ケース55：密封型玉軸受の破損

ケース55：密封型玉軸受の破損（Failure of a Sealed Ball Bearing）

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“Failure Analysis of Engineering Structures: Methodology and Case Histories”からの事例です（CASE 55）。

Contents

要　約
背　景
外観検査
顕微鏡観察（SEM）
化学分析（EDAX）
考察
結論
推奨対策

要　約

電動機に組み込まれたグリース封入型密封玉軸受が、運転開始後わずか552時間で異常振動を引き起こし、破損に至りました。
調査の結果、軸受内部の内輪転動面および玉表面にクレーターや焼損痕が認められ、電気的なピッチング（pitting；静電放電による金属表面の損傷）が主要因であることがわかりました。さらに、放電によって脱落した金属粒子がグリース内に混入し、軸受の焼付き（seizure）を引き起こしたと考えられます。

背　景

軸受は定格回転数1500～2100rpmで使用されていましたが、552時間後に異常な振動が発生。異常の原因調査のため分解されました。

外観検査

　・破損玉軸受けの外観を、図CH55.1を示し、分解したものを図CH55.2に示します。
　・グリースは黒く変色し、明らかに汚染されていました。
　・グリースを溶剤で溶解・濾過すると、細長い金属片が回収されました。
　・外輪軌道は軽度の変色のみでほとんど無傷でしたが、内輪軌道には広範囲にわたる損傷が認められ、大きなクレーターや擦過傷が観察されます（図CH55.3）。
　・ボール表面にも小さなクレーターが点在しています（図CH55.4）。
　・保持器には損傷は認められませんでした。

図CH55.1 破損した軸受

図CH55.2 分解状態の軸受。内輪・外輪軌道、分割保持器、軸受玉が見える

図CH55.3 内輪軌道に見られるクレーターと金属の傷

図CH55.4 軸受ボールの1つに見られるクレーター

顕微鏡観察（SEM）

　・内輪軌道およびボールのクレーター部には球状の金属粒子が付着していました（図CH55.5）。
　・ベアリングの破損後も継続的に運転されたことにより、金属粒子が剥離して、軌道内に入り込んで、さらに変形・損傷が生じました（図CH55.6）。

図CH55.5 クレーターに付着した球状の金属片

図CH55.6 剥離した金属片が内輪軌道に入り込んでいる

化学分析（EDAX）

　・回収された金属片はFe-Cr-Ni系合金（軸受鋼）であり、軸受の材質と一致しました。
　・クレーターに付着していた金属粒子も、同様の組成でした。
　・このことより、金属片、金属粒子は軸受材料の一部が溶融・脱落した結果と判断されました。

考察

　・クレーターや焼損痕は、静電気によるアーク放電の典型的な形態です。アーク熱により金属が溶融して、ボールと内輪起動との転動により引き裂かれます。
　・電動機運用時には、軸受を通して電流が流れることがあり、接触面で放電（アーク）が発生すると局所的な金属溶融（電食）が生じます。
　・本件で使用されたグリースは非導電性であり、静電気が蓄積しやすい状態にありました。
　・グリースの絶縁性が高いと、静電気の蓄積と放電が起こり、金属の溶融と損傷を引き起こします。

結論

本玉軸受の破損は、静電気放電による内輪軌道およびボールの損傷が主因です。金属粒子の脱落が続き、これがさらなる内部損傷を誘発し、最終的に焼付きに至ったと推定されます。

推奨対策

　・導電性グリースを使用することで、電動機ロータの軸受を経由して適切な接地が可能となり、放電のリスクを低減できます。
　・設計段階において、軸受を通じて電流が流れない構造、または電気的絶縁処理の追加を検討すべきです。

元文献
“Failure Analysis of Engineering Structures: Methodology and Case Histories” 2005

引用図表：出典は全て” Failure Analysis of Engineering Structures: Methodology and Case Histories：2005”
Fig.CH55.1 破損した軸受
Fig.CH55.2 分解状態の軸受。内輪・外輪軌道、分割保持器、軸受玉が見える
Fig.CH55.3 内輪軌道に見られるクレーターと金属の傷
Fig.CH55.4 軸受ボールの1つに見られるクレーター
Fig.CH55.5 クレーターに付着した球状の金属片
Fig.CH55.6 剥離した金属片が内輪軌道に入り込んでいる

ORG:2025/06/21