JP3608064B2 - 固体潤滑深溝形玉軸受 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油やグリースなどによる潤滑が不可能な高温で使用するための、固体潤滑剤を含んだ自己潤滑性材料から成るスペーサを有する固体潤滑の深溝形玉軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高温で用いられる固体潤滑の深溝形玉軸受では金属あるいは無機材料の王冠形の保持器を軸受本体に圧入して組み込むことができないために、各転動体の外周にリング状のスペ−サを嵌めて軸受を構成するもの、あるいは保持器を軌道溝に配設される部分が円柱状もしくは半円形状の突起を有した形状から成る分割形のスペ−サに置き換えて、内輪または外輪の肩部の一部に保持器を挿入する切り欠いた挿入口を設けて軸受を構成するものが提案されている（例えば、特公平１−２８２４８号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の従来技術では、内輪または外輪の肩部の一部に保持器挿入用の挿入口を設けた軸受は、回転状態または停止状態において、内輪または外輪の円周方向の挿入口の位置とスペーサが一致し、かつ、挿入口が鉛直方向の下側に配置された特殊な条件下では頻度は極めて小さいが、スペーサが軌道溝内から外れたり、あるいは挿入口に引っ掛かって円滑なころがりが阻害され軸受が回転不能になるという問題があった。
また、開放形軸受（シール板なし）の場合は、スペーサが軸受外に脱落し易く、軸受として機能しなくなるという問題があった。
そこで本発明は、スペーサが軌道溝から外れることなく、あるいはズペ−サが挿入口に引っ掛かって挿入口から軸受外に脱落することなく、円滑な回転を行うことができ、高温でも使用可能な固体潤滑深溝形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】
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたものである。
（１）外方軌道溝を有する内輪と、前記外方軌道溝と対向した内方軌道溝を有する外輪と、前記外方軌道溝と前記内方軌道溝の間で転動する複数個の転動体と、金属または無機材料を主体として固体潤滑剤を含む自己潤滑性材料から成り前記転動体を円周方向に等間隔分割案内する円柱状のスペーサと、前記スペーサを挿入するために前記内輪および前記外輪の肩部にそれぞれ一か所対向するよう設けた切り欠きと、を備え、前記スペーサは、軸受の軸心方向から見た投影面の形状は同方向から見た前記内輪および前記外輪の肩部にそれぞれ設けた内輪切り欠きおよび外輪切り欠きの側面形状より僅かに小さい相似形状を有した深溝形玉軸受において、 前記スペーサは、その外周の一部に少なくとも一か所ぬすみを有した形状から成り、軸受の軸心方向から見た投影面の形状を前記スペーサの軸心を境として非対称としたことを特徴とするものである。
（２）前記スペ−サは軸受の軸心方向から見た前記スペ−サの投影面の軸心を境として、前記内輪切り欠き側に設けた前記スペ−サの形状に相当する重量が前記外輪切り欠き側に設けた前記スペ−サの形状に相当する重量より大きいことを特徴とするものである。
（３）前記ぬすみの形状は軸受の軸心方向から見た前記スペ−サの投影面のコ−ナ部を直線あるいは円弧状としたことを特徴とするとするものである。
（４）前記スペ−サおよび前記転動体の軸方向側面に対向し、前記外輪切り欠き側あるいは前記内輪切り欠き側の何れかに装着されるとともに装着側から前記装着側と対向する側に向かって直角に折曲げられたコ字状のシ−ル板を設けたことを特徴とするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施例および第２の実施例に共通な固体潤滑深溝玉軸受の正断面図である。図２は本発明の第１の実施例を示す軸受の軸心方向から見た側面図である。図において、１は転動体、２は内輪、３は外輪、４はスペーサ、４１はスペーサ４のぬすみ、４２はスペーサ４の軸心である。内輪２の肩部２２と外輪３の肩部３２にそれぞれ内輪切り欠き２３と外輪切り欠き３３を設けており、この二つの切り欠きを対向させて合わせたものを挿入口としている。
スペーサ４は円柱状であり、軸受の軸心方向から見た投影面の形状は、図２に示すように外周の一部にぬすみ４１を設けるようにしたもので、この形状は同方向から見た挿入口の側面形状と相似形状で、僅かに小さな形状になるようにしている。
また、スペ−サ４は軸受の軸心方向から見た投影面の軸心４２を境にして、投影面の対角線の位置におけるコ−ナ部の２か所を４５°の角度で直線に削り取ってぬすみ４１を設けたもので、スペーサの軸心４２を境として内輪切り欠き２３と外輪切り欠き３３の両側で非対称の構成としている。スペーサ４の材料はタングステン５０％および固体潤滑材である二硫化タングステンと二硫化モリブデンとを５０％混合した焼結合金（東芝タンガロイ製、ＳＬ０６Ｕ）を用いた。
【０００６】
軸受の組立は次の手順で行う。
（１） 外輪３の中に内輪２を入れて、外輪３の内周の１カ所に内輪２の外周を押しつけて接触させる。
（２） 内輪２と外輪３との隙間の外方軌道溝２１および内方軌道溝３１に複数の転動体１を入れる。
（３） 外輪３の中央部に内輪２を移動させ、転動体１を外方軌道溝２１および内方軌道溝３１に沿って分散させる。
（４） 内輪２または外輪３を手で回転させて、内輪切り欠き２３と外輪切り欠き３３の位置を合致させ対向させる。
（５） 円柱状のスペーサ４の１個を内輪切り欠き２３と外輪切り欠き３３から外方軌道溝２１および内方軌道溝３１内へ挿入する。
（６） 内輪２を転動体１個分回転させる。転動体１の位置が移動するので、隣の転動体１とさらにつぎの転動体１との間に別のスペーサ４を挿入する。
（７） このようにして全てのスペーサ４を外方軌道溝２１および内方軌道溝３１に挿入する。
この場合、内輪切り欠き２３および外輪切り欠き３３との間に挿入されるスペ−サ４との隙間は径方向で約１０μｍ、円周方向で約１００μｍである。
【０００７】
次に動作について説明する。上記の組立手順で組み立てた軸受を今、図示しない回転軸に装着して回転軸を回転させると、内輪２の回転に伴って、転動体１が回転するとともに、スペーサ４が外方軌道溝２１および内方軌道溝３１の内部を滑る。その結果、内輪切り欠き２３と外輪切り欠き３３の位置がずれるとともに、スペーサ４は、外方軌道溝２１および内方軌道溝３１と摩擦によって軸受の軸心方向から見たスペ−サの投影面の軸心４２の回りで回転し、挿入したままの状態で軌道溝内に留まることは極めて少ない。したがって、軸受が停止したときに、仮に内輪切り欠き２３と外輪切り欠き３３の位置が合致して、そこにスペーサ４が存在するとしても、スペーサ４が内輪切り欠き２３と外輪切り欠き３３にはまりこんで軸受が回転不能になる確率は極めて小さい。
【０００８】
上記軸受の効果を確認するために、この軸受を用いてフィ−ルド評価試験を行った。供試品は内径φ８、外形φ２２、幅７の型番＃６０８を用い、試験条件は真空度１０^−４Ｐａ，回転速度毎分１２００回転、温度３００°Ｃ，スラスト荷重２７Ｎとした。
この結果、寿命は約１５００ｈ（総回転数１×１０^８ 回）においてスペ−サの脱落は認められず、また、停止状態においても同様で従来例に比べて脱落防止の効果が大きいことを確認した。
【０００９】
上記手段によって、本発明の軸受は次のような作用を行うものである。
軸受側面の肩部に軸受の軸心方向から見たスペ−サの投影面の形状と相似形状の挿入口を構成しているので、内輪切り欠き２３と外輪切り欠き３３とを一致させてスペ−サ４を挿入口から軸受内部に順次挿入して組立てることができる。このようにして軸受を組み立てた後、軸を回転させると内輪切り欠き２３と外輪切り欠き３３の位置がずれて、再び各切り欠きの位置が合致した時に、仮にスペ−サ４と各切り欠き２３、３３の位置が偶然一致しても、スペ−サ４は外方軌道溝２１および内方軌道溝３１と摩擦によって軸受の軸心方向から見たスペ−サの投影面の軸心４２の回りで回転を繰り返しながら、転動体１との間で力が働いて軌道溝の円周方向に移動するので、スペ−サ４のぬすみ形状と各切り欠きの形状が一致する可能性が極めて小さく、軌道溝２１、３１内に確実に留まることができる。
したがって、挿入口が鉛直方向の下側に配置された特殊な条件下においても、スペ−サ４は内輪２および外輪３の軌道溝間から外れて挿入口の外へ脱落することなく転動体１を安定に保持することができる。
また、軸受回転時にスペーサ４が受ける遠心力によって、内輪切り欠き２３に合わせて軌道輪内に挿入したスペ−サ４の内輪切り欠き２３側の重量の大きい部分が、外輪３側に回転移動するため、スペーサのぬすみ４１を有した形状が切り欠きの形状と一致せず、スペーサ４が軌道溝内から外れて軸受が回転不能になるということを防ぐことができる。
また、図３は第１の実施例のその他のスペ−サ形状を示す投影図である。Ｖ字状のぬすみを有したスペ−サの軸受の軸心方向から見た投影図である。スペーサ４は、スペ−サの軸心４２の上下で非対称で、直径がｄの円柱である。この形状についても、図２に示したスペ−サ形状を用いた軸受と同じ作用、効果を奏するものである。この軸受を用いて同様にフィ−ルド試験評価を行った結果、脱落の問題がないことを確認している。
【００１０】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図４は第２の実施例を示す軸受の軸心方向から見た側面図である。図に示すようにスペーサ４の形状は、スペ−サの軸心４２を境として内輪切り欠き２３および外輪切り欠き３３の両側で非対称であるが、対角線の位置におけるコ−ナ部の１か所のみを４５°の角度で直線に削り取ってぬすみ４１を設けたものである。ぬすみを設けた形状は外輪切り欠き３３に合わせ、ぬすみを設けず外輪切り欠き３３側に比較して重量が大きいスペ−サ４の形状を内輪切り欠き２３側に合わせており、スペ−サ４の形状はこれら二つの切り欠きを対向させて合わせた挿入口の形状より僅かに小さな形状をしている。
例えば外輪３を固定し、内輪２を回転させる使い方の場合には、内輪２の回転に伴って、転動体１が回転すると共に、スペーサ４が外方軌道溝２１および内方軌道溝３１の内部を滑る。その結果、内輪切り欠き２３と外輪切り欠き３３の位置がずれ、スペーサ４は、外方軌道溝２１および内方軌道溝３１と摩擦によってスペ−サの軸心４２の回りで回転すると共に、軸受の回転に伴う遠心力によって、挿入した状態から反転した状態で軌道溝内に留まるようになる。従って、軸受が停止したときに、仮に内輪切り欠き２３と外輪切り欠き３３の位置が合致し、そこにスペーサが存在するとしても、スペーサ４が内輪切り欠き２３と外輪切り欠き３３にはまりこんで軸受が回転不能になることはない。この形状についても同様のテストを行った結果、脱落の問題がないことを確認している。
なお、スペーサ４は、軌道溝内に挿入した後で、スペーサの軸心４２の回りで予めずらしておけば、低速回転時でも脱落することはなくそのまま使用できる。また、第２の実施例のその他のスペ−サ形状として、コ字状のぬすみを有したスペ−サの投影図を図５に、円弧状のぬすみを有したスペ−サの投影図を図６に示す。スペーサ４は、スペーサの軸心４２を境として内輪切り欠き２３および外輪切り欠き３３の両側で非対称であり、ぬすみの位置や数はこれらに限らずこれらの両側で重量差があれば良い。
なお、本実施例では、スペ−サの材料として焼結金属に固体潤滑剤を充填したタングステンを用いたが、これに限らず二硫化タングステンや二硫化モリブデンの固体潤滑材を充填したステンレスＳＵＳ３１０などを用いてもよい。
【００１１】
次に本発明の第３の実施例について説明する。第３の実施例は第１または第２の実施例と組み合わせて成される発明を示したものである。
図７は軸受の斜視図の１部であり、外輪およびシ−ル板の１部をはぎ取った図である。図８は軸受の内輪、外輪の切り欠きがちょうど、対向する状態になった時の軸受の正断面図である。
第３の実施例は、第１および第２の実施例に示す軸受の構成要素に粉塵の排出、浸入を防ぐシ−ル板を加えたものである。すなわち、外輪３が固定され、内輪２が回転する場合において、外輪３の肩側における内輪２の対向側、すなわち複数の転動体１を分割案内するスペ−サ４の挿入側にリング状の溝２４が設けられており、溝２４の全周囲に渡ってシ−ル板５がかしめによって装着された構成としている。
図８に示すように外輪３に設けられたシ−ル板５は上部が開口したコ字状の断面構造になっており、先端部５１を有している。すなわち、シ−ル板５の形状は転動体１およびスペ−サ４の軸方向側面と対向しながら、内輪２の外周部に向かって非接触状態でその先端部５１がほぼ直角に折り曲げられた構造を成したものである。
シ−ル板５の折り曲げられた部分のうち、内輪２の外周に対向した軸方向幅は内輪切り欠き２３および外輪切り欠き３３の幅より少し小さくなっており、スペーサ４の直径ｄとほぼ同じ長さである。また、転動体１およびスペ−サ４に対向し、シ−ル板５の折り曲げられた先端部５１は、外輪３の内周の径より小さく、内輪２の外周より大きい形状としたものである。
また、逆に内輪２が固定され、外輪３が回転する場合は、シ−ル板５は内輪２側に装着されるようにしてある。
【００１２】
軸受の組立は第１の実施例で説明した手順（１） から（７） の通りに行った後、次の手順を追加して行う。まず、プレス盤でプレスしたＳＵＳ３０４製のシ−ル板５の１部を図８で示したようにコの字形に治具を使って折り曲げる。次に、このシ−ル板５の折り曲がった箇所が外輪３の切り欠き３３に入った状態でシ−ル板５を外輪３に装着する。
このような構成の軸受を組み立てた後、内輪切り欠き２３および外輪切り欠き３３がたまたま対向したとしても、転動体１よりは少し小径のスペ−サ４はシ−ル板５の先端部５１に当たって、切り欠きに引っかかったり、脱落するということはない。
上記手段により、外輪３あるいは内輪２側の肩部の１部に設けた溝に装着したシ−ル板５の先端部５１が伸びてきているため、軌道溝に挿入された複数のスペーサ４は挿入口に引っ掛かったり、挿入口から軸受外部に脱落することなく、軸受は円滑な回転ができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、軸受の軸心方向から見たスペ−サの投影面の形状と内輪及び外輪の切り欠きからなる同方向から見た挿入口の側面形状を相似形にしたので、スペーサが軌道溝より外れることのない円滑な回転を行うことができる。また、挿入口にシール板の１部が伸びているので、軌道溝に挿入された複数のスペーサが挿入口に引っかかったり、挿入口から脱落することのない、高温で使用できる高信頼性の固体潤滑深溝形玉軸受を得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例および第２の実施例に共通な軸受の正断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例を示す軸受の軸心方向から見た側面図である。
【図３】第１の実施例のその他のスペ−サ形状を示す投影図である。
【図４】本発明の第２の実施例を示す軸受の軸心方向から見た側面図である。
【図５】第２の実施例のその他のスペ−サ形状を示す投影図である。
【図６】第２の実施例のその他のスペ−サ形状を示す投影図である。
【図７】本発明の第３の実施例を示す軸受の斜視図である。
【図８】第３の実施例の軸受の正断面図である。
【符号の説明】
１：転動体、２：内輪、２１：外方軌道溝、
２２：内輪肩部、２３：内輪切り欠き、２４：溝、
３：外輪、３１：内方軌道溝、３２：外輪肩部、
３３：外輪切り欠き、４：スペーサ、
４１：スペ−サのぬすみ、４２：スペ−サの軸心、
５：シ−ル板、５１：先端部、ｄ：スペ−サの直径

Claims (4)

1. 外方軌道溝を有する内輪と、前記外方軌道溝と対向した内方軌道溝を有する外輪と、前記外方軌道溝と前記内方軌道溝の間で転動する複数個の転動体と、金属または無機材料を主体として固体潤滑剤を含む自己潤滑性材料から成り前記転動体を円周方向に等間隔分割案内する円柱状のスペーサと、前記スペーサを挿入するために前記内輪および前記外輪の肩部にそれぞれ一か所対向するよう設けた切り欠きと、を備え、
   前記スペーサは、軸受の軸心方向から見た投影面の形状は同方向から見た前記内輪および前記外輪の肩部にそれぞれ設けた内輪切り欠きおよび外輪切り欠きの側面形状より僅かに小さい相似形状を有した深溝形玉軸受において、
   前記スペーサは、その外周の一部に少なくとも一か所ぬすみを有した形状から成り、軸受の軸心方向から見た投影面の形状を前記スペーサの軸心を境として非対称としたことを特徴とする固体潤滑深溝形玉軸受。
2. 前記スペ−サは軸受の軸心方向から見た前記スペ−サの投影面の軸心を境として、前記内輪切り欠き側に設けた前記スペ−サの形状に相当する重量が前記外輪切り欠き側に設けた前記スペ−サの形状に相当する重量より大きいことを特徴とする請求項１に記載の固体潤滑深溝形玉軸受。
3. 前記ぬすみの形状は軸受の軸心方向から見た前記スペ−サの投影面のコ−ナ部を直線あるいは円弧状としたことを特徴とする請求項１または２に記載の固体潤滑深溝形玉軸受。
4. 前記スペ−サおよび前記転動体の軸方向側面に対向し、前記外輪切り欠き側あるいは前記内輪切り欠き側の何れかに装着されるとともに装着側から前記装着側と対向する側に向かって直角に折曲げられたコ字状のシ−ル板を設けたことを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の固体潤滑深溝形玉軸受。

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