JP2765897B2 - 潤滑剤供給方法およびその方法を用いた軸受装置 - Google Patents

潤滑剤供給方法およびその方法を用いた軸受装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、人間が容易に到達できない環境で使用され
る機械要素部品の寿命を向上させるための潤滑方法およ
びその装置に関する。
〔従来の技術〕
従来の軸受、歯車等の機械要素では、例えば特公昭45
−7603号公報に記載されているように、潤滑油を連続供
給するものである。又、グリース、固体潤滑剤等を運転
開始等に注入、塗布するのもある。
〔発明が解決しようとする課題〕
特に固定潤滑剤を用いた機械要素は、潤滑剤の枯渇が
寿命限界を意味し、部品の交換等のメンテナンスが難し
い宇宙空間、原子炉内等では、上記の機械要素を含むシ
ステム全体を放棄せざるを得ないことがあった。又、グ
リース、油等の連続給油については、不必要に多量の潤
滑油を供給しがちとなり、やはり問題であった。
このようにメンテナンスの難しい環境で使用されてい
る従来の機構要素は、上記のように潤滑剤が枯渇すると
損傷し、それを含むシステム全体が使用不能となる。
本発明の目的は、上記のようにメンテナンスの難しい
場所、特に宇宙空間で使用される機械要素の潤滑剤を枯
渇させず長期間良好な潤滑状態を維持する潤滑剤供給方
法およびその装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は宇宙空間で運転中の機械要素部品の摺動部
に潤滑剤を供給する潤滑剤供給方法において、機械要素
部品の運転状態を検出し、この検出結果に基づき摺動部
に１種種類または複数種類の個体潤滑剤を真空蒸着させ
ることで達成される。
また、上記目的は宇宙空間で使用されるころがり軸受
構造の軸受装置において、内輪または外輪のうち回転す
る側の輪に環状の固体潤滑剤を設け、回転する側の輪を
支持する側の部材に前記固体潤滑剤を蒸発させるための
加熱手段と設けることで達成される。
さらに、上記目的は宇宙空間で使用されるすべり軸受
装置の軸受装置において、スリーブに軸方向の全幅にわ
たってスリーブの内径側と外径側とを貫通する開口部
と、この開口部を介して前記軸に固体潤滑剤を蒸着させ
るための固体潤滑剤と、この固体潤滑剤を蒸発させるた
めの加熱手段とを設けることにより達成される。
〔作用〕
宇宙空間で運転中の機械要素部品の摺動部に潤滑剤を
供給する潤滑剤供給方法において、機械要素部品の運転
状態を検出し、この検出結果に基づき摺動部に個体潤滑
剤を真空蒸着させることにより、必要時に最小限の潤滑
剤を塗布することができ、長時間良好な潤滑状態を維持
することができる。
また、摺動部に複数種類の個体潤滑剤を真空蒸着させ
ることにより合成潤滑剤の効果が得られ潤滑機能が向上
する。
ころがり軸受構造の軸受装置において、内輪または外
輪のうち回転する側の輪に環状の固体潤滑剤を設け、回
転する側の輪を支持する側の部材に前記固体潤滑剤を蒸
発させるための加熱手段を設けることにより、加熱手段
を移動させることなく固体潤滑剤を均一に真空蒸着させ
ることができる。
すべり軸受構造の軸受装置において、スリーブに軸方
向の全幅にわたってスリーブの内径側と外径側とを貫通
する開口部と、この開口部を介して前記軸に固体潤滑剤
を蒸着させるための固体潤滑剤と、この固体潤滑剤を蒸
発させるための加熱手段とを設けることにより、軸受装
置からの固体潤滑剤の漏れが防止でき、また軸受装置の
小型化も図れる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図ないし第５図はそれぞれ本発明の潤滑剤供給装
置の一実施例を示したものである。即ち、第１に示す実
施例においてコントローラ４により制御された潤滑剤供
給源用（以下トライボコーティング源と呼ぶ）電源３に
より、トライボコーディング源２から潤滑剤が機構要素
部品１に供給される。コントローラ４により、電源３を
時間的にON−OFF制御または、電源電力を増減制御する
ことにより、機構要素１に長期にわたって潤滑剤を供給
することができ、機構要素１の寿命を延すことができ
る。
第２図に示す実施例は、機構要素１の運転状態確認セ
ンサ手段５を機械要素１に取り付けて運転状態をモニタ
ーし、このセンサ手段５の出力信号レベルに応じて、コ
ントローラ４を介して電源３を作動させ、潤滑剤を供給
できるようにしたものである。センサ手段５としては、
例えば温度センサ、振動検出センサ、あるいはトルクセ
ンサを使用できる。例えば温度センサを用いれば、機構
要素１が潤滑不良となった場合、発熱に伴う温度上昇を
検知でき、機械要素１が損傷を生ずる前に、コントロー
ラ４を介して潤滑材を供給できる。これにより必要時に
最少限の潤滑剤を塗布することができ、機械要素の高信
頼度、長寿命化を実現できる。
第３図に示す実施例は、第１図および第２図に示した
潤滑剤供給装置を併合した例を示したものである。即
ち、切換器６により、センサ手段５とコントローラ４の
間を切ったり、接続したりできる。これにより、第１
図、第２図に示した単独の供給方法より一層自由度の高
い潤滑供給装置および方法を実現できる。
第４図に示す実施例は、リモートコントローラ８の採
用により、遠隔地からの指令により潤滑剤を供給できる
ようにしたものである。例えば、原子炉内にある機器の
要素の運転状態をセンサ手段５により地上等の遠隔地で
モニターし、必要に応じて潤滑剤を機構要素１に供給す
ることができる。これにより機械要素１の状態が常に把
握でき、信頼性を高めることができる。
また第５図に示すように、センサ手段５からの出力信
号を遠隔地で常にモニターしておき、必要に応じて、セ
ンサ手段５、コントローラ４、電源３のフィードバック
制御に割り込んで潤滑剤を供給できるようにすると、遠
隔地でのオペレートがより簡便となる。
第６図に示す実施例は、機構要素部品としてころがり
軸受受10,トライボコーティング源として真空蒸着源11
を用いた場合の実施例を示したものである。真空蒸着源
11の蒸発手段としてヒータ12を用いているが、電子ビー
ムを用いても同様の効果が期待できる。また、真空蒸着
源11は複数個でも良く、特に固体潤滑剤としてよく使用
されるAg,Auを単体で使用するよりも、Ag,Auを同時ある
いは、交互に蒸着させて合理化した法が潤滑効果が高ま
る。センサ手段13としては、上記に示したように、温度
センサ、振動検出センサ、トルク検出器等が取扱いが楽
である。
第７図は、機械要素として第６図と同じくころがり軸
受を用いた例であり、小形の真空蒸着源11を固定輪であ
る外輪に埋め込んだものである。外輪駆動の場合は、内
輪側に小形真空蒸着源を埋め込めば電源リード線の引き
まわしが便利になる。また、ころがり軸受の両側にシー
ル手段51を設けることにより、小形真空蒸着源からの蒸
発潤滑剤を効率よく必要箇所に蒸着することができる。
以上の方法により、蒸着源を内蔵した蒸着効率の高いコ
ンパクトころがり軸受を実現できる。
第８図は、機構要素部品としてころがり軸受10を、ま
たトライボコーティング源としてイオンガンを用いた場
合である。窒素等のイオンの打込みあるいは、真空蒸着
源からのAg,Au,Ti,Pb等各種固体潤滑剤との共用によ
り、堅固な潤滑膜をコーティングすることができる。
第９図は、機械要素部品としてころがり軸受10及びト
ライボコーティング源として、固体潤滑剤からなる真空
蒸着源21を用いた例である。固体潤滑剤21の蒸発手段と
してレーザビームを用いている。固体潤滑剤21を、外
輪、内輪のうち回転する側に周状に埋め込めば、レーザ
ビーム24を駆動させなくても、固体潤滑剤21を周方向に
均一に蒸発させることができる。機械要素の運転状態モ
ニター用センサとして、振動検出器25,温度センサ26,ト
ルク検出器27が取付けられている。このように３種類の
センサ手段を用いれば、機械要素の運転状態を確実に把
握でき、潤滑剤を適確に供給することができる。
第10図は第９図に示したころがり軸埋の潤滑供給装置
の実施例において、前記ころがり軸受の両側にシール板
51を配置して、レーザビーム24により蒸発した固定潤滑
剤21が外部に漏れることを防止したものである。この
際、シール板にはレーザビーム通過用孔52があいてお
り、レーザビーム24がシール板51を通って固定潤滑剤21
を照射できるようになっている。以上の方法により、固
定潤滑剤21をころがり軸受の外部にもらすことなく効率
よく蒸着でき、かつシール板により軸受外部を潤滑剤で
汚染することもない。
第11図は、第９図の実施例において、コントローラ15
をリモートコントローラ８にしたものである。これによ
り遠隔地よりレーザ光の制御ができ、必要に応じた固定
潤滑剤21の供給ができる。
第12図および第13図は、第９図から第11図に示した実
施例、即ち機構要素部品としてころがり軸受、固体潤滑
剤の蒸発手段としてレーザビームを用いる場合の実施例
において、外輪、内輪のエッジ周囲に複数種類の固体潤
滑剤21a,21bを埋め込んだものである。例えば、21aとし
てAg,21bとしてAuを用いれば、転がり軸受の回転ととも
に、レーザビーム24がAg,Auを均一に蒸発させる為、合
金による潤滑剤を蒸着することができる。また、この場
合にも軸受の両側にシール板を取付ければ、効率よく潤
滑剤を蒸着させ、また周囲を汚染することもない。
第14図および第15図は、第９図から第12図の実施例に
おいて、固体潤滑剤21を転がり軸受の外輪19や内輪18に
埋めるものでなく、軸受近傍の他部署に埋めこんだもの
である。例えば第14図は、固体潤滑剤21を回転軸９側に
埋めた場合である。又、第15図は、回転する外輪スリー
ブ20の内周面に固体潤滑剤21を埋め込んだ例である。こ
れらの実施例においては、レーザビーム24により固体潤
滑剤21を必要に応じて蒸発させることができる。また軸
受の両側にシール板を設ければ、シール板外部へ固体潤
滑剤をもらすこともなく、効率よく駆動部へ潤滑剤を供
給できる。
第16図は、機械要素分としてころがり軸受10,またト
ライボコーティング源として油を用いた例である。加圧
ポンプ32により油タンク31内が加圧される。また注油パ
イプ29と油タンク31の間にバルブ28が設けられており、
センサ手段13の出力信号により、コントローラ15を介し
てポンプ用電源14′、バルブ用電源14″が制御される。
また油を軸受外部にもらさないための軸受手段として、
オイルシールが使用されている。このシール手段として
は、オイルシールに限らず、メカニカルシールや、ラビ
リンスシール等の非接触シールでもよい。この構成によ
り、必要に応じて必要量の油を転がり軸受部10に供給で
きるので、軸受の長寿命化が達成できる。
第17図は、機械要素部品として転がり軸受10,トライ
ボコーティング源として固体潤滑剤35の押付け塗布方法
および装置を示したものである。温度センサや振動検出
センサ13の信号レベルにより、形状記憶合金からなるバ
ネ34を加熱させる加熱用電源14′を制御するようになっ
ている。形状記憶合金製バネ34が縮めば、固体潤滑剤35
が転がり軸受の玉10に押付けられ、塗布される。固体潤
滑剤35を駆動する機構としては、これ以外に、モータあ
るいはピストンによる押付けアーム33を駆動することに
よっても可能である。第18図は、第17図の固体潤滑剤35
およびその駆動部を示したものである。固体潤滑剤とし
て円弧形のものであるが、リング形であってもよい。こ
の方法によれば、必要に応じて固体潤滑剤を転動体10に
塗布することができ、信頼度の高い超寿命転がり軸受を
実現できる。
第19図からは第24図は、それぞれ機械要素部品として
すべり軸受を用いた場合の実施例を示したものである。
第19図において、トライボコーティング源として長方
形真空蒸着源37を用い、すべり軸受の軸受スリーブ36に
軸方向割れ部36aを設けている。このスリーブ軸方向割
れ部36aに沿って、上記の長方形真空蒸着源37を対向さ
せることにより、潤滑剤の蒸発物を軸９の表面に蒸着す
ることができる。この実施例ではセンサ手段として振動
センサ13を用いているが、温度センサあるいはトルク検
出器であってもよい。また本図では、長方形真空蒸着源
の潤滑剤蒸発手段としてヒータ38を用いているが、電子
ビーム加熱でも、またレーザビーム加熱であってもよ
い。これにより、人間が容易に接近できぬ場所に使用さ
れるすべり軸受36の潤滑状態をセンサ手段13により適時
あるいは常時モニターしなが、必要に応じて固体潤滑剤
等をすべり軸受36の全軸方向にわたって蒸着することが
できる。
第20図は、第19図の実施例において、長方形真空蒸着
源37とすべり軸受の軸受スリーブ36を一体化したもので
ある。これによりコンパクト化が図れ、また軸受外部へ
の潤滑剤のもれを減らすこともできる。また、軸受スリ
ーブ36のうち軸方向割れ部36aの軸９表面に対向する端
部36bをカットしておけば、真空蒸着した固体潤滑剤の
剥離を生じさせずに堅固にロータ９の表面に蒸着される
ことができる。また、周方向に複数個の蒸発源を配置
し、異種金属を蒸発させれば、合金潤滑剤を得ることも
できる。
第21図は、すべり軸受スリーブ36の軸方向割れ部に固
体潤滑剤21を固定し、レーザビーム24により加熱蒸発さ
せたものである。シールド板53を設けることにより、蒸
発物が軸受外部へもれることもなく、軸９表面に効果的
に蒸着させることができる。
第22図は、機械要素部品としてすべり軸受36を、また
トライボコーティング法として固体潤滑剤35の押付け塗
布法を用いた実施例である。加圧ピストン39により押付
けアーム33′を押すことにより、固体潤滑剤35を軸表面
９に押付け、塗布することができる。また第23図は、第
22図中のＡ−Ａ′断面を示したものである。固体潤滑剤
35の両側エッジに対向する軸受スリーブ36Cに軸９の表
面に接触しないような逃げを設けておけば、軸受の軸方
向幅全域にわたって固体潤滑剤35を塗布できる。
以上の方法および装置によっても、すべり軸受36の潤
滑状態温度センサ、振動検出センサあるいはトルク検出
器等のセンサ手段13で間接的モニターしながら必要に応
じて固体潤滑剤35をすべり軸受の全軸方向範囲にわたっ
て塗布でき安定した運動状態が長期にわたって確保でき
る。またこの実施例では固体潤滑剤35を押込む溝がすべ
り軸受ブッシュ36の全軸方向にわたっていず、両サイド
に連続部36dを有している。これにより、ブッシュ36の
強度が高まり、安定した軸受状態を実現できる。このブ
ッシュ形状は、第19図から第21図に示す実施例において
も実施可能である。
第24図は、機械要素部品として、すべり軸受36を、ま
たトライボコーティング源として油を用いた場合であ
る。加圧ポンプ32およびバルブ28は、例えば温度センサ
13の信号出力によりコントロールされた電源14によって
動作する。潤滑状態が悪くなると軸受36の温度上昇が生
じるので、バルブ28,加圧ポンプ32がある温度で作動す
るようにしておけば、すべり軸受の長寿命が確保され
る。
第25図から第28図は、それぞれ機械要素部品として歯
車を用いた実施例である。
第25図において、トライボコーティング源として真空
蒸着源11を用いている。ここでは加熱源としてヒータ12
を示しているが、電子ビーム加熱であっても、またレー
ザビームによる照射加熱でもよい。図中のように歯車4
1,41′のかみ合い部に対向するように真空蒸着源11を配
置すると、歯同士の接触部を容易に蒸着することができ
る。またこの実施例において、真空蒸着源11のかわり
に、イオンガンを用いても同用の効果が期待でき、長寿
命歯車機械を実現することができる。
第26図は、トライボコーティング源として、歯車41′
の外周に沿うような円弧形真空蒸着源37′を用いた例で
ある。加熱源としては、ヒータ、電子ビーム、レーザビ
ーム等を用いることができる。円弧形真空蒸着源37′か
ら蒸発した潤滑剤は歯車41′のかみ合い部に蒸着し、歯
車41,41′のかみ合い運動を円滑にする。この円弧形真
空蒸着源37′は、歯車41側にも設ければ一層潤滑状態を
高めることができる。第26図の構成によっても、適時歯
車に潤滑剤を必要量だけ供給でき、歯合の超寿命化を達
成できる。
また、第25図、第26図において、真空蒸着源37,37′
を複数個配置して、異種剤を蒸着させれば、合成潤滑剤
を蒸着でき、潤滑性能の高い潤滑法を実現することもで
きる。
第27図は、動力伝達に寄与しないダミー歯車42のかみ
合い表面または全体固体潤滑剤で構成し、センサ手段13
の信号に応じて、動力伝達用歯車41にかみ合わせ、固体
潤滑剤を塗布するものである。本実施例では、ダミー歯
車42は、コントローラ15で制御された電磁石43の吸込力
により、軸方向および半径方向または周方向に駆動する
ことができる。この駆動方向を調整すれば、歯車41のか
み合い部に最適状態で潤滑剤を塗布することができる。
ダミー歯車の駆動には、モータ、加圧ピストン等による
駆動力を利用してもよい。以上の方法により、歯車の寿
命を高めることができる。また第28図は、第27図で示し
たダミー歯車42において、その表面を周方向に沿って異
種の固体潤滑剤21a,21bで構成したものである。ダミー
歯車42とそれがかみ合う歯車41との歯数を適当に変えれ
ば、ダミー歯車の回転により、異種固体潤滑剤21a,21b
による合成潤滑剤を歯車41に塗布することができ、潤滑
性能を高めることができる。
第29図は、機械要素部品としてポールネジ46,トライ
ボコーチィング法として油供給法を用いた実施例であ
る。また第30図は、第29図と同様、機械要素部品として
ポールネジ46を、またトライボコーチィング源として、
真空蒸着源37を用いた例である。この場合、真空蒸着源
37の蒸発手段としているヒータ38のかわりに、電子ビー
ム、レーザビームを用いてもよい。また真空蒸着源37の
かわりにイオンガンを用いて、窒素イオン等を打ち込ん
だり、イオンガンと真空蒸着源37の共用により、ミキシ
ングにより潤滑剤を打ち込んでも潤滑効果は大きい。
第31図は、機構要素部品として案内機構にした場合の
実施例を示したものである。トライボコーチィング源と
しては真空蒸着源11,蒸発手段としては、ヒータ12を用
いているが、ヒータ12の代りに電子ビーム、レーザビー
ムによる加熱方法を用いてもよい。また真空蒸着源11の
かわりに、イオンガン等を用いても良い潤滑効果が得ら
れる。またこれら各種トライボコーチィング源は、駆動
ピン50と一体で動き、かつ駆動ピン50の進行方向前後に
一対設けてあると、どちらに移動する時でもトライボコ
ーチィングが可能であり、潤滑効果が向上する。またト
ライボコーチィング源としては、上記のもの以外に、油
供給法あるいは、固定潤滑剤のガイドレール面上への押
付け塗布でも上記方法と同様の潤滑効果が得られ、案内
機構の長寿命化が達成できる。
第32図は、機械要素部品としてトラクションドライブ
を用いた実施例である。トライボコーチィング源として
は、真空蒸着源11およびヒータ12加熱方式を示している
が、ヒータ12の代りに電子ビームであってもまた、レー
ザビームであっても良い。また、真空蒸着源11の代り
に、上記の各種実施例で示したように、イオンガン、油
供給、固体潤滑剤の押付け塗布であっても良い。また固
体潤滑剤の押付け塗布あるいは真空蒸着源11について
は、複数個用意し、異種材料を同時に付着させれば、合
成潤滑剤の効果が得られ、潤滑機能が向上する。
以上の方法および装置によってもトラクションドライ
ブの長寿命化が可能となる。
以上の第１図から第32図までの実施例において潤滑剤
を供給後しばらくは、第33図に示すように接触摺動ある
いは回転部の面圧Ｐを小さく保ち、その後正常運転状態
の面圧Poにすると、潤滑剤特に固体潤滑剤が摺動面に強
固に付着し、潤滑寿命が長くなる。第34図は、機構要素
部品として転がり軸受を例にとり、第33図のような面圧
制御をするための構成の１例を示したものである。加圧
ピストン39により、押付けアーム33の先端を軸受10の外
輪に押しあて、スラスト荷重を拡大させたり、ピストン
39の押付け力を小さくして、スラスト荷重を小さくした
りできる。この機構により、ころがり軸受10の転導体と
外輪、内輪間の荷重を調整できる。押付けアーム33の操
作には、加圧ピストン39の他、モータ、電磁力等を利用
してもよい。センサ手段13の信号によりコントローラ15
を介して真空蒸着源11が加熱された後、蒸着中加圧ピス
トン39の押付け荷重を小さく保つ。蒸着の終了後あるい
は蒸着の後半に加圧ピストン39の押付け荷重を大きくし
て正常運転状態に戻す。このようにピストン39を制御す
れば、第33図に示した面圧制御が可能となる。この制御
法は、第１図から第32図に示した各種機械要素、各種ト
ライボコーディング源に対して可能であり、より一層潤
滑剤の性能向上、長寿命化が実現できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、機構要素の運転中に必要に応じて潤
滑剤を機械要素に供給、補給することができるので、人
間が容易に接近できない場所で使用される機構要素を長
時間にわたり、安定に運転することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図から第22図はそれぞれ本発明の実施例を示す図、
第23図は第22図のＡ−Ａ′断面図、第24図から第32図は
それぞれ本発明の実施例を示す図、第33図は、本発明に
おける機械要素の最適運転方法を示す特性図、第34図
は、第32図に示した最適運転方法を達成するための実施
例を示す図である。 １……機械要素、２……トライボコーディング源、３…
…電源、４……コントローラ、5,13……センサ手段、８
……リモートコントローラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 滉 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭50−85744（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−9760（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−160942（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−255998（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16N 25/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】宇宙空間で運転中の機械要素部品の摺動部
    に潤滑剤を供給する潤滑剤供給方法において、前記機械
    要素部品の運転状態を検出し、この検出結果に基づき前
    記摺動部に個体潤滑剤を真空蒸着させることを特徴とす
    る潤滑剤供給方法。
  2. 【請求項２】宇宙空間で運転中の機械要素部品の摺動部
    に潤滑剤を供給する潤滑剤供給方法において、前記機械
    要素部品の運転状態を検出し、この検出結果に基づき前
    記摺動部に複数種類の個体潤滑剤を真空蒸着させること
    を特徴とする潤滑剤供給方法。
  3. 【請求項３】宇宙空間で使用される軸受装置であって、
    軸が挿入される内輪と、転動体を介して前記内輪を回転
    可能に支持する外輪とを備えたころがり軸受構造の軸受
    装置において、前記内輪または前記外輪のうち回転する
    側の輪には環状の固体潤滑剤が設けられており、前記回
    転する側の輪を支持する側の部材には前記固体潤滑剤を
    蒸発させるための加熱手段が設けられていることを特徴
    とする軸受装置。
  4. 【請求項４】宇宙空間で使用される軸受装置であって、
    軸が挿入されるスリーブを備えたすべり軸受構造の軸受
    装置において、前記スリーブには前記軸方向の全幅にわ
    たって前記スリーブの内径側と外径側とを貫通する開口
    部と、この開口部を介して前記軸に固体潤滑剤を蒸着さ
    せるための固体潤滑剤と、この固体潤滑剤を蒸発させる
    ための加熱手段とが設けられていることを特徴とする軸
    受装置。
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