(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の回転軸と、この回転軸に固定された金属製のロータと、このロータの外側に所定の隙間を開けて配置された金属製のステータと、このステータの外側に固定された金属製のモータケースと、前記回転軸をこのモータケースに対して回転自在に支持する、内外輪および転動体が金属製である転がり軸受とを備え、前記ステータにインバータから交流を供給することで回転軸が回転する電動モータにおいて、
前記転がり軸受の外輪の外周面とモータケースとの間に、成形収縮率が１．５体積％以下である合成樹脂材料を使用して金型のゲート形状をディスクゲートにして射出成形を行うことにより円環状に成形された絶縁部材を有し、この絶縁部材は、外輪の外周面に配置される筒状部と外輪の端面に配置される縁部とが断面Ｌ字状に連結された形状であり、前記筒状部の軸方向長さＢを、外輪の幅（軸方向長さ）Ａに対する比（Ｂ／Ａ）が０．５〜０．８となるように形成したことを特徴とする電動モータ。
【請求項２】
請求項１記載の電動モータに使用される、内外輪および転動体が金属製である転がり軸受であって、
外輪の外周面に、成形収縮率が１．５体積％以下である合成樹脂材料を使用して金型のゲート形状をディスクゲートにして射出成形を行うことにより円環状に成形された絶縁部材を有し、この絶縁部材は、外輪の外周面に配置される筒状部と外輪の端面に配置される縁部とが断面Ｌ字状に連結された形状であり、前記筒状部の軸方向長さＢを、外輪の幅（軸方向長さ）Ａに対する比（Ｂ／Ａ）が０．５〜０．８となるように形成したことを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータからの交流で作動する電動モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エアコンディショナ用の送風ファン等においては、風量調節を容易にするために、インバータからの交流で作動する電動モータが使用されている。そして、従来より知られているように、この電動モータを用いる際にインバータのキャリア周波数を高く設定すれば、スイッチングに伴って発生するモータ騒音を低減できる。また、近年における半導体素子の性能向上や回路技術の向上により、インバータのキャリア周波数を高く設定することが可能になってきた。これらのことから、上述の電動モータを、インバータのキャリア周波数を高く設定して作動させることが行われている。なお、このモータの回転軸は、転がり軸受を介して、金属製のモータケースに回転自在に支持されている。
【０００３】
このように、上述の電動モータの作動をインバータのキャリア周波数を高く設定して行うと、モータの回転軸に発生する軸電圧（高周波誘導に基づいて発生する電圧）が大きくなる傾向にある。軸電圧が大きくなると、回転軸と金属製のモータケース（ハウジング）との間に大きな電位差が生じる。
これに伴い、両者の間に取り付けられた転がり軸受の内輪と外輪との間にも大きな電位差が生じて、この転がり軸受内に電流が流れ易い状態になる。転がり軸受内に電流が流れると、内輪および外輪の軌道面と転動体の転動面に電食と称される腐食が発生して、転がり軸受の耐久性が低下するという問題点がある。
【０００４】
上記問題点を解決するための従来の方法としては、以下のような方法が挙げられる。
第１に、電気的ブラシの設置空間がある場合には、回転軸に電気的ブラシを接触させることにより、回転軸とモータケースとを等電位にする。その結果、回転軸に接触している内輪と、モータケースに接触している外輪との間にも電位差が生じなくなる。
【０００５】
第２に、導電性を有するグリースを転がり軸受内に封入することにより、内輪と外輪を等電位に保持する。導電性を有するグリースとしては、カーボン粒子のような導電率の高い粒子がグリースに添加されているものが使用される。
第３に、基油粘度の高いグリースを転がり軸受内に封入して、転動体と内外輪との間に厚い油膜を形成することにより、内輪と外輪を電気的に絶縁する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来法にはそれぞれ以下のような問題点がある。
第１の方法では、特に送風ファン用のモータの場合、電気的ブラシを設置する空間を確保することが困難である。また、設置空間が確保されたとしても、電気的ブラシによる摩耗粉がモータから排出されて空気中に粉塵として放出されるため、特にクリーンルームの送風ファン用モータとして使用することができない。
【０００７】
第２の方法では、グリースにカーボン粒子等が混入されているために、通常のグリースを使用した場合よりも、回転時の騒音が大きくなることが避けられない。また、導電性を有するグリースは高価なものであるため、コストが高くなるという問題もある。
第３の方法では、粘度の高いグリースを使用するために、軸受のトルクが高くなって軸受内の温度が上昇する恐れがある。また、厚い油膜を形成したとしても油膜の厚さには限界があり、インバータのキャリア周波数の高さによっては、内輪と外輪を電気的に絶縁する効果が得られない場合もある。また、グリースの経時変化や軸受内への異物の侵入によって油膜の状態は変化するため、この方法で内輪と外輪の絶縁状態を長期間保持することは難しい。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に着目してなされたものであり、上記電動モータをインバータからの交流により高いキャリア周波数で作動させた場合に、回転軸とモータケースとの間に取り付けられた転がり軸受内に電流が流れることを確実に防止し、しかも粉塵発生やコストアップ、騒音上昇等の問題点が生じないようにすることを課題とする。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、金属製の回転軸と、この回転軸に固定された金属製のロータと、このロータの外側に所定の隙間を開けて配置された金属製のステータと、このステータの外側に固定された金属製のモータケースと、前記回転軸をこのモータケースに対して回転自在に支持する、内外輪および転動体が金属製である転がり軸受とを備え、前記ステータにインバータから交流を供給することで回転軸が回転する電動モータにおいて、前記転がり軸受の外輪の外周面とモータケースとの間に、成形収縮率が１．５体積％以下である合成樹脂材料を使用して金型のゲート形状をディスクゲートにして射出成形を行うことにより円環状に成形された絶縁部材を有し、この絶縁部材は、外輪の外周面に配置される筒状部と外輪の端面に配置される縁部とが断面Ｌ字状に連結された形状であり、前記筒状部の軸方向長さＢを、外輪の幅（軸方向長さ）Ａに対する比（Ｂ／Ａ）が０．５〜０．８となるように形成したことを特徴とする電動モータを提供する。
【００１０】
本発明はまた、この電動モータに使用される、内外輪および転動体が金属製である転がり軸受であって、外輪の外周面に、成形収縮率が１．５体積％以下である合成樹脂材料を使用して金型のゲート形状をディスクゲートにして射出成形を行うことにより円環状に成形された絶縁部材を有し、この絶縁部材は、外輪の外周面に配置される筒状部と外輪の端面に配置される縁部とが断面Ｌ字状に連結された形状であり、前記筒状部の軸方向長さＢを、外輪の幅（軸方向長さ）Ａに対する比（Ｂ／Ａ）が０．５〜０．８となるように形成したことを特徴とする転がり軸受を提供する。
本発明の電動モータによれば、前記絶縁部材が、モータケースと転がり軸受とを電気的に絶縁しているため、モータの回転軸に発生する軸電圧が大きくなって、回転軸とモータケースとの間に大きな電位差が生じた場合でも、両者間の転がり軸受内に電流が流れることが防止される。
【００１１】
本発明において、前記絶縁部材は、成形収縮率が１．５体積％以下である合成樹脂材料を使用して金型のゲート形状をディスクゲートにして射出成形を行うことにより、円環状に成形された部材である。絶縁部材の成形材料として成形収縮率が１．５体積％以下の合成樹脂材料を使用し、金型のゲート形状をディスクゲートにして射出成形を行うことにより、円環状に成形された絶縁部材の真円度が良好になり、クリープ特性も良好になる。
絶縁部材の真円度が良好であると、モータの回転軸と転がり軸受との同軸度をこの絶縁部材の介在によって悪化させることが防止される。絶縁部材のクリープ特性が良好であると、この絶縁部材を設けることによって電動モータの耐久性が低下することが防止される。
【００１２】
絶縁部材の成形材料として使用する合成樹脂材料は、電動モータの使用環境に応じた耐熱性および耐油性等を備えている必要がある。また、合成樹脂単独での成形収縮率が１．５体積％を超える場合には、充填材を添加することにより成形収縮率を１．５体積％以下（好ましくは１．０体積％以下）にしてもよい。
このような合成樹脂材料としては、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアミド６（ＰＡ６）、芳香族ナイロン、およびポリアセタール（ＰＯＭ）から選択された合成樹脂に、ガラス繊維、シリカ粒子、およびチタン酸カリウム繊維から選択された充填材を、成形収縮率が１．５体積％以下（好ましくは１．０体積％以下）となるように添加したものが挙げられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に相当する電動モータを示す断面図である。
この電動モータ１０は、回転軸１と、ロータ２と、ステータ３と、モータケース４と、二つの転がり軸受５と、二つの円環状の絶縁部材６とを備えている。これらのうち絶縁部材６を除いた部材は金属製である。また、この電動モータ１０は、ステータ３にインバータから交流を供給することにより、回転軸１が回転して作動するものである。
【００１４】
回転軸１は、長さ方向の中心部１１が両方の端部１２，１３より太く、中心部１１と両端部１２，１３との境界に、軸に垂直なフランジ面１４が設けてある。円筒形のロータ２は、回転軸１の中心部１１に固定されている。ロータ２の外周側に、内径がロータ２の外径より僅かに大きな円筒形のステータ３が配置されている。
【００１５】
モータケース４は、ステータ３の外周部に配置される円筒形の本体部４１と、本体部４１の底面を塞ぐ蓋部４２，４３とからなる。本体部４１の軸方向の長さは、回転軸１の中心部１１の長さと同じである。この本体部４１の内周面にステータ３が固定されている。
蓋部４２，４３は、本体部４１の底面の周縁部を塞ぐフランジ部４２ａ，４３ａと、中心部を塞ぐ有底円筒形の凸部４２ｂ，４３ｂとからなる。凸部４２ｂ，４３ｂは、フランジ部４２ａ，４３ａの内周から、軸と略平行に外側に突出している。回転軸１をモータケース４の外部に突出させる側の蓋部４２には、凸部４２ｂの底部に回転軸１を貫通させる円孔４２ｃが設けてある。
【００１６】
二つの転がり軸受５は、図２に示すように、内輪５１と、外輪５２と、転動体５３と、保持器５４と、シールド板５５とで構成され、これら全ての部材が金属製である。各転がり軸受５の内輪５１は、回転軸１の端部１２，１３に、内輪５１の端面をフランジ面１４に接触させた状態で取り付けられている。
また、両転がり軸受５の外輪５２に、円環状の絶縁部材６が取り付けられている。この絶縁部材６の形状は、外輪５２の外周面に配置される筒状部６１と、外輪５２の端面に配置される縁部６２とが、断面Ｌ字状に連結されたような形状である。
【００１７】
この絶縁部材６は、成形収縮率が１．５体積％以下である合成樹脂材料を使用して、射出成形により成形されたものである。筒状部６１の真円度を高くするために、金型のゲート形状をディスクゲートにして射出成形を行う。その結果、図３に示すような成形体が得られる。この成形体を、ディスクゲート７と縁部６２との境界（図３に１点鎖線Ｃで示す）で切断することにより、絶縁部材６からディスクゲート７およびスプルー８を分離する。
【００１８】
ここでは、絶縁部材６の成形を、筒状部６１の内径が転がり軸受５の外輪５２の外径より僅かに小さくなり、筒状部６１の外径が凸部４２ｂ，４３ｂの内径より僅かに大きくなるようにして行う。これにより、この絶縁部材６の筒状部６１は、転がり軸受５の外輪５２とモータケース４の凸部４２ｂ，４３ｂとに対して圧入により固定可能な寸法に形成される。
【００１９】
したがって、この絶縁部材６の取付けの際には、先ず、筒状部６１を外輪５２の外周面に圧入することにより、一定の締め代で転がり軸受５に固定する。その後、この筒状部６１を凸部４２ｂ，４３ｂの内周面に圧入することにより、転がり軸受５と一体になった絶縁部材６をモータケース４内に一定の締め代で固定する。これにより、絶縁部材６は、転がり軸受５の外輪５２の外周面とモータケース４との間に固定される。
【００２０】
なお、絶縁部材６の筒状部６１の軸方向長さＢを、転がり軸受５の外輪５２の幅（軸方向長さ）Ａに対する比（Ｂ／Ａ）が０．５〜０．８となるようにすることが好ましい。この比が０．５未満であると、絶縁部材６とモータケース４の凸部４２ｂ，４３ｂ内面との接触面積が不十分となって、時間の経過につれて筒状部６１の厚さが減少していく恐れがある。筒状部６１の厚さが減少すると、モータケース４内で転がり軸受５ががたつき、異常音や振動が発生する場合がある。一方、この比（Ｂ／Ａ）が０．８を超えると、転がり軸受５に生じた熱が放出され難くなるため、好ましくない。
【００２１】
このような構成である電動モータ１０は、インバータのキャリア周波数を高く設定して作動させた結果、回転軸１に発生する軸電圧が大きくなって、回転軸１とモータケース４との間に大きな電位差が生じた場合でも、絶縁部材６によりモータケース４と転がり軸受５とが電気的に絶縁されているため、転がり軸受５の内輪５１と外輪５２が等電位となって、転がり軸受５内に電流が流れることが防止される。これにより、内輪５１および外輪５２の軌道面と転動体５３の転動面に電食が発生することが防止されるため、転がり軸受５の耐久性が向上する。また、従来の対策のような、粉塵発生やコストアップ、騒音上昇等の問題点も生じない。
【００２２】
これに対して、この絶縁部材６がない場合には、モータケース４と転がり軸受５の外輪５２が等電位になり、回転軸１と転がり軸受５の内輪５１が等電位になるため、転がり軸受５の内輪５１と外輪５２との間に電位差が生じて、転がり軸受５内に電流が流れる。その結果、内輪５１および外輪５２の軌道面と転動体５３の転動面に電食が発生して、転がり軸受５の耐久性が悪くなる。
【００２３】
なお、この実施形態では、絶縁部材６を転がり軸受５の外輪５２の外周面とモータケース４との間にのみ設けているが、内輪５１の内周面と回転軸１との間にのみ設けてもよいし、これら両方の位置に設けてもよい。
また、この実施形態の電動モータ１０は、エアコンディショナ用の送風ファン等に使用されるモータであるが、本発明の電動モータはこれに限定されるものではなく、インバータからの交流で作動する電動モータであればいずれのものにも適用できる。
【００２４】
【実施例】
次に、成形に使用した材料の成形収縮率の違いによる、絶縁部材の性能の違いを以下のようにして調べた。
転がり軸受５として、内輪５１の内径が１５ｍｍ、外輪５２の外径が３２ｍｍ、幅が９ｍｍである単列深溝玉軸受を用意した。この軸受の外輪５２の外周面に圧入する上記実施形態の絶縁部材６として、図３に示す寸法Ｄ（筒状部６１の内径）が３１．９５ｍｍであり、寸法Ｔ（筒状部６１の厚さ）が１．５ｍｍであり、寸法Ｂ（筒状部６１の軸方向長さ）が７ｍｍであり、寸法ｔ（縁部６２の厚さ）が２ｍｍであり、寸法Ｗ（縁部６２の幅）が３．２５ｍｍである成形体を、下記の材料を使用して、ゲート形状をディスクゲート７とした射出成形法により成形した。前記比（Ｂ／Ａ）は０．７８である。また、モータケース４の凸部４２ｂ，４３ｂの内径は３５ｍｍである。
【００２５】
材料は以下の市販品をそのまま使用した。
実施例１：ポリプラスチック（株）製、「ジュラネックス７４０７」
実施例２：ポリプラスチック（株）製、「ジュラネックス３３００」
実施例３：ポリプラスチック（株）製、「フォートロン１１４０Ａ４」
比較例１：ポリプラスチック（株）製、「ジュラネックス２０００」
比較例２：日本合成ゴム（株）製、「Ｓｔａｎｙｌ  ＴＳ３００」
これらの材料の成分と成形収縮率を表１に示す。なお、表１に示す充填材の含有率は、混合物中での存在率である。また、表１の成形収縮率はメーカのカタログ値で、流動直角方向の値を示す。
【００２６】
【表１】
0003747684.tif 000002
【００２７】
先ず、得られた絶縁部材６を、二つの転がり軸受５の外輪５２の外周面に圧入して一体化する。この状態で、絶縁部材６の外周面の真円度を測定する。この真円度が１０μｍ以下であれば、絶縁部材６の成形精度が良好である「○」と判断し、１０μｍを超えた場合には、絶縁部材６の成形精度が良好でない「×」と判断した。
【００２８】
次に、二つの転がり軸受５の外輪５２に一体化された絶縁部材６の筒状部６１を、モータケース４の凸部４２ｂ，４３ｂの内周面にそれぞれ圧入する。このようにして、実施例１〜３，比較例１，２毎に、同じ絶縁部材６が一体化された二つの転がり軸受５を、モータケース４と回転軸１との間に取り付けて、上記実施形態の電動モータ１０を組み立てる。
【００２９】
次に、この電動モータ１０のモータケース４と回転軸１との間に電位差（２０Ｖ）を生じさせた状態で、室温で２０００時間放置した後に、この電動モータ１０を分解して、転がり軸受５に電食が発生しているかどうかを調べた。この試験の結果、電食が発生していなかった場合には、絶縁部材６の絶縁性が良好である「○」と判断し、電食が発生していた場合には、絶縁部材６の絶縁性が良好でない「×」と判断した。
【００３０】
一方、絶縁部材６の筒状部６１のモータケース４に対する締め代を１０μｍとし、前述のようにして組み立てた電動モータ１０を８０℃の雰囲気に１００時間放置した後に、この電動モータ１０を分解して、絶縁部材６の筒状部６１の厚さＴの減少量を測定した。その結果、厚さの減少量が３μｍ以下である場合には、絶縁部材６の耐クリープ性が良好である「○」と判断し、３μｍを超えた場合には、絶縁部材６の耐クリープ性が良好でない「×」と判断した。
【００３１】
これらの結果を下記の表２に示す。
【００３２】
【表２】
0003747684.tif 000003
【００３３】
この表に示すように、絶縁部材６の成形材料の成形収縮率が１．５体積％以下である実施例１〜３は、絶縁性、耐クリープ性、成形精度の全てが良好となるが、１．５体積％を超える比較例１，２では、絶縁性は良好であるが、耐クリープ性と成形精度は不良になることが分かる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電動モータによれば、インバータからの交流により高いキャリア周波数で作動させた場合でも、回転軸とモータケースとの間に取り付けられた転がり軸受内に電流が流れることが確実に防止されて、転がり軸受の耐久性が向上する。また、従来の対策のような、粉塵発生やコストアップ、騒音上昇等の問題点も生じない。
【００３５】
本発明の転がり軸受によれば、この軸受を、インバータからの交流で作動する電動モータの回転軸とモータケースとの間に取り付けることにより、本発明の電動モータと同じ効果を有する電動モータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に相当する電動モータを示す断面図である。
【図２】実施形態で使用した、転がり軸受に絶縁部材が一体化されたものを示す概略断面図である。
【図３】実施形態で作製した絶縁部材の成形方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１  回転軸
２  ロータ
３  ステータ
４  モータケース
５  転がり軸受
６  絶縁部材
１０  電動モータ
５１  内輪
５２  外輪
５３  転動体
【図１】
0003747684.tif 000004
【図２】
0003747684.tif 000005
【図３】
0003747684.tif 000006