JP2015075154A - 固体潤滑転がり軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】軸受の意図しない分解を長期間安定して防止できる固体潤滑転がり軸受を提供する。
【解決手段】転動体を総転動体形式の態様で配置すると共に、隣接する転動体7の間に固体潤滑剤からなるセパレータ8を配置する。セパレータ8に、その周方向両側に設けられ、転動体7と接触可能の受け面81と、両受け面81に開口する開口部82とを設け、開口部82の近傍で隣接する転動体7同士を接触させるようにする。
【選択図】図3
【解決手段】転動体を総転動体形式の態様で配置すると共に、隣接する転動体7の間に固体潤滑剤からなるセパレータ8を配置する。セパレータ8に、その周方向両側に設けられ、転動体7と接触可能の受け面81と、両受け面81に開口する開口部82とを設け、開口部82の近傍で隣接する転動体7同士を接触させるようにする。
【選択図】図3
Description
本発明は、固体潤滑剤を使用した固体潤滑転がり軸受に関する。
上記の固体潤滑転がり軸受は、潤滑剤としてグリースや潤滑油を使用することができない高温雰囲気や真空雰囲気等での使用、例えばフィルム延伸機のテンタークリップ用軸受としての使用に適合する。
ここでいうフィルム延伸機は、一般包装材、液晶パネル、あるいは二次電池等に用いられる延伸フィルムを製造するもので、フィルムの強度を向上させるために、図15に示すように、フィルム100を連続的に長手方向(矢印X方向)に搬送し、破線で示す領域内でフィルム100を加熱しながら幅方向に引き延ばす(さらに長手方向に引き延ばす場合もある)機械装置である。テンタークリップは、このフィルム延伸機において、フィルムの両端をクリップし、無限軌道のガイドレールに安定されて図中の矢印Cで示すように循環走行しながらフィルムを所定方向に引き延ばす機械部品である。テンタークリップ用軸受は、このテンタークリップのレール走行をガイドする部分に用いられており、高温環境下(250℃以上、最大で400℃程度)で使用されることから、固体潤滑転がり軸受を使用する必要がある。
このような固体潤滑転がり軸受として、従来では、保持器を使用せず、固体潤滑剤からなるセパレータを隣接する転動体の間に配置したもの(特許文献1、特許文献2)が知られている。
固体潤滑転がり軸受の使用中は、転動体との接触により固体潤滑剤からなるセパレータの摩耗や欠けが生じ、セパレータが徐々に薄くなる。そのため、保持器を有しない特許文献1や特許文献2の構成では、長期使用によりセパレータが小さくなった際に、転動体が円周方向の一部領域に偏在するおそれがある。特に円周方向の180°の領域内に全ての転動体が移動すると、僅かな外力で内輪と外輪が分離し、軸受が意図せず分解状態となって軸受としての機能が果たせなくなる。
そこで本発明は、軸受の意図しない分解を長期間安定して防止することができる固体潤滑転がり軸受を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の固体潤滑転がり軸受は、外側軌道面を有する外輪と、内側軌道面を有する内輪と、外側軌道面と内側軌道面の間に配置した複数の転動体とを有し、軸受内部が固体潤滑剤で潤滑される固体潤滑転がり軸受であって、前記転動体を総転動体形式の態様で配置し、隣接する転動体の間に、隣接する転動体同士の接触を許容して、固体潤滑剤からなるセパレータを配置したことを特徴とするものである。
このように転動体を総転動体形式の態様で配置することで、セパレータが摩耗等により薄くなっても、全ての転動体が円周方向の一部領域(特に周方向の180°以下の領域)に偏在するような事態を防止することができる。そのため、長期運転後も外輪と内輪が分離することはなく、軸受が意図せず分解する事態を防止することができる。また、軸受内部に多くの転動体が組み込まれるので、軸受の基本定格荷重を増大させることができる。
さらに、隣接する転動体が相対的に接近した際に、転動体同士が当接するため、転動体とセパレータの衝突が回避される。従って、セパレータに加わる衝撃荷重を軽減し、衝撃によるセパレータの破損を防止することができる。
セパレータに、その周方向両側に設けられ、転動体と接触可能の受け面と、両受け面に開口する開口部とを形成し、この開口部を介して隣接する転動体同士を接触させるのが好ましい。軸受運転中は、転動体が受け面に接触することで受け面が削られて固体潤滑剤粉が発生し、軸受の潤滑が行われる。その一方で、隣接する転動体が相対的に接近した際には、転動体同士が開口部を介して接触するため、転動体が受け面に激しく衝突することはない。そのために衝撃によるセパレータの破損を防止することができる。
セパレータの受け面を、転動体と球面嵌合する形状に形成すれば、軸受運転中のセパレータの位置および姿勢を安定化させることができ、セパレータの振れに起因した異音等の発生を防止することができる。
固体潤滑剤は、非晶質でかつ自己焼結性を有する炭素材粉と、黒鉛粉と、バインダーとを含む粉末を成形し、これを焼成することで形成することができる。炭素材粉は、非晶質という点で結晶質である黒鉛とは異なり、自己焼結性を有するという点で、自己焼結性を有しない炭素繊維等と異なる材料である。このような炭素材粉は焼成により粉末自体が硬質化することに加え、焼成後は、その自己焼結性から、隣接する炭素材粒子同士が互いに結合した骨格構造を形成する。この骨格構造に保持されるため、黒鉛粒子も脱落しにくくなる。そのため、材料強度を増すことができ、セパレータの耐衝撃性や耐摩耗性を向上させることが可能となる。
本発明では、セパレータが薄肉となる傾向にあるのでその強度確保が難しくなるが、材料強度に優れた上記の固体潤滑剤でセパレータを形成することで、薄肉化されたセパレータでも必要強度を満たすことができ、セパレータの破損を防止することができる。かかる作用効果を奏するため、固体潤滑剤における炭素材粉の配合割合を、重量比で黒鉛粉の配合割合よりも多くするのが好ましい。
この固体潤滑転がり軸受では、隣接する転動体およびセパレータの円周方向に離反する方向への相対移動を規制部材で規制し、この規制部材を円周方向の複数個所に配置して隣接する規制部材間の相対移動を許容することもできる。
このように各規制部材を独立して相対移動可能にすることで、転動体と規制部材の内側面との間の隙間の大きさをフレキシブルに変動させることができる。そのため、この隙間に溜まった固体潤滑剤粉の排出を促進することができ、隙間が固体潤滑剤粉で充満されて回転ロックとなる事態を防止することができる。また、規制部材相互間はリベット等の連結部材で連結されていない非連結状態であるので、軸受内の円周方向で連結部材の設置スペースを確保する必要がない。そのため、軸受内部に多くの転動体を組み込むことが可能となり、軸受の基本定格荷重を増大させることができる。さらに、規制部材同士の連結作業が不要であるので、軸受組立時の作業工数を削減することができる。
以上に述べた固体潤滑転がり軸受は、フィルム延伸機のテンタークリップ用軸受として特に適合するものである。
本発明にかかる固体潤滑転がり軸受によれば、軸受の意図しない分解を長期間安定して防止することができる。また、転動体との衝突によるセパレータの破損を防止することができ、軸受寿命を延長することが可能となる。
以下、本発明の実施形態を図1〜図13に基づいて説明する。
図1は、本発明にかかる固体潤滑転がり軸受の適用対象であるフィルム延伸機のテンタークリップの概略構造を示すものである。既に述べたように、テンタークリップは、無限軌道のガイドレール1に案内されながら移動するもので、フレーム2と、フィルム100(図15参照)を挟持するクリップ部3と、フレーム2に回転自在に支持された複数の軸受4とを具備する。このテンタークリップは図示しないチェーン等で駆動されて走行する。その際に、各軸受4の外周面がガイドレール1上で転動することにより、テンタークリップの移動方向がガイドレール1で案内され、クリップ部3で挟持されたフィルムの延伸が行われる。軸受外輪の外周面に嵌合固定したリング状の別部材をガイドレール1上で転動させる場合もある。
図2はテンタークリップ用固体潤滑転がり軸受4の実施形態を示す軸方向の断面図、図3は同じく半径方向の断面図である。この軸受4は、深溝玉軸受としての形態をなし、内周面に外側軌道面5aを有する外輪5と、外周面に内側軌道面6aを有する内輪6と、外側軌道面5aと内側軌道面6aとの間に配置された複数(本実施形態では六個)の転動体7、例えばボールと、隣接する転動体7の間に配置された複数(本実施形態では六個)のセパレータ8と、外輪5と内輪6の間の空間を軸方向両側でシールするシール部材9とを主要な構成要素とする。この実施形態の軸受4では、外輪5の外周面5bが図1に示すガイドレール1を転動する転動面となり、内輪6の内周面6bがフレーム2に設けられた固定軸2aに嵌合固定される。
シール部材9は、例えばシールド板で形成される。このシールド板9は、その外径端が外輪5の内周面に形成された周溝に圧入固定され、その内径端が内輪6の外周面に近接して非接触シールを形成している。なお、高温環境で使用されない軸受等では、シール部材9として、その内径端を内輪6の外周面に摺接させる接触シールタイプを使用することもできる。
外輪5、内輪6、および転動体7は、鋼材料、例えばSUS440C等のマルテンサイト系ステンレス鋼で形成される。転動体はセラミックスで形成してもよく、その場合、セラミックスとしては例えば窒化ケイ素を使用することができる。転動体7をセラミックスで形成しない場合には、その表面にグラファイト等の固体潤滑材料からなる被膜を形成するのが好ましい。シールド板9は鋼材料で形成し、例えば耐食性に優れるSUS304等のオーステナイト系ステンレス鋼で形成するのが好ましい。
転動体7は総転動体形式の態様で配置されている。従って、軸受4には転動体7を円周方向等間隔に保持する保持器が存在しない。ここでいう総転動体形式は、図14に示すように、転動体間7間の隙間の和Tが転動体7の直径を越えない量になっていることを意味する。
セパレータ8は固体潤滑剤で形成されている。固体潤滑剤の組成は任意であり、例えばグラファイト、二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の層状物質、金、銀、鉛等の軟質金属、PTFEやポリイミド等の高分子樹脂組成物といった固体潤滑材料、あるいはこれら固体潤滑材料を主成分とする複合材をセパレータ8として用いることができる。例えばグラファイトの粉末を成形して焼成したものや、グラファイトを主成分とする粉末をバインダーと共に成形し、焼成したものをセパレータ8として使用することができる。
図4(a)〜(c)にセパレータ8の形状例を示す。なお、図4(a)はセパレータ8を外径側から見た斜視図である。図4(b)は、図4(a)の矢印B方向(内径側)からセパレータ8を見た時の図であり、図4(c)は、図4(a)の矢印C方向(軸方向)からセパレータ8を見た時の図である。
図4(a)〜(c)に示すように、セパレータ8の周方向両側には、転動体7の表面と面接触可能となる形状の受け面81が形成される。本実施形態では、転動体7としてボールを使用しているので、受け面81はボール7表面と面接触する部分凹球面状に形成されている。ここで、図5に示すように、一方の受け面81の曲率中心O1と他方の受け面81の曲率中心O2間の距離Xは、一方の受け面81の曲率半径r1と他方の受け面81の曲率半径r2との和よりも僅かに小さい(X<r1+r2)。つまり曲率中心O1,O2を含む軸方向と直交する平面上(図5の紙面に沿った平面上)では、一方の受け面81の母線を含む円弧と、他方の受け面81の母線を含む円弧とが僅かに交差した状態にある。そのため、二つの円弧の交差部分となる受け面81の最深部に、両側の受け面81に開口する開口部82が形成される。開口部82の縁部がエッジとならないように、機械加工等により縁部に丸みを持たせるのが好ましい。
セパレータ8の外周面8a(外輪5の内周面と対向する面)および内周面8b(内輪6の外周面と対向する面)は、何れも軸心を中心とする円筒面状に形成されている。図4(c)および図5に示すように、受け面81の曲率中心O1、O2を含む軸方向と直交する平面上では、セパレータ8の外周面8aの周方向長さが、内周面8bの周方向長さよりも長い。また、図2に示すように、セパレータ8の半径方向の肉厚は、外輪5の内周面(外側軌道面5aに隣接する肩面5c)の半径寸法と、内輪6の外周面(内側軌道面6aに隣接する肩面6c)の半径寸法との差よりも僅かに小さい。セパレータ8の軸方向寸法は、外側軌道面5aおよび内側軌道面6aの軸方向寸法よりも大きい。
以上に延べた固体潤滑転がり軸受4は、外輪5と内輪6の間に複数の転動体7およびセパレータ8を組み込み、さらに外輪5の周溝にシール部材9を圧入固定することで組み立てられる。この時、図3に示すように、転動体7およびセパレータ8は、例えば円周方向で交互に配置される。全ての転動体7およびセパレータ8を組み込んだ状態では、転動体7の表面とセパレータ8の受け面81との間に周方向の微小隙間Sが形成される。なお、転動体7の組み込みをスムーズに行うため、内輪6に入れ穴25を設けるのが好ましい。入れ穴25は外輪5に形成することもできる。
かかる構成の固体潤滑転がり軸受4において、軸受の回転中は、転動体7の表面とセパレータ8の受け面81との接触により、セパレータ8が削り取られて固体潤滑剤粉(固体潤滑剤の小片も含む)が発生する。この固体潤滑剤粉が外側軌道面5aや内側軌道面6a等に転着することで、潤滑油やグリースが存在しない環境下でも軸受4の潤滑が安定して行われる。
軸受4を長期間運転すると、摩耗等によりセパレータ8のサイズが徐々に薄くなり、これに伴って転動体7とセパレータ8の間の周方向の隙間Sが徐々に大きくなるが、この軸受4は保持器を有さず、転動体7が総転動体形式の態様で配置されているので、セパレータ8が薄くなった場合でも、全ての転動体が円周方向の限られた領域(円周方向の180°以内の領域)に偏在することはない。そのため、長期運転後も外輪5と内輪6が分離することはなく、軸受4が意図せず分解する事態を防止することができる。また、軸受内部に多くの転動体7を組み込むことが可能となるので、軸受4の基本定格荷重を増大させることができる。
また、このように転動体7が薄くなった場合、隣接する転動体7同士の相対的な接近速度が大きくなるが、その場合でも、図5に示すように、転動体7がセパレータ8の受け面81に接触するより前に転動体7同士が当接する。そのため、転動体7の表面とセパレータ8の受け面81との間の接触圧が軽減され、セパレータ8に加わる衝撃が小さくなる。従って、転動体7とセパレータ8の衝突によるセパレータ8の破損を防止することができ、軸受寿命を増大させることが可能となる。
特に本実施形態の固体潤滑転がり軸受4では、セパレータ8の受け面81を転動体7の表面と球面嵌合する部分凹球面状に形成している。そのため、軸受運転中のセパレータ8の位置および姿勢を安定化させることができ、セパレータ8の振れに起因した異音等の発生を防止することができる。
図4(a)〜(c)から明らかなように、本発明にかかるセパレータ8は薄肉であるので、既存の固体潤滑剤ではセパレータ8の強度不足が懸念される。セパレータ8を高強度化するため、以下に述べる固体潤滑剤11でセパレータ8を形成するのが好ましい。
図6は、この固体潤滑剤11のミクロ組織を拡大して表すものである。
同図に示すように、この固体潤滑剤11は、炭素材粒子12と、黒鉛粒子13とこれらの粒子12,13間に介在するバインダー成分14と、気孔15とを有する多孔質体である。炭素材粒子12は、隣接する炭素材粒子12同士が互いに結合した骨格構造を形成している。バインダー成分14および黒鉛粒子13は、炭素材粒子12の骨格構造内に保持されている。
同図に示すように、この固体潤滑剤11は、炭素材粒子12と、黒鉛粒子13とこれらの粒子12,13間に介在するバインダー成分14と、気孔15とを有する多孔質体である。炭素材粒子12は、隣接する炭素材粒子12同士が互いに結合した骨格構造を形成している。バインダー成分14および黒鉛粒子13は、炭素材粒子12の骨格構造内に保持されている。
この固体潤滑剤11は、炭素材粉、黒鉛粉、およびバインダーを含む粉末を成形型に充填し、所定形状に成形してから型から取り出し、焼成することで製造される。
本発明では、炭素材粉として、非晶質であり、かつ自己焼結性を有する(それ自身で結合することができる)炭素材の粉末が使用される。この炭素材粉は、非晶質であるから結晶質の黒鉛粉とは異なり、また自己焼結性を有するために、自己焼結性を有しない炭素繊維等とも異なる。この条件にあてはまる炭素材粉の一例として、コークス粉あるいはピッチ粉を挙げることができる。ピッチ粉としては、石油系および石炭系の何れも使用可能である。
また、黒鉛粉としては天然黒鉛粉および人造黒鉛粉の何れもが使用可能である。天然黒鉛粉は鱗片状をなし、潤滑性に優れる。一方、人造黒鉛粉は成形性に優れる。従って、必要とされる要求特性に応じて天然黒鉛粉と人造黒鉛粉を選択使用する。ちなみに黒鉛粉は焼成前後を問わず結晶質である。バインダーとしては例えばフェノール樹脂を使用することができる。
以上に述べた炭素材粉および黒鉛粉はバインダーを加えて造粒される。これにより、図7に示すように、炭素材粉12’および黒鉛粉13’をバインダー14’で保持した造粒粉Pが製造される。炭素材粉12’および黒鉛粉13’はサイズの小さい微粉末であり、そのままでは流動性が悪く、成形型にスムーズに充填できないために造粒が行わる。造粒粉Pを粉砕し、次いで篩掛けすることで、粒度600μm以下(平均粒径100μm〜300μm)の造粒粉Pが選別される。
こうして得た造粒粉を成形型に供給し、加圧して圧粉体を成形する。この時、圧粉体中の炭素材粉12’、黒鉛粉13’、およびバインダー14’の割合(重量比)は、炭素材粉12’が最も多く、バインダーが最も少ない。具体的には、炭素材粉12’を50〜60wt%、黒鉛粉13’を25〜40wt%含有し、残りをバインダー14’および不可避的不純物とする。
その後、この圧粉体を焼成することで、図6に示す固体潤滑剤11を製造することができる。焼成は、雰囲気ガスとして窒素ガス等の不活性ガスを使用し、焼成温度を900℃〜1000℃に設定して行われる。焼成により、炭素材粉12’は非晶質の無定形炭素である炭素材粒子12となり、黒鉛粉13’は結晶質の黒鉛粒子13となる。また、バインダー14’は非晶質の無定形炭素であるバインダー成分14となる。焼成後の固体潤滑剤11の密度は1.0〜3.0g/cm3とするのが好ましい。密度が下限値を下回ると欠けを生じやすくなり、逆に密度が上限値を上回ると成形時の寸法のばらつき(特に圧縮方向の寸法のばらつき)が大きくなるためである。
図8は、黒鉛を主成分とした、特許文献2記載の固体潤滑剤のミクロ組織を示すものである。同図に示すように、従来の固体潤滑剤では、黒鉛粒子13は個々に独立して存在しており、黒鉛粒子13相互間が結合されていない。また、バインダー成分も黒鉛粒子13を保持しているにすぎず、黒鉛粒子13とバインダー成分14は結合されていない。そのため、材料強度が低くなり、また黒鉛粒子の脱落も生じやすくなる。なお、図8中の符号16はタングステン等の添加物を示す。
これに対し、本発明の固体潤滑剤11は、炭素材粒子12が母材として機能し、炭素材粒子12同士が結合した骨格構造を形成している。また、バインダー成分14も非晶質で自己焼結性を有するため、炭素材粒子12とバインダー成分14も結合した状態にある。さらに焼成後の炭素材粒子12が硬いこともあり、焼成後の固体潤滑剤11は高硬度となる。そのため、固体潤滑剤11は高い材料強度と硬度を有するようになる。また、黒鉛粒子13の脱落も生じにくくなる。従って、高い潤滑性を保持しつつ、耐衝撃性および耐摩耗性に優れた固体潤滑剤を得ることができる。
ちなみに本発明の固体潤滑剤11は、ショア硬さ(HSC)50〜100程度に達し、特許文献1に挙げられた既存固体潤滑剤(ショア硬さHSC:10〜15程度)よりもはるかに硬い。この硬さゆえに、本発明の固体潤滑剤11は機械加工で後加工を行うこともできる。また、本発明の固体潤滑剤11は曲げ強度40〜100MPaであり、既存固体潤滑剤の曲げ強度よりも数倍〜数十倍大きくなる。さらに、比摩耗量も1.0〜2.5×10-7mm3/(N・m)であり、既存固体潤滑剤と比べて100分の1の比摩耗量となる。
炭素材粒子12の骨格構造を、FeやCu等の金属粒子同士を結合した骨格構造と置き換えたものを想定することもできるが、かかる構成では、酸化により脆くなりやすい。また、高温環境下で材料が軟化するため、材料強度および硬度の双方が低下し、固体潤滑剤としての使用が困難となる。これに対し、本発明のように炭素材粒子12の骨格構造を採用することで、酸化や高温環境下の材料の軟化が生じにくくなり、これらの不具合を回避することができる。
以上の固体潤滑剤11には、必要に応じて他の組成物を添加することができる。例えばW、Mo、MoS2のうち、何れか一種または二種以上添加することで、耐摩耗性を向上させることができる。また、高温環境下では黒鉛の潤滑性の低下による耐摩耗性の低下が問題となるが、これらを配合することで耐摩耗性の低下を補うこともできる。一方、配合量が多すぎると材料強度が低下する。そのため、これらの配合量としては、1.0vol%〜8.0vol%が適切である。
また、焼成後の耐摩耗性をさらに向上させるため、固体潤滑剤11にカーボンファイバーやカーボンナノチューブを添加することもできる。その一方でこれらが多すぎると、成形性が悪くなる。従って、これらの配合量としては、10wt%以下が適切である。
図4(a)〜(c)に示すセパレータ8を耐衝撃性に優れた上記固体潤滑剤11で形成することで、セパレータ8の高強度化を図ることができ、セパレータ8の破損を確実に防止することが可能となる。また、この固体潤滑剤11は高い耐摺動性を有するため、セパレータ8の早期摩耗を防止して、固体潤滑剤粉による潤滑効果を長期間維持することができる。以上から、固体潤滑転がり軸受4の軸受寿命をさらに延長することができる。また、この固体潤滑剤11は従来の固体潤滑剤よりも硬質であるため、焼成後は、旋削等の機械加工で図4(a)〜(c)に示す所定形状に仕上げることができる。
以上の説明では、固体潤滑転がり軸受4として、保持器を具備しない総転動体構造のものを例示したが、保持器あるいはそれに類する構造により転動体7やセパレータ8を保持することもできる。以下、このように転動体7やセパレータを別部材(規制部材)10で保持した固体潤滑転がり軸受4の一例を図9〜図13に基づいて説明する。なお、図10および図12は、外輪5およびシール部材9を省略した状態の固体潤滑軸受4を外径側から見た時の展開図、図9は図10中のD−D断面を表す図、図11は図12中のE−E断面を表す図、図13は規制部材10の斜視図である。
図9、図10、および図13に示すように、規制部材10は、隣接する転動体7およびセパレータ8を円周方向両側から保持し、両者の円周方向に離反する方向への相対移動を規制する部材である。規制部材10は、円弧状の基部10aと、基部10aの周方向両端から基部10aの表面と直交する方向(軸方向)に延びる規制部10bとを一体に有する。基部10aおよび規制部10の、転動体7およびセパレータ8と対向する内側面10a1,10b1は、何れも曲率を持たない平坦面状に形成されている。図10に示すように、規制部10bの軸方向長さLは転動体7の直径寸法Db、およびセパレータ8の軸方向寸法Pよりも僅かに大きい(L>Db、L>P)。
規制部材10は厚さ0.1mm〜1.0mm程度であり、例えば金属薄板をプレス加工することで製作される。規制部材10の材料は任意に選択することができ、ステンレス鋼などの鉄系材料からなるもの、これら鉄系材料を母材として耐食性確保のためにクロムメッキ等の表面処理を施したもの、等を使用することができる。この他、上述の各種固体潤滑剤で規制部材10を形成してもよい。
図10に示すように、規制部材10の二つの規制部10bの間には、少なくとも一つの転動体7および少なくとも一つのセパレータ8が配置されている。本実施形態では規制部材10の二つの規制部10bの間に二つの転動体7を配置し、さらに二つの転動体7の間に一つのセパレータ8を配置した場合を例示している。規制部材10内での転動体7とセパレータ8の配置態様は任意であり、上記以外にも、転動体7とセパレータ8を円周方向で交互に配置することもできる。また、一つの規制部材10で保持する転動体7やセパレータ8の数も任意である。規制部材10の二つの規制部10b間の周方向寸法は、その間に収容した各転動体7およびセパレータ8が周方向に僅かに移動可能となるように設定される。
以上に述べた規制部材10は、固体潤滑転がり軸受4の円周方向の複数個所(好ましくは三箇所以上)に配置される。この時、全ての規制部材10は同一形状とする。隣接する規制部材10の規制部10b間には転動体7およびセパレータ8が何れも配置されておらず、規制部10b同士が円周方向で対向している。従って、全ての転動体7およびセパレータ8が何れかの規制部材10の二つの規制部10b間に配置されることになる。隣接する規制部材10同士は非連結の状態にあり、隣接する規制部材10の対向する規制部10b間には、図10に示すように円周方向の微小隙間αがある。
各規制部材10は、基部10aを外輪5の内周面と内輪6の外周面の間に配置し、規制部10bを外輪5の外側軌道面5aと内輪6の内側軌道面6aとの間に配置して(規制部10bを転動体7の公転軌跡と交差するように配置して)、外輪5と内輪6の間に組み込まれる。この時、全ての基部10aを軸方向の同じ方向に向ける。図9に示すように、規制部材10の半径方向寸法は、外輪5の肩面5cの半径寸法と内輪6の肩面6cの半径寸法との差よりも僅かに小さく、基部10aの外径端と内径端はそれぞれ外輪5の内周面(肩面5c)および内輪6の外周面(肩面6c)に近接している。規制部材10はシール部材9によって軸方向両側から拘束されるため、軸受4から脱落することはない。
軸受の運転によりセパレータ8は徐々に摩耗してサイズが小さくなるが、その場合でも各転動体7の円周方向の移動範囲が規制部材10で規制されているため、全ての転動体7が円周方向の一部領域に偏在するような事態を防止することができる。そのため、長期運転後も外輪5と内輪6が分離することはなく、軸受が意図せず分解する事態を防止することができる。特に、周方向に三つ以上の規制部材10を配置すれば、全ての転動体7が180°以内の領域に移動することは理論的にありえず、そのために上記の不具合を確実に防止することができる。
また、上記構成から、各規制部材10は、相互間であらゆる方向(軸方向、円周方向、および半径方向)に独立して相対移動可能となる。従って、初期の段階(セパレータ8の摩耗が進行していない状態)でも、転動体7と規制部材10の内側面10a1,10b1との間の隙間の大きさをフレキシブルに変動させることができる。そのため、この隙間に溜まった固体潤滑剤粉の排出が促進され、隙間が固体潤滑剤粉で充満されて回転ロックとなる事態を防止することができる。固体潤滑剤粉の隙間からの排出促進効果は、基部10aおよび規制部10bの各内側面10a1,10b1を、曲率を持たない平坦面状に形成することでさらに助長される。
また、規制部材10同士をリベット等の連結部材で連結する必要がないので、円周方向で連結部材の設置スペースを確保する必要がない。そのため、軸受内部に多くの転動体7を組み込むことが可能となり、軸受の基本定格荷重を増大することができる。さらに、規制部材10同士の連結作業が不要となるので、軸受組立時の作業工数を削減し、低コスト化を図ることができる。
また、各規制部材10を同一形状としているので、規制部材10の加工コストを低減することができ、固体潤滑転がり軸受4のさらなる低コスト化が達成される。
図11および図12は、転動体7およびセパレータ8の軸方向両側に、同形状の一対の規制部材10,10’を配置した実施形態である。なお、この実施形態においては、対をなす規制部材10,10’のうち、軸方向他方側の規制部材10’の各部は、軸方向一方側の規制部材10の対応する各部と共通の参照符号に(’)を付した形で表している。
図11および図12に示す実施形態では、対をなす規制部材10,10’の各基部10a,10a’を軸方向で対向させ、かつ各規制部10b、10b’を周方向で対向させている。対をなす規制部材10,10’は非連結状態にある。両規制部材10,10’の基部10a,10a’の内側面10a1,10a1’と、軸方向一方側の規制部材10の規制部10bの内側面10b1と、軸方向他方側の規制部材10’の規制部10b’の内側面10b1’とで囲まれた空間内に、転動体7およびセパレータ8が収容されている。各規制部10b,10b’の先端が、対向する相手側の規制部材の基部10a’、10aと接触できるように、各規制部10b、10b’の軸方向長さL(対向する基部10a,10a’の内側面10a1,10a1’間の最小軸方向距離)は、転動体7の直径寸法Db、およびセパレータ8の軸方向寸法Pよりも僅かに大きくする(L>Db、L>P)。
この実施形態の軸受4では、以上に述べた対をなす規制部材10,10’、転動体7、およびセパレータ8からなるユニットを一組として、同構成のユニットが円周方向の複数個所(図示例では三箇所)に配置される。図12に示すように、円周方向で隣接するユニット間には第一実施形態と同様に円周方向の微小隙間αが形成されている。以上に述べた以外の各部の構成は、図9および図10に示す実施形態と共通している。また、かかる構成により、図9および図10に示す実施形態と共通の効果に加え、転動体7およびセパレータ8の軸方向両側が基部10a,10a’で閉塞されるため、より一層固体潤滑剤粉が外部に漏れにくくなる効果も得られる。
なお、対をなす規制部材10,10’の規制部10b,10b’同士をルーズに嵌合させる場合を例示したが、両者をタイトに嵌合させて上記ユニットを一体化することもできる。
本発明は以上に述べた各実施形態の構成に限定されるものではない。例えば軸受として深溝玉軸受に本発明を適用した場合を例示したが、本発明は、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受をはじめとする他の形式の軸受にも適用することができる。各実施形態では内輪回転の軸受4を例示したが、外輪回転の軸受にも本発明を適用することができる。
また、本発明にかかる固体潤滑転がり軸受の用途として、フィルム延伸機のテンタークリップ用を例示したが、用途はこれに限定されず、潤滑剤としてグリースや潤滑油を使用することができない、高温雰囲気や真空雰囲気等で使用される軸受に広く適用することが可能である。
1 ガイドレール
2 フレーム
3 クリップ部
4 固体潤滑転がり軸受
5 外輪
5a 外側軌道面
6 内輪
6a 内側軌道面
7 転動体(ボール)
8 セパレータ
9 シール部材(シールド板)
10,10’ 規制部材
10a,10a’ 基部
10a1,10a1’ 内側面
10b,10b’ 規制部
10b1,10b1’ 内側面
11 固体潤滑剤
12 炭素材粒子
12’ 炭素材粉
13 黒鉛粒子
13’ 黒鉛粉
14 バインダー成分
14’ バインダー
81 受け面
82 開口部
2 フレーム
3 クリップ部
4 固体潤滑転がり軸受
5 外輪
5a 外側軌道面
6 内輪
6a 内側軌道面
7 転動体(ボール)
8 セパレータ
9 シール部材(シールド板)
10,10’ 規制部材
10a,10a’ 基部
10a1,10a1’ 内側面
10b,10b’ 規制部
10b1,10b1’ 内側面
11 固体潤滑剤
12 炭素材粒子
12’ 炭素材粉
13 黒鉛粒子
13’ 黒鉛粉
14 バインダー成分
14’ バインダー
81 受け面
82 開口部
Claims (7)
- 外側軌道面を有する外輪と、内側軌道面を有する内輪と、外側軌道面と内側軌道面の間に配置した複数の転動体とを有し、軸受内部が固体潤滑剤で潤滑される固体潤滑転がり軸受であって、
前記転動体を総転動体形式の態様で配置し、隣接する転動体の間に、隣接する転動体同士の接触を許容して、固体潤滑剤からなるセパレータを配置したことを特徴とする固体潤滑転がり軸受。 - セパレータに、その周方向両側に設けられ、それぞれ転動体と接触可能の受け面と、両受け面に開口する開口部とを形成し、この開口部を介して前記隣接する転動体同士を接触させる請求項1記載の固体潤滑転がり軸受。
- セパレータの受け面が、転動体と球面嵌合する形状を有する請求項2記載の固体潤滑転がり軸受。
- 前記固体潤滑剤が、非晶質でかつ自己焼結性を有する炭素材粉と、黒鉛粉と、バインダーとを含む粉末を成形し、これを焼成することで形成されている請求項1記載の固体潤滑転がり軸受。
- 前記固体潤滑剤における炭素材粉の配合割合を、重量比で黒鉛粉の配合割合よりも多くした請求項4記載の固体潤滑転がり軸受。
- 隣接する転動体およびセパレータの円周方向に離反する方向への相対移動を規制部材で規制し、前記規制部材を円周方向の複数個所に配置して隣接する規制部材間の相対移動を許容した請求項1記載の固体潤滑転がり軸受。
- フィルム延伸機のテンタークリップに用いられる請求項1記載の固体潤滑転がり軸受。
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EP14846171.8A EP3048162B1 (en) | 2013-09-19 | 2014-09-16 | Solid-lubrication rolling bearing |
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Family Applications (1)
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WO1999060281A1 (fr) * | 1998-05-20 | 1999-11-25 | Nsk Ltd. | Coussinet a lubrification solide |
JP2001317605A (ja) * | 2000-02-29 | 2001-11-16 | Ntn Corp | ボールねじ |
-
2013
- 2013-10-08 JP JP2013211008A patent/JP2015075154A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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