(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プ−リ−とともに回転軸に嵌着される回転子と、フレ−ムに支承されて互いに軸方向に所定距離隔てて前記回転軸に回転自在に嵌着される一対の転動軸受けとを有し、
前記転動軸受けは、前記フレームに支承される外輪と、前記回転軸に支承される内輪と、前記両輪の間に転動自在に配設される転動体と、前記転動体の軸方向両側にて外輪に保持され、前記転動体側の空間をシ−ルするシ−ル部材とを備え、前記シ−ル部材は、前記内輪の側面に弾性変形可能に摺接するリップを有し、前記一対の転動軸受けは、プ−リ側のフロント軸受けと、前記プ−リ側のフロント軸受けよりも小型に形成されて反プ−リ側に配置されたリア軸受けとからなる車両用交流発電機において、
前記リア軸受けの前記リップは、前記フロント軸受けの前記リップよりも耐熱性に優れ、
前記リア軸受けの外輪は、前記フロント軸受けの外輪よりも珪素を多く含む高炭素クロム軸受け鋼によりなることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】
プ−リ−とともに回転軸に嵌着される回転子と、フレ−ムに支承されて互いに軸方向に所定距離隔てて前記回転軸に回転自在に嵌着される一対の転動軸受けとを有し、
前記転動軸受けは、前記フレームに支承される外輪と、前記回転軸に支承される内輪と、前記両輪の間に転動自在に配設される転動体と、前記転動体の軸方向両側にて外輪に保持され、前記転動体側の空間をシ−ルするシ−ル部材とを備え、前記シ−ル部材は、前記内輪の側面に弾性変形可能に摺接するリップを有し、前記一対の転動軸受けは、プ−リ側のフロント軸受けと、前記プ−リ側のフロント軸受けよりも小型に形成されて反プ−リ側に配置されたリア軸受けとからなる車両用交流発電機において、
前記リア軸受けの前記リップは、前記フロント軸受けの前記リップよりも耐熱性に優れ、
前記リア軸受けの外輪は、前記フロント軸受けの外輪よりも残留オーステナイト量が少ないことを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項３】
プ−リ−とともに回転軸に嵌着される回転子と、フレ−ムに支承されて互いに軸方向に所定距離隔てて前記回転軸に回転自在に嵌着される一対の転動軸受けとを有し、
前記転動軸受けは、前記フレームに支承される外輪と、前記回転軸に支承される内輪と、前記両輪の間に転動自在に配設される転動体と、前記転動体の軸方向両側にて外輪に保持され、前記転動体側の空間をシ−ルするシ−ル部材とを備え、前記シ−ル部材は、前記内輪の側面に弾性変形可能に摺接するリップを有し、前記一対の転動軸受けは、プ−リ側のフロント軸受けと、前記プ−リ側のフロント軸受けよりも小型に形成されて反プ−リ側に配置されたリア軸受けとからなる車両用交流発電機において、
前記リア軸受けの前記リップは、前記フロント軸受けの前記リップよりも耐熱性に優れ、
前記リア軸受けは、前記フロント軸受けよりも耐錆性に優れることを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項４】
前記リア軸受けに近接してブラシ及びスリップリングを有する車両用交流発電機をなすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の車両用交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用交流発電機に関し、好適には乗用車、トラック等に搭載される車両用車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用の回転電機例えば交流発電機は、車室空間の確保によるエンジンルームの狭小化に伴い、エンジン搭載にあたって走行時のタイヤからの跳ね上げ水がかかりやすい位置に取り付けられたり、余裕空間が少なくなることによりエンジンルーム洗浄の時にカーシャンプーなどがかかりやすくなるなど、被水に関して特に厳しい環境で使用されることが知られている。
【０００３】
このような環境下で、回転軸を保持する一対の軸受けは、プーリを介してエンジンによりベルト駆動されて発電機能を担う車両用交流発電機において、被水によって軸受け内部への浸水が起こると、やがて錆が発生し、その結果、軸受けからの異音のみならず、軸受けの振動が大きくなり、回転子と固定子間の空隙の不均等化による磁気騒音の増加や、軸受け内部の温度も上昇して潤滑用のグリースも劣化し、最終的には軸受け寿命が短縮するという不具合が生じる。
【０００４】
このような問題を改善するために、特開平１１−８２５２６号公報は、内輪の外周面に弾性変形可能に摺接するリップを有し、転動体の軸方向両側にて外輪に保持され、転動体側の空間をシ−ルするシ−ル部材をもつ転動軸受けを提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、車両用交流発電機の転動軸受けは比較的高温環境下で用いられるため、上記シ−ル部材、特にそのリップが熱劣化し、転動軸受けのシ−ル性が低下する可能性があった。
【０００６】
シ−ル部材の特にリップを含む弾性部材に、耐熱性に優れた材料たとえばふっ素ゴムなどを採用することは、一つの解決策ではあるが、高価なため発電機コストの増大を招いてしまう。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、製造コストの増大を抑止しつつ車両用交流発電機の転動軸受けの耐環境性を向上することをその目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
各請求項記載の本発明の車両用回転装置は、プ−リ−とともに回転軸に嵌着される回転子と、フレ−ムに支承されて互いに軸方向に所定距離隔てて前記回転軸に回転自在に嵌着される一対の転動軸受けとを有し、前記転動軸受けは、前記フレームに支承される外輪と、前記回転軸に支承される内輪と、前記両輪の間に転動自在に配設される転動体と、前記転動体の軸方向両側にて外輪に保持され、前記転動体側の空間をシ−ルするシ−ル部材とを備え、前記シ−ル部材は、前記内輪の側面に弾性変形可能に摺接するリップを有し、前記一対の転動軸受けは、プ−リ側のフロント軸受けと、前記プ−リ側のフロント軸受けよりも小型に形成されて反プ−リ側に配置されたリア軸受けとからなる車両用交流発電機に適用される。
【０００９】
請求項１ー３記載の装置では特に、前記リア軸受けの前記リップは、前記フロント軸受けの前記リップよりも耐熱性に優れることを特徴としている。
【００１０】
このようにすれば、製造費用の増大を抑止しつつ車両用交流発電機の転動軸受けの早期のシール性低下を抑止することができる。
【００１１】
すなわち、本発明は、互いに異なる温度条件下で回転する車両用交流発電機の一対の転動軸受けのリップをそれらの温度環境に応じてその耐熱度を異ならせたものである。これにより、リア軸受け（以下、高温側の転動軸受けとも言う）のリップがフロント軸受け（以下、低温側の転動軸受けとも言う）のリップより大幅に早期劣化し、リア軸受けのシ−ル性が早期に低下するという不具合を解消することができる。
【００１２】
更に説明すれば、本構成によれば、より熱的環境が過酷な側の転動軸受けのリップの耐熱性を向上しているので、片方だけのシ−ル部材の弾性部材の耐熱性向上により、両方の転動軸受けの一方だけが早期にシ−ル劣化してそれにより水が浸入するのを良好に防止することができ、最小限の費用追加により装置のシ−ル劣化による回転機能の早期劣化を改善することができる。
【００１３】
請求項１記載の車両用交流発電機では更に、前記リア軸受けの外輪は、前記フロント軸受けの外輪よりも珪素を多く含む高炭素クロム軸受け鋼によりなることを特徴としている。
【００１４】
このようにすれば、製造費用の増大を抑止しつつ車両用回転装置の転動軸受けの早期のシ−ル性低下を抑止することができる。
【００１５】
すなわち、本発明は、たとえば車両用交流発電機において、互いに異なる温度条件下で回転する一対の転動軸受けの外輪の耐熱変形性を熱環境に応じて異ならせたものである。これにより、リア軸受けの外輪がフロント軸受けの外輪よりも顕著に軟化してシ−ル部材の保持性が相対的に低下し、これにより高温側のシ−ル性が低下するという不具合を解消することができる。
【００１６】
更に説明すれば、本構成によれば、車両用交流発電機においてより熱的環境が過酷なリア軸受けの外輪の耐熱変形抑止性だけを珪素含有量の増大により向上しているので、両方の転動軸受けの外輪の耐熱変形抑止性を向上する必要はないため加工費や材料費を節減でき、更に高温側の転動軸受けのシ−ル性が低下してそれにより水が浸入するのを良好に防止することができ、最小限の費用追加により装置の回転機能の早期劣化を改善することができる。
【００１７】
もちろん、高温側の転動軸受けの内輪の珪素量を低温側よりも相対的に増大すれば高温側の内輪の熱変形性も低減できるため一層好適にシ−ル低下を抑止することができる。
【００１８】
請求項２記載の車両用交流発電機では更に、リア軸受けの外輪は、フロント軸受けの外輪よりも残留オーステナイト量が少ないことを特徴としている。
【００１９】
このようにすれば、製造費用の増大を抑止しつつ車両用交流発電機の転動軸受けの早期のシ−ル性低下を抑止することができる。
【００２０】
すなわち、本発明は、互いに異なる温度条件下で回転する車両用交流発電機の一対の転動軸受けの外輪の耐熱変形性を熱環境に応じて異ならせたものである。これにより、リア軸受けの外輪がフロント軸受けの外輪よりも顕著に膨張変化してシ−ル部材の保持性が相対的に低下し、これにより高温側のシ−ル性が低下するという不具合を解消することができる。
【００２１】
更に説明すれば、本構成によれば、より熱的環境が過酷なリア軸受けの外輪の耐熱変形抑止性だけを残留オーステナイト量低減により向上しているので、両方の転動軸受けの外輪の耐熱変形抑止性を向上する必要はないため加工費や材料費を節減でき、更にリア軸受けのシ−ル性が低下してそれにより水が浸入するのを良好に防止することができ、最小限の費用追加により装置の回転機能の早期劣化を改善することができる。
【００２２】
なお、残留オーステナイト量低減により、外輪の組織変態による高温時の膨張変形自体は既に知られている事実である。
【００２３】
好適な態様において、転動軸受けの外輪は、径内側へ開口してシ−ル部材の外周部を収容するリング状の外輪溝を有する。このようにすれば、リア軸受けの外輪の外輪溝が上記高温時の膨張変形により径大化して、シ−ル部材の外周部との間の隙間が増大するのを防止することができるので、一層シ−ル性低下抑止性能を向上することができる。
【００２４】
もちろん、リア軸受けの内輪の炭素量を低温側よりも相対的に増大すれば高温側の内輪の熱変形性も低減できるため一層好適にシ−ル低下を抑止することができる。
【００２５】
請求項３記載の装置では更に、リア軸受けは、フロント軸受けよりも耐錆性に優れることを特徴としている。
【００２６】
このようにすれば、製造費用の増大を抑止しつつ車両用交流発電機の転動軸受けの回転性能の早期の低下を抑止することができる。
【００２７】
すなわち、本発明は、互いに異なる温度条件下で回転する車両用交流発電機の一対の転動軸受けの転動体（ボ−ルともいう）の耐錆性を熱環境に応じて異ならせたものである。これにより、リア軸受けのシ−ル性がリップの劣化（熱硬化）や外輪変形などでフロント軸受けよりも顕著に低下し、これによりリア軸受けの転動体が錆びてその回転性能が早期に低下するという不具合を解消することができる。
【００２８】
更に説明すれば、本構成によれば、より熱的環境が過酷な側の転動軸受けの転動体の耐錆性だけを向上しているので、両方の転動軸受けの外輪の耐錆性を向上する必要はないため加工費や材料費を節減でき、更にリア軸受けの耐錆性が低下してそれによりリア軸受けの回転性能が悪化するのを良好に防止することができ、最小限の費用追加により車両用交流発電機の回転機能の早期劣化を改善することができる。
【００２９】
請求項１−３記載の本発明は既述したように、プ−リ−とともに前記回転軸に嵌着される回転子を有する車両用発電機に適用され、前記リア軸受けは、プ−リ側のフロント軸受けよりも小型に形成されて反プ−リ側に配置されている。
【００３０】
このようにすれば、耐熱性のより高い一方の軸受けが他方より小型化されているので、材料費や加工費などの製造費用の増大を抑止しつつ車両用交流発電機のリア軸受けの回転性能の早期低下を防止することができる。
【００３１】
以下、更に詳しく説明する。
【００３２】
本発明者らの実験によれば、車両用交流発電機において、反プ−リ側のリア軸受けはプ−リ側のフロント軸受けよりも使用条件によっては２０℃以上高温となることがわかった。これは、プ−リ側のフロント軸受けは駆動ベルト近くにあり近傍に熱源は無いのに対し、エンジン本体に近い側に位置するリア軸受けはエンジンから受熱しやすく高温となるためである。
【００３３】
このため、リア軸受けのリップの熱劣化（たとえば熱硬化）は、反プ−リ側のフロント軸受けよりも促進され、これによりリップの摩耗が促進され、リア軸受けのシ−ル性が相対的に早期に低下するのである。同様に、リア軸受けの外輪の熱変形性や転動体の錆びによる回転機能低下もフロント軸受けのそれらに対して早期に発生する。
【００３４】
このようなリア軸受けのシ−ル性の低下は、リア軸受け内の発錆などによる回転抵抗、発熱、振動を増大させ、この振動増大は、リア軸受けに近接するブラシのジャンピングによる摺動不良を生じ、その結果、ブラシやスリップリングの劣化による発電異常を生じさせる。
【００３５】
なお、転動軸受けにおける内部発錆はボール（転動体）においてとりわけ重要である。これはボールは自転しつつ内輪、外輪に接して公転するので、錆による振動が軌道全周に及ぶためである。
【００３６】
特に、プ−リをもつ車両用交流発電機では、反プ−リ側のリア軸受けのボ−ルは、フロント軸受けのそれよりも小さく形成されるため、両軸受けのボ−ルの錆面積が等しくても振動の増大はリア軸受けの方が大きくなってしまう。これに対し、本構成では、リア軸受けのシ−ル劣化を特に改善するため、それによる振動低下改善効果はフロント軸受けよりも一層大きくなる。
【００３７】
請求項４記載の構成によれば、請求項１乃至３のいずれか記載の車両用交流発電機が、リア軸受けに近接してブラシ及びスリップリングを有することを特徴としている。
【００３８】
このようにすれば、製造費用の増大を抑止しつつ車両用交流発電機のリア軸受けの回転性能の早期低下を防止することができる。
【００３９】
これらブラシやスリップリングなどの発熱部材は電気抵抗や摩擦により発熱するが、これらブラシやスリップリングは反プーリ側に位置する高温側の転動軸受け（リア軸受け）に通常、近接配置されているために、回転軸を通じての伝熱などによりリア軸受けは一層高温となり、それにより上述したシ−ル性悪化や内部発錆問題は低温側の転動軸受け（フロント軸受け）よりもより過酷となっている。
【００４０】
これに対し、本構成では、リア軸受けにだけ上述した各手段の対策を講じているためにコスト増大を抑止しつつ、ブラシやスリップリングのリア軸受けに対する熱的悪影響を抑止することができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
本発明は車両用回転電機として、スリップリングとブラシの摺動によって、回転子の界磁コイルに通電する構成を持つ発電機あるいは電動機に利用することができる。例えば、エンジンに搭載固定されてエンジンによって回転駆動される車両用交流発電機に利用できる。また、エンジンに搭載固定されて、補助動力を供給する電動機にも利用できる。さらに、発電機又は電動機として選択的に機能し得る回転電機にも利用できる。
【００４２】
たとえば、フロント軸受けのシール部材は、ポリアクリルゴム及びニトリルゴムの少なくとも一方で、リア軸受けのシール部材はフッ素ゴムでそれぞれ作製される。
【００４３】
たとえば、リア軸受けの外輪は、１０％重量未満の残留オーステナイト量とされる。
【００４４】
例えば、リア軸受けのボ−ルとして高硬度なマルテンサイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４４０Ｃを用いることができる。
【００４５】
以下、この発明の車両用回転電機を車両用交流発電機に適用した実施例を図に基づいて説明する。
【００４６】
（第一実施形態）
図１、図２は第一実施形態を示す。図１は本実施形態の車両用交流発電機の軸方向断面図である。図２は軸受けの拡大断面図である。
【００４７】
車両用交流発電機１は、界磁子として働く回転子２と、電機子として働く固定子３と、前記回転子２の回転軸であるシャフト２１を回転自在に支持する一対の軸受け４、５と、この軸受け４、５と固定子３を保持する一対のフレーム６、７と、固定子３に接続されて交流電力を直流に変換する整流器８等から構成されている。
【００４８】
回転子２のシャフト２１上には、ランデル型鉄心が配置される。ランデル型鉄心は、一対のポールコア２２１、２２２と、それらに各々接合されている冷却ファン２３１、２３２と、界磁コイル２４と、スリップリング２５１、２５２とを有する。シャフト２１のドライブ側の端部近くには、動力を伝達する伝達部材としてのプーリ９が固定され、フレーム６の軸受けボックス６１に軸受け４の外輪が保持され、内輪がシャフト２１を回転自在になるよう支持している。また、シャフト２１のリア側には、スリップリング２５１、２５２が配置され、ブラシ１０１、１０２と摺動接触により、界磁コイル２４に通電が行われる。
【００４９】
リア軸受け５は、スリップリング２５１、２５２の近傍のシャフト２１を回転自在に支持すべく内輪５１がシャフト２１に嵌着され、外輪５２がフレーム７の軸受けボックス７１に保持されている。
【００５０】
整流器８は正極冷却フィン８１と負極冷却フィン８２を持ち、リア側の冷却ファン２３２によって発電機内部に取り込まれる冷却風によって冷却される。さらに、負極冷却フィン８２はリアフレーム７と接触し、伝熱によっても冷却される。
【００５１】
固定子３は、固定子鉄心３１と固定子コイル３２と、固定子鉄心３１と固定子コイル３２との間を電気絶縁するインシュレータ３３とを有する。この固定子３は、フレーム６、７の内周面に嵌合し、軸方向に挟持されている。
【００５２】
リア軸受け５は、それぞれ軸受け鋼よりなる内輪５１と外輪５２との間に介設されて、グリース潤滑される複数のボール（転動体）５３を有している。ボール５３はステンレス鋼よりなる。ボール５３は、図２に示す保持器５４によって互いにほぼ等間隔かつ同一円周上に配置されている。リア軸受け５の両側面には、フッ素ゴム（弾性体）と芯金よりなるシール（シール部材）５５が配置される。シール５５の外周部５５２が外輪５２に設けた溝（外輪溝）５２１にしめしろをもって保持されることによりシール５５の位置が決定される。この時、シール５５の内周部からなるリップ５５１は内輪５１と軽度の接触圧力を持って当接されている。回転子２の回転する時には、リップ５５１が内輪５１の外周面と摺動接触して内部をシールし、外部からの水や塵などの異物が軸受け５の内部に侵入することを防止している。リア軸受け５の内輪と外輪５２は、２５０〜３８０℃で焼き戻しを行うことにより、残留オーステナイト量を１０％未満にしている。また、フロント軸受けの内輪と外輪に比べ、珪素を多く含む高炭素クロム軸受け鋼を用いている。
【００５３】
これに対し、フロント軸受け４は、内輪、外輪、ボール共に、一般的なクロム軸受け鋼（ＳＵＪ２）よりなり、残留オーステナイト量は１０％以上となっている。そのシールのゴム材はニトリルゴム、またはアクリルゴムが用いられている。
【００５４】
リア軸受け５は、フロント軸受け４に比べ、たとえば２０℃程度高温となることがある。
【００５５】
この理由は、フロント軸受け４がプーリ側に配置されるので周囲に発熱部がないのに対し、リア軸受け５はエンジン本体側にあるので周囲温度が高いこと、またスリップリング２５１、２５２とブラシ１０１、１０２との摺動及び通電による発熱部に近い位置にあること、および軸受け周辺に到達する冷却風がすでに発熱体である整流器を冷却した後の温風であることによるものである。さらに、整流器８の冷却フィン８２の熱がリアフレーム７の軸受けボックス７１に伝熱されるため、リア軸受け５の外輪５２の温度は更に高くなる。
【００５６】
この実施形態では、リア軸受け５のシール５５のゴム材質をフッ素ゴムとしているので、耐熱性を高め、リップ５５１の摺動摩擦抵抗を低減できる。よって、シール５５の熱劣化による収縮や硬化によって、外輪５２の溝５２１とシール５５の外周部５５２とのはめあいが緩んで、この部分から内部に浸水したり、リップ５５１が磨耗して内輪とシール５５との間から浸水する危険性を低減することができる。はめあいの緩みによりリップ５５１の磨耗がさらに加速されることも、防止できる。以上の結果、リア軸受け５の内部への水の侵入による発錆による振動増加を抑え、リア軸受け５に近いスリップリング２５１、２５２の振動増加によるブラシ１０１、１０２のジャンピングなどの導通不良、それに伴う発電不具合を防止する効果を高めることができる。
【００５７】
また、リア軸受け５の内輪と外輪は、フロント軸受け４の内輪と外輪よりも珪素を多く含むので、フロント軸受け４よりも熱による軟化を防止する効果を高めることができ、これによってもシール５５とのはめあいの緩みやリップ摺動面の不安定化を防止し、シール性を向上できる。
【００５８】
また、外輪５２の残留オーステナイト量を低減することにより、高温環境の下での組織変態による膨張を低減し、外輪５２の溝とシール５５とのはめあいが緩むことをさらに防止し、シール性を向上できる。なお、外輪５２の残留オーステナイト量を１０％未満にすることが望ましい。
【００５９】
また、リア軸受け５のボール５３の材質をステンレス鋼としているので、軸受けの内部に水が侵入した場合でも、ボール５３表面の発錆が無い。すなわち、表面欠損が原因となって引き起こされる回転時の振動増加が最も確率的に高いボール５３での発錆が無いので、振動の増加を抑制できる。
【００６０】
（他の実施形態）
上記の実施形態では、ブラシとスリップリングを持つ回転電機を示したが、ブラシレスの回転電機において反プーリ側に上記のリア軸受けを採用しても、同様の効果を得ることができる。
【００６１】
また、上記の実施形態では、リア軸受け５の外輪５２において、残留オーステナイトを低減するために焼き戻し温度を２５０〜３８０℃に設定したが、サブゼロ処理を適用して残留オーステナイトを低減してもよい。
【００６２】
なお、リア軸受け５のボール５３をステンレス鋼としたが、リア軸受け５のボール５３には、フロント軸受け４に比べて低い荷重しか加わらないことから、セラミック製のボールを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した車両用交流発電機の断面図である。
【図２】軸受けの拡大断面図である。
【符号の説明】
１  車両用交流発電機
２  回転子
３  固定子
４  フロント軸受け
５  リア軸受け
５１  内輪
５２  外輪
５３  ボール(転動体）
５４  保持器
５５  シール（シ−ル部材）
６  ドライブフレーム
７  リアフレーム
８  整流器
５５１  リップ
【図１】
0004174699.tif 000002
【図２】
0004174699.tif 000003