JP2003343590A - クリープ防止軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １００℃を超えるような高温の使用条件にお
いてもクリープを確実に防止できるクリープ防止軸受と
することである。 【解決手段】 軸受の外径面に周方向に延びる溝４を形
成し、この溝４に嵌まる樹脂製の帯状スペーサ５を軸径
方向に所定厚さに設けたクリープ防止軸受において、吸
水率（ＡＳＴＭ Ｄ570）が１％以下の低吸水性樹脂で
もって前記の帯状スペーサ５の軸径方向の厚さｄを下記
の数３の式を満足する厚さに設けたクリープ防止軸受と
する。 【数３】 （式中、ｄは帯状スペーサの軸径方向の厚さ［ｍｍ］、
Ｄは軸受外径、ΔＴは室温より高い想定使用温度と基準
温度（室温）との差［℃］、αは樹脂層の線膨張係数
［１／℃］、βは軸受材の線膨張係数［１／℃］、γは
軸箱材の線膨張係数［１／℃］を示す。）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、軸受の外径面に
樹脂製の帯状スペーサを付設したクリープ防止軸受及び
その設計方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】装置の軽量化のために、軸受を保持する
軸箱（ハウジング）も軽量化する必要が生じ、例えばア
ルミニウム合金製の軸箱に鋼製の転がり軸受を保持する
構造が採用されている。

【０００３】軸受外輪と異なる金属で軸箱を形成する
と、高温の環境で使用された場合に、軸受材と軸箱材と
の間にそれらの熱膨張率の差によって隙間が形成され、
軸受は軸箱からの固定支持力を失って軸の回転方向に相
対的な「ずれ」を起こし、いわゆる「クリープ」と呼ば
れる現象を起こす場合がある。

【０００４】このような「クリープ」が進行すると、軸
箱や外径面に微小振幅の往復摩擦による異常摩耗（いわ
ゆるフレッチング）が起こり、これが頻繁に起これば軸
受の固定的な支持が不充分になる。

【０００５】そして、クリープを防止するために、従来
のクリープ防止軸受には、軸受の外輪の外径面に樹脂製
の帯状スペーサが取り付けられていた。

【０００６】特開平７−６０５５６号公報には、軸受の
外輪の外径面にナイロン６、ナイロン１１、ナイロン４
６、ナイロン６６製の帯状スペーサが付設されたクリー
プ防止転がり軸受が記載されている。

【０００７】特開平６−１５９３７５号公報には、軸受
の外輪の外径面に帯状スペーサが付設されたクリープ防
止転がり軸受として、帯状スペーサの材料にポリエーテ
ルサルフォンを採用すると、吸水率が小さくなり、この
樹脂は非晶性であるために結晶化による収縮等の影響も
少ない旨の記載がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
のクリープ防止転がり軸受では、軸箱、軸受外輪、スペ
ーサの材質や大きさについて多くの組み合わせがあり、
各条件においてクリープを確実に防止できるように樹脂
製の帯状スペーサを設けるためには煩雑な実験的手法な
ど必要とする。

【０００９】例えば、所定の予想使用温度で確実にクリ
ープを防止できる軸受であっても、予想を越えた温度条
件でクリープを防止させるためには、スペーサの厚みを
どの程度増やせばよいか、軸受外輪または軸箱の材質を
軽量化や耐熱性その他の条件に合わせて変更した場合、
スペーサの厚みをどの程度変更すればよいかなどについ
て充分な信頼性があるように設定する必要があるが、試
行を重ねることなく設計することは困難であった。

【００１０】また、高温で使用されるグリースには、基
油としてエステル油が配合されている場合があるが、エ
ステル油は合成樹脂の強度を劣化させることがあり、特
にクリープ防止軸受の外輪と軸箱の間に設けられる樹脂
製の帯状スペーサ用樹脂として好ましい耐熱性や寸法安
定性を有しているポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）樹
脂組成物を劣化させ、クラックを発生させやすくすると
いう問題点がある。

【００１１】そこで、この発明の課題は、上記した問題
点を解決して、クリープ防止軸受の外輪と軸箱の間に設
けられる樹脂製の帯状スペーサが、１００℃を超えるよ
うな高温の使用条件においても確実に所定寸法に膨張し
て適正な厚みになり、クリープを確実に防止できる軸受
にすることである。

【００１２】また、クリープ防止軸受の外輪と軸箱の間
に設けられる樹脂製の帯状スペーサの耐薬品性を高め、
特に耐エステル油性に優れ、帯状スペーサのクラック防
止性に優れたクリープ防止軸受とすることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明においては、軸受の外径面に周方向に延
びる溝を形成し、この溝に嵌まる樹脂製の帯状スペーサ
を軸径方向に所定厚さに設けたクリープ防止軸受におい
て、前記の帯状スペーサの軸径方向の厚さｄを下記の数
２の式を満足する厚さに設けたことを特徴とするクリー
プ防止軸受としたのである。

【００１４】

【数２】

【００１５】（式中、ｄはスペーサの軸径方向の厚さ
［ｍｍ］、Ｄは軸受外径、ΔＴは室温より高い想定使用
温度と基準温度（室温）との差［℃］、αは樹脂層の線
膨張係数［１／℃］、βは軸受材の線膨張係数［１／
℃］、γは軸箱材の線膨張係数［１／℃］を示す。） 上記したように構成されるこの発明のクリープ防止軸受
は、上記数２の式にしたがってスペーサの厚みを、軸受
の外径、樹脂種ごとに異なる熱膨張率、軸受材および軸
箱材の熱膨張率に対応させた所定の厚みに設けることに
より、ΔＴだけ温度上昇したときに増加する溝内の容積
より、樹脂の膨張する容積が大きくなり、確実に径の寸
法が増大してクリープを防止できるものになる。

【００１６】また、帯状スペーサを形成する樹脂として
は、吸水率（ＡＳＴＭ Ｄ570）が１％以下の低吸水性
樹脂を採用することが好ましく、この場合は高温の使用
条件においても確実にクリープを防止できる優れたクリ
ープ防止転がり軸受になる。

【００１７】また、帯状スペーサを形成する樹脂が、結
晶性樹脂である上記構成のクリープ防止転がり軸受とす
れば、耐薬品性および耐油性に優れた帯状スペーサを備
えたクリープ防止転がり軸受になり、軸受から漏れ出た
グリースにエステル油が含まれていても、或いは防錆剤
として樹脂に対して化学的に攻撃性の高い（ケミカルア
タック性の高い）物質を用いても、帯状スペーサが侵さ
れにくく、クラックの発生し難いクリープ防止転がり軸
受になる。

【００１８】さらにまた、帯状スペーサを形成する樹脂
が、ガラス転移温度１００℃以上の可及的に高いガラス
転移温度の樹脂である上記構成のクリープ防止転がり軸
受とすることが好ましい。ガラス転移温度を超えない使
用条件では、樹脂は塑性変形ではなく、弾性力で軸箱に
摩擦係合できるから確実にクリープを防止する。帯状ス
ペーサを形成する樹脂が、ガラス転移温度１００℃未満
では、１００℃以上の高温使用条件においてクリープ防
止性を確実に発揮することができない。

【００１９】上記した課題を解決し、確実にクリープを
防止できるクリープ防止軸受を設計するために、軸受の
外径面に周方向に延びる溝を形成し、この溝に嵌まる樹
脂製の帯状スペーサを軸径方向に所定厚さに設けるクリ
ープ防止軸受の設計方法において、前記の帯状スペーサ
は、軸径方向の厚さｄを前記の数２の式を満足するよう
に設計することを特徴としたクリープ防止軸受の設計方
法を採用することもできる。

【００２０】

【発明の実施の形態】この発明の実施形態を以下に添付
図面に基づいて説明する。

【００２１】図１に示すように、実施形態のクリープ防
止軸受は、軸受鋼製の内輪１、外輪２、転動体３を備え
ると共に軟鋼や樹脂等で形成された保持器（図示せ
ず。）を具備し、外輪２の外径面を周回する溝（周溝）
４を形成し、この溝４に樹脂製のリング型の帯状スペー
サ５を軸径方向に所定厚さdとなるよう射出成型によっ
て設けている。

【００２２】作製されたクリープ防止軸受の軸箱６への
取り付けは、アルミニウム合金などの金属製軸箱６内
に、軸受を挿入し、その際に軸箱６と外輪２の間に帯状
スペーサ５の径方向の弾性力が働くように、軸箱６の壁
面に帯状スペーサ５の外周面を圧接させて摩擦係合力に
よって固定する。

【００２３】溝４は、軸受の外輪２の外径面に１列以上
に機械切削加工するか、または外輪の成型と同時に成形
してもよく、その際に帯状スペーサ５の厚さとほぼ同じ
深さに形成している。そして、外輪２の外径面から帯状
スペーサ５の外径面が僅かに突出するか、または同一平
面を形成するように調整する。また、溝４は、周方向に
連続するいわゆる周溝に形成してもよく、または不連続
状な周溝に形成することもできる。

【００２４】そして、帯状スペーサ５を溝４内に射出成
型するか、または別途形成したものを嵌め入れた際、帯
状スペーサ５の径方向の厚さのうち９０％以上を溝４内
に収めることが好ましい。なぜなら、帯状スペーサ５を
溝４内に収める深さが径方向の厚さの９０％未満では、
加熱されたときに帯状スペーサ５の体積増加分が軸受の
軸方向に膨張して直径方向の嵌め合い隙間の調整が充分
に行われない場合があると予想されるからである。

【００２５】図１に示すように、帯状スペーサ５は、溝
４に嵌め合い可能な形状と大きさで任意の幅に１列に設
けてもよく、図２に示すように２列以上の複数列の帯状
スペーサ７に設けることもできる。

【００２６】好ましい溝形としては、内壁面の表面積を
大きくなるように、または化学的または物理的な表面処
理で底面や側面が粗くなるように、もしくは密着力を高
めて円周方向の位置ずれを防止できる形状である。

【００２７】例えば図３に示す溝４は、底面の片側隅に
沿って線状の膨出部４ａを形成し、この部分に帯状スペ
ーサ５（図１）を食い込ませて溝４との係合面積を大き
くし、これにより軸の回りに帯状スペーサ５の「ずれ動
き（クリープ）」を防止している。

【００２８】このような形態に設けられる帯状スペーサ
の材質は、吸水率（ＡＳＴＭ Ｄ570）が１％以下の低
吸水性樹脂を採用することが好ましい。

【００２９】また、樹脂製の帯状スペーサは、ＡＳＴＭ
Ｔ５７０（厚さ３ｍｍの試験片を２３℃の水中で２４
時間浸漬した際）で１％以下の測定値を示す樹脂で形成
することが、使用雰囲気の湿度に対する寸法変動がな
く、軸箱への「嵌め合い」が安定するので好ましく、一
方、吸水率が１％を超えて大きい樹脂では加熱された際
に内部に含まれていた水分が蒸発して収縮し、本来のク
リープ性を充分に発揮できなくなる。

【００３０】吸水率（ＡＳＴＭ Ｄ570）が１％以下の
低吸水率の樹脂の具体例としては、１１ナイロン、１２
ナイロン、ポリアセタール樹脂、ＰＢＴ樹脂、６Ｔナイ
ロン、９Ｔナイロン、エチレン−テトラフルオロエチレ
ン共重合体（ＥＴＦＥ）、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共重合体（ＰＦＡ）
が挙げられる。これらのうち、２種以上の樹脂を混合し
た樹脂組成物を用いて帯状スペーサを形成しても良い。
特に、９Ｔナイロン（ナイロン９Ｔとも呼ばれる。）を
用いることにより、１５０℃という高温雰囲気中での軸
受の連続使用が可能になる。

【００３１】因みに、９Ｔナイロンは、重合体の繰り返
し単位が炭素数９のジアミンであるノナンジアミンとテ
レフタル酸とで構成された結晶性樹脂であり、結晶化速
度早く、ガラス転移温度は１２６℃と高くて１００℃以
上の高温（ガラス転移点以下）でも変形し難い樹脂であ
る。９Ｔナイロンの市販品の例としては、クラレ社製の
ジェネスタが挙げられる。

【００３２】低吸水性樹脂としては、周知の添加剤を添
加してもよく、例えばガラス繊維、炭素繊維、チタン酸
カリウムウイスカなどの繊維状充填剤、黒鉛、炭酸カル
シウムなどの粒子状充填剤を配合してもよく、またさら
に線膨張係数を大きくするためにポリエチレンやエラス
トマーを配合することも好ましいことである。

【００３３】樹脂製の帯状スペーサの成形方法として
は、別途、長尺状に成形したものを溝の長さに合わせて
適当に裁断するか、または外輪を金型に嵌め、溶融した
樹脂を溝内に射出成形するという方法を採用すれば生産
性がよい。帯状スペーサの径方向の所定厚さは、成型金
型の寸法を調整し、成形後に機械的に切削加工して寸法
を調整することもできる。さらに、寸法安定化のために
アニール処理を行なうことも好ましいことである。

【００３４】この発明におけるクリープ防止軸受の機構
は、いわゆる形式を特に限定したものではなく、転がり
軸受である場合の転動体の種類が玉、コロ（針状コロの
場合も含む。）、円錐コロなどであるもの、その他に周
知形式の軸受機構であってよく、また転動体を有しない
滑り軸受であってもよい。

【００３５】以上のようなクリープ防止軸受とすること
により、自動車電装品に用いる軸受として、エンジンル
ーム周辺で使用される場合にもエンジン効率の向上に伴
う温度上昇に耐える耐熱性に優れた軸受とすることがで
きる。

【００３６】

【実施例および比較例】実施例および比較例で用いた帯
状スペーサの樹脂材料を以下に列挙する。なお、［ ］
は以下の表中に示した略称であり、Ｔｇはガラス転移温
度を示す。 ９Ｔナイロン［ＰＡ９Ｔ］（クラレ社製：ジェネス
タ、Ｔｇ＝１２６℃） １１ナイロン［ＰＡ１１］（アトフィナ・ジャパン
社製：Rilsan BMN） ポリアセタール樹脂［ＰＯＭ］（ポリプラスチック
ス社製：ジュラコンM90-02） ４６ナイロン［ＰＡ４６］（DSM JSRエンプラ社
製：Stany KS300、Ｔｇ＝７８℃） ６６ナイロン［ＰＡ６６］（東レ社製：CM3001N、
Ｔｇ＝６６℃） 〔実施例１〜３、比較例１〜４〕外径４０ｍｍ、内径１
７ｍｍ、幅１２ｍｍの深溝玉軸受（材料の軸受鋼の線膨
張係数は１．１８×１０^-5／℃）の外径面に２ｍｍ幅の
周溝を２ｍｍ間隔で２本形成した。

【００３７】次に、この軸受の外輪外周を覆うように金
型を嵌め、表１に示す樹脂を溶融すると共に金型内に射
出して、リング型の帯状スペーサ（２ｍｍの幅で外径４
０．０４ｍｍ）を、同表に示す軸径方向の厚さ（ｍｍ）
となるように複合射出成型した。

【００３８】次いで、このように射出成型された帯状ス
ペーサは、それが軸受の外径面から２０μｍだけ突出す
るように切削および研磨加工した。なお、寸法は、いず
れも２３℃（基準温度）で計測した値を示している。

【００３９】以上のようにして得られた試験軸受を以下
の試験ａ，ｂに供した。この試験では各帯状スペーサの
吸水率（ＡＳＴＭ Ｔ570測定値（％））を調べ、線膨
張係数と、これから算出される１００℃と１８０℃での
軸径方向の厚さ（ｍｍ）を表１中に併記した。

【００４０】

【表１】

【００４１】（ａ） クリープ試験 図４に示す円筒状の軸箱８（内径４０．４０〜４０．５
０ｍｍ）を作製し、大径部から挿入した試験軸受Ａを図
示したように平面状の基台９に立てて軸受Ａ上面に１
９．６Ｎの荷重（負荷Ｇ）を負荷した。この状態で１０
０℃または１８０℃に設定した電気炉に２４時間収容
し、その後、常温に戻した場合の軸受の位置を調べ、そ
の結果は初期位置から全くずれていない（○印）、ずれ
た（△印）、最下部まで落下した（×印）の三段階に評
価し、これを表２中に括弧内の記号で示した。

【００４２】（ｂ） 乾燥による寸法変化試験 試験軸受を８０℃で８時間乾燥処理し、この乾燥処理の
前後の帯状スペーサ（リング状）の外径寸法を計測し、
その結果を表２中に示した。

【００４３】

【表２】

【００４４】表１、２の結果からも明らかなように、吸
水率が１％より大きい樹脂を用いた比較例３、４は、寸
法変化率が非常に大きく、特に比較例３は乾燥後に帯状
スペーサの外径が軸受外輪外径より小さくなり、正確に
寸法変化量を測定することができなかった。また、帯状
スペーサの厚みを計算値ｄより小さく形成した比較例
１，２では何れの温度条件でも軸受にクリープが生じ
た。

【００４５】これに対して吸水率が１％未満の樹脂を採
用した実施例１〜３は、いずれも寸法変化量が小さく、
実用上の使用に耐えるものであり、１００℃の放置試験
での軸箱内での軸受の位置ずれがなかった。また、９Ｔ
ナイロンを用いた実施例１の軸受は、高温での１００℃
試験ばかりでなく、１８０℃試験でもクリープを防止で
きた。

【００４６】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように、軸受
の外径面に周方向に延びる溝に嵌まる帯状スペーサを軸
径方向に所定厚さに設けたクリープ防止軸受としたの
で、使用により温度上昇したときに膨張により確実に径
が増大し、特に１００℃を超えるような高温の使用条件
においてもクリープを確実に防止できるクリープ防止軸
受になるという利点がある。

【００４７】また、帯状スペーサを形成する樹脂とし
て、吸水率１％以下の低吸水性樹脂を採用することによ
り、乾燥による収縮が少なく、高温の使用条件において
確実にクリープを防止できるクリープ防止転がり軸受に
なる。

【００４８】また、帯状スペーサを形成する樹脂が、結
晶性樹脂である上記構成のクリープ防止転がり軸受とす
れば、耐薬品性およびエステル油などに対する耐油性に
優れた帯状スペーサを備えたクリープ防止転がり軸受に
なる。

【００４９】さらにまた、帯状スペーサを形成する樹脂
が、ガラス転移温度１００℃以上のものは、ガラス転移
温度を超えない使用条件で確実にクリープを防止する転
がり軸受になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態のクリープ防止軸受の要部を示す
径方向断面図

【図２】第２実施形態のクリープ防止軸受の要部を示す
径方向断面図

【図３】第２実施形態のクリープ防止軸受の外輪の要部
を示す径方向拡大断面図

【図４】クリープ試験方法を説明する軸箱と軸受の径方
向断面図

【符号の説明】

１ 内輪 ２ 外輪 ３ 転動体 ４ 溝 ５、７ 帯状スペーサ ６、８ 軸箱 ９ 基台 Ａ 試験軸受 Ｇ 負荷

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸受の外径面に周方向に延びる溝を形成
   し、この溝に嵌まる樹脂製の帯状スペーサを軸径方向に
   所定厚さに設けたクリープ防止軸受において、前記の帯
   状スペーサの軸径方向の厚さｄを下記の数１の式を満足
   する厚さに設けたことを特徴とするクリープ防止軸受。 【数１】 （式中、ｄは帯状スペーサの軸径方向の厚さ［ｍｍ］、
   Ｄは軸受外径、ΔＴは室温より高い想定使用温度と基準
   温度（室温）との差［℃］、αは樹脂層の線膨張係数
   ［１／℃］、βは軸受材の線膨張係数［１／℃］、γは
   軸箱材の線膨張係数［１／℃］を示す。）
2. 【請求項２】 帯状スペーサを形成する樹脂が、吸水率
   （ＡＳＴＭ Ｄ570）が１％以下の低吸水性樹脂である
   請求項１記載のクリープ防止転がり軸受。
3. 【請求項３】 帯状スペーサを形成する樹脂が、結晶性
   樹脂である請求項１または２に記載のクリープ防止転が
   り軸受。
4. 【請求項４】 帯状スペーサを形成する樹脂が、ガラス
   転移温度１００℃以上の樹脂を採用した請求項１〜３の
   いずれかに記載のクリープ防止転がり軸受。