JP2006153186A - Rolling bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は転がり軸受に関する。 The present invention relates to a rolling bearing.
モータのロータ軸は、転がり軸受でハウジングに対して回転自在に支持されている。モータのロータ軸支持に通常使用されている転がり軸受は、SUJ2(高炭素クロム軸受鋼二種)製の内輪、外輪、および転動体を備えている。SUJ2の炭素含有率は0.95〜1.10質量%である。
インバータ制御モータや高速スイッチング等の、高周波電流が発生する装置の近くで使用されるモータには、軸電圧が発生して、ロータ軸とハウジングとの間に電位差が生じる場合がある。これに伴って、ハウジングやロータ軸からの漏れ電流が、転がり軸受の転動体と軌道輪との間に流れ、軌道輪の軌道面および転動体の転動面に電食(電気化学的腐食)が生じる恐れがある(例えば非特許文献1参照)。この電食が生じると、軌道輪の軌道面および転動体の転動面の精度が低下し、振動が上昇して、軸受の寿命が短くなる。
The rotor shaft of the motor is rotatably supported with respect to the housing by a rolling bearing. A rolling bearing normally used for supporting a rotor shaft of a motor includes an inner ring, an outer ring, and a rolling element made of SUJ2 (high carbon chromium bearing steel type 2). The carbon content of SUJ2 is 0.95 to 1.10% by mass.
A motor used near an apparatus that generates a high-frequency current, such as an inverter control motor or high-speed switching, may generate a shaft voltage and cause a potential difference between the rotor shaft and the housing. Along with this, leakage current from the housing and the rotor shaft flows between the rolling elements of the rolling bearing and the raceway, and electrolytic corrosion (electrochemical corrosion) occurs on the raceway surface of the raceway and the rolling surface of the rolling element. May occur (see, for example, Non-Patent Document 1). When this electrolytic corrosion occurs, the accuracy of the raceway surface of the raceway and the rolling surface of the rolling element is lowered, the vibration is increased, and the life of the bearing is shortened.
この電食を防止するために、軌道輪の軌道面を絶縁被膜で被覆することが提案されている(例えば特許文献1および2参照)。また、回路設計により電食を防止することも提案されている(例えば非特許文献2参照)。
しかしながら、高周波電流による軸電圧は誘導電流であるため、前記従来技術のうち絶縁被膜を設ける方法では効果が期待できない。また、回路設計により電食を防止する方法では、複雑な回路設計が必要となり、コストも高いため、現実的でない。
本発明は、このような従来技術の未解決な課題を解決するためになされたものであり、軸電圧が生じるようなモータに使用された場合でも電食が防止できる転がり軸受を提供することを目的とする。
However, since the shaft voltage due to the high-frequency current is an induced current, it is not possible to expect an effect by the method of providing an insulating film in the above prior art. Further, the method of preventing electrolytic corrosion by circuit design is not practical because it requires complicated circuit design and high cost.
The present invention has been made to solve such an unsolved problem of the prior art, and provides a rolling bearing capable of preventing electrolytic corrosion even when used in a motor that generates shaft voltage. Objective.
上記課題を解決するために、本発明は、鋼製の内輪、外輪、および転動体を備えた転がり軸受において、前記内輪、外輪、および転動体のいずれかは、炭素含有率0.20質量%以下の鋼からなることを特徴とする転がり軸受を提供する。
本発明の転がり軸受は、インバータ制御モータの軸の支持に好適に使用される。
内輪、外輪、および転動体の全てがSUJ2製である転がり軸受を、軸受内に電流が流れた状態で100時間使用した後、その転動体の転動面を深さ方向に元素分析したところ、図1に示すグラフが得られた。このグラフは、オージェ電子強度とスパッタリング時間(表面からの深さに比例)との関係を示す。この結果から、転動体の表面に炭化物層が形成されていることが分かる。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a rolling bearing comprising a steel inner ring, outer ring, and rolling element, wherein any of the inner ring, outer ring, and rolling element has a carbon content of 0.20% by mass. Provided is a rolling bearing made of the following steel.
The rolling bearing of the present invention is suitably used for supporting the shaft of an inverter control motor.
After using a rolling bearing in which all of the inner ring, outer ring, and rolling element are made of SUJ2 for 100 hours in a state where current flows in the bearing, elemental analysis of the rolling surface of the rolling element in the depth direction was performed. The graph shown in FIG. 1 was obtained. This graph shows the relationship between Auger electron intensity and sputtering time (proportional to depth from the surface). From this result, it can be seen that a carbide layer is formed on the surface of the rolling element.
分析にはアルバックファイ株式会社製の走査型オージェ電子分光分析機「SAM650」を用い、分析条件は、電子線の加速電圧:5kV、試料電流:30nA、アルゴンイオン:1kV−25mA(作動圧力15mPa)、アルゴンイオン照射角:30度とした。分析機の較正は酸化タンタルを用いて行った。すなわち、酸化タンタルの標準片を深さ25nmまでスパッタリングすることにより、そのスパッタ率を測定した。この測定値(4.00nm/min)を用いてスパッタリング時間から換算した炭化物層の深さは約100nmである。 For the analysis, a scanning Auger electron spectrometer “SAM650” manufactured by ULVAC-PHI Co., Ltd. was used. Argon ion irradiation angle: 30 degrees. The analyzer was calibrated using tantalum oxide. That is, the sputtering rate was measured by sputtering a standard piece of tantalum oxide to a depth of 25 nm. The depth of the carbide layer converted from the sputtering time using this measured value (4.00 nm / min) is about 100 nm.
すなわち、前記構成の転がり軸受を軸受内に電流が流れた状態で使用すると、電流が軸受内を通過した際のエネルギーにより、表面に炭化物層が形成されることが分かる。そして、このような炭化物が不均一に形成されることによって、軌道輪の軌道面および転動体の転動面の精度が低下し、振動が上昇して、軸受の寿命が短くなる。
これに対して、本発明の転がり軸受は、内輪、外輪、および転動体のいずれかを形成する鋼の炭素含有率を0.20質量%以下とすることで、転がり軸受内に電流が流れた場合でも炭化物層が形成され難くなる。
That is, it can be seen that when the rolling bearing having the above configuration is used in a state where a current flows in the bearing, a carbide layer is formed on the surface by the energy when the current passes through the bearing. And by forming such a carbide | carbonized_material nonuniformly, the precision of the raceway surface of a bearing ring and the rolling surface of a rolling element falls, a vibration rises, and the lifetime of a bearing becomes short.
On the other hand, in the rolling bearing of the present invention, the current flows in the rolling bearing by setting the carbon content of the steel forming any of the inner ring, the outer ring, and the rolling element to 0.20% by mass or less. Even in this case, the carbide layer is hardly formed.
本発明の転がり軸受によれば、軸電圧が生じるようなモータに使用された場合でも電食が防止されて、長期間に渡って良好な性能を保持できる。 According to the rolling bearing of the present invention, even when used in a motor that generates shaft voltage, electrolytic corrosion is prevented, and good performance can be maintained over a long period of time.
以下、本発明の実施形態について説明する。
図2は、本発明の一実施形態に相当する転がり軸受を示す断面図である。
この転がり軸受1は、内径8mm、外径22mm、幅7mmの単列深みぞ玉軸受であり、内輪2、外輪3、玉(転動体)4と、ポリアミド樹脂製の冠形の保持器5と、芯金入りの非接触ゴムシール6とから構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a rolling bearing corresponding to an embodiment of the present invention.
This rolling bearing 1 is a single-row deep groove ball bearing having an inner diameter of 8 mm, an outer diameter of 22 mm, and a width of 7 mm, an
内輪2の外周面には軌道溝2aが、外輪の内周面には軌道溝3aがそれぞれ形成されている。これらの軌道溝2a,3aが対向配置され、その間に保持器5を介して玉4が転動自在に配設されている。玉4の直径は3.969mmである。
内輪2、外輪3、および玉4を作製するための素材として、表1に示す12種類の鋼からなる素材を用意した。表1には各鋼の炭素含有率を示す。これらの素材を切削加工により所定形状とした後に、鋼毎に最適な熱処理を行うことにより、各種鋼からなる内輪2、外輪3、および玉4を作製した。これらを組み合わせて、下記の表2に示すNo. 1〜17の転がり軸受を組み立てた。
A
As materials for producing the
また、各転がり軸受内に、占有容積率が15%となるようにグリースを封入した。使用したグリースは、40℃での動粘度が32mm2 /sであるポリαオレフィンを基油とし、ちょう度が「JIS K2220」のNo. 3であるLiステアレートを増ちょう剤としたグリースである。 Further, grease was sealed in each rolling bearing so that the occupied volume ratio was 15%. The grease used is a grease with a base oil of polyalphaolefin having a kinematic viscosity at 40 ° C. of 32 mm 2 / s and a thickening agent of Li stearate having a consistency of No. 3 of “JIS K2220”. is there.
No. 1〜17の転がり軸受について、図3の試験装置を用いた回転試験を行った。
この試験装置は、試験軸受70に対して通電しながら回転を行うものであり、モータ71と、絶縁カップリング72と、樹脂製ハウジング73と、給電ねじ74と、ブラシ75とで構成されている。また、回転試験の前後にアンデロメータを用いて音響特性を示す量(アンデロン値)を測定した。
<試験条件>
回転速度:1800min-1(内輪回転)
アキシャル荷重:20N
軸受への付与電流:2mA
雰囲気温度:室温
回転時間:100時間
For the rolling bearings of Nos. 1 to 17, a rotation test using the test apparatus of FIG. 3 was performed.
This test apparatus rotates while energizing the test bearing 70, and includes a
<Test conditions>
Rotation speed: 1800min -1 (inner ring rotation)
Axial load: 20N
Current applied to the bearing: 2 mA
Atmospheric temperature: Room temperature Rotation time: 100 hours
得られた結果より、各サンプルについて、回転前のアンデロン値(初期音響)に対する、100時間回転後のアンデロン値の上昇量を算出した。各転がり軸受のアンデロン値上昇量と「最低炭素含有率」との関係を、図4にグラフで示す。「最低炭素含有率」とは、各転がり軸受で、内輪、外輪、玉を形成する鋼のうち、最も炭素含有率が小さい鋼の炭素含有率を意味する。 From the obtained results, the increase in the Anderon value after 100 hours of rotation was calculated for each sample with respect to the Anderon value before rotation (initial sound). FIG. 4 is a graph showing the relationship between the increase in the Anderon value of each rolling bearing and the “minimum carbon content”. “Minimum carbon content” means the carbon content of the steel having the smallest carbon content among the steels forming the inner ring, the outer ring, and the balls in each rolling bearing.
No. 1〜14とNo. 16,17は、内輪、外輪、玉のいずれか二つがSUJ2製であり、残りの一つがSUJ2以外の鋼製である。No. 15は全てがSUJ2製である。よって、No. 1〜14とNo. 16,17の「最低炭素含有率」は、SUJ2製以外の軸受部品を形成する鋼の炭素含有率であり、No. 15の「最低炭素含有率」はSUJ2の炭素含有率である。 In No. 1-14 and No. 16, 17, any two of the inner ring, the outer ring, and the ball are made of SUJ2, and the remaining one is made of steel other than SUJ2. No. 15 is all made of SUJ2. Therefore, the “minimum carbon content” of Nos. 1 to 14 and Nos. 16 and 17 is the carbon content of steel forming bearing parts other than SUJ2, and the “minimum carbon content” of No. 15 is This is the carbon content of SUJ2.
図4のグラフから分かるように、内輪、外輪、玉のいずれか一つを炭素含有率が0.20質量%以下の鋼製とし、それ以外をSUJ2製としたNo. 1〜7の転がり軸受は、内輪、外輪、玉のいずれか一つを炭素含有率が0.20質量%を超える鋼製とし、それ以外をSUJ2製とするか、全てをSUJ2製としたNo. 8〜17の転がり軸受と比較して、アンデロン値上昇量を著しく小さく抑えることができる。
したがって、本発明の実施例に相当するNo. 1〜7の転がり軸受は、比較例に相当するNo. 8〜17の転がり軸受と比較して、軸電圧が生じるようなモータに使用された場合でも長寿命とすることができる。
As can be seen from the graph of FIG. 4, any one of the inner ring, the outer ring, and the ball is made of steel having a carbon content of 0.20% by mass or less, and the other is made of SUJ2. No. 8-17 rolling with any one of inner ring, outer ring and ball made of steel with a carbon content of over 0.20% by mass and the other made of SUJ2 or made entirely of SUJ2. Compared to the bearing, the increase in the Anderon value can be significantly reduced.
Therefore, when the rolling bearings of Nos. 1 to 7 corresponding to the examples of the present invention are used in a motor in which shaft voltage is generated as compared with the rolling bearings of Nos. 8 to 17 corresponding to the comparative examples. But it can be a long life.
1 転がり軸受
2 内輪
3 外輪
4 玉(転動体)
5 ポリアミド樹脂製の冠形保持器
6 非接触ゴムシール
70 試験軸受
71 モータ
72 絶縁カップリング
73 樹脂製ハウジング
74 給電ねじ
75 ブラシ
1 Rolling bearing 2 Inner ring 3
5 Crown-shaped cage made of
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JP2004346282A JP2006153186A (en) | 2004-11-30 | 2004-11-30 | Rolling bearing |
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Cited By (2)
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WO2008056641A1 (en) * | 2006-11-09 | 2008-05-15 | Ntn Corporation | Grease-sealed bearing for inverter drive motor |
JP2008121749A (en) * | 2006-11-09 | 2008-05-29 | Ntn Corp | Grease-prelubricated bearing for inverter driving motor |
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2004
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