JP2004217056A - Rolling bearing - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二輪車におけるフロントフォークのステアリングステムと、車体フレームのステアリング支持部との間に配されるステアリングヘッド部用の転がり軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】
大型の二輪車やオフロード用二輪車のステアリングヘッド部は、車体の自重や路面からの反力が大きくかかるため、特に軸受の剛性を必要とされる。
【0003】
従来のステアリングヘッド部用の転がり軸受としては、ステアリングステムの軸方向に、正面合わせ或いは背面合わせで上下に一対に配置され、一対の転がり軸受の上下側にダストシールが配され、転がり軸受内にグリースが充填され、予圧調整を組み立てているものがある(例えば、非特許文献1参照)。
【0004】
また、他の構成例として、図4に示したステアリングヘッド部用の転がり軸受50は、受金具62上に内輪51が装着され、外輪52の上端縁が車体フレームのステアリング支持部61の下端内周面に装着される。外輪52は、内輪51を越える外径を有し、その下端部分は受金具62の周壁63の内面に接近すると共に、その下端が受金具62の底面近くに達することにより、ラビリンス64を構成する。ステアリング支持部61は、フロントフォークのステアリングステム60のまわりに嵌められており、ステアリングステム60に受金具62が一体に設けられている。
【0005】
内輪51の軌道面53と外輪52の軌道面54との間に転動体(玉)55が介在され、各軌道面53,54の曲率半径は、少なくとも転動体55の半径の1.10倍もしくはそれ以上となるアンギュラ形式のものである。
転動体55は、予め相互に接触させて環状に配列したものを固体潤滑材56により一体化されており、その固体潤滑材56は両方の軌道面53,54間の間隙に一致する形状に形成される。
【0006】
固体潤滑材56としては、超高分子量ポリオレフィンと潤滑グリースの混合物が用いられ、更に具体的には「ポリループ」「プラスチックグリース」等の商品名で知られているもの、即ち、平均分子量約1×106 〜5×106 の超高分子量ポリエチレン95〜1wt%と、その超高分子量ポリエチレンのゲル化温度より高い滴点を有する潤滑グリース5〜99wt%とからなる混合物を、転動体55を収納した所定の形の空所に充填したのち、超高分子量ポリエチレンのゲル化温度以上に加熱し、その後冷却固化せしめて用いている。
【0007】
転動体55は軌道面53,54との接触部分においてのみ部分的に露出し、他の部分は全て固体潤滑材56により覆われる。この固体潤滑材56の断面形状は、軌道面53,54間の間隙の形状に合わせて長楕円形に形成され、転動体55の両側に張り出した部分が補強部57,57となる。
【0008】
転がり軸受50は、固体潤滑材56から滲出する油分により潤滑されると共に、外部から侵入するダストは、ラビリンス64及び固体潤滑材56自体がこれを阻止する(例えば、特許文献1参照)。
【0009】
【非特許文献1】
バイク・メンテナンス大事典 ACCESS編(ナツメ社)第124頁
【特許文献1】
特開平8−074861号公報(第2−3頁、図1)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記非特許文献1に記載されたステアリングヘッド部用の転がり軸受は、軸受が上下の位置に配置されるため、上部側の軸受に充填されたグリースが重力や運転時の振動によって下側へ落下する。これにより、グリース枯渇による軸受の軌道面が摩耗して予圧抜けが生じ、ステアリングがガタ付きを起こしたり、潤滑不良に起因するかじりによるトルク増大を発生したりするという問題があった。
【0011】
また、上記非特許文献1に記載されたステアリングヘッド部用の転がり軸受では、外部との温度差や雨水等によってステアリングヘッド部内に浸入した水分がグリース内に混入して乳化する。これにより、潤滑性能の低下を引き起こしたり、錆を発生したりするという問題があった。
このような場合にも、上記と同様に予圧抜けが生じ、ステアリングのガタ付き発生、潤滑不良に起因するトルクむらを生じる。そのため、このような転がり軸受においては、ステアリングヘッド部を定期的に分解して、グリースを補充する作業を強いられるという問題があった。
【0012】
また、上記特許文献1に記載された従来のステアリングヘッド部用の転がり軸受50においては、転動体55の作用面圧を下げるために、保持器を用いず転動体の数を増やすようにし、また組立性改善のため、保持器を用いず固形油によって転動体55を保持するようにしている。
しかしながら、転動体55がころであると、固体潤滑剤56ところとの間に形成される空隙が大きい状態で、且つ正逆回転を繰り返す揺動回転運動を加えると、回転方向の軸が倒れた状態になる、所謂スキュー現象が顕著になり、正転・逆転が切り替わる毎に、ころの軸方向の倒れが正・逆の方向に発生して、固形潤滑剤56ところとの間の空隙が大きいので、ころのスキューも大きくなる。その結果、ころの面取り部が、固体潤滑剤56を強く押すこととなって無理な力がかかり、固体潤滑剤56にクラックを発生して、軸受機能の信頼性が低下するという問題があった。
【0013】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、潤滑性能の向上を図れるとともにグリースの再充填作業を廃止することによるメンテナンスフリー化の実現及び組み立て工数の低減を図ることができるステアリングヘッド部用の転がり軸受を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1記載の転がり軸受は、二輪車のステアリングヘッド部に用いられ、ステアリングステムとステアリング支持部との間に配される転がり軸受であって、内輪軌道面を有し前記ステアリングステムが内嵌される内輪と、外輪軌道面を有し前記ステアリング支持部が外嵌される外輪と、該内外輪軌道面間に相対回転自在に配された複数の転動体と、前記転動体を転動自在に保持し潤滑剤含有ポリマを充填した固形潤滑部材により被われた保持器と、を備えていることを特徴とする。
【0015】
前記構成の転がり軸受によれば、転動体を転動自在に保持する保持器が、潤滑剤含有ポリマを充填した固形潤滑部材により被われるので、潤滑剤含有ポリマを充填した固形潤滑部材によりグリース落下がなくなる。これにより、グリース枯渇により軸受の軌道面が摩耗して予圧抜けが生じることによってステアリングにガタ付きを起こしたり、潤滑不良に起因するかじりによるトルク増大を発生したりする心配がなくなる。
また、外部との温度差や雨水等によってステアリングヘッド部内に浸入した水分がグリース内に混入して乳化することによって潤滑性能の低下を引き起こしたり、錆を発生したりすることがなくなる。そして、ステアリングヘッド部を定期的に分解して、グリースを補充する必要がなくなるため、工数の低減が図られるとともに、グリースを扱わないため、作業者における職場環境の改善が図られる。
したがって、潤滑性能の向上が図れるとともにグリースの再充填作業を廃止することによるメンテナンスフリー化の実現及び組み立て工数の低減を図ることができる。
【0016】
また、請求項2記載の転がり軸受は、請求項1記載の転がり軸受において、前記ステアリングステムの軸方向に正面または背面合わせにより一対に配されていることを特徴とする。
【0017】
前記構成の転がり軸受によれば、ステアリングヘッド部において、上側転がり軸受と下側転がり軸受の一対の組合せで用いられるので、上側転がり軸受からのグリース落下がなくなる。
したがって、上側転がり軸受におけるグリース枯渇により軸受の軌道面が摩耗して予圧抜けが生じることによってステアリングにガタ付きを起こしたり、潤滑不良に起因するかじりによるトルク増大を発生したりする心配が確実になくなる。
【0018】
また、請求項3記載の転がり軸受は、請求項1または2記載の転がり軸受において、前記固形潤滑部材を密封するシール部材が組み付けられていることを特徴とする。
【0019】
前記構成の転がり軸受によれば、シール部材により潤滑剤含有ポリマを充填した固形潤滑部材が密封されるので、グリースを封入した転がり軸受に用いていた比較的高価なダストシールを用いることなく、安価なシール部材が用いられることによって、コスト削減を図ることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の転がり軸受の一実施形態を円すいころ軸受を一例に図1及び図2に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態の円すいころ軸受の断面図、図2は図1に示す円すいころ軸受を用いた二輪車ステアリングヘッド部の各部品の組付関係を説明する斜視図、図3(a)〜(c)は本発明の別形態の転がり軸受に使用される保持器を示す。
【0021】
図1に示すように、本発明の一実施形態の円すいころ軸受10は、内周面に円錐内面状に傾斜した外輪軌道面12を有する外輪11と、外周面に円錐外面状に傾斜した内輪軌道面14を有する内輪13と、外輪11の外輪軌道面12と内輪13の内輪軌道面14との間に複数配置された転動体である円錐台形の円すいころ15と、を備えている。
また、外輪11と内輪13との間の軸受空間内に組込まれ潤滑剤含有ポリマを充填した固形潤滑部材16により被われた環状のかご形保持器17と、シール部材18と、を備えている。
【0022】
外輪11の外輪軌道面12と、内輪13の内輪軌道面14と、円すいころ15とは、それぞれの円錐面の延長上の頂点が軸線上の1点に集まるように設定されている。
【0023】
内輪13は、内輪軌道面12の大径側端部に、大つば19が形成されており、小径側端部に、小つば20が形成されている。大つば19は内輪軌道面12の正面側に設けられ、小つば20は背面側に設けられており、大つば19が、円すいころ15の大端面21に接触し、小つば20が、円すいころ15の小端面22に接触することにより、円すいころ15のアキシャル方向の移動を規制する。
【0024】
外輪11には、ステアリングヘッド部(図2に示す)30の筒形状をなすステアリング支持部31が外嵌される。内輪13には、ステアリングヘッド部30のステアリングステム32が内嵌される。
【0025】
かご形保持器17は、鋼板製のプレス保持器であって、円すいころ15を挿入して転動自在に保持するために、円すいころ15の形状に対応した等脚台形のポケット23が柱部を介して円周方向に複数打ち抜かれて成形されている。かご形保持器17は、内周部が内輪13の外周面に加締めによって固定されている。
【0026】
また、かご形保持器17は、潤滑剤含有ポリマを充填した固形潤滑部材16によって被われている。固形潤滑部材16は、ポケット23内に保持されている円すいころ15における大端面,小端面21,22に接触可能にしてかご形保持器17の小径,大径リング部24,25を囲んでかご形保持器17に一体的に形成されている。そのため、円すいころ15と外輪軌道面12及び内輪軌道面14との間に潤滑剤を供給する。
なお、かご形保持器17は固形潤滑部材16の破損を防止するので、固形潤滑部材16に対する補強部材としての機能を有している。
【0027】
固形潤滑部材16に用いられるのに好適な潤滑剤含有ポリマとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリメチルペンテン等の基本的に同じ化学構造を有するポリオレフィン系樹脂の群から選択された合成樹脂に、潤滑剤としてポリ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単独もしくは混合油の形で混ぜて調整した原料を、樹脂の融点以上で加熱して可塑化し、その後冷却することで固形状にしたものであり、潤滑剤の中に予め酸化防止剤、錆止め剤、摩耗防止剤、消泡剤、極圧剤等の各種添加剤を加えたものでもよい。
【0028】
また、潤滑剤含有ポリマの組成比は、全重量に対してポリオレフィン系樹脂10〜50重量%、潤滑剤90〜50重量%である。
【0029】
ポリオレフィン系樹脂が10重量%未満の場合は、あるレベル以上の硬さ及び強度が得られず、例えば軸受の回転などによって、負荷がかかった時に、初期の形状を維持するのが難しくなり、軸受の内部空間から脱着する等の不具合を生じる可能性が高くなる。
【0030】
また、ポリオレフィン系樹脂が50重量%を超える場合(すなわち、潤滑剤が50重量%未満の場合)は、軸受への潤滑剤の供給が少なくなり、軸受の寿命が短くなる。
【0031】
合成樹脂の群は、基本構造は同じでその平均分子量が異なっており、700〜5×106の範囲に及んでいる。すなわち、平均分子量が700〜1×104というワックス(例えば、ポリエチレンワックス)に分類されるものと、平均分子量が1×104〜1×106という比較的低分子量のものと、平均分子量が1×106〜5×106という超高分子量のものとを、単独もしくは必要に応じて混合して用いる。
比較的低分子量のものと潤滑剤との組合せによって、ある程度の機械的強度、潤滑剤供給能力、保油性を持つ潤滑剤含有ポリマが得られる。この中の比較的低分子量のものの一部を、ワックスに分類されるものに置き換えると、ワックスに分類されるものと、潤滑油との分子量の差が小さいために、潤滑油との親和性が高くなり、潤滑剤含有ポリマの保油性が向上し、長時間に亘っての潤滑剤の供給が可能になる。但し、その反面、機械的強度は低下する傾向にある。
【0032】
ワックスとしては、ポリエチレンワックスのようなポリオレフィン系樹脂の他、融点が100〜130℃以上の範囲にある炭化水素系のもの(例えば、パラフィン系合成ワックス)であれば使用できる。
【0033】
これに対して、超高分子量のものに置き換えると、超高分子量のものと潤滑油との分子量の差が大きいために潤滑油との親和性が低くなり、保油性が低下して、潤滑油含有ポリマからの潤滑剤の滲み出しが速くなる。これにより、潤滑剤含有ポリマから供給可能な潤滑剤量に達する時間が短くなり、軸受の寿命が短くなる。ただし、機械的強度は向上する。
【0034】
成形性、機械的強度、保油性、潤滑剤供給量のバランスを考慮すると、潤滑剤含有ポリマの組成比は、ワックスに分類されるものが0〜5重量%、比較的低分子量のものが8〜48%、超高分子量のものが2〜15重量%、3つの樹脂分の合計が10〜50重量%(残りが潤滑剤90〜50重量%)が好適である。
【0035】
機械的強度の一つとして、本実施形態の潤滑剤含有ポリマの硬さ「HDA」は、65〜85の範囲にあることが好ましく、より好ましくは、70〜80の範囲である。硬さ「HDA」が65未満の場合は、強度的に弱く軸受の回転によって破損する可能性がある。
これに対して、硬さ「HDA」が85を超える場合は、ころ(転動体)を拘束する力が大きく、軸受のトルクが大きくなったり、軸受の回転による発熱が大きくなったりして軸受の温度が高くなる可能性がある。
【0036】
また、本実施形態の潤滑剤含有ポリマの機械的強度を向上させるため、前記ポリオレフィン系樹脂に、以下のような熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を添加したものを使用してもよい。
【0037】
熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ABS樹脂等の各樹脂を使用することができる。
【0038】
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。これらの樹脂は、単独または混合して用いてもよい。
【0039】
さらに、ポリオレフィン系樹脂と、それ以外の樹脂とを、より均一な状態で分散させるために、必要に応じて適当な相溶化剤を加えてもよい。
【0040】
また、機械的強度を向上させるために、充填剤を添加してもよい。この充填剤としては、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イスカーやホウ酸アルミニウムウイスカー等の無機ウイスカー類、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、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。
【0041】
さらに、ポリオレフィン系樹脂の熱による劣化を防止する目的で、N,N´−ジフェニル−p−フェニルジアミン、2,2´−メチレンビス(4−エチル−6−t−ブチルフェノール)等の老化防止剤を添加してもよい。
また、光による劣化を防止する目的で、2−ヒドロキシ−4−n−オクトキシベンゾフェノン、2−(2´−ヒロドキシ−3´−t−ブチル−5´−メチル−フェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール等の紫外線吸収剤を添加してもよい。
【0042】
以上の全ての添加剤(ポリオレフィン系樹脂と潤滑剤以外)の添加量としては、添加剤全体として、成形原料全量の20重量%以下であることが、潤滑剤の供給能力を維持するうえで好ましい。
【0043】
本実施形態で用いることのできるポリマ材料としては、前述したようなポリオレフィン系樹脂をベースにしたものの他、射出成形可能な熱可塑性樹脂であれば使用できる。その中で、含油量を多くすることができるものとしては、例えば、ポリエステル系エラストマー等がある。また、熱可塑性樹脂の他に、ポリウレタン、ポリウレアエラストマー等の熱硬化性樹脂も用いることができる。
【0044】
ポリウレタンの場合は、潤滑剤としてグリースを用いて反応原料となるイソシアネート基を含有するウレタンプレポリマーと、アミン系硬化剤を、各々あるいはどちらか一方をグリースに均一に混合した後、2つの混合物をさらに混合し、軸受に充填して、必要に応じて加熱して反応させ、グリースを含有させた状態で硬化させる。
【0045】
一方、ポリウレアエラストマーの場合は、分子鎖にソフトセグメントを含有する芳香族ポリアミン化合物及び芳香族ジアミンの混合物からなるアミン成分を、それと相溶性のある潤滑油あるいはその潤滑油を基油とするグリースと均一に混合した混合物に、さらにポリイソシアナート成分を加えて混合し、目的の形状の金型に充填して、必要に応じて加熱して反応させ、潤滑剤を含有させた状態で硬化させる。
【0046】
シール部材18は、金属製の薄板により、固形潤滑剤16の外径側端部及び内輪13の正面側を覆って環状に形成されており、ステアリング支持部31に内嵌されている。シール部材18は、円すいころ軸受10の正面側に配されているため、ステアリング支持部31内における外部との温度差や雨水等によってステアリング支持部31内に浸入した水分の軸受内部への浸入を阻止する。シール部材18は、簡易的なシールとして形成されており、ダストシールのようなリップをもつ複雑な形状を有さないため、比較的簡単に作成される。
【0047】
図2に示すように、ステアリングヘッド部30において、円すいころ軸受10は背面合わせの上下一対で用いられる。上部側に配される一方の円すいころ軸受10は、ステアリング支持部31に上方側から挿入されて、その外輪11がステアリング支持部31に内嵌され、下部側に配される他方の円すいころ軸受10は、ステアリング支持部31に下方側から挿入されて、その外輪11がステアリング支持部31に内嵌される。
ステアリングヘッド部30では、ステアリングステム32がステアリング支持部31の下方から挿入されて両円すいころ軸受10,10の内輪13,13が外嵌され、上方側の一方の円すいころ軸受10上で、トップスプレッド33、ロックワッシャ34、ロックナット35を介してステアリングステム32がトップブリッジ36に挿通され、トップブリッジ36の上側でステアリングナット37がステアリングステム32にねじ込まれる。そして、ステアリングナット37にステムキャップ38が被着される。
【0048】
このような構造を有する円すいころ軸受10の特性を確認するために以下のような実験を行なった。実験には、図4に示す特許文献1の構造に近似するものとして、円すい状のころを軸受内に等間隔で配置した。そして、それら円すい状のころのまわりにおける内外輪間の間隙に固体潤滑剤を充填した軸受を作成し、その軸受を二輪車のステアリングヘッド部の使用条件に相当する、振動角度ほぼ90度の振動回転の繰り返し運転を実施することによって、円すいころ軸受10と比較した。
【0049】
実験の結果、固体潤滑剤は試験運転の経過とともに潤滑剤が次第に消費し、固体潤滑剤との間に空隙が発生した。この状態で、さらに試験を続行したところ、固体潤滑剤の円すい状のころの面取り部に近い部分にクラックの発生が見られた。
【0050】
円すいころ軸受の円すい状のころは、玉軸受とは異なり、内外輪の軌道面との間では転がり運動を行なうが、内輪の大つば部ところの大端面との間では滑り運動を伴っている。そのため、回転時にころの回転方向の軸が倒れた状態になる、所謂スキュー現象が発生し易く、本試験条件のような円すい状ころを保持する保持器をもたず、固体潤滑剤と円すい状ころとの間に形成される空隙が大きい状態で、しかも、正逆回転を繰り返す揺動回転運動を加えると、この傾向は一層顕著になる。
そして、正転・逆転が切り替わる毎に、前述のころの軸方向の倒れが正・逆の方向に発生し、固形潤滑剤と円すい状ころとの間に形成される空隙が大きいので、スキュー現象も大きくなり、ころの面取り面が、固体潤滑剤を強く押す結果となり、無理な力がかかり、固体潤滑剤にクラックを発生させたと推定される。これに対して、円すいころ軸受10では、複数の円すいころ15はかご形保持器17により、姿勢を拘束されているので、固形潤滑部材16にクラックが発生する現象は一切見られなかった。
【0051】
以上のように、本試験結果から二輪車のステアリングヘッド部に円すいころ軸受を使用する場合には、固体潤滑剤のみで円すい状ころを保持することは軸受機能の信頼性が不足することが判明した。
固体潤滑剤にクラックが発生したまま運転を続ければ、固体潤滑剤は破壊し、脱落し、全く潤滑作用がなくなり、無潤滑状態では軸受は機能せず、破損に至る。
【0052】
本実施形態の円すいころ軸受10によれば、円すいころ15を転動自在に保持するかご形保持器17が、潤滑剤含有ポリマを充填した固形潤滑部材16により被われ、ステアリングヘッド部30において、上部側円すいころ軸受10と下部側円すいころ軸受10の一対の組合せで用いられ、シール部材18により、潤滑剤含有ポリマを充填した固形潤滑部材16が密封される。
したがって、潤滑剤含有ポリマを充填した固形潤滑部材16により、グリース落下がなくなり、グリース枯渇により軸受の軌道面が摩耗して予圧抜けが生ずることによってステアリングにガタ付きを起こしたり、潤滑不良に起因するかじりによるトルク増大を発生したりするおそれがなくなる。
【0053】
また、外部との温度差や雨水等によってステアリングヘッド部30内に浸入した水分がグリース内に混入して乳化することによって潤滑性能の低下を引き起こしたり、錆を発生したりすることがなくなる。そして、ステアリングヘッド部を定期的に分解して、グリースを補充する必要がなくなるため、工数の低減が図られるとともに、グリースを扱わないため、作業者における職場環境の改善が図られる。
また、グリースを封入した転がり軸受に用いていた比較的高価なダストシールを用いることなく、安価なシール部材が用いられることによって、コスト削減を図ることができる。特に、上部側円すいころ軸受10と下部側円すいころ軸受10の一対の組合せで用いられる際には、上部側円すいころ軸受10からのグリース落下がなくなり、上部側円すいころ軸受10におけるグリース枯渇により軸受の軌道面が摩耗して予圧抜けが生ずることによってステアリングにガタ付きを起こしたり、潤滑不良に起因するかじりによるトルク増大を発生したりするおそれがなくなる。これにより、潤滑性能の向上を図れるとともにグリースの再充填作業を廃止することによるメンテナンスフリー化の実現及び組み立て工数の低減を図ることができる。
【0054】
次に、本発明の別形態の転がり軸受である円筒ころ軸受に使用される保持器の例を図3(a)〜(c)に基づいて簡単に説明する。
図3(a)に示す保持器40Aは、互いに同心配置された板状の円環部41a,41bと、円周方向に略等間隔で複数本配置されて両端部がそれぞれ円環部41a,41bに連結されたピン状の挿入部42とを備えており、円周方向に互いに隣り合う各挿入部42の間に円筒ころ(図示せず)が遊挿される穴43が形成されており、該穴43の数は円筒ころの数に対応している。
【0055】
図3(b)に示す保持器40Bは、円筒状の一方端の円環部44を残して他方の円環部を無くしたものであり、円環部44の円周方向に略等間隔で複数本配置された板状の挿入部45を備えており、周壁に円筒ころ(図示せず)が遊挿される穴46が円周方向に略等間隔で該円筒ころの個数に応じて形成されている。
図3(c)に示す保持器40Cは、図3(a)の円環部41aを残して他方端の円環部41bを無くしたものであり、円環部41aの円周方向に略等間隔で複数本配置されたピン状の挿入部42を備えており、周壁に円筒ころ(図示せず)が遊挿される穴47が円周方向に略等間隔で該円筒ころの個数に応じて形成されている。
そして、前述した保持器40A,40B,40Cは、上述した潤滑剤含有ポリマを充填した固形潤滑部材16によって被われる。よって、この保持器40A,40B,40Cは固形潤滑部材16の破損を防止するので、固形潤滑部材16に対する補強部材としての機能を有している。
【0056】
なお、本発明に係る転がり軸受は、上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。例えば、外輪の外輪軌道面における大径側端部に大つばを形成しても良く、外輪軌道面における小径側端部に小つばを形成しても良い。
また、シール部材としては、薄肉状の簡易的なもので良いが、鋼板に代えて樹脂製としても良い。更に、保持器は鋼製のものであるが、樹脂製のものでも良い。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の円すいころ軸受によれば、円すいころを転動自在に保持する保持器が、潤滑剤含有ポリマを充填した固形潤滑部材により被われる。
したがって、潤滑剤含有ポリマを充填した固形潤滑部材により、グリース落下がなくなり、グリース枯渇により軸受の軌道面が摩耗して予圧抜けが生ずることによってステアリングにガタ付きを起こしたり、潤滑不良に起因するかじりによるトルク増大を発生したりする可能性がなくなる。
また、外部との温度差や雨水等によってステアリングヘッド部内に浸入した水分がグリース内に混入して乳化することによって潤滑性能の低下を引き起こしたり、錆を発生したりすることがなくなる。そして、ステアリングヘッド部を定期的に分解して、グリースを補充する必要がなくなるため、工数の低減が図られるとともに、グリースを扱わないため、作業者における職場環境の改善が図られる。よって、潤滑性能の向上を図れるとともにグリースの再充填作業を廃止することによるメンテナンスフリー化の実現及び組み立て工数の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の円すいころ軸受の断面図である。
【図2】図1に示した円すいころ軸受を用いた二輪車ステアリングヘッド部の各部品の組付関係を説明する斜視図である。
【図3】本発明の別形態の転がり軸受に使用される保持器を示す。
【図4】従来の構造を説明する断面図である。
【符号の説明】
10 円すいころ軸受(転がり軸受)
11 外輪
12 外輪軌道面
13 内輪
14 内輪軌道面
15 円すいころ
16 固形潤滑部材
17,40A,40B,40C 保持器
18 シール部材
30 ステアリングヘッド部
31 ステアリング支持部
32 ステアリングステム[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a rolling bearing for a steering head portion disposed between a steering stem of a front fork in a motorcycle and a steering support portion of a body frame.
[0002]
[Prior art]
The steering head of a large motorcycle or an off-road motorcycle requires a large weight of the vehicle body or a large reaction force from the road surface, and therefore requires particularly rigid bearings.
[0003]
Conventional rolling bearings for a steering head include a pair of rolling bearings arranged vertically in front or back in the axial direction of a steering stem, and dust seals disposed on upper and lower sides of a pair of rolling bearings. Is filled, and a preload adjustment is assembled (for example, see Non-Patent Document 1).
[0004]
Further, as another configuration example, in the rolling
[0005]
A rolling element (ball) 55 is interposed between the
The
[0006]
As the
[0007]
The
[0008]
The rolling
[0009]
[Non-patent document 1]
Encyclopedia of Motorcycle Maintenance ACCESS (Natsumesha) Page 124
[Patent Document 1]
JP-A-8-074861 (page 2-3, FIG. 1)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the rolling bearing for the steering head portion described in Non-Patent Document 1, since the bearings are arranged at the upper and lower positions, the grease filled in the upper bearing is lower due to gravity and vibration during operation. To fall. As a result, there is a problem that the raceway surface of the bearing is worn out due to the depletion of the grease and preload is released, so that the steering rattles or the torque increases due to galling due to poor lubrication.
[0011]
In addition, in the rolling bearing for the steering head described in Non-Patent Document 1, moisture that has entered the steering head due to a temperature difference from the outside, rainwater, or the like is mixed into the grease and emulsified. As a result, there are problems in that the lubrication performance is lowered and rust is generated.
Also in such a case, preload loss occurs as in the above case, and rattling of the steering occurs, and torque unevenness due to poor lubrication occurs. For this reason, in such a rolling bearing, there has been a problem that the operation of disassembling the steering head portion periodically and replenishing grease is required.
[0012]
Further, in the conventional rolling
However, when the
[0013]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to improve lubrication performance and to achieve maintenance-free operation by reducing grease refilling work and reduce assembly man-hours. It is an object of the present invention to provide a rolling bearing for a steering head that can be used.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The rolling bearing according to claim 1 of the present invention is used in a steering head of a motorcycle, and is a rolling bearing disposed between a steering stem and a steering support, wherein the steering stem has an inner raceway surface. An inner ring to be fitted inside; an outer ring having an outer ring raceway surface to which the steering support portion is fitted; a plurality of rolling elements rotatably arranged between the inner and outer ring raceway faces; A retainer movably held and covered by a solid lubricating member filled with a lubricant-containing polymer.
[0015]
According to the rolling bearing having the above-described configuration, since the retainer that rotatably holds the rolling element is covered by the solid lubricating member filled with the lubricant-containing polymer, the grease is dropped by the solid lubricating member filled with the lubricant-containing polymer. Disappears. As a result, there is no fear that the raceway surface of the bearing is worn out due to the depletion of the grease and the preload is released, so that the steering is rattled or the torque is increased due to galling due to poor lubrication.
In addition, moisture that has entered the steering head due to a temperature difference from the outside, rainwater, or the like is not mixed into the grease and is emulsified, thereby preventing deterioration in lubrication performance and rust. Further, since it is not necessary to periodically disassemble the steering head and replenish grease, the number of man-hours can be reduced, and the work environment of the worker can be improved because grease is not used.
Therefore, the lubrication performance can be improved, and maintenance-free operation can be realized by eliminating the grease refilling operation, and the number of assembly steps can be reduced.
[0016]
A rolling bearing according to a second aspect of the present invention is characterized in that, in the rolling bearing according to the first aspect, the steering stem is arranged in a pair in the axial direction of the steering stem by front or rear alignment.
[0017]
According to the rolling bearing having the above structure, the steering head is used in a pair of the upper rolling bearing and the lower rolling bearing, so that grease does not fall from the upper rolling bearing.
Therefore, there is no need to worry that the raceway surface of the bearing is worn due to depletion of grease in the upper rolling bearing and preload loss occurs, thereby causing rattling of the steering and increasing torque due to galling due to poor lubrication. .
[0018]
The rolling bearing according to a third aspect is characterized in that, in the rolling bearing according to the first or second aspect, a sealing member for sealing the solid lubricating member is assembled.
[0019]
According to the rolling bearing having the above configuration, the solid lubricating member filled with the lubricant-containing polymer is hermetically sealed by the sealing member, so that a relatively inexpensive dust seal used for the grease-sealed rolling bearing is not used, and the cost is low. The cost can be reduced by using the sealing member.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the rolling bearing of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2 by taking a tapered roller bearing as an example. FIG. 1 is a cross-sectional view of a tapered roller bearing according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view illustrating an assembling relationship of components of a motorcycle steering head using the tapered roller bearing shown in FIG. (a) to (c) show a cage used for a rolling bearing according to another embodiment of the present invention.
[0021]
As shown in FIG. 1, a tapered
In addition, an
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
A
[0025]
The
[0026]
The
The
[0027]
Examples of the lubricant-containing polymer suitable for use in the
[0028]
The composition ratio of the lubricant-containing polymer is 10 to 50% by weight of the polyolefin resin and 90 to 50% by weight of the lubricant based on the total weight.
[0029]
When the content of the polyolefin resin is less than 10% by weight, a certain level of hardness and strength cannot be obtained, and it becomes difficult to maintain the initial shape when a load is applied due to, for example, rotation of the bearing. There is a high possibility that troubles such as detachment from the internal space of the vehicle will occur.
[0030]
Further, when the polyolefin resin exceeds 50% by weight (that is, when the lubricant is less than 50% by weight), the supply of the lubricant to the bearing is reduced, and the life of the bearing is shortened.
[0031]
The group of synthetic resins has the same basic structure but different average molecular weights. 6 Range. That is, the average molecular weight is 700 to 1 × 10 4 (For example, polyethylene wax) and an average molecular weight of 1 × 10 4 ~ 1 × 10 6 Of relatively low molecular weight and an average molecular weight of 1 × 10 6 ~ 5 × 10 6 Is used alone or as necessary, mixed as necessary.
The combination of a relatively low molecular weight and a lubricant results in a lubricant-containing polymer with some mechanical strength, lubricant supply capacity, and oil retention. If some of the relatively low molecular weight compounds are replaced with those classified as wax, the difference in molecular weight between those classified as wax and lubricating oil is small, so the affinity between lubricating oil and lubricating oil is low. As a result, the lubricating property of the lubricant-containing polymer is improved, and the lubricant can be supplied for a long time. However, on the other hand, the mechanical strength tends to decrease.
[0032]
As the wax, in addition to a polyolefin-based resin such as polyethylene wax, a hydrocarbon-based wax having a melting point in the range of 100 to 130 ° C. or more (for example, a paraffin-based synthetic wax) can be used.
[0033]
On the other hand, if it is replaced with an ultrahigh molecular weight one, the difference in molecular weight between the ultrahigh molecular weight one and the lubricating oil is large, so that the affinity with the lubricating oil is lowered, the oil retention is reduced, and the lubricating oil is reduced. The bleeding of the lubricant from the contained polymer is accelerated. This shortens the time to reach the amount of lubricant that can be supplied from the lubricant-containing polymer, and shortens the life of the bearing. However, the mechanical strength is improved.
[0034]
Considering the balance of moldability, mechanical strength, oil retention, and lubricant supply, the composition ratio of the lubricant-containing polymer is 0 to 5% by weight for wax and 8 for relatively low molecular weight. Preferably, the total amount of the three resin components is 10 to 50% by weight (the remainder is 90 to 50% by weight of the lubricant).
[0035]
As one of the mechanical strengths, the hardness “HD” of the lubricant-containing polymer of the present embodiment is used. A Is preferably in the range of 65 to 85, more preferably in the range of 70 to 80. Hardness "HD A Is less than 65, the strength is weak and the bearing may be damaged by rotation.
On the other hand, the hardness “HD A Exceeds 85, the force for restraining the rollers (rolling elements) is large, and the torque of the bearing may increase, or the heat generated by the rotation of the bearing may increase, and the temperature of the bearing may increase.
[0036]
In addition, in order to improve the mechanical strength of the lubricant-containing polymer of the present embodiment, a resin obtained by adding the following thermoplastic resin and thermosetting resin to the polyolefin-based resin may be used.
[0037]
As the thermoplastic resin, resins such as polyamide, polycarbonate, polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polyether sulfone, polyether ether ketone, polyamide imide, polystyrene, and ABS resin can be used.
[0038]
As the thermosetting resin, each resin such as an unsaturated polyester resin, a urea resin, a melanin resin, a phenol resin, a polyimide resin, and an epoxy resin can be used. These resins may be used alone or as a mixture.
[0039]
Further, in order to disperse the polyolefin resin and the other resin in a more uniform state, a suitable compatibilizer may be added as necessary.
[0040]
Further, a filler may be added to improve the mechanical strength. As the filler, for example, calcium carbonate, magnesium carbonate, inorganic whiskers such as potassium titanate whiskers and aluminum borate whiskers, or inorganic fibers such as glass fibers and metal fibers and those obtained by braiding them in a cloth shape, In the case of an organic compound, carbon black, graphite powder, carbon fiber, aramid fiber, polyester fiber, or the like may be added.
[0041]
Further, for the purpose of preventing deterioration of the polyolefin resin due to heat, an anti-aging agent such as N, N'-diphenyl-p-phenyldiamine, 2,2'-methylenebis (4-ethyl-6-t-butylphenol) is used. It may be added.
Further, for the purpose of preventing deterioration due to light, 2-hydroxy-4-n-octoxybenzophenone, 2- (2'-hydroxy-3'-t-butyl-5'-methyl-phenyl) -5-chlorobenzo. An ultraviolet absorber such as triazole may be added.
[0042]
The addition amount of all of the above additives (other than the polyolefin resin and the lubricant) is preferably 20% by weight or less of the total amount of the molding raw material as a whole of the additives in order to maintain the supply capacity of the lubricant. .
[0043]
As the polymer material that can be used in the present embodiment, a thermoplastic resin that can be injection-molded can be used in addition to the above-described polyolefin-based resin. Among them, those which can increase the oil content include, for example, polyester elastomers. In addition to the thermoplastic resin, a thermosetting resin such as polyurethane and polyurea elastomer can be used.
[0044]
In the case of polyurethane, a grease is used as a lubricant, and a urethane prepolymer containing an isocyanate group, which is a reaction raw material, and an amine-based curing agent are uniformly mixed with the grease. The mixture is further mixed, filled in a bearing, heated and reacted as needed, and cured with grease contained.
[0045]
On the other hand, in the case of a polyurea elastomer, an amine component composed of a mixture of an aromatic polyamine compound containing a soft segment in a molecular chain and an aromatic diamine is mixed with a lubricating oil compatible therewith or a grease using the lubricating oil as a base oil. A polyisocyanate component is further added to the uniformly mixed mixture, mixed, filled into a mold having a desired shape, heated and reacted as needed, and cured with a lubricant contained.
[0046]
The
[0047]
As shown in FIG. 2, in the
In the
[0048]
The following experiment was conducted to confirm the characteristics of the tapered
[0049]
As a result of the experiment, the solid lubricant gradually consumed as the test operation progressed, and a gap was generated between the solid lubricant and the solid lubricant. In this state, when the test was further continued, cracks were observed in a portion near the chamfered portion of the conical roller of the solid lubricant.
[0050]
The tapered rollers of a tapered roller bearing, unlike ball bearings, perform a rolling motion between the raceway surfaces of the inner and outer rings, but have a sliding motion with the large end face of the large ring portion of the inner ring. . Therefore, the so-called skew phenomenon is liable to occur when the shaft in the direction of rotation of the roller is tilted during rotation, and there is no retainer for holding the conical roller as in the present test condition, and the solid lubricant and the conical shape are used. This tendency becomes more remarkable when a swinging rotational motion that repeats forward and reverse rotations is applied in a state where a gap formed between the rollers is large.
Then, every time the forward / reverse rotation is switched, the above-mentioned axial inclination of the roller occurs in the forward / reverse direction, and a large gap is formed between the solid lubricant and the conical roller, so that the skew phenomenon occurs. It is presumed that the chamfered surface of the roller strongly pressed the solid lubricant, and an excessive force was applied, causing cracks in the solid lubricant. On the other hand, in the tapered
[0051]
As described above, from the results of this test, when using a tapered roller bearing for the steering head of a motorcycle, it was found that holding the tapered roller with only a solid lubricant lacked the reliability of the bearing function. .
If the operation is continued with cracks in the solid lubricant, the solid lubricant will be broken and fall off, and will have no lubricating action. In a non-lubricated state, the bearing will not function and will be damaged.
[0052]
According to the tapered
Therefore, the
[0053]
In addition, moisture that has entered the
Further, the cost can be reduced by using an inexpensive seal member without using a relatively expensive dust seal used for a rolling bearing in which grease is sealed. In particular, when the upper tapered
[0054]
Next, an example of a retainer used for a cylindrical roller bearing which is a rolling bearing according to another embodiment of the present invention will be briefly described with reference to FIGS.
The
[0055]
The
A
The above-described
[0056]
Note that the rolling bearing according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and appropriate modifications, improvements, and the like can be made. For example, a large collar may be formed at the large-diameter end of the outer raceway surface of the outer ring, and a small collar may be formed at the small-diameter end of the outer raceway surface.
Further, the sealing member may be a thin and simple sealing member, but may be made of a resin instead of a steel plate. Further, the retainer is made of steel, but may be made of resin.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the tapered roller bearing of the present invention, the retainer that rotatably holds the tapered rollers is covered by the solid lubricating member filled with the lubricant-containing polymer.
Therefore, the solid lubricating member filled with the lubricant-containing polymer prevents grease from dropping, and wear of the raceway surface of the bearing due to depletion of grease causes preload loss, thereby causing rattling of the steering and galling caused by poor lubrication. This eliminates the possibility of causing an increase in torque.
In addition, moisture that has entered the steering head due to a temperature difference from the outside, rainwater, or the like is not mixed into the grease and is emulsified, thereby preventing deterioration in lubrication performance and rust. Further, since it is not necessary to periodically disassemble the steering head and replenish grease, the number of man-hours can be reduced, and the work environment of the worker can be improved because grease is not used. Therefore, it is possible to improve lubrication performance, to achieve maintenance-free operation by eliminating grease refilling work, and to reduce the number of assembly steps.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a tapered roller bearing according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view illustrating an assembling relationship of components of a motorcycle steering head using the tapered roller bearing shown in FIG.
FIG. 3 shows a cage used for a rolling bearing according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a conventional structure.
[Explanation of symbols]
10 Tapered roller bearings (rolling bearings)
11 Outer ring
12 Outer ring raceway surface
13 Inner ring
14 Inner ring raceway surface
15 Tapered rollers
16 Solid lubrication members
17, 40A, 40B, 40C Cage
18 Sealing member
30 Steering head
31 Steering support
32 Steering stem
Claims (3)
内輪軌道面を有し前記ステアリングステムが内嵌される内輪と、外輪軌道面を有し前記ステアリング支持部が外嵌される外輪と、該内外輪軌道面間に相対回転自在に配された複数の転動体と、前記転動体を転動自在に保持し潤滑剤含有ポリマを充填した固形潤滑部材により被われた保持器と、を備えていることを特徴とする転がり軸受。A rolling bearing used for a steering head of a motorcycle and disposed between a steering stem and a steering support,
An inner ring having an inner raceway surface and in which the steering stem is fitted; an outer race having an outer raceway surface in which the steering support portion is fitted; and a plurality of inner races which are relatively rotatably arranged between the inner and outer raceway surfaces. A rolling bearing comprising: a rolling element; and a retainer rotatably holding the rolling element and covered by a solid lubricating member filled with a lubricant-containing polymer.
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