JP2007211865A - クリープ防止転がり軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】高温多湿の雰囲気で使用されても、外輪の円周溝に装着されるOリングの経時変化を抑制して、クリープ防止機能の低下を防止することである。
【解決手段】外輪3の外径面の2つの円周溝3aに装着したOリング7を、耐熱性と耐薬品性に優れたフッ素ゴムで形成することにより、高温多湿の雰囲気で使用されても、Oリング7の寸法と硬度の経時変化を抑制して、クリープ防止機能の低下を防止できるようにした。
【選択図】図1
【解決手段】外輪3の外径面の2つの円周溝3aに装着したOリング7を、耐熱性と耐薬品性に優れたフッ素ゴムで形成することにより、高温多湿の雰囲気で使用されても、Oリング7の寸法と硬度の経時変化を抑制して、クリープ防止機能の低下を防止できるようにした。
【選択図】図1
Description
本発明は、クリープ防止転がり軸受に関し、特に、燃料電池用圧送機に使用されるものに好適なクリープ防止転がり軸受に関する。
例えば、アルミニウム合金等のように、転がり軸受の外輪を形成する鋼よりも熱膨張係数が大きい金属で形成された軸受箱等のハウジングに外輪が内嵌される転がり軸受には、ハウジングと外輪の熱膨張差に伴う締め代の低下によって外輪がハウジングの内径面に沿って転がるクリープを防止するために、外輪の外径面に設けた複数の円周溝に、ハウジングの内径面との間で弾性的に圧縮されるOリングを装着したクリープ防止転がり軸受が用いられている(例えば、特許文献1乃至3参照)。このようなクリープ防止転がり軸受は、内輪と外輪が非分離とされた深溝玉軸受に多く採用され、内輪が回転軸にしまり嵌めされ、外輪がハウジングにすきま嵌めされている。
特許文献1および2に記載されたものでは、前記Oリングを装着した複数の円周溝の間の外輪の外径面に高粘度油を塗布して、ハウジング内径面と外輪外径面との間の摩擦係数μを小さくし、外輪がラジアル荷重Pとハウジングとの摩擦によって、その内径面に沿って転がろうとするクリープ力F(=μ・P)を低減するようにし、より確実に外輪のクリープを防止するようにしている。また、このように円周溝の間の外輪の外径面に高粘度油を塗布したクリープ防止転がり軸受は、回転軸の熱膨張に伴う軸受の軸方向移動を許容する自由側の支持に用いると、軸受の軸方向移動をスムーズにするとともに、ハウジングとの軸方向摺動に伴うOリングの摩耗を低減する効果もある。
一方、次世代の発電システムとして近年注目されている燃料電池システムでは、都市ガスやLPガス等の炭化水素系燃料を改質器で水蒸気と反応させて、水素リッチな改質ガスを取り出し、この改質ガスと空気や酸素ガス等の酸化ガスとの電気化学反応によって、電気エネルギを得る方法の開発が進んでおり、この燃料電池システムの改質器には、炭化水素系燃料や水蒸気等のガスを圧送する圧送機が用いられている。この圧送機には、スクロール型、スクリュー型、斜板式等のものがあり、そのモータ駆動軸の支持等に、上述したクリープ防止転がり軸受が使用されている。
上述したクリープ防止転がり軸受のOリングには、汎用性があり安価なブタジエンアクリロニトリルゴム(NBR)を使用するのが一般的であるが、燃料電池システムの水蒸気を圧送する圧送機のように、高温多湿の雰囲気で使用されるものは、Oリングの寸法や硬度の経時変化が大きくなり、クリープ防止機能が低下する問題がある。特に、燃料電池システムは長い耐用年数を要求されるが、このようにクリープ防止転がり軸受のクリープ防止機能が低下すると、クリープによるハウジング内径面や外輪外径面の摩耗や、この摩耗に伴う摩耗粉の発生によって、圧送機の振動や騒音が大きくなるとともに、圧送機の圧送効率が著しく低下するため、軸受交換のためのシステムの停止を余儀なくされる。
そこで、本発明の課題は、高温多湿の雰囲気で使用されても、外輪の円周溝に装着されるOリングの経時変化を抑制して、クリープ防止機能の低下を防止することである。
上記の課題を解決するために、本発明は、ハウジングの内径面に内嵌される外輪の外径面に複数の円周溝を設け、これらの円周溝に、前記ハウジングの内径面との間で弾性的に圧縮されるOリングを装着し、これらのOリングを装着した複数の円周溝の間の外輪の外径面に高粘度油を塗布して、外輪のクリープを防止するようにしたクリープ防止転がり軸受において、前記外輪の複数の円周溝に装着されるOリングをフッ素ゴムで形成した構成を採用した。
すなわち、外輪の複数の円周溝に装着されるOリングを、耐熱性と耐薬品性に優れたフッ素ゴムで形成することにより、高温多湿の雰囲気で使用されても、外輪の円周溝に装着されるOリングの経時変化を抑制して、クリープ防止機能の低下を防止できるようにした。また、フッ素ゴムは耐油性も非常に優れているので、外輪の外径面に塗布される高粘度油と接触しても経時変化することはない。
前記フッ素ゴムは、耐熱温度が約300℃で、水、油を含めて各種薬品とも反応し難く、耐熱性と耐薬品性に非常に優れている。ちなみに、NBRは耐熱温度が約130℃であり、ある程度の耐薬品性と耐油性も有するが、フッ素ゴムには及ばない。
前記Oリングを形成するフッ素ゴムの硬度を70デュロメータA以上とすることにより、寸法の経時変化をより抑制することができる。
本発明者は、フッ素ゴムの硬度と圧縮永久歪との関係を調査した結果、図4に示すように、フッ素ゴムの硬度と圧縮永久歪との間には密接な関係が有り、硬度を70デュロメータA以上とすることにより、圧縮永久歪を20%以下に抑制できることを発見した。この発見に基づいて、フッ素ゴムの好ましい硬度を70デュロメータA以上とした。
上述したクリープ防止転がり軸受は、燃料電池用圧送機に使用されるものに好適である。
本発明のクリープ防止転がり軸受は、外輪の複数の円周溝に装着されるOリングを、耐熱性と耐薬品性に優れたフッ素ゴムで形成したので、高温多湿の雰囲気で使用されても、外輪の円周溝に装着されるOリングの経時変化を抑制して、クリープ防止機能の低下を防止することができる。また、フッ素ゴムは耐油性も非常に優れているので、外輪の外径面に塗布される高粘度油と接触しても経時変化することはない。
前記Oリングを形成するフッ素ゴムの硬度を70デュロメータA以上とすることにより、寸法の経時変化をより抑制することができる。
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。このクリープ防止転がり軸受は、図1に示すように、内輪2と外輪3の間の軸受空間に複数のボール4が保持器5に保持され、軸受空間がシール部材6でシールされた深溝玉軸受1であり、ハウジング10の内径面に内嵌された外輪3の外径面の両端部に2つの円周溝3aが設けられて、各円周溝3aにOリング7が装着され、これらのOリング7が装着された円周溝3aの間の外輪3の外径面に、高粘度油8が塗布されている。
前記Oリング7はフッ素ゴムで形成され、その硬度は70デュロメータA以上とされており、ハウジング10の内径面との間で弾性的に圧縮されることにより、その弾性圧縮力で外輪3を拘束し、外輪3がハウジング10の内径面に沿って転がろうとするクリープを防止する。
また、前記外輪3の外径面に塗布した高粘度油8は、ハウジング10の内径面と外輪3の外径面との間の摩擦係数μを小さくし、図2に模式的に示すように、外輪3がラジアル荷重Pとハウジングとの摩擦によって、その内径面に沿って転がろうとするクリープ力F(=μ・P)を低減して、より確実に外輪3のクリープを防止する働きをする。
実施例として、上述したように、Oリングをフッ素ゴムで形成した深溝玉軸受を用意した。比較例として、OリングをNBRで形成した深溝玉軸受も用意した。実施例、比較例ともOリングの硬度は70デュロメータAとし、軸受寸法は外径22mm、内径8mm、幅7mmとした。
上記実施例と比較例の深溝玉軸受について、内輪を回転軸にしまり嵌めし、外輪はOリングを圧縮変形させてハウジングにすきま嵌めし、軸受回転に伴う外輪のクリープの有無を調査するクリープ試験を行った。クリープ試験時間は500時間とし、試験の途中で所定時間経過後に各試験軸受を取り外すことにより、Oリングの寸法と硬度の経時変化も調査した。試験条件は以下の通りである。
・ハウジング内径:22.007mm
・回転速度 :10000rpm
・試験雰囲気 :乾燥状態、多湿状態
・雰囲気温度 :90℃
・ハウジング内径:22.007mm
・回転速度 :10000rpm
・試験雰囲気 :乾燥状態、多湿状態
・雰囲気温度 :90℃
表1は、上記クリープ試験の結果と、Oリングの寸法および硬度の経時変化の調査結果を併せて示す。なお、寸法の経時変化は、初期の寸法を100とする相対値で表示した。寸法の経時変化については、乾燥状態では実施例と比較例はほぼ同等であるが、多湿状態では、比較例の寸法変化率が約10%実施例のものよりも大きくなっている。また、硬度の経時変化については、実施例のものが、乾燥、多湿のいずれの状態でもほとんど変化していないのに対して、比較例のものはいずれの状態でも硬度が高くなっており、特に多湿状態での硬度はかなり高くなっている。
上記クリープ試験の結果では、比較例のものでは多湿状態で500時間後にクリープが発生したのに対して、実施例のものでは、いずれの状態でも全くクリープが発生していない。この結果は、上述したOリングの経時変化が少ないこと、特に、多湿状態での寸法と硬度の経時変化が少ないことによるものと考えられる。
図3は、上述した深溝玉軸受1を使用した燃料電池用圧送機を示す。この圧送機はスクロール型のものであり、ハウジング10に2つの深溝玉軸受1a、1bで支持された駆動軸11を、ハウジング10に固定されたステータ21と、駆動軸11に取り付けられたロータ22で回転駆動するモータ駆動部20と、駆動軸11の偏心部11aに取り付けられた旋回スクロール41の自転を、従動クランク軸31のクランクピン31aとの係合によって防止するクランク機構部30と、旋回スクロール41と固定スクロール42との間で、吸入口43から吸入されるガスを圧縮して、吐出口44から圧縮されたガスを燃料電池に圧送する圧縮機構部40とからなる。
前記駆動軸11の基端側を支持する深溝玉軸受1aは、ハウジング10の蓋部材10aに、外輪3が軸方向移動を固定されるように内嵌されている。また、駆動軸11の中間部を支持する深溝玉軸受1bは、ハウジング10の中間フレーム10bに内嵌され、外輪3がコイルばね12で軸方向に予圧されて、駆動軸11の熱膨張に伴う軸方向移動を許容されている。
前記クランク機構部30の従動クランク軸31は、軸受32でハウジング10の中間フレーム10bに支持され、そのクランクピン31aは、軸受33を介して旋回スクロール41の背面側に設けられた凹部に係合している。このクランクピン31aとの係合によって、駆動軸11の偏心部11aに軸受34で支持された旋回スクロール41の自転が防止される。
前記圧縮機構部40の旋回スクロール41と固定スクロール42は、それぞれ渦巻状の旋回ラップ41aと固定ラップ42aとを有し、旋回スクロール41の旋回に伴うこれらの渦巻状のラップ41a、42aの摺接によって、外径側の吸入口43から吸入されるガスが内径側に送られながら圧縮され、圧縮されたガスが中心部に設けられた吐出口44から吐出される。
上述した実施形態では、クリープ防止転がり軸受を深溝玉軸受とし、スクロール型の燃料電池用圧送機に使用したが、本発明に係るクリープ防止転がり軸受は、ころ軸受等の他のタイプの転がり軸受にも適用することができ、スクリュー型や斜板式等の他の燃料電池用圧送機にも使用することができる。
1、1a、1b 深溝玉軸受
2 内輪
3 外輪
3a 円周溝
4 ボール
5 保持器
6 シール部材
7 Oリング
8 高粘度油
10 ハウジング
10a 蓋部材
10b 中間フレーム
11 駆動軸
11a 偏心部
12 コイルばね
20 モータ駆動部
21 ステータ
22 ロータ
30 クランク機構部
31 従動クランク軸
31a クランクピン
32、33、34 軸受
40 圧縮機構部
41 旋回スクロール
42 固定スクロール
41a、42a ラップ
43 吸入口
44 吐出口
2 内輪
3 外輪
3a 円周溝
4 ボール
5 保持器
6 シール部材
7 Oリング
8 高粘度油
10 ハウジング
10a 蓋部材
10b 中間フレーム
11 駆動軸
11a 偏心部
12 コイルばね
20 モータ駆動部
21 ステータ
22 ロータ
30 クランク機構部
31 従動クランク軸
31a クランクピン
32、33、34 軸受
40 圧縮機構部
41 旋回スクロール
42 固定スクロール
41a、42a ラップ
43 吸入口
44 吐出口
Claims (3)
- ハウジングの内径面に内嵌される外輪の外径面に複数の円周溝を設け、これらの円周溝に、前記ハウジングの内径面との間で弾性的に圧縮されるOリングを装着し、これらのOリングを装着した複数の円周溝の間の外輪の外径面に高粘度油を塗布して、外輪のクリープを防止するようにしたクリープ防止転がり軸受において、前記外輪の複数の円周溝に装着されるOリングをフッ素ゴムで形成したことを特徴とするクリープ防止転がり軸受。
- 前記Oリングを形成するフッ素ゴムの硬度を70デュロメータA以上とした請求項1に記載のクリープ防止転がり軸受。
- 前記クリープ防止転がり軸受が、燃料電池用圧送機に使用されるものである請求項1または2に記載のクリープ防止転がり軸受。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006031412A JP2007211865A (ja) | 2006-02-08 | 2006-02-08 | クリープ防止転がり軸受 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006031412A JP2007211865A (ja) | 2006-02-08 | 2006-02-08 | クリープ防止転がり軸受 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007211865A true JP2007211865A (ja) | 2007-08-23 |
Family
ID=38490500
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006031412A Pending JP2007211865A (ja) | 2006-02-08 | 2006-02-08 | クリープ防止転がり軸受 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007211865A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103261719A (zh) * | 2010-12-16 | 2013-08-21 | 包米勒公司 | 具体来说泵机组的电动机器 |
DE102012202900A1 (de) | 2012-02-27 | 2013-08-29 | Aktiebolaget Skf | Lageranordnung |
DE112018001791T5 (de) | 2017-03-31 | 2019-12-12 | Ihi Corporation | Lageraufbau und elektrischer Kompressor |
US11391324B1 (en) * | 2021-04-07 | 2022-07-19 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Creep mitigation design for bearing assembly |
-
2006
- 2006-02-08 JP JP2006031412A patent/JP2007211865A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103261719A (zh) * | 2010-12-16 | 2013-08-21 | 包米勒公司 | 具体来说泵机组的电动机器 |
US9312736B2 (en) | 2010-12-16 | 2016-04-12 | Baumueller Nuernberg Gmbh | Electric machine, in particular of a pump unit |
DE102012202900A1 (de) | 2012-02-27 | 2013-08-29 | Aktiebolaget Skf | Lageranordnung |
DE112018001791T5 (de) | 2017-03-31 | 2019-12-12 | Ihi Corporation | Lageraufbau und elektrischer Kompressor |
US11391324B1 (en) * | 2021-04-07 | 2022-07-19 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Creep mitigation design for bearing assembly |
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