JP2009174685A

JP2009174685A - 密封軸受

Info

Publication number: JP2009174685A
Application number: JP2008016483A
Authority: JP
Inventors: Taisuke Maruyama; 泰右丸山
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2009-08-06

Abstract

【課題】揺動運動を行う部品を支持する目的で使用されても、外部への潤滑剤の漏出が効果的に抑制され、トルクの増大が生じ難い密封軸受を提供する。
【解決手段】内輪３の外周面の幅方向両端部が、軌道面３１の両側より小径に形成され、この部分３ａが、シールド９の内周部９ｃが対向する対向面となっている。この対向面３ａに対して、フッ素系樹脂、フッ素系溶剤、および平均粒径が５〜２０ｎｍである疎水性シリカ微粒子を含有し、フッ素系樹脂の濃度が０．１質量％以上２．０質量％以下である撥油コーティング溶液で撥油処理する。
【選択図】図１

Description

本発明は密封軸受に関する。

ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の駆動装置や、自動車や、各種動力装置の回転軸を支持するための転がり軸受としては、軸受内部に潤滑剤を封入するために、シールドやシール等の密封板を備えた密封軸受を用いることが知られている。
密封軸受では、軸受内部に封入する潤滑剤が密封板と軌道輪との間から軸受外部に漏出すると、軸受外部では漏出した潤滑剤により発塵量が増大するとともに、軸受内部では潤滑不足によりトルクが増大するという問題がある。

そこで、特許文献１及び特許文献２では、密封軸受を構成する部材において、潤滑剤が漏出し易い部分に撥油性を持たせて、潤滑剤をはじくことにより、軸受外部への潤滑剤の漏出を抑える技術が提案されている。
特許文献１では、密封軸受において、シールドの外輪内周面に固定される側の端部（固定端）に弾性部材を設け、シールドの内輪外周面に対向配置される側の端面（自由端の面）と、この端面に対向配置される内輪外周面とのうち少なくとも一方に、撥油膜を形成して、撥油性を持たせることが提案されている。

特許文献２では、密封軸受において、軸受内部を形成する構成部材の表面（例えば、シールドの内周面、内輪の外周面、外輪の内周面）のうち少なくともいずれかに、撥油性を持たせることが提案されている。
また、特許文献３には、固体物品の表面を超撥水処理するために用いるコーティング溶液として、アルコール、テトラアルコキシシラン、平均粒径が５〜２０ｎｍである疎水性シリカ微粒子、および水を含むコーティング溶液が記載されている。
特開平１１−６２９９８号公報特開２００３ー２５４３４２号公報特開２００６ー２３２８７０号公報

特に、ＨＤＤの駆動装置を支持する転がり軸受は、揺動運動のみを行うため、回転運動を行う部品を支持する軸受と比べて潤滑剤が軌道に十分に供給され難く、境界潤滑になり易い。ところが、境界潤滑を避けるために多量の潤滑剤を封入すると、揺動運動の場合には回転運動とは異なり、遠心力等の拘束力が軸受内部の潤滑剤に作用しにくくなるため、軸受内部から潤滑剤が重力に任せて漏出しやすくなるという問題点がある。
よって、揺動運動を行う部品を支持する目的で使用される場合には、上述した特許文献１及び特許文献２に記載された密封軸受では、軸受外部への潤滑剤の漏出と潤滑不足によるトルク増大を抑制できない場合がある。

また、特許文献３に記載されたコーティング溶液は、疎水性シリカ微粒子により形成される凹凸で固体物品の表面に固定されやすくしているが、溶剤の濃度によっては、この凹凸の効果が発揮されずに、コーティングを施した面における潤滑油の接触角が小さくなって、軸受内部から潤滑剤が漏れやすくなる場合がある。
本発明の課題は、揺動運動を行う部品を支持する目的で使用されても、外部への潤滑剤の漏出が効果的に抑制され、トルクの増大が生じ難い密封軸受を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、内輪と外輪の間に配置された密封板を備え、軸受内部に潤滑剤が封入されている密封軸受において、前記密封板の自由端が対向または接触する内輪または外輪の対向面と、前記密封板の自由端とのいずれかまたは両方は、フッ素系樹脂、フッ素系溶剤、および平均粒径が１００ｎｍ以下である疎水性シリカ微粒子を０．１質量％以上２．０質量％以下の濃度で含有し、フッ素系樹脂の濃度が０．１質量％以上２．０質量％以下である撥油コーティング溶液で撥油処理されていることを特徴とする密封軸受を提供する。

本発明の密封軸受によれば、前記密封板の自由端が対向または接触する内輪または外輪の対向面と、前記密封板の自由端とのいずれかまたは両方は、フッ素系樹脂、フッ素系溶剤、および平均粒径が１００ｎｍ以下である疎水性シリカ微粒子を０．１質量％以上２．０質量％以下の濃度で含有し、フッ素系樹脂の濃度が０．１質量％以上２．０質量％以下である撥油コーティング溶液で撥油処理されているため、これ以外の撥油コーティング溶液で撥油処理された場合と比較して、撥油処理された部分の撥油性が高くなる。したがって、本発明の密封軸受が揺動運動を行う部品を支持する目的で使用されても、外部への潤滑剤の漏出が効果的に抑制される。

フッ素系樹脂の濃度が２．０質量％を超えると、コーティング溶液で撥油処理されて生じる被膜が厚くなり、疎水性シリカ微粒子によって形成される凹凸の効果が発揮されずに、コーティングを施した面における潤滑油の接触角が小さくなって、軸受内部から潤滑剤が漏れやすくなる。
本発明の密封軸受では、撥油処理を施した面における潤滑油の接触角が９０°以上であることが好ましい。

本発明における撥油処理方法としては、例えば、前記撥油コーティング溶液をスプレーした後に乾燥させる方法などが挙げられる。
撥油処理をするタイミングは、密封軸受の組み立て前（潤滑剤を封入する前）でもよいし、後（潤滑剤を封入した後）でもよい。
前記密封板の自由端が対向または接触する内輪または外輪の対向面と、前記密封板の自由端との両方に撥油処理をする場合には、両者が接着しないように、コーティング溶液の濃度を薄くして、形成される被膜の厚さを調整する。
撥油コーティング溶液に含まれるフッ素系樹脂としては、パーフルオロアルキルアクリレートが挙げられる。

本発明の密封軸受によれば、揺動運動を行う部品を支持する目的で使用されても、外部への潤滑剤の漏出が効果的に抑制され、トルクの増大が生じ難くなる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
この実施形態では、密封軸受として、図１に示す呼び番号ＳＲ１８１０ＺＺのシールド付きミニチュア玉軸受（内径：７．２３８ｍｍ，外径：１２．７ｍｍ，幅：３．２６７ｍｍ）を作製した。
この玉軸受は、外輪１、内輪３、玉（転動体）５、保持器７、シールド（密封板）９からなり、外輪１に、シールド９の外縁部を固定する凹部１ａが形成されている。また、内輪３の外周面の幅方向両端部が、軌道面３１の両側より小径に形成されている。この部分３ａが、シールド９の内周部（自由端）９ｃが対向する対向面となっている。

サンプルNo. １は、外輪１の凹部１ａと、内輪３の外周面の幅方向両端部（シールド対向面）３ａと、シールド９の内周部９ｃが、コーティング溶液Ａで撥油処理されている。コーティング溶液Ａは、（株）ＮＩマテリアル製のフッ素コーティング剤「ＩＮＴ−３３２」を用いてフッ素樹脂濃度が０．１質量％となるようにした後、日本アエロジル（株）製の平均粒径が１２ｎｍである疎水性シリカ微粒子「アエロジルＲＹ２００」を０．３質量％となるように添加したものである。

サンプルNo. １の玉軸受の組み立て方は、先ず、外輪１と内輪３の間に、玉５を保持器７に保持させながら組み込む。次に、外輪１の凹部１ａと、内輪３のシールド対向面３ａと、シールド９の内周部９ｃに、前記コーティング溶液をスプレー法で塗布して乾燥させる。次に、一方のシールド９を外輪１と内輪３の間に配置して、その外周部（固定端）を溝１ａに嵌め入れる。次に、シールド９を取り付けた側を下にして、玉軸受を軸方向端面が水平となるように置き、シリンジで潤滑油としてポリαオレイン油（４０℃での動粘度が４８ｍｍ²／ｓ）を軸受内部に、軸受空間容積の１５％となる量（約１２．７ｍｇ）だけ注入する。最後に、上側のシールド９を取り付けてから、外輪１を内輪３に対して軽く回転させる。

サンプルNo. ２は、外輪１の凹部１ａと、内輪３の外周面の幅方向両端部（シールド対向面）３ａと、シールド９の内周部９ｃが、コーティング溶液Ｂで撥油処理されている。コーティング溶液Ｂは、（株）ＮＩマテリアル製のフッ素コーティング剤「ＩＮＴ−３３２」を用いてフッ素樹脂濃度が１．０質量％となるようにした後、日本アエロジル（株）製の平均粒径が１２ｎｍである疎水性シリカ微粒子「エアロジルＲＹ２００」を０．３質量％となるように添加したものである。

サンプルNo. ２の玉軸受の組み立ては、コーティング溶液Ａに代えてコーティング溶液Ｂを用いた以外は、サンプルNo. １と同様にして行った。
サンプルNo. ３は、外輪１の凹部１ａと、内輪３の外周面の幅方向両端部（シールド対向面）３ａと、シールド９の内周部９ｃが、コーティング溶液Ｃで撥油処理されている。コーティング溶液Ｃは、（株）ＮＩマテリアル製のフッ素コーティング剤「ＩＮＴ−３３２」を用いてフッ素樹脂濃度が２．０質量％となるようにした後、日本アエロジル（株）製の平均粒径が１２ｎｍである疎水性シリカ微粒子「アエロジルＲＹ２００」を０．３質量％となるように添加したものである。

サンプルNo. ３の玉軸受の組み立ては、コーティング溶液Ａに代えてコーティング溶液Ｃを用いた以外は、サンプルNo. １と同様にして行った。
サンプルNo. ４は、外輪１の凹部１ａと、内輪３の外周面の幅方向両端部（シールド対向面）３ａと、シールド９の内周部９ｃが、コーティング溶液Ｄで撥油処理されている。コーティング溶液Ｄは、（株）ＮＩマテリアル製のフッ素コーティング剤「ＩＮＴ−３３２」を用いてフッ素樹脂濃度が０．１質量％となるようにした後、日本アエロジル（株）製の平均粒径が１２ｎｍである疎水性シリカ微粒子「エアロジルＲＹ２００」を２．０質量％となるように添加したものである。

サンプルNo. ４の玉軸受の組み立ては、コーティング溶液Ａに代えてコーティング溶液Ｄを用いた以外は、サンプルNo. １と同様にして行った。
サンプルNo. ５は、外輪１の凹部１ａと、内輪３の外周面の幅方向両端部（シールド対向面）３ａと、シールド９の内周部９ｃが、コーティング溶液Ｅで撥油処理されている。コーティング溶液Ｅは、（株）ＮＩマテリアル製のフッ素コーティング剤「ＩＮＴ−３３２」を用いてフッ素樹脂濃度が２．０質量％となるようにした後、日本アエロジル（株）製の平均粒径が１２ｎｍである疎水性シリカ微粒子「エアロジルＲＹ２００」を２．０質量％となるように添加したものである。

サンプルNo. ５の玉軸受の組み立ては、コーティング溶液Ａに代えてコーティング溶液Ｅを用いた以外は、サンプルNo. １と同様にして行った。
サンプルNo. ６は、外輪１の凹部１ａと、内輪３の外周面の幅方向両端部（シールド対向面）３ａと、シールド９の内周部９ｃが、コーティング溶液Ｆで撥油処理されている。コーティング溶液Ｆは、（株）ＮＩマテリアル製のフッ素コーティング剤「ＩＮＴ−３３２」を用いてフッ素樹脂濃度が１．０質量％となるようにした後、日本アエロジル（株）製の平均粒径が５０ｎｍである疎水性シリカ微粒子を０．３質量％となるように添加したものである。

サンプルNo. ６の玉軸受の組み立ては、コーティング溶液Ａに代えてコーティング溶液Ｇを用いた以外は、サンプルNo. １と同様にして行った。
サンプルNo. ７は、外輪１の凹部１ａと、内輪３の外周面の幅方向両端部（シールド対向面）３ａと、シールド９の内周部９ｃが、コーティング溶液Ｇで撥油処理されている。コーティング溶液Ｆは、（株）ＮＩマテリアル製のフッ素コーティング剤「ＩＮＴ−３３２」を用いてフッ素樹脂濃度が１．０質量％となるようにした後、日本アエロジル（株）製の平均粒径が１００ｎｍである疎水性シリカ微粒子を０．３質量％となるように添加したものである。

サンプルNo. ７の玉軸受の組み立ては、コーティング溶液Ａに代えてコーティング溶液Ｇを用いた以外は、サンプルNo. １と同様にして行った。
サンプルNo. ８の玉軸受は、外輪１の凹部１ａと、内輪３の外周面の幅方向両端部（シールド対向面）３ａと、シールド９の内周部９ｃのいずれにも、コーティング溶液による撥油処理を行わない以外は、サンプルNo. １と同様にして組み立てた。

サンプルNo. ９は、外輪１の凹部１ａと、内輪３の外周面の幅方向両端部（シールド対向面）３ａと、シールド９の内周部９ｃが、コーティング溶液Ｈで撥油処理されている。コーティング溶液Ｈは、（株）ＮＩマテリアル製のフッ素コーティング剤「ＩＮＴ−３３２」を用いてフッ素樹脂濃度が０．１質量％となるようにしたものであり、疎水性シリカ微粒子を添加していないものである。

サンプルNo. ９の玉軸受の組み立ては、コーティング溶液Ａに代えてコーティング溶液Ｈを用いた以外は、サンプルNo. １と同様にして行った。
サンプルNo. １０は、外輪１の凹部１ａと、内輪３の外周面の幅方向両端部（シールド対向面）３ａと、シールド９の内周部９ｃが、コーティング溶液Ｉで撥油処理されている。コーティング溶液Ｉは、（株）ＮＩマテリアル製のフッ素コーティング剤「ＩＮＴ−３３２」を用いてフッ素樹脂濃度が２．１質量％となるようにした後、日本アエロジル（株）製の平均粒径が１２ｎｍである疎水性シリカ微粒子「アエロジルＲＹ２００」を０．３質量％となるように添加したものである。

サンプルNo. １０の玉軸受の組み立ては、コーティング溶液Ａに代えてコーティング溶液Ｉを用いた以外は、サンプルNo. １と同様にして行った。
サンプルNo. １１は、外輪１の凹部１ａと、内輪３の外周面の幅方向両端部（シールド対向面）３ａと、シールド９の内周部９ｃが、コーティング溶液Ｊで撥油処理されている。コーティング溶液Ｊは、（株）ＮＩマテリアル製のフッ素コーティング剤「ＩＮＴ−３３２」を用いてフッ素樹脂濃度が０．１質量％となるようにした後、日本アエロジル（株）製の平均粒径が１２ｎｍである疎水性シリカ微粒子「アエロジルＲＹ２００」を２．１質量％となるように添加したものである。

サンプルNo. １１の玉軸受の組み立ては、コーティング溶液Ａに代えてコーティング溶液Ｊを用いた以外は、サンプルNo. １と同様にして行った。
サンプルNo. １２は、外輪１の凹部１ａと、内輪３の外周面の幅方向両端部（シールド対向面）３ａと、シールド９の内周部９ｃが、コーティング溶液Ｋで撥油処理されている。コーティング溶液Ｊは、（株）ＮＩマテリアル製のフッ素コーティング剤「ＩＮＴ−３３２」を用いてフッ素樹脂濃度が２．０質量％となるようにした後、日本アエロジル（株）製の平均粒径が１２ｎｍである疎水性シリカ微粒子「アエロジルＲＹ２００」を２．１質量％となるように添加したものである。

サンプルNo. １２の玉軸受の組み立ては、コーティング溶液Ａに代えてコーティング溶液Ｋを用いた以外は、サンプルNo. １と同様にして行った。
サンプルNo. １３は、外輪１の凹部１ａと、内輪３の外周面の幅方向両端部（シールド対向面）３ａと、シールド９の内周部９ｃが、コーティング溶液Ｏで撥油処理されている。コーティング溶液Ｏは、（株）ＮＩマテリアル製のフッ素コーティング剤「ＩＮＴ−３３２」を用いてフッ素樹脂濃度が１．０質量％となるようにした後、日本アエロジル（株）製の平均粒径が１１０ｎｍである疎水性シリカ微粒子を０．３質量％となるように添加したものである。

サンプルNo. １３の玉軸受の組み立ては、コーティング溶液Ａに代えてコーティング溶液Ｏを用いた以外は、サンプルNo. １と同様にして行った。
サンプルNo. １４は、外輪１の凹部１ａと、内輪３の外周面の幅方向両端部（シールド対向面）３ａと、シールド９の内周部９ｃが、コーティング溶液Ｐで撥油処理されている。コーティング溶液Ｐは、（株）ＮＩマテリアル製のフッ素コーティング剤「ＩＮＴ−３３２」を用いてフッ素樹脂濃度が１．０質量％となるようにした後、日本アエロジル（株）製の平均粒径が２００ｎｍである疎水性シリカ微粒子を０．３質量％となるように添加したものである。

サンプルNo. １４の玉軸受の組み立ては、コーティング溶液Ａに代えてコーティング溶液Ｏを用いた以外は、サンプルNo. １と同様にして行った。
このようにして得られたNo. １〜１４の各密封軸受の質量（試験前の質量）を測定した後、軸芯が鉛直方向に向くように金属板の上に配置して回転速度３０００ｍｉｎ^-1で内輪を回転させ、１カ月後に試験後の質量を測定し、試験前後の質量の差（潤滑油の漏出量）を算出した。また、炭素鋼からなる試験片に、各コーティング溶液を塗布して乾燥させた後の塗布面に（No. ８では何も塗布しない試験片に）、前記潤滑油を３μリットル滴下した時の接触角を測定した。これらの結果を下記の表１に示す。

この結果から、コーティング溶液Ａ〜Ｇで撥油処理された本発明の実施例に相当するNo. １〜７の玉軸受は、潤滑油の漏出量が０．０４〜０．０６ｍｇと少なく、撥油処理された試験片での潤滑油の接触角が９０〜１１３°となっていた。
これに対して、コーティング溶液のフッ素樹脂濃度が本発明の範囲（０．１〜２．０質量％）から外れるNo. １０と、撥油処理を行っていないNo. ８と、コーティング溶液にシリカ微粒子が含まれていないNo. ９と、シリカ微粒子の濃度が本発明の範囲（０．１〜２．０質量％）から外れるNo. １１，１２と、シリカ微粒子の平均粒径が本発明の範囲（１００ｎｍ以下）を外れるNo. １３，１４の玉軸受は、潤滑油の漏出量が１．５〜１２．０ｍｇと多く、撥油処理された試験片での潤滑油の接触角が１９〜８９°となっていた。

次に、シリカ微粒子の平均粒径が１２ｎｍで、フッ素樹脂濃度が０．１質量％で、シリカ微粒子の濃度のみが異なるコーティング溶液を用い、前記と同じミニチュア玉軸受にNo. １と同様にしてコーティングを行って組み立てた後、前記と同じ方法で潤滑油の漏出量を測定した。その結果を図２にグラフで示す。このグラフから分かるように、コーティング溶液に含まれるシリカ微粒子の濃度を０．１質量％以上２．０質量％以下の範囲にすることで、潤滑油の漏出量を０．０５ｍｇ以下に抑えることができる。

次に、シリカ微粒子の濃度が０．３質量％で、フッ素樹脂濃度が０．１質量％で、シリカ微粒子の平均粒径のみが異なるコーティング溶液を用い、前記と同じミニチュア玉軸受にNo. １と同様にしてコーティングを行って組み立てた後、前記と同じ方法で潤滑油の漏出量を測定した。その結果を図３にグラフで示す。このグラフから分かるように、コーティング溶液に含まれるシリカ微粒子の平均粒径が１２ｎｍ〜１００ｎｍの場合、潤滑油の漏出量を０．０５ｍｇ以下に抑えることができる。

図１の密封軸受では密封板としてシールド９を用いているが、図４に示すような非接触シール１９や図５に示すような接触シール２９を用いてもよい。
図４の例では、芯金１９ａと合成樹脂製の弾性部材１９ｂとからなる非接触シール１９を用い、非接触シール１９の内周部（自由端）１９ｃには撥油処理をしていない。外輪１の凹部１ｂと内輪３のシールド対向面３ａには撥油処理を行っている。

図５の例では、芯金２９ａと合成樹脂製の弾性部材２９ｂとからなる接触シール２９を用い、接触シール２９のリップ部（自由端）２９ｃには撥油処理をしていない。外輪１の凹部１ｂには撥油処理を行っている。
また、図５の軸受では、内輪３の外周面の幅方向両端部が、軌道面３１の両側より徐々に小さく形成された傾斜部３ｂと、その外側の平坦部３ｃとからなる。この内輪３の傾斜部３ｂが、接触シール２９のリップ部２９ｃが接触する対向面となっている。この傾斜部（対向面）３ｂに撥油処理を行っている。

また、図６に示すように、ハウジング４０と軸５０との間に、軸方向に間隔を開けて２個の軸受４５，４７を配置する場合には、各軸受４５，４７の軸方向外側となる一方にそれぞれシールド９を取り付ける。そして、各軸受４５，４７のシールド９を取り付ける部分を、図１の場合と同様に構成する。
なお、軸受内部に封入する潤滑剤は潤滑油に限定されず、グリースであってもよい。

本発明の実施形態に相当する密封軸受であって、密封板がシールドの例を示す断面図である。実施形態で行った試験の結果であって、コーティング溶液に含まれるシリカ微粒子の濃度と、軸受からの潤滑油の漏出量と、の関係を示すグラフである。実施形態で行った試験の結果であって、コーティング溶液に含まれるシリカ微粒子の平均粒径と、軸受からの潤滑油の漏出量と、の関係を示すグラフである。本発明の実施形態に相当する密封軸受であって、密封板が非接触シールの例を示す断面図である。本発明の実施形態に相当する密封軸受であって、密封板が接触シールの例を示す断面図である。本発明の実施形態に相当する密封軸受であって、ハウジングと軸との間に、軸方向に間隔を開けて２個の軸受を配置する例を示す断面図である。

符号の説明

１外輪
１ａ凹部
３内輪
３ａシールド対向面
３ｂシールド対向面
３１内輪の軌道面
４０ハウジング
５玉（転動体）
５０軸
７保持器
９シールド（密封板）
９ｃシールドの内周部（自由端）
９１非接触シール（密封板）
９１ｃ非接触シールの内周部（自由端）
９２接触シール（密封板）
９２ｃ接触シールのリップ部（自由端）

Claims

内輪と外輪の間に配置された密封板を備え、軸受内部に潤滑剤が封入されている密封軸受において、
前記密封板の自由端が対向または接触する内輪または外輪の対向面と、前記密封板の自由端とのいずれかまたは両方は、フッ素系樹脂、フッ素系溶剤、および平均粒径が１００ｎｍ以下である疎水性シリカ微粒子を０．１質量％以上２．０質量％以下の濃度で含有し、フッ素系樹脂の濃度が０．１質量％以上２．０質量％以下である撥油コーティング溶液で撥油処理されていることを特徴とする密封軸受。
撥油処理を施した面における潤滑油の接触角が９０°以上である請求項１記載の密封軸受。
揺動運動を行う部品を支持する目的で使用される請求項１または２記載の密封軸受。