JP2008215419A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】堰を設けない密封部材を有する転がり軸受において、振動が発生する環境下および高速回転条件下でも、潤滑剤の漏れや密封部材の下部に潤滑剤が滞留すること等がなく、かつ長期間にわたって潤滑性能を維持できる転がり軸受を提供する。
【解決手段】内輪２と、外輪３と、これら内外輪間に配置された複数の転動体４と、この転動体４を保持する保持器５と、内輪２および外輪３の両端面からコの字型の断面形状で突出し、軸受両端部を密封する密封部材６とを備えてなる転がり軸受１であって、上記密封部材６の内部空間に、潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、該樹脂成分を発泡・硬化して多孔質化した固形物である多孔性固形潤滑剤７を封入してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は転がり軸受、特に鉄道車両に用いられ軌道輪に絶縁層を有する主電動機用軸受に関する。

鉄道車両に用いられる主電動機用軸受では、従来シールなしの軸受が使用されており、軸受の両サイドにグリースポケットを有する構造をとってきた。この構造では、グリース等の潤滑剤と軸受との距離があるため、しばしば潤滑不良によるトラブルが発生している。そこで、潤滑剤と軸受との距離を縮めるために、グリースポケットを兼ねた密封シール（密封部材）付の絶縁軸受が開発されている（特許文献１参照）。ただし、このような密封シール付絶縁軸受では、振動が発生する環境下においては、グリースがシールから漏れてしまったり、軸受回転時の温度上昇などによって、グリースの粘度が低下すると密封シール内のグリースがシール下部に偏るという問題がある。

この問題への対応として、密封シール内に堰を設けた構造が知られている（特許文献２参照）。特許文献２に記載されている円筒ころ軸受１１は、図４に示すように、内輪１２と、外輪１３と、内輪１２および外輪１３の間に配置された円筒ころ１４と、円筒ころ１４の間隔を保持する保持器１５と、内輪１２および外輪１３の両端面から突出する密封シール１６とを備え、外輪１３の外径面および両端面は絶縁材料１３ａで覆われている。また、密封シール１６内のグリースを均等に保持するために、密封シール１６の内壁面から突出する堰１７により、密封シール内を複数の分割領域に区切っている。これによりグリースがシール下部に偏ることを防止できる。

しかしながら、上記の密封シールは複数の独立した分割領域を有するので、分割領域毎にグリースの注入口を設けてグリースを封入する必要があり、グリース封入に要する作業工数が大幅に増大するという問題がある。また、堰を持つことで、密封シールの構造が複雑になり、シールの成型コストがアップしてしまうという問題がある。また、運転時の振動等により密封シール内のグリースが軸受内部に過剰に流入すると、撹拌抵抗が増大し、急激な温度上昇を招くおそれがある。
特開２００３−１３９７１号公報 特開２００４−３４６９７２号公報

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、堰を設けない密封部材を有する転がり軸受において、振動が発生する環境下および高速回転条件下でも、潤滑剤の漏れや密封部材の下部に潤滑剤が滞留すること等がなく、かつ長期間にわたって潤滑性能を維持できる転がり軸受を提供することを目的とする。

本発明の転がり軸受は、内輪と、外輪と、これら内外輪間に配置された複数の転動体と、この転動体を保持する保持器と、上記内輪および上記外輪の両端面からコの字型の断面形状で突出し、軸受両端部を密封する密封部材とを備えてなる転がり軸受であって、上記密封部材の内部空間に、潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、該樹脂成分を発泡・硬化して多孔質化した固形物である多孔性固形潤滑剤を封入したことを特徴とする。
また、上記多孔性固形潤滑剤は、上記密封部材の内部空間において、上記保持器の端面に接触しない部分に封入され、該多孔性固形潤滑剤で囲まれた軸受内部空間にグリースが封入されることを特徴とする。

上記多孔性固形潤滑剤は、ゴム状弾性を有する樹脂またはゴムからなる樹脂成分を具備し、外力による変形により潤滑成分の滲出性を有することを特徴とする。特に、上記樹脂成分がポリウレタン樹脂であることを特徴とする。

上記内輪の内径面および端面、または上記外輪の外径面および端面に、絶縁層が設けられてなることを特徴とする。
また、上記転がり軸受は、鉄道車両の主電動機用軸受であることを特徴とする。

本発明の転がり軸受は、多孔性固形潤滑剤を密封部材の内部空間に封入するので、該内部空間に堰を設ける必要がなく、密封部材の構造が簡易となり、成型コストの削減につながる。さらに、密封部材の内部空間全体に多孔性固形潤滑剤を分割せずに一度に封入できるので、円周方向の位置決めの必要が無くなり、軸受組込み時の作業性が向上する。

また、多孔性固形潤滑剤は、密封部材の内部空間において、保持器の端面に接触しない部分に封入され、該多孔性固形潤滑剤で囲まれた軸受内部空間にグリースが封入されるので、グリースが軸受内部空間外に移動することを防止でき、また、グリースの基油の供給源となる。これらの結果、長期間にわたって潤滑性能を維持できる。さらに、保持器や転動体周囲にも多孔性固形潤滑剤を封入する場合よりも低トルクとできる。

密封部材の内部空間に封入する多孔性固形潤滑剤は、潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、該樹脂成分を発泡・硬化させて多孔質化した固形物であり、かつ潤滑成分が発泡・硬化した固形成分内に吸蔵される。空孔内および樹脂成分に吸蔵されている潤滑成分は通常徐放されるため、潤滑成分が密封部材から漏れたり、軸受内部に過剰に流入することがなく、撹拌抵抗が増大することによる急激な温度上昇を防ぐことが可能となる。また、潤滑成分は固形成分内に吸蔵されているので、振動を受けた場合や、軸受回転時に温度上昇した場合においても、潤滑成分が密封部材の下方に偏ることを防止できる。なお、本発明において「吸蔵」とは、液体・半固体状の潤滑成分が他の配合成分と反応することなく、固体の樹脂中に化合物にならないで含まれることをいう。

以上のように本発明の転がり軸受は、密封部材の内側に堰を設ける代わりに潤滑剤の保持力に優れた多孔性固形潤滑剤を密封部材の内部空間に封入するので、簡易な構造でありコストダウンを図れるとともに、鉄道車両の主電動機用軸受として使用される場合など、振動が発生する環境下および高速回転条件下でも、長期間にわたって潤滑性能を維持できる。

本発明の転がり軸受を図面に基づいて説明する。図１は本発明の転がり軸受の一実施例である鉄道車両の主電動機用軸受の一部断面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
図１に示すように、本発明の主電動機用軸受１は、内輪２と、外輪３と、これら内外輪間に配置された複数の転動体である円筒ころ４と、この円筒ころ４を保持する保持器５と、内外輪両端に設けられた一対の密封部材６とからなる。また、外輪３の外径面および端面には絶縁層８が設けられている。

図１に示すように、密封部材６は内輪２および外輪３の両端面からコの字型の断面形状で突出する形状であり、この密封部材６の内部空間に多孔性固形潤滑剤７が封入されている。密封部材６は、樹脂材料を射出成形して製造してもよく、金属の芯金をゴム等の絶縁材料で覆ってもよい。上記樹脂材料、絶縁材料は特に制限なく使用できる。

図２に示すように、密封部材６の内部空間には堰やその他の突起物等を設けることなく、多孔性固形潤滑剤７を全体に分割せずに一度に充填することができる。多孔性固形潤滑剤７は、少なくとも密封部材６の内部空間に封入すればよく、図１のように円筒ころ４の周囲等の軸受内部空間にも封入できる。また、多孔性固形潤滑剤７を単独で封入する他、グリースや潤滑油と併用することもできる。多孔性固形潤滑剤７を構成する樹脂成分、潤滑成分および充填方法等は後述する。

図３に多孔性固形潤滑剤とグリースとを併用する場合の鉄道車両の主電動機用軸受の一部断面図を示す。図３では、多孔性固形潤滑剤７が密封部材６の内部空間で保持器５の端面に接触しない部分に封入され、多孔性固形潤滑剤７で囲まれた円筒ころ４の周囲等の軸受内部空間にはグリース９が封入されている。この態様では、多孔性固形潤滑剤７が、グリース９が軸受内部空間外に移動することを防止でき、グリース９を無駄なく潤滑に寄与させることができる。また、多孔性固形潤滑剤７がグリース９の基油の供給源となり、長期間にわたって潤滑性能を維持できる。さらに、多孔性固形潤滑剤７を保持器５の端面と接触しない部分に封入することで、軸受内部空間にも封入し保持器５や円筒ころ４と接触する場合と比較して、低トルクとできる。

絶縁層８は、図１および図３に示した外輪３の外径面および端面、または、内輪２の内径面および端面に少なくとも設けられていればよい。絶縁層はセラミックス等の絶縁物質を溶射することにより形成する。
外輪３の外径面および端面、または、内輪２の内径面および端面に絶縁層を形成するとともに、密封部材６を絶縁性の高い樹脂材料等で形成することにより、軸受１全体としての絶縁性能を向上させることができる。

なお、この発明は、実施形態で説明した主電動機用軸受に限らず、振動が発生する環境下等で使用される種々の形式の主電動機用軸受に広く適用可能である。例として、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、スラスト玉軸受、円筒ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、スラスト針状ころ軸受、円すいころ軸受、スラスト円すいころ軸受、自動調心玉軸受、自動調心ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受、すべり軸受などが挙げられる。

本発明の転がり軸受は、封入した多孔性固形潤滑剤の樹脂内に潤滑成分を吸蔵させるので、樹脂の柔軟性により、例えば軸受の回転時に加わる外力や、毛細管現象により潤滑剤を染み出させて樹脂の分子間から外部に徐放できる。この際、染み出す潤滑油等の量は、外力等の大きさに応じて弾性変形する程度を樹脂の選択などによって変えることにより、必要最小限にすることができる。よって、軸受内部に潤滑油等が必要以上に流入することがなく、密封部材と内・外輪との隙間より潤滑油等が漏れることや、撹拌抵抗の増大に伴う急激な温度上昇を防止できる。

また、本発明に用いる多孔性固形潤滑剤において樹脂成分は、発泡により表面積が大きくなっており、染み出した余剰の潤滑油等を再び発泡体の気泡内に一時的に保持することもできて染み出す潤滑油等の量は安定しており、また樹脂内に潤滑剤を吸蔵させるとともに気泡内に含浸させることによって非発泡の状態より潤滑油等の保持量も多くなる。このため、長期間にわたって潤滑性能を維持できる。

さらに、この多孔性固形潤滑剤は、非発泡体と比較して屈曲時に必要なエネルギーが非常に小さく、潤滑成分を高密度に保持しながら柔軟な変形が可能である。よって、該多孔性固形潤滑剤を固化させた後冷却する過程において、固形潤滑剤が収縮し転動体を抱き込んだとしても屈曲・変形時に必要なエネルギーが小さいために容易に変形することができ、回転トルクが大きくなるという問題を防ぐことができる。

本発明に用いる多孔性固形潤滑剤を構成する樹脂成分としては、発泡・硬化後にゴム状弾性を有し、変形により潤滑成分の滲出性を有するものが好ましい。
発泡・硬化は、樹脂生成時に発泡・硬化させる形式であっても、樹脂成分に発泡剤を配合して成形時に発泡・硬化させる形式であってもよい。ここで硬化は架橋反応および／または液状物が固体化する現象を意味する。また、ゴム状弾性とは、ゴム弾性を意味するとともに、外力により加えられた変形がその外力を無くすことにより元の形状に復帰することを意味する。

樹脂成分としては、樹脂（プラスチック）またはゴムなどのうち、エラストマーまたはプラストマーのいずれかまたは両方を、アロイまたは共重合成分として採用できる。
ゴムの場合は、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ウレタンエラストマー、フッ素ゴム、クロロスルフォンゴムなどの各種ゴムを採用できる。
また、プラスチックの場合は、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド４，６樹脂（ＰＡ４，６）、ポリアミド６，６樹脂（ＰＡ６，６）、ポリアミド６Ｔ樹脂（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ樹脂（ＰＡ９Ｔ）などの汎用プラスチックやエンジニアリングプラスチックを採用できる。
上記プラスチックなどに限られることなく、軟質ウレタンフォーム、硬質ウレタンフォーム、半硬質ウレタンフォームなどのウレタンフォームなどを用いることもできる。
上記樹脂成分の中で、容易に発泡・硬化して多孔質化するポリウレタン樹脂が好ましい。

本発明に使用できるポリウレタン樹脂は、イソシアネートとポリオールとの反応による発泡・硬化物であるが、分子内にイソシアネート基（−ＮＣＯ）を有するウレタンプレポリマーの発泡・硬化物であることが好ましい。このイソシアネート基は他の置換基によってブロックされていてもよい。分子内に含まれるイソシアネート基は、分子鎖末端であっても、あるいは分子鎖内から分岐した側鎖末端に含まれていてもよい。また、ウレタンプレポリマーは分子鎖内にウレタン結合を有していてもよい。また、ウレタンプレポリマーの硬化剤は、ポリオールでもよいし、ポリアミンでもよい。

ウレタンプレポリマーは、活性水素基を有する化合物とポリイソシアネートとの反応によって得ることができる。
活性水素基を有する化合物としては低分子ポリオール、ポリエーテル系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、ひまし油系ポリオール等が挙げられる。これらは単独で、または２種類以上の混合物として使用することができる。低分子ポリオールとしては、２価のもの例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、１，４-ブタンジオール、１，６-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、水添ビスフェノールＡ等、３価以上のもの（３〜８価のもの）例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、ソルビトール、シュークローズ等が挙げられる。

ポリエーテル系ポリオールとしては上記低分子ポリオールのアルキレンオキサイド（炭素数２〜４のアルキレンオキサイド、例えばエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド）付加物およびアルキレンオキサイドの開環重合物が挙げられ、具体的にはポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールが含まれる。

ポリエステル系ポリオールとしては、ポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオールおよびポリエーテルエステルポリオール等が挙げられる。ポリエステルポリオールはカルボン酸（脂肪族飽和または不飽和カルボン酸、例えば、アジピン酸、アゼライン酸、ドデカン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、二量化リノール酸およびまたは芳香族カルボン酸、例えば、フタル酸、イソフタル酸）とポリオール（上記低分子ポリオールおよび／またはポリエーテルポリオール）との縮合重合により得られる。
ポリカプロラクトンポリオールは、グリコール類やトリオール類の重合開始剤にε-カプロラクトン、α-メチル-ε-カプロラクトン、ε-メチル-ε-カプロラクトン等を有機金属化合物、金属キレート化合物、脂肪酸金属アシル化物等の触媒の存在下で付加重合により得られる。ポリエーテルエステルポリオールには、末端にカルボキシル基および／または水酸基を有するポリエステルにアルキレンオキサイド例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等を付加反応させて得られる。ひまし油系ポリオールとしては、ひまし油およびひまし油またはひまし油脂肪酸と上記低分子ポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールとのエステル交換あるいは、エステル化ポリオールが挙げられる。

ポリイソシアネートとしては、芳香族ジイソシアネート、脂肪族または脂環式およびポリイソシアネート化合物がある。
芳香族ジイソシアネートは、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４-トリレンジイソシアネート、２，６-トリレンジイソシアネートおよびその混合物、１，５-ナフチレンジイソシアネート、１，３-フェニレンジイソシアネート、１，４-フェニレンジイソシアネートが挙げられる。
脂肪族または脂環式ジイソシアネートは、例えば、１，６-ヘキサメチレンジイソシアネート、１，１２-ドデカンジイソシアネート、１，３-シクロブタンジイソシアネート、１，３-シクロヘキサンジイソシアネート、１，４-シクロヘキサンジイソシアネート、イソプロパンジイソシアネート、２，４-ヘキサヒドロトルイレンジイソシアネート、２，６-ヘキサヒドロトルイレンジイソシアネート、１，３-ヘキサヒドロフェニルジイソシアネート、１，４-ヘキサヒドロフェニルジイソシアネート、２，４′パーヒドロジフェニルメタンジイソシアネート、４，４′-パーヒドロジフェニルメタンジイソシアネートが挙げられる。
ポリイソシアネート化合物としては、４，４′，４″-トリフェニルメタントリイソシアネート、４，６，４′-ジフェニルトリイソシアネート、２，４，４′-ジフェニルエーテルトリイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートが挙げられる。また、これらイソシアネートの一部をビウレット、アロファネート、カルボジイミド、オキサゾリドン、アミド、イミド等に変性したものが挙げられる。

本発明に好適なウレタンプレポリマーとしては、注型用ウレタンプレポリマーとして知られている、ポリラクトンエステルポリオール、ポリエーテルポリオールにポリイソシアネートを付加重合させて得られるプレポリマー等が挙げられる。
上記ポリラクトンエステルポリオールはカプロラクトンを開環反応させて得られるポリラクトンエステルポリオールに短鎖ポリオールの存在下、ポリイソシアネートを付加重合させたウレタンプレポリマーが好ましい。
上記ポリエーテルポリオールとしては、アルキレンオキサイドの付加物または開環重合物が挙げられ、これらとポリイソシアネートを付加重合させたウレタンプレポリマーが好ましい。

本発明に好適に使用できるウレタンプレポリマーの市販品を例示すれば、ダイセル化学社製の商品名プラクセルＥＰが挙げられる。プラクセルＥＰは室温以上の融点を有する白色固体のウレタンプレポリマーである。また、ポリエーテルポリオールを例示すれば旭硝子社製の商品名プレミノールが挙げられる。プレミノールは 5000〜12000 の分子量を有するポリエーテルポリオールである。

上記ウレタンプレポリマー等を硬化させる硬化剤としては、３，３′-ジクロロ-４，４′-ジアミノジフェニルメタン（以下、ＭＯＣＡと記す）や４，４′-ジアミノ-３，３′-ジエチル-５，５′-ジメチルジフェニルメタン、トリメチレン-ビス-（４-アミノベンゾアート）、ビス（メチルチオ）-２，４-トルエンジアミン、ビス（メチルチオ）-２，６-トルエンジアミン、メチルチオトルエンジアミン、３，５-ジエチルトルエン-２，４-ジアミン、３，５-ジエチルトルエン-２，６-ジアミンに代表される芳香族ポリアミン、上記ポリイソシアネート、１，４-ブタングリコールやトリメチロールプロパンに代表される低分子ポリオール、ポリエーテルポリオール、ひまし油系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、水酸基末端液状ポリブタジエン、水酸基末端液状ポリイソプレン、水酸基末端ポリオレフィン系ポリオールやこれら化合物の末端水酸基をイソシアネート基やエポキシ基などで変性した化合物に代表される２個以上の水酸基を有する液状ゴム等を単独でまたは併用して用いることができる。これらの中でコストおよび物性の点で優位であることから、芳香族ポリアミンがポリラクトンエステルポリオールとポリイソシアネートを付加重合させたウレタンプレポリマーを硬化させるのに好ましい。

樹脂成分を発泡させる手段としては、周知の発泡手段を採用すればよく、例えば、揮発性ガスを化学反応により生成する化学的発泡方法、水、アセトン、ヘキサン等の比較的沸点の低い有機溶媒を加熱し、気化させる物理的手法や、窒素などの不活性ガスや空気を外部から吹き込む機械的発泡方法、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）等のように加熱処理や光照射によって化学分解させ、窒素ガスなどを発生させる分解型発泡剤を使用するなどの方法が挙げられる。

本発明に使用するウレタンプレポリマーは分子内にイソシアネート基を有するので、水を発泡剤として用いて、イソシアネート基と水分子との化学反応によって生じる二酸化炭素による化学的発泡方法を用いることが好ましい。また、この方法は連続気泡が生成しやすいので好ましい。

また、このような反応を伴う化学的発泡方法を用いる場合には必要に応じて触媒を使用することが好ましく、例えば、３級アミン系触媒や有機金属触媒などが用いられる。３級アミン系触媒としてはモノアミン類、ジアミン類、トリアミン類、環状アミン類、アルコールアミン類、エーテルアミン類、イミダゾール誘導体、酸ブロックアミン触媒などが挙げられる。
また、有機金属触媒としてはスタナオクタエート、ジブチルチンジアセテート、ジブチルチンジラウレート、ジブチルチンメルカプチド、ジブチルチンチオカルボキシレート、ジブチルチンマレエート、ジオクチルチンジメルカプチド、ジオクチルチンチオカルボキシレート、オクテン酸塩などが挙げられる。また、反応のバランスを整えるなどの目的でこれら複数種類を混合して用いてもよい。

上記樹脂成分に限られることなくウレタン系接着剤、シアノアクリレート系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリ酢酸ビニル系接着剤、ポリイミド系接着剤など各種接着剤を発泡および硬化させて使用することもできる。

本発明において樹脂成分中には必要に応じて各種添加剤を用いることができる。添加剤としてはヒンダードフェノール系に代表される酸化防止剤、補強剤（カ−ボンブラック、ホワイトカーボン、コロイダルシリカなど）、無機充填剤（炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルク、クレイ、硅石粉など）老化防止剤、難燃剤、金属不活性剤、帯電防止剤、防黴剤やフィラーおよび着色剤などが挙げられる。

本発明に使用できる潤滑成分は、発泡体を形成する固形成分を溶解しないものであれば種類を選ばずに使用することができる。潤滑成分としては、例えば潤滑油、グリース、ワックスなどを単独で、もしくは混合して使用できる。
潤滑油としては、パラフィン系やナフテン系の鉱物油、エステル系合成油、エーテル系合成油、炭化水素系合成油、ＧＴＬ基油、フッ素油、シリコーン油等が挙げられる。これらは単独でも混合油としても使用できる。
樹脂材料と潤滑油が極性などの化学的な相性によって溶解、分散しない場合には、粘度の近い潤滑油を使用することで、物理的に混合しやすくなり、潤滑油の偏析を防ぐことが可能となる。

グリースは、基油に増ちょう剤を加えたものであり、基油としては上述の潤滑油を挙げることができる。増ちょう剤としては、リチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、カルシウム石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウム石けん、アルミニウムコンプレックス石けん等の石けん類、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア系化合物が挙げられるが、特に限定されるものではない。

ジウレア化合物は、例えばジイソシアネートとモノアミンの反応で得られる。ジイソシアネートとしては、フェニレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、フェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、へキサンジイソシアネート等が挙げられ、モノアミンとしては、オクチルアミン、ドデシルアミン、へキサデシルアミン、オクタデシルアミン、オレイルアミン、アニリン、p-トルイジン、シクロヘキシルアミン等が挙げられる。
ポリウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミン、ジアミンとの反応で得られる。ジイソシアネート、モノアミンとしては、ジウレア化合物の生成に用いられるものと同様のものが挙げられ、ジアミンとしては、エチレンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、オクタンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン等が挙げられる。

ワックスとしては、炭化水素系合成ワックス、ポリエチレンワックス、脂肪酸エステル系ワックス、脂肪酸アミド系ワックス、ケトン・アミン類、水素硬化油などを挙げることができる。これらのワックスに油を混合してもよく、使用する油成分としては上述の潤滑油と同様のものを用いることができる。

潤滑成分には、さらに二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤、有機モリブデン等の摩擦調整剤、アミン、脂肪酸、油脂類等の油性剤、アミン系、フェノール系などの酸化防止剤、石油スルフォネート、ジノニルナフタレンスルフォネート、ソルビタンエステルなどの錆止め剤、イオウ系、イオウ−リン系などの極圧剤、有機亜鉛、リン系などの摩耗防止剤、ベンゾトリアゾール、亜硝酸ソーダなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレンなどの粘度指数向上剤などの各種添加剤を含んでいてもよい。

上記グリースにおける基油の配合割合は、グリース成分全体に対して、基油が 1〜98 重量％、好ましくは 5〜95 重量％である。基油が 1 重量％未満であると、潤滑油を必要箇所に十分に供給することが困難になる。また 98 重量％より多いときには、低温でも固まらずに液状のままとなる。

本発明に用いる多孔性固形潤滑剤は、潤滑成分と樹脂成分とを必須成分とし、これに硬化剤や、発泡剤を配合した混合物を発泡・硬化させて得られる。
上記潤滑成分の配合割合は、混合物全体に対して、1〜90 重量％、好ましくは 5〜80 重量％である。潤滑成分が 1 重量％未満であると、潤滑成分の供給量が少なく、十分な寿命を得ることができない、または潤滑剤不足により摩擦係数が増大し摩耗の原因になる。90 重量％より多いときには固化しなくなる。
樹脂の配合割合は、混合物全体に対して、8〜98 重量％、好ましくは 20〜80 重量％である。8 重量％より少ないときは固化せず、98 重量％より多いときには潤滑成分の供給量が少なく、十分な寿命を得ることができない。

上記硬化剤の配合割合は、樹脂の配合量と発泡倍率により、上記発泡剤の配合割合は、後述する発泡倍率との関係でそれぞれ定まる。

上記混合物を混合する方法としては、特に限定されることなく、例えばヘンシェルミキサー、リボンミキサー、ジューサーミキサー、ミキシングヘッド等、一般に用いられる撹拌機を使用して混合することができる。
上記混合物は、市販のシリコーン系整泡剤などの界面活性剤を使用し、各原料分子を均一に分散させておくことが望ましい。また、この整泡剤の種類によって表面張力を制御し、生じる気泡の種類を連続気泡または独立気泡に制御することが可能となる。このような界面活性剤としては陰イオン系界面活性剤、非イオン系界面活性剤、陽イオン系界面活性剤、両性界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤などが挙げられる。

本発明に用いる多孔性固形潤滑剤は、潤滑成分を樹脂内部に吸蔵してなり、軸受の回転時に加わる外力や、毛細管現象により潤滑成分を外部に供給することが可能なものである。
潤滑成分を樹脂内部に吸蔵するには、潤滑成分の存在下で発泡反応と硬化反応とを同時に行なわせる反応型含浸法を採用することが望ましい。このようにすると潤滑剤を樹脂内部に高充填することが可能となり、その後には潤滑剤を含浸して補充する後含浸工程を省略できる。
これに対して発泡固形体をあらかじめ成形しておき、これに潤滑剤を含浸させる後含浸法だけでは、樹脂内部に充分な量の液体潤滑剤が染み込まないので、潤滑剤保持力が充分でなく、短時間で潤滑油が放出されて長期的に使用すると潤滑油が供給不足となる場合がある。このため、後含浸工程は、反応型含浸法の補助手段として採用することが好ましい。

本発明の転がり軸受において多孔性固形潤滑剤は、密封部材内部に潤滑成分および樹脂成分を必須成分とする混合物を流し込んだ後、発泡・硬化させてもよく、また常圧で発泡・硬化した後に裁断や研削等で所定形状に後加工し、密封部材内部に組み込むこともできる。図３に示す態様の場合では、上記各方法により予め密封部材内部に多孔性固形潤滑剤を組み込んだ後に、該密封部材を軸受に装着する。

発泡成形体を得るための成形金型や研削工程等も不要であることから、本発明では、混合物を発泡・硬化前に密封部材内部に流し込み、密封部材内において発泡・硬化させる方法を採用することが好ましい。本発明では密封部材内部に堰等を設けていないため、一箇所から混合物を流し込んで組み込むことができる。該方法を採用することで、製造工程が簡易となり低コスト化が図れる。
また、図１に示す態様の場合では、密封部材を軸受に装着した後に、密封部材内部、および、形状が複雑な軸受内部空間に混合物を流し込んで組み込むこともできる。

発泡・硬化時において発泡により多孔質化される際に生成させる気泡は気泡が連通している連続気泡であることが好ましく、外部応力によって潤滑成分を樹脂の表面から連続気泡を介して外部に直接供給するためである。気泡間が連通していない独立気泡の場合は固形成分中の潤滑油の全量が一時的に独立気泡中に隔離され気泡間での移動が困難となり、必要なときに転動体周囲等に十分供給されない場合がある。

本発明において多孔性固形潤滑剤の連続気泡率は 50％以上が好ましく、より好ましくは 70％以上である。連続気泡率が 50％未満の場合は、樹脂成分中の潤滑油が一時的に独立気泡中に取り込まれている割合が多くなり、必要な時に外部へ供給されない場合がある。

本発明に用いる多孔性固形潤滑剤の発泡倍率は 1.1〜100 倍であることが好ましい。さらに好ましくは 1.1〜10 倍である。なぜなら発泡倍率 1.1 倍未満の場合は気泡体積が小さく、外部応力が加わったときに変形を許容できないし、または多孔質化した固形物が硬すぎるため、外部応力に追随した変形ができないなどの不具合がある。また、100 倍をこえる場合は外部応力に耐える強度を得ることが困難となり、破損や破壊に至ることがある。

本発明に用いる多孔性固形潤滑剤の具体例を以下に例示する。
［具体例１］
ウレタンプレポリマー（ダイセル化学社製：プラクセルＥＰ１１３０）55 重量％に、シリコーン系整泡剤（東レ社製：ＳＲＸ２９８）2 重量％とウレアグリース（新日本石油社製：バイロノックユニバーサルＮ６Ｃ）37 重量％を加え、120℃でよく撹拌した。これにアミン系硬化剤（イハラケミカル社製：イハラキュアミンＭＴ）4 重量％を加え、撹拌した後、発泡剤としてのイオン交換水 2 重量％を加えて混合物を得た。この混合物を、密封部材内部に充填し、120℃に設定した恒温槽に 1 時間放置して硬化させることで、多孔性固形潤滑剤が封入された密封部材を得た。該密封部材を軸受に装着する。

［具体例２］
ポリエーテルポリオール（旭硝子社製：プレミノールＳＸ４００４）20 重量％に、シリコーン系整泡剤（東レ社製：ＳＲＸ２９８）0.5 重量％、潤滑油（新日本石油社製：タービン１００）70 重量％、アミン系触媒（東ソー社製：ＴＯＹＯＣＡＴ ＤＢ２）0.5 重量％、発泡剤としての水を 0.5 重量％加え、90℃で加熱してよく撹拌した。これにイソシアネート（日本ポリウレタン社製：コロネートＴ８０）8.5 重量％を加えてよく撹拌し混合物を得た。この混合物を、密封部材内部に充填し、120℃に設定した恒温槽に 1 時間放置して硬化させることで、多孔性固形潤滑剤が封入された密封部材を得た。該密封部材を軸受に装着する。

本発明の転がり軸受は、潤滑剤の保持力に優れた多孔性固形潤滑剤を密封部材の内部空間に封入するので、振動が発生する環境下でも長期間安定して使用でき、かつ安価に生産できる。このため、鉄道車両に用いられる主電動機用軸受として好適に利用できる。

本発明の転がり軸受の一実施例である鉄道車両の主電動機用軸受の一部断面図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 本発明の転がり軸受の他の実施例である鉄道車両の主電動機用軸受の一部断面図である。 従来の主電動機用軸受の一部断面図である。

符号の説明

１、１１ 転がり軸受（円筒ころ軸受）
２、１２ 内輪
３、１３ 外輪
４、１４ 転動体（円筒ころ）
５、１５ 保持器
６、１６ 密封部材（密封シール）
７ 多孔性固形潤滑剤
８ 絶縁層
９ グリース

Claims (6)

1. 内輪と、外輪と、これら内外輪間に配置された複数の転動体と、この転動体を保持する保持器と、前記内輪および前記外輪の両端面からコの字型の断面形状で突出し、軸受両端部を密封する密封部材とを備えてなる転がり軸受であって、
   前記密封部材の内部空間に、潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、該樹脂成分を発泡・硬化して多孔質化した固形物である多孔性固形潤滑剤を封入したことを特徴とする転がり軸受。
2. 前記多孔性固形潤滑剤は、前記密封部材の内部空間において、前記保持器の端面に接触しない部分に封入され、該多孔性固形潤滑剤で囲まれた軸受内部空間にグリースが封入されることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
3. 前記内輪の内径面および端面、または前記外輪の外径面および端面に、絶縁層が設けられてな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。
4. 前記多孔性固形潤滑剤は、ゴム状弾性を有する樹脂またはゴムからなる樹脂成分を具備し、外力による変形により潤滑成分の滲出性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。
5. 前記樹脂成分がポリウレタン樹脂であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載の転がり軸受。
6. 前記転がり軸受は、鉄道車両の主電動機用軸受であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項記載の転がり軸受。

Images