JP2017053450A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】転がり軸受の保持器が軽量であって、その被案内面の摺動性が良好でありながら、案内すきまを狂わせるような保持器変形を抑制する。【解決手段】保持器４が、周方向に所定間隔でポケット５に対応の開口６ａが形成された樹脂本体部６と、樹脂本体部６に固着された被覆部７とからなる。被覆部７が、樹脂本体部６に比して小さな吸水率、小さな線膨張率及び高い弾性率の三性質をもっている。保持器の被案内面７ｂが、被覆部７に形成された樹脂表面からなる。【選択図】図１

Description

この発明は、遊星減速機に備わる遊星回転体のような公転部位に好適な転がり軸受に関し、特に、保持器を案内することに関する。

一般に、転がり軸受は、転動体間の周方向間隔を保つための保持器を備える。保持器には、転動体を収めるポケットが周方向に均等間隔で形成されている。保持器の種類としては、鋼板によって形成されたプレス保持器と（例えば、特許文献１）、樹脂によって形成された樹脂保持器とが挙げられる（例えば、特許文献２）。保持器を案内する方式としては、転動体によって保持器を案内する転動体案内方式（例えば、特許文献２）、又は軌道輪（外輪又は内輪）によって保持器を案内する軌道輪案内方式（例えば、特許文献１、３）が採用されている。

特開２００４−２９３７３０号 特開２００５−６９２８２号公報 特開２００８−１９６５８２号公報

しかしながら、公転する部位に使用される場合、保持器や軸受内部の潤滑油には、保持器の軸受中心軸周りの回転による遠心力のほかに、転がり軸受が遊星回転体と一体に公転することによる遠心力も作用する。公転による遠心力は、転がり軸受に負荷域を生じさせると共に、保持器の変形や偏心、軸受内部の潤滑油の偏りを生じさせる原因となる。

例えば、ダンプトラック等では、ホイールリムの内側に終減速装置が配置されている。この終減速装置は、大きな減速比を得るため、一般に、遊星減速機を複数段に組み合わせた構造であり、最終段の遊星減速機からの出力をホイールリムに伝達するようになっている。その遊星減速機に備わる遊星回転体は、リングギア及びサンギア間で自転しながら公転する遊星歯車又は遊星ローラからなり、転がり軸受を介してキャリヤの軸に支持されている（例えば、特許文献３）。

本願発明者らが現行の超大型ダンプの終減速装置における使用環境を調べたところ、転がり軸受の公転直径が５００ｍｍ前後になり、その公転速度が５００ｒｐｍを超え、軸受回転速度が１３００ｒｐｍ程度になり、最大の遠心加速度が約７５Ｇになっていた。このような強い遠心加速度が作用すると、軸受内部の潤滑油が負荷域で希薄になり、負荷域と周方向反対側へ偏る傾向が顕著であった。

プレス保持器は、強い遠心加速度が作用した際の耐変形性に優れるが、転動体又は軌道輪の軸受部品によって案内される被案内面等の金属表面において自己潤滑性に期待できず、負荷域で潤滑油が希薄になる環境での使用に不安がある。

一方、樹脂保持器は、プレス保持器に比して、被案内面の摺動性に優れると共に軽量になるため、強い遠心加速度による軸受部品（保持器に径方向に接触し得る軌道輪又は転動体）への攻撃性が小さく、結果的に軸受損傷に対して有利となるが、遠心加速度が作用した際に変形し易く、被案内面と軸受部品との間の案内すきまを適切な範囲に保つことができない可能性がある。その変形として、例えば、軌道輪案内方式の場合、軌道輪の保持器案内面に保持器の被案内面が押し付けられたことによる楕円変形が挙げられる。また、転動体案内方式の場合、転動体間の公転速度差に伴って保持器に作用する引っ張り力による楕円変形が挙げられる。

また、樹脂保持器の場合、遠心加速度の作用以外にも、温度上昇又は吸水による膨張が生じる。この膨張変形も案内すきまを狂わせる原因になる。

上記の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、転がり軸受の保持器が軽量であって、その被案内面の摺動性が良好でありながら、案内すきまを狂わせるような保持器変形を抑制することにある。

上記の課題を達成するため、この発明は、ポケットが周方向に所定間隔で形成された保持器と、前記保持器を案内する軸受部品とを備える転がり軸受において、前記保持器が、周方向に所定間隔で前記ポケットに対応の開口が形成された樹脂本体部と、前記樹脂本体部に固着された被覆部とからなり、前記被覆部が、前記樹脂本体部に比して小さな吸水率、小さな線膨張率及び高い弾性率の三性質のうち、少なくとも一つの性質をもっており、前記保持器の表面のうち、前記軸受部品によって案内される被案内面が、前記被覆部に形成された樹脂表面からなる構成を採用したものである。

上記構成によれば、周方向に所定間隔でポケットに対応の開口が形成された樹脂本体部の採用により、保持器を軽量にすることができる。その樹脂本体部に固着された被覆部が樹脂本体部に比して小さな吸水率をもっている場合、その被覆部に形成された樹脂表面からなる被案内面において、吸水による膨張変形を抑制することができる。
また、被覆部が樹脂本体部に比して小さな線膨張率をもっている場合、その被覆部に形成された樹脂表面からなる被案内面において、温度上昇による膨張変形を抑制することができる。
また、被覆部が樹脂本体部に比して高い弾性率をもっている場合、その被覆部に形成された樹脂表面からなる被案内面において、遠心加速度や転動体間の公転速度差による変形を抑制することができる。
また、被案内面の摺動性は、被覆部の樹脂表面からなるので、良好である。

このように、この発明は、上記構成の採用により、転がり軸受の保持器が軽量であって、その被案内面の摺動性が良好でありながら、案内すきまを狂わせるような保持器変形を抑制することができる。

この発明の第一実施形態に係る転がり軸受の構成を示す断面図 図１中のＩＩ−ＩＩ線の断面図 この発明の第二実施形態に係る転がり軸受の構成を示す断面図 この発明の第三実施形態に係る転がり軸受の構成を示す断面図 いずれかの実施形態に係る転がり軸受を組み込んだ遊星減速機の構成を示す断面図 図５中のＶＩ−ＶＩ線の断面図

以下、この発明の第一実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１、図２に示すように、第一実施形態に係る転がり軸受は、内輪１と、外輪２と、これら両輪１，２間に介在する複数の転動体３と、これら転動体３を周方向に等配する保持器４とを備える。両輪１，２の中心軸及び保持器４の中心軸は、この転がり軸受の軸受中心軸に一致している。以下、軸受中心軸に沿った方向のことを単に「軸方向」といい、その中心軸に直角な方向のことを単に「径方向」といい、その中心軸周りの円周方向のことを単に「周方向」という。

内輪１は、外周側に軌道面を有する軸受部品になっている。外輪２は、内周側に軌道面を有する軸受部品になっている。

転動体３は、円すいころからなる。

第一実施形態の転がり軸受は、単列円すいころ軸受になっている。内輪１、複数の転動体３及び保持器４によって内輪アセンブリが構成されている。なお、転動体３は、円筒ころ、球面ころにしてもよく、また、玉にしてもよく、複列に配置されてもよい。

保持器４は、かご形保持器になっている。保持器４には、ポケット５が周方向に所定間隔で形成されている。ポケット５は、転動体３を収める空間になっている。

保持器４は、周方向に所定間隔でポケット５に対応の開口６ａが形成された樹脂本体部６と、樹脂本体部６に固着された被覆部７とからなる。

開口６ａは、樹脂本体部６に被覆部７を固着することでポケット５の形状を完成させる前提の形状になっている。

被覆部７は、樹脂本体部６の全面に定着させられた樹脂成形層からなる。

その結果、被覆部７は、樹脂本体部６の周方向全周に亘って固着されている。

また、被覆部７は、樹脂本体部６のうち、開口６ａ，６ａ同士を周方向に分離する各仕切り部分を内包している態様で樹脂本体部６に固着されている。

また、保持器４の表面のうち、転動体３を周方向に受けるポケット内面部７ａは、被覆部７に形成された樹脂表面からなる。

また、保持器４の表面のうち、軸受部品によって案内される被案内面７ｂも、被覆部７に形成された樹脂表面からなる。保持器４を案内する軸受部品は、外輪２からなる。被案内面７ｂは、外輪２に形成された保持器案内面２ａを滑る。

樹脂本体部６は、ポリアミド（ＰＡ）によって形成されている。被覆部７は、エポキシ樹脂によって形成されている。

例えば、ポリアミド（ＰＡ）では、吸水率：２［％］、線膨張係数：２〜７［×１０^−５／℃］、引張弾性率：８０００［ＭＰａ］程度になる。一方、エポキシ樹脂では、吸水率：０．２［％］、線膨張係数：１〜５［×１０^−５／℃］、引張弾性率：２００００［ＭＰａ］程度となる。したがって、エポキシ樹脂で形成された被覆部７は、ポリアミド（ＰＡ）で形成された樹脂本体部６に比して明らかに小さな吸水率及び高い弾性率をもち、同程度の線膨張率をもっている。特に、線膨張係数が２［×１０^−５／℃］未満のエポキシ樹脂の採用により、樹脂本体部６に比して小さな線膨張率をもっている被覆部７となっている。

また、エポキシ樹脂は、ポリアミド（ＰＡ）よりも優れた自己潤滑性をもつ。このため、被覆部７に形成されたエポキシ樹脂表面の摺動性は、樹脂本体部６のポリアミド（ＰＡ）表面よりも優れる。

なお、被覆部７は、樹脂本体部６に比して小さな吸水率、小さな線膨張率及び高い弾性率の三性質のうち、少なくとも一つの性質をもっているように構成すればよい。樹脂本体部６の形成に利用可能な他の樹脂材料としては、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）といったエンジニアリングプラスチックが挙げられる。また、被覆部７の形成に利用可能な樹脂材料としては、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）といったスーパーエンジニアリングプラスチックが挙げられる。例えば、ポリアミドイミドでは、吸水率：０．２［％］、線膨張係数：３［×１０^−５／℃］、引張弾性率：５０００［ＭＰａ］程度となる。したがって、樹脂本体部をポリアミド（ＰＡ）で形成し、被覆部をポリアミドイミド（ＰＡＩ）で形成する場合、樹脂本体部に比して明らかに小さな吸水率をもち、かつ同程度の線膨張率又は高い線膨張率をもっている被覆部を形成することができる。

保持器４は、例えば、樹脂本体部６をキャビティ内に配置し、被覆部７をトランスファ成形することによって製造することができる。

第一実施形態の転がり軸受は、上述のようなものであり、周方向に所定間隔でポケット５に対応の開口６ａが形成された樹脂本体部６で保持器４の大部分を構成しているので、全体を鉄系材料で形成した場合に比して、保持器４を軽量にすることができる。このことは、強い遠心加速度による軸受部品（保持器４に径方向に接触し得る外輪２又は転動体３）への攻撃性が小さく、結果的に軸受損傷に対して有利となる。

また、第一実施形態の転がり軸受は、保持器４が樹脂本体部６と、樹脂本体部６に固着された被覆部７とからなり、被覆部７が樹脂本体部６に比して小さな吸水率をもっており、保持器４の表面のうち、軸受部品（外輪２）によって案内される被案内面７ｂが被覆部７に形成された樹脂表面からなるので、保持器全体を樹脂本体部６と同じ樹脂材料で形成した場合に比して、吸水による被案内面７ｂの膨張変形を抑制することができる。すなわち、被案内面７ｂと保持器案内面２ａ間の案内すきま減少によって当該両面７ｂ，２ａの滑り接触域での回転トルク増大及び発熱量の増加を防止することができる。

さらに、第一実施形態の転がり軸受は、被覆部７が樹脂本体部６に比して小さな線膨張率をもっており、被案内面７ｂが被覆部７に形成された樹脂表面からなるので、保持器全体を樹脂本体部６と同じ樹脂材料で形成した場合に比して、温度上昇による被案内面７ｂの膨張変形を抑制することができる。このことも、案内すきま減少による回転トルク増大及び発熱量の増加を防止することに有効である。

さらに、第一実施形態の転がり軸受は、被覆部７が樹脂本体部６に比して高い弾性率をもっており、被案内面７ｂが被覆部７に形成された樹脂表面からなるので、保持器全体を樹脂本体部６と同じ樹脂材料で形成した場合に比して、遠心加速度や転動体間の公転速度差による保持器４の楕円変形を抑制することができる。このことは、楕円変形による案内すきまやポケットすきま（ポケット５と転動体３との間のすきま）の不等配を抑制することに相当するので、適正な保持器案内が妨げられる事態を防止することにもなる。

さらに、第一実施形態の転がり軸受は、被覆部７が樹脂本体部６の表面のうち、開口６ａ，６ａ同士を周方向に分離する各仕切り部分を内包しているので、前述の吸水、温度上昇によるポケット内面部７ａ，７ａの膨張変形を抑制し、前述の遠心加速度や公転速度差による保持器４の柱の変形を抑制し、ひいては保持器４の楕円変形を抑制することができる。

さらに、第一実施形態の転がり軸受は、保持器４の表面のうち、軸受部品（軌道輪２）によって案内される被案内面７ｂが被覆部７に形成された樹脂表面からなるので、被案内面７ｂの摺動性が良好である。

さらに、第一実施形態の転がり軸受は、被覆部７が樹脂本体部６の全面に定着させられた樹脂成形層からなるので、前述の保持器４の楕円変形を最も効果的に抑制することができる。

さらに、第一実施形態の転がり軸受は、樹脂本体部６がポリアミド（ＰＡ）によって形成されており、被覆部７がエポキシ樹脂によって形成されているので、被覆部７を樹脂本体部６に比して小さな吸水率、小さな線膨張率及び高い弾性率をもち、優れた摺動性を有する被覆部７にすることができる。

さらに、第一実施形態の転がり軸受は、保持器４が軌道輪２によって案内されるので、ポケットすきまを転動体案内方式のように狭く設定する必要がなく、遠心加速度の作用や転動体３間の公転速度差によって保持器４が楕円変形した場合でも、保持器４と転動体３の強い接触を防ぐことができる。

さらに、第一実施形態の転がり軸受は、保持器４を案内する軸受部品が外輪２からなるので、保持器を内輪１によって案内する場合に比して、保持器４の外周に形成された被案内面７ｂ、保持器案内面２ａの周長が長くなって当該両面７ｂ，２ａの滑り接触部における周速差及び接触面圧が小さくなると共に、潤滑油が遠心力によって外輪２側へ移動するため、被案内面７ｂで潤滑油が不足しにくく、被案内面７ｂの摩耗や焼付きの防止に有利である。

さらに、第一実施形態の転がり軸受は、被覆部７が樹脂本体部６の外周全周に亘って連続しているので、保持器外径側で前述の楕円変形に抵抗することになり、保持器内径側で楕円変形に抵抗する場合に比して楕円変形への抵抗性に優れる。

上述の第一実施形態では、軌道輪案内方式を例示したが、転動体案内方式にする場合、被覆部７のポケット内面部７ａ，７ａに接する転動体３によって保持器４が案内されるようにポケットすきま及び軌道輪と保持器間のすきまを設定すればよく、その図示説明を省略する。

また、上述の第一実施形態では、開口６ａが被覆部７の固着でポケット５の形状を完成させる前提の態様となっているが、開口をポケットにしてもよい。また、第一実施形態では、被覆部７を樹脂本体部６の全面を覆う樹脂成形層としたが、被覆部に少なくとも被案内面７ｂとなる樹脂表面を形成するように、樹脂本体部の一部に定着させてもよい。その一例としての第二実施形態を図３に示す。なお、以下では、第一実施形態との相違点を述べるに留める。

図３に示す第二実施形態の保持器１０は、樹脂本体部１１の軸方向片側（図示例では大径側）の外周面、内周面及び側面のみを周方向全周に亘って覆うように定着させられた被覆部１２を有する。

第二実施形態の転がり軸受は、図２に示すようなポケットを樹脂本体部１１の開口として形成するため、軸受運転中の被案内面１２ａの変形を抑制しつつ、保持器製造時のポケット寸法を安定させ易い利点がある。

なお、図示例では、樹脂本体部１１の一部に定着させる被覆部１２の固定性を良好にするため、樹脂本体部１１を内径側、外径側及び片側面の三方から覆うようにしている。被覆部１２の固定性を高めるため、被覆部１２で覆う樹脂本体部１１の表面部分に溝やディンプルのような凹凸状を形成してもよい。

上述の第一、第二実施形態では、被覆部を単一の樹脂材料からなる樹脂成形層としたが、被覆部を複数の材料で構成してもよい。その一例としての第三実施形態を図４に示す。

図４に示す第三実施形態の保持器２０は、樹脂本体部２１に嵌め合わされた環状部品からなる被覆部２２を有する。被覆部２２を嵌め合わせる範囲は、第二実施形態と同様である。

被覆部２２は、鉄によって形成された環状芯金２３と、環状芯金２３に定着させられたコーティング層２４とからなる。ここで、鉄とは、純鉄、鋼（ステンレスを含む）、鋳鉄といった鉄系材料のことをいう。

鉄では、吸水率：実質的に０［％］、線膨張係数：１［×１０^−５／℃］、引張弾性率：２０６０００［ＭＰａ］程度になる。したがって、被覆部２２の全体としての線膨張率及び弾性率は、被覆部２２の大部分を占める環状芯金２３の鉄の性質により、保持器２０の楕円変形を抑制するのに十分な程度に確保することができる。

コーティング層２４は、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）によって形成されている。コーティング層２４の樹脂表面が被案内面となる。
ポリアミドイミド（ＰＡＩ）は、良好な寸法安定性（特に低吸水率）、摺動性に加え耐摩耗性に優れる。また、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）も良好な寸法安定性（吸水率：実質的に０［％］）をもち、採用しても良好な摺動性が得られる。前述のように被案内面として好適な吸水率：０．２［％］をもち、良好な摺動性をもっている。

第三実施形態の転がり軸受は、被覆部２２を樹脂本体部２１に嵌合される別作りの環状部品にしているので、被覆部の材料選択の多様性を優先したいときに好適である。例えば、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のみで前述の三性質を満足する被覆部が得られないときは、鉄製の環状芯金２３と、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等のコーティング層２４とから被覆部２２を構成することにより、前述の三性質を満足させることができる。

図５、図６は、上述のいずれかの実施形態に係る転がり軸受１００を組み込んだ遊星減速機を例示している。この遊星減速機は、入力軸１０１に取り付けた太陽歯車１０２と、ハウジング１０３に固定された内歯車１０４との間に両歯車１０２、１０４に噛み合う遊星歯車としての遊星回転体１０５が複数個配置され、出力軸１０６に連結されたキャリヤ１０７に対して各遊星回転体１０５が回転自在に支持され、太陽歯車１０２と内歯車１０４との間で自転しながら公転する遊星回転体１０５の公転運動が、キャリヤ１０７を介して出力軸１０６に出力されるものである。

転がり軸受１００は、この遊星減速機に備わる遊星回転体１０５とキャリヤ１０７との間に一対で配置されている。各転がり軸受１００の外輪は、遊星回転体１０５に取り付けられ、遊星回転体１０５と一体に回転する。各転がり軸受１００の内輪は、キャリヤ１０７に設けられた支持軸１０８に取り付けられ、外輪に対して静止する。

図示の遊星減速機は、超大型ダンプトラックのホイールリムの内側に設けられた終減速装置の第一段目の減速を行うものとなっている。その超大型ダンプトラックは、鉱山用であって積載量３００ｔ以上のものを想定している。ころ軸受１００の使用環境として、太陽歯車１０２周りに公転するころ軸受１００の公転直径は５００ｍｍ程度、その公転速度は５００ｒｐｍ程度、このときの軸受回転速度は１３００ｒｐｍ程度、最大の遠心加速度は７５Ｇ程度を想定している。

転がり軸受１００は、前述のように、保持器の楕円変形を抑制すると共に、転がり軸受１００に供給される潤滑油の水分を吸水したり、潤滑油の温度上昇によって保持器の被案内面が膨張することを抑制することが可能なものなので、超大型ダンプトラックの終減速装置のような強い遠心加速度が作用する使用環境であっても、保持器の被案内面やポケット内面部での異常摩耗を防止することができる。

今回開示された実施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。したがって、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。

１ 内輪
２ 外輪
２ａ 保持器案内面
３ 転動体
４、１０、２０ 保持器
５ ポケット
６、１１、２１ 樹脂本体部
６ａ 開口
７、１２、２２ 被覆部
７ａ ポケット内面部
７ｂ、１２ａ 被案内面
２３ 環状芯金
２４ コーティング層

Claims (9)

1. ポケットが周方向に所定間隔で形成された保持器と、前記保持器を案内する軸受部品とを備える転がり軸受において、
   前記保持器が、周方向に所定間隔で前記ポケットに対応の開口が形成された樹脂本体部と、前記樹脂本体部に固着された被覆部とからなり、
   前記被覆部が、前記樹脂本体部に比して小さな吸水率、小さな線膨張率及び高い弾性率の三性質のうち、少なくとも一つの性質をもっており、
   前記保持器の表面のうち、前記軸受部品によって案内される被案内面が、前記被覆部に形成された樹脂表面からなることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記被覆部が、前記樹脂本体部に比して高い弾性率をもっており、かつ前記樹脂本体部の周方向全周に亘って固着されている請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記被覆部が、前記樹脂本体部の表面のうち、前記開口同士を周方向に分離する各仕切り部分を内包している請求項１又は２に記載の転がり軸受。
4. 前記被覆部が、前記樹脂本体部の一部又は全面に定着させられた樹脂成形層からなる請求項１から３のいずれか１項に記載の転がり軸受。
5. 前記樹脂本体部が、ポリアミドによって形成されており、
   前記被覆部が、エポキシ樹脂によって形成されている請求項４に記載の転がり軸受。
6. 前記被覆部が、前記樹脂本体部に嵌め合わされた環状部品からなる請求項２に記載の転がり軸受。
7. 前記被覆部が、鉄によって形成された環状芯金と、前記環状芯金に定着させられたコーティング層とからなり、
   前記コーティング層が、ポリアミドイミド又はポリテトラフルオロエチレンによって形成されている請求項６に記載の転がり軸受。
8. 前記被覆部が、前記樹脂本体部の外周全周に亘って連続している請求項１から７のいずれか１項に記載の転がり軸受。
9. 遊星減速機に備わる遊星回転体とキャリヤとの間に配置される請求項１から８のいずれか１項に記載の転がり軸受。

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