JP2012255521A - 転がり軸受及びフィルム搬送装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】扁平金属板にフォトファブリケーションを施して、ポケット4を含む保持器5全体の外縁部と、径方向に貫通する複数の貫通孔6とを一括に形成した。ポケット4及び貫通孔6を設けた扁平金属板を、プレス加工等の方法により内輪1及び外輪2に沿うように湾曲して環状に形成し、周方向両端を接合した。次に、保持器5に形成されている貫通孔6内に固体潤滑剤を保持させ、内輪1、外輪2、及び転動体3と組み立てて深溝玉軸受10を得た。深溝玉軸受10には、径の異なる2個の保持器5を組み込んでもよい。
【選択図】図1
Description
このようなフィルム搬送装置のローラを回転可能に支持する転がり軸受には、以下のような性能が求められる。
(2)低アウトガス性を有する。転がり軸受からアウトガスが発生するとフィルムを汚染するおそれがあるので、高温下や真空下においても優れた低アウトガス性を有することが求められる。
(3)低トルクである。従動ローラはフィルムとの摩擦力だけで回転しているため、従動ローラは極めて小さい接線力で回転しなければならない。そのため、このフィルム搬送装置の従動ローラの支持軸受には、極めて小さなモーメントで回転起動し、その後は安定して回転し続ける低トルク性が求められる。
すなわち、(1)の要求を満足するためには、転がり軸受の軸受部品が金属又はこれに準ずる耐熱性を有している素材で構成されている必要があり、金属に比べて耐熱性が低い樹脂材料は使用困難である。ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等は使用可能であるが、使用温度が限定されるとともに、転がり軸受の製造コストが上昇するおそれがある。
しかしながら、(3)の要求を満足するためには、保持器の軽量化が必要であるため、金属製の保持器を用いることは難しかった。すなわち、転がり軸受が回転する際は、転動体が保持器の全質量に起因する摩擦力を受けて回転し始めるため、保持器の質量が大きいと起動トルクが大きくならざるを得ず、しかも回転中も動摩擦トルクの変動が大きくなる。よって、従動ローラの支持軸受として使用される転がり軸受の保持器には、軽量であることが求められていたが、従来の金属製の保持器では、この要求を十分に満たすことは難しかった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、優れた耐久性、低アウトガス性、及び低トルク性を併せ持つ転がり軸受及びフィルム搬送装置を提供することを課題とする。
また、このような転がり軸受においては、前記貫通孔の径は、前記保持器の内周面及び外周面に開口する開口部が最大で、前記保持器の厚さ方向中央部に向かって徐々に小さくなっていき、厚さ方向中央部で最小となっていることが好ましい。さらに、上記態様に係る転がり軸受は、玉軸受とすることができる。さらに、前記固体潤滑剤は、液体状潤滑剤を固化したものとすることができる。
〔第一実施形態〕
図1は、本発明に係る転がり軸受の第一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す斜視図であり、一部分を切り欠いて示してある。
図1の深溝玉軸受10は、外周面に軌道面を有する内輪1と、内輪1の軌道面に対向する軌道面を内周面に有する外輪2と、これら両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体3と、転動体3を収容するポケット4を複数有し両軌道面間に転動体3を保持する保持器5と、を備えている。なお、金属シールド、ゴムシール等の密封装置を備えていても差し支えない。
この保持器5は、金属製であるので耐久性が優れている。特に、樹脂等に比べて高耐熱性であるので、高温下においても耐久性が優れている。よって、深溝玉軸受10は耐久性が優れている。
さらに、保持器5が薄板で構成されているとともに貫通孔6が形成されているため、保持器5は軽量である。よって、深溝玉軸受10が低トルクであるとともに、回転中のトルク変動が生じにくい。
次に、保持器5の製造方法について説明する。例えばSUS304製の扁平金属板にフォトファブリケーション(フォトエッチング加工)を施して、ポケット4を含む保持器5全体の外縁部と、径方向(厚み方向)に貫通する複数の貫通孔6とを一括に形成した(図4の(A)を参照)。貫通孔6は、保持器5の表面全体にわたって網目状に形成した。
ここでフォトファブリケーション(Photo Fabrication )とは、光学的転写技術、フォトリソグラフィー(Photo Lithography )を用いた加工技術の総称で、フォトエッチング(Photo Etching )、フォトフォーミング(Photo Forming )、リフトオフ(Lift-Off)、及びそれらを複合した加工技術全体を意味し、材料表面を化学的又は電気化学的に溶解させたり、材料表面に金属を堆積させたり、写真的技法を用いて行なうこの精密加工方法を総称したものある。
次に、ポケット4及び貫通孔6を設けた扁平金属板を、プレス加工等の方法により内輪1及び外輪2に沿うように湾曲して環状に形成し(図4の(B)を参照)、周方向両端を接合した(図4の(C)を参照)。このとき、この環状体の直径は、深溝玉軸受10のボールピッチ円径と略同一となるようにした。接合方法は特に限定されるものではなく、溶接、加締め等の慣用の固着手段を用いることができる。
次に、固体潤滑剤を貫通孔6の内部に充填した保持器5を用いて、軸受を組み立てる。まず、内輪1と外輪2と転動体3とを組み立てた後、内輪1と外輪2の間の隙間から保持器5を挿入して(図7を参照)、保持器5のポケット4に転動体3を収容する。ポケット4の開口部にはパチン代が設けてあるため、ポケット4に収容された転動体3がポケット4から脱落することはない。
また、扁平金属板の材質は特に限定されるものではないが、容易に塑性変形しない、ばね限界値の大きい材料が好ましい。例えば、SPCCや、SUS304及びSUS301をテンションアニールしたステンレスばね用鋼板や、SUS631等の析出硬化されたステンレスばね用鋼板や、S60C、S65Cをベーナイト処理したベーナイト鋼帯や、あるいはS60C、S65Cに加えてSK85、SK95、SKS81等の工具鋼の焼入れ鋼帯等があげられる。特に、SK85、SK95等の焼入れ鋼帯は靱性が高いので、薄くて変形しにくい保持器を製造するのに好適である。
さらに、貫通孔6の代わりに、保持器5の板厚の途中まで窪んで底のあるディンプルを設けてもよい。ディンプルは、フォトエッチングにより厚さ方向一方の面に孔を設けて、他方の面に設けないようにして、孔が板厚の途中まで掘り込まれた止まり孔とすることにより形成することができる。ディンプルであっても、固体潤滑剤の保持部として機能するのはもちろんのこと、軽量化に寄与するとともに、厚さの薄い部分が多数形成されることで保持器5に可撓性が付与されるため、転動体3からの圧力を緩和することができる。
さらに、保持器5の貫通孔6に固体潤滑剤を充填するのとは別に、初期潤滑として、内外輪1,2の軌道面や転動体3の表面に固体潤滑剤を塗布しておいてもよい。この場合は、保持器5の場合と同様に、慣用の塗布方法により実施すればよい。
第一実施形態の深溝玉軸受10とほぼ同様の構成である実施例の深溝玉軸受と、従来の金属製保持器を備える比較例の深溝玉軸受とを試験軸受として用いて、耐久試験を行った。両深溝玉軸受は、内径が15mmで、同一呼び番号の軸受である。
実施例の深溝玉軸受は、玉がSUS440C製であり、その表面に厚さ10μmの二硫化モリブデンの被膜が被覆されている。この被膜は、二硫化モリブデンを含有するペースト状物を塗布して乾燥することにより被覆した。また、保持器の貫通孔に保持させる固体潤滑剤は二硫化モリブデンであり、二硫化モリブデンを含有するペースト状物を塗布して乾燥することにより、貫通孔の内部に二硫化モリブデンを充填した。なお、保持器の表面のうち貫通孔が形成されていない部分には、厚さ10μmの二硫化モリブデンの被膜が被覆されている。
試験方法について以下に説明する。試験軸受を回転軸の両端に配するとともにサポート軸受を回転軸の中央に配して、サポート軸受に錘を懸垂することによりラジアル荷重を負荷した。なお、サポート軸受は真空用グリースで潤滑した。試験軸受を真空槽内に配置し、常圧下に置かれたモータと真空槽内の回転軸とを磁気シールユニットを介して接続した。また、試験軸受の外輪の外周面にヒータを装着し、試験軸受を加熱した。
・軸受姿勢:水平軸(軸受の中心軸を水平にする)
・回転速度:360min-1
・軸受温度:300℃
・回転方向:一方向回転
・荷重条件:アキシアル荷重(予圧荷重)及びラジアル荷重
・圧力環境:常圧又は真空
なお、スペーサ204を構成する固体潤滑剤は、二硫化モリブデン系の燒結金属である。また、玉203はSUS440C製であり、その表面に厚さ1μm以下の二硫化モリブデンの被膜がバレルメッキにより被覆されている。
・軸受姿勢:水平軸(軸受の中心軸を水平にする)
・回転速度:300又は1000min-1
・軸受温度:常温
・回転方向:一方向回転
・荷重条件:アキシアル荷重(予圧荷重)のみ
・圧力環境:常圧
図12は、本発明に係る転がり軸受の第二実施形態であるアンギュラ玉軸受の構造を示す斜視図であり、一部分を切り欠いて示してある。なお、第二実施形態の転がり軸受の構成及び作用・効果は、第一実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。また、図12においては、図1と同一又は相当する部分には、図1と同一の符号を付してある。
また、保持器5は、隣接するポケット4間距離が転動体3の直径の2倍以下になるように設定されているので、負荷ボールと無負荷ボール(スペーサ)とを交互に配置するアンギュラ玉軸受と比べて、多くの玉を装填することが可能であり、それに比例して負荷容量を大きくすることができる。ポケット4間距離をギリギリまで小さくすれば1.9倍程度の数の玉を装填することが可能であるが、そうすると保持器の軸方向中央部の剛性が極端に小さくなるので、通常は1.2〜1.7倍程度の数の玉を装填する。
ただし、このアンギュラ玉軸受10Bに対して、第一実施形態の場合と同様の保持器、すなわち、軸方向一端部にポケット4が形成された保持器5(図1を参照)を用いてもよい。その場合は、内輪1と外輪2と転動体3とを組み立てた後、内輪1と外輪2の間の隙間から保持器5を挿入して、保持器5のポケット4に転動体3を収容する。ポケット4の開口部にはパチン代が設けてあるため、ポケット4に収容された転動体3がポケット4から脱落することはない。
第三実施形態の転がり軸受は、第一実施形態の深溝玉軸受とほぼ同様の構成である。第三実施形態の転がり軸受の構成及び作用・効果は、第一実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。
保持器は、図2に示すものと同様の分断保持器であるが、保持器のポケットは軸方向一端部に形成されておらず、軸方向中央部に形成されている。すなわち、径方向に貫通する円形孔が各扁平金属板の長手方向に沿って等間隔をあけて複数設けられており、これらの円形孔がポケットを構成している。
このような保持器の場合は、保持器を支持しているのは、円形孔からなるポケットに収容されている2〜3個の転動体だけなので、軸受回転中に保持器に力を付加する転動体数が少ない。保持器を支持する転動体数が多いほど保持器は転動体に拘束されて、一部の転動体に公転の進みや遅れが生じると保持器に曲げ荷重が付加されるが、本実施形態の保持器は可撓性を有しているが、場合によっては曲げ荷重を受けて変形するおそれがある。しかしながら、保持器を支持している転動体数が少なければ拘束力は小さいので、負荷される曲げ荷重は軽減され変形は生じにくい。転動体と嵌合するポケットの数が1個だと保持器の姿勢が安定せず、4個以上だと転動体による拘束力が大きくなるので、ポケットの数は2又は3個が好ましい。
図13は、本発明に係る転がり軸受の第四実施形態である深溝玉軸受の構造を示す斜視図であり、一部分を切り欠いて示してある。なお、第四実施形態の転がり軸受の構成及び作用・効果は、第一実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。また、図13においては、図1と同一又は相当する部分には、図1と同一の符号を付してある。
保持器の数を増やすと、軸受内に備えられている固体潤滑剤の量がその分だけ増加する。その結果、深溝玉軸受10Cの潤滑性が向上するので、耐久性が向上する。ただし、保持器の数を増やすと、保持器全体の質量が増加するだけでなく、転動体3とポケット4との摺動機会も増加するため、深溝玉軸受の動摩擦トルクが上昇する。よって、低トルクを維持したまま潤滑性を向上させるためには、保持器の数は2個又は3個が好ましいが、コスト等を考慮すると2個が最も好ましい。
貫通孔6から脱落した固体潤滑剤の粒子は、その一部が内外輪1,2の軌道面に付着し、その上を転動体3が通過する際に圧延されて、内外輪1,2の軌道面や転動体3の転動面に転移する。そして、薄い固体潤滑剤の被膜が形成されて、潤滑に供される。保持器が1個の場合は、貫通孔6から脱落した固体潤滑剤の粒子は、そのままの粒径で落下し、内外輪1,2の軌道面や転動体3の転動面に偶然付着した粒子だけが転移の機会を得られることになる。
なお、保持器5のタイプとしては、略帯状の扁平金属板を内輪1及び外輪2に沿うように湾曲して環状に形成し、周方向両端を接合した環状部材と、湾曲させた扁平金属板の周方向両端を接合せず、隙間を介して対向するように近接させた略C字状の部材と、内輪1及び外輪2に沿うように湾曲した複数の扁平金属板を内輪1及び外輪2に沿って環状に配列した分断保持器と、の3タイプがあるが、深溝玉軸受10Cに組み込む2つの保持器5を同タイプの保持器としてもよいし、異なるタイプの保持器としてもよい。
第四実施形態の深溝玉軸受10Cとほぼ同様の構成である実施例の深溝玉軸受(すなわち、保持器を2個備える深溝玉軸受)と、従来の金属製保持器を備える比較例の深溝玉軸受とを試験軸受として用いて、耐久試験を行った。両深溝玉軸受は、内径が15mmで、同一呼び番号の軸受である。
耐久試験の試験方法については、第一実施形態の実施例の場合と全く同様であるので、説明は省略する。試験結果について、以下に説明する。
次に、動摩擦トルク試験について説明する。実施例の深溝玉軸受は、上記耐久試験に用いたものと同じである。比較例の深溝玉軸受は、内径が15mmで、実施例の深溝玉軸受と同一呼び番号のものであり、図9に示すような深溝玉軸受である。すなわち、外輪201と内輪202との間に、8個の転動体(玉)203が周方向に所定の間隔をおいて配されている。その玉203は二個が一組とされて、その間に介在する1個の固体潤滑剤製スペーサ204とともに、保持器205が有する舟形のポケット205a内に収納されて一単位を構成している。
なお、スペーサ204を構成する固体潤滑剤は、二硫化モリブデン系の燒結金属である。また、玉203はSUS440C製であり、その表面に厚さ1μm以下の二硫化モリブデンの被膜がバレルメッキにより被覆されている。
いずれの回転速度においても、実施例の動摩擦トルクは比較例の0.8倍であった。この結果から、実施例の深溝玉軸受は低トルクであることが分かる。
第五実施形態の転がり軸受は、径の異なる2個の分断保持器が同心に配されている点を除いては、第三実施形態の深溝玉軸受とほぼ同様の構成である。第五実施形態の転がり軸受の構成及び作用・効果は、第三実施形態とほぼ同様であるので、その説明は省略する。また、2個の保持器を備えることによる作用・効果は、第四実施形態と同様であるので、その説明は省略する。なお、径の異なる3個の分断保持器を同心に配した構成としてもよい。
2 外輪
3 転動体
4 ポケット
5 保持器
5A 扁平金属板
6 貫通孔
10,10C 深溝玉軸受
10B アンギュラ玉軸受軸受
100 フィルム搬送装置
101 駆動ローラ
102 従動ローラ
Claims (8)
- 軌道面を有する内輪と、前記内輪の軌道面に対向する軌道面を有する外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記転動体を収容するポケットを複数有する保持器と、を備え、
前記保持器は、扁平金属板を前記内輪及び前記外輪に沿うように湾曲して環状に形成し、周方向両端を近接若しくは接合して構成されているか、又は、複数の扁平金属板を湾曲させ前記内輪及び前記外輪に沿って環状に配列して構成されているとともに、
前記保持器は、径方向に貫通する貫通孔及びディンプルの少なくとも一方を備え、前記貫通孔及び前記ディンプルの少なくとも一方に固体潤滑剤が保持されており、
さらに、前記ポケット、前記貫通孔、及び前記ディンプルがフォトファブリケーションによって形成されていることを特徴とする転がり軸受。 - 前記保持器を複数備えており、それぞれ径の異なる各保持器が略同心に配されていることを特徴とする請求項1に記載の転がり軸受。
- 軌道面を有する内輪と、前記内輪の軌道面に対向する軌道面を有する外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記転動体を収容するポケットを複数有する保持器と、を備え、
前記保持器を複数備えており、それぞれ径の異なる各保持器が略同心に配されているとともに、
前記保持器は、扁平金属板を前記内輪及び前記外輪に沿うように湾曲して環状に形成し、周方向両端を近接若しくは接合して構成されているか、又は、複数の扁平金属板を湾曲させ前記内輪及び前記外輪に沿って環状に配列して構成されており、
さらに、前記保持器は、径方向に貫通する貫通孔及びディンプルの少なくとも一方を備え、前記貫通孔及び前記ディンプルの少なくとも一方に固体潤滑剤が保持されており、
さらに、前記ポケット、前記貫通孔、及び前記ディンプルがフォトファブリケーションによって形成されていることを特徴とする転がり軸受。 - 前記貫通孔の径は、前記保持器の内周面及び外周面に開口する開口部が最大で、前記保持器の厚さ方向中央部に向かって徐々に小さくなっていき、厚さ方向中央部で最小となっていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の転がり軸受。
- 玉軸受であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の転がり軸受。
- 前記固体潤滑剤は、液体状潤滑剤を固化したものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の転がり軸受。
- 100℃以上400℃以下の環境下で使用されるフィルム搬送装置であって、フィルムの搬送方向に沿って並べられた複数のフィルム搬送ローラを備え、前記フィルム搬送ローラを回転可能に支持する支持軸受として、請求項1〜6のいずれか一項に記載の転がり軸受を用いたことを特徴とするフィルム搬送装置。
- 前記温度且つ真空の環境下で使用されることを特徴とする請求項7に記載のフィルム搬送装置。
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