(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、また、必要に応じて、軸受内部設計を変更することなく潤滑油漏れも防止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とを備えてなり、軸受内部空間に固形潤滑剤６が充填されており、外輪軌道面３ａと、固形潤滑剤６の軌道面３ａと対向する面６ａとの間の少なくとも軸方向一部に隙間７を有し、外輪軌道面３ａの軸方向断面が中高形状であり、固形潤滑剤６の軌道面３ａと対向する面６ａの軸方向断面が直線形状である。【選択図】図２
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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、
該円すいころ軸受の軸受内部空間に固形潤滑剤が充填されており、
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、前記固形潤滑剤の該軌道面と対向する面との間の少なくとも軸方向一部に隙間を有することを特徴とする円すいころ軸受。
【請求項２】
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つの軌道面の軸方向断面が中高形状であり、前記固形潤滑剤の該軌道面と対向する面の軸方向断面が直線形状または中低形状であ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】
前記固形潤滑剤は、前記軸受内部空間の略全体に充填されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の円すいころ軸受。
【請求項４】
前記固形潤滑剤は、該固形潤滑剤の固形化前の材料を前記軸受空間内部に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。
【請求項５】
前記内外輪において、軸方向の少なくとも一方の端部に油漏れ防止カバーを有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項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６に基づいて説明する。図６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封入し、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】
固形潤滑剤を封入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。
【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７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、内輪や外輪の軌道面と、該軌道面との対向接触面である固形潤滑剤の面とが密着する。図７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】
また、上記のような円すいころ軸受では、軸方向両端部の開放空間から、固形潤滑剤から滲み出した潤滑油が軸受外部に漏れるおそれがある。食品関係など、使用用途によっては潤滑油漏れが許容されないため、該用途では、何らかの漏れ防止手段を設ける必用がある。シール付の円すいころ軸受も可能であるが、スペースの問題から内部設計を変更する必要がある。
【０００９】
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、また、必要に応じて、軸受内部設計を変更することなく潤滑油漏れも防止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】
【００１０】
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、該円すいころ軸受の軸受内部空間に固形潤滑剤が充填されており、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、上記固形潤滑剤の該軌道面と対向する面との間の少なくとも軸方向一部に隙間を有することを特徴とする。
【００１１】
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つの軌道面の軸方向断面が中高形状であり、上記固形潤滑剤の該軌道面と対向する面の軸方向断面が直線形状または中低形状であることを特徴とする。
【００１２】
上記固形潤滑剤は、上記軸受内部空間の略全体に充填されていることを特徴とする。また、上記固形潤滑剤は、該固形潤滑剤の固形化前の材料を上記軸受空間内部に充填した後に固形化してなることを特徴とする。
【００１３】
上記内外輪において、軸方向の少なくとも一方の端部に油漏れ防止カバーを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
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を備えてなり、軸受内部空間に固形潤滑剤が充填されており、内輪軌道面および外輪軌道面から選ばれる少なくとも１つの軌道面と、固形潤滑剤の該軌道面と対向する面との間の少なくとも軸方向一部に隙間を有するので、固形潤滑剤による優れた潤滑特性を享受しつつ、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。
【００１５】
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つの軌道面の軸方向断面が中高形状であり、固形潤滑剤の該軌道面と対向する面の軸方向断面が直線形状または中低形状であるので、上記隙間を確実かつ容易に形成できる。
【００１６】
本発明の円すいころ軸受は、上記隙間を有するので、固形潤滑剤が軸受内部空間の略全体に充填されている形態（フルパック）においても、運転時の発熱と回転トルクを十分に低減できる。また、固形潤滑剤が固形化前の材料を軸受空間内部に充填した後に固形化してなる形態においても、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。
【００１７】
上記内外輪において、軸方向の少なくとも一方の端部に油漏れ防止カバーを有するので、簡易な構造で軸受内部設計を変更することなく、食品機械用などの潤滑油漏れが許容されない用途において、固形潤滑剤から滲み出した潤滑油の軸受外部への漏れを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の円すいころ軸受の一例を示す軸方向断面図である。
【図２】図１における一部拡大図である。
【図３】図２における側面概略図（保持器省略）である。
【図４】固形潤滑剤を封入する工程を説明する図である。
【図５】本発明の円すいころ軸受の他の例を示す軸方向断面図である。
【図６】従来の円すいころ軸受の軸方向断面図である。
【図７】図６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】
【００１９】
本発明の円すいころ軸受の一例を図１〜図３に基づいて説明する。図１は固形潤滑剤を充填した円すいころ軸受の軸方向断面図であり、図２は図１における一部拡大図であり、図３は図２における側面概略図（保持器省略）である。図１に示すように、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。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。
【００２０】
図２に示すように、円すいころ軸受１は、内外輪間の軸受内部空間の略全体に固形潤滑剤６が充填されている。円すいころ４の一部（軸方向中央部）が、固形潤滑剤６から露出して外輪３の軌道面３ａと内輪２の軌道面２ａに当接している。固形潤滑剤の充填方法は、後述するように、内輪２に円すいころ４および保持器５を組み込むとともに、外輪３と略同一の形状の外輪模範を含む所定の封入治具を組み付けた状態で、軸受内部空間内に固形化前の固形潤滑剤材料を封入し、軸受内部で固形化して製造している。このように、固形潤滑剤の充填・固形化するに際して、実機ではなく外輪に酷似する形状の外輪模範や封入治具に当接させた状態で固形化し、これらにより形成される固形潤滑剤６の面６ａを実機の外輪軌道面とは僅かに異なる形状の面とすることで、隙間７を形成している。隙間７は、外輪３の軌道面３ａと、固形潤滑剤６の該軌道面３ａに対向する面６ａとの間において、軸方向両端部に形成され、両面の非接触部となる微小な隙間である。また、図３に示すように、隙間７は、円周方向に連続する隙間である。
【００２１】
図１〜図３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。また、固形潤滑剤６の該軌道面３ａに対向する面６ａを形成するのに用いた外輪模範は、上記クラウニング加工がない以外は同寸法の直線（ストレート）形状としている。このため、外輪３の軌道面３ａと、固形潤滑剤６の該軌道面３ａに対向する面６ａとの間の隙間７の間隔は、クラウニングのドロップ量程度の微小間隔となる。
【００２２】
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。実機として種々のクラウニング加工が施された軌道輪を用い、外輪模範や封入治具として該加工のない直線形状や中低形状を選択採用することで、隙間の形状を調整できる。本発明の円すいころ軸受では、この微小な隙間７により、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。
【００２３】
固形潤滑剤６を、軸受内部空間の略全体に充填する形態（フルパック）では、接触面積の増大が起こりやすいため、該形態において上記隙間を形成することが非常に有効である。また、円すいころ毎などに、その周囲に充填する形態（スポットパック）の場合も、軌道面にまで固形潤滑剤が接触しているときには、上記隙間の形成が有効である。本発明はいずれの形態にも適用できる。
【００２４】
また、図１に示す形態では、内輪２の大径側端部に大鍔２ｂを小径側端部に小鍔２ｃを一体形成して、円すいころ４および保持器５が内輪２から脱落しないようにしている。また、固形潤滑剤６が内輪２に係合するような構造を設けることで、小鍔２ｃを省略でき、円すいころ４の軸方向長さを延長して高負荷容量化が図れる。例えば、大鍔２ｂの外側（図中左側）に半径方向内方に向かう係合溝を形成することで、固形潤滑剤の充填・硬化時に、固形潤滑剤４側に該溝に係合する鍔が形成され、これらの係合構造により、小鍔を省略できる。
【００２５】
以上、図１〜図３に示す形態では、外輪の軌道輪と、固形潤滑剤の該軌道面に対向する面との間に隙間を設ける例を説明したが、これに限定されず、同様に、内輪の軌道面と、固形潤滑剤の該軌道面に対向する面との間に隙間を設ける態様や、これら両方に隙間を設ける態様としてもよい。その他、固形潤滑剤で保持器を形成する形態としてもよい。
【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軌道面との間に隙間を形成するため、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】
上記（Ａ）の固形潤滑剤の円すいころ軸受の軸受内部空間への充填方法としては、常温封入方法と高温封入方法がある。常温封入方法は、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充填する際に、常温の固形潤滑剤成形用の封入治具（金型）を配置して軸受内部空間を密封し、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。また、高温封入方法は、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）を高圧で充填する際に、高温の固形潤滑剤成形用の封入治具（金型）を配置して軸受内部空間を密封し、次いで冷却して全体を固形化する方法である。封入治具は、隙間を形成したい軌道輪の軌道輪模範と、他方の軌道輪と、保持器と、円すいころとを組み付けたものを囲いつつ、軸受内部空間を密封する形で配置する。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封入し、軸受内部で固形化して製造している点は同じである。
【００２９】
図４に基づいて、図１〜図３に示す形態の円すいころ軸受に固形潤滑剤を封入する工程を説明する。内輪２に複数の円すいころ４を組み込み、これに保持器５を組み込む。これにクラウニング加工がない以外は実機と同寸法で、軌道面の軸方向断面が直線形状の外輪模範８を、実機の外輪位置に配置しつつ、金型となる２つの封入治具９で囲って軸受内部空間を密封する。この状態で、固形潤滑剤充填口（図示省略）より、内外輪間の軸受内部空間（封入治具によって形成される一部外部空間を含む）に、固形潤滑剤材料６’が封入される。常温封入方法では、この後、封入治具ごと焼成され、冷却されて固形化がなされる。高温封入方法では、この後冷却されて固形化がなされる。固形化後、封入治具９と外輪模範８を取り外すことで、内輪２、円すいころ４、保持器５、および固形潤滑剤６が一体とされた部品が得られる。最後（または装置への組み付け時）に、クラウニング加工が施された軌道面を有する実機の外輪３を組み付ける。これにより、外輪３の軌道面３ａと、固形潤滑剤６の該軌道面３ａに対向する面６ａとの間に隙間７を有する円すいころ軸受１が完成する。
【００３０】
本発明の円すいころ軸受を食品機械などに使用する場合について説明する。食品機械は、食品原料や食用製品（または半製品）を混合、混練、加熱、乾燥、冷却、充填、包装、搬送、貯蔵などする際に用いられる機械類であり、この食品機械にも、他の機械類と同様に円すいころ軸受が使用される場合がある。この用途では、軸受から人体に有毒な成分が流出して食品中に混入することを防止すべく、法律上の衛生基準に従って構成材料や潤滑剤材料について選定する必要がある。本発明の円すいころ軸受をこのような用途に適用する場合、固形潤滑剤からの潤滑油が軸受外部に漏れることを防止する必要がある。円すいころ軸受の潤滑を固形潤滑剤で行なうことで、通常のグリース封入の場合と比較して潤滑油漏れを抑制できるが、より完全に漏れを防止できる手段を設けることが好ましい。
【００３１】
本発明の円すいころ軸受の他の例として、漏れ防止手段を有する円すいころ軸受を図５に基づいて説明する。図５に示す円すいころ軸受１は、図２に示すものと同様の構成であり、外周面にテーパ状の軌道面を有する内輪２と、内周面にテーパ状の軌道面を有する外輪３と、内輪２の軌道面と外輪３の軌道面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。また、図示は省略するが、外輪３の軌道面と、固形潤滑剤６の該軌道面に対向する面との間に隙間を有する。この構成において、内輪２および外輪３の軸方向両端部に油漏れ防止カバー１０を有する。各軌道輪の端部には固形潤滑剤６を形成しないで、該端部に油漏れ防止カバー１０を接着や嵌合により固定している。固形潤滑剤６の形状は、製造時における封入治具の形状を変更する等により、容易に調整できる。これにより、軸受内部設計を変更することなく、簡易な手段で、潤滑油の漏れを防止できる。
【００３２】
防止カバー１０の材質は、使用する潤滑油などに対する耐油性を備えた材料であれば特に限定されず、金属、樹脂、ゴムなどの任意の材料を採用できる。また、図５では、内外輪の軸方向両端部に油漏れ防止カバー１０を設けているが、円すいころ軸受の使用方向などを考慮し、一方の端部にのみ設ける構成としてもよい。その他、固形潤滑剤自体に油漏れ防止カバー１０を固定する構成としてもよい。
【００３３】
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】
【００３４】
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。また、必要に応じて、軸受内部設計を変更することなく潤滑油漏れも防止できるので、食品関係などの潤滑油漏れが許容されない用途で使用される円すいころ軸受として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００３５】
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
７  隙間
８  外輪模範
９  封入治具
１０  カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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