JP2014029198A - 深溝玉軸受 - Google Patents
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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
【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。
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。
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25〜55mm2/sであることが好ましい。
(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25〜55mm2/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25〜55mm2/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。
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25〜55mm2/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。
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。
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。
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。
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26mm2/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55mm2/s(40℃)以下にする必要があることがわかる。
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26mm2/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55mm2/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26mm2/s(40℃)品よりも長寿命を目標にした場合、基油動粘度を25mm2/s(40℃)以上にする必要があることがわかる。
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26mm2/s(40℃)品よりも長寿命を目標にした場合、基油動粘度を25mm2/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
器、 5 密封部材
Claims (6)
- 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25〜55mm2/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。
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