JP2013068324A

JP2013068324A - ころ軸受シール

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Publication number: JP2013068324A
Application number: JP2012207178A
Authority: JP
Inventors: Mark W Fetty; マーク、ダブリュ．フェッティー; Michael A Mason; マイケル、エイ．メイソン; Paul A Hubbard; ポール、エイ．ハバード
Original assignee: Amsted Rail Co Inc
Current assignee: Amsted Rail Co Inc
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: AU2012204102B2; CN103016515A; EP2573413A1; JP5539471B2; BR102012020876A2; RU2522196C2; AU2012204102A1; ZA201205179B; UA105088C2; US8360651B1; CA2785005C; MX2012008881A; EP2573413B1; RU2012139656A; CA2785005A1; BR102012020876B1; CN103016515B

Abstract

【課題】シール部、ステータ、ロータおよびスリンガの間で、潤滑材を保持すると共に汚染物質を入らせないようにするシール構造の提供。
【解決手段】軸受組立体１０は、車軸のジャーナル部分の周りに嵌め合わされた内側レースウェイを含むころ軸受を有している。外側レースウェイ３２は、内側レースウェイと組み合わされて、ころ要素を受け入れている。バックリング６６はシャフトのフィレット２２の中心に置かれる。環状の摩耗リングは、インナレースとバックリング６６との間に位置付けられる。改良された潤滑材シール構造は、摩耗リングと外側レースウェイ３２との間に設けられており、ロータと、シールと、スリンガと、ある実施形態ではステータと、を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シールされたシャフトジャーナル軸受に関し、とりわけ、改良された円錐ころ軸受組立体のシール構造に関する。

自己内蔵型で予め潤滑された組立体パッケージに予め組み立てられた２列の円錐ころ軸受を、車軸またはシャフトの端部におけるジャーナルに組み込んだころ軸受組立体が、知られている。このような軸受組立体は、車両の車軸の端部におけるジャーナルに組み立てられた軌道車両の軸受として使用されている。このタイプの軸受は、典型的には、共通の軸受カップの各端部に嵌め合わされた２列の円錐ころ軸受を使用している。それぞれの軸受コーンは、シャフトジャーナルと締り嵌めを提供するように寸法付けられた内径を有している。コーンの間に位置付けられた円筒状のスリーブまたはスペーサは、ジャーナル上に正確なスペースと適切な横方向隙間を提供する。軸受カップの各端部内に取り付けられたシールは、組立体の各端部におけるそれぞれの軸受コーンの外側端部または背面に対して摩耗リングとのシール接触を提供している。このようなシールは、特許文献１および２に示されている。

典型的な軌道車両の設備において、車軸ジャーナルは、車両内側端部にフィレットを伴って機械加工されており、フィレットの輪郭に相補的な表面と、内側摩耗リングの車両内側端部に係合するための当接表面と、を有するバックリングは、ジャーナル上に軸受組立体を正確に位置付けている。車軸の端部における穴に、ねじが形成されたボルトによって車軸の端部に取り付けられた端部キャップは、車両外側の摩耗リングに係合し、車軸の端部において組立体全体をクランプする。摩耗リングは、典型的に、ジャーナルに対して、その長さの少なくとも一部分にわたって締り嵌めを提供するように寸法付けられた内径を有しており、組立体の全体がジャーナルシャフトの端部に単一ユニットとして圧入されている。

米国特許第５，９７５，５３３号明細書米国特許第７，６０７，８３６号明細書

本発明の軸受組立体は、車軸またはシャフトのジャーナル部分の周りに嵌め合わされたインナレースまたはコーンを含むころ軸受である。インナレースは、外側に向けられたレースウェイを含んでいる。アウタレースまたはカップは、内側に向けられたレースウェイを有している。ころ要素は、内側レースウェイと外側レースウェイとの間に位置付けられて内側レースウェイおよび外側レースウェイに接触している。

バックリングは、シャフトに形成されたフィレットの輪郭表面に相補的に係合する輪郭表面を有している。フィレットは、ジャーナルからシャフトの肩部につながっている。輪郭表面は、シャフトに沿った軸方向移動に対してバックリングを固定するように協働する。

軸受組立体は、シール組立体内に保持される潤滑材のため、かつ、汚染物質を入らせないための障壁を提供するシール組立体を含んでいる。シール組立体は、シール部自体に隣接したステータと、摩耗リングに隣接したロータと、を含んでいる。また、摩耗リングに隣接した部分を有するスリンガが設けられている。シール部、ステータ、ロータおよびスリンガの間の相互関係は、シール組立体内に潤滑材を保持すると共に汚染物質を入らせないように作用する。

図１は、シャフトジャーナルに取り付けられた、本発明の実施の形態による円錐ころ軸受組立体の断面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態による円錐ころ軸受シール組立体の断面の詳細部分図である。図３は、本発明の第２の実施の形態による円錐ころ軸受組立体の部分断面の詳細図である。図４は、本発明の第３の実施の形態による円錐ころ軸受組立体の部分断面の詳細図である。

図１に示されているように、図１において参照符号１０によって概略的に示されている軸受組立体は、シャフトまたは車軸１４、典型的には軌道車両の車軸の自由端である片持ち端部でジャーナル１２に取り付けられている。ジャーナル１２は、極めて精密に機械加工され、車軸１４の円筒肩部１８につながる輪郭フィレット（contoured fillet）２２に内側端部で終端している。車軸の自由端部において、ジャーナル部分１２は、ジャーナルへの軸受組立体の挿入を容易にするために寸法付けられたわずかに円錐状のまたは傾斜したガイド部分２４に終端している。車軸の端部に、キャップねじまたはボルト２８を受け入れるための複数のねじ穴２６が形成されている。キャップねじまたはボルト２８は、シャフトの端部に軸受保持キャップ３０を取り付けて、以下に詳細に述べる位置で軸受をクランプするようになっている。

軸受組立体１０は、キャップ３０およびボルト２８によってジャーナル１２に取り付けられてクランプされる前に、予め組み立てられる。軸受組立体は、単一の軸受カップまたは外側レースウェイ３２を含んでいる。軸受カップまたは外側レースウェイ３２は、その各々の端部に隣接して形成された一対のレースウェイ３４、３６を有している。一対のレースウェイ３４、３６は、一対の軸受コーン３８、４０とそれぞれ協働し、これらの間で、２列の円錐ころ４２、４４を支持している。コーン３８、４０の間に、中央スペーサ４６が位置付けられており、互いに対して精度良く離間した位置でコーンを維持し、適切な軸受横方向隙間を可能にしている。

軸受カップ３２において、レースウェイ３４、３６の両外側端部に円筒状のザグリ穴１７、１９が設けられている。また、カップ３２内の円筒状のザグリ穴１７、１９の各々に一対のシール部５２、５８が圧入されている。各シール部５２、５８は、一対のシール摩耗リング６０、６２の表面３７、６１と接触してシールを形成する弾性シール要素を含んでいる。シール摩耗リング６０、６２は、軸受コーン３８、４０の外側に向けられた端部に係合する内側に向けられた端部をそれぞれ有している。シール部５８は、シール部５２と同様であり、詳細には述べない。摩耗リング６０の他端部は、環状バックリング６６の軸方向外側に向けられた端部における円筒状のザグリ穴６４内に受け入れられている。環状バックリング６６は、その他端部に設けられたザグリ穴６８であって、シャフト１４の円筒状の肩部１８に締り関係（interference relation）で受け入れられるように寸法付けられたザグリ穴６８を有している。ザグリ穴６４と摩耗リング６０の外側直径部は、締り嵌めを提供するように寸法付けられている。これにより、軸受がシャフトに取り付けられる場合、摩耗リング６０は、フィレット２２の輪郭に相補的に係合する輪郭内側表面７０を提供するために精度良く機械加工されたバックリング６６に圧入されている。摩耗リング６２の外側に向けられた端部は、保持キャップ３０におけるザグリ穴３１を支えている。

図２に、軸受組立体１０のシール組立部分の詳細図が示されている。シール部５２は、略円筒の部品であるように示されており、カップ３２における相補的なザグリ穴１７に圧入または嵌入される比較的大きな直径の第１端部４８を有している。シール部５２は、第１端部４８に平行に延びる中間部５３と、中間部５３から第１端部４８に平行に延びる第２端部５４と、を含んでいる。中間部５３の部分５５は、中間部５３に垂直になっている。

ロータ８１は、略円筒の部品であるように示されており、比較的大きな直径の外側部８２を有している。外側部８２から、これに略垂直に、中間部８３が延びている。中間部８３は、軸受コーン３８の相補的に平坦な表面９４に対してぴったりと合わされた略平坦な外側部９３を含んでいる。中間部８３から、これに略垂直に、ロータ８１の内側部８４が延びている。ロータ８１の内側部８４は、摩耗リング６０の外側表面３７に対してぴったりと合わされた外側表面９５を有している。スリンガ（slinger）１１２は、通常鋼鉄またはポリマープラスチックからなる略円筒の構成体である。スリンガ１１２は、第１端部１１４と、第１端部１１４に垂直な中間部１１６と、中間部１１６に垂直な第２端部１１８と、を含んでいる。第１端部１１４は、第２端部１１８より大きな直径になっている。第１端部１１４は、シール５２の中間部５３に隣接して半径方向外側に位置付けられている。中間部１１６は、シール部分５５に隣接して半径方向内側に位置付けられている。第２端部１１８は、摩耗リング６０の外側表面３７に隣接し、かつ当接する外側表面を含んでいる。

ロータの内側部８４の外側表面９５は、摩耗リング６０の外側表面３７に、溶接され、接着され、または締り嵌めで嵌め合わされている。摩耗リング６０の外側表面３７に付着するために、ロータ８１の内側部８４に、ベッドまたはリブ９７または他の付着媒体が位置付けられ得る。摩耗リング６０の外側表面３７における面取部９８が、外側表面３７に関してベッドまたはリブ９７を補助している。シール部５２、スリンガ１１２、ロータ８１の組み合わせおよび構造が、シール組立体内の潤滑材の保持に役立つ。ロータ８１、内側部８４および外側部８２がシールの第２段部５４の周りで回転するため、シール組立体内から抜け出すために必要とされる潤滑材の経路が歪曲している。好ましくは、シールの第２端部５４は、ロータの外側部８２と内側部８４とによって形成された溝内のほぼ中間まで最小値で延びているが、このような延びは２５％から７５％、あるいはそれ以上とすることができる。シール５２自体は、ロータ８１、ステータ４７およびスリンガ１１２と同様に、通常適切な鋼鉄からなっていると理解されるべきである。しかしながら、例えばポリエステルまたは複合材料などの加工されたプラスチックポリマーまたは熱可塑性物質からなるシール５２、ロータ８１、ステータ４７、およびスリンガ１１２の１つ以上を有することは、本発明の範囲内である。

図３に、軸受組立体１１０のシール組立体部分の第２の実施の形態の詳細図が示されている。シール部１５２は、略円筒の部品であるように示されており、カップ１３２における相補的なザグリ穴１１７に圧入または嵌入された第１端部１４８を有している。シール部１５２は、第１端部１４８に垂直に延びる中間部１５３を含んでいる。第２端部１５５は、第１端部１４８より小さい直径を有し、これと平行になっている。

ステータ１４７は、略円筒の部品であり、シール部１５２の第２端部１５５の内側表面１５７に隣接して付着された外側表面１５９を有する第１端部１４９を有している。また、ステータ１４７は、第１端部１４９に垂直な中間部１６１と、中間部１６１に垂直な第２端部１５１と、を含んでいる。

ロータ１８１は、略円筒の部品であるように示されており、比較的大きな直径の外側部１８２を有している。外側部１８２から、これに略垂直に、中間部１８３が延びている。中間部１８３は、軸受コーン１３８の相補的な平坦表面１９４に対してぴったりと合わされた略平坦な外側部１９３を含んでいる。中間部１８３から、これに略垂直に、ロータ１８１の内側部１８４が延びている。ロータ１８１の内側部１８４は、摩耗リング１６０の外側表面１３７に対してぴったりと合わされた外側表面１９５を有している。

ロータ１８１の外側表面１９５は、摩耗リング１６０の外側表面１３７に、溶接され、接着され、または締り嵌めで嵌め合わされている。摩耗リング１６０の外側表面１３７に付着するために、ロータ１８１の中間部１８３とロータ１８１の内側部１８４の外側表面１９５との間の角部に、ベッドまたはリブ１９７または他の付着媒体が位置付けられ得る。摩耗リング１６０の外側表面１３７における面取部１９８が、外側表面１３７に関してベッドまたはリブ１９７を補助している。

スリンガ２１２は、通常鋼鉄またはポリマープラスチックからなる略円筒の構成体である。スリンガ２１２は、第１端部２１４と、第１端部２１４に垂直な中間部２１６と、中間部２１６に垂直な第２端部１２８と、を含んでいる。第１端部２１４は、第２端部２１８より大きな直径になっており、シール１５２の第２端部１５５に隣接して半径方向外側に位置付けられている。中間部２１６は、ステータの中間部１６１に隣接して半径方向内側に位置付けられている。第２端部２１８は、摩耗リング１６０の外側表面１３７に隣接し、かつ当接する外側表面を含んでいる。

シール部１５２、ステータ部１４７、スリンガ２１２およびロータ１８１の組み合わせおよび構造が、シール組立体内の潤滑材の保持に役立つ。ロータ１８１の内側部１８４および外側部１８２がステータ１４７の第２端部１５１の周りで回転するため、シール組立体内から抜け出すために必要とされる潤滑材の経路が歪曲している。好ましくは、ステータ１４７の第２端部１５１は、ロータの外側部１８２と内側部１８４とによって形成された溝内のほぼ中間まで延びているが、このような延びは、２５％から７５％、あるいはそれ以上とすることができる。シールケース１５２自体は、ロータ１８１、ステータ１４７およびスリンガ２１２と同様に、通常適切な鋼鉄からなっていると理解されるべきである。しかしながら、例えばポリエステルまたは複合材料などの加工された熱可塑性物質からなるシール部１５２、ロータ１８１、ステータ１４７およびスリンガ２１２のうちの１つ以上を有することは、本発明の範囲内である。

図４に、軸受組立体２１０のシール組立体部分の第３の実施の形態の詳細図が示されている。シール部３５２は、略円筒の部品であるように示されており、カップ３３２における相補的なザグリ穴３１７に圧入または嵌入された第１端部３４８を有している。シール部３５２は、第１端部３４８に垂直に延びる中間部３５５を含んでいる。第２端部３５３は、第１端部３４８より小さい直径を有し、これと平行になっている。

ステータ３４７は、略円筒の部品であり、シール３５２の第２端部３５３の内側表面３５７に隣接して付着された外側表面３５９を有する第１端部３４９を有している。ステータ３４７は、第１端部３４９から延びる中間部３６１と、中間部３６１からの延びる第２端部３５１と、を含んでいる。

ロータ３８１は、略円筒の部品であるように示されており、比較的大きな直径の外側部３８２を有している。外側部３８２から、これに略垂直に、中間部３８３が延びている。中間部３８３は、軸受コーン３３８の相補的な平坦表面３４９に対してぴったりと合わされた略平坦な外側部３９３を含んでいる。中間部３８３から、これに略垂直に、ロータ３８１の内側部３８４が延びている。ロータ３８１の内側部３８４は、摩耗リング３６０の外側表面３３７に対してぴったりと合わされた外側表面３９５を有している。

ロータ３８１の外側表面３９５は、摩耗リング３６０の外側表面３３７に、溶接され、接着され、または締り嵌めで嵌め合わされている。摩耗リング３６０の外側表面３３７に付着するために、ロータ３８１の中間部３８３とロータ３８１の内側部３８４の外側表面３９５との間の角部に、ベッドまたはリブ３９７または他の付着媒体が位置付けられ得る。摩耗リング３６０の外側表面３３７の面取部３９８が、外側表面３３７に関してベッドまたはリブ３９７を補助している。

スリンガ３１２は、通常鋼鉄またはポリマープラスチックからなる略円筒の構成体である。スリンガ３１２は、第１端部３１４と、第１端部３１４に垂直な中間部３１６と、中間部３１６に垂直な第２端部３１８と、を含んでいる。第１端部３１４は、第２端部３１８より大きな直径になっており、シール３５２の第２端部３５３に隣接して半径方向外側に位置付けられている。中間部３１６は、ステータの中間部３６１に隣接して半径方向内側に位置付けられている。第２端部３１８は、摩耗リング３６０の外側表面３３７に隣接し、かつ当接する外側表面を含んでいる。

シール部３５２、ステータ部３４７、スリンガ３１２およびロータ３８１の組み合わせおよび構造が、シール組立体内の潤滑材の保持に役立つ。ロータ３８１、内側部３８４および外側部３８２がステータ３４７の第２端部３５１の周りで回転するため、シール組立体内から抜け出すために必要とされる潤滑材の経路が歪曲している。好ましくは、ステータ３４７の第２端部３３１は、ロータの外側部３８２と内側部３８４とによって形成された溝内のほぼ中間まで延びているが、このような延びは、２５％から７５％、あるいはそれ以上とすることができる。シールケース３５２自体は、ロータ３８１、ステータ３４７およびスリンガ３１２と同様に、通常適切な鋼鉄からなっていると理解されるべきである。しかしながら、例えば、ポリエステルまたは熱可塑性物質からなるシール部３５２、ロータ３８１、ステータ３４７およびスリンガ３１２のうちの１つ以上を有することは、本発明の範囲内である。

ロータの内側部８４の外側表面９５は、摩耗リング６０の外側表面３７に、溶接され、接着され、または締り嵌めで嵌め合わされている。摩耗リング６０の外側表面３７に付着するために、ロータ８１の内側部８４に、ベッドまたはリブ９７または他の付着媒体が位置付けられ得る。摩耗リング６０の外側表面３７における面取部９８が、外側表面３７に関してベッドまたはリブ９７を補助している。シール部５２、スリンガ１１２、ロータ８１の組み合わせおよび構造が、シール組立体内の潤滑材の保持に役立つ。ロータ８１、内側部８４および外側部８２がシールの第２段部５４の周りで回転するため、シール組立体内から抜け出すために必要とされる潤滑材の経路が歪曲している。好ましくは、シールの第２端部５４は、ロータの外側部８２と内側部８４とによって形成された溝内のほぼ中間まで最小値で延びているが、このような延びは２５％から７５％、あるいはそれ以上とすることができる。シール５２自体は、ロータ８１、ステータ４７およびスリンガ１１２と同様に、通常適切な鋼鉄からなっていると理解されるべきである。しかしながら、例えばポリエステルまたは複合材料などの加工されたプラスチックポリマーまたは熱可塑性物質からなるシール５２、ロータ８１、およびスリンガ１１２の１つ以上を有することは、本発明の範囲内である。

スリンガ３１２は、通常鋼鉄またはポリマープラスチックからなる略円筒の構成体である。スリンガ３１２は、第１端部３１４と、第１端部３１４に垂直な中間部３１６と、中間部３１６に垂直な第２端部３１８と、を含んでいる。第１端部３１４は、第２端部３１８より大きな直径になっており、シール３５２の中間部３５５に隣接して半径方向外側に位置付けられている。中間部３１６は、シール３５２の第２端部３５３に隣接して横方向内側に位置付けられている。第２端部３１８は、摩耗リング３６０の外側表面３３７に隣接し、かつ当接する外側表面を含んでいる。

Claims

外側に向けられたレースウェイと、略平坦な半径方向外側面と、を有するコーンと、
内側に向けられたレースウェイと、内側に向く円筒状のザグリ穴と、を有するカップと、
前記コーンに隣接した摩耗リングであって、円筒状の外側表面を有する摩耗リングと、
略円筒構造を有するシールであって、前記カップの前記内側に向く円筒状のザグリ穴に受け入れられた第１端部と、中間部と、第２端部と、を有するシールと、
略円筒形状のロータ要素であって、外側部と、中間部と、前記摩耗リングの前記円筒状の外側表面に隣接した外側表面を含む内側部と、を有するロータ要素と、
略円筒形状のスリンガ要素であって、外側部と、中間部と、内側部と、を有するスリンガ要素と、を備え、
前記スリンガ要素の前記内側部は、前記摩耗リングの前記円筒状の外側表面に隣接した外側表面を含み、
前記スリンガ要素の前記外側部は、前記シールの前記中間部の半径方向外側に隣接して位置付けられ、前記シールの前記第２端部は、前記ロータ要素の前記外側部と前記内側部との間に延びていることを特徴とするころ軸受組立体。
前記ロータ要素の前記中間部は、前記ロータの前記外側部および前記ロータの前記中間部に略垂直であって、溝形状構成体を形成し、前記シールの前記第２端部は、前記溝形状構成体内に延びていることを特徴とする請求項１に記載のころ軸受組立体。
前記スリンガ要素の前記中間部は、前記シールの前記中間部に隣接して延びていることを特徴とする請求項１に記載のころ軸受組立体。
外側に向けられたレースウェイを含む軸受コーンと、
前記軸受コーンの前記レースウェイに対して半径方向外側に離間して位置付けられた傾斜して内側に向けられたレースウェイを含む軸受カップであって、前記内側レースウェイと前記外側レースウェイとの間に位置付けられた要素を転動させ、内側に向く円筒状のザグリ穴を有する軸受カップと、
円筒状の外側表面を有する摩耗リングと、
前記軸受カップの前記円筒状のザグリ穴内に締り関係で受け入れられた第１端部と、第２端部と、を有するシールと、
略円筒形状のロータ要素であって、外側部と、中間部と、内側部と、を有するロータ要素と、
略円筒形状のステータ要素であって、外側部と、中間部と、内側部と、を有するステータ要素と、
略円筒形状のスリンガ要素と、を備え、
前記ステータ要素の前記外側部は、前記シールの前記第２端部に隣接した外側表面を有し、
前記ステータ要素の前記内側部は、前記ロータ要素の前記外側部と前記内側部との間に延び、
前記スリンガ要素は、外側部と、内側部と、を有し、前記スリンガ要素の前記内側部は、前記摩耗リングの前記円筒状の外側表面に隣接した外側表面を含み、前記スリンガ要素の前記外側部は、前記シールの前記第２端部の半径方向外側に隣接して位置付けられていることを特徴とする軸受組立体。
前記ロータ要素の前記中間部は、前記ロータの前記外側部および前記ロータの前記内側部に略垂直であって、溝形状構成体を形成し、前記ステータ要素の前記第２端部は、前記溝形状構造体内に延びていることを特徴とする請求項４に記載のころ軸受組立体。
前記スリンガの前記中間部は、前記ステータ要素の前記中間部に隣接して延びていることを特徴とする請求項４に記載のころ軸受組立体。
外側に向けられたレースウェイを有するコーンと、
内側に向けられたレースウェイと、略平坦な半径方向外側面と、内側に向く円筒状のザグリ穴と、を有するカップと、
前記コーンに隣接した摩耗リングであって、円筒状の外側表面を有する摩耗リングと、
略円筒構造を有するシールであって、前記カップの前記内側に向く円筒状のザグリ穴に受け入れられた第１端部と、中間部と、第２端部と、を有するシールと、
略円筒形状のロータであって、外側部と、中間部と、前記摩耗リングの前記円筒状外側表面に隣接した外側表面を含む内側部と、を有するロータと、
略円筒形状のステータであって、前記シールの前記中間部に隣接した第１端部と、前記ロータの前記外側部と前記内側部との間に延びる第２端部と、を有するステータと、
略円筒形状のスリンガであって、前記摩耗リングの前記円筒状外側表面に隣接した外側表面を含む内側部を有するスリンガと、を備えたことを特徴とするころ軸受組立体。
前記ロータ要素の前記中間部は、前記ロータの前記外側部および前記ロータの前記内側部に略垂直であって、溝形状構成体を形成し、前記ロータ要素の前記中間部は、前記コーンの前記略平坦な半径方向外側面に当接する略平坦な外側表面を有していることを特徴とする請求項７に記載のころ軸受組立体。
前記スリンガは、中間部と、第２端部と、を有し、
前記第２端部は、前記シールの前記中間部に隣接していることを特徴とする請求項７に記載のころ軸受組立体。
略平坦な横側表面を有する略円筒構造のバックリングを更に備え、
前記スリンガは、前記バックリングの前記横側表面に隣接した中間部を有していることを特徴とする請求項７に記載のころ軸受組立体。
前記ロータは、ポリマー材料からなることを特徴とする請求項７に記載のころ軸受組立体。
前記スリンガは、鋼鉄材料またはポリマープラスチック材料からなることを特徴とする請求項７に記載のころ軸受組立体。
前記ステータは、ポリマープラスチック材料からなることを特徴とする請求項７に記載のころ軸受組立体。