JP5407455B2 - 転がり軸受のクリープ防止方法および転がり軸受 - Google Patents

転がり軸受のクリープ防止方法および転がり軸受 Download PDF

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Description

本発明は、転がり軸受のクリープ防止方法およびこれに用いる転がり軸受に関する。
自動車のエンジン周りに設けられたオルタネータ内に組み込まれているリア用転がり軸受は、ハウジングの嵌合孔に嵌合した状態で、100℃以上の高温環境下で使用されている。このような高温環境下では、転がり軸受の外輪の素材である軸受用鋼などの鋼素材と、ハウジングの素材であるアルミニウム材との線膨張係数の差によって、当該外輪とハウジングの嵌合孔との間の嵌め合い隙間が大きくなり、転がり軸受とハウジングの嵌合孔との間で周方向への相対的なずれ(以下、「クリープ」という)が生じることがある。
前記クリープを防止するために、図9に示すように、玉軸受101の外輪103の外周103aに、軸方向中心に関して対称に一対の環状溝103bを設け、各環状溝103b内に樹脂成形体からなるクリープ防止部104を設けることが提案されている。このクリープ防止部104は、耐熱性に優れたポリアミド9T樹脂を主成分とし、ハウジング111の素材よりも線膨張係数が大きいポリオレフィンを含む合成樹脂からなるものである(特許文献1参照)。この玉軸受101では、クリープ防止部104によって、ハウジング111に対する外輪103の締め代を確保し、その緊迫力によりクリープの発生を抑制している。
特開2003−287043号公報
しかしながら、前記玉軸受101においては、高温環境下で長期間使用すると、クリープ防止部材104を構成する合成樹脂が熱劣化して緊迫力が徐々に減少し、クリープ防止性能が低下することがある。また、前記玉軸受101は、外輪103の外周面に前記樹脂成形体を成形したり、この樹脂成形体の外周を研磨してその外径寸法を高精度に仕上げたりする必要があるため、その製造に多くの工数を要するという欠点がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、転がり軸受の製造工数を削減することができるとともに、高温環境下で使用しても、クリープ防止性能を長期間にわたって十分に維持することができる転がり軸受のクリープ防止方法および転がり軸受を提供することを目的とする。
1の転がり軸受のクリープ防止方法(以下、「第1のクリープ防止方法」という)は、外輪外周がハウジングの嵌合孔に嵌合された転がり軸受のクリープを防止する方法であって、接着剤または接着剤成分を内包したマイクロカプセルを発泡性樹脂材料に含有させた発泡性接着剤を、転がり軸受の外輪外周面から径方向に凹んでいる環状溝内に塗布して硬化させることにより、樹脂発泡体からなる連続気泡構造の母材に前記マイクロカプセルを含有させたクリープ防止部を形成し、この転がり軸受を、ハウジングの嵌合孔に隙間を有して嵌合した後、前記クリープ防止部を加熱することにより、前記クリープ防止部を前記環状溝内で熱膨張させて当該クリープ防止部を前記嵌合孔の内周面に押しつけて前記外輪外周とハウジングの嵌合孔との間の隙間を埋めるとともに、前記マイクロカプセルを破裂させ、前記マイクロカプセルから放出された接着剤または接着剤成分から生成した接着剤によって、前記クリープ防止部が前記嵌合孔の内周面に押しつけられた状態で、転がり軸受の外輪外周をハウジングの嵌合孔に接着することを特徴としている。
前記第1のクリープ防止方法では、前記クリープ防止部を形成した転がり軸受をハウジングの嵌合孔に隙間を有して嵌合した後、前記クリープ防止部を加熱することにより、前記マイクロカプセルを破裂させて、前記マイクロカプセルから接着剤または接着剤成分を放出させることができる。そして、この放出させた接着剤または接着剤成分から生成した接着剤を、連続気泡構造の母材の内部から外部へ滲出させて、前記外輪外周とハウジングの嵌合孔との間の隙間を埋めることができるとともに、当該外輪外周をハウジングの嵌合孔に接着させることができ、これにより、転がり軸受のクリープを防止することができる。
本発明の第2の転がり軸受のクリープ防止方法(以下、「第2のクリープ防止方法」という)は、外輪外周がハウジングの嵌合孔に嵌合された転がり軸受のクリープを防止する方法であって、接着剤または接着剤成分を内包したマイクロカプセルを発泡性樹脂材料に含有させた発泡性接着剤を、転がり軸受の外輪外周面から径方向に凹んでいる環状溝内に塗布して硬化させることにより、樹脂発泡体からなる連続気泡構造の母材に前記マイクロカプセルを含有させ、最大外径が前記外輪の外径よりも大きく設定されたクリープ防止部を形成し、この転がり軸受を、ハウジングの嵌合孔に圧入することにより、最大外径が前記外輪の外径よりも大きく設定された前記クリープ防止部を加圧して、前記マイクロカプセルを破裂させ、前記マイクロカプセルから放出された接着剤または接着剤成分から生成した接着剤を前記環状溝内に保持し、当該環状溝内に保持される接着剤によって、転がり軸受の外輪外周をハウジングの嵌合孔に接着することを特徴としている。
第2のクリープ防止方法によれば、転がり軸受をハウジングに圧入することにより、クリープ防止部を加圧し、マイクロカプセルを破裂させてマイクロカプセルから接着剤または接着剤成分を放出させることができる。そして、この放出させた接着剤または接着剤成分から生成した接着剤を、連続気泡構造の母材の内部から外部へ滲出させ、外輪外周をハウジングの嵌合孔に接着させて、転がり軸受のクリープを防止することができる。
このように、前記第1および第2のクリープ防止方法によれば、前記マイクロカプセルを含有させた発泡性接着剤を、転がり軸受の外輪外周に塗布して硬化させるだけで、クリープ防止部を形成することができるので、クリープ防止部を簡単に製造することができる。
しかも、従来のようにクリープ防止部の緊迫力によってクリープを防止するのではなく、クリープ防止部をハウジングの嵌合孔に接着することによってクリープを防止するので、高温環境下で使用しても、クリープ防止性能を長期間にわたって十分に維持することができる。
がり軸受は、前述したクリープ防止方法に用いられる転がり軸受であって、外周に軌道面を有する内輪と、内周に軌道面を有し、ハウジングの嵌合孔に嵌合させる外輪と、前記内外輪の両軌道面間に配置された複数個の転動体と、前記外輪の外周に設けられ、樹脂発泡体からなる連続気泡構造の母材に、接着剤または接着剤成分を内包したマイクロカプセルを含有し、加熱されることで前記マイクロカプセルから接着剤または接着剤成分を放出し、この接着剤または前記接着剤成分から生成した接着剤によって、前記外輪の外周をハウジングの嵌合孔に接着させるクリープ防止部と、を備え、前記クリープ防止部は、前記外輪の外周面から径方向に凹んでいる環状溝内に設けられるとともに、前記加熱によって前記環状溝内で熱膨張し、前記嵌合孔の内周面に押しつけられることで前記外輪外周と前記嵌合孔との隙間を埋め、前記嵌合孔の内周面に押しつけられた状態で、前記外輪の外周をハウジングの嵌合孔に接着させうることを特徴としている。
この転がり軸受によれば、これをハウジングの嵌合孔に嵌合する際、あるいは嵌合した状態で、マイクロカプセルを破裂させることにより、当該マイクロカプセルから接着剤または接着剤成分を放出させることができ、この放出させた接着剤または接着剤成分から生成した接着剤を、連続気泡構造の母材の内部から外部へ滲出させて、外輪外周をハウジングの嵌合孔に接着させることにより、転がり軸受のクリープを防止することができる。
前記転がり軸受は、前記マイクロカプセルを含有させた発泡性接着剤を、転がり軸受の外輪外周に塗布して硬化させるだけで、クリープ防止部を形成することができるので、クリープ防止部を簡単に製造することができる。
しかも、従来のようにクリープ防止部の緊迫力によってクリープを防止するものではなく、クリープ防止部をハウジングの嵌合孔に接着することによってクリープを防止するものであるので、高温環境下で使用しても、クリープ防止性能を長期間にわたって十分に維持することができる。
また、本発明に係る転がり軸受は、外周に軌道面を有する内輪と、内周に軌道面を有し、ハウジングの嵌合孔に嵌合させる外輪と、前記内外輪の両軌道面間に配置された複数個の転動体と、前記外輪の外周に設けられ、樹脂発泡体からなる連続気泡構造の母材に、接着剤または接着剤成分を内包したマイクロカプセルを含有し、かつ前記マイクロカプセルから接着剤または接着剤成分を放出して、この接着剤または前記接着剤成分から生成した接着剤によって、前記外輪の外周をハウジングの嵌合孔に接着させるクリープ防止部と、
を備え、前記外輪の外周面には、当該外周面から径方向に凹んで形成され、その内部に前記クリープ防止部が設けられた環状溝が形成され、前記クリープ防止部は、最大外径が前記外輪の外径よりも大きく設定されることで、前記外輪を前記ハウジングの嵌合孔に圧入する際に加圧され、前記マイクロカプセルが破裂して前記接着剤または前記接着剤成分を放出するものであり、前記環状溝は前記クリープ防止部が放出する接着剤を保持することを特徴としている。
さらに、前記環状溝の径方向底部には、複数の微細突起が設けられていてもよい。
本発明の転がり軸受のクリープ防止方法および転がり軸受によれば、クリープ防止部を簡単に製造することができるので、転がり軸受の製造工数を削減することができるとともに、高温環境下で使用しても、クリープ防止性能を長期間にわたって十分に維持することができる。
本発明の一実施形態に係るクリープ防止方法を示す工程図である。 クリープ防止部形成前の玉軸受の要部断面図である。 クリープ防止部の内部構造を示す説明図であり、(a)はマイクロカプセルを破裂させる前の状態、(b)はマイクロカプセルを破裂させた状態をそれぞれ示す図である。 クリープ防止部を形成した玉軸受の要部断面図である。 玉軸受をハウジングに組み付けた状態を示す要部断面図である。 本発明の他の実施形態に係るクリープ防止方法を示す工程図である。 前記他の実施形態に係るクリープ防止部を形成した玉軸受の要部断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る玉軸受の要部断面図である。 従来の玉軸受をハウジングに組み付けた状態を示す要部断面図である。
図1は、本発明の一実施形態に係る第1のクリープ防止方法を示す工程図である。
本クリープ防止方法では、まず、転がり軸受としての玉軸受1(図1(a)参照)の外輪3の外周に沿って発泡性接着剤20を環状に塗布し(図1(b)参照)、この塗布した発泡性接着剤20を硬化させることによって、環状のクリープ防止部7を形成する(図1(c)参照)。
前記玉軸受1は、図2に示すように、外周に軌道面2aを有する軸受鋼製の内輪2と、内周に軌道面3aを有する軸受鋼製の外輪3と、これら内外輪2,3の両軌道面2a,3a間に配置された複数個の軸受鋼製の転動体としての玉4と、玉4を周方向に所定間隔毎に保持する保持器5と、前記内外輪2,3の間の環状開口部を密封するシール6とを備えている。
この玉軸受1の外輪3の外径は、当該玉軸受1を取り付けるオルタネータ等のハウジングHの嵌合孔H1(図5参照)に対してすきま嵌めとなるように、当該嵌合孔H1の内周面H1aの内径よりも僅かに小径となっている。また、玉軸受1の外輪3の外周面3cには、前記発泡性接着剤20を塗布するための環状溝31が形成されている。この環状溝31は、軸方向中心に対して対称的に2条設けられている。
環状溝31の径方向深さは、例えば、0.5mm程度とされている。また、環状溝31の径方向底部には、外輪3とクリープ防止部7との接触面積を十分に確保するための微細突起31aが設けられている。前記微細突起31aは、例えば、軸方向幅が0.1mm程度に、切り込み深さが0.1mm程度に形成される。この微細突起31aにより、外輪3に対してクリープ防止部7をより強固に固定することができる。
前記環状溝31に塗布する発泡性接着剤20は、耐熱性エポキシ樹脂系接着剤を生成する成分の一つである主剤22aを内包したマイクロカプセル21aと、耐熱性エポキシ樹脂系接着剤を生成する他の成分の一つである硬化剤22bを内包したマイクロカプセル21bとを、発泡性樹脂材料23に含有させたものである(図3(a)参照)。
各マイクロカプセル21a,21bは、100℃程度の温度に対する耐熱性を有するポリウレタン樹脂からなる。また、前記マイクロカプセル21a,21bのそれぞれの外径aは、10μm程度である。これらマイクロカプセル21a,21bは、加熱することによって破裂して、それぞれ主剤22aおよび硬化剤22bを放出する。これにより、主剤22aと硬化剤22bとを接触させて、耐熱性エポキシ樹脂系接着剤を生成することができる。
発泡性接着剤20に含ませるマイクロカプセル21a,21bの配合量は、主剤22aおよび硬化剤22bの合計量と、発泡性樹脂材料23の量とが同程度となるようにされている。なお、前記主剤22aおよび硬化剤22bの合計量は、ハウジングHの嵌合孔H1に対して玉軸受1を嵌合した状態で、当該玉軸受1のクリープを防止するのに必要な接着強度を十分確保できる値に設定される。
主剤22aとしては、エポキシ樹脂が挙げられ、硬化剤22bとしては、ポリアミドアミンが挙げられる。
前記耐熱性エポキシ樹脂系接着剤としては、具体的には、二液常温硬化型エポキシ樹脂系接着剤〔例えば、セメンダイン(株)製、商品名:エクセルエポ、ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)製、商品名:アラルダイトなど〕などが挙げられる。
発泡性樹脂材料23は、樹脂発泡体を生成する前の未発泡で、かつ未硬化の一液性の樹脂材料である。発泡性樹脂材料23としては、例えば、軟質のポリウレタンフォーム、具体的には、BASF INOAC ポリウレタン(株)製、商品名:フォームライト、倉敷紡績(株)製、商品名:クララフォーム、(株)ブリヂストン製、商品名:エバーライトなどが挙げられる。
本クリープ防止方法においては、前記発泡性接着剤20を外輪3の環状溝31内に塗布することによって、前記発泡性樹脂材料23を発泡させて、連続気泡構造を有する環状の樹脂発泡体を形成し、この樹脂発泡体を硬化させる。これにより、連続気泡構造を有する樹脂発泡体を母材24とし、この母材24中に、前記主剤22aを内包したマイクロカプセル21aと、硬化剤22bを内包したマイクロカプセル21bとを含むクリープ防止部7を形成することができる(図4参照)。
このように、前記発泡性接着剤20を外輪3の環状溝31内に塗布することによって、クリープ防止部7を形成することができるので、クリープ防止部を形成するために従来要していた射出成形工程やクリープ防止部の外周を研磨仕上げする工程が不要となる。このため、玉軸受1の製造工数を削減することができる。
なお、前記クリープ防止部7の外径法は、外輪3の外径以下に設定されている。この実施の形態におけるクリープ防止部7の外径は、外輪3の外周面とクリープ防止部7の外周面との段差Aが0.1mm程度になるように設定されている。
つぎに、前記クリープ防止部7を形成した玉軸受1(図4)をハウジングHの嵌合孔H1に内嵌して組み付ける(図1(d)参照)。この際、玉軸受1の外輪3を前記嵌合孔H1に対して隙間を有して嵌合することができるので、当該玉軸受1を容易に組み付けることができる。また、この組み付けに際しては、玉軸受1のクリープ防止部7に含まれる各マイクロカプセル21aおよび21bが、主剤22aおよび硬化剤22bをそれぞれ内包したままの状態であるので、玉軸受1を前記嵌合孔H1にさらに容易に組み付けることができる。
その後、ハウジングHに組み付けた玉軸受1のクリープ防止部7を加熱する(図1(e)参照)。このクリープ防止部7の加熱温度は、マイクロカプセル21a,21bを破裂させるのに十分な温度であればよい。
このようにクリープ防止部7を加熱することにより、図3(b)に示すように、マイクロカプセル21a,21bが破裂し、これらマイクロカプセル21a,21bから主剤22aおよび硬化剤22bが放出される。ここに、クリープ防止部7の母材24が連続気泡構造であるので、前記放出された主剤22aおよび硬化剤22bが、母材24の内部を浸透し、互いに接触して耐熱性エポキシ樹脂系接着剤22が生成され、この生成された前記接着剤22が母材24の外部へ滲出する。このとき、前記クリープ防止部7の体積が熱膨脹するので、クリープ防止部7の外周面がハウジングHの嵌合孔H1の内周面H1aに押しつけられる。
したがって、前記母材24の外部へ滲出した耐熱性エポキシ樹脂系接着剤22によって、玉軸受1の外輪3の外周面3cと嵌合孔H1の内周面H1aとの間の嵌め合い隙間を埋めることができるとともに、前記外輪3の外周面3cと嵌合孔H1の内周面H1aとを接着させて、玉軸受1の外輪3を当該嵌合孔H1に固定することができる(図5参照)。このため、前記嵌合孔H1に対して玉軸受1がクリープするのを防止することができる。
このように、前記第1のクリープ防止方法によれば、従来のようにクリープ防止部7の緊迫力によってクリープを防止するのでなく、接着剤22で玉軸受1の外輪3をハウジングHの嵌合孔H1に接着させることによってクリープを防止するので、高温環境下で使用しても、クリープ防止性能を長期間にわたって良好に維持することができる。
つぎに、本発明の他の実施形態に係る第2のクリープ防止方法について説明する。図6は、第2のクリープ防止方法を示す工程図である。
第2のクリープ防止方法が、前記第1のクリープ防止方法と異なる点は、第1のクリープ防止方法においては、玉軸受1を加熱することによりマイクロカプセル21a,21bを破裂させているのに対して、第2のクリープ防止方法においては、玉軸受1をハウジングHの嵌合孔H1に圧入することにより、マイクロカプセル21a,21bを破裂させる点である。
以下の第2のクリープ防止方法の説明においては、第1のクリープ防止方法に用いる部材と同一の部材には、同一の参照符号を用いて説明する。
第2のクリープ防止方法では、玉軸受1をハウジングHの嵌合孔H1に圧入することができるように、外輪3の外径が、前記嵌合孔H1の内周面H1aに対してしまり嵌めとなるように設定されている。また、第2のクリープ防止方法では、玉軸受1を前記嵌合孔H1に圧入する際に、発泡性接着剤20に含まれるマイクロカプセル21a,21bを効率よく加圧して破裂させる観点から、当該マイクロカプセル21a,21bとして、ポリウレタン樹脂またはメラミン樹脂からなるものが用いられる。
第2のクリープ防止方法では、まず、接着剤成分である前記主剤22aおよび硬化剤22bをそれぞれ内包したマイクロカプセル21a,21bを発泡性樹脂材料23に含有させた発泡性接着剤20を、玉軸受1の外輪3の外周に沿って形成された環状溝31に塗布して硬化させることにより、発泡性樹脂材料23からなる連続気泡構造の母材24に、マイクロカプセル21a,21bを含有させた環状のクリープ防止部7を形成する(図6(a)〜(c)および図3(a)参照)。
このクリープ防止部7の最大外径は、外輪3の外径よりも大きくなるように設定されている。具体的には、クリープ防止部7の最大外径部分と、外輪3の外周との段差Bが、0.1mm程度になるように設定されている(図7参照)。
つぎに、前記クリープ防止部7を形成した玉軸受1を、ハウジングHの嵌合孔H1に圧入して組み付ける(図6(d)参照)。このように、玉軸受1cをハウジングHの嵌合孔H1に圧入することにより、玉軸受1のクリープ防止部7が加圧され、図3(b)に示すように、マイクロカプセル21a,21bが破裂して、当該マイクロカプセル21a,21bから主剤22aおよび硬化剤22bが放出される。これにより、第1のクリープ防止方法と同様に、耐熱性エポキシ樹脂系接着剤22が生成され、この接着剤22によって、玉軸受1cの外輪3の外周面3cと嵌合孔H1の内周面H1aとが接着する図6(e)参照)。したがって、第2のクリープ防止方法についても、第1のクリープ防止方法と同様な作用効果を奏することができる。
なお、前記クリープ防止方法においては、玉軸受1をハウジングHの嵌合孔H1に対して焼き嵌めしてもよく、この場合には、玉軸受1の外輪3の環状溝31を形成することなく、外輪3の外周面3cに前記接着剤を直接塗布して硬化させることにより、クリープ防止部7を形成してもよい(図8参照)。
また、前記実施の形態においては、マイクロカプセル21aおよび21bに、主剤22aおよび硬化剤22bをそれぞれ内包させ、放出させることにより二液性の接着剤を生成しているが、各マイクロカプセルに一液性の接着剤を内包させてもよい。
1 玉軸受(転がり軸受)、2 内輪、2a 軌道面、3 外輪、3a 軌道面、3c 外周面、31 環状溝、7 クリープ防止部、20 発泡性接着剤、21a マイクロカプセル、21b マイクロカプセル、22 接着剤、22a 主剤(接着剤成分)、22b 硬化剤(接着剤成分)、23 発泡性樹脂材料、24 母材、H ハウジング、H1 嵌合孔

Claims (4)

  1. 外輪外周がハウジングの嵌合孔に嵌合された転がり軸受のクリープを防止する方法であって、
    接着剤または接着剤成分を内包したマイクロカプセルを発泡性樹脂材料に含有させた発泡性接着剤を、転がり軸受の外輪外周面から径方向に凹んでいる環状溝内に塗布して硬化させることにより、樹脂発泡体からなる連続気泡構造の母材に前記マイクロカプセルを含有させ、最大外径が前記外輪の外径よりも大きく設定されたクリープ防止部を形成し、
    この転がり軸受を、ハウジングの嵌合孔に圧入することにより、最大外径が前記外輪の外径よりも大きく設定された前記クリープ防止部を加圧して、前記マイクロカプセルを破裂させ、前記マイクロカプセルから放出された接着剤または接着剤成分から生成した接着剤を前記環状溝内に保持し、当該環状溝内に保持される接着剤によって、転がり軸受の外輪外周をハウジングの嵌合孔に接着することを特徴とする転がり軸受のクリープ防止方法。
  2. 前記環状溝の径方向底部には、複数の微細突起が設けられている請求項1に記載の転がり軸受のクリープ防止方法。
  3. 外周に軌道面を有する内輪と、
    内周に軌道面を有し、ハウジングの嵌合孔に嵌合させる外輪と、
    前記内外輪の両軌道面間に配置された複数個の転動体と、
    前記外輪の外周に設けられ、樹脂発泡体からなる連続気泡構造の母材に、接着剤または接着剤成分を内包したマイクロカプセルを含有し、かつ前記マイクロカプセルから接着剤または接着剤成分を放出して、この接着剤または前記接着剤成分から生成した接着剤によって、前記外輪の外周をハウジングの嵌合孔に接着させるクリープ防止部と、
    を備え、
    前記外輪の外周面には、当該外周面から径方向に凹んで形成され、その内部に前記クリープ防止部が設けられた環状溝が形成され、
    前記クリープ防止部は、最大外径が前記外輪の外径よりも大きく設定されることで、前記外輪を前記ハウジングの嵌合孔に圧入する際に加圧され、前記マイクロカプセルが破裂して前記接着剤または前記接着剤成分を放出するものであり、
    前記環状溝は前記クリープ防止部が放出する接着剤を保持することを特徴とする転がり軸受。
  4. 前記環状溝の径方向底部には、複数の微細突起が設けられている請求項3に記載の転がり軸受。
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