JPH11101239A

JPH11101239A - 固体潤滑転がり軸受

Info

Publication number: JPH11101239A
Application number: JP26640297A
Authority: JP
Inventors: Jiro Mochizuki; 次郎望月; Hiromitsu Kondo; 博光近藤; Hiroshi Yamada; 博山田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】低速用の固体潤滑転がり軸受において、良好
なトルク特性と、長寿命化を実現する。【解決手段】ＰＴＦＥを主成分とする樹脂材からなる
保持器１に、多角形状のポケット面1aを設け、ボール２
をポケット面1aに二点で接触させる。これにより、軸受
の運転時には、ポケット面1aとボール２の表面との間の
接触面圧が高まるので、ボール２との滑り摩擦で生じる
保持器１からのＰＴＦＥ潤滑粉の供給量が増大する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、宇宙空間中や真空
中等の特殊環境下で運転される固体潤滑転がり軸受、特
に保持器をＰＴＦＥ系樹脂材で形成した低速回転用の固
体潤滑転がり軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】転がり軸受を真空中で運転する場合、グ
リース等の蒸気圧の高い流体潤滑剤は雰囲気中に蒸発し
て使用に耐えないため、固体潤滑剤を使用する場合が多
い。現在、固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン等の
層状物質系、金・銀・鉛等の軟質金属系、ＰＴＦＥ（ポ
リテトラフルオロエチレン）・ポリイミド等の高分子系
のものが使用されている。これら固体潤滑剤は、通常
は、内・外輪の軌道面やボールの表面、あるいは保持器
の接触面（ポケット面、保持器案内面等）に被膜処理さ
れるが、その他に保持器そのものをＰＴＦＥ等の高分子
材で形成する場合もある。例えば、宇宙機器の駆動機構
部用の軸受では、転動体の表面に二硫化モリブデン（Mo
S₂）をスパッタリングで被膜処理すると共に、保持器を
ＰＴＦＥ系の樹脂材料で形成する場合がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の宇宙機器用転が
り軸受の運転中は、初期の段階でMoS₂潤滑被膜が摩耗
し、その後、ＰＴＦＥ潤滑粉の転着被膜による潤滑段階
へと移行する。すなわち、保持器の摩耗によって生成さ
れるＰＴＦＥ潤滑粉が内・外輪の軌道面やボールの表面
に転着して被膜を形成し、この転着被膜によって潤滑が
なされるのである。ＰＴＦＥ潤滑粉は保持器から継続的
に供給されるので、潤滑剤の枯渇が生じにくく、良好な
潤滑性が長期にわたって維持されるという特徴がある。

【０００４】しかし、この軸受を低速回転、例えば１回
転に数十分程度を要するような超低速回転で運転する
と、保持器の摩耗量が少ないために、ＰＴＦＥ潤滑被膜
への転移が起こりにくくなる。そのため、トルク上昇や
トルク変動を招いたり、軸受寿命の低下を招くおそれが
ある。同様の問題は、上記超低速回転だけでなく、数十
ｒｐｍ程度の低速回転で運転した場合にも起こり得る。

【０００５】そこで、本発明は、保持器をＰＴＦＥ系樹
脂で形成した低速用の固体潤滑転がり軸受において、良
好なトルク特性と、長寿命化を実現することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明では、保持器をＰＴＦＥを主成分とする樹脂材で
形成し、かつ保持器のポケット面と転動体との間の接触
面圧を増大させる接触面圧増大手段を設けることとした
（請求項１）。

【０００７】接触面圧増大手段としては、保持器ポケッ
ト面を、軸方向に離間し、かつ軸線から等距離にある二
点で転動体と接触する形状に形成したものが考えられる
（請求項２）。これは、保持器のポケット面を多角形状
に形成することによって実現することができる（請求項
３）。

【０００８】その他、接触面圧増大手段としては、転動
体と接触する保持器ポケット面に、軸方向と直交する面
に対して軸方向の何れか一方に傾斜するテーパ部を設け
ることが考えられる（請求項４）。

【０００９】また、保持器をＰＴＦＥを主成分とする樹
脂材で形成し、かつ保持器と転動体との接触頻度を高め
る接触頻度増大手段を設けてもよい（請求項５）。

【００１０】この接触頻度増大手段としては、保持器と
転動体との間の最小ポケット隙間Ｓ _minを、Ｓ_min＝
（転動体の直径×０．０１２）mmに設定したり（請求項
６）、あるいは、保持器と軌道輪の案内面との間の最小
案内隙間Ｔ_minを、Ｔ_min＝（軌道輪の案内面直径×
０．００５）mmに設定することが考えられる（請求項
７）。

【００１１】なお、以上の固体潤滑転がり軸受におい
て、転動体の表面には、二硫化モリブデンの固体潤滑被
膜を形成するのが望ましい（請求項８）。

【００１２】また、この固体潤滑転がり軸受は、宇宙空
間または真空中で使用される（請求項９）。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１乃
至図４に基いて説明する。

【００１４】本発明にかかる保持器（１）は、従来品と
同様に、自己潤滑性を有するＰＴＦＥ（ポリテトラフル
オロエチレン）系の樹脂材、すなわちＰＴＦＥを主成分
とする樹脂材で一体成形されたもので、その円周方向の
等配位置には、転動体となるボール（２）を収容するた
めのポケット（３）が形成されている。ポケット（３）
を区画するポケット面（1a）は、軸受一般で採用される
任意の形状とすることができ、図１、図３および図４で
は、半径方向にストレートなポケット面（1a）を例示し
ている。

【００１５】図１に示すように、保持器（１）には、そ
のポケット面（1a）とボール（２）の表面との接触面積
を小さくして両者間の接触面圧を高める接触面圧増大手
段（４）が設けられる。この接触面圧増大手段（４）
は、例えば、保持器（１）のポケット面（1a）を平面視
で多角形（図面では八角形）に形成することによって構
成される。このような形状であれば、ポケット面（1a）
のボール（２）との接触部分が直線状になり、軸受の運
転時にはボール（２）が当該ポケット面（1a）に二点接
触するため、接触部分の面圧が高まる。これにより、ボ
ール（２）との滑り摩擦で生じる保持器（１）からのＰ
ＴＦＥ潤滑粉の供給量が増大するので、低速回転時にお
いても迅速にかつ良好な転着被膜を形成することができ
る。

【００１６】なお、軸受運転中の保持器（１）の回転を
安定させるため、ポケット面（1a）とボール（２）と
は、軸方向に離間し、かつ軸線（O −O ）から等距離に
ある二点で接触させるのが望ましい。また、この条件が
満たされる限りポケット面（1a）を他の形状に形成する
ことも可能である。

【００１７】図２は、上記接触面圧増大手段（４）の他
の実施形態を示すもので、ポケット面（1a）のうち、軸
受運転中にボール（２）と接触する部分（円周方向の対
向部分）に、軸方向と直交する面に対して軸方向に傾斜
したテーパ部（１a1）を形成したものである。テーパ部
（１a1）の傾斜角θは、１〜２°程度とし（図面では誇
張して描いている）、また、その傾斜方向は、図示のよ
うに保持器を内輪案内する軸受では、テーパ部（１a1）
が外径側を向く方向とする（保持器を外輪案内する場合
は、その逆に内径側を向く方向とする）。以上の構成に
よっても、軸受の運転時には、ボール（２）と接触する
テーパ部（１a1）の内径端部での接触面圧が高まるの
で、図１の構成と同様に保持器（１）からのＰＴＦＥ潤
滑粉の供給量を増大させることができる。

【００１８】かかる効果は、軸受に、保持器（１）とボ
ール（２）との接触頻度を高める接触頻度増大手段を設
けることによっても達成することができる。すなわち、
図３に示すように、ポケット面（1a）とボール（２）と
の間のポケット隙間Ｓの許容最小値Ｓ_min（以下、最小
ポケット隙間という）を、Ｓ_min＝（ボール直径×０．０１２）mm ・・・・に設定する。なお、ポケット隙間（Ｓ）の公差は、この
種の軸受の標準水準に設定する。

【００１９】このように設計されたポケット隙間（Ｓ）
は、従来品の一般的なポケット隙間（ボール径に応じて
０．１２〜０．４０mmに設定される）に比べてかなり小
さくなるので、ポケット（３）内でのボール（２）の移
動範囲が規制され、ボール（２）が保持器（１）に接触
し易くなって、保持器（１）からのＰＴＦＥ潤滑粉の供
給量が増大する。

【００２０】上記式は、図３に示す円形ポケット
（３）を有する軸受のみならず、図１に示す多角形型の
ポケットを有する軸受にも同様に適用することができ
る。この場合のポケット隙間（Ｓ）とは、ボール（２）
がポケット面（1a）に二点接触した時のポケット面（1
a）とボール（２）表面との間の隙間の最小部分をい
い、このポケット隙間（Ｓ）の許容最小値（Ｓ_min）を
式に適合させることによって、上記と同様の作用効果
が奏される。

【００２１】また、図２に示すように、ポケット面（1
a）にテーパ部（１a1）を設けた軸受にも式を適用す
ることができる。この場合のポケット隙間（Ｓ）は、ボ
ール（２）が内輪軌道面（6a）の中立位置に接触した状
態で、かつ保持器（１）を半径方向に偏移させて、保持
器（１）と軌道輪の案内面（内輪案内型の軸受では内輪
の外径面6b、外輪案内型の軸受では外輪の内径面）との
間の隙間Ｃが最大となった時の（この時の隙間Ｃは後述
する案内隙間Ｔに一致する）、当該ポケット面（1a）と
ボール（２）表面との間の最小距離、で定義され（但
し、接触角は０とする）、このポケット隙間（Ｓ）の許
容最小値（Ｓ_min）を式に適合させることによって、
上記と同様の作用効果が奏される。

【００２２】上記接触頻度増大手段としては、図４に示
すように、案内隙間（Ｔ：軌道輪の案内面6 ｂ直径と保
持器１の案内面直径との差）の許容最小値Ｔ_min（以
下、最小案内隙間という）を、Ｔ_min＝（軌道輪の案内面直径×０．００５）mm ・・・・に設定してもよい（なお、公差は０〜０．１２mmとす
る）。

【００２３】このように設計された案内隙間Ｔは、従来
品の案内隙間（内輪外径に応じて０．３〜１．５mmに設
定される）に比べて小さくなるので、保持器（１）が軌
道輪の案内面（6b）と接触しやすくなり、保持器（１）
により多くの回転駆動力が与えられる。従って、保持器
（１）とボール（２）がより接触しやすくなり、保持器
（１）からのＰＴＦＥ潤滑粉の供給量を増大させること
ができる。

【００２４】上記式は、多角形型のポケット（３）を
有する保持器（図１参照）や、ポケット面（1a）にテー
パ部（１a1）を設けた保持器（図２参照）の何れにも適
用することができ、また、各軸受に式および式を同
時に適用することも可能である。

【００２５】なお、上記および式は、軸受の運転雰
囲気温度が−１００℃になっても軸受の運転機能に影響
をおよぼさないように決定したものである。−１００℃
を臨界としたのは、宇宙空間の日陰部分では−１００℃
に達することがあるからである（なお、この温度下で潤
滑油を使用すれば、油が固化してしまって使用に耐えな
い）。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、低回転
数であっても保持器からのＰＴＦＥ潤滑粉の供給量を増
大させることができ、ＰＴＦＥ転移被膜が迅速かつ良好
に形成される。従って、良好なトルク特性と、長寿命化
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】多角形型のポケット面を有する保持器の平面
図、および一部断面図である。

【図２】ポケット面にテーパ部を設けた保持器の断面図
である。

【図３】一般的な円形ポケット面を有する保持器の平面
図、および一部断面図である。

【図４】玉軸受の断面図である。

【符号の説明】

１保持器 1a ポケット面１a1 テーパ部２転動体（ボール）３ポケット４接触面圧増大手段６軌道輪（内輪） 6a 軌道面（内輪軌道面）Ｓ_min最小ポケット隙間Ｔ_min最小案内隙間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】保持器がＰＴＦＥを主成分とする樹脂材
で形成され、かつ保持器のポケット面と転動体との間の
接触面圧を増大させる接触面圧増大手段が設けられてい
ることを特徴とする固体潤滑転がり軸受。
【請求項２】接触面圧増大手段として、保持器ポケッ
ト面を、軸方向に離間し、かつ軸線から等距離にある二
点で転動体と接触する形状に形成した請求項１記載の固
体潤滑転がり軸受。
【請求項３】保持器のポケット面が多角形状である請
求項２記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項４】接触面圧増大手段として、転動体と接触
する保持器ポケット面に、軸方向と直交する面に対して
軸方向の何れか一方に傾斜するテーパ部を設けた請求項
１記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項５】保持器がＰＴＦＥを主成分とする樹脂材
で形成され、かつ保持器と転動体との接触頻度を高める
接触頻度増大手段が設けられていることを特徴とする固
体潤滑転がり軸受。
【請求項６】接触頻度増大手段として、保持器と転動
体との間の最小ポケット隙間Ｓ_minを、Ｓ_min＝（転動
体の直径×０．０１２）mmに設定した請求項５記載の固
体潤滑転がり軸受。
【請求項７】接触頻度増大手段として、保持器と軌道
輪の案内面との間の最小案内隙間Ｔ_minを、Ｔ_min＝
（軌道輪の案内面直径×０．００５）mmに設定した請求
項５記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項８】転動体の表面に二硫化モリブデンの固体
潤滑被膜を形成した請求項１乃至７何れか記載の固体潤
滑転がり軸受。
【請求項９】宇宙空間または真空中で使用される請求
項１乃至８何れか記載の固体潤滑転がり軸受。