JP2850353B2 - ころがり軸受 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はころがり軸受に関し、特に、真空中で用いら
れる機器、又はOA機器、情報機器などのように、油やグ
リースによる潤滑ができない機器を好適に用い得るころ
がり軸受に関する。
れる機器、又はOA機器、情報機器などのように、油やグ
リースによる潤滑ができない機器を好適に用い得るころ
がり軸受に関する。
従来、油やグリースによる潤滑が不適当な環境で用い
られるころがり軸受として、自己潤滑性ころがり軸受が
ある。これには環境を汚染する揮発性物質が発生しない
潤滑性の材料が利用されており、例えば外輪、内輪、転
動体に二硫化モリブデン(MoS2)のコーティングを施す
ことが行われている。又、ころがり接触面に銀被膜ある
いは鉛被膜を形成する(実開昭58−99521号公報)と
か、転動体の表面に金、銀等の潤滑性金属のメッキを施
す(特開昭51−42847号公報)ことが提案されている。
られるころがり軸受として、自己潤滑性ころがり軸受が
ある。これには環境を汚染する揮発性物質が発生しない
潤滑性の材料が利用されており、例えば外輪、内輪、転
動体に二硫化モリブデン(MoS2)のコーティングを施す
ことが行われている。又、ころがり接触面に銀被膜ある
いは鉛被膜を形成する(実開昭58−99521号公報)と
か、転動体の表面に金、銀等の潤滑性金属のメッキを施
す(特開昭51−42847号公報)ことが提案されている。
又、保持器に関しては、ポリテトラフルオロエチレン
(PTFE)にガラス繊維(GF)やMoS2を混合した樹脂複合
材で形成したり、あるいは二硫化タングステン(W
S2)、MoS2と銅(Cu)、すず(Su)、タンタル(Ta)等
の金属を混合した焼結材料を機械加工したものが用いら
れている。
(PTFE)にガラス繊維(GF)やMoS2を混合した樹脂複合
材で形成したり、あるいは二硫化タングステン(W
S2)、MoS2と銅(Cu)、すず(Su)、タンタル(Ta)等
の金属を混合した焼結材料を機械加工したものが用いら
れている。
しかしながら、単に転動体の表面やころがり接触面を
MoS2や金、銀、鉛などの潤滑性の良い物質で被膜した
り、あるいは保持器に潤滑性の良い材料を混在させるの
みで、いかなる条件下でも潤滑性能が十分な長寿命のこ
ろがり軸受が得られるとはいえない。特に、上記のよう
に自己潤滑性が要求される環境下で、耐摩耗性、低トル
クなどの条件を満たすためには、作動に際してすべりを
伴う保持器と転動体との間の関係を考慮することが不可
欠となる。すべり接触ではころがり接触よりトルクが大
きく且つコーティングした潤滑膜が剥がされ易いためで
ある。
MoS2や金、銀、鉛などの潤滑性の良い物質で被膜した
り、あるいは保持器に潤滑性の良い材料を混在させるの
みで、いかなる条件下でも潤滑性能が十分な長寿命のこ
ろがり軸受が得られるとはいえない。特に、上記のよう
に自己潤滑性が要求される環境下で、耐摩耗性、低トル
クなどの条件を満たすためには、作動に際してすべりを
伴う保持器と転動体との間の関係を考慮することが不可
欠となる。すべり接触ではころがり接触よりトルクが大
きく且つコーティングした潤滑膜が剥がされ易いためで
ある。
又、保持器に自己潤滑性の材料を利用するにしても、
複雑な形状を機械加工で形成することは、コスト高を招
く。更に転動体を十分に抱えこめる形状に機械加工する
ことは困難であり、トルクが大きくなったり、組立性が
悪くなるなどの問題がある。
複雑な形状を機械加工で形成することは、コスト高を招
く。更に転動体を十分に抱えこめる形状に機械加工する
ことは困難であり、トルクが大きくなったり、組立性が
悪くなるなどの問題がある。
そこで本発明は、上記従来の問題点に着目してなされ
たものであり、耐熱樹脂に潤滑材を充填したものを射出
成形して形成した保持器と、潤滑性膜をコーティングし
た転動体とを組み合わせることにより、一方のみの潤滑
性付与では果たせない十分な自己潤滑性を発揮でき、例
えば宇宙空間のような高真空、高温、大きな温度変化と
いう厳しい環境下で低トルク長寿命を維持できる、低価
格のころがり軸受を提供することを目的としている。
たものであり、耐熱樹脂に潤滑材を充填したものを射出
成形して形成した保持器と、潤滑性膜をコーティングし
た転動体とを組み合わせることにより、一方のみの潤滑
性付与では果たせない十分な自己潤滑性を発揮でき、例
えば宇宙空間のような高真空、高温、大きな温度変化と
いう厳しい環境下で低トルク長寿命を維持できる、低価
格のころがり軸受を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明は、外輪と、内輪
と、その外輪・内輪間に間挿された複数の転動体と、該
転動体を円周方向に等分に分割保持する保持器とからな
るころがり軸受において、前記外輪、内輪、転動体のう
ち少なくとも転動体が潤滑性膜でコーティングされ、か
つ前記保持器は直鎖ポリフェニレンサルファイドをマト
リックスとし少なくともフッ素樹脂を10〜60wt%含んで
なる。
と、その外輪・内輪間に間挿された複数の転動体と、該
転動体を円周方向に等分に分割保持する保持器とからな
るころがり軸受において、前記外輪、内輪、転動体のう
ち少なくとも転動体が潤滑性膜でコーティングされ、か
つ前記保持器は直鎖ポリフェニレンサルファイドをマト
リックスとし少なくともフッ素樹脂を10〜60wt%含んで
なる。
前記保持器のフッ素樹脂を30〜50wt%とし、且つ前記
転動体の潤滑膜をMoS2(二硫化モリブデン),WS2(二硫
化タングステン)から選択された一の材料から構成する
とよい。
転動体の潤滑膜をMoS2(二硫化モリブデン),WS2(二硫
化タングステン)から選択された一の材料から構成する
とよい。
少なくとも転動体を潤滑性膜でコーティングすると共
に、保持器を直鎖ポリフェニレンサルファイドとフッ素
樹脂とで形成するから、滑りを伴う転動体と保持器との
双方に潤滑性が付与され、十分な潤滑性能が得られて低
トルク、長寿命になる。
に、保持器を直鎖ポリフェニレンサルファイドとフッ素
樹脂とで形成するから、滑りを伴う転動体と保持器との
双方に潤滑性が付与され、十分な潤滑性能が得られて低
トルク、長寿命になる。
上記保持器におけるフッ素樹脂の含有量は、10%未満
では成形品の潤滑性が不足して、十分な寿命延長効果が
得られない。一方、60%を越えると成形ができない。
では成形品の潤滑性が不足して、十分な寿命延長効果が
得られない。一方、60%を越えると成形ができない。
保持器を射出成形すれば量産可能であり、低価格とな
る。
る。
又、転動体等の潤滑性膜はスパッタリングで形成す
る。潤滑性材料が化学的に破壊されることなくその潤滑
性が維持されると同時に、密着性の良好な潤滑性膜を有
するものを低温で大量生産できる。
る。潤滑性材料が化学的に破壊されることなくその潤滑
性が維持されると同時に、密着性の良好な潤滑性膜を有
するものを低温で大量生産できる。
以下、本発明の実施例を図とともに説明する。
第1図は本発明を適用したアンギュラコンタクト玉軸
受の断面図で、1は外輪、2は内輪、3は外輪1と内輪
2との間に転動自在に間挿された複数個の転動体
(玉)、4は玉3をそれぞれに抱いて円周方向に等間隔
に保持する保持器である。
受の断面図で、1は外輪、2は内輪、3は外輪1と内輪
2との間に転動自在に間挿された複数個の転動体
(玉)、4は玉3をそれぞれに抱いて円周方向に等間隔
に保持する保持器である。
上記の玉軸受において、外輪1、内輪3、玉3につい
ては、その全てを潤滑性膜でコーティングしたものと玉
3のみを潤滑性膜でコーティングしたものとを用意し
た。これに対し、保持器4は直鎖ポリフェニレンサルフ
ァイド(L−PPS)をマトリックスとしフッ素樹脂を所
定量以上含む材料を用いて射出成形したものを用意し
た。そして、これらの構成部品の組み合わせを種々変え
て得た玉軸受(実施例1〜実施例9)を被検体として、
寿命試験を行った。
ては、その全てを潤滑性膜でコーティングしたものと玉
3のみを潤滑性膜でコーティングしたものとを用意し
た。これに対し、保持器4は直鎖ポリフェニレンサルフ
ァイド(L−PPS)をマトリックスとしフッ素樹脂を所
定量以上含む材料を用いて射出成形したものを用意し
た。そして、これらの構成部品の組み合わせを種々変え
て得た玉軸受(実施例1〜実施例9)を被検体として、
寿命試験を行った。
潤滑性膜のコーティングは、コーティング材としてMo
S2とWS2との2種類を採用し、第2図に示すような高周
波スパッタリング装置を用いて行った。すなわち、アノ
ード11を備えた基台12上に被コーティング物Wを置き、
これにターゲットTとして例えばMoS2を備えたカソード
13を対置し、圧力4Paの低圧アルゴン(Ar)雰囲気中で
両電極11,13間に低圧グロー放電を行わせた。発生した
アルゴンイオン(Ar+)の衝撃をうけてターゲット材か
ら飛び出したスパッタ原子Arが被コーティング物Wの表
面に堆積して潤滑性膜を形成する。潤滑性膜の厚さは1
μm以下とした。なお、第2図中、14は高周波電源(1
3.56MHz)、15は排気システム、16はArボンベ、17は真
空計、18は冷却水路である。
S2とWS2との2種類を採用し、第2図に示すような高周
波スパッタリング装置を用いて行った。すなわち、アノ
ード11を備えた基台12上に被コーティング物Wを置き、
これにターゲットTとして例えばMoS2を備えたカソード
13を対置し、圧力4Paの低圧アルゴン(Ar)雰囲気中で
両電極11,13間に低圧グロー放電を行わせた。発生した
アルゴンイオン(Ar+)の衝撃をうけてターゲット材か
ら飛び出したスパッタ原子Arが被コーティング物Wの表
面に堆積して潤滑性膜を形成する。潤滑性膜の厚さは1
μm以下とした。なお、第2図中、14は高周波電源(1
3.56MHz)、15は排気システム、16はArボンベ、17は真
空計、18は冷却水路である。
保持器4に用いた材料はL−PPS(呉羽化学工業
(株)製、フォートロン(登録商標)KPS W214)、PTF
E(ICI社製、フルオン(登録商標)L169)、全芳香族ポ
リエステル(住友化学工業(株)製、エコノール(登録
商標)E−101(Sタイプ)。射出成形機は東芝機械
(株)製のiS−22P、樹脂温度310〜320℃、金型温度140
〜145℃である。
(株)製、フォートロン(登録商標)KPS W214)、PTF
E(ICI社製、フルオン(登録商標)L169)、全芳香族ポ
リエステル(住友化学工業(株)製、エコノール(登録
商標)E−101(Sタイプ)。射出成形機は東芝機械
(株)製のiS−22P、樹脂温度310〜320℃、金型温度140
〜145℃である。
第1実施例は、内輪、外輪、玉の全てにMoS2コーティ
ングを施した。保持器はPTFEが30wt%、L−PPSが50wt
%、全芳香族ポリエステルが20wt%の射出成形品である
(記号H1で表す)。
ングを施した。保持器はPTFEが30wt%、L−PPSが50wt
%、全芳香族ポリエステルが20wt%の射出成形品である
(記号H1で表す)。
第2実施例は、同じく内輪、外輪、玉の全てにMoS2コ
ーティングを施した。保持器はPTFEが30wt%、L−PPS
が70wt%の射出成形品である(記号H2で表す)。
ーティングを施した。保持器はPTFEが30wt%、L−PPS
が70wt%の射出成形品である(記号H2で表す)。
第3実施例は、同じく内輪、外輪、玉の全てにMoS2コ
ーティングを施した。保持器はPTFEが50wt%、L−PPS
が50wt%の射出成形品である(記号H3で表す)。
ーティングを施した。保持器はPTFEが50wt%、L−PPS
が50wt%の射出成形品である(記号H3で表す)。
第4実施例は、玉3にのみMoS2コーティングを施し
た。保持器は第2実施例と同一のもの(H2)である。
た。保持器は第2実施例と同一のもの(H2)である。
第5実施例も玉3にのみMoS2コーティングを施した。
但し保持器は第3実施例と同一のもの(H3)である。
但し保持器は第3実施例と同一のもの(H3)である。
第6実施例は、コーティング材をWS2とし、内輪、外
輪、玉の全てにコーティングを施した。保持器は第2実
施例と同一のもの(H2)である。
輪、玉の全てにコーティングを施した。保持器は第2実
施例と同一のもの(H2)である。
第7実施例は、同じく内輪、外輪、玉の全てにWS2コ
ーティングを施した。保持器は第3実施例と同一のもの
(H3)である。
ーティングを施した。保持器は第3実施例と同一のもの
(H3)である。
第8実施例は、玉3にのみWS2コーティングを施し
た。保持器は第2実施例と同一のもの(H2)である。
た。保持器は第2実施例と同一のもの(H2)である。
第5実施例も玉3にのみWS2コーティングを施した。
但し保持器は第3実施例と同一のもの(H3)である。
但し保持器は第3実施例と同一のもの(H3)である。
第1表は、このように構成した玉軸受について、各実
施例毎に寿命試験を行った結果を示している。
施例毎に寿命試験を行った結果を示している。
寿命試験装置を第3図に示す。図中、21は回転軸であ
り、サポート軸受22を介して回転自在に基台23に支承さ
れて、後端部にプーリ21aが取付けてある。この回転軸2
1の回転は、試験室外に配設したモータ24で行われる。
モータ24の出力軸24aはカップリング25を介して伝導軸2
6に接続されている。伝導軸26は区画壁27を貫通してお
り、磁性流体シールユニット28でシールされている。こ
の伝導軸26の先端に取付けたプーリ29の回転が、ベルト
30とプーリ21aを介して回転軸21に伝達されるようにな
っている。
り、サポート軸受22を介して回転自在に基台23に支承さ
れて、後端部にプーリ21aが取付けてある。この回転軸2
1の回転は、試験室外に配設したモータ24で行われる。
モータ24の出力軸24aはカップリング25を介して伝導軸2
6に接続されている。伝導軸26は区画壁27を貫通してお
り、磁性流体シールユニット28でシールされている。こ
の伝導軸26の先端に取付けたプーリ29の回転が、ベルト
30とプーリ21aを介して回転軸21に伝達されるようにな
っている。
上記回転軸21に被試験体の玉軸受32が装着され、予圧
ばね33で10kgのアキシャル荷重Pを負荷して予圧され
る。この玉軸受32のトルクが、ケーシング34に伝達板35
を介して接続されたロードセル36で検出されるようにな
っている。
ばね33で10kgのアキシャル荷重Pを負荷して予圧され
る。この玉軸受32のトルクが、ケーシング34に伝達板35
を介して接続されたロードセル36で検出されるようにな
っている。
試験条件は、次のとおりである。
試験室内の雰囲気温度は室温、真空度は2×10-5Pa、
回転数は2500rpm。寿命は、厚さ1μmの潤滑性膜がな
くなり、その結果ロードセル36で検出されたトルクが所
定値に達する迄に回転した内輪の総回転数で判定した。
回転数は2500rpm。寿命は、厚さ1μmの潤滑性膜がな
くなり、その結果ロードセル36で検出されたトルクが所
定値に達する迄に回転した内輪の総回転数で判定した。
寿命試験は、全ての実施例において上限試験時間を越
えた時点で、打ち切った。
えた時点で、打ち切った。
一方、比較のために、内輪、外輪、玉への潤滑性膜の
コーティングは上記実施例と同様にMoS2とWS2との2種
類を採用したが、保持器は上記とは異なる構成とした玉
軸受につき、同時に寿命試験を行った。
コーティングは上記実施例と同様にMoS2とWS2との2種
類を採用したが、保持器は上記とは異なる構成とした玉
軸受につき、同時に寿命試験を行った。
保持器の構成は以下のとおりである。
第1比較例:PTFE,50wt%、GF,25wt%、MoS2,25wt%から
なる棒材を機械加工したもの。記号H11で表す。機械加
工のため製造工程が多く、コスト高である。
なる棒材を機械加工したもの。記号H11で表す。機械加
工のため製造工程が多く、コスト高である。
第2比較例:HBsC1(高力黄銅)材を機械加工したもの。
記号H12で表す。機械加工のため製造工程が多く、コス
ト高である。
記号H12で表す。機械加工のため製造工程が多く、コス
ト高である。
第3比較例:WS250wt%、残部がCu,Sn,Agからなる合金
(東芝タンガロイ(株)製、SL05)を機械加工したも
の。記号H13で表す。機械加工のため製造工程が多く、
コスト高である。且つAgを含み材料も高価である。
(東芝タンガロイ(株)製、SL05)を機械加工したも
の。記号H13で表す。機械加工のため製造工程が多く、
コスト高である。且つAgを含み材料も高価である。
第4比較例〜第12比較例:PTFE,5wt%、L−PPS,95wt%
の射出成形品。記号H14で表す。射出成形品で安価であ
るが、フッ素樹脂の含有量が少ない。
の射出成形品。記号H14で表す。射出成形品で安価であ
るが、フッ素樹脂の含有量が少ない。
各比較例の寿命試験結果を第2表に示す。
但し、上記温度は軸受外輪で測定した値(℃)。
第1表と第2表は、本発明に係る各実施例のころがり
軸受がいずれの比較例より長寿命であることを示してい
る。
軸受がいずれの比較例より長寿命であることを示してい
る。
比較例の中では、第3比較例が最も寿命時間が長い
が、保持器に高価な材料を用いており、又機械加工であ
って極めてコストが高い。第4比較例以下のものは、射
出成形品で加工コストは低いが、保持器に配合される潤
滑性樹脂(PTFE)の含有量が5wt%と少ないため、寿命
時間が短い。第8比較例は内輪、外輪、玉のいずれにも
コーティングを施さない場合であり、試験装置での運転
当初からトルクが大きかった。しかも運転中に、玉等の
裸の表面に酸化膜が形成されて急激にトルクが大とな
り、結局極めて短寿命であった。以上の結果から、高真
空、高温という厳しい環境下での寿命の延長に対して、
十分な量の潤滑性樹脂を配合した保持器を用いると共
に、更に少なくとも転動体には潤滑性膜をコーティング
を施すことが効果的であることが明らかである。
が、保持器に高価な材料を用いており、又機械加工であ
って極めてコストが高い。第4比較例以下のものは、射
出成形品で加工コストは低いが、保持器に配合される潤
滑性樹脂(PTFE)の含有量が5wt%と少ないため、寿命
時間が短い。第8比較例は内輪、外輪、玉のいずれにも
コーティングを施さない場合であり、試験装置での運転
当初からトルクが大きかった。しかも運転中に、玉等の
裸の表面に酸化膜が形成されて急激にトルクが大とな
り、結局極めて短寿命であった。以上の結果から、高真
空、高温という厳しい環境下での寿命の延長に対して、
十分な量の潤滑性樹脂を配合した保持器を用いると共
に、更に少なくとも転動体には潤滑性膜をコーティング
を施すことが効果的であることが明らかである。
なお、転動体や内外輪に対する潤滑性膜の形成手段
は、スパッタリングに限定されるものではなく、真空蒸
着、イオンプレーティング等も適用できる。
は、スパッタリングに限定されるものではなく、真空蒸
着、イオンプレーティング等も適用できる。
又、潤滑性膜の組成は、MoS2やWS2に限らず、鉛、
銀、金等を用いることもできる。
銀、金等を用いることもできる。
又、本発明の適用対称は、上記各実施例における玉軸
受に限らず、その他の形式の玉軸受及びころ軸受を含む
ものである。
受に限らず、その他の形式の玉軸受及びころ軸受を含む
ものである。
以上説明したように、本発明によれば、ころがり軸受
の外輪、内輪、転動体のうち少なくとも転動体を潤滑性
膜でコーティングすると共に、保持器は耐熱性の高い直
鎖ポリフェニレンサルファイド中に潤滑性の高いフッ素
樹脂を10〜60wt%含み射出成形品とした。そのため、滑
りを伴う転動体と保持器との双方に、十分な自己潤滑性
を付与することができ、高真空、高温等の厳しい環境下
で低トルク長寿命であり且つ低価格のころがり軸受を提
供することができるという効果がある。
の外輪、内輪、転動体のうち少なくとも転動体を潤滑性
膜でコーティングすると共に、保持器は耐熱性の高い直
鎖ポリフェニレンサルファイド中に潤滑性の高いフッ素
樹脂を10〜60wt%含み射出成形品とした。そのため、滑
りを伴う転動体と保持器との双方に、十分な自己潤滑性
を付与することができ、高真空、高温等の厳しい環境下
で低トルク長寿命であり且つ低価格のころがり軸受を提
供することができるという効果がある。
第1図は本発明を適用したころがり軸受の一例を示す断
面図、第2図はスパッタリング装置の模式図、第3図は
寿命試験装置の断面図である。 1は外輪、2は内輪、3は転動体(玉)、4は保持器。
面図、第2図はスパッタリング装置の模式図、第3図は
寿命試験装置の断面図である。 1は外輪、2は内輪、3は転動体(玉)、4は保持器。
Claims (2)
- 【請求項1】外輪と、内輪と、その外輪・内輪間に間挿
された複数の転動体と、該転動体を円周方向に等分に分
割保持する保持器とからなるころがり軸受において、前
記外輪、内輪、転動体のうち少なくとも転動体が潤滑性
膜でコーティングされ、かつ前記保持器は直鎖ポリフェ
ニレンサルファイドをマトリックスとし少なくともフッ
素樹脂を10〜60wt%含んでなることを特徴とするころが
り軸受。 - 【請求項2】前記保持器のフッ素樹脂を30〜50wt%と
し、且つ前記転動体の潤滑膜がMoS2又はWS2からなる請
求項1記載のころがり軸受。
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JP1065166A JP2850353B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | ころがり軸受 |
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JPH02245514A JPH02245514A (ja) | 1990-10-01 |
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ID=13279028
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TWI644782B (zh) * | 2017-06-09 | 2018-12-21 | 台中精機廠股份有限公司 | Lubrication detection and application method of machine linkage mechanism |
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US3567504A (en) * | 1967-06-19 | 1971-03-02 | Nasa | Polyimide bonded solid lubricant bearing surface |
US4193645A (en) * | 1973-06-13 | 1980-03-18 | Glacier Metal Company, Limited | Plain bearings |
JPS5557717A (en) * | 1978-10-25 | 1980-04-28 | Koyo Seiko Co Ltd | Rolling bearing |
US4956858A (en) * | 1989-02-21 | 1990-09-11 | General Electric Company | Method of producing lubricated bearings |
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1989
- 1989-03-17 JP JP1065166A patent/JP2850353B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-03-15 US US07/493,889 patent/US4997295A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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