JP2014029198A

JP2014029198A - 深溝玉軸受

Info

Publication number: JP2014029198A
Application number: JP2012235741A
Authority: JP
Inventors: Akitoshi Maeda; 明年前田; Toru Shoda; 亨正田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2014-02-13
Also published as: CN202833626U

Abstract

【課題】軸受内輪と外輪の軌道溝の曲率半径を最適に設計することにより、低摩擦トルクと長焼付き寿命と耐フレッチング性向上を図ることができる深溝玉軸受を提供することを課題とする。
【解決手段】内周面に軌道溝を有する外輪と、外周面に軌道溝を有する内輪と、外輪の軌道溝と内輪の軌道溝との間に、転動自在に介在する複数の玉と、玉を円周方向一定の間隔に保持する保持器を備え、内輪軌道溝の曲率半径を玉の直径の５３％〜５８％、外輪軌道溝の曲率半径を玉の直径の５５％〜６０％とすることを特徴とする深溝玉軸受を提供する。
【選択図】図１

Description

この発明は深溝玉軸受に関する。

深溝玉軸受においては、従来より、更なる低摩擦トルク化と長寿命化が課題として上げられている。

この部分の改善の先行技術としては、特開２００９−１７４６９１号に示される技術がある。これは、内輪軌道面の溝曲率と玉径の比（以下、内輪溝曲率比と称する）を５３〜５７％、外輪軌道面の溝曲率と玉径の比（以下、外輪溝曲率比と称する）を５０．５〜５６％とし、かつその軌道面の溝曲率を複合させた複合円弧形状により、転がり疲れ、乗り上げ防止性向上と発熱防止を図るというものである。
しかしながら、この先行技術には、軌道面の溝曲率を複合円弧としているため、加工工数の増加によりコストが高いという問題があった。

また、特開２０１０−２４９２４１に示される技術がある。これは低摩擦トルクを実現し、且つ十分な基本動定格荷重を得るために、軌道面の溝曲率、溝深さ、玉径、玉数をパラメーターに数式を提案したというものである。しかし、当該計算式による内輪と外輪溝曲率比は、本特許で示した内輪と外輪溝曲率比をカバーしていなく、摩擦トルクの低減効果が不十分という問題があった。

特開２００９−１７４６９１号公報特開２０１０−２４９２４１号公報

前記の事情に鑑み、本発明は加工コストの上昇を抑えつつ、摩擦トルクを最大限に低減し、かつ焼きつき寿命の延長と耐フレッチング性向上のできる深溝玉軸受を提供することを課題とする。

本発明は上記問題を解決するために、
（１）少なくとも内輪と外輪と転動体を備える深溝玉軸受において、内輪溝曲率比を５３〜５８％、外輪溝曲率比を５５〜６０％とし、その範囲で最適に組み合わせることを特徴とする。
（２）好ましくは、内輪溝曲率比を５３％〜５５％、外輪溝曲率比を５５％〜５７％とする。
（３）また、前記（１）乃至（２）において、深溝玉軸受は、玉を円周方向一定の間隔に保持する保持器を備えることが好ましい。
（４）更に、前記（３）において、保持器はプラスチック製であることが好ましい。
（５）更に、前記（１）乃至（４）において、深溝玉軸受は密封部材を備えており、密封部材で形成される深溝玉軸受の内部空間には、潤滑剤が封入されていることが好ましい。
（６）更に、前記（５）において、潤滑剤はグリース組成物であることが好ましい。
（７）更に、前記（６）において、グリース組成物の４０℃における基油動粘度が２５〜５５ｍｍ^２／ｓであることが好ましい。

本発明によれば、深溝玉軸受の内輪溝曲率比を５３〜５８％、外輪溝曲率比を５５〜６０％としている。内外輪曲率比が大きくなれば、軸受の摩擦トルクは下がるが、基本動定格荷重は低下する傾向にある。本発明品の対象用途は一般産業モータであり、直接大きな荷重が負荷されない用途としているため、要求される転がり疲れ寿命を満足しつつ、摩擦トルクを最大限に低減することが可能である。

これに加えて、産業モータ用軸受の損傷モードは材料の転がり疲れではなく、グリースが焼付きに至るケースが殆どであるため、摩擦トルクが低い故に、軸受回転時の発熱が少なく、グリースの焼付き寿命の延長効果がある。

更に内輪と外輪溝曲率比を適度に大きくしたことで、玉と軌道面の接触部における滑り領域が減少するため、外部振動や微小揺動運転時、特にモータ停止時の潤滑油膜形成が不十分な状態における軌道面のフレッチング損傷を抑える効果もある。

更にプラスチック保持器を採用することで、特に高速回転域での更なる低摩擦トルク化が可能となる。また、プラスチック保持器は自己潤滑性があるため保持器ポケットと玉に生じる滑り摩耗が少ないため、運転中に摩耗粉が発生しにくく、グリースの焼付き寿命の更なる延長が図れるという効果が有る。

また、封入グリースの４０℃における基油動粘度を２５〜５５ｍｍ^２／ｓにすることで、低トルクで焼付き寿命延命を図ることができる。

本発明の深溝玉軸受を説明する図である。深溝玉軸受６２０１の内輪と外輪溝曲率比を単独で変化させて、摩擦トルクの計算結果を説明する図である。深溝玉軸受６２０１、６２０５と６３１２の転がり疲れ寿命計算値と内外輪溝曲率比の関係を説明する図である。実施例（６２０１）の摩擦トルク測定結果を説明する図である。実施例（６２０１）の温度上昇の試験結果を説明する図である。実施例（６２０１）のフレッチング試験結果を説明する図である。実施例（６２０１）を用い、基油動粘度とトルクとの関係を調べた結果を説明する図である。実施例（６２０１）を用い、基油動粘度と焼付き寿命との関係を調べた結果を説明する図である。

図１は、本発明の深溝玉軸受の一例を示す。この深溝玉軸受は、外輪１とその内周面に形成される外輪軌道溝１１と、内輪２とその外周面に形成される内輪軌道溝２２と、複数の玉３と、玉３を軸受の円周方向に一定の間隔に保持する保持器４と、密封部材である５、５を備える。また内輪溝曲率比は５３〜５８％、外輪溝曲率比は５５〜６０％とする。

前記外輪１、内輪２、密封部材５、５で区画され、玉３と保持器４の占める空間を除いた、いわゆる軸受内部空間には所定の量のグリース組成物（図示せず）が潤滑剤として封入されている。保持器４により、高速回転にも耐えうる深溝玉軸受とすることが可能である。またグリース潤滑とすることにより、装置の構成を簡便にすることが可能となる。

また、グリースとして、４０℃における基油動粘度を２５〜５５ｍｍ^２／ｓとすることが好ましい。基油動粘度をこの範囲とすることにより、上記の内輪溝曲率比及び外輪溝曲率比と相俟って、低トルク化及び焼付き寿命延命を図ることができる。

尚、基油の種類には制限はないが、合成炭化水素油やエステル系潤滑油、エーテル系潤滑油が好ましく、これらを単独で、もしくは適宜組み合わせて使用することができる。好ましくはポリα−オレフィン、ジエステル、ポリオールエステル、アルキルジフェニルエーテルを単独で、もしくはこれらを適宜組み合わせた混合油を用いる。また、増ちょう剤はこれら基油を増ちょうできるものであれば制限はなく、金属石けん類やウレア化合物等を使用できる。更には、目的に応じて各種の添加剤を添加することもできるが、何れも公知のもので構わない。

以下に理論検証と実施例を挙げて本発明の根拠と効果を更に説明する。

（理論検証）
図２は深溝玉軸受「型番」６２０１」（内輪内径Φ１２ｍｍ、外輪外径Φ３２ｍｍ、幅１０ｍｍ）について、リチウムグリース潤滑とし、内輪と外輪溝曲率比を単独で変化させて、摩擦トルクを計算した結果である。ＪＩＳに準拠し設計した比較例（現行品）を１とする場合の摩擦トルク比は、図２（ａ）のように、内輪溝曲率比５３％まで低下する傾向であり、それ以上は大幅な低減効果は見られない。また、図２（ｂ）のように、外輪溝曲率比５５％まで摩擦トルク比は低下傾向が見られるが、それ以上では同様に大幅な低減効果は見られない。
図３は、深溝玉軸受６２０１、６２０５と６３１２について、一般産業モータ用軸受の使用条件による転がり疲れ寿命の計算値と内外輪溝曲率比の関係を説明するものである。内輪と外輪溝曲率比が大きくなるにつれて、転動体との接触面圧が増加し、軸受の疲れ寿命は低下するが、産業モータの場合、一般的な要求寿命は２００００時間程度と言われており、これに満す（内輪溝曲率比／外輪溝曲率比）の上限は、５８／６０とするのが妥当である。
以上により、本発明は、産業モータ用軸受の実用疲れ寿命に配慮しつつ、摩擦トルク低下の最大化に、内輪溝曲率比を５３％〜５８％、外輪溝曲率比を５５％〜６０％とした。

（試験１）
図４は前項と同様な６２０１について、その内輪溝曲率比５４％、外輪溝曲率比５６％での実施例を示す。比較例（ＪＩＳに準拠し設計した現行品）と比べて、摩擦トルク半減の効果が得られた。

（試験２）
図５は、前項の実施例と同様な軸受について、比較例との温度上昇試験結果を示す。環境温度を６０℃に設定し、３００００ｍｉｎ^−１の高速回転における軸受の温度上昇を比較した。実施例、比較例共に各４個実施しており、軸受の平均温度をプロットしたものである。本発明品（実施例）の摩擦トルクが低いことから、軸受の温度上昇が現行品と比較して約１０℃低い結果であった。グリースの焼付き寿命は温度の影響を非常に受けるため、この１０℃の効果は大きく、現行品は５０００時間以内で４個のうち、２個が焼付きが生じたのに対して、本発明品は５０００時間においても特に問題はない状態であった。以上から、本発明品は、摩擦トルクが小さい故に、軸受温度上昇が少なく、即ちグリースの焼付き寿命を延長させる効果も得られることがわかった。

（試験３）
図６は、前項の実施例と同様な軸受について、フレッチング評価試験の結果を示す。一シャフトに間座をはさみ軸受６個を組み立て、板バネにより規定量の予圧をかける。このユニットを試験機ハウジングにセットし、外部サーボモータにより揺動角１°で５００万回サイクル運転を行い、試験前後の個々の軸受の振動値上昇量を確認する。
試験後の振動値は比較例が２００〜３００ｍＧに対して、本発明品は５０〜１５０ｍＧと約半分の上昇量にとどまっており、軸受内部の損傷状態（フレッチング摩耗）が少ない結果となった。このことから、本発明品は摩擦トルク低下のみならず、フレッチング抑制にも効果があることがわかる。

（試験４）
図７に、前項の実施例と同様な軸受、並びにＪＩＳに準拠し設計した深溝玉軸受６２０１（内輪の溝曲率：５０．５％、外輪の溝曲率５３％）を標準軸受（比較例）として用いて基油動粘度とトルクとの関係を調べた結果を示す。
２個の軸受を、外輪に間座を介して組み、表１に示すように基油動粘度の異なるグリースを封入し、規定量の予圧（０．５％動定格荷重）を付加して内輪１８００ｍｉｎ^−１にて回転させ、そのときのトルクを測定した。図７に示すように、基油動粘度が小さいほど低トルク化の傾向にあるが、トルクが８Ｎ・ｍの標準軸受の最小粘度２６ｍｍ^２／ｓ（４０℃）品よりも低トルク（８Ｎ／ｍ以下）を目標にした場合、基油動粘度を５５ｍｍ^２／ｓ（４０℃）以下にする必要があることがわかる。

（試験５）
図８に、前項の実施例と同様な軸受、並びにＪＩＳに準拠し設計した標準軸受（比較例）を用いて基油動粘度と焼付き寿命との関係を調べた結果を示す。
軸受に表１に示すグリースを封入し、内輪を２２０００ｍｉｎ^−１、動等価荷重５００Ｎ、環境温度１００℃にて回転させ、焼付きに至るまでの時間を測定した。図８に示すように、基油動粘度が大きいほど焼付き寿命延命の傾向があるが、標準軸受の最小粘度２６ｍｍ^２／ｓ（４０℃）品よりも長寿命を目標にした場合、基油動粘度を２５ｍｍ^２／ｓ（４０℃）以上にする必要があることがわかる。

本発明の深溝玉軸受は、例えば一般産業モータや家電モータ等に好適に使用できる。

１外輪、１１外輪軌道溝、２内輪、２２内輪軌道溝、３玉、４保持
器、５密封部材

Claims

内周面に軌道溝を有する外輪と、外周面に軌道溝を有する内輪と、外輪の軌道溝と内輪の軌道溝との間に、転動自在に介在する複数の玉と、玉を円周方向一定の間隔に保持する保持器を備え、内輪軌道溝の曲率半径を玉の直径の５３％〜５８％、外輪軌道溝の曲率半径を玉の直径の５５％〜６０％とすることを特徴とする深溝玉軸受。
前記保持器が金属製若しくはプラスチック製であることを特徴とする請求項１記載の深溝玉軸受。
軸受の両端面に、開放、若しくは少なくとも片側に密封部材が備え付けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の深溝玉軸受。
軸受が油若しくはグリースにより潤滑されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか1項に記載の深溝玉軸受。
グリースの基油動粘度が４０℃において２５〜５５ｍｍ^２／ｓであることを特徴とする請求項４記載の深溝玉軸受。
グリースの基油が合成炭化水素油、エステル系潤滑油及びエーテル系潤滑油から選ばれる少なくとも１種であり、増ちょう剤がウレア化合物または金属石けんであることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の深溝玉軸受。