JP4886764B2 - 転がり軸受 - Google Patents

Description

この発明は、潤滑条件の悪い環境下で使用される転がり軸受に関する。

カーエアコンのコンプレッサーには、一般的に、針状コロ軸受が多用されている。この針状コロ軸受の保持器としては、強度及びコストの面から、鉄板をプレス加工したものが多数用いられている。この保持器の形状としては、この発明に用いられる図１（ａ）と同様の形状であり、皮膜２が設けられていないものを例としてあげることができる。この欄の説明においては、従来の保持器として、図１（ａ）の形状を有し、皮膜２が設けられていない保持器を用いて、図１（ａ）に基づいて説明する。

この保持器１には転動体を挿入するための穴３が設けられるが、この穴２の内面は、剪断面となっており、表面粗さが大きく、バリ状の突起が生じやすい。この保持器１を組み込んだ軸受を使用する場合、潤滑剤が豊富に存在する条件下では特に大きな問題を生じないが、カーエアコン用のコンプレッサーに使用される軸受のように、潤滑剤が希薄にしか存在しない条件下では、上記穴３内面の突起によって転動体が損傷を受ける懸念がある。この損傷した転動体をそのまま使用していると、転動体の損傷部のエッジ部やその周辺の盛り上がり部分で軌道輪との接触面圧が高まり、転走面に傷が生じる。そして、この状態が継続されると、転動体通過による繰り返し応力により、上記の傷が起点となって軌道輪の転走面に極めて短時間で剥離が生じる場合がある。

これに対し、保持器として樹脂製のものを使用することが考えられるが、転動体の滑りにより保持器が摩耗したり、十分な強度を有さないため、損傷が生じたりする場合がある。また、特許文献１に、フッ素樹脂や二硫化モリブデン等の固体潤滑剤からなる膜を転動体と接触する部分に形成する方法が開示されている。

特開平８−１６６０１４号公報

しかしながら、上記の膜の温度による寸法変化が、基材となる鉄製の保持器の温度による寸法変化と大きく異なるため、加熱状態において、上記の膜が基材である保持器から剥離する場合がある。この剥離が生じると、転動体と保持器が直接、接触することとなる。

そこで、この発明は、潤滑剤が希薄にしか存在しない条件下において、加熱状態においても、転動体の損傷及び転走面の剥離が抑制され、長期間にわたって連続使用の可能な転がり軸受を提供することを目的とする。

この発明は、転動体の保持器として金属製の保持器を用いた転がり軸受において、上記保持器に、線膨張係数が１×１０^−４／℃以下の合成樹脂からなる皮膜を形成することにより、上記課題を解決したのである。

皮膜を形成する合成樹脂として、所定の線膨張係数を有する合成樹脂を用いるので、基材となる金属製保持器の線膨張係数の差が小さくなり、温度による寸法変化の差を小さくすることができ、保持器からの皮膜の剥離を抑制することができ、潤滑剤が希薄にしか存在しない条件下において、加熱状態においても、転がり軸受として、長期間にわたって連続使用が可能となる。

この発明にかかる転がり軸受は、保持器に所定の線膨張係数を有する合成樹脂からなる皮膜を形成するので、保持器の線膨張係数の差が小さくなり、温度による寸法変化の差を小さくすることができ、保持器からの皮膜の剥離を抑制することができ、潤滑剤が希薄にしか存在しない条件下において、加熱状態においても、長寿命、高信頼性の転がり軸受が得られる。

この発明にかかる転がり軸受は、図２に示すような、転動体４、この転動体４を保持する保持器１、並びに内輪５及び外輪６からなる軌道輪から構成され、この保持器１として、金属製のものが用いられる。この金属としては、特に限定されるものではないが、ＳＰＣＣ等の冷間圧延鋼板等があげられる。

この保持器１の外表面には、合成樹脂からなる皮膜２が形成される。この皮膜２は、転動体４が金属製の保持器１と直接接触することによって損傷の発生を防止し、軌道輪の転走面の剥離を防止することができる。

この皮膜２を構成する合成樹脂としては、耐油性を有し、皮膜強度が強く、耐摩耗性に優れた材質であれば、特に限定されない。そのような例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、フラン樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミノビスマレイミド樹脂、芳香族ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、フッ素樹脂、芳香族ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂等があげられる。これらの中でも、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等があげられる。これらの合成樹脂には、必要に応じて、繊維状や粒子状の各種充填材を配合することができる。

上記合成樹脂の皮膜２の線膨張係数は、１×１０^−４／℃以下がよく、０．８×１０^−４／℃以下が好ましい。１×１０^−４／℃より大きいと、金属製保持器と皮膜との温度による寸法変化の差が大きすぎて、ヒートショック等により基材と皮膜の界面が剥離してしまう可能性があるからである。

上記合成樹脂の皮膜２は、次の方法で形成させることができる。まず、基材となる保持器１を十分に洗浄し、表面の汚染を除去する。この洗浄方法としては、有機溶剤による浸漬洗浄、超音波洗浄、蒸気洗浄、酸・アルカリ洗浄等による方法があげられる。

次いで、合成樹脂が粉末の場合は、流動浸漬法、静電塗装法、タンブラーコーティング法によって、また、合成樹脂が液状又は適当な溶媒に可溶の場合は、スプレーコーティング法、ディップ（浸漬）コーティング法等によって、合成樹脂を保持器表面に形成させる。好ましい皮膜の厚さは、１〜１００μｍ、より好ましくは１〜５０μｍである。皮膜形成の過程で、余分に付着した合成樹脂材料はふき取り、遠心分離、エアーブロー等の物理的、化学的方法により除去し、所望の厚さに調整することができる。

皮膜形成後は、樹脂材質に応じた処理、例えば、加熱処理、紫外線照射処理等によって溶媒除去、乾燥、融解、架橋等を行い、図１（ｂ）に示すように、表面に皮膜２が形成された保持器が完成させる。膜厚を増す場合には、重ね塗りをしてもよい。また、皮膜完成後に機械加工やタンブラー処理等を行うことも可能である。

上記皮膜と保持器との密着性の観点から、上記保持器は、プレス加工することによって得られたものが好ましい。プレス加工の際に、転動体を挿入するための穴を剪断によって開けるが、この剪断によって生じる凹凸がアンカーとなり、皮膜と保持器の穴の部分が良好に密着するからである。ただ、この穴の部分以外のプレス面は、比較的平滑であり、ここで密着性をあげるためには、ショットプラスト等の表面処理やリン酸皮膜処理等を行うことが望ましい。

この発明にかかる転がり軸受の形式は、ラジアル軸受、スラスト軸受のいずれの場合であってもよい。また、転動体の形状は特に限定されないが、特にコロ形状、針状コロ形状の場合に、この発明の効果をより享受することができる。

この発明にかかる転がり軸受は、コンプレッサー、特にエアコン用やカーエアコン用のコンプレッサーに使用することができる。

（実施例１）
転がり軸受として、図２に示す軸受（軌道輪寸法：φ６０ｍｍ×φ８５ｍｍ×ｔ１ｍｍ、転動体：φ３ｍｍ×１７．８ｍｍのコロを４８本、保持器：図１（ａ）に示す形状を有するもので、ＳＰＣＣ鋼板をプレス加工したもの）を使用した。

上記保持器を常温でアセトンに浸漬し、１分間超音波照射を行った後、アセトンから取り出し、十分風乾させた。次に、ポリイミドワニス（宇部興産（株）製：Ｕワニス−Ａ）をＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）で希釈し、固形分濃度が１０重量％となるように調整した。風乾した保持器をこの液に浸漬し、１２０ｍｍ／分の速度で保持器を引き上げ、ディップコーティングを行った。コーティングした保持器を１５０℃で３０分間加熱した後、３５０℃まで昇温し、３５０℃で３０分間保持した。その後、炉内で常温まで冷却し、処理を完了した。形成された皮膜は３μｍであった。

次に、得られた保持器を上記転がり軸受に組み込み、運転試験を行った。運転は、軸方向荷重が８５３Ｎ、回転数が８３．３ｓ^−１（軌道輪の一方は固定）の条件で、動粘度２ｍｍ^２／ｓの潤滑油中で１００ｈ行った。この試験では、油膜パラメータΛは、０．１の値をとり、潤滑状態が非常に悪い条件での運転である。なお、一般的に、Λが３以上であれば、潤滑状態がよいとされる。下に、Λを求める式を記載する。
Λ＝ｈ_０／（σ_１ ^２＋σ_２ ^２）^１／２
なお、ｈ_０は油膜厚さ、σ_１は転動体表面粗さ、σ_２は軌道面表面粗さを示す。

上記運転試験後の転動体中央部の表面粗さ（コロの軸方向）を表面粗さ測定機（ＴＡＹＬＯＲ−ＨＯＢＳＯＮ社製 フォームタリサーフ１２０Ｌ）で測定した。そのデータを図３に示す。また、ブランクとして、上記運転試験前の転動体中央部の表面粗さ（コロの軸方向）の測定データを図５に示す。

（比較例１）
保持器の表面に皮膜を形成しなかった以外は、実施例１と同様にして運転試験を行った。この運転試験後の転動体中央部の表面粗さ（コロの軸方向）の測定データを図４に示す。

［結果］
ブランクである試験前のコロに比べ、比較例１のコロは表面粗さが著しく悪化しているのに対し、実施例１のコロは表面粗さの変化が極めて小さかった。

（ａ）この発明にかかる保持器の一部斜視図、（ｂ）（ａ）の断面図 この発明にかかる転がり軸受の例を示す断面図 実施例１のコロ表面粗さを示すグラフ 比較例１のコロ表面粗さを示すグラフ ブランクのコロ表面粗さを示すグラフ

符号の説明

１ 保持器
２ 皮膜
３ 穴
４ 転動体
５ 内輪
６ 外輪

Claims (4)

1. 転動体の保持器として金属製の保持器を用いた転がり軸受において、
   上記転動体がコロ形状を有し、
   上記保持器は、冷間圧延鋼板をプレス加工により得られたものであり、かつ、このプレス加工の際、転動体を挿入するための穴が剪断によって開けられており、この穴の内面は、凹凸状の剪断面を有しており、
   上記保持器の穴の内面に、線膨張係数が１×１０^−４／℃以下であり、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及びポリフェニレンサルファイド樹脂から選ばれる合成樹脂からなる、厚さが１〜１００μｍの皮膜を形成したことを特徴とする転がり軸受。
2. 上記転動体が針状コロ形状を有することを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. エアコン用コンプレッサーに使用されることを特徴とする請求項２に記載の転がり軸受。
4. 上記合成樹脂がポリイミド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。

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