JP2004324854A - 転がり軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】高温かつ高速回転の過酷な条件下でも、焼き付き寿命を延長することができる保持器を備えた4点あるいは3点接触の転がり軸受を提供すること。
【解決手段】内輪軌道2aと外輪軌道1aの間に、全体が円環状に形成され、円周個所に設けたポケット5に玉3を転動自在に保持した保持器4を介在させた、樹脂製プーリに組み込まれる4点あるいは3点接触の転がり軸受であって、保持器4に使用される樹脂組成物を構成するベース樹脂は、ガラス繊維および/もしくはカーボン繊維を配合した、ポリアミド46、ポリフェニレンサルファイド(PPS)およびポリエーテルエーテルケトン(PEEK)のいずれかである。
【選択図】 図1
【解決手段】内輪軌道2aと外輪軌道1aの間に、全体が円環状に形成され、円周個所に設けたポケット5に玉3を転動自在に保持した保持器4を介在させた、樹脂製プーリに組み込まれる4点あるいは3点接触の転がり軸受であって、保持器4に使用される樹脂組成物を構成するベース樹脂は、ガラス繊維および/もしくはカーボン繊維を配合した、ポリアミド46、ポリフェニレンサルファイド(PPS)およびポリエーテルエーテルケトン(PEEK)のいずれかである。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン補機に使用されるテンショナプーリ、アイドラプーリやエンジンに駆動させるベルトと接触するカーエアコン用プーリ等の内、樹脂製のプーリに組み込まれる4点あるいは3点接触の転がり軸受に関し、特に、その保持器の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、自動車のエンジンの各種動力装置の回転個所、例えば、オルタネータ、カーエアコンコンプレッサ用プーリ、中間プーリ、電動ファンモータ、水ポンプ等の自動車電装部品やエンジン補機には、転がり軸受が使用されている。
【0003】
近年、省エネルギー及び環境問題の観点から、車両の低燃費化や高効率化が目標とされているため、自動車は小型軽量化を目的としたFF車が普及してきている。さらには、室内空間拡大の要望により、エンジンルーム空間の減少を余儀なくされ、上記転がり軸受が使用される電装部品・エンジン補機の小型化がより一層進められている。加えて、上述した各部品に対して一層の高性能、高出力化も求められている。
【0004】
しかし、小型化による出力の低下は避けられず、例えばオルタネータやカーエアコンコンプレッサ用プーリでは、高速化することで出力の低下分を補っており、それに伴ってアイドラプーリも同様に高速化が要求される。さらに、静粛化向上の要望によりエンジンルームの密閉化が進み、エンジンルーム内の高温化が促進されるため、前記各部品に使用される軸受にも高温に耐えることが要求される。また、駆動ベルトの高張力化により、軸受に加わる荷重も大きくなってきている。
【0005】
一般に、転がり軸受は、外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪とが互いに同心に配置され、この内輪軌道と外輪軌道との間に保持器により複数個の玉を転動自在に保持した構成である。この転がり軸受に使用されている保持器は、玉径より大きい直径を有する球面のポケットを複数個有している。
【0006】
オルタネータやカーエアコンコンプレッサ用プーリ等に使用される転がり軸受に組み込まれる保持器としては、金属製保持器やプラスチック保持器が考えられるが、自動車エンジンの電装・補機用軸受、例えば、電磁クラッチや中間プーリ等に用いられるものは高速で使用されるため、軽量であることやグリースの焼き付き性を考えて、金属保持器よりもプラスチック保持器が多用されている。
【0007】
このプラスチック保持器の材料としては、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンデレフタラート、フッ素樹脂等のいわゆるエンジニアリングプラスチックが、単体のままで、あるいはガラス繊維、炭素繊維等の短繊維を混入して強化した複合材の形態で使用されてきた。中でも、ポリアミドは、材料コストと性能のバランスが良いことから、プラスチック保持器の材料として多用され、一般的な環境条件では卓越した性能が確認されている。
【0008】
一方では、小型軽量化、コストダウン等の目的のため、電装部品・エンジン補機用プーリにおいて、鉄製プーリから樹脂製のプーリに置き換えられる場合がある。
【0009】
さらに、これらの電装部品・エンジン補機に組み込まれる転がり軸受には、小型軽量化、コストダウンの要求から、従来使用されている複列軸受から幅狭化の流れを受けて、単列軸受が使用されてきている。
【0010】
しかしながら、従来の転がり軸受が樹脂製プーリに組み込まれる場合、樹脂製プーリは鉄製プーリに比較して熱伝導性に劣るので、軸受温度が高温になり易いという問題点があった。従来の鉄製プーリであれば、回転により軸受部材が高温になったとしても、この熱が外輪から熱伝導性の良い鉄製プーリを通じてプーリの外周側に伝わって放熱されるが、樹脂製プーリでは、放熱性が低いため、熱伝導性のシールやグリースが早期に劣化して潤滑不良を起こし、軸受が焼き付くおそれがある。
【0011】
また、従来の複列軸受を単列軸受に置き換えるだけでは、剛性が低下して軸受の傾きが大きくなってしまうという問題点がある。このため、単列化するためには4点あるいは3点接触の転がり軸受を使用する必要がある。
【0012】
しかし、4点あるいは3点接触軸受では通常の単一の直径を有する円弧形状溝の転がり軸受に比べて、転動体と軌道輪との間の接触面で滑りが発生し易いため、必然的に発熱が大きくなって、軸受温度が上昇して高温化し、焼き付き寿命が低下するというおそれがあった。
【0013】
また、高温・高速化による焼き付き寿命の低下の一要因として、温度上昇によるグリースの劣化やシールリップの硬化による密閉性の低下以外にも、保持器の変形が考えられる。通常、冠型保持器は、転動体に案内されているので、外輪及び内輪に接触することはない。しかし、高速回転により保持器が強い遠心力を受けるようになると、保持器のポケットの爪部が遠心力により外側(外輪側)に開こうとする。これにより、最悪の場合は、外輪と接触したり、保持器背面がシール芯金部と接触したりして、異常発熱が起こり、焼き付きに至ってしまう。
【0014】
ここで、保持器材料の中で、ポリアミド(以下PAとも記す)として従来一般的に使用されているポリアミド6(ナイロン6)やポリアミド66(ナイロン66)は、環境温度が120℃以上での連続使用条件下や、極圧添加剤、添加油等の油類と常時あるいは間欠的に接触する条件下では、経時的に材料が劣化してしまい、市場で要求される性能を満たせなくなることがあると共に、耐熱性が不十分で、強度及び剛性が不足して回転時に変形し、軸受外輪と接触して保持器摩耗や軸受の焼き付きの原因となることがある。
【0015】
また、従来のポリアミド6(ナイロン6)やポリアミド66(ナイロン66)から成る保持器は、一定の強度を持たせるために、ガラス繊維を10重量%から30重量%程度配合したものが使用される場合が多いが、高温での強度を向上させるために、ガラス繊維を従来よりも多く配合すると、冠型保持器では組み込み性が低下する。
【0016】
このような背景から、近年、150℃を越えるような高温環境下で使用されるプラスチック保持器の材料としてポリエーテルスルホン(以下PESとも記す)、ポリエーテルイミド(以下PEIとも記す)、ポリアミドイミド(以下PAIとも記す)、ポリイミド(以下PIとも記す)等の、いわゆるスーパーエンジニアリングプラスチック樹脂が提案されている(例えば特許文献1参照)。
【0017】
しかし、これらの材料は、耐熱性や耐薬品性には優れているものの、保持器としては必要な適度な柔軟性に劣り、保持器の組み込み性に問題があるため、未だ汎用されるには至っていない。
【0018】
ところが、電装部品やエンジン補機に使用される転がり軸受の高温・高速回転の耐久性能に関する要望は高まる一方であり、特に、上記の如く、プーリが樹脂化されたことによる高温化と、4点あるいは3点接触軸受を使用することにより軸受の転動体と軌道輪との間の接触面で滑りが発生してさらに高温化するという2重の高温化の条件下において、転がり軸受の焼き付き寿命をさらに改善することが要求されている。
【0019】
【特許文献1】
特開平5−271678号公報
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来例の有する不都合を改善し、4点あるいは3点接触の転がり軸受を樹脂製プーリに使用するという2重の高温下環境で、高速回転というより過酷な条件下でも、軸受の焼き付き寿命を延長することができる保持器を備えた4点あるいは3点接触の転がり軸受を提供することを課題としている。
【0021】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明では、内輪軌道と外輪軌道の間に、全体が円環状に形成され、円周方向複数個所に設けたポケットに玉を転動自在に保持した保持器を介在させた、樹脂製プーリに組み込まれる4点あるいは3点接触の転がり軸受において、 前記保持器に使用される樹脂組成物を構成するベース樹脂は、所定量のガラス繊維および/もしくはカーボン繊維を配合した、ポリアミド46、ポリフェニレンサルファイド(以下PPSとも記す)およびポリエーテルエーテルケトン(以下PEEKとも記す)のいずれかであることを特徴とする。
請求項2によれば、前記転がり軸受において前記ベース樹脂はポリアミド46であり、ガラス繊維を20〜50重量%、又はカーボン繊維を10〜40重量%配合したことを特徴とする。
請求項3によれば、前記転がり軸受において前記ベース樹脂は直鎖状のポリフェニレンサルファイド(L−PPS)であり、これに20重量%以上40重量%未満のカーボン繊維を配合したことを特徴とする。
請求項4によれば前記ベース樹脂はポリエーテルエーテルケトン(PEEK)であり、これに20重量%以上40重量%未満のガラス繊維を配合したことを特徴とする。
【0022】
以上のように構成されたことで、保持器は、樹脂製プーリによる高温化と、4点あるいは3点接触の転がり軸受を使用することによる高温化という2重の高温化環境での高速回転という条件下においても、優れた耐熱性や耐油性を示すと共に十分な強度を保持できるため、軸受の焼き付き寿命を従来よりも延長することができる。また、この保持器は、良好な成形性や組み込み性をも兼ね備えている。
【0023】
【発明の実施の形態】
本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の第1実施形態を示す転がり軸受の冠型保持器の斜視図、図2は図1の冠型保持器を備えた4点あるいは3点接触の転がり軸受を示す斜視図である。
【0024】
図2において、本発明の4点あるいは3点接触軸受は、内輪軌道2aを外周面に有する内輪2と、外輪軌道1aを内周面に有する外輪1とが同心に配置され、この内輪軌道2aと外輪軌道1aの間に、全体が円環状に形成され、その円周方向複数個所に設けたポケット5にそれぞれ玉3を保持した樹脂製の保持器4を介在させた構成である。
【0025】
図3に示すように、内輪軌道2aと外輪軌道1aの、軸受軸線を含んで軸方向に切断した断面形状は、内外輪2,1の各軌道2a,1a共に、各玉3の直径Rの1/2よりも大きな曲率半径Ro,Riを有し、互いに中心が異なる一対の円弧13a,13b、及び円弧11a,11b同士を各軌道1,2面の中央Cで交差させた、いわゆるゴシックアーチ形状とされている。したがって、内輪軌道2はその断面形状が円弧11aと円弧11bの各軌道から成り、外輪軌道1はその断面形状が円弧13aと円弧13bの各軌道から成っている。
【0026】
内外輪2,1の各軌道2a,1aはこのような構成であるため、各軌道2a,1aと各玉5の転動面とは、それぞれ最大で2点ずつ、玉5毎に最大で4点ずつで転がり接触することになる。内輪2と外輪4の軸方向の両端周縁には、グリース等の潤滑剤を軸受内に封止するためのシール部材10が設けられている。
本実施形態では、内輪軌道2および外輪軌道1は双方とも断面ゴシックアーチ形状とされているが,内輪軌道2および外輪軌道1のいずれか一方を断面単一円弧形状にすれば各玉5との3点転がり接触が得られる.
【0027】
保持器4は、図1に示すように、冠型保持器と呼ばれるもので、円環状に形成された主部6の円周方向に等間隔で隔離した複数個所に、玉3(図2参照)を転動自在に保持するポケット5が設けられている。各ポケット5は軸受方向に開口しており、軸受軸方向の一方の側に周方向に連続する主部6の周方向に等間隔で配置され、軸受軸方向に延びる一対の弾性片である爪部7の片側面と、これと隣合う一対の爪部7の片側面との間に設けられた球面状の凹面部8と、から成っている。
内輪2と外輪1との相対回転に伴って、ポケット5に保持された玉3は主部6の中心軸と平行な転動中心軸を中心に転動する。
【0028】
保持器1のベース樹脂にはポリアミド46(ナイロン46:PA46)を使用しており、これはガラス繊維を25重量%配合した樹脂組成物である。
保持器1に使用される樹脂組成物を構成するベース樹脂は、この実施形態のポリアミド46に限らず、直鎖状のポリフェニレンサルファイド(L−PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)の何れかを用いることができる。
【0029】
このポリアミド46に関しては、保持器1の組み込み性を改良するために、エラストマ成分を配合することが好ましい。エラストマ成分として、例えば、エチレンプロピレンゴムが好適であり、その配合量は2〜10重量%の割合が好ましく、耐熱性や成形性を考えて特に2〜6重量%が好ましい。エラストマの配合量が多くなると、保持器1の組み込み性は向上するが、耐熱性、成形性に劣るようになる。
【0030】
また、保持器1に、良好な組み込み性と強度を持たせるために、上記ベース樹脂に所定量のガラス繊維、又はカーボン繊維を強化材として含有・分散させる。具体的には、ポリアミド46をベース樹脂とする場合には、ガラス繊維を20重量%以上50重量%未満、好ましくは20重量%から35重量%配合した樹脂組成物、又はカーボン繊維を10重量%以上40重量%未満、好ましくは20重量%から30重量%配合した樹脂組成物とする。
【0031】
また、L−PPSをベース樹脂とする場合には、カーボン繊維を20重量%以上40重量%未満、好ましくは20重量%から35重量%配合した樹脂組成物とする。また、PEEKをベース樹脂とする場合には、ガラス繊維を20重量%以上40重量%未満、好ましくは20重量%から35重量%配合した樹脂組成物、又はカーボン繊維を10重量%以上40重量%未満、好ましくは20重量%から30重量%配合した樹脂組成物とする。
【0032】
何れの樹脂組成物においても、ガラス繊維又はカーボン繊維の含有量が下限値を下回ると、高温・高速回転条件に必要な保持器1強度を満たさない可能性が有り、また、上限値を上回ると、保持器1への成形が困難になり、保持器1の組み込み性が悪くなるなる恐れがある。
また、ガラス繊維及びカーボン繊維の形状は特に制限されるものではないが、例えば繊維長50〜500μm、繊維径7〜14μmの短繊維のものが好ましい。
【0033】
尚、上記繊維組成物には、本発明の目的を損なわない範囲で、熱安定剤、固体潤滑剤、潤滑油、着色剤、帯電防止剤、離型剤、流動性改良剤、結晶化促進剤等を適宜添加しても良い。
【0034】
図4は高温・高速条件下(軸受温度200℃)における保持器の変形比較試験結果を示すグラフである。
従来のナイロン66(PA66)を使用した保持器と、この実施形態のナイロン46(PA46)、PPS、PEEKをそれぞれベース樹脂とする保持器とを、それぞれ4点接触軸受に組み込み、それらを樹脂プーリに挿入し、軸受温度200℃、回転速度12000r/min、ラジアル荷重2000Nの条件下で、軸受を20時間回転させ、試験前後でのポケットの倒れを測定した。
【0035】
図5は、このポケットの倒れを模式的に示した説明図である。図5は、保持器1のポケット背面から爪部4を望む断面図であり、ポケットの倒れとは、保持器1のポケット背面側において保持器4の主部6側(図1下側)から爪部7先端へ向かっての傾斜のことを示しており、同図(A)は傾斜していない状態、同図(B)は爪部7が外径側にeだけ傾斜した状態を示している。図4においては、内径側に傾斜しているものをプラス、図5(B)に示したように、外径側に傾斜しているものをマイナスとして表記している。そして、各棒グラフの左側が試験前の初期状態、右側が試験後の状態を示している。
【0036】
この試験結果から、ポリアミド46、L−PPS、PEEKをベース樹脂とした保持器では試験前後のポケットの倒れはあまり変化しないが、従来のPA66をベース樹脂とした保持器では、試験前は内径側に傾斜していたポケット8が、試験後は外径側に傾斜して外側に開いていることが分かる。
【0037】
図6は高温・高速条件下(軸受温度160℃)における保持器の変形比較試験結果を示すグラフである。
この試験結果から、従来のポリアミド66をベース樹脂とした保持器では試験前後でポケット8の内径側への倒れがやや小さくなっているものの、外側へ開く程度には至っていない。
【0038】
軸受温度が160℃の条件下では、本実施形態のPA46の保持器と従来のPA66の保持器とでは、ポリアミド66の変形量の方が大きく、その変形に若干の差がある程度であるが、図4に示したように、軸受温度200℃の高温条件になると、従来のPA66の保持器は、外径側に傾斜するまで変形したのに対して、PA46の保持器は、PA66に比較して変形の度合いがかなり小さい。したがって、PA46の保持器は、PA66の場合と比較して、耐熱性や強度に優れていることが分かる。
【0039】
図7は高温・高速条件下(軸受温度200℃)における保持器の耐久試験結果を示すグラフである。
従来のナイロン66(PA66)をベース樹脂とした保持器と、この実施形態のナイロン46(PA46)をベース樹脂とした保持器とを、それぞれ4点接触軸受に組み込み、それらを樹脂プーリに挿入し、軸受温度200℃、回転速度12000r/min、ラジアル荷重2000Nの条件下で耐久試験をそれぞれ2回実施した。
【0040】
図7から明らかなように、この実施形態の保持器は2回とも耐久時間が100hrsを越えている。その軸受内部を観察したところ、グリースが黒色に変化して硬化しており、典型的なグリース寿命による焼き付きが起きていた。一方、従来のPA66を用いた保持器では2回とも50hrs前後で焼き付きに至っている。その軸受内部を観察したところ、グリースは一部が黒色に変化しているものの茶褐色の部分も多く、硬化してはいなかった。加えて、保持器外周部には外輪と接触した痕跡が認められ、外輪との接触による異常発熱が原因となって焼き付きに至ったと考えられる。
【0041】
図8は高温・高速条件下(軸受温度160℃)における、保持器の耐久試験結果を示すグラフである。
軸受温度を160℃とし、他は図6と同様の条件で耐久試験を実施した。同図から明らかなように、従来のPA66をベース樹脂とした保持器を組み込んだ軸受は、この実施形態の軸受と略同様の寿命を有しており、焼き付きに至る過程も同様にグリース寿命によるものであった。
【0042】
このように、軸受温度が160℃の条件下では、本実施形態のPA46の保持器と従来のPA66の保持器とでは、耐久時間にあまり差がないが、軸受温度200℃のより高温の条件下では、本実施形態のPA46の保持器は、従来のPA66の保持器よりも、耐久時間(焼き付き寿命)を2倍以上に延長できることが分かる。
【0043】
以上の変形及び耐久試験結果から、この実施形態のPA46をベース樹脂とした保持器は、優れた耐熱性や耐久性を有すると共に、高温条件下で十分な強度を有していることが分かる。したがって、より高温・高速回転の条件下で、軸受の焼き付き寿命を従来よりもかなり延長することができる。
また、この実施形態の保持器は、そのベース樹脂に、エラストマ成分、ガラス繊維、及びカーボン繊維を添加して、適度な柔軟性やスナップヒット性等の優れた機械的特性を有するようにしたので、必要な強度を持ちながら、良好な成形性や組み込み性をも兼ね備えている。
【0044】
図9は本実施形態の保持器を有する4点接触転がり軸受を斜板式可変容量型コンプレッサのプーリ用回転支持装置に適用した例を示す断面図である。
同図において、ケーシング20の端部に形成した支持筒部25の周囲に、転がり軸受21を介して回転自在に支持した樹脂製の従動プーリ23と回転軸24とを、トルクチューブとして機能する緩衝材22を介して回転力伝達自在に結合している。この緩衝材22の作用により、従動プーリ23の反回転方向に過大なトルクが加わらない限りプーリ23の回転力が回転軸24に伝達される。この構成のため、本適用例では電磁クラッチは設けられていない。
【0045】
次に、本発明の第2実施形態の4点接触の転がり軸受について説明する。
本第2実施形態においては、内輪軌道1および外輪軌道3は双方とも断面ゴシックアーチ形状とされているが,内輪軌道1および外輪軌道3のいずれか一方を断面単一円弧形状にすれば各玉5との3点転がり接触が得られる.
【0046】
第2実施形態では、図10に示すように、冠型保持器のうちアキシアル円筒ポケット保持器と呼ばれるものを用いている点が、第1実施の形態とは異なり、保持器以外の構造は第1実施形態と同じであり、図2は共通である。第2実施形態において、保持器4は、プラスチック製で、円環状に形成された主部6の円周方向に等間隔で離隔した複数個所に、玉3を転動自在に保持するポケット5が設けられている。
【0047】
各ポケット5は軸受軸方向に開口しており、図11にも示すように、軸受軸方向の一方の側に周方向に連続する主部6の周方向に等間隔で配置され、軸受軸方向に延びる一対の弾性片である爪部7の片側面と隣り合う一対の弾性片である爪部7の片側面との間に設けられた球状の凹面部13と、軸受軸方向と平行に延びる一対のアキシアル円筒面18とから画成されている。これらアキシアル円筒面18は、ポケット5のそれぞれに、これを画成する内面の一部としてポケット開口部に向かう部分に設けられており、ポケット5に保持された玉3の転動中心軸αを中心軸としている。したがって、転がり玉軸受を構成する内輪2と外輪1との相対回転に伴ってポケット5に保持された玉3は、主部6の中心軸と平行な転動中心軸αを中心に転動する。各ポケット5に一対ずつ配設したアキシアル円筒面18はこの転動中心軸αを中心軸とした仮想の円筒形の面上に位置する構成である。
【0048】
さらに、アキシアル円筒面18の両端部それぞれに連続する部分で、ポケット5の開口部を構成する一対の爪部7の各内周面は、それぞれが球状凹面部13と同心、あるいは転動中心軸α上で球状凹面部13の中心点と別の点を中心とする第二の球状凹面部19とされている。これら第二の球状凹面部19は、ポケット5に保持した玉3の走行部分が一対のアキシアル円筒面18から外れることがないように、一対のアキシアル円筒面18の長さ及び形状を規制するものである。このため、例えば、球状凹面部13と第二の球状凹面部19とを、玉3の転動面の曲率半径よりもはるかに大きな曲率半径とし、その中心を上記転動中心軸α上に位置させている。
【0049】
上記のように構成された保持器4は、ポケット5の内面と玉3の転動面との間の隙間にグリース等の潤滑剤を、必要量だけ取り込むことができる。その理由について以下に説明する。
内輪2と外輪1との相対回転時に、玉3は上記転動中心軸αを中心に転動する。図12に示すように、玉3の走行部分、即ち、玉3の転動に伴って転動面が外輪軌道1a及び内輪軌道2aと当接する部分は、玉3の中心点を通り、転動中心軸αに対して直交する平面に沿った玉3の外周面上に存在する(図中、略斜線部3aで示す)。
【0050】
このため、アキシアル円筒面18に対応する部分において、ポケット5に保持した玉3の転動面とこれら各アキシアル円筒面18との距離Lは、前記走行部分3aに対応する部分で小さく、この走行部分3aから離れる程大きくなる。ポケット5の側端縁18a(図11参照)と転動面との距離についても同様である。これにより、玉3の転動面に付着した潤滑剤の内、前記走行部分3aに付着した潤滑剤の多くの部分は、ポケット5の側端縁18aで掻き取られる。したがって、玉3の転動面と外輪軌道1a及び内輪軌道2aとの間に過剰の潤滑剤が存在することを防止できる。
【0051】
これに対して、ポケット5に保持された玉3の転動面と各アキシアル円筒面18との距離Lは、前記走行部分3aから離れるにしたがって大きくなるので、玉3の転動面の内、前記走行部分3aから離れた部分に付着した潤滑剤の多くは、ポケット5の側端縁18aで掻き取られることなく、このポケット5内、特に、アキシアル円筒面18両端の球状凹面部13や第二の球状凹面部19との境目部分近傍に取り込まれる。このようにして、ポケット5内に必要量だけ取り込まれた潤滑剤は、玉3の転動面とポケット5の内面との潤滑性を向上させる。
【0052】
このような構成と作用を有する転がり軸受を、実際に本発明者が実施した例について説明する。上記構成の転がり軸受と、従来の球状凹面部のみで形成されたポケットを有する保持器の転がり軸受とを、軸受温度が150℃、回転速度10000(r/min)の条件下で、500時間連続で回転使用した後、2つの転がり軸受の保持器のポケット内面でのグリース付着状態を比較してみた。
【0053】
従来の転がり軸受のポケット内面ではグリースの付着が少なく、玉を手で回してみると摩擦感があって滑らかさがなくなっていた。一方、本実施形態の転がり軸受のポケット8内面には、グリースの付着量が比較的多く、玉を手で回した感じも滑らかで良好であった。
【0054】
図13は本発明の第3実施形態のアキシアルポケット形の冠型保持器104の部分を示す斜視図であり、図14は当該部分の断面と玉との関係を示す概略的部分断面図である。第3実施形態において、保持器のみが第1および第2実施形態のものと異なり、内輪および外輪ついての構成は第1実施形態のものと同じであるため,本第3実施形態において、内輪および外輪ついての図示および説明を省略し保持器のみについて、図13および図14を参照して説明する。
図13に示す保持器104は、プラスチック製の冠型保持器であり、円環状に形成された主部106の円周方向に等間隔で離隔した複数個所に、玉3を転動自在に保持するポケット105が設けられている。
【0055】
各ポケット105は軸受軸方向に開口しており、図13にも示すように、軸受軸方向の一方の側に周方向に連続する主部106の周方向に等間隔で配置され、軸受軸方向先端に延びる一対の弾性爪片107の片側面と隣り合う一対の弾性爪片107の片側面との間に設けられたポケット底面となる平坦底面113と、平坦底面113から軸受軸方向と平行に延びる一対のアキシアル円筒面118と、一対のアキシアル円筒面118から弾性爪片107先端にかつポケットを閉じる方向に延びる球面部119とから画成されている。一対のアキシアル円筒面118の径は玉3の直径よりわずかに大きく、また球面部119の径はアキシアル円筒面118の径よりも大きくされている。
【0056】
ポケット105内に組み込まれた玉3は、図14に示す如く、弾性爪片107の内側の球面部119および平坦な底面113とに接触保持されている。本実施形態において、軸受が回転するとき、玉3は弾性爪片112の内側の球面部119および平坦な底面113により、保持されかつ案内され、そして同時に動き量も抑制される。玉表面の周速の大きな円筒面118ではグリースの掻き取りが抑制されグリースは十分に保持される。これらの作用により、保持器と玉との衝突による保持器音や異常発熱は抑制され、かつ長寿命の軸受を得ることができる。
【0057】
図15は本発明の第4実施形態のアキシアル円筒ポケット形冠型保持器204の部分を示す斜視図であり、図16は当該部分の断面と玉3との関係を示す概略的部分断面図である。第4実施形態において、保持器204のみが第1実施形態のものと異なり、内輪および外輪ついての構成は第1実施形態のものと同じであるため,本第3実施形態においても、内輪および外輪ついての図示および説明を省略し保持器204のみについて、図15および図16を参照して説明する。
図15に示す保持器204は、プラスチック製の冠型保持器であり、円環状に形成された主部206の円周方向に等間隔で離隔した複数個所に、玉3(図15では省略)を転動自在に保持するポケット205が設けられている。
【0058】
各ポケット205は軸受軸方向に開口しており、図15にも示すように、軸受軸方向の一方の側に周方向に連続する主部206の周方向に等間隔で配置され、軸受軸方向先端に延びる一対の弾性爪片207の片側面と隣り合う一対の弾性爪片207の片側面との間に設けられたポケット底面となる平坦な底面213aと、平坦な底面213aに続く球面部213bを介して軸受軸方向と平行に延びるアキシアル円筒面218と、アキシアル円筒面218から弾性爪片207先端にかつポケットを閉じる方向に延びる球面部219とから画成されている。一対のアキシアル円筒面218の径は玉3の直径よりわずかに大きく、また球面部213bおよび219の径はアキシアル円筒面118の径よりも大きくされている。
【0059】
ポケット205内に組み込まれた玉3は、図16に示す如く、弾性爪片207の内側の球面部219および平坦な底面213aとに接触保持されている。本実施形態のおいて、軸受が回転するとき、玉3は弾性片207の内側の球面部219および平坦な底面213aにより、保持されかつ案内され、そして同時に動き量も抑制される。玉表面の周速が大きな円筒面218ではグリースの掻き取りが抑制されグリースは十分に保持され、これらの作用により、保持器と玉との衝突により保持器音や異常発熱は抑制され、かつ長寿命の軸受を得ることができる。
【0060】
さらに本実施の形態においては、平坦な底部213aとアキシアル円筒面218との間に球面部213bを形成したことにより、保持器204の剛性が強化されると共に、アキシアルドロー方式による保持器製造の際に爪部207の開きや折れが防止されるという効果がある。これらの作用により、保持器音は抑制され、かつ長寿命の軸受を得ることができる。
【0061】
このような構造において、転がり軸受として、本発明の保持器を有する4点接触あるいは3点接触の転がり軸受を採用すれば、上述したような作用・効果を得ることができる。
【0062】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、樹脂製プーリに組み込まれる4点あるいは3点接触の転がり軸受の保持器に使用される樹脂組成物を構成するベース樹脂は、樹脂製プーリによる高温化と、4点あるいは3点接触の転がり軸受を使用することによる高温化という2重の高温化環境での高速回転というより過酷な条件下においても、軸受の焼き付き寿命を従来より大幅に延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示す転がり軸受の冠型保持器の斜視図である。
【図2】図1の冠型保持器を有する4点あるいは3点接触の転がり軸受を示す斜視図である。
【図3】図2の4点接触の転がり軸受を示す軸方向の断面図である。
【図4】高温・高速条件下(軸受温度200℃)における保持器の変形比較試験結果を示すグラフである。
【図5】ポケットの倒れを模式的に示した説明図である。
【図6】高温・高速条件下(軸受温度160℃)における保持器の変形比較試験結果を示すグラフである。
【図7】高温・高速条件下(軸受温度200℃)における保持器の耐久試験結果を示すグラフである。
【図8】高温・高速条件下(軸受温度160℃)における保持器の耐久試験結果を示すグラフである。
【図9】本発明の第1実施形態において使用される保持器を有する4点接触の転がり軸受をプーリ用回転支持装置に適用した例を示す断面図である。
【図10】本発明の第2実施形態に使用される冠型保持器を示す斜視図である。
【図11】図10の保持器を示す部分拡大斜視図である。
【図12】図10のポケットと玉の位置関係を示す図である。
【図13】本発明の第3実施形態において使用される保持器の部分を示す斜視図である。
【図14】図13に示す保持器部分の断面と玉との関係を示す概略的部分断面図である。
【図15】本発明の第4実施形態において使用される保持器の部分を示す斜視図である。
【図16】図15に示す保持器部分の断面と玉との関係を示す概略的部分断面図である。
【符号の説明】
1 外輪
2 内輪
3 玉
4,104 保持器
5,105,205 ポケット
6,106,206 主部
7,107,207 爪部
8,13 球状凹面部
18,118,218 アキシアル円筒面
113,213 平坦底面
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン補機に使用されるテンショナプーリ、アイドラプーリやエンジンに駆動させるベルトと接触するカーエアコン用プーリ等の内、樹脂製のプーリに組み込まれる4点あるいは3点接触の転がり軸受に関し、特に、その保持器の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、自動車のエンジンの各種動力装置の回転個所、例えば、オルタネータ、カーエアコンコンプレッサ用プーリ、中間プーリ、電動ファンモータ、水ポンプ等の自動車電装部品やエンジン補機には、転がり軸受が使用されている。
【0003】
近年、省エネルギー及び環境問題の観点から、車両の低燃費化や高効率化が目標とされているため、自動車は小型軽量化を目的としたFF車が普及してきている。さらには、室内空間拡大の要望により、エンジンルーム空間の減少を余儀なくされ、上記転がり軸受が使用される電装部品・エンジン補機の小型化がより一層進められている。加えて、上述した各部品に対して一層の高性能、高出力化も求められている。
【0004】
しかし、小型化による出力の低下は避けられず、例えばオルタネータやカーエアコンコンプレッサ用プーリでは、高速化することで出力の低下分を補っており、それに伴ってアイドラプーリも同様に高速化が要求される。さらに、静粛化向上の要望によりエンジンルームの密閉化が進み、エンジンルーム内の高温化が促進されるため、前記各部品に使用される軸受にも高温に耐えることが要求される。また、駆動ベルトの高張力化により、軸受に加わる荷重も大きくなってきている。
【0005】
一般に、転がり軸受は、外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪とが互いに同心に配置され、この内輪軌道と外輪軌道との間に保持器により複数個の玉を転動自在に保持した構成である。この転がり軸受に使用されている保持器は、玉径より大きい直径を有する球面のポケットを複数個有している。
【0006】
オルタネータやカーエアコンコンプレッサ用プーリ等に使用される転がり軸受に組み込まれる保持器としては、金属製保持器やプラスチック保持器が考えられるが、自動車エンジンの電装・補機用軸受、例えば、電磁クラッチや中間プーリ等に用いられるものは高速で使用されるため、軽量であることやグリースの焼き付き性を考えて、金属保持器よりもプラスチック保持器が多用されている。
【0007】
このプラスチック保持器の材料としては、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンデレフタラート、フッ素樹脂等のいわゆるエンジニアリングプラスチックが、単体のままで、あるいはガラス繊維、炭素繊維等の短繊維を混入して強化した複合材の形態で使用されてきた。中でも、ポリアミドは、材料コストと性能のバランスが良いことから、プラスチック保持器の材料として多用され、一般的な環境条件では卓越した性能が確認されている。
【0008】
一方では、小型軽量化、コストダウン等の目的のため、電装部品・エンジン補機用プーリにおいて、鉄製プーリから樹脂製のプーリに置き換えられる場合がある。
【0009】
さらに、これらの電装部品・エンジン補機に組み込まれる転がり軸受には、小型軽量化、コストダウンの要求から、従来使用されている複列軸受から幅狭化の流れを受けて、単列軸受が使用されてきている。
【0010】
しかしながら、従来の転がり軸受が樹脂製プーリに組み込まれる場合、樹脂製プーリは鉄製プーリに比較して熱伝導性に劣るので、軸受温度が高温になり易いという問題点があった。従来の鉄製プーリであれば、回転により軸受部材が高温になったとしても、この熱が外輪から熱伝導性の良い鉄製プーリを通じてプーリの外周側に伝わって放熱されるが、樹脂製プーリでは、放熱性が低いため、熱伝導性のシールやグリースが早期に劣化して潤滑不良を起こし、軸受が焼き付くおそれがある。
【0011】
また、従来の複列軸受を単列軸受に置き換えるだけでは、剛性が低下して軸受の傾きが大きくなってしまうという問題点がある。このため、単列化するためには4点あるいは3点接触の転がり軸受を使用する必要がある。
【0012】
しかし、4点あるいは3点接触軸受では通常の単一の直径を有する円弧形状溝の転がり軸受に比べて、転動体と軌道輪との間の接触面で滑りが発生し易いため、必然的に発熱が大きくなって、軸受温度が上昇して高温化し、焼き付き寿命が低下するというおそれがあった。
【0013】
また、高温・高速化による焼き付き寿命の低下の一要因として、温度上昇によるグリースの劣化やシールリップの硬化による密閉性の低下以外にも、保持器の変形が考えられる。通常、冠型保持器は、転動体に案内されているので、外輪及び内輪に接触することはない。しかし、高速回転により保持器が強い遠心力を受けるようになると、保持器のポケットの爪部が遠心力により外側(外輪側)に開こうとする。これにより、最悪の場合は、外輪と接触したり、保持器背面がシール芯金部と接触したりして、異常発熱が起こり、焼き付きに至ってしまう。
【0014】
ここで、保持器材料の中で、ポリアミド(以下PAとも記す)として従来一般的に使用されているポリアミド6(ナイロン6)やポリアミド66(ナイロン66)は、環境温度が120℃以上での連続使用条件下や、極圧添加剤、添加油等の油類と常時あるいは間欠的に接触する条件下では、経時的に材料が劣化してしまい、市場で要求される性能を満たせなくなることがあると共に、耐熱性が不十分で、強度及び剛性が不足して回転時に変形し、軸受外輪と接触して保持器摩耗や軸受の焼き付きの原因となることがある。
【0015】
また、従来のポリアミド6(ナイロン6)やポリアミド66(ナイロン66)から成る保持器は、一定の強度を持たせるために、ガラス繊維を10重量%から30重量%程度配合したものが使用される場合が多いが、高温での強度を向上させるために、ガラス繊維を従来よりも多く配合すると、冠型保持器では組み込み性が低下する。
【0016】
このような背景から、近年、150℃を越えるような高温環境下で使用されるプラスチック保持器の材料としてポリエーテルスルホン(以下PESとも記す)、ポリエーテルイミド(以下PEIとも記す)、ポリアミドイミド(以下PAIとも記す)、ポリイミド(以下PIとも記す)等の、いわゆるスーパーエンジニアリングプラスチック樹脂が提案されている(例えば特許文献1参照)。
【0017】
しかし、これらの材料は、耐熱性や耐薬品性には優れているものの、保持器としては必要な適度な柔軟性に劣り、保持器の組み込み性に問題があるため、未だ汎用されるには至っていない。
【0018】
ところが、電装部品やエンジン補機に使用される転がり軸受の高温・高速回転の耐久性能に関する要望は高まる一方であり、特に、上記の如く、プーリが樹脂化されたことによる高温化と、4点あるいは3点接触軸受を使用することにより軸受の転動体と軌道輪との間の接触面で滑りが発生してさらに高温化するという2重の高温化の条件下において、転がり軸受の焼き付き寿命をさらに改善することが要求されている。
【0019】
【特許文献1】
特開平5−271678号公報
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来例の有する不都合を改善し、4点あるいは3点接触の転がり軸受を樹脂製プーリに使用するという2重の高温下環境で、高速回転というより過酷な条件下でも、軸受の焼き付き寿命を延長することができる保持器を備えた4点あるいは3点接触の転がり軸受を提供することを課題としている。
【0021】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明では、内輪軌道と外輪軌道の間に、全体が円環状に形成され、円周方向複数個所に設けたポケットに玉を転動自在に保持した保持器を介在させた、樹脂製プーリに組み込まれる4点あるいは3点接触の転がり軸受において、 前記保持器に使用される樹脂組成物を構成するベース樹脂は、所定量のガラス繊維および/もしくはカーボン繊維を配合した、ポリアミド46、ポリフェニレンサルファイド(以下PPSとも記す)およびポリエーテルエーテルケトン(以下PEEKとも記す)のいずれかであることを特徴とする。
請求項2によれば、前記転がり軸受において前記ベース樹脂はポリアミド46であり、ガラス繊維を20〜50重量%、又はカーボン繊維を10〜40重量%配合したことを特徴とする。
請求項3によれば、前記転がり軸受において前記ベース樹脂は直鎖状のポリフェニレンサルファイド(L−PPS)であり、これに20重量%以上40重量%未満のカーボン繊維を配合したことを特徴とする。
請求項4によれば前記ベース樹脂はポリエーテルエーテルケトン(PEEK)であり、これに20重量%以上40重量%未満のガラス繊維を配合したことを特徴とする。
【0022】
以上のように構成されたことで、保持器は、樹脂製プーリによる高温化と、4点あるいは3点接触の転がり軸受を使用することによる高温化という2重の高温化環境での高速回転という条件下においても、優れた耐熱性や耐油性を示すと共に十分な強度を保持できるため、軸受の焼き付き寿命を従来よりも延長することができる。また、この保持器は、良好な成形性や組み込み性をも兼ね備えている。
【0023】
【発明の実施の形態】
本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の第1実施形態を示す転がり軸受の冠型保持器の斜視図、図2は図1の冠型保持器を備えた4点あるいは3点接触の転がり軸受を示す斜視図である。
【0024】
図2において、本発明の4点あるいは3点接触軸受は、内輪軌道2aを外周面に有する内輪2と、外輪軌道1aを内周面に有する外輪1とが同心に配置され、この内輪軌道2aと外輪軌道1aの間に、全体が円環状に形成され、その円周方向複数個所に設けたポケット5にそれぞれ玉3を保持した樹脂製の保持器4を介在させた構成である。
【0025】
図3に示すように、内輪軌道2aと外輪軌道1aの、軸受軸線を含んで軸方向に切断した断面形状は、内外輪2,1の各軌道2a,1a共に、各玉3の直径Rの1/2よりも大きな曲率半径Ro,Riを有し、互いに中心が異なる一対の円弧13a,13b、及び円弧11a,11b同士を各軌道1,2面の中央Cで交差させた、いわゆるゴシックアーチ形状とされている。したがって、内輪軌道2はその断面形状が円弧11aと円弧11bの各軌道から成り、外輪軌道1はその断面形状が円弧13aと円弧13bの各軌道から成っている。
【0026】
内外輪2,1の各軌道2a,1aはこのような構成であるため、各軌道2a,1aと各玉5の転動面とは、それぞれ最大で2点ずつ、玉5毎に最大で4点ずつで転がり接触することになる。内輪2と外輪4の軸方向の両端周縁には、グリース等の潤滑剤を軸受内に封止するためのシール部材10が設けられている。
本実施形態では、内輪軌道2および外輪軌道1は双方とも断面ゴシックアーチ形状とされているが,内輪軌道2および外輪軌道1のいずれか一方を断面単一円弧形状にすれば各玉5との3点転がり接触が得られる.
【0027】
保持器4は、図1に示すように、冠型保持器と呼ばれるもので、円環状に形成された主部6の円周方向に等間隔で隔離した複数個所に、玉3(図2参照)を転動自在に保持するポケット5が設けられている。各ポケット5は軸受方向に開口しており、軸受軸方向の一方の側に周方向に連続する主部6の周方向に等間隔で配置され、軸受軸方向に延びる一対の弾性片である爪部7の片側面と、これと隣合う一対の爪部7の片側面との間に設けられた球面状の凹面部8と、から成っている。
内輪2と外輪1との相対回転に伴って、ポケット5に保持された玉3は主部6の中心軸と平行な転動中心軸を中心に転動する。
【0028】
保持器1のベース樹脂にはポリアミド46(ナイロン46:PA46)を使用しており、これはガラス繊維を25重量%配合した樹脂組成物である。
保持器1に使用される樹脂組成物を構成するベース樹脂は、この実施形態のポリアミド46に限らず、直鎖状のポリフェニレンサルファイド(L−PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)の何れかを用いることができる。
【0029】
このポリアミド46に関しては、保持器1の組み込み性を改良するために、エラストマ成分を配合することが好ましい。エラストマ成分として、例えば、エチレンプロピレンゴムが好適であり、その配合量は2〜10重量%の割合が好ましく、耐熱性や成形性を考えて特に2〜6重量%が好ましい。エラストマの配合量が多くなると、保持器1の組み込み性は向上するが、耐熱性、成形性に劣るようになる。
【0030】
また、保持器1に、良好な組み込み性と強度を持たせるために、上記ベース樹脂に所定量のガラス繊維、又はカーボン繊維を強化材として含有・分散させる。具体的には、ポリアミド46をベース樹脂とする場合には、ガラス繊維を20重量%以上50重量%未満、好ましくは20重量%から35重量%配合した樹脂組成物、又はカーボン繊維を10重量%以上40重量%未満、好ましくは20重量%から30重量%配合した樹脂組成物とする。
【0031】
また、L−PPSをベース樹脂とする場合には、カーボン繊維を20重量%以上40重量%未満、好ましくは20重量%から35重量%配合した樹脂組成物とする。また、PEEKをベース樹脂とする場合には、ガラス繊維を20重量%以上40重量%未満、好ましくは20重量%から35重量%配合した樹脂組成物、又はカーボン繊維を10重量%以上40重量%未満、好ましくは20重量%から30重量%配合した樹脂組成物とする。
【0032】
何れの樹脂組成物においても、ガラス繊維又はカーボン繊維の含有量が下限値を下回ると、高温・高速回転条件に必要な保持器1強度を満たさない可能性が有り、また、上限値を上回ると、保持器1への成形が困難になり、保持器1の組み込み性が悪くなるなる恐れがある。
また、ガラス繊維及びカーボン繊維の形状は特に制限されるものではないが、例えば繊維長50〜500μm、繊維径7〜14μmの短繊維のものが好ましい。
【0033】
尚、上記繊維組成物には、本発明の目的を損なわない範囲で、熱安定剤、固体潤滑剤、潤滑油、着色剤、帯電防止剤、離型剤、流動性改良剤、結晶化促進剤等を適宜添加しても良い。
【0034】
図4は高温・高速条件下(軸受温度200℃)における保持器の変形比較試験結果を示すグラフである。
従来のナイロン66(PA66)を使用した保持器と、この実施形態のナイロン46(PA46)、PPS、PEEKをそれぞれベース樹脂とする保持器とを、それぞれ4点接触軸受に組み込み、それらを樹脂プーリに挿入し、軸受温度200℃、回転速度12000r/min、ラジアル荷重2000Nの条件下で、軸受を20時間回転させ、試験前後でのポケットの倒れを測定した。
【0035】
図5は、このポケットの倒れを模式的に示した説明図である。図5は、保持器1のポケット背面から爪部4を望む断面図であり、ポケットの倒れとは、保持器1のポケット背面側において保持器4の主部6側(図1下側)から爪部7先端へ向かっての傾斜のことを示しており、同図(A)は傾斜していない状態、同図(B)は爪部7が外径側にeだけ傾斜した状態を示している。図4においては、内径側に傾斜しているものをプラス、図5(B)に示したように、外径側に傾斜しているものをマイナスとして表記している。そして、各棒グラフの左側が試験前の初期状態、右側が試験後の状態を示している。
【0036】
この試験結果から、ポリアミド46、L−PPS、PEEKをベース樹脂とした保持器では試験前後のポケットの倒れはあまり変化しないが、従来のPA66をベース樹脂とした保持器では、試験前は内径側に傾斜していたポケット8が、試験後は外径側に傾斜して外側に開いていることが分かる。
【0037】
図6は高温・高速条件下(軸受温度160℃)における保持器の変形比較試験結果を示すグラフである。
この試験結果から、従来のポリアミド66をベース樹脂とした保持器では試験前後でポケット8の内径側への倒れがやや小さくなっているものの、外側へ開く程度には至っていない。
【0038】
軸受温度が160℃の条件下では、本実施形態のPA46の保持器と従来のPA66の保持器とでは、ポリアミド66の変形量の方が大きく、その変形に若干の差がある程度であるが、図4に示したように、軸受温度200℃の高温条件になると、従来のPA66の保持器は、外径側に傾斜するまで変形したのに対して、PA46の保持器は、PA66に比較して変形の度合いがかなり小さい。したがって、PA46の保持器は、PA66の場合と比較して、耐熱性や強度に優れていることが分かる。
【0039】
図7は高温・高速条件下(軸受温度200℃)における保持器の耐久試験結果を示すグラフである。
従来のナイロン66(PA66)をベース樹脂とした保持器と、この実施形態のナイロン46(PA46)をベース樹脂とした保持器とを、それぞれ4点接触軸受に組み込み、それらを樹脂プーリに挿入し、軸受温度200℃、回転速度12000r/min、ラジアル荷重2000Nの条件下で耐久試験をそれぞれ2回実施した。
【0040】
図7から明らかなように、この実施形態の保持器は2回とも耐久時間が100hrsを越えている。その軸受内部を観察したところ、グリースが黒色に変化して硬化しており、典型的なグリース寿命による焼き付きが起きていた。一方、従来のPA66を用いた保持器では2回とも50hrs前後で焼き付きに至っている。その軸受内部を観察したところ、グリースは一部が黒色に変化しているものの茶褐色の部分も多く、硬化してはいなかった。加えて、保持器外周部には外輪と接触した痕跡が認められ、外輪との接触による異常発熱が原因となって焼き付きに至ったと考えられる。
【0041】
図8は高温・高速条件下(軸受温度160℃)における、保持器の耐久試験結果を示すグラフである。
軸受温度を160℃とし、他は図6と同様の条件で耐久試験を実施した。同図から明らかなように、従来のPA66をベース樹脂とした保持器を組み込んだ軸受は、この実施形態の軸受と略同様の寿命を有しており、焼き付きに至る過程も同様にグリース寿命によるものであった。
【0042】
このように、軸受温度が160℃の条件下では、本実施形態のPA46の保持器と従来のPA66の保持器とでは、耐久時間にあまり差がないが、軸受温度200℃のより高温の条件下では、本実施形態のPA46の保持器は、従来のPA66の保持器よりも、耐久時間(焼き付き寿命)を2倍以上に延長できることが分かる。
【0043】
以上の変形及び耐久試験結果から、この実施形態のPA46をベース樹脂とした保持器は、優れた耐熱性や耐久性を有すると共に、高温条件下で十分な強度を有していることが分かる。したがって、より高温・高速回転の条件下で、軸受の焼き付き寿命を従来よりもかなり延長することができる。
また、この実施形態の保持器は、そのベース樹脂に、エラストマ成分、ガラス繊維、及びカーボン繊維を添加して、適度な柔軟性やスナップヒット性等の優れた機械的特性を有するようにしたので、必要な強度を持ちながら、良好な成形性や組み込み性をも兼ね備えている。
【0044】
図9は本実施形態の保持器を有する4点接触転がり軸受を斜板式可変容量型コンプレッサのプーリ用回転支持装置に適用した例を示す断面図である。
同図において、ケーシング20の端部に形成した支持筒部25の周囲に、転がり軸受21を介して回転自在に支持した樹脂製の従動プーリ23と回転軸24とを、トルクチューブとして機能する緩衝材22を介して回転力伝達自在に結合している。この緩衝材22の作用により、従動プーリ23の反回転方向に過大なトルクが加わらない限りプーリ23の回転力が回転軸24に伝達される。この構成のため、本適用例では電磁クラッチは設けられていない。
【0045】
次に、本発明の第2実施形態の4点接触の転がり軸受について説明する。
本第2実施形態においては、内輪軌道1および外輪軌道3は双方とも断面ゴシックアーチ形状とされているが,内輪軌道1および外輪軌道3のいずれか一方を断面単一円弧形状にすれば各玉5との3点転がり接触が得られる.
【0046】
第2実施形態では、図10に示すように、冠型保持器のうちアキシアル円筒ポケット保持器と呼ばれるものを用いている点が、第1実施の形態とは異なり、保持器以外の構造は第1実施形態と同じであり、図2は共通である。第2実施形態において、保持器4は、プラスチック製で、円環状に形成された主部6の円周方向に等間隔で離隔した複数個所に、玉3を転動自在に保持するポケット5が設けられている。
【0047】
各ポケット5は軸受軸方向に開口しており、図11にも示すように、軸受軸方向の一方の側に周方向に連続する主部6の周方向に等間隔で配置され、軸受軸方向に延びる一対の弾性片である爪部7の片側面と隣り合う一対の弾性片である爪部7の片側面との間に設けられた球状の凹面部13と、軸受軸方向と平行に延びる一対のアキシアル円筒面18とから画成されている。これらアキシアル円筒面18は、ポケット5のそれぞれに、これを画成する内面の一部としてポケット開口部に向かう部分に設けられており、ポケット5に保持された玉3の転動中心軸αを中心軸としている。したがって、転がり玉軸受を構成する内輪2と外輪1との相対回転に伴ってポケット5に保持された玉3は、主部6の中心軸と平行な転動中心軸αを中心に転動する。各ポケット5に一対ずつ配設したアキシアル円筒面18はこの転動中心軸αを中心軸とした仮想の円筒形の面上に位置する構成である。
【0048】
さらに、アキシアル円筒面18の両端部それぞれに連続する部分で、ポケット5の開口部を構成する一対の爪部7の各内周面は、それぞれが球状凹面部13と同心、あるいは転動中心軸α上で球状凹面部13の中心点と別の点を中心とする第二の球状凹面部19とされている。これら第二の球状凹面部19は、ポケット5に保持した玉3の走行部分が一対のアキシアル円筒面18から外れることがないように、一対のアキシアル円筒面18の長さ及び形状を規制するものである。このため、例えば、球状凹面部13と第二の球状凹面部19とを、玉3の転動面の曲率半径よりもはるかに大きな曲率半径とし、その中心を上記転動中心軸α上に位置させている。
【0049】
上記のように構成された保持器4は、ポケット5の内面と玉3の転動面との間の隙間にグリース等の潤滑剤を、必要量だけ取り込むことができる。その理由について以下に説明する。
内輪2と外輪1との相対回転時に、玉3は上記転動中心軸αを中心に転動する。図12に示すように、玉3の走行部分、即ち、玉3の転動に伴って転動面が外輪軌道1a及び内輪軌道2aと当接する部分は、玉3の中心点を通り、転動中心軸αに対して直交する平面に沿った玉3の外周面上に存在する(図中、略斜線部3aで示す)。
【0050】
このため、アキシアル円筒面18に対応する部分において、ポケット5に保持した玉3の転動面とこれら各アキシアル円筒面18との距離Lは、前記走行部分3aに対応する部分で小さく、この走行部分3aから離れる程大きくなる。ポケット5の側端縁18a(図11参照)と転動面との距離についても同様である。これにより、玉3の転動面に付着した潤滑剤の内、前記走行部分3aに付着した潤滑剤の多くの部分は、ポケット5の側端縁18aで掻き取られる。したがって、玉3の転動面と外輪軌道1a及び内輪軌道2aとの間に過剰の潤滑剤が存在することを防止できる。
【0051】
これに対して、ポケット5に保持された玉3の転動面と各アキシアル円筒面18との距離Lは、前記走行部分3aから離れるにしたがって大きくなるので、玉3の転動面の内、前記走行部分3aから離れた部分に付着した潤滑剤の多くは、ポケット5の側端縁18aで掻き取られることなく、このポケット5内、特に、アキシアル円筒面18両端の球状凹面部13や第二の球状凹面部19との境目部分近傍に取り込まれる。このようにして、ポケット5内に必要量だけ取り込まれた潤滑剤は、玉3の転動面とポケット5の内面との潤滑性を向上させる。
【0052】
このような構成と作用を有する転がり軸受を、実際に本発明者が実施した例について説明する。上記構成の転がり軸受と、従来の球状凹面部のみで形成されたポケットを有する保持器の転がり軸受とを、軸受温度が150℃、回転速度10000(r/min)の条件下で、500時間連続で回転使用した後、2つの転がり軸受の保持器のポケット内面でのグリース付着状態を比較してみた。
【0053】
従来の転がり軸受のポケット内面ではグリースの付着が少なく、玉を手で回してみると摩擦感があって滑らかさがなくなっていた。一方、本実施形態の転がり軸受のポケット8内面には、グリースの付着量が比較的多く、玉を手で回した感じも滑らかで良好であった。
【0054】
図13は本発明の第3実施形態のアキシアルポケット形の冠型保持器104の部分を示す斜視図であり、図14は当該部分の断面と玉との関係を示す概略的部分断面図である。第3実施形態において、保持器のみが第1および第2実施形態のものと異なり、内輪および外輪ついての構成は第1実施形態のものと同じであるため,本第3実施形態において、内輪および外輪ついての図示および説明を省略し保持器のみについて、図13および図14を参照して説明する。
図13に示す保持器104は、プラスチック製の冠型保持器であり、円環状に形成された主部106の円周方向に等間隔で離隔した複数個所に、玉3を転動自在に保持するポケット105が設けられている。
【0055】
各ポケット105は軸受軸方向に開口しており、図13にも示すように、軸受軸方向の一方の側に周方向に連続する主部106の周方向に等間隔で配置され、軸受軸方向先端に延びる一対の弾性爪片107の片側面と隣り合う一対の弾性爪片107の片側面との間に設けられたポケット底面となる平坦底面113と、平坦底面113から軸受軸方向と平行に延びる一対のアキシアル円筒面118と、一対のアキシアル円筒面118から弾性爪片107先端にかつポケットを閉じる方向に延びる球面部119とから画成されている。一対のアキシアル円筒面118の径は玉3の直径よりわずかに大きく、また球面部119の径はアキシアル円筒面118の径よりも大きくされている。
【0056】
ポケット105内に組み込まれた玉3は、図14に示す如く、弾性爪片107の内側の球面部119および平坦な底面113とに接触保持されている。本実施形態において、軸受が回転するとき、玉3は弾性爪片112の内側の球面部119および平坦な底面113により、保持されかつ案内され、そして同時に動き量も抑制される。玉表面の周速の大きな円筒面118ではグリースの掻き取りが抑制されグリースは十分に保持される。これらの作用により、保持器と玉との衝突による保持器音や異常発熱は抑制され、かつ長寿命の軸受を得ることができる。
【0057】
図15は本発明の第4実施形態のアキシアル円筒ポケット形冠型保持器204の部分を示す斜視図であり、図16は当該部分の断面と玉3との関係を示す概略的部分断面図である。第4実施形態において、保持器204のみが第1実施形態のものと異なり、内輪および外輪ついての構成は第1実施形態のものと同じであるため,本第3実施形態においても、内輪および外輪ついての図示および説明を省略し保持器204のみについて、図15および図16を参照して説明する。
図15に示す保持器204は、プラスチック製の冠型保持器であり、円環状に形成された主部206の円周方向に等間隔で離隔した複数個所に、玉3(図15では省略)を転動自在に保持するポケット205が設けられている。
【0058】
各ポケット205は軸受軸方向に開口しており、図15にも示すように、軸受軸方向の一方の側に周方向に連続する主部206の周方向に等間隔で配置され、軸受軸方向先端に延びる一対の弾性爪片207の片側面と隣り合う一対の弾性爪片207の片側面との間に設けられたポケット底面となる平坦な底面213aと、平坦な底面213aに続く球面部213bを介して軸受軸方向と平行に延びるアキシアル円筒面218と、アキシアル円筒面218から弾性爪片207先端にかつポケットを閉じる方向に延びる球面部219とから画成されている。一対のアキシアル円筒面218の径は玉3の直径よりわずかに大きく、また球面部213bおよび219の径はアキシアル円筒面118の径よりも大きくされている。
【0059】
ポケット205内に組み込まれた玉3は、図16に示す如く、弾性爪片207の内側の球面部219および平坦な底面213aとに接触保持されている。本実施形態のおいて、軸受が回転するとき、玉3は弾性片207の内側の球面部219および平坦な底面213aにより、保持されかつ案内され、そして同時に動き量も抑制される。玉表面の周速が大きな円筒面218ではグリースの掻き取りが抑制されグリースは十分に保持され、これらの作用により、保持器と玉との衝突により保持器音や異常発熱は抑制され、かつ長寿命の軸受を得ることができる。
【0060】
さらに本実施の形態においては、平坦な底部213aとアキシアル円筒面218との間に球面部213bを形成したことにより、保持器204の剛性が強化されると共に、アキシアルドロー方式による保持器製造の際に爪部207の開きや折れが防止されるという効果がある。これらの作用により、保持器音は抑制され、かつ長寿命の軸受を得ることができる。
【0061】
このような構造において、転がり軸受として、本発明の保持器を有する4点接触あるいは3点接触の転がり軸受を採用すれば、上述したような作用・効果を得ることができる。
【0062】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、樹脂製プーリに組み込まれる4点あるいは3点接触の転がり軸受の保持器に使用される樹脂組成物を構成するベース樹脂は、樹脂製プーリによる高温化と、4点あるいは3点接触の転がり軸受を使用することによる高温化という2重の高温化環境での高速回転というより過酷な条件下においても、軸受の焼き付き寿命を従来より大幅に延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示す転がり軸受の冠型保持器の斜視図である。
【図2】図1の冠型保持器を有する4点あるいは3点接触の転がり軸受を示す斜視図である。
【図3】図2の4点接触の転がり軸受を示す軸方向の断面図である。
【図4】高温・高速条件下(軸受温度200℃)における保持器の変形比較試験結果を示すグラフである。
【図5】ポケットの倒れを模式的に示した説明図である。
【図6】高温・高速条件下(軸受温度160℃)における保持器の変形比較試験結果を示すグラフである。
【図7】高温・高速条件下(軸受温度200℃)における保持器の耐久試験結果を示すグラフである。
【図8】高温・高速条件下(軸受温度160℃)における保持器の耐久試験結果を示すグラフである。
【図9】本発明の第1実施形態において使用される保持器を有する4点接触の転がり軸受をプーリ用回転支持装置に適用した例を示す断面図である。
【図10】本発明の第2実施形態に使用される冠型保持器を示す斜視図である。
【図11】図10の保持器を示す部分拡大斜視図である。
【図12】図10のポケットと玉の位置関係を示す図である。
【図13】本発明の第3実施形態において使用される保持器の部分を示す斜視図である。
【図14】図13に示す保持器部分の断面と玉との関係を示す概略的部分断面図である。
【図15】本発明の第4実施形態において使用される保持器の部分を示す斜視図である。
【図16】図15に示す保持器部分の断面と玉との関係を示す概略的部分断面図である。
【符号の説明】
1 外輪
2 内輪
3 玉
4,104 保持器
5,105,205 ポケット
6,106,206 主部
7,107,207 爪部
8,13 球状凹面部
18,118,218 アキシアル円筒面
113,213 平坦底面
Claims (4)
- 内輪軌道と外輪軌道の間に、全体が円環状に形成され、円周方向複数個所に設けたポケットに玉を転動自在に保持した保持器を介在させた、樹脂製プーリに組み込まれる4点あるいは3点接触の転がり軸受において、
前記保持器に使用される樹脂組成物を構成するベース樹脂は、所定量のガラス繊維および/もしくはカーボン繊維を配合した、ポリアミド46、ポリフェニレンサルファイド(PPS)およびポリエーテルエーテルケトン(PEEK)のいずれかであることを特徴とする転がり軸受。 - 前記ベース樹脂はポリアミド46であり、ガラス繊維を20〜50重量%、又はカーボン繊維を10〜40重量%配合したことを特徴とする請求項1に記載の転がり軸受。
- 前記ベース樹脂は直鎖状のポリフェニレンサルファイド(L−PPS)であり、これに20重量%以上40重量%未満のカーボン繊維を配合したことを特徴とする請求項1に記載の転がり軸受。
- 前記ベース樹脂はポリエーテルエーテルケトン(PEEK)であり、これに20重量%以上40重量%未満のガラス繊維を配合したことを特徴とする請求項1に記載の転がり軸受。
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