JP4449920B2 - 固体潤滑ころ軸受 - Google Patents

Description

本発明は、真空中、高温、低温あるいは放射線下など、潤滑油やグリースが使用できない特殊環境下で使用される固体潤滑ころ軸受に関する。

従来、真空中、高温、低温あるいは放射線下など、潤滑油やグリースが使用できない特殊環境下で使用される固体潤滑ころ軸受は、図９のようになっているものがある（例えば特許文献１参照）。
図９は従来の固体潤滑ころ軸受を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は一部を展開した部分展開図である。図において、１は内輪、１ａは内輪転走面、２は外輪、２ａは外輪転走面、３ａ、３ｂはころ（ローラ）、４はスペーサである。なお、９は２つ割りの外輪を一体化するかしめピンである。図１０は図９の一部拡大図で、（ａ）はスペーサの斜視図、（ｂ）はころの断面図である。図において、４ａは凹面部、５は固体潤滑膜である。
図に示すように、ころ軸受の一種であるクロスローラ軸受は、内輪１と外輪２の２つの軌道部材間に、表面に固体潤滑膜５が被覆され、かつ隣同士の向きを９０度変えて配列させたころ３ａ，３ｂと、これらの間に設けたスペーサ４からなっている。スペーサ４は、図１０（ａ）に示すように、左右の両隣にころ３ａ，３ｂが回転可能に嵌合する凹面部４ａを有している。
この軸受を作動させると、運転初期に転動体表面の固体潤滑膜５が潤滑し、運転の経過に伴い自己潤滑性材料であるスペーサ４からの潤滑成分がころ３ａ，３ｂへ転移し、そして内・外輪１、２に転移することにより長期の潤滑を可能にするものである。
特開平１０−１４１３６３号公報（第５頁、図１）

ところが、従来の固体潤滑ころ軸受では、固体潤滑膜が被覆されたころが大気中で軸受に組立てられる際、大気中の湿度の影響で膜中に水分が侵入する。このような軸受が真空用ロボットなどに組込まれて真空中で使用された場合、スペーサがころの円筒面にフィットする凹形状になっていること、また、図９に示すように、ころやスペーサが軸受内部の空間を占有し、残存する隙間が小さいことなどの要因により、真空環境に入れてもすぐに膜中の水分は抜けない。一方、硫化物系の固体潤滑膜は水分があると潤滑寿命が極端に低下することが知られている（M.Maillat et al:Proc.4^th Euro.Space.Mech. & Trib.Symp.,ESA SP-299(1990)53）。
したがって、従来の軸受の構成では真空環境下で数日間真空排気した後でしか使用できず、使用する上で作業性が悪いという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、固体潤滑膜中の水分を真空中で抜けやすくすることで、作業性に優れ、真空環境下に入れてすぐに使用しても寿命が長い固体潤滑ころ軸受を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、二つの転走面を持つ軌道部材と、前記軌道部材によって出来る軌道空間に載置され固体潤滑膜を被覆した複数のころを有する固体潤滑ころ軸受において、前記軌道部材の少なくとも一方に前記軌道空間と軸受外部とを繋ぐ穴を備えたものである。
請求項２に記載の発明は、前記穴が軸方向に対し傾斜して形成されたものである。
請求項３に記載の発明は、前記穴がラジアル方向に形成されたものである。
請求項４に記載の発明は、前記穴がラジアル方向に対し傾斜して形成されたものである。
請求項５に記載の発明は、前記ころのコーナー部を凹状にしたものである。
請求項６に記載の発明は、二つの転走面を持つ軌道部材と、荷重を負荷するために前記転走面間に載置した固体潤滑膜を被覆した複数のころと、前記ころ間に介装させて間隔を保持するスペーサからなり前記スペーサのころと接する面が凹面状である固体潤滑ころ軸受において、前記スペーサの凹面部に外部へ通じる溝を形成したものである。
請求項７に記載の発明は、前記溝の形状を碁盤目状としたものである。
請求項８に記載の発明は、前記溝を少なくとも一つの直線状に形成したものである。
請求項９に記載の発明は、前記溝の幅と深さを少なくとも５０μmとしたものである。
請求項１０に記載の発明は、前記固体潤滑膜を二硫化モリブデンもしくは二硫化タングステンとしたものである。

請求項１に記載の発明によると、軌道空間を穴によって軸受外部と繋ぐことにより、膜中の水分が真空中で抜け易くなる。
請求項２に記載の発明によると、穴を傾斜させることで、軸受回転に伴い、気体分子が強制的に移動され、膜中の水分がより抜け易くなる。
請求項３に記載の発明によると、穴をラジアル方向に形成することで、遠心力の働きにより、膜中の水分がより抜け易くなる。
請求項４に記載の発明によると、穴をラジアル方向に対し傾斜させて形成することで、遠心力の働き、プラス強制的な気体分子の移動により、膜中の水分がより抜け易くなる。
請求項５に記載の発明によると、ころのコーナー部を凹状にすることで、気体の移動通路が確保され、膜中の水分が抜け易くなる。
請求項６に記載の発明によると、ころと接触しているスペーサ面に溝を入れることにより膜中の水分が真空中で抜け易くなる。
請求項７に記載の発明によると、スペーサ面に形成した溝の形状を碁盤目状とすることで膜中の水分がより抜け易くなる。
請求項８に記載の発明によると、スペーサ面に形成した溝の形状を直線状にすることでスペーサの作製のし易さと共に水分の抜け易さも確保できる。
請求項９に記載の発明によると、溝の深さと幅を５０μm以上とすることで水分のぬけ易さを大幅に増加させることができる。
請求項１０に記載の発明によると、水分の影響を受け易い二硫化モリブデンもしくは二硫化タングステンが使用できるので、潤滑性能に優れた軸受が得られるという大きな効果がある。
以上のように、固体潤滑ころ軸受を真空環境下に入れてすぐに使用しても長い寿命を確保できる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例１を示す固体潤滑ころ軸受の図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図である。図において、７は穴、８は軌道空間である。他の符号は従来と同じであるため説明を省く。内輪１と外輪２の軌道部材によって形成される軌道空間８を、図示しないころが転がる構成になっている。
本発明が従来技術と異なる点は、外輪２に穴７を設けている部分である。軌道空間８と軸受外部がこの穴７によって繋がっているので、軌道空間の残存気体が軸受外部に排出されるという作用が生じ、膜中の水分が抜け易くなる。その結果、固体潤滑ころ軸受を真空環境下に入れてすぐに使用しても寿命が長くなる。

図２は本発明の実施例２を示す固体潤滑ころ軸受の図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図である。本実施例では穴７を軸方向に対し傾斜させて形成している。このため、軸受の外輪２の回転に伴い気体分子が強制的に穴７から排出される、すなわち気体分子が抜け易くなる。その結果、膜中の水分がより抜け易くなる。

図３は本発明の実施例３を示す固体潤滑ころ軸受の図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図である。本実施例では穴７をラジアル方向に形成している。この軸受を図４に示すハウジング１１と組み合わせると、軌道空間８と軸受外部の貫通孔１１ａが繋がり、軌道空間８の残存気体が軸受外部に排出されるという作用が生じ、膜中の水分が抜け易くなる。また、穴７がラジアル方向に空いているので、軸受の外輪２の回転に伴い遠心力が作用し、気体分子が抜け易くなる。その結果、膜中の水分がより抜け易くなる。

図５は本発明の実施例４を示す固体潤滑ころ軸受図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図である。本発明では穴７をラジアル方向に対しやや傾斜させて形成している。このため、実施例２と実施例３を組み合わせた作用、すなわち強制的な気体分子の移動と、遠心力が作用し、気体分子がより抜け易くなる。その結果、膜中の水分がより抜け易くなる。
なお、実施例１〜４では外輪２に穴７を設けた例を示しているが、これは外輪２が回転する軸受を想定したためである。内輪１が回転する場合は内輪１に穴を開けた方が良い。

図６は本発明の実施例５を示す固体潤滑ころ軸受に用いるころである。本発明では、荷重を受けないコーナー部を凹状（凹状部１０）にしたことにより、ころによる無駄な容積占有を無くし、それを気体分子の移動通路としたものである。実施例１〜４の穴７と組合わせることにより、気体分子がより一層、移動し易くなる。その結果、膜中の水分がより抜け易くなる。
硫化物系固体潤滑膜のなかでも二硫化モリブデンと二硫化タングステンを使用した場合は特に寿命延長の効果が大きい。
また、本発明の形態では、隣り合うころ同士が直交して配置する、いわゆるクロスローラ軸受を取り上げているが、本発明の作用は固体潤滑ころ軸受において、ころ表面に被覆した固体潤滑膜中の水分を抜けやすくするものなので、クロスローラ軸受以外のラジアルころ軸受、スラストころ軸受、円すいころ軸受などでも同様な効果が得られる。さらに、回転型以外に直動型の軸受でも同様な効果が得られる。

図７は、本発明の実施例６を示すスペーサの凹面部の正面図である。
本実施例に用いたスペーサ４は、従来の図１０（ａ）に示す形状のものと同じく凹面部４ａを有したものである。材質としてＰＥＥＫ（ポリ・エーテル・エーテル・ケトン）を主成分とする自己潤滑性樹脂を用い、射出成形により作製されている。
図７（ａ）は幅１００μｍ、深さ１００μｍ の溝６、６ａが碁盤目状に形成された様子を示している。スペーサ４の凹面部４ａに接するころの軸方向に４本、それと直行する方向に６本の溝がそれぞれ等間隔に形成したものである。図７（ｂ）は一本の線状の溝６ｂがころの軸方向に形成された状況を示している。溝６ｂの幅は２ｍｍ、深さは０．２ｍｍである。図７（ｃ）は三本の線状の溝１ｃが等間隔に形成された状況を示したもので、それぞれの溝６ｃの幅は１ｍｍ、深さは０．２ｍｍである。
本発明が従来技術と異なる部分は、スペーサ４の凹面部４ａに外部に通じる溝が形成されている部分である。

つぎに、上述のスペーサと内輪、外輪とでクロスローラ軸受を構成して真空中での寿命に及ぼす排気時間の影響について調べた。
なお、本実施例で用いたころは、直径４．００ｍｍ、長さ３．８５ｍｍのＳＵＳ４４０Ｃを用い、ころの表面には膜厚０．６μmの二硫化モリブデンスパッタ膜もしくは二硫化タングステンスパッタ膜が被覆されている。本実施例のように直線状の溝であれば、成形用の型を容易に作製することができる。比較のため、従来例には溝なしスペーサを用いた。
寿命の評価には、クロスローラ軸受２個に２１５Ｎのアキシャル荷重を負荷して、３２０ｒ／ｍｉｎで回転させる寿命試験機を用い、内径３０ｍｍ、外径５５ｍｍ、幅１０ｍｍの軸受を評価した。試験中にはモータのトルク出力をモニタし、定常時のトルクの２倍を越えた時点を軸受寿命とした。表１に結果を示す。寿命は相対値である。本発明のスペーサ形状では真空排気時間が短くても従来例に対して寿命が長くなっていることが分かる。

図８は、本発明の実施例７を示すスペーサの凹面部の正面図である。本実施例は、溝の幅と深さの効果を調べたものである。凹面部４ａには二本の線状の溝６ｄが形成されており、幅、深さともに５０μｍ〜１ｍｍの範囲で変えた。
図８に示した溝つきスペーサを使って真空排気１２時間後の寿命を評価した。ころに被覆した固体潤滑膜は膜厚０．８μmの二硫化モリブデンスパッタ膜である。評価条件は実施例６の場合と同じである。表２に結果を示す。溝の幅と深さが広くなると寿命が向上することが分かる。溝の幅と深さはスペーサの役割(自己潤滑材の補給、強度)が許す限り大きくしたほうが良い。

以上のように、スペーサに固体潤滑膜中の水分を抜けやすくする溝を形成しているので、真空環境下に入れてすぐに使用しても水分が膜から抜け、寿命が長くなる。その結果、作業性の良い長寿命な固体潤滑ころ軸受を提供することができる。
実施例７、８において、スペーサの溝は凹形状面に接するころの軸方向に直線状に形成しているが、溝はスペーサの外部に通じていれば同様な効果を得ることができるので、ころの軸方向に垂直な方向や、約４５°の方向すなわち軸受の軸方向など任意の方向に溝を形成してよい。また、固体潤滑膜として二硫化モリブデンと二硫化タングステンを使用したが、硫化物系固体潤滑膜である二硫化セレン等のような寿命が湿度に影響されるものであれば同様の効果が得られる。さらに、膜作製法もスパッタ法に限らない。
また、本発明の形態では、隣り合うころ同士が直交して配置する、いわゆるクロスローラ軸受を取り上げているが、本発明の作用は固体潤滑ころ軸受において、ころ表面に被覆した固体潤滑膜中の水分を抜けやすくするものなので、クロスローラ軸受以外のラジアルころ軸受、スラストころ軸受、円すいころ軸受などでも同様な効果が得られる。さらに、回転型以外に直動型の軸受でも同様な効果が得られる。

本発明の実施例１を示す固体潤滑ころ軸受の図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図 本発明の実施例２を示す固体潤滑ころ軸受の図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図 本発明の実施例３を示す固体潤滑ころ軸受の図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図 本発明の実施例３をシャフトに適用した適用例を示す側断面図 本発明の実施例４を示す固体潤滑ころ軸受の図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図 本発明の実施例５を示す図で、（ａ）はころの断面図、（ｂ）は固体潤滑ころ軸受の側断面図 本発明の実施例６を示すスペーサの凹面部の正面図 本発明の実施例７を示すスペーサの凹面部の正面図 従来の固体潤滑ころ軸受を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は側面展開図 従来の固体潤滑ころ軸受部品を示す図で、（ａ）はスペーサの斜視図、（ｂ）はころの断面図

符号の説明

１ 内輪
１ａ 内輪転走面
２ 外輪
２ａ 外輪転走面
３、３ａ、３ｂ ころ
４ スペーサ４
４ａ 凹面部４ａ
５ 固体潤滑膜
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 溝
７ 穴
８ 軌道空間
９ かしめピン
１０ 凹状部
１１ ハウジング
１２ ベアリング押さえ
１３ 貫通孔

Claims (10)

1. 二つの転走面を持つ軌道部材と、前記軌道部材によって出来る軌道空間に載置され固体潤滑膜を被覆した複数のころを有する固体潤滑ころ軸受において、
   前記軌道部材の少なくとも一方に前記軌道空間と軸受外部とを繋ぐ穴を備えていることを特徴とする固体潤滑ころ軸受。
2. 前記穴が軸方向に対し傾斜させて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体潤滑ころ軸受。
3. 前記穴がラジアル方向に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体潤滑ころ軸受。
4. 前記穴がラジアル方向に対し傾斜させて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体潤滑ころ軸受。
5. 前記ころのコーナー部が凹状になっていることを特徴とする請求項１から４に記載の固体潤滑ころ軸受。
6. 二つの転走面を持つ軌道部材と、荷重を負荷するために前記転走面間に載置した固体潤滑膜を被覆した複数のころと、前記ころ間に介装させて間隔を保持するスペーサとからなり、前記スペーサのころと接する面が凹面状である固体潤滑ころ軸受において、
   前記スペーサの凹面部に外部へ通じる溝が形成されていることを特徴とする固体潤滑ころ軸受。
7. 前記溝は碁盤目状であることを特徴とする請求項６に記載の固体潤滑ころ軸受。
8. 前記溝は少なくとも一つの直線状に形成されたことを特徴とする請求項６に記載の固体潤滑ころ軸受。
9. 前記溝の幅と深さは少なくとも５０μm以上であることを特徴とする請求項６から８に記載の固体潤滑ころ軸受。
10. 前記固体潤滑膜が二硫化モリブデンもしくは二硫化タングステンからなることを特徴とする請求項１から９に記載の固体潤滑ころ軸受。

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