JP3823375B2

JP3823375B2 - 転がり軸受

Info

Publication number: JP3823375B2
Application number: JP16152796A
Authority: JP
Inventors: 茂樹松永; 剛斎藤; 和雄角田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2016-06-21
Also published as: JPH109271A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、玉軸受や円筒ころ軸受などの転がり軸受に係り、特に、潤滑油やグリース等の潤滑剤が使用できない真空雰囲気・高温雰囲気・水中などの特殊環境下で使用される際に有効な保持器を備えた転がり軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受は、例えば、外輪１及び内輪２の対向する軌道面１ａ，２ａ間に複数の玉３が介挿されて構成され、その複数の玉３は、保持器４の各ポケット５によって転動自在に保持される（図１参照）。
【０００３】
上記保持器４のポケット５は、玉３を収納する部分であって、円周方向に展開した概念図である図５に示すように、従来においては、玉３の中心Ｐ１とポケット５の中心Ｐ２とがほぼ一致するように設定される。図５中、Ｓは、玉３の転動方向の中心線を表している。また、ポケット５と玉３との接触は、点又は線による接触が主であり且つ滑り接触である。
【０００４】
そして、グリースや潤滑油等が使用できないような真空雰囲気等の特殊環境下で使用される転がり軸受では、玉３と保持器４との滑り接触で生じる当該保持器４からの摩耗粉による転移潤滑により、転がり軸受の寿命の向上を図っている。
【０００５】
つまり、保持器４のポケット５と玉３との滑り接触によって生じた保持器４の摩耗粉が、玉３と軌道面との間の潤滑に使用される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、玉３とポケット５との間には所定のポケット隙間Ｄがあり、上述のように玉３と保持器４とは接触するが、上述のような保持器４では、保持器４は自由に運動し玉３からさほど拘束を受けない。
【０００７】
このため、従来の保持器を組み込んだ転がり軸受では、保持器４からの摩耗粉の発生が少なく潤滑効果が十分でないおそれがあるという問題がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、保持器からの摩耗粉の発生を効果的に行うことができる転がり軸受を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１は、外輪と内輪とこれら外輪及び内輪の相互に対向する軌道面の間に配置された複数の転動体とこれら転動体を転動自在に保持する保持器を備え、潤滑油やグリースが使用できない環境下で使用される転がり軸受において、前記保持器は、フッ素樹脂と、固体潤滑材料と、ＰＰＳ又はポリアミドに固体潤滑材料を添加した複合材料からなるプラスチック保持器材料と、の三者のいずれかからなり、隣り合う各保持器ポケットを、前記軌道面の円周方向に沿う中心線に対し軸受の軸方向両側に交互に振り分けて偏心させて、この偏心した保持器ポケットと前記軌道面の中心線に沿って転動する転動体との滑り接触により生じる保持器の摩耗粉を転動体と軌道面との間の潤滑に使用できるようにしたことを特徴とする転がり軸受としている。
【０００９】
ここで、上記ポケット隙間とは、対象とするポケットと当該ポケットに収納した転動体とを同軸に配置した状態における、偏心させる方向でのポケットと玉との対向する面間の距離である。
【００１０】
本発明においては、転動体は軌道面のほぼ中心線に沿って円周方向に転動するが、ポケット隙間が小さくなる方向にポケットが偏心しているために、転動体によるポケットの運動の拘束が大きくなり、これによって、保持器と転動体との間の滑り摩擦が増加して摩耗粉が発生し易くなる。
【００１１】
ここで、上記ポケット隙間の偏心量は、転動体が玉の場合には、ポケット隙間の５０〜１５０％に設定することが好ましい。偏心量の下限値を５０％に設定したのは、偏心量が５０％を越えるあたりから潤滑として有効な量の摩耗粉の転移が行われることを確認したためである。また、偏心量の上限値を１５０％に設定したのは、１５０％当たりから偏心による潤滑効果が飽和すると共に、軸受の摩擦トルクが偏心させない場合に比べて２倍以上となり軸受本来の作動に悪影響が発生するおそれがあるためである（後述の表１を参照）。
【００１２】
また、上記ポケットの偏心は、全ポケットに実施しても良いし、一部のポケットだけに実施してもよい。また、偏心方向は、軸受の軸方向、円周方向、及びこれらの組合せが考えられる。
【００１３】
但し、各ポケットは転動体に拘束されるので、その拘束されている状態でポケットが転動体に対して偏心している必要がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
第１の実施の形態では、転がり軸受として深溝玉軸受を例に説明するが、本発明が採用される転がり軸受は、スラスト玉軸受や後述の円筒ころ軸受など他の転がり軸受であってもよい。
【００１５】
本実施形態の軸受の基本構成は、図１に示すように、従来の軸受と同様であり、軌道輪である外輪１と内輪２とが同軸に配置され、外輪１内径面に形成された軌道溝１ａと内輪２外径面に形成された軌道溝２ａとの間に、転動体である複数の玉３が介挿されている。
【００１６】
その複数の玉３は、保持器４によって円周方向に沿って所定間隔をあけて保持され、その保持器４の各ポケット５にそれぞれ玉３が転動自在な状態で収納されている。
【００１７】
上記玉３は、上記対向する軌道溝１ａ，２ａで形成される空間に配置される。つまり、玉３の中心Ｐ１は、軌道溝１ａ，２ａの溝幅方向のほぼ中央Ｓ（玉３の転動方向の中心線）に設定されて、各玉３は、軌道溝１ａ，２ａに沿って円周方向に転動する。
【００１８】
一方、本実施の形態の保持器４のポケット５の中心Ｐ２は、円周方向に展開した概略図である図２に示すように、軌道溝１ａ，２ａの溝幅方向中央Ｓから溝幅方向つまり軸受の軸方向Ｌ１に偏心量ｄだけ偏心させて設定されている。
【００１９】
上記偏心量ｄは、ポケット５と玉３との間のポケット隙間Ｄ（図２の右側の図を参照）の５０％〜１５０％の値に設定される。
ここで、図２では、隣合うポケット５の中心Ｐ２を交互に反対方向に偏心させた例を示しているが、必ずしも交互に反対方向へ偏心させる必要もない。なお、一部のポケット５だけが偏心するように設定してもよいが、玉３に拘束された状態では、ほぼ全部のポケット５が結果的に偏心した状態となる。
【００２０】
このように、ポケット５の中心Ｐ２を偏心させると、偏心させたポケット５では、玉３による保持器４の運動の拘束が大きくなりポケット５と玉３との接触面積や接触圧などが増加するため、玉３とポケット５との滑り接触の際に発生する保持器４の摩耗粉が増加する。
【００２１】
この結果、玉３と転動溝との間に転移する摩耗粉が増加し、つまり、十分な量の摩耗粉が供給されて玉３と転動溝との間の潤滑が十分に行われる。従って、真空雰囲気等の潤滑剤を使用できない環境下で使用される軸受であっても、特に回転初期の潤滑に極めて有効であり、従来に比べて軸受の寿命が向上する。
【００２２】
なお、保持器４の材料としては、例えば、フッ素系樹脂（ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、固体潤滑剤が混合された複合材料など）、固体潤滑材料（ＭｏＳ₂，ＷＳ₂などに、Ｃｕ，ＳＵＳなどの金属バインダーやフェノール樹脂などの有機バインダー等を混合した複合材料など）、プラスチック保持器材料（ＰＰＳ，ポリアミドなどに固体潤滑材料のＭｏＳ₂などを添加した複合材料）を使用すればよい。
【００２３】
また、ポケット５の断面形状は、円形である必要はなく、楕円形状や角形などの形状であってもよい。
また、保持器４のタイプは、もみ抜き保持器や波形保持器に限定されず、わん形保持器、冠形保持器など、他のタイプの保持器であってもよい。要は、そのポケット５の中心Ｐ２が偏心することで、玉３によるポケット５の拘束が所定量だけ大きくなれば良い。
【００２４】
また、外輪１、内輪２、玉３、及び保持器４の各表面に皮膜を被着させても良いし、被着させなくても良い。その皮膜は、Ａｇ、ＭｏＳ₂などの固体潤滑膜、ＰＴＦＥコーティング膜などを使用する。皮膜を被着した場合には、その皮膜によって玉３と軌道溝１ａ，２ａとの間の摩擦が低減し、上記保持器４の摩耗粉による潤滑効果と併せて、潤滑剤を充填できない雰囲気中であっても、さらに転がり軸受の寿命が向上する。
【００２５】
ここで、上記実施の形態では、軸受の軸方向Ｌ１にポケット５を偏心させた例で説明しているが、これに限定されるものではない。偏心方向は、玉３が保持器４の動きを拘束する方向へ設定すればよく、上記軸方向Ｌ１に限定されない。
【００２７】
さらに、各ポケット５の偏心量ｄを全て同一量とする必要はない。さらに、偏心方向は、軸受の軸方向Ｌ１又は周方向に単独で偏心させるばかりでなくてもよい。
【００２８】
次に、第２の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、上記実施の形態と同様な部材には同一の符号を付して説明する。第２実施の形態は、円筒ころ軸受に本発明を適用した例であって、円周方向の展開図である図３に示すように、各ポケット５の中心Ｐ２を、それぞれ軸受の軸方向Ｌ１（ころの軸方向）に交互に偏心させたものである。
【００２９】
このようにポケット５の中心Ｐ２を偏心させると、第１の実施の形態と同様に、偏心させたポケット５では、軸方向Ｌ１での円筒ころ１０による保持器４の運動の拘束が大きくなりポケット５ところ１０との接触面積や接触圧などが増加するため、ころ１０とポケット５との滑り接触の際に発生する保持器４の摩耗粉が増加する。
【００３０】
この結果、ころ１０と転動溝との間に転移する摩耗粉が増加し、つまり、十分な量の摩耗粉が供給されてころ１０と転動溝との間の潤滑が十分に行われる。従って、真空雰囲気等の潤滑剤を使用できない環境下で使用される軸受であっても、特に回転初期の潤滑に極めて有効であり、従来に比べて軸受の寿命が向上する。
【００３１】
なお、上記例では、軸受の軸方向Ｌ１にポケット５の中心を偏心させた例で説明しているが、図４に示すように、軸受の円周方向Ｌ３に偏心させて、各ポケット５中心間の距離Ａ，Ｂをそれぞれ違えるように設定してもよい。軸受の作動の際に円周方向全周に均一に負荷が掛かることがなく各ころ１０に負荷される荷重の方向や大きさが周期的に変化するが、各ポケット５間のスパンが異なることによるころ１０の挙動変化によって、一部のポケット５ではころ１０による拘束が一時的に増え、上述と同様な作用・効果を得る。
【００３４】
【実施例】
次に、上記ポケット５の偏心量ｄの妥当性について、第１の実施の形態の軸受を基に説明する。
【００３５】
玉３とポケット５との間の軸方向Ｌ１のポケット隙間Ｄが０．２mmである軸受を使用して、上記偏心量ｄと、その際の軸受の摩擦トルクが安定するまでの時間及び摩擦トルクの割合について求めて見たところ、下記表１に示すような実験結果が得られた。
【００３６】
実験条件は、軸受の内径が８mm、回転数を１０００rpm 、雰囲気を真空中（１０^-6ｔｏｒｒ）で且つ室温に設定して行った。また、偏心方向を軸受軸方向Ｌ１として、全ポケット５を交互に反対方向へ同量だけ偏心させた。
【００３７】
【表１】

ここで、偏心の割合は、（ｄ／Ｄ）×１００により算出したものである。
【００３８】
また、表１中の軸受の摩擦トルクの割合は、偏心量ｄがゼロの従来の保持器を使用した場合を基準とした割合値で表している。
そして、上記摩擦トルクが安定するまでの時間は短い方がよく、この時間は保持器４からの摩耗粉の転移が容易に行われるかどうかの目安となるが、上記表１から分かるように、偏心量ｄが０．１０mm（５０％）以上となった時点から、上記時間が短くなっており、偏心による効果が有効に生じていることが分かる。
【００３９】
また、偏心量ｄが０．３０mm（１５０％）を越えた時点から、上記軸受の摩擦トルクが安定するまでの時間は飽和しており、偏心による効果の向上が望めず、さらに、摩擦トルクの割合が２以上となっていることが分かる。つまり、偏心による効果が増加せずに摩擦トルクだけが増えて軸受として好ましくないことが分かる。
【００４０】
以上のような結果から、偏心量ｄは、５０〜１５０％の範囲に設定するが好ましく、特に１００％前後が良い。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の転がり軸受では、真空雰囲気等の潤滑剤が使用できない特殊環境下であっても、摩耗粉による潤滑が回転初期から従来よりも十分に行われて転がり軸受の寿命が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る保持器を組み込んだ転がり軸受を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る保持器と玉との関係を示す円周方向に展開した概念図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る保持器と円筒ころとの関係を示す円周方向に展開した概念図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の別の保持器の例を示す概念図である。
【図５】従来の保持器と転動体との関係を示す展開図である。

Claims

外輪と内輪とこれら外輪及び内輪の相互に対向する軌道面の間に配置された複数の転動体とこれら転動体を転動自在に保持する保持器を備え、潤滑油やグリースが使用できない環境下で使用される転がり軸受において、
前記保持器は、フッ素樹脂と、固体潤滑材料と、ＰＰＳ又はポリアミドに固体潤滑材料を添加した複合材料からなるプラスチック保持器材料と、の三者のいずれかからなり、
隣り合う各保持器ポケットを、前記軌道面の円周方向に沿う中心線に対し軸受の軸方向両側に交互に振り分けて偏心させて、この偏心した保持器ポケットと前記軌道面の中心線に沿って転動する転動体との滑り接触により生じる保持器の摩耗粉を転動体と軌道面との間の潤滑に使用できるようにしたことを特徴とする転がり軸受。