JP2018105506A - 固体潤滑転がり軸受 - Google Patents

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４

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。

特許第３９３４２７７号公報 特開２０１２−６７８８４号公報

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。

テンタークリップの概略構造を示す斜視図である。 本発明にかかる固体潤滑転がり軸受の軸方向の断面図である。 上記固体潤滑転がり軸受の半径方向の断面図である。 セパレータを示す図で、図４（ａ）はセパレータの斜視図、図４（ｂ）はセパレータを図４（ａ）のＢ方向から見た図、図４（ｃ）はセパレータを図４（ａ）のＣ方向から見た図である。 図４（ａ）のＡ−Ａ断面を表す図である。 固体潤滑剤のミクロ組織を示す図である。 上記固体潤滑剤の製造工程で使用する造粒粉を示す断面図である。 従来の固体潤滑剤のミクロ組織を示す図である。 図１０のＤ−Ｄ断面を表す図である。 外輪およびシール部材を省略した状態の固体潤滑転がり軸受を外径側から見た時の展開図である。 図１２のＥ−Ｅ断面を表す図である。 外輪およびシール部材を省略した状態の固体潤滑転がり軸受を外径側から見た時の展開図である。 規制部材の斜視図である。 総転動体形式の態様で配置した転動体を示す正面図である。 フィルム延伸機の概略構成を示す平面図である。

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。

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

Claims (7)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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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