JP5927853B2 - 転がり軸受の製造方法及び転がり軸受 - Google Patents

Description

本発明は、転がり軸受の製造方法及び転がり軸受に関する。

自動車には多くの転がり軸受が用いられているが、例えばデファレンシャルギヤ部に用いられる転がり軸受では、高速回転時に焼き付きが発生するのを防止するために、潤滑油を、回転するリングギヤの撥ねかけによって転がり軸受の内輪と外輪との間に形成されている軸受空間に供給している。
そのために、転がり軸受が設けられているボックス内には、焼き付き防止に本来必要となる量よりも多い潤滑油が溜められている。このため、軸受空間に過剰な潤滑油が供給されてしまうと、その潤滑油の撹拌抵抗が大きくなって、転がり軸受に大きな回転抵抗が生じ、燃費向上の妨げとなってしまうことがある。

そこで、軸受空間に供給される潤滑油の量を制限するために、特許文献１に記載されているように、内輪と外輪との間に遮蔽部材を設け、この遮蔽部材によってラビリンス構造を構成した転がり軸受が提案されている。この転がり軸受によれば、ラビリンス構造によって、軸受空間を通過する潤滑油の量を制限することができ、潤滑油の撹拌抵抗が大きくなるのを防止することができる。

特開２０１１−１１２０７０号公報（図１、図７参照）

しかし、特許文献１に記載の転がり軸受は、遮蔽部材を軸受空間に設けるスペースが必要となることから、内輪及び外輪を新たに設計し直す必要がある。つまり、例えば規格品及び現行品などを含む様々な転がり軸受に対して、上記のような、潤滑油が軸受空間を通過する量を制限することが可能となる構成を付加することはできない。

そこで、本発明は、内輪、外輪、転動体及び保持器等の構成部品の形状を変更しなくても、軸受空間を通過する潤滑油の量を制限することが可能となる転がり軸受の製造方法、及び、このような転がり軸受を提供することを目的とする。

本発明の転がり軸受は、内輪、外輪、前記内輪と前記外輪との間に介在している複数の転動体、及び、複数の前記転動体を周方向等間隔に保持している保持器を備え、前記内輪と前記外輪との間に形成されている軸受空間に、凝固された寒天を含む充填材が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、寒天を含む充填材が軸受空間に設けられていることで、内輪、外輪、転動体及び保持器の形状を変更しなくても、軸受空間のすきま（容積）を減らし、軸受空間を通過する潤滑油の量を制限することができる。この結果、潤滑油による撹拌抵抗を低減させることができ、転がり軸受に大きな回転抵抗が発生するのを防ぐことが可能となる。そして、充填材は寒天を含むので、例えば９０℃以上で寒天を溶かすことができることから、この溶けた充填材（寒天）を軸受空間に注入し冷却すれば、内輪、外輪、転動体及び保持器の形状を変更しなくても、簡単に軸受空間のすきま（容積）を減らすことができる。

また、前記保持器には、前記転動体それぞれを収容しているポケットが複数形成され、前記充填材は、前記保持器のうち、前記ポケットにおける前記転動体との摺接面以外の面に付着しているのが好ましい。
この場合、充填材が軸受空間に滞在することができると共に、保持器に付着した充填材が、転動体の転走の抵抗となるのを防ぐことができる。

また、前記転がり軸受において、前記保持器の前記摺接面以外の面に、前記充填材が入り込んでいる凹部が形成されているのが好ましい。
この場合、保持器に付着させた充填材の耐久性を高めることができる。

また、本発明の転がり軸受の製造方法は、内輪、外輪、前記内輪と前記外輪との間に介在している複数の転動体、及び、複数の前記転動体を周方向等間隔に保持している保持器を備えている軸受本体の、前記内輪と前記外輪との間に形成されている軸受空間に、充填材を充填して転がり軸受の完成品とする製造方法であって、前記充填材を融点以上に加熱して流動性を有する状態とし、この充填材を前記軸受空間に注入し、前記内輪と前記外輪とを相対回転させながら、注入した前記充填材を凝固点以下の温度に冷却することにより前記軸受空間において当該充填材を凝固させることを特徴とする。

本発明によれば、内輪、外輪、転動体及び保持器の形状を変更しなくても、流動性を有する状態とした充填材を、軸受空間に注入し冷却することにより凝固させることで、充填材を軸受空間に設けることができる。この充填材によって軸受空間のすきま（容積）を減らし、軸受空間を通過する潤滑油の量を制限することができる。この結果、潤滑油による撹拌抵抗を低減させることができ、転がり軸受に大きな回転抵抗が発生するのを防ぐことが可能となる。
そして、内輪と外輪とを相対回転させながら、注入した充填材を冷却することにより軸受空間においてこの充填材を凝固させるので、転動体の表面、及び、内輪の外周面と外輪の内周面とのうち転動体が転走する軌道面では、注入した充填材が吐き出され（押し出され）、充填材が付着するのを防ぐことができる。すなわち、仮に、転動体の表面及び内外輪の軌道面に充填材が付着して固まると、転がり軸受の回転に悪影響を及ぼすおそれがあるが、本発明によれば、これを防ぐことができる。

本発明の転がり軸受によれば、内輪、外輪、転動体及び保持器の形状を変更しなくても、寒天を含む充填材によって軸受空間のすきま（容積）を減らし、軸受空間を通過する潤滑油の量を制限することができる。
また、本発明の転がり軸受の製造方法によれば、内輪、外輪、転動体及び保持器の形状を変更しなくても、充填材を軸受空間に設けることができるので、この充填材によって軸受空間のすきま（容積）を減らし、軸受空間を通過する潤滑油の量を制限することができる。
以上、これら転がり軸受及び製造方法によれば、潤滑油による撹拌抵抗を低減させることができ、転がり軸受に大きな回転抵抗が発生するのを防ぐことが可能となる。

本発明の転がり軸受の実施の一形態を示す縦断面図である。 保持器の斜視図である。 図２の矢印Ａにおける断面で切断した柱部を示す説明図である。 転がり軸受の製造方法を説明するフロー図である。

図１は、本発明の転がり軸受の実施の一形態を示す縦断面図である。本実施形態の転がり軸受１は、円錐ころ軸受であり、内輪２、外輪３、これら内輪２と外輪３との間に介在している複数の円錐ころ４（転動体）、及び、複数のころ４を周方向等間隔に保持している保持器５を備えている。
また、本実施形態では、この転がり軸受１は、自動車のデファレンシャルギヤ部に用いられる転がり軸受であり、高速回転時に焼き付きが発生するのを防止するために、潤滑油が、回転する軸（図示せず）と一体回転するリングギヤ（図示せず）の撥ねかけによって、転がり軸受１の軸受内部（軸受空間８）に供給される。

内輪２の外周には、円錐面からなる内輪軌道面２１が形成されている。さらに、内輪２の外周には、径方向外側に突出している鍔部２２，２３が設けられている。
外輪３の内周には、円錐面からなる外輪軌道面３１が形成されている。そして、ころ４は、鍔部２２，２３によって、軸方向の移動が規制され、内輪軌道面２１及び外輪軌道面３１を転走することができる。本実施形態では、内輪２、外輪３及びころ４は、鋼製からなる。

図２は、保持器５の斜視図である。保持器５の全体形状は環状であり、軸方向一方側の円環部１１と、軸方向他方側の円環部１２と、これら円環部１１，１２を連結している複数の柱部１３とを有している。柱部１３は周方向に等間隔で複数設けられている。
保持器５には、ころ４それぞれを収容しているポケット１４が複数形成されており、円環部１１，１２と周方向隣り合う柱部１３，１３との間に形成される空間がポケット１４となる。各ポケット１４にころ４（図２では図示省略）が一つ収容され、各ポケット１４において、ころ４に対向する面がポケット面１５となる。保持器５は、樹脂製又は金属製である。

図１において、内輪２の外周面２ａと、外輪３の内周面３ａとの間には、環状であってほぼ円錐形である空間が形成されており、この空間を軸受空間８と呼ぶ。ころ４は、この軸受空間８に存在しており、また、このころ４を保持している保持器５（のほぼ全体）も、この軸受空間８に存在している。保持器５の外周面５ａと、外輪３の内周面３ａとの間には、すきまｄ１が形成されており、また、保持器５の内周面５ｂと、内輪２の外周面２ａとの間にも、すきまｄ２が形成されている。

そして、本実施形態の転がり軸受１では、軸受空間８に充填材７が設けられており、この充填材７は寒天を含む。本実施形態では、充填材７の全てが、寒天（水分を含ませた寒天）である。なお、充填材７は、寒天（水分を含ませた寒天）を主成分として含み、添加剤が含まれていてもよい。添加剤としては、例えば、潤滑油に対して耐性を高めることができる添加剤である。
寒天は、アガロースなどの多糖類を主成分としたものであり、寒天を水と共に、寒天の融点以上の温度に加熱することで、寒天の溶液（ゾル）となる。
そして、この寒天の溶液を、寒天の凝固点以下の温度まで冷却することによって凝固する（ゲル化する）。

寒天の凝固点は約３０〜３５℃であり、融点は約８０〜９５℃である。このように、本実施形態では、軸受空間８に充填される充填材７は寒天からなることにより、充填材７は、凝固点と融点とが異なるヒステリシスの特性を有している。そして、一度固まった寒天は溶けにくく、転がり軸受１を使用する環境下の温度では固体状にあり、固化した形状が維持される。

なお、寒天は、粉末寒天、固形寒天、フレーク寒天のいずれであってもよい。
また、充填材７に添加剤を含ませる場合、寒天の溶液に添加剤を加えればよく、これにより、固化した充填材７には、寒天以外に添加剤が含まれる。

本実施形態に係る転がり軸受１では、軸受空間８に充填材７が設けられているが、軸受空間８の全体が充填材７によって満たされているのではなく、軸受空間８の一部に充填材７が充填されている。
具体的に説明すると、本実施形態では、内輪２の外周面２ａと外輪３の内周面３ａとの間であって、これら外周面２ａと内周面３ａとが対向している空間（ころ４及び保持器５を除く空間）のうち、１０％程度を占める領域に、充填材７が設けられている。なお、内輪２の外周面２ａには、内輪軌道面２１の他に鍔部２２，２３の外周面も含まれる。
また、充填材７が占める割合は、前記空間のうち５〜１５％程度（本実施形態では１０％）とする以外に、３０〜４０％としてもよい。

軸受空間８の一部に充填材７が充填されているが、充填材７が主に存在している領域について説明する。
充填材７は、ころ４、内輪軌道面２１及び外輪軌道面３１（図１参照）には、付着しておらず、図２において、充填材７は、保持器５のうち、ポケット１４におけるころ４（図２では図示せず）との摺接面１６以外の面１７に付着している。

摺接面１６以外の面１７としては、円環部１１，１２の外周面１１ａ，１２ａ及び内周面１１ｂ，１２ｂ、円環部１１，１２の軸方向外側面１１ｃ，１２ｃ、柱部１３の径方向外側面１３ａ及び径方向内側面１３ｂであるが、本実施形態では特に、充填材７は、円環部１１，１２の内周面１１ｂ，１２ｂ、及び、柱部１３の径方向内側面１３ｂに付着している。

摺接面１６以外の面１７のうち、柱部１３の径方向内側面１３ｂは、全体が円錐形状である保持器５の内周面５ｂの一部であることから、図３に示すように、柱部１３の径方向内側面１３ｂには、円弧形状の凹部１８が形成されている。そこで、この凹部１８に、固化した充填材７の一部が入り込んで、充填材７は保持器５に付着している。つまり、保持器５の摺接面１６以外の面１７である径方向内側面１３ｂに、充填材７の一部が入り込んでいる凹部１８が形成されている。この凹部１８により、保持器５に付着させた充填材７の耐久性を高めることができる。また、保持器５の内周面５ｂ側に付着した充填材７は、保持器５の回転による遠心力で、保持器５から剥がれることもない。

以上の構成を備えている転がり軸受１の製造方法について説明する。
図１において、保持器５のポケット１４にころ４を保持させる前に、また、保持器５を内輪２と外輪３との間に組み付ける前に、保持器５が単独にある状態で、この保持器５に充填材７を付着させてもよいが、本実施形態の製造方法では、内輪２の外周側に、ころ４、保持器５及び外輪３を組み付けた状態にある軸受本体（半完成品）に対して、充填材７を設ける。すなわち、本実施形態の製造方法は、組み立てられた軸受本体の内輪２と外輪３との間に形成されている軸受空間８に、充填材７を充填して転がり軸受１の完成品とする製造方法である。図４は、この製造方法を説明するフロー図である。

図１において、内輪２、ころ４、保持器５及び外輪３を組み付けた状態の軸受本体を準備する（図４の準備工程Ｓ１）。
そして、本実施形態では、充填材７は寒天からなるため、軸受本体の外部の容器（図示せず）において、寒天を水に浸し、これを寒天の融点以上の温度に加熱し、流動性を有する寒天の溶液とする（準備工程Ｓ１）。充填材７は寒天からなるので、例えば９０℃以上で寒天を水に溶かすことができる。
そして、この寒天の溶液（流動性を有する状態とした充填材７）を、軸受空間８に注入する（注入工程Ｓ２）。充填材７の注入は、潤滑油を軸受空間８に注入するために一般的に用いられる注入器（封入機）を用いることが可能である。

そして、内輪２に対して外輪３を回転させながら、又は、外輪３に対して内輪２を回転させながら、注入した充填材７を、寒天の凝固点以下の温度も冷却することにより、軸受空間８において充填材７を凝固させる（冷却工程Ｓ３）。
この冷却工程Ｓ３では、内輪２と外輪３とを相対回転させながら、注入した充填材７を冷却することにより軸受空間８においてこの充填材７を凝固させるので、転走するころ４の表面、及び、このころ４が転走する内輪軌道面２１及び外輪軌道面３１では、注入した充填材７が吐き出され、充填材７が付着するのを防ぐことができる。
すなわち、仮に、ころ４の表面、内輪軌道面２１及び外輪軌道面３１に充填材７が付着して固まると、転がり軸受１の回転に悪影響を及ぼすおそれがあるが、本実施形態の冷却工程Ｓ３によれば、これを防ぐことができる。

そして、この冷却工程Ｓ３により、保持器５に充填材７を付着させることができる。なお、注入工程Ｓ２において軸受空間８に注入された充填材７は、保持器５と内輪２との間、及び、保持器５と外輪３との間にも、充填される。しかし、冷却工程Ｓ３では内輪２と外輪３とが相対回転することで、保持器５も内輪２及び外輪３とは異なる回転数で回転することから、この保持器５に付着し硬化が進む充填材７と、内輪２の外周面２ａ及び外輪３の内周面３ａとの間には、すきまが生じる。したがって、転がり軸受１の軸方向一方側から他方側へは、貫通したすきまが形成され、このすきまを潤滑油が流れることができる。

以上の本実施形態に係る製造方法によれば、流動性を有する状態とした充填材７を、軸受空間８に注入し冷却することにより凝固させることで、充填材７を軸受空間８に簡単に設けることができる。
そして、この充填材７によって軸受空間８のすきま（容積）を減らし、軸受空間８を通過する潤滑油の量を制限することができる。この結果、潤滑油による撹拌抵抗を低減させることができ、転がり軸受１に大きな回転抵抗が発生するのを防ぐことが可能となる。

また、充填材７は寒天からなるために、製造時において環境負荷がかからず、また、廃棄する際に焼却しても有害物質を排出しないことから、環境面でも優れている。
さらに、この転がり軸受１がデファレンシャルギヤ部（各機器）に組み込まれた状態で、周辺のギヤなどの摩耗によって発生した金属製の異物を、寒天に付着させ取り込むことができ、転がり軸受１の耐異物性を向上させることができ、長寿命化に貢献することが可能となる。

そして、本実施形態に係る製造方法によって製造された転がり軸受１によれば、寒天からなる充填材７が軸受空間８に設けられていることで、内輪２、外輪３、ころ４及び保持器５の形状を変更しなくても、つまり、規格品及び現行品などを含む様々な転がり軸受において、軸受空間８のすきま（容積）を減らし、軸受空間８を通過する潤滑油の量を制限することができる。なお、図１に示している実施形態では、潤滑油が軸受空間８を軸方向一方側から他方側へと通過する方向（流れる方向）は、矢印Ｖに示す方向であり、この転がり軸受１は円すいころ軸受であることから、潤滑油は、径方向内側から外側へと進む方向でもある。
そして、この転がり軸受１によれば、上記のとおり、充填材７によって軸受空間８のすきま（容積）を減らし、軸受空間８を通過する潤滑油の量を制限することができるので、転がり軸受１において、潤滑油による撹拌抵抗を低減することができ、大きな回転抵抗が発生するのを防ぐことが可能となる。

さらに、冷却工程Ｓ３では内輪２と外輪３とを相対回転させていることで、ころ４が内輪軌道面２１及び外輪軌道面３１を転走し、この際、ころ４は保持器５のポケット面１５と摺接する。このため、ポケット面１５のうち、ころ４と摺接する摺接面１６では、充填材７は吐き出され（押し出され）摺接面１６に付着しないが、この摺接面１６以外の面１７に付着することができる。このため、充填材７が保持器５に付着して軸受空間８に滞在することができると共に、その充填材７がころ４の転走の抵抗となるのを防ぐことができる。

また、本実施形態の転がり軸受１は、自動車のデファレンシャルギヤ部に用いられることから、使用により温度が上昇するが、潤滑油による冷却効果により、寒天の融点未満の使用温度（例えば６０℃）となる。つまり、本実施形態の寒天からなる充填材７は、この使用温度以上の融点を有していることから、使用温度以下では固体化（ゲル化）した状態に保たれる。

また、本発明の転がり軸受及び本発明の製造方法は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。前記実施形態では、円錐ころ軸受の場合として説明したが、円筒ころ軸受であってもよく、また、転動体はころ以外に玉であってもよい。
また、前記実施形態（図３参照）では、保持器５（柱部１３）が保持器５の凹部１８を、元来有している場合として説明したが、保持器５に充填材７取り付け用として、新たに形成した凹部であってもよい。凹部は独立した部分であってもよく、また、保持器５は樹脂製であるため、凹部を形成する加工は容易である。この場合であっても、内輪、外輪及びころには、加工を施す必要がなく、内輪、外輪及びころの形状を変更しなくてもよい。

１：転がり軸受 ２：内輪 ３：外輪 ４：ころ（転動体） ５：保持器 ７：充填材 ８：軸受空間 １４：ポケット １７：摺接面以外の面 １８：凹部

Claims (4)

1. 内輪、外輪、前記内輪と前記外輪との間に介在している複数の転動体、及び、複数の前記転動体を周方向等間隔に保持している保持器を備え、
   前記内輪と前記外輪との間に形成されている軸受空間に、凝固された寒天を含む充填材が設けられていることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記保持器には、前記転動体それぞれを収容しているポケットが複数形成され、
   前記充填材は、前記保持器のうち、前記ポケットにおける前記転動体との摺接面以外の面に付着している請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記保持器の前記摺接面以外の面に、前記充填材が入り込んでいる凹部が形成されている請求項２に記載の転がり軸受。
4. 内輪、外輪、前記内輪と前記外輪との間に介在している複数の転動体、及び、複数の前記転動体を周方向等間隔に保持している保持器を備えている軸受本体の、前記内輪と前記外輪との間に形成されている軸受空間に、充填材を充填して転がり軸受の完成品とする製造方法であって、
   前記充填材を融点以上に加熱して流動性を有する状態とし、
   この充填材を前記軸受空間に注入し、
   前記内輪と前記外輪とを相対回転させながら、注入した前記充填材を凝固点以下の温度に冷却することにより前記軸受空間において当該充填材を凝固させることを特徴とする転がり軸受の製造方法。

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