JP2007271021A

JP2007271021A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2007271021A
Application number: JP2006099266A
Authority: JP
Inventors: Etsuro Irie; 悦郎入江; Takahiko Uchiyama; 貴彦内山
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】サイズの大きな軸受の保持器においても、通常の工作機械で精度良く加工し、組立し、安価な製造を可能にすること。
【解決手段】内輪２に、ころ３と樹脂製のセパレータ保持器４とが装着してある。セパレータ保持器４は、その材質がガラス転移温度１００℃以上のポリアミド樹脂である。又は。セパレータ保持器４は、その材質が芳香族ポリアミド樹脂である。ポリアミド樹脂は、芳香環と脂肪鎖からなる化学構造を有する半芳香族ポリアミド樹脂である。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に一般産業用機械に組み込まれ、性能を向上した転がり軸受に関する。

円錐ころ軸受及び円筒ころ軸受などの一般的なころ軸受の保持器は、鋼板の打抜き形が採用されている。

一般に、かご形保持器は、円錐ころ軸受の場合、組立前に予め保持器の径を組立完了時より広げ、保持器の各ポケットにころを収めた状態で形成されるころの最小内接円形が内輪の小径側鍔外径よりも大きくなるようにしておくことで、内輪の組み込みを可能にされる。

そして、内輪を組み込んだ後、外側よりプレス型を押し付けるなどして保持器を塑性変形させ収縮させるごとによって、保持器ポケット部に入れられたころのあそびを規制して、ころが小径側鍔を乗り越えられない状態にする。

組立後に、保持器の径を収縮させる加締め工程において、空間的な制約により、受側の型を保持器の内側に入れることが出来ないため、保持器の外側からプレス型を押し付けて保持器を塑性変形させるのが一般的である。

このため、保持器の変形誤差分を見込んで、ポケット部ところとのあそびとなる隙間を、予め広めに取らなくてはならず、機能上最適なあそびを塑性変形後に得ることは、特にサイズの大きな軸受においては極めて難しい。場合によっては、保持器の精度に悪影響及び軸受性能低下を及ぼす要因となる。また、このような組立方法では、工数が多く、生産性向上の妨げになっていた。

一方、鉄鋼設備や建設設備等に使用されるような超大形のころ軸受の場合は、大荷重を許容し得るピンタイプの保持器を備えたピンタイプころ軸受が使用されている。

ピンタイプの保持器を備えた円筒ころ軸受は、図８に示すように、軸方向に相対向したリング部材２０間にピン２１を固定支持し、このピン２１に中空状のころ２２を回転自在に保持させたものである。ピン２１の固定は、ピン２１の一端部に形成したねじ部をリング部材２０のタップ穴に螺合させると共に、他端部をリング部材２０の切穴に溶着することにより行っていた（例えば、特許文献１及び２）。なお、図８は、従来例にかかるピンタイプ保持器の分解斜視図である。
実開平５−４５２３１号公報特開２００３−１２０６７９号公報

しかしながら、超大形軸受のように、サイズが大きいと、保持器の加工上の問題が多く存在する。

例えば、上記ピンタイプ保持器の円環部同士をピンにより結合する必要があり、円環部側面にピンを挿入する穴があるが、芯出しが困難である。また、一体ものの保持器を加工するには、大型の機械が必要となる。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、サイズの大きな軸受の保持器においても、通常の工作機械で精度良く加工し、組立し、安価な製造を可能にする、転がり軸受を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る転がり軸受は、内外輪の間に、転動体を転動自在に介装し、当該転動体を保持するセパレータ保持器を備えた転がり軸受において、
前記セパレータ保持器は、その材質がガラス転移温度１００℃以上のポリアミド樹脂であることを特徴とする。

また、本発明に係る転がり軸受は、内外輪の間に、転動体を転動自在に介装し、当該転動体を保持するセパレータ保持器を備えた転がり軸受において、
前記セパレータ保持器は、その材質が芳香族ポリアミド樹脂であることを特徴とする。

好適には、前記ポリアミド樹脂は、芳香環と脂肪鎖からなる化学構造を有する半芳香族ポリアミド樹脂である。

また、好適には、前記芳香環と脂肪鎖からなる化学構造を有する半芳香族ポリアミド樹脂は、芳香構造と長鎖ジアミン構造である。

さらに、好適には、前記転がり軸受は、風力発電機に用いられる。

本発明によれば、サイズの大きな軸受の保持器においても、通常の工作機械で精度良く加工し、組立し、安価な製造を可能にする。

以下、本発明の実施の形態に係る転がり軸受を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る転がり軸受の部分的斜視図である。
図２は、図１に示した転がり軸受にころとセパレータ保持器を装着する状態を示す模式図である。

図１に示すように、内輪２に、ころ３と樹脂製のセパレータ保持器４とが装着してある。セパレータ保持器４を各ころ３間に介装する。そうすることで、セパレータ保持器４をパーツごとに作ればよいため、一体ものの保持器に比べ精度良く加工できる。

また、組立時は、図２に示すように、内輪２もしくは外輪（図示略）にセパレータ保持器４ところ３を交互に配置して、最後にセパレータ保持器４のポケット部を広げてその間にころ３を挿入し組み込む。円錐ころ軸受のかご形保持器に比べ、保持器のかしめにおける塑性変形を伴わないため精度良く組立てることが出来る。加えて、上記セパレータ保持器４を有する軸受は、セパレータ保持器４、ころ３、内輪２を傷つけずに分解出来るので、メンテナンスも容易に行うことが出来る。

次に、図３は、本発明の実施の形態の変形例に係る円筒ころ軸受の要部の断面図である。
図４は、図３に示したころ軸受の軸方向に沿った断面図である。
図５は、図３に示したころ軸受に使用するセパレータ保持器の斜視図である。

図３に示すように、本実施の形態の変形例に係るころ軸受では、外輪１および内輪２間に、複数のころ３が配置してある。隣接するころ３，３間に、多数のセパレータ保持器４が配置してある。

図４に示すように、外輪１は、片方に、鍔部１１を有している。外輪１には、スナップリング５が嵌合するようになっている。また、内輪２は、両方に、鍔部１２，１２を有している。また、軸方向の移動を規制する手段を、内輪２の鍔部１２の鍔面で行うこととし、内輪２の鍔部１２の鍔面の内側に、セパレータ保持器４を納めている。

さらに、セパレータ４には、その両側面に、円弧状部４ａ，４ａが形成してあり、その上面と下面には、溝部４ｂ、４ｂが形成してある。この溝部４ｂを設けることで、軸受空間内の潤滑油の通りを改善することができる。但し、溝部４ｂに加えて、穴（図示しない）等を設けることで、軸受空間内の潤滑油の通りをより一層改善してもよい。また、その方法は、数多くあるが、本発明の範囲内であり、何ら限定されるものではない。

次に、本発明の実施の形態に係る転がり軸受のセパレータ保持器４の材質について説明する。

軸受の外輪１と内輪２の材質は、軸受鋼が使われることが多く、例えば、セパレータ保持器４の材質をポリアミド等の樹脂にした場合、軸受鋼に比べ線膨張係数が一桁大きいため（樹脂製セパレータ保持器：１．０×１０^−４［１／Ｋ］、軸受鋼：１．３×１０^−５［１／Ｋ］）、軸受回転時に軸受温度が上昇すると、セパレータ保持器４ところ３が膨張することにより、セパレータ保持器４ところ３との間の円周方向の隙間がつまり、セパレータ保持器４ところ３との間で過大摩擦を生じ、早期摩耗の原因となる。

また、運転時に円周方向の隙間が最も小さくなるような条件下（ころ３の径の許容差とセパレータ保持器４の円周方向板厚の許容差が共に最大）において所定の円周方向の隙間を確保するように設定したとしても、軸受サイズが大きい場合、つまり転動体（ころ３）の個数も多くなり、それに伴って、樹脂製セパレータ保持器４の個数も多くなるため、円周方向の隙間が最も大きくなる条件下（ころ３の径の許容差とセパレータ保持器４の円周方向板厚の許容差が共に最小）において、樹脂製セパレータ保持器４の個数が多いため、許容差の積み重ねが効いてくるので、円周方向の隙間が過大となり、樹脂製のセパレータ保持器４が転動体（ころ３）間から抜け出たり、樹脂製セパレータ保持器４がころ３間でロックする可能性がある。

本実施の形態では、上記現象を避けるために、セパレータ保持器４の材料に、芳香族ポリアミド樹脂として、芳香環と高級脂肪族鎖からなる化学構造の半芳香族ポリアミド樹脂を用いている。

使用する芳香族ポリアミドとしては、例えばデュポン社のザイテルＨＴＮ５１Ｇ３５ＨＳＬ（商品名）が挙げられる。
この樹脂は、

上記のように、芳香族構造と長鎖ジアミン構造、すなわち芳香環と脂肪鎖からなる化学構造を有する半芳香族ポリアミド樹脂に、３５％のガラス繊維を添加して強化した材料で、ガラス転移温度：約１４０℃、線膨張係数：０．５×１０^−４［１／Ｋ］、吸水率：１．６ｍｍ厚で１．０％、３．２ｍｍ厚で０．７％、融点３００℃の特性を有する。

ポリアミド樹脂の線膨張係数は、ガラス転移温度が高いほど小さくなる傾向にあるので、線膨張係数がポリアミド樹脂の従来のポリアミド等の樹脂保持器材料に比べ線膨張係数は、約１／２に抑えることができる。

このため、回転中の温度上昇でセパレータ保持器４が膨張して、円周方向隙間が変化して、樹脂製のセパレータ保持器４がころ３間でロックすることを防止することができる。

また、風力発電機に用いられる転がり軸受のように、外部雰囲気が大きく変動する場合は、高温雰囲気だけでなく、低温下での収縮も含めた寸法変化を考慮する必要があるが、線膨張係数が小さいのでその影響を小さくすることができる。

温度変化に対するセパレータ保持器４の寸法が影響ない程度まで線膨張係数を小さくするためには、ポリアミド樹脂としてガラス転移温度が１００℃以上の樹脂を用いる。より好ましくは、ガラス転移温度が１２０℃以上のポリアミド樹脂とする。

また、株式会社クラレのジェネスタＧ２３３０（商品名）が挙げられる。この樹脂も、芳香族構造と長鎖ジアミン構造、すなわち芳香環と脂肪鎖からなる化学構造を有する半芳香族ポリアミド樹脂に、３３％のガラス繊維を添加して強化した材料で、ガラス転移温度：約１２５℃、融点３０６℃の特性を有する。

この樹脂の吸水特性は、図６に示すように、ポリアミド４６樹脂に比べ、１００ｈｒの水分率を１／３に抑えることができる。なお、図６は、セパレータ保持器の樹脂の吸水特性のグラフである。

このように、吸水性が低いため軸受運転時の寸法変化は従来の樹脂保持器に比べ小さく抑えることができる。このため、吸水による保持器の膨潤による寸法変化や摩擦特性の変化で、樹脂製のセパレータ保持器４がころ３間でロックすることを防止することができる。

さらに、ジェネスタＧ２３３０（商品名）は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）にガラス繊維を４０％添加した樹脂に比べ、限界ＰＶ値が大きく（ジェネスタＧ２３３０（商品名）：８．５ｋＮ／ｃｍ^２・ｃｍ／ｓ、ＰＰＳ：８ｋＮ／ｃｍ^２・ｃｍ／ｓ）、動摩擦係数が小さい（ジェネスタＧ２３３０（商品名）：０．３〜０．４、ＰＰＳ：０．５〜１．０）。このため、回転変動や荷重変動が大きな使用条件下での耐焼付き性を向上させることができる。

また、三井化学社のアーレンＡ３３５（商品名）が挙げられる。この樹脂も、芳香族構造と長鎖ジアミン構造、すなわち芳香環と脂肪鎖からなる化学構造を有する半芳香族ポリアミド樹脂に、３０％のガラス繊維を添加して強化した材料で、ガラス転移温度：約１２５℃、融点３１０℃の特性を有する。

この樹脂は、ガラス転移温度が高いので、図７に示すように、ポリアミド６６（ＰＡ６６）に３０％添加した樹脂やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）にガラス繊維を４０％添加した樹脂に比べ、高温強度が高く、高温雰囲気下でも高剛性を維持できる。このため、高温下での使用が可能である。なお、図７は、セパレータ保持器の樹脂の温度と曲げ弾性率との関係を示すグラフである。

本材料の芳香族ポリアミド樹脂を用いたセパレータ保持器４を使用する転がり軸受は、例えば風力発電機用主軸軸受のような大きな軸受寸法で雰囲気温度が変化する使用条件下（軸受ピッチ円直径：ｄｍ＝１８００ｍ、ころ間距離δ／ころ径ｄ、ｓｋ＝δ／ｄ＝１．１（図３参照）、ころ数１２０〜１３０ケ、平均軸受温度約６５℃）で有効である。

芳香族ポリアミド樹脂は、耐薬品性に優れるので、潤滑剤に極圧剤等の添加剤が添加されていた場合において従来のポリアミド４６やポリアミド６６樹脂と比べて強度保持率が高いので、風力発電機等の長時間の使用を要求される機器においても適用可能である。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。

本発明は、全ての円筒ころ軸受に限らず、円錐ころ軸受や自動調心ころ軸受および玉軸受等のすべての転がり軸受に適用可能であり、単列の転がり軸受にも複列の転がり軸受にも適用できる。

本発明の実施の形態に係る転がり軸受の部分的斜視図である。図１に示した転がり軸受にころとセパレータ保持器を装着する状態を示す模式図である。本発明の実施の形態の変形例に係るころ軸受の要部の断面図である。図３に示したころ軸受の軸方向に沿った断面図である。図３に示したころ軸受に使用するセパレータ保持器の斜視図である。セパレータ保持器の樹脂の吸水特性のグラフである。セパレータ保持器の樹脂の温度と曲げ弾性率との関係を示すグラフである。従来例にかかるピンタイプ保持器の分解斜視図である。

符号の説明

１外輪
２内輪
３ころ
４セパレータ保持器
４ａ円弧状部
４ｂ溝部
５スナップリング
１１鍔部
１２鍔部
２０リング部材
２１ピン
２２中空状のころ

Claims

内外輪の間に、転動体を転動自在に介装し、当該転動体を保持するセパレータ保持器を備えた転がり軸受において、
前記セパレータ保持器は、その材質がガラス転移温度１００℃以上のポリアミド樹脂であることを特徴とする転がり軸受。
内外輪の間に、転動体を転動自在に介装し、当該転動体を保持するセパレータ保持器を備えた転がり軸受において、
前記セパレータ保持器は、その材質が芳香族ポリアミド樹脂であることを特徴とする転がり軸受。
前記ポリアミド樹脂は、芳香環と脂肪鎖からなる化学構造を有する半芳香族ポリアミド樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受。
前記芳香環と脂肪鎖からなる化学構造を有する半芳香族ポリアミド樹脂は、芳香構造と長鎖ジアミン構造であることを特徴とする請求項３に記載の転がり軸受。
前記転がり軸受は、風力発電機に用いられることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の転がり軸受。