(57)【要約】【課題】  保持器の表面に設ける被膜材料の欠落を最小限に抑制することができ、軸受寿命を向上することができる転がり軸受を提供する。【解決手段】  内周面に外輪軌道面１１ａを有する外輪１１と、外周面に内輪軌道面１２ａを有する内輪１２と、外輪軌道面１１ａと内輪軌道面１２ａとの間に転動自在に設けられる複数の転動体１３と、転動体１３を円周方向に等間隔に保持する保持器１４と、を備える転がり軸受１０であって、保持器１４の表面の少なくとも転動体案内面１５に、金属と接着性を有する硬化型接着剤被膜１６を設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に設けられる複数の転動体と、前記転動体を円周方向に等間隔に保持する保持器と、を備える転がり軸受であって、
前記保持器の表面の少なくとも転動体案内面に、金属と接着性を有する硬化型接着剤被膜を設けることを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保持器を備える転がり軸受に関し、特に、高速回転性に優れる転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、転がり軸受に使用されている保持器としては、鋼板をプレス機等で打ち抜いて製造する鉄製の波形保持器や、ガラス繊維等で強化されたポリアミド６６樹脂等を射出成形で成形した合成樹脂製保持器が使用されている。
【０００３】
また、潤滑を目的として、金属製保持器の表面にフッ素樹脂とポリアミドイミド等の樹脂バインダーで構成されるフッ素樹脂を主成分とした潤滑被膜を設けたもの（例えば、特許文献１〜３参照。）や、高速対応を目的として、金属製保持器の表面にポリアミド樹脂部分を一体成形したもの（例えば、特許文献４参照。）が知られている。
【０００４】
【特許文献１】特許第２９４６２７２号公報
【特許文献２】特開平７−２３３８１８号公報
【特許文献３】特開平８−１５２０２５号公報
【特許文献４】特開２００２−３２３０４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、転がり軸受として最も一般的な深溝玉軸受に使用される鉄製の波形保持器では、油膜の発生が困難な高速回転で使用する場合、転動体との間で金属間接触が発生し、これによって保持器の摩耗等が発生し、軸受寿命が短くなる可能性があった。
【０００６】
また、合成樹脂製保持器では、波形保持器と比較すると高速性能には優れるものの、深溝玉軸受の場合、組み立て性の関係で冠型保持器しか使用できず、一定以上の高速回転で、強度不足から外径側に倒れが発生し、これによって軸受寿命が短くなる可能性があった。
【０００７】
さらに、上記した特許文献１〜４のように金属製保持器の表面にフッ素樹脂被膜を主成分とした潤滑被膜やポリアミド樹脂被膜を設けたものでは、未処理の金属製保持器と比較して高速性能は向上するものの、フッ素樹脂・ポリアミド樹脂自体が金属に接着されているわけではないので、長期間の使用で徐々に部分的に欠落部分が発生する可能性があり、耐久性の向上が要望されていた。
【０００８】
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、保持器の表面に設ける被膜材料の欠落を最小限に抑制することができ、軸受寿命を向上することができる転がり軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面と内輪軌道面との間に転動自在に設けられる複数の転動体と、転動体を円周方向に等間隔に保持する保持器と、を備える転がり軸受であって、保持器の表面の少なくとも転動体案内面に、金属と接着性を有する硬化型接着剤被膜を設けることを特徴とする転がり軸受。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の転がり軸受によれば、保持器の表面の少なくとも転動体案内面に、金属と接着性を有する硬化型接着剤被膜を設けるため、保持器の表面に設ける被膜材料の欠落を最小限に抑制することができ、軸受寿命を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る転がり軸受の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る転がり軸受を説明するための断面図、図２は図１に示す転がり軸受に組み込まれる保持器を説明するための斜視図である。
【００１２】
本実施形態の転がり軸受１０は、図１に示すように、内周面に外輪軌道面１１ａを有する外輪１１と、外周面に内輪軌道面１２ａを有する内輪１２と、外輪軌道面１１ａと内輪軌道面１２ａとの間に転動自在に設けられる複数の転動体１３と、転動体１３を円周方向に略等間隔で保持する金属製保持器（保持器）１４と、を備えている。
【００１３】
金属製保持器１４は、図２に示すように、軸受の軸方向に対称に分割される波形保持器であり、金属製保持器１４の転動体案内面１５を含む全表面には、金属と接着性を有し熱あるいは光で硬化する硬化型接着剤被膜１６が形成される。
【００１４】
金属製保持器１４の材質としては、鉄、アルミニウム、高力黄銅、ステンレス等の金属材料を挙げることができる。
【００１５】
金属製保持器１４の表面は、硬化型接着剤被膜１６との接着力を向上するために、リン酸塩等の化学的処理や、ショットブラスト等の機械的凹凸処理等を施す方がより好適である。また、転動体案内面１５とは、転動体１３を保持する金属製保持器１４のポケット部１７を形成し、転動体１３と摺動する面のことである。
【００１６】
硬化型接着剤被膜１６を構成する硬化型接着剤としては、エポキシ樹脂系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、レゾルシノール樹脂系接着剤、ポリイミド樹脂系接着剤、ポリエーテルイミド系接着剤、ポリエーテルアミド系接着剤等を使用することが好ましく、耐熱性とコスト面でのバランスを考慮すると、エポキシ樹脂系接着剤及びフェノール樹脂系接着剤が最も好ましい。
【００１７】
フェノール樹脂系接着剤としては、ゴムの加硫接着剤として用いられているものが好適であり、組成としては特に限定されないが、ノボラック型フェノール樹脂やレゾール型フェノール樹脂と、ヘキサメチレンテトラミン等の硬化剤とを、メタノールやメチルエチルケトン等に溶解させたものが使用できる。また接着性を向上させるために、これらにノボラック型エポキシ樹脂を混合してもよい。
【００１８】
エポキシ樹脂系接着剤としては、原液としては一液型エポキシ系接着剤で、溶剤への希釈が可能なものが好適である。この一液型エポキシ系接着剤は、溶剤を蒸発させた後、適当な温度・時間により金属製保持器１４の表面で完全に硬化状態となるものである。
【００１９】
以下に、一液型エポキシ樹脂について詳細に説明する。
本実施形態に用いる一液型エポキシ系接着剤は、少なくともエポキシ樹脂と硬化剤とからなり、硬化剤は室温近辺ではほとんど硬化反応が進まず、例えば、１００℃以上の熱を加えることによってはじめて熱硬化反応が進むものである。この接着剤には、反応性希釈剤として使用されるその他のエポキシ化合物、熱硬化速度を向上させる硬化促進剤、耐熱性や耐硬化歪み性を向上させる効果がある無機充填材、応力がかかった時に変形する可撓性を向上させる架橋ゴム微粒子等をさらに添加してもよい。
【００２０】
エポキシ樹脂としては、分子中に含まれるエポキシ基の数が２個以上のものが、充分な耐熱性を発揮し得る架橋構造を形成することができる等の点から好ましい。また、エポキシ基の数が４個以下、さらに３個以下のものが低粘度の樹脂組成物を得ることができる等の点から好ましい。なお、分子中に含まれるエポキシ基の数が少なすぎると、硬化物の耐熱性が低くなり、強度が弱くなる等の傾向が生じ易くなる。これに対して、エポキシ基の数が多すぎると、樹脂組成物の粘度が高くなり、硬化収縮が大きくなる等の傾向が生じ易くなる。
【００２１】
また、エポキシ樹脂の数平均分子量は、２００〜５５００、さらには２００〜１０００が物性のバランスの面から好ましい。なお、数平均分子量が少なすぎると、硬化物の強度が弱くなり、耐湿性が小さくなる等の傾向が生じ易くなる。これに対して、数平均分子量が大きすぎると、樹脂組成物の粘度が高くなり、作業性調整のために反応性希釈剤の使用が多くなる等の傾向が生じ易くなる。
【００２２】
さらに、エポキシ樹脂のエポキシ当量は、１００〜２８００、さらには１００〜５００が、硬化剤の配合量が適正範囲になる等の点から好ましい。なお、エポキシ当量が小さすぎると、硬化剤の配合量が多くなりすぎて、硬化物の物性が悪くなる等の傾向が生じ易くなる。これに対して、エポキシ当量が大きすぎると、硬化剤の配合量が少なくなるとともにエポキシ樹脂自体の分子量が大きくなって樹脂組成物の粘度が高くなる等の傾向が生じ易くなる。
【００２３】
エポキシ樹脂の具体例としては、たとえばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ポリエステル変性エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂のような他のポリマーとの共重合体等が挙げることができる。これらのうちでは、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂等が、比較的低粘度で、硬化物の耐熱性と耐湿性に優れるので好ましい。
【００２４】
硬化剤としては、アミン系硬化剤、ポリアミド系硬化剤、酸無水物系硬化剤、潜在性硬化剤等を使用することができる。
【００２５】
アミン系硬化剤は、アミン化合物であり、硬化反応によりエステル結合を生成しないため、酸無水物系硬化剤を用いた場合に比べて、優れた耐湿性を有するようになり好ましい。アミン化合物としては、脂肪族アミン、脂環族アミン、芳香族アミンのどれでもよいが、芳香族アミンが配合物の室温での貯蔵安定性が高いと共に、硬化物の耐熱性が高いので最も好ましい。
【００２６】
芳香族アミンの具体例としては、３，３’−ジエチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，５−ジエチル−２，６−トルエンジアミン、３，５−ジエチル−２，４−トルエンジアミン、３，５−ジエチル−２，６−トルエンジアミンと３，５−ジエチル−２，４−トルエンジアミンとの混合物等を挙げることができる。
【００２７】
ポリアミド系硬化剤は、ポリアミドアミンとも呼ばれ、分子中に複数の活性なアミノ基を持ち、同様にアミド基を一個以上持つ化合物である。ポリエチレンポリアミンから合成されるポリアミド系硬化剤は、二次的な加熱によりイミダジリン環を生じ、エポキシ樹脂との相溶性や機械的性質が向上するので好ましい。また、ポリアミド系硬化剤は、少量のエポキシ樹脂をあらかじめ反応させたアダクト型のものでもよく、アダクト型にすることで、エポキシ樹脂との相溶性に優れ、硬化乾燥性や耐水・耐薬品性が向上するのでより好ましい。このポリアミド系硬化剤を用いることで、エポキシ樹脂との架橋により特に可撓性に富んだ強靭な硬化樹脂となるので、本実施形態のように金属製保持器１４の表面に設ける場合、急激な温度変化によって起こる可能性のある亀裂等の発生が防止でき、好適である。
【００２８】
酸無水物系硬化剤で硬化した硬化物は、耐熱性が高く、高温での機械的・電気的性質が優れているが、やや脆い傾向があるが、第三級アミン等の硬化促進剤と組合せることで改善が可能である。
【００２９】
酸無水物系硬化剤の具体例としては、無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチレンエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水トリメリット酸等を挙げることができる。
【００３０】
潜在性硬化剤は、エポキシ樹脂との混合系において、常温での貯蔵安定性に優れ、一定温度以上の条件下にて速やかに硬化するものであり、実際の形態としては、エポキシ樹脂の硬化剤たり得る酸性または塩基性化合物の中性塩又は錯体で加熱時に活性化するもの、マイクロカプセル中に硬化剤が封入され圧力により破壊するもの、結晶性で高融点かつ室温でエポキシ樹脂と相溶性がない物質で加熱溶解するもの等がある。
【００３１】
潜在性硬化剤の具体例としては、高融点の化合物である１，３−ビス（ヒドラジノカルボエチル）−５−イソプロピルヒダントイン、エイコサン二酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、ジシアンジアミド、７，１１−オクタデカジエン−１，１８−ジカルボヒドラジド等を挙げることができる。この中で、７，１１−オクタデカジエン−１，１８−ジカルボヒドラジドは、硬化剤として使用することで、エポキシ樹脂との架橋により特に可撓性に富んだ強靭な硬化樹脂となるので、本実施形態のように金属製保持器１４の表面に設ける場合、急激な温度変化によって起こる可能性のある亀裂等の発生が防止でき、好適である。
【００３２】
反応性希釈剤としては、ｔ−ブチルフェニルグリシジルエーテル、２−エチルヘキシルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル等を用いることができ、これらを添加することで、硬化物に適度な可撓性も付与され好適である。ただし、これらの反応性希釈剤は、多量に使用すると、硬化物の耐湿性や耐熱性を低下させるので、主体とするエポキシ樹脂の重量に対して、３０ｗｔ％以下が好ましく、２０ｗｔ％以下がより好ましい。
【００３３】
硬化促進剤としては、常温では硬化促進剤として作用せず充分な保存安定性を有し、１００℃以上の高温になったときに速やかに硬化反応を進行させるものが好ましく、例えば、分子内の１−アルコキシエタノールとカルボン酸の反応により生じるエステル結合を一個以上有する化合物等が挙げることができる。この化合物は、例えば、一般式（Ｉ）：Ｒ３［ＣＯＯ−ＣＨ（ＯＲ２）−ＣＨ３]ｎで表される化合物である。なお、一般式（Ｉ）において、Ｒ３は炭素数２〜１０個で、窒素原子、酸素原子等の１種以上が含まれていてもよいｎ価の炭化水素基、Ｒ２は炭素数１〜６個で、窒素原子、酸素原子等の１種以上が含まれていてもよい１価の炭化水素基、ｎは１〜６の整数である。
【００３４】
硬化促進剤の具体例としては、下記の式（１）で表される化合物、Ｒ３が２価のフェニル基でＲ２がプロピル基の化合物、Ｒ３が３価のフェニル基でＲ２がプロピル基の化合物、Ｒ３が４価のフェニル基でＲ２がプロピル基の化合物等を挙げることができ、これらの化合物は単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。そして、これらの化合物の内、式（１）で表される化合物が硬化反応性と貯蔵安定性のバランスの点から、最も好ましいものである。
【００３５】
【化１】
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【００３６】
また、硬化促進剤としては、上記説明した以外に、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール化合物を使用してもよい。
【００３７】
また、硬化促進剤として、エポキシ基と反応し、開環反応を引き起こすような活性水素を有する化合物として、アジピン酸等のカルボン酸類を使用してもよい。硬化促進剤にアジピン酸を使用することで、エポキシ樹脂のエポキシ基及び硬化剤のアミノ基と反応し、得られた硬化物は、アジピン酸の添加量が増えるに従って可撓性を有するようになる。可撓性を発現させるためには、アジピン酸の添加量は、接着剤全量に対して、１０〜４０ｗｔ％、より好ましくは２０〜３０ｗｔ％である。添加量が１０ｗｔ％未満の場合は、十分な可撓性が発現しない。これに対して、添加量が４０ｗｔ％を越えると、その分エポキシ樹脂の接着剤中での全体量が減り、接着力、機械的強度が低下し、好ましくない。
【００３８】
さらに、硬化促進剤として、エポキシ基の開環反応を促進する触媒として働く、ジメチルベンジルアミン等の３級アミン、テトラブチルアンモニウムブロマイド等の４級アンモニウム塩、３−（３’，４’−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチル尿素等のアルキル尿素等を添加してもよい。
【００３９】
上記説明したアミン類等も含めて、この開環反応で生成したＯＨ基は、被着材である金属製保持器１４の表面の水酸基と水素結合を作り、強固な接着状態を保つことができる。
【００４０】
無機充填材としては、従来から使用されているものであれば特に限定するものではないが、その具体例としては、例えば、溶融シリカ粉末、石英ガラス粉末、結晶ガラス粉末、ガラス繊維、アルミナ粉末、タルク、アルミニウム粉末、酸化チタン等を挙げることができる。
【００４１】
架橋ゴム微粒子としては、エポキシ基と反応しうる官能基を有するものが好ましく、具体的には、分子鎖中にカルボキシル基を有する加硫されたアクリロニトリルブタジエンゴムが最も好ましい。架橋ゴム微粒子の粒子径はより細かいものが好ましく、平均粒子径で３０〜２００ｎｍ程度の超微粒子のものが、分散性と安定した可撓性を発現させるために最も好ましい。
【００４２】
以上説明した一液型エポキシ系接着剤は、常温ではほとんど硬化反応が進まず、例えば、１００℃以上の熱を加えることによってはじめて熱硬化反応が進むもので、１５０〜１８０℃で比較的短時間で硬化反応が進むものがよく好ましく、１８０℃程度の高周波加熱での接着が可能なものが最も好ましい。
【００４３】
上記説明した一液型エポキシ系接着剤の硬化後の硬化物は、物性として、曲げ弾性率或いはヤング率が０．０２〜５ＧＰａ、より好ましくは０．０３〜４ＧＰａの範囲、あるいは、硬度（デュロメーターＤスケール；ＨＤＤ）が４０〜９０、より好ましくは６０〜８５の範囲内に入るものである。曲げ弾性率或いはヤング率が０．０２ＧＰａ未満、あるいは、硬度（ＨＤＤ）が４０未満の場合は、接着剤自体が柔らか過ぎて、軸受の回転に伴い、金属製保持器１４の表面で変形が大きく、そのため転動体の動きを妨げる恐れがあり、好ましくない。これに対して、曲げ弾性率あるいはヤング率が５ＧＰａを越える、あるいは硬度（ＨＤＤ）が９０を越える場合は、接着剤が剛体すぎて、金属製保持器１４の表面における転動体衝突時に接触面圧を低下させる効果が低く、好ましくない。
【００４４】
また、金属製保持器１４の表面に硬化型接着剤被膜１６を形成させる方法としては、接着剤原液の刷毛塗り、接着剤溶剤希釈液への浸漬処理、接着剤溶剤希釈液のスプレー塗布等、特に限定されないが、その後熱等で硬化させ、金属製保持器１４の表面に対して強固に接着させる。また、金属製保持器１４の表面に設ける接着剤硬化層（硬化型接着剤被膜１６）の厚さとしては、５〜１００μｍの範囲が適当であり、さらに、２０〜８０μｍの範囲が転動体衝突による接触面圧低減効果が安定するためより好適である。硬化型接着剤被膜１６の厚さが５μｍ未満の場合は、硬化層が薄すぎて、転動体と金属製保持器との衝突による応力を容易に分散することができないため、被膜を設けた効果が低く、実用性が低い。これに対して、接着剤硬化層の厚さが１００μｍを越える場合は、効果があまり変らなくなると共に、被膜の均一性が低下するため好ましくない。
【００４５】
従って、本実施形態の転がり軸受１０によれば、金属製保持器１４の転動体案内面１５を含む全表面に、金属と接着性を有する硬化型接着剤被膜１６を設けるため、金属製保持器１４の表面に設ける被膜材料の欠落を最小限に抑制することができ、軸受寿命を向上することができる。これにより、金属製保持器１４の強度を維持しつつ、硬化型接着剤被膜１６によって金属接触が防止され、転動体案内面１５の摺動性が改善されるため、高速回転で使用したとしても、低トルク、低摩擦、低騒音及び耐久性に優れた転がり軸受を提供することができる。
【００４６】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、本実施形態では、ゴムシールや金属シールド等のシール部材を備えていない転がり軸受に本発明を適用した場合を示したが、これに限定されず、シール部材を備える転がり軸受に本発明を適用してもよい。
【実施例】
【００４７】
以下に、本発明の転がり軸受１０（本実施例）の作用効果を確認するために行った高速回転における耐久試験（油潤滑）について説明する。
【００４８】
本試験に使用する本実施例は、標準設計の開放形深溝玉軸受（ＪＩＳ呼び番号６２１０、内径φ５０ｍｍ、外径φ９０ｍｍ、幅２０ｍｍ、転動体ピッチ円径７０ｍｍ）であって、この波形の金属製保持器の表面には、硬化型接着剤被膜が設けられる。この硬化型接着剤被膜は、接着剤として、レゾール型フェノール樹脂を主成分とする熱硬化型フェノール樹脂系接着剤（東洋化学研究所製メタロックＮ−１５、固形分３０％、溶剤分メチルエチルケトン７０％）を用い、金属製保持器（冷延鋼板製）をその原液に浸漬、風乾後、１５０℃の恒温槽中で１時間加熱し、接着剤層を完全に硬化させた。接着剤硬化層の厚みは２０μｍとした。
【００４９】
本試験に使用する比較例は、上記本実施例と同一の標準設計の開放形深溝玉軸受であって、この波形の金属製保持器の表面には、フッ素樹脂系被膜（ＰＴＦＥ含有、バインダーはポリアミドイミド；東洋ドライルーブ株式会社製ドライルーブ＃８１５−４）が設けられる。このフッ素樹脂系被膜は、金属製保持器にスプレー塗布後、２３０℃で４０分加熱して、硬化させた。被膜の厚みは２０μｍとした。
【００５０】
本試験では、本実施例及び比較例を１個ずつ用意し、それぞれを１５０００ｒｐｍ（内輪回転、ｄｍｎ１０５万）、ラジアル荷重１００Ｎで回転させ、５００時間毎に金属製保持器の表面に設けた被膜の状態を観察し、３０００時間まで回転させた。軸受の観察結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
表１から明らかなように、比較例では、１０００時間で保持器の転動体案内面の被膜に僅かな亀裂が発生し、３０００時間で転動体案内面の被膜の大部分が欠落しているのが確認された。これに対して、本実施例では、１０００時間では被膜に外観上異常は確認されず、３０００時間経過時も被膜に外観上異常は確認されなかった。これにより、本実施例が高速回転時の耐久性に優れていることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は本発明に係る転がり軸受を説明するための断面図である。
【図２】図１に示す転がり軸受に組み込まれる保持器を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０      転がり軸受
１１      外輪
１１ａ    外輪軌道面
１２      内輪
１２ａ    内輪軌道面
１３      転動体
１４      金属製保持器（保持器）
１５      転動体案内面
１６      硬化型接着剤被膜
【図１】
2007056931.tif 000005
【図２】
2007056931.tif 000006