JP2005140343A

JP2005140343A - 転がり軸受

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Publication number: JP2005140343A
Application number: JP2005055612A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Shoda; 義雄正田; Toshimi Takagi; 敏己高城
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-03-01
Filing date: 2005-03-01
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2017-11-05
Also published as: JP4158047B2

Abstract

【課題】潤滑剤含有ポリマを利用した転がり軸受において、軸受の取り付け時や使用時に、潤滑剤含有ポリマが変形したり損傷する危険性を少なくするとともに、作成時に軸受構成部材に特別な熱処理を必要とせず、比較的安価であり、また簡便な構造を有し、更に潤滑寿命も改善された転がり軸受を提供する。
【解決手段】少なくとも内輪２、外輪１、複数の転動体３から構成される転がり軸受であって、樹脂に潤滑剤を含有させてなる潤滑剤含有ポリマ５をその内部に保持し、かつ該潤滑剤含有ポリマ中の潤滑剤を外部に放出するための放出部を有する潤滑剤含有ポリマ保持部材６を備えることを特徴とする転がり軸受。
【選択図】図１

Description

本発明は転がり軸受に関し、特に潤滑剤含有ポリマを備える転がり軸受に関する。

各種機械装置の回転部位に使用される転がり軸受には、外部から潤滑剤を補給することなく、長期にわたって安定した運転を維持する目的や、潤滑剤の軸受への供給量を補足する目的、潤滑剤の供給が一時的に停止するような恐れのある場合の対処、あるいはグリース潤滑される軸受の潤滑を更に良好にする目的等で、潤滑剤を含有させた樹脂（以下、潤滑剤含有ポリマと称する、）を使用したものがある。
この種の転がり軸受としては、例えば、図１３に示すように、耐食性を有する外輪１、内輪２、転動体３を備え、その外輪１と内輪２とに挟まれた空間内に潤滑剤含有ポリマ５を充填したもの（特許文献１参照）、保持器を潤滑剤含有ポリマとしたもの（特許文献２参照）、図１４に示すように、外輪１もしくは内輪２もしくはころ３に凹所を設けて潤滑剤含有ポリマ５を充填したもの（特許文献３参照）、あるいは外輪、内輪及び転動体により形成される空間内に潤滑剤含有ポリマを充填するとともに、外輪の内周面、内輪の外周面及び転動体の表面に離型剤の塗膜が形成されているもの（特許文献４参照）、等がある。

特開平６−３１３４３５号公報特開平８−２１４５０号公報特開平７−１４５８１８号公報特開平７−１３９５５１号公報

上記したように、従来の潤滑剤含有ポリマを備える転がり軸受は、何れも軸受内、あるいは軸受構成部材に潤滑剤含有ポリマを直接充填したものか、軸受構成部材自体を潤滑油含有ポリマで形成したものである。
しかし、一般に、潤滑剤含有ポリマの機械的強度は小さいため、特許文献２に開示されているような、潤滑剤含有ポリマからなる軸受構成部材（ここでは保持器）を組み込んだ転がり軸受では、軸受が高速回転する場合や、軸受自体に遠心力が作用したり振動荷重が作用する場合のような過酷な使用条件においては、潤滑剤含有ポリマの変形や破損等の危険があり、軸受の使用条件が制約されるという問題があった。
また、特許文献１や特許文献３に開示されているような、潤滑剤含有ポリマを軸受内（ここでは内輪と外輪とに囲まれた空間）、あるいは軸受構成部材（ここでは内輪、外輪、ころ）に直接充填した転がり軸受では、特許文献１にも示されているように、軸受や軸受構成部材の寸法精度を保持するために、潤滑剤含有ポリマが充填される軸受構成部材の焼き戻し温度を該ポリマの融点以上にする必要があり、使用する潤滑剤含有ポリマの種類によっては通常以上の高温で軸受部材を熱処理することが必要となり、製造費用が増加するという問題があった。

本発明は上記の状況に鑑みてなされたものであり、潤滑剤含有ポリマを利用した転がり軸受において、軸受の取り付け時や使用時に、潤滑剤含有ポリマが変形したり損傷する危険性を少なくするとともに、作成時に軸受構成部材に特別な熱処理を必要とせず、比較的安価であり、また簡便な構造を有し、更に潤滑寿命も改善された転がり軸受を提供することを目的とする。

上記の目的は、本発明に係る、少なくとも内輪、外輪、複数の転動体から構成される転がり軸受であって、樹脂に潤滑剤を含有させてなる潤滑剤含有ポリマをその内部に保持し、かつ該潤滑剤含有ポリマ中の潤滑剤を外部に放出するための放出部を有する潤滑剤含有ポリマ保持部材（以下、単に保持部材と呼ぶ。）を備えることを特徴とする転がり軸受により達成される。

上記の如く構成される転がり軸受は、強度を有する保持部材内に潤滑剤含有ポリマを充填して、その部材を軸受構成部材もしくは軸受内部に装着するため、取り付け時や使用時に加わる外力によって潤滑剤含有ポリマが破壊されることが無く、従来以上の高速回転条件下や振動条件下でも、転がり軸受の潤滑に潤滑剤含有ポリマを利用することができる。また、潤滑剤含有ポリマは、予め保持部材に充填されてるため、作製に際して軸受部材に特別な熱処理を必要としない。

本発明の転がり軸受は、強度を有する保持部材内に潤滑剤含有ポリマを充填して、その部材を軸受構成部材もしくは軸受内部に装着するため、取り付け時や使用時に加わる外力によって潤滑剤含有ポリマが破壊されることが無く、従来以上の高速回転条件下や振動条件下でも、転がり軸受の潤滑に潤滑剤含有ポリマを利用することができる。また、潤滑剤含有ポリマは、予め保持部材に充填されているため、作製に際して軸受部材に特別な熱処理を必要としない。更に、潤滑剤含有ポリマには外力が加わらないため、潤滑剤の含有量を高めることができ、潤滑寿命を延長することができる。

以下に本発明に係る転がり軸受に関して図面を参照して詳細に説明する。
本発明の転がり軸受は、潤滑剤含有ポリマを保持部材に保持させて軸受の適所に装着したことを特徴とする。
ここで、潤滑剤含有ポリマは何ら制限されるものでなく、従来より転がり軸受に使用されているものが全て使用可能である。
潤滑剤を含有させる樹脂は特に制限されるものではないが、潤滑剤の保持性能が高く、また後述される保持部材への充填操作が容易であることが好ましく、例えばポリエチレンやポリプロピレン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン系樹脂が好適である。また、これにポリアミドやポリカーボネート、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、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等を混和したものも使用可能である。また、高分子量のものと低分子量のものとを混和して使用することも可能である。

潤滑剤は潤滑油に各種の添加剤を配合したものである。潤滑油は特に制限されるものではないが、鉱油、エーテル油、エステル油、パラフィン系炭化水素油、ナフタレン系炭化水素油等は、上記したポリオレフィン系樹脂との親和性が高く、該樹脂中により多量に含有させることができる。
勿論、その他の潤滑油も可能である。添加剤も特に制限されず、公知の防錆剤や酸化防止剤、摩耗防止剤、消泡剤、極圧剤等を必要に応じて適宜配合することができる。

潤滑剤含有ポリマは、上記樹脂と潤滑剤とを所定の配合割合で混合し、必要に応じて加熱しながら攪拌して両者を一様に溶解して得られる。
潤滑剤含有ポリマの潤滑剤の含有量が多くなるほど、潤滑寿命が長くなり好ましいが、一方において潤滑剤含有ポリマ自体が軟化して形態を保持し難くなる。本発明においては、潤滑剤含有ポリマは保持部材内に充填された状態で使用されるため、外力や負荷を直接受けることがなく、多量の潤滑剤を含有させても何ら支障を来すことがなく、潤滑寿命の向上を実現する。含油率は、好ましくは３０〜９５ｗｔ％、より好ましくは５０〜９０ｗｔ％である。

保持部材は、以下の実施形態に示されるように、適用される転がり軸受の種類、構造並びにその装着箇所に応じて成形された構造部材であり、その内部に潤滑剤含有ポリマを保持するとともに、軸受の回転に伴って潤滑剤含有ポリマ中の潤滑剤を軸受の潤滑箇所に供給するための放出部を備える。
潤滑剤含有ポリマの保持部材への充填方法は特に制限されるものではないが、例えば、樹脂と潤滑剤とを混合したものを保持部材中に注入し、次いで保持部材ごと潤滑剤含有ポリマを構成する樹脂の融点以上の温度で所定時間保持して固化させ、その後保持部材ごと冷却する方法が採られる。従って、保持部材を形成する材料は、この充填方法を考慮すると、機械的強度とともに、潤滑剤含有ポリマを構成する樹脂の融点もしくは流動温度以上の耐熱温度を有することが要求され、好ましい材料としては金属、セラミックスまたはエンジニアリングプラスチックに代表される耐熱樹脂であり、具体的には金属としてプレス鋼板等を、セラミックスとしてＳｉ₃Ｎ₄（窒化けい素）、ＳｉＣ（炭化けい素）、ＺｒＯ₂（ジルコニア）等を、またエンジニアリングプラスチックとしてＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ポリアミド６６、ポリアミド６などのポリアミド等を好適に使用することができ、ガラス繊維やカーボン繊維等で補強した材料がより好ましい。また、これら保持部材を形成する材料は、転がり軸受の種類や装着箇所によって適宜選択され、特に装着状態で負荷が加わる場合には金属であることが好ましい。

以下、転がり軸受の種類に応じた保持部材の構造並びに装着構造を例示して、本発明をより明確にする。

（第１実施形態：玉軸受）
図１は、本発明を玉軸受に適用した例を示す要部断面図である。
図示されるように、本実施形態における玉軸受は外輪１と内輪２との間に複数の玉３を転動自在に設け、保持器４によって保持して構成されている。また、潤滑剤含有ポリマ５を充填した保持部材６が、回転輪である内輪２に設けられた円周状の切り欠け部に装着されている。
保持部材６はプレス鋼板からなる環状部材であり、断面コ字状の空所に潤滑剤含有ポリマ５が充填される。また、内輪２にはその軌道面から保持部材６の潤滑剤含有ポリマ５を保持している前記空所に連通する小孔７が形成されている。
従って、内輪２が回転すると、遠心力によって潤滑剤含有ポリマ５中の潤滑剤が引き出され、小孔７を通って軌道面に導かれ、軸受の潤滑に供される。

ここで、潤滑剤含有ポリマ５を保持部材６に充填する方法について説明する。
本実施形態に使用される潤滑剤含有ポリマ５は、低分子量ポリエチレン〔三井石油化学（株）：６２００ＢＰ〕と超高分子量ポリエチレン〔三井石油化学（株）：ＸＭ２２０〕とを１対１の割合で混合して得たポリエチレン粉末３０部に、パラフィン系鉱油〔日本石油（株）：ＦＢＫＦオイルＲＯ１００〕７０部を均一に混合したものである。この混合物はペースト状の物質であり、これを図２（同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）はＡ１−Ｂ１矢視図）に示すように、プレス成形された保持部材６と円筒形治工具１０との間に充填口１１から注入し、保持部材６を円筒形治工具１０と組み合わせたまま、ポリエチレンの融点以上である１５０℃で２０分間保持して固化させることにより、潤滑剤含有ポリマ５が充填された保持部材６が得られる。

そして、冷却後、上記の保持部材６を円筒形治工具１０から取り外し、図１に示す玉軸受の内輪２の切り欠け部に嵌入して、本実施形態の玉軸受が完成する。この玉軸受は、潤滑剤含有ポリマ５が保持部材６に充填された状態で内輪２に装着されるため、外部からの負荷を直接受けることがない。従って、潤滑剤含有ポリマ５は機械的強度は要求されないことから、潤滑剤含有量を増すことができ、潤滑寿命を大幅に改善することができる。
上記において、保持部材６の内輪２への装着作業の容易さや固定状態を良好にすることを考慮して、保持部材６の内径は内輪２の内径より僅かに大きく、かつ外径は円筒形治工具１０の内径より僅かに小さく、一方円筒形治工具１０の内径は装着する内輪２の内径より僅かに小さく製作してある。また、ペースト状の潤滑剤含有ポリマ５を注入する前に円筒形治工具１０の内径面１０ａにフッ素系離型剤の膜を付けておくことにより、潤滑剤含有ポリマ５が固化した後の保持部材６を円筒形治工具１０から抜け易くすることができる。

（第２実施態様：円すいころ軸受−１）
図３は、本発明を円すいころ軸受に適用した例を示す要部断面図である。
図示されるように、本実施形態における円すいころ軸受は外輪１と内輪２との間に複数のころ３を転動自在に設け、保持器４によって保持して構成されており、更に内輪２に潤滑剤含有ポリマ５を充填した保持部材６が装着されている。保持部材６の材質及び形状は、第１実施形態と同様である。また、最も焼付き摩耗の生じやすい、ころ３の端面と内輪２の大つばとの接触部２ａに潤滑剤を導けるように、内輪２には接触部２ａから保持部材６に至る潤滑剤導入のための小孔７が連通されている。
ここに使用する潤滑剤含有ポリマは、ポリ４−メチルペンテン−１樹脂を１０％、超高分子量ポリエチレン樹脂１０％と、エーテル油８０％を含有した材料を使用した。図２において円筒形工具１０に相当する金型と保持部材６の内径及び下部に外接する金型と、１１に相当する部分にゲートを有する金型から成る空間部に保持部材６を装着後、溶融した上記含油ポリマを射出成形で形成した。成形条件は、樹脂温度２５０℃、金型温度６０℃、圧力３０ＭＰａ、冷却時間２５秒である。

（第３実施態様：自動調心ころ軸受）
図４は、本発明を自動調心ころ軸受に適用した例を示す要部断面図である。
図示されるように、本実施形態における自動調心ころ軸受は外輪１と内輪２との間に、周方向に２列に複数の樽型のころ３を転動自在に設け、保持器４並びに案内輪９によって保持して構成されており、更に内輪２には、案内輪９の直下相当箇所に潤滑剤含有ポリマ５を充填した保持部材６が装着されている。保持部材６は、耐熱性に優れるＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）製であり、内輪２に装着するために半円に２分割されている。潤滑剤含有ポリマ５はそれぞれの保持部材６に充填されて内輪２に装着されるが、その際に生じる円周方向のすきまに、図５に示すプラスチック製テーパコマ８を差し込むことによって内輪２の切り欠け部に固定することができる。
また、内輪２には、保持部材６から案内輪９の軸方向両端面に通じる小孔７が２本設けられており、潤滑剤含有ポリマ５からの潤滑剤が供給される。

（第４実施態様：円すいころ軸受−２）
図６は、本発明を円すいころ軸受に適用した他の例を示す要部断面図である。
図示されるように、本実施形態における円すいころ軸受は外輪１と内輪２との間に、潤滑剤含有ポリマ５を充填した保持部材６を内蔵するころ３を転動自在に設け、保持器４によって保持して構成されている。図７（ａ）は図６に示すころ３の拡大図であるが、ころ３には小径の端面３ａの開口から軸心に沿って連続する中空腔部が形成され、また大径の端面３ｂには中空腔部に通じる小孔７が同心状に複数設けられている（同図（ｂ）参照）。保持部材６はポリアミド４６樹脂製で、図８（ｂ）に断面図として示すように、一端が開口した略円筒状であり、その内部に潤滑剤含有ポリマ５が充填される。また、図８（ａ）に示すように、この保持部材６の前記開口とは反対側の端面には複数の小孔１２が形成され、更に中心から周壁の長手方向に延びるスリット１３が形成されている。この小孔１２は、潤滑油が正常に供給されている時にこの油をポリマー部に導き、油を補充するためのものである。また、保持部材６の外径は、ころ３の中空腔部の内径より僅かに大きくなっている。尚、図８（ｃ）は、同図（ｂ）のＡ４−Ｂ４矢視図である。

潤滑剤含有ポリマ５を充填した保持部材６は、潤滑剤含有ポリマ５の露出面を小孔７に向けてころ３の中空腔部に収容される。この時、保持部材６はスリット１３の弾性変形を利用してころ３の中空腔部への挿入並びに固定がなされる。
ころ３は、図６に示すように、大径の端面３ａが内輪大つば側に位置するように配される。従って、本実施形態における円すいころ軸受では、ころ３が回転した時に潤滑剤含有ポリマ５中の潤滑剤が遠心力で引き出され、小孔７から流出してころ３の端面３ａを伝わって、最も焼付きや摩耗の生じやすい、ころ３の端面３ａと内輪大つばとの接触部２ａに潤滑剤が供給される。

尚、本実施形態の円すいころ軸受においては、軸受内の全数のころ３に潤滑剤含有ポリマ５を充填した保持部材６を内蔵させているが、軸受中の１本のころのみに潤滑剤含有ポリマ５を充填した保持部材６を内蔵させて、他は通常のころを使用することも可能である。
また、本実施形態においては円すいころ軸受の場合を示したが、第２実施形態に挙げた円筒ころ軸受、第３実施形態に挙げた自動調心ころ軸受においても、本実施形態と同様の、潤滑剤含有ポリマ５を充填した保持部材６を内蔵したころ３を併用することが可能である。

（第５実施態様：総ころ円筒ころ軸受）
図９は、本発明を内輪、外輪、複数のころからなり、保持器を有しない総ころ円筒ころ軸受に適用した例を示す要部概略図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は（ａ）のＡ５−Ｂ５矢視図である。
図示されるように、本実施形態における総ころ円筒ころ軸受は、潤滑剤含有ポリマ５を充填した保持部材６をころ３の間にスペーサころ（符号６’とする）として介在させて構成される。このスペーサころ６’はＰＥＥＫ製で、その外径はころ３の外径より僅かに小径に作製されており、軸受に負荷される荷重は複数のころ３によって支える。また、スペーサころ６’は、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、その周壁並びに両端面に複数の小孔１４が形成されている。この小孔１４は、図示される円形、半円断面の他、矩形、長円、楕円等の形状が可能であり、またその大きさや数も必要に応じて適宜選択できる。

潤滑剤含有ポリマ５は、図１０（ｄ）及び同図（ｅ）に示すように、小孔１４を塞ぎ、スペーサころ６’の各面と同一面となるように固化する。従って、このスペーサころ６’を図９に示すように総ころ円筒ころ軸受に組み込むことにより、潤滑剤含有ポリマ５が周壁の小孔１４（図１０（ｂ）参照）を通じて隣接するころ３、内輪外径の軌道面、及び外輪内径の軌道面と接触して、潤滑剤をそれぞれの接触箇所に供給する。また、スペーサころ６’の両端外表面（図１０（ａ），（ｃ）参照）に露出した潤滑剤含有ポリマ５は、内輪２のつば面２ａ、及び外輪１のつば面１ａと接触して、両方のつば面１ａ，２ａに潤滑剤を供給する。
また、本実施形態では軸受を円筒ころ軸受としたが、円すいころ軸受や自動調心ころ軸受にも、同様の構造のスペーサころを組み込むことができる。

（第６実施態様：円すいころ軸受−３）
図１１は、本発明を円すいころ軸受に適用した更に他の例を示す要部概略図であり、同図（ａ）はその一部を示す正面図、同図（ｂ）は（ａ）のＸ３−Ｙ３矢視図である。
図示されるように、本実施形態における円すいころ軸受は外輪１と内輪２との間に、複数のころ３を転動自在に設け、保持器４によって保持するとともに、潤滑油含有ポリマ５を充填した保持部材６をスペーサ（符号６”とする）として、軸受内のころ３と内輪２と保持器４とで囲まれた空間に挿入して構成される。
このスペーサ６”はＰＥＥＫ製であり、また図１２（ａ）及び（ｃ）に両端面、同図（ｂ）に側面図を示すように、隣接する二つのころ３と接する局面部６ａを備え、その長手方向長さがころ３の長手方向長さと略一致し（図１１（ｂ）参照）、かつ一端面から他端面に向かって高さが漸次低くなるように形成されている。また、局面部６ａ並びに両端面には、複数の小孔１５が設けられており、これらの小孔１５から潤滑剤含有ポリマ５が露出している。

本実施形態における円すいころ軸受は、スペーサ６”の両端面の小孔１５から露出した潤滑剤含有ポリマ５が内輪２の大つば表面２ａ、小つば表面２ｂとそれぞれ接触して潤滑剤を供給するとともに、曲面部６ａの小孔１５から露出した潤滑剤含有ポリマ５は、隣接するころ３に接触して潤滑剤をころ表面に供給する。また、ころ３の表面に供給された潤滑剤は、ころ３の回転により、ころ３と内輪２、及び外輪１との接触部などを潤滑する。
尚、本実施形態は軸受を円すいころ軸受としたが、自動調心ころ軸受、円筒ころ軸受においても、スペーサ６”の形状や寸法を適切に合致させることにより本実施形態を適用することが可能である。

本発明の第１実施形態に係る玉軸受の要部縦断面図である。本発明の潤滑剤含有ポリマの充填、固化方法に係る説明図である。本発明の第２実施形態例に係る円すいころ軸受の要部縦断面図である。本発明の第３実施形態に係る自動調心ころ軸受の要部縦断面図である。本発明の第３実施形態に係る部材装着の状態を示す説明図である。本発明の第４実施形態に係る円すいころ軸受の要部縦断面図である。本発明の第４実施形態に係る拡大図である。本発明の第４実施形態に係る詳細図である。本発明の第５実施形態に係る円筒ころ軸受を示す要部断面図である。本発明の第５実施形態に係る詳細図である。本発明の第６実施形態に係る円すいころ軸受を示す要部断面図である。本発明の第６実施形態に係る詳細図である。潤滑に固体潤滑剤含有ポリマを利用した従来の玉軸受の一例（特許文献１に記載）を示す要部断面図である。潤滑に固体潤滑剤含有ポリマを利用した従来の円筒ころ軸受の一例（特許文献３に記載）を示す要部断面図である。

符号の説明

１外輪
２内輪
２ａ内輪大つば面
２ｂ内輪小つば面
３転動体（玉またはころ）
４保持器
５潤滑剤含有ポリマ
６潤滑剤含有ポリマ保持部材
６スペーサころ
６” スペーサ
６ａ曲面
７小孔
８部材装着用プラスチック製テーパこま
９案内輪
１０潤滑剤含有ポリマ充填用円筒形治工具
１０ａ円筒形治工具内径表面
１１潤滑剤含有ポリマ充填口
１２小孔
１３スリット
１４小孔
１５小孔

Claims

少なくとも内輪、外輪、複数の転動体から構成される転がり軸受であって、樹脂に潤滑剤を含有させてなる潤滑剤含有ポリマをその内部に保持し、かつ該潤滑剤含有ポリマ中の潤滑剤を外部に放出するための放出部を有する潤滑剤含有ポリマ保持部材を備えることを特徴とする転がり軸受。