JP5305834B2 - 転がり軸受、画像形成装置、自動車補機およびモータ - Google Patents
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Description
上記複写機・プリンタ等に用いられる軸受において、本件出願人は、導電性を付与するために、導電物質および増稠剤を兼用したカーボンを含む導電性グリースを封入した軸受等を提案している(特許文献1)。
上記自動車補機、特にオルタネータに用いられる軸受では、通常の金属疲労による剥離とは異なる水素の脆化によるいわゆる脆性剥離が発生し、短寿命となる問題がある。これに対し、本件出願人は、アルミニウム粉を添加したグリースを用いて脆性剥離対策を講じた技術を提案している(特許文献2)。
逆に、グリース漏れを防止すべく、導電性グリースのグリース封入量を少なくすると、軸受抵抗値の低位安定の長寿命化を図れない。
例えば、導電性を有する潤滑剤を封入した軸受において、各ポケットの内面に内径側凹み部および外径側凹み部を設けると、保持器外径側および内径側に付着する前記潤滑剤を減らし、常に転動体に導電性を有する潤滑剤を付着させ得る。換言すれば、ポケット内面に進入した潤滑剤は、玉配列ピッチ円PCDの付近で均されて保持される。内外輪軌道面と転動体との間に常に導電性を有する潤滑剤が介在することから、良好な通電状態を保持することが可能となり、軸受抵抗値の低位安定の長寿命化を図ることができる。さらに、従来技術の軸受に比べて、潤滑剤封入量が少量で済むことから、コスト的,環境的にも有利となる。
上記潤滑剤が通電グリースである。この場合、この通電グリースの漏れ防止と、軸受抵抗値の低位安定の長寿命化とを図ることができる。
上記内径側凹み部および上記外径側凹み部は、各凹み部から上記各ポケットの内面に進入した潤滑剤を、玉配列ピッチ円の付近で均して保持する。
この場合において、複写機またはプリンタ等の事務機における画像形成装置の感光ドラムの支持用に使用される通電型の転がり軸受であっても良い。この構成によると、通電グリースの軸受封入量を多くしても、軸受からのグリース漏れを低減することができる。よって、感光ドラムに汚れが付着せず、画像不良を未然に防止することができるうえ、軸受抵抗値の低位安定の長寿命化を図ることができる。
参考提案例として、上記脆性剥離対策グリースがアルミニウム粉末添加グリースである場合、摩擦摩耗面または摩耗により露出した金属新生面においてアルミニウムが反応し、酸化鉄と共にアルミニウム被膜が軸受転走面に生成することが、軸受転走面の表面分析の結果わかった。この軸受転走面に生成した酸化鉄およびアルミニウム被膜が、グリース組成物の分解による水素の発生を抑制して、水素脆性による特異な剥離を防止できる。
これらの発明の転がり軸受が、自動車補機に使用されるものである場合、メンテナンスフリーを実現することができ、脆性剥離による軸受の短寿命を防止して、自動車補機本体の不所望の交換を防止できる。
転がり軸受がモータのロータの支持に使用されるものであっても良い。
前記脆性剥離対策型の転がり軸受、またはアルミニウム粉末添加グリースを封入した転がり軸受を用いた自動車補機である場合、メンテナンスフリーを実現でき、整備に要する作業負担の低減を図ることができる。自動車補機本体を交換する際の負担軽減を図ることができる。
前記ロータの支持に使用される転がり軸受を用いたモータであっても良い。
この実施形態に係る転がり軸受1は、密閉型のシール付き深溝玉軸受であり、内輪2と外輪3の軌道面2a,3aの間に、複数の転動体4を介在させ、これら転動体4を保持する参考提案例の保持器5を設け、両側面に軸受空間V1を密封する非接触形のシール部材6,6を設けたものである。前記軸受空間V1に、後述する通電グリースまたは参考提案例として脆性剥離対策グリースが封入される。前記転動体4は例えば鋼球から成る。
図2(A)、図3に示すように、この保持器5は、例えば、鉄系金属材料から成る板材いわゆる鉄板をプレスにより打ち抜きおよび成形加工して製作された2枚の環状部材11から成る。この保持器5の材料としては、特に鉄系金属材料だけに限定されるものでなく、銅系金属材料、アルミニウム系金属材料等を使用することができる。
なお、図2(B)、(C)に示すような2つ割れ樹脂保持器、セグメント保持器にも適用できる。
前記銅系金属材料としては、銅−亜鉛合金(HBsC1、HBsBE1、BSP1〜3)、銅−アルミニウム−鉄合金(AlBC1)等、前記アルミニウム系金属材料としてはアルミ−シリコン合金(ADC12)等を使用できる。
各外径側凹み部14の内面形状は、保持器円周方向に沿う断面形状が、ポケット5aの内面となる凹球面の曲率半径Raよりも小さな曲率半径RAbの円弧状である。前記断面形状とは、外径側凹み部14を保持器中心軸に垂直な平面で断面した断面形状と同義である。詳しくは図5(B)に示すように、保持器5の半径方向の直線LAを中心とする各仮想円筒VAの表面に略沿う円筒面状の形状である。
この外径側凹み部14は、保持器半径方向につき、保持器外径側の開口縁から玉配列ピッチ円PCDの付近まで延びていて、保持器外径縁から玉配列ピッチ円PCDに近づくに従って徐々に小さく、つまり徐々に浅くかつ幅狭となる形状である。
なお、この参考提案例では外径側凹み部14を2箇所としたが、3箇所以上としても良い。
内径側凹み部13の深さは、ポケット5a内面の凹球面の中心O11から内径側凹み部13の最深位置までの距離Rcが、転動体4(図1)の半径の1.05倍以上となる深さであることが好ましい(丁度1.05倍であって良い)。
なお、この参考提案例では内径側凹み部13を2箇所としたが、3箇所以上としても良い。
<試験条件>
外輪回転:3600rpm,アキシアル荷重:39.2N,温度:室温,運転時間:5秒
・図8(a)に示すように、外径側凹み部14により保持器外径側の開口縁5aoでのグリースGrの掻き取りが低減されると共に、内径側凹み部13により保持器内径側の開口縁5aiでのグリースGrの掻き取りが低減される。
・図8(b)に示すように、外径側凹み部14からポケット5a内面に進入したグリースGrは、玉配列ピッチ円PCDの付近で均されて保持される。内径側凹み部13からポケット5a内面に進入したグリースGrも玉配列ピッチ円PCDの付近で均されて保持される。また、保持器内径側でも同様であり、結果的にグリースが転動体表面に多く付着することとなる。本来グリースが必要とされる転動体表面や近傍にグリースが存在していることから、これらのグリースが多少劣化した場合でも、効果的に転動体と軌道面間の油膜形成にグリースが寄与でき、軸受の長寿命化が達成できる。
複写機・プリンタの感光ドラム部支持用に使用される軸受1には、導電性が必要となるために軸受内部に通電グリースを封入している。この「通電グリース」は「導電性グリース」とも称される。
前記通電グリースに用いる基油は、特に限定することなく周知の潤滑油を1種または2種以上混合して使用することができ、例えば鉱油、合成炭化水素油、エステル油、エーテル油、グリコール系油またはアルキルシクロペンタン系油などが挙げられる。なお、近年の複写機等の事務用機器には、ポリカーボネート樹脂などの樹脂部品が多用されているから、これらの樹脂を損傷しない基油として、鉱油、合成炭化水素油、またはグリコール系油を使用することが好ましい。
このような基油に配合する増ちょう剤は、特に限定することなく、金属石けんなどを採用することもできるが、できれば増ちょう剤としてカーボンブラックを採用することが導電性を充分に高めるために好ましい。
グリースに所要の導電性を付与するために添加される導電性カーボンは、粒子径300〜800Åのものが好ましく、フタル酸ジブチル(DBP)の吸油量50〜300ml/100gの導電性カーボンを採用することが好ましい。導電性グリースの導電性を向上させるためには、できるだけ多量の導電性カーボンを添加することが好ましい。また、粒子径が所定粒径の範囲より小粒径で、吸油性が所定の値より大きい導電性カーボンは、増ちょう性が高く、すなわち軸受内でせん断を受けた際に増ちょう性を高くしやすく、凝集したグリースが転走面に広がり難くなって所用の導電性が得られ難い。このような傾向から、より好ましい導電性カーボンは、粒子径400〜600Åであり、フタル酸ジブチル(DBP)の吸油量50〜200ml/100gの導電性カーボンであり、好ましい配合量は20〜40重量%程度である。
このようなウィスカは、例えば、酸化スズ系の導電膜を形成した酸化チタンウィスカなどのように、表面処理やドーピングなどによって導電化したものを採用できる。前記ウィスカなどの微細な添加成分は、軸受の損傷を起こし難いものであるが、それでもできるだけ柔らかい材料であることが好ましく、その点からみても、カーボンウィスカは好ましい材料である。
以下に、実施例および比較例に用いた通電グリースの主要材料を列記する。なお、表中で使用する略号を[ ]内に示した。
(1)グリースの基油
・[PAO−1] ポリαオレフィン油(シンフルード801、動粘度47mm2/s(40℃))
・[PAO−2]ポリαオレフィン油(シンフルード41、動粘度17mm2/s(40℃))
(2)増ちょう剤
・[C−1]導電性カーボン(三菱化学社製:#3030B、粒子径550Å)DBP吸油量:130ml/100g 窒素吸着比表面積 32m2/g
・[C−2]導電性カーボン(ケッチェンブラックEC)粒子径300Å DBP吸油量:360ml/100g 窒素吸着比表面積 950m2/g
・[Li]ステアリン酸リチウム
(3)ウィスカ
・[G]気相法炭素繊維:昭和電工VGCF黒鉛化品(繊維径0.15μm、繊維長10〜20μm、アスペクト比10〜500、短繊維比抵抗1×10-3Ω・cm)
表1に示す配合割合で基油と増ちょう剤を配合し、同表中に示す混和ちょう度(JIS K2220)で体積抵抗率が5×105 Ω・cm以下となるように通電グリースの組成を調整した。
これに対して、混和ちょう度250〜350の通電グリースを転がり軸受の内部空間に所定量だけ封入した転がり軸受に係る発明は、転がり軸受の回転状態で1000時間の経過時においても導電性の経時変化が小さかった。特に、分散助剤としてリチウム石けんを配合した実施例2および実施例4は、転がり軸受の1000時間使用後の導電性がよく、経時変化が充分に小さかった。
アルミニウム系添加剤をグリース組成物に配合することにより、摩擦摩耗面または摩耗により露出した金属新生面においてアルミニウム化合物が反応し、酸化鉄とともにアルミニウム被膜が軸受転走面に生成することが、軸受転走面の表面分析の結果わかった。この軸受転走面に生成した酸化鉄およびアルミニウム被膜が、グリース組成物の分解による水素の発生を抑制して、水素脆性による特異な剥離を防止できるため、転がり軸受の寿命が延長するものと考えられる。
アルミニウム系添加剤の配合割合がこの配合範囲未満であると水素脆性による転走面での剥離を効果的に防止できない。また上記範囲をこえても剥離防止効果がそれ以上に向上しない。
これらの中で、耐熱性と潤滑性に優れたアルキルジフェニルエーテル油、または、ポリ-α-オレフィン油を用いることが好ましい。
これらの中で、耐熱性、コスト等を考慮するとウレア系化合物が望ましい。
ウレア系化合物は、イソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させることにより得られる。反応性のある遊離基を残さないため、イソシアネート化合物のイソシアネート基とアミン化合物のアミノ基とは略当量となるように配合することが好ましい。
ベースグリース 100重量部中に占める増ちょう剤の配合割合は、1重量部以上40重量部以下、好ましくは 3重量部以上 25重量部以下配合される。増ちょう剤の含有量が 1重量部未満では、増ちょう効果が少なくなり、グリース化が困難となり、 40重量部をこえると得られたベースグリースが硬くなりすぎ、所期の効果が得られ難くなる。
表2に示した基油の半量に、4,4−ジフェニルメタンジイソシアナート(日本ポリウレタン工業社製商品名のミリオネートMT、以下、MDIと記す)を表2に示す割合で溶解し、残りの半量の基油にMDIの2倍当量となるモノアミンを溶解した。それぞれの配合割合および種類は表2のとおりである。
MDIを溶解した溶液を撹拌しながらモノアミンを溶解した溶液を加えた後、100℃〜120℃で 30 分間撹拌を続けて反応させて、ジウレア化合物を基油中に生成させた。
これにアルミニウム系添加剤および酸化防止剤を表2に示す配合割合で加えてさらに 100℃〜120℃で 10 分間撹拌した。その後冷却し、三本ロールで均質化し、グリース組成物を得た。
得られたグリース組成物の急加減速試験を行なった。試験方法および試験条件を以下に示す。また、結果を表2に示す。
電装補機の一例であるオルタネータを模擬し、回転軸を支持する内輪回転の深溝玉軸受6303に上記グリース組成物を封入し、急加減速試験を行った。急加減速試験条件は、回転軸先端に取り付けたプーリに対する負荷荷重を 1960 N 、回転速度は 0 rpm〜18000 rpm で運転条件を設定し、さらに、試験軸受内に 0.1 A の電流が流れる状態で試験を実施した。軸受内に異常剥離が発生し、振動検出器の振動が設定値以上になって発電機が停止する時間(剥離発生寿命時間、h)を計測した。試験は500 時間で打ち切った。
前記実施例1に準じる方法で、表2に示す配合割合で、増ちょう剤、基油を選択してベースグリースを調整し、さらに添加剤を配合してグリース組成物を得た。得られたグリース組成物を実施例1と同様の試験を行って評価した。その結果を表2に示す。
例えば、前述の通電グリースを封入した軸受1において、各ポケット5aの内面に内径側凹み部13および外径側凹み部14を設けると、保持器外径側および内径側に付着する通電グリースを減らし、常に転動体4に通電グリースを付着させ得る。換言すれば、ポケット5a内面に進入した通電グリースは、玉配列ピッチ円PCDの付近で均されて保持される。内外輪軌道面2a,3aと転動体4との間に常に通電グリースが介在することから、良好な通電状態を保持することが可能となり、軸受抵抗値の低位安定化を図ることができる。さらに、従来技術の軸受に比べて、グリース封入量が少量で済むことから、コスト的にも有利となる。
また、保持器5の各ポケット5aの内面に、内径側凹み部13および外径側凹み部14を設けることにより、導電グリースや脆性剥離対策グリースはもちろん、どのようなグリースを用いても耐グリース漏洩性と長寿命を併せ持つ。この保持器5によると、軸受内に封入したグリースを漏らさず、かつ、転動にグリースが付着し封入したグリースを効果的に潤滑に使用できる。したがって、従来に比べグリース封入量を多くすることだけでなく、封入したグリースを最大限に有効利用することでも、長寿命化させることができる。逆に、従来の寿命でよければグリース封入量を少なくすることができるため、コスト,環境にもよいものとなる。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
外径側凹み部14は、ポケット5aの開口縁における保持器円周方向の中心OW5aから両側に広がって1箇所に設けられ、外径側凹み部14の幅W14は、ポケット5aの保持器円周方向の幅W5aの略全体にわたる幅としている。外径側凹み部14の幅W14は、ポケット5aの幅W5aの半分よりも大きいことが好ましく、2/3以上、あるいは3/4以上であることがより好ましい。外径側凹み部14は、保持器半径方向につき、保持器外径側の開口縁5aoから玉配列ピッチ円PCDまで延びていて、保持器外径縁から玉配列ピッチ円PCDに至るに従って、徐々に小さく、つまり徐々に浅くかつ幅が狭くなる形状とされている。
図10の構成によると、ポケット5a内面において、1箇所の内径側凹み部13と、1箇所の外径側凹み部14との間にグリースが均されて常に保持される。内径側凹み部13、または外径側凹み部14を砥石等により後加工する場合、複数箇所に凹み部を設ける図5のものよりも加工工数の低減を図ることができ、保持器5の製造コストの低減を図ることができる。
図16のように、連結部16の内径面のポケット背面側を削除しても良い。この場合、連結部16の内径面からグリースGrが軸受外に漏れるのを防ぐことができる。その他、図17ないし図19に示すように外径側凹み部14と内径側凹み部13とを設けた冠形保持器5Aを適用しても良い。
この軸受1に前述の通電グリースを封入したものを適用すると、この通電グリースの漏れ防止と、軸受抵抗値の低位安定化とを図ることができる。通電グリースの軸受封入量を多くしても、軸受1からのグリース漏れを低減することができる。よって、感光ドラム19に汚れが付着せず、画像不良を未然に防止することができるうえ、軸受抵抗値の低位安定化を図ることができる。
図23は、この発明の一実施形態にかかる軸受1を自動車補機としてオルタネータに設けた断面図である。この実施形態では、オルタネータONTにおいて、オルタネータ用軸受NN1,NN2にシャフトSh1が挿入され、突き出た端部にプーリPLが取り付けられている。プーリPL1には、図示していない伝動ベルトが掛けられる係合溝PL1が設けられる。このオルタネータ用軸受NN1,NN2によると、前述の保持器5(5A)を設けると共に上記脆性剥離グリースを封入したことにより、メンテナンスフリーを実現することができ、脆性剥離による軸受の短寿命を防止して、オルタネータ本体の不所望の交換を防止できる。
2…内輪
3…外輪
4…転動体
5,5A…保持器
5a,5Aa…ポケット
13…内径側凹み部
14…外径側凹み部
18…画像形成装置
19…感光ドラム
M1…モータ
Claims (7)
- 内輪と外輪の間に、保持器の各ポケットに保持された転動体を介在させ、潤滑剤を封入した転がり軸受において、
上記保持器の各ポケットの内面に、保持器内径側のポケット開口縁から保持器外径側へ延びる2個の内径側凹み部、および保持器外径側のポケット開口縁から保持器内径側へ延びる2個の外径側凹み部を設け、前記各ポケット内の2個の内径側凹み部の位置は、前記保持器内径側のポケット開口縁における保持器円周方向の中心に対する周方向の配向角度を40°±15°とした対称な2箇所であり、前記各ポケット内の2個の外径側凹み部の位置は、前記保持器外径側のポケット開口縁における保持器円周方向の中心に対する周方向の配向角度を40°±15°とした対称な2箇所であり、上記保持器が、環状体の一側面に一部が開放されて内部に玉を保持するポケットを、前記環状体の円周方向複数箇所に有する冠形状であり、上記潤滑剤が通電グリースであり、上記内径側凹み部および上記外径側凹み部は、各凹み部から上記各ポケットの内面に進入した潤滑剤を、玉配列ピッチ円の付近で均して保持することを特徴とする転がり軸受。 - 請求項1において、複写機またはプリンタ等の事務機における画像形成装置の感光ドラムの支持用に使用される通電型の転がり軸受。
- 請求項1において、自動車補機に使用される転がり軸受。
- 請求項1または請求項2において、モータのロータの支持に使用される転がり軸受。
- 請求項2に記載の転がり軸受を感光ドラムの支持に用いた画像形成装置。
- 請求項1に記載の転がり軸受を用いた自動車補機。
- 請求項4に記載の転がり軸受を用いたモータ。
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