JP2015152084A - エレベータ巻上機用自動調心ころ軸受 - Google Patents

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Abstract

【課題】回転速度や荷重に伴って大きくなる発熱量を低減し、長寿命の自動調心ころ軸受を提供することを課題とする。
【解決手段】自動調心ころ軸受の、外輪軌道面曲率半径をｒａ，内輪軌道面曲率半径をｒｂ、ころ転動面曲率半径をｒｃとしたとき、ｒｃ／ｒａ（外輪球面半径に対するころ軌道面曲率半径）が０．９４以上０．９８以下を満たし、且つ、ｒｃ／ｒｂ（内輪軌道面曲率半径に対するころ軌道面曲率半径）が０．９４以上０．９８以下を満たすようにした自動調心ころ軸受。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受に関し、より詳細には、エレベータの巻上機に使用される自動調心ころ軸受に関する。
エレベータ巻上機は、モータ、綱車及びブレーキなどからなる。ギアを使用せず、直接モータ軸に綱車を取り付けて、ＰＭモータ（永久磁石同期モータ）をインバータで制御する構成となっている。巻上機の綱車には、かごに搭載される重量、かご自重、つり合いおもり、ロープ自重などの荷重が負荷されるため、高層階用や大容量になるほど荷重が大きくなる。軸やハウジングのたわみを吸収することができる自動調心ころ軸受は、負荷容量が大きく、組立の容易さなどから巻上機用軸受として多く使用されている。
さらに、回転速度や荷重が大きくなると回転による発熱が大きくなるため、軸受の発熱量の低減が必要である。潤滑は一般にグリースが使用されるが、循環装置を備えた油潤滑より、グリース潤滑は熱が留まりやすく発熱しやすい。例えば特許文献１には、案内輪と、保持器または内輪のうち少なくとも一方の部材との間にラジアルニードル軸受を組み込むことで摩擦を抑え、発熱の低減をはかる開示がある。
特開２００９−１８０２３５
本発明は、上述の課題を解決すべく、発熱量を低減し、長寿命の自動調心ころ軸受を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、下記の自動調心ころ軸受を提供する。
内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面の間に転動自在に配設され、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面に対する転動面を有する複数のころと、を備えた自動調心ころ軸受であって、
外輪軌道面曲率半径をｒａ，内輪軌道面曲率半径をｒｂ、ころ転動面曲率半径をｒｃとしたとき、ｒｃ／ｒａが０．９４以上０．９８以下を満たし、且つｒｃ／ｒｂが０．９４以上０．９８以下を満たすことを特徴とする。
一般的な自動調心ころ軸受は、高負荷に耐えうるべく、転動面と軌道面との接触面積が大きく設計されることが多い。そのため、ころ転動面曲率半径／軌道面曲率半径＝抱き率は０．９８以上のものが多く、高いものでは０．９９５に及ぶ。
本発明では、軌道面のころ抱き率（ｒｃ／ｒａ：外輪球面に対するころ軌道面曲率、ｒｃ／ｒｂ：内輪軌道面曲率に対するころ軌道面曲率）を０．９４〜０．９８とした。これは、エレベータ巻上機用として高速性に優れるよう、軸受からの発熱量を抑えるのに適した数値範囲である。すなわち、抱き率が０．９４未満の場合、軌道面ところ転動面との接触面積が小さくなるため、軸受が荷重を受けたときの面圧が大きくなり、軸受が損傷する可能性が高くなる。また、抱き率を０．９８より大きくすると、軸受の回転速度が速くなるにつれて転がりすべりによる発熱が大きくなるためである。
また、本発明はｒｃ／ｒｂ≦ｒｃ／ｒａが成り立つことを特徴とする。すなわち、外輪球面に対するころ軌道面曲率が内輪軌道面曲率に対するころ軌道面曲率以下となるようにしている。こうすることで、軸方向の摩擦力のバランスが保たれ、転がりすべりを抑制できることから、発熱の低減が可能となる。
さらに、本発明における軸受の材料は、転がり表面層の残留オーステナイト量が２０ｖｏｌ％以上４５ｖｏｌ％以下であり、浸炭窒化熱処理を施し、炭化物及び炭窒化物の平均粒子径が０．５μｍ以上１．５μｍ以下であることを特徴とする。
残留オーステナイト量が２０ｖｏｌ％未満では、ごみなどによる圧痕発生の際、応力集中効果が充分に発揮できず、４５ｖｏｌ％を超えると応力集中を緩和する効果が飽和し、かえって表面硬さが低下してしまうためである。また、平均粒子径が０．５μｍ未満では摩耗性が低下するため充分な寿命の向上が望めない。また、平均粒子径が１．５μｍを超えると、炭化物や炭窒化物が応力集中源となり、クラック等が発生しやすくなるため、転がり軸受の寿命が低下する場合がある。すなわち、残留オーステナイト量と炭化物及び炭窒化物の平均粒子径を上記数値範囲内に設定することで、適切な表面硬さを保ち、寿命の向上が望める。
また、表面基点型の破損によるはくり寿命を延長する為に、クロムを１％以上３％以下含有する浸炭軸受用鋼材料を用い、微細炭化物及び微細窒化物を均一分散させることが好ましい。さらには、モリブデンを約１％添加しても良い。
なお、本発明の軸受に用いる潤滑剤には、巻上機の構造簡略化やメンテナンス性からグリースを使用することが好ましい。基油が鉱物油、増ちょう剤がリチウム石けんを主成分とするグリースは、軸受の高速回転に伴う高温環境下に適している。基油が合成油、増ちょう剤がウレア化合物を主成分とするグリースは、エレベータの作動・停止に伴って軸受の回転・停止及び正逆転が頻繁に起こるなどの重荷重条件下において用いると好ましい。ウレア系増ちょう剤は転動面と軌道面との間の油膜の増膜に効果が高いためである。適宜極圧剤の適用をすると良い。
本発明によれば、軌道面のころ抱き率を規定することで、転がりすべりによる発熱量を低減し、高速回転に適用し長寿命な自動調心ころ軸受を提供できる。
本発明の自動調心ころ軸受の一例を示す断面図である。 軌道面のころ抱き率と、最大面圧、軸受寿命、発熱量の関係を示したグラフである。 外輪軌道面と内輪軌道面の曲率比を変化させた時の発熱量について示したグラフである。
以下に本発明の実施形態を説明する。
本実施形態の自動調心ころ軸受は、図１に示すように、外輪１と、１対の軌道を有する内輪２と、外輪１と内輪２との間に、２列にわたって転動自在に設けられた複数の球面ころ３と、球面ころ３を保持する保持器４とを備える。保持器４はもみ抜き保持器を採用してもよく、打ち抜き保持器にしても良い。
軌道面のころ抱き率（ｒｃ／ｒａ：外輪球面に対するころ軌道面曲率、ｒｃ／ｒｂ：内輪軌道面曲率に対するころ軌道面曲率）は０．９４〜０．９８とした。また、ｒｃ／ｒｂ≦ｒｃ／ｒａの関係が成り立つようにしている。
本実施形態における軸受の材料には、クロムを１〜３％含有している浸炭軸受用鋼材料を使用し、微細炭化物・窒化物を均一分散させた。転がり表面層の残留オーステナイト量は２０〜４５ｖｏｌ％とし、浸炭窒化熱処理を施し、炭化物・炭窒化物の平均粒子径は０．５〜１．５μｍとした。また、モリブデンを約１％添加している。
潤滑剤にはグリースを使用した。潤滑剤に使用されるグリースは、基油に鉱物油、増ちょう剤にリチウム石けんを主成分とするグリースとしている。基油に合成油、増ちょう剤にウレア化合物を主成分とするグリースを採用しても良い。また、適宜極圧剤を適用しても良い。
図２のグラフは、外径５００ｍｍ、内径２４０ｍｍ、幅１５５ｍｍの自動調心ころ軸受において、ころと軌道面の最大面圧、軸受寿命、回転による発熱量について、軌道面のころ抱き率が０．９７３のときの値を１としたときの比を示したグラフである。０．９４未満では、軌道面ところの接触面積が小さくなることから、軸受が荷重を受けたときの面圧が大きくなり、軸受損傷の原因となりかねない。０．９８より大きくすると、発熱量が大きくなり、寿命が低下することがわかる。図示しないＳＵＪ３材料を使用した従来の軸受（軌道面のころ抱き率：０．９７３）と比べると、その寿命比は本実施例に対して０．４であった。
図３のグラフは、外径５００ｍｍ、内径２４０ｍｍ、幅１５５ｍｍの自動調心ころ軸受において、外輪軌道面の曲率、内輪軌道面の曲率の比を変化させた時の発熱量について、軌道面のころ抱き率が０．９７３のときの値を１としたときの比を示したグラフである。ｒｃ／ｒｂ≦ｒｃ／ｒａの関係が成り立つとき、発熱量が低減されることがわかる。
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良などが可能である。
１ 外輪
１ａ 外輪軌道面
２ 内輪
２ａ 内輪軌道面
３ ころ
３ａ 転動面
４ 保持器
ｒａ 外輪軌道面の曲率半径
ｒｂ 内輪軌道面の曲率半径
ｒｃ ころ転動面の曲率半径

Claims (4)

  1. 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面の間に転動自在に配設され、前記内輪軌道面及び前記外輪軌道面に対する転動面を有する複数のころと、を備えた自動調心ころ軸受であって、
    外輪軌道面曲率半径をｒａ，内輪軌道面曲率半径をｒｂ、ころ転動面曲率半径をｒｃとしたとき、ｒｃ／ｒａが０．９４以上０．９８以下を満たし、且つｒｃ／ｒｂが０．９４以上０．９８以下を満たすことを特徴とするエレベータ巻上機用自動調心ころ軸受。
  2. 更にｒｃ／ｒｂ≦ｒｃ／ｒａの条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載のエレベータ巻上機用自動調心ころ軸受。
  3. 前記外輪、内輪、及びころの何れか一つ又は２つ以上は、炭化物若しくは窒化物を均一分散させ、クロムを１〜３％含有する浸炭鋼材を採用していることを特徴とする請求項１又は２に記載のエレベータ巻上機用自動調心ころ軸受。
  4. 前記外輪、内輪、及びころの何れか一つ又は２つ以上は、転がり表面層の残留オーステナイト量が２０ｖｏｌ％以上４５ｖｏｌ％以下であり、浸炭窒化熱処理を施し、炭化物及び炭窒化物の平均粒子径が０．５μｍ以上１．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のエレベータ巻上機用自動調心ころ軸受。
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