JP7045950B2

JP7045950B2 - 軸受装置

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Publication number: JP7045950B2
Application number: JP2018134346A
Authority: JP
Inventors: 達也鈴木; 健裕小池
Original assignee: Chuo Malleable Iron Co Ltd
Current assignee: Chuo Malleable Iron Co Ltd
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2038-07-17
Also published as: WO2020017375A1; JP2020012502A

Description

本発明は、シャフトを回動可能に支持する軸受の軸受装置に関する。

軸受装置は、例えば、車両、船舶、航空機（以下、車両等とする。）では動力を伝達させるシャフトを回動可能に支持する軸受として、運搬ライン、製造ライン（以下、運搬装置等とする。）では物を移動させるコンベアーを回動可能に支持する軸受として、使用されている。シャフトを回転可能に支持する軸受の軸受装置として、従来、下記特許文献１において、鋳造による鉄合金から形成された軸受装置が知られている。この軸受装置は、シャフトを回転可能に支持するケースと、ケースが固定されるブラケットが、鋳造による鉄合金から形成されることによって、耐久性に優れるものとしている。

特開２０１７－１１６０５２号公報

車両等や運搬装置等において、構成する部品が重量物であると、車両等や運搬装置等への負担が大きくなるため、軸受装置を含めた部品は、軽量であることが求められる。

しかしながら、特許文献１に記載の従来の軸受装置は、鋳造による鉄合金から形成されたものであるため、軽量化を図ることまで検討されているものではなかった。なお、特許文献１において、軸受装置を構成するケースとブラケットのいずれか一方又は両方が樹脂製であっても良い旨の記載があるが、実施形態において、具体的な記載はなされておらず、その作用効果についても示唆されているものではない。また、軸受装置を構成する一部分に樹脂を用いることによる弊害についてまで、検討されているものではなかった。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、軽量化を図ることができる軸受装置を提供することを目的とする。

本発明に係る軸受装置は、ベアリングを介してシャフトが挿通される円環状のシャフト軸受部と、該シャフト軸受部を被固定部に固定するボルトが挿入されるボルト孔形成部と、該シャフト軸受部と該ボルト孔形成部とを連結するブラケットと、を備え、
該シャフト軸受部が金属から形成され、該ブラケットが樹脂混合物から形成されていることを特徴とする。

本発明の軸受装置によれば、ベアリングを介してシャフトの挿通される円環状のシャフト軸受部が金属から形成されている。このため、金属の特性により、軸受装置は、曲げ強度、圧縮強度及び引張強さ（以下、機械的強度とする。）に優れたものとなる。また、シャフト軸受部とボルト孔形成部とを一体化すべく連結するブラケットが金属と比して軽量である樹脂混合物から形成されているため、軸受装置は軽量化が図られたものとなる。つまり、本発明の軸受装置は、機械的強度に優れ、かつ、軽量化を図ることができる。また、シャフト軸受部の外周部の凹凸部により、シャフト軸受部の外周部とブラケットを形成する樹脂混合物との接触面積を増大させ、付着性を高めることができ、凹凸部の略台形の凸部のエッジが鋭角に形成され、凹部の底部に侵入するブラケットを形成する樹脂混合物が物理的に剥離し難いものとすることができる。

ここで、上記軸受装置において、前記樹脂混合物が繊維混合樹脂であるものとすることができる。

これによれば、樹脂混合物から形成されるブラケットの機械的強度を高めることができる。

また、上記軸受装置において、前記シャフト軸受部を形成する金属が前記ベアリングを形成している金属と同じであるとすることができる。

これによれば、シャフト軸受部とベアリングとが同じ金属から形成され、熱膨張率が同じであるため温度変化に対して安定であり、（標準）電極電位の差による電荷移動がし難いため、錆の発生を抑制することができる。

また、上記軸受装置において、前記シャフトは、車両、船舶又は航空機用のドライブシャフトであるものとすることができる。

これによれば、軸受装置の軽量化が図られたものであるため、実施形態の軸受装置が使用された車両等の軽量化を図ることができる。

本発明の軸受装置によれば、ベアリングを介してシャフトの挿通される円環状のシャフト軸受部が金属から形成されているため、軸受装置は機械的強度に優れたものとなる。また、シャフト軸受部とボルト孔形成部とを連結するブラケットが樹脂混合物から形成されているため、軸受装置は軽量化を図ることができる。

本発明の実施形態の軸受装置の正面図である。同軸受装置の平面図である。図１のIII－III断面図である。図１のIV－IV断面図である。図２のV－V断面図である。図２のVI－VI断面図である。シャフト軸受部の正面図である。シャフト軸受部の左側面図である。部分拡大図付きのシャフト軸受部の背面図である。

以下、本発明の実施形態に係る軸受装置を図面に基づいて説明する。図１に示すように、軸受装置Ｂは、車両等用のドライブシャフト（図示せず）が円環状のベアリング（図示せず）を介して車両等側に固定される軸受装置であり、ドライブシャフトを通したベアリングがシャフト軸受部１のベアリング収容部１１に収容され、車両等側の被固定部にブラケット本体２１の基部２３，２４がボルト（図示せず）によって固定される。軸受装置Ｂは、シャフト軸受部１と、基部２３，２４に設けられたボルト孔形成部３となる補強金具３１と、シャフト軸受部１と補強金具３１とを連結するブラケット２と、から構成されている。ここで、軸受装置Ｂの前後は、図２に示すように、挿通されるドライブシャフトの軸方向の一方を前とし、他方を後ろとする。図１では、手前側が前となる。左右は、前から軸受装置Ｂを見た左右であり、シャフト軸受部１のネジ孔１８のある側が左であり、その逆が右である。上下は、基部２３，２４側が下であり、シャフト軸受部１側が上である。なお、実施形態においては、車両用のドライブシャフト用途の軸受装置Ｂを例に説明するが、運搬ライン、製造ラインのコンベアーの軸受となる軸受装置にも適用可能なものである。

シャフト軸受部１は、図７～９に示すように、円環状のベアリング収容部１１を有し、外周部の後側に、後述するブラケット２の環状被覆部２２との密着性を高める凹凸形状をなす凹凸部１４が形成されている。

シャフト軸受部１を形成する金属は、ベアリングを形成している金属と同じものを使用することが好ましい。シャフト軸受部１を形成する金属とベアリングを形成している金属とが同じであることにより、シャフト軸受部１とベアリングは、熱膨張率が同じとなるため温度変化に対して安定となり、振動の原因となるシャフト軸受部１とベアリングの隙間の発生を抑制することができ、また、電極電位の差による電荷移動がし難いため、錆の発生を抑制することができるためである。なお、実施形態において、金属が同じであるとは、金属を構成する元素のうち、最も多く含有されている金属元素の種類が同じである、ことをいう。

ベアリングに使用されている金属は、ほとんどが鉄合金であるため、シャフト軸受部１を鉄合金で形成し、具体的には、球状黒鉛鋳鉄品ＦＣＤ５００（ＪＩＳＧ５５０２：２００１）を使用した。球状黒鉛鋳鉄品は、優れた引張強さと耐熱性を有し、軸受として耐久性に優れるものである。シャフト軸受部１は、安価に製造でき、大量生産に適した、鋳型による鋳造によって形成した。

ベアリング収容部１１の内径は、収容されるベアリングの外径よりも小さく（狭く）形成されている。ベアリング収容部１１の孔１２の内部がベアリングの外径に合わせて正確に切削され、且つ、位置精度を確保することができるようにマージン（切削代）を残しているためである。

図７～９に示すように、シャフト軸受部１の外周には、内周に貫通するネジ孔１８が一つ設けられている。ネジ孔１８は、ベアリングをシャフト軸受部１に収納させた際に、ネジによって締め付けることにより、ベアリングを固定するためのものである。

凹凸形状をなす凹凸部１４は、図９に示すように、円環状のシャフト軸受部１のネジ孔１８付近を除いた外周部に成形され、実施形態では、シャフト軸受部１の外周部の後部側のみに設けられている。シャフト軸受部１の外周部に凹凸形状が成形されていることによって、後述するシャフト軸受部１の外周を被覆する環状被覆部２２を形成する樹脂混合物との密着性を高めることができる。凹凸部１４の凸部のエッジ１５は、図９の拡大図に示すように、エッジ１５が角度αの鋭角に形成され、凹部の底部に侵入するブラケット２を形成する樹脂混合物が物理的に剥離し難い形状になっている。

補強金具３１は、基部２３に設けられたボルト孔形成部３を形成する金具であり、図６に示すように、上部にフランジを有する略円筒形をなし、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）から形成されている。

ブラケット２は、シャフト軸受部１と補強金具３１とを一体的に連結するものであり、樹脂混合物から形成され、成形型によって成形される。樹脂混合物に使用される樹脂には、２種類の樹脂をそれぞれ別々に使用した。樹脂の一つは、熱可塑性樹脂であるポリアミド樹脂、樹脂のもう一つは、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂を使用した。樹脂混合物に使用される樹脂に、ポリアミド樹脂又はフェノール樹脂を使用することにより、ブラケット２は、耐熱性と機械的強度に優れるものとすることができる。

ブラケット２に使用する樹脂混合物には、繊維としてガラス繊維を混入させ、繊維混合樹脂とした。樹脂混合物に繊維を混入させることにより、樹脂の硬化収縮を減少させることができ、また、物理的強度を高めることができる。繊維混合樹脂における繊維の混入割合は、効率よく物理的強度を高めるために４０質量％とした。

ブラケット２は、図１，５に示すように、繊維混合樹脂がシャフト軸受部１のネジ孔１８を除いた外周部を被覆して環状被覆部２２を形成し、環状被覆部２２の左下から左側の基部２３へ接続される脚部２５が形成され、環状被覆部２２の右下から右側の基部２４へ接続される脚部２６が形成される。

図１に示すように、脚部２５，２６には、強度を高めるため、外側に、脚部に対して直交する（シャフト軸に対して平行な）梁２５ａ，２６ａが形成されている。図４は、左右の脚部２５，２６の断面図（図１のIV－IV断面図）である。

基部２３，２４は、シャフト軸受部１に貫通されるドライブシャフトの中心軸と平行する平板状に形成され、図２に示すように、被設置部に対してボルト孔形成部３を介してボルト止めがなされるようになっている。基部２３，２４のボルト孔形成部３には、ボルト止めによる欠損が発生しないように、補強金具３１によって、補強が施されている。

ブラケット２は、型枠成形によって成形される。成形は、軸受装置Ｂの形状となる型枠に、離型剤を塗布し、ベアリング収容部１１と補強金具３１を定められた位置にセットし、樹脂混合物を型枠に流し込む。なお、型枠は、予め、２００℃に加熱（プレヒート）し、樹脂混合物は、２００℃に加熱して、流動性の促進を図った。樹脂混合物が硬化した後に、型枠を外し、バリ取りを行うことによって、軸受装置Ｂが完成する。

以上のように構成された実施形態の軸受装置Ｂから把握される技術的思想について、以下に記載する。

本発明に係る軸受装置Ｂは、ベアリングを介してシャフトが挿通される円環状のシャフト軸受部１と、シャフト軸受部１を被固定部に固定するボルトが挿入されるボルト孔形成部３と、シャフト軸受部１とボルト孔形成部３とを一体化するブラケット２と、を備え、シャフト軸受部１が金属から形成され、ブラケット２が樹脂混合物から形成されていることを特徴とする。

本発明の軸受装置Ｂによれば、円環状のシャフト軸受部１が金属から形成されているため、金属の特性により軸受装置Ｂは機械的強度に優れたものとなる。また、ブラケット２が樹脂混合物から形成されているため、樹脂混合物の特性により軸受装置Ｂは軽量化が図られ、また、シャフトからの振動を抑制することができるものとなる。

ここで、上記軸受装置Ｂにおいて、樹脂混合物が繊維混合樹脂であるものとすることができる。

これによれば、樹脂混合物から形成されるブラケット２の軽量化を維持しながら機械的強度を高めることができ、樹脂の硬化の際に生じる硬化収縮を減少させることができる。また、軸受装置として使用の際の温度変化による膨張や収縮を抑制することができる。

また、上記軸受装置Ｂにおいて、シャフト軸受部１を形成する金属がベアリングを形成している金属と同じものとすることができる。

これによれば、シャフト軸受部１とベアリングとが同じ金属から形成され、熱膨張率が同じであるため温度変化に対して安定であり、振動の原因となるシャフト軸受部１とベアリングの隙間の発生を抑制することができ、また、電極電位の差による電荷移動が少ないため、錆の発生を抑制することができる。

また、上記軸受装置Ｂにおいて、シャフト軸受部１の外周部に凹凸形状をなす凹凸部１４が成形され、凹凸部１４がブラケット２を形成する樹脂混合物によって被覆されている構成とすることができる。

これによれば、シャフト軸受部１の外周部の凹凸部１４により、シャフト軸受部１の外周部とブラケット２を形成する樹脂混合物との接触面積を増大させ、機械的強度も増加させるため、長期的な密着性を高めることができる。

また、上記軸受装置Ｂにおいて、シャフトは、車両、船舶又は航空機用のドライブシャフトであるものとすることができる。

これによれば、軸受装置Ｂは、機械的強度に優れ、ブラケット２が樹脂混合物から成形されているため、軸受装置Ｂは軽量化が図られ、シャフトからの振動を抑制することができるものとなる。

実施形態の軸受装置Ｂは、その構成を以下のような形態に変更しても実施することができる。

シャフト軸受部１の成形方法として、実施形態では、鋳造によって成形したが、鍛造であっても成形することができる。鍛造の場合、鋳造よりも製造コストを要するが、シャフト軸受部１の内部応力を小さいものとすることができる。

シャフト軸受部１と補強金具３１の成形に使用した鋳鉄として、実施形態では、球状黒鉛鋳鉄品ＦＣＤ５００を使用したが、ＪＩＳＧ５５０２：２００１に規定された球状黒鉛鋳鉄品（ＦＣＤ３５０、ＦＣＤ４００、ＦＣＤ４５０、ＦＣＤ６００、ＦＣＤ７００、ＦＣＤ８００）であれば使用することができる。機械的強度に優れるためである。

ブラケット２を形成する樹脂混合物の熱可塑性樹脂として、実施形態では、ポリアミド樹脂を使用したが、耐熱性に優れる、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂を使用することができる。

ブラケット２を形成する樹脂混合物の熱硬化性樹脂として、実施形態では、フェノール樹脂を使用したが、アミノ樹脂、ユリア樹脂などの熱硬化性樹脂を使用することができる。耐熱性に優れるためである。

ブラケット２を形成する樹脂混合物である繊維混合樹脂の繊維として、実施形態では、無機繊維であるガラス繊維を使用したが、炭素繊維、金属繊維、セラミック繊維などの無機繊維、セルロース繊維、アクリル繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維などの有機繊維も使用することができる。

繊維混合樹脂における繊維の混入割合は、実施形態では、４０質量％としたが、１０～７０質量％であれば、使用することができる。混入割合が１０質量％未満だと、強度を十分に高めることができないおそれがある。一方、７０質量％を超えると、繊維混合樹脂の密度が増し、軸受装置Ｂの軽量化を図ることができないおそれがある。より好ましくは、２０～６０質量％であり、さらに好ましくは、３０～５０質量％である。

繊維混合樹脂は、実施形態では、樹脂がポリアミド樹脂又はフェノール樹脂であり、ガラス繊維を４０質量％混合されたものを使用したが、市販品であっても使用することができる。ガラス繊維混合樹脂の市販品として、Ａ１０２２ＧＦＬ１５、Ａ１０２２ＧＦＬ、Ａ１０３０ＧＦＬ、Ａ１０３０ＧＦＬ４５、Ａ１０２２ＧＦＬ６０（Ａ）、ＥＸ－８４０６Ｇ３０、Ａ１７５Ｓ、Ａ１９０Ｓ、Ａ１９２Ｓ、Ａ６９０Ｓ（以上、ユニチカ株式会社製）、ＣＭ１０１１Ｇ－１５、ＣＭ１００１Ｇ－１５、ＣＭ１００１Ｇ－２０、ＣＭ１０１１Ｇ－３０、ＣＭ１０１６Ｇ－３０、ＣＭ１０１１Ｇ－４５、ＣＭ１０１２Ｇ－４５Ｎ、ＣＭ３００１Ｇ－１５、ＣＭ３００６Ｇ－１５、ＣＭ３００１Ｇ－３０、ＣＭ３００６Ｇ－３０、ＣＭ３００１Ｇ－４５、ＣＭ３００６Ｇ－４５（以上、東レ株式会社製）などを使用することができる。

ブラケット２の型枠成形における型枠のプレヒート温度は、実施形態では２００℃としたが、１６０～２５０℃であれば、樹脂混合物の流動性の促進を図ることができる。また、型枠成形における樹脂混合物の加熱温度は、実施形態では２００℃としたが、１９０～２１０度であれば、樹脂混合物の流動性の促進を図ることができる。なお、樹脂混合物が熱硬化性樹脂である場合には、樹脂混合物が加熱されることにより、硬化時間の促進を図ることもできる。

なお、実施形態の軸受装置の技術的思想は、シャフトを支持する軸受装置のみならず、キャブマウントブラケット、デフサポートなどのブッシュ収容部についても適用することができるものである。

１…シャフト軸受部、２…ブラケット、３…ボルト孔形成部、１１…ベアリング収容部、１２…孔、１４…凹凸部、１５…エッジ、１８…ネジ孔、２１…ブラケット本体、２２…環状被覆部、２３，２４…基部、２５，２６…脚部、２５ａ，２６ａ…梁、３１…補強金具、Ｂ…軸受装置。

Claims

ベアリングを介してシャフトが挿通される円環状のシャフト軸受部と、該シャフト軸受部を被固定部に固定するボルトが挿入されるボルト孔形成部と、該シャフト軸受部と該ボルト孔形成部とを連結するブラケットと、を備え、
該シャフト軸受部が金属から形成され、該ブラケットが樹脂混合物から形成されている軸受装置であって、
該シャフト軸受部の外周部に凹凸形状をなす凹凸部が形成され、該凹凸部が該ブラケットによって被覆され、
該凹凸部の凸部が略台形であり、該凸部のエッジが鋭角に形成されていることを特徴とする軸受装置。
前記凹凸部が、前記シャフト軸受部の軸方向の一方側のみに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
前記樹脂混合物が繊維混合樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
前記シャフト軸受部を形成する金属が前記ベアリングを形成している金属と同じであることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
前記シャフトは、車両、船舶又は航空機用のドライブシャフトであることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。