JP2018146070A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】植毛部を設けていても放熱性を高めることができる転がり軸受の提供を目的とする。
【解決手段】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転動体４と、この転動体を保持する保持器５と、上記内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けられたシール部材１１と、軸受内空間に封入されるグリース１２または潤滑油からなる潤滑剤とを備えてなり、この転がり軸受の以下の３つの部位から選ばれた少なくとも１つの部位の表面に無機繊維を植毛してなる植毛部６を有する。３つの部位は、（１）保持器の内径面および／または外径面、（２）軌道輪の軌道面に隣接する肩部、（３）シール部材の軸受内空間側表面である。
【選択図】図１

Description

本発明は、潤滑油またはグリースで潤滑される転がり軸受に関する。

転がり軸受は、一般的に内輪、外輪、転動体、および保持器で構成されている。外部からの異物の侵入を防ぐためや、内部に封入した潤滑剤の流出を防ぐために、開口端部にシール部材またはシールド部材（以下、シール部材またはシールド部材を単に「シール部材」という）が設けられる場合がある。軸受内部の潤滑は、油やグリースなどの潤滑剤により行なわれており、軸受の潤滑特性向上のために種々の工夫がなされている。

例えば、回転トルクの低減を含む潤滑特性の向上を目的として、転動体との接触表面以外で潤滑剤と接触する表面に、繊維を植毛してなる植毛部が形成されている転がり軸受が開示され、植毛部に導電性繊維を用いた例が記載されている（特許文献１参照）。

ＷＯ２０１５／１４１８２２ Ａ１

しかしながら、特許文献１は、軸受内に植毛部を設けていることにより、基材の金属表面や樹脂表面単独に比較して、植毛時に使用される接着剤により転がり軸受の放熱性が悪くなるおそれがある。

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、植毛部を設けながらも放熱性を高めることができる転がり軸受の提供を目的とする。

本発明の転がり軸受は、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転動体と、この転動体を保持する保持器と、上記内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けられたシール部材と、軸受内空間に封入されるグリースまたは潤滑油からなる潤滑剤とを備えてなり、この転がり軸受の以下の３つの部位から選ばれた少なくとも１つの部位の表面に無機繊維を植毛してなる植毛部を有することを特徴とする。３つの部位は、（１）上記保持器の内径面および／または外径面、（２）上記軌道輪の軌道面に隣接する肩部、（３）上記シール部材の軸受内空間側表面である。

また、上記無機繊維が炭化ケイ素繊維、カーボン繊維、およびアルミナ繊維から選ばれた少なくとも１つの繊維であることを特徴とする。

また、上記植毛部を固定する接着剤中に、この接着剤よりも高い熱伝導率を有する粉末および繊維から選ばれた少なくとも１つの高熱伝導率配合剤が配合されていることを特徴とする。特に、上記高熱伝導率配合剤が金属粉末、カーボンブラックおよびカーボン繊維から選ばれた少なくとも１つであることを特徴とする。

本発明の転がり軸受は、無機繊維を植毛してなる植毛部を有するので、繊維のグリースまたは潤滑油保持によるトルクの低減が図れる。これに加えて、優れた熱伝導性の無機繊維を用いているので放熱性が向上する。また、植毛部を形成する過程で使用される接着剤中に、この接着剤よりも高い熱伝導率を有する粉末および繊維から選ばれた少なくとも１つの高熱伝導率配合剤が配合されているので、上記放熱性がより向上する。

本発明の一実施例に係る転がり軸受の一部断面図である。 図１における保持器の斜視図である。 本発明の他の実施例に係る転がり軸受の一部断面図である。

本発明の転がり軸受の一例を図１および図２に基づき説明する。図１は、本発明の転がり軸受として植毛部を有する樹脂製冠形保持器を組み込んだ深溝玉軸受の一部断面図であり、図２はこの冠形保持器の斜視図である。図１に示すように、転がり軸受１は、外周面に転走面２ａを有する内輪２と、内周面に転走面３ａを有する外輪３とが同心に配置される。内輪の転走面２ａと外輪の転走面３ａとの間に複数個の転動体４が介在して配置される。この複数個の転動体４が、冠形の保持器５により保持される。また、転がり軸受１は、内・外輪の軸方向両端開口部に設けられた環状のシール部材１１を備え、内輪２と外輪３と保持器５とシール部材１１とで構成される軸受内空間に封入されたグリース１２によって潤滑される。この実施形態では、保持器５のグリース１２と接触する表面（軸受内空間側表面）に繊維を植毛してなる植毛部６が形成されている。

図２に示すように、冠形の保持器５は、環状の本体７上面に周方向に一定ピッチをおいて対向一対の保持爪８を形成し、その対向する各保持爪８を相互に接近する方向にわん曲させるとともに、その保持爪８間に転動体である玉を保持するポケット部９を形成したものである。隣接するポケット部９の縁に形成された相互に隣接する保持爪８の背面相互間に、保持爪８の立ち上がり基準面となる平坦部１０が形成される。この実施形態では、植毛部６は、本体７の外径面５ａ（外輪側面）と、内径面５ｂ（内輪側面）に形成されている。保持器５の内径面５ｂおよび外径面５ａは、転動体である玉との接触表面ではない。保持器への植毛部は玉との接触表面以外の全面に形成されていてもよい。また、保持器５の内径面５ｂおよび外径面５ａは、軸受外部に位置する表面ではなく、内輪と外輪と保持器とシール部材とで構成される軸受内空間側の表面であり、封入されたグリースと接触する表面である。さらに、この実施形態の保持器５は転動体案内であるため、内径面５ｂおよび外径面５ａは、軌道輪（図１の内輪２と外輪３）と接触しない面である。軌道輪案内の保持器において、案内面などの軌道輪との接触面に植毛部を設けてもよい。

グリースが植毛部に固着して保持され、せん断を受けることなく保持器と共に回転することで、撹拌抵抗が生じず、植毛部がない場合と比較して、回転トルクの低減が図れる。また、グリースは、せん断を受けると軟化して離油しやすくなり潤滑寿命が短くなるが、本発明では上記植毛部に保持され、せん断を受けにくく潤滑寿命の長寿命化が図れる。また、油潤滑とする場合、植毛部に潤滑油を吸収させれば、外部から油を供給することなく、軸受内部に十分な量の潤滑油を保持でき、かつ、グリース潤滑のように回転の抵抗となる半固体状の物質が存在しないため、より低トルクとなる。

植毛部は、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。上記保持器の内・外径面や軌道輪肩などの曲面部においても、多量の繊維を短時間で密に、各面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、（１）部材の静電植毛を施す範囲に接着剤を塗布する工程、（２）帯電させた短繊維を上記部材に吹き付け静電気力により上記接着剤塗布面に略垂直に植毛する工程、（３）短繊維が仮付着した表面を乾燥させて接着剤の硬化反応を十分に行ない、短繊維を部材の表面に固着させる工程等を含む方法が挙げられる。

植毛に用いる短繊維としては、熱伝導性に優れた無機繊維であることが好ましい。そのような無機繊維としては、炭化ケイ素繊維、カーボン繊維、アルミナ繊維が挙げられる。これらは単独でも混合しても使用できる。熱伝導率［Ｗ/（ｍ・Ｋ）］が０．２〜０．４程度の樹脂に比較して、アルミナの熱伝導率が１６〜３２であることから優れた熱伝導により放熱性が向上する。

短繊維の形状としては、植毛部の形成箇所において、軸受機能に悪影響を与えるような他部材との干渉が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。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グリース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。それぞれの特性に合わせて、短繊維の形状を選定することが好ましい。

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。

接着剤には、この接着剤よりも高い熱伝導率を有する粉末、繊維、および／またはこれらの混合物が配合されていることが好ましい。高い熱伝導率を有する配合物としてはアルミニウム粉などの金属粉末、カーボンブラックおよびカーボン繊維から選ばれた少なくとも１つが挙げられる。

保持器５における植毛部の形成箇所については、図２に示す形態に限定されず、内径面のみ、外径面のみに形成する形態、その他の任意の箇所に形成してもよい。ただし、保持器５の転動体と接する箇所に植毛のための接着剤が付着しないことが望ましい。保持器における転動体と接する箇所以外への植毛であれば、保持器に植毛することにより、軸受機能を損なうことなく、グリースや潤滑油の保持効果が得られる。

図２に示す例は冠形保持器であるが、本発明の転がり軸受では、波型保持器やもみ抜き保持器などの保持器に植毛部を形成する形態としてもよい。また、保持器の材質については、金属材料や樹脂材料など、任意の材料を採用できる。保持器材質、短繊維材質などに合わせて上記接着剤種などを決定する。

図２に示す冠形保持器は樹脂製である。例えば、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。

保持器表面の表面粗さを粗くすることで、保持器自体におけるグリースなどの潤滑剤を保持する能力を増大させることが考えられる。しかし、保持器表面の粗さについて、射出成形で製造される樹脂製の保持器は、金型からの抜き取りの工程上、表面粗さを小さくすることが多い。保持器表面の粗さを大きくするために金型表面粗さを大きくすると、保持器が金型から抜けづらくなり、摩耗により金型寿命が短くなる。グリースなどの潤滑剤保持のために必要な保持器表面粗さを射出成形のみで得ることはコストや金型寿命の点で困難である。また、ナイロンなどの樹脂材料は、弾性率が低い材料のため、金属材料のように後加工で保持器表面を粗くすることも難しい。ショットブラストなどで樹脂材料のバリ取りをするが、その際には表面粗さを大きくする加工とはならない。これに対して、植毛部を形成する形態であれば、樹脂製保持器としながら、容易に表面粗さと表面積を増大することができ、グリースや潤滑剤を保持する能力を増大させることができる。プレス加工や切削加工で製作される金属製保持器も同様に、表面加工などにより植毛ほどの表面積を得ることは困難である。本発明では、このような植毛部による有利な効果を得ながら、通常不利となり得る放熱性の低下を抑制している。

植毛部は、保持器以外に軌道輪やシール部材の表面に形成してもよい。いずれの部材に形成する場合も、転動体との接触表面以外で潤滑剤と接触する表面に形成する。また、１つの転がり軸受において、これを構成する複数の部材にそれぞれ植毛部を形成してもよい。

本発明の転がり軸受の他の例を図３に基づき説明する。図３（ａ）は、本発明の転がり軸受として植毛部を有するシール部材を組み込んだ深溝玉軸受の一部断面図であり、図３（ｂ）は、植毛部を有する軌道輪を備えた深溝玉軸受の一部断面図である。図３（ａ）に示す例では、転がり軸受１において、シール部材１１の内面に植毛部６を形成している。詳細には、シール部材１１は、補強用の金属板１１ａとシールリップを構成するゴム部材１１ｂとから構成されており、金属板１１ａの軸受内空間側表面に植毛部６が形成されている。植毛部６の形成箇所は、図示した箇所に限定されず、シール部材１１においてグリース１２と接触する表面であれば、任意の表面に形成できる。また、植毛部を形成する際のシール部材側の構造は特に限定されず、金属板を有さないシール部材や、金属板（シールド板）のみからなるシール部材であってもよい。

図３（ｂ）に示す例では、内輪２の肩部２ｂおよび外輪３の肩部３ｂの全部または一部に、それぞれ植毛部６が形成されている。植毛部６の形成箇所は、図示した箇所に限定されず、軌道輪（内輪２および外輪３）において転動体４との接触表面である転走面を除き、グリース１２と接触する表面であれば、任意の表面に形成できる。転走面近傍の肩部に植毛部を形成することで、油が植毛部を通って転走面に供給されやすくなる。また、図３（ａ）と図３（ｂ）に示す構成を組み合わせてもよい。さらに図１（ａ）に示す構成を組み合わせることができる。通常の植毛部のない転がり軸受の場合、シール面などに飛散したグリースは潤滑に寄与しないが、軸受内部で植毛部による油通路が形成され、グリースが各所に飛散しても軸受の潤滑に寄与できる。

本発明の転がり軸受は、潤滑油またはグリースで潤滑される。これら潤滑剤（潤滑油・グリース）は軸受内空間に供給・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、転がり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、りん酸エステル油、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、フッ素化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種以上が併用されてもよい。

グリースとしては、通常、転がり軸受に用いられるグリースであれば特に制限なく用いることができる。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、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種以上が併用されてもよい。

また、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、カーボンブラックなどの導電性付与剤、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剤、エステル、アルコールなどの油性剤などが挙げられる。

潤滑剤の封入量は、所望の潤滑特性を確保できる範囲であれば特に限定されないが、軸受内空間における静止空間体積の５０％〜８０％（体積比率）程度とすることが好ましい。本発明では上記植毛部の形成により、潤滑剤封入量を上記範囲としながらも、グリースの撹拌抵抗の低減により回転トルクを低減でき、放熱性にも優れる。

以上、図１〜図３に基づき本発明の実施形態（深溝玉軸受（シール部材有））を説明したが、本発明の転がり軸受はこれらに限定されるものではない。例えば、アンギュラ玉軸受、スラスト玉軸受、円筒ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、スラスト針状ころ軸受、円すいころ軸受、スラスト円すいころ軸受、自動調心玉軸受、自動調心ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受などの任意の転がり軸受に適用できる。また、これらの転がり軸受に対して、シール部材（シールド板）の有無は問わず適用できる。

本発明の転がり軸受は、軸受形状や潤滑剤として既存のものを用いながら、植毛という簡易な手段により、回転トルクの低減を含む潤滑特性の向上が図れると共に、放熱性に優れているので、種々の用途における転がり軸受として広く利用できる。

１ 転がり軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体
５ 保持器
６ 植毛部
７ 保持器本体
８ 保持爪
９ ポケット部
１０ 平坦部
１１ シール部材
１２ グリース

Claims (4)

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転動体と、この転動体を保持する保持器と、前記内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けられたシール部材またはシールド部材と、軸受内空間に封入されるグリースまたは潤滑油からなる潤滑剤とを備えてなる転がり軸受であって、
   （１）前記保持器の内径面および／または外径面、（２）前記軌道輪の軌道面に隣接する肩部、（３）前記シール部材またはシールド部材の軸受内空間側表面、の３つの部位から選ばれた少なくとも１つの部位の表面に、無機繊維を植毛してなる植毛部を有することを特徴とする転がり軸受。
2. 前記無機繊維が、炭化ケイ素繊維、カーボン繊維、およびアルミナ繊維から選ばれた少なくとも１つの繊維であることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
3. 前記植毛部を固定する接着剤中に、この接着剤よりも高い熱伝導率を有する粉末および繊維から選ばれた少なくとも１つの高熱伝導率配合剤が配合されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の転がり軸受。
4. 前記高熱伝導率配合剤が、金属粉末、カーボンブラックおよびカーボン繊維から選ばれた少なくとも１つであることを特徴とする請求項３記載の転がり軸受。

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