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JP2014159869A - Rolling bering device - Google Patents

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JP2014159869A
JP2014159869A JP2013172879A JP2013172879A JP2014159869A JP 2014159869 A JP2014159869 A JP 2014159869A JP 2013172879 A JP2013172879 A JP 2013172879A JP 2013172879 A JP2013172879 A JP 2013172879A JP 2014159869 A JP2014159869 A JP 2014159869A
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Japan
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rolling bearing
rolling
housing
rotating shaft
sleeve
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JP2013172879A
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Japanese (ja)
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Yasuhiro Ishimori
康浩 石森
Kei Jo
慧 徐
Kenichi Iso
賢一 磯
Takeshi Maejima
武始 前島
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NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
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Abstract

【課題】焼付きが生じにくく長寿命な転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】電動圧縮機は、略筒状のハウジング1と、ハウジング1の内部に同軸に配された回転軸2と、ハウジング1に回転軸2を回転自在に支持する転がり軸受10,10と、を備えている。回転軸2の一端部は、ハウジング1の開口部1aから外部に突出していて、この回転軸2の端部には、空気を圧縮するためのインペラ3が取り付けられている。さらに、ハウジング1の内周面にはスリーブ8が圧入されており、スリーブ8の径方向内側に転がり軸受10が配されている。そして、スリーブ8の内周面と転がり軸受10の外輪12の外周面との間には、径方向隙間Cが設けられている。径方向隙間Cの大きさは、スリーブ8に対する外輪12の傾きが0.0025rad以下となるような大きさに設定されている。
【選択図】図2
Provided is a rolling bearing device that is less likely to seize and has a long life.
An electric compressor includes a substantially cylindrical housing 1, a rotating shaft 2 coaxially arranged inside the housing 1, and rolling bearings 10 and 10 for rotatably supporting the rotating shaft 2 on the housing 1. It is equipped with. One end of the rotating shaft 2 protrudes to the outside from the opening 1 a of the housing 1, and an impeller 3 for compressing air is attached to the end of the rotating shaft 2. Further, a sleeve 8 is press-fitted into the inner peripheral surface of the housing 1, and a rolling bearing 10 is disposed on the radially inner side of the sleeve 8. A radial gap C is provided between the inner peripheral surface of the sleeve 8 and the outer peripheral surface of the outer ring 12 of the rolling bearing 10. The size of the radial gap C is set such that the inclination of the outer ring 12 with respect to the sleeve 8 is 0.0025 rad or less.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は転がり軸受装置に関する。   The present invention relates to a rolling bearing device.

ハウジングと、羽根車を端部に備えた回転軸と、ハウジングに回転軸を回転自在に支持する転がり軸受と、回転軸の外周面に設けられたロータと、ハウジングの内周面に設けられたステータと、を備え、ロータとステータとが径方向に対向配置された転がり軸受装置は、例えば車載用過給機や空気圧送機に組み込まれ、電動圧縮機、電動送風機として使用される(特許文献1を参照)。   A housing, a rotating shaft provided with an impeller at its end, a rolling bearing that rotatably supports the rotating shaft on the housing, a rotor provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft, and an inner peripheral surface of the housing; A rolling bearing device including a stator, in which a rotor and a stator are arranged to face each other in a radial direction, is incorporated in, for example, an in-vehicle supercharger or a pneumatic feeder, and is used as an electric compressor or an electric blower (Patent Document) 1).

特開2002−369474号公報JP 2002-369474 A

例えば、車載用過給機に用いられる電動圧縮機(転がり軸受装置)は、一般に数万〜数十万rpmという高い回転速度で使用されるので、転動体と軌道面との間に滑りが発生して焼付き、軸受寿命が低下するおそれがあった。そのため、上記のような転がり軸受装置には、焼付きの防止が要求されていた。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、高い回転速度で使用されても焼付きが生じにくく長寿命な転がり軸受装置を提供することを課題とする。
For example, electric compressors (rolling bearing devices) used for in-vehicle turbochargers are generally used at high rotational speeds of tens of thousands to hundreds of thousands of rpm, so slippage occurs between the rolling elements and the raceway surface. As a result, seizure and bearing life may be shortened. Therefore, the rolling bearing device as described above is required to prevent seizure.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to provide a long-life rolling bearing device that is unlikely to cause seizure even when used at a high rotational speed.

前記課題を解決するため、本発明の態様は、次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係る転がり軸受装置は、ハウジングと、羽根車を備えた回転軸と、内輪と外輪との間に複数の転動体を転動自在に備え、前記ハウジングと前記回転軸との間に配されて前記回転軸を前記ハウジングに回転自在に支持する転がり軸受と、前記ハウジングと前記転がり軸受の外輪との間に配されたスリーブと、前記回転軸の外周面に設けられたロータと、前記ロータに対向するように前記ハウジングの内周面に設けられたステータと、を備え、前記外輪の外周面と前記スリーブの内周面との間に径方向隙間を設け、前記スリーブに対する前記外輪の傾きを0.0025rad以下としたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, an aspect of the present invention has the following configuration. That is, a rolling bearing device according to an aspect of the present invention includes a housing, a rotary shaft provided with an impeller, and a plurality of rolling elements between an inner ring and an outer ring so as to freely roll, the housing and the rotary shaft A rolling bearing for rotatably supporting the rotating shaft on the housing, a sleeve disposed between the housing and an outer ring of the rolling bearing, and an outer peripheral surface of the rotating shaft. And a stator provided on the inner peripheral surface of the housing so as to face the rotor, a radial clearance is provided between the outer peripheral surface of the outer ring and the inner peripheral surface of the sleeve, The inclination of the outer ring with respect to the sleeve is 0.0025 rad or less.

この転がり軸受装置においては、前記転がり軸受を玉軸受とし、前記内輪が備える軌道溝の溝半径を、前記転動体である玉の直径の54%以上60%以下とすることができる。   In this rolling bearing device, the rolling bearing can be a ball bearing, and the groove radius of the raceway groove provided in the inner ring can be 54% or more and 60% or less of the diameter of the ball that is the rolling element.

本発明の転がり軸受装置は、外輪の外周面とスリーブの内周面との間に径方向隙間を設け、スリーブに対する外輪の傾きを0.0025rad以下としたので、高い回転速度で使用されても焼付きが生じにくく長寿命である。   The rolling bearing device of the present invention has a radial clearance between the outer peripheral surface of the outer ring and the inner peripheral surface of the sleeve, and the inclination of the outer ring with respect to the sleeve is 0.0025 rad or less. Seizure hardly occurs and has a long life.

本発明に係る転がり軸受装置の一実施形態である電動圧縮機の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the electric compressor which is one Embodiment of the rolling bearing apparatus which concerns on this invention. 図1における転がり軸受及びその周辺部分を拡大して示した部分断面図である。It is the fragmentary sectional view which expanded and showed the rolling bearing in FIG. 1, and its peripheral part. 試験装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a test apparatus. 転がり軸受装置の第1変形例である電動圧縮機の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the electric compressor which is the 1st modification of a rolling bearing apparatus. 転がり軸受装置の第2変形例である電動圧縮機の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the electric compressor which is the 2nd modification of a rolling bearing apparatus. 転がり軸受装置の第3変形例である電動圧縮機の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the electric compressor which is the 3rd modification of a rolling bearing apparatus. 転がり軸受装置の第4変形例である電動圧縮機の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the electric compressor which is the 4th modification of a rolling bearing apparatus.

本発明に係る転がり軸受装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明に係る転がり軸受装置の一実施形態である電動圧縮機の構造を示す断面図である。また、図2は、図1における転がり軸受及びその周辺部分を拡大して示した部分断面図である。
図1の電動圧縮機は、略筒状のハウジング1と、ハウジング1の内部に同軸に配された回転軸2と、ハウジング1に回転軸2を回転自在に支持する一対の転がり軸受10,10と、を備えている。この転がり軸受10としては、例えば、図1,2に示されるように、内輪11と、外輪12と、内輪11及び外輪12の間に転動自在に配された複数の転動体(玉)13と、を備えるアンギュラ玉軸受が使用される。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a rolling bearing device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of an electric compressor which is an embodiment of a rolling bearing device according to the present invention. FIG. 2 is an enlarged partial sectional view showing the rolling bearing and its peripheral portion in FIG.
The electric compressor of FIG. 1 includes a substantially cylindrical housing 1, a rotating shaft 2 coaxially arranged inside the housing 1, and a pair of rolling bearings 10 and 10 that rotatably support the rotating shaft 2 in the housing 1. And. As the rolling bearing 10, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, an inner ring 11, an outer ring 12, and a plurality of rolling elements (balls) 13 that are arranged to freely roll between the inner ring 11 and the outer ring 12. And an angular ball bearing comprising:

なお、転がり軸受10の内部(内輪11の外周面と外輪12の内周面との間に形成される内部空間)には、図示しないグリースが封入されている。このグリースにより、転がり軸受10の内輪11、外輪12、及び転動体13の潤滑がなされていて、摩擦の低減や焼付きの抑制がなされている。また、転がり軸受10は、図1のようにシール装置を備えていてもよいが、備えていなくてもよい。   Note that grease (not shown) is sealed inside the rolling bearing 10 (internal space formed between the outer peripheral surface of the inner ring 11 and the inner peripheral surface of the outer ring 12). The grease lubricates the inner ring 11, the outer ring 12, and the rolling elements 13 of the rolling bearing 10, thereby reducing friction and suppressing seizure. Further, the rolling bearing 10 may be provided with a sealing device as shown in FIG. 1, but may not be provided.

回転軸2の一端部(図1においては右方の端部)は、ハウジング1の開口部1aから外部に突出している。ハウジング1の外部に突出した回転軸2の端部には、空気を圧縮するためのインペラ3(本発明の構成要件である羽根車に相当する)がナット22によって取り付けられていて、インペラ3はハウジング1の外部に配されている。そして、ハウジング1の軸方向端部のうちインペラ3が位置する側の軸方向端部(図1においては右方の端部)には、インペラ3を内包する送気管23が一体的に形成されている。   One end of the rotating shaft 2 (the right end in FIG. 1) protrudes from the opening 1 a of the housing 1 to the outside. An impeller 3 for compressing air (corresponding to an impeller which is a constituent element of the present invention) is attached to an end of the rotating shaft 2 protruding outside the housing 1 by a nut 22. Arranged outside the housing 1. An air supply pipe 23 containing the impeller 3 is integrally formed at the axial end of the housing 1 on the side where the impeller 3 is located (the right end in FIG. 1). ing.

なお、開口部1aには、ラビリンスシール、メカニカルシール等の密封装置(図示せず)が備えられており、回転軸2とハウジング1との間を密封している。また、これ以降においては、ハウジング1や回転軸2の軸方向端部のうち、インペラ3が位置する側の軸方向端部(図1においては右方の端部)を「インペラ側端部」、その反対側の軸方向端部(図1においては左方の端部)を「反インペラ側端部」と記すこともある。   The opening 1 a is provided with a sealing device (not shown) such as a labyrinth seal or a mechanical seal, and seals between the rotating shaft 2 and the housing 1. In the following, the axial end (the right end in FIG. 1) on the side where the impeller 3 is located among the axial ends of the housing 1 and the rotary shaft 2 is referred to as “impeller side end”. The opposite axial end (the left end in FIG. 1) may be referred to as the “anti-impeller side end”.

転がり軸受10は2個用いられ、これら2個の転がり軸受10,10は、正面組合せ(DF)でハウジング1と回転軸2との間に介装され、且つ、軸方向に間隔を空けて配されている。また、図2に示すように、ハウジング1の内周面には、金属製の円筒形状部材であるスリーブ8が圧入されており、スリーブ8の径方向内側に転がり軸受10が配されている。そして、スリーブ8の内周面と外輪12の外周面との間には、微小な径方向隙間C(以下、「クリアランス」と記すこともある)が設けられている。   Two rolling bearings 10 are used, and these two rolling bearings 10 and 10 are interposed between the housing 1 and the rotating shaft 2 in a front combination (DF) and are arranged with a space in the axial direction. Has been. As shown in FIG. 2, a sleeve 8, which is a metal cylindrical member, is press-fitted on the inner peripheral surface of the housing 1, and a rolling bearing 10 is disposed on the radially inner side of the sleeve 8. A small radial gap C (hereinafter also referred to as “clearance”) is provided between the inner peripheral surface of the sleeve 8 and the outer peripheral surface of the outer ring 12.

すなわち、2個の転がり軸受10,10は、回転軸2の外周面及びスリーブ8の内周面の間に配され、それぞれの内輪11,11が回転軸2に圧入等により固定され、それぞれの外輪12,12がスリーブ8に径方向隙間Cを介して保持されている。スリーブ8の内周面と外輪12の外周面との間に径方向隙間Cが設けられているので、外輪12,12は軸方向に変位可能となっている。   That is, the two rolling bearings 10 and 10 are arranged between the outer peripheral surface of the rotating shaft 2 and the inner peripheral surface of the sleeve 8, and the respective inner rings 11 and 11 are fixed to the rotating shaft 2 by press fitting or the like. The outer rings 12, 12 are held on the sleeve 8 via a radial gap C. Since the radial gap C is provided between the inner peripheral surface of the sleeve 8 and the outer peripheral surface of the outer ring 12, the outer rings 12, 12 can be displaced in the axial direction.

そして、径方向隙間Cの大きさは、スリーブ8に対する外輪12の傾き(以下、「ミスアライメント」と記すこともある)が0.0025rad以下(好ましくは0.0020rad以下)となるような大きさに設定されている。つまり、スリーブ8の中心軸線と外輪12の中心軸線とのなす角度が、0.0025rad以下(好ましくは0.0020rad以下)となるように、径方向隙間Cの大きさが設定されている。なお、スリーブ8の軸方向長さは、外輪12の幅以上とすることが好ましい。また、スリーブ8の厚さは、転がり軸受10に作用するラジアル荷重によって変形しない厚さとすることが好ましい。   The radial clearance C is such that the inclination of the outer ring 12 with respect to the sleeve 8 (hereinafter sometimes referred to as “misalignment”) is 0.0025 rad or less (preferably 0.0020 rad or less). Is set to That is, the size of the radial gap C is set so that the angle formed by the center axis of the sleeve 8 and the center axis of the outer ring 12 is 0.0025 rad or less (preferably 0.0020 rad or less). The axial length of the sleeve 8 is preferably equal to or greater than the width of the outer ring 12. In addition, the thickness of the sleeve 8 is preferably set to a thickness that does not deform due to a radial load acting on the rolling bearing 10.

また、2個の転がり軸受10,10の間には、回転軸2の外周面に嵌合された内輪間座24が介在している。そして、これら転がり軸受10,10の各内輪11,11は、その内側面(互いに対向する側面)が内輪間座24に突き当てられ、その外側面(対向していない軸方向外側の側面)が、回転軸2の両端部近傍部分に形成された段部の側壁2aに突き当てられている。これにより、2個の転がり軸受10,10の内輪11,11の軸方向の変位が規制されている。
一方、2個の転がり軸受10,10の外輪12,12のうち一方(図1においては左側の転がり軸受10の外輪12)は、その外側面(対向していない軸方向外側の側面)に予圧負荷用ばね21が突き当てられていて、予圧負荷用ばね21により軸方向の予圧が付与されている。
An inner ring spacer 24 fitted to the outer peripheral surface of the rotary shaft 2 is interposed between the two rolling bearings 10 and 10. And each inner ring | wheel 11, 11 of these rolling bearings 10 and 10 has the inner side surface (side surface which mutually opposes) abuts against the inner ring spacer 24, and the outer side surface (side surface which is not facing the axial direction outer side). The abutting portion is abutted against the side wall 2a of the step portion formed in the vicinity of both end portions of the rotating shaft 2. Thereby, the axial displacement of the inner rings 11, 11 of the two rolling bearings 10, 10 is restricted.
On the other hand, one of the outer rings 12 and 12 of the two rolling bearings 10 and 10 (the outer ring 12 of the left rolling bearing 10 in FIG. 1) is preloaded on the outer side surface (the axially outer side surface that is not opposed). A load spring 21 is abutted, and an axial preload is applied by the preload load spring 21.

このような構成により、予圧負荷用ばね21が突き当てられている転がり軸受10には予圧が付与され、ハウジング1の内側に回転軸2をがたつきなく回転自在に支持している。なお、転がり軸受10として玉軸受を用いた場合は、予圧を負荷することにより、転がり軸受10の軸方向の位置決めを正確にし、回転軸2の振れを抑え、転動体13の滑りを抑制することができる。予圧の負荷方法としては、予圧負荷用ばね21を用いた定圧予圧方式が好ましい。予圧負荷用ばね21としては、例えば圧縮コイルばねを使用することができる。   With such a configuration, a preload is applied to the rolling bearing 10 against which the preload load spring 21 is abutted, and the rotary shaft 2 is rotatably supported inside the housing 1 without rattling. When a ball bearing is used as the rolling bearing 10, the preload is applied to accurately position the rolling bearing 10 in the axial direction, suppress the runout of the rotating shaft 2, and suppress the sliding of the rolling element 13. Can do. As a preloading method, a constant pressure preloading method using a preloading spring 21 is preferable. As the preload spring 21, for example, a compression coil spring can be used.

さらに、電動圧縮機は、ロータ5とステータ6からなる電動モータを備えている。回転軸2の外周面の軸方向中間部で且つ2個の転がり軸受10,10の間の部分には、界磁マグネットを有するロータ5が締り嵌めにより固定されている。また、ハウジング1の内周面でロータ5の外周面と対向する部分には、ステータ6が固定されている。ロータ5は、複数枚の磁性金属薄板を軸方向に積層してなる積層コアとし、マグネットを有しない構成とすることもできる。また、ステータ6の種類は特に限定されるものではないが、例えば、図1に示すように、複数枚の磁性金属薄板を軸方向に積層してなる積層コア6aに、電機子コイル6bを巻き付けることにより構成されるものがあげられる。   Furthermore, the electric compressor includes an electric motor including a rotor 5 and a stator 6. A rotor 5 having a field magnet is fixed by an interference fit at an intermediate portion in the axial direction of the outer peripheral surface of the rotary shaft 2 and between the two rolling bearings 10 and 10. A stator 6 is fixed to a portion of the inner peripheral surface of the housing 1 that faces the outer peripheral surface of the rotor 5. The rotor 5 may be a laminated core formed by laminating a plurality of thin magnetic metal plates in the axial direction, and may be configured without a magnet. The type of the stator 6 is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 1, the armature coil 6b is wound around a laminated core 6a formed by laminating a plurality of magnetic metal thin plates in the axial direction. The thing comprised by is mentioned.

この電機子コイル6bをモータインバータ27に接続して通電すると、電動モータにより回転軸2が回転駆動されるので、回転軸2に固定されているインペラ3が回転する。そして、インペラ3の回転によって、空気が送気管23内を圧送される。また、本実施形態の電動圧縮機は、回転軸2にロータ5及び転がり軸受10,10が固定されているので、軽量化、小型化、高効率化、及びシステム簡略化がなされている。   When the armature coil 6b is connected to the motor inverter 27 and energized, the rotary shaft 2 is rotationally driven by the electric motor, so that the impeller 3 fixed to the rotary shaft 2 rotates. The air is pumped through the air supply pipe 23 by the rotation of the impeller 3. In the electric compressor of this embodiment, since the rotor 5 and the rolling bearings 10 and 10 are fixed to the rotating shaft 2, the weight is reduced, the size is reduced, the efficiency is increased, and the system is simplified.

このような本実施形態の電動圧縮機は、気体を圧縮する種々の用途に使用可能であり、例えば車載用過給機(電動モータ駆動方式の過給機)に好適に使用可能である。車載用過給機に用いられる電動圧縮機は、一般に数万〜数十万rpmという高い回転速度で使用されるため、転動体と軌道面との間に滑りが発生して焼付きが生じやすい。しかしながら、本実施形態の電動圧縮機は、上記のようにスリーブ8の内周面と外輪12の外周面との間にクリアランスCが設けられていて、外輪12が軸方向に変位可能となっているので、転がり軸受10に適正な予圧を付与することができる。そして、転動体13と内輪11の軌道面との間の滑りが増加しない最低限の予圧を付与するので、滑りが増加せず転がり軸受10の焼付きが生じにくい。   Such an electric compressor of the present embodiment can be used for various purposes for compressing gas, and can be suitably used for, for example, a vehicle-mounted supercharger (electric motor-driven supercharger). Electric compressors used in in-vehicle superchargers are generally used at high rotational speeds of tens of thousands to hundreds of thousands of rpm, so that slippage occurs between the rolling elements and the raceway surface, and seizure is likely to occur. . However, in the electric compressor of this embodiment, the clearance C is provided between the inner peripheral surface of the sleeve 8 and the outer peripheral surface of the outer ring 12 as described above, and the outer ring 12 can be displaced in the axial direction. Therefore, an appropriate preload can be applied to the rolling bearing 10. And since the minimum preload which does not increase the slip between the rolling element 13 and the raceway surface of the inner ring | wheel 11 is provided, slip does not increase and the seizure of the rolling bearing 10 does not arise easily.

また、上記のようにスリーブ8の内周面と外輪12の外周面との間に適正なクリアランスCを設けて、スリーブ8に対する外輪12の傾きを0.0025rad以下(好ましくは0.0020rad以下)としているので、公転する転動体13と内輪11の軌道面との間に発生する相対的な滑りを抑制している。そのため、転動体13と内輪11の軌道面との間に焼付きが生じにくいので、本実施形態の電動圧縮機は、数万〜数十万rpmという高い回転速度で使用されても焼付きが生じにくく長寿命である。   Further, as described above, an appropriate clearance C is provided between the inner peripheral surface of the sleeve 8 and the outer peripheral surface of the outer ring 12, and the inclination of the outer ring 12 with respect to the sleeve 8 is 0.0025 rad or less (preferably 0.0020 rad or less). Therefore, the relative slip which generate | occur | produces between the rolling element 13 which revolves and the track surface of the inner ring | wheel 11 is suppressed. For this reason, seizure hardly occurs between the rolling elements 13 and the raceway surface of the inner ring 11, and therefore the electric compressor of this embodiment does not seize even when used at a high rotational speed of tens of thousands to hundreds of thousands of rpm. It is difficult to occur and has a long life.

このとき、焼付きが発生しやすい内輪11の軌道面(軌道溝)の溝半径を適切に設定することにより、焼付きの発生をより抑制することができる。すなわち、内輪11が備える軌道溝の溝半径は、転動体13である玉の直径の54%以上60%以下とすることが好ましい。このような構成とすれば、スリーブ8に対して外輪12が傾斜(ミスアライメント)していても、公転する転動体13と内輪11の軌道面との間に発生する相対的な滑りが抑制されやすいので、焼付きの発生をより抑制することができる。   At this time, the seizure can be further suppressed by appropriately setting the groove radius of the raceway surface (the raceway groove) of the inner ring 11 where seizure is likely to occur. That is, the groove radius of the raceway groove provided in the inner ring 11 is preferably 54% or more and 60% or less of the diameter of the ball that is the rolling element 13. With such a configuration, even if the outer ring 12 is inclined (misaligned) with respect to the sleeve 8, the relative slip generated between the revolving rolling element 13 and the raceway surface of the inner ring 11 is suppressed. Since it is easy, the occurrence of seizure can be further suppressed.

そして、このような構成は、反インペラ側端部に配置された転がり軸受10(図1においては左側の転がり軸受10)に対して適用することが特に好ましい。その理由は以下の通りである。インペラ3が回転して空気を圧送している際には、回転軸2には反インペラ側端部からインペラ側端部に向かう方向の力(図1においては右方向の力)が作用する。よって、インペラ側端部に配置された転がり軸受10は、インペラ3の回転速度の上昇に伴って予圧が高まり、公転する転動体13と内輪11の軌道面との間に発生する滑りが低下するのに対して、反インペラ側端部に配置された転がり軸受10には、上記力が作用しないので、インペラ3の回転速度が上昇しても予圧は高まらず、予圧が過小になる場合もある。その結果、反インペラ側端部に配置された転がり軸受10の滑りが相対的に高くなるので、インペラ側端部に配置された転がり軸受10よりも焼付きが生じやすい。   Such a configuration is particularly preferably applied to the rolling bearing 10 (the left-side rolling bearing 10 in FIG. 1) disposed at the end portion on the side opposite to the impeller. The reason is as follows. When the impeller 3 rotates and pumps air, a force in the direction from the end portion on the anti-impeller side toward the end portion on the impeller side (force in the right direction in FIG. 1) acts on the rotary shaft 2. Therefore, in the rolling bearing 10 arranged at the impeller side end, the preload increases with the increase in the rotational speed of the impeller 3, and the slip generated between the revolving rolling element 13 and the raceway surface of the inner ring 11 decreases. On the other hand, since the force does not act on the rolling bearing 10 arranged at the end portion on the side opposite to the impeller, the preload does not increase even if the rotational speed of the impeller 3 increases, and the preload may be too small. . As a result, since the sliding of the rolling bearing 10 disposed at the opposite end portion of the impeller is relatively high, seizure is more likely to occur than the rolling bearing 10 disposed at the end portion of the impeller.

また、本実施形態の電動圧縮機と同様の構成の転がり軸受装置は、電動送風機としても使用できる。電動送風機は気体を送る種々の用途に使用可能であり、例えば、燃料電池用の空気圧送機、水蒸気圧送機に好適に使用可能である。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、2個の転がり軸受10,10は、正面組合せ(DF)とされていたが、背面組合せ(DB)とすることもできる。
Further, the rolling bearing device having the same configuration as that of the electric compressor of the present embodiment can be used as an electric blower. The electric blower can be used for various applications for sending gas, and can be suitably used for, for example, a pneumatic feeder for a fuel cell and a water vapor pump.
In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment. For example, in the present embodiment, the two rolling bearings 10 and 10 are a front combination (DF), but may be a rear combination (DB).

また、本実施形態においては、転がり軸受の例としてアンギュラ玉軸受をあげて説明したが、本発明においてはアンギュラ玉軸受以外の様々な種類の転がり軸受を使用することができる。例えば、深溝玉軸受,4点接触玉軸受,自動調心玉軸受,円筒ころ軸受,円すいころ軸受,針状ころ軸受,自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受,スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。   In the present embodiment, an angular ball bearing has been described as an example of a rolling bearing. However, in the present invention, various types of rolling bearings other than the angular ball bearing can be used. For example, radial rolling bearings such as deep groove ball bearings, 4-point contact ball bearings, self-aligning ball bearings, cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, needle roller bearings, self-aligning roller bearings, thrust ball bearings, thrust It is a thrust type rolling bearing such as a roller bearing.

さらに、本実施形態のように複数の転がり軸受を備える場合は、1種又は2種以上の転がり軸受を用いても差し支えない。そして、2種以上の転がり軸受を備える場合は、その種類の組み合わせは特に限定されない。さらに、回転軸2を支持する転がり軸受10の数は、特に限定されるものではなく、1個でもよいし2個以上でもよい。
さらに、転がり軸受10の軌道輪(内輪11及び外輪12)の材質は特に限定されるものではないが、鋼等の金属が好ましい。具体例としては、M50等の耐熱鋼(耐熱性,耐摩耗性を必要とする場合)、SUS440C等のステンレス鋼、SUJ2等の軸受鋼、浸炭鋼があげられる。
Further, when a plurality of rolling bearings are provided as in the present embodiment, one or more types of rolling bearings may be used. And when providing 2 or more types of rolling bearings, the combination of the kind is not specifically limited. Furthermore, the number of the rolling bearings 10 that support the rotating shaft 2 is not particularly limited, and may be one or two or more.
Furthermore, the material of the race rings (inner ring 11 and outer ring 12) of the rolling bearing 10 is not particularly limited, but a metal such as steel is preferable. Specific examples include heat-resistant steel such as M50 (when heat resistance and wear resistance are required), stainless steel such as SUS440C, bearing steel such as SUJ2, and carburized steel.

さらに、転動体13の材質は特に限定されるものではないが、鋼等の金属やセラミックが好ましく、回転軸2が数万〜数十万rpmという高速回転で使用される場合にはセラミックがより好ましい。セラミックの具体例としては、窒化ケイ素(Si)、アルミナ(Al)、炭化ケイ素(SiC)、ジルコニア(ZrO)、窒化アルミニウム(AlN)等があげられる。 Further, the material of the rolling element 13 is not particularly limited, but a metal such as steel or ceramic is preferable, and when the rotating shaft 2 is used at a high speed rotation of several tens of thousands to several hundred thousand rpm, the ceramic is more suitable. preferable. Specific examples of the ceramic include silicon nitride (Si 3 N 4 ), alumina (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), zirconia (ZrO 2 ), aluminum nitride (AlN), and the like.

本実施形態の電動圧縮機は、ハウジング2の内部に電動モータが設置されているため、この電動モータの発熱により、転がり軸受10の温度が上昇し、転がり軸受10の軌道面と転動体13の転動面との間に存在する油膜が薄くなるおそれがある。転動体13の材質として、一般的に使用する軸受鋼に比べて密度が小さいセラミックを使用すれば、回転軸2の回転時に転動体13に作用する遠心力が小さくなり、転がり軸受10に負荷される荷重を抑えて、発熱量の上昇を抑えることができる。   In the electric compressor of the present embodiment, since the electric motor is installed inside the housing 2, the temperature of the rolling bearing 10 rises due to the heat generated by the electric motor, and the raceway surface of the rolling bearing 10 and the rolling elements 13. There is a possibility that the oil film existing between the rolling surfaces becomes thin. If a ceramic having a lower density than the bearing steel used in general is used as the material of the rolling element 13, the centrifugal force acting on the rolling element 13 during rotation of the rotating shaft 2 is reduced, and the rolling bearing 10 is loaded. The increase in the calorific value can be suppressed by suppressing the load.

また、転動体13が金属製である場合は、摩耗が発生して焼付きが生じるおそれがあるが、転動体13をセラミック製とすれば、摩耗が抑制される。また、軌道輪11,12を耐熱鋼等の鋼製、転動体13をセラミック製とすれば、軌道輪11,12と転動体13とが異種材料であるため、上記油膜が不十分になっても両者の凝着が生じにくく、耐摩耗性,耐焼付き性が優れる。よって、転がり軸受10が長寿命となり、その結果、電動圧縮機が長寿命となる。
なお、圧縮や圧送を行う気体が高温の場合は、軌道輪11,12の材質を耐熱鋼とし、転動体13の材質をセラミックとすることが好ましいが、異質の材質であるため、線膨張係数の差による予圧変化が生じるおそれがある。よって、線膨張係数の差による予圧変化を抑えるため、定圧予圧とすることが好ましい。
In addition, when the rolling element 13 is made of metal, there is a possibility that wear may occur and seizure may occur. However, if the rolling element 13 is made of ceramic, the wear is suppressed. Further, if the races 11 and 12 are made of steel such as heat-resistant steel and the rolling elements 13 are made of ceramic, the races 11 and 12 and the rolling elements 13 are made of different materials, so the oil film becomes insufficient. However, they are less likely to adhere to each other and have excellent wear resistance and seizure resistance. Therefore, the rolling bearing 10 has a long life, and as a result, the electric compressor has a long life.
In addition, when the gas to be compressed or pumped is high temperature, it is preferable that the races 11 and 12 are made of heat-resistant steel and the rolling element 13 is made of ceramic. There is a risk that a change in preload due to the difference between the two occurs. Therefore, in order to suppress a change in preload due to a difference in linear expansion coefficient, it is preferable to use a constant pressure preload.

図4は、本発明に係る転がり軸受装置の第1変形例である電動圧縮機の構造を示す断面図である。本変形では、インペラ側端部に配置され、インペラ3が回転して空気を圧送している際に作用する力(図4においては右方向の力)を支承しながら回転軸2を支持する転がり軸受10の数を2個としている。従って、インペラ側端部に配置された転がり軸受10はインペラ3の回転速度の上昇に伴って予圧が高まるが、2つの転がり軸受10,10により力を分担しているので、転動体13と軌道面との面圧の上昇を抑制し、騒音の発生や軸受寿命の低下を防止する事ができる。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of an electric compressor which is a first modification of the rolling bearing device according to the present invention. In this modification, the rolling is arranged at the end of the impeller side and supports the rotating shaft 2 while supporting the force (the rightward force in FIG. 4) that acts when the impeller 3 rotates and pumps air. The number of bearings 10 is two. Accordingly, the rolling bearing 10 disposed at the end portion on the impeller side increases in preload as the rotational speed of the impeller 3 increases. However, since the force is shared by the two rolling bearings 10 and 10, the rolling element 13 and the raceway It is possible to suppress an increase in surface pressure with the surface, and to prevent generation of noise and a decrease in bearing life.

図5は、本発明に係る転がり軸受装置の第2変形例である電動圧縮機の構造を示す断面図である。本変形では、インペラ側端部に配置され、回転軸2を支持する転がり軸受10aとして、タンデム型の複列アンギュラ玉軸受を使用している。タンデム型の複列アンギュラ玉軸受の外輪12aは、複列の外輪軌道面が一体的に設けられた構造であり、その軸方向幅寸法は単列のアンギュラ玉軸受と比べて大きい。従って、スリーブ8に対するクリアランスが同じ場合でも、外輪12aの傾き(ミスアライメント)を小さくできる。また、図4の様な2つの転がり玉軸受10を組み合わせた場合と比較して、軸方向寸法を小さくして軸受装置をコンパクトにしたり、転動体(玉)13aを大きくして負荷容量を増大する事ができる。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of an electric compressor that is a second modification of the rolling bearing device according to the present invention. In this modification, a tandem type double-row angular ball bearing is used as the rolling bearing 10 a that is disposed at the impeller side end and supports the rotating shaft 2. The outer ring 12a of the tandem double-row angular ball bearing has a structure in which double-row outer ring raceway surfaces are integrally provided, and its axial width dimension is larger than that of the single-row angular ball bearing. Therefore, even when the clearance with respect to the sleeve 8 is the same, the inclination (misalignment) of the outer ring 12a can be reduced. Compared with the case where two rolling ball bearings 10 as shown in FIG. 4 are combined, the axial dimension is reduced to make the bearing device compact, or the rolling elements (balls) 13a are enlarged to increase the load capacity. I can do it.

図6は、本発明に係る転がり軸受装置の第3変形例である電動圧縮機の構造を示す断面図である。本変形では、各転がり軸受10を背面組合せ(DB)とすると共に、反インペラ側端部に配置され、インペラ3が回転して空気を圧送している際に作用する力を支承しながら回転軸2を支持する転がり軸受10の数を2個としている。
図7は、本発明に係る転がり軸受装置の第4変形例である電動圧縮機の構造を示す断面図である。本変形では、各転がり軸受を背面組合せ(DB)とすると共に、反インペラ側端部に配置され、インペラ3が回転して空気を圧送している際に作用する力を支承しながら回転軸2を支持する転がり軸受10aとして、タンデム型の複列アンギュラ玉軸受を使用している。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of an electric compressor which is a third modification of the rolling bearing device according to the present invention. In this modification, each rolling bearing 10 is a rear combination (DB), and is disposed at the end portion on the side opposite to the impeller, and supports the force acting when the impeller 3 rotates and pumps air. The number of rolling bearings 10 that support 2 is two.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of an electric compressor which is a fourth modification of the rolling bearing device according to the present invention. In this modification, each rolling bearing is a rear combination (DB) and is disposed at the end portion on the side opposite to the impeller, and supports the rotating shaft 2 while supporting the force acting when the impeller 3 rotates and pumps air. As the rolling bearing 10a that supports the tandem type, a tandem double-row angular ball bearing is used.

〔実施例〕
図3に示す試験装置を用いて、本発明の転がり軸受装置の耐焼付き性を評価した。図3の試験装置は、略筒状のハウジング101と、ハウジング101の内部に同軸に配された回転軸102と、ハウジング101に回転軸102を回転自在に支持する一対の転がり軸受110,110と、を備えている。一対の転がり軸受110,110は、正面組合せとされている。
〔Example〕
Using the test apparatus shown in FIG. 3, the seizure resistance of the rolling bearing device of the present invention was evaluated. The test apparatus shown in FIG. 3 includes a substantially cylindrical housing 101, a rotating shaft 102 coaxially disposed inside the housing 101, and a pair of rolling bearings 110 and 110 that rotatably support the rotating shaft 102 on the housing 101. It is equipped with. The pair of rolling bearings 110, 110 is a front combination.

また、ハウジング101の内周面には金属製のスリーブ108が圧入されていて、一方の転がり軸受110(図3においては左側の軸受)はスリーブ108の内側に配されており、他方の転がり軸受110(図3においては右側の軸受)はハウジング101の内周面に直接嵌合されている。そして、スリーブ108の内周面と転がり軸受110の外輪の外周面との間には、クリアランスが設けられている。また、この転がり軸受110(図3においては左側の軸受)の外輪には、バネ104により軸方向の予圧が付与されている。なお、両転がり軸受110,110の外径は22mm、内径は8mm、外輪の幅は12mm(軸方向両端の面取り部を除くと11.5mm)である。   Further, a metal sleeve 108 is press-fitted into the inner peripheral surface of the housing 101, and one rolling bearing 110 (the left bearing in FIG. 3) is arranged inside the sleeve 108, and the other rolling bearing. 110 (the right bearing in FIG. 3) is directly fitted to the inner peripheral surface of the housing 101. A clearance is provided between the inner peripheral surface of the sleeve 108 and the outer peripheral surface of the outer ring of the rolling bearing 110. Further, an axial preload is applied to the outer ring of the rolling bearing 110 (the left bearing in FIG. 3) by a spring 104. The rolling bearings 110 and 110 have an outer diameter of 22 mm, an inner diameter of 8 mm, and an outer ring width of 12 mm (11.5 mm excluding chamfered portions at both ends in the axial direction).

所定のラジアル荷重を負荷しつつ回転速度10万rpmで回転軸102を回転させ、転がり軸受110(図3においては左側の軸受)に焼付きが発生するまでの時間を測定した。なお、外輪温度を測定し、試験開始時の温度から10℃上昇した時点で、焼付きが発生したと判定した。そして、100時間回転させても焼付きが発生しなかった場合は合格とし、100時間未満の回転で焼付きが発生した場合は不合格とした。
転がり軸受110に付与したアキシャル荷重(予圧)、回転軸102に負荷したラジアル荷重、スリーブ108に対する外輪の傾き(ミスアライメント)、及び焼付きが発生するまでの回転時間を表1に示す。ミスアライメントは、回転軸102に対する外輪の側面のアキシアル方向寸法変化量から求めた。
The rotating shaft 102 was rotated at a rotational speed of 100,000 rpm while applying a predetermined radial load, and the time until seizure occurred on the rolling bearing 110 (the left bearing in FIG. 3) was measured. The outer ring temperature was measured, and it was determined that seizure occurred when the temperature increased by 10 ° C. from the temperature at the start of the test. And when it did not generate | occur | produce seizure even if it rotated for 100 hours, it was set as the pass, and when seizure occurred by rotation for less than 100 hours, it was set as the failure.
Table 1 shows the axial load (preload) applied to the rolling bearing 110, the radial load applied to the rotating shaft 102, the inclination of the outer ring with respect to the sleeve 108 (misalignment), and the rotation time until seizure occurs. The misalignment was obtained from the amount of dimensional change in the axial direction of the side surface of the outer ring with respect to the rotating shaft 102.

Figure 2014159869
Figure 2014159869

表1から分かるように、ミスアライメント(傾き)が大きい試験No.1及び試験No.2の転がり軸受は不合格となり、ミスアライメントが小さい試験No.3及び試験No.4の転がり軸受は合格であった。
ミスアライメントの値が大きいと滑りが大きくなり、転動体と内輪の軌道面との摩擦熱により焼付きが発生しやすくなる。尚、予圧荷重を大きくすれば滑りは小さくなるが、転動体と軌道面との面圧が高くなり、騒音の発生や軸受寿命の低下等に繋がるため、必要以上に(必要とされる軸受剛性が得られる予圧量以上に)予圧を大きくすることは好ましくない。
As can be seen from Table 1, test no. 1 and test no. No. 2 rolling bearing was rejected and test No. with small misalignment was small. 3 and test no. No. 4 rolling bearing was acceptable.
When the misalignment value is large, slippage increases, and seizure is likely to occur due to frictional heat between the rolling elements and the raceway surface of the inner ring. If the preload is increased, the slip will be reduced, but the surface pressure between the rolling elements and the raceway will increase, leading to noise generation and reduced bearing life. It is not preferable to increase the preload (beyond the preload amount that can be obtained).

次に、内輪が備える軌道溝の溝半径と耐焼付き性との関係について検討を行った。すなわち、内輪が備える軌道溝の溝半径が種々異なる転がり軸受を用意し、図3に示す試験装置を用いて、前述とほぼ同様にして耐焼付き性を評価した。なお、これらの転がり軸受においては、転動体である玉の直径は同一とし、内輪が備える軌道溝の溝半径を種々変更することにより、玉の直径に対する溝半径の割合(〔溝半径〕/〔玉の直径〕であり、以下「溝曲率比」と記す)を変化させた。
溝曲率比、回転軸102の回転速度、転がり軸受110に付与したアキシャル荷重(予圧)、回転軸102に負荷したラジアル荷重、試験環境温度、スリーブ108に対する外輪の傾き(ミスアライメント)、及び焼付きが発生するまでの回転時間を、表2に示す。
Next, the relationship between the groove radius of the raceway groove provided in the inner ring and the seizure resistance was examined. That is, rolling bearings with different groove radii provided in the inner ring were prepared, and seizure resistance was evaluated in substantially the same manner as described above using the test apparatus shown in FIG. In these rolling bearings, the diameter of the balls as the rolling elements is the same, and the ratio of the groove radius to the ball diameter ([groove radius] / [groove radius] / [ The diameter of the ball], and hereinafter referred to as “groove curvature ratio”.
Groove curvature ratio, rotational speed of rotating shaft 102, axial load (preload) applied to rolling bearing 110, radial load applied to rotating shaft 102, test environment temperature, inclination of outer ring relative to sleeve 108 (misalignment), and seizure Table 2 shows the rotation time until the occurrence of.

Figure 2014159869
Figure 2014159869

表2から分かるように、溝曲率比が小さい試験No.11の転がり軸受は不合格となり、溝曲率比が大きい試験No.12〜15の転がり軸受は合格であった。
溝曲率比の値が小さいと滑りが大きくなり、転動体と内輪の軌道面との摩擦熱により焼付きが発生しやすくなる。また、溝曲率比を大きくすれば滑りは小さくなるが、転動体と軌道面との面圧が高くなり、騒音の発生や軸受寿命の低下等に繋がるため、必要以上に(必要とされる軸受剛性が得られる予圧量以上に)溝曲率比を大きくすることは好ましくない。
As can be seen from Table 2, the test No. with a small groove curvature ratio was obtained. No. 11 rolling bearing was rejected, test No. with a large groove curvature ratio. 12-15 rolling bearings were acceptable.
If the value of the groove curvature ratio is small, slippage increases and seizure is likely to occur due to frictional heat between the rolling elements and the raceway surface of the inner ring. Also, if the groove curvature ratio is increased, the slip will be reduced, but the surface pressure between the rolling elements and the raceway will increase, leading to noise generation and reduced bearing life. It is not preferable to increase the groove curvature ratio (beyond the preload amount at which rigidity is obtained).

1 ハウジング
2 回転軸
3 インペラ
5 ロータ
6 ステータ
8 スリーブ
10、10a 転がり軸受
11、11a 内輪
12、12a 外輪
13、13a 転動体
C クリアランス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing 2 Rotating shaft 3 Impeller 5 Rotor 6 Stator 8 Sleeve 10, 10a Rolling bearing 11, 11a Inner ring 12, 12a Outer ring 13, 13a Rolling element C Clearance

Claims (2)

ハウジングと、羽根車を備えた回転軸と、内輪と外輪との間に複数の転動体を転動自在に備え、前記ハウジングと前記回転軸との間に配されて前記回転軸を前記ハウジングに回転自在に支持する転がり軸受と、前記ハウジングと前記転がり軸受の外輪との間に配されたスリーブと、前記回転軸の外周面に設けられたロータと、前記ロータに対向するように前記ハウジングの内周面に設けられたステータと、を備え、前記外輪の外周面と前記スリーブの内周面との間に径方向隙間を設け、前記スリーブに対する前記外輪の傾きを0.0025rad以下としたことを特徴とする転がり軸受装置。   A plurality of rolling elements are rotatably provided between a housing, a rotating shaft provided with an impeller, and an inner ring and an outer ring, and the rotating shaft is disposed between the housing and the rotating shaft. A rolling bearing that is rotatably supported; a sleeve that is disposed between the housing and an outer ring of the rolling bearing; a rotor that is provided on an outer peripheral surface of the rotating shaft; and a housing that is opposed to the rotor. A stator provided on the inner peripheral surface, a radial clearance is provided between the outer peripheral surface of the outer ring and the inner peripheral surface of the sleeve, and the inclination of the outer ring with respect to the sleeve is 0.0025 rad or less. A rolling bearing device characterized by. 前記転がり軸受を玉軸受とし、前記内輪が備える軌道溝の溝半径を、前記転動体である玉の直径の54%以上60%以下としたことを特徴とする請求項1に記載の転がり軸受装置。   2. The rolling bearing device according to claim 1, wherein the rolling bearing is a ball bearing, and a groove radius of a raceway groove included in the inner ring is 54% or more and 60% or less of a diameter of the ball as the rolling element. .
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