JP2002323046A

JP2002323046A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2002323046A
Application number: JP2001124327A
Authority: JP
Inventors: Yoshiteru Sakajiri; 義晃坂尻; Hiroshi Suzuki; 鈴木　　寛
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2002-11-08

Abstract

(57)【要約】【課題】高速回転域においても、鉄製保持器の強度を
維持するとともに、保持器の転動体案内面による転動体
表面の傷の発生を抑制し、高速回転性能に優れた（低ト
ルク・低摩擦・低騒音）転がり軸受を提供する。【解決手段】本発明の転がり軸受１０は、内輪１１と
外輪１２との間に、複数の玉１３と、このたま１３を保
持する金属製保持器１４ａとが介挿され、この金属製保
持器１４ａの表面の少なくとも転動体案内面にポリアミ
ド樹脂を含む被覆樹脂部１４ｂが一体成形されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等に使用さ
れ、転動体を保持する保持器を備えた転がり軸受に関
し、詳しくは高速回転域で使用された際に、保持器によ
って転動体表面に傷が発生するのを防止できる転がり軸
受に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に転がり軸受に使用される保持器と
しては、鋼板を打ち抜いた鉄製の波形保持器などがあ
る。波形保持器は、ポケット部を形成する凹部を有した
２つの環状の金属部材を組み合わせて形成され、主に非
分離形の軸受に用いられている。こうした波形保持器の
ポケット部における転動体案内面の曲率は、玉（転動
体）表面の曲率よりも小さく設定されており、保持器と
玉との間に潤滑油による油膜を形成することで、これら
の摺動部分の摩耗を抑制している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、転がり
軸受を、例えばｄｍｎ値（軸受ピッチ円径ｍｍ×回転数
ｒｐｍ）が７０万以上の高速回転域で使用する場合、保
持器と玉との間の油膜が破断し、これらが金属接触を起
こしたり、保持器の振れ回りの増大により保持器ポケッ
ト部のエッジと玉とが局部的に接触したりする場合があ
る。その結果、保持器と玉との摺動部分に摩耗が生じ、
その摩耗粉により玉表面に目玉状の傷が付いてしまうこ
とがある。この現象が過剰に進行すると、玉表面に軸受
寿命の低下を引き起こすほどの傷が発生することもあ
る。従来、こうした現象の対策として、高速回転性能に
優れたプラスチック製保持器や、銅合金製もみ抜き保持
器などが使用されている。

【０００４】しかしながら、深溝玉軸受などの非分離形
軸受においては、組み立て工程の制約により一体型の銅
合金製もみ抜き保持器や一体型のプラスチック製保持器
の使用が困難である。そのため、ポケット部が開口して
いる冠型プラスチック保持器が使用されているが、強度
の面で上述した鉄製の波形保持器より劣る。また、こう
した冠型プラスチック保持器は、ある速度限界を超える
高速回転域になるとその特徴的な形状に起因した保持器
の変形を伴う過剰な振れ回り現象が発生してしまう。こ
の現象は動摩擦トルクの増大を引き起こすだけでなく、
音・振動等の増大も引き起こしてしまう。

【０００５】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、高速回転域においても、鉄製保持器の強
度を維持するとともに、保持器の転動体案内面による転
動体表面の傷の発生を抑制し、高速回転性能に優れた
（低トルク・低摩擦・低騒音）転がり軸受を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の前記目的は、内
輪と外輪との間に、複数の転動体と、この転動体を保持
する金属製保持器とが介挿された転がり軸受において、
前記金属製保持器の表面の少なくとも転動体案内面にポ
リアミド樹脂が一体成形されていることを特徴とする転
がり軸受によって達成される。このとき、保持器と内輪
の外周面との間隔および保持器と外輪の内周面との間隔
の少なくともいずれか一方が、０．１ｍｍ以上１．０ｍ
ｍ以下であることが好ましい。以上のような転がり軸受
は、モータ支持、ギヤ支持軸受として取り付けられてい
ることが好ましい。上述した転がり軸受に使用される保
持器は、保持器表面の少なくとも転動体案内面を成形す
る成形型内のキャビティ空間に金属製保持器を装着し、
前記成形型の型締めをして、前記キャビティ空間内にポ
リアミド樹脂を射出して前記金属製保持器の表面にポリ
アミド樹脂からなる転動体案内面を成形し、前記成形型
の型開きをして、前記転動体案内面が一体化された金属
製保持器が成形されることが好ましい。

【０００７】ここで、ポリアミド樹脂としては、例え
ば、６６ナイロン等のポリアミド樹脂が、そのまま、ま
たはこれらにガラス繊維やカーボン繊維等を含有させて
補強したものが使用されている。特に、６６ナイロン樹
脂中にガラス繊維を５〜３０重量％混入したものが材料
コストと性能バランスが良好なことから好ましい。ここ
で、金属製保持器とは、鉄、アルミニウム、チタン、マ
グネシウム、銅のいずれかの金属を単独で使用したも
の、もしくは混合した合金を使用して形成される保持器
で、軸受の軸方向に対称に分割される鉄製の波形保持器
などの保持器を例示できる。また、転動体案内面とは、
転動体を保持する保持器のポケット部を形成し、転動体
と摺動する面のことをいう。

【０００８】このような転がり軸受によれば、金属製保
持器の強度を維持するとともに、少なくとも保持器の転
動体案内面に高速回転性能に優れたポリアミド樹脂を成
形しているので、高速回転域における、低トルク、低摩
擦、低騒音性能に優れた転がり軸受を提供できる。特
に、鉄製の波形保持器の転動体案内面に本発明の構成を
採用することで、保持器の強度を維持しつつ、高速回転
性能に優れた転がり軸受を提供できる。

【０００９】また、本発明の前記目的は、内輪と外輪と
の間に、複数の転動体と、この転動体を保持する金属製
保持器とが介挿され、これらの摺動部分に潤滑油が付与
されており、ｄｍｎ値が７０万以上の高速回転域で使用
される転がり軸受において、前記金属製保持器の表面の
少なくとも転動体案内面に、固体潤滑被膜が形成されて
いることを特徴とする転がり軸受によって達成すること
ができる。このとき、固体潤滑被膜は、被膜厚さが１μ
ｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。以上のよう
な転がり軸受は、モータ支持、ギヤ支持軸受として取り
付けられていることが好ましい。

【００１０】ここで、固体潤滑被膜としては、ＭｏＳ₂
や、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、
ユリア樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステ
ル樹脂、ジアリルフタレート樹脂などの熱硬化性樹脂な
どを例示できる。また、潤滑油としては、ベースオイル
（鉱油系）＋添加剤のＡＴＦ（オートマチック・トラン
スミッション・フルード）、ポリα−オレフィン油のよ
うなパラフィン系炭化水素油、ナフテン系炭化水素油，
鉱油，ジアルキルジフェニルエーテル油のようなエーテ
ル油、フタル酸エステルのようなエステル油等の何れか
を単独もしくは混合油の形で混ぜて調整したものを例示
できる。ここで、金属製保持器とは、鉄、アルミニウ
ム、チタン、マグネシウム、銅のいずれかの金属を単独
で使用したもの、もしくは混合した合金を使用して形成
される保持器で、軸受の軸方向に対称に分割される鉄製
の波形保持器などの保持器を例示できる。また、転動体
案内面とは、転動体を保持する保持器のポケット部を形
成し、転動体と摺動する面のことをいう。

【００１１】このような転がり軸受によれば、潤滑油に
より潤滑され、ｄｍｎ値が７０万以上の高速回転域にお
ける使用に際しても、金属製保持器の表面に固体潤滑被
膜が形成されているので、転動体表面に金属製保持器に
よる傷を発生させることなく、低トルク、低騒音、低振
動の転がり軸受を提供できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を説明する。図１に本発明の第１実施形態である
非分離形単列深溝玉軸受（以下軸受）１０の一部断面図
を有する斜視図示す。図１に示す軸受１０は、外周面に
内輪軌道１１ａを有する内輪１１と、内周面に外輪軌道
１２ａを有する外輪１２と、内輪軌道１１ａおよび外輪
軌道１２ａの間に介挿され、軸受１０の周方向に複数配
置され転動体となる玉１３と、この玉１３を軸受１０の
周方向に等間隔に配置する保持器１４とから概略構成さ
れている。保持器１４は、鋼板を打ち抜きして２つの環
状部材（金属製保持器）１４ａを形成し、これらの環状
部材１４ａの表面に被覆樹脂部１４ｂを成形したものを
軸受１０の軸方向両端部から玉１３を保持するよう組み
合わせ、後述するリベットにより互いを固定することで
構成されている。さらに詳細には、環状部材１４ａは、
環状の鉄部材に玉１３を保持する凹部がその周方向に等
間隔に形成されている。すなわち、２つの環状部材１４
ａを、それぞれに形成された凹部が対向するように向か
い合わせることで、玉１３を収納する保持器１４のポケ
ット部を形成している。ここで、被覆樹脂部１４ｂとし
ては、ナイロン６６にガラス繊維を５〜３０％含有した
ものを例示できるが、これに限定されない。例えば、被
覆樹脂部１４ｂとしては、６−ナイロン、４，６−ナイ
ロン、１２−ナイロンなどのポリアミド樹脂を用いるこ
とができる。また、これらのポリアミド樹脂には、機械
的強度を向上させるために、ガラス繊維，カーボンファ
イバー，チタン酸カリウムウィスカー，ホウ酸アルミニ
ウムウィスカー等の強化材を含有したものでもよい。強
化材の含有量は、５０重量％以下である。それを越える
場合は樹脂溶融時の粘度が上昇し、精度よく成形するこ
とが難しくなる。

【００１３】図２に図１に示す軸受１０のＡ矢視平面図
を示し、図３に軸受１０の縦断面図を示す。図２に示
し、上述したように、保持器１４は、表面に被覆樹脂部
１４ｂが被覆された環状部材１４ａが、軸受１０の軸方
向両端部から組み合わされ、リベット１５によって、一
対の環状部材１４ａが強固に固定されている。図３に示
すように、保持器１４は、内輪１２の外周面および外輪
１１の内周面の対向する部分から間隔ｓを形成して配置
されている。このとき、間隔ｓは、０．５ｍｍとしてい
るが、この値に限定されず、隙間ｓとしては０．１ｍｍ
〜１．０ｍｍが好ましい。また、保持器１４の玉１３と
対向し、ポケット部を形成する転動体案内面において、
環状部材１４ａの表面に成形されている被覆樹脂部１４
ｂの厚さｔは、０．１ｍｍとしているが、この値に限定
されず、０．０５ｍｍ以上の厚さに設定することが好ま
しい。

【００１４】図４に、環状部材１４ａの表面に被覆樹脂
部１４ｂを成形する装置４０の概略図の一部を示す。装
置４０は、図示しないが環状部材１４ａの形状に対応し
て、環状に構成される成形型４０ａを有している。成形
型４０ａは、上型４１と下型４２とからなり、上型４１
および下型４２にはそれぞれ被覆樹脂部１４ｂを形成す
る凹部となるキャビティ空間４１ａ，４２ａが形成され
ている。また、下型４２には、キャビティ空間４２ａに
連通して、樹脂を射出するゲート４３が設けられてい
る。この成形型４０ａを用いて、環状部材１４ａの表面
に被覆樹脂部１４ｂを成形するには、まず、環状部材１
４ａを下型４２のキャビティ空間内に載置する。このと
き、環状部材１４ａの下型４２と対向する面にも被覆樹
脂部１４ｂが射出成形されるように、環状部材１４ａ
は、その表面が下型４２のキャビティ空間４２ａから浮
いて保持されていることが好ましい。環状部材１４ａを
下型４２から浮かせて配置するには、環状部材１４ａに
設けられたリベットを挿通する孔に対応して形成され、
下型４２のキャビティ空間内に設けられた突起部をこの
孔に相通することで、環状部材１４ａを保持する構成を
例示できる。このような突起部として、例えば、下型４
２と対向する上型４１の方向に突出した円錐状のもの
や、上型４１方向に延びて先細るように外径の異なる円
柱を組み合わせたものなどが例示できる。こうして、環
状部材１４ａを下型４２内に載置し、上型４１を下型４
２上に移動させ成形型４０ａを閉じる。この状態で、ゲ
ート４３から被覆樹脂を射出すると環状部材１４ａの表
面に被覆樹脂部１４ｂが成形される。こうして被覆樹脂
部１４ｂが成形された環状部材１４ａを図５に示す。以
上のように成形した２つの環状部材１４ａを軸受１０の
軸方向両端部から玉１３を保持するように組み合わせる
ことで、上述した図１〜図３に示す保持器１４が形成さ
れる。

【００１５】ここで、本発明の実施形態として示す軸受
と従来の鉄製保持器を備えた軸受とを比較するため以下
に示す試験方法で評価試験を行なった。本発明の軸受と
して示す実施例１として、上述した軸受１０と同様な形
状で、標準設計の深溝玉軸受（ＪＩＳ呼び番号：６２１
０、内径φ５０ｍｍ、外形φ９０ｍｍ、幅２０ｍｍ、転
動体直径１２．７ｍｍ、転動体ピッチ円径７０ｍｍ）を
用い、環状部材１４ａとした鉄製の波形プレス保持器表
面に、被覆樹脂部１４ｂとしてガラス繊維を５〜３０％
含有したナイロン６６を被覆した保持器を使用した。ま
た、比較のため、実施例１の軸受に、ナイロン６６など
を被覆していない鉄製保持器を使用したものを比較例と
した。試験方法としては、内輪回転数１５０００ｒｐ
ｍ、ラジアル荷重１００Ｎの条件で動摩擦トルク試験を
行なった。また、回転数１８００ｒｐｍ、アキシアル荷
重４０Ｎの条件で音圧測定も実施した。結果を図６およ
び表１に示す。図６に、回転数（ｒｐｍ）に対する動摩
擦トルク（Ｎ・ｍｍ）を測定した結果を示す。なお、図
６中、本発明の実施例１の軸受１０による試験結果を図
中１点鎖線で示し、従来の軸受による試験結果を図中実
線で示す。表１に、上述した試験条件で軸受より発生し
た音圧（ｄｂ）を測定した結果を示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】図６および表１から、本発明の実施例１の
軸受１０によれば、高速回転域において、比較例として
示す従来の軸受に比べ、動摩擦トルクの低下や、音圧の
低下など、良好な結果を得られた。

【００１８】本実施形態のこのような構成によれば、鉄
製の環状部材１４ａの強度を維持するとともに、保持器
１４の転動体案内面を含む表面に高速回転性能に優れた
ガラス繊維を含むナイロン６６を成形しているので、高
速回転域における、低トルク、低摩擦、低騒音性能に優
れた転がり軸受を提供できる。また、保持器１４と外輪
内周面および内輪外周面との間隔ｓを０．３ｍｍとして
いることで、軸受１０の高速回転時の潤滑剤による攪拌
抵抗の低減などの性能がさらに向上している。また、保
持器のポケット部を形成する被覆樹脂部の厚さｔを０．
１ｍｍとしていることから、玉１３の転動面に傷が生じ
ることがない。

【００１９】図７に本発明の第２実施形態である単列深
溝玉軸受（以下軸受）２０を示す。軸受２０は、図１に
示した軸受１０と同様な構成の単列深溝玉軸受で、潤滑
のため軸受内部に潤滑油を充填している。また、保持器
２４は、鉄製の波形プレス保持器表面に固体潤滑被膜を
被覆している。なお、すでに説明した部材等と同様の構
成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又
は相当符号を付すことにより説明を簡略化あるいは省略
する。

【００２０】保持器２４の転動体案内面を含む表面に
は、固体潤滑被膜としてＭｏＳ₂を膜厚５μｍで被覆し
ている。なお、本実施形態において、固体潤滑被膜とし
てＭｏＳ₂を例示したが、熱硬化性樹脂を使用してもよ
い。熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂，
尿素樹脂，メラニン樹脂，フェノール樹脂，ポリイミド
樹脂，エポキシ樹脂等の各樹脂を使用することができ
る。また、機械的強度を向上させるために、充填材を添
加しても良い。例えば、炭酸カルシウム，炭酸マグネシ
ウム，チタン酸カリウムウィスカーやホウ酸アルミニウ
ムウィスカー等の無機ウィスカー類，あるいはガラス繊
維や金属繊維等の無機繊維類及びこれらを布状に編組し
たもの等を添加してもよく、また有機化合物ではカーボ
ンブラック，黒鉛粉末，カーボン繊維，アラミド繊維や
ポリエステル繊維等を添加してもよい。

【００２１】潤滑油としてポリα−オレフィン油のよう
なパラフィン系炭化水素油，ナフテン系炭化水素油，鉱
油，ジアルキルジフェニルエーテル油のようなエーテル
油、フタル酸エステルのようなエステル油等の何れかを
単独もしくは混合油の形で混ぜて調整したものを用いて
もよい。

【００２２】ここで、本発明の実施形態である軸受２０
の効果を確認するため実施例２を用いて、以下に示す試
験方法で評価試験を行なった。実施例２として、上述し
た実施例１と同様な形状で、標準設計の深溝玉軸受（日
本精工株式会社製、呼び番号：６２１０、内径φ５０ｍ
ｍ、外形φ９０ｍｍ、幅２０ｍｍ、転動体直径１２．７
ｍｍ、転動体ピッチ円径７０ｍｍ）を用い、鉄製の波形
プレス保持器表面に固体潤滑被膜ＭｏＳ₂を様々な膜厚
に振って処理したものを使用した。この実施例２につい
て、内輪回転数１５０００ｒｐｍ（ｄｍｎ値１０５
万）、ラジアル荷重１００Ｎ、５時間の高速回転試験を
行い、試験中の軸受動摩擦トルクを測定した。また、こ
の試験後に、実施例２について耐久試験も実施し、寿命
比を算出した。この試験結果を図８に示す。この図にお
いて、縦軸は動摩擦トルク（Ｎｍｍ）および寿命比、横
軸は被膜厚さ（μｍ）を示す。なお、図中、寿命比を２
点鎖線で示し、動摩擦トルクを実線で示す。この図にお
いて、被膜厚さを１μｍ以上にすると、動摩擦トルクが
略１４０Ｎｍｍ以下に低下するとともに、寿命比も略
０．７以上となり、問題ないレベルとなっている。一
方、膜厚を２０μｍ以上とすると固体潤滑被膜の一部に
脱落が見られたため、２０μｍを膜厚の上限値とした。
このような実施例２においては、鉄製保持器に膜厚１〜
２０μｍの固体潤滑被膜（ＭｏＳ₂）を施すことで、ｄ
ｍｎ値１０５万の使用条件下においても、転動体に生じ
る目玉状の傷の防止、低トルク性に有効であった。

【００２３】本実施形態のこのような構成によれば、潤
滑油により潤滑され、ｄｍｎ値が少なくとも７０万以上
の高速回転域における使用に際しても、鉄製保持器２４
の表面に固体潤滑被膜（ＭｏＳ₂）が形成されているの
で、玉１３の転動面に鉄製保持器による傷を発生させる
ことなく、低トルク、低騒音、低振動の転がり軸受を提
供できる。

【００２４】本発明は前述した実施形態に限定されるも
のではなく、適宜な変形、改良等が可能である。本実施
形態において、転動体として玉を採用した非分離形単列
深溝玉軸受を例示したが、非分離形アンギュラ玉軸受な
どに本発明の構成を適用してもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の転がり軸
受によれば、ｄｍｎ値＝７０万以上の高速回転域におい
ても、鉄製保持器による転動体表面の傷の発生を抑制
し、強度を向上し、高速回転性能に優れた（低トルク・
低摩擦・低騒音）転がり軸受を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す単列深溝玉軸受１
０の一部断面図を有する斜視図である。

【図２】図１に示した玉軸受１０のＡ矢視平面図であ
る。

【図３】図１に示し玉軸受１０の縦断面図である。

【図４】保持器１４を構成する環状部材１４ａの表面に
被覆樹脂を射出成形する装置４０の概略斜視図である。

【図５】図４に示す装置４０によって成形された被覆樹
脂部１４ｂを有した環状部材１４ａの一部斜視図であ
る。

【図６】本発明の軸受となる実施例１と従来の軸受とな
る比較例との比較試験の結果を示す図である。

【図７】本発明の第２実施形態を示す単列深溝玉軸受２
０の一部断面図を有する斜視図である。

【図８】本発明の実施例２の効果を確認する試験の結果
を示す図である。

【符号の説明】

１０単列深溝玉軸受（転がり軸受）１１内輪１１ａ内輪軌道１２外輪１２ａ外輪軌道１３玉（転動体）１４保持器１４ａ被覆樹脂部１４ｂ環状部材（金属製保持器）

フロントページの続きＦターム(参考） 3J101 AA02 AA32 AA42 AA52 AA62 BA37 BA45 DA05 EA02 EA34 EA36 EA38 EA39 EA55 FA01 FA32 GA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内輪と外輪との間に、複数の転動体と、
この転動体を保持する金属製保持器とが介挿された転が
り軸受において、前記金属製保持器の表面の少なくとも転動体案内面にポ
リアミド樹脂が一体成形されていることを特徴とする転
がり軸受。
【請求項２】内輪と外輪との間に、複数の転動体と、
この転動体を保持する金属製保持器とが介挿され、これ
らの摺動部分に潤滑油が付与されており、ｄｍｎ値が７
０万以上の高速回転域で使用される転がり軸受におい
て、前記金属製保持器の表面の少なくとも転動体案内面に、
固体潤滑被膜が形成されていることを特徴とする転がり
軸受。