JP2007285353A - 軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軸箱や軸受での損傷の発生可能性を高めることなく、軸受と軸箱との接続部における摩耗の発生を抑制する。
【解決手段】軸受１０は、外輪１と、外輪１の内周側に配置される内輪２と、複数の転動体としてのころ３と、耐摩耗性被膜としての被覆層５とを備える。ころ３は外輪１と内輪２との間に配置される。被覆層５は、外輪１の外周面上に形成される。
【選択図】図１

Description

この発明は、軸受に関し、より特定的には、当該軸受を用いた機器の軸受固定用フレーム（軸箱）に外輪を固定された状態で使用される軸受に関する。

従来、鉄道車両などに設置されて使用される軸受が知られている（たとえば、特許文献１参照）。このような軸受は、一般に軸受固定用フレーム（いわゆる軸箱）に外輪を固定された状態で使用される。このような軸箱に対する軸受（の外輪）の固定方法は、作業性などを考慮していわゆるすきまばめにより行なわれることが多い。
特開２００４−３３２９０５号公報

上述のように軸箱に軸受の外輪をすきまばめにより固定した場合、軸受の使用条件によっては当該すきまばめした部分においてクリープが発生する。この場合、軸受の外輪と軸箱との接触部において摩耗が発生する。この摩耗に起因する摩耗粉が、軸受の内部に侵入した結果、当該摩耗粉が軸受の外輪または内輪と転動体との間に噛みこむことにより、軸受が損傷することがあった。

このような摩耗粉の発生を抑制するため、たとえば軸箱に対する軸受の固定方法を締りばめ（穴と軸（ここでは軸受の外輪）との間に締め代があるもの）にすることも考えられる。しかし、固定方法として締りばめを用いる場合には、軸箱に軸受を固定する作業を行なうときに、軸箱または軸受に応力が加えられることになり、軸箱または軸受において重大な損傷を発生させる可能性がある。

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、軸箱や軸受での損傷の発生可能性を高めることなく、軸受と軸箱との接続部における摩耗の発生を抑制することである。

この発明に従った軸受は、外輪と、外輪の内周側に配置される内輪と、複数の転動体と、耐摩耗性被膜とを備える。転動体は外輪と内輪との間に配置される。耐摩耗性被膜は、外輪の外周面上に形成される。

このようにすれば、本発明に従った軸受を軸箱に設置する場合、耐摩耗性被膜が存在することにより、軸箱と軸受の外輪との直接的な接触を避けることができる。このため、軸箱と軸受との接触部において、軸箱や軸受の外輪の一部が摩耗することにより摩耗粉が発生する可能性を低減できる。

また、軸受の外輪の外周面上に耐摩耗性被膜を形成するので、軸受と軸箱との寸法（はめあい）の条件を変更することなく、上述のように摩耗粉の発生を抑制できる。そのため、軸受と軸箱との寸法を変更して固定方法を締りばめにするといった対応は必要ない。このため、軸受を軸箱に設置する際の作業性が悪くなることを防止しつつ、摩耗粉の発生を抑制できる。

上記軸受において、耐摩耗性被膜が高分子化合物からなり、より好ましくは熱可塑性の高分子化合物からなっていてもよい。また、上記軸受において、高分子化合物としては、特に耐摩耗性の観点から、ポリウレタン系樹脂、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、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂のうちのいずれか１つを用いることができる。また、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より好ましい。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。

この場合、軸受の外輪と軸箱との間に位置することになる耐摩耗性被膜が、軸受の使用条件によって摩耗し、耐摩耗性被膜を構成する高分子化合物の摩耗粉が発生しても、当該摩耗粉は軸受を構成する鋼などの材料より硬度が十分低いことになる。したがって、当該摩耗粉に起因して軸受が破損する可能性を低減できる。

本発明によれば、耐摩耗性被膜を形成することにより、軸箱と軸受の外輪との直接的な接触を避けることができる。このため、軸箱と軸受との接触部において、軸箱や軸受の外輪の一部が摩耗することにより摩耗粉が発生する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軸受として用いられる複列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。ころ３は２列に並んだ状態で配置されている。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２列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。

外輪１の外周面上には、ポリウレタン系樹脂からなる被覆層５が形成されている。軸受１０は、点線で示す軸箱９の開口部に嵌め込まれた状態で固定される。そして、軸箱９に軸受１０が設置された場合には、被覆層５が軸受１０の外輪１と軸箱９の開口部の側壁との間に位置することになる。

このようにすれば、本発明に従った軸受１０を軸箱９に設置する場合、耐摩耗性被膜としての被覆層５が存在することにより、軸箱９と軸受１０の外輪１との直接的な接触を避けることができる。このため、軸箱９と軸受１０との接触部において、軸箱９や軸受１０の外輪１の一部が摩耗することにより摩耗粉が発生する可能性を低減できる。

また、軸受１０の外輪１の外周面上に被覆層５を形成するので、軸受１０と軸箱９との寸法（はめあい）の条件を変更することなく、上述のように摩耗粉の発生を抑制できる。そのため、軸受１０と軸箱９との寸法を変更して固定方法を締りばめにするといった対応は必要ない。このため、軸受１０を軸箱９に設置する際の作業性が悪くなることを防止しつつ、摩耗粉の発生を抑制できる。

上記軸受１０において、被覆層５は高分子化合物からなり、より好ましくは熱可塑性の高分子化合物により構成される。また、上記軸受１０において、被覆層５を構成する高分子化合物としては、特に耐摩耗性の観点から、上述したポリウレタン系樹脂以外にも、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、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂のうちのいずれか１つを用いることができる。また、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より好ましい。また、軸受１０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。

この場合、軸受１０の外輪１と軸箱９との間に位置することになる被覆層５が、軸受１０の使用条件によって摩耗し、被覆層５を構成する高分子化合物の摩耗粉が発生しても、当該摩耗粉は軸受１０を構成する鋼などの材料より硬度が十分低いことになる。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、軸受１０と軸箱９とのはめあいの条件などにもよるが、十分な耐摩耗性を確保する観点から、たとえば０．０１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、より好ましくは０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることが好ましい。

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を構成する外輪１の形状に成形された部材（基材）を準備する。基材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、耐摩耗加工工程（Ｓ２０）を実施する。この加工工程としての耐摩耗加工工程（Ｓ２０）では、基材としての外輪１の表面の少なくとも一部（軸箱９の開口部の壁面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、外輪１（基材）の外周側面全体を均等に覆うように、刷毛やスプレーなどによって液状の高分子化合物を外輪１の外周側面上に塗布する。また、外輪１の全体を被覆層５で覆いたい場合には、基材としての外輪１を液状の高分子化合物に浸漬してもよい。この場合、外輪１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ポリウレタン系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、外輪１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、外輪１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、あるいは外輪１の所定の部分を当該液状の高分子化合物に浸漬するといった簡単な手法により、外輪１の表面に被覆層５を形成できる。このため、低コストで被覆層５を有する外輪１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が形成された外輪１を得ることができる。

その後、別途準備された内輪２、ころ３、保持器４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、内輪２、ころ３、および保持器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、耐摩耗加工工程（Ｓ２０）では、上述のように外輪１の表面に液状の高分子化合物を塗布している。このようにすれば、外輪１の表面のうちの任意の箇所（図１に示した外周側の側面のみ）に高分子化合物を塗布することにより、外輪１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、４列円すいころ軸受であって、たとえば鉄鋼圧延用のワークロールに用いられる軸受である。図３に示した軸受１０は、３列の外輪１ａ〜１ｃと、２列の内輪２ａ、２ｂと、４列の円すいころ３ａ〜３ｄと、保持器４ａ〜４ｄと、外輪間座１１ａ、１１ｂと、外輪１ａ〜１ｃの外周面上に形成された被覆層５とを備えている。外輪１ａ〜１ｃの各々は、被覆層５を介して軸箱９（ハウジング）に取り付けられている。被覆層５を構成する材料としては、当該軸受１０の使用条件が比較的高温環境であることから、耐熱性を重視してシリコーン系樹脂を用いる。

外輪１ａ〜１ｃは、ラジアル平面で互いに分割されて回転軸Ａ方向に並んでいる。内輪２ａ、２ｂの各々は、圧延機のロールネック２０を支持している。内輪２ａ、２ｂの各々は、ラジアル平面で互いに分割されて回転軸Ａ方向で互いに隣接している。円すいころ３ａ〜３ｄの各々は、内輪２ａと外輪１ａとの間、内輪２ａと外輪１ｂとの間、内輪２ｂと外輪１ｂとの間、および内輪２ｂと外輪１ｃとの間にそれぞれ複数個配置されている。保持器４ａ〜４ｄの各々は円すいころ３ａ〜３ｄの各々を保持している。

外輪間座１１ａは外輪１ａと外輪１ｂとの間に配置されており、外輪間座１１ｂは外輪１ｂと外輪１ｃとの間に配置されている。外輪間座１１ａ、１１ｂの各々は、潤滑油を軸受１０内部に供給するための溝２５および孔２１を有している。溝２５は、外輪間座１１ａ、１１ｂの各々の外周面全面にわたって形成されている。また、溝２５は、回転軸方向における外輪間座１１ａ、１１ｂの各々の中心部に形成されている。孔２１は、溝２５内の所定の位置に形成されており、外輪間座１１ａ、１１ｂの各々の外周面（溝２５の内部）から内周面に達している。また、軸箱９は、その内周面に達し、上記溝２５に対応する複数の潤滑油供給用孔（図示せず）を有している。潤滑油供給用孔の各々は外輪間座１１ａ、１１ｂの溝２５の各々と連通している。これにより、軸箱９の外部から潤滑油供給用孔の各々に潤滑油（脂）が注入され、溝２５および孔２１を通って軸受１０内部に当該潤滑油が供給される。

図３に示した軸受１０が適用される圧延機では、被圧延部材（板）の厚さの精度を確保するために、ロールネックに大量の冷却水を供給することによって、ロールネックの形状制御を行なっている。そのため、冷却水が軸受１０の内部へ侵入するのを防止するために、軸受１０の端部には密封装置３０が設けられている。密封装置３０は、軸受１０の両側、言い換えれば、ころ３ａの図３中左側と、ころ３ｄの図３中右側とに配置されている。密封装置３０は、冷却水などが軸受１０の内部に侵入することを防止する。

図３に示した軸受１０では、外輪１ａ〜１ｃの外周面上に被覆層５が配置されている。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、図３に示した軸受１０の製造方法は、基本的に図２に示した軸受の製造方法と同様である。

（実施の形態３）
図４は、本発明に従った軸受の実施の形態３を示す断面模式図である。図５は、本発明に従った軸受の実施の形態３の変形例を示す断面模式図である。図４および図５を参照して、本発明に従った軸受の実施の形態３を説明する。なお、図４および図５に示した軸受１０は、それぞれ連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての自動調心ころ軸受（スフェリカル軸受）および自動調心輪付円筒ころ軸受である。これらの軸受は、連続鋳造ロールの支持構造に適用される。

図４を参照して、連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての軸受１０は、自動調心ころ軸受であって、転動部材としての環状の２つの外輪１と、内輪２と、複数のころ３ａ、３ｂと、保持器４と、外輪１の外周面上に形成された耐摩耗性被膜としての被覆層５とを備える。内輪２は外輪１の内側に配置され、環状の形状を有する。転動部材としての複数のころ３ａ、３ｂは、外輪１と内輪２との間に配置され、円環状の保持器４に保持される。複列に配置されたころ３ａ、３ｂは樽状の形状を有する。被覆層５は、軸受１０の使用環境が比較的高温であり、また、酸性もしくはアルカリ性の水蒸気が存在する雰囲気であることを考慮して、耐久性の観点からＰＴＦＥ系樹脂により構成した。

外輪１の内周面には外輪転走面１７が形成されており、内輪２の外周面には内輪転走面１８が形成されている。そして、内輪転走面１８が、２つの外輪転走面１７に対向するように、２つの外輪１と１つの内輪２とは配置されている。さらに、複数のころ３ａ、３ｂは、外輪転走面１７のそれぞれに沿って、外輪転走面１７と内輪転走面１８とに接触するように配置される。また、複数のころ３ａ、３ｂは、保持器４に保持されて周方向に所定のピッチで配置されることにより２列の円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、自動調心ころ軸受である軸受１０の外輪１および内輪２は、互いに相対的に回転可能となっている。

また、外輪転走面１７は、軸受中心Ｃ２を中心とする球面となっている。そのため、外輪１および内輪２は、ころ３ａ、３ｂの転走方向に垂直な断面において、軸受中心Ｃ２を中心として角度をなすことができる。その結果、当該軸受１０が適用された連続鋳造ロールの支持構造において、当該支持構造が支持する連続鋳造ロールが鋳造物をガイドすることにより撓んだ場合であっても、当該軸受１０は連続鋳造ロールを安定して回転自在に保持することができる。

そして、外輪１の外周面上に被覆層５が形成されているため、軸受１０を連続鋳造ロールの支持構造を構成するハウジングなどの軸箱９に被覆層５を介して接続固定することができる。したがって、図４に示した軸受１０においても、図１に示した軸受と同様の効果を得ることができる。

次に、図５を参照して、本発明に従った軸受の実施の形態３の変形例を説明する。図５に示した軸受１０は、もう１つの連続鋳造ロール支持用転がり軸受としての自動調心輪付き円筒ころ軸受である。図５に示した軸受１０は、転動部材としての環状の外輪１と、外輪１の内側に配置された環状の内輪２と、複数の円筒ころ３と、自動調心輪３５と、被覆層５とを備える。転動部材としての円筒ころ３は、外輪１と内輪２との間に配置される。円筒ころ３は円筒状の形状を有する。自動調心輪３５は、外輪１の外周側に配置され、その内周面３７が外輪１の外周面３６に接触する。自動調心輪３５は環状の形状を有している。そして、自動調心輪３５の外周面上に被覆層５が形成されている。被覆層５は、図４に示した軸受１０と同様に、耐久性の観点からＰＴＦＥ系樹脂により構成した。

外輪１の内周面には外輪転走面１７が形成されており、内輪２の外周面には内輪転走面１８が形成されている。そして、内輪転走面１８と外輪転走面１７とが対向するように、外輪１と内輪２とは配置されている。さらに、複数の円筒ころ３は、外輪転走面１７と内輪転走面１８とに接触し、周方向に並べて配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、自動調心輪付き円筒ころ軸受である軸受１０の外輪１および内輪２は、互いに相対的に回転可能となっている。

また、外輪１の外周面３６と、自動調心輪３５の内周面３７とは、軸受中心Ｃ３を中心とする球面となっており、互いに摺動可能に構成されている。そのため、外輪１および自動調心輪３５は、円筒ころ３の転走方向に垂直な断面において、軸受中心Ｃ３を中心として角度をなすことができる。その結果、図５に示した軸受１０が適用された連続鋳造ロールの支持構造において、当該支持構造が支持する連続鋳造ロールが鋳造物をガイドすることにより撓んだ場合であっても、当該軸受１０は連続鋳造ロールを安定して回転自在に保持することができる。

そして、外輪１の外周面上（具体的には、外輪１の外周側に位置する自動調心輪３５の外周面上）に被覆層５が形成されているため、軸受１０を連続鋳造ロールの支持構造を構成するハウジングなどの軸箱９に被覆層５を介して接続固定することができる。したがって、図５に示した軸受１０においても、図１に示した軸受と同様の効果を得ることができる。

なお、図４および図５に示した軸受１０は、たとえば連続鋳造用ガイドロールなどの連続鋳造ロールを支持する構造（連続鋳造ロール支持構造）において、たとえば以下のような構成で用いられる。すなわち、連続鋳造ロール支持構造は、円柱状のロール部と、当該ロール部の両端部にそれぞれ位置する固定端ロールネックおよび自由端ロールネックとを備える連続鋳造ロールを支持するものである。なお、自由端ロールネックとは、連続鋳造ロールの熱膨張による軸方向への伸びが吸収される側のロールネックである。

連続鋳造ロール支持構造は、連続鋳造ロールを保持するための一対のスタンドを備える。当該スタンドは、上述した連続鋳造ロールの固定端ロールネックおよび自由端ロールネック下にそれぞれ位置するように配置される。これらのスタンドは、円筒状の貫通穴が形成されたロール保持部を有している。そして、固定端ロールネックおよび自由端ロールネックがロール保持部の貫通穴を貫通するように、連続鋳造ロールおよび一対のスタンドは配置されている。さらに、固定端ロールネックの外周面とロール保持部の貫通穴の内周面との間には、図４に示した自動調心ころ軸受である軸受１０が配置される。また、自由端ロールネックの外周面とロール保持部の貫通穴の内周面との間には、図５に示した自動調心輪付き円筒ころ軸受である軸受１０が配置される。つまり、ロール保持部が上述した軸箱９に対応する。これにより、連続鋳造ロールは、スタンドに対して軸まわりに回転自在に保持され、連続鋳造される鋳造物をガイドすることができる。

なお、上述した実施の形態１〜３において、外輪１または自動調心輪３５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。

また、上述した実施の形態１〜３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外輪１または自動調心輪３５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り返すことにより、外輪１または自動調心輪３５の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、外輪１や自動調心輪３５と接触する層には外輪１などの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、その表面性状や外輪１または自動調心輪３５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。

この発明は、軸箱などの部材に固定されて用いられる軸受に用いることができ、特に、軸受の外周部（外輪や外輪の外周に設置された部材）を軸箱などに固定するような形態で使用される軸受に有利に適用される。

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。 本発明に従った軸受の実施の形態３を示す断面模式図である。 本発明に従った軸受の実施の形態３の変形例を示す断面模式図である。

符号の説明

１，１ａ〜１ｃ 外輪、２，２ａ，２ｂ 内輪、３，３ａ〜３ｄ ころ、４，４ａ〜４ｄ 保持器、５ 被覆層、９ 軸箱、１０ 軸受、１１ａ，１１ｂ 外輪間座、１７ 外輪転走面、１８ 内輪転走面、２０ ロールネック、２１ 孔、２５ 溝、３０ 密封装置、３５ 自動調心輪、３６ 外周面、３７ 内周面。

Claims (2)

1. 外輪と、
   前記外輪の内周側に配置される内輪と、
   前記外輪と前記内輪との間に配置される複数の転動体と、
   前記外輪の外周面上に形成された耐摩耗性被膜とを備える、軸受。
2. 前記耐摩耗性被膜が熱可塑性の高分子化合物からなる、請求項１に記載の軸受。

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