JP2003509635A - セラミックボールと鋼製リングを備えた玉軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ボールを支持する溝（７）有する内側鋼製リング（２）と溝（６）を有する外側鋼製リング（１）と、溝（６，７）間に設けられ、両溝に接触するセラミックボール（３）と、リング（１，２）間に半径方向に設けられ、ボール（３）を保持する保持器（４）と、リング（１，２）間に半径方向に設けられたボール(３)と保持器を収容し、かつ、リング（１，２）と２個のシール部（５）により形成されたスペース内に潤滑剤を保持する２個の環状シール部（５）とからなる、玉軸受に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） この発明は、深溝型のボール玉軸受に関し、この軸受は、鋼製の内側リングと
外側リングを備え、これらリングは、それぞれ、対向する２本の軌道溝の一方を
有し、ボールが内外側リング間に接触して配列され、ボール保持器が両リング間
に設けられてボールを保持し、そして２個のシールが、ボールと保持器の両側で
、リング間において半径方向に延びて、ボールと保持器を囲み、かつ、両リング
と両シール間に形成されたスペース内の潤滑油を保持している。

【０００２】 この発明は、詳しくは、精度の高い、例えばＡＢＥＣ７レベルの特に航空用の
玉軸受に関する。

【０００３】 （背景技術） 上述のタイプの玉軸受においては、鋼又は複合材料からなる保持器により横方
向を保持された鋼製のボールが、同じく鋼製のリングの軌道溝上を走行するもの
であり、このような玉軸受は既に航空用、特にヘリコプターの尾部のギヤボック
スに用いられている。

【０００４】 しかし、これら公知の玉軸受の主たる欠点は、潤滑状態の期間が極めて短いこ
とである。これは鋼製のボールと同じ鋼製のリングとの接触に起因する不充分な
潤滑によるものである。この潤滑性の不足の結果、顕著な発熱が生じ、そのため
潤滑油やグリースが損なわれる結果となる。

【０００５】 従って潤滑期間が制限されるのは、一方では、運転中の軸受の加熱による潤滑
油の自然損失によるものであり、それは加熱された潤滑油が円環状のシールから
漏れるためである。他方、この従来の軸受の潤滑期間が不充分であることは、そ
の使用状態、すなわち苛酷な環境、ケーシングの保護の環境や外側の環境、また
は軸受の部品の洗浄を含む保全作業、それは特にヘリコプターの尾部伝導装置の
軸受の洗浄を含み、これら洗浄作業により潤滑油が失われ早期に軸受が酸化され
ることによるものである。

【０００６】 本発明における課題は、これらの欠点を克服して、潤滑の耐用期間を延ばすこ
とのできる軸受を提供し、かつ、シール性能を改善して保全費用を減らすことに
ある。

【０００７】 この目的を達成するため、本発明の玉軸受の特徴は、ボールが焼結されたセラ
ミックからなることである。この玉軸受は、深溝型のハイブリッド玉軸受であっ
て、互いに接触するボールとリングの摩擦面における性能が改善されたものであ
り、リングは鋼製でボールはセラミックからなる。そのため、接触し合う物体（
特に摩擦、すべり、剪断接触）の、摩耗と発熱の原因となる挙動が、前述の従来
の玉軸受に比べて改善されており、従って接触による発熱が減少するので、潤滑
の期間が長くなり、約３倍の耐用期間が得られ、同時に、時間の関数であるシー
ル性能の低下も極めて少くなり、物質の損失も１０％程度少くすることができる
。これらの効果により保全費用を著しく減らすことが可能になる。

【０００８】 このボールのセラミックスは、少くとも部分的に窒化ケイ素および／または炭
化チタンからなることが有効である。

【０００９】 一応用例としては、外側リングは内側リング程高性能の鋼から作らなくてもよ
く、そして両リングの材料は、従来の軸受鋼，望ましくはＭ５０又はＩＯＯＣ６
型鋼、ステンレス鋼，望ましくは４４０Ｃ又はＸＤＩ５Ｎ型、窒化鋼又は表面硬
化鋼，望ましくは３２ＣＤＶ１３又はＭ５０ＮＩＬ鋼の中から選ばれることが効
果的である。

【００１０】 リングの鋼材がステンレス鋼でないときは、少くとも一方のリング、しかし望
ましくは各リングが、特に腐食に対して保護されることが有効であり、リングの
表面を、電解溶着により作られた高クロム成分の高密度の合金により被覆する。
しかし、リングがステンレス鋼のときは、リングの溝には表面硬化を施して硬度
を高くしている。この場合は溝のステンレス性は失われるが、クローム系合金を
溝に電解溶着することによりステンレス性を補償することができる。

【００１１】 従来のボールの保持器は、２個の、半径方向面に対して対称に形成されて、互
いに支持し合う分割保持部からなる。そして、各分割保持部は冠形をなし、軸方
向リベットにより、分割保持部の相補的な凹部間に軸方向に組合わされて組立て
られ、ボールを収容するハウジングを形成する。保持器は内側リングに心合せさ
れて保持される。

【００１２】 保持器は、従来の玉軸受のように、鋼又は複合材料、例えばＰＥＥＫ（polyet
heretherketone）型の合成樹脂材であり、短炭素繊維により補強されるが、本発
明の保持器は青銅、望ましくはＵＳ３ＺＦｅ型で高い機械的性質を有し、特にヘ
リコプターの尾部伝動シャフト用に適している。

【００１３】 更に、少くとも一個、望ましくは各シールは、環状の金属フランジからなり、
このフランジは、軸受の横方向、内側に延び、そして軸受の軸縁に向って延びる
環状で、弾性変形可能の材料からなるシールにより裏打ちされており、このシー
ルは、その外側周辺が外側リングの肩部に接触して外側リングに取付けられ、金
属フランジの外側周辺に支持された環状スナップリングにより固定されている。
一方、シールの内側周辺は、弾性変形可能の環状シールＶ字型断面のリップを有
し、このリップは、内側リングの外側、円筒形側面に弾性的に接触している。こ
のため、潤滑剤の漏れに対する優れたシールが得られる。

【００１４】 更に、保全性を一層改善するため、少くとも１個のシールのフランジ、望まし
くは各シールには、相等する環状シールの弾性変形可能のウェブにより閉鎖され
る少くとも１個の孔が貫通され、少くとも１個のスロット、必ずしも開かれてい
ない、が孔の内側からウェブの中に形成されて潤滑剤をシリンジを用いて軸受の
中に注入しやすくしている。この場合、シリンジの針はスロットに係合している
。

【００１５】 好ましい一実施例において、周方向に等間隔に数個の孔が鋼製のフランジに設
けられるが、半径方向のスロットは環状シール内に、フランジの各軸孔内に形成
される。この環状シールはフルオロカーボン製である。

【００１６】 前述の通りシールはそれ自体独立した発明を構成し、ボール、リング、ボール
保持器の性能、構造に拘わりなく、起された問題を解決するものである。

【００１７】 本発明はまた、ハイブリッド玉軸受のヘリコプター尾部伝道装置、特にヘリコ
プター尾部ローター駆動用のギャボックスへの応用に関する。

【００１８】 本願の他の特徴と利点は、付属する図面を参照する、下記の実施例の説明から
明らかになるであろう。

【００１９】 （発明を実施するための最良の形態） 図１〜７に示す玉軸受は本質的に外側リング１、内側リング２、リング１，２
間に配置され軸受の軸Ｘ−Ｘの周りで共軸であるボール３、リング１，２間に配
置され横方向と周方向にボール３を保持する円環状の保持器４、及び各々、ほぼ
リング１，２間を半径方向に延び、かつ、各々保持器４とボール３夫々の各側部
に配置されて潤滑油（グリース又は油）をリング１，２間およびシール５間、保
持器４とボール３周りの制限されたスペース内に保持する円環状のシール５とか
らなる。

【００２０】 この玉軸受は深溝型で、すなわち、外側リング１と内側リング２は、それぞれ
互いに対向する内側溝６と外側溝７とを有し、その溝の凹面同士が互いに対向し
ており、軸受の半径方向中間面Ｐ−Ｐに関して対称であり、そしてこの例におい
ては、軸受の全部品がこの中間面に関して対称である。

【００２１】 ボール３は溝６と７の間に配列されて溝６と７とに半径方向に転動接触して軸
受内で半径方向の力と、非常に小さいが軸方向の力とを支えている。

【００２２】 ボール３は焼結されたセラミックで、例えばＳｉ₃Ｎ₄やＴｉＣである。

【００２３】 ２個のリング１，２は鋼製で、例えば通常の軸受鋼Ｍ５０又はＩＯＯＣ６型、
又はステンレス鋼、例えば４４０ＣやＸＤ１５Ｎ型が用いられる。窒化鋼も用い
られ、例えば３２ＣＤＶ１３型などであり、又はＭ５０ＮＩＬのような表面硬化
鋼が用いられる。

【００２４】 これらに代るものとしては、軸受の鋼がステンレス鋼でないときは、リング１
，２は、それぞれ、高密密度、非磁性の、高クローム含有量の高硬度合金の被覆
によって保護され、その形態は電気化学的溶着によるもので、正確に云えば電解
溶着によるものである。この溶着は、フランスバイデラージエレクトロライジン
グＳ．Ａ．（Delage Electrolizing S.A.）によって行われる商標名エレクトロ
ライジングで知られる方法を用いて行われることができる。この方法による溶着
は、平滑で均等な表面を持ち、気孔がなく、こぶ状部分がなく、耐食性、対磨耗
性が高く、そして特に摩擦が少ない。

【００２５】 このようなクローム系合金の高密度被覆はまた、ステンレス鋼の軸受のリング
の表面硬化した溝に電気分解法によって溶着することができる。これは表面硬化
処理によってステンレス性が損なわれることを防ぐためである。

【００２６】 ボールの保持器４は２部分、すなわち半保持部８，９からなり、これらは、例
えばＵＳ３ＺＦｅ型青銅を加工して得られ、軸リベット１０により組立てられる
。この例では９本のＺ１０〜Ｚ１５ＣＮＴ１８ＥＡが用いられる。２個の半割り
保持部は半径方向中間面に対して対称で、この面Ｐ−Ｐに沿って２個の半割り保
持部が互いに支持している（図４，６）。半割り保持部８，９は、それぞれ、冠
形で、半円筒形状の凹部を有し、半割り保持部８，９の凹部は、それぞれ同形の
半円筒形を持ち、これら凹部は互いに相補的形状であるため、２個の保持部を組
合わせると円筒形のハウジング１１が形成され、その半径方向軸は、保持器４の
周方向に一定間隔に設けられている。従って、各ハウジング１１はボールを１個
ずつ収容し、軸リベット１０は、２個の半割り保持部を軸方向に組合わせ、そし
てリベット１０は、隣接するハウジング１１間の保持器を貫通する軸孔１２内、
かつ、保持部８，９の側面に加工したスポット面１３の間に設けられる。この面
１３は軸受の外方に向き、内側リング２中心に合わせて取付けられる保持器４の
重量を減らす効果がある。

【００２７】 各シール５は、ほぼ半径方向に延び、弾性変形可能の材料、この例では、フル
オロカーボンからなる円環状シール１４を有し、このシール１４は円環状のフラ
ンジ１５からなる金属枠の上に成型される。図７に示すように、フランジ１５は
、外側周辺部１５ａを有し、この周辺部１５ａは、半径方向かつ軸Ｘ−Ｘに向っ
て円錐台形部１５ｂまで延び、この台形部１５ｂは、横方向が軸受の外方へ向っ
て縮小し、そして軸Ｘ−Ｘに向って延びて筒部１５ｃに至り、軸受の内側に向っ
て収斂する円錐台形の内側周辺部１５ｄで終っている。更に、４個の円筒状孔１
６が、軸Ｘ−Ｘ周りの周方向に等距離間隔に、図１に示すようにフランジ１５の
、半径方向中心部１５ｃ内に形成されている。

【００２８】 フルオロカーボン製のシール１４は、フランジ１５のアーマチャーフランジ１
５上に成型され、フランジ１５の全体に亘り軸受の内部に向ってうら打ちし、か
つ、この薄いフルオロカーボンの膜はまた外側周辺部１５ａの半径方向外縁まで
被覆する。シール１４のフルオロカーボンは、更に、各孔１６をその端部まで覆
い、ウェブ１４ｂが、軸受の内側まで覆う。フランジ１５の内側周辺部１５ｄは
、シール１４とシール５の半径方向内方周辺を構成するフルオロカーボンの中に
埋込まれ、そして、このフルオロカーボンは、断面がＶ字状の軸受の外方に開い
たリップ１４ｃの中へ成形される。このＶ字形のリップ１４ｃは、内側リング２
の外側円筒形軸受面１７に接触して（図３）、シール５が、フランジ１５の周辺
部１５ａと外側リング１の半径方向および一方の肩部１８に対する、フルオロカ
ーボンシール１４の、フランジ１５を裏打ちする薄膜１４ａと、例えばＺ１０Ｃ
Ｎ１８−８製の金属スナップリング１９により保持される。このスナップリング
１９は、例えばＺ１０ＣＮ１８−８からなり、溝２０内に取付けられて保持され
る。この溝２０は、リング１の側端の内方周辺の内側に向って開放されている（
肩部１８の外側上）。

【００２９】 ２個のシール５が面Ｐ−Ｐに関して対称に取付けられ、その半径方向外方周辺
を介してリング１の肩部１８に対してシールされるように、スナップリング１９
を用いて固定される。そして、Ｖ字形のリップ１４ｃを介しての、内側リング２
の円筒形軸受面１７に対するシールされた接触において、円筒形軸受面２１の両
側において、軸受面２１間には溝７が形成されているが、これら軸受面２１上に
保持器４が中心を合わせて設けられる。これにより、潤滑油の損失に対する優れ
たシールが得られる。しかし、潤滑油の損失を補うために、フルオロカーボンの
シール１４のウェブ１４ｂ内にスロット２２を形成し、フランジ１５内の各孔１
６を閉鎖し、そしてこれは孔１６の内側から行う。このスロット２２は半径方向
に向けられることが望ましく、ウェブ１４ｂ内へ開かれることは必ずしも必要で
はない。潤滑剤を含むシリンジを用いることにより、シリンジの針をスロット２
２の縁に係合することができ、スロットの端部を刺してウェブ１４ｂを貫通させ
ることが可能であり、シリンジを、潤滑剤を軸受に注入するために使用すること
ができる。そしてシリンジは、ウェブ１４ｂとスロット２２から引き出される。
スロット２２は再び弾性的に孔１６に閉じて潤滑剤が軸受からスロット２２と孔
１６を介して外部へ漏れることを防ぐ。

【００３０】 軸受にはこのためシール５の環状シール１４を損なうことなくグリース又は潤
滑剤が供給される。

【００３１】 本発明の玉軸受は、ヘリコプター尾部の動力伝達装置に用いることが可能とな
る。特に尾部のギヤボックスに用いられ、ヘリコプターの尾部ロータの駆動に用
いられる。このように使用することにより、玉軸受を、グリースを取替えること
なく、ヘリコプターの運転サイクルにおいて１２００運転時間の達成が可能にな
る。潤滑剤の耐用時間は従って従来のベアリングに比べて３倍のオーダーで増加
することができ、その上、潤滑剤の再充填も、シール５のアーマチャーフランジ
１５の孔１６を閉鎖するフルオロカーボンウェブ１４のスロット２２を介して容
易になる。

【００３２】 従って、保全コストを著しく低下させることができる。

【００３３】 この軸受に用いられる青銅製の保持器は、鋼製または従来技術で公知のＰＥＥ
Ｋ型合成樹脂に埋込まれる例えば炭素の短繊維製にすることは容易であることに
留意すべきである。

【００３４】 更に、構造および性能が前述ボール、リング、保持器のそれとは異なるボール
、リング、保持器が用いられている玉軸受に装着しうることに留意すべきであり
、そしてこのシールは、それ自体が、従来の玉軸受に適用できる独立の発明であ
ることに留意すべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 玉軸受の斜視図

【図２】 図１の軸受の半径方向断面図

【図３】 図１及び２の軸受の２個のリングの拡大断面図

【図４】 図１及び２の保持器の半径方向断面図

【図５】 図４の保持器の側面図

【図６】 図４及び５の保持器の部分断面図

【図７】 図１及び２の軸受の環状シールの断面図

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年１０月２９日（２００１．１０．２９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｃ 33/66 Ｆ１６Ｃ 33/66 Ｚ 33/78 33/78 Ｚ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 3J016 AA02 BB03 CA02 CA03 3J101 AA02 AA32 AA42 AA52 AA62 BA01 BA10 BA21 BA45 BA50 BA51 BA70 BA73 DA02 DA05 DA16 EA03 EA06 EA13 EA43 EA44 FA08 FA31 FA48

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼製で、かつ互いに対向する２本の軌道溝（６，７）の１本
   をそれぞれに有する内側リング（２）および外側リング（１）と、両リング（１
   ，２）の軌道溝（６，７）の間で軌道溝（６，７）と接触して配置されたボール
   （３）と、両リング（１，２）の間に配置されてボール（３）を保持する保持器
   （４）と、ボール（３）および保持器（４）それぞれの両側で２個のリング（１
   ，２）間に、ボール（３）と保持器（４）とを収容しかつ２個のリング（１，２
   ）と２個のシール（５）との間に形成された空間内に潤滑油を保持するために、
   ほぼ半径方向に延びる当該シール（５）とよりなる深溝形の玉軸受において、ボ
   ール（３）が焼結されかつセラミック製であることを特徴とする玉軸受。
2. 【請求項２】 ボール（３）のセラミックが少なくとも部分的にＳｉ₃Ｎ₄ま
   たはＴｉＣよりなることを特徴とする請求の範囲第１項による玉軸受。
3. 【請求項３】 内側リング（２）の鋼と外側リング（１）の鋼とが、好まし
   くはＭ５０または１００Ｃ６形の通常の軸受鋼、好ましくは４４０ＣまたはＸＤ
   １５Ｎ形のステンレス鋼、好ましくは３２ＣＤＶ１３またはＭ５０ＮＩＬの窒化
   処理または表面硬化構造用鋼の中から選ばれることを特徴とする請求の範囲第１
   項および第２項の１項による玉軸受。
4. 【請求項４】 少なくとも鋼リング（１，２）の１個が少なくとも軌道溝（
   ６，７）上で、電解析出法により生成された高クロム成分の多い合金で作られた
   表面被覆により保護されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のい
   ずれかによる玉軸受。
5. 【請求項５】 保持器（４）は、一方が他方に当接する半径方向面（Ｐ−Ｐ
   ）に関して対称形である２個の半割保持器（８，９）により冠状に形成され、ま
   た半割保持器（８，９）はボール（３）用のハウジング（１１）を形成する半割
   保持器（８，９）の補足的凹部間で軸方向リベット（１０）により互いに軸方向
   に組立てられており、保持器（４）はこのようにして内側リング（２）上に心合
   わせされることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかによる玉
   軸受。
6. 【請求項６】 保持器（４）がブロンズ、好ましくはＵＳ３ＺＦｅ形から作
   られることを特徴とする請求の範囲第５項による玉軸受。
7. 【請求項７】 少なくとも１個のシール（５）が玉軸受の内部に向って側面
   に並び、かつ弾性変形可能な材料よりなる環状シール（１４）により軸受の軸（
   Ｘ−Ｘ）に向って半径方向に延びている環状金属フランジ（１５）よりなり、シ
   ール（５）はその半径方向外側縁（１５ａ，１４ａ）が、外側リング（１）内に
   置かれて金属フランジ（１５）の外側周縁（１５ａ）に対して当接するスナップ
   リング（１９）により外側リング（１）の肩部（１８）に対して保持されており
   、一方、シール（５）の内側半径方向周縁が弾性変形可能な材料でつくられた環
   状シール（１４）のほぼＶ字形の断面を有するリップ（１４ｃ）よりなり、この
   リップ（１４ｃ）は内側リング（２）外側の円筒形側支持面（１７）に向って弾
   性的に接触していることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第６項による玉軸
   受。
8. 【請求項８】 少なくとも１個のシール（５）のフランジ（１５）が、対応
   する環状シール（１４）の弾性変形可能な材料よりなるウェブ（１４ｂ）により
   閉ざされた少なくとも１個の孔（１６）で貫通されていて、必ずしも開いていな
   い少なくとも１個のスロット（２２）が、針が該スロット（２２）と係合する注
   入器を用いて軸受内に潤滑油を注入するのをより容易とするために、孔（１６）
   の内部から前記ウェブ（１４ｂ）に形成されていることを特徴とする請求の範囲
   第７項による玉軸受。
9. 【請求項９】 周辺方向に等間隔にある若干個の孔（１６）がシール（５）
   の前記鋼フランジ（１５）に軸方向に形成されており、半径方向スロット（２２
   ）がフランジ（１４）の前記孔（１６）それぞれ内のフルオロカーボン環状シー
   ル（１４）に形成されていることを特徴とする請求の範囲第８項による玉軸受。
10. 【請求項１０】 請求の範囲第１項ないし第９項のいずれかによる玉軸受の
    、ヘリコプター用尾部動力伝達装置、特に尾部ギヤボックスへの適用。