JP2004176785A

JP2004176785A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2004176785A
Application number: JP2002342340A
Authority: JP
Inventors: Hideki Koizumi; 秀樹小泉; Takashi Ogawa; 隆司小川; Kenji Takei; 健治武井
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】高速回転領域における固定輪（外輪）のクリープ、フレッチングを防止することを可能とする。
【解決手段】転がり軸受１０は、外輪（固定輪）１１と、内輪（回転輪）１２と、外輪１１と内輪１２との間に組み込まれた転動体（玉）１３と、外輪１１，内輪１２間に設けられた環状の密封板（シール板）１４と、転動体１３を抱きかかえるように保持する保持器１５と、外輪１１の外径面円周上の溝部１１ａに設けられたＯリング１６と、２枚の密封板１４に囲まれた部分に封入されている潤滑剤１７等とを備え、外輪外径寸法をＤ，内輪内径寸法をｄとした場合に、玉１３の公転直径（ＰＣＤ）が、［（Ｄ＋ｄ）／２］×０．８５〜０．９５を満たす内部構造である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速回転で使用されるクリーナモータ、電動工具などに適した密封型の転がり軸受の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の転がり軸受は、内径寸法がφ６〜１２ｍｍ未満で、回転速度が１５０００〜５００００ｍｉｎ^−１が一般的である。このために、軸受の外輪が回転してずれる、所謂クリープ現象が発生して、磨耗しやすい。
【０００３】
クリープ現象を防止するための、軸受の回転トルクを小さくする手法として、封入するグリースの種類や量を選定することが挙げられるが、軸受耐久性能やグリース漏れ性能などの問題があるので、荷重、温度などの制限が大きく、十分とは言い難い。
【０００４】
一方、軸受外径面に熱可塑性のエラストマ（Ｏリング）又は樹脂を埋め込み、摩擦力を高める方法が開示されているが、エラストマの断面積が十分でなく、ほとんど採用されていないのが現状である（例えば、特許文献１）。
また、Ｏリングの代わりに、外輪側面にクリープ防止部材を用いた方法が開示されているが、組み付け性などで外輪が変形するなど未だ十分とは言い難い（例えば、特許文献２，特許文献３）。
このため、図３（Ｂ）に示すような軸受２０−２の外輪外径面に接着剤を流し込んで、クリープ、フレッチング防止としているのが現状である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２４６２３８号
【特許文献２】
特開平８−３２６７５４号
【特許文献３】
特開平１１−３７１５２号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の技術では、外輪のクリープやフレッチング対策として、接着剤の使用に頼らなければならないのは、内輪の回転速度が速すぎるため、封入グリースの種類や量の選定と、外輪外径面に配設されたエラストマによる摩擦力増大程度では、不十分な場合が多いからである。
また、接着剤の使用にあたっては、接着剤の接着面への塗布量が多すぎれば、軸受内部への浸入による不具合が発生し、塗布量が少なければ、接着が不十分となり、不具合が発生することもある。
さらに、塗布後は、一定温度、一定時間の乾燥が必要になり、生産コストが低減化できない一要因にもなっている。
【０００７】
一方、モータ完成後は、軸受の取り付け位置が固定されるので、温度上昇により、軸が膨張し軸受に過大な荷重が負荷される場合もある。
このとき、軸受の取り付け位置が接着剤により、固定されるので、ケースよりも軸受温度が僅かでも高くなると、荷重が急激に大きくなり、軸受温度が異常上昇し、グリース漏れが多くなる。漏れ出たグリースが、コンミテータとカーボンブラシの間にまで達すると、接触抵抗が大きくなって、電気火花が発生したり、回転速度異常が発生する場合もある。
軸受にとっては、グリースが漏れ出ることによって、潤滑作用に支障をきたし、異常音の発生、やがては焼き付きを起こして、モータの回転が停止する場合もある。
このように、軸受取り付けまわりや、空気流により放熱状態を考慮した設計、接着剤の付着量管理、組み立て手順に制約が大きい、
【０００８】
本発明の目的は、高速回転領域における固定輪（外輪）のクリープ、フレッチングを防止できる転がり軸受を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１の発明は、固定輪である外輪と、回転輪である内輪と、前記外内輪間に介在する転動体と、を備えた転がり軸受において、外輪外径寸法をＤ、内輪内径寸法をｄとしたときに、前記転動体の公転直径（ＰＣＤ）が、［（Ｄ＋ｄ）／２］×０．８５〜０．９５の関係を満たし、前記外輪の外径面に、クリ−プを防止する摩擦力を付与する摩擦力付与部材を配置したこと、を特徴とする転がり軸受である。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の転がり軸受において、前記摩擦力付与部材は、熱可塑性のエラストマであること、を特徴とする転がり軸受である。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２に記載の転がり軸受において、前記熱可塑性エラストマは、その硬さ（デュロメータＡスケール硬さ）が６０〜９０［ＨＤ_Ａ］であること、を特徴とする転がり軸受である。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の転がり軸受において、前記外輪の外径面円周上に、１箇所又は２箇所以上の溝部を設け、前記摩擦力付与部材は、Ｏリングであって、前記溝部に１本又は２本以上配設されること、を特徴とする転がり軸受である。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の転がり軸受において、前記外輪と前記内輪との間の両側に設けられた環状の密封板と、前記各密封板に囲まれた部分に封入された潤滑剤とを備え、前記潤滑剤は、その基油が合成炭化水素油、エステル系合成油若しくはエーテル系合成油の単体又はそれらの混合油を用い、４０℃における基油動粘度が、２５〜１５０ｍｍ^２／ｓであること、を特徴とする転がり軸受である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しくに説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明のよる転がり軸受の第１実施形態を示す図である。
（基本構造）
第１実施形態の転がり軸受１０は、外輪（固定輪）１１と、内輪（回転輪）１２と、外輪１１と内輪１２との間に組み込まれた転動体（玉）１３と、外輪１１，内輪１２間に設けられた環状の密封板（シール板）１４と、転動体１３を抱きかかえるように保持する保持器１５と、外輪１１の外径面円周上の溝部１１ａに設けられたＯリング１６と、２枚の密封板１４に囲まれた部分に封入されている潤滑剤１７等とを備えている。
【００１５】
（ＰＣＤ）
この転がり軸受１０は、図１に示すように、外輪外径寸法をＤ，内輪内径寸法をｄとした場合に、玉１３の公転直径（ＰＣＤ）が、次式を満たす内部構造である。
ＰＣＤ＝［（Ｄ＋ｄ）／２］×０．８５〜０．９５・・・（１）
【００１６】
（Ｏリング）
また、この転がり軸受１０は、外輪１１の外径面円周上に２箇所に、溝部１１ａ，１１ａが設けられており、この溝部１１ａ，１１ａに、熱可塑性エラストマからなるＯリング１６，１６を、それぞれ１本ずつ配設してある。
【００１７】
Ｏリング１６は、クリ−プを防止する摩擦力を付与する（大きくする）ための手段（摩擦力付与部材）として作用させる場合には、そのＯリング１６の弾性変形量の増加や、断面積を増大させなければならない。
しかし、図３に示すような、従来の転がり軸受２０では、外輪２１の肉厚ｔに与える応力を大きくすると、外輪２１の剛性に制限があるので、肉厚ｔの大きさにも限界があった。
そこで、本実施形態は、上記（１）式で示したように、外輪１１の肉厚ｔを大きく（厚く）するようにしたので、配設するＯリング１６の弾性変形量や断面積を大きくでき、摩擦力の増大が可能である。
【００１８】
ここで、Ｏリング１６を構成する熱可塑性エラストマの硬さ（デュロメータＡスケール硬さ）は、６０〜９０［ＨＤ_Ａ］が好ましく、より好ましくは、７０〜８５［ＨＤ_Ａ］である。
硬さが６０［ＨＤ_Ａ］未満では、軟らかすぎるため変形能力が大きく、軸受をハウジングに挿入するときに、熱可塑性エラストマが潰れて、外輪外径表面から出っ張ってしまうおそれがあり、また、取り付け不良による不具合を発生する場合もある。一方、硬さが９０［ＨＤ_Ａ］を超えると、変形能力が小さくなってハウジングへの挿入性やクリープ防止性能が低下する。
【００１９】
また、この熱可塑性エラストマの材質は、特に制限されるものではないが、ポリエステル系エラストマ、ポリアミド系エラストマ、ポリウレタン系エラストマ、ポリオレフィン系エラストマ、ニトリル系エラストマ、アクリル系エラストマ、スチレン系エラストマ、その他に、動的架橋タイプのエラストマ等を挙げることができる。
熱可塑性エラストマ中には、強化繊維剤として、ガラス繊維、カーボン繊維などを適宜使用してもよい。
【００２０】
（潤滑剤）
潤滑剤１７は、高速回転での耐久性、グリース漏れ性を考慮すれば、増ちょう剤がウレア系、基油が合成炭化水素油、エステル系合成油、エーテル系合成油であり、これらの単体又はそれらの混合油を用いることで達成できる。
【００２１】
４０℃における基油動粘度は、２０〜１５０ｍｍ^２／ｓが好ましいが、さらに好ましくは、３０〜１００ｍｍ^２／ｓがよい。
４０℃における基油動粘度は、２０ｍｍ^２／ｓ未満では、グリース成膜性が十分確保されず、１５０ｍｍ^２／ｓを超えると軸受トルクが大きくなるため好ましくない。
【００２２】
基油である合成炭化水素油としては、ポリαオレフィン油、αオレフィンとエチレンのコオリゴマー合成油などが挙げられる。
エステル系合成油としては、ジエステル油、トリエステル油やテトラエステル油などのポリオールエステル油等が挙げられる。
エーテル系合成油としては、ジフェニル、トリフェニル、テトラフェニルのＣ_１２〜Ｃ_２０の（ジ）アルキル鎖が誘導された、フェニルエーテル油が使用可能である。特に、高温高速耐久性を考慮した場合には、（ジ）アルキルポリフェニルエーテル油が好ましい。
【００２３】
以上説明したように、第１実施形態は、以下ような種々の効果がある。
（１）転動体の公転直径（ＰＣＤ）を［（外輪外径寸法＋内輪内径寸法）／２］×０．８５〜０．９５とし、外輪の厚さを厚くするとともに、外輪（固定輪）に２つの溝部を配設し、その溝部に熱可塑性エラストマ製のＯリングを装着したので、この熱可塑性のエラストマの断面積を大きくして、この熱可塑性エラストマの弾性力を大きくすることができ、摩擦力の増大が可能となった。
このとき、外輪の剛性は、従来の軸受よりも大きいため、熱可塑性エラストマの弾性変形応力が大きくなっても、真円度がほとんど低下しないから、熱可塑性エラストマの断面積を大きくすることができる。
具体的には、図１の外輪１１の溝寸法ａ、ｂは、図３の比較例１の軸受２０よりも、大きくとれるので、Ｏリング１６による摩擦力が大きくとれ、クリープ防止力も大きくなる。
従って、軸受の摩擦トルクを小さくし、固定輪の回転トルクを軽減させる構造とすることができる。
【００２４】
また、外輪１１の接着固定が不必要となり、モータ組み立て工数の低減によるコスト削減や、軸の熱膨張による軸受１０への異常負荷を考慮した設計が不必要となる。
【００２５】
さらに、封入する潤滑グリースの基油動粘度の範囲を、２０〜１５０ｍｍ^２／ｓに選定したので、グリース成膜性が確保されると共に、軸受トルクを押さえることができ、高温高速耐久性を向上させることができる。
【００２６】
以上説明した本発明の転がり軸受は、特に、高速回転で使用されるクリーナモータや電動工具等において有効である。
【００２７】
［第２実施形態］
図２は、本発明のよる転がり軸受の第２実施形態を示す図である。
第２実施形態の転がり軸受１０−２は、外輪１１の外径面円周上に１箇所の溝部１１ｂを設け、この溝部１１ｂに熱可塑性エラストマ製のＯリング１６を２本配設したものである。
第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、外輪１１の溝部１１ｂを１箇所にしたことにより、外輪１１の組み込み誘導寸法Ｃを第１実施形態のものよりも大きくとれるので、組み込み性が容易となる。
また、溝加工が１箇所ですむので、製作上も容易となる。
【００２８】
［比較例１］
図３（Ａ）は、Ｏリングによってクリ−プ防止を図る転がり軸受の比較例１を示す図である。
なお、前述した第１、第２実施形態と同様な機能を果たす部分には、末尾に統一した符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
比較例１の転がり軸受２０は、玉２３の公転直径（ＰＣＤ）が、次式を満たす内部構造である。
ＰＣＤ＝［（Ｄ＋ｄ）／２］・・・（２）
【００２９】
上記第１、第２実施形態に対応する軸受（以下、実施例１、２という）を作製し、この実施例１、２及び比較例１について、以下の仕様で動摩擦トルク試験，クリープ試験を行った。
【００３０】
［試験に用いた軸受の仕様］
実施例１，２
軸受：外径φ＝２２ｍｍ，内径φ＝８ｍｍ，幅＝７ｍｍ，玉径φ＝３．１７５ｍｍ，玉ＰＣＤ＝１３ｍｍ
雰囲気温度：室温，ハウジング寸法公差：Ｈ７
荷重：Ｆｒ＝１５Ｎ，Ｆａ＝４９Ｎ
潤滑剤：グリース
増ちょう剤：ジウレア，基油：合成炭化水素油，基油動粘度４８ｍｍ^２／ｓ［４０℃］
混和ちょう度：２３０
グリース封入量：０．１６ｇ
Ｏリング材質：ニトリルゴム，Ｏリング断面積比＝１４４％
【００３１】
比較例１
軸受：外径φ＝２２ｍｍ，内径φ＝８ｍｍ，幅＝７ｍｍ，玉径φ＝３．９６９ｍｍ，玉ＰＣＤ＝１５ｍｍ
雰囲気温度：室温，ハウジング寸法公差：Ｈ７
荷重：Ｆｒ＝１５Ｎ，Ｆａ＝４９Ｎ
潤滑剤：グリース
増ちょう剤：ポリウレア，基油：鉱油，基油動粘度９５ｍｍ^２／ｓ［４０℃］
混和ちょう度：２８０
グリース封入量：０．１６ｇ
Ｏリング材質：ニトリルゴム，Ｏリング断面積比＝１００％
【００３２】
図４は、本発明による転がり軸受（実施例１，２）と比較例１の動摩擦トルクと回転速度の関係を示す線図である。
実施例１，２は、比較例１（２０，０００ｍｉｎ^−１のときの値）のＯリング寸法を、基準の１００％として、トルク比で表したものである。
図４から明らかなように、実施例１，２は、動摩擦トルク比が向上していることがわかる。
内輪の回転によって発生した摩擦力が外輪に伝わる。外輪に伝わった力（動摩擦トルク）の大きさは、２０，０００ｍｉｎ^−１〜５０，０００ｍｉｎ^−１において、比較例１よりも実施例１，２のほうが小さい。従って、本願発明は、外輪に伝わる回転力を小さくすることができるので、Ｏリングの弾性変形量を小さくできる。よって、外輪真円度低下の影響が極めて小さい。
【００３３】
図５は、本発明による転がり軸受（実施例１，２）と比較例１のクリ−プ発生数を示す図である。
外輪が４０，０００ｍｉｎ^−１のとき、１０分間クリ−プ（回転）しなかったときを、合格と判定した。図５では、それぞれ１０個の軸受を試験し、クリ−プ発生数を分子（分母は軸受個数）に記載した。
この結果、比較例１では、１０個中クリ−プが発生したものが２個あったが、実施例１，２では、１０個中、クリ−プが発生したものはなかった。
従って、本発明による転がり軸受は、クリープ防止力が大きくなったことがわかる。
【００３４】
（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
例えば、玉軸受の例で説明したが、ころ軸受などの他のラジアル軸受にも同様に適用することができる。また、ラジアル軸受のみならず、スラスト軸受にも適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、転動体の公転直径（ＰＣＤ）を［（外輪外径寸法＋内輪内径寸法）／２］×０．８５〜０．９５とし、外輪の厚さを厚くするとともに、外輪に摩擦力付与部材を配設したので、クリープやフレッチングが抑制でき、接着剤で固定する煩わしさや、モータの設計上留意すべき項目が削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のよる転がり軸受の第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明のよる転がり軸受の第２実施形態を示す図である。
【図３】図３（Ａ）は、Ｏリングによってクリ−プ防止を図る転がり軸受の比較例１を示す図、図３（Ｂ）は、外輪外径面を接着固定する転がり軸受の従来例を示す図である。
【図４】本発明による転がり軸受（実施例１，２）と比較例１の動摩擦トルクと回転速度の関係を示す線図である。
【図５】本発明による転がり軸受（実施例１，２）と比較例１のクリ−プ発生数を示す図である。
【符号の説明】
１０，１０−２転がり軸受
１１外輪（固定輪）
１２内輪（回転輪）
１３転動体（玉）
１４密封板
１５保持器
１６Ｏリング
１７潤滑剤

Claims

固定輪である外輪と、
回転輪である内輪と、
前記外内輪間に介在する転動体と、
を備えた転がり軸受において、
外輪外径寸法をＤ、内輪内径寸法をｄとしたときに、前記転動体の公転直径（ＰＣＤ）が、［（Ｄ＋ｄ）／２］×０．８５〜０．９５の関係を満たし、
前記外輪の外径面に、クリ−プを防止する摩擦力を付与する摩擦力付与部材を配置したこと、
を特徴とする転がり軸受。
請求項１に記載の転がり軸受において、
前記摩擦力付与部材は、熱可塑性のエラストマであること、
を特徴とする転がり軸受。
請求項２に記載の転がり軸受において、
前記熱可塑性エラストマは、その硬さ（デュロメータＡスケール硬さ）が６０〜９０［ＨＤ_Ａ］であること、
を特徴とする転がり軸受。
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の転がり軸受において、
前記外輪の外径面円周上に、１箇所又は２箇所以上の溝部を設け、
前記摩擦力付与部材は、Ｏリングであって、前記溝部に１本又は２本以上配設されること、
を特徴とする転がり軸受。
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の転がり軸受において、
前記外輪と前記内輪との間の両側に設けられた環状の密封板と、
前記各密封板に囲まれた部分に封入された潤滑剤とを備え、
前記潤滑剤は、その基油が合成炭化水素油、エステル系合成油若しくはエーテル系合成油の単体又はそれらの混合油を用い、
４０℃における基油動粘度が、２５〜１５０ｍｍ^２／ｓであること、
を特徴とする転がり軸受。