(57)【要約】【課題】固形潤滑剤を充填した円すいころ軸受において、運転時の発熱と回転トルクを低減できる円すいころ軸受を提供する。【解決手段】円すいころ軸受１は、外周面にテーパ状の内輪軌道面２ａを有する内輪２と、内周面にテーパ状の外輪軌道面３ａを有する外輪３と、内輪軌道面２ａと外輪軌道面３ａとの間を転動する複数の円すいころ４と、円すいころ４を周方向一定間隔で転動自在に保持する保持器５とを備え、軸受内部空間において部分的に固形潤滑剤６が充填されており、該固形潤滑剤６は、保持器５に保持され、内輪軌道面２ａおよび外輪軌道面３ａから選ばれる少なくとも１つの軌道面と非接触である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にテーパ状の内輪軌道面を有する内輪と、内周面にテーパ状の外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間を転動する複数の円すいころと、前記円すいころを周方向一定間隔で転動自在に保持する保持器とを備えてなる円すいころ軸受において、
該円すいころ軸受は、軸受内部空間において部分的に固形潤滑剤が充填されており、
前記固形潤滑剤は、前記保持器に保持され、前記内輪軌道面および前記外輪軌道面から選ばれる少なくとも１つの軌道面と非接触であることを特徴とする円すいころ軸受。
【請求項２】
前記保持器は、大径リング部と小径リング部とを複数の柱部で連結してなり、前記大径リング部および前記小径リング部から選ばれた少なくとも１つのリング部の端部に軸受内径側に延出する鍔部を有し、前記固形潤滑剤が前記鍔部と係合しつつ前記保持器の軸受内径側に保持されていることを特徴とする請求項１記載の円すいころ軸受。
【請求項３】
前記鍔部に軸方向に貫通する孔を有し、前記固形潤滑剤が該孔を通して前記鍔部と係合していることを特徴とする請求項２記載の円すいころ軸受。
【請求項４】
前記固形潤滑剤は、前記軸受内部空間における該固形潤滑剤の形成部位に、該固形潤滑剤の固形化前の材料を充填した後に固形化してなることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の円すいころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転動体として円すいころを用いた円すいころ軸受に関し、特に軸受内部空間に固形潤滑剤が充填された円すいころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
円すいころ軸受は、自動車や産業用の動力伝達系などの高負荷用軸受として広く使用されている。円すいころ軸受では、剛性、回転精度などの向上のために予圧をかけて用いられる。従来の一般的な円すいころ軸受の構造を図３に基づいて説明する。図３に示すように、円すいころ軸受１１は、外周面にテーパ状の軌道面１２ａを有する内輪１２と、内周面にテーパ状の軌道面１３ａを有する外輪１３と、内輪１２の軌道面１２ａと外輪１３の軌道面１３ａとの間を転動する複数の円すいころ１４と、各円すいころ１４をポケット部で転動自在に保持する保持器１５とを備えている。保持器１５は、大径リング部と小径リング部とを複数の柱部で連結してなり、柱部同士の間のポケット部に円すいころ１４を収納している。内輪１２の大径側端部に大鍔１２ｂを、小径側端部に小鍔１２ｃをそれぞれ一体形成している。円すいころ軸受における内輪は、テーパ状の軌道面を有することから軸方向に見て小径側と大径側とがあり、「小鍔」は小径側端部に設けられた鍔であり、「大鍔」は大径側端部に設けられた鍔である。荷重が作用した場合には、円すいころ１４が大径側に押圧され、大鍔１２ｂでこの荷重を受ける。また、軸受を各種装置に組み込むまでの間に、円すいころ１４が小径側に脱落することを小鍔１２ｃで防止する。
【０００３】
円すいころが使用される機器の小型化や高性能化に伴ない、該円すいころ軸受の使用環境も年々厳しくなっており、例えば、負荷容量の増大や長寿命化が要求されている。従来、高負荷容量化のために、内輪小鍔をなくして円すいころの長さを延長したものとして、円すいころ軸受における保持器を固形グリース（固形潤滑剤）で形成したものが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１では、通常の保持器に代えて、円すいころ相互間に充填されて各円すいころを保持すると共に内輪に対して軸線方向に係合する円すい筒状の固形グリース製保持器を使用している。また、このような円すいころ軸受は、通常、固形化前の流動状態の固形潤滑剤材料を封入治具などを利用して軸受内部空間に充填し、軸受内部で加熱や冷却により固形化して製造している（特許文献２参照）。
【０００４】
固形潤滑剤を充填した円すいころ軸受は、固形潤滑剤より潤滑油が徐放されるため、長期にわたって良好な潤滑作用が期待できる。また、転走面近くに潤滑剤が存在できるため、単なるグリース潤滑と比較してより潤滑油が転走面に供給されやすい。さらに、外部からの塵や水分などの侵入に対してはシールとしての役割も果たす。
【０００５】
また、一般に、円すいころ軸受の転動疲労寿命を延長するためには、内外輪の軌道面と円すいころの転動面との接触面圧を小さくする必要がある。一定荷重下で接触面圧を小さくするには軸方向の面圧分布を均一にすることが重要であり、その手法として、円すいころ軸受の内輪または外輪の軌道面、あるいは円すいころの転動面をクラウニング形状に加工することが知られている。クラウニング形状は、軌道面などに極僅かな膨らみを持たせた形状である。クラウニングには、軌道面と転動面の接触部の母線方向全域にわたって形成されるフルクラウニングや、接触部の端部に形成されるカットクラウニングなどがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１５７３１１号公報
【特許文献２】特開平９−９４８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のような固形潤滑剤が軸受内部空間に充填された円すいころ軸受（フルパック）を上記の特許文献２のような製造方法で製造した場合の例を図４に示す。円すいころ軸受２１は、固形潤滑剤２６の材料を流し込む際、該材料が軸受内部空間の略全体に充填される。固形化後において、内輪２２や外輪２３の軌道面と、該軌道面との対向接触面である固形潤滑剤２６の面とが密着する。図４に示す例では、外輪２３の軌道面２３ａをクラウニング形状としているため、該クラウニング形状の軌道面２３ａと円すいころの転動面２４ａとにより形成される隙間２７にも固形潤滑剤２６が充填される。このため、固形潤滑剤２６において、外輪２３の軌道面２３ａに対向接触する面２６ａは、円すいころ２４が固形潤滑剤２６から露出して軌道面２３ａと当接している部分（軸方向略中央部）を除いて、その全体が摺接し、滑りが発生する。このため、固形潤滑剤と各軌道面との接触面積が大きくなり、運転時の熱や回転トルクが増大する。
【０００８】
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、固形潤滑剤を充填した円すいころ軸受において、運転時の発熱と回転トルクを低減できる円すいころ軸受の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の円すいころ軸受は、外周面にテーパ状の内輪軌道面を有する内輪と、内周面にテーパ状の外輪軌道面を有する外輪と、上記内輪軌道面と上記外輪軌道面との間を転動する複数の円すいころと、上記円すいころを周方向一定間隔で転動自在に保持する保持器とを備えてなる円すいころ軸受であり、該円すいころ軸受は、軸受内部空間において部分的に固形潤滑剤が充填されており、上記固形潤滑剤は上記保持器に保持され、上記内輪軌道面および上記外輪軌道面から選ばれる少なくとも１つの軌道面と非接触であることを特徴とする。
【００１０】
上記保持器は、大径リング部と小径リング部とを複数の柱部で連結してなり、上記大径リング部および上記小径リング部から選ばれた少なくとも１つのリング部の端部に軸受内径側に延出する鍔部を有し、上記固形潤滑剤が上記鍔部と係合しつつ上記保持器の軸受内径側に保持されていることを特徴とする。
【００１１】
上記鍔部に軸方向に貫通する孔を有し、上記固形潤滑剤が該孔を通して上記鍔部と係合していることを特徴とする。
【００１２】
上記固形潤滑剤は、上記軸受内部空間における該固形潤滑剤の形成部位に、該固形潤滑剤の固形化前の材料を充填した後に固形化してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の円すいころ軸受は、外周面にテーパ状の内輪軌道面を有する内輪と、内周面にテーパ状の外輪軌道面を有する外輪と、内輪軌道面と外輪軌道面との間を転動する複数の円すいころと、該円すいころを周方向一定間隔で転動自在に保持する保持器とを備えてなり、軸受内部空間において部分的に固形潤滑剤が充填されており、該固形潤滑剤が上記保持器に保持され、少なくとも一方の軌道面と非接触であるので、固形潤滑剤による優れた潤滑特性を享受しつつ、軸受内部空間の略全体（フルパック）に充填する場合と比較して、固形潤滑剤と各軌道面との接触面積を小さくでき、運転時の発熱と回転トルクを低減できる。この結果、固形潤滑剤が充填された円すいころ軸受の許容回転速度を向上できる。
【００１４】
上記保持器は、大径リング部と小径リング部とを複数の柱部で連結してなり、大径リング部および小径リング部から選ばれた少なくとも１つのリング部の端部に軸受内径側に延出する鍔部を有し、固形潤滑剤が該鍔部と係合しつつ保持器の軸受内径側に保持されているので、運転時における固形潤滑剤の脱落やずれを防止できる。さらに、鍔部に軸方向に貫通する孔を有し、固形潤滑剤を該孔を通して形成し、鍔部と係合させることで、より強固に固形潤滑剤を保持器に固定できる。
【００１５】
上記のとおり、本発明の円すいころ軸受では、軸受内部空間において部分的に固形潤滑剤を充填し、必要に応じて上記の鍔部などを保持器に形成して、該固形潤滑剤を保持器に保持させている。このため、固形潤滑剤の形成部位に固形化前の材料を充填した後に固形化してなる形態においても、軸受内部空間に余剰空間があり、固形潤滑剤の膨張に起因する回転トルクの増加などを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の円すいころ軸受の一例を示す軸方向一部断面図および径方向一部断面図である。
【図２】本発明の円すいころ軸受の他の例を示す軸方向一部断面図および保持器端面図である。
【図３】従来の円すいころ軸受の軸方向断面図である。
【図４】図３の軸受に固形潤滑剤を充填した場合の一部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の円すいころ軸受の一例を図１に基づいて説明する。図１（ａ）は固形潤滑剤を充填した円すいころ軸受の軸方向一部断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）における円すいころ中心軸に対して垂直な面で切断した略径方向の一部断面図（円すいころ、保持器、固形潤滑剤のみ）である。図１（ａ）に示すように、この形態の円すいころ軸受１は、外周面にテーパ状の軌道面２ａを有する内輪２と、内周面にテーパ状の軌道面３ａを有する外輪３と、内輪２の軌道面２ａと外輪３の軌道面３ａとの間を転動する複数の円すいころ４と、円すいころ４をポケット部で周方向一定間隔で転動自在に保持する保持器５とを備えてなる。保持器５は、大径リング部５ａと小径リング部５ｂとを複数の柱部５ｃで連結してなり、柱部同士の間のポケット部に円すいころ４を収納している。各軌道面は、軸方向に沿って該軌道面を構成する径が増加・減少するテーパ状である。テーパの角度は特に限定されないが、軸方向に対して通常１５°〜６０°程度である。また、内輪２の大径側端部に大鍔２ｂを、小径側端部に小鍔２ｃをそれぞれ一体形成している。
【００１８】
従来の深溝玉軸受等の玉軸受では、固形潤滑剤をスポットパックする方法が知られており、該軸受では、例えば、２枚の金属板を合わせた波形保持器の合せ部（玉と玉との間に位置する部位）に、内外輪の軌道面に接触する程度の量で合せ部毎に充填されている。しかし、円すいころ軸受は、固形潤滑剤と各軌道面との接触面積が大きくなると、上記の深溝玉軸受の場合と比較して、回転トルクが上昇しやすい。特に、スポットパックであっても、外輪内周面端部の面取り部やクラウニング形状による外輪と円すいころ転動面との隙間にまで、固形潤滑剤が入りこむと大きく回転トルクが上昇するおそれがある。
【００１９】
これに対して、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本発明の円すいころ軸受１は、軸受内部空間において部分的に固形潤滑剤６が充填されており（スポットパック）、この固形潤滑剤６が保持器５に保持され、かつ、内輪２の軌道面２ａおよび外輪３の軌道面３ａから選ばれる少なくとも１つの軌道面と非接触であることに特徴を有する。図１（ａ）に示す形態では、いずれの軌道面とも非接触である。上述のとおり、この形態の円すいころ軸受では外輪軌道面との接触時に悪影響を与えやすいことから、少なくとも外輪３の軌道面３ａと非接触にすることが好ましい。なお、固形潤滑剤が軌道面に直接には接触しない場合でも、円すいころの転動面には接触しており、該固形潤滑剤から滲み出した潤滑油が軌道面や転動面に十分に供給される。
【００２０】
図１（ａ）に示す保持器５は、大径リング部５ａおよび小径リング部５ｂの端部に、それぞれ軸受内径側に延出する鍔部５ｄを有する。固形潤滑剤６は、その軸方向両端が鍔部５ｄに係合して保持器５に保持されている。この構造により、運転時における固形潤滑剤６の脱落や位置ずれを防止できる。また、図１（ｂ）に示すように、固形潤滑剤６は、柱部５ｃの内側（軸受内径側）に保持されているので、運転時に遠心力で外径側に脱落すること等を防止できる。
【００２１】
鍔部５ｄは、保持器が金属製である場合、各リング部の端部をプレス加工により折り曲げることで容易に形成できる。図１（ａ）に示す形態では、該端部を軸受内径側に単純に折り曲げただけでなく、さらに、その先端部を軸方向内側に折り曲げている。これにより、固形潤滑剤６が保持器５に抱え込まれるように保持でき、より安定した保持が可能となる。また、保持器が耐熱性樹脂（固形潤滑剤の焼成温度に十分に耐え得るもの）などである場合、射出成形などにより成形時に該鍔部を一体に形成できる。
【００２２】
また、固形潤滑剤６のスポットパックは、軸受の円周方向で分断された円すいころ間のスペースに部分的に形成する他、これら円すいころ間の固形潤滑剤が円すいころの軸方向両端外側等において円周方向で繋がった形状に形成してもよい。
【００２３】
本発明の円すいころ軸受の他の例を図２に基づいて説明する。図２（ａ）は固形潤滑剤を充填した円すいころ軸受の軸方向一部断面図であり、図２（ｂ）は保持器のみの軸方向一方の端面図である。図２（ａ）に示すように、この形態の円すいころ軸受１は、保持器５とこれに保持される固形潤滑剤６の構成が異なる以外は、図１（ａ）に示すものと同様である。円すいころ軸受１は、軸受内部空間において部分的に固形潤滑剤６が充填されている（スポットパック）。また、固形潤滑剤６は、保持器５に保持され、内輪２の軌道面２ａおよび外輪３の軌道面３ａのいずれの軌道面とも非接触である。
【００２４】
ここで、図２（ａ）に示す保持器５は、大径リング部５ａおよび小径リング部５ｂの端部に、それぞれ軸受内径側に延出する鍔部５ｄを有する。さらに、この鍔部５ｄに軸方向に貫通する孔５ｅを有し、固形潤滑剤６が孔５ｅを通して鍔部５ｄと係合している。図２（ｂ）に示すように、孔５ｅは、鍔部５ｄの円周方向に等間隔で離間して複数個形成されている。固形化前の固形潤滑剤材料を保持器５の周囲にスポット充填する際に、鍔部５ｄの孔５ｅの部分にも該材料が入り込む。その後、固形化することで物理的に抜けないアンカー構造となる。この構造により、強固に固形潤滑剤６を保持器５に固定できる。なお、孔５ｅは、保持器材質に応じて、穴あけ加工、削り、プレス打ち抜き等により適宜形成できる。
【００２５】
図１および図２に示す形態では、外輪３の軌道面３ａにクラウニング加工が施されており、軸方向断面で見て極僅かな膨らみとなる中高形状としている。このクラウニングによって生じた外輪軌道面両端部における半径の減少量（ドロップ量）は、数十μｍ程度である。内外輪（軌道輪）の軌道面と円すいころの転動面とが接触する際、接触の端部では応力集中が生じて接触面圧が過大となり得る（エッジ応力）。これに対して相互に接触する軌道輪の軌道面と円すいころの転動面のいずれか一方、あるいは両方にクラウンニング加工を施すことで、エッジ応力を避けることができ、転動疲労寿命を延長できる。本発明において適用するクラウニングの形式については、特に限定されず、軌道面と転動面の接触部の母線方向全域にわたって形成されるフルクラウニング（単一の円弧）、接触部の端部に形成されるカットクラウニング（複数の円弧と直線との組み合わせ）、対数関数で表されるクラウニングなどのいずれも採用できる。
【００２６】
本発明に用いる固形潤滑剤は、特にその種類は限定されず、例えば（Ａ）潤滑油やグリースに、超高分子量ポリオレフィンを混合し、樹脂の分子間に液状の潤滑成分を保持させて徐々に滲み出させる物性を持たせた固形潤滑剤、（Ｂ）ポリオールとジイソシアネートとを潤滑成分存在下で反応させて得られる、または、分子内にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーと硬化剤とを潤滑成分存在下で反応させて得られるポリウレタン系固形潤滑剤、（Ｃ）（Ｂ）を発泡させたもの、などが挙げられる。これらの中でも潤滑特性に優れる（Ａ）が好ましい。また、（Ａ）は、剛性に優れるため、円すいころ軸受の使用時における変形などを防止できる。また、これらの固形潤滑剤は、固形化の際の加熱などにより膨張するため、通常は軌道面との接触が緊密になり回転トルクの上昇のおそれがあるが、本件では上述のとおり外輪軌道面などと非接触としつつ、軸受内部空間において部分的（保持器周囲）に充填されているため、この問題に対処できる。
【００２７】
上記（Ａ）について説明する。この固形潤滑剤に使用する超高分子量ポリオレフィン粉末は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンもしくはこれらの共重合体からなる粉末またはそれぞれ単独の粉末を配合した混合粉末であればよく、各粉末の、粘度法により測定される平均分子量は、１×１０６〜５×１０６ である。このような分子量の範囲にあるポリオレフィンは、剛性と保油性において低分子量のポリオレフィンより優れる。また、潤滑油（基油）としては、鉱油、合成炭化水素油、ジエステル油、ポリオールエステル油、アルキルジフェニルエーテル油、シリコーン油、フッ素油などが挙げられる。また、グリースとしては、上記基油を、石けん（金属石けん、複合金属石けんなど）または非石けん（ウレア化合物、フッ素樹脂など）で増ちょうしたグリースが挙げられる。グリースと超高分子量ポリオレフィン粉末との好ましい配合割合としては、グリースが７０〜９０重量％、超高分子量ポリオレフィン粉末が３０〜１０重量％である。
【００２８】
また、上記固形潤滑剤には、油の滲み出しを抑制する目的や、焼成時に軸受からの該潤滑剤の漏出を防止する目的で、固体ワックスを配合してもよい。固体ワックスとしては、カルナバロウ、カンデリナロウなどの植物性ワックス、ミツロウ、虫白ロウなどの動物性ワックス、またはパラフィンロウなどの石油系ワックスが挙げられる。固体ワックスはこれを含む低分子ポリオレフィンなどの配合物であってもよい。
【００２９】
上記（Ａ）の固形潤滑剤の軸受内部空間における形成部位への充填方法としては、常温方法と高温方法がある。常温方法は、常温の円すいころ軸受の軸受内部空間に、固形前の常温の固形潤滑剤材料を、必要に応じて封入治具を併用して、スポットパックで充填し、この状態で超高分子量ポリオレフィンのゲル化点以上（例えば１５０〜２００℃程度）でありかつ滴点以下の温度範囲で材料を加熱し、次いで冷却して全体を固形化する方法である。グリースと超高分子量ポリオレフィン粉末を混合したものは、常温でも適当な流動性を有するので該常温での充填が可能である。必要部位への充填は、自動充填機を用いても、手作業で行なってもよい。また、高温方法は、予め加熱した円すいころ軸受の軸受内部空間に、高温で固形潤滑剤材料（超高分子量ポリオレフィンのゲル化点以上でありかつ滴点以下の温度範囲で加熱したもの）を、必要に応じて封入治具を併用して、スポットパックで充填し、次いで冷却して全体を固形化する方法である。封入治具としては、軸受内部空間における所望の形成部位の形状に合わせて、充填時に該形状の範囲から材料が流出することを規制できる治具を用いる。また、上記（Ｂ）や（Ｃ）の固形潤滑剤についても、温度条件などを除き、類似の充填方法が採用できる。いずれの方法も、固形化前の固形潤滑剤材料を必要部位に充填し、軸受内部で固形化して製造している点は同じである。
【００３０】
図２（ａ）に示す形態では、固形潤滑剤６の全体を一度に充填する他、鍔部５ｄの周囲部分と柱部５ｃの内側の部分とを分けて、２段階で充填する方法を採用してもよい。
【００３１】
以上、各図に基づき本発明の実施形態の一例を説明したが、本発明の円すいころ軸受はこれらに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の円すいころ軸受は、固形潤滑剤を充填した円すいころ軸受において、潤滑特性に優れながら、運転時の発熱と回転トルクも低減できるので、自動車や産業用に用いられる各種の円すいころ軸受として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００３３】
１  円すいころ軸受
２  内輪
３  外輪
４  円すいころ
５  保持器
６  固形潤滑剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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