JP3575115B2 - 固体潤滑スラスト玉軸受 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、転がり軸受とくに高真空、高温、低温、放射性雰囲気等の環境で使用する固体潤滑スラスト玉軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高真空、高温、低温、放射性雰囲気等のように、グリースや潤滑油による潤滑ができない環境や、油の存在が好ましくない環境で使用する軸受には、一般的に固体潤滑剤が採用されており、転動体（ボールやコロ）の外面や転走面に固体潤滑剤をコーティングした潤滑剤皮膜を設けている。（たとえば特開昭６０−２４１５１６号など）
また、転動体を保持する保持器を自己潤滑性材料で構成する潤滑方法も採用されており（特開昭６３−２４６５０７号、特開昭６３−２８２２３３号など）、実開昭６１−４５６２２号公報には、スラスト軸受の保持器をポリ四弗化エチレンの環状板で構成し、この保持器に開口部がボールの径より小さく奥を広くした嵌合孔を、厚さ方向に貫通させて複数個設けており、ボールを前記嵌合孔に押し込むようにした真空用ボールベアリングが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、転動体や転走面の表面に固体潤滑剤皮膜を設けた固体潤滑軸受においては、固体潤滑剤のコーティング層が薄いため、摩耗により比較的早期に潤滑膜がなくなり、軸受寿命が短い欠点がある。
また、保持器を自己潤滑性材料で構成した軸受では、保持器に接触する転動体へ潤滑剤を移着させて潤滑膜を補給することができるが、保持器の強度が低くなり、熱で変形したり、衝撃で割れて摩擦が増大するなどの欠点があり、保持器に設けた嵌合孔の入り口が狭くなっているため、ボールを押し込むときに嵌合孔の開口部を損傷するおそれがある。
本発明は固体潤滑材料を用いた軸受における上記の欠点をなくし、潤滑寿命が長く、衝撃や荷重などに強いスラスト玉軸受を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このため、内輪、外輪、ボールとともに、保持器を強度の大きな金属材料で構成するもので、前記保持器が、ボールの両側に配置されボールの直径より小さい厚さを有する１対の金属製の環状部材で構成され、各環状部材のボールと接触する面にそれぞれ周方向の凹溝を設けて、この凹溝相互間に複数個のボールを挿入保持させるとともに、ボール相互間にボールの直径より小さく前記環状部材相互の対向間隙より大きい直径を有する自己潤滑性材料からなる円柱状コロを、両端面がボールに接触するように挿入配置させている。
なお、内輪および外輪の転走面と、ボール表面および保持器の凹溝面の全部あるいは少なくともボール表面に、あらかじめ固体潤滑皮膜を形成させておくことが望ましい。
また、保持器を構成する環状部材相互間にボールと円柱状コロを挿入するために、環状部材の一方または両方に、凹溝の片側を円柱状コロの長さに応じて欠除させた切り欠き部をそなえ、あるいは、環状部材を凹溝の中央から厚さ方向に分割して、ボールと円柱状コロを挿入したのちに連結するようにしている。
【０００５】
【作用】
このため、保持器を構成する環状部材を、強度や耐熱性が高い金属材料で構成でき、ボールは保持器を構成する環状部材に設けた凹溝相互内で保持され、保持器の両側面から突出した部分で内輪および外輪の転走面を転動し、転動による円柱状コロの端面との接触で潤滑剤が移着され潤滑皮膜を維持させる。
また、保持器の環状部材に切り欠き部を設け、あるいは厚さ方向に分割することにより、凹溝内へのボールおよび円柱状コロの挿入が容易になり、全周にわたってボールと円柱状コロとを相互に接触させた状態で挿入することができる。
【０００６】
【実施例】
図１、図２および図３に示す実施例において、１は内輪、２は外輪、３はボール、４は保持器で、いずれもステンレスＳＵＳ４４０Ｃで構成している。５はボール３の表面にスパッタリングで二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）を ０．５μｍの膜厚でコーティングしてなる潤滑膜である。
保持器４はボール３を挟んで内側の環状部材６と外側の環状部材７で構成されており、各環状部材６、７は前記のようにステンレス製で、ボール３の直径ａより小さい厚さｔをそなえ、それぞれボール３と接触する面に周方向の凹溝８、９を設けており、この実施例ではＶ状の溝にしてある。この凹溝８、９相互間にボール３を挿入保持させ、このボール３の保持器４の両面から突出した部分を内輪１および外輪２の転走面１０、１１に接触させている。
【０００７】
１２は前記凹溝相互内でボール３相互の間に挿入した円柱状コロで、重量比７８％の二硫化タングステン（ＷＳ_２） と残量のステンレスＳＵＳ３１０Ｓ粉末を混合し焼結して形成した自己潤滑性合金で作られており、保持器４を構成する環状部材６、７相互の間隙ｇより大きい直径ｄをそなえ、両端面をボール３に接触させている。１３は一方の環状部材６の凹溝８の片側を１カ所切り欠いだ切り欠き部であり、この切り欠き長さは前記円柱状コロ１２の長さより僅かに長くしてある。
【０００８】
保持器４は、外側の環状部材７の中に内側の環状部材６を中心位置をずらせて配置し、相互の隙間が広くなった部分から所要数のボール３を挿入し、各ボール相互間に円柱状コロ１２をその両端面がボール３に接触するように挿入する。挿入により前記広い隙間が狭くなると、この部分に切り欠き部１３を合わせて円柱状コロ１２を挿入する。
このようにボールと円柱状コロを挿入した保持器４の両側に、内輪１と外輪２をそれぞれの転走面１０、１１にボール３を接触させて組み立てる。
切り欠き部１３は、図の実施例では内側の環状部材６に設けているが、外側の環状部材７に設け、あるいは浅くして両方に設けるようにしてもよい。なお、図３のように内輪１を組み立てることによってボールや円柱状コロが凹溝から脱け出すことはないが、全部の円柱状コロを挿入したのちに、切り欠き部１３を埋める図示しない止め具で閉塞するようにしてもよい。
【０００９】
したがって、運転の初期はボール３が表面の潤滑膜５で潤滑され転走面１０、１１に沿って転がるが、前記潤滑膜５が摩耗してくると、ボール３に接触する円柱状コロ１２から潤滑剤が移着されて潤滑膜を維持し、良好な潤滑性を保持させる。また円柱状コロ１２の直径ｄは保持器４の隙間ｇより大きいので保持器の環状部材相互の対向間隙から脱出することがなく、ボール３に押されて保持器内を移動する。
なお、ボール３の潤滑膜５は、前記した二硫化モリブデンのほか、二硫化タングステン、ポリ四弗化エチレン、ＰＴＦＥ、金、銀などの固体潤滑剤であればよく、蒸着、イオンプレーティング、メッキ、焼き付けやバニッシュ（機械的な押し付け）などでコーティングすることができ、内輪１および外輪２の転走面１０、１１や環状部材の凹溝８、９にも潤滑膜を設けておくことができる。また、保持器４は、青銅鋳物ＬＢＣ３Ｃあるいは砲金などの強度、耐熱性の高い金属材料を用いることができる。また、凹溝８、９はＶ状に限られず円弧状や角溝状であってもよい。
円柱状コロ１２は、図のように軸心が直線になっている場合は、ボール３との接触点が中心からずれており、円柱状コロの回転にともなって接触点が変わり、長期間の移着を良好に行うことができる。また、円柱状コロ１２の軸心を環状部材６、７の凹溝８、９の径に合わせて湾曲させ、ボール３を円柱状コロ端面の中心位置に接触させてもよく、この場合は円柱状コロの端面に凹みを設けてボールとの接触面を広くすることができる。
【００１０】
図４は他の実施例で、前記の実施例と同じ部分に同一の符号を付しており、保持器４を構成する一方の環状部材７のボール３と接触する内周面に、Ｖ状の凹溝９をそなえ、他方の環状部材６を厚さ方向の分割部材６ａ、６ｂに分割し、それそれボール３との接触面を反対方向に傾斜させてＶ状の凹溝８を形成させるようにしている。１４は環状部材６の適宜個所たとえば４等分位置に設けて分割部材６ａ、６ｂを連結する連結ピンである。
保持器４は、環状部材７を平面に置いた状態で、その中に環状部材６の一方の分割部材６ａを同心に配置し、環状部材７のＶ状の凹溝９と分割部材６ａの傾斜面上に、所要数のボール３と各ボール相互間に円柱状コロ１２をその両端面がボール３に接触するように並べて挿入し、他方の分割部材６ｂを載せて連結ピン１４で分割部材６ａ、６ｂを連結させる。
なお、環状部材７を分割するようにしてもよく、両方の環状部材６、７を分割させてもよい。このように環状部材を分割させることによりボール３と円柱状コロ１２の挿入を簡単に行うことができる。
【００１１】
図５、図６はさらに別の実施例を示すもので、両側の環状部材６、７を連結する環状の薄い連結板１５を設けており、この連結板１５にボール３の突出部を挿入するポケット孔１６をそなえている。１７はかしめピンである。
このような連結板１５を環状部材６、７の片面あるいは両面に設けることにより、保持器４を強固にし、ボール３の位置を安定して保持させる。なお、連結板１５は自己潤滑性材料の板で構成しておけば、ポケット孔１６で接触するボールに潤滑剤を移着させることができる。
また、図７に示すように、環状部材６、７相互の内周面と外周側面に連結板１５を設けて連結することにより、環状部材６、７の側面に凹溝８、９を設けてボール３を保持させ、内輪１と外輪２を保持器を挟んで径方向に配置させることができる。この場合、ボール３を挿入するため内輪および外輪の転走面１０、１１は平滑面に形成される。
【００１２】
【発明の効果】
このように、本発明は保持器を金属材料からなる１対の環状部材で構成し、各環状部材のボールとの接触面にそれぞれ周方向の凹溝を設け、この凹溝相互間に複数個のボールを挿入保持させるとともに、ボールに接触させた自己潤滑性材料からなる円柱状コロを設けているので、ボールにコーティングされた潤滑膜が摩耗しても、円柱状コロからの潤滑剤の移着によって摩耗した潤滑膜を補い良好な潤滑性を保持させるとともに、保持器の強度が大きく、変形や割れを生じることがなく、温度の変化や大きな荷重にも強く、寿命が長く潤滑性のよい軸受が得られる効果がある。
なお、ボールの表面、内輪および外輪の転走面、および保持器の凹溝面に、全部または少なくともボール表面に、あらかじめ固体潤滑皮膜をそなえることにより、使用当初からの潤滑性を良好にし、円柱状コロからの潤滑剤の移着を有効に行わせることができる。
【００１３】
また、環状部材の一方または両方に、凹溝の片側を円柱状コロの長さに応じて欠除させた切り欠き部をそなえることによって、凹溝の全周にボールと円柱状コロを相互に接触させて挿入することができ、ボール相互の位置を保持させ、潤滑剤の移着を確実に行わせることができる。
また、保持器を構成する環状部材の一方または両方を、凹溝の中央から厚さ方向に分割しておけば、ボールと円柱状コロの挿入が簡単になり、円柱状コロの端面にボールとの接触面を増大させるための凹みを設けた場合にも挿入が可能になる効果が得られる。
さらに、環状部材相互の内周面と外周側面に連結板を設けて、環状部材相互を連結保持させることによって保持器を強固にし、ボールと接触させる凹溝を環状部材の側面に設けて、内輪と保持器および外輪を径方向に配置させることができる。なお、連結板を自己潤滑性材料で構成し、ポケット孔の周面とボールとの接触によりボールに潤滑剤を移着させ、ボールの潤滑膜の維持を行わせ得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の一部側断面図である。
【図２】図１の実施例の保持器部分の正面図で、一部を切り欠いで示している。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】他の実施例を示す図１に相当する一部側断面図である。
【図５】別の実施例を示す一部側断面図である。
【図６】図５の実施例の保持器部分の正面図で、一部を切り欠いで示している。
【図７】図５の実施例の異なる態様を示す側断面図である。
【符号の説明】
１ 内輪
２ 外輪
３ ボール
４ 保持器
５ 潤滑膜
６、７ 環状部材
８、９ 凹溝
１０、１１ 転走面
１２ 円柱状コロ
１３ 切り欠き部
１４ 連結ピン
１５ 連結板
１６ ポケット孔

Claims (5)

1. 内輪と外輪、および内輪と外輪の転走面に沿って転動するボールと、ボールの保持器をそなえたスラスト玉軸受において、保持器が、ボールの両側に配置されてボールの直径より小さい厚さを有する金属材料からなる１対の環状部材で構成され、前記各環状部材のボールと接触する面に、それぞれ周方向の凹溝をそなえ、前記環状部材の凹溝相互間に、凹溝面に接触保持される複数個のボールと、ボールの直径より小さく前記環状部材相互の対向間隙より大きい直径を有する自己潤滑性材料からなる円柱状コロを、円柱状コロの両端面がボールに接触するように交互に挿入したことを特徴とする固体潤滑スラスト玉軸受。
2. 前記ボール表面、転走面および凹溝面の少なくともボール表面に、あらかじめ固体潤滑皮膜をそなえている請求項１の固体潤滑スラスト玉軸受。
3. 前記１対の環状部材の一方または両方に、凹溝の片側を円柱状コロの長さに応じて欠除させた切り欠き部をそなえた請求項１または２の固体潤滑スラスト玉軸受。
4. 前記保持器を構成する環状部材の少なくとも一方が、凹溝の中央から厚さ方向に分割され、ボールと円柱状コロを挿入した状態で連結されている請求項１または２の固体潤滑スラスト玉軸受。
5. 前記保持器のボールが突出する面に、保持器を構成する対の環状部材相互にまたがり、ボールの突出部を挿入するポケット孔をそなえた環状の連結板を設けた請求項１ないし４のいずれかの固体潤滑スラスト玉軸受。

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