(57)【要約】【課題】内輪と保持器の小径側に安定したシール機能を有する潤滑油等の移動抑制手段を有し、これにより軸受内部に潤滑油等の滞留による回転トルクの増加を起こさないシール機能の安定した円すいころ軸受を実現することである。【解決手段】内輪１と、外輪２と、内輪１と外輪２との間に転動自在に介在する複数の円すいころ３と、この円すいころ３を収容する複数のポケット部４ａが円周方向に間隔を空けて形成された円錐台筒形の保持器４とを備えた円すいころ軸受であり、保持器４の小径側端部の環状端面部４ｂと、この環状端面部４ｂに対向する内輪１の外周面のうち、環状端面部４ｂの表面もしくは前記外周面または両者に植毛層５からなる柔軟性非接触シール構造体を設けたものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に介在する複数の円すいころと、この円すいころを収容する複数のポケット部が円周方向に間隔を空けて形成された円錐台筒形の保持器と、を備え、
前記保持器の小径側端部と、この小径側端部に対向する前記内輪の外周面のいずれか一方、または両方の表面に、植毛層、軟質発泡材または軟質樹脂材からなる柔軟性非接触シール構造体を設けた円すいころ軸受。
【請求項２】
前記保持器が、金属板素材のプレス成形品からなる打ち抜き保持器である請求項１に記載の円すいころ軸受。
【請求項３】
前記柔軟性非接触シール構造体を設ける前記内輪の外周面が、前記内輪の径方向外向きに張出した小つば部の端面である請求項１または２に記載の円すいころ軸受。
【請求項４】
前記柔軟性非接触シール構造体を設ける前記保持器の小径側端部が、前記保持器の環状端面部である請求項１〜３のいずれかに記載の円すいころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体潤滑条件で用いられる円すいころ軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄道車両の車軸等の支持に用いられるような転がり軸受は、軸方向と径方向の双方に大きな力を受けることができるように、単列または複列の円すいころ軸受を必要に応じて組み合わせて用いている。
【０００３】
図１を利用して説明すると、円すいころ軸受は、それぞれコーンおよびカップと別称される内輪１および外輪２と、それらの間に転動自在に介在する複数の円すいころ３と、この円すいころ３を収容するポケット部４ａを円周方向に等間隔に形成した円錐台筒形の保持器４を備えたものである。
【０００４】
前記外輪２の内周面と前記内輪１の外周面には、円すいころ３の外周面のテーパーに対応する軌道１ａ，２ａが形成されており、内輪１の軌道１ａの小径側の端部周縁には、径方向の外側に突き出た小つば部１ｂが設けられ、大径側の端部周縁には径方向の外側に突き出た大つば部１ｃが設けられて、この大つば部１ｃで円すいころ３の大径の端面を案内している（特許文献１）。
【０００５】
ところで、このような円すいころ軸受は、軸受内部の円すいころ３の小径側の空間に充填されている潤滑グリース、または同空間に周辺装置等から供給される潤滑油（以下、潤滑油等という。）によって液体潤滑されている。
【０００６】
円すいころ軸受内の潤滑油等の挙動についてみると、円すいころ軸受が回転する際に、円すいころ３の外周面の軌道２ａに対する相対速度は、大径側の方が高速であり、かつ小径側の方が低速であるから、前記外周面と軌道面の空間内に存在する流体には、大径部ほど低圧な圧力勾配が生じている。
【０００７】
そのため、円すいころ３の小径側に存在する潤滑油等は、円すいころ軸受の回転によって、小径部側から大径部側へポンプ作用を受けて流動する。
【０００８】
このようなポンプ作用による潤滑油等の流動速度や流動量は、円すいころ軸受の回転速度に応じて変化するから、特に円すいころ軸受が急激に回転速度を速めた場合に、軸受内部に存在している潤滑油等が急激にころの小径側から大径側に移動し、過度に移動すれば大径部側に滞留する潤滑油等によって、攪拌抵抗の増大や転がり粘性抵抗が増大し、軸受回転トルクを増大させることになる。
【０００９】
このような軸受回転トルクの増大が起こらないように、内輪の軌道の小径側の端部周縁に形成した小つば部と、円錐台筒形の保持器の小径側の内周面とを接近させて、非接触密封作用のあるラビリンスシールを設けることが知られている（特許文献２）。
このようなラビリンスシールが、潤滑油等の溜まりやすい内輪側について適切な流量規制をできる隙間をもって形成されていると、潤滑油等を効率よく使用して、円すいころ軸受を常に低く安定した回転トルクで回転させることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２９３７００号公報（図３、図８等）
【特許文献２】特開２００８−２６１３６８号公報（段落[００２４]等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上記したラビリンスシールは、所期した適切な流量規制効果が奏されるように、内輪の軌道の小径側の端部周縁に形成した小つば部と、円錐台筒形の保持器の小径側の内周面とを寸法精度よく接近させる製造管理が難しく、シール機能を確実にするためにあまり接近させ過ぎれば保持器と内輪の接触が起こりやすくなり、接触すると摩擦抵抗によって軸受回転トルクを増加させることになる。
【００１２】
特に、保持器として、鉄板を型で打ち抜いた「打ち抜き（プレス）保持器」を採用する場合には、プレス成形の寸法精度を樹脂製保持器よりも管理し難いことから、内輪の小つば部と保持器の小径側の内周面を寸法精度よく適切な隙間をもって接近させることが難しく、シール機能が確実な円すいころを容易に製造管理することが容易でない。
【００１３】
このように従来の円すいころがり軸受は、内輪と保持器の小径側にラビリンスシール等の隙間シールを設けることが容易でなく、回転する転がり軸受のポンプ作用によって潤滑油等が過剰に移動することを抑制する機能が安定して得られるものが実現できないという問題点があった。
【００１４】
そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決して、内輪と保持器の小径側に安定したシール機能を有する潤滑油等の移動規制手段を改良し、これによって軸受内部に潤滑油等の滞留による回転トルクの増加を起こさないように所要部のシール機能が安定した円すいころ軸受を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するために、この発明においては、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に介在する複数の円すいころと、この円すいころを収容する複数のポケット部が円周方向に間隔を空けて形成された円錐台筒形の保持器と、を備えた円すいころ軸受において、前記保持器の小径側端部と、この小径側端部に対向する前記内輪の外周面のいずれか一方、または両方の表面に、植毛層、軟質発泡材または軟質樹脂材からなる柔軟性非接触シール構造体を設けたのである。
【００１６】
上記したように構成されるこの発明の円すいころ軸受は、所定部分に植毛層、軟質発泡材または軟質樹脂材からなる柔軟性非接触シール構造体を設けているから、前記保持器の小径側端部と、この小径側端部に対向する前記内輪の外周面の隙間を柔軟性非接触シール構造体の厚さに応じて容易に調整することができる。
このように潤滑油等の溜まりやすい内輪側について、シール機能を持たせて適切な流量規制を行なうことにより、適切な量の潤滑油等を軸受内に導入し、効率よく使用して円すいころ軸受を常に低く安定した回転トルクで回転させることが可能である。
【００１７】
柔軟性非接触シール構造体は、植毛層、軟質発泡材または軟質樹脂材が、いずれもその厚さを成形などにより調整可能であり、また成形後の切削加工や裁断などの後加工によっても容易に調整できるので、非接触シールの隙間の寸法管理が容易にできる。
【００１８】
そのため、内輪と保持器の小径側にラビリンスシール等の隙間シールを寸法精度よく品質管理されたものを設けることができ、回転する円すいころ軸受のころと軌道の微小隙間のポンプ作用によって移動する潤滑油等の量を抑制することができる。
【００１９】
また、上記のように所定箇所の隙間シールは、所定の柔軟性非接触シール構造体からなるので、軸受の運転時に一時的に非接触シールの隙間がない状態、すなわち保持器と内輪が接触する場合があっても、その接触は柔軟性非接触シール構造体を介する間接的な接触であって接触の衝撃は小さく、またその際の柔軟性非接触シール構造体である植毛層、軟質発泡材または軟質樹脂材には、潤滑油等が含浸された状態であるから、滑り摩擦抵抗は充分に小さいものであり、軸受回転トルクを高める作用は殆どなくて安定して低い軸受回転トルクを維持できる。
【００２０】
円すいころ軸受として、前記保持器が所期した寸法精度を得ることが容易でない板素材のプレス成形品からなる打ち抜き保持器は、上記の作用を効果的に奏するものである。
【００２１】
また、効率よく局所的かつ少ない面積に柔軟性非接触シール構造体を設けて、効率よく上記の作用を発揮できるように、前記柔軟性非接触シール構造体を設ける外周面が、前記内輪の外周面における径方向外向きに張出した小つば部の端面であることが好ましい。また同様の理由によって、前記保持器の小径側端部が、環状端面部であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
この発明は、円すいころ軸受の保持器の小径側端部と、この小径側端部に対向する内輪の外周面のいずれか一方、または両方の表面に、植毛層等の柔軟性非接触シール構造体を設けたので、内輪と保持器の小径側に製造管理の容易な構造によって安定したラビリンスシール等のシール機能を有する潤滑油等の移動抑制手段を有することができ、これによって軸受内部に潤滑油等の滞留による回転トルクの増加を起こさない円すいころ軸受になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態を示し、円すいころ軸受の要部断面図
【図２】実施形態を示し、円すいころ軸受の軸方向の端面の拡大図
【図３】他の実施形態を示し、円すいころ軸受の内輪の断面図
【図４】（ａ）静電吹き付け植毛方法の説明図、（ｂ）静電植毛方法の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
この発明の実施形態を以下に添付図面に基づいて説明する。
図１、２に示すように、実施形態の円すいころ軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪１と外輪２との間に転動自在に介在する複数の円すいころ３と、この円すいころ３を収容する複数のポケット部４ａが円周方向に間隔を空けて形成された円錐台筒形の保持器４とを備えたものであり、保持器４の小径側端部の環状端面部４ｂと、この環状端面部４ｂに対向する内輪１の外周面のうち、環状端面部４ｂの先端面の表面に、植毛層５からなる柔軟性非接触シール構造体を設けたものである。
【００２５】
内輪１の外周面と外輪２の内周面には、円すいころ３の外周面のテーパーに対応する丸勾配のついた軌道１ａ、２ａが形成されており、内輪１の軌道１ａの小径側の端部周縁には、径方向の外側に突き出た小つば部１ｂ設けられ、大径側の端部周縁には径方向の外側に突き出た大つば部１ｃが設けられており、この大つば部１ｃで円すいころ３の大径の端面を案内している。
【００２６】
円すいころ３を保持する円錐台筒形の保持器４は、樹脂成形体からなる保持器の他、鉄鋼などの金属板素材のプレス成形品からなる打ち抜き保持器であってもよく、複数の台形状窓形のポケット部４ａは、円周方向に等間隔で形成されている。
【００２７】
実施形態の保持器４の環状端面部４ｂは、円錐台筒形の保持器４の小径側端部を内向き(軸芯方向)に向けて曲げたリング状の部分である。
【００２８】
そして、環状端面部４ｂの先端面には、所定長さの繊維からなる植毛層５が、接着等により固定されており、毛先は、僅かな隙間を空けて小つば部１ｂの表面近くにまで近接して配置され、この隙間により潤滑油等に対する非接触シールを形成している。
【００２９】
この非接触シール機能により、円すいころ軸受を備えた装置内を循環または外部から供給される潤滑油等が、図１に示す矢印の方向からポンプ作用によって円すいころ軸受を通過する際に、潤滑油等の溜まりやすい内輪側で適切な流量規制を行なうことができる。これにより、適量の潤滑油等を軸受内に導入し、これを効率よく使用して円すいころ軸受を常に低く安定した回転トルクに保つことができる。
【００３０】
非接触シールの対象となる潤滑剤等は、通常、軸受に対して別途供給されるか、または当初から軸受内空間に封入されている潤滑油または潤滑グリースである。
【００３１】
潤滑油としては、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、リン酸エステル油、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、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。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。
【００３２】
潤滑グリースについても、上記同様に、通常、転がり軸受に充填して用いられるグリースであれば特に制限なく用いることができ、グリースを構成する基油としては、上記潤滑油と同じものが挙げられる。
【００３３】
また、グリースを構成する増ちょう剤は、例えば、アルミニウム石けん、リチウム石けん、ナトリウム石けん、複合リチウム石けん、複合カルシウム石けん、複合アルミニウム石けんなどの金属石けん系増ちょう剤、ジウレア化合物、ポリウレア化合物などのウレア系化合物、ＰＴＦＥ樹脂などのフッ素樹脂粉末が挙げられる。これらの増ちょう剤は、単独で用いられてもよく、または２種以上が併用されてもよい。
【００３４】
図４に示すように、植毛層５は、周知の静電吹付植毛技術または静電植毛技術を用いて作製できるものであり、一定の繊維長の短繊維を植毛対象の表面に、予め塗布しておいた接着剤層（図示せず。）を介して直立状に、または一定の角度を持たせて接着により短繊維を固定し、最終的には所要密度で植毛されたように表面を層状に覆っている。
【００３５】
例えば、図４（ｂ）に示す静電植毛では、内輪１の表面に接着剤を予め塗布して接着剤層５ｂを形成しておき、短繊維５ａを帯電させて静電気力により上記接着剤層５ｂに略垂直に植毛した後、乾燥工程および仕上げ工程などを行なうことにより植毛層５を設けることができる。
【００３６】
より好ましい植毛方法としては、図４（ａ）に示す静電吹き付け植毛が挙げられる。この場合は、植毛に際して静電気力だけではなく、短繊維５ａをエアーで接着剤層５ｂに吹き付けることによって、短繊維５ａが基材表面に対して傾いた状態に固定することができ、静電植毛に比べて植毛密度を減少させて、短時間で効率よく植毛できる。
【００３７】
植毛に用いる短繊維としては、植毛用短繊維として使用可能であれば特に限定されず、例えば、（１）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、ポリブチレンテレ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、（２）カーボン繊維、グラスファイバーなどの無機繊維、（３）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。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。合成樹脂繊維を柔軟性構造体に用いた場合、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。
【００３８】
これらの繊維の中でも油による膨潤や溶解などが生じ難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ようにするために、合成樹脂繊維を用いることが好ましい。
【００３９】
短繊維は、植毛部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態のものであれば特に限定されない。具体的な形状と繊維長さとしては、例えば、長さ０．５〜５ｍｍ程度、太さ０．５〜５０デシテックス程度のものが好ましく、繊維長は特に限定することなく、転がり軸受の大きさに応じて設定できるが、例えば１〜１０ｍｍ程度のものが挙げられ、植毛部の短繊維の密度は、植毛した面積当たりに繊維の占める割合が１０〜３０％であることが好ましい。
【００４０】
なお、多角形状断面の短繊維を利用することで、円形断面の短繊維よりも大きな表面積とすることができ、潤滑剤の表面張力を大きくすることができ、必要な特性に合わせて、短繊維の形状を選定することが好ましい。
【００４１】
短繊維を基材上に植毛し固定するための接着剤としては、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などが挙げられ、単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００４２】
また、植毛層５を構成する短繊維として撥水性短繊維を用いて、外部からの水などの異物の侵入を防ぐ機能を高めることもできる。撥水性短繊維は、前述の短繊維を撥水加工処理したものである。短繊維に対する撥水加工処理は、繊維の表面を疎水性物質で覆うか、または化学反応により疎水性基を繊維分子に結合させることであり、できるだけ耐久性のある撥水加工処理をすることが好ましい。
【００４３】
周知の撥水加工剤としては、フッ素系撥水剤、シリコーン系撥水剤、パラフィン含有撥水剤等が挙げられる。シリコーン系撥水剤としては、水酸基、グリシジル基、アミノ基等の官能基を有するシリコーン化合物を主成分とするものが挙げられ、フッ素系撥水剤は、パーフルオロアルキル基を有するフッ素化合物を主成分とするものは耐久性が良くて好ましい。
【００４４】
また、図３に示すように、植毛層５は、環状端面部４ｂの先端面などのように保持器４の小径側端部のみに形成するだけではなく、環状端面部４ｂ（小径側端部）が対向する小つば部１ｂ等のような内輪１の外周面に設けても、上記した環状端面部４ｂの先端面などに植毛した場合と同様な作用効果が奏される。
【００４５】
さらには、植毛層５を保持器４の小径側端部と、この小径側端部に対向する内輪１の外
周面の両方の表面に設けてもよいのは、勿論である。その場合には、対向する一対の植毛層５同士の毛先同士が、僅かな距離を保って非接触な状態に維持されることが好ましいが、繊維の柔軟性によって若干毛先同士が触れ合う状態で設けてもよい。
【００４６】
なお、上記の実施形態では、柔軟性構造体を繊維材で構成した場合、すなわち、多数の繊維が植設された植毛層５を採用した場合について説明したが、柔軟性構造体を軟質発泡材または軟質樹脂材に代替して構成してもよい。
【００４７】
これらは、いずれも所要の緩衝性を発揮する弾性を有するものであり、かつリング状や帯状に成形する際、または後加工による厚み、幅、高さ等の寸法調整が容易であり、適切な隙間による非接触シール性が得られる柔軟性構造体にすることができる。
【００４８】
上記の軟質発泡材の具体例としては、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たものが挙げられる。また、軟質樹脂材としては、コルク材、ゴム板材、ポリエチレンや塩化ビニルなどの軟質シートが挙げられる。
【符号の説明】
【００４９】
１  内輪
１ａ  軌道
１ｂ  小つば部
１ｃ  大つば部
２  外輪
２ａ  軌道
３  円すいころ
４  保持器
４ａ  ポケット部
４ｂ  環状端面部
５  植毛層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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