JP3320468B2 - 転がり軸受およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、転がり軸受に関するも
のである。詳しく述べると、耐食性に優れかつ振動が小
さい転がり軸受に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の転がり軸受は、図５に示すよう
に、内輪１およびその外側に設けられた外輪２とよりな
り、該内輪１と該外輪２との間に、保持器３に保持され
た転動体（例えば、玉、ころ等）４とより構成されてお
り、これらの部材より構成される摺動部分には、潤滑油
が供給されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する転がり軸受は、転動体４および保持器
３が外気に開放されているので、外部から水、化学薬品
等と接触して腐食しやすく、このため寿命が短かく、し
かも回転時に隙間音が大きいという欠点があった。

【０００４】また、一般に、金属部材と合成樹脂部材と
を合体して所望の物品を得ようとする場合には、金型に
インサート部材として該金属部材を挿入したのち、射出
成形法等により加熱溶融して該金型内に注入している。
しかしながら、このような金型を使用するために、その
費用が極めて高くなるという問題があった。

【０００５】したがって、本発明の目的は、新規な転が
り軸受およびその製造方法を提供することにある。本発
明の他の目的は、耐食性に優れかつ隙間音のない転がり
軸受およびその製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】これらの諸目的は、内
輪、と該内輪の外側に同軸的に設けられた外輪と、該内
輪と該外輪との間に設けられた保持器と、該保持器内に
保持された転動体とよりなる転がり軸受において、該内
輪と該外輪との間の空間に合成樹脂粉末と金属石けんと
油性物質との配合物の焼結体を充填し、該焼結体に潤滑
油を含浸させてなることを特徴とする転がり軸受により
達成される。

【０００７】これらの諸目的は、下側押圧板に取付けら
れた位置決め用ボスに、内輪と該内輪の外側に同軸的に
設けられた外輪と該内輪を該外輪との間に設けられた保
持器と該保持器内に保持された転動体とよりなる転がり
軸受の内輪を外嵌して固定して該下側押圧板に当接し、
かつ該転がり軸受の上面に上側押圧板を当接したのち、
該内輪と該外輪との間の空間に合成樹脂粉末と金属石け
んと油性物質との配合物を注入し、ついで該配合物を焼
結したのち、潤滑油を含浸させることと特徴とする転が
り軸受の製造方法によっても達成される。

【０００８】

【作用】つぎに、本発明の実施態様を、図面を参照しな
がら説明する。

【０００９】図１に示すように、本発明による転がり軸
受は、内輪１１と、該内輪１１の外側に同軸的に設けら
れた外輪１２と、該内輪１１と該外輪１２との間に設け
られた保持器１３と、該保持器１３内に保持された転動
体１４とよりなる転がり軸受において、該内輪１１と該
外輪１２との間の空間に合成樹脂と金属石けんと油性物
質との配合物の焼結体１５を充填して密閉し、該焼結体
１５に潤滑油を含油させてなるものである。

【００１０】したがって、前記内輪１１と外輪１２と保
持器１３との間に形成される空間はもちろんのこと、前
記内輪１１と保持器１３および前記外輪１２と保持器１
３との間に形成されて前記転動体１４と接する空間にも
潤滑油を含浸させた焼結体１５が充填されて、該転動体
１４と摺動接触することになる。

【００１１】本発明で用いられる転がり軸受は、主とし
て金属製の深溝転がり軸受のオープンタイプであるが、
他のボールベアリング、ローラベアリングに対しても応
用可能である。この場合、オープンタイプであることお
よび自動調心タイプでないことという二つの条件が満た
されなければならない。

【００１２】本発明による転がり軸受を製造するには、
まず必要により金属製の転がり軸受を前処理する。前処
理方法としては、オイルコーティング、グリースコーテ
ィング、パラフィンコーティング、その他の活性物質に
よりコーティング等、好ましくはパラフィンコーティン
グ法およびステアリン酸亜鉛等の金属石けんのコーティ
ング法である。

【００１３】その具体的な方法としては、例えば、つぎ
のごとき方法がある。まず、転がり軸受を１２０〜１６
０℃に１０〜６０分間加熱したのち、活性物質粉末を溶
融付着させ、さらに同様な温度で放置すると、その必要
量が均一に膜状に付着する。ついで、放冷すると、前記
活性物質が固化する。

【００１４】このような前処理を行なうことにより、最
終的に円滑な摺動をするベアリングが得られ、特に金属
石けんを使用する場合には、次工程で配合物を軸受に充
填する際に、オイルやグリースにより処理する場合より
ワイプアウトの発生が小さく、かつ後述するように、充
填すべき配合物の一成分でもあるので、混入防止の必要
がない。

【００１５】本発明において使用される焼結体を構成す
る合成樹脂としては、粉末状でありかつ焼結可能であ
り、しかも摩擦係数が低くかつ油に対して含浸性の良好
な熱可塑性樹脂であれば、いずれも使用できる。

【００１６】一例を挙げると、例えば、超高分子量ポリ
エチレン（平均分子量３００万〜４５０万）、ポリテト
ラフルオロエチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポ
リフェニレンエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエー
テルエーテルケトン、ポリエーテルイミド等の摺動性合
成樹脂粉末があり、好ましくは超高分子量ポリエチレ
ン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンサル
ファイド等であり、最も好ましくは超高分子量ポリエチ
レンである。

【００１７】これらの合成樹脂粉末の平均粒径は、通常
６０〜１２０μｍ、好ましくは８０〜１２０μｍであ
る。

【００１８】前記焼結体１５に配合される金属石けんと
しては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、
オレイン酸亜鉛、オレイン酸カルシウム等があり、摺動
性前記合成樹脂粉末１００重量部当り１０〜４０重量
部、好ましくは１０〜３０重量部配合される。混合部材
兼組成物混合時の結合材料として使用される油性物質と
しては、一般鉱物油、パラフィン類、機械用グリース類
があり、摺動性合成樹脂粉末１００重量部当り２０〜１
６０重量部、好ましくは、１００〜１４０重量部配合さ
れる。

【００１９】これらの摺動性樹脂粉末には、必要により
低摩擦、低摩耗および含油性材料としてナイロン−６、
ナイロン−６，６、ナイロン−１２、ナイロン−１１等
の粉末および低摩擦、低摩耗、含油性および強度保持材
料としてフェノール樹脂成形材料（木粉、パルプ、炭素
繊維等を配合したフェノール樹脂）粉末を配合すること
ができる。さらに、含油性向上のために、天然繊維、炭
素繊維等の繊維類を、また熱伝導性、導電性および機械
的強度向上のために銅粉、鉄粉、アルミニウム粉等の金
属粉を配合することができる。

【００２０】前記摺動性樹脂粉末に対するナイロン粉末
およびフェノール樹脂成形材料粉末の配合割合は、該合
成樹脂粉末１００重量部当りナイロン粉末８０重量部以
下、好ましくは４０〜８０重量部、最も好ましくは５０
〜７０重量部およびフェノール樹脂成形材料粉末８０重
量部以下、好ましくは４０〜７０重量部以下、最も好ま
しくは５０〜６５重量部である。すなわち、このような
範囲では、合成樹脂焼結体に対する潤滑油の含浸性が極
めて良好となるからである。

【００２１】また、前記摺動性樹脂粉末１００重量部に
対する繊維類の配合割合は１０重量部以下、好ましくは
３〜８重量部、最も好ましくは５〜８重量部であり、ま
た金属粉は２００重量部以下、好ましくは４０〜１５０
重量部、最も好ましくは４０〜１００重量部である。

【００２２】このような合成樹脂焼結体を形成するに
は、つぎのようにして行われる。すなわち、まず、摺動
性合成樹脂粉末、金属石けん、油性物質および必要によ
り配合されるナイロン粉末、フェノール樹脂成形材料粉
末、繊維類および金属粉を所定量配合して混合して粘土
状混合物を得る。混合は、一般的な密閉式の混合機、例
えばニーダー、インターミキサー等で容易に行なうこと
ができる。この混合物は、内輪１１と外輪１２と保持器
１３とにより形成される空間に充填したのち、所定の温
度に加熱して焼結することにより焼結体１５を得る。

【００２３】このような方法としては、例えば図２に示
すように、成形機下板２１に固定された下側押圧板２２
に取付けられた位置決め用ボス２３に、内輪１１と該内
輪１１の外側に同軸的に設けられた外輪１２と該内輪１
１と該外輪１２との間に設けられた保持器（図示せず）
と該保持器内に保持された転動体１４とよりなる転がり
軸受の内輪１１を外嵌して固定して前記下側押圧板２１
に当接し、かつ該転がり軸受の上面に成形機上板２５に
固定された上側押圧板２４を当接する。

【００２４】ついで、前記配合物をスクリュー、プラン
ジャー等（図示せず）を用いて材料射出ノズル２６によ
り内輪と外輪との空間に前記配合物を注入する。この場
合、特に加熱する必要はない。

【００２５】転がり軸受に充填された配合物は、加熱下
に焼結されて粘土様の混合物が固形物として固定され、
一つの加工品となる。

【００２６】焼結する際の手順としては、つぎのとおり
である。

【００２７】（ａ） 充填された配合物が露出している
面に金属板、セラミックス板あるいは耐熱性の樹脂板等
の押圧板を当接し、ボルト締め、クランプ締め等により
固定する。

【００２８】（ｂ） １４０〜１９０℃、好ましくは１
６０〜１９０℃の温度で、軸受の寸法に応じて３０分〜
４時間、好ましくは６０分〜２時間程度加熱して焼結を
行なう。この際使用される装置としてはバッチ式電気
炉、連続式トンネル型電気炉等の恒温加熱できる装置で
充分である。また、オイルバス中（例えばタービン油＃
９０等）で焼結しても問題はない。

【００２９】（ｃ） 加熱終了後は、押圧板を当接した
ままで、１００℃以下、好ましくは２０〜５０℃の温度
になるまで放冷する。放冷は、常態放置あるいは冷油中
での浸漬放置のいずれも可能である。

【００３０】以上の手順で多量生産する場合には、
（ａ）の手順は簡易な治具を用いて行うことができる。
例えば、図３に示すように、ナット３１が取付け可能な
丸棒または円管３２で、その外径が軸受の内輪１１にほ
ぼ合致するものおよびこの外径と合致する丸穴の開いた
押圧板３３を準備し、これらを交互に挿入し、両端をナ
ット３１で固定する。この方法によれば、数個ないし数
十個の単位で転がり軸受を一度に押圧固定できる。

【００３１】焼結、放冷したのち、押圧板を外して得ら
れる転がり軸受は、配合物の焼結部分が多孔質体であ
り、このままでも仕上りに近い状態にある。しかしなが
ら、これをさらに加熱して潤滑油を含浸させることによ
って、より安定な易摺動性の転がり軸受にすることがで
きる。

【００３２】前記押圧板３３を外したときに、軸受の内
輪または外輪にバリが発生している場合には、鋭利な刃
物で切除する。これを金網のカゴに入れ、あるいは針状
物等に通したのち、潤滑油中に浸漬する。使用される潤
滑油としては、通常転がり軸受に使用されるものであれ
ば、いずれも使用できるが、一例を挙げると、例えばタ
ービン油＃９０、スピンドル油＃６０等がある。

【００３３】潤滑油中の浸漬温度は９０〜１１０℃、好
ましくは９５〜１０５℃で、３０分〜４時間、好ましく
は１〜４時間である。ついで、浸漬していた潤滑油ごと
放冷するか、あるいは潤滑油中から取り出して冷油中に
浸漬して放冷し、好ましくは室温程度にまで放冷する。

【００３４】このようなアニールの工程を取り入れるこ
とによって、充填配合物中の潤滑部材の割合は、配合段
階で４０〜５０重量％程度のものが、最終的に５０〜７
０重量％程度にまで増大する。

【００３５】このように、潤滑油を焼結体１５に含浸さ
せることにより、潤滑油は該焼結体内に保持され、しか
もその一部分は、内輪１１と保持器１３と転動体１４と
により形成される空間または外輪１２と保持器１３と転
動体１４とにより形成される空間において該転動体１４
と接するので、該転動体１４に潤滑油が常に供給される
ことになる。

【００３６】

【実施例】つぎに、実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明する。

【００３７】実施例１ 図１に示すように、内輪１１と、該内輪１１の外側に同
軸的に設けられた外輪１２と、該内輪１１と該外輪１２
との間に設けられた保持器と、該保持器１３内に保持さ
れた転動体１４とよりなる金属製の転がり軸受を１６０
℃に２０分間加熱して粉末状ステアリン酸亜鉛を溶融付
着させ、さらに１６０℃の温度で２０分間空中加熱し、
さらに放冷してステアリン酸亜鉛を固化させることによ
り前処理を行なった。該内輪１１と該外輪１２と、保持
器１３とにより空間に、つぎの表１に示す組成を有する
粉末配合物を図２に示す装置を用いて充填した。

【００３８】

【表１】

【００３９】ついで、該粉末配合物を充填した転がり軸
受を１６０℃で１時間加熱して焼結したのち、タービン
油＃９０（粘度３２センチストークス（４０℃）中に浸
漬し、１００℃の温度で１時間アニールを行なって、潤
滑油を該焼結体に含浸させて本発明による転がり軸受を
得た。このときのタービン油＃９０の含油による増加率
は１８％であった。

【００４０】このようにして得られた転がり軸受を、図
４に示す試験装置を用いて摺動時間と温度との関係を測
定したところ、表２に示す結果が得られた。

【００４１】すなわち、図４に示すように、モータ固定
台４１上に固定されたモータ４２と、シャフト支持台４
４上に固定されたシャフト支持用軸受４５との間に取付
けられたシャフト４３に、荷重４６をかけた荷重負荷用
荷重４７に試験用の転がり軸受４８を取付けた。

【００４２】定格電圧２００Ｖで１４２０ｒ．ｐ．ｍの
回転数で回転させ、４９ｋｇの負荷（負荷用外輪の重さ
＋荷重の重さ）をかけて１日８時間連続回転させ、総試
験時間１０２時間であった。このときの温度の測定は、
図中のＡ〜Ｄ点の温度を表面温度計にて測定した。な
お、ＡおよびＤ点は、軸受外輪の側面上の一部であり、
ＢおよびＣ点は、荷重負荷用外輪の表面上の一部であ
る。

【００４３】

【表２】

【００４４】表２から明らかなように、各測定点の温度
上昇分は、摺動開始当初室温プラス２０℃まで上昇して
いる。その後長時間摺動すると、次第に上昇分は小さく
なり、１００時間経過までには室温プラス１５〜１６℃
程度の上昇となっている。

【００４５】供試軸受の摺動性は、試験の前段では、明
らかに試験後の方が滑らかな摺動になっている（官能確
認）。

【００４６】この試験により本発明の密閉軸受において
最も問題になると予想された摺動熱発生の点において、
問題がないことが確認された。すなわち、材料樹脂の耐
熱範囲（供試配合物の場合、超高分子量ポリエチレンの
長期使用可能温度８０℃）に対して、室温が４０℃程度
の高温となっても、摺動時の軸受温度は、その範囲内に
充分おさまり、使用にあたって良好に機能を発揮でき
る。

【００４７】実施例２ 実施例１において、超高分子量ポリエチレンの代りにポ
リフェニレンサルファイド粉末を用いたところ、実施例
１と同様な結果が得られた。

【００４８】実施例３ 実施例１において、超高分子量ポリエチレンの代りにポ
リテトラフルオロエチン粉末を用いたところ、実施例１
と同様な結果が得られた。

【００４９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による転がり
軸受は、内輪と、外輪と保持器との間の空間に合成樹脂
粉末と金属石けん油性物質との配合物の焼結体を充填
し、該焼結体に潤滑油を含浸させてなるものであるか
ら、金属製転動体および金属製保持器の腐食が防止さ
れ、かつ外部からの異物の混入が防止されるので、外輪
および内輪の転動体溝の摩擦が防止される。また、該焼
結体は多孔質であるので、振動が吸収されるだけでな
く、含油体でもあるので、金属製の摺動面を円滑にす
る。このため、転がり軸受の寿命は向上する。

【００５０】なお、本発明方法によれば、製造時に専用
金型を使用しなくても可能であり、製造コストが低く押
えられる。しかも、充填成形時に加熱工程がないため
に、材料にはほとんど損失がなく、回収できる限りその
まま再利用できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明による転がり軸受の一部破断斜視図
である。

【図２】は、本発明による転がり軸受の製造装置の概略
断面図である。

【図３】は、本発明による転がり軸受の製造工程におけ
る焼結時に使用される治具を示す概略断面図である。

【図４】は、本発明による転がり軸受の試験装置の概略
図である。

【図５】は、従来の転がり軸受の一部破断斜視図であ
る。

【符号の説明】

１１…内輪、 １２…外輪、 １３…保持器、 １４…転動体、 １５…焼結体。

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内輪と、該内輪の外側に同軸的に設けら
   れた外輪と、該内輪と該外輪との間に設けられた保持器
   と、該外持器内に保持された転動体とよりなる転がり軸
   受において、該内輪と該外輪との間の空間に合成樹脂粉
   末と金属石けんと油性物質との配合物の焼結体を充填
   し、該焼結体に潤滑油を含浸させてなることを特徴とす
   る転がり軸受。
2. 【請求項２】 合成樹脂粉末１００重量部に対する金属
   石けんの配合量が１０〜４０重量部でありかつ油性物質
   の配合量が２０〜１６０重量部である請求項１に記載の
   転がり軸受。
3. 【請求項３】 合成樹脂粉末の平均粒径が６０〜１２０
   μｍである請求項１または２に記載の転がり軸受。
4. 【請求項４】 合成樹脂粉末１００重量部当りナイロン
   粉末８０重量部以下、フェノール樹脂成形材料粉末８０
   重量部以下、金属粉末２００重量部以下および繊維類１
   ０重量部以下を含有してなる請求項２または３に記載の
   転がり軸受。
5. 【請求項５】 合成樹脂粉末が超高分子量ポリエチレ
   ン、ポリテトラフルオロエチレンおよびポリフェニレン
   サルファイドよりなる群から選ばれた少なくとも１種の
   ものである請求項１ないし４のいずれか一つに記載の転
   がり軸受。
6. 【請求項６】 合成樹脂粉末が超高分子量ポリエチレン
   である請求項１ないし４のいずれか一つに記載の転がり
   軸受。
7. 【請求項７】 下側押圧板に取付けられた位置決め用ボ
   スに、内輪と該内輪の外側に同軸的に設けられた外輪と
   該内輪を該外輪との間に設けられた保持器と該保持器内
   に保持された転動体とよりなる転がり軸受の内輪を外嵌
   して固定して該下側押圧板に当接し、かつ該転がり軸受
   の上面に上側押圧板を当接したのち、該内輪と該外輪と
   の間の空間に合成樹脂粉末と金属石けんと油性物質との
   配合物を注入し、ついで該配合物を焼結したのち、潤滑
   油を含浸させることと特徴とする転がり軸受の製造方
   法。
8. 【請求項８】 該配合物の焼結は、１４０〜１９０℃の
   温度で３０分〜４時間行われる請求項７に記載の転がり
   軸受の製造方法。
9. 【請求項９】 該潤滑油の含浸は、液温９０〜１１０℃
   の潤滑油に前記焼結後の転がり軸受を浸漬して行われる
   請求項７または８に記載の転がり軸受の製造方法。
10. 【請求項１０】 合成樹脂１００重量部に対する金属石
    けんの配合量が１０〜４０重量部であり、かつ油性物質
    の配合量が２０〜１６０重量部である請求項７ないし９
    のいずれか一つに記載の転がり軸受の製造方法。
11. 【請求項１１】 合成樹脂粉末１００重量部当りナイロ
    ン粉末８０重量部以下、フェノール樹脂成形材料８０重
    量部以下、金属粉末２００重量部以下および繊維類１０
    重量部以下を含浸してなる請求項１０に記載の転がり軸
    受の製造方法。