JP2018173121A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】セパレータ保持器を組み込んだ転がり軸受において、簡易な手段により、回転トルクの低減と長寿命化を図る。【解決手段】周方向で隣り合う玉３どうしの間に配されるセパレータ保持器４は、その周方向両側の凹球面状の保持面４ａを含む表面全体に、外輪１はその内側軌道面１ａ以外の内周面のほぼ全域に、内輪２はその外側軌道面２ａ以外の外周面のほぼ全域に、それぞれ繊維材からなる柔軟性構造体（植毛層）１０を設けて、その柔軟性構造体１０に既存の潤滑剤を保持させることにより、従来のものよりも軸受内部の潤滑性を向上させ、回転トルクの低減と長寿命化を図れるようにしたのである。【選択図】図２

Description

本発明は、セパレータ保持器を組み込んだ転がり軸受に関する。

転がり軸受には、転動体の周方向で隣り合うものどうしの間にそれぞれ別々に形成されたセパレータ保持器を配したものがある。そのセパレータ保持器としては、玉軸受に組み込まれるものの場合、円板状で、転動体としての玉と対向する周方向両側面に凹球面状の保持面が形成され、この保持面で玉を転動自在に保持するものが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。このような簡単な形状のセパレータ保持器は、一体型の保持器に比べて、保持器を成形するための金型を安価で製造できるメリットがある。

特開平０５−３１２２１５号公報（図８〜１０）

しかしながら、上記のようなセパレータ保持器を組み込んだ転がり軸受では、そのセパレータ保持器が常に転動体と接触しており、回転開始時や回転中の回転トルクが大きくなる。また、軸受回転に伴う遠心力の作用により、グリース等の潤滑剤を転動体とセパレータ保持器との間および軸受内部に保持することが難しい。

一方、近年では、各種の機械装置で省エネルギー化やメンテナンス期間の延長を図るため、その機械装置に組み込まれる転がり軸受に対して回転トルクの低減や長寿命化の要求が高まってきている。

そこで、本発明は、セパレータ保持器を組み込んだ転がり軸受において、簡易な手段により、回転トルクの低減と長寿命化を図ることを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、内周に内側軌道面が形成された外輪と、外周に外側軌道面が形成された内輪と、前記外輪の内側軌道面と前記内輪の外側軌道面との間に配される複数の転動体と、前記転動体の周方向で隣り合うものどうしの間に配され、前記転動体との対向面に転動体を転動自在に保持する保持面が形成された複数のセパレータ保持器とを備えた転がり軸受において、前記各セパレータ保持器の表面のうち、少なくとも前記保持面に、繊維材、軟質発泡材または軟質樹脂材からなる柔軟性構造体が設けられている構成を採用した。

すなわち、転動体の周方向で隣り合うものどうしの間に配されるセパレータ保持器の表面のうち、少なくとも転動体を転動自在に保持する保持面に、繊維材、軟質発泡材または軟質樹脂材からなる柔軟性構造体を設けることにより、その柔軟性構造体に既存の潤滑剤を保持させて軸受内部の潤滑性を向上させ、回転トルクの低減と長寿命化が図れるようにしたのである。

そして、前記各セパレータ保持器の表面のうち、前記外輪の内側軌道面と対向する面および前記内輪の外側軌道面と対向する面に、前記柔軟性構造体が設けられている構成とすれば、セパレータ保持器と外輪の内側軌道面または内輪の外側軌道面との摩擦抵抗が少なくなり、特に回転開始時の回転トルクを低減することができる。

また、前記外輪と内輪の間に形成される環状空間の軸方向両端が開放されている場合には、前記外輪の内周面のうちの前記内側軌道面を除く部位の少なくとも一部、および前記内輪の外周面のうちの前記外側軌道面を除く部位の少なくとも一部に、前記柔軟性構造体が設けられている構成とすることが好ましい。このようにすれば、外輪の内周面と内輪の外周面との間で潤滑剤をより多く保持できるようになり、軸受内部の潤滑性をさらに向上させることができる。

また、前記柔軟性構造体は、その設置対象部位に前記繊維材が植設されてなる植毛層とすることができる。このようにすれば、植設された繊維材の自由端が対向する部材に接触する部位でも、繊維材の摺動抵抗は極めて小さいので、回転トルクを効果的に低減することができる。

そして、前記繊維材は合成樹脂繊維とすることが好ましい。合成樹脂繊維は、油による膨潤や溶解などが生じ難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るうえ、安価に入手できるからである。

本発明の転がり軸受は、上述したように、セパレータ保持器の表面のうち、少なくとも転動体を転動自在に保持する保持面に、繊維材、軟質発泡材または軟質樹脂材からなる柔軟性構造体を設けて、その柔軟性構造体に潤滑剤を保持させるようにしたものであるから、従来のものに比べて軸受内部の潤滑性に優れ、回転トルクの低減と長寿命化を図ることができる。

実施形態の転がり軸受（アンギュラ玉軸受）の縦断正面図 図１のII−II線に沿った断面図 ａ、ｂは、それぞれ静電吹き付け植毛方法および静電植毛方法の説明図

以下、図１乃至図３に基づき、本発明の実施形態を説明する。この実施形態の転がり軸受としてのアンギュラ玉軸受は、図１および図２に示すように、内周に内側軌道面１ａが形成された外輪１と、外周に外側軌道面２ａが形成された内輪２と、外輪１の内側軌道面１ａと内輪２の外側軌道面２ａとの間に配される複数の転動体としての玉３と、周方向で隣り合う玉３どうしの間に配される複数のセパレータ保持器４とからなり、外輪１と内輪２の間に形成される環状空間５の軸方向両端が開放された開放型のものである。そして、通常は、その環状空間５にグリースや潤滑油等の潤滑剤が外部から定期的に供給されることもある。

前記セパレータ保持器４は、前述の従来のものと同じく、円板状の部材であり、玉３と対向する周方向両側面に凹球面状の保持面４ａが形成され、この保持面４ａで玉３を転動自在に保持するようになっている。そして、この保持面４ａを含め、表面全体に、繊維材からなる柔軟性構造体１０が設けられている（図２参照）。

また、前記外輪１の内周面のうちの内側軌道面１ａとその近傍を除く部位、および前記内輪２の外周面のうちの外側軌道面２ａとその近傍を除く部位にも、セパレータ保持器４表面のものと同じ柔軟性構造体１０が設けられている。

そして、上記のセパレータ保持器４の表面、外輪１の内周面および内輪２の外周面に設けられた柔軟性構造体１０に、グリースや潤滑油等の既存の潤滑剤を保持させるようになっている。

前記柔軟性構造体１０は、その設置対象部位に繊維材が植設されてなる植毛層であり、周知の植毛技術である静電吹き付け植毛によって形成されている。静電吹き付け植毛は、図３（ａ）に模式的に示すように、予め植毛対象部材１１の表面に接着剤を塗布して接着剤層１２を形成しておき、一定の繊維長の短繊維１３を帯電させてエアーで接着剤層１２に吹き付け、短繊維１３を静電気力で接着剤層１２に植え付けた後、乾燥工程および仕上げ工程等を行なって、所要密度で植毛対象部材１１表面を層状に覆う植毛層１４を形成するものである。この静電吹き付け植毛では、エアーの吹き付けによって、短繊維１３が植毛対象部材１１の表面に対して傾いた状態で固定される。

また、植毛方法としては、上記の静電吹き付け植毛に代えて、周知の静電植毛を採用することもできる。静電植毛は、図３（ｂ）に模式的に示すように、予め植毛対象部材１１の表面に形成した接着剤層１２に、帯電させた短繊維１３を静電気力のみでほぼ垂直に植え付けた後、静電吹き付け植毛と同様に乾燥工程および仕上げ工程等を行なって、植毛層１５を形成するものである。

上記の二つの植毛方法では、短繊維１３を傾けた状態で固定できる静電吹き付け植毛の方が、静電植毛よりも、植毛密度を減少させて短時間で効率よく植毛できる点で有利である。

植毛に用いる短繊維の素材としては、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、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ナイロン等のポリアミド樹脂、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、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル、ビニロン等の合成樹脂繊維、（２）カーボン繊維、グラスファイバー等の無機繊維、（３）レーヨン、アセテート等の再生繊維や、綿、絹、麻、羊毛等の天然繊維が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

これらの短繊維素材の中でも、合成樹脂繊維は、油による膨潤や溶解などが生じ難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るうえ、安価に入手することができるので好ましい。

また、短繊維として撥水性短繊維を用いることもできる。撥水性短繊維は、前述の短繊維を撥水加工処理したものである。短繊維に対する撥水加工処理は、繊維の表面を疎水性物質で覆うか、または化学反応により疎水性基を繊維分子に結合させるものであり、できるだけ耐久性のある撥水加工処理を施すことが好ましい。

周知の撥水加工剤としては、フッ素系撥水剤、シリコーン系撥水剤、パラフィン含有撥水剤等が挙げられる。シリコーン系撥水剤としては、水酸基、グリシジル基、アミノ基等の官能基を有するシリコーン化合物を主成分とするものが挙げられ、フッ素系撥水剤は、パーフルオロアルキル基を有するフッ素化合物を主成分とするものが耐久性が良くて好ましい。

撥水加工の方法は、塗布やスプレーであってもよいが、必要に応じて架橋剤等の各種補助薬剤を配合した、液状の撥水加工剤を繊維に含浸し、熱乾燥、キュアリングのための熱セットを行う等の方法を採用することが好ましい。

また、短繊維の形態としては、植毛層の形成箇所において、転がり軸受の機能に悪影響を与えないものであれば特に限定されない。具体的には転がり軸受の大きさに応じて設定できるが、繊維長は１〜１０ｍｍ程度、繊維太さは０．５〜５０デシテックスが好ましく、植毛層の短繊維の密度は、植毛した面積当たりに繊維の占める割合が１０〜３０％であることが好ましい。

短繊維の形状にはストレートやベンド（先端部が曲がった形状）のものがあり、断面形状としては円形や多角形状のものがある。ベンド形状の短繊維では、ストレート形状のものと比較して、グリース等の潤滑剤をより強く保持することができる。また、多角形状断面の短繊維を使用すれば、円形断面の短繊維よりも表面積を大きくして潤滑剤の表面張力を大きくすることができる。したがって、短繊維の形状は、必要な特性に合わせて選定することが好ましい。

短繊維を植毛対象部材の表面に固定するための接着剤としては、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、シリコーン樹脂等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等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

上記のような短繊維と接着剤とで構成される植毛層は、通常、前述のように軸受組立後にその外輪と内輪の間の環状空間に供給される潤滑剤を保持するようになるが、組立前に予めグリースや潤滑油等の潤滑剤を含浸させておくこともできる。なお、植毛層に予め含ませておく潤滑剤は、必要ならば、軸受組立後に環状空間に充填あるいは供給されるものとは別に調製された異なる種類のものであっても良い。

上記のように植毛層に予め含ませておく潤滑剤としては、潤滑油では、例えば、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油等の鉱油、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等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、フッ素化油等の非炭化水素系合成油が挙げられ、転がり軸受に通常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。これらの潤滑油は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

植毛層に予め含ませておくグリースについても、上記潤滑油と同様に、転がり軸受に通常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、そのグリースを構成する基油として、上記の潤滑油を用いることができる。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等の金属石けん系増ちょう剤、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア系化合物、ＰＴＦＥ樹脂等のフッ素樹脂粉末が挙げられる。これらの増ちょう剤は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

また、上記の潤滑油やグリースには、必要に応じて公知の添加剤を添加しても良い。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等の極圧剤、アミン系、フェノール系、イオウ系化合物等の酸化防止剤、イオウ系、リン系化合物等の摩耗抑制剤、多価アルコールエステル等の防錆剤、ポリメタクリレート、ポリスチレン等の粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤、エステル、アルコール等の油性剤が挙げられる。

この実施形態のアンギュラ玉軸受は、上述したように、周方向で隣り合う玉３どうしの間に配されるセパレータ保持器４の表面全体、外輪１の内側軌道面１ａ以外の内周面のほぼ全域、および内輪２の外側軌道面２ａ以外の外周面のほぼ全域に、繊維材からなる柔軟性構造体（植毛層）１０を設けて、その柔軟性構造体１０にグリースや潤滑油等の既存の潤滑剤を保持させるという簡単な手段により、従来のものよりも軸受内部の潤滑性を向上させて、回転トルクの低減と長寿命化を図れるようにしたものである。

具体的には、グリース潤滑の場合は、外輪と内輪の間の環状空間５に供給されたグリースが柔軟性構造体（植毛層）１０とともに回転するようになるので、グリースの攪拌抵抗が少なくなって回転トルクの低減が図れる。また、グリースがせん断を受けにくくなり、軟化による離油を生じにくくなるので、軸受内部の潤滑性が長期間良好に保たれ、軸受の長寿命化を図ることができる。さらに、グリース自体の軸受内での移動が抑えられるので、グリース量の減少を少なくできる利点もある。

また、油潤滑の場合は、柔軟性構造体（植毛層）１０に潤滑油を一旦吸収させれば、外部から追加で潤滑油を供給しなくても、長期間にわたって軸受内部に十分な量の潤滑油を保持できるし、グリースのような半固形状の潤滑剤を用いる場合に比べて、軸受の回転に対する抵抗が小さくなるので、回転トルクをさらに低減することができる。そして、玉３とセパレータ保持器４とが接触する際に生じる衝突音が小さくなるという効果もある。

なお、上述した実施形態では、柔軟性構造体を繊維材で構成した場合、すなわち多数の繊維が植設されてなる植毛層とした場合について説明したが、柔軟性構造体は軟質発泡材または軟質樹脂材で構成してもよい。その軟質発泡材としては、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリオレフィン、フェノール、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂や、天然ゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム、スチレンブタジエンゴム等のゴムを発泡したものが挙げられる。軟質樹脂材としては、コルク材、ゴム板材、ポリエチレンや塩化ビニル等の軟質シートが挙げられる。

また、柔軟性構造体は、少なくともセパレータ保持器の保持面に設けられておればよいので、その他の部位については必要に応じて設けるようにしてもよい。

また、本発明は、実施形態のようなアンギュラ玉軸受だけでなく、セパレータ保持器を組み込んだ転がり軸受（各種の玉軸受、ころ軸受を含む）に広く適用することができる。そして、そのセパレータ保持器は、実施形態のような凹曲面状の保持面を有するものに限らず、例えば平面で転動体と対向する柱状のものとすることもできる。

１ 外輪
１ａ 内側軌道面
２ 内輪
２ａ 外側軌道面
３ 玉（転動体）
４ セパレータ保持器
４ａ 保持面
５ 環状空間
１０ 柔軟性構造体（植毛層）

Claims (5)

1. 内周に内側軌道面が形成された外輪と、外周に外側軌道面が形成された内輪と、前記外輪の内側軌道面と前記内輪の外側軌道面との間に配される複数の転動体と、前記転動体の周方向で隣り合うものどうしの間に配され、前記転動体との対向面に転動体を転動自在に保持する保持面が形成された複数のセパレータ保持器とを備えた転がり軸受において、
   前記各セパレータ保持器の表面のうち、少なくとも前記保持面に、繊維材、軟質発泡材または軟質樹脂材からなる柔軟性構造体が設けられていることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記各セパレータ保持器の表面のうち、前記外輪の内側軌道面と対向する面および前記内輪の外側軌道面と対向する面に、前記柔軟性構造体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記外輪と内輪の間に形成される環状空間の軸方向両端が開放されており、前記外輪の内周面のうちの前記内側軌道面を除く部位の少なくとも一部、および前記内輪の外周面のうちの前記外側軌道面を除く部位の少なくとも一部に、前記柔軟性構造体が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の転がり軸受。
4. 前記柔軟性構造体は、その設置対象部位に前記繊維材が植設されてなる植毛層であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の転がり軸受。
5. 前記繊維材が合成樹脂繊維であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の転がり軸受。

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