(57)【要約】【課題】高温高速回転時の転がり疲労寿命および耐摩耗性に優れたアンギュラ玉軸受を提供する。【解決手段】外輪１の軌道溝１０をなす円弧の半径（Ｒ１）の玉３の直径（Ｄ）に対する比（Ｒ１／Ｄ）が０. ５０以上０. ５６以下、内輪２の軌道溝２０をなす円弧の半径（Ｒ２）の玉３の直径（Ｄ）に対する比（Ｒ２／Ｄ）が０. ５２以上０. ６０以下であり、接触角（θ）が８°以上２５°以下である。(1) 式で示されるパラメータＡが６. ９以上２４．５以下である。隙間ｔ１が肩落とし部２１の外径Ａ１の２. １％以上３. ３％以下で、隙間ｔ２が肩部２２の外径Ａ２の３. ５％以上５. １％以下で、グリースの封入量が軸受内部空間の１０体積％以上５０％体積以下である。  Ａ＝θ／（（Ｒ１／Ｄ）＋（Ｒ２／Ｄ））…(1) （式中、θの単位は「°」である）【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向両端に非接触シールが取り付けられ、内部にグリースが封入され、保持器を有し、内輪または外輪の軸方向片側の溝肩が落とされているアンギュラ玉軸受であって、
外輪の軌道溝をなす円弧の半径（Ｒ１）の玉の直径（Ｄ）に対する比（Ｒ１／Ｄ）が０. ５０以上０. ５６以下であり、
内輪の軌道溝をなす円弧の半径（Ｒ２）の玉の直径（Ｄ）に対する比（Ｒ２／Ｄ）が０. ５２以上０. ６０以下であり、
接触角（θ）が８°以上２５°以下であり、
下記の(1) 式で示されるパラメータＡが６. ９以上２４．５以下であり、
Ａ＝θ／（（Ｒ１／Ｄ）＋（Ｒ２／Ｄ））…(1) 
（式中、θの単位は「°」である。）
前記非接触シールと内輪または外輪との軸に垂直な方向の隙間が、溝肩が落とされている側で内輪の外径または外輪の内径の２. １％以上３. ３％以下であり、溝肩が落とされていない側で内輪の外径または外輪の内径の３. ５％以上５. １％以下であり、
グリースの封入量が軸受内部空間の１０体積％以上５０％体積以下であることを特徴とするアンギュラ玉軸受。
【請求項２】
前記パラメータＡが８. ９以上１８．９以下であり、
グリースの封入量が軸受内部空間の１５体積％以上３５％体積以下であることを特徴とする請求項１記載のアンギュラ玉軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸方向両端に非接触シールが取り付けられ、内部にグリースが封入されているアンギュラ玉軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンギュラ玉軸受は、接触角θが０°＜θ＜９０°を満たし、内輪または外輪の軸方向片側の溝肩が落とされている単列・非分離形玉軸受である。
アンギュラ玉軸受の用途として自動車のターボージャの回転軸を支持する用途があり、特許文献１には、この用途に好適なアンギュラ玉軸受が記載されている。
特許文献１のアンギュラ玉軸受は、接触角が１０°以上１８°以下であり、転動体がセラミックス製である。内輪および／または外輪は、Ｃを０．３重量％以上０．６重量％以下、Ｓｉを０．９重量％以上１．２重量％以下、Ｃｒを０．７重量％以上１．５重量％以下、Ｍｏを０．７重量％以上１．５重量％以下の範囲で含有する鉄鋼材料で所定形状に形成された後に、浸炭窒化処理と焼入れ焼き戻しが施されて、軌道面の表層部の残留オーステナイト量が１５．０体積％以下、平均残留オーステナイト量が５．０体積％以下、軌道面の表層部の炭素含有率が０．８重量％以上１．１重量％以下、軌道面の表層部の炭素含有率が０．２重量％以上０．６重量％以下となっている。
【０００３】
特許文献２には、自動車用燃料電池システムのコンプレッサや水蒸気圧送機で使用されるインペラ軸支持用転がり軸受装置として、アンギュラ玉軸受を使用することが記載されている。前記コンプレッサは、カソード側へ空気を圧送して供給するための空気供給装置を構成し、前記水蒸気圧送機は、燃料にガソリンを使用する場合に必要となる高温の水蒸気をエネルギー効率良く発生させるために使用する。また、アンギュラ玉軸受の潤滑をグリース潤滑で行うことや、アンギュラ玉軸受の軸方向両端に接触シールまたは非接触シールを取り付けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２ー１８０２０２号公報
【特許文献２】特開２００２ー３６９４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載されたアンギュラ玉軸受では、潤滑をオイルエア潤滑により行っており、回転速度が数万〜十数万ｍｉｎ-1の高速回転の使用条件では、十分な潤滑性能が得られない恐れがある。
また、特許文献２に記載されたインペラ軸支持用転がり軸受装置を構成するアンギュラ玉軸受は、高温高速回転時の転がり疲労寿命および耐摩耗性の点で改善の余地がある。
この発明の課題は、高温高速回転時の転がり疲労寿命および耐摩耗性に優れたアンギュラ玉軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明の一態様のアンギュラ玉軸受は、軸方向両端に非接触シールが取り付けられ、内部にグリースが封入され、保持器を有し、内輪または外輪の軸方向片側の溝肩が落とされているアンギュラ玉軸受であって、下記の構成(1) 〜(4) を有することを特徴とする。
(1) 外輪の軌道溝をなす円弧の半径（Ｒ１）の玉の直径（Ｄ）に対する比（Ｒ１／Ｄ）が０. ５０以上０. ５６以下であり、内輪の軌道溝をなす円弧の半径（Ｒ２）の玉の直径（Ｄ）に対する比（Ｒ２／Ｄ）が０. ５２以上０. ６０以下である。
【０００７】
(2) 接触角（θ）が８°以上２５°以下である。
(3) 下記の(1) 式で示されるパラメータＡが６. ９以上２４．５以下である。
Ａ＝θ／（（Ｒ１／Ｄ）＋（Ｒ２／Ｄ））…(1) 
（式中、θの単位は「°」である。）
(4) 前記非接触シールと内輪または外輪との軸に垂直な方向の隙間が、溝肩が落とされている側で内輪の外径または外輪の内径の２. １％以上３. ３％以下であり、溝肩が落とされていない側で内輪の外径または外輪の内径の３. ５％以上５. １％以下であり、グリースの封入量が軸受内部空間の１０体積％以上５０％体積以下である。
【０００８】
このアンギュラ玉軸受は、前記構成(1) を有することで、玉と軌道溝との接触面積（Ｓ）および玉と軌道溝との接触面での滑り速度（Ｖ）を小さくすることができる。
具体的には、Ｒ１／Ｄが０. ５０未満であると、接触面積Ｓおよび滑り速度Ｖが大きくなり過ぎて、軸受の回転抵抗および発熱量が大きくなり、焼き付き寿命が不十分となる。Ｒ１／Ｄが０. ５６を超えると、接触面積Ｓが小さくなり過ぎて接触部の面圧（Ｐ）が増大し、発熱量が大きくなるとともに玉や軌道面に剥離などの損傷が発生しやすくなる。
【０００９】
Ｒ２／Ｄが０. ５２未満であると、接触面積Ｓおよび滑り速度Ｖが大きくなり過ぎて、軸受の回転抵抗および発熱量が大きくなり、焼き付き寿命が不十分となる。Ｒ２／Ｄが０. ６０を超えると、接触面積Ｓが小さくなり過ぎて接触部の面圧（Ｐ）が増大し、発熱量が大きくなるとともに玉や軌道面に剥離などの損傷が発生しやすくなる。
このアンギュラ玉軸受は、また、前記構成(2) を有することで、アキシャル剛性を確保しつつ、高温環境での焼き付き寿命が良好になる。接触角（θ）が８°未満であるとアキシャル剛性が不十分となる。θが２５°を超えると、高速回転時に玉のジャイロスピン滑りが大きくなり、玉の温度が上昇する。その結果、軸受温度が急激に上昇して、潤滑剤不足となり易く、早期に焼き付きが生じやすい。
【００１０】
このアンギュラ玉軸受は、また、前記構成(3) を有することで、剥離寿命および焼き付き寿命の両方が良好になる。パラメータＡが６. ９未満であると、焼き付き寿命は良好であるが剥離寿命が不良である。パラメータＡが２４．５を超えると、剥離寿命は良好であるが焼き付き寿命が不良である。パラメータＡは８. ９以上１８．９以下であることが好ましい。
このアンギュラ玉軸受は、また、前記構成(4) を有することで、グリース漏れや軸受温度の著しい上昇が生じることなく、焼き付き寿命が良好になる。グリースの封入量は軸受内部空間の１５体積％以上３５％体積以下であることが好ましい。
【００１１】
このアンギュラ玉軸受は、さらに下記の構成(5) 〜(9) の少なくともいずれかを有することが好ましい。
(5) 内輪および外輪は、Ｃを０．２質量％以上１．２質量％以下、Ｓｉを０．４質量％以上１．５質量％以下、Ｃｒを０．５質量％以上２．０質量％以下、Ｍｏを０．５質量％以上１．５質量％以下の範囲で含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる鉄鋼材料で所定形状に形成された後に、浸炭窒化処理と焼入れ焼き戻しが施されて、軌道面の表層部の炭素含有率が０．８質量％以上１．３質量％以下、軌道面の表層部の窒素含有率が０．２質量％以上０．８質量％以下となっている。
【００１２】
(6) 保持器は、内輪の外周面で案内される内輪案内型、または外輪の内周面で案内される外輪案内型であり、内輪または外輪の保持器案内面（内輪の外周面または外輪の内周面）に浸炭窒化処理が施されている。
(7) 保持器は、ポリアミド４６、ポリアミド６６、ポリフェニレンサルファイド、ポリフッ化エチレン、およびポリエーテルエーテルケトンから選択される１以上の合成樹脂と、ガラス繊維または炭素繊維からなる繊維状充填剤とで構成された樹脂組成物を溶融成形することで得られたものである。樹脂組成物中の繊維状充填剤の含有率は１０質量％以上４０％以下である。
【００１３】
(8) 転動体はセラミックス製である。
(9) グリースは、増ちょう剤がジウレア化合物からなり、基油が、４０℃における動粘度が１５〜５０ｍｍ2 ／ｓであるポリαーオレイン（ＰＡＯ）とジエステル油との混合油であり、基油の含有率がグリース全体の８５〜９０質量％であり、混和ちょう度が２６５〜２９５である。ジエステル油としては、ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）、ジイソデシルアジペート（ＤＩＢＡ）、ジブチルアジペート（ＤＢＡ）、ジオクチルアゼレート（ＤＯＺ）、ジブチルセバケート（ＤＢＳ）、ジオクチルセバケート（ＤＯＳ）等を使用することができる。
【００１４】
このアンギュラ玉軸受が前記構成(5) を有するもの（すなわち、内輪および外輪が炭化物形成元素を所定範囲で含む耐熱、耐摩耗鋼で構成されているもの）であると、前記構成(5) を有さないものと比較して、転がり疲労寿命が長くなり、耐摩耗性が良好になる。
このアンギュラ玉軸受が前記構成(6) を有するものであると、前記構成(6) を有さないものと比較して、内輪または外輪の保持器案内面の耐摩耗性が良好になる。
【００１５】
このアンギュラ玉軸受が前記構成(7) を有するものであると、前記構成(7) を有さないもの（前記樹脂組成物中の繊維状充填剤の含有率が１０質量％未満または４０質量％超であるもの）と比較して、溶融成形時の流動性が良好でありながら、保持器の寸法安定性および機械的強度が確保される。
このアンギュラ玉軸受が前記構成(8) を有するものであると、前記構成(8) を有さないもの（玉が鋼製であるもの）と比較して、高速回転時の玉の遠心力が小さくなり、軌道輪が鋼製である場合に軌道輪に対する耐焼き付き性が向上し、異物混入時に転動体に圧痕が形成されにくくなる。
【００１６】
このアンギュラ玉軸受が前記構成(9) を有するものであると、前記構成(9) を有さないものと比較して、潤滑性能が良好になり、発熱量が低くなり、グリース漏れが生じにくくなる。基油の４０℃における動粘度が１５ｍｍ2 ／ｓ未満であると、高温環境で基油が蒸発し易いため良好な潤滑性能が得られない。基油の４０℃における動粘度が５０ｍｍ2 ／ｓを超えると、トルクが上昇し発熱量が多くなる。混和ちょう度が２６５未満であると、グリースが硬すぎて流動性が不良となる。混和ちょう度が２９５を超えると、グリースが柔らか過ぎて、非接触シールと軌道輪との隙間から漏れやすくなる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明のアンギュラ玉軸受によれば、高温高速回転時の転がり疲労寿命および耐摩耗性が従来品より優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態のアンギュラ玉軸受を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明の実施形態について説明する。
図１に示すように、この実施形態のアンギュラ玉軸受は、外輪１、内輪２、玉３、保持器４、および非接触シール５，６で構成されている。
内輪２の軸方向片側（図１の左側）の溝肩が落とされている。肩落とし部２１側に配置された非接触シール５と、内輪２との軸に垂直な方向の隙間ｔ１は、内輪２の外径（肩落とし部２１の非接触シール５と対向する位置での外径）Ａ１の２. ５％である。肩部２２側に配置された非接触シール６と、内輪２との軸に垂直な方向の隙間ｔ２は、内輪２の外径（肩部２２の非接触シール６と対向する位置での外径）Ａ２の４. ０％である。保持器４は外輪案内型であり、外輪１の転動溝１０より肩落とし部２１側で内輪２と対向する内周面１２で案内される。
非接触シール５，６は、芯金５１，６１とゴム成形体５２，６２とからなるゴム付きシールである。外輪１の内周面に、非接触シール５，６を取り付ける取付溝１５，１６が形成されている。
【００２０】
［パラメータＡについて］
図１のアンギュラ玉軸受として、内径が８ｍｍ、外径が２２ｍｍ、幅（軸方向寸法）が１１ｍｍ、玉３の直径（Ｄ）が５／３２インチ（３. ９７ｍｍ）であり、外輪１の軌道溝１０をなす円弧の半径（Ｒ１）、内輪２の軌道溝２０をなす円弧の半径（Ｒ２）、および接触角（θ）が異なる８種類のサンプル（No.1〜８）を用意した。
各サンプルのＲ１、Ｒ２、θ、Ｒ１／Ｄ、Ｒ２／Ｄおよび前記(1) 式で算出したパラメータＡを表１に示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
No.1〜８のアンギュラ玉軸受において、外輪１と内輪２の材質および製造方法は全て同じにした。すなわち、各サンプルの外輪１および内輪２の素材として、下記の鋼材Ａからなる同じ素材を用意した。
【００２３】
＜鋼材Ａ＞
Ｃの含有率が０．７質量％、Ｓｉの含有率が１．０質量％、Ｃｒの含有率が１．２質量％、Ｍｏの含有率が１．０質量％、残部鉄および不可避的不純物からなる。
また、この素材を外輪１および内輪２の形状に加工した後に、浸炭窒化処理と焼入れ焼き戻しを行い、外輪１の軌道溝１０を含む内周面全体および内輪２の軌道溝２０を含む外周面全体で、表層部の炭素含有率を１．０質量％、表層部の窒素含有率を０．５質量％にした。すなわち、外輪１の保持器４の案内面（肩落とし部２１と対向する内周面）１２に対しても浸炭窒化処理が施されている。
玉３は窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）製である。
【００２４】
保持器４は、所定厚さの円環体に、その周面を貫通する円形のポケット４１が形成されたものであり、ポリエーテルエーテルケトンと炭素繊維からなる樹脂組成物（炭素繊維の含有率が３０質量％）を溶融成形することで得られたものである。
グリースは、増ちょう剤がジウレア化合物からなり、基油が４０℃における動粘度２２ｍｍ2 ／ｓの混合油（ポリαーオレイン：ジオクチルセバケート＝１：１）であり、基油の含有率がグリース全体の８７質量％であり、混和ちょう度が２８０である。
No.1〜８のアンギュラ玉軸受に、グリースを軸受内部空間の１０体積％、１５体積％に相当する量だけ封入して、下記の条件で回転試験を行い、外輪温度が１１５℃になるまでの時間を焼き付き寿命とした。また、回転試験中に振動値を測定し、回転試験中の振動値が初期値（試験開始時の振動値）の２倍になるまでの時間を剥離寿命とした。
【００２５】
＜試験条件＞
回転速度：１１００００ｍｉｎ-1で一定
外輪温度：１００℃
荷重：Ｆａ＝１２０Ｎ、Ｆｒ＝５５Ｎ
この試験の結果を下記の表２に示す。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
表２の焼き付き寿命「◎」は、焼き付き寿命が１５０時間以上、「○」は焼き付き寿命が１００時間以上１５０時間未満、「△」は焼き付き寿命が５０時間以上１００時間未満、「×」は焼き付き寿命が５０時間未満であることを意味する。表２の剥離寿命「○」は剥離寿命が焼き付き寿命より長い、「△」は剥離寿命が焼き付き寿命と同等、「×」は剥離寿命が焼き付き寿命より短いことを意味する。
【００２８】
表２の総合評価「◎」は、グリース封入量が１０体積％と１５体積％の両方の場合で評価が「○」以上のため優れた結果であること、「○」はグリース封入量が１０体積％と１５体積％の両方の場合で評価が「△」以上のため良好な結果であること、「×」はグリース封入量が１０体積％と１５体積％のいずれかで評価に「×」を含むため、不適切な結果であることを意味する。
【００２９】
この結果から以下のことが分かる。パラメータＡが６. ９以上２４．５以下であると、剥離寿命および焼き付き寿命のいずれについても優れたものとなる。特に、パラメータＡが８. ９以上１８．９以下であると、両寿命がより長くなるため好ましい。
また、パラメータＡが小さい場合、焼き付き寿命は長いが剥離寿命が短くなり、パラメータＡが大きい場合、剥離寿命は長いが焼き付き寿命が短くなる傾向にある。パラメータＡが５. ８であると、焼き付き寿命は良好であるが剥離寿命が不良である。パラメータＡが２６．５であると、剥離寿命は良好であるが焼き付き寿命が不良である。
【００３０】
［グリース封入量について］
表１のNo.4のアンギュラ玉軸受として、グリース封入量を変えた８種類のサンプル（No.4-1〜No.4-8）を用意し、上述の方法で回転試験を行い、外輪温度が１１５℃になるまでの時間を焼き付き寿命とした。また、回転開始から２０時間経過した後に、軸受内部のグリースの残存量と外輪温度を測定した。その結果を下記の表３に示す。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
表３の焼き付き寿命「◎」は、焼き付き寿命が１５０時間以上、「○」は焼き付き寿命が１００時間以上１５０時間未満、「△」は焼き付き寿命が５０時間以上１００時間未満、「×」は焼き付き寿命が５０時間未満であることを意味する。表３のグリース漏れ「○」は、軸受内部のグリース残存率が９７体積％以上であること、「△」は軸受内部のグリース残存率が９０体積％以上９７体積％未満であること、「×」は軸受内部のグリース残存率が９０体積％未満であることを意味する。
【００３３】
表３の軸受温度「○」は、δＴ（＝外輪温度ー室温）が３０℃未満であること、「△」はδＴが３０℃以上４０℃未満であること、「×」はδＴが４０℃以上であることを意味する。表３の総合評価「◎」は、３項目全てで評価が「○」以上のため優れた結果であること、「○」は３項目全てで評価が「△」以上のため良好な結果であること、「×」は、３項目のいずれかで評価に「×」を含むか全てで「△」であるため、不適切な結果であることを意味する。
【００３４】
この結果から以下のことが分かる。グリースの封入量が軸受内部空間の１０体積％以上５０％体積以下であると、焼き付き寿命が長く、グリース漏れ量が少なく、軸受温度もさほど上昇しなくなる。また、グリースの封入量が軸受内部空間の１５体積％以上３５％体積以下であると、焼き付き寿命が特に長くなる。
なお、グリースの封入量が５体積％であるNo.4-1では、グリースの絶対量が少ないため、潤滑性能が不十分となって早期に焼き付きが生じた。グリースの封入量が６０体積％以上であるNo.4-7と4-8 では、グリースの絶対量が多いことで軸受温度が著しく上昇して、早期に焼き付きが生じた。また、No.4-7と4-8 では、グリースの絶対量が多いためにグリース漏れ量が多く、周囲の環境を汚染する恐れがある。
【００３５】
なお、この実施形態のアンギュラ玉軸受では内輪の軸方向片側の溝肩が落とされているが、外輪の軸方向片側の溝肩が落とされているものであってもよい。
また、この実施形態では、非接触シールとして、芯金とゴム成形体とからなるゴム付きシールを使用しているが、金属製のシールド板を使用してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１  外輪
１０  外輪軌道溝
１２  案内面
１５  取付溝
１６  取付溝
２  内輪
２０  内輪軌道溝
２１  肩落とし部
２２  肩部
３  玉
４  保持器
４１  ポケット
５  非接触シール
５１  芯金
５２  ゴム成形体
６  非接触シール
６１  芯金
６２  ゴム成形体
【図１】
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