JP2007056939A

JP2007056939A - 高速モータ用軸受

Info

Publication number: JP2007056939A
Application number: JP2005241287A
Authority: JP
Inventors: Michita Hokao; 道太外尾; Satoshi Watanabe; 聡渡辺
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】高速条件で使用されても優れた耐久性を有する高速モータ用軸受を提供する。
【解決手段】毎分５万回転以上の回転速度で使用される高速モータ用軸受を、内輪１０と、外輪１１と、両軌道面１０ａ，１１ａ間に転動自在に配された複数の転動体１２と、転動体１２を保持する保持器１３と、内輪１０及び外輪１１の間の隙間の開口を覆う密封装置１４，１４と、で構成した。そして、内輪１０と外輪１１と密封装置１４，１４とで囲まれた空隙部に、基油と増ちょう剤と二酸化ケイ素等の固体潤滑剤とを含有するグリース組成物１５を充填した。
【選択図】図１

Description

本発明は、毎分５万回転以上の回転速度で使用される高速モータ用軸受に関する。

従来、高速モータ用軸受には、モータの高効率化のために高速回転での使用が求められていた。また、省エネルギーの観点から、消費電力低減のために低トルクであることも求められていた。特に、モータ構造がブラシモータからブラシレスモータへ移行することにともない、さらなる高速化と耐久性の向上が求められている。
このように、高速モータ用軸受に対して様々な要求があるが、従来の一般的なグリース組成物を封入した場合は、回転トルクが高いという問題や、グリース組成物が遠心力で飛散して漏洩し、軸受寿命が短くなるという問題があった。

このような問題を解決するため、例えば特許文献１には、４０℃における動粘度が５０〜７０ｍｍ²／ｓであり、且つ、炭素原子数２８〜３２の炭化水素分子を３〜６質量％含有する合成炭化水素油の基油と増ちょう剤を含むグリース組成物が提案されている。
特開２００２−３０９２７８号公報

回転速度が速いほど、転がり軸受の転動体と内外輪との接触部には大きな滑り摩擦が生じる。この滑り摩擦部においては、潤滑剤による油膜形成力が弱いため、軸受鋼等の金属同士の直接接触が生じやすくなり、摩耗や焼付き等の軸受損傷が発生しやすくなる。
特許文献１に記載のグリース組成物を使用した場合は、前述のような滑り摩擦部において金属同士の直接接触を防止することが困難な場合があり、高速条件で使用される転がり軸受の耐久性が不十分となるおそれがあった。
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、高速条件で使用されても優れた耐久性を有する高速モータ用軸受を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る高速モータ用軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪と前記外輪との間に形成される空隙部内に配されたグリース組成物と、を備え、毎分５万回転以上の回転速度で使用される高速モータ用軸受において、前記グリース組成物は固体潤滑剤を含有することを特徴とする。

このような構成であれば、固体潤滑剤が転動体と内外輪との接触部に入り込んで、金属同士の直接接触が抑制されるので、滑り摩擦が増大するような高速回転で使用されても、優れた耐摩耗性及び耐焼付き性が発現され長寿命となる。
固体潤滑剤としては、常温常圧で固体であり、潤滑性を有するものが好ましい。例えば、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂），二硫化タングステン（ＷＳ₂），六方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ），グラファイト，マイカ等のような層状構造を有する物質や、一次粒径が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下の金属酸化物，金属炭化物，炭素系超微粒子，軟質金属（銀，金，錫等）があげられる。

これらの固体潤滑剤は、前述のように金属同士の直接接触を抑制する効果を有するとともに、グリース組成物のトルク特性を損なわせることがない。特に、一次粒径が３ｎｍ以上５０ｎｍ以下の金属酸化物（二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂），二酸化チタン（ＴｉＯ₂）等）及び炭素系超微粒子は、金属同士の直接接触を抑制する効果が優れている。さらに、表面に疎水化処理を施されたものが、より好ましい。
グリース組成物中の固体潤滑剤の含有量は、０．０１質量％以上５質量％以下であることが好ましい。０．０１質量％未満であると、十分な耐久性が得られないおそれがある。一方、５質量％超過であるとグリース組成物が硬くなりやすいため、適当な油膜形成能が得られないおそれがある。

本発明の高速モータ用軸受は、毎分５万回転以上の回転速度で使用されても、優れた耐久性を有している。

本発明に係る高速モータ用軸受の実施の形態を、図１の部分縦断面図を参照しながら詳細に説明する。
図１の深溝玉軸受は、外周面に軌道面１０ａを有する内輪１０と、軌道面１０ａに対向する軌道面１１ａを内周面に有する外輪１１と、両軌道面１０ａ，１１ａ間に転動自在に配された複数の転動体１２と、内輪１０及び外輪１１の間に複数の転動体１２を保持する保持器１３と、内輪１０及び外輪１１の間の隙間の開口を覆う密封装置１４，１４と、で構成されている。そして、内輪１０と外輪１１と密封装置１４，１４とで囲まれた空隙部（軸受空間）には、両軌道面１０ａ，１１ａと転動体１２との間の潤滑を行うグリース組成物１５が充填されており、密封装置１４，１４により深溝玉軸受内部に密封されている。このグリース組成物１５は、基油，増ちょう剤，及び固体潤滑剤を含有している。

この深溝玉軸受は高速モータ用軸受として好適であり、毎分５万回転以上の高速回転で使用することが可能である。内輪１０の内径は４ｍｍ以上１８ｍｍ以下であることが好ましい。また、内輪１０，外輪１１，及び転動体１２は、ＨＲＣ６０〜６４の硬さを有する軸受鋼で構成することが好ましい。さらに、保持器１３は、鋼製保持器又は樹脂製の冠形保持器が好ましい。さらに、密封装置１４としては、非接触形のシールド板，非接触形のゴムシール，又は接触形のゴムシールが用いられる。

さらに、高速回転における高効率化及び低トルク化を図るため、転動体１２の直径をＤｂ、内外輪１０，１１の軌道面の曲率半径をそれぞれＲｉ，Ｒｏとした場合に、下記の３つの式を満足することが好ましい。
０．５２＜Ｒｏ／Ｄｂ≦０．６５
０．５０＜Ｒｉ／Ｄｂ≦０．６５
Ｒｏ／Ｄｂ＞Ｒｉ／Ｄｂ
さらに、ラジアル内部すきまは、３〜２８μｍに設定することが好ましい。高速回転時には内輪１０と軸との間でクリープが発生することがあるため、内輪１０を所定の締め代で軸に嵌合することにより、軸受の高速回転安定性を向上させる。

さらに、グリース組成物の増ちょう剤の種類は特に限定されるものではないが、リチウム石けん等の金属石けんや、リチウムコンプレックス石けん，バリウムコンプレックス石けん等の金属複合石けんや、ウレア化合物等を好適に用いることができる。
また、グリース組成物の基油の種類は特に限定されるものではないが、鉱油や、合成炭化水素油，エステル油，エーテル油，シリコーン油等の合成油を好適に用いることができる。基油の４０℃における動粘度は、熱安定性及びトルク特性に優れるため、２０〜１００ｍｍ²／ｓとすることが好ましい。２０ｍｍ²／ｓ未満であると熱安定性に劣るおそれがあり、１００ｍｍ²／ｓ超過であると、高トルクとなって高速モータ用として適切でなくなるおそれがある。

グリース組成物の混和ちょう度は、２２０〜２９５であることが好ましい。２２０未満であるとグリース組成物が硬すぎるため油膜形成能に劣るおそれがあり、２９５超過であると、軟らかすぎるため軸受からのグリース組成物の漏洩量が多くなって、耐久性が不十分となるおそれがある。また、グリース組成物には、耐熱性や防錆性等の諸性能を向上させるため、酸化防止剤，防錆剤，清浄分散剤，極圧剤等の添加剤を添加してもよい。

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、転がり軸受の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、本発明は、他の種類の様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受，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。
また、本実施形態の転がり軸受は、高速モータ用軸受として好適であるが、他の用途にも問題なく使用可能である。

〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。
４０℃における動粘度が４８ｍｍ²／ｓである合成炭化水素油を基油、ジウレア化合物を増ちょう剤とし、混和ちょう度が２６０であるベースグリースに、１質量％の固体潤滑剤を混合したグリース組成物を用意した。使用した固体潤滑剤は、一次粒径が２μｍの二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）、一次粒径が１００ｎｍの錫（Ｓｎ）、一次粒径が１３ｎｍの疎水性二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、一次粒径が１５ｎｍの二酸化チタン（ＴｉＯ₂）、一次粒径が４０ｎｍのカーボンブラック（ＣＢ）、及び、前記疎水性二酸化ケイ素と前記二酸化チタンとを１対１で混合したもの（すなわち、それぞれ０．５質量％）である。

これらのグリース組成物を日本精工株式会社製の呼び番号６０８の深溝玉軸受（内径８ｍｍ，外径２２ｍｍ，幅７ｍｍ）に封入し、耐久試験及びトルク測定を行った。なお、この深溝玉軸受は、プラスチック製の冠形保持器と、鋼製のシールド板とを備えている。
耐久試験は、ブラシモータを使用したクリーナモータ環境を想定して、与圧４９Ｎ、回転速度５００００ｍｉｎ^-1、軸受温度８０℃、ブラシ摩耗粉混入条件下において行った。そして、軸受温度が８５℃に上昇した時点を焼付き寿命とした。また、トルク測定は、与圧２９．４Ｎ、回転速度１８００ｍｉｎ^-1、室温下で行った。

それぞれの結果を図２のグラフに示す。なお、グラフに示した焼付き寿命及びトルクの数値は、固体潤滑剤を含有していないベースグリースを封入した深溝玉軸受の焼付き寿命及びトルクを１とした場合の相対値でそれぞれ示してある。グラフから分かるように、固体潤滑剤を含むグリース組成物が封入された深溝玉軸受は、高速回転で使用しても、トルク特性を損なうことなく優れた耐久性を有していた。特に、疎水性二酸化ケイ素と二酸化チタンとの両方を用いた場合に、焼付き寿命が優れていた。

次に、前述と同様のグリース組成物を、日本精工株式会社製の呼び番号６９６の深溝玉軸受（内径６ｍｍ，外径１５ｍｍ，幅５ｍｍ）に封入し、耐久試験を行った。なお、この深溝玉軸受は、プラスチック製の冠形保持器と、鋼製のシールド板とを備えている。耐久試験は、ブラシレスモータを使用した環境を想定して、与圧２９．４Ｎ、回転速度１０００００ｍｉｎ^-1、軸受温度８０℃において行った。そして、軸受温度が８５℃に上昇した時点を焼付き寿命とした。

結果を図３のグラフに示す。なお、グラフに示した焼付き寿命の数値は、固体潤滑剤を含有していないベースグリースを封入した深溝玉軸受の焼付き寿命を１とした場合の相対値で示してある。グラフから分かるように、固体潤滑剤を含むグリース組成物が封入された深溝玉軸受は、高速回転で使用しても優れた耐久性を有していた。特に、疎水性二酸化ケイ素と二酸化チタンとの両方を用いた場合に、焼付き寿命が優れていた。

本発明に係る高速モータ用軸受の一実施形態である深溝玉軸受の構成を示す部分縦断面図である。耐久試験及びトルク測定の結果を示すグラフである。耐久試験の結果を示すグラフである。

符号の説明

１０内輪
１０ａ軌道面
１１外輪
１１ａ軌道面
１２転動体
１５グリース組成物

Claims

内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪と前記外輪との間に形成される空隙部内に配されたグリース組成物と、を備え、毎分５万回転以上の回転速度で使用される高速モータ用軸受において、前記グリース組成物は固体潤滑剤を含有することを特徴とする高速モータ用軸受。