JP2007285352A - 軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】保持器と転動体の接触により発生する保持器の摩耗粉に起因する損傷の発生を抑制することが可能な軸受を提供する。
【解決手段】軸受１０は、軌道部材としての外輪１および内輪２と、外輪１および内輪２に接触して配置される複数の転動体としてのころ３と、ころ３を保持するための保持器４とを備える。保持器４は、基材としての保持器本体７と、保持器本体７の表面を被覆する耐摩耗性被膜としての被覆層５とを含む。
【選択図】図１

Description

この発明は軸受に関し、より特定的には、転動体を保持するための保持器を備える軸受に関する。

従来、鉄道車両などの装置には軸受が用いられている（たとえば、特許文献１参照）。上述した鉄道車両に限らず、建設機械や発電機、さらに主電動機などに適用される軸受では、軌道輪と接触する転動体を保持するための鋼製の保持器が用いられている。
特開２００３−３３６６５１号公報

上述した従来の軸受では、その使用条件によって、保持器において転動体が配置された部分（ポケット部分）の表面と転動体とが接触する場合がある。この場合、転動体を構成する材料より保持器を構成する材料の方が硬度が低いため、保持器の当該表面は転動体との接触により摩耗する。この結果、保持器の表面が摩耗したことにより発生した摩耗粉が、軸受において転動体と軌道輪との間に噛みこんで、転動体および／または軌道輪の表面に損傷が発生するという問題があった。

このような摩耗粉が発生する場合の対策としては、従来、軸受での潤滑条件の見直しや、軸受自体の使用条件の見直しを行なうという対策が一般的であった。しかし、このような対策によって、摩耗粉の発生をある程度抑制はできるものの、摩耗粉による転動体や軌道輪での損傷の発生という問題を抜本的に解決することはできていなかった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、保持器と転動体の接触により発生する保持器の摩耗粉に起因する損傷の発生を抑制することが可能な軸受を提供することである。

この発明に従った軸受は、軌道部材と、軌道部材に接触して配置される複数の転動体と、転動体を保持するための保持器とを備える。保持器は、基材と、基材の表面を被覆する耐摩耗性被膜とを含む。

このようにすれば、保持器の表面を耐摩耗性被膜で覆うことにより、保持器の銅合金などからなる基材と転動体とが直接接触することを防止できる。また、耐摩耗性被膜が転動体と接触するため、たとえば銅合金などからなる基材と転動体とが直接接触する場合より摩耗粉の発生を抑制できる。

上記軸受は、鉄道車両用主電動機に用いられてもよい。ここで、鉄道車両用主電動機のような、振動などにより転動体と保持器とが接触する頻度が高い軸受に対して、摩耗粉の発生を抑制する本発明による軸受を適用することが特に有効である。

上記軸受において、保持器は、軌道部材と接触することなく転動体により案内される保持器であってもよい。この場合、保持器と転動体とが接触した状態が比較的長く続くことから、摩耗粉の発生を抑制する本発明による軸受が特に有効である。

上記軸受において、耐摩耗性被膜は高分子化合物からなっていてもよい。この場合、転動体と耐摩耗性被膜とが接触して耐摩耗性被膜が摩耗した結果発生する摩耗粉は、高分子化合物により構成される。したがって、当該摩耗粉は、軸受を構成する軌道部材や転動体（転動体）の材料である鋼より十分硬度などが低くなる。そのため、摩耗粉が軌道部材と転動体との間に噛みこんだ場合の、軌道部材や転動体に損傷が発生する確率を低減できる。

上記軸受において、高分子化合物としてポリオレフィン系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）系樹脂のうちのいずれか１つを用いることができる。特に、機械的強度を確保する観点から、上記高分子化合物としてポリオレフィン系樹脂、ＰＴＦＥ系樹脂を用いることが好ましい。また、軸受が比較的高温域で用いられる場合には、耐熱性があるＰＴＦＥ系樹脂またはシリコーン系樹脂を用いることが好ましい。

本発明によれば、保持器から発生する摩耗粉による軸受の破損の可能性を低減できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明に従った軸受の実施の形態１を示す断面模式図である。図１を参照して、本発明に従った軸受の実施の形態１を説明する。

図１に示した軸受１０は、たとえば鉄道車両用の主電動機用の軸受として用いられる円筒ころ軸受であって、軌道部材としての外輪１および内輪２と、当該外輪１と内輪２との間に、保持器４により保持された複数の転動体としての円筒状のころ３とを備える。ころ３は外輪１と内輪２とに接触して配置される。外輪１および内輪２はそれぞれ筒状の形状を有している。外輪１は、内輪２の外周側に内輪２を囲むように配置されている。外輪１の内周側にはころ３を案内するための溝が形成されている。複数のころ３は、互いに間隔を隔てた状態で保持器４により保持されている。

保持器４は、基材としての黄銅製の保持器本体７と、保持器本体７の表面を被覆する耐摩耗性被膜としての被覆層５とを備える。保持器本体７はいわゆるもみ抜き保持器である。被覆層５は高分子化合物からなる。被覆層５としては、ここでは高温領域での使用を考慮してＰＴＦＥ樹脂を用いた。

このようにすれば、保持器４の表面を被覆層５で覆うことにより、保持器４の黄銅からなる基材としての保持器本体７ところ３とが直接接触することを防止できる。また、被覆層５がころ３と接触するため、黄銅からなる保持器本体７ところ３とが直接接触する場合より黄銅からなる摩耗粉の発生を抑制できる。この結果、摩耗粉が外輪１または内輪２ところ３との間に噛みこむことに起因して、軸受１０が破損する可能性を低減できる。

上記軸受１０は、上述のように鉄道車両用主電動機に用いられる。ここで、鉄道車両用主電動機のような、振動などによりころ３と保持器４とが接触する頻度が高い軸受に対して、摩耗粉の発生を抑制する本発明による軸受１０を適用することは軸受１０の摩耗粉に起因する損傷を防止する観点から特に有効である。

上記軸受１０において、保持器４は、外輪１または内輪２と接触することなくころ３により案内される保持器（いわゆる転動体案内保持器）であってもよい。この場合、保持器４ところ３とが接触した状態が比較的長く続くことから、摩耗粉の発生を抑制する本発明による軸受１０が特に有効である。

上記軸受１０において、上述のように被覆層５は高分子化合物からなっている。また、高分子化合物としてポリオレフィン系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）系樹脂のうちのいずれか１つを用いることができる。特に、機械的強度を確保する観点から、上記高分子化合物としてポリオレフィン系樹脂、ＰＴＦＥ系樹脂を用いることが好ましい。また、軸受が比較的高温域で用いられる場合には、上述した耐熱性があるＰＴＦＥ系樹脂や、シリコーン系樹脂を用いることが好ましい。

この場合、ころ３と被覆層５とが接触して当該被覆層５が摩耗した結果発生する摩耗粉は、高分子化合物により構成される。したがって、当該摩耗粉は、軸受１０を構成する外輪１や内輪２、ころ３の材料である鋼より十分硬度などが低くなる。そのため、摩耗粉が外輪１ところ３の間、または内輪２ところ３との間に噛みこんだ場合の、外輪１、内輪２またはころ３に損傷が発生する確率を低減できる。

また、被覆層５の厚みは、たとえば０．０５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、より好ましくは０．０５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。

図２は、図１に示した軸受の製造方法を説明するためのフローチャートである。図２を参照して、図１に示した軸受の製造方法を説明する。

図２に示すように、本発明に従った軸受の製造方法では、まず準備工程（Ｓ１０）を実施する。準備工程（Ｓ１０）では、軸受１０を構成する保持器４の保持器本体７の形状に成形された部材（基材）を準備する。保持器本体７を成形する方法としては、従来用いられていた任意の加工方法（プレス加工、切削加工、研磨加工など）を用いることができる。

次に、耐摩耗層形成工程（Ｓ２０）を実施する。この加工工程としての耐摩耗層形成工程（Ｓ２０）では、基材としての保持器本体７の表面の少なくとも一部（ころ３と接触する可能性のある部分）に、固化後に耐摩耗性を有する液状の高分子化合物を配置することにより、高分子化合物からなる被覆層５を形成する。ここでは、保持器４を構成する保持器本体７（基材）の表面全体を均等に覆うように、保持器本体７を液状の高分子化合物に浸漬する。この場合、保持器本体７の全体を覆うような被覆層５を簡単に形成することができる。ここでは高分子化合物として上述したＰＴＦＥ樹脂を用いることができる。なお、ここで液状とは、樹脂などの高分子化合物が、保持器本体７の表面に塗布あるいは付着させることができる程度の粘度となっている状態を言い、一般的な液体状はもちろん、塗布可能な程度のゲル状の場合も含む。また、高分子化合物とは、たとえば一般的な樹脂（合成樹脂、ゴムなど）であって耐摩耗性を有するものであればよい。

このようにすれば、保持器４を構成する保持器本体７を当該液状の高分子化合物に浸漬する、あるいは保持器本体７の表面に液状の高分子化合物を刷毛やスプレーで塗布するといった簡単な手法により、保持器本体７表面に被覆層５を形成できる。このため、低コストで被覆層５を有する保持器４を製造することが出来る。

次に、後処理工程（Ｓ３０）を実施する。この後処理工程（Ｓ３０）では、上述のように塗布された液状の高分子化合物からなる被覆層５を所定の硬度にするための固化工程を実施する。この固化工程では、使用した高分子化合物の種類に応じて任意の方法（たとえば加熱工程など）を用いることができる。この結果、図１に示した被覆層５が形成された保持器４を得ることができる。

その後、別途準備された外輪１、内輪２、ころ３と上述した外輪１とを組立てることにより、図１に示した軸受１０を得ることができる。なお、外輪１、内輪２、およびころ３の製造方法としては、従来用いられていた任意の方法を用いることができる。

上記軸受の製造方法において、耐摩耗層形成工程（Ｓ２０）では、上述のように保持器本体７の表面に液状の高分子化合物を塗布してもよい。このようにすれば、保持器本体７の表面のうちの任意の箇所（図１に示したころ３と対向する部分のみ）に高分子化合物を塗布することにより、保持器本体７の表面の任意の一部分のみに被覆層５を容易に配置できる。

（実施の形態２）
図３は、本発明に従った軸受の実施の形態２を示す断面模式図である。図３を参照して、本発明に従った軸受の実施の形態２を説明する。

図３を参照して、本発明に従った軸受１０は、複列（２列）の円すいころ軸受であって、たとえば鉄道用車両の車軸に用いられる軸受である。図３に示した軸受１０は、軌道部材である外輪１および内輪２ａ、２ｂと、転動体である複数個の円すいころ１３ａ、１３ｂとを備えている。外輪１は内輪２ａ、２ｂの周囲に配置されている。円すいころ１３ａ、１３ｂは内輪２ａ、２ｂと外輪１の間に介在している。円すいころ１３ａ、１３ｂは、外輪１および内輪２ａ、２ｂと接触して配置される。また、円すいころ１３ａ、１３ｂは、内輪２ａ、２ｂの外周面に沿った方向において複数個が円周上に並ぶように配置されている。当該円周上において、円すいころ１３ａ、１３ｂはその位置を決定するため保持器４ａ、４ｂにより保持されている。保持器４ａ、４ｂはいわゆるうち抜き保持器である。

外輪１は、内周面に複列の転走面１４ａ、１４ｂを有している。内輪２ａ、２ｂは外周面にそれぞれ転走面１７ａ、１７ｂを有している。また、外輪１と内輪２ａ、２ｂとの間であって、転走面１４ａ、１４ｂ、１７ａ、１７ｂを挟む位置にはシールリング１９ａ、１９ｂが設置されている。これにより、円すいころ１３ａ、１３ｂが保持されている空間と軸受１０の外部とが遮断されている。

図３に示した軸受１０では、保持器４ａ、４ｂが、それぞれ保持器本体７ａ、７ｂと、保持器本体７ａ、７ｂの表面を覆うように配置された耐摩耗性皮膜である被覆層５とにより構成されている。このようにすれば、図１に示した軸受１０と同様の効果を得ることができる。また、鉄道車両用の車軸軸受では、上述したいわゆる転動体案内保持器が多様されている。そのため、本発明に従った被覆層５が形成された保持器４ａ、４ｂを用いる軸受１０は、摩耗粉の発生を抑制する観点から特に有効である。

なお、保持器本体７ａ、７ｂは鋼板製であり、被覆層５は、高分子化合物であれば、実施の形態１において挙げた任意の樹脂を用いることができるが、製造コストを考慮するとたとえばポリオレフィン系樹脂を用いることができる。

保持器４ａ、４ｂの製造方法（特に被覆層５の形成方法）は、基本的に図１に示した保持器４の製造方法と同様である。すなわち、液状のポリオレフィン系樹脂に保持器本体７ａ、７ｂを浸漬することにより、保持器本体７ａ、７ｂの表面にポリオレフィン系樹脂による被覆層５を形成する。

なお、上述したような保持器本体７、７ａ、７ｂの表面に被覆層５を形成した構成の保持器４、４ａ、４ｂは、たとえば全体を樹脂で構成した樹脂製保持器を使用することが難しいような、高速回転で使用するモータなどの用途においても、保持器４、４ａ、４ｂの形状を高速回転時においても維持することができる。したがって、このような高速回転で使用されるモータなどについても、本発明に従った軸受１０を適用することができる。

なお、上述した実施の形態１および実施の形態２において、保持器本体７の表面において被覆層５を配置する部分について、被覆層５の付着性を向上させるために、表面粗度をＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１ に規定する算術平均粗さ）で０．０５μｍ以上１．０μｍ以下、より好ましくは０．０５μｍ以上０．７μｍ以下とすることが好ましい。

また、上述した実施の形態１および実施の形態２において、被覆層５を形成する場合に、一度液状の高分子化合物を保持器本体７の表面に配置した後、当該液状の高分子化合物を固化することで固体の被覆層（１層目の被覆層）を形成し、その後、再び１層目の被覆層上に液状の高分子化合物を配置してもよい。その後、当該液状の高分子化合物を固化する工程を行なうことにより、２層目の被覆層を形成する。このように、液状の高分子化合物を配置する工程と、液状の高分子化合物を固化する工程とを複数回繰返すことにより、保持器本体７表面上に複数層からなる被覆層５を形成してもよい。

また、被覆層５を構成する複数層について、異なる材質からなる層を配置してもよい。たとえば、保持器本体７と接触する層には保持器本体７表面との密着性に優れた高分子化合物を用い、被覆層５の最上層に位置する層については、耐摩耗性に優れた高分子化合物を用いるというように、被覆層５の内部においてその層ごとにより好ましい材料を用いることができる。この結果、被覆層５の耐久性を向上させることができる。

また、被覆層５を形成した後、その表面性状や保持器４の寸法を調整するため、被覆層５の表面に機械加工（たとえば研削や研磨など）を施してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、保持器と転動体（ころ）とが接触するような条件で使用される軸受に適用できるが、特に転動体案内保持器を用いた軸受に適用した場合に効果的である。

本発明に従った軸受の実施の形態１を示す断面模式図である。 図１に示した軸受の製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明に従った軸受の実施の形態２を示す断面模式図である。

符号の説明

１ 外輪、２，２ａ，２ｂ 内輪、３ ころ、４，４ａ，４ｂ 保持器、５ 被覆層、７，７ａ，７ｂ 保持器本体、１０ 軸受、１３ａ，１３ｂ 円すいころ、１４ａ，１４ｂ，１７ａ，１７ｂ 転走面、１９ａ，１９ｂ シールリング。

Claims (4)

1. 軌道部材と、
   前記軌道部材に接触して配置される複数の転動体と、
   前記転動体を保持するための保持器とを備え、
   前記保持器は、
   基材と、
   前記基材の表面を被覆する耐摩耗性被膜とを含む、軸受。
2. 鉄道車両用主電動機に用いられる、請求項１に記載の軸受。
3. 前記保持器は、前記軌道部材と接触することなく前記転動体により案内される保持器である、請求項１または２に記載の軸受。
4. 前記耐摩耗性被膜は高分子化合物からなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸受。

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