(57)【要約】【課題】高温環境下で、しかも揺動回転条件下での耐フレッチング性を十分に確保できる転がり軸受を実現する。【解決手段】互いに同心に配置され、互いに対向する面にそれぞれ軌道面を設けた１対の軌道輪と、これら両軌道面同士の間に転動自在に設置された複数個の転動体と、これら両軌道輪同士の間でこれら各転動体を設置した空間内に封入されたグリースとを備えた転がり軸受に於いて、４０℃での動粘度が８０mm2／ｓ以下であるフッ素系油を基油とし、増ちょう剤をＰＴＦＥとし、２５℃での混和ちょう度を、ＪＩＳ  Ｋ  ２２２０に規定された測定方法で３００以上としたグリースを使用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに同心に配置され、互いに対向する面にそれぞれ軌道面を設けた１対の軌道輪と、これら両軌道面同士の間に転動自在に設置された複数個の転動体と、これら両軌道輪同士の間でこれら各転動体を設置した空間内に封入されたグリースとを備えた転がり軸受に於いて、このグリースが、４０℃での動粘度が８０mm2／ｓ以下であるフッ素系油を基油とし、増ちょう剤をＰＴＦＥとし、２５℃での混和ちょう度を、ＪＩＳ  Ｋ  ２２２０に規定された測定方法で３００以上としたものである事を特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記基油の４０℃での動粘度が４０〜７０mm2／ｓである、請求項１に記載した転がり軸受。
【請求項３】
前記両軌道輪が、内周面に断面円弧形の外輪軌道を形成した外輪と、外周面に断面円弧形の内輪軌道を形成した内輪とであり、前記各転動体が、これら外輪軌道と内輪軌道との間に設置された玉であり、この外輪軌道の断面形状の曲率半径ＲＯとこの内輪軌道の断面形状の曲率半径ＲＩとの比ＲＯ／ＲＩを１．０１〜１．１０とした、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した転がり軸受。
【請求項４】
前記外輪軌道の断面形状の曲率半径が前記各玉の直径の５６％であり、前記内輪軌道の断面形状の曲率半径がこれら各玉の直径の５１．５％である、請求項３に記載した転がり軸受。
【請求項５】
前記外輪軌道の断面形状の曲率半径が前記各玉の直径の５６％であり、前記内輪軌道の断面形状の曲率半径がこれら各玉の直径の５４％である、請求項３に記載した転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車載電動モータ、自動車用電装品、自動車用スロットル装置、自動車用排気再循環装置、一般電動モータ用等、振動が加わったり、或いは１対の軌道輪同士が細かく揺動変位する（微小角度で両方向に回動を繰り返す）様な、厳しい条件下で使用される各種装置の回転支持部に組み込まれる転がり軸受の改良に関する。具体的には、内部に封入するグリースの性状を工夫する事により、フレッチング摩耗の発生を抑えて、十分な耐久性を確保できる転がり軸受を実現するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種装置の回転支持部分に、図１に示す様な転がり軸受１が組み込まれている。この転がり軸受１は、単列深溝型の玉軸受で、外周面に断面円弧形の（深溝型の）内輪軌道２を設けた内輪３と、外周面に断面円弧形の外輪軌道４を設けた外輪５とを互いに同心に配置している。そして、これら内輪軌道２と外輪軌道４との間に、それぞれが転動体である複数個の玉６を、保持器７により保持した状態で転動自在に設けている。又、前記外輪５の内周面の両端部に、それぞれシールド板等の塞ぎ板８、８の外周縁を係止すると共に、これら両塞ぎ板８、８の内周縁を前記内輪３の両端部外周面に近接対向乃至は摺接させて、前記各玉６を設置した、前記転がり軸受１の内部空間９を外部空間から区画している。そして、この内部空間９内にグリースを封入して、前記各玉６の転動面と前記内輪軌道２及び前記外輪軌道４との転がり接触部の潤滑を図っている。
【０００３】
上述の様な転がり軸受１を、前記内輪３と前記外輪５とが常に一方向に相対回転する状態で使用すれば、前記各転がり接触部に十分な油膜を介在させて、前記両軌道２、４や前記各玉６の転動面の摩耗を抑えられる。これに対して、前記内輪３及び前記外輪５が静止した状態で振動を受けたり、或いは、これら内輪３と外輪５とが細かく揺動変位する様な条件下で使用すると、前記各転がり接触部に油膜切れを生じ、これら各転がり接触部で金属接触を生じ易くなる。そして、金属接触を生じると、前記両軌道２、４や前記各玉６の転動面にフレッチング摩耗を発生し易くなる。この様なフレッチング摩耗を抑える為には、前記各玉６の直径に対する前記両軌道２、４の断面形状の曲率半径や、前記内部空間９内に封入するグリースの性状を適切に規制する事が効果がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、内輪、外輪両軌道の断面形状の曲率半径同士の比を１．０１〜１．１０とし、グリースとして、基油の４０℃での動粘度を、この比に基づいて求められる値（例えば２７０mm2／ｓ）以上で、５００mm2／ｓ以下としたものを使用する事が記載されている。
又、特許文献２には、４０℃での動粘度が１０〜３５mm2／ｓであるエステル油を６０〜９５質量％、同じく３０〜１２０mm2／ｓであるフッ素油を５〜４０質量％、それぞれ含有し、全体としての動粘度を１５〜５０mm2／ｓとした混合油を基油とし、増ちょう剤としてウレア化合物を使用し、スルホン酸金属塩を添加剤としたグリースを使用する事により、耐フレッチング性を向上させる事が記載されている。
又、特許文献３には、正の内部すきまを有する転がり軸受の内部空間に、基油と、増ちょう剤と、硫黄化合物から成る添加剤とを含有するグリースを封入する事で、電動モータの回転支持部に組み込まれる転がり軸受の耐フレッチング性を向上させる事が記載されている。
又、特許文献４には、長さ及び直径が２μｍ以下の繊維状であるステアリン酸リチウムと、４０℃での動粘度が１５〜２００mm2／ｓであるポリオールエステル油とを含有し、混和ちょう度が２６０〜３３０であるグリースを転がり軸受の内部空間に封入する事で、この転がり軸受の耐フレッチング性を向上させる事が記載されている。
又、特許文献５には、４０℃での基油の動粘度を２０〜２００mm2／ｓとすると共に、軌道面及び転動面の算術平均粗さＲａを０．０１０μｍ以下にする事で、転がり軸受の耐フレッチング性を向上させる事が記載されている。
更に、特許文献６には、振動に基づくフレッチング摩耗が差動滑りにより生じる事、並びに、フレッチング摩耗の損傷度を測定する方法が記載されている。
【０００５】
上述の様な特許文献１〜４に記載された従来技術の場合、転がり軸受の使用条件さえ整えば、必要とする耐フレッチング性を得られるが、前述した様な厳しい使用条件下では、必ずしも十分な耐フレッチング性を得られない可能性がある。
先ず、特許文献２に記載されている様な、増ちょう剤としてウレア化合物を使用するグリースの場合には、耐熱性が不充分であり、１７０℃以上の高温環境下で使用するには適していない。この為、例えば自動車のエンジンルーム内に設置する機器用の転がり軸受の耐久性を十分に確保する事は難しい。この様な高温環境下で使用する転がり軸受用のグリースとしては、特許文献１中に試料８として記載されている様な、基油及び増ちょう剤をフッ素系としたものを使用する事が好ましい。
【０００６】
但し、前記特許文献１に記載されているフッ素系のグリースは、基油の動粘度が高い為、輸送時の繰り返し振動に基づくフレッチング摩耗防止には有効であるが、１対の軌道輪同士が細かく揺動変位する様な使用条件下ではフレッチング摩耗を十分に抑える事は難しい。この様な使用条件下で前記特許文献１に記載されているフッ素系のグリースは、例えば特許文献２に記載されたウレア系のグリースと比較しても、耐フレッチング性能が劣る。即ち、前記特許文献６に記載されている様に、揺動回転時に発生するフレッチング摩耗は差動滑りに起因するものである為、輸送時の繰り返し振動によるフレッチング摩耗防止に有効な高粘度基油を含むグリースでは、揺動回転条件下での耐フレッチング性能は期待できない。又、基油の動粘度が高い為、グリースを封入した転がり軸受の回転抵抗（動トルク）を著しく増大させ、当該転がり軸受を組み込んだ各種機械装置の性能を悪化させてしまう。他の特許文献３〜５に記載された従来技術にしても、高温環境下で、しかも揺動回転条件下での耐フレッチング性を十分に確保できるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２４９１５２号公報
【特許文献２】特開２００４−０４３７１９号公報
【特許文献３】特開２００４−３３２７６８号公報
【特許文献４】特開２００４−３５２９５３号公報
【特許文献５】特開２００７−０５６９１２号公報
【特許文献６】特開２００６−２９２０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、高温環境下で、しかも揺動回転条件下での耐フレッチング性を十分に確保できる転がり軸受を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の転がり軸受は、互いに同心に配置され、互いに対向する面にそれぞれ軌道面を設けた１対の軌道輪と、これら両軌道面同士の間に転動自在に設置された複数個の転動体と、これら両軌道輪同士の間でこれら各転動体を設置した空間内に封入されたグリースとを備える。
【００１０】
特に、本発明の転がり軸受に於いては、前記グリースとして、４０℃での動粘度が８０mm2／ｓ以下であるフッ素系油を基油とし、増ちょう剤をＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）とし、２５℃での混和ちょう度を、ＪＩＳ  Ｋ  ２２２０に規定された測定方法で３００以上としたものを使用している。
又、好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、前記基油の４０℃での動粘度を、４０〜７０mm2／ｓとする。
【００１１】
又、本発明を実施する場合に、具体的には、請求項３に記載した発明の様に、前記両軌道輪を、内周面に断面円弧形の外輪軌道を形成した外輪と、外周面に断面円弧形の内輪軌道を形成した内輪とする。又、前記各転動体を、これら外輪軌道と内輪軌道との間に設置された玉とする。そして、この外輪軌道の断面形状の曲率半径ＲＯとこの内輪軌道の断面形状の曲率半径ＲＩとの比ＲＯ／ＲＩを、１．０１〜１．１０、より好ましくは１．０１〜１．０４とする。
具体的には、例えば請求項４に記載した発明の様に、前記外輪軌道の断面形状の曲率半径を前記各玉の直径の５６％とし、前記内輪軌道の断面形状の曲率半径をこれら各玉の直径の５１．５％（ＲＯ／ＲＩ≒１．０９）とする。
或いは、請求項５に記載した発明の様に、前記外輪軌道の断面形状の曲率半径を前記各玉の直径の５６％とし、前記内輪軌道の断面形状の曲率半径をこれら各玉の直径の５４％（ＲＯ／ＲＩ≒１．０４）とする。
【発明の効果】
【００１２】
上述の様に構成する本発明の転がり軸受によれば、高温環境下で、しかも揺動回転条件下での耐フレッチング性を十分に確保できる。
即ち、グリースの基油の動粘度を低く抑えているので、揺動回転に伴って、１対の軌道面と各転動体の転動面との転がり接触部に、前記グリースの基油が安定して供給される。又、グリース全体としての混和ちょう度の値を適切に規制しているので、このグリースが前記各転がり接触部に進入し易い。この為、微小な揺動回転が繰り返される条件下で運転された場合にも、前記各転がり接触部に確実に油膜を存在させて、これら各転がり接触部で金属接触が発生する事を防止でき、優れた耐フレッチング性能と低トルク性能とを発揮できる。
特に、基油の動粘度を、請求項２に記載した発明の範囲に規制すれば、上述の作用・効果をより高次元で得られる。
又、請求項３〜５に記載した発明によれば、外輪軌道及び内輪軌道と各玉の転動面との転がり接触部分に存在する接触楕円の面積、延いてはこれら各転がり接触部分の面圧を適正にできる。そして、摩耗し易さを表すパラメータであるＰＶ値を低く抑えて、より高い耐フレッチング性能を得ると同時に、転がり軸受の動トルクも低く抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の対象となる転がり軸受の１例を示す部分断面図。
【図２】揺動回転条件下での耐フレッチング性を知る為に使用した試験装置の切断斜視図。
【図３】グリースの相違が転がり軸受の耐フレッチング性に及ぼす影響を知る為に行った実験の結果を示す棒グラフ。
【図４】基油の動粘度が転がり軸受の耐フレッチング性に及ぼす影響を知る為に行った実験の結果を示すグラフ。
【図５】グリースの混和ちょう度が転がり軸受の耐フレッチング性に及ぼす影響を知る為に行った実験の結果を示すグラフ。
【図６】グリースの相違が転がり軸受の動トルクを知る為に行った実験の結果を示す棒グラフ。
【図７】外輪軌道及び内輪軌道の断面形状の曲率半径の相違が転がり軸受の耐フレッチング性に及ぼす影響を知る為に行った実験の結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の特徴は、転がり軸受の内部空間に封入するグリースの性状を工夫する事で、この転がり軸受の耐フレッチング性を向上させる点にある。図面に表れる転がり軸受の構造及びその作用に就いては、前述の図１に示した構造を含めて、従来から広く知られている転がり軸受と同様であるから、重複する説明は省略し、以下に、本発明の効果を確認する為に行った実験に就いて説明する。
【００１５】
［耐フレッチング性測定］
この実験では、グリースの相違が転がり軸受の低フレッチング性に及ぼす影響を測定した。この試験には、図２に示した試験装置を使用した。先ず、この試験装置の概要に就いて説明する。
円筒状のハウジング１０の内側に軸１１を、このハウジング１０と同心に配置している。そして、これらハウジング１０の内周面と軸１１の外周面との間に、それぞれが試験軸受である４個の転がり軸受１ａ〜１ｄを、予圧を付与した状態で組み付けている。この為に、これら各転がり軸受１ａ〜１ｄの内輪３、３を、前記軸１１に外嵌支持している。又、下端部の転がり軸受１ａの内輪３を前記軸１１の下端部に設けた鍔部１２により支持すると共に、上端部の転がり軸受１ｄの内輪３を、前記軸１１の上部に螺着したナット１３により抑えている。又、中間に位置する２個の転がり軸受１ｂ、１ｃの内輪３、３同士の間に内輪間座１４を挟持している。
一方、前記各転がり軸受１ａ〜１ｄの外輪５、５を、前記ハウジング１０に内嵌支持している。又、上下両端の転がり軸受１ａ、１ｄの外輪５、５と上下に隣り合う別の外輪５、５との間に外輪間座１５、１５を挟持している。
この様な構成により、前記各転がり軸受１ａ〜１ｄに、互いに同じ、所定の大きさの予圧を付与している。
又、前記ハウジング１０を、カップリング１６を介して図示しないサーボモータの出力軸に結合し、このハウジング１０を介して、前記各外輪５、５を、同期して往復揺動変位させる様にしている。
【００１６】
上述の様な試験装置を使用して、前記各転がり軸受１ａ〜１ｄの内部空間９、９に封入するグリースとして、表１に示した１１種類のものを使用し、このグリースの相違が各転がり軸受１ａ〜１ｄの耐フレッチング性に及ぼす影響を求めた。
【表１】
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【００１７】
試験条件は次の通りである。
軸受仕様  ：  呼び番号が６０８の単列深溝型玉軸受（外径：２２mm、内径：８mm、幅：７mm）
軸受予圧  ：  ３９Ｎ
グリース充填量  ：  空間容積比で２０％
外輪の揺動角度  ：  ０．７度（全角）
同揺動周波数  ：  １００Ｈｚ
揺動回数  ：  ５００万回
【００１８】
又、耐フレッチング性の良否は、上述した揺動試験の前後で各転がり軸受のアンデロン値を測定し、この揺動試験を施す事に伴う、アンデロン値の上昇量を求める事により判定した。即ち、供試片である前記各転がり軸受を多数回揺動回転させる事に伴って、これら各玉軸受の転がり接触部を構成する軌道面及び転動面にフレッチング摩耗が発生し、その結果、これら各玉軸受のアンデロン値が上昇する。そこで、これら各転がり軸受のアンデロン値を、前記揺動試験の前後で同じ条件で測定し、その変化量（上昇量）を求めれば、これら各転がり軸受の耐フレッチング性を求められる。具体的には、試験後に於けるアンデロン値の上昇量が低く抑えられている程、当該転がり軸受の耐フレッチング性が優れている事になる。この為に、前記各転がり軸受の内輪を回転軸に外嵌すると共に、外輪をプレローダで固定した状態で、この回転軸を１８００min-1で回転させ、この外輪のラジアル方向振動を評価基準として、それぞれのアンデロン値を求めた。測定時に上記各転がり軸受に、前記揺動試験時に加えた予圧と同じ大きさの荷重を付与した。
【００１９】
上述の様な条件で行った実験の結果を、図３に示す。この図３の縦軸は、前記揺動試験を施す事に伴うアンデロン値の上昇量を示している。
この様な図３から分かる様に、基油の動粘度を低く抑え、且つ、混和ちょう度を適切な範囲に規制したグリースを封入した本発明の実施例１、実施例２の転がり軸受の場合には、単に基油及び増ちょう剤をフッ素系としただけのグリースを封入した比較例１〜８の転がり軸受と比較して、揺動試験後のアンデロン値の上昇量が小さく、ウレア系のグリースを封入した、比較例９の転がり軸受と同程度に低く抑えられる事が分かる。尚、ウレア系のグリースは、耐フレッチング性は優れているが、耐熱性に劣る為、自動車のエンジンルーム内の如く高温環境下で使用するにはフッ素系のものが好ましいのは明らかである。
【００２０】
又、基油の動粘度とアンデロン値の上昇量との関係を図４に示した。この図４から、アンデロン値の上昇量を１０以下に抑える為に、基油の動粘度を８０mm2／ｓ以下に抑える必要がある事が分かる。
更に、グリースの混和ちょう度とアンデロン値の上昇量との関係を図５に示した。この図５から、アンデロン値の上昇量を１０以下に抑える為に、混和ちょう度を３００以上にすれば良い事が分かる。
【００２１】
［動トルク測定１］
この実験では、グリースの相違が転がり軸受の動トルクに及ぼす影響を測定した。試験条件は以下の通りである。
軸受仕様  ：  呼び番号が６０８の単列深溝型玉軸受
軸受予圧  ：  ３９Ｎ
グリース充填量  ：  空間容積比で２０％
軸受温度  ：  −４０℃
回転速度  ：  ３０min-1
データ取得のタイミング  ：  始動から５分後、各仕様毎に３個ずつの試料（ｎ＝３）に就いての平均値
【００２２】
この様な条件で行った実験の結果を図６に示す。この図６から明らかな通り、基油の動粘度を低く抑えた本発明の実施例１、実施例２は、ウレア系グリースを封入した比較例９を含め、比較例１〜９の何れに比べても動トルクを低く抑えられる。
【実施例】
【００２３】
［動トルク測定２］
この実験では、外輪軌道の断面形状の曲率半径ＲＯと内輪軌道の断面形状の曲率半径ＲＩとの比ＲＯ／ＲＩが転がり軸受の動トルクに及ぼす影響を測定した。試験条件は以下の通りである。
軸受仕様  ：  呼び番号が６０８の単列深溝型玉軸受
軸受予圧  ：  ３９Ｎ
グリース充填量  ：  空間容積比で２０％
使用グリース  ：  前記表１の実施例と同じもの
【００２４】
上述の条件を互いに同じとして、外輪軌道と内輪軌道との断面形状の曲率半径を互いに異ならせた２種類の試料を造り、それぞれの動トルクを測定した。
「第１例」
外輪軌道の曲率半径ＲＯ  ：  玉の直径の５６％
内輪軌道の曲率半径ＲＩ  ：  玉の直径の５１．５％
「第２例」
外輪軌道の曲率半径ＲＯ  ：  玉の直径の５６％
内輪軌道の曲率半径ＲＩ  ：  玉の直径の５４％
上述の様な条件下で行った実験の結果に就いて、図７に示す。この図７から、内輪軌道の曲率半径を大きくする事で、グリースを封入した転がり軸受の動トルクを低く抑えられる事が分かる。
【符号の説明】
【００２５】
１、１ａ〜１ｄ  転がり軸受
２    内輪軌道
３    内輪
４    外輪軌道
５    外輪
６    玉
７    保持器
８    塞ぎ板
９    内部空間
１０    ハウジング
１１    軸
１２    鍔部
１３    抑えナット
１４    内輪間座
１５    外輪間座
１６    カップリング
【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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