(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ころを案内する鍔部を備える軌道輪を有するころ軸受であって、
軌道輪鍔部の内面と、それに案内されるころの端面との少なくともいずれか一方に、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素高分子化合物からなる固体状の潤滑膜が形成され、前記固体状の潤滑膜には、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない、流動可能な含ふっ素重合体が分散添加されている、ことを特徴とするころ軸受。
【請求項２】
前記流動可能な含ふっ素重合体が官能基を有していない、請求項１に記載のころ軸受。
【請求項３】
前記固体状の潤滑膜は、分子間が結合した３次元の網状構造を有している、請求項１または２に記載のころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ころ軸受に関する。例えば自動車の駆動系に設けられるデファレンシャル装置の入・出力軸の支持軸受として用いるのに好適なころ軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のプロペラシャフトと車輪の駆動軸（アクセル軸）との間には、デファレンシャル装置を設けることで、プロペラシャフトと駆動軸との間での動力伝達を行うとともに、進路変更に伴う左右の駆動輪の回転速度差を吸収し、さらにに動力の向きを変え、最終的な減速を行うようにしている。このようなデファレンシャル装置は、例えば図５に示す様に構成されている。
【０００３】
デファレンシャルケース１０の一端に、１対の円錐ころ軸受１１，１２により回転自在に支持されたドライブピニオン軸１３の端部に固設されたドライブピニオンギヤ１４と、デファレンシャルケース１０内に回転自在に支承したリングギヤ１５とを噛合させることで、ドライブシャフト（図示省略）の回転力をピニオンギヤ２１に伝達自在としている。
【０００４】
デファレンシャル装置７のドライブピニオンには、一般に大きな軸方向の推力荷重が加わり、さらに車両の前進、後進に伴って回転方向が逆になる。したがって、負荷時の軸部材の軸方向への移動を防止し、円錐ころ軸受１１，１２の初期摩耗による早期の遊隙発生を防止するために、デファレンシャル装置７の組付け工程において、前記ドライブピニオンシャフト１３のフロント端部に対するナット１６の締付けトルクに基づいて前記円錐ころ軸受１２のインナレースに軸力を与え、これによって両軸受１１，１２、予圧（プレロード）が付与される。
【０００５】
さらに、このドライブピニオンギヤ１４の回転力を、リングギヤ１５を介して、別の円錐ころ軸受１７，１８によりデファレンシャルケース１０に支承された左右の駆動軸１９，２０に伝達自在としている。このように構成されるデファレンシャル装置は、自動車の走行時には各部分が高速で回転する他、絶えず高い予圧が付与されているため、ドライブピニオンシャフト１３や、ピニオン軸２２を支承している円錐ころ軸受１１，１２，１７，１８を十分に潤滑する必要がある。このため、従来からデファレンシャルケースに溜めた潤滑油を跳ねかけによって各軸受に供給している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のように構成され作用するデファレンシャル装置用の円錐ころ軸受１１，１２，１７，１８は、高い予圧付与のため、特に内輪鍔部のころとの摺接部位の潤滑油膜が途切れ易く、回転トルクが増大するとともに、内・外輪の軌道面やころの表面が著しく摩耗して寿命が低下する。
【０００７】
また、潤滑油中にはデファレンシャルを構成する各部品の摩耗粉や研磨剤（各部品の表面仕上後、落とし切れないもの）等の異物が混入しているため、必要以上の潤滑油の循環は、それだけ異物と円錐ころ軸受１１，１２，１７，１８との接触の機会が増えて、円錐ころ軸受１１，１２，１７，１８の摩耗を促進し、予圧が減じてギヤの噛み合い音の増大を招くなど、好ましくない。また、異物は、円錐ころ軸受１１，１２，１７，１８の鍔部ところとの摺接部位のみならず、軌道面を傷付け、軸受から発生する音（レース音）や振動の増大を招く。
【０００８】
したがって、本発明は、ころ軸受、特に円錐ころ軸受において、特に軌道輪の鍔部ところの端面との摺接部位の潤滑性を向上できるようにするとともに、その部位の摩耗を低減することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のころ軸受は、ころを案内する鍔部を備える軌道輪を有するころ軸受であって、軌道輪鍔部の内面と、それに案内されるころの端面との少なくともいずれか一方に、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素高分子化合物からなる固体状の潤滑膜が形成され、前記固体状の潤滑膜には、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない、流動可能な含ふっ素重合体が分散添加されている。
【００１１】
なお、前述の固体状の潤滑膜は、分子間が結合した３次元の網状構造を有している。また、固体状の潤滑膜に分散添加される流動可能な含ふっ素重合体は官能基を有していないもの、例えば官能基なしのパーフルオロポリエーテルなどの含ふっ素重合体とするのが好ましい。
【００１２】
上記本発明では、発塵性および潤滑性に関して格段に優れていて膜切れを起こさない潤滑膜を軌道輪の鍔部ところの端面との摺接部位に介在させているから、過大なアキシャル荷重が作用したときでも、軌道輪の鍔部ところの端面との直接接触を防止する。これにより、この摺接部位の潤滑性が良好に維持されるとともに、摩耗も低減されるようになる。
【００１３】
また、潤滑膜を、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素高分子化合物からなる固体状とする場合には、分子間が密に詰まった均質な構造であるので、潤滑作用が長期的に継続できるようになり、軌道輪の鍔部ところの端面との直接接触がより一層起こりにくくなる。しかも、この固体状の潤滑膜に、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない含ふっ素重合体を流動可能な状態で分散添加しているため、この末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない、流動可能な含ふっ素重合体が膜表面から滲み出て潤滑作用に寄与する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図１ないし図４に示す実施例に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施例にかかる円錐ころ軸受の縦断面図である。図１に示す円錐ころ軸受１は、内輪２と、外輪３と、複数の円錐ころ４と、保持器５とを備えている。このうち、内輪２の軸方向一端の大鍔部２ａの内面および円錐ころ４の大端面４ａには、後で詳細に説明する潤滑膜６が形成されている。この円錐ころ軸受１は、例えば従来例で引用した図５に示すデファレンシャル装置７の所要位置に使用される。
【００１６】
このようなデファレンシャル装置７では、高予圧のため円錐ころ軸受１，１に対して過大なアキシャル荷重が作用するので、この点を考慮し、本発明の一実施例にかかる円錐ころ軸受１では、内輪２の軸方向一端の大鍔部２ａの内面および円錐ころ４の大端面４ａに潤滑膜６を形成している。
【００１７】
なお、内・外輪２，３および円錐ころ４の素材は、例えばＳＡＥ規格５１２０鋼，４３２０鋼などの浸炭用鋼や、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼）とし、浸炭処理または浸炭窒化処理と、その後の焼入れおよび焼き戻し処理とを含む硬化処理を適宜施している。
【００１８】
参考例の潤滑膜６は、例えば官能基付きの含フッ素重合体からなり、この実施例では流動性を有する状態になっている。この官能基付きの含フッ素重合体としては、フルオロポリエーテル重合体またはポリフルオロアルキル重合体が好ましい。フルオロポリエーテル重合体は、−ＣＸＦ２Ｘ−Ｏ−という一般式（Ｘは１〜４の整数）で示される単位を主要構造単位とし、いずれも数平均分子量が１０００〜５００００の重合体とするものが挙げられる。ポリフルオロアルキル重合体は、下記化学式１に示すものが挙げられる。また、前述の官能基は、金属に対して親和性の高いもの（例えばエポキシ基、アミノ基、カルボキシル基、水酸基、メルカプト基、スルフォン基またはエステル基など）が好ましく、例えば下記化学式２，３に示すものが挙げられる。このような含フッ素重合体は、単独で用いるか、または２種以上を併用して用いてもよい。その場合は、より耐摩耗性の優れた薄膜が得られるように、組み合わされた基が互いに反応して重合体をより高分子量化させるように配慮するのが望ましい。
【００１９】
【化１】
0003773001.tif 000002
【００２０】
【化２】
0003773001.tif 000003
【００２１】
【化３】
0003773001.tif 000004
【００２２】
前述の官能基付きの含ふっ素重合体として、より詳しくは、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）あるいはその誘導体との混合物、具体的に例えばモンテカチーニ社の商品名フォンブリン（FONBLIN）Ｙスタンダード、フォンブリンエマルジョン（FE20、EM04など）またはフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DEAL、FONBLIN Z DIAC、FONBLIN Z DISOC、FONBLIN Z DOL、FONBLIN Z DOLTX2000、FONBLIN Z TETRAOLなど）が好適に用いられる。これら例示したものは、いずれも濃度が濃く、金属に対する親和性がきわめて悪いので、そのままでは膜状に付着させることが困難である。そのため、下記するような方法で形成するのが好ましい。
【００２３】
次に、上述した潤滑膜６の形成方法の一例を説明する。
【００２４】
（ａ）  内輪２の大鍔部２ａおよび円錐ころ４の大端面を除いて、内輪２および円錐ころ４を適当な膜でマスキングしておき、これら単体を用意した溶液中に浸漬することにより、内輪２および円錐ころ４の必要箇所に液状膜を付着させる（付着処理）。この溶液の付着はスプレーを用いて行うこともできる。ここで用意する溶液は、例えばフォンブリンエマルジョンＦＥ２０（フォンブリン濃度２０ｍａｓｓ％）を適当な希釈溶媒でフォンブリン濃度を０．２５ｍａｓｓ％にまで希釈したものである。なお、前述の希釈溶媒は、メタノール溶液、アルコール溶液や水などの揮発性のものとすることができる。
【００２５】
（ｂ）  液状膜を付着した内輪２および円錐ころ４を４０〜５０度で約３分間加熱し、液状膜に含む溶媒を除去する（乾燥処理）。
【００２６】
（ｃ）  この後、例えば１２０〜３００℃で１５〜３０分間、加熱する（仕上げ乾燥処理）。このときの加熱温度は、例えば、内輪２および円錐ころ４に対する硬化処理時の焼き戻し温度（例えば１８０℃）よりも低い温度に設定することにより、内輪２および円錐ころ４の性状安定化および寸法精度維持を図るのが好ましい。これにより、円錐ころ軸受１の動作時に溶媒や油成分などの不要な発塵がない流動性を有する潤滑膜６が得られる。
【００２７】
このようにすれば、円錐ころ軸受１の必要部位に潤滑膜６を好適な膜厚で形成することができる。なお、（ａ）、（ｂ）は必要に応じて数回繰り返すようにしてもよく、最終的には、潤滑膜６の膜厚を例えば０．２μｍ以下に設定する。但し、膜形成方法や生成後の膜厚などは、適宜に設定すればよい。
【００２８】
以上説明した円錐ころ軸受１では、内輪２の大鍔部２ａと円錐ころ４の大端面４ａとに発塵性および潤滑性に関して格段に優れていて膜切れを起こさない潤滑膜６を形成しているから、それらが直接的に接触することが無くなる。この潤滑膜６は、過大なアキシャル荷重が作用する状況でも途切れることがないから、両者の摺接部位の潤滑が円滑になり、摩耗を抑制できるようになる。しかも、潤滑膜６そのものが摩耗や発塵がきわめて少ないから、長期にわたって内輪２の大鍔部２ａと円錐ころ４の大端面４ａとの直接的な接触を回避できるようになり、長寿命化を達成できるようになる。
【００２９】
ところで、本発明は上記実施例のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【００３０】
（１）  上記参考例又は下記実施例では、軸受形式として円錐ころ軸受を引用しているが、例えば円筒ころ軸受など種々なころ軸受に本発明を適用できる。
【００３１】
（２）  上記参考例又は下記実施例では、潤滑膜６を内輪２の大鍔部２ａおよび円錐ころ４の大端面にのみ形成しているが、保持器５の案内面（例えば内輪案内の場合だと内周面、外輪案内の場合だと外周面）や、内・外輪２，３において保持器５と接触しうる位置や、内・外輪２，３の軌道面などにも、任意に形成することができる。内・外輪２，３の軌道面やころの転送面に形成した場合には、デファレンシャル装置７内の潤滑油中の異物を噛み込んでも軌道面や転送面が保護されて摩耗や傷付きが低減される。また、円錐ころ軸受１の全構成要素の外表面に潤滑膜６を形成してもよい。これらの場合、上記（ａ）において、円錐ころ軸受１を完成状態に組み立ててから、用意した溶液をスポイドなどにより数滴、注入して、数回回転させるか、あるいは溶液中に浸漬させればよい。
【００３２】
（３）上記参考例では、流動性を有する潤滑膜６を示しているが下記するような実施例の固体状の潤滑膜６を本発明に含む。図２は、固体状の潤滑膜の構造を模式的に表した構造図、図３は、固体状の潤滑膜の硬化前の状態での性状分析結果を示すグラフ、図４は、固体状の潤滑膜の硬化後の状態での性状分析結果を示すグラフである。
【００３３】
前述の固体状の潤滑膜６は、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素高分子化合物からなる。末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素高分子化合物は、−ＣXＦ2X−Ｏ−という一般式（Ｘは１〜４の整数）で示される単位を主要構造単位とし、いずれも平均分子量が数百万以上で硬化反応により分子間が結合した３次元の網状構造を有している。３次元の網状構造とは、化学構造上の表現であって、膜の断面が網状になっているのではなく、分子間が網状のように連続してつながって密に詰まった均質な構造になっていることを意味している。このような化合物としては、下記化学式４に示すような末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体を用いて、化学構造を変化させたものとすることができる。前述の末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体としては、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）の誘導体、具体的に例えばモンテカチーニ社の商品名フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOCなど）が好適に用いられる。
【００３４】
【化４】
0003773001.tif 000005
【００３５】
次に、上述した潤滑膜６の形成方法の一例を説明する。
【００３６】
（ａ）  固体状の潤滑膜６を得るための溶液を用意し、この溶液を用いて円錐ころ軸受１の任意の必要部位に液状膜を付着させる（付着処理）。ここで用意する溶液は、末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）〕を希釈溶媒（ふっ素系溶剤ＳＶ９０Ｄ）で含ふっ素重合体の濃度を１ｍａｓｓ％にまで希釈したものである。
【００３７】
（ｂ）  液状膜を付着した対象あるいは円錐ころ軸受１の全体を４０〜５０℃で約１分間加熱し、液状膜に含む溶媒を除去する（乾燥処理）。この時点では、液状膜のままであり、流動性を有している。
【００３８】
（ｃ）  この後、例えば１００〜２００℃で２０時間、加熱する（硬化処理）。これにより、液状膜の化学構造が変化することにより硬化反応して固体状の潤滑膜６が得られる。ちなみに、この硬化処理では、液状膜に存在している官能基付き含ふっ素重合体の個々について、下記化学式５〜８に示すような４種の硬化反応でもって末端のイソシアネート（ＮＣＯ）が消失し、各官能基付き含ふっ素重合体が互いに結合することにより３次元の網状構造となる。結合は、化学式５，６に示すような硬化反応でもって、図２（ａ）に模式的に示すように直線的に架橋するとともに、化学式７，８に示すような硬化反応でもって、図２（ｂ）に模式的に示すように３次元方向で架橋する。なお、図２では、下記化学式９に示すように、上記化学式４を簡略化して模式的に表している。
【００３９】
【化５】
0003773001.tif 000006
【００４０】
【化６】
0003773001.tif 000007
【００４１】
【化７】
0003773001.tif 000008
【００４２】
【化８】
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【００４３】
【化９】
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【００４４】
このようにすれば、固体状の潤滑膜６を好適な膜厚で形成することができる。なお、（ａ）、（ｂ）は必要に応じて数回繰り返すようにしてもよく、最終的には、潤滑膜６の膜厚を例えば０．２μｍ以下に適宜設定する。
【００４５】
ここで、（ａ）で用意した溶液を濃縮乾燥しただけの状態（流動性がある状態）と、（ａ）で用意した溶液をステンレス鋼板などの試料に付着して硬化した状態とについて、その性状を分析したので説明する。
【００４６】
前者は、ＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換−赤外分光、液膜法）で分析している。その結果は、図３のグラフに示すように、ふっ素系のピーク以外にＮＨ（３３００ｃｍ-1）、Ｎ＝Ｃ＝Ｏ（２２７９ｃｍ-1）、ＮＨＣ＝Ｏ（１７１２ｃｍ-1，１５４６ｃｍ-1）、ベンゼン（１６００ｃｍ-1）などのピークが見られ、ベンゼン環、ＮＨＣ＝Ｏ、イソシアネートが官能基として存在していることが確認できる。ここでは、薄膜と厚膜との場合についてそれぞれ調べているが、膜厚に関係なく分析が行えた。後者は、ＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換−赤外分光、高感度反射法）で分析している。その結果は、図４のグラフに示すように、ベンゼン環やＮＨＣ＝Ｏのピークが見られるが、イソシアネートのピークが見られない。つまり、これらの結果に基づき、上記化学式５〜８に示す硬化反応による官能基の化学構造変化が確認される。
【００４７】
以上説明した固体状の潤滑膜６は、それ自体が３次元の網状構造をもって、被覆対象上に緻密に被覆されるとともに自己潤滑性を有するため、優れた潤滑作用を上記実施例よりもさらに一層長期にわたって発揮できるようになり、内輪２の大鍔部２ａと円錐ころ４の大端面４ａとの直接的な接触を回避できるようになる。この他、固体状であるから、衝撃荷重に対し若干ながらも緩衝作用を発揮するので、耐衝撃性に優れるものとなる。
【００４８】
この実施例において、上記（ｃ）の硬化処理については、加熱に代えて、紫外線、赤外線、γ線、電子線などの電磁波（光）のエネルギーを利用することができる。また、（ｂ）の乾燥処理は、省略してもよい。
【００４９】
この固体状の潤滑膜６の場合、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素高分子化合物中に、フルオロポリエーテルなどの、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない含ふっ素重合体を流動可能に分散添加した構造とすることもできる。この場合、具体的に、上記形成方法の（ａ）の付着処理において、用意する溶液を、末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体〔例えば商品名フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOCなど）〕と、含ふっ素重合体として官能基なし含ふっ素重合体〔例えば商品名フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z-60など）〕とを所定の割合で混合したものとすればよい。この場合では、（ｃ）の硬化処理において、官能基なし含ふっ素重合体が、官能基付き含ふっ素重合体と結合しないので、これが、固体状の潤滑膜６の内部において流動可能となり、膜表面から滲み出るなどして潤滑作用を発揮することになる。  
【００５３】
【発明の効果】
本発明のころ軸受では、軌道輪の鍔部ところの端面との摺接部位に途切れなく介在して潤滑作用を発揮する潤滑膜を形成しているから、過大なアキシャル荷重が作用する状況でも、軌道輪の鍔部ところの端面との摺接部位の潤滑性が良好となり、回転トルクの増大や著しい摩耗の進行を回避できるようになる。
【００５４】
また、潤滑膜を、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素高分子化合物からなる固体状とする場合には、分子間が密に詰まった均質な構造であるので、潤滑作用が長期的に継続できるようになり、軌道輪の鍔部ところの端面との直接接触がより一層起こりにくくなる。しかも、この固体状の潤滑膜に、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない含ふっ素重合体を流動可能な状態で分散添加しているため、この末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない、流動可能な含ふっ素重合体が膜表面から滲み出て潤滑作用に寄与するので、潤滑性の一層の向上に貢献できる。
【００５５】
したがって、本発明のころ軸受を、例えば高予圧による過大なアキシャル荷重が作用するデファレンシャル装置の入出力軸の支持軸受として用いた場合に、動作の安定化に貢献できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかる円錐ころ軸受の縦断面図
【図２】固体状の潤滑膜の構造を模式的に表した構造図
【図３】固体状の潤滑膜の硬化前の状態での性状分析結果を示すグラフ
【図４】固体状の潤滑膜の硬化後の状態での性状分析結果を示すグラフ
【図５】一般的なデファレンシャル装置の構成を示す縦断面図
【符号の説明】
１      円錐ころ軸受
２      内輪
２ａ    内輪の大鍔部
３      外輪
４      円錐ころ
４ａ    円錐ころの大端面
５      保持器
６      潤滑膜
【図１】
0003773001.tif 000011
【図２】
0003773001.tif 000012
【図３】
0003773001.tif 000013
【図４】
0003773001.tif 000014
【図５】
0003773001.tif 000015