JP2016148417A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、部品点数を増やすことなく、固体潤滑剤を確実に供給することができる転がり軸受を提供する。【解決手段】 この発明は、外周部に軌道面が形成された内輪１と、内周面に軌道面が形成された外輪２と、内輪１の軌道面と外輪２の軌道面との間に組み込まれる複数の玉３と、複数の玉３相互間の間隔を保持する保持器４とを有し、保持器４は固体潤滑剤が配合され、外輪２に、保持器４に対向する案内面２２が設けられ、保持器４の案内面４２が外輪２の案内面２２と部分的に圧接する。【選択図】 図１

Description

この発明は、固体潤滑剤を備えた転がり軸受に関するものである。

真空環境や極低温環境で使用される軸受では、油やグリースの蒸発又は固化の課題を克服するために、固体潤滑軸受が用いられている。具体的には、軌道面など転走面に固体潤滑被膜処理を施し、更に、保持器に固体潤滑性を付与して、軸受回転時に、保持器のポケット面から転動体を介して軌道面へ固体潤滑剤を供給している。つまり、軸受には、固体潤滑剤を保持器から転動体及び軌道面の転走面へ良好に供給する潤滑性能が要求される。

例えば、人工衛星アンテナ支持軸受など低速揺動運動条件で使用される場合、保持ポケット面と転動体表面の接触力が小さく、固体潤滑剤の供給能力が低下する。このような使用環境においても固体潤滑剤を確実に供給することが望まれる。

固体潤滑剤を良好に供給するものが特許文献１に開示されている。この特許文献１には、ボールを入れるポケットとして円穴が形成されている保持器を備えた玉軸受であって、固体潤滑剤からなる潤滑部品を保持器とは別に設け、保持器に対してこの潤滑部品を、軸受の回転時にボール表面と接触するように取り付けている玉軸受が記載されている。

また、保持器案内面の摩擦を利用し、転動体と保持器ポケット面間の接触力を挙げたものが特許文献２に開示されている。この特許文献２には、保持器重量アンバランスにより回転時に発生する保持器アンバランス荷重を利用して、案内面に摩擦力を発生させ、振動を低減させる転がり軸受が記載されている。

特許第５２１１９６３号 特開２００４−３０１３１４号公報

特許文献１のものにおいては、保持器に、別部材の固体潤滑性能を有する潤滑部品を複数固定しており、部品点数の増加、組み立て工数の増加を招くという難点がある。また、特許文献２のものにおいては、保持器アンバランス荷重を利用している点から、低速回転時には効果を期待することができない。

そこで、この発明は、上記した問題点を解消するためになされたものにして、部品点数を増やすことなく、固体潤滑剤を確実に供給することができる転がり軸受を提供することをその課題とする。

前記の課題を解決するために、この発明は、外周部に軌道面が形成された内輪と、内周面に軌道面が形成された外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に組み込まれる複数の転動体と、前記複数の転動体相互間の間隔を保持する保持器とを有し、前記保持器は固体潤滑剤が配合され、前記内輪又は前記外輪に、前記保持器に対向する案内面が設けられ、前記保持器の案内面が前記内輪又は前記外輪の案内面と部分的に圧接することを特徴とする。

また、前記保持器の案内面を楕円形状、またはトライローブ形状に形成すればよい。

また、前記外輪又は内輪の案内面が保持器の案内面と同一形状にすることができる。

また、前記保持器の外径寸法は、平均径が前記外輪の平均内径より小さく、最大径が外輪の最小内径より大きくする。

また、前記保持器の内径寸法は、平均径が前記内輪の平均外径より大きく、最小径が内輪の最大外径より小さくする。

また、揺動角中央に締め代が最大になるように、保持器を組込むように構成することができる。

上記したように、この発明は、保持器と内輪又は外輪の案内面に部分的な圧接を設けて摩擦することで、固体潤滑剤を保持器から転動体に良好に供給することができる。

この発明の第１の実施形態の転がり軸受を示す平面図である。 この発明の第１の実施形態の転がり軸受を径方向に切断した状態を示す要部断面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 この発明の第２の実施形態の転がり軸受を示す平面図である。 この発明の第３の実施形態の転がり軸受を示す平面図である。 この発明の第３の実施形態の転がり軸受を示す平面図である。 この発明の第３の実施形態の転がり軸受を示す平面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１〜図３は、第１の実施形態の転がり軸受を示している。これら図においては、軌道輪（外輪、内輪）と保持器との間の間隙は、この発明の理解を容易にするために、大きく模式的に記載している。また、図４〜図７も同様に記載している。

この第１の実施形態に係る転がり軸受は、真空環境や極低温環境で使用される固体潤滑転がり軸受であり、固体潤滑剤を保持器から転動体に供給するものであり、図１〜図３に示すように、いわゆる単列のアンギュラ玉軸受で構成されている。尚、アンギュラ玉軸受に限らず、深溝玉軸受などにもこの発明は適用できる。

この軸受は、外周部に軌道面が形成された内輪１と、内周部に軌道面が形成された外輪２と、内輪１と外輪２の軌道面間に組み込まれる転動体である複数の玉３と、玉３相互間の間隔を保持する環状の保持器４とを備える。

図２に示すように、一方の軌道輪としての内輪１は、いわゆる単列深溝玉軸受における内輪と同様の形状を有する。すなわち、内輪１は、ほぼ矩形の断面を有するリング状に形成されて外輪２とほぼ同心に配置され、その内周面の軸方向において中央部には、その周方向にわたって延在する溝状の軌道面１１が形成されている。軌道面１１の溝断面形状は、玉３の表面に適合して形成された円弧状となっている。そして、軌道面１１の両側の縁から、隣接する内輪１の端部までにかけては、内輪１の外径はほぼ一定に形成されている。内輪１の内周面は、軸方向にわたってほぼ一定の内径に形成され、この内径は、支持対象である軸の外径に応じて設定される。

他方の軌道輪としての外輪２は、ほぼ矩形の断面を有するリング状に形成されている。そして、外輪２の内周面の軸方向において中央部には、その周方向にわたって延在する溝状の軌道面２１が形成されている。軌道面２１は、玉３の表面に適合して形成された円弧状の溝断面を有する。そして、軌道面２１を軸方向に挟んだ一方はいわゆるカウンターボアとなっている。すなわち、溝深さは他方に比べて浅く設定され、また、軌道面２１の縁から外輪２の端部にかけては、徐々に径が大きくなるようにテーパ状に形成されている。一方、軌道面２１のカウンターボア側と反対側においては、軌道面２１の縁から外輪２の端部までは、同一の径に形成されている。なお、外輪２の内周面は、保持器４の外周面と接触し、摺動する案内面２２となっている。また、外輪２の外径は、全長にわたって、ほぼ同一の外径に形成されている。この外径は、軸受を収容するハウジングの寸法に応じて設定される。

この第１の実施形態においては、保持器４は、外輪案内保持器であり、外輪２の内周面に案内面２２が設けられ、保持器４の外周面に案内面４２が設けられる。

保持器４は、固体潤滑剤が配合され、矩形断面を有するリング状に形成されている。この保持器４は、内輪１の外周面と外輪２の内周面との間に挟まれて配置され、内輪１および外輪２とほぼ同心に配置されている。保持器４の軸方向長さは内輪１および外輪２よりも短く、その結果、保持器４は、軸受の両端部において、内輪１および外輪２の端面から奥まっている。そして、保持器４の内周面から外周面まで貫通し、その内部に玉３を収容するポケット４１が形成されている。ポケット４１は、保持器４の周上にわたって、玉３の個数に応じて複数形成され、これによって各玉３の列の周方向における間隔を規制している。

上記したように、この第１の実施形態の軸受は外輪案内軸受であり、保持器４の外径の案内面４２と外輪２の内周面(案内面２２）は、接触する構造である。そして、この第１の実施形態の保持器４の外径は楕円形状に形成され、保持器４の平均外径は、外輪２の内径より小さくし、保持器４の最大径が外輪２の内径より大きく形成されている。その結果、図１に示すように、保持器４の外径の案内面４２は、外輪２の内径の案内面２２に部分的に、保持器４の最大径の位置（ｓ）にて圧接し、保持器４の外径には、保持器４の回転方向とは逆方向の摩擦力が発生する。

この発明においては、保持器４を構成する保持器材質には、自己潤滑性のある固体潤滑剤が配合されており、固体潤滑性能、外輪２の案内面２２での摺動特性が得られるとともに、保持器４のポケット４１の内面４１ａから玉５（転動体）へ潤滑剤が移着されて。特に、回転時に、外輪２の案内面２２と保持器４の案内面４２が摺動し摩擦力が発生するため、保持器４の案内面４２には、耐摩耗性、自己潤滑性が付与された材料で構成されている。

図３に示すように、軸受が回転時に、公転する転動体としての玉３が、固体潤滑性能を付与した保持器４のポケット４１の内面４１ａに接触し摺動することで、固体潤滑剤が玉３に移着し、軸受潤滑機能を発揮する。

この時、保持器４は、玉３からの接触力により公転運動している。上記したように、保持器４の案内面４２の一部に、保持器４と外輪２とが圧接する部位が設けられている。それにより、軸受の回転時に、保持器４と外輪２との間で摩擦力が発生する。上記したように、保持器４には、回転方向と逆の摩擦力が発生し、この逆の摩擦力で、軸受回転時には、玉３と保持器４のポケット４１の内面４１ａ間の接触力がアップする。その結果、玉３と保持器４のポケット４１の内面４１ａの摩擦力は向上し、保持器４のポケット４１の内面４１ａからの固体潤滑剤の供給量をアップさせることができる。

軸受の案内方式は、上記した外輪案内方式の他に内輪案内方式の軸受でもこの発明は適用することができる。その場合、保持器４の内径は、楕円形状であり、保持器４の平均内径は、内輪１の外径より大きく、保持器４の最小径を内輪１の外径より小さく形成し、保持器４を内輪１に部分的に圧接させる。

次に、保持器４の案内面の形状につき説明する。保持器４と外輪２との圧接部（ｓ）を２点とする場合には、保持器４の案内面４２を楕円形状にして対向する２点、すなわち、１８０°等配する２点を圧接させる。

保持器４と外輪２との圧接部（ｓ）を３点とする場合、図４の第２の実施形態で示すように、保持器４ａの案内面４２をトライローブ形状にし、１２０°等配する３点で外輪２の案内面２２と圧接させる。

加工方法としては、例えば、保持器４の案内面４２を楕円形状とする場合、加工前に素材を楕円形状に弾性変形させ、案内面を真円形状に加工後、応力を解放させることで楕円形状にすることができる。

次に、第３の実施形態につき、図５〜図７を参照して説明する。
上記した第１及び第２の実施形態では、外輪２の案内面２２は真円形状に形成している。外輪２の案内面２２は真円形状であってもよいが、保持器４の案内面４２の形状に合わせ外輪２の案内面２２を楕円形状、トライローブ形状としてもよい。第３の実施形態は、外輪案内方式において、外輪２ａの案内面２２を楕円形状にしたものである。それにより、図５に示すように、外輪２ａの案内面２２と保持器４の案内面２２の位相を合せると、外輪２ａの案内面２２と保持器４の案内面２２に隙間ができ、この状態で組立てることで、荷重を負荷する必要が無く組立が容易になる。

また、組付け後、外輪２ａの案内面２２と保持器４の案内面４２の位相を合せて保持することで、保持器４には応力が作用せず、保持器４に樹脂材料を使用する場合に懸念される経時寸法変化（クリープ）を抑制できる。

図６及び図７に示すように、揺動角(α）の中央位相の部分に最大圧接部（ｍ）を持って来ることで、圧接部（ｍ）は締め代が最大になり、最大回転速度時に、玉３と保持器４のポケット４１の内面４１ａ間の接触力を発生させることができる。

また、揺動運動において、回転方向が変わる位相、つまり揺動角位相両端では、隙間（ｇ）が存在し、保持器４の案内面４２は圧接されていない状態になり、揺動時の起動トルクを抑制できる。

次に、この発明に用いられる保持器４の材料について説明する。保持器４は、樹脂材料で構成する。保持器４は金属母材表面、少なくともポケット４１面および案内面４２に射出成形、コーティング等により樹脂層を形成する。

固体潤滑剤として、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、グラファイトなど自己潤滑性のある材料が、ポケット４１面及び案内面４２に配合して保持器４を形成すればよい。

また、保持器４の圧接部の耐摩耗性をアップさせるため、樹脂構成部には、グラスファイバ（ＧＦ）、カーボンファイバー（ＣＦ）など繊維系強化材料など充填材を配合すればよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ：内輪
２ ：外輪
２ａ ：外輪
３ ：玉(転動体)
４ ：保持器
４ａ ：保持器
５ ：玉
１１ ：軌道面
２１ ：軌道面
２２ ：案内面
４１ ：ポケット
４１ａ ：内面
４２ ：案内面

Claims (7)

1. 外周部に軌道面が形成された内輪と、内周面に軌道面が形成された外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に組み込まれる複数の転動体と、前記複数の転動体相互間の間隔を保持する保持器とを有し、前記保持器は固体潤滑剤が配合され、前記内輪又は前記外輪に、前記保持器に対向する案内面が設けられ、前記保持器の案内面が前記内輪又は前記外輪の案内面と部分的に圧接することを特徴とする転がり軸受。
2. 前記保持器の案内面が楕円形状であることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記保持器の案内面がトライローブ形状であることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
4. 前記内輪又は前記外輪の案内面が保持器の案内面と同一形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の転がり軸受。
5. 前記保持器の外径寸法は、平均径が前記外輪の平均内径より小さく、最大径が外輪の最小内径より大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の転がり軸受。
6. 前記保持器の内径寸法は、平均径が前記内輪の平均外径より大きく、最小径が内輪の最大外径より小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の転がり軸受。
7. 揺動角中央に締め代が最大になるように、保持器が組込まれたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の転がり軸受。

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