寒さがホイールベアリングにどのような影響を与えるかご存知ですか？そして、その悪影響を軽減するにはどうすればいいでしょうか？

工業生産や機械設備の稼働において、ベアリングは多くの重要な部品であり、その性能安定性はシステム全体の正常な稼働に直接関係しています。しかし、寒冷期を迎えると、複雑で困難な問題が次々と発生し、ベアリングの正常な稼働に悪影響を及ぼします。

 

材料の収縮

ベアリングは通常、熱膨張と収縮の特性を持つ金属（例えば鋼）で作られています。ベアリング内輪、外輪、転動体などの軸受部品は、寒冷環境下では収縮します。標準サイズの軸受では、温度が20℃から-20℃に低下すると、内径と外径が数ミクロン収縮することがあります。この収縮により、軸受の内部すきまが小さくなる可能性があります。すきまが小さすぎると、運転中に転動体と内輪・外輪間の摩擦が増加し、軸受の回転柔軟性、抵抗の増加、装置の始動トルクの低下などを引き起こします。

硬度の変化

低温は軸受材料の硬度をある程度変化させます。一般的に、金属は低温では脆くなり、相対的に硬度が上昇します。軸受鋼の場合、靭性は良好ですが、極寒の環境では靭性が低下します。軸受が衝撃荷重を受けると、この硬度変化により、ひび割れや破損が発生しやすくなります。例えば、屋外の鉱山機械用軸受は、低温時に鉱石の落下による衝撃を受けると、常温時よりも損傷を受けやすくなります。

グリース性能の変化

グリースは、ベアリングの機能運転を確保するための重要な要素の一つです。寒冷時にはグリースの粘度が上昇します。通常のグリースは粘度が上昇し、流動性が低下する可能性があります。これにより、転動体とベアリングの軌道面との間に良好な油膜を形成することが困難になります。モーターベアリングでは、常温ではグリースが内部の隙間全体に十分に充填されています。しかし、温度が低下するとグリースは粘着性になり、転動体は転がり時にグリースを接触部全体に均一に供給できなくなります。これにより、摩擦と摩耗が増加し、回転速度が変動し、加工部品の表面品質と寸法精度が損なわれます。深刻な場合には、ベアリングの過熱や焼き付きにつながる可能性があります。

耐用年数の短縮

これらの要因、すなわち摩擦の増加、衝撃靭性の低下、そして寒冷環境下でのベアリングの潤滑不良が組み合わさると、ベアリングの摩耗が加速する可能性があります。通常の状況では、ベアリングは数千時間稼働できますが、寒冷環境では摩耗が増加するため、数百時間稼働しただけでも転動体の摩耗や軌道面のピッチングなどの不具合が発生し、ベアリングの耐用年数が大幅に短縮されます。

 

寒さがベアリングに及ぼすこのような悪影響に対して、どのように軽減すればよいのでしょうか?

適切なグリースを選び、量を調整する

寒冷地では、低温性能に優れたグリースを使用する必要があります。このタイプのグリースは、特殊な添加剤を配合した製品（例：ポリウレタン系グリース）のように、低温でも良好な流動性を維持できます。これらのグリースは粘度が高くなりすぎず、始動時および運転時の軸受の摩擦を効果的に低減します。一般的に、低温グリースの流動点（規定の試験条件下で冷却された油が流動できる最低温度）は非常に低く、中には-40℃以下になるものもあり、寒冷地でも軸受の良好な潤滑を確保します。

寒冷地でのベアリングの運転においては、適切なグリース充填量も重要です。グリースが少なすぎると潤滑不足に陥り、多すぎると運転中にベアリングが過度の攪拌抵抗を生じます。寒冷地ではグリースの粘度が高くなるため、過剰充填は避けるべきです。通常、小型・中型ベアリングの場合、グリース充填量はベアリング内部空間の1/3～1/2程度です。これにより、潤滑が確保され、過剰なグリースによる抵抗が低減されます。

 

定期的にグリースを交換してシールを強化する
適切なグリースを使用していても、時間の経過やベアリングの稼働により、グリースは汚染、酸化などを起こします。これらの問題は、寒冷地ではさらに悪化する可能性があります。機器の稼働状況や環境条件に応じて、グリースの交換周期を短縮することをお勧めします。例えば、通常の環境では6ヶ月に1回グリースを交換しますが、寒冷地では3～4ヶ月に短縮することで、グリースの性能を常に良好な状態に保つことができます。
良好なシールは、冷気、湿気、不純物がベアリングに侵入するのを防ぎます。寒冷地では、ダブルリップシールやラビリンスシールなどの高性能シールが適しています。ダブルリップシールは内外のリップを備え、異物や湿気の侵入をより効果的に遮断します。ラビリンスシールは複雑な溝構造を備えており、外部からの物質の侵入を抑制します。これにより、水氷の膨張によるベアリング内部構造への損傷を軽減するだけでなく、ベアリングの摩耗を悪化させる不純物の侵入も防止します。
ベアリングの表面には、防錆塗料や低温保護コーティングなどの保護コーティングを施すことができます。防錆塗料は、寒冷環境や湿潤環境におけるベアリングの錆の発生を防ぎ、極低温保護コーティングは、温度変化がベアリング材料に与える影響を軽減します。これらのコーティングは、低温環境におけるベアリング表面の直接的な浸食を防ぐ保護膜として機能し、温度変化による材料特性の変化を最小限に抑えます。
機器のウォームアップ
起動前に装置全体を暖機運転することは効果的な方法です。小型機器の場合は、一定時間「温室」に設置してベアリングの温度を上昇させることもできます。大型クレーンベアリングなどの大型機器の場合は、ヒートテープやホットファンなどの機器を用いてベアリング部品を予熱することができます。予熱温度は通常10～20℃程度に制御でき、これによりベアリング部品が膨張して通常のクリアランスに戻り、グリースの粘度が低下するため、機器のスムーズな起動につながります。
分解可能なベアリングの場合、オイルバス予熱が有効な方法です。適切な温度に加熱した潤滑油にベアリングを入れることで、ベアリング全体が均一に加熱されます。この方法は、ベアリング材料の膨張だけでなく、潤滑油がベアリング内部のすきまに十分に浸透することを可能にします。予熱油の温度は通常約30～40℃ですが、時間はベアリングのサイズや材質などに応じて1～2時間程度に調整できます。これにより、寒冷地におけるベアリングの始動性能を効果的に向上させることができます。

寒さはベアリングに問題をもたらしますが、適切なグリース、シール、予熱保護を選択することにより、強固な防御線を構築することができます。これにより、ベアリングの低温動作の信頼性が確保され、寿命が延びるだけでなく、業界の安定した発展が促進され、TPは新たな産業の道を安心して歩むことができます。

TP、ホイールベアリングそして自動車部品1999年から続くメーカー。自動車アフターマーケットの技術スペシャリスト！技術的なソリューションを入手する今！