(57)【要約】【課題】金属製保持器を用い、グリースによる潤滑機能が低下した場合でも、転動体である玉を保持するポケットの案内面での摩耗を抑制できる転がり軸受用保持器、および、この保持器を用いた転がり軸受を提供する。【解決手段】転がり軸受１は、内輪２および外輪３と、内輪２と外輪３との間に介在する玉４と、玉４を保持する保持器５とを備えてなり、この保持器５は、玉４を保持するポケット６を円周方向の複数箇所に有する金属製の保持器であり、少なくとも転動体案内面となるポケット６の内面に樹脂塗膜７を有し、この樹脂塗膜７は、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂をマトリックス樹脂とし、固体潤滑剤を含む樹脂組成物の塗膜である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の転動体を保持する転がり軸受用保持器であって、
前記保持器は、前記転動体である玉を保持するポケットを円周方向の複数箇所に有する金属製の保持器であり、少なくとも転動体案内面となる前記ポケットの内面に樹脂塗膜を有し、
前記樹脂塗膜は、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂をマトリックス樹脂とし、固体潤滑剤を含む樹脂組成物の塗膜であることを特徴とする転がり軸受用保持器。
【請求項２】
前記樹脂塗膜は、ポリエーテルエーテルケトン樹脂をマトリックス樹脂とし、前記固体潤滑剤としてポリテトラフルオロエチレン樹脂を含む樹脂組成物の塗膜であることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受用保持器。
【請求項３】
前記樹脂塗膜の膜厚が２０μｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の転がり軸受用保持器。
【請求項４】
前記保持器は、一対の環状体が前記ポケット間に位置する連結部で結合された波形保持器であり、これら環状体の全面に前記樹脂塗膜を有することを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の転がり軸受用保持器。
【請求項５】
内輪および外輪と、この内輪と外輪との間に介在する転動体である玉と、この玉を保持する保持器とを備えてなる転がり軸受であって、
前記保持器が、請求項１から請求項４までのいずれか１項記載の転がり軸受用保持器であることを特徴とする転がり軸受。
【請求項６】
前記転がり軸受は、鉄道車両の主電動機の主軸を回転自在に支持する軸受であり、グリース潤滑で使用されることを特徴とする請求項５記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受（特に玉軸受）用の保持器と、これを用いた転がり軸受に関し、特に鉄道車両の主電動機用主軸の支持に用いられる転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の主電動機用の軸受は、温度変化に起因した主軸の軸方向への膨張および収縮に対応するため、固定側の軸受として転がり玉軸受が用いられ、自由側の軸受としては主軸の膨張および収縮に対応可能な円筒ころ軸受が用いられる場合が多い。固定側の転がり玉軸受は、例えば深溝玉軸受であり、鋼球と鉄板波型保持器とを備えている。また、固定側と自由側の両方に転がり玉軸受を用いた支持構造も提案されている。自由側も玉軸受とすることで、円筒ころ軸受を用いる場合と比較して転がり抵抗が小さくなり、エネルギー効率が向上し、軸受の昇温も抑制できる。このため、主電動機の動作時におけるエネルギー損失を低減でき、またグリース寿命を延長できる。
【０００３】
従来、このような玉軸受の金属製保持器としては、一対の波形環状体を組み合わせてなる鉄板波形保持器を用いていた。この鉄板波形保持器の表面には、金属板の表面に下地被膜を形成した後、その上に三価クロムのクロメート（クロム酸塩）の薄い被膜を形成していた。例えば、この種の転がり軸受用保持器として、特許文献１では、冷延鋼表面に、電気亜鉛メッキ、電気錫−亜鉛合金メッキ、電気亜鉛−鉄合金メッキ、電気亜鉛−ニッケル合金メッキなどの防錆下地処理を行なった後、その上に所定の三価クロメート処理を行なったものが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、軸受用保持器は、潤滑状態が悪くなると、転動体である玉の進み遅れにより、該玉と接触するポケット内の周方向案内面に摩耗が生じるおそれがある。この保持器の金属摩耗粉がグリースに混入すると、更に潤滑状態が悪化し、グリースの潤滑寿命が低下する。従来のメッキ処理とクロメート処理の保持器を用いる場合、耐食性の向上が図れるが、使用条件によっては、このような摩耗とグリース潤滑寿命の低下が発生するおそれがある。特に、鉄道車両の主電動機用の軸受では、近年における高速化かつメンテナンス周期延伸のため、上記のような問題のより確実な防止が望まれている。
【０００６】
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、金属製保持器を用い、グリースによる潤滑機能が低下した場合でも、転動体である玉を保持するポケットの案内面での摩耗を抑制できる転がり軸受用保持器、および、この保持器を用いた転がり軸受の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の転がり軸受用保持器は、転がり軸受の転動体を保持する転がり軸受用保持器であって、上記保持器は、上記転動体である玉を保持するポケットを円周方向の複数箇所に有する金属製の保持器であり、少なくとも転動体案内面となる上記ポケットの内面に樹脂塗膜を有し、該樹脂塗膜は、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂をマトリックス樹脂とし、固体潤滑剤を含む樹脂組成物の塗膜であることを特徴とする。
【０００８】
上記樹脂塗膜は、ポリエーテルエーテルケトン樹脂をマトリックス樹脂とし、固体潤滑剤としてポリテトラフルオロエチレン樹脂を含む樹脂組成物の塗膜であることを特徴とする。また、上記樹脂塗膜の膜厚が２０μｍ〜５０μｍであることを特徴とする。
【０００９】
上記保持器は、一対の環状体が上記ポケット間に位置する連結部で結合された波形保持器であり、これら環状体の全面に上記樹脂塗膜を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の転がり軸受は、内輪および外輪と、この内輪と外輪との間に介在する転動体である玉と、この玉を保持する保持器とを備えてなり、この保持器が本発明の転がり軸受用保持器であることを特徴とする。また、この転がり軸受は、鉄道車両の主電動機の主軸を回転自在に支持する軸受であり、グリース潤滑で使用されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の転がり軸受用保持器は、転動体である玉を保持するポケットを円周方向の複数箇所に有する金属製の保持器であり、少なくとも転動体案内面となるポケットの内面に樹脂塗膜を有し、該樹脂塗膜は、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂をマトリックス樹脂とし、固体潤滑剤を含む樹脂組成物の塗膜であるので、グリースによる潤滑機能が低下した場合でも案内面での摩耗を抑制できる。より詳細には、転動体である玉の進み遅れにより、該玉と接触する周方向案内面での摩耗を抑制できる。この結果、保持器からの金属摩耗粉の発生を防止でき、該摩耗粉がグリースに混入して潤滑寿命が低下するなどの問題を解消できる。
【００１２】
特に、樹脂塗膜が、ポリエーテルエーテルケトン樹脂をマトリックス樹脂とし、固体潤滑剤としてポリテトラフルオロエチレン樹脂を含む樹脂組成物の塗膜であるので、低摩擦性と耐摩耗性に優れる。また、上記樹脂塗膜の膜厚が２０μｍ〜５０μｍであるので、長期にわたり摩耗を抑制できる。
【００１３】
また、上記保持器は、一対の環状体がポケット間に位置する連結部で結合された波形保持器であり、これら環状体の全面に樹脂塗膜を有するので、従来と同型の保持器基材（鉄板）を使用しつつ、防錆メッキと三価クロメートの場合の被膜よりも厚膜の樹脂塗膜を形成しながら、玉と保持器との関係（玉と保持器ポケット面との距離など）を従来と同様にできる。
【００１４】
本発明の転がり軸受は、内輪および外輪と、この内輪と外輪との間に介在する転動体である玉と、この玉を保持する保持器とを備えてなり、この保持器が本発明の転がり軸受用保持器であるので、グリースの潤滑寿命低下などを抑制した長寿命な転がり軸受となる。このため、鉄道車両の主電動機の主軸を回転自在に支持する軸受として好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の転がり軸受を示す平面図である。
【図２】図１の転がり軸受の一部断面図である。
【図３】波形保持器を構成する一対の環状体の一方の平面図である。
【図４】鉄道車両の主電動機の構成を示す図である。
【図５】図４における転がり軸受周囲（左側）の構成を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
従来、鉄道車両の主電動機用の軸受などには、深溝玉軸受などの鉄板波形保持器を用いた軸受が使用されていた。上述のように、この鉄板波形保持器の表面は、例えば、冷延鋼板の表面に防錆用の電気亜鉛メッキ、電気錫−亜鉛合金メッキ、電気亜鉛−鉄合金メッキ、電気亜鉛−ニッケル合金メッキなどの防錆下地処理を行なった後、その上に所定の三価クロメート処理を行ない、所定の被膜（厚さ１０μｍ程度）を形成していた。しかし、この保持器ではポケットの案内面において、使用条件の過酷化に伴う潤滑状態の悪化により当りが出て摩耗の発生が起こり得る。本発明の保持器では、このような亜鉛メッキ等と三価クロメートの被膜にかえて、所定の樹脂塗膜を表面に形成したものである。
【００１７】
本発明の転がり軸受用保持器を用いた転がり軸受の一例について図１および図２を参照して説明する。図１はこの転がり軸受の平面図であり、図２はこの転がり軸受の一部断面図である。転がり軸受１は、外周面に内輪転走面を有する内輪２と、内周面に外輪転走面を有する外輪３とが同心に配置され、内輪転走面と外輪転走面との間に複数個の転動体である玉４が配置されている。玉４は、金属製の保持器５により周方向等間隔に保持されている。保持器５は、転動体である玉４を保持するポケット６を周方向等間隔で複数箇所に有する。保持器５は、一対の環状体がポケット６間に位置する連結部で結合された波形保持器である。保持器５の表面に後述の所定の樹脂塗膜７が形成されている。この転がり軸受１では、転動体４の周囲にグリースや潤滑油（図示省略）が封入または供給されて使用される。
【００１８】
保持器の構成を図３に基づいて説明する。図３（ａ）は図１、２における保持器の一方の環状体であり、保持器全面に樹脂塗膜を形成したものを、図３（ｂ）は保持器の一部に樹脂塗膜を形成したものを、それぞれ示す。図１、図２、図３（ａ）に示すように、保持器５を構成する環状体５’は、玉４に沿って湾曲した複数の湾曲部５ａと、これらの湾曲部５ａを連結する連結部５ｂが、周方向に交互に形成されている。連結部５ｂは、略平板状であり、リベット用の穴５ｃが形成されている。一対の該環状体は、湾曲部５ａ同士と、連結部５ｂ同士が対向した状態で、連結部５ｂの穴５ｃを介してリベット８（図１参照）で固定されて一体化されている。対向する湾曲部５ａ同士により、ポケット６が形成される。このポケット６の内面（転動体案内面）は、玉４の外径形状に沿った形状とされている。すなわち、ポケット６の内面は、玉４の半径とほぼ同じ曲率半径の凹球面状とされている。
【００１９】
各環状体５’は、金属板をプレス成形して製造されている。金属材料としては、保持器材として一般的に用いられる任意の材料を使用でき、例えば、冷間圧延鋼板、炭素鋼などが挙げられる。
【００２０】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、環状体５’において、少なくとも湾曲部５ａの内面に樹脂塗膜７を形成することで、保持器において転動体案内面となるポケット６の内面に樹脂塗膜７が形成される。この樹脂塗膜７により、玉の進み遅れにより、該玉と接触する周方向案内面において摩耗を抑制でき、金属摩耗粉の発生を防止できる。このため、金属摩耗粉がグリースに混入して潤滑寿命が低下する等の問題を解消できる。
【００２１】
本発明の保持器に形成する樹脂塗膜は、マトリックス樹脂として芳香族ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）系樹脂を用い、これに固体潤滑剤を含む樹脂組成物の塗膜である。マトリックス樹脂として芳香族ＰＥＫ系樹脂を採用することで、耐熱性、耐油・耐薬品性、耐クリープ性、摩擦摩耗特性に優れた樹脂塗膜となる。また、芳香族ＰＥＫ系樹脂は、靭性、高温時の機械物性が高く、耐疲労特性、耐衝撃性にも優れているため、転動体である玉の進み遅れにより、該玉と樹脂塗膜が接触し、摩擦力や衝撃、振動が加わる際にも、樹脂塗膜の摩耗や保持器基材からの剥離が起こりにくい。
【００２２】
本発明で使用できる芳香族ＰＥＫ系樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）樹脂などがある。これらの中でも、特に物性や入手性に優れることからＰＥＥＫ樹脂を採用することが好ましい。
【００２３】
ＰＥＥＫ樹脂は、ベンゼン環がパラの位置で、カルボニル基とエーテル結合によって連結された下記式（１）に示すポリマー構造を持つ結晶性の熱可塑性樹脂である。下記式（１）の構造を持つＰＥＥＫ樹脂は、融点が約３４０℃、ガラス転移点が１４３℃であり、優れた耐熱性、耐クリープ性、耐荷重性、耐摩耗性、摺動特性などを有する。
【００２４】
【化１】
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【００２５】
本発明に使用できる固体潤滑剤としては、フッ素樹脂や黒鉛が挙げられる。フッ素樹脂としては、低摩擦性を樹脂塗膜に付与でき、該塗膜の使用温度雰囲気に耐える耐熱性を有するものであれば使用できる。フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン（ＦＥＰ）共重合体樹脂、テトラフルオロエチレン−エチレン（ＥＴＦＥ）共重合体樹脂などが挙げられる。これらの中でも、ＰＴＦＥ樹脂の粉末を用いることが好ましい。ＰＴＦＥ樹脂は、約３４０〜３８０℃の溶融粘度が約１０10〜１０11Ｐａ・ｓと高く、融点を越えても流動し難く、フッ素樹脂の中では最も耐熱性に優れ、摩擦摩耗特性にも優れる。
【００２６】
ＰＴＦＥ樹脂としては、−（ＣＦ２−ＣＦ２）ｎ−で表される一般のＰＴＦＥ樹脂を用いることができ、また、一般のＰＴＦＥ樹脂にパーフルオロアルキルエーテル基（−ＣｐＦ２ｐ−Ｏ−）（ｐは１−４の整数）あるいはポリフルオロアルキル基（Ｈ（ＣＦ２）ｑ−）（ｑは１−２０の整数）などを導入した変性ＰＴＦＥ樹脂も使用できる。これらのＰＴＦＥ樹脂および変性ＰＴＦＥ樹脂は、一般的なモールディングパウダーを得る懸濁重合法、ファインパウダーを得る乳化重合法のいずれを採用して得られたものでもよい。
【００２７】
ＰＴＦＥ樹脂の粉末の平均粒子径（レーザー解析法による測定値）は、特に限定されるものではないが、樹脂塗膜の膜厚や、機械的強度、耐摩耗性を考慮して２０μｍ以下とすることが好ましい。また、ＰＴＦＥ樹脂粉末としては、ＰＴＦＥ樹脂をその融点以上で加熱焼成したものを使用できる。また、加熱焼成した粉末に、さらにγ線または電子線などを照射した粉末も使用できる。これらのＰＴＦＥ樹脂粉末は、加熱焼成等されていないＰＴＦＥ樹脂（モールディングパウダー、ファインパウダー）と比較して、樹脂塗膜を形成する塗料中での均一分散性に優れ、形成された樹脂塗膜の耐摩耗特性が優れる。
【００２８】
黒鉛は、固体潤滑剤として優れた特性を有する。黒鉛の形状としては、りん片状、粒状、球状などがあるが、いずれも使用できる。また、天然黒鉛と人造黒鉛に大別されるが、本発明では固定炭素９８．５％以上の人造黒鉛が好ましい。このような黒鉛は、グリース中の基油とのなじみ性が高く、表面に油が付着していなくても黒鉛中に微量に含浸された油によって潤滑性が維持される。黒鉛の平均粒子径（レーザー解析法による測定値）は、特に限定されるものではないが、上記ＰＴＦＥ樹脂の場合と同様の理由で、２０μｍ以下とすることが好ましい。
【００２９】
本発明の保持器に形成する樹脂塗膜を形成する樹脂組成物において、ＰＴＦＥ樹脂などの固体潤滑剤は、マトリックス樹脂である芳香族ＰＥＫ系樹脂１００重量部に対して、例えば３〜１５０重量部、好ましくは１０〜１００重量部配合する。また、この樹脂組成物には、本発明の必要特性を低下させない範囲であれば他の補強材や添加剤を含んでもよい。
【００３０】
樹脂塗膜は、上記樹脂組成物からなる樹脂塗料を用いて、スプレーコーティング、ディスペンサーコーティングなどの公知の塗布方法で形成できる。この樹脂塗料は固形分である芳香族ＰＥＫ系樹脂、ＰＴＦＥ樹脂などを、溶剤類に分散または溶解させることにより得られる。溶剤類としては、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、酢酸メチル、酢酸エチルなどのエステル類、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、メチルクロロホルム、トリクロロエチレン、トリクロロトリフルオロエタンなどの有機ハロゲン化化合物類、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、メチルイソピロリドン（ＭＩＰ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）などの非プロトン系極性溶剤類などを使用できる。コーティング方法にあわせ、溶剤の種類、液粘度を調整すればよい。
【００３１】
樹脂塗料を保持器基材に塗布した後、焼成することで硬化・密着された樹脂塗膜が得られる。また、樹脂塗膜の形成前において、保持器基材の樹脂塗膜形成面は、塗膜との密着性を向上させるために、ショットブラストなどにより凹凸形状に荒らす、または、化学表面処理を施して微細凹凸形状を形成することが好ましい。
【００３２】
樹脂塗膜の膜厚は、好ましくは２０μｍ〜５０μｍであり、より好ましくは２５μｍ〜３５μｍである。樹脂塗膜の膜厚範囲については、焼成後の膜厚を所定範囲にする、もしくは、焼成後の膜厚はより厚くなるよう形成し、研磨等の機械加工で所定範囲にしてもよい。
【００３３】
図３（ｂ）では、環状体５’の湾曲部５ａにのみ樹脂塗膜７が形成され、連結部５ｂには形成されていない。この選択形成は、上述のスプレーコーティングなどの際に、不要部分である連結部や湾曲部の裏面などをマスキングすることで行なう。従来の防錆メッキと三価クロメートによる被膜の場合は、膜厚が１０μｍ程度であり、上述の好適範囲に示すように樹脂塗膜７はこれと比較すると厚膜となる。このため、図３（ｂ）の場合、保持器基材が従来と同寸法であると、ポケット６と玉との余剰隙間が僅かに小さくなる。
【００３４】
また、図３（ａ）では、環状体５’の全面に樹脂塗膜７が形成され、連結部５ｂ表面にも形成されている。このため、リベットにより２つの環状体を一体化した際に、連結部間に樹脂塗膜が挟まれ僅かに隙間ができる。この結果、従来の被膜よりも厚膜の樹脂塗膜を形成しながら、玉と保持器との関係（ポケットと玉との余剰隙間など）を従来とほぼ同様にできる。
【００３５】
本発明の転がり軸受を適用する鉄道車両の主電動機について図４に基づいて説明する。図４は、主電動機１０の構成を示す図である。図４に示すように、主電動機１０は、コイル１２ａを有する固定子１２と、固定子１２に対向するように配置された回転子１３と、固定子１２および回転子１３を取り囲むように配置されたフレーム１１とを主に備えている。回転子１３の中心部（回転軸）を含む部位には、主軸１６が貫通するように固定されている。主電動機１０において、まず３相交流電流が固定子１２のコイル１２ａに供給される。このとき、回転子１３の周りに回転磁界が形成され、この回転磁界により回転子１３に誘導電流が発生する。このように、回転子１３の周りに回転磁界が形成され、かつ回転子１３に誘導電流が発生することで、回転子１３を回転軸周りに回転させるように働く電磁力が発生し、回転子１３が回転する。この回転子１３の回転は、主軸１６を介して外部に取り出される。
【００３６】
主電動機１０は、主軸１６をその外周面１６ａに対向して配置される部材に対して軸周りに回転自在に支持する第１軸受装置１４および第２軸受装置１５をさらに備えている。第１軸受装置１４は、主軸１６の固定側を支持する第１の転がり軸受１７を備えており、第２軸受装置１５は、主軸１６の自由側を支持する第２の転がり軸受１８を備えている。
【００３７】
図５は、第１軸受装置１４の構成を示す拡大図である。図５に示すように、第１軸受装置１４は、第１の転がり玉軸受１７と、ハウジング１９と、ストッパ２０と、端蓋２１と、油切り２２とを備えている。第１の転がり軸受１７が、本発明の保持器を備えた転がり軸受である。第１の転がり軸受１７は、外輪と内輪との間の軸受空間がシール部材により閉じられない開放形軸受とされ、潤滑剤（潤滑油やグリース）がこの軸受空間に供給されることで、該潤滑剤が軌道面などに介在して潤滑がなされる。また、シール部材を設けてグリースを封入する態様としてもよい。なお、潤滑油やグリースとしては、通常、主電動機用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。
【００３８】
支持構造に本発明の転がり軸受を採用することで、上述のとおり、グリースの潤滑寿命低下などを抑制でき、長寿命となる。また、図４に示すように自由側の第２の転がり軸受１８も玉軸受とする構成の場合は、この第２の転がり軸受１８にも本発明の転がり軸受を採用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の転がり軸受用保持器は、金属製保持器を用い、グリースによる潤滑機能が低下した場合でも、転動体である玉を保持するポケットの案内面での摩耗を抑制できるので、種々の転がり軸受（玉軸受）に適用できる。特に、鉄道車両の主電動機用主軸の支持構造に用いる転がり軸受に好適である。
【符号の説明】
【００４０】
１  転がり軸受（玉軸受）
２  内輪
３  外輪
４  玉
５  保持器
６  ポケット
７  樹脂塗膜
８  リベット
１０  主電動機
１１  フレーム
１２  固定子
１３  回転子
１４  第１軸受装置
１５  第２軸受装置
１６  主軸
１７  第１の転がり軸受
１８  第２の転がり軸受
１９  ハウジング
２０  ストッパ
２１  端蓋
２２  油切り
【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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