JP4296748B2

JP4296748B2 - 軸受及びその取付構造

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Publication number: JP4296748B2
Application number: JP2002088794A
Authority: JP
Inventors: 純也大逸; 徹也小田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: JP2003287043A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に搭載されたオルタネータなどのエンジン補機等に使用される軸受及び軸受の取付構造に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
例えば自動車のオルタネータ内に組込まれる軸受では、その使用温度域が高温であるため（max１５０℃）、外輪とこれが嵌合されるハウジングとの間にクリープ防止部材を配置して、外輪がハウジングに対して空転（クリープ）するのを防いでいた。具体的にいえば、上記クリープ防止部材には、従来、ポリアミド１１やポリブチレンテレフタレートを母材とする合成樹脂材料が用いられており、軸受用鋼製の外輪と、この軸受用鋼よりも熱膨張量が大きいアルミ材等により構成されたハウジングとの間で、当該防止部材が上記ハウジングよりも大きく熱膨張することにより、ハウジングに対する外輪の空転を防いでいた。
【０００３】
ところが、近年、上記のような軸受には、従来の高温仕様をさらに上回る温度域に対する耐熱性が要求されるようになってきており、上記クリープ防止部材ではクリープを防止できないことがあった。具体的にいえば、上記オルタネータなどのエンジン補機等ではその小型化が求められており、この小型化によって軸受が組込まれる上記ハウジングのコンパクト化やエンジン補機等を冷却するクーラのコンパクト化による冷却能力の低下等により、ハウジング内の温度上昇が大きくなったり、軸受が十分に冷却されなかったりして、軸受が上記高温仕様を上回る１５０〜１８０℃の高温環境下で使用されることがあった。このような１５０℃を超える高温環境下で使用された場合、上記ポリアミド１１やポリブチレンテレフタレート樹脂自体が劣化してしまい、そのクリープ防止部材の性能が著しく低下し、外輪がハウジングに対して空転するのを防止できないことがあった。また、クリープ防止部材に熱劣化が生じることから、軸受、ひいては当該軸受が組込まれる装置の早期不具合を招いた。
【０００４】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、高温環境下でも軸受がその取付部に対して空転するのを防止することができ、よって軸受及び当該軸受が組込まれる装置の長寿命化を図ることができる軸受及びその取付構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、外輪の外周面にクリープ防止部材を設け、前記外輪の外周面がハウジングに設けられた嵌合穴の内周面に嵌合される軸受であって、前記クリープ防止部材は、前記外輪の外周面上で軸方向中心に関して対称的に設けられた一対の溝内それぞれに形成されているとともに、前記溝と前記嵌合穴の内周面との間に配置されて前記ハウジングに対する前記外輪の締め代を確保し、前記ハウジングに対してクリープトルクを発生して前記外輪の前記ハウジングに対する取付状態を維持するものであり、前記一対の溝は、それぞれ、軸方向内側の内側側面が軸方向に直交する方向に沿って形成されているとともに、軸方向外側の内側側面を当該溝の底部から径方向外側に向かうにつれて軸方向外方に向かうように傾斜させることで、その溝幅が底部から径方向外側に向かって広がるように形成されており、前記クリープ防止部材には、軸方向外側で径方向内側に突出した突起部が、当該クリープ防止部材の軸方向外側端部から前記溝の底部に向かってかつ前記内側側面に沿って設けられ、前記クリープ防止部材を、ポリアミド９Ｔ樹脂を主成分とし、ポリオレフィンを含む合成樹脂材料により構成したことを特徴とするものである（請求項１）。
【０００６】
上記のように構成された軸受におけるクリープ防止部材の主成分たるポリアミド９Ｔ樹脂は、上記従来例でのポリアミド１１やポリブチレンテレフタレートに比べて耐熱性に優れた樹脂である。本発明の発明者等は、このポリアミド９Ｔ樹脂にポリオレフィンを含ませることにより、当該ポリアミド９Ｔ樹脂の耐熱性を損なうことなく、上記合成樹脂材料の靱性を向上し、かつ当該樹脂材料の線膨張係数を大きくし、１５０〜１８０℃の高温環境下でも嵌合穴の内周面に対して空転しない軸受を構成することができることを見出した。
【０００７】
また、上記軸受（請求項１）において、前記合成樹脂材料が、前記ポリオレフィンを２〜１０重量％含むことが好ましい（請求項２）。
この場合、ポリオレフィンの含有割合を上記範囲内の値とすることにより、上記合成樹脂材料の靱性を効果的に向上することができるとともに、当該樹脂材料の線膨張係数を大きくすることができる。しかも、成形加工性に優れた樹脂材料を構成することができる。
【０００８】
また、前記クリープ防止部材は、前記溝に射出成形することによって形成されたことを特徴とするものである（請求項３）。
【０００９】
上記のように構成された軸受においても、軸受及びハウジングが上記１５０〜１８０℃の高温環境下で使用された場合、上記クリープ防止部材が嵌合穴の内周面に応じて円滑に熱膨張し、かつ当該防止部材に熱劣化が生じることなく、嵌合穴の内周面に対する取付状態を維持することができる。
さらに、前記外輪は、軸受用鋼製であり、前記ハウジングは前記軸受用鋼よりも熱膨張の大きいものであることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の軸受及び軸受の取付構造の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、オルタネータ内に組込まれる軸受に適用した場合を例示して説明する。
図１は、本発明の一実施形態による玉軸受及びこれが適用されたオルタネータの要部構成を示す断面図である。図において、本実施形態の玉軸受１は、回転輪としての内輪２と、固定輪としての外輪３と、これら内外輪２，３間に転動自在に設けられた転動体としてのボール４と、ボール４を保持する保持器５と、内外輪２，３間の環状開口部を密封するシール６とを備えている。また、本実施形態では、オルタネータの回転軸１０を上記内輪２に一体回転可能に嵌合するとともに、外輪３をアルミニウム合金製のハウジング１１に設けられた嵌合穴の内周面１１ａに嵌合することにより、回転軸１０を回転自在に支承している。さらに、玉軸受１は、外輪３とハウジング１１との間にクリープ防止部材７，８が介在するよう上記オルタネータ内に組込まれている。尚、上記回転軸１０には、例えば浸炭鋼や炭素鋼に適宜熱処理や高周波焼入れなどで表面硬化処理されたものが用いられている。
【００１１】
上記内輪２及び外輪３には、例えば耐熱軸受用鋼に玉軸受１の使用温度域に応じて適宜耐熱処理を施したものが用いられており、１５０〜１８０℃の高温環境下でも使用できるようになっている。上記耐熱軸受用鋼の具体例には、本出願人等の特許第２７２４０１９号公報に開示されたものがある。この耐熱軸受用鋼は、高温時における高い組織変化抵抗を有するとともに、浸炭鋼等のようにコストの高い表面硬化熱処理を施す必要がなく、浸炭鋼等を用いた場合に比べて製造コストを低減することができる。
【００１２】
上記ボール４は、ＳＵＪ２等の軸受用鋼やステンレス鋼により構成されており、これらの鋼素材に焼き入れ、焼き戻し処理などの耐熱処理を行うことで上記高温環境下でも必要な強度を確保している。尚、セラミックス材料からなるセラボールをボール４として使用することもできる。
また、ボール４は、グリース潤滑により内輪２及び外輪３上を転動するようになっており、このグリースにはエーテル系またはフッ素系グリースが使用されて、上記高温環境下でもグリースの油分蒸発による潤滑性の低下を防ぐことができるようになっている。
【００１３】
上記保持器５には、例えばポリアミド４６（ＰＡ４６）をガラス繊維で強化し耐熱性を向上したものやポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）材により構成されたものが用いられている。このような保持器５を用いることにより、上記高温環境下でも当該保持器５の溶融や変形及びこれに起因するボール４等への干渉（転がり不良など）を防止することができる。
上記シール６には、上記高温環境下で長時間使用した場合でも硬化の程度が小さく弾性が残る素材、例えばフッ素系ゴムが使用されており、上記内外輪２，３間の環状開口部の密封性を維持するようになっている。
【００１４】
上記クリープ防止部材７，８は、図２も参照して、例えばリング状に形成されたものであり、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）樹脂を主成分とし、ポリプロピレン（ＰＰ）やエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等のポリオレフィンを含ませた合成樹脂材料により構成されている。これらクリープ防止部材７，８は互いに軸方向中心に関して対称に配置されたものであり、外輪３の外周面３ａ上で軸方向中心に関して対称的に設けられた溝３ｂ，３ｃ内に上記合成樹脂材料を射出成形（例えば、インサート成形）することによって形成されている。また、クリープ防止部材７，８には、軸方向外側で径方向内側に突出した突起部７ａ，８ａ（図２）が設けられている。このような突起部７ａ，８ａを設けたことにより、射出成形時におけるクリープ防止部材７，８の外輪３に対する接合性を高めている。
【００１５】
また、上記クリープ防止部材７，８は外輪３の溝３ｂ，３ｃと上記嵌合穴の内周面１１ａとの間に介在するよう嵌合穴内に配置されており、これらの防止部材７，８が周囲温度の変化に応じて膨張または収縮することにより、ハウジング１１に対する外輪３の締め代を確保し、所定のクリープトルクを発生して外輪３のハウジング１１に対する取付状態を維持するようになっている。尚、外輪３の直径が２３ｍｍである場合、クリープ防止部材７，８の具体的な厚さ寸法（径方向寸法）は０．５ｍｍ程度である。
【００１６】
上記合成樹脂材料は、優れた耐熱性を有するベース樹脂としてのポリアミド９Ｔ樹脂に充填材としてのポリオレフィンを２〜１０重量％含有させたものであり、ポリアミド９Ｔ樹脂が本来的に有する耐熱性を損なうことなくそのポリアミド９Ｔ樹脂の靱性を向上し、さらには線膨張係数をハウジング１１の素材であるアルミニウムの値（２．４×１０^-5（／℃））よりも大きい値、好ましくは６．０×１０^-5（／℃）以上とした樹脂材料である。また、この合成樹脂材料は、１５０〜１８０℃の上記高温環境下でも、劣化することがなく、さらには破断や亀裂などが発生しない優れた引張破断伸びや耐衝撃強度などの機械的特性を有している。したがって、この樹脂材料により構成したクリープ防止部材７，８は上記高温環境下でも、ハウジング１１の熱膨張に応じて適切に膨張し、そのハウジング１１に対する外輪３の締め代を維持してクリープが発生するのを防止することができる。
また、この合成樹脂材料は、吸水率が小さく空気中の水分や上記グリースなどで膨潤することのない良好な寸法安定性を有しており、クリープ防止部材７，８として必要な耐水性及び耐薬品性を備えている。
【００１７】
詳細には、上記ポリアミド９Ｔ樹脂は、下記の化学式１に示すように、テレフタル酸とノナンジアミンとの重合体であり、芳香環と高級脂肪族鎖と有する半芳香族ポリアミド樹脂である。このポリアミド９Ｔ樹脂の具体例には、株式会社クラレ製、品名ジェネスターがある。
【００１８】
【化１】

【００１９】
また、このポリアミド９Ｔ樹脂は、上記従来例でのポリアミド１１やポリブチレンテレフタレートに比べて高耐熱な樹脂であり、１５０〜１８０℃の上記高温環境下でも優れた機械的特性を有している。
具体的には、図３に示すように、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）樹脂の引張強さは、上記ポリアミド１１（ＰＡ１１）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）に比べ格段に大きい値である。
【００２０】
ここで、本発明の発明者等が実施した検証試験の試験結果の一例について表１を参照して説明する。
この検証試験は、ポリアミド９Ｔ樹脂に対するポリオレフィンの含有割合を変化させた場合での樹脂材料の物性変化を検証したものであり、ポリオレフィンとして２重量％及び５重量％のポリプロピレンをポリアミド９Ｔ樹脂にそれぞれ含有させた実施例１及び２と、ポリプロピレンを全く含んでいないポリアミド９Ｔ樹脂からなる比較例１とを準備した。さらに、保持器５に用いられるポリアミド４６（非強化）を比較例２として用意して、ＡＳＴＭ規格に準拠した試験方法によって表１に例示した引張破断伸びなどの物性を測定した。
【００２１】
【表１】

【００２２】
表１に示すように、ポリオレフィンを含んだ実施例１，２は、ポリオレフィンを含んでいない比較例１に比べて、引張破断伸び及び耐衝撃強度が向上し、さらに１５０℃の高温時での線膨張係数が大きくなることが明らかである。また、上記実施例１，２は、比較例２と同等以上の耐衝撃強度を有するとともに、クリープ防止部材７，８として特に要求される引張破断伸びが比較例２に比べても優れていることが実証された。ここで、引張破断伸びが大きいと、樹脂が伸びた状態での内部応力が小さくなるため破断し難くなり、クリープ防止部材７，８として好ましい。
また、ポリオレフィンの含有割合を２重量％未満とした場合、引張破断伸び、高温での線膨張係数、及び耐衝撃強度を十分に大きくすることができなかった。一方、ポリオレフィンを１０重量％を超えて含有させた場合は、樹脂材料が着色したり、場合によっては樹脂材料の流動性（粘性）が低下し金型に樹脂材料が付着したりして、当該樹脂材料の成形加工性が低下した。
このように、ポリアミド９Ｔ樹脂に２〜１０重量％のポリオレフィンを含有させることにより、合成樹脂材料の高温における線膨張係数をより確実に大きくすることができるとともに、当該樹脂材料の靱性を効果的に向上し、引張破断伸びなどの機械的特性も向上することができる。しかも、優れた成形加工性の樹脂材料を構成することができ、クリープ防止部材７，８を容易に形成することができる。尚、上記説明では、ポリオレフィンとしてポリプロピレンを含む樹脂材料について示したが、エチレン−プロピレン−ジエンゴムでも同様の結果が得られる。また、複数種類のポリオレフィンを混合しても同様である。
【００２３】
以上のように、本実施形態の玉軸受１及びその取付構造では、ポリアミド９Ｔ樹脂にポリオレフィンを含有させた上記合成樹脂材料によってクリープ防止部材７，８を構成するとともに、これらのクリープ防止部材７，８を外輪３の溝３ｂ，３ｃに形成して、当該防止部材７，８を上記溝３ｂ，３ｃとハウジング１１の嵌合穴の内周面１１ａとの間に介在させている。これにより、ハウジング１１の内部温度が上昇し玉軸受１の周囲温度が１５０〜１８０℃の高温環境下になった場合でも、クリープ防止部材７，８によって外輪３が上記嵌合穴内で空転するのを防ぐことができ、ハウジング１１に対する玉軸受１の空転を防止することができる。また、上記合成樹脂材料は上記高温環境下でも劣化しないことから、熱劣化がクリープ防止部材７，８に生じることがなく、長期間にわたってクリープ防止を行うことができる。この結果、玉軸受１及びこれが組込まれるオルタネータに早期不具合が発生するのを防ぐことができる。また、クリープ防止部材７，８は互いに軸方向中心に関して対称に配置されているので、これらの防止部材７，８が周囲温度の変化に伴い膨張または収縮したときに外輪外周面３ａがハウジング１１の内周面１１ａに対して傾くことがなく、アキシャル振れなどの回転振れを防いで玉軸受１の軸受精度が低下するのを防止することができる。また、クリープ防止部材７，８は耐衝撃強度に優れているので、外輪３やハウジング１１側から当該防止部材７，８に作用する外力、例えば外輪３を介して伝えられるボール４の転動による転がり衝撃や振動またはハウジング１１を介して伝えられる外部振動に対する耐久性を向上した長寿命な玉軸受１を構成することができる。
【００２４】
尚、上記の説明では、玉軸受１の外輪外周面３ａに設けた溝３ｂ，３ｃにクリープ防止部材７，８を形成した構成について説明したが、本発明は上記ポリアミド９Ｔ樹脂をベース樹脂としてポリオレフィンを含有する合成樹脂材料により形成したクリープ防止部材を、軸受とこれが取り付けられる取付部との間に介在させて当該軸受の空転を防止するものであればよく、クリープ防止部材の形状や設置数、軸受の軸受形式、あるいは軸受と取付部との間の取付形態などは上記のものに何等限定されない。具体的には、例えば上記溝３ｂ，３ｃに代わりにハウジング（取付部）１１の上記嵌合穴の内周面１１ａに凹部を設けて、円筒状のクリープ防止部材を配置する構成でもよい。また、外輪の軸方向両端面と取付部側に設けた円環状部材との間にドーナツ状のクリープ防止部材を配置して、上記円環状部材で軸方向両端面を挟持することで外輪を取付部に固定してもよい。また、内輪及び外輪がそれぞれ固定輪及び回転輪として用いられる軸受では、取付部よりも線膨張係数が大きい上記クリープ防止部材を、軸受の取付面としての内輪内周面や軸方向端面、あるいはその内輪が固定される取付部側に装着して、これらの取付面と取付部との間に介在させてよい。
【００２５】
また、上記の説明では、合成樹脂材料を射出成形することにより、クリープ防止部材を形成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば軸受の取付面に合成樹脂材料を直接塗布することにより、クリープ防止部材を取付面上に形成してよい。また、クリープ防止部材の厚みやその他寸法形状は、軸受形状やハウジング形状、さらに温度や振動などの使用条件により、適宜変更することができる。
また、上記実施例では、転がり軸受に適用した場合を説明したが、滑り軸受等の他の軸受にも適用可能である。また、本発明のクリープ防止部材は、高温クリープを抑制すべき他の一般的な機械部品及び機械部品の取付構造にも適用可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１の軸受によれば、ポリアミド９Ｔ樹脂にポリオレフィンを含有させた合成樹脂材料により上記クリープ防止部材を構成しているので、１５０〜１８０℃の高温環境下で当該軸受が使用された場合でも、クリープ防止部材は熱劣化を生じることなく、長期間にわたって取付部に対して軸受が空転するのを防止することができる。この結果、軸受及び当該軸受が組込まれる装置の長寿命化を図ることができる。
【００２７】
請求項２の軸受によれば、２〜１０重量％のポリオレフィンが上記合成樹脂材料に含まれているので、その樹脂材料の高温における線膨張係数をより確実に大きくすることができるとともに、当該樹脂材料の靱性を効果的に向上することができる。さらには、上記樹脂材料の成形加工性を向上できるので、所望の寸法形状のクリープ防止部材を容易に形成することができる。
【００２８】
請求項３の軸受の取付構造によれば、軸受及び取付部が上記高温環境下で使用された場合でも、上記クリープ防止部材が軸受と取付部との間に介在されているので、軸受の取付部に対する取付状態を維持することができる。しかも、クリープ防止部材は上記高温環境下でも熱劣化を生じることがないので、長期間にわたって取付部に対して軸受が空転するのを防止することができ、軸受及び当該軸受が組込まれる装置の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による玉軸受及びこれが適用されたオルタネータの要部構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、図１に示したクリープ防止部材を示す断面図である。
【図３】上記クリープ防止部材の主成分たるポリアミド９Ｔ樹脂と既存の合成樹脂との高温環境下での引張強さを示すグラフである。
【符号の説明】
１玉軸受
３外輪
３ａ外周面（取付面）
７，８クリープ防止部材
１１ハウジング（取付部）

Claims

外輪の外周面にクリープ防止部材を設け、前記外輪の外周面がハウジングに設けられた嵌合穴の内周面に嵌合される軸受であって、
前記クリープ防止部材は、前記外輪の外周面上で軸方向中心に関して対称的に設けられた一対の溝内それぞれに形成されているとともに、前記溝と前記嵌合穴の内周面との間に配置されて前記ハウジングに対する前記外輪の締め代を確保し、前記ハウジングに対してクリープトルクを発生して前記外輪の前記ハウジングに対する取付状態を維持するものであり、
前記一対の溝は、それぞれ、軸方向内側の内側側面が軸方向に直交する方向に沿って形成されているとともに、軸方向外側の内側側面を当該溝の底部から径方向外側に向かうにつれて軸方向外方に向かうように傾斜させることで、その溝幅が底部から径方向外側に向かって広がるように形成されており、
前記クリープ防止部材には、軸方向外側で径方向内側に突出した突起部が、当該クリープ防止部材の軸方向外側端部から前記溝の底部に向かってかつ前記内側側面に沿って設けられ、
前記クリープ防止部材を、ポリアミド９Ｔ樹脂を主成分とし、ポリオレフィンを含む合成樹脂材料により構成したことを特徴とする軸受。
前記合成樹脂材料が、前記ポリオレフィンを２〜１０重量％含んだことを特徴とする請求項１記載の軸受。
前記クリープ防止部材は、前記溝に射出成形することによって形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受。
前記外輪は、軸受用鋼製であり、前記ハウジングは前記軸受用鋼よりも熱膨張の大きいものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸受。