JP2017048841A - アンギュラ玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】保持器の案内面での潤滑特性に優れ、異音の発生を抑制できるアンギュラ玉軸受を提供する。【解決手段】アンギュラ玉軸受１は、軌道輪である内輪２および外輪３と、この内・外輪間に介在する複数の玉４と、玉４を保持する保持器５とを備え、軸受内空間に潤滑剤が供給または封入され、保持器５は、外輪３に案内され、少なくとも保持器５の外輪案内面５ｄに繊維を植毛してなる植毛部６を有し、この繊維が合成樹脂繊維であり、植毛部６が静電植毛部である。【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械主軸の支持など、高速回転で使用されるアンギュラ玉軸受に関する。

転がり軸受の中でもアンギュラ玉軸受は、ラジアル荷重と比較的大きなアキシアル荷重とからなる合成荷重を受け止めることができることから、工作機械、医療機器、建設機械、農業機械など、重負荷下で、その加重方向がさまざまである環境下でも高速回転することが必要とされる用途に用いられることが多い。工作機械の主軸を支持するアンギュラ玉軸受には、加工能率を上げるために安定して高速回転することが要求され、その潤滑には、潤滑油を外部から供給するオイルミスト潤滑やエアオイル潤滑、軸受内部にグリースを封入するグリース潤滑などが採用されている。

このようなアンギュラ玉軸受の玉を保持する保持器は、軸受外輪に案内される方式のものが多い。この形式では、保持器外径と外輪内径における案内面で大きな摩擦力が発生した場合に、保持器がこの力を受け振動し、異音が生じることがある。案内面での潤滑状態が悪化することで、これが引き起こされると考えられる。

これに対して、特許文献１では、外輪案内保持器を備えたアンギュラ玉軸受において、保持器案内面での潤滑状態を改善するために、保持器の外周面にディンプル加工を施すことが記載されている。特許文献１では、併せて、封入するグリースの増ちょう剤に厳しいせん断に耐えられる脂環式ウレア、芳香族ウレアの少なくとも一方を使用し、基油として低粘度油を使用している。この軸受では、ディンプル状の無数の凹部がグリース溜りとして機能し、これが増ちょう剤の種類および基油の粘度と相まって、高速下でも振動や異音が発生し難いものとなっている。

特開２０１４−１５９８４２号公報

異音の発生を抑制する方法として、保持器の案内面に保持される潤滑剤の量をなるべく多くすることが考えられる。しかし、特許文献１で開示された技術では、ディンプル状の凹部形成による潤滑剤保持量の増大には限りがあり、さらなる改善が必要である。また、特許文献１ではグリース種（増ちょう剤種類・基油粘度）も限定される。多種のサイズや潤滑形式のアンギュラ玉軸受において異音の発生を抑制するためには、潤滑剤種に大きく依存せずに、保持器の案内面での潤滑状態を改善することが求められる。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、保持器の案内面での潤滑特性に優れ、異音の発生を抑制できるアンギュラ玉軸受を提供することを目的とする。

本発明のアンギュラ玉軸受は、軌道輪である内輪および外輪と、この内・外輪間に介在する複数の玉と、この玉を保持する保持器とを備え、軸受内空間に潤滑剤が供給または封入されるアンギュラ玉軸受であって、上記保持器は、上記外輪または上記内輪に案内され、少なくとも該保持器の案内面に繊維を植毛してなる植毛部を有することを特徴とする。ここで、保持器の案内面とは、保持器における案内側軌道輪との接触表面である。特に、上記保持器は上記外輪で案内され、上記植毛部が該保持器の外輪案内面に設けられていることを特徴とする。

上記繊維が合成樹脂繊維であり、上記植毛部が静電植毛部であることを特徴とする。また、上記保持器の幅面まで連続して上記植毛部が設けられていることを特徴とする。

本発明のアンギュラ玉軸受は、軌道輪である内輪および外輪と、この内・外輪間に介在する複数の玉と、この玉を保持する保持器とを備え、軸受内空間に潤滑剤が供給または封入される構成を有し、上記保持器が、外輪または内輪に案内され、少なくとも該保持器の案内面に繊維を植毛してなる植毛部を有するので、潤滑油などが該植毛部に十分に保持され、保持器の案内面での潤滑特性に優れ（摩擦力の低下など）、異音を抑制できる。特に、外輪案内保持器において、該保持器の外輪案内面に上記植毛部が設けられているので、この形式の保持器を用いた従来のアンギュラ玉軸受における異音問題を解消し得る。

また、軌道輪と保持器案内面との隙間（クリアランス）に植毛部を接着固定することで構成される簡易構造であるため、既存の保持器を形状加工（ディンプルなど）することなく、そのまま利用できる。さらに、植毛部にグリースや潤滑油が保持されるため、これらの潤滑剤が直接的なせん断を受けにくく、潤滑剤種に大きく依存せずに、保持器案内面での潤滑状態を改善できる。

また、上記繊維が合成樹脂繊維であり、上記植毛部が静電植毛部であるので、油による膨潤や溶解などが生じにくく化学的に安定であり、かつ、均質で密な植毛部となる。

また、上記保持器の幅面まで連続して上記植毛部が設けられているので、該部分にも潤滑剤が保持され、保持器回転時の遠心力により該幅面から保持器案内面に潤滑油が供給できる。保持器の幅面は、保持器案内面と比較して他部品との干渉がなく、脱落などが発生しにくい。

本発明の一例に係るアンギュラ玉軸受の一部断面図である。 図１におけるアンギュラ玉軸受の一部斜視図である。 本発明の他の例に係るアンギュラ玉軸受の一部断面図である。 本発明の他の例に係るアンギュラ玉軸受の一部断面図である。 図４におけるアンギュラ玉軸受の一部斜視図である。

本発明のアンギュラ玉軸受の一実施例について図１および図２に基づき説明する。図１は、本発明のアンギュラ玉軸受として、植毛部（案内面）を有する樹脂製保持器を組み込んだアンギュラ玉軸受の一部断面図であり、図２はこのアンギュラ玉軸受の一部拡大図である。図１に示す形態のアンギュラ玉軸受１は、内輪２と外輪３との間の軌道空間に複数の玉４が周方向に配列され、内輪２および外輪３と、玉４とが所定の接触角θを有して設けられている。これらの玉４は、保持器５により周方向等間隔に保持されている。このアンギュラ玉軸受１では、シール部材を用いておらず、その潤滑形式は、潤滑油を軸受外部から軸受内部へ常時供給するエアオイル潤滑またはオイルミスト潤滑である。また、シール部材の有無に関わらず、グリースを封入してなるグリース潤滑としてもよい。また、保持器５は、外輪案内方式であり、保持器５の外輪案内面５ｄが外輪３の内径面３ａと接触することで外輪３に案内される。外輪案内面５ｄは、保持器５の外径面５ａの一部（軸方向片側）に設けられている。

この形態のアンギュラ玉軸受１では、保持器５の外輪案内面５ｄに繊維を植毛してなる植毛部６を形成している。図２に示すように、保持器５の外輪案内面５ｄと外輪３の内径面３ａとの間には、一定の隙間（クリアランス）があり、植毛部６はこの隙間に形成されている。外輪案内面５ｄに植毛部６を形成することで、該植毛部には潤滑油が保持され、外輪３と保持器５との摺接による大きな摩擦の発生を防止できる。

本発明では、外輪案内面５ｄに植毛部６を形成することで、保持器の振動による軌道輪面との接触を緩衝できる。上述した保持器の案内面での潤滑特性の改善に加えて、このような作用により、異音の発生を効果的に抑制できる。

植毛部は、少なくとも保持器の案内面に形成してあればよい。すなわち、保持器が外輪案内の場合は外輪案内面に、保持器が内輪案内の場合は内輪案内面に、それぞれ形成してあればよい。また、案内面の全範囲に形成されている必要はなく、保持器の柱部のみ、または、鍔部（リング部）のみなどに限定して形成してもよい。図１および図２に示す形態では、植毛部６は、保持器５の外輪案内面５ｄの全体に形成されている。

本発明のアンギュラ玉軸受の他の実施例について図３に基づき説明する。図３は、本発明のアンギュラ玉軸受として、植毛部（案内面と幅面）を有する樹脂製保持器を組み込んだアンギュラ玉軸受の一部断面図である。図３に示す形態のアンギュラ玉軸受１では、植毛部６を、外輪案内面５ｄに加えて幅面５ｂにも形成している。それ以外の全体構成は、図１に示す形態のアンギュラ玉軸受と同様である。植毛部６が形成された幅面５ｂは、外輪案内面５ｄ側（図中左側）の幅面である。植毛部６は、外輪案内面５ｄからこの幅面５ｂまで連続して形成されている。保持器における幅面は、保持器案内面と比較して他部品との干渉がなく、植毛部の脱落などが発生しにくい。また、この幅面５ｂの植毛部にも潤滑油が保持されているので、保持器回転時の遠心力により該幅面から保持器案内面に該植毛部を伝って潤滑油が供給できる。

本発明のアンギュラ玉軸受の他の実施例について図４および図５に基づき説明する。図４は、本発明のアンギュラ玉軸受として、植毛部（案内面）を有する樹脂製保持器を組み込んだアンギュラ玉軸受（シール部材有り）の一部断面図であり、図５はこのアンギュラ玉軸受の一部拡大図である。図４および図５に示す形態のアンギュラ玉軸受１は、内外輪間の軸方向両端開口部に一対のシール部材７を有し、軸受空間を密封している。この軸受空間内にグリース８が封入されている。保持器５は、外輪案内方式であり、保持器５の外輪案内面５ｄが外輪３の内径面と接触することで外輪３に案内される。外輪案内面５ｄは、保持器５の外径面５ａの一部（軸方向両側端部）に設けられている。それ以外の全体構成は、図１に示す形態のアンギュラ玉軸受と同様である。

この形態のアンギュラ玉軸受１では、保持器５の外輪案内面５ｄに繊維を植毛してなる植毛部６を形成している。図５に示すように、保持器５の外輪案内面５ｄと外輪３の内径面３ａとの間には、一定の隙間（クリアランス）があり、植毛部６はこの隙間に形成されている。外輪案内面５ｄに植毛部６を形成することで、該植毛部にはグリースが保持され、外輪３と保持器５との摺接による大きな摩擦の発生を防止できる。

この形態において、図３の形態と同様に、さらに保持器５の幅面５ｂにも植毛部６を形成してもよい。グリース潤滑の場合、植毛部にグリースが固着して保持され、潤滑寿命の長寿命化が図れる。

その他、図１〜図４に示す形態において、さらに、保持器５の内径面５ｃに植毛部を形成してもよい。案内面でない面に植毛部を形成することで脱落などが発生しにくく、また、保持器に保持される潤滑油やグリースの量が多くなり、転走面などにおける潤滑特性が向上する。

保持器５は、もみ抜き型保持器であり、円環状の保持器本体に転動体である玉を保持するポケット部が周方向に一定間隔で設けられている。本発明では、樹脂製保持器を用いた高速アンギュラ玉軸受での異音を防止することを主な目的としている。樹脂製保持器は、例えば、フェノール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ナイロン６６樹脂、ナイロン４６樹脂などのポリアミド樹脂を樹脂母材とし、炭素繊維、ガラス繊維などの強化繊維と、他の添加剤を配合した樹脂組成物を用いて、射出成形により製造される。特に高温時の弾性率が高く、高速回転に対応し得ることからフェノール樹脂が好ましい。

フェノール樹脂は、フェノール、クレゾール、キシレノール、アルキルフェノール、ハロゲン化フェノール、レゾルシンなどのフェノール類と、ホルムアルデヒドなどのアルデヒド類とを、触媒存在下で反応させて得られる樹脂である。例えば、ノボラック型フェノール樹脂で保持器を製造する場合、このフェノール樹脂粉末に、上述の強化繊維や他の添加剤を加え、さらに、ヘキサメチレンテトラミンなどの硬化剤と、必要に応じて酸化マグネシウムなどの硬化促進剤を配合して均一混合した混合物を加熱溶融して金型に射出することで製造できる。

以上、保持器について樹脂製保持器の場合を説明したが、本発明のアンギュラ玉軸受ではこれに限定されず、金属材料など、任意の材料を採用できる。また、保持器形式についても特に限定されず、案内面に植毛部を形成できる形態であれば、冠形保持器や波型保持器などであってもよい。保持器の材質や形式に応じて、植毛部に使用する後述の短繊維材質や接着剤種などを決定する。

植毛部６は、短繊維を植毛して形成される。植毛方法としては、吹き付けや静電植毛を採用できる。保持器の案内面のような曲面においても、多量の繊維を短時間で密に垂直に植毛できることから、静電植毛を採用することが好ましい。静電植毛方法としては、公知の方法を採用でき、例えば、静電植毛する範囲に接着剤を塗布し、短繊維を帯電させて静電気力により上記接着剤塗布面に略垂直に植毛した後、乾燥工程・仕上げ工程などを行なう方法が挙げられる。

植毛に用いる短繊維としては、植毛用短繊維として使用可能であれば特に限定されず、例えば、（１）ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ナイロンなどのポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンテフタレートなどのポリエステル樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル、ビニロンなどの合成樹脂繊維、（２）カーボン繊維、グラスファイバーなどの無機繊維、（３）レーヨン、アセテートなどの再生繊維や、綿、絹、麻、羊毛などの天然繊維が挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。油による膨潤や溶解などが生じにくく化学的に安定であり、均質な繊維を多量に生産することができ、安価に入手することができるため、上記の中でも合成樹脂繊維を用いることが好ましい。

短繊維の形状としては、軸受機能に悪影響を与えない形状であれば特に限定されない。具体的な形状としては、例えば、長さ０．５〜２．０ｍｍ、太さ０．５〜５０デシテックスのものが好ましく、植毛部の短繊維の密度としては、植毛した面積あたりに繊維の占める割合が１０〜３０％が好ましい。案内面に形成する植毛部の短繊維長さについては、軌道輪と保持器案内面との隙間（クリアランス）以下とする。短繊維の形状としてストレートやベンド（先端部が曲がった形状）があり、断面形状は円形や多角形状がある。ベンド形状ではストレート形状と比較して潤滑剤をより強く保持することができる。多角形状断面の短繊維を利用することで、円形断面の短繊維よりも大きな表面積とすることができ、潤滑剤の表面張力を大きくすることができる。

接着剤としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂などを主成分とする接着剤が挙げられる。例えば、ウレタン樹脂溶剤系接着剤、エポキシ樹脂溶剤系接着剤、酢酸ビニル樹脂溶剤系接着剤、アクリル樹脂系エマルジョン接着剤、アクリル酸エステル−酢酸ビニル共重合体系エマルジョン接着剤、酢酸ビニル系エマルジョン接着剤、ウレタン樹脂系エマルジョン接着剤、エポキシ樹脂系エマルジョン接着剤、ポリエステル系エマルジョン接着剤、エチレン−酢酸ビニル共重合体系接着剤などが挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

本発明のアンギュラ玉軸受は、上述のとおり、潤滑剤（潤滑油またはグリース）で潤滑される。これら潤滑剤は内・外輪間の空間内に供給・封入され、転走面などに介在して潤滑がなされる。

潤滑油としては、通常、アンギュラ玉軸受に用いられるものであれば特に制限なく用いることができる。例えば、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油などの鉱油、ポリブテン油、ポリ−α−オレフィン油、アルキルベンゼン油、アルキルナフタレン油などの炭化水素系合成油、または、天然油脂やポリオールエステル油、リン酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、フッ素油などの非炭化水素系合成油などが挙げられる。これらの潤滑油は、単独で用いられてもよく、２種類以上が併用されてもよい。

潤滑剤としてグリースを使用する場合、グリースを構成する基油としては、上記の潤滑油が挙げられる。また、グリースを構成する増ちょう剤としては、例えば、アルミニウム石けん、リチウム石けん、ナトリウム石けん、複合リチウム石けん、複合カルシウム石けん、複合アルミニウム石けんなどの金属石けん系増ちょう剤、ジウレア化合物（脂肪族、脂環式、芳香族ジウレアなど）、ポリウレア化合物などのウレア系化合物、ＰＴＦＥ樹脂などのフッ素樹脂粉末が挙げられる。これらの増ちょう剤は、単独で用いられてもよく、２種類以上が併用されてもよい。

潤滑剤には必要に応じて公知の添加剤を添加できる。添加剤としては、例えば、有機亜鉛化合物、有機モリブデン化合物などの極圧剤、アミン系、フェノール系、イオウ系化合物などの酸化防止剤、イオウ系、リン系化合物などの摩耗抑制剤、多価アルコールエステルなどの防錆剤、ポリメタクリレート、ポリスチレンなどの粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイトなどの固体潤滑材、エステル、アルコールなどの油性剤などが挙げられる。

高速回転するアンギュラ玉軸受の案内面での潤滑には、これに対応した潤滑剤種（低粘度油、脂環式・芳香族ウレア増ちょう剤など）が使用される。これに対して、本発明のアンギュラ玉軸受では、保持器案内面に植毛部を形成し、該植毛部に潤滑剤を保持させるので、潤滑剤が直接的なせん断を受けにくく、潤滑剤種に大きく依存せずに保持器案内面での潤滑特性を向上できる。特に、この植毛部を設ける構成に加えて、潤滑剤としても公知のアンギュラ玉軸受に好適なものを用いることで、より一層の潤滑特性の向上が図れ、異音の発生を防止できる。

本発明のアンギュラ玉軸受は、軸受形状や潤滑剤として既存のものを用いる場合でも、簡易な手段により、保持器の案内面での潤滑特性に優れ、異音の発生を抑制できるので、種々の用途におけるアンギュラ玉軸受に利用できる。特に、高速回転する工作機械の主軸を支持するアンギュラ玉軸受として好適に利用できる。

１ アンギュラ玉軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 玉
５ 保持器
６ 植毛部
７ シール部材
８ グリース

Claims (5)

1. 軌道輪である内輪および外輪と、この内・外輪間に介在する複数の玉と、この玉を保持する保持器とを備え、軸受内空間に潤滑剤が供給または封入されるアンギュラ玉軸受であって、
   前記保持器は、前記外輪または前記内輪に案内され、少なくとも該保持器の案内面に繊維を植毛してなる植毛部を有することを特徴とするアンギュラ玉軸受。
2. 前記保持器は前記外輪で案内され、前記植毛部が該保持器の外輪案内面に設けられていることを特徴とする請求項１記載のアンギュラ玉軸受。
3. 前記保持器が、合成樹脂からなる樹脂製保持器であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアンギュラ玉軸受。
4. 前記繊維が合成樹脂繊維であり、前記植毛部が静電植毛部であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載のアンギュラ玉軸受。
5. 前記保持器の幅面まで連続して前記植毛部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項記載のアンギュラ玉軸受。

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