固体潤滑転がり軸受

【目的】長期に亘り耐久性、潤滑性に優れた低価格で低発塵性の固体潤滑転がり軸受。
【構成】固体潤滑転がり軸受は、内輪１、外輪２、内・外輪１、２の間に組込まれた複数の転動体３、間座４、および、外輪２の両端部内径に装着された一対のシールド板５で構成される。間座４は、自己潤滑性を有する材料からなり、円柱状をなす。各間座４は、周方向に隣接する転動体３の間に、その外周面が転動体に接触可能な状態で組込まれる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐久性、コスト性が重視される用途に適した固体潤滑軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】大気中で運転する転がり軸受の潤滑剤としてはグリース等の流体潤滑剤が一般的であるが、真空中で運転する場合には、蒸気圧の低い流体潤滑剤では真空雰囲気中に蒸発して使用に耐えないため、蒸気圧の高い固体潤滑剤が使用される。現在、固体潤滑剤として、二硫化モリブデン等の層状物質、金、銀、鉛等の軟質金属、ＰＴＦＥやポリイミド等の高分子が広く採用されており、通常、これらの固体潤滑剤を内・外輪の軌道面や転動体の表面に被膜処理している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のような固体潤滑剤を被膜処理して用いる場合、使用条件によっては、潤滑被膜の早期消耗によって寿命低下をきたすことが予想される。その対策として、保持器をＰＴＦＥやポリイミド等の自己潤滑性を有する高分子材で形成する手段も考えられるが、形状の複雑な保持器を高分子材で形成することはコスト高につながる。しかも、保持器を高分子材で形成する場合、その機械的強度を確保するために、特殊寸法としなければならない場合が多い。
【０００４】本発明の目的は、長期に亘り耐久性、潤滑性に優れた低価格の固体潤滑転がり軸受を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の固体潤滑転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に組込まれた複数の転動体と、周方向に隣接した転動体の間に、その外周面が転動体に接触可能な状態で組込まれ、かつ、自己潤滑性を有する材料からなる略円柱状の複数の間座とを備えたものである。
【０００６】また、本発明の固体潤滑転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に組込まれた複数の転動体と、周方向に隣接した転動体の間に、その外周面が転動体に接触可能な状態で組込まれ、かつ、自己潤滑性を有する材料からなる略円柱状の複数の間座と、内輪又は外輪の両端部に装着された環状のシールド板と備えたものである。
【０００７】さらに、本発明の固体潤滑転がり軸受は、上記構成において、間座の外周面を、転動体の表面曲率に対応した凹曲面としたものである。
【０００８】
【作用】軸受回転時、転動体と間座との接触によって、間座の外周面から自己潤滑性を有する潤滑粉が削り取られ、この潤滑粉が、内・外輪の軌道面や転動体の表面に転着して潤滑被膜を形成する。
【０００９】間座は略円柱状をなし、その外周面が転動体に接触可能な状態で組込まれる。したがって、転動体との接触時、間座は転動体の自転方向と反対方向に自転可能であり、そのため、両者の接触部に発生する滑り摩擦抵抗が適度な大きさとなり、転動体の円滑な転動が妨げられたり、あるいは、過大な潤滑粉が発生するといった心配がない。これが、軸受の潤滑性、耐久性をより一層良好なものにし、さらに、軸受外への発塵量を低減するのに寄与する。しかも、略円柱状の間座は、１つの軸受に複数必要であるが、形状が比較的簡単なものであるため、これをＰＴＦＥ等の自己潤滑性を有する材料で製作しても、製作容易かつ量産可能であるために、低コストである。
【００１０】また、内輪又は外輪の両端部にシールド板を装着することで、間座の両端をシールド板の内側面で案内させることができ、さらに、シールド板により発塵の軸受外への飛散が抑制される。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１乃至図４面を参照して説明する。
【００１２】図１（ａ）及び（ｂ）に示される第１の実施例の固体潤滑転がり軸受は、内輪１、外輪２、内・外輪１、２の間に組込まれた複数の転動体３、間座４、および、外輪２の両端部内径に装着された一対のシールド板５で構成される。
【００１３】転動体３は、鋼製やセラミック製の玉、あるいは、この玉の表面に固体潤滑剤を比較処理したものである。間座４は、自己潤滑性を有する材料、例えばＷＳ2を含有する焼結体（例えば、新日本製鉄製ミラクルピロー等）、ポリイミド（例えば、デュポン社製ＳＰ−１等）、ＰＴＦＥ系の高分子材で形成されたものである。尚、耐熱環境下で使用する場合にはＷＳ2を含有する焼結体、ポリイミドを使用し、常温環境下で使用する場合はＰＴＦＥ系の高分子材を使用すると良い。この間座４は、例えば図３に示すような円柱状に形成される。このような形状単純な間座４は、上記のような自己潤滑性を有する材料で製作しても、製作容易、量産可能で低コストで製作できる。間座４の外径は転動体３の直径より少し小さく、長さは転動体３の直径より少し長い。各間座４は、周方向に隣接する転動体３の間に、その外周面が転動体に接触可能な状態で組込まれる。
【００１４】シールド板５は環状の金属板で、その外周縁部を外輪２の端部内径に形成された環状溝６に嵌着固定される。シールド板５は、間座４の軸受内部からの脱落防止と、間座４の両端を案内する役割をなすと共に、軸受内部で生成された潤滑粉が軸受外に排出されるのを抑制する役割をも兼ね備えている。
【００１５】内・外輪１、２間に配置される転動体３と間座４の数、配列関係は、負荷容量、潤滑性等を考慮し、使用条件に応じて決める。図１の実施例においては、転動体３と間座４とを同数とし、かつ、両者を交互配列してある。ただし、これに限定されるものではない。
【００１６】軸受が回転すると、転動体３と間座４との接触によって、間座４の外周面が削り取られて潤滑粉が生成され、この潤滑粉が内・外輪１、２の軌道面、転動体３の表面に転着して潤滑被膜を形成する。潤滑被膜により、軸受の良好な潤滑がなされる。このように、転動体３間に介在する間座４が一種の潤滑剤供給源として機能するので、良好の潤滑性が長期にわたって維持される。また、転動体３との接触時、間座４は転動体３の自転方向と反対方向に自転可能であり、そのため、両者の接触部に発生する滑り摩擦抵抗が適度な大きさとなり、転動体３の円滑な転動が妨げられたり、あるいは、過大な潤滑粉が発生するといった心配がない。これが、軸受の潤滑性、耐久性をより一層良好なものにし、しかも、軸受外への発塵量を低減するのに寄与する。さらに、シールド板５により発塵の軸受外への飛散が抑制されるので、低発塵性はきわめて良好である。
【００１７】図２（ａ）及び（ｂ）に示される第２の実施例では、転動体３と間座４を２対１の配列で組込んでいる。図１に示すものに比べ転動体３の数が多いので、より高負荷容量が要求される場合に好適である。また、この実施例では、図４に示すように、間座４の外周面を凹曲面ｎにしてある。凹曲面ｎの曲率は、転動体３の曲率に対応させて設定される。このような間座４は、凹曲面ｎの最凹部面が転動体３と接触することで、軸受内部におけるその軸方向位置が安定し、転動体３との接触状態が安定する。
【００１８】次に、本発明品と比較品について行なった耐久性試験と発塵試験の結果を図５および図６に示す。尚、同図において、軸受Ａ（本発明品）は、図１に示す構成において、間座４を自己潤滑性を有する高分子材（ＮＴＮ精密樹脂製ベアリーＦＬ３８００）で形成したもの、軸受Ｂ（比較品）は、保持器を自己潤滑性を有する高分子材（ＮＴＮ精密樹脂製ベアリーＦＬ３８００）で形成したもの（シールド板なし）、軸受Ｃ（比較品）は、転動体の表面および内・外輪の軌道面に結晶性のＰＴＦＥ（いわゆるスパッタリング処理被膜組織におけるＰＴＦＥのように、結晶構造又は分子構造が細分化されていないものをいう。）を被膜処理したもの（シールド板なし）である。
【００１９】耐久性試験（図５）は、荷重１ｋｇｆ（スラスト荷重）、回転数１００ｒｐｍ、真空下で軸受を運転して行なったものである。図５から明らかなように、軸受Ａは、軸受Ｂおよび軸受Ｃと同程度の優れた耐久性を有する。尚、試験は現在も続行中であるが、いずれの軸受も約４３００ｈ回転させた時点で、耐久性に特に問題を生じていない。
【００２０】発塵試験（図６）は、荷重１ｋｇｆ（スラスト荷重）、回転数５０ｒｐｍ、大気中で軸受を１５０時間運転し、発塵量を測定したものである。図６から明らかなように、軸受Ｂの発塵量は格段に多いが、軸受Ａの発塵量は軸受Ｃと同程度であり、極めて優れた低発塵性を示した。尚、軸受Ｃは本出願人が低発塵性の向上などを目的として開発したものである（特開平５−３３８１３号公報等参照）。この本発明品の格段の低発塵性は、円柱状間座の外周面と転動体との接触部における滑り摩擦抵抗の適度の低減化と、シールド板の潤滑粉の飛散防止効果によるところが大きい。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、軸受回転時、転動体と間座との接触によって、間座の外周面から自己潤滑性を有する潤滑粉が削り取られ、この潤滑粉が、内・外輪の軌道面や転動体の表面に転着して潤滑被膜を形成するので、良好な潤滑性が長期にわたって維持される。しかも、間座は略円柱状をなし、その外周面が転動体に接触可能な状態で組込まれるため、両者の接触部に発生する滑り摩擦抵抗が適度な大きさとなり、転動体の円滑な転動が妨げられたり、あるいは、過大な潤滑粉が発生するといった心配がない。これが、軸受の潤滑性、耐久性をより一層良好なものにすると同時に、軸受外への発塵量を低減するのに寄与する。さらに、略円柱状の間座は形状が比較的簡単であるため、これをＰＴＦＥ等の自己潤滑性を有する材料で製作しても、製作容易かつ量産可能で、低コストである。しかも、形状簡単な間座は、ＷＳ2 系メタル等の高耐熱性材料で製作することも比較的容易であるから、高温特性に優れた特殊用途の固体潤滑転がり軸受の提供が可能となる。さらに、内輪又は外輪の両端部にシールド板を装着することで、間座の両端をシールド板の内側面で案内させることができ、同時に、シールド板により発塵の軸受外への飛散が抑制されるので、軸受の低発塵性がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例を示す一部省略部分を含む正面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図。
【図２】（ａ）は本発明の第２の実施例を示す一部省略部分を含む正面図、（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図。
【図３】図１における間座の拡大斜視図。
【図４】図２における間座の拡大斜視図。
【図５】耐久性試験の結果を示す図である。
【図６】発塵試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
１内輪
２外輪
３転動体
４間座
５シールド板
ｎ凹曲面

【特許請求の範囲】
【請求項１】内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に組込まれた複数の転動体と、周方向に隣接した転動体の間に、その外周面が転動体に接触可能な状態で組込まれ、かつ、自己潤滑性を有する材料からなる略円柱状の複数の間座とを備えたことを特徴とする固体潤滑転がり軸受。
【請求項２】内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に組込まれた複数の転動体と、周方向に隣接した転動体の間に、その外周面が転動体に接触可能な状態で組込まれ、かつ、自己潤滑性を有する材料からなる略円柱状の複数の間座と、内輪又は外輪の両端部に装着された環状のシールド板と備えたことを特徴とする固体潤滑転がり軸受。
【請求項３】前記間座の外周面が、転動体の表面曲率に対応した凹曲面であることを特徴とする請求項１又は２記載の固体潤滑転がり軸受。

【図１】