WO2017169945A1 - 転がり軸受 - Google Patents

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WO2017169945A1
WO2017169945A1 PCT/JP2017/011092 JP2017011092W WO2017169945A1 WO 2017169945 A1 WO2017169945 A1 WO 2017169945A1 JP 2017011092 W JP2017011092 W JP 2017011092W WO 2017169945 A1 WO2017169945 A1 WO 2017169945A1
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WO
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oil
bearing
cage
lubricating oil
rolling bearing
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/011092
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English (en)
French (fr)
Inventor
智彦 小畑
藤原 宏樹
Original Assignee
Ntn株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/04Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
    • F16C19/06Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/38Ball cages
    • F16C33/41Ball cages comb-shaped
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/66Special parts or details in view of lubrication
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72Sealings
    • F16C33/76Sealings of ball or roller bearings
    • F16C33/78Sealings of ball or roller bearings with a diaphragm, disc, or ring, with or without resilient members

Definitions

  • the present invention relates to a rolling bearing, and more particularly to a rolling bearing lubricated with lubricating oil.
  • a rolling bearing is generally composed of an inner ring, an outer ring, rolling elements, and a cage.
  • a seal member may be provided at the opening end.
  • Grease is often used as the lubricant inside the bearing. Grease is easy to handle and simplifies the design of the sealing device. Grease does not need to be re-supplied and is easy to maintain.
  • friction torque increases and heat is generated due to the stirring resistance of grease sealed in the bearing.
  • Patent Documents 1 to 3 have been proposed.
  • Patent Document 1 discloses a technique for improving lubrication characteristics by changing a lubricant and lubrication conditions, and is excellent in peeling resistance and grease leakage, and for bearings that can suppress early seizure even when used in an outer ring rotary bearing.
  • a grease composition containing a predetermined ester oil and a diurea compound in a predetermined blending amount is described (see Patent Document 1).
  • Patent Document 2 As a means for reducing the rotational torque of the bearing by changing the shape of the cage, etc., it is composed of two annular holding plates formed by a steel plate press, and a polygonal pocket portion or the like is formed. A deep groove ball bearing provided with a cage is described (see Patent Document 2).
  • Patent Document 3 discloses a lubricating composition for bearings, which is a technique for improving lubrication characteristics by using solid grease, in which a mixture of ultrahigh molecular weight polyethylene and lubricating grease is heated and melted and then cooled and solidified. (See Patent Document 3).
  • Patent Document 1 improves the lubrication characteristics by improving the sealed grease.
  • a semi-solid lubricant such as grease
  • the torque is large due to the stirring resistance caused by the lubricant.
  • it is an important issue to reduce torque while ensuring a sufficient lubrication life in order to save energy.
  • torque can be reduced by using a specially shaped cage as in Patent Document 2.
  • the torque can also be reduced by optimizing the type of grease or reducing the amount of grease itself.
  • Patent Document 3 attempts to reduce rotational torque by using thermally solidified grease.
  • oil spills increase and the service life is short.
  • the composition contracts during cooling and solidification and entrains the rolling elements, which may increase the torque.
  • oil lubrication has a shorter lubrication life compared to grease lubrication which can release the base oil from the thickener component.
  • resupply of lubricating oil is usually essential. For this reason, it is desired that the lubricating oil can be sufficiently retained in the bearing so as not to require resupply. Further, in order to maintain the lubricating performance for a long period of time, it is also desired that the lubricating oil can be appropriately supplied to a site where lubrication is required while sufficiently retaining the lubricating oil.
  • the present invention has been made to cope with such problems, and as a rolling bearing for oil lubrication, while reducing rotational torque, the lubricating oil can be sufficiently retained inside the bearing, and the lubricating oil can be lubricated at a lubrication site.
  • An object of the present invention is to provide a rolling bearing that can be properly supplied to a roller.
  • the rolling bearing according to the present invention includes an inner ring and an outer ring that are raceways, a plurality of rolling elements interposed between the inner and outer rings, a cage that holds the rolling elements, and openings in both axial directions of the inner ring and the outer ring.
  • a rolling bearing comprising a plurality of pockets that are open on one side in the axial direction and hold the rolling elements on an annular cage body.
  • an oil holder made of a fiber material or a porous material on the surface side of the bearing inner space and preliminarily held or impregnated with lubricating oil It is fixed.
  • At least one surface selected from the inner and outer diameter surfaces of the cage is made of a fiber material or a porous material except for a region facing the non-race portion of the raceway, and the lubricating oil is retained in advance. Or the impregnated oil holding body is fixed.
  • the region facing the non-track portion of the race is a region facing the shoulder portions of the inner ring and the outer ring, and the region is located on the pocket non-opening side of the cage.
  • the oil retaining member is a flocked portion made of a synthetic resin short fiber as the fiber material. Further, the lubricating oil is held or impregnated in the oil holding body in a state containing an additive.
  • the rolling bearing according to the present invention includes an inner ring and an outer ring that are raceways, a plurality of rolling elements interposed between the inner and outer rings, a cage that holds the rolling elements, and axial end openings of the inner ring and the outer ring.
  • the retainer has a plurality of pockets that are open on one side in the axial direction and hold the rolling elements on the annular retainer body, Since only the seal member on the pocket opening side of the cage is fixed to the bearing inner space side surface, an oil holder made of fiber material or porous material and pre-held or impregnated with lubricating oil is fixed. The oil can be sufficiently retained inside the bearing (the oil retaining body on the surface of the seal member).
  • the cage with this configuration has a small gap with the seal member on the non-pocket opening side, and when an oil holder is provided on the surface of this seal member, it contributes to lubrication from the cage side to the oil holder side of the seal member. There is a risk that some lubricating oil will move.
  • the oil holding body is not provided on the seal member on the non-opening side of the pocket, there is no fear of movement of the lubricating oil.
  • the rolling bearing of the present invention can be continuously operated for a long time without resupply of lubricating oil. Further, since the grease is not sealed in the bearing inner space, the torque becomes low.
  • At least one surface selected from the inner diameter surface and outer diameter surface of the cage is made of a fiber material or a porous material in a portion excluding a region facing the non-track portion of the race (the inner race and the shoulder of the outer race). Since the oil holding body in which the lubricating oil is held or impregnated in advance is fixed, more lubricating oil can be held inside the bearing. In addition, since the oil retaining body is not provided in the region facing the non-orbital portion such as the shoulder portion of the inner and outer rings, the oil retaining body of the cage comes into contact with these, and the lubricating oil contained in the oil retaining body becomes Can be prevented from leaking outside the bearing.
  • the fibers in the flocked portion are short fibers of synthetic resin, they are chemically stable and hardly swell or dissolve with oil.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a deep groove ball bearing incorporating a crown-shaped resin retainer having a flocked portion and a seal member as a rolling bearing of the present invention.
  • an inner ring 2 having a rolling surface 2a on the outer peripheral surface and an outer ring 3 having a rolling surface 3a on the inner peripheral surface are arranged concentrically.
  • a plurality of rolling elements 4 are disposed between the rolling surface 2a of the inner ring and the rolling surface 3a of the outer ring.
  • the plurality of rolling elements 4 are held by a crown-shaped cage 5.
  • the rolling bearing 1 includes annular seal members 12a and 12b provided at openings in both axial ends of the inner and outer rings.
  • the opening side of the crown-shaped cage 5 is the sealing member 12a
  • the non-opening side of the pocket is the sealing member 12b.
  • the inner ring 2, the outer ring 3, the cage 5, and the seal members 12 a and 12 b constitute a bearing inner space (inside the bearing), and lubrication is performed by the lubricating oil held in the space.
  • an oil holder 6 such as a flocked portion made of a fiber material is bonded and fixed to a part of the inner and outer diameter surfaces of the cage 5 and the bearing inner space side surface of the seal member 12a.
  • the distance between the seal member 12a on the pocket opening side and the seal member 12b on the non-pocket opening side is different, and the distance between the sealing member 12b on the non-pocket opening side Is close and the gap is small.
  • oil retaining bodies such as flocked portions uniformly on both seal members.
  • the gap between the seal member on the non-opening side of the pocket and the cage is small, if an oil retainer is also provided on this seal member, the oil retainer of the seal member and the retainer interfere with each other. There is a risk of contact and lubrication.
  • the seal member on the non-opening side of the pocket is configured so as not to be provided with an oil retaining body, and copes with the above problem.
  • the oil holding body 6 is provided in the radial direction whole range of the sealing member 12a, it is good also as a form provided in a part of radial direction.
  • the circumferential direction can be provided in the entire circumferential range or a partial range.
  • FIG. 2A is a partial perspective view of the cage
  • FIG. 2B is a development view of the cage.
  • a crown-shaped cage 5 is formed on an annular cage body 7 with a plurality of pockets 9 opened on one side in the axial direction to hold rolling elements, and between adjacent pockets. And a groove 11 formed on the opening side of the pocket 9.
  • a pair of opposed holding claws 8 are formed on the annular cage body 7 at a constant pitch in the circumferential direction, and the opposed holding claws 8 are bent in a direction approaching each other,
  • a pocket 9 for holding a ball as a rolling element is formed between the holding claws 8.
  • a flat portion 10 is formed as a rising reference surface of the holding claws 8, and a groove portion is formed by the holding claws 8 and the flat portions 10. 11 is configured.
  • the cage 5 is a rolling element guide type, and the inner and outer diameter surfaces thereof are surfaces that do not come into contact with the race rings (the inner ring 2 and the outer ring 3).
  • the cage 5 includes a region 5 a adjacent to the raceway surface 2 a of the inner ring 2 or the raceway surface 3 a of the outer ring 3, a shoulder portion 2 b of the inner ring 2, a shoulder portion 3 b of the outer ring 3, and the like. And a region 5b close to the non-orbital portion (non-orbital surface).
  • an oil holder 6 is formed in a region 5a close to the raceway surface of the inner ring, and an oil holder is provided in a region 5b facing the shoulder portion 2b of the inner ring 2 which is a non-race portion of the raceway ring. Is not formed.
  • an oil holder 6 is formed in a region close to the raceway surface of the outer ring 3, and an oil holder is formed in a region facing the shoulder portion 3 b of the outer ring 3.
  • the region 5b facing the shoulder portions of the inner and outer rings is located on the non-opening side of the pocket 9 of the cage body 7, and is a region that occupies a certain range in the axial direction and continues in the circumferential direction. This is a region in a range that partially covers the pocket 9.
  • the oil holder and the inner ring shoulder may slide.
  • lubricating oil is sufficiently contained in the bearing (the oil retainer). Can be retained.
  • the oil retaining body is a flocked portion
  • Lubricating oil held by the oil holding body of the seal member is supplied to the raceway surface (lubricating surface) from the contact portion with the outer ring through the shoulder of the outer ring by surface tension.
  • the lubricating oil can always be supplied from the oil holder of the cage to the lubricating surface. As a result, the life can be extended.
  • the oil holding body is made of a fiber material or a porous material, and is held or impregnated in advance in a state where the lubricating oil can be released.
  • the lubricating oil is held between the fibers, and in the case of the porous material, the lubricating oil is impregnated in the communication hole.
  • the lubricating oil is used when it is held between the fibers of the fiber material or impregnated in the communicating hole of the porous material. It can be said that it is held or impregnated in a releasable state.
  • Lubricating oil can be retained inside the bearing by retaining the lubricating oil in the oil retaining body and fixing (adhering, etc.) it to the seal member and the cage. Lubricating oil is gradually released from the oil holder, and excess lubricating oil is again held by the oil holder. As a result, the lubricating oil is efficiently used without waste, and continuous operation is possible without resupply of the lubricating oil from the outside.
  • the rolling bearing of the present invention is not initially filled with grease or lubricating oil other than that contained in this oil holder, and grease or lubricating oil is supplied to the bearing internal space from other than this oil holder. It can be in a form that is not done.
  • the oil holder is made of a fiber material or a porous material. By using these, the surface area is increased and oil retention is improved.
  • fiber materials polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, polyamide resins such as nylon, aromatic polyamide resins, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethylene succinate, polyester resins such as polybutylene terephthalate, acrylic resins, vinyl chloride, Examples include synthetic resin fibers such as vinylon, inorganic fibers such as carbon fibers and glass fibers, regenerated fibers such as rayon and acetate, and natural fibers such as cotton, silk, hemp, and wool.
  • foamed synthetic resins such as polyurethane, polystyrene, polyolefin, phenol and polyvinyl chloride, and rubbers such as natural rubber, chloroprene rubber, ethylene propylene rubber, nitrile rubber, silicon rubber and styrene butadiene rubber.
  • the foam obtained is obtained.
  • the flocked portion which is an oil holding body made of fiber material, is formed by flocking these fibers. Fixing is done with an adhesive.
  • Spraying or electrostatic flocking can be employed as a flocking method. It is preferable to employ electrostatic flocking at the edge portion and the like because a large amount of fibers can be densely flocked in a short time.
  • electrostatic flocking method a publicly known method can be adopted. The method of performing a process, a finishing process, etc. is mentioned.
  • Electrostatic spraying (fiber coating) can also be employed.
  • the oil holding body made of a porous material is provided by bonding and fixing a previously formed and processed shape with an adhesive or the like.
  • Examples of the adhesive used for the adhesive fixing of the oil holder include an adhesive mainly composed of urethane resin, epoxy resin, acrylic resin, vinyl acetate resin, polyimide resin, silicone resin and the like.
  • urethane resin solvent adhesive epoxy resin solvent adhesive, vinyl acetate resin solvent adhesive, acrylic resin emulsion adhesive, acrylic ester-vinyl acetate copolymer emulsion adhesive, vinyl acetate emulsion adhesive And urethane resin emulsion adhesives, epoxy resin emulsion adhesives, polyester emulsion adhesives, ethylene-vinyl acetate copolymer adhesives, and the like. These may be used independently and 2 or more types may be used together.
  • the shape of the fiber is not particularly limited as long as it does not interfere with other members that adversely affect the bearing function at the location where the oil retainer is formed.
  • the specific shape is preferably, for example, a length of 0.5 to 2.0 mm and a thickness of 0.5 to 50 dtex, and the density of fibers in the flocked portion as a holding body is about the area of the flocked area.
  • the proportion of fibers is preferably 1 to 40%.
  • the short fiber has a straight type and a bend type (a fiber tip is bent), and a cross-sectional shape includes a circular shape and a polygonal cross-sectional shape. Bend type fibers have a higher ability to retain lubricant than straight fibers. Moreover, since the fiber of polygon cross-sectional shape has a large surface area compared with a circular cross section, the capability to hold
  • the rolling bearing of the present invention is lubricated by the lubricating oil held by the oil holder.
  • the greased lubricating oil may be held and impregnated.
  • the grease is held and impregnated so as not to be detached from the oil holder.
  • Any lubricating oil can be used without particular limitation as long as it is usually used for rolling bearings.
  • mineral oils such as paraffinic mineral oils and naphthenic mineral oils, polybutene oils, poly- ⁇ -olefin oils, hydrocarbon synthetic oils such as alkylbenzene oils and alkylnaphthalene oils, natural fats and oils, polyol ester oils, phosphate ester oils , Non-hydrocarbon synthetic oils such as diester oil, polyglycol oil, silicone oil, polyphenyl ether oil, alkyl diphenyl ether oil, and fluorinated oil.
  • these lubricating oils may be used alone or in combination of two or more.
  • the thickening agent used for forming a grease can be used without particular limitation as long as it is a thickening agent (metal soap, urea compound, etc.) generally used for a lubricant for rolling bearings.
  • additives can be added to the lubricating oil as necessary.
  • the lubricant containing the additive is held and impregnated in the oil holder.
  • additives include extreme pressure agents such as organic zinc compounds and organic molybdenum compounds, antioxidants such as amine-based, phenol-based and sulfur-based compounds, anti-wear agents such as sulfur-based and phosphorus-based compounds, and polyhydric alcohols.
  • extreme pressure agents such as organic zinc compounds and organic molybdenum compounds
  • antioxidants such as amine-based, phenol-based and sulfur-based compounds, anti-wear agents such as sulfur-based and phosphorus-based compounds, and polyhydric alcohols.
  • rust preventives such as esters, viscosity index improvers such as polymethacrylate and polystyrene, solid lubricants such as molybdenum disulfide and graphite, and oily agents such as esters and alcohols.
  • an antioxidant deterioration of the lubricating oil can be suppressed
  • the rolling bearing of this invention is not limited to these, It can apply to the various bearing types which have a sealing member.
  • retainer arbitrary materials, such as a metal material and a resin material, are employable.
  • the type of adhesive is determined according to the cage material, short fiber material, and the like.
  • the crown-shaped cage in FIG. 2 is made of resin.
  • a polyamide resin such as polyether ether ketone (PEEK) resin, polyphenylene sulfide (PPS) resin, thermoplastic polyimide resin, polyamideimide resin, nylon 66 resin, nylon 46 resin is used as a resin base material, and carbon fiber, glass fiber, etc. It is manufactured by injection molding using a resin composition containing reinforced fibers and other additives.
  • PEEK polyether ether ketone
  • PPS polyphenylene sulfide
  • thermoplastic polyimide resin polyamideimide resin
  • nylon 66 resin nylon 46 resin
  • Example 1 A resin crown cage having the shape shown in FIGS. 1 and 2 that can be used for a 6204 rolling bearing (deep groove ball bearing) was manufactured by injection molding.
  • the resin material is polyamide 66 resin (containing 25% by volume of glass fiber).
  • an adhesive is applied to the position shown in FIGS. 1 and 2 of this cage, and short fibers of polyamide 66 resin (fiber length 0.8 mm, thickness 3.3 dtex) are obtained by electrostatic spraying flocking.
  • the flocked part consisting of was formed. Oil (ester oil) was held on the fibers of the flocked part.
  • This cage was incorporated into a 6204 rolling bearing (deep groove ball bearing) and sealed with a shield plate to obtain a test bearing (see FIG. 1).
  • the obtained test bearing was subjected to the following high-temperature high-speed life test and torque measurement test. A test bearing was prepared for each test.
  • Comparative Example 1 and Comparative Example 2 A test bearing having the same configuration was prepared except that the lubrication condition and the flocked portion were not formed.
  • oil (same type as in Example 1) was sealed in the bearing inner space before the test, and in Comparative Example 2, grease (the same oil as that of Example 1 was used as the base oil) in the bearing inner space before the test.
  • Test bearings were prepared by enclosing soap (with a thickener). The obtained test bearing was subjected to the same high-temperature high-speed life test and torque measurement test as in Example 1.
  • the bearing outer ring was operated at a rotational speed of 10000 min ⁇ 1 under an outer ring temperature of 150 ° C., a radial load of 67 N, and an axial load of 67 N, and the time (h) until seizure was measured. As described above, the oil was held or sealed before the bearing operation, and was not supplied again.
  • Example 1 is a bearing holding 0.52 g of the oil
  • Comparative Example 2 is a bearing enclosing 1.61 g of the grease.
  • Figure 3 shows the results of the high-temperature high-speed life test.
  • the horizontal axis represents the amount of oil (g) and the vertical axis represents the lifetime (time (h)).
  • the life time when 0.5 g of oil was enclosed was about 700 hours in Example 1.
  • the fiber retained the oil inside the bearing, and a life result of 6 times or more as compared with Comparative Example 1 was obtained.
  • the reason for extending the life when the amount of sealing in Example 1 is increased is that the oil is held at the flocked portion without leaking outside the bearing.
  • the lifetime is the same when 0.5 g in Example 1 is sealed and 1.6 g in Comparative Example 2 is sealed.
  • Example 1 can achieve a long life with a small amount of encapsulation.
  • the difference between Example 1 and Comparative Example 2 is mainly the following two points. That is, (1) In Comparative Example 2, if grease as a lubricant adheres to a seal member that is separated from the raceway surface during operation, the grease continues to exist at that portion and does not contribute to lubrication thereafter. (2) In Example 1, the oil held by the seal member oozes out from the contact portion with the outer ring to the raceway surface by surface tension, and all the oil continues to contribute to lubrication.
  • the rolling bearing of the present invention can reduce the rotational torque as an oil-lubricated rolling bearing and can sufficiently hold the lubricating oil inside the bearing, and can appropriately supply the lubricating oil to the lubrication site, it can be used in various applications. It can be widely used as a rolling bearing.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Sealing Of Bearings (AREA)

Abstract

油潤滑の転がり軸受として回転トルクを低減しつつ、潤滑油を軸受内部に十分に保持でき、また、その潤滑油を潤滑部位に安定して供給できる転がり軸受を提供する。転がり軸受1は、軌道輪である内輪2および外輪3と、複数の転動体4と、この転動体4を保持する保持器5と、内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けられたシール部材12a、12bとを備えてなり、保持器5は、環状の保持器本体上に、軸方向一方側に開口して転動体4を保持する複数のポケットを有し、シール部材のうち保持器5のポケット開口側のシール部材12aにのみ、その軸受内空間側表面に、繊維材または多孔質材からなり、潤滑油が予め保持または含浸されている油保持体6が固定されており、保持器5の内径面および外径面から選ばれる少なくとも一方の面において、軌道輪の非軌道部と対向する領域を除いた部分にも、同様の油保持体6が固定されている。

Description

転がり軸受
 本発明は、転がり軸受に関し、特に潤滑油で潤滑される転がり軸受に関する。
 転がり軸受は、一般的に内輪、外輪、転動体、および保持器で構成されている。外部からの異物の侵入を防ぐためや、内部に封入した潤滑剤の流出を防ぐために、開口端部にシール部材が設けられる場合がある。軸受内部の潤滑剤には、グリースが用いられることが多い。グリースは、取り扱いが容易で密封装置の設計も簡素化できる。グリースは再供給する必要がなく、メンテナンス性が優れている。しかし、軸受に密封したグリースの攪拌抵抗により、摩擦トルクの増加やそれに伴う熱が発生することが知られている。摩擦トルクなどを低減する技術として、特許文献1~3のような技術が提案されている。
 特許文献1には、潤滑剤や潤滑条件を変更することによる潤滑特性向上技術であり、耐剥離性、グリース漏れ性に優れ、かつ外輪回転軸受で使用しても早期焼付きを抑制できる軸受用グリース組成物として、所定のエステル油とジウレア化合物とを所定配合量で含むものが記載されている(特許文献1参照)。
 特許文献2には、保持器の形状変更などにより、軸受の回転トルクの低減を図るものとして、鋼板プレスにより形成された2枚の環状保持板で構成され、多角形状のポケット部などが形成された保持器を備えた深溝玉軸受が記載されている(特許文献2参照)。また、特許文献3には、固形グリースを利用することによる潤滑特性向上技術として、超高分子量ポリエチレンと潤滑グリースとの混合物を加熱融解させた後、冷却して固形化した軸受用潤滑組成物が記載されている(特許文献3参照)。
特許第3330755号公報 特開2007-292195号公報 特公昭63-23209号公報
 しかしながら、特許文献1は封入グリースの改良により、潤滑特性を改善するものであるが、グリースのような半固体状潤滑剤を使用した場合は、潤滑剤に起因する攪拌抵抗のためにトルクが大きくなる。近年における自動車や産業用機器などに用いる転がり軸受では、省エネルギー化を図るため、十分な潤滑寿命を確保しつつ、トルクを低減することは重要な課題である。
 この課題に対して、特許文献2のような特殊形状の保持器を用いることでトルクの低減を図り得る。また、グリース種を最適化することや、グリース封入量自体を減らすことでもトルクの低減を図り得る。しかし、これらは製造コストの増加や軸受寿命の低下にも繋がる。
 特許文献3は、熱固化型グリースを用いることで回転トルクの低減を図っている。しかし、高温条件では油分の流出が多くなり低寿命という欠点がある。また、フルパック仕様においては、冷却固化時に該組成物が収縮して転動体を抱きこんでしまい、トルクが増加するおそれがある。
 また、グリースを使用せずに油潤滑とすることで、グリースによるトルク増加などの問題は解消できる。しかしながら、基油を増ちょう剤成分から徐放できるグリース潤滑と比較して油潤滑は潤滑寿命が短い。長寿命化を図るためには、通常、潤滑油の再供給が必須となる。このため、再供給を必要としないように軸受内に潤滑油を十分に保持できることが望まれる。また、潤滑性能を長期間にわたり維持するため、潤滑油を十分に保持しつつ、その潤滑油を潤滑を必要とされる部位に適切に供給できることも望まれる。
 本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、油潤滑の転がり軸受として回転トルクを低減しつつ、潤滑油を軸受内部に十分に保持でき、また、その潤滑油を潤滑部位に適切に供給できる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、軌道輪である内輪および外輪と、この内・外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体を保持する保持器と、上記内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けられたシール部材とを備えてなる転がり軸受であって、上記保持器は、環状の保持器本体上に、軸方向一方側に開口して上記転動体を保持する複数のポケットを有し、上記シール部材のうち上記保持器のポケット開口側のシール部材にのみ、その軸受内空間側表面に、繊維材または多孔質材からなり、潤滑油が予め保持または含浸されている油保持体が固定されていることを特徴とする。
 上記保持器の内径面および外径面から選ばれる少なくとも一方の面において、上記軌道輪の非軌道部と対向する領域を除いた部分に、繊維材または多孔質材からなり、潤滑油が予め保持または含浸されている油保持体が固定されていることを特徴とする。また、上記軌道輪の非軌道部と対向する領域は、上記内輪および上記外輪の肩部と対向する領域であり、該領域は上記保持器のポケット非開口側に位置することを特徴とする。
 上記油保持体が、上記繊維材である合成樹脂の短繊維からなる植毛部であることを特徴とする。また、上記潤滑油が、添加剤を含んだ状態で上記油保持体に保持または含浸されていることを特徴とする。
 本発明の転がり軸受は、軌道輪である内輪および外輪と、この内・外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体を保持する保持器と、内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けられたシール部材とを備えてなり、上記保持器は、環状の保持器本体上に、軸方向一方側に開口して上記転動体を保持する複数のポケットを有し、上記シール部材のうち保持器のポケット開口側のシール部材にのみ、その軸受内空間側表面に、繊維材または多孔質材からなり、潤滑油が予め保持または含浸されている油保持体が固定されているので、潤滑油を軸受内部(シール部材表面の油保持体)に十分に保持できる。
 該構成の保持器は、ポケット非開口側のシール部材との隙間が小さくなり、このシール部材表面に油保持体を設けている場合は、保持器側からシール部材の油保持体側に潤滑に寄与する潤滑油が一部移動してしまうおそれがある。本発明では、ポケット非開口側のシール部材には油保持体を設けないので、潤滑油の移動のおそれがない。これらの結果、本発明の転がり軸受は、潤滑油の再供給なしで長時間連続運転できる。また、グリースを軸受内空間に封入しないので、低トルクとなる。
 保持器の内径面および外径面から選ばれる少なくとも一方の面において、軌道輪の非軌道部(内輪および外輪の肩部)と対向する領域を除いた部分に、繊維材または多孔質材からなり、潤滑油が予め保持または含浸されている油保持体が固定されているので、より多くの潤滑油を軸受内部に保持できる。また、内外輪の肩部などの非軌道部と対向する領域には、油保持体を設けないので、保持器の油保持体がこれらと接触し、油保持体に含まれる潤滑油が肩部などを伝わり軸受外部に漏れだすことを防止できる。
 植毛部の繊維が合成樹脂の短繊維であるので、油による膨潤や溶解などが生じにくく化学的に安定である。
本発明の一実施例に係る転がり軸受の一部断面図である。 保持器の一形態を示す一部斜視図である。 高温高速寿命試験の結果を示す図である。 トルクの経時変化を示す図である。
 本発明の転がり軸受の一例を図1に基づき説明する。図1は、本発明の転がり軸受として植毛部を有する冠形樹脂保持器とシール部材とを組み込んだ深溝玉軸受の一部断面図である。図1に示すように、転がり軸受1は、外周面に転走面2aを有する内輪2と、内周面に転走面3aを有する外輪3とが同心に配置される。内輪の転走面2aと外輪の転走面3aとの間に複数個の転動体4が介在して配置される。この複数個の転動体4が、冠形の保持器5により保持される。また、転がり軸受1は、内・外輪の軸方向両端開口部に設けられた環状のシール部材12a、12bを備えている。冠形の保持器5のポケット開口側がシール部材12aであり、ポケット非開口側がシール部材12bである。内輪2と外輪3と保持器5とシール部材12a、12bとで軸受内空間(軸受内部)が構成され、該空間内に保持された潤滑油により潤滑がなされる。本発明の転がり軸受では、保持器5の内外径面の一部とシール部材12aの軸受内空間側表面に、繊維材からなる植毛部などの油保持体6が接着固定されている。
 図1に示すように、冠形の保持器5では、ポケット開口側のシール部材12aとポケット非開口側のシール部材12bとの距離が異なり、ポケット非開口側のシール部材12bとの距離の方が近く、その隙間が小さい。軸受内部に保持される潤滑油量を増加させるためには、両シール部材に一律に植毛部などの油保持体を設けることが好ましいと考えられる。しかし、上記のとおり、ポケット非開口側のシール部材と保持器との隙間が小さいことから、このシール部材にも油保持体を設けると、該シール部材の油保持体と保持器とが干渉・接触し、潤滑油移動のおそれがある。本発明では、ポケット非開口側のシール部材については、あえて油保持体を設けない構成とし、上記問題に対処している。なお、図1に示す形態では、油保持体6は、シール部材12aの径方向全範囲に設けられているが、径方向一部に設ける形態としてもよい。また、周方向についても同様に、周方向全範囲または一部範囲に設ける態様とできる。
 図2に基づいて保持器5の詳細を説明する。図2(a)はこの保持器の一部斜視図であり、図2(b)はこの保持器の展開図である。図2(a)に示すように、冠形の保持器5は、環状の保持器本体7上に、軸方向一方側に開口して転動体を保持する複数のポケット9と、隣接するポケット間でポケット9の開口側に形成される溝部11とを備える。より詳細には、環状の保持器本体7上に周方向に一定ピッチをおいて対向一対の保持爪8を形成し、その対向する各保持爪8を相互に接近する方向にわん曲させるとともに、その保持爪8間に転動体である玉を保持するポケット9を形成したものである。隣接するポケット9の縁に形成された相互に隣接する保持爪8の背面相互間に、保持爪8の立ち上がり基準面となる平坦部10が形成され、これら保持爪8と平坦部10とで溝部11が構成される。
 図1の形態において、保持器5は転動体案内形式であり、その内外径面は軌道輪(内輪2と外輪3)と接触しない面である。図1および図2に示すように、保持器5は、内輪2の軌道面2aまたは外輪3の軌道面3aに近接する領域5aと、内輪2の肩部2bまたは外輪3の肩部3bなどの非軌道部(非軌道面)に近接する領域5bとを有する。保持器5の内径面において、内輪の軌道面に近接する領域5aに油保持体6が形成され、軌道輪の非軌道部である内輪2の肩部2bに対向する領域5bには油保持体が形成されていない。また、保持器5の外径面においても同様に、外輪3の軌道面に近接する領域に油保持体6が形成され、外輪3の肩部3bに対向する領域には油保持体が形成されていない。
 図2に示すように、内外輪肩部に対向する領域5bは、保持器本体7のポケット9の非開口側に位置し、軸方向に一定範囲を占めて円周方向に連続した領域であり、ポケット9に一部かかる範囲の領域である。領域5bに油保持体を形成すると、この油保持体と内輪肩部とが摺動する場合がある。この領域5bに油保持体を設けないことで、接触によるトルクの増加や、潤滑油が肩部などを伝わり軸受外部に漏れだすことを防止できる。
 保持器のポケット非開口側のシール部材の軸受内空間側表面と、保持器の内外径面の一部に油保持体6を設けることで、潤滑油を軸受内部(上記油保持体)に十分に保持できる。例えば、油保持体が植毛部である場合、運転前に潤滑油を繊維に保持させると、繊維の表面張力や繊維間の毛細管現象により運転中でも油を繊維に保持することができる。シール部材の油保持体に保持された潤滑油は、外輪との接触部から表面張力により外輪肩部などを伝わり軌道面(潤滑面)に供給される。また、保持器は転動体と接触しているため、保持器の油保持体から潤滑油を潤滑面に常に供給することができる。これらの結果、長寿命化が図れる。
 油保持体は、繊維材または多孔質材からなり、潤滑油が放出可能な状態で予め保持または含浸されている。繊維材の場合は、潤滑油が繊維間に保持され、多孔質材の場合は、潤滑油が連通孔内に含浸される。表面に非連通の独立気泡中等に取り込まれた潤滑油は放出可能といえないが、その場合でも表面連通孔に含まれる分の潤滑油は放出可能である。よって、潤滑油が完全に取り込まれる、または、完全に固形化している等の場合を除き、繊維材の繊維間に保持する場合や多孔質材の連通孔内に含浸する場合は、潤滑油が放出可能な状態で保持または含浸されているといえる。
 油保持体に潤滑油を保持し、これをシール部材と保持器に固定(接着など)することで軸受内部に潤滑油を留めておくことができる。油保持体より潤滑油が徐放され、また、過剰な潤滑油は再度、油保持体に保持される。これにより、潤滑油が無駄なく効率的に利用され、外部からの潤滑油の再供給なしでも連続運転が可能となる。本発明の転がり軸受は、この油保持体に含まれるもの以外には初期にグリースや潤滑油が封入されておらず、また、この油保持体以外からは軸受内空間にグリースや潤滑油が供給されない形態とできる。
 油保持体は、繊維材または多孔質材からなる。これらを用いることで表面積が増加して油保持性が向上する。繊維材としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ナイロンなどのポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンテフタレートなどのポリエステル樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル、ビニロンなどの合成樹脂繊維、カーボン繊維、グラスファイバーなどの無機繊維、レーヨン、アセテートなどの再生繊維や、綿、絹、麻、羊毛などの天然繊維が挙げられる。また、多孔質材としては、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリオレフィン、フェノール、ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂や、天然ゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム、スチレンブタジエンゴムなどのゴムを発泡して得られるフォームが挙げられる。
 繊維材からなる油保持体である植毛部は、これら繊維を植毛して形成される。固定は接着剤によりなされる。植毛方法としては、吹き付けや静電植毛を採用できる。エッジ部などにおいても、多量の繊維を短時間で密に植毛できることから、静電植毛を採用することが好ましい。静電植毛方法としては、公知の方法を採用でき、例えば、静電植毛する範囲に接着剤を塗布し、繊維を帯電させて静電気力により上記接着剤塗布面に略垂直に植毛した後、乾燥工程・仕上げ工程などを行なう方法が挙げられる。また、静電吹き付け(ファイバーコート)も採用できる。また、多孔質材からなる油保持体は、予め所定形状に形成・加工したものを接着剤などにより接着固定して設けられる。
 油保持体の接着固定に用いる接着剤としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂などを主成分とする接着剤が挙げられる。例えば、ウレタン樹脂溶剤系接着剤、エポキシ樹脂溶剤系接着剤、酢酸ビニル樹脂溶剤系接着剤、アクリル樹脂系エマルジョン接着剤、アクリル酸エステル-酢酸ビニル共重合体系エマルジョン接着剤、酢酸ビニル系エマルジョン接着剤、ウレタン樹脂系エマルジョン接着剤、エポキシ樹脂系エマルジョン接着剤、ポリエステル系エマルジョン接着剤、エチレン-酢酸ビニル共重合体系接着剤などが挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
 上記の繊維材の中でも、油による膨潤や溶解などが生じにくく化学的に安定であり、均質な繊維を多量に生産することができ、安価に入手することができるため、合成樹脂の短繊維を用いることが好ましい。また、保持器として樹脂製保持器を用い、この表面に油保持体を形成する場合では、合成樹脂の中でも樹脂製保持器の材料として広く使用されているポリアミド樹脂を使用することで、軸受の使用条件を落とすことなく該軸受を使用することが可能である。
 繊維(短繊維)の形状としては、油保持体の形成箇所において、軸受機能に悪影響を与えるような他部材との干渉がない形状であれば特に限定されない。具体的な形状としては、例えば、長さ0.5~2.0mm、太さ0.5~50デシテックスのものが好ましく、保持体である植毛部の繊維の密度としては、植毛した面積あたりに繊維の占める割合が1~40%が好ましい。また、短繊維の形状としては、ストレートとベンド(繊維の先端が曲がっている)タイプのものがあり、また、断面形状は円状と多角断面状のものがある。ベンドタイプの繊維はストレートに比べ、潤滑油を保持する能力が高い。また、多角断面形状の繊維は、円状断面に比べ、表面積が大きいことから潤滑油を保持する能力が高い。
 本発明の転がり軸受は、油保持体に保持された潤滑油により潤滑される。ここで、油保持体に潤滑油を保持・含浸させる際に、グリース化した潤滑油を保持・含浸させてもよい。この場合は、グリースが油保持体から脱離しないように保持・含浸させる。潤滑油としては、通常、転がり軸受に用いられるものであれば特に制限なく用いることができる。例えば、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油などの鉱油、ポリブテン油、ポリ-α-オレフィン油、アルキルベンゼン油、アルキルナフタレン油などの炭化水素系合成油、または、天然油脂やポリオールエステル油、りん酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、フッ素化油などの非炭化水素系合成油などが挙げられる。これらの潤滑油は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。また、上述のようにグリース化する際の増ちょう剤は、通常、転がり軸受の潤滑剤に使用される増ちょう剤(金属石けん、ウレア化合物など)であれば特に制限なく用いることができる。
 また、潤滑油には、必要に応じて公知の添加剤を添加できる。この場合、添加剤を含んだ状態の潤滑油を油保持体に保持・含浸させる。添加剤としては、例えば、有機亜鉛化合物、有機モリブデン化合物などの極圧剤、アミン系、フェノール系、イオウ系化合物などの酸化防止剤、イオウ系、リン系化合物などの摩耗抑制剤、多価アルコールエステルなどの防錆剤、ポリメタクリレート、ポリスチレンなどの粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイトなどの固体潤滑剤、エステル、アルコールなどの油性剤などが挙げられる。特に、酸化防止剤を添加しておくことで、潤滑油の劣化を抑制し、長寿命化が図れる。
 以上、各図などに基づき本発明の実施形態を説明したが、本発明の転がり軸受はこれらに限定されるものではなく、シール部材を有する種々の軸受形式に適用できる。また、保持器の材質については、金属材料や樹脂材料など、任意の材料を採用できる。保持器材質、短繊維材質などに合わせて上記接着剤種などを決定する。図2の冠形保持器は樹脂製である。例えば、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ナイロン66樹脂、ナイロン46樹脂などのポリアミド樹脂を樹脂母材とし、炭素繊維、ガラス繊維などの強化繊維と、他の添加剤を配合した樹脂組成物を用いて、射出成形により製造される。
実施例1
 6204転がり軸受(深溝玉軸受)に使用可能な図1、図2の形状の樹脂製冠形保持器を射出成形により製造した。樹脂材質は、ポリアミド66樹脂(ガラス繊維25体積%配合)である。実施例1は、この保持器の図1、図2に示す位置に接着剤を塗布し、静電吹き付け植毛により、ポリアミド66樹脂の短繊維(繊維長0.8mm、太さ3.3デシテックス)からなる植毛部を形成した。この植毛部の繊維に油(エステル油)を保持させた。この保持器を6204転がり軸受(深溝玉軸受)に組み込み、シールド板で封止して試験軸受(図1参照)とした。得られた試験軸受を下記の高温高速寿命試験とトルク測定試験に供した。なお、試験軸受は、試験毎に用意した。
比較例1および比較例2
 潤滑条件と植毛部を形成しないこと以外は同構成の試験軸受を用意した。比較例1は、試験前に軸受内空間に油(実施例1と同種)を封入し、比較例2は、試験前に軸受内空間にグリース(実施例1と同じ油を基油とし、リチウム石けんを増ちょう剤とするもの)を封入して試験軸受とした。得られた試験軸受を実施例1と同じ下記の高温高速寿命試験とトルク測定試験に供した。
<高温高速寿命試験>
 軸受外輪外径部温度150℃、ラジアル荷重67N、アキシャル荷重67Nの下で10000min-1の回転速度で運転し、焼き付きに至るまでの時間(h)を測定した。油は、上記のとおり軸受運転前に保持または封入後、再供給はなしとした。
<トルク測定試験>
 試験軸受を固定し、回転数3600rpm、室温(25℃)雰囲気、外輪にアキシャル荷重20Nを負荷してロードセルで拘束し、内輪回転として、軸受で発生するトルク(N・mm)を算出した。なお、試験は、実施例1と比較例2で同等な寿命結果が得られた封入量で行なった。実施例1は、上記油を0.52g保持させた軸受、比較例2は上記グリースを1.61g封入した軸受である。
 図3に高温高速寿命試験の結果を示す。なお、図3において、横軸は油の封入量(g)を縦軸は寿命時間(時間(h))をそれぞれ示す。図3に示すように、油0.5g封入時の寿命時間は、実施例1は700h程度の寿命結果であった。実施例1では繊維が油を軸受内部に保持し、比較例1と比べ6倍以上の寿命結果が得られた。また、実施例1で封入量を増やすと長寿命化する理由は、油を軸受外部に漏らすことなく植毛部で保持していたためと考えられる。実施例1の0.5g封入時と比較例2の1.6g封入時の寿命時間が同等である。この結果より、実施例1は、低封入量で長寿命化が図れることが分かる。実施例1と比較例2の差は主に以下の2点である。すなわち、(1)比較例2は、潤滑剤であるグリースが運転中に軌道面から離れたシール部材に付着すると、その部分でグリースが存在し続けその後潤滑に寄与しない。(2)実施例1は、シール部材で保持された油が外輪との接触部から表面張力により軌道面まで浸み出し、すべての油が潤滑に寄与し続ける。
 トルク試験結果を図4に示す。図4に示すように、実施例1は、比較例2と比較し、すべての速度域でトルクが小さい。これは、油潤滑の場合にはグリース攪拌抵抗が存在しないためである。
 本発明の転がり軸受は、油潤滑の転がり軸受として回転トルクを低減しつつ、潤滑油を軸受内部に十分に保持でき、また、その潤滑油を潤滑部位に適切に供給できるので、種々の用途における転がり軸受として広く利用できる。
  1 転がり軸受
  2 内輪
  3 外輪
  4 転動体
  5 保持器
  6 油保持体
  7 保持器本体
  8 保持爪
  9 ポケット
  10 平坦部
  11 溝部
  12a、12b シール部材

Claims (5)

  1.  軌道輪である内輪および外輪と、この内・外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体を保持する保持器と、前記内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けられたシール部材とを備えてなる転がり軸受であって、
     前記保持器は、環状の保持器本体上に、軸方向一方側に開口して前記転動体を保持する複数のポケットを有し、
     前記シール部材のうち前記保持器のポケット開口側のシール部材にのみ、その軸受内空間側表面に、繊維材または多孔質材からなり、潤滑油が予め保持または含浸されている油保持体が固定されていることを特徴とする転がり軸受。
  2.  前記保持器の内径面および外径面から選ばれる少なくとも一方の面において、前記軌道輪の非軌道部と対向する領域を除いた部分に、繊維材または多孔質材からなり、潤滑油が予め保持または含浸されている油保持体が固定されていることを特徴とする請求項1記載の転がり軸受。
  3.  前記軌道輪の非軌道部と対向する領域は、前記内輪および前記外輪の肩部と対向する領域であり、該領域は前記保持器のポケット非開口側に位置することを特徴とする請求項1記載の転がり軸受。
  4.  前記油保持体が、前記繊維材である合成樹脂の短繊維からなる植毛部であることを特徴とする請求項1記載の転がり軸受。
  5.  前記潤滑油が、添加剤を含んだ状態で前記油保持体に保持または含浸されていることを特徴とする請求項1記載の転がり軸受。
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