側）から先端側（先端部６ａ側）に向かう円弧状の湾曲の向きを同一方向（該図では右回り）とすることで、より低トルク化が図れる。特に、図３に示すように、植毛体６の繊維の先端部６ａの湾曲の向きを、相手部材の回転方向（図中黒矢印）に対して、固定側（本体部６ｂ側）が回転方向上流側で先端側（先端部６ａ側）が回転方向下流側となる向きとすることが好ましい。ここで「回転方向」とは、相手部材における植毛体を設けた軸受構成部材との相対回転方向である。図３では、保持器５が固定された外輪３に対して図中黒矢印の反対方向に回転することで、外輪３は保持器５に対して相対的には図中黒矢印の方向に回転することになる。このように湾曲の向きを相手部材の回転方向に沿った向きとすることで、植毛体と相手部材との接触に起因する抵抗がより少なくなり、更なる低トルク化が図れる。
【００２２】
また、図１に示すように、シール部材１２ａの軸受内部側の表面にも植毛体６が固定されている。これにより、軸受内部に保持されるグリース量を増加させることができる。シール部材の植毛体に保持された油は、外輪との接触部から表面張力により外輪肩部などを伝わり軌道面に供給される。また、植毛体６は、シール部材１２ａの径方向全範囲に設けられているが、径方向一部に設ける形態としてもよい。また、周方向についても同様に、周方向全範囲または一部範囲に設ける態様とできる。
【００２３】
以上のように、植毛体６は、保持器やシール部材などの表面に設けることができる。また、１つの転がり軸受において、これを構成する複数の部材にそれぞれ植毛体を設けてもよい。また、図１、２に示す例は冠形保持器であるが、本発明の自動車電装・補機用の転がり軸受では、波形保持器、玉用保持器、ころ用保持器などの保持器に植毛体を固定する形態としてもよい。また、保持器の材質については、金属材料や樹脂材料など、任意の材料を採用できる。図２に示す冠形保持器などは樹脂製である。例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ナイロン６６樹脂、ナイロン４６樹脂などのポリアミド樹脂を樹脂母材とし、炭素繊維、ガラス繊維などの強化繊維と、他の添加剤を配合した樹脂組成物を用いて、射出成形により製造される。
【００２４】
本発明の自動車電装・補機用の転がり軸受の軸受形式は特に限定されず、上記深溝玉軸受の他、アンギュラ玉軸受、スラスト玉軸受、円筒ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、スラスト針状ころ軸受、円すいころ軸受、スラスト円すいころ軸受、自動調心玉軸受、自動調心ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受などの任意の形式の転がり軸受に適用できる。また、これらの転がり軸受に対して、シール部材（シールド板）の有無は問わず適用できる。
【００２５】
本発明における植毛体は、繊維（短繊維）を植毛して形成される。植毛方法としては、静電植毛や静電吹き付け植毛があり、公知の方法を採用できる。静電植毛は、接着剤を塗布した基材（主に保持器）を対電極とし、高電圧電極により静電界を作り、その静電吸引力で短繊維を飛翔させ接着剤を塗布した形成部に立毛させる方法である。静電吹き付け植毛は、この静電吸引力に加え、短繊維をエアーで強制的に飛ばしながら接着剤を塗布した形成部に植毛する方法である。なお、いずれの方法においても植毛後に乾燥工程・仕上げ工程などを行なう。また、これらの方法で直毛形状の繊維を立毛固定させた後に、押し当て部材を先端部に押し付ける等して、先端部を湾曲させた植毛体を形成できる。また、植毛前に繊維の先端部を湾曲させ、その繊維を植毛しても同様の植毛体が形成できる。
【００２６】
植毛に用いる短繊維としては、植毛用短繊維として使用可能であれば特に限定されず、例えば、（１）ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ナイロンなどのポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンテフタレートなどのポリエステル樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル、ビニロンなどの合成樹脂繊維、（２）カーボン繊維、グラスファイバーなどの無機繊維、（３）レーヨン、アセテートなどの再生繊維や、綿、絹、麻、羊毛などの天然繊維が挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。油による膨潤や溶解などが生じにくく化学的に安定であり、均質な繊維を多量に生産することができ、安価に入手することができるため、上記の中でも合成樹脂繊維を用いることが好ましい。
【００２７】
短繊維の形状としては、上記先端部の形状を実現可能であれば特に限定されない。具体的な形状としては、例えば、長さ０．５〜２．０ｍｍ、太さ０．５〜５０デシテックスのものが好ましく、植毛体の短繊維の密度としては、植毛した面積あたりに繊維の占める割合が１〜３０％が好ましい。短繊維の断面形状は、円形や多角形状がある。多角形状断面の短繊維を利用することで、円形断面の短繊維よりも大きな表面積とすることができ、グリースをより保持しやすくなる。また、図１に示した場合のように、保持器に設ける植毛体の短繊維長さについては、繊維先端部が軌道輪に接触するような長さとする。
【００２８】
接着剤としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂などを主成分とする接着剤が挙げられる。例えば、ウレタン樹脂溶剤系接着剤、エポキシ樹脂溶剤系接着剤、酢酸ビニル樹脂溶剤系接着剤、アクリル樹脂系エマルジョン接着剤、アクリル酸エステル−酢酸ビニル共重合体系エマルジョン接着剤、酢酸ビニル系エマルジョン接着剤、ウレタン樹脂系エマルジョン接着剤、エポキシ樹脂系エマルジョン接着剤、ポリエステル系エマルジョン接着剤、エチレン−酢酸ビニル共重合体系接着剤などが挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００２９】
本発明の自動車電装・補機用の転がり軸受では、グリースが内・外輪間の空間内に封入され、植毛体に一部保持されながら軌道面などに介在して潤滑がなされる。また、潤滑油のみで潤滑する形態としてもよい。この場合、軌道輪に存在する油を繊維が掻き取り、繊維表面において表面張力で油を保持しているので、軌道輪に潤滑に十分な油が供給され続ける。この結果、グリースの場合と同様に、油膜ムラがなくなり、冷時異音の発生を防止できる。
【００３０】
グリースや潤滑油としては、通常、転がり軸受に用いられるものであれば特に制限なく用いることができる。ここで、本発明は所定の植毛体の構成により、特にグリースなどの種類には依存せずに冷時異音の発生を防止するものであるが、公知の冷時異音の発生防止に適したグリースを併用することもできる。例えば、グリースを構成する基油としては、合成炭化水素油（ＰＡＯ油）、パーフルオロエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、エステル油、フッ素油などが挙げられる。また、グリースを構成する増ちょう剤としては、脂肪族系、脂環族系、芳香族系のジウレア化合物、金属石けんなどが挙げられる。また、添加剤として、所定の酸化防止剤、極圧剤、ポリメタクリレートなどを配合してもよい。
【００３１】
上記転がり軸受を適用した自動車のオルタネータを図４により説明する。図４はオルタネータの構造の断面図である。オルタネータは、静止部材であるハウジングを形成する一対のフレーム２１ａ、２１ｂに、ロータ２２を装着されたロータ回転軸２３が、一対の転がり軸受１、１（図１参照）で回転自在に支持されている。ロータ２２にはロータコイル２４が取り付けられ、ロータ２２の外周に配置されたステータ２５には、１２０ °の位相で３巻のステータコイル２６が取り付けられている。ロータ回転軸２３は、その先端に取り付けられたプーリ２７にベルト（図示省略）で伝達される回転トルクで回転駆動されている。プーリ２７は片持ち状態でロータ回転軸２３に取り付けられており、ロータ回転軸２３の高速回転に伴って振動も発生するため、特にプーリ２７側を支持する転がり軸受１は、苛酷な負荷を受ける。
【００３２】
上記転がり軸受を適用したアイドラプーリの一例を図７に示す。図５はアイドラプーリの構造の断面図である。このアイドラプーリは、自動車の補機駆動ベルトのベルトテンショナーとして使用される。このプーリは、鋼板プレス製のプーリ本体２８と、プーリ本体２８の内径に嵌合された単列の転がり軸受１’’（図４参照）とで構成される。この転がり軸受１’’は外輪回転となる。プーリ本体２８は、内径円筒部２８ａと、内径円筒部２８ａの一端から外径側に延びたフランジ部２８ｂと、フランジ部２８ｂから軸方向に延びた外径円筒部２８ｃと、内径円筒部２８ａの他端から内径側に延びた鍔部２８ｄとからなる環体である。内径円筒部２８ａの内径には、転がり軸受１’’の外輪３が嵌合され、外径円筒部２８ｃの外径にはエンジンによって駆動されるベルトと接触するプーリ周面２８ｅが設けられている。このプーリ周面２８ｅをベルトに接触させることにより、プーリがアイドラとしての役割を果たす。
【００３３】
このようなプーリなどを寒冷時、例えば−２０℃以上（特に厳しい場合−４０℃）の条件下で使用する場合でも、回転時に加わる遠心力などにより、保持器の植毛体から軌道面に油が供給され、該軌道面における油膜ムラの発生を防止でき、冷時異音の発生を防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の自動車電装・補機用転がり軸受は、寒冷時における冷時異音の発生を防止できるので、プーリ、オルタネータ、カーエアコン用電磁クラッチ、ファンカップリング装置、電動ファンモータなどの自動車電装部品や補機部品用の転がり軸受、特に寒冷地や低温条件で用いられる転がり軸受として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１  転がり軸受
２  内輪
３  外輪
４  転動体
５  保持器
６  植毛体
７  保持器本体
８  保持爪
９  ポケット
１０  平坦部
１１  接着剤
１２ａ、１２ｂ  シール部材
２１ａ、２１ｂ  フレーム
２２  ロータ
２３  ロータ回転軸
２４  ロータコイル
２５  ステータ
２６  ステータコイル
２７  プーリ
２８  プーリ本体
【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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