JPH04102718A - ころがり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は真空中、高温、低温、放射線下など潤滑油やグ
リースが使用できない環境下で使用するころがり軸受に
関する。

〔従来の技術〕

従来、潤滑油やグリースが使用できない環境下で運転す
る各種機器のころがり軸受の潤滑方法には次の３つがあ
る。

（１）内輪、外輪、保持器及び転動体の全部または一部
の摺動面にスパッタリングなどで二硫化モリブデンＣＭ
ｏ５２）、二硫化タングステン（ＷＳ２）や銀（Ａｇ）
などの薄い潤滑膜を形成する方法で、その代表例として
は特開昭５５−５７７１７、特開昭５８−１１３６’２
９および特開昭６１−５５４１０がある。

（２）ＭＯ３２，ＷＳ２等の固体潤滑剤を金属または合
金に添加した焼結合金から成る保持器を使用し、転動体
と保持器との摩擦によって保持器材料を転動体および転
動体を介して内輪、外輪に移着させて薄い潤滑膜を形成
する方法で、その代表例は特開昭６２−１５１５３９や
特開昭６３−２４６５０７に示されている。

（３）プラスチックもＬ＜はプラスデックに固体潤滑剤
を添加した高分子系複合材料を用いて保持器を形成し、
転動体と保持器との摩擦によって、保持器材料を転動体
および転動体を介して内輪、舊輪に移着させて薄い潤滑
膜を形成する方法で、その代表例としてはふっ素樹脂系
のルーロンＥ（ＮＴＮ−ルーロン社の商品名）やＤｕｒ
ｏｉｄ（米国　Ｂａｒｄｅｎ社の商品名）などで形成し
た保持器がある。このような保持器はポリテトラフルオ
ロエチレン樹脂（以下ＰＴＦＥと略す）にガラス繊維と
ＭＯ３２を添加１．て形成１．ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ｊ７かるに前記（１）のように予め薄い潤滑膜を形成さ
せておく方法では、摩擦によって膜が摩耗すれば潤滑効
果が消失し、基材の金属が露出して焼きつきを生じるた
め、一般に短寿命である。

（２）のように焼結金属を用いた保持器では、機械加工
性が悪く、摩擦音が大ぎいとともに、脆い欠点があり、
使用時に割れたり、大気中での摩耗が極めて大きいとい
う問題がある。

また、高分子系複合材料を用いた（３）の方法では、Ｐ
ＴＦＥをガラス繊維で補強すると表面に突出１〜できた
ガラス繊維によって、保持器から移着（また潤滑剤が削
り落とされたり、転動体表面が荒らされたりするため、
摩耗を早めるとさもに発熱を起こ１．て、使用時にトル
ク変動を起こし易いという欠点があった。

この対策として、例えば特開昭６１−２６１．７１８に
提案されているように、保持器の加工表面部のガラス繊
維をぶつ化水素酸により溶解除去する方法がとられてい
るが、ぶつ化水素酸は毒性があるので取り扱いに特別な
注意が必要であり、このような処理を行ってもＰＴＦＥ
の摩耗が進行すると、いずれ表面にガラス繊維が現れて
対策前と同様、潤滑に悪影響を及ぼす。

ＰＴＦＥ以外の高分子系の複合材料と１．て、熱的に安
定した特性をもつポリイミドを用いた保持器では、真空
中で放出ガス量が多いという欠点がある。また、特公昭
６Ｌ−１９８９のように熱可す性ポリエーテル芳香族ケ
トンとフッ素樹脂および芳香族ポリアミド繊維からなる
組成物で構成された保持器では、摩擦係数の変動が大き
く摩耗ムラを生じ、トルク変動や軸振れが起こる欠点が
ある。

このように、従来の高分子系複合材料や焼結材料などか
ら成る保持器は、荷重がかかる部分の摩耗の進行が早く
、このため内・外輪と転動体への潤滑剤の供給が均一に
行われず、トルクが不安定になったり、発塵が多くなる
ことや軸受寿命が短かくなるという問題がある。

本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので
、安定して均一な移着が行なわれることにより潤滑性を
向上させ、低トルク、長寿命、低発塵、低脱ガス、低騒
音、低コストで加工が容易なころがり軸受を提供するこ
とを目的とするものである。

〔課題を解決するだめの手段〕

このため本発明は、二硫化モリブデンまたは二硫化タン
グステンなどの層状固体潤滑剤をころがり接触面にそれ
ぞれコーティングした転動体および軌道輪と、自己潤滑
性を有する耐熱性の複合材料からなる保持器とを備えた
ころがり軸受である。

また、保持器の材料として、ポリテトラフルオロエチレ
ン樹脂と二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンの
一方または両方とポリアミド繊維とを含有したポリエー
テルケトン系樹脂からなる複合材料を用いている。

〔作用〕

ころがり軸受回転中の期初においては、固体潤滑剤とし
て転動体表面および軌道輪にコーティングされたＭｏＳ
２またはＷＳ２が機能し、使用時間の経過につれて、こ
の被膜が摩耗Ｉ７てくると、転動体と保持器の摩擦によ
り、保持器から転動体表面に移着する固体潤滑剤の薄膜
により転動体と軌道輪とが潤滑されるようになるので、
長時間安定した潤滑性能を得ることができる。

この発明で保持器に使用するポリエーテルエーチルケト
ン樹脂（以下ＰＥＥＫと略す）は強靭で耐熱性にも優れ
ており、かつ、自己潤滑性があるが、樹脂単体では相手
面に移着しにくいため、真空中でガスの発生が少なく、
低摩擦、低摩耗、耐熱性を有し、相手面に移着しやすい
層状固体潤滑剤であるＰＴＦＥとＭ　ｏ　Ｓ　２および
ＷＳ２の一方または両方とを適量ずつ添加することによ
り移着し易くかつ安定にするとともに、移着した膜の潤
滑性が良好になる。

なお、これらを添加したことによっておこる硬度および
強度の低下を耐熱性有機系繊維状強化材を加えることで
防止できる。

この有機系繊維状強化材として次の項目が要求される。

（ａ）ＰＥＥＫ樹脂を溶融形成する際の温度に耐えるこ
と （ｂ）補強効果を使用温度範囲内で有すること。

（Ｃ）表面に突出した繊維が転動体に移着した薄膜を削
り落としたり、転動体表面や内輪または外輪の案内面を
荒らして潤滑性を損なわないこと、すなわち自体に潤滑
性ををすること。

（ｔｌ）真空中でガスの発生の少ないこと。

（ｅ）ＰＥＥＫ樹脂に充填後の成形加工性および機械加
工性がよいこと。

（ｆ）摩擦音が低いこと。

これらを満足する耐熱有機系繊維として、芳香族ポリア
ミド繊維や芳香族ポリアミドイミド（ＰＡＩ）繊維およ
びポリエーテルイミド（ＰＥＩ）繊維などを例示するこ
とができ、この中でもコスト面、人手の容易性、補強効
果、取り扱いの簡便性などから芳香族ポリアミド（アラ
ミド）繊維が特に好ましいものといえる。

このアラミド繊維は自己潤滑性を有するためガラス繊維
のように摩擦面に露出しても潤滑に悪影響を及ぼすこと
がない。ＰＴＦＥ単独では摩擦係数の変動が大きいが、
ＭＯ３２およびＷＳ、の−方または両方を添加すること
によって、均一で安定な潤滑膜を形成し摩擦係数の変動
を小さくすることができる。

第５図はピンオンディスク摩擦試験によるＰＥＥＫ樹脂
複合材料の真空中における動摩擦係数と摩耗量を測定し
た結果である。ＰＥＥＫ−ＰＴＦＥ−アラミド繊維の混
合物では、第４図（Ｃ）に示すように真空中の動摩擦係
数は摩擦距離とともに平均値は小さくなっているが、変
動が大きい。

これらの混合物にさらにＭ　ｏ　Ｓ　ｚを適量充填する
と第４図（ａ）に示すように摩擦係数が小さくなり、変
動も小さい。またＰＥＥＫのみでは（ｂ）に示すように
摩擦も摩耗も大きい。摩擦面を観察すると（ｂ）、（ｃ
）は移着むらがあるのに対して、（ａ）は摩擦面全面に
薄い移着膜が生じておりＭ　ｏ　Ｓ　２を充填した効果
が出ている。またこの複合材料の摩耗は非常に少なく、
保持器として低摩擦、低摩耗で相手面に薄膜を移着しつ
づけるという具備すべき機能を有していることを確認し
た。

なお、ＰＴＦＥを充填しないＰＥＥＫ−アラミド繊維−
Ｍ　ＯＳ　ｘの複合材料では摩耗が多く、保持器として
の機能を果たさない。

以上はＭＯ３２を充填する場合について述べたが、Ｍ　
ｏ　Ｓ　２の代わりに同じ層状構造物質のＷ　Ｓ　２を
単独にまたはＭＯ３２と混合して充填しても良い。

これらの混合物を通常のＰＥＥＫの成形条件で、射出成
形、押出成形または圧縮成形を行い、保持器の成形品を
得ることができる。

この保持器材からの脱ガスについては、ＰＥＥＫ樹脂お
よびこれに充填する材料はすべて真空中で低脱ガスを示
すから、当然得られた成形品も低脱ガスを示す。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図を用いて詳述する。

第１図は本発明の実施例に係る固体潤滑アンギュラ−形
ころがり軸受１の断面図である。ステンレス５ＵＳ４４
０Ｃから成る内輪２、外輪３の軌道面と転動体４の表面
には０．５μｍ厚のＭｏ５＝のスパッタ膜６を施した。

保持器５の斜視図を第２図に示す。従来のもみ抜き形の
保持器と同一形状であるが、材質と製造方法は次のとお
りである。

保持器５に使用した原材料を以下に示す。

・ＰＥＥＫ：英国ＩＣ１社製１’　Ｐ　Ｅ　Ｅ　Ｋ　ｊ
（粉末状、連続使用温度２４０℃、融点３３４℃）・Ｐ
ＴＦＥ三井デュポンフロロケミカル社！［テフロン７Ｊ
Ｊ −７ラミド繊維：Ｄｕ　　　ＰｏｎｔＪｉ製ｒＫｅｖｌ
　ａ　ｒ　４９Ｊ　　（１■チョップストランド品）・
ＭＯ３２：ダウコーニング社製「モリコートマイクロサ
イズ」 これらの原材料を重量比で （１）ＰＥＥＫ　　　　　　　　　６０％（２）ＰＴＦ
Ｅ　　　　　　　　　２０％（３）Ｔラミド繊維　　　
　　　　１０％（４）　　ＭＯ３２１０％ の配合割合で乾燥混合した後、圧縮比３／】、処理温度
３５０−３８０℃の押出機で溶融押出し、均一配合の２
Ｏｎの丸棒成形品を得た。次にこの丸棒から機械加工に
よって枠番”６０８相当のもみぬき形状の保持器に仕上
げた。

この保持器と内輪、外輪および転動体とを組み合わせて
第１図に示すようなころがり軸受１を作製した。

その後、下記の条件で耐久テストを行い、運転時の軸受
）・ルク、軸受寿命および保持器の摩耗量を測定した。

・雰囲気圧力（２〜４　）　Ｘ　ｌ　Ｏ−’Ｔｏｒｒ、
大気中・スラスト荷Ｍ　７　ｋｇ ・軸受温度　１２０℃ ・回転数１８０　Ｏｒ　ｐｍ 比較例としてつぎの５種類からなる保持器の軸受を用い
て同様のテストを行なった。

（イ）３０％ＷＳｚ−ＭｏＳ＊含有の焼結Ｃｕ−３ｎ合
金（ｏ）８０％Ｃｕ−１０％５ｎ−１０％Ｐｂ合金鋳物
（ハ）Ｂ、Ｃ入りセラミックス （ニ）エコノール樹脂（芳香族ポリエステル系）（ホ）
ルーロンＥ（ふっ素樹脂系） 測定により得られた結果を第４図および第１表に示す。

第５図において運転時のトルクは、小さいほうが軸受損
失が少ないので良い。潤滑が悪くなるとトルクは上昇１
２、ついには軸受が焼きついて寿命となる。図中のしは
寿命点を示す。

本発明のころがり軸受は比較例よりも軸受トルクが小さ
く変動も少なく、かつ、長寿命である。

第１表の摩耗量は保持器の１回転当たりの摩耗体積（Ｉ
　Ｘ　１０−ａＩｌ１３／ｒｅｖ　）を示したものであ
る。

この結果から、本発明のころがり軸受の摩耗量は真空中
、大気中とも他の材質の保持器より小さいことが分かる
。

なお、本実施例で押出成形品から機械加工により保持器
を製作したが、保持器の金型を作れば、射出成形あるい
は圧縮成形によって成形することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明のころがり軸受は、固体潤滑剤
としてころがり接触面にコーティングされたＭｏ５ｓと
ＰＴＦＥとアラミド繊、ｉｔおよびＭＯ３２を充填した
ＰＥＥＫ樹脂から成る保持器とを潤滑剤として併用して
いるので、ころがり軸受の回転初期においては、ころが
り接触面にコーティングされたＭ　ｏ　Ｓ　ｘが潤滑作
用に機能し、使用時間とともにこの膜が摩耗により消失
１．てくると、転動体４と保持器５との接触で保持器自
体から転動体の表面に、更に軌道面に適量ずつ転移膜７
が補給されつづける。そのため真空中ふよび大気中にお
いて運転損失が小さく、長期の寿命が確保できる。

すなわち、従来の固体潤滑剤利用のころがり軸受に比べ
、低摩擦、長寿命であるため長期間メンテナンスフリー
となり、摩擦音が小さく、真空中でも脱ガスの少ない低
コストのころがり軸受を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアンギュラ−形ころがり軸受の断面図
、第２図は第１図における保持器の拡大斜視図、第３図
は本発明のころがり軸受の横断面図、第４図は本発明お
よび比較例の軸受トルクの経時変化と寿命を示す特性図
、第５図は保持器用材料のモデル試験機による摩擦係数
および摩耗量の測定結果を示す特性図である。 吊２日 扇３１ 口Ω：１ｉｌｅ万崗

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ころがり接触面に層状固体潤滑剤をコーティングし
   た転動体および軌道輪と、自己潤滑性を有する耐熱性の
   複合材料からなる保持器とを備えたことを特徴とするこ
   ろがり軸受。 ２　前記層状固体潤滑剤が二硫化モリブデンまたは二硫
   化タングステンであることを特徴とする請求項１記載の
   ころがり軸受。 ３　前記複合材料がポリテトラフルオロエチレン樹脂と
   二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンの一方また
   は両方と有機系繊維状強化材とを含有したポリエーテル
   エーテルケトン系樹脂からなることを特徴とする請求項
   １および２記載のころがり軸受。 ４　前記有機系繊維状強化材がアラミド繊維であること
   を特徴とする請求項１から請求項３記載のころがり軸受
   。