(57)【要約】【課題】輸送中の状況を正確に再現した評価方法に基づいて評価を行い仕様を決定することで、長距離に亘る輸送等にも十分に耐えて、駆動時の音響等の特性が良好な玉軸受を提供する。【解決手段】内輪、外輪、玉及び保持器を備えたグリース封入玉軸受であって、内輪の溝曲率半径及び外輪の溝曲率半径が、玉径の５１．５％以上、５６％以下に設定されており、乗り上げ荷重の１／１０００以上、１０００／１０００未満の範囲内で軸方向に変動荷重を与えられた状態で音響測定により評価されたことを特徴とする玉軸受。【選択図】　図２
2004092730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪、外輪、玉及び保持器を備えたグリース封入玉軸受であって、内輪の溝曲率半径及び外輪の溝曲率半径が、玉径の５１．５％以上、５６％以下に設定されており、乗り上げ荷重の１／１０００以上、１０００／１０００未満の範囲内で軸方向に変動荷重を与えられた状態で音響測定により評価されたことを特徴とする玉軸受。
【請求項２】
玉軸受の評価方法であって、前記玉軸受に、乗り上げ荷重の１／１０００以上、１０００／１０００未満の範囲内で軸方向に変動荷重を与えて接触面に微小滑り磨耗を発生させ、その時の音響測定を行うことを特徴とする軸受評価方法。
【請求項３】
前記玉軸受の外輪を固定し、前記玉軸受の内輪に前記変動荷重を与える請求項２に記載の軸受評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、輸送中の振動状態等を再現した台上試験により評価した玉軸受と、前記玉軸受の評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エアコンファンモータ、換気扇モータ、冷却ファンモータ等は、製造過程にあっては梱包されて最終組み立てメーカに輸送されたり、組み立て完了後には販売店やエンドユーザまでトラックや鉄道車両により輸送されたりしている。しかし、発展途上国においては、工場、販売店までの輸送距離が非常に長く、例えば１５００ｋｍ以上にも及ぶことがある。加えて、一般的に道路事情もよくなく、梱包方法も不十分な場合が多い。そのため、輸送中の振動が軸受に長期に亘って作用することになり、軸受軌道面表面に微小滑りによる磨耗が発生する。磨耗が発生すると、軸受が回転したときモータ騒音が大きくなる。特に、静粛性が要求されるエアコンファンモータ等では、騒音レベルが大きいとユーザに受け入れられない。
【０００３】
そこで、ユーザに受け入れられるような軸受仕様を決定するため、台上（試験台上）における評価が各社独自の方法で行われている。一般的によく用いられる再現・評価方法としては、特開２０００−２４９１５２号公報に開示されているように、加振台上にモータを縦または横位置に固定し、周波数、振幅を選定し、一定時間後にモータから軸受を取り出して、内外輪軌道面のフレッチング状況から評価している。また、音響の増加状況から特性を求めている場合もある。
また、軸受の揺動角度を小さくして、周波数を高くし、一定時間後の軸受音響の上昇値から特性を求める方法も挙げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の方法では、軸受の内外輪軌道面に生じる損傷が、実際のトラック輸送等によって生じる微小磨耗状態とは異なる形態であったり、再現性に欠ける（ばらつきが大きい）傾向があったりして、必ずしも十分とは言い難い。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、輸送中の状況を正確に再現した評価方法に基づいて評価を行い仕様を決定することでフレッチング特性が改善され、長距離に亘る輸送等にも十分に耐えて、駆動時の音響等の特性が良好な玉軸受を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、軸受軌道面に実際に発生した微小磨耗の形態、トラック輸送時の振動、梱包方法等、様々な観点について鋭意研究し、特定の台上試験により輸送時の状態を忠実に再現させることに成功し、更に、内輪及び外輪の溝曲率半径と玉径との比が特定の範囲内であることがフレッチング抑制に極めて有効であることを見出した。
本発明の目的は、下記構成により達成される。
（１）　内輪、外輪、玉及び保持器を備えたグリース封入玉軸受であって、内輪の溝曲率半径及び外輪の溝曲率半径が、玉径の５１．５％以上、５６％以下に設定されており、乗り上げ荷重の１／１０００以上、１０００／１０００未満の範囲内で軸方向に変動荷重を与えられた状態で音響測定により評価されたことを特徴とする玉軸受。
（２）　玉軸受の評価方法であって、前記玉軸受に、乗り上げ荷重の１／１０００以上、１０００／１０００未満の範囲内で軸方向に変動荷重を与えて接触面に微小滑り磨耗を発生させ、その時の音響測定を行うことを特徴とする軸受評価方法。
（３）　前記玉軸受の外輪を固定し、前記玉軸受の内輪に前記変動荷重を与える前記（２）に記載の軸受評価方法。
【０００６】
上記構成とすることにより、輸送中の状況を正確に再現した評価方法に基づいて、玉軸受の評価を行い仕様を決定できる。
本発明者らは、乗り上げ荷重の１／１０００以上、１０００／１０００未満の変動荷重を玉軸受に作用させることで、輸送中の状況を正確に再現できることを見出した。変動荷重が乗り上げ荷重の１／１０００より小さくなる瞬間、即ち変動荷重がゼロに近くなるような瞬間（内外輪軌道面と玉とが非接触になるような瞬間）があると、内外輪軌道面と玉との接触位置が移動したり次の押圧荷重がかかる際に衝撃荷重が作用したりして、輸送中の状況を正確に再現できなくなるのである。玉軸受を組み込んだモータ等を実際に輸送する際には、モータの部品の重量が玉軸受にも作用することから、内外輪軌道面と玉とが非接触になるような瞬間が生じない。
そして、上記のように、内輪の溝曲率半径及び外輪の溝曲率半径を、玉径の５１．５％以上、５６％以下に設定することで、長距離に亘る輸送等にも十分に耐えて、駆動時の音響等の特性が良好な玉軸受が得られる。
【０００７】
また、玉軸受を組み込んだモータ等を実際に輸送する際には、玉軸受全体に振動が作用するが、相対的に質量が大きい外輪が固定側となり、玉と外輪との接触面よりも、玉と内輪との接触面の方により大きなすべりが生じる。そこで、台上評価の際に、玉軸受の外輪を固定し、内輪に上記のような変動荷重を与えることで、実際の輸送中の状況をより正確に再現することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に本発明の一実施形態が適用されたモータの構成を示す。図１に示すモータＭは、エアコンファンモータ、換気扇モータ、冷却ファンモータ等に適用されるものである。モータＭは、ロータ１を装着したロータ軸２と、ロータ軸２の外周に配されたステータコア３とを備え、これらをケース４内に収納して構成されている。ロータ軸２はその両端部を、ケース４内に組み込まれた一対の軸受５ａ，５ｂにより支持されている。前記軸受５ｂの側面部には、ウエーブワッシャーが挿入されており、軸受５ａ，５ｂには軸方向に予圧荷重が負荷されている。
【０００９】
軸受５ａ，５ｂとして＃６２０２（日本精工（株）製）を用いたエアコンファンモータの例では、重量が５ｋｇ程度になるのが一般的である。このモータＭを縦位置になるようにケース４を固定してトラックに積載し、悪路を走行したときの振動加速度は、本発明者らが調査した結果では１〜１．５Ｇであった。
【００１０】
ロータ重量が１ｋｇのモータを考えたとき、振動加速度による影響で±１〜１．５ｋｇの荷重が負荷され、軸受には、ロータ重量を加えた±２〜２．５ｋｇが繰り返し作用することになる。このとき、軸受が軸方向に受ける荷重は、予圧ばねによる荷重よりも小さいので、内外輪軌道面と玉とは、接触した状態を維持している。したがって、内外輪軌道面と玉とには、接触したままの接触面積の変化によりフレッチング磨耗が発生する。
この接触面積の変化を小さくすることが、フレッチング磨耗を低減させることに結びつき、これにより軸受音響上昇を低減できる。接触面積の変化を小さくするために、軸受５ａ，５ｂの内輪の溝曲率半径（Ｒ１）及び外輪の溝曲率半径（Ｒ２）を、玉径の５１．５％以上、５６％以下に設定した。
【００１１】
なお、軸受５ａ，５ｂの潤滑剤としては、潤滑油を用いてもよいし、グリースを用いてもよい。
グリースを用いる場合、増ちょう剤としては石けん系としてリチウム石けん、カルシウム石けん、ナトリウム石けん等、コンプレックス石けん系としてリチウムコンプレックス、バリウムコンプレックス、カルシウムコンプレックス、アルミニウムコンプレックス等、有機系非石けん系としてウレア系化合物等、無機系非石けん系としてベントナイト等が挙げられる。
また、潤滑油及びグリースの基油には、その好ましい特性を損なわない限り、防錆剤や酸化防止剤、油性剤、極圧添加剤等を添加することができる。これらは何れも公知のもので構わない。
【００１２】
次に、フレッチング試験設備の詳細を図２を用いて説明する。
試験軸受（アンギュラ玉軸受）５ａ，５ｂは、台座１１に対して垂直に固定された軸１２に、軸方向に間隔をあけて組み付けられている。軸１２と軸受５ａ，５ｂの内輪との嵌め合いはすきまばめである。軸受５ａ，５ｂ間には、外輪間座１３が配されている。軸受５ａ，５ｂの外輪には、軸受箱（ハウジング）１６がすきまばめにより外嵌されている。軸受箱１６の外周面には、ヒーター（加熱手段）１９が設けられている。
【００１３】
台座１１側とは反対側（上側）に配された軸受５ｂには、台座１１側とは反対側から、内輪の側面に、カラー１４の一端（下端）が当接している。カラー１４と軸１２との嵌め合いはすきまばめであり、カラー１４は軸方向に自由に動くことが可能である。台座１１側に配された軸受５ａには、台座１１側から、内輪の側面に、軸１２の基端の拡径部１２ａが当接している。
【００１４】
カラー１４の他端（上端）には、負荷板１５が装着されている。カラー１４と負荷板１５との嵌め合いもすきまばめである。負荷板１５に傾きが発生し難いように、負荷板１５上に鋼球（球体）１７が置かれており、その鋼球１７上に負荷軸２０が配されている。負荷軸２０は、鋼球１７を介して負荷板１５に変動荷重を与える。負荷軸２０としては、市販されているものを用いることができ、周波数と振幅の設定が可能であれば、メーカ、形式は特に限定されない。
【００１５】
外輪間座１３の外周面には、軸受箱１６を貫通した回り止めボルト２２の先端が当接している。回り止めボルト２２の他端は支柱２１にゴム２３で固定されている。これら部材は、試験中の軸受５ａ，５ｂの回転を抑制するためのものである。
軸受温度は、加熱ヒータ１９と熱電対１８により、設定温度に制御される。なお、加熱ヒータ１９と熱電対１８とは、図示しない温度制御装置に接続されている。温度制御装置としては、任意温度に設定できる機器であれば何を用いてもよく、特に限定されるものではない。
【００１６】
次に、この装置１０の動作を説明する。負荷軸２０により、鋼球１７、負荷板１５、カラー１４を介して図２で上側の軸受５ｂに変動荷重が与えられる。この際、下側の軸受５ａにも、外輪間座１３を介して上側の軸受５ｂと同じ変動荷重が加わる。
軸受５ａ，５ｂに作用させる変動荷重は、乗り上げ荷重の１／１０００〜１０００／１０００である。１／１０００未満では、内外輪軌道面と玉とが非接触となる瞬間が生じるため、接触位置が移動したり衝撃荷重が作用したりして、磨耗面積や磨耗深さに大小が生じ、音響上昇値のばらつきが大きくなってしまうので好ましくない。
これに対し、１０００／１０００以上の場合、玉が内輪又は外輪の溝（軌道）を乗り上げてしまい、玉に圧痕が発生し、評価できない。より好ましい変動荷重の範囲は、５／１０００〜９５０／１０００である。
【００１７】
次に、音響測定試験について説明する。実施例１として、図２に示したような装置１０に玉軸受をセットし、５／１０００〜９５０／１０００の変動荷重（７５０Ｎ±７３０Ｎ）を与えつつ、グリースノイズテスタ（ＮＳＫ　Ｔｅｃ．Ｊ　６６７，１９９９年記載）により音響測定を行った。また、比較例１として、変動荷重（７５０Ｎ±７５０Ｎ）を与えつつ同様に音響測定を行った。測定条件は、１８００ｍｉｎ−１、Ｆａ＝２９Ｎ、Ｈ：Ｂ（ハイバンド）の値とした。
また、玉軸受を組み込んだモータを実際に輸送車で搬送した状態における音響測定も行った。
【００１８】
実施例１、比較例１に適用した軸受、グリース、評価条件等は下記のとおりである。
試験軸受　　　　　　　＃６２０２
内外輪の輪溝曲率半径　玉径の５６％
封入グリース　　　　　リチウム石鹸、エステル油（基油動粘度２６ｍｍ２／Ｓ／４０℃）、ちょう度２４５
グリース封入量　　　　０．７ｇ
変動負荷周波数　　　　５０Ｈｚ
試験時間　　　　　　　３時間
軸受外輪温度　　　　　４０℃
音響測定軸受個数　　　５個
【００１９】
モータに組み込まれて実際に搬送車で搬送された軸受（実車軸受）は以下のものであった。
試験軸受　　　　　　　＃６２０２（非接触鋼板シール付）
内外輪の溝曲率半径　　玉径の５６％
封入グリース　　　　　リチウム石鹸、エステル油（基油動粘度２６ｍｍ２／Ｓ／４０℃）、ちょう度２４５
グリース封入量　　　　０．７ｇ
走行距離　　　　　　　１５００ｋｍ（悪路＋高速道路）
音響測定軸受個数　　　２０個
【００２０】
音響測定試験結果を図３に示す。フレッチングの発生が大きな軸受は、アンデロン値が大きくなる。図３からも明らかなように、実施例１では、実車軸受と類似した磨耗形態が再現でき、音響上昇もほぼ同じ値を示した。一方、比較例１では、音響上昇のばらつき、絶対値が大きくなっている。
この現象は、以下のように考えられる。変動荷重がゼロのとき、玉と内外輪軌道面とが離れることがあり、この離れた状態から荷重が作用したときには接触面に衝撃的な荷重が作用すると同時に接触位置も変わる。このことが、不規則な磨耗範囲と磨耗深さを招き、音響上昇のばらつきと絶対値の増加に大きく影響していると考えられる。したがって、変動荷重がゼロになる瞬間があるような設定は好ましくない。
【００２１】
上記実施例１及び比較例１と同様な条件によって、軸受の内輪及び外輪の溝曲率半径を変化させた場合の音響測定試験結果を、図４に示す。図４からわかるように、フレッチングが及ぼす軸受音響上昇は、内輪及び外輪の溝曲率半径の玉径に対する比（溝Ｒ比）が玉径の５１．５〜５６％のとき小さく、前記範囲から外れると大きくなった。
溝Ｒ比が５１．５％未満では、接触楕円面積が大きいため、局部的にグリースの供給不足（潤滑不足）が発生し、磨耗が進行するものと考えられる。一方、溝Ｒ比が５８％以上になると、接触楕円面積は小さくなるものの、接触圧力（面圧）が大きくなりすぎて、磨耗が進行する。好ましい内輪及び／又は外輪の溝Ｒ比は、玉径の５１．５％〜５６％で、さらに好ましくは５３〜５６％である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、輸送中の状況を正確に再現した評価方法に基づいて評価を行い仕様を決定することでフレッチング特性が改善され、長距離に亘る輸送等にも十分に耐えて、駆動時の音響等の特性が良好な玉軸受を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るモータの構成を示す断面図である。
【図２】軸受評価を行う装置の構成を示す断面図である。
【図３】軸受評価結果を説明する特性図である。
【図４】溝Ｒ比と音響との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
Ｍ　　　　　　モータ
１　　　　　　ロータ
２　　　　　　ロータ軸
３　　　　　　ステータコア
４　　　　　　ケース
５ａ，５ｂ　　軸受
【図１】
2004092730.tif 000003
【図２】
2004092730.tif 000004
【図３】
2004092730.tif 000005
【図４】
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