JP2006320163A

JP2006320163A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2006320163A
Application number: JP2005142326A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yatani; 耕一八谷
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-05-16
Filing date: 2005-05-16
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】インバータ制御モータなどの軸の支持に使用される転がり軸受のように、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。
【解決手段】フッ素油からなる潤滑油または基油がフッ素油であるグリースで潤滑を行う。フッ素油としては、パーフルオロポリェーテル、パーフルオロアルキル、およびこれらの誘導体（パーフルオロポリェーテルまたはパーフルオロアルキルを骨格として、特定の官能基が結合された化合物）からなるものが挙げられる。
【選択図】図２

Description

本発明は転がり軸受に関する。

モータのロータ軸は、転がり軸受により、ハウジングに対して回転自在に支持されている。インバ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。
この電食を防止するために、軌道輪の軌道面を合成樹脂組成物からなる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）。

小笠原悟司、「可変速ＡＣドライブの漏れ電流・サージ電圧・軸電圧とその抑制法」、電学論Ｄ、電気学会、１９９８年、１８８巻、９号、ｐ．９７５−９８０小笠原等、「電圧形ＰＷＭインバータが発生するコモンモード電圧のアクティブキャンセレーション」、電学論Ｄ、電気学会、１９９７年、１１７巻、５号、ｐ．５６５−５７１特開平７−３１０７４８号公報特開２００２−１４７４６８号公報

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。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。

上記課題を解決するために、本発明は、フッ素油からなる潤滑油または基油がフッ素油であるグリースで潤滑されていることを特徴とする転がり軸受を提供する。
フッ素油としては、パーフルオロポリエーテル、パーフルオロアルキル、およびこれらの誘導体（パーフルオロポリエーテルまたはパーフルオロアルキルを骨格として、特定の官能基が結合された化合物）からなるものが挙げられる。パーフルオロポリエーテルは、「−Ｃ_xＦ_2xＯ−」で表され、ｘが１〜４の整数であるポリオキシアルキレン単位の一つまたは二種類以上が、繰り返し単位として配列された化合物である。

通常使用されている転がり軸受の潤滑油は、ポリαオレフィン等のように炭化水素を主成分とするものである。そのため、電流が軸受内を通過する際のエネルギーにより、その炭素骨格が分解されて、鉄鋼製の内輪、外輪、転動体の活性化された表面と反応し、その表面に炭化物層が形成されることが分かった。
すなわち、軸受内に電流が流れた状態で使用していた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。

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。

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、フッ素油からなる潤滑油または基油がフッ素油であるグリースで潤滑されているため、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い。
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。

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。

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４と、ナイロン製の冠形の保持器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。
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としては、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）からなる素材を切削加工により所定形状とした後に、通常の熱処理を行ったものを使用した。

潤滑剤として以下の(1) 〜(7) を用意した。
(1):パーフルオロポリエーテルからなり、４０℃での動粘度が３２ｍｍ²／ｓである潤滑油。
(2):パーフルオロポリエーテルからなり、４０℃での動粘度が６４ｍｍ²／ｓである潤滑油。
(3):下記の（１）式で表される化合物であって、４０℃での動粘度が６３ｍｍ²／ｓである潤滑油。

(4):(1) と同じパーフルオロポリエーテルを基油とし、増ちょう剤としてＰＴＦＥ粉末（＃３０００メッシュ）を２５質量％含有し、ちょう度が「ＪＩＳＫ２２２０」のNo. ３であるグリース。
(5):ポリαオレフィンからなり、４０℃での動粘度が３２ｍｍ²／ｓである潤滑油。
(6):ポリαオレフィンからなり、４０℃での動粘度が６４ｍｍ²／ｓである潤滑油。
(7):(5) と同じポリαオレフィンを基油とし、増ちょう剤としてＬｉステアレートを１８質量％含有し、ちょう度が「ＪＩＳＫ２２２０」のNo. ３であるグリース。

なお、パーフルオロポリエーテルとしてはクリューバ社製のバリエルタシリーズを、ポリαオレフィンとしてはモービル社製のＳＨＦシリーズを使用した。
潤滑油である(1) 〜(3),(5),(6) では１０ｍｇを、グリースである(4) と(7) の場合にはグリース占有容積率が１５％となるように、それぞれ潤滑剤を図２の転がり軸受１内に封入し、図３の試験装置を用いて回転試験を行った。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

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値を算出し、この上昇値が１．０以下であるサンプルを合格（通電状態での耐久性が良好）、１．０を超えたサンプルを不合格（通電状態での耐久性が不良）とした。
その結果、本発明の実施例に相当する(1) 〜(4) の潤滑剤を封入した転がり軸受は全て合格であったのに対して、比較例に相当する(5) 〜(7) の潤滑剤を封入した転がり軸受は全て不合格であった。
したがって、本発明の実施例に相当する(1) 〜(4) の潤滑剤を封入した転がり軸受は、比較例に相当する(5) 〜(7) の潤滑剤を封入した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なる。

ポリαオレフィンを潤滑油とし、軸受内に電流が流れた状態で使用していた転動体の転動面を深さ方向に元素分析した結果を示すグラフであって、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。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。実施形態で使用した通電回転試験装置を示す図である。

符号の説明

１転がり軸受
２内輪
３外輪
４玉
５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

Claims

フッ素油からなる潤滑油または基油がフッ素油であるグリースで潤滑されていることを特徴とする転がり軸受。
インバータ制御モータの軸の支持に使用される請求項１記載の転がり軸受。