JP3657476B2 - 転がり軸受 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は潤滑剤含有ポリマーが充填された転がり軸受に関する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
例えば、製紙機械においては、抄紙されたウェブ状の紙の先端の両隅部を一対のロープで引っ張りながら、製紙工程を順次に移動させるようにしている。紙自体はローラ間を通過していき、各ロープは、多数のキャリアホイールに順次に巻き回されている。各キャリアホイールは転がり軸受によって回転自在に支持されている。
【0003】
このキャリアホイール用の転がり軸受は、製紙工程中、紙を乾燥させるドライヤーパートにおいて、特に過酷な環境に曝される。というのは、ドライヤーパートでは、例えば温度100〜120°Cで、湿度100%という高温、高湿度であるうえに、転がり軸受に直接、水がかかることもあるからである。
上記の転がり軸受には、一般的なシール部材が装備されているものの、もともと転がり軸受はその構造上、上記のシール部材をもってしても完全な密封化は困難である。したがって、転がり軸受内に水分が侵入し、錆を発生するおそれがある。
【0004】
そこで、転がり軸受内にグリースを充満させて使用することが考えられる。この場合、充満するグリースによって軸受内への水分の侵入を抑制できるので、防錆の効果は期待できる。しかし、充満したグリースのために軸受の回転時のトルクが大きくなる。また、上述したように完全な密封化が困難であるので、充満したグリースの一部が温度膨張等によって外部へ漏れ出るおそれがある。
一方、樹脂に潤滑油を含有させ、滲み出す潤滑油によって潤滑させるタイプの転がり軸受が提供されているが、この種の転がり軸受を上述の用途に用いた場合、侵入する水分の影響で錆が発生し、上記のグリース充満タイプの転がり軸受よりもむしろ寿命が短くなるという問題がある。
【0005】
同様の問題は、車両をコンベヤに載せて連続的に洗車を行う連続洗車機のコンベヤ用の軸受や、鉄鋼圧延機用の酸洗いラインロール用の軸受や、耕運機等の農機の車輪用の軸受や、工場内で屋内外を自動化運転される搬送用車両の車輪用の軸受においても存在する。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、過酷な環境においても錆が発生し難く、しかも低トルクであって潤滑油が漏れ出すおそれもない転がり軸受を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するための課題解決手段として、請求項1記載の発明は、互いの間に複数の転動体を介在する内輪と外輪の間を一対の密封部材により封止して得られる空間に、環状をなし且つ樹脂ポリマーを含む潤滑剤組成物を充填してなる転がり軸受において、上記潤滑剤組成物は、空間内の少なくとも転動体を覆う領域に配置され、空間内の潤滑剤組成物と対応する密封部材との間の領域にグリースが充填され、上記密封部材は環状をなすゴム製の本体を含み、上記ゴム製の本体は、潤滑剤組成物の側面に弾力的に接触する軸方向内向きのリップを有するとともに、上記リップのみで上記潤滑剤組成物の側面に摺接することを特徴とするものである。
【0007】
本発明では、潤滑剤組成物から滲み出す潤滑剤で潤滑するので、低トルクを達成することができると共に、給脂が不要である。また、転動体を覆う潤滑剤組成物の外側をさらにグリースで覆うので、空間内への水分の侵入を抑制することができる結果、錆の発生を防止して軸受の寿命を長くすることができる。また、空間内で潤滑剤組成物を除く残りの領域に充填されるグリースは少量なので、空間内全体にグリースを充満させるタイプのように潤滑油が漏れ出したりするおそれがない。特に、上記密封部材は潤滑剤組成物の側面に弾力的に接触するリップを有するので、空間内の潤滑剤組成物を除く残りの領域に充填されたグリースが外部へ漏れ出すことを確実に防止することができる。
請求項2記載の発明は、請求項1において、上記空間内の潤滑剤組成物と対応する密封部材との間の領域に充填されたグリースは、上記環状をなすゴム製の本体のリップよりも径方向外方に配置されていることを特徴とするものである。
請求項3記載の発明は、請求項1又は2において、上記内輪は外周の両端部にそれぞれ環状溝を備え、上記密封部材は上記環状溝内に侵入してラビリンス構造をなす部分を有することを特徴とするものである。
【0008】
請求項4記載の発明は、請求項1,2又は3において、上記空間内において潤滑剤組成物が占める容積割合は60〜80%であることを特徴とする。本発明では、充分な潤滑性を確保でき、しかも潤滑剤組成物と密封部材とが干渉することを防止することができる。これに対して、上記の容積割合が60%未満では潤滑剤組成物に潤滑剤の量が不足して充分な潤滑性が期待できず、80%を超えると潤滑剤組成物が密封部材と干渉して転がり軸受の動作が不安定になるおそれがある。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施の形態の転がり軸受の断面図である。図1を参照して、本転がり軸受1は、例えば玉軸受からなり、外輪2と内輪3の間に保持器4により保持される複数の例えば玉からなる転動体5を介在している。
また、外輪2及び内輪3の対応する端部間はそれぞれ密封部材6により封止され、内部に形成される空間7内に、環状をなす潤滑剤組成物8とグリース9が充填されている。
【0011】
潤滑剤組成物8は転動体5および保持器4をちょうど被覆する程度の領域を占めるような大きさに成形されており、残りの領域全てにグリース9が充填されている。空間7内に占める潤滑剤組成物8の容積割合は60〜80%に設定されている。一方、グリース9は各密封部材6とこれに対向する潤滑剤組成物8の端面の間の領域に充填され、空間7内に占めるグリース9の容積割合は20〜40%である。
【0012】
外輪2の内周の両端部にはそれぞれ環状凹部10が形成され、内輪3の外周の両端部にはそれぞれ環状溝11が形成されている。各密封部材6は、環状をなすゴム製の本体12と、これを補強する環状をなす補強板13とからなる。本体12は、(1)外輪2の環状凹部10に収容保持される環状の外周シール部14と、(2)内輪3の環状溝11内に侵入してラビリンス構造をなす第1の部分17および潤滑剤組成物8の表面を弾力的に押圧する第2の部分としてのリップ18を有する内周シール部15と、(3)外周シール部14および内周シール部15を互いに連続させる主体部16とを備えている。補強板13は主体部16および外周シール部12に沿って密封部材6を補強する断面L字形形状をなす環状の金属板からなる。
【0013】
潤滑剤組成物8としては、(a)超高分子量ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどの熱可塑性樹脂や、ポリエーテル系のポリウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂を用いるポリマー、(b)金属石けん型グリースおよび非金属石けん型有機系グリースから選ばれるグリースあるいはポリαオレフィン等の潤滑油、並びに(c)防錆添加剤を含むものが使用される。
特に、(a)のポリマーとしては、イソシアネート基の含有量が6〜10重量%であって、その分子量は400〜10,000程度のものウレタンプレポリマーにアミン系硬化剤を用いて得られるポリウレタン樹脂が好適に使用される。また、硬化後の潤滑剤組成物8の硬度は国際ゴム硬さ単位(IRHD、JIS K6253に記載の測定法)で60〜85であるものが好適に使用される。
【0014】
上記のウレタンプレポリマーにおいて、イソシアネート基の含有率が6重量%未満のポリマーを使用した潤滑剤組成物は、硬化後の硬度が60IRHDに達せず、軸受に充填しても運転中にトルクの増大を起こし易く、潤滑剤組成物も破損するので、長寿命化の目的が果たせない。一方、イソシアネート基の含有率が10重量%を超えると、潤滑剤組成物からの油分の供給が少なくなり、寿命が短くなるため軸受潤滑剤としては不適である。
【0015】
ウレタンプレポリマーとしては、例えば、ハイプレンHL−951、ハイプレンHL−6502、ハイプレンL−315、ハイプレンAX−596C、ハイプレンP−760(以上、いずれも三井化学製)などの市販品が挙げられる。
超高分子量ポリエチレンとしては、平均分子量が100万〜600万程度、特に200万以上であって且つ融点が100〜140°C程度のものが好適に使用される。
【0016】
潤滑剤組成物の成分(b)であるグリースの例としては、炭素原子数12〜24の脂肪族モノカルボン酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩またはアルミニウム塩を増ちょう剤として含むグリース:少なくとも1個のヒドロキシル基を含む炭素原子数12〜24の脂肪族モノカルボン酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩を増ちょう剤として含むグリース:少なくとも1種の、炭素原子数12〜24の脂肪族モノカルボン酸、少なくとも1個のヒドロキシル基を含む炭素原子数12〜24の脂肪族モノカルボン酸及び、炭素原子数2〜11の脂肪族モノカルボン酸のカルシウム塩を増ちょう剤とするカルシウムコンプレックス石けんグリース;炭素原子数12〜24の脂肪族モノカルボン酸と炭素原子数7〜24の芳香族モノカルボン酸のアルミニウム塩を増ちょう剤とするアルミニウムコンプレックス石けんグリース;少なくとも1種の、炭素原子数12〜24の脂肪族モノカルボン酸、少なくとも1個のヒドロキシルを含む炭素原子数12〜24の脂肪族モノカルボン酸と、少なくとも1種の、炭素原子数2〜12の脂肪族ジカルボン酸またはジカルボン酸ジエステル、または炭素原子数7〜24の芳香族モノカルボン酸またはモノカルボン酸エステルまたはリン酸エステル類またはホウ酸エステル類のリチウム塩を増ちょう剤とするリチウムコンプレックス石けんグリース;ジウレア化合物(R1 NHCONHR2 NHCONHR1 で示される式中、R1 は炭素原子数6〜24である直鎖状または分岐状の飽和または不飽和のアルキル基を表し、R2 は炭素原子数6〜15の2価の芳香族炭化水素基を表す。)を含むグリースが挙げられる。
【0017】
これらのグリースにおける基油は通常の潤滑グリースに使用されるものであり、例えば40°Cでの動粘度が50〜460mm 2/sの合成炭化水素油(例、ポリαオレフィン油)が好ましく使用される。
潤滑油としては、ポリαオレフィン油の他、鉱油、ジエステル油、ポリオールエステル油、アルキルジフェニルエーテル油、シリコーン油、パラフィン油、フッ素油等が挙げられる。
【0018】
上記のアミン系硬化剤としては、そのアミノ基の含有量が1〜10重量%であるものが好適である。このようなアミン系硬化剤としては、例えば、MC−506、MC−591、MDA−220(以上、いずれも三井化学製)、アデカハードナーCA125(旭電化工業)、エタキュアー100(アルベマール浅野製)等の芳香族ポリアミン系硬化剤、ワンダミンHM(4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン)(新日本理化)、1,2−ジアミノシクロヘキサン(デュポン)等の脂環式アミン硬化剤、ヘキサメチレンジアミン(デュポン)、エチレンジアミン(関東電化工業)、Trilon BS(エチレンジアミン四酢酸)(BASF)、ジェファーミンD−2000(ポリオキシアルキレンジアミン)(三井テキサコケミカル)等の脂肪族アミン系硬化剤が挙げられる。
【0019】
通常、成分(a)のウレタンプレポリマーを18.3〜79.6重量%;成分(b)のグリースを20〜80重量%;およびアミン系硬化剤を0.1〜6.7重量%、含有するように調製される。
上記の(c)の防錆添加剤としては、ナトリウム、カリウム、カルシウム、バリウムなどの金属スルフォネートや、ジノニルナフタレンスルフォネート、オクタデシルベンゼンスルフォネートなどの合成スルフォネートの他、ソルビタンモノオレエートなどの多価アルール脂肪酸エステルを例示することができる。
【0020】
特に、金属スルフォネートを含む第1の添加剤と、ソルビタンを含む第2の添加剤とを含むものが好ましい。第1の添加剤は上記の合成スルフォネートを含んでいても良い。また、第1の添加剤と第2の添加剤は略等しい含有率で配合することが防錆効果を高めるうえで好ましい。
潤滑剤組成物8の全量に対する防錆添加剤の含有率としては、2〜6重量%であることが好ましい。というのは、防錆添加剤の含有率が2重量%未満では充分な防錆効果が得られず、6重量%を超えると潤滑寿命が低下するという不具合があるからである。
【0021】
潤滑剤組成物8には、防錆添加剤の他、必要に応じ、酸化防止剤、及び耐摩耗性向上のための極圧添加剤などの添加剤を添加しても良い。
酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤を例示することができる。また極圧添加剤としては、塩素化パラフィン、トリクレジルホスフェート、ジアルキルジチオリン酸亜鉛などの化合物を例示することができる。
グリース9としては、特に限定されるものではないが、上述の潤滑剤組成物との相性により(b)成分のグリースと同種のものが好ましい。
【0022】
上記成分(a)、(b)および(c)を含む潤滑剤組成物において、成分(a)および成分(c)の合計量は組成物の全量に対して好ましくは20〜80重量%、さらに好ましくは40〜60重量%である。20重量%未満になると潤滑剤組成物が柔らかすぎて、固形潤滑剤にならない。また、80重量%を超えると潤滑剤組成物が硬すぎて樹脂に近い状態になり、潤滑剤の滲み出しが少なく潤滑不良を起こしやすい。
【0023】
ウレタンプレポリマーとアミン系硬化剤の重量比は、好ましくは200:1〜11:1、さらに好ましくは50:1〜20:1である。ウレタンプレポリマーの割合が200:1よりも低くなると硬化速度(固形化するまでの時間)が遅くなり実用的でなく、またアミン系硬化剤の割合が11:1を超えると経済性に欠ける。
上記の潤滑剤組成物は上記配合物を上に述べたような量比で混合し、硬化することによって得られる。これらの工程は、ウレタンプレポリマーの硬化が転がり軸受内に充填した後に行われるように、スタティックミキサーまたは反応射出成形装置などを用いて、ウレタンプレポリマーとアミン系硬化剤を含むグリースを転がり軸受内に充填しつつ混合も合わせて行われるように実施することが好ましい。スタティックミキサーなどで充填するに際し、上記アミン系硬化剤は(b)グリースに配合されており、通常は潤滑剤組成物が転がり軸受内で所定配合比の混合状態となるように配合しておくことが好ましい。その他の添加物は(a)又は(b)あるいはその両方に、所定量となるように配合しておけば良い。
【0024】
そして、上記のようにして転がり軸受内に充填された潤滑剤組成物は、室温〜170°Cの温度で約数分〜24時間放置することによって硬化される。
本実施の形態によれば、転動体5を覆う潤滑剤組成物8から滲み出す潤滑剤で潤滑するので、低トルクを達成することができ、また給脂が不要であってメンテナンスフリーを実現することができる。
また、転動体5を覆う潤滑剤組成物8の外側をさらにグリース9で覆っているので、密封部材6により封止される空間7内への水分の侵入を抑制することができる。その結果、錆の発生を防止して軸受の寿命を長くすることができる。
【0025】
また、空間7内に充填されるグリース9が空間7内で占める容積割合が、例えば20〜40%と少量であり、空間内全体にグリースを充填するタイプのように温度膨張等の影響で潤滑油が漏れ出したりするおそれがない。特に密封部材6に潤滑剤組成物8に対するリップ18を設けてあるので、グリース9に対するシール性が高い。
以下に、本発明の他の実施の形態を示す。上記(a)成分のポリマーとして、超高分子量ポリエチレンを用い、(b)成分の潤滑油としてポリαオレフィンを用いた以外は、上述の実施の形態と同じである。超高分子量ポリエチレンは総量に占める割合が10〜50重量%の範囲内になるように適宜配合される。ポリαオレフィンが総量に占める割合は44〜88重量%の範囲内になるように配合される。上記(c)成分の防錆添加剤の配合割合は同様に2〜6重量%の範囲内で選択される。また、上記潤滑剤組成物には防錆添加剤の他、必要に応じ、上述する酸化防止剤、及び耐摩耗性向上のための極圧添加剤などの添加剤を添加しても良い。
【0026】
なお、上記各実施の形態において成分(c)として例示した防錆添加剤に代えて、或いは併用して、気化性防錆剤を用いることができる。気化性防錆剤としては、ジシクロヘキシルアンモニウムナイトライト(DICHAN)、シクロヘキシルアミンカーバメイト(CHC)、ジイソプロピルアンモニウムナイトライト(DIPAN)、ニトロナフタリンアンモニウムナイトライト(NITAN)、MBT、ベンゾトリアゾール、メチルベンゾトリアゾール、ジシクロヘキシルアンモニウムカプリレート、シクロヘキシルアンモニウムラウレート等が挙げられる。気化性防錆剤の潤滑剤組成物に対する配合割合としては、2〜10重量%が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の転がり軸受の断面図である。
【符号の説明】
1 転がり軸受
2 外輪
3 内輪
4 保持器
5 転動体
6 密封部材
7 空間
8 潤滑剤組成物
9 グリース
Claims (4)
- 互いの間に複数の転動体を介在する内輪と外輪の間を一対の密封部材により封止して得られる空間に、環状をなし且つ樹脂ポリマーを含む潤滑剤組成物を充填してなる転がり軸受において、
上記潤滑剤組成物は、空間内の少なくとも転動体を覆う領域に配置され、
空間内の潤滑剤組成物と対応する密封部材との間の領域にグリースが充填され、
上記密封部材は環状をなすゴム製の本体を含み、
上記ゴム製の本体は、潤滑剤組成物の側面に弾力的に接触する軸方向内向きのリップを有するとともに、上記リップのみで上記潤滑剤組成物の側面に摺接することを特徴とする転がり軸受。 - 上記空間内の潤滑剤組成物と対応する密封部材との間の領域に充填されたグリースは、上記環状をなすゴム製の本体のリップよりも径方向外方に配置されていることを特徴とする請求項1記載の転がり軸受。
- 上記内輪は外周の両端部にそれぞれ環状溝を備え、上記密封部材は上記環状溝内に侵入してラビリンス構造をなす部分を有することを特徴とする請求項1又は2記載の転がり軸受。
- 上記空間内において潤滑剤組成物が占める容積割合は60〜80%であることを特徴とする請求項1,2又は3の何れかに記載の転がり軸受。
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