(57)【要約】【課題】軸受内部空間内において繊維の植毛によって潤滑剤を保持するようにした転がり軸受において、軸受内部空間内の潤滑剤の流体解析を容易にする。【解決手段】軸受内部空間に臨む部材である母材Ａの表面に設けられ繊維６ａを植毛して形成された植毛部６とを備えた転がり軸受１において、軸受内部空間の境界条件を設定し、軸受内部空間における植毛部６の母材Ａの表面から所定厚さの範囲の空間を植毛部６の繊維６ａによる潤滑剤の移動抵抗を考慮した制限流動領域Ｂとし、軸受内部空間における制限流動領域Ｂ以外の空間を植毛部６の繊維６ａによる潤滑剤の移動抵抗を考慮しない標準流動領域Ｃに設定し、制限流動領域Ｂ及び標準流動領域Ｃによって軸受内部空間内での潤滑剤の流れを流体解析する際に用いる三次元流体解析モデルを作成する転がり軸受の流体解析用モデリング方法とした。【選択図】図１
2018055356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間の軸受内部空間に配置される複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器と、前記軸受内部空間内に封入される潤滑剤と、前記軸受内部空間の軸方向端部の開口に設けられたシール部材と、前記軸受内部空間に臨む部材である母材の表面に設けられ繊維を植毛して形成された植毛部とを備えた転がり軸受における前記軸受内部空間内での前記潤滑剤の流れを流体解析する際に用いる解析モデルを構築する転がり軸受の流体解析用モデリング方法において、
前記軸受内部空間の境界条件を設定し、
前記軸受内部空間における前記植毛部の前記母材の表面から所定厚さの範囲の空間を前記植毛部の繊維による前記潤滑剤の移動抵抗を考慮した制限流動領域とし、
前記軸受内部空間における前記制限流動領域以外の空間を前記植毛部の繊維による前記潤滑剤の移動抵抗を考慮しない標準流動領域に設定し、
前記制限流動領域及び前記標準流動領域によって三次元流体解析モデルを作成する
転がり軸受の流体解析用モデリング方法。
【請求項２】
前記三次元流体解析モデルは、
前記制限流動領域及び前記標準流動領域のそれぞれにおいて微小なメッシュ空間が設定されている
請求項１に記載の転がり軸受の流体解析用モデリング方法。
【請求項３】
前記制限流動領域は、
前記植毛部における前記母材の表面から所定厚さの範囲の空間に設定される
請求項２に記載の転がり軸受の流体解析用モデリング方法。
【請求項４】
前記所定厚さは、
植毛された前記繊維の長さＬと、
前記繊維の根本部と先端部とを結ぶ方向に応じた補正係数α
との積で決定される
請求項３に記載の転がり軸受の流体解析用モデリング方法。
【請求項５】
前記補正係数αの最大値は、
前記母材の表面の面方向に対する前記繊維の植毛角度θを用いて、
α＝ｓｉｎθで決定される。
請求項４に記載の転がり軸受の流体解析用モデリング方法。
【請求項６】
前記補正係数αの最小値は、
前記潤滑剤の粘度、前記繊維の植毛の密度、前記繊維の剛性、及び実験値に基づいて決定される
請求項５に記載の転がり軸受の流体解析用モデリング方法。
【請求項７】
前記補正係数αは、
前記制限流動領域内における前記潤滑剤の占有割合φに基づいて前記最大値と前記最小値との間で増減される
請求項６に記載の転がり軸受の流体解析用モデリング方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の転がり軸受の流体解析用モデリング方法によって構築された解析モデルを用い、
入力された部材の運動状態、境界条件、潤滑剤の初期状態、収束条件の情報に基づいて、前記軸受内部空間内における前記潤滑剤の移動量を解析し、
前記潤滑剤の移動量に基づいて前記内輪と前記外輪との回転時の摩擦トルクを計算する
転がり軸受の設計方法。
【請求項９】
前記制限流動領域及び前記標準流動領域のそれぞれにおいて微小なメッシュ空間が設定されている場合において、
前記潤滑剤の移動量は、前記制限流動領域内の或るメッシュ空間に対して、
前記或るメッシュ空間が前記標準流動領域であると仮定した場合に前記或るメッシュ空間に想定される前記潤滑剤の移動速度Ｖに対して、
前記植毛部の繊維による前記潤滑剤の移動抵抗を考慮するために、前記制限流動領域内における潤滑剤の占有割合φを用いて、前記或るメッシュ空間における前記移動抵抗を考慮した前記潤滑剤の移動速度Ｖ’を、
Ｖ’＝Ｖ×ｆ（φ）
ただし、ｆ（φ）は０＜ｆ（φ）≦１を満たす前記占有割合φの関数
で算出する
請求項８に記載の転がり軸受の設計方法。
【請求項１０】
前記占有割合φの関数ｆ（φ）は、
前記制限流動領域内の前記潤滑剤の滞留量の初期値Ｓに対して、
前記潤滑剤の前記制限流動領域内への流入量Ｑｉｎ、前記潤滑剤の前記制限流動領域内からの流出量Ｑｏｕｔを考慮して決定される
請求項９に記載の転がり軸受の設計方法。
【請求項１１】
前記占有割合φの関数ｆ（φ）は、
前記流入量Ｑｏｕｔ／流出量Ｑｉｎと前記占有割合φとの時間変化を実験により取得し、
前記流入量Ｑｏｕｔ／流出量Ｑｉｎと前記占有割合φとの関係を近似式で求めることにより決定される。
請求項１０に記載の転がり軸受の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、油やグリース等の潤滑剤で潤滑される転がり軸受において、軸受内部空間内での潤滑剤の流れを流体解析する際に用いる解析モデルを構築する転がり軸受のモデリング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受は、一般的に、内輪及び外輪と、その内輪と外輪との間の軸受内部空間に配置される転動体、及び、その転動体を保持する保持器等で構成されている。軸受内部空間の内部の潤滑は、油やグリース等の潤滑剤により行われている。また、外部から軸受内部空間内への異物の侵入を防止するため、及び、軸受内部空間内に封入した潤滑剤の流出を防ぐために、内輪と外輪との間の側方開口部に、種々のシール部材が設けられる場合がある。
【０００３】
また、軸受内部空間内の適切な場所に適切な量の潤滑剤を保持するために、転動体を保持する保持器に、繊維を静電植毛する技術が開示されている。この繊維の植毛により、繊維と繊維との間の空間にグリースを捕捉し、その捕捉されたグリースが、保持器とともに回転するようになる。これにより、一般的なグリース密封軸受で発生するグリースの撹拌とせん断に伴う摩擦トルクを抑制し、回転抵抗の少ない低トルクな転がり軸受を実現している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１９４２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の転がり軸受では、繊維を植毛する範囲によって、どの程度の摩擦トルクが低下するのかを、植毛範囲を変更する毎に毎回実験で数値を測定して確認する必要がある。また、同様に、転がり軸受の諸元が変わる毎に、それらを毎回実験で数値を測定して確認する必要がある。このような実験は非常に手間がかかるので、転がり軸受の設計、製造に多くの労力と時間を要するという問題がある。
【０００６】
そこで、流体解析ソフトを用いてグリースの流れを計算し、転がり軸受の摩擦トルクを事前検討する方法が考えられる。しかし、このような解析ソフトを用いて発生するトルクを検討することは、様々な要因から非常に困難であるのが実情である。
【０００７】
まず、植毛を考慮したモデル化により流体解析を行う場合、非常に細い短繊維を三次元でモデル化しなければならない。多数の繊維を一本ずつモデル化することは非常に手間がかかり、しかも、実際の植毛状態を正確に把握することは困難であるから、一本一本の植毛状態に応じた正確なモデル化は難しいという問題がある。
【０００８】
さらに、流体解析用のモデル化を行った場合、細い繊維の植毛状態を表現するために、モデルのメッシュサイズを非常に小さくしなければならない。このため、モデルのファイルサイズ（容量）が極めて大きくなるという問題がある。また、潤滑剤の流れによって繊維がなびく可能性もあり、その繊維の動きに応じて、すなわち、潤滑剤の流れの状況に応じて対応するメッシュを決定する必要がある。このため、解析時間やモデル作成工数が非常に多くなる。さらに、メッシュサイズが小さいことからファイルサイズが大きくなり、解析を完了させた後のポスト処理に長い時間が必要となる。
【０００９】
この発明の課題は、軸受内部空間内において繊維の植毛によって潤滑剤を保持するようにした転がり軸受において、軸受内部空間内の潤滑剤の流体解析を容易にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、この発明は、内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間の軸受内部空間に配置される複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器と、前記軸受内部空間内に封入される潤滑剤と、前記軸受内部空間の軸方向端部の開口に設けられたシール部材と、前記軸受内部空間に臨む部材である母材の表面に設けられ繊維を植毛して形成された植毛部とを備えた転がり軸受における前記軸受内部空間内での前記潤滑剤の流れを流体解析する際に用いる解析モデルを構築する転がり軸受の流体解析用モデリング方法において、前記軸受内部空間の境界条件を設定し、前記軸受内部空間における前記植毛部の前記母材の表面から所定厚さの範囲の空間を前記植毛部の繊維による前記潤滑剤の移動抵抗を考慮した制限流動領域とし、前記軸受内部空間における前記制限流動領域以外の空間を前記植毛部の繊維による前記潤滑剤の移動抵抗を考慮しない標準流動領域に設定し、前記制限流動領域及び前記標準流動領域によって三次元流体解析モデルを作成する転がり軸受の流体解析用モデリング方法を採用した。
【００１１】
ここで、前記三次元流体解析モデルは、前記制限流動領域及び前記標準流動領域のそれぞれにおいて微小なメッシュ空間が設定されている構成を採用することができる。
【００１２】
このとき、前記制限流動領域は、前記植毛部における前記母材の表面から所定厚さの範囲の空間に設定される構成を採用することができる。
【００１３】
前記所定厚さは、植毛された前記繊維の長さＬと、前記繊維の根本部と先端部とを結ぶ方向に応じた補正係数αとの積で決定される構成を採用することができる。
【００１４】
前記補正係数αの最大値は、前記母材の表面の面方向に対する前記繊維の植毛角度θを用いて、α＝ｓｉｎθで決定される構成を採用することができる。
【００１５】
前記補正係数αの最小値は、前記潤滑剤の粘度、前記繊維の植毛の密度、前記繊維の剛性、及び実験値に基づいて決定される構成を採用することができる。
【００１６】
前記補正係数αは、前記制限流動領域内における前記潤滑剤の占有割合φに基づいて前記最大値と前記最小値との間で増減される構成を採用することができる。
【００１７】
これらの各態様からなる転がり軸受の流体解析用モデリング方法によって構築された解析モデルを用い、入力された部材の運動状態、境界条件、潤滑剤の初期状態、収束条件の情報に基づいて、前記軸受内部空間内における前記潤滑剤の移動量を解析し、前記潤滑剤の移動量に基づいて前記内輪と前記外輪との回転時の摩擦トルクを計算する構成を採用することができる。
【００１８】
前記制限流動領域及び前記標準流動領域のそれぞれにおいて微小なメッシュ空間が設定されている場合において、前記潤滑剤の移動量は、前記制限流動領域内の或るメッシュ空間に対して、前記或るメッシュ空間が前記標準流動領域であると仮定した場合に前記或るメッシュ空間に想定される前記潤滑剤の移動速度Ｖに対して、前記植毛部の繊維による前記潤滑剤の移動抵抗を考慮するために、前記制限流動領域内における潤滑剤の占有割合φを用いて、前記或るメッシュ空間における前記移動抵抗を考慮した前記潤滑剤の移動速度Ｖ’を、Ｖ’＝Ｖ×ｆ（φ）、ただし、ｆ（φ）は０＜ｆ（φ）≦１を満たす前記占有割合φの関数、で算出する構成を採用することができる
【００１９】
前記占有割合φの関数ｆ（φ）は、前記制限流動領域内の前記潤滑剤の滞留量の初期値Ｓに対して、前記潤滑剤の前記制限流動領域内への流入量Ｑｉｎ、前記潤滑剤の前記制限流動領域内からの流出量Ｑｏｕｔを考慮して決定される構成を採用することができる。
【００２０】
前記占有割合φの関数ｆ（φ）は、前記流入量Ｑｏｕｔ／流出量Ｑｉｎと前記占有割合φとの時間変化を実験により取得し、前記流入量Ｑｏｕｔ／流出量Ｑｉｎと前記占有割合φとの関係を近似式で求めることにより決定される構成を採用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明は、軸受内部空間に臨む母材の表面に植毛部を備えた転がり軸受において、軸受内部空間の境界条件を設定し、軸受内部空間における植毛部の母材の表面から所定厚さの範囲の空間を植毛部の繊維による潤滑剤の移動抵抗を考慮した制限流動領域とし、軸受内部空間における制限流動領域以外の空間を植毛部の繊維による潤滑剤の移動抵抗を考慮しない標準流動領域に設定し、制限流動領域及び標準流動領域によって軸受内部空間内での潤滑剤の流れを流体解析する際に用いる三次元流体解析モデルを作成する流体解析用モデリング方法を採用したので、軸受内部空間内部の潤滑剤の流体解析を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の一実施形態の流体解析用モデリング及び流体解析に用いる転がり軸受を示し、（ａ）は要部拡大断面図、（ｂ）は植毛部を備えた保持器の斜視図
【図２】植毛部を備えた保持器の変形例を示す要部拡大図
【図３】この発明の流体解析用モデリング及び流体解析の説明図
【図４】（ａ）〜（ｃ）はこの発明の流体解析用モデリング及び流体解析の説明図
【図５】（ａ）（ｂ）はこの発明の流体解析用モデリング及び流体解析の説明図
【図６】この発明の実施形態を示すフローチャート
【図７】（ａ）〜（ｃ）はこの発明の流体解析用モデリング及び流体解析の説明図
【図８】この発明の流体解析用モデリング及び流体解析のグラフ図
【図９】（ａ）〜（ｃ）はこの発明の流体解析用モデリング及び流体解析の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。図１は、この発明の流体解析用モデリング方法、及び、そのモデリング方法によって構築された三次元流体解析モデルを用いる流体解析の対象となる転がり軸受１を示している。この実施形態の流体解析には、有限要素法解析の手法を用いているが、他の解析手法を採用してもよい。
【００２４】
この実施形態の転がり軸受１は、深溝玉軸受である。短い繊維を植毛して形成された植毛部６を保持器５に設けている。この実施形態では、保持器５として、図２に示すように、軸方向に開口する凹状のポケット部９を周方向に沿って複数備える冠形保持器を採用している。
【００２５】
転がり軸受１は、外周に軌道面２ａを有する内輪２と、内周に軌道面３ａを有する外輪３とが同心に配置され、内輪２の軌道面２ａと外輪３の軌道面３ａとの間に複数の転動体４が配置される。各転動体４は玉（球体）で構成され、その玉が保持器５により保持される。
【００２６】
また、転がり軸受１は、内輪２と外輪３の軸方向両端の開口部に設けられた環状のシール部材１１を備えている。内輪２と外輪３との間の軸受内部空間には潤滑剤としてグリース１２が封入され、その封入されたグリース１２によって、軌道面２ａ，３ａと転動体４、転動体４と保持器５等、部材同士の当接部、摺接部等が潤滑されている。軸受内部空間内のグリース１２は、保持器５やシール部材１１等によって軸受空間外へ漏れ出ないように封止されている。
【００２７】
保持器５は環状を成し、軸方向一方の端面に周方向に沿って一定ピッチで、対の保持爪８を備えている。対の保持爪８を相互に接近する方向にわん曲させ、その保持爪８間をポケット部９としている。なお、周方向に沿って隣り合うポケット部９の対向する保持爪８の背面相互間に、その保持爪８の立ち上がり基準面となる平坦部１０が形成されている。
【００２８】
この実施形態では、植毛部６は、図２に示すように、保持器５の外径面５ａと内径面５ｂに形成されている。保持器５の内径面５ｂと外径面５ａは、転動体４との接触表面ではない。また、保持器５の内径面５ｂと外径面５ａは、軸受内部空間内に臨んでおり、封入された潤滑剤と接触する面である。すなわち、この実施形態では、保持器５の潤滑剤と接触する面に植毛部６が形成されている。
【００２９】
この実施形態では、保持器５は転動体案内とされている。このため、保持器５の内径面５ｂと外径面５ａは軌道面２ａ，３ａと接触しない面であり、その軌道面２ａ，３ａと接触しない面に植毛部６を設けている。ただし、軌道輪案内の保持器５においても、軌道面２ａ，３ａとの接触面（案内面）に植毛部６を設けてもよい。
【００３０】
植毛部６を設けたことによって、潤滑剤が植毛部６の繊維、あるいは、その繊維間に固着して保持される。この保持された潤滑剤は、せん断を受けることなく保持器５とともに回転するので、撹拌抵抗が生じにくく、植毛部６がない場合と比較して回転トルクの低減を図ることができる。また、一般に、潤滑剤としてのグリース１２は、せん断を受けると軟化して離油しやすくなり潤滑寿命が短くなるが、この発明では植毛部６に保持されることによってせん断を受けにくく、グリース１２の潤滑寿命の長寿命化を図ることができる。また、潤滑剤として潤滑油を採用する場合（油潤滑とする場合）、植毛部６に潤滑油を吸収させれば、外部から油を供給することなく、軸受内部に十分な量の潤滑油を保持でき、かつ、グリース潤滑のように回転の抵抗となる半固体状の物質が存在しないため、より低トルクを実現できる。
【００３１】
植毛部６は、短繊維を植毛して形成される。植毛方法としては、吹き付けや静電植毛を採用できる。保持器５の内径面５ｂ、外径面５ａや、軌道輪肩部等の曲面部においても、多量の繊維を短時間で密に、また、各面に垂直に植毛できることから、静電植毛を採用することが好ましい。静電植毛方法としては、公知の方法を採用でき、例えば、静電植毛する範囲に接着剤を塗布し、短繊維を帯電させて静電気力により接着剤塗布面に立ち上がるように植毛した後、乾燥工程・仕上げ工程などを行なう方法が挙げられる。
【００３２】
成型後の保持器５に植毛部６を形成する形態であれば、保持器５を樹脂製としながら、その製造時における型枠との円滑な分離を阻害することなく、容易に表面粗さと表面積の増大を図ることができる。この表面粗さと表面積の増大により、グリース１２等の潤滑剤を保持する能力を増大させることができる。なお、プレス加工や切削加工で製作される金属製の保持器５である場合も同様に、表面加工などにより植毛ほどの表面積を得ることは困難であるから、このような植毛部６の採用が有効である。
【００３３】
植毛に用いる短繊維としては、植毛用短繊維として使用可能であれば特に限定されず、例えば、（１）ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ナイロンなどのポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンテフタレートなどのポリエステル樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル、ビニロンなどの合成樹脂繊維、（２）カーボン繊維、グラスファイバーなどの無機繊維、（３）レーヨン、アセテートなどの再生繊維や、綿、絹、麻、羊毛などの天然繊維が挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。油による膨潤や溶解などが生じにくく化学的に安定であり、均質な繊維を多量に生産することができ、安価に入手することができるため、上記の中でも合成樹脂繊維を用いることが好ましい。
【００３４】
短繊維の形状としては、植毛部の形成箇所において、軸受機能に悪影響を与えるような他部材との干渉がない形状であれば特に限定されない。具体的な形状としては、例えば、長さ０．５〜２．０ｍｍ、太さ０．５〜５０デシテックスのものが好ましく、植毛部の短繊維の密度としては、植毛した面積あたりに繊維の占める割合が１０〜３０％が好ましい。短繊維の形状としてストレートやベンド（先端部が曲がった形状）があり、断面形状は円形や多角形状がある。ベンド形状ではストレート形状と比較してグリースをより強く保持することができる。多角形状断面の短繊維を利用することで、円形断面の短繊維よりも大きな表面積とすることができ、潤滑剤の表面張力を大きくすることができる。それぞれの特性に合わせて、短繊維の形状を選定することが好ましい。
【００３５】
接着剤としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂などを主成分とする接着剤が挙げられる。例えば、ウレタン樹脂溶剤系接着剤、エポキシ樹脂溶剤系接着剤、酢酸ビニル樹脂溶剤系接着剤、アクリル樹脂系エマルジョン接着剤、アクリル酸エステル−酢酸ビニル共重合体系エマルジョン接着剤、酢酸ビニル系エマルジョン接着剤、ウレタン樹脂系エマルジョン接着剤、エポキシ樹脂系エマルジョン接着剤、ポリエステル系エマルジョン接着剤、エチレン−酢酸ビニル共重合体系接着剤などが挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００３６】
この実施形態では、保持器５として冠形保持器を採用しているが、波型保持器やもみ抜き保持器など、他の形態からなる保持器５に植毛部６を形成する形態としてもよい。また、保持器５の材質については、金属材料や樹脂材料など、任意の材料を採用できる。保持器５の材質や短繊維の材質などに合わせて、上記の接着剤の種類等を決定することができる。
【００３７】
この実施形態の保持器５は樹脂製である。保持器５は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ナイロン６６樹脂、ナイロン４６樹脂などのポリアミド樹脂を樹脂母材とし、炭素繊維、ガラス繊維などの強化繊維と、他の添加剤を配合した樹脂組成物を用いて、射出成形により製造される。
【００３８】
潤滑剤としては、通常、転がり軸受に用いられるものであれば特に制限なく用いることができる。例えば、潤滑油としては、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油などの鉱油、ポリブテン油、ポリ−α−オレフィン油、アルキルベンゼン油、アルキルナフタレン油などの炭化水素系合成油、または、天然油脂やポリオールエステル油、りん酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、フッ素化油などの非炭化水素系合成油などが挙げられる。これらの潤滑油は、単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００３９】
また、グリース１２としては、通常、転がり軸受に用いられるグリースであれば特に制限なく用いることができる。グリース１２を構成する基油としては、上記の潤滑油が挙げられる。また、グリース１２を構成する増ちょう剤としては、例えば、アルミニウム石けん、リチウム石けん、ナトリウム石けん、複合リチウム石けん、複合カルシウム石けん、複合アルミニウム石けんなどの金属石けん系増ちょう剤、ジウレア化合物、ポリウレア化合物などのウレア系化合物、ＰＴＦＥ樹脂などのフッ素樹脂粉末が挙げられる。これらの増ちょう剤は、単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００４０】
また、潤滑剤には、必要に応じて公知の添加剤を添加できる。添加剤としては、例えば、有機亜鉛化合物、有機モリブデン化合物などの極圧剤、アミン系、フェノール系、イオウ系化合物などの酸化防止剤、イオウ系、リン系化合物などの摩耗抑制剤、多価アルコールエステルなどの防錆剤、ポリメタクリレート、ポリスチレンなどの粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイトなどの固体潤滑剤、エステル、アルコールなどの油性剤などが挙げられる。
【００４１】
潤滑剤の封入量は、所望の潤滑特性を確保できる範囲であれば特に限定されないが、軸受内部空間における静止空間体積の５０％〜８０％（体積比率）程度とすることが好ましい。ここでは植毛部６の形成により、潤滑剤の撹拌抵抗の低減が図れるため、潤滑剤封入量を上記範囲としながらも、回転トルクの低減を図ることができる。
【００４２】
この発明では、このような植毛部６を備えた転がり軸受１において、軸受内部空間内での潤滑剤の流体解析によって、転がり軸受１の回転トルク（摩擦トルク）を最小限にし得る植毛部６の繊維の植毛状態、繊維の長さや太さ、植毛部の範囲等の最適な状態が設計され、これにより、所望の性能を発揮する転がり軸受１が設計される。
【００４３】
軸受内部空間内での潤滑剤の流れを流体解析する際に用いられる三次元流体解析モデルの構築は、以下の流体解析用モデリング方法によって行われる。潤滑剤は、グリース１２であってもよいし、増ちょう剤等を含まない潤滑油であってもよい。
【００４４】
まず、軸受内部空間の境界条件が設定される。境界条件は、内輪２の外周、外輪３の内周、転動体４の表面、保持器５の表面、シール部材１１の表面等、軸受内部空間に臨む部材の表面の位置、形状の情報によって、軸受内部空間内における潤滑剤が入り込むことができる空間の外縁、すなわち、潤滑剤の滞留可能空間の外縁が決定される（図６のステップａ参照）。
【００４５】
つぎに、軸受内部空間における植毛部６の母材Ａの表面、すなわち、保持器５の表面から所定厚さの範囲の空間を、植毛部６の繊維による潤滑剤の移動抵抗を考慮した制限流動領域Ｂに設定する。図３の符号Ａに示すものが植毛された部材である母材Ａ、符号６ａが植毛部６の繊維６ａ、符号Ｂに示す空間が制限流動領域Ｂである。
【００４６】
また、軸受内部空間における制限流動領域Ｂ以外の空間を、植毛部６の繊維による潤滑剤の移動抵抗を考慮しない標準流動領域Ｃに設定する（図６のステップｂ参照）。
【００４７】
すなわち、ここでは、本来、植毛がある部分を標準流動領域Ｃとし、軸受内部空間における固体領域は保持器５のみとする。制限流動領域Ｂを通過する潤滑剤を軸受内部空間を通過する潤滑剤よりも移動しにくく設定することで、植毛による潤滑剤の捕捉をモデル化して、軸受内部空間の潤滑剤の流動状態を表現する。これによって、短繊維の植毛状態のモデル化の工数を大幅に省き、ファイルサイズの肥大化を防止しつつ短時間で解析の解が得られるようになる。
【００４８】
ここで、三次元流体解析モデルは、制限流動領域Ｂ及び標準流動領域Ｃのそれぞれにおいて、微小なメッシュ空間が設定される（図６のステップｃ参照）。
【００４９】
このとき、制限流動領域Ｂは、植毛部６における母材Ａの表面から所定厚さの範囲の空間に設定されている。所定厚さとは、図４に示すように、植毛された繊維の長さＬと、補正係数αとの積で決定される。補正係数αは、繊維６ａの根本部と先端部とを結ぶ方向に応じて決定され、例えば、補正係数αは、母材Ａの表面の面方向に対する繊維６ａの植毛角度θを用いて、α＝ｓｉｎθで決定することができる（図４（ａ）（ｂ）参照）。
【００５０】
ここで、補正係数αとして、α＝ｓｉｎθを採用できるのは、繊維６ａの根本部と先端部とを結ぶ方向が、繊維６ａの先端が母材Ａに近づく方向へなびくことなく、その方向が繊維６ａの植毛角度θに一致している場合に該当する。すなわち、この場合が、補正係数αの最大値αｍａｘとなり、補正係数αの最大値αｍａｘは、母材Ａの表面の面方向に対する繊維６ａの植毛角度θを用いて、α＝ｓｉｎθで決定される。
【００５１】
一方、補正係数αの最小値αｍｉｎは、潤滑剤の粘度、繊維６ａの植毛の密度、繊維６ａの剛性等の各条件、及び、これらの条件を基に行われる実験値に基づいて決定される。すなわち、設定される条件（潤滑剤の粘度、繊維６ａの植毛の密度、繊維６ａの剛性等）に基づいて、それに対応する実験値が選択され、その選択された実験値が、補正係数αの最小値αｍｉｎに設定される（図４（ｃ）参照）。
【００５２】
補正係数αによる制限流動領域Ｂの所定厚さの決定方法の一例は、以下のとおりである。すなわち、制限流動領域Ｂの母材Ａ（保持器５）表面における範囲は、植毛された範囲と同一とする。高さ方向に関しては、短繊維の長さＬと補正係数αの積で決定するものとする。ここで補正係数αは、０＜α≦１とし、上記のように、潤滑剤の粘度、植毛の繊維６ａの密度、繊維６ａの剛性、繊維６ａの植毛角度θ等によって補正係数αの範囲が決定されるものとする。すなわち、潤滑剤の粘度、植毛の繊維６ａの密度、繊維６ａの剛性、繊維６ａの植毛角度θ等によって、補正係数αの取り得る範囲が、αｍｉｎ＜α≦αｍａｘに決定される。
【００５３】
さらに、補正係数αは、制限流動領域Ｂ内における潤滑剤の占有割合φに基づいて、前述の最大値αｍａｘと最小値αｍｉｎとの間で増減されて的確な数値に決定され、それが、最終的に解析に用いる最適補正係数α０となる。すなわち、潤滑剤の粘度、植毛の繊維６ａの密度、繊維６ａの剛性、繊維６ａの植毛角度θ等によって補正係数αの範囲（αｍｉｎ＜α≦αｍａｘ）を決定し、その範囲の中で、潤滑剤が占める割合φによって補正係数αが増減されて最適補正係数α０を決定する。
【００５４】
ここで、最適補正係数α０の決定は、制限流動領域Ｂ内の空間に対して、潤滑剤が占める割合（体積割合）φによって、αｍｉｎ＜α≦αｍａｘの中でその値が決定される。例えば、潤滑剤が占める割合φ＝０の時は最適補正係数α０＝αｍａｘであり、潤滑剤が占める割合φ＝１の時は最適補正係数α０＝αｍｉｎである。潤滑剤が占める割合０＜φ＜１の時は、αはそのφに比例して、最適補正係数α０がαｍｉｎ＜α０≦αｍａｘの間で増減するものとする。
【００５５】
制限流動領域Ｂ、標準流動領域Ｃでの潤滑剤の移動量に関する設定方法の一例を、以下に示す。ここでは、制限流動領域Ｂ、標準流動領域Ｃのそれぞれにおいて設定された微小なメッシュ空間が、単純且つ情報容量の小さな解析モデルを構成する。制限流動領域Ｂでは、植毛部６の繊維６ａが存在する空間を詳細にモデル化し、軸受内部空間内における流体解析を実施し、制限流動領域Ｂでの潤滑剤が占める割合φをもとに、制限流動領域Ｂ、標準流動領域Ｃの各メッシュ空間で潤滑剤の流入量、流出量を評価する。流入量、流出量の評価は、入力された部材の運動状態、境界条件、潤滑剤の初期状態、収束条件の情報に基づいて行われる（図６のステップｄ参照）。
【００５６】
各メッシュ空間における潤滑剤の流入量、流出量に基づいて、軸受内部空間内における潤滑剤の移動量を解析する。解析の結果から潤滑剤の移動量について簡易式をたて、それを植毛部６付きの保持器５周囲の潤滑剤の流体解析に使用する（図６のステップｅ参照）。その後、解析結果はポスト処理が行われ、情報は、メモリ等の記憶手段に記憶される（図６のステップｆ参照）。
【００５７】
潤滑剤の移動量は、制限流動領域Ｂ内の或るメッシュ空間に対して、その或るメッシュ空間が標準流動領域Ｃであると仮定した場合に前記或るメッシュ空間に想定される前記潤滑剤の移動速度Ｖに対して、植毛部６の繊維６ａによる潤滑剤の移動抵抗を考慮するために、前述の制限流動領域Ｂ内における潤滑剤の占有割合φを用いて、或るメッシュ空間における移動抵抗を考慮した潤滑剤の移動速度Ｖ’を、Ｖ’＝Ｖ×ｆ（φ）、ただし、ｆ（φ）は０＜ｆ（φ）≦１を満たす前記占有割合φの関数、で算出する。
【００５８】
図５（ａ）（ｂ）は、潤滑剤の集団Ｇが植毛部６の繊維６ａに捕捉される際のイメージ図である。この捕捉により、制限流動領域Ｂ内の或るメッシュ空間での潤滑剤の移動速度Ｖ’は、そのメッシュ空間が標準流動領域Ｃ内にある場合の潤滑剤の移動速度Ｖよりも小さくなる。
【００５９】
占有割合φの関数ｆ（φ）は、制限流動領域Ｂ内の潤滑剤の滞留量の初期値に対して、潤滑剤の制限流動領域Ｂ内への流入量Ｑｉｎ、潤滑剤の制限流動領域Ｂ内からの流出量Ｑｏｕｔを考慮して決定される。
【００６０】
例えば、占有割合φの関数ｆ（φ）は、流入量Ｑｏｕｔ／流出量Ｑｉｎと占有割合φとの時間変化を実験により取得し、流入量Ｑｏｕｔ／流出量Ｑｉｎと占有割合φとの関係を近似式で求めることにより決定することができる。近似式算出の手法として、例えば、最小二乗法を採用し、最小二乗法によって近似曲線を求めることで、f(φ)を決定することができる。このとき、実験と傾向がある程度一致するよう、実験補正係数を用いることもできる。
【００６１】
実験補正係数による補正として、例えば、内部に植毛が施されている直線状の管において、流入量Ｑｉｎにてグリースを流し、流出量Ｑｏｕｔを実験で測定する。これを後述するｆ（φ）の決定方法と合わせこみ、実験でのｆ（φ）を決定することができる。ただし、この場合、実験においてφを正確に設定しつつ複数回測定することはやや困難と思われるので、実験回数は１〜３回程度とし、且つ、φの値は予備解析と同一とし、実験結果と解析結果の比率によって実験補正係数を決定することが妥当である。
【００６２】
これらの各態様からなる転がり軸受の流体解析用モデリング方法によって構築された解析モデルを用い、入力された部材の運動状態、境界条件、潤滑剤の初期状態、収束条件の情報に基づいて、前記軸受内部空間内における前記潤滑剤の移動量を解析し、前記潤滑剤の移動量に基づいて前記内輪と前記外輪との回転時の摩擦トルクを計算することができる。
【００６３】
図７に、特定の領域において、流体の速度に制限（抵抗力）を設けた簡単な解析事例を示す。
【００６４】
ｆ（φ）の決定方法として、まず、予備解析として、ある微小な植毛部分において、グリースを流す解析を行う。図７（ａ）に示すように、植毛領域Ｖ（制限流動領域Ｂに相当）に対し、グリースＧを流入量Ｑｉｎで流す情報を入力する。その結果、植毛領域ＶにいくらかグリースＧが残り、その量は、図７（ｂ）に示すように、グリースの流出量Ｑｏｕｔを用いてＱｉｎ‐Ｑｏｕｔと表現できる。
【００６５】
このとき、グリースの占有割合φは（Ｑｉｎ‐Ｑｏｕｔ）／Ｖとすることができる。ここで、Ｖは、制限流動領域Ｂの体積とする。本来、空間に何も障害物がなければ流入量と流出量は等しくなるが、植毛によって移動が妨げられて流出量がＱｏｕｔとなったので、これを減速比率と考え、Ｑｏｕｔ／Ｑｉｎを減速係数ｆとする。
【００６６】
つぎに、図７（ｃ）に示すように、植毛空間Ｖにグリースがφ＊Ｖだけある場合を考える。この場合でも先と同様に、Ｑｏｕｔ／Ｑｉｎを減速係数ｆとする。しかし、φとｆの値は変化していく。
【００６７】
そこで、φの値を変化させてｆを繰り返し評価することでφとｆの関係を明らかにし、それらの結果を、例えば、図８に示すように、最小二乗法を用いてｆをφの関数として表すものとする。このとき、求められた関数は、微小空間で簡易的に解析で求めた結果であるので、実際の状態との差が生じる。これを実験補正係数によって補正する。
【００６８】
なお、一般的に市販されているな流体解析ソフトには、流体が移動したときのトルクを算出する機能が備わっているので、トルク算出の実際の計算例は、記載を省略する。
【００６９】
図９（ａ）は、２次元軸対称モデルである。図のように、流入口と流出口とを有する単純な管に、空気を流す流体解析において、領域Bの移動速度を制限する場合と、しない場合とを考える。図中の対称軸は、管の軸心を通るラインである。
【００７０】
図９（ｂ）に示すように、移動速度の制限を設ける場合、解析結果によれば、領域Bを通る空気は速度が低下し、後方の流れに影響を与えている。図９（ｃ）に示すように、移動速度の制限を設けない場合、解析結果によれば、領域Bにおいて、特に速度の変化は見られない。
【００７１】
このような設定に基づく流体解析を行うことにより、植毛部６周辺において、1本1本の繊維６ａを別々にモデル化することなく、その領域では、潤滑剤の移動を制限することによって、植毛部６の影響を精度よく表現し、解析モデル作成の工数と解析時間を大幅に短縮することができる。
【００７２】
また、この解析方法を用いることで、植毛部６の範囲によって、どれだけトルクが変化するかを事前検討し、少ない工数で適切な植毛範囲を決定する保持器５の設計方法を実現できる。
【００７３】
上記の実施形態では、植毛部６を保持器５に設けたが、保持器５以外に植毛部６を設けた場合にも、この発明の転がり軸受の流体解析用モデリング方法、転がり軸受の設計方法を適用できる。
【００７４】
例えば、植毛部６は、保持器５以外に軌道輪やシール部材１１の表面に形成してもよい。いずれの部材に形成する場合も、転動体４との接触表面以外で潤滑剤と接触する表面に形成する。また、１つの転がり軸受１において、これを構成する複数の部材にそれぞれ植毛部６を形成してもよい。
【００７５】
保持器５における植毛部６の形成箇所については、上記の実施形態に限定されず、保持器５の内径面５ｂのみ、外径面５ａのみに形成する形態、その他の任意の箇所に形成してもよい。ただし、保持器５の転動体４と接する箇所に植毛のための接着剤が付着しないことが望ましい。保持器５と転動体４が接する箇所として、保持器５のポケット部９の内面が挙げられる。例えば、ポケット部９に接着剤が付着すると、ポケット部９の形状が崩れ、転動体の拘束や転動体と接着剤の接触により転動体にキズが発生し得る。一方、植毛繊維の先端のみが転動体と接触することは転動体表面に付着する潤滑剤をかきとり、転動体に付着する潤滑剤の量を減少させることができるため、好ましい。軸受の回転抵抗発生要因として、潤滑剤の撹拌抵抗や潤滑油膜厚さの影響がある。潤滑に寄与する油の量を最小限にすることで軸受の回転トルクが低減する。
【００７６】
保持器５における転動体４と接する箇所以外への植毛であれば、保持器５に植毛することにより、軸受機能を損なうことなく、潤滑剤の保持効果が得られる。図２に植毛部の他の実施形態の概略を示す。図２では、保持器５のポケット部９に、転動体４と非接触となる凹部を形成し、この凹部の表面（凹部底面）に植毛部６を形成している。このような凹部に植毛することで、転動体４の拘束を変化させることなく植毛繊維と転動体４のみを接触させることができる。凹部は、保持器径方向に連通していてもよい。また、凹部の個数や形状は特に限定されず、凹部の深さは植毛の際の接着剤塗布厚さよりも大きいことが好ましい。
【００７７】
以上、この発明の実施形態を、転がり軸受１として深溝玉軸受を例に説明したが、この発明の対象となる転がり軸受は、これらの例に限定されるものではない。例えば、アンギュラ玉軸受、スラスト玉軸受、円筒ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、スラスト針状ころ軸受、円すいころ軸受、スラスト円すいころ軸受、自動調心玉軸受、自動調心ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受などの任意の転がり軸受１に適用できる。また、これらの転がり軸受１に対して、シール部材（シールド板）１１の有無は問わず適用でき、シール部材１１を有さない開放型であっても同様に、植毛部６による潤滑剤の保持効果が得られる。
【符号の説明】
【００７８】
１  転がり軸受
２  内輪
２ａ  軌道面
３  外輪
３ａ  軌道面
４  転動体
５  保持器
６  植毛部
８  保持爪
９  ポケット部
１０  平坦部
１１  シール部材
１２  潤滑剤（グリース）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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