JP3937280B2 - 潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、内輪、外輪、転動体及びこの転動体を保持する保持器により形成される空間内に潤滑剤含有ポリマを充填した潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受及びその製造方法に関する。
【従来の技術】
従来から、アンギュラ玉軸受の内輪、外輪、転動体及びこの転動体を保持する保持器により形成される空間には、潤滑性を付与するために、潤滑油やグリースなどが充填されている。しかしこれらの潤滑油やグリースは、液体または半固体状の物質であるため、アンギュラ玉軸受の使用中に飛散したり、流動化するという問題があった。
そこで、この飛散や流動化を防止するため、内輪、外輪、転動体及び保持器により形成される空間内に潤滑剤含有ポリマを充填した潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受が開発された。この潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受は、前記潤滑剤含有ポリマの側端面が、前記内輪及び外輪の側端面に一致した構造、すなわち、これらが面一となった構造を備えている。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記構造の潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受は、回転によって軸受が温度上昇すると、金属製の内輪及び外輪の線膨張係数（膨張率）に比べ、プラスチック製の潤滑剤含有ポリマの線膨張係数が大きいため、当該潤滑剤含有ポリマが内輪及び外輪の側端面より突出し、不具合が生じる虞がある。
また、温度による影響以外でも、アキシャル荷重（予圧）がかかると、前記と同じように潤滑剤含有ポリマが内輪及び外輪の側端面より突出し、不具合が生じる虞がある。
そしてまた、前記内輪の外周面及び外輪の内周面の角部は、通常、円弧状に面取りされているが、軸受の軌道面などに比べると、表面粗さはかなり荒いのが普通である。すなわち、この円弧状の角部に、潤滑剤含有ポリマが接触することで抵抗が生じ、軸受トルクが上昇する虞もある。
また、アンギュラ玉軸受は、片側からアキシャル荷重を受けた状態で使用され、アキシャル方向の変位量も深溝玉軸受に比べて大きい。このため、変位可能な内輪が自由な状態で潤滑剤含有ポリマが充填された場合、軸受がアキシャル荷重を受けて内輪、保持器、転動体が変位するのを、潤滑剤含有ポリマが邪魔し、軸受トルクの上昇や温度上昇を引き起こす虞がある。
さらにまた、前記内輪外周面に形成されている軌道溝、及び前記外輪内周面に形成されている軌道溝は、通常、研磨加工が施されているが、それ以外の部分は、研磨加工が施されていない場合が多く、黒皮の状態のままである場合が多い。この場合、前記黒皮の部分は、その表面粗さが大きい（面が粗い）ため、軸受が回転した際に、潤滑剤含有ポリマとの摩擦抵抗が大きくなり、軸受の温度上昇につながる虞がある。
また、保持器が合成樹脂製の場合は、鋼板製のプレス保持器に比べて一般的に肉厚が厚く、外輪及び内輪との間に形成される隙間が狭くなる傾向にある。このため、前記隙間に充填された潤滑剤含有ポリマの厚さが薄くなり、軸受の温度上昇によって潤滑剤含有ポリマが軟化した場合、軸受の回転によって肉薄部分が切断される等の破損を起こす虞もある。
本発明は、このような従来の問題点を解決することを課題とするものであり、温度上昇やアキシャル荷重で潤滑剤含有ポリマが内輪及び外輪の側端面より突出することを防止し、低トルクで温度上昇が少ない潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明は、内輪及び外輪と、当該内輪及び外輪との間に介装される複数の転動体と、当該転動体を保持する保持器と、前記内輪、外輪、転動体及び保持器により形成される空間内に潤滑剤含有ポリマを充填してなる潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受において、前記潤滑剤含有ポリマは、その側端面が前記内輪及び外輪の側端面より内側に配置されてなり、前記潤滑剤含有ポリマの側端面と、前記内輪及び外輪の側端面との間隔が、アキシャル方向最大変位量または前記内輪の外周面及び外輪の内周面に形成された円弧状角部の曲率半径のいずれか大きい方より大きく、かつ前記保持器と前記外輪内周面の軌道溝、及び前記保持器と前記内輪外周面の軌道溝を除く部分との間に形成される空間の少なくとも一部に存在しないように充填されてなる潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受を提供するものである。
この構造を備えた潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受は、温度上昇により内輪や外輪より膨張したり、アキシャル荷重がかかっても、潤滑剤含有ポリマが内輪及び外輪の側端面より突出することがない。また、内輪外周面及び外輪内周面に形成された円弧状角部を、潤滑剤含有ポリマが覆うことを避けることができるため、低トルク化を達成することもできる。さらに、前記保持器と前記外輪内周面の軌道溝、及び前記保持器と前記内輪外周面の軌道溝を除く部分との間に形成される空間の少なくとも一部に潤滑剤含有ポリマが存在しないため、軸受が回転した際に生じる潤滑剤含有ポリマとの摩擦抵抗を低く押さえることができ、温度上昇が少なくなる。
また、本発明は、内輪及び外輪と、当該内輪及び外輪との間に介装される複数の転動体と、当該転動体を保持する保持器と、前記内輪、外輪、転動体及び保持器により形成される空間内に潤滑剤含有ポリマを充填してなる潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受の製造方法において、前記内輪、外輪、転動体及び保持器を組み立てた後、カウンターボア側から内輪を押圧し、前記内輪、外輪及び転動体を接触させた状態で、前記潤滑剤含有ポリマの側端面が、前記内輪及び外輪の側端面から、アキシャル方向最大変位量または前記内輪の外周面及び外輪の内周面に形成された円弧状角部の曲率半径のいずれか大きい方の間隔をあけて内側に位置し、かつ前記保持器と前記外輪内周面の軌道溝、及び前記保持器と前記内輪外周面の軌道溝を除く部分との間に形成される空間の少なくとも一部に存在しないように、前記潤滑剤含有ポリマを充填し、固化する潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受の製造方法を提供するものである。
この製造方法では、軸受は潤滑剤含有ポリマが充填、固化される際に、カウンターボア側から予圧（押圧）されているため、実際に軸受が使用中にアキシャル荷重を受けた時、内輪及び外輪の軌道溝と転動体との間に介在する潤滑剤含有ポリマが転動体の動きを阻害することを防止することができ、低トルク化を達成することができる。また、潤滑剤含有ポリマは、前記保持器と前記外輪内周面の軌道溝、及び前記保持器と前記内輪外周面の軌道溝を除く部分との間に形成される空間の少なくとも一部にが存在しないように充填されるため、軸受が回転した際に生じる潤滑剤含有ポリマとの摩擦抵抗を低く押さえることができ、温度上昇が少なくなる。
本発明で使用可能な潤滑剤含有ポリマとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリメチルペンテン等の基本的に同じ化学構造を有するポリオレフィン系樹脂の群から選択された合成樹脂に、潤滑剤としてポリα−オレフィン油のようなパラフィン系炭化水素油、ナフテン系炭化水素油、鉱油、ジアルキルジフェニルエーテル油のようなエーテル油、フタル酸エステルのようなエステル油等の何れか単独もしくは混合油の形で混ぜて調製した原料を、樹脂の融点以上で加熱して可塑化し、その後冷却することで固形状にしたものであり、潤滑剤の中に予め酸化防止剤、錆止め剤、摩耗防止剤、消泡剤、極圧剤等の各種添加剤を加えたものでもよい。
前記潤滑剤含有ポリマの組成比は、全重量に対してポリオレフィン系樹脂１０〜５０重量％、潤滑剤９０〜５０重量％である。
ポリオレフィン系樹脂が１０重量％未満の場合は、あるレベル以上の硬さ及び強度が得られず、例えば、軸受の回転などによって、負荷がかかった時に、初期の形状を維持するのが難しくなり、軸受の内部空間から脱着する等の不具合を生じる可能性が高くなる。
また、ポリオレフィン系樹脂が５０重量％を超える場合（すなわち、潤滑剤が５０重量％未満の場合）は、軸受への潤滑剤の供給が少なくなり、軸受の寿命が短くなる。
前記合成樹脂の群は、基本構造は同じでその平均分子量が異なっており、７００〜５×１０６の範囲に及んでいる。すなわち、平均分子量が７００〜１×１０４というワックス（例えば、ポリエチレンワックス）に分類されるものと、平均分子量が１×１０４〜１×１０６という比較的低分子量のものと、平均分子量が１×１０６〜５×１０６という超高分子量のものとを、単独もしくは必要に応じて混合して用いる。比較的低分子量のものと潤滑剤との組合わせによって、ある程度の機械的強度、潤滑剤供給能力、保油性を持つ潤滑剤含有ポリマが得られる。この中の比較的低分子量のものの一部を、ワックスに分類されるものに置き換えると、ワックスに分類されるものと、潤滑油との分子量の差が小さいために、潤滑油との親和性が高くなり、結果として潤滑剤含有ポリマの保油性が向上し、長時間に亘っての潤滑剤の供給が可能になる。但し、その反面、機械的強度は低下する傾向にある。
ワックスとしては、ポリエチレンワックスのようなポリオレフィン系樹脂の他、融点が１００〜１３０℃以上の範囲にある炭化水素系のもの（例えば、パラフィン系合成ワックス）であれば使用できる。
これに対して、超高分子量のものに置き換えると、超高分子量のものと潤滑油との分子量の差が大きいために潤滑油との親和性が低くなり、結果として保油性が低下し、潤滑剤含有ポリマからの潤滑剤の滲み出しが速くなる。それによって、潤滑剤含有ポリマから供給可能な潤滑剤量に達する時間が短くなり、軸受の寿命が短くなる。ただし、機械的強度は向上する。
成形性、機械的強度、保油性、潤滑剤供給量のバランスを考慮すると、潤滑剤含有ポリマの組成比は、ワックスに分類されるものが０〜５重量％、比較的低分子量のものが８〜４８％、超高分子量のものが２〜１５重量％、３つの樹脂分の合計が１０〜５０重量％（残りが潤滑剤９０〜５０重量％）が好適である。
機械的強度の一つとして、本発明の潤滑剤含有ポリマの硬さ「ＨＤＡ」は、６５〜８５の範囲にあることが好ましく、より好ましくは、７０〜８０の範囲である。硬さ「ＨＤＡ」が６５未満の場合は、強度的に弱く軸受の回転によって破損する虞がある。これに対して、硬さ「ＨＤＡ」が８５を超える場合は、ころ（転動体）を拘束する力が大きく、それによって軸受のトルクが大きくなったり、軸受の回転による発熱が大きくなって軸受の温度が高くなる虞がある。
本発明の潤滑剤含有ポリマの機械的強度を向上させるため、前記ポリオレフィン系樹脂に、以下のような熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を添加したものを使用してもよい。
熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂等の各樹脂を使用することができる。
これらの樹脂は、単独または混合して用いてもよい。
さらに、ポリオレフィン系樹脂と、それ以外の樹脂とを、より均一な状態で分散させるために、必要に応じて適当な相溶化剤を加えてもよい。
また、機械的強度を向上させるために、充填剤を添加してもよい。この充填剤としては、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、チタン酸カリウムウイスカーやホウ酸アルミニウムウイスカー等の無機ウイスカー類、あるいはガラス繊維や金属繊維等の無機繊維類及びこれらを布状に編組したもの、また有機化合物では、カーボンブラック、黒鉛粉末、カーボン繊維、アラミド繊維やポリエステル繊維等を添加してもよい。
さらに、ポリオレフィン系樹脂の熱による劣化を防止する目的で、N,N’-ジフェニル-p-フェニルジアミン、2,2’-メチレンビス（4-エチル-6-t-ブチルフェノール）等の老化防止剤、また、光による劣化を防止する目的で、2-ヒドロキシ-4-n-オクトキシベンゾフェノン、2-（2’-ヒロドキシ-3’-t-ブチル-5’-メチル-フェニル）-5-クロロベンゾトリアゾール等の紫外線吸収剤を添加してもよい。以上の全ての添加剤（ポリオレフィン系樹脂と潤滑剤以外）の添加量としては、添加剤全体として、成形原料全量の２０重量％以下であることが、潤滑剤の供給能力を維持するうえで好ましい。
本発明で用いることのできるポリマ材料としては、前述したようなポリオレフィン系樹脂をベースにしたものの他、射出成形可能な熱可塑性樹脂であれば使用でき、その中で含油量を多くすることができるものとしては、例えば、ポリエステル系エラストマー等がある。また、熱可塑性樹脂の他に、ポリウレタン、ポリウレアエラストマー等の熱硬化性樹脂も用いることができる。
ポリウレタンの場合は、潤滑剤としてグリースを用いて反応原料となるイソシアネート基を含有するウレタンプレポリマーと、アミン系硬化剤を、それぞれあるいはどちらか一方をグリースに均一に混合した後、２つの混合物をさらに混合し、軸受に充填して、必要に応じて加熱して反応させ、グリースを含有させた状態で硬化させる。
一方、ポリウレアエラストマーの場合は、分子鎖にソフトセグメントを含有する芳香族ポリアミン化合物及び芳香族ジアミンの混合物からなるアミン成分を、それと相溶性のある潤滑油あるいはその潤滑油を基油とするグリースと均一に混合した混合物に、さらにポリイソシアナート成分を加えて混合し、目的の形状の金型に充填して、必要に応じて加熱して反応させ、潤滑剤を含有させた状態で硬化させる。
潤滑剤含有ポリマの側端面が、内輪及び外輪の側端面より内側に配置されるように潤滑剤含有ポリマを充填する方法としては、例えば、以下の二つの方法を例示することができる。
一つは、内輪の外周部と外輪の内周部との隙間に填るような突起を有する治具を上下から（内輪及び外輪の両側面側から）挟むようにして圧縮成形する。軸受は、カウンターボアがある側が上側の治具側となるよう成形される。
下側の治具は、外輪の側端面に接触し、内輪の側端面との間に僅かな隙間が形成されるような形状をしている。一方、上側の治具は、内輪の側端面に接触し、外輪の端面とは僅かに隙間が形成されるような形状をしている。このような上下の治具と、内輪及び外輪の接触及び隙間関係から、上側の治具に圧力を加えると、治具が内輪を押して転動体と接触し、押された転動体が外輪と接触した状態（軸受がアキシャル荷重を受けたのと同じ状態）になる。この状態で、潤滑剤含有ポリマが固形化されることによって、転動体と、内輪及び外輪の軌道溝との間に入り込む潤滑剤含有ポリマの量が減少し、アキシャル荷重を受けた時に転動体の動きを阻害しにくくなり、結果として低トルクになる（図３及び図４参照）。
二つ目は、前記と同様の治具で同様に挟んだ状態のまま、潤滑剤含有ポリマを射出成形する。ただし、射出側の治具には、円周上に数カ所ゲートとなる貫通孔が開いている。内輪を押圧してアキシャル荷重（予圧）がかかった状態（図４参照）にするには、例えば、金型内に外輪を固定させた状態で内輪をカウンターボア側から皿ばね等によって弾性的に押圧する機構を設けるなどの方法で可能となる。
また、潤滑剤含有ポリマの側端面と、前記内輪及び外輪の側端面との間隔は、アキシャル方向最大変位量または前記内輪の外周面及び外輪内周面に形成された円弧状角部の曲率半径のいずれか大きい方より大きく設定する。具体的には、アンギュラ玉軸受は、転動体（玉）と、内輪外周部及び外輪内周部の軌道溝との間に隙間を有するが（図３参照）、軸受の内輪あるいは外輪にアキシャル荷重（予圧）をかけると、その隙間分（実際はその２倍）だけアキシャル方向に変位することができる（図４参照）。
前記潤滑剤含有ポリマの側端面と、前記内輪及び外輪の側端面との間隔が、前述したアキシャル方向の最大変位量及び前記内輪の外周面及び外輪内周面に形成された円弧状角部の曲率半径の両方より小さいと、温度上昇やアキシャル荷重で潤滑剤含有ポリマが、内輪及び外輪の側端面より突出してしまう。一方、前記間隔が必要以上に大きいと、潤滑剤含有ポリマの充填量が少なくなり、内輪外周面及び外輪内周面の間にある保持器や、場合によっては、転動体が部分的にむき出しになり、潤滑剤含有ポリマを充填するための治具が複雑になる。
さらに、保持器と内輪の軌道溝以外の部分との間、及び保持器と外輪の軌道溝以外の部分との間に潤滑剤含有ポリマを充填しないようにする方法としては、例えば、前述した治具に形成された内輪の外周部と外輪の内周部との隙間に填るような突起に、内輪外周部と保持器との間隔、及び外輪の内周部と保持器との間隔を埋める突起部を設けた治具を使用する方法が挙げられる（図２参照）。
なお、前述した潤滑剤含有ポリマを充填する方法では、先ず、アンギュラ玉軸受を通常の方法で組み立てた後、これに通常の脱脂洗浄を行う。その後、内輪の外周面、外輪の内周面、転動体の表面、及び保持器の表面に離型剤あるいはグリースを塗布し、離型剤あるいはグリースの塗膜（被膜）を形成する。
前記離型剤としては、フッ素系離型剤が好適に用いられる。具体的には、炭素数４〜２０のパーフルオロアルキル基含有リン酸エステルまたはその塩とシリコンオイルとの混合物（例えば、特公昭５３−２３２７０号公報、特公昭５３−２３２７１号公報に記載）、炭素数４〜２０のパーフルオロアルキル基含有リン酸エステルまたはその塩とシリコンワニスとの混合物（例えば、特公昭５７−４８０３５号公報に記載）、パーフルオロアルキル基含有ポリエーテル化合物とシリコンオイル等との混合物（例えば、特公昭５９−３２５１３号に記載）、パーフルオロアルキル基含有ウレタン化合物とオルガノシルセスキオキサンのラダー重合体等との混合物（例えば、特開昭６３−１０４８０４号公報に記載）等を挙げることができる。また、前記混合物において、シリコン化合物を含有しないものも使用できる。さらに、フッ素系離型剤は、前記の化合物を主成分とし、適当な溶媒（例えば、水、イソオクタン、ＨＣＦＣ−１４１ｂ等）を含有してもよい。一方、前記グリースとしては、その種類は特に限定されるものではないが、前述した潤滑剤含有ポリマを形成する樹脂及び潤滑剤との親和性を考慮することが好ましい。
つまり、本発明においては、潤滑剤含有ポリマは、充填の際、一度溶融状態になるが、その際、潤滑剤含有ポリマを構成する樹脂と潤滑剤とが相溶した状態になっており、樹脂はそれと相溶性を有する他の成分を最も取り込みやすい状態となっている。したがって、転動体の表面に成膜されたグリースと樹脂とが相溶性がある場合には、グリースが溶融した樹脂に取り込まれてしまい、潤滑剤含有ポリマが転動体に接触するようにして固化する可能性が高くなり、その結果転動体の回転が拘束され、前述した離型剤と同様のグリース被膜によるトルク低減効果があまり発揮されない場合がでてくる。
したがって、本発明においては、潤滑剤含有ポリマを形成する樹脂及び潤滑剤と、グリースとは相溶性が低い組合わせをすることが好ましい。
例えば、潤滑剤含有ポリマの樹脂がポリオレフィン系樹脂の場合は、被覆用のグリースとしては、炭化水素系の化合物と相溶性のほとんどないフッ素グリース（増ちょう剤：ＰＴＦＥ、基油：パーフルオロポリエーテル）、シリコングリース（増ちょう剤：リチウム石鹸、基油：フェニルメチルポリシロキサン、ジメチルポリシロキサン）、フロロシリコーングリース（増ちょう剤：リチウム石鹸、基油：フロロシリコーン）等が最も好適である。また、その他の炭化水素系であっても極性が高いことで相溶性が低いエステル油を基油とするエステルグリース（増ちょう剤：ウレア、リチウム石鹸等）、ペンタフェニルエーテル・テトラフェニルエーテル等のポリフェニルエーテルを基油とするポリフェニルエーテル系グリース（増ちょう剤：ベントナイト等）も使用することができる。
また、潤滑剤含有ポリマの樹脂がポリエステル系エラストマー、ポリウレアエラストマー、ポリウレタン等のように極性の高い炭化水素系の化合物の場合は、上記で示したような炭化水素系の化合物と相溶性のほとんどないフッ素系グリース、シリコングリース、フロロシリコーングリース等が最も好適である。炭化水素系のグリースは、上記のものとは逆に、極性の低い鉱油、ポリα−オレフィン油、オクタデシルジフェニルエーテルなどのように長い炭化水素鎖がついたフェニルエーテル、エイコシルナフタレンのように長い炭化水素鎖がついたナフタレンを基油とし、ウレア、リチウム石鹸等を増ちょう剤とする相溶性が低いものを使用することができる。
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態にかかる潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受及びその製造方法について図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態にかかる潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受の断面図、図２は、図１に示す潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受を製造する工程の一部を示す断面図、図３は、図１に示す潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受にアキシャル荷重（予圧）がかかっていない状態を示す一部拡大断面図、図４は、図１に示す潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受にアキシャル荷重（予圧）がかけられた状態を示す一部拡大断面図、図５及び図６は、図３の一部をさらに拡大した図である。なお、図３及び図４は、各部材の関係を判りやすくするため、保持器を省略して記載した。
図１ないし図６に示すように、本実施の形態にかかる潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受１は、内輪２、外輪３と、内輪２及び外輪３との間に介装される複数の転動体４と、内輪２、外輪３及び転動体４により形成される空間内に充填された潤滑剤含有ポリマ５と、転動体４を保持する保持器６と、を備えて構成されている。
潤滑剤含有ポリマ５は、その側端面７が、内輪２の側端面８及び外輪３の側端面９より内側に配置されている。潤滑剤含有ポリマ５の側端面７と、内輪２の側端面８及び外輪３の側端面８との間隔は、アキシャル方向最大変位量または内輪２の外周面に形成された円弧状角部１０の曲率半径ｒ及び外輪３の内周面に形成された円弧状角部１１の曲率半径ｒのいずれか大きい方より大きく構成される。また、この潤滑剤含有ポリマ５は、保持器６と外輪３内周面に形成されている軌道溝３Ａ以外の部分との間に形成される空間の一部３Ｂと、保持器６と内輪２の外周面に形成されている軌道溝２Ａ以外の部分との間に形成される空間の一部２Ｂに存在しないように充填されている。
なお、本実施の形態では、特に図５及び図６に示すように、前記間隔は、曲率半径ｒより大きくなるように設定した。
本実施の形態では、以下の組成の潤滑剤含有ポリマ５を使用した。なお、この潤滑剤含有ポリマ５の硬さは、７５ＨＤＡに設定した。
（組成）
高密度ポリエチレン（比較的低分子量に分類） １０重量％
超高分子量ポリエチレン（超高分子量に分類） １２．５重量％
ポリエチレンワックス（ワックスに分類） ２．５重量％
鉱油 ７５重量％
次に、本実施の形態にかかる潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受１の製造方法について説明する。
本実施の形態で、潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受１を製造するために使用する治具２０は、図２に示すように、上側治具２１と下側治具２２と、から構成されている。なお、この治具２０は、上側治具２１と下側治具２２との組み合わせによって構成されているが、左右に配置するなど、その配置は限定されるものではない。
上側治具２１は、外輪３の側端面９が挿入される凹部２３を有している。この凹部２３によって、外輪３の側端面９と上側治具２１との間に隙間２４が形成される。また、上側治具２１は、内輪２の外周部と外輪３の内周部との間に挿入される凸部３２を有している。この凸部３２の分だけ、潤滑剤含有ポリマ５は、内輪２の側端面８及び外輪３の側端面９より内側に位置するようになる。また、凸部３２の内輪２の外周部に接する部分には、内輪２の軌道溝２Ａ近傍まで突出した凸部３２Ａが形成されている。この凸部３２Ａの存在によって、潤滑剤ポリマ５は、保持器６と内輪２の外周面に形成されている軌道溝２Ａ以外の部分との間に形成される空間の一部２Ｂ（図１参照）に存在しないように充填される。そしてまた、転動体４とこれに隣接した転動体４との間には、材料注入用のピンゲート２５が形成されている。
下側治具２２は、内輪２の側端面８が挿入される凹部２６を有している。この凹部２６によって、内輪２の側端面８と上側治具２１との間に隙間２７が形成される。また、下側治具２２は、内輪２の外周部と外輪３の内周部との間に挿入される凸部３３を有している。この凸部３３の分だけ、潤滑剤含有ポリマ５は、内輪２の側端面８及び外輪３の側端面９より内側に位置するようになる。また、凸部３３の両側、すなわち、外輪３の外周部及び内輪２の内周部に接する部分には、外輪３の軌道溝３Ａの近傍まで突出した凸部３３Ａ及び内輪２の軌道溝２Ａ近傍まで突出した凸部３３Ｂが形成されている。この凸部３３Ａ及び３３Ｂの存在によって、保持器６と外輪３の内周面に形成されている軌道溝３Ａ以外の部分との間に形成される空間の一部３Ｂ（図１参照）と、保持器６と内輪２の外周面に形成されている軌道溝２Ａ以外の部分との間に形成される空間の一部２Ｂ（図１参照）に存在しないように充填される。
そしてまた、下側治具２２の中央部には、ばねワッシャ２８を介してねじ２９が下側治具２２の上面に対し垂直方向に進退するよう設けられている。このねじ２９を絞めることで、下側治具２２は、外輪３の側端面９を押圧し、上側治具２１は、内輪２の側端面８を押圧するよう構成されている。なお、符号３０は、バカ穴である。
潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受１を製造するには、先ず、アンギュラ玉軸受を通常の方法で組み立てた後、これに通常の脱脂洗浄を行う。その後、内輪２の外周面、外輪３の内周面、転動体４の表面、及び保持器６の表面に離型剤あるいはグリースを塗布し、離型剤あるいはグリースの塗膜（被膜）を形成する。
この離型剤の塗膜は、例えば、フッ素系離型剤をそのまま、あるいは適当な希釈剤（例えば、水、イソオクタン、ＨＣＦＣ−１４１ｂ等）で希釈して、前記各部位にスプレーや刷毛により塗布するか、あるいはアンギュラ玉軸受を、前記離型剤を含む溶媒または分散液中に浸漬する等の方法で行われる。この時、離型剤の塗布量は、特に限定しないが、０．１〜１．０μｍ程度の膜厚となるよう、均一に塗布されることが好ましい。
また、グリースの被膜（塗膜）を形成する方法も特に制限されないが、例えば、軸受中にグリースを少量充填した後、軸受を回転させて、外輪３の内周面、内輪２の外周面、転動体４の表面、及び保持器６の表面にグリースの被膜を形成する方法がある。その他の方法としては、グリースを基油が溶解し、増ちょう剤が均一に分布するような溶剤に適当な濃度で溶かしてから、その溶液中に浸漬させた後、乾燥させて溶剤を除去することで被膜を形成させることもできる。グリースの被膜の膜厚は、１０〜１０００μｍにすることが好ましい。
その後、図２に示すようにその軸受を金型中で保持した状態で、前記の組成の潤滑剤含有ポリマ５を射出成形（インサート成形）し、図１に示すように、潤滑剤含有ポリマ５の側端面７と、内輪及び外輪の側端面８及び９との間隔が、内輪２の外周面及び外輪３内周面に形成された円弧状角部１０及び１１の曲率半径ｒより大きくなり、かつ保持器６と外輪３の内周面の軌道溝３Ａ、及び保持器６と内輪２の外周面の軌道溝２Ａを除く部分との間に形成される空間の少なくとも一部２Ｂ及び３Ｂに存在しないように充填する。この時、内輪２をカウンターボア１８側から押圧して、内輪２，外輪３及び転動体４が接触した状態になるようにした。
なお、この射出成形では、本出願人による特開平８−３０９７９３号公報に記載されているものに準じた射出成形機を使用した。
また、本実施の形態では、円弧状角部１０及び１１の曲率半径ｒを０．２ｍｍ、アキシャル方向最大変位量：０．２ｍｍ、側端面７と、側端面８及び９との間隔を１．０ｍｍに設定した。
次に、本実施の形態で製造したボールねじサポート用ＴＡＣ軸受（アンギュラ）４０ＴＡＣ９０ＢＤＢ（ＤＢ組み合わせ、予圧Ｃ１０、ｒ＝０．２ｍｍ、アキシャル方向最大変位量＝０．２ｍｍ、側端面７と、側端面８及び９との間隔＝１．０ｍｍ）と、比較例として、図７に示すように、保持器６と内輪２及び保持器６と外輪３との隙間に潤滑剤含有ポリマ５を充填したものについて、動トルク測定を行った。
なお、評価は、比較例の動トルクを１００として行った。この結果を表１に示す。
表１から、本実施の形態にかかる潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受１は、従来のものに比べ、低トルク化が達成されたことが確認された。
なお、本実施の形態では、潤滑剤含有ポリマ５の側端面７と、内輪及び外輪の側端面８及び９との間隔が、内輪２の外周面及び外輪３内周面に形成された円弧状角部１０及び１１の曲率半径ｒより大きくなるように充填した場合について説明したが、これに限らず、前記間隔が、アキシャル方向最大変位量または内輪２の外周面及び外輪３内周面に形成された円弧状角部１０及び１１の曲率半径ｒのいずれか大きい方より大きくなるように充填すればよい。また、潤滑剤含有ポリマ５は、保持器６と外輪３の軌道溝３Ａ、及び保持器６と内輪２の軌道溝２Ａを除く部分との間に形成される空間の少なくとも一部に存在しないように充填されていればよい。
そしてまた、本実施の形態では、開放型のアンギュラ玉軸受について説明したが、本発明は、シール付きの潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受及びその製造方法にも適用できることは勿論である。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、潤滑剤含有ポリマの側端面が、内輪及び外輪の側端面より、アキシャル方向最大変位量または前記内輪の外周面及び外輪内周面に形成された円弧状角部の曲率半径のいずれか大きい方より大きい間隔で内側に配置され、かつ保持器と外輪の軌道溝、及び保持器と内輪の軌道溝を除く部分との間に形成される空間の少なくとも一部に存在しないように充填されているため、温度上昇により内輪や外輪より膨張したり、アキシャル荷重がかかっても、潤滑剤含有ポリマが内輪及び外輪の側端面より突出することを防止することができると共に、軸受が回転した際に生じる潤滑剤含有ポリマとの摩擦抵抗を低く押さえることができ、温度上昇を低く押さえ、低トルク化を達成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の本実施の形態にかかる潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受の断面図である。
【図２】図１に示す潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受を製造する工程の一部を示す断面図である。
【図３】図１に示す潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受にアキシャル荷重（予圧）がかかっていない状態を示す一部拡大断面図である。
【図４】図１に示す潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受にアキシャル荷重（予圧）がかけられた状態を示す一部拡大断面図である。
【図５】図３の一部をさらに拡大した図である。
【図６】図３の一部をさらに拡大した図である。
【図７】従来の潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受の断面図である。
【符号の説明】
１ 潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受
２ 内輪
２Ａ、３Ａ 軌道溝
２Ａ、２Ｂ 一部空間
３ 外輪
４ 転動体
５ 潤滑剤含有ポリマ
６ 保持器
７、８、９ 側端面
１０ 円弧状角部
１８ カウンターボア
本発明は、内輪、外輪、転動体及びこの転動体を保持する保持器により形成される空間内に潤滑剤含有ポリマを充填した潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受及びその製造方法に関する。
【従来の技術】
従来から、アンギュラ玉軸受の内輪、外輪、転動体及びこの転動体を保持する保持器により形成される空間には、潤滑性を付与するために、潤滑油やグリースなどが充填されている。しかしこれらの潤滑油やグリースは、液体または半固体状の物質であるため、アンギュラ玉軸受の使用中に飛散したり、流動化するという問題があった。
そこで、この飛散や流動化を防止するため、内輪、外輪、転動体及び保持器により形成される空間内に潤滑剤含有ポリマを充填した潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受が開発された。この潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受は、前記潤滑剤含有ポリマの側端面が、前記内輪及び外輪の側端面に一致した構造、すなわち、これらが面一となった構造を備えている。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記構造の潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受は、回転によって軸受が温度上昇すると、金属製の内輪及び外輪の線膨張係数（膨張率）に比べ、プラスチック製の潤滑剤含有ポリマの線膨張係数が大きいため、当該潤滑剤含有ポリマが内輪及び外輪の側端面より突出し、不具合が生じる虞がある。
また、温度による影響以外でも、アキシャル荷重（予圧）がかかると、前記と同じように潤滑剤含有ポリマが内輪及び外輪の側端面より突出し、不具合が生じる虞がある。
そしてまた、前記内輪の外周面及び外輪の内周面の角部は、通常、円弧状に面取りされているが、軸受の軌道面などに比べると、表面粗さはかなり荒いのが普通である。すなわち、この円弧状の角部に、潤滑剤含有ポリマが接触することで抵抗が生じ、軸受トルクが上昇する虞もある。
また、アンギュラ玉軸受は、片側からアキシャル荷重を受けた状態で使用され、アキシャル方向の変位量も深溝玉軸受に比べて大きい。このため、変位可能な内輪が自由な状態で潤滑剤含有ポリマが充填された場合、軸受がアキシャル荷重を受けて内輪、保持器、転動体が変位するのを、潤滑剤含有ポリマが邪魔し、軸受トルクの上昇や温度上昇を引き起こす虞がある。
さらにまた、前記内輪外周面に形成されている軌道溝、及び前記外輪内周面に形成されている軌道溝は、通常、研磨加工が施されているが、それ以外の部分は、研磨加工が施されていない場合が多く、黒皮の状態のままである場合が多い。この場合、前記黒皮の部分は、その表面粗さが大きい（面が粗い）ため、軸受が回転した際に、潤滑剤含有ポリマとの摩擦抵抗が大きくなり、軸受の温度上昇につながる虞がある。
また、保持器が合成樹脂製の場合は、鋼板製のプレス保持器に比べて一般的に肉厚が厚く、外輪及び内輪との間に形成される隙間が狭くなる傾向にある。このため、前記隙間に充填された潤滑剤含有ポリマの厚さが薄くなり、軸受の温度上昇によって潤滑剤含有ポリマが軟化した場合、軸受の回転によって肉薄部分が切断される等の破損を起こす虞もある。
本発明は、このような従来の問題点を解決することを課題とするものであり、温度上昇やアキシャル荷重で潤滑剤含有ポリマが内輪及び外輪の側端面より突出することを防止し、低トルクで温度上昇が少ない潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明は、内輪及び外輪と、当該内輪及び外輪との間に介装される複数の転動体と、当該転動体を保持する保持器と、前記内輪、外輪、転動体及び保持器により形成される空間内に潤滑剤含有ポリマを充填してなる潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受において、前記潤滑剤含有ポリマは、その側端面が前記内輪及び外輪の側端面より内側に配置されてなり、前記潤滑剤含有ポリマの側端面と、前記内輪及び外輪の側端面との間隔が、アキシャル方向最大変位量または前記内輪の外周面及び外輪の内周面に形成された円弧状角部の曲率半径のいずれか大きい方より大きく、かつ前記保持器と前記外輪内周面の軌道溝、及び前記保持器と前記内輪外周面の軌道溝を除く部分との間に形成される空間の少なくとも一部に存在しないように充填されてなる潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受を提供するものである。
この構造を備えた潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受は、温度上昇により内輪や外輪より膨張したり、アキシャル荷重がかかっても、潤滑剤含有ポリマが内輪及び外輪の側端面より突出することがない。また、内輪外周面及び外輪内周面に形成された円弧状角部を、潤滑剤含有ポリマが覆うことを避けることができるため、低トルク化を達成することもできる。さらに、前記保持器と前記外輪内周面の軌道溝、及び前記保持器と前記内輪外周面の軌道溝を除く部分との間に形成される空間の少なくとも一部に潤滑剤含有ポリマが存在しないため、軸受が回転した際に生じる潤滑剤含有ポリマとの摩擦抵抗を低く押さえることができ、温度上昇が少なくなる。
また、本発明は、内輪及び外輪と、当該内輪及び外輪との間に介装される複数の転動体と、当該転動体を保持する保持器と、前記内輪、外輪、転動体及び保持器により形成される空間内に潤滑剤含有ポリマを充填してなる潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受の製造方法において、前記内輪、外輪、転動体及び保持器を組み立てた後、カウンターボア側から内輪を押圧し、前記内輪、外輪及び転動体を接触させた状態で、前記潤滑剤含有ポリマの側端面が、前記内輪及び外輪の側端面から、アキシャル方向最大変位量または前記内輪の外周面及び外輪の内周面に形成された円弧状角部の曲率半径のいずれか大きい方の間隔をあけて内側に位置し、かつ前記保持器と前記外輪内周面の軌道溝、及び前記保持器と前記内輪外周面の軌道溝を除く部分との間に形成される空間の少なくとも一部に存在しないように、前記潤滑剤含有ポリマを充填し、固化する潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受の製造方法を提供するものである。
この製造方法では、軸受は潤滑剤含有ポリマが充填、固化される際に、カウンターボア側から予圧（押圧）されているため、実際に軸受が使用中にアキシャル荷重を受けた時、内輪及び外輪の軌道溝と転動体との間に介在する潤滑剤含有ポリマが転動体の動きを阻害することを防止することができ、低トルク化を達成することができる。また、潤滑剤含有ポリマは、前記保持器と前記外輪内周面の軌道溝、及び前記保持器と前記内輪外周面の軌道溝を除く部分との間に形成される空間の少なくとも一部にが存在しないように充填されるため、軸受が回転した際に生じる潤滑剤含有ポリマとの摩擦抵抗を低く押さえることができ、温度上昇が少なくなる。
本発明で使用可能な潤滑剤含有ポリマとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリメチルペンテン等の基本的に同じ化学構造を有するポリオレフィン系樹脂の群から選択された合成樹脂に、潤滑剤としてポリα−オレフィン油のようなパラフィン系炭化水素油、ナフテン系炭化水素油、鉱油、ジアルキルジフェニルエーテル油のようなエーテル油、フタル酸エステルのようなエステル油等の何れか単独もしくは混合油の形で混ぜて調製した原料を、樹脂の融点以上で加熱して可塑化し、その後冷却することで固形状にしたものであり、潤滑剤の中に予め酸化防止剤、錆止め剤、摩耗防止剤、消泡剤、極圧剤等の各種添加剤を加えたものでもよい。
前記潤滑剤含有ポリマの組成比は、全重量に対してポリオレフィン系樹脂１０〜５０重量％、潤滑剤９０〜５０重量％である。
ポリオレフィン系樹脂が１０重量％未満の場合は、あるレベル以上の硬さ及び強度が得られず、例えば、軸受の回転などによって、負荷がかかった時に、初期の形状を維持するのが難しくなり、軸受の内部空間から脱着する等の不具合を生じる可能性が高くなる。
また、ポリオレフィン系樹脂が５０重量％を超える場合（すなわち、潤滑剤が５０重量％未満の場合）は、軸受への潤滑剤の供給が少なくなり、軸受の寿命が短くなる。
前記合成樹脂の群は、基本構造は同じでその平均分子量が異なっており、７００〜５×１０６の範囲に及んでいる。すなわち、平均分子量が７００〜１×１０４というワックス（例えば、ポリエチレンワックス）に分類されるものと、平均分子量が１×１０４〜１×１０６という比較的低分子量のものと、平均分子量が１×１０６〜５×１０６という超高分子量のものとを、単独もしくは必要に応じて混合して用いる。比較的低分子量のものと潤滑剤との組合わせによって、ある程度の機械的強度、潤滑剤供給能力、保油性を持つ潤滑剤含有ポリマが得られる。この中の比較的低分子量のものの一部を、ワックスに分類されるものに置き換えると、ワックスに分類されるものと、潤滑油との分子量の差が小さいために、潤滑油との親和性が高くなり、結果として潤滑剤含有ポリマの保油性が向上し、長時間に亘っての潤滑剤の供給が可能になる。但し、その反面、機械的強度は低下する傾向にある。
ワックスとしては、ポリエチレンワックスのようなポリオレフィン系樹脂の他、融点が１００〜１３０℃以上の範囲にある炭化水素系のもの（例えば、パラフィン系合成ワックス）であれば使用できる。
これに対して、超高分子量のものに置き換えると、超高分子量のものと潤滑油との分子量の差が大きいために潤滑油との親和性が低くなり、結果として保油性が低下し、潤滑剤含有ポリマからの潤滑剤の滲み出しが速くなる。それによって、潤滑剤含有ポリマから供給可能な潤滑剤量に達する時間が短くなり、軸受の寿命が短くなる。ただし、機械的強度は向上する。
成形性、機械的強度、保油性、潤滑剤供給量のバランスを考慮すると、潤滑剤含有ポリマの組成比は、ワックスに分類されるものが０〜５重量％、比較的低分子量のものが８〜４８％、超高分子量のものが２〜１５重量％、３つの樹脂分の合計が１０〜５０重量％（残りが潤滑剤９０〜５０重量％）が好適である。
機械的強度の一つとして、本発明の潤滑剤含有ポリマの硬さ「ＨＤＡ」は、６５〜８５の範囲にあることが好ましく、より好ましくは、７０〜８０の範囲である。硬さ「ＨＤＡ」が６５未満の場合は、強度的に弱く軸受の回転によって破損する虞がある。これに対して、硬さ「ＨＤＡ」が８５を超える場合は、ころ（転動体）を拘束する力が大きく、それによって軸受のトルクが大きくなったり、軸受の回転による発熱が大きくなって軸受の温度が高くなる虞がある。
本発明の潤滑剤含有ポリマの機械的強度を向上させるため、前記ポリオレフィン系樹脂に、以下のような熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を添加したものを使用してもよい。
熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂等の各樹脂を使用することができる。
これらの樹脂は、単独または混合して用いてもよい。
さらに、ポリオレフィン系樹脂と、それ以外の樹脂とを、より均一な状態で分散させるために、必要に応じて適当な相溶化剤を加えてもよい。
また、機械的強度を向上させるために、充填剤を添加してもよい。この充填剤としては、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、チタン酸カリウムウイスカーやホウ酸アルミニウムウイスカー等の無機ウイスカー類、あるいはガラス繊維や金属繊維等の無機繊維類及びこれらを布状に編組したもの、また有機化合物では、カーボンブラック、黒鉛粉末、カーボン繊維、アラミド繊維やポリエステル繊維等を添加してもよい。
さらに、ポリオレフィン系樹脂の熱による劣化を防止する目的で、N,N’-ジフェニル-p-フェニルジアミン、2,2’-メチレンビス（4-エチル-6-t-ブチルフェノール）等の老化防止剤、また、光による劣化を防止する目的で、2-ヒドロキシ-4-n-オクトキシベンゾフェノン、2-（2’-ヒロドキシ-3’-t-ブチル-5’-メチル-フェニル）-5-クロロベンゾトリアゾール等の紫外線吸収剤を添加してもよい。以上の全ての添加剤（ポリオレフィン系樹脂と潤滑剤以外）の添加量としては、添加剤全体として、成形原料全量の２０重量％以下であることが、潤滑剤の供給能力を維持するうえで好ましい。
本発明で用いることのできるポリマ材料としては、前述したようなポリオレフィン系樹脂をベースにしたものの他、射出成形可能な熱可塑性樹脂であれば使用でき、その中で含油量を多くすることができるものとしては、例えば、ポリエステル系エラストマー等がある。また、熱可塑性樹脂の他に、ポリウレタン、ポリウレアエラストマー等の熱硬化性樹脂も用いることができる。
ポリウレタンの場合は、潤滑剤としてグリースを用いて反応原料となるイソシアネート基を含有するウレタンプレポリマーと、アミン系硬化剤を、それぞれあるいはどちらか一方をグリースに均一に混合した後、２つの混合物をさらに混合し、軸受に充填して、必要に応じて加熱して反応させ、グリースを含有させた状態で硬化させる。
一方、ポリウレアエラストマーの場合は、分子鎖にソフトセグメントを含有する芳香族ポリアミン化合物及び芳香族ジアミンの混合物からなるアミン成分を、それと相溶性のある潤滑油あるいはその潤滑油を基油とするグリースと均一に混合した混合物に、さらにポリイソシアナート成分を加えて混合し、目的の形状の金型に充填して、必要に応じて加熱して反応させ、潤滑剤を含有させた状態で硬化させる。
潤滑剤含有ポリマの側端面が、内輪及び外輪の側端面より内側に配置されるように潤滑剤含有ポリマを充填する方法としては、例えば、以下の二つの方法を例示することができる。
一つは、内輪の外周部と外輪の内周部との隙間に填るような突起を有する治具を上下から（内輪及び外輪の両側面側から）挟むようにして圧縮成形する。軸受は、カウンターボアがある側が上側の治具側となるよう成形される。
下側の治具は、外輪の側端面に接触し、内輪の側端面との間に僅かな隙間が形成されるような形状をしている。一方、上側の治具は、内輪の側端面に接触し、外輪の端面とは僅かに隙間が形成されるような形状をしている。このような上下の治具と、内輪及び外輪の接触及び隙間関係から、上側の治具に圧力を加えると、治具が内輪を押して転動体と接触し、押された転動体が外輪と接触した状態（軸受がアキシャル荷重を受けたのと同じ状態）になる。この状態で、潤滑剤含有ポリマが固形化されることによって、転動体と、内輪及び外輪の軌道溝との間に入り込む潤滑剤含有ポリマの量が減少し、アキシャル荷重を受けた時に転動体の動きを阻害しにくくなり、結果として低トルクになる（図３及び図４参照）。
二つ目は、前記と同様の治具で同様に挟んだ状態のまま、潤滑剤含有ポリマを射出成形する。ただし、射出側の治具には、円周上に数カ所ゲートとなる貫通孔が開いている。内輪を押圧してアキシャル荷重（予圧）がかかった状態（図４参照）にするには、例えば、金型内に外輪を固定させた状態で内輪をカウンターボア側から皿ばね等によって弾性的に押圧する機構を設けるなどの方法で可能となる。
また、潤滑剤含有ポリマの側端面と、前記内輪及び外輪の側端面との間隔は、アキシャル方向最大変位量または前記内輪の外周面及び外輪内周面に形成された円弧状角部の曲率半径のいずれか大きい方より大きく設定する。具体的には、アンギュラ玉軸受は、転動体（玉）と、内輪外周部及び外輪内周部の軌道溝との間に隙間を有するが（図３参照）、軸受の内輪あるいは外輪にアキシャル荷重（予圧）をかけると、その隙間分（実際はその２倍）だけアキシャル方向に変位することができる（図４参照）。
前記潤滑剤含有ポリマの側端面と、前記内輪及び外輪の側端面との間隔が、前述したアキシャル方向の最大変位量及び前記内輪の外周面及び外輪内周面に形成された円弧状角部の曲率半径の両方より小さいと、温度上昇やアキシャル荷重で潤滑剤含有ポリマが、内輪及び外輪の側端面より突出してしまう。一方、前記間隔が必要以上に大きいと、潤滑剤含有ポリマの充填量が少なくなり、内輪外周面及び外輪内周面の間にある保持器や、場合によっては、転動体が部分的にむき出しになり、潤滑剤含有ポリマを充填するための治具が複雑になる。
さらに、保持器と内輪の軌道溝以外の部分との間、及び保持器と外輪の軌道溝以外の部分との間に潤滑剤含有ポリマを充填しないようにする方法としては、例えば、前述した治具に形成された内輪の外周部と外輪の内周部との隙間に填るような突起に、内輪外周部と保持器との間隔、及び外輪の内周部と保持器との間隔を埋める突起部を設けた治具を使用する方法が挙げられる（図２参照）。
なお、前述した潤滑剤含有ポリマを充填する方法では、先ず、アンギュラ玉軸受を通常の方法で組み立てた後、これに通常の脱脂洗浄を行う。その後、内輪の外周面、外輪の内周面、転動体の表面、及び保持器の表面に離型剤あるいはグリースを塗布し、離型剤あるいはグリースの塗膜（被膜）を形成する。
前記離型剤としては、フッ素系離型剤が好適に用いられる。具体的には、炭素数４〜２０のパーフルオロアルキル基含有リン酸エステルまたはその塩とシリコンオイルとの混合物（例えば、特公昭５３−２３２７０号公報、特公昭５３−２３２７１号公報に記載）、炭素数４〜２０のパーフルオロアルキル基含有リン酸エステルまたはその塩とシリコンワニスとの混合物（例えば、特公昭５７−４８０３５号公報に記載）、パーフルオロアルキル基含有ポリエーテル化合物とシリコンオイル等との混合物（例えば、特公昭５９−３２５１３号に記載）、パーフルオロアルキル基含有ウレタン化合物とオルガノシルセスキオキサンのラダー重合体等との混合物（例えば、特開昭６３−１０４８０４号公報に記載）等を挙げることができる。また、前記混合物において、シリコン化合物を含有しないものも使用できる。さらに、フッ素系離型剤は、前記の化合物を主成分とし、適当な溶媒（例えば、水、イソオクタン、ＨＣＦＣ−１４１ｂ等）を含有してもよい。一方、前記グリースとしては、その種類は特に限定されるものではないが、前述した潤滑剤含有ポリマを形成する樹脂及び潤滑剤との親和性を考慮することが好ましい。
つまり、本発明においては、潤滑剤含有ポリマは、充填の際、一度溶融状態になるが、その際、潤滑剤含有ポリマを構成する樹脂と潤滑剤とが相溶した状態になっており、樹脂はそれと相溶性を有する他の成分を最も取り込みやすい状態となっている。したがって、転動体の表面に成膜されたグリースと樹脂とが相溶性がある場合には、グリースが溶融した樹脂に取り込まれてしまい、潤滑剤含有ポリマが転動体に接触するようにして固化する可能性が高くなり、その結果転動体の回転が拘束され、前述した離型剤と同様のグリース被膜によるトルク低減効果があまり発揮されない場合がでてくる。
したがって、本発明においては、潤滑剤含有ポリマを形成する樹脂及び潤滑剤と、グリースとは相溶性が低い組合わせをすることが好ましい。
例えば、潤滑剤含有ポリマの樹脂がポリオレフィン系樹脂の場合は、被覆用のグリースとしては、炭化水素系の化合物と相溶性のほとんどないフッ素グリース（増ちょう剤：ＰＴＦＥ、基油：パーフルオロポリエーテル）、シリコングリース（増ちょう剤：リチウム石鹸、基油：フェニルメチルポリシロキサン、ジメチルポリシロキサン）、フロロシリコーングリース（増ちょう剤：リチウム石鹸、基油：フロロシリコーン）等が最も好適である。また、その他の炭化水素系であっても極性が高いことで相溶性が低いエステル油を基油とするエステルグリース（増ちょう剤：ウレア、リチウム石鹸等）、ペンタフェニルエーテル・テトラフェニルエーテル等のポリフェニルエーテルを基油とするポリフェニルエーテル系グリース（増ちょう剤：ベントナイト等）も使用することができる。
また、潤滑剤含有ポリマの樹脂がポリエステル系エラストマー、ポリウレアエラストマー、ポリウレタン等のように極性の高い炭化水素系の化合物の場合は、上記で示したような炭化水素系の化合物と相溶性のほとんどないフッ素系グリース、シリコングリース、フロロシリコーングリース等が最も好適である。炭化水素系のグリースは、上記のものとは逆に、極性の低い鉱油、ポリα−オレフィン油、オクタデシルジフェニルエーテルなどのように長い炭化水素鎖がついたフェニルエーテル、エイコシルナフタレンのように長い炭化水素鎖がついたナフタレンを基油とし、ウレア、リチウム石鹸等を増ちょう剤とする相溶性が低いものを使用することができる。
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態にかかる潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受及びその製造方法について図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態にかかる潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受の断面図、図２は、図１に示す潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受を製造する工程の一部を示す断面図、図３は、図１に示す潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受にアキシャル荷重（予圧）がかかっていない状態を示す一部拡大断面図、図４は、図１に示す潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受にアキシャル荷重（予圧）がかけられた状態を示す一部拡大断面図、図５及び図６は、図３の一部をさらに拡大した図である。なお、図３及び図４は、各部材の関係を判りやすくするため、保持器を省略して記載した。
図１ないし図６に示すように、本実施の形態にかかる潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受１は、内輪２、外輪３と、内輪２及び外輪３との間に介装される複数の転動体４と、内輪２、外輪３及び転動体４により形成される空間内に充填された潤滑剤含有ポリマ５と、転動体４を保持する保持器６と、を備えて構成されている。
潤滑剤含有ポリマ５は、その側端面７が、内輪２の側端面８及び外輪３の側端面９より内側に配置されている。潤滑剤含有ポリマ５の側端面７と、内輪２の側端面８及び外輪３の側端面８との間隔は、アキシャル方向最大変位量または内輪２の外周面に形成された円弧状角部１０の曲率半径ｒ及び外輪３の内周面に形成された円弧状角部１１の曲率半径ｒのいずれか大きい方より大きく構成される。また、この潤滑剤含有ポリマ５は、保持器６と外輪３内周面に形成されている軌道溝３Ａ以外の部分との間に形成される空間の一部３Ｂと、保持器６と内輪２の外周面に形成されている軌道溝２Ａ以外の部分との間に形成される空間の一部２Ｂに存在しないように充填されている。
なお、本実施の形態では、特に図５及び図６に示すように、前記間隔は、曲率半径ｒより大きくなるように設定した。
本実施の形態では、以下の組成の潤滑剤含有ポリマ５を使用した。なお、この潤滑剤含有ポリマ５の硬さは、７５ＨＤＡに設定した。
（組成）
高密度ポリエチレン（比較的低分子量に分類） １０重量％
超高分子量ポリエチレン（超高分子量に分類） １２．５重量％
ポリエチレンワックス（ワックスに分類） ２．５重量％
鉱油 ７５重量％
次に、本実施の形態にかかる潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受１の製造方法について説明する。
本実施の形態で、潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受１を製造するために使用する治具２０は、図２に示すように、上側治具２１と下側治具２２と、から構成されている。なお、この治具２０は、上側治具２１と下側治具２２との組み合わせによって構成されているが、左右に配置するなど、その配置は限定されるものではない。
上側治具２１は、外輪３の側端面９が挿入される凹部２３を有している。この凹部２３によって、外輪３の側端面９と上側治具２１との間に隙間２４が形成される。また、上側治具２１は、内輪２の外周部と外輪３の内周部との間に挿入される凸部３２を有している。この凸部３２の分だけ、潤滑剤含有ポリマ５は、内輪２の側端面８及び外輪３の側端面９より内側に位置するようになる。また、凸部３２の内輪２の外周部に接する部分には、内輪２の軌道溝２Ａ近傍まで突出した凸部３２Ａが形成されている。この凸部３２Ａの存在によって、潤滑剤ポリマ５は、保持器６と内輪２の外周面に形成されている軌道溝２Ａ以外の部分との間に形成される空間の一部２Ｂ（図１参照）に存在しないように充填される。そしてまた、転動体４とこれに隣接した転動体４との間には、材料注入用のピンゲート２５が形成されている。
下側治具２２は、内輪２の側端面８が挿入される凹部２６を有している。この凹部２６によって、内輪２の側端面８と上側治具２１との間に隙間２７が形成される。また、下側治具２２は、内輪２の外周部と外輪３の内周部との間に挿入される凸部３３を有している。この凸部３３の分だけ、潤滑剤含有ポリマ５は、内輪２の側端面８及び外輪３の側端面９より内側に位置するようになる。また、凸部３３の両側、すなわち、外輪３の外周部及び内輪２の内周部に接する部分には、外輪３の軌道溝３Ａの近傍まで突出した凸部３３Ａ及び内輪２の軌道溝２Ａ近傍まで突出した凸部３３Ｂが形成されている。この凸部３３Ａ及び３３Ｂの存在によって、保持器６と外輪３の内周面に形成されている軌道溝３Ａ以外の部分との間に形成される空間の一部３Ｂ（図１参照）と、保持器６と内輪２の外周面に形成されている軌道溝２Ａ以外の部分との間に形成される空間の一部２Ｂ（図１参照）に存在しないように充填される。
そしてまた、下側治具２２の中央部には、ばねワッシャ２８を介してねじ２９が下側治具２２の上面に対し垂直方向に進退するよう設けられている。このねじ２９を絞めることで、下側治具２２は、外輪３の側端面９を押圧し、上側治具２１は、内輪２の側端面８を押圧するよう構成されている。なお、符号３０は、バカ穴である。
潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受１を製造するには、先ず、アンギュラ玉軸受を通常の方法で組み立てた後、これに通常の脱脂洗浄を行う。その後、内輪２の外周面、外輪３の内周面、転動体４の表面、及び保持器６の表面に離型剤あるいはグリースを塗布し、離型剤あるいはグリースの塗膜（被膜）を形成する。
この離型剤の塗膜は、例えば、フッ素系離型剤をそのまま、あるいは適当な希釈剤（例えば、水、イソオクタン、ＨＣＦＣ−１４１ｂ等）で希釈して、前記各部位にスプレーや刷毛により塗布するか、あるいはアンギュラ玉軸受を、前記離型剤を含む溶媒または分散液中に浸漬する等の方法で行われる。この時、離型剤の塗布量は、特に限定しないが、０．１〜１．０μｍ程度の膜厚となるよう、均一に塗布されることが好ましい。
また、グリースの被膜（塗膜）を形成する方法も特に制限されないが、例えば、軸受中にグリースを少量充填した後、軸受を回転させて、外輪３の内周面、内輪２の外周面、転動体４の表面、及び保持器６の表面にグリースの被膜を形成する方法がある。その他の方法としては、グリースを基油が溶解し、増ちょう剤が均一に分布するような溶剤に適当な濃度で溶かしてから、その溶液中に浸漬させた後、乾燥させて溶剤を除去することで被膜を形成させることもできる。グリースの被膜の膜厚は、１０〜１０００μｍにすることが好ましい。
その後、図２に示すようにその軸受を金型中で保持した状態で、前記の組成の潤滑剤含有ポリマ５を射出成形（インサート成形）し、図１に示すように、潤滑剤含有ポリマ５の側端面７と、内輪及び外輪の側端面８及び９との間隔が、内輪２の外周面及び外輪３内周面に形成された円弧状角部１０及び１１の曲率半径ｒより大きくなり、かつ保持器６と外輪３の内周面の軌道溝３Ａ、及び保持器６と内輪２の外周面の軌道溝２Ａを除く部分との間に形成される空間の少なくとも一部２Ｂ及び３Ｂに存在しないように充填する。この時、内輪２をカウンターボア１８側から押圧して、内輪２，外輪３及び転動体４が接触した状態になるようにした。
なお、この射出成形では、本出願人による特開平８−３０９７９３号公報に記載されているものに準じた射出成形機を使用した。
また、本実施の形態では、円弧状角部１０及び１１の曲率半径ｒを０．２ｍｍ、アキシャル方向最大変位量：０．２ｍｍ、側端面７と、側端面８及び９との間隔を１．０ｍｍに設定した。
次に、本実施の形態で製造したボールねじサポート用ＴＡＣ軸受（アンギュラ）４０ＴＡＣ９０ＢＤＢ（ＤＢ組み合わせ、予圧Ｃ１０、ｒ＝０．２ｍｍ、アキシャル方向最大変位量＝０．２ｍｍ、側端面７と、側端面８及び９との間隔＝１．０ｍｍ）と、比較例として、図７に示すように、保持器６と内輪２及び保持器６と外輪３との隙間に潤滑剤含有ポリマ５を充填したものについて、動トルク測定を行った。
なお、評価は、比較例の動トルクを１００として行った。この結果を表１に示す。
なお、本実施の形態では、潤滑剤含有ポリマ５の側端面７と、内輪及び外輪の側端面８及び９との間隔が、内輪２の外周面及び外輪３内周面に形成された円弧状角部１０及び１１の曲率半径ｒより大きくなるように充填した場合について説明したが、これに限らず、前記間隔が、アキシャル方向最大変位量または内輪２の外周面及び外輪３内周面に形成された円弧状角部１０及び１１の曲率半径ｒのいずれか大きい方より大きくなるように充填すればよい。また、潤滑剤含有ポリマ５は、保持器６と外輪３の軌道溝３Ａ、及び保持器６と内輪２の軌道溝２Ａを除く部分との間に形成される空間の少なくとも一部に存在しないように充填されていればよい。
そしてまた、本実施の形態では、開放型のアンギュラ玉軸受について説明したが、本発明は、シール付きの潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受及びその製造方法にも適用できることは勿論である。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、潤滑剤含有ポリマの側端面が、内輪及び外輪の側端面より、アキシャル方向最大変位量または前記内輪の外周面及び外輪内周面に形成された円弧状角部の曲率半径のいずれか大きい方より大きい間隔で内側に配置され、かつ保持器と外輪の軌道溝、及び保持器と内輪の軌道溝を除く部分との間に形成される空間の少なくとも一部に存在しないように充填されているため、温度上昇により内輪や外輪より膨張したり、アキシャル荷重がかかっても、潤滑剤含有ポリマが内輪及び外輪の側端面より突出することを防止することができると共に、軸受が回転した際に生じる潤滑剤含有ポリマとの摩擦抵抗を低く押さえることができ、温度上昇を低く押さえ、低トルク化を達成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の本実施の形態にかかる潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受の断面図である。
【図２】図１に示す潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受を製造する工程の一部を示す断面図である。
【図３】図１に示す潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受にアキシャル荷重（予圧）がかかっていない状態を示す一部拡大断面図である。
【図４】図１に示す潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受にアキシャル荷重（予圧）がかけられた状態を示す一部拡大断面図である。
【図５】図３の一部をさらに拡大した図である。
【図６】図３の一部をさらに拡大した図である。
【図７】従来の潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受の断面図である。
【符号の説明】
１ 潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受
２ 内輪
２Ａ、３Ａ 軌道溝
２Ａ、２Ｂ 一部空間
３ 外輪
４ 転動体
５ 潤滑剤含有ポリマ
６ 保持器
７、８、９ 側端面
１０ 円弧状角部
１８ カウンターボア
Claims (1)
- 内輪及び外輪と、当該内輪及び外輪との間に介装される複数の転動体と、当該転動体を保持する保持器と、前記内輪、外輪、転動体及び保持器により形成される空間内に潤滑剤含有ポリマを充填してなる潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受の製造方法において、
前記潤滑剤含有ポリマの硬さ［ＨＤ Ａ 」が、６５〜８５であり、
下側の治具と上側の治具を備え、前記内輪の外周部と外輪の内周部との隙間に填るような突起を有してなり、前記下側の治具は、前記外輪の側端面に接触し、前記内輪の側端面との間に僅かな隙間が形成される形状を有し、前記上側の治具は、前記内輪の側端面に接触し、前記外輪の端面とは僅かに隙間が形成される形状を有してなる治具を使用し、
前記内輪、外輪、転動体及び保持器を組み立てた後、カウンターボア側から内輪を押圧し、前記内輪、外輪及び転動体を接触させた状態で、前記潤滑剤含有ポリマの側端面が、前記内輪及び外輪の側端面から、アキシャル方向最大変位量または前記内輪の外周面及び外輪の内周面に形成された円弧状角部の曲率半径のいずれか大きい方の間隔をあけて内側に位置し、かつ前記保持器と前記外輪内周面の軌道溝、及び前記保持器と前記内輪外周面の軌道溝を除く部分との間に形成される空間の少なくとも一部に存在しないように、前記潤滑剤含有ポリマを充填し、固化する潤滑剤含有ポリマ充填アンギュラ玉軸受の製造方法。
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