JPS63149409A - 球軸受およびその作動方法 - Google Patents

球軸受およびその作動方法

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JPS63149409A
JPS63149409A JP62156411A JP15641187A JPS63149409A JP S63149409 A JPS63149409 A JP S63149409A JP 62156411 A JP62156411 A JP 62156411A JP 15641187 A JP15641187 A JP 15641187A JP S63149409 A JPS63149409 A JP S63149409A
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ball bearing
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annular
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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） 本発明は環状の内側レース部材並びに外側レース部材間
において回転球部材が環状のセパレータ部材に沿い転動
可能に保持されるガを摩耗性の球に１受およびその作動
方法に係り、特に潤滑２びに冷却用の流体を充分に供給
することによって高速回転に適合させ得る球軸受および
その作動方法に関する。
（従来の技術） 一般に球軸受にはｆｆ４製のレース部材並びに球部材が
具備され、高速回転動作時に半径方向と軸方向即ちスラ
スト方向とに加わる荷重を支承するように構成される。
また当該球軸受には潤滑差びに冷却用の流体が充分に供
給されるように設けられる。潤滑並びに冷却用の流体と
しては軸受周囲に充満される油液あるいは空気流に乗せ
た霧化油滴を利用することが好ましい。
一方高速ではない、相対的に中間的な速度で回転される
球軸受においては、米国特許第１，３３２゜１７６号に
開示されるようにレース部材が鋼材で形成され、回転球
部材が非金属、具体的には宝石あるいは他の鉱物によっ
て形成される。且つまた回転球部材にはセラミック材料
あるいはガラス材料が用いられ得１例えば米国特許第２
，１５８，１５６号には低速回転動作用の軸受にセラミ
ック袈の回転球部材を用いる構成が開示されている。更
にこれらの鋼製のレース部材並びに鋼製若しくはセラミ
ック製の回転球部材を包有した軸受に対し、油液の充満
若しくは空気流に乗せた霧化油滴の供給を行なうことに
より、高速回転動作時の適応性を持たせることができる
。
（発明が解決しようとする問題点） この場合軸受を、特に所定の気胸において駆動し得るタ
ービンエンジンに採用するようなとき、潤滑並びに□冷
却作用を果たさせるようにタービンエンジン用のジェッ
ト燃料を利用することは問題が多く、ジェット燃料によ
る潤滑並びに冷却作用は油液による際に比べ作動不良を
起し勝ちになっていた。例えば上述の如き従来の構成の
軸受では５×１０５ＤＮ数を満足するようにジェット燃
料ＪＰ−４′ｔ−充満させて潤滑せしめられる鋼製の回
転球部材が用いられている。当該ＤＮ数とは内側レース
部材の内腔の、通常メートル台で表わす径（Ｄ）と分尚
りの設計回転速度即ち内側レース部材と外側レース部材
との相対回転速度（川とから求めるが、ジェット燃料Ｊ
Ｐ−４と異なるジェット燃料ＪＰ−５のような他のジェ
ット燃料を用いて同一の軸受に対し潤滑差びに冷却作用
を与えた場合、同一の作動状態を得れない問題があった
。これはジェット燃料ＪＰ−４は硫化物並びに窒化物の
ような追跡元素を含有しているものと考えられておシ、
このような追跡元素が含まれてないジェット燃料ＪＰ−
５とは潤滑作用が異なることによるものと思われる。
従って上述のように銅製の内側、外側レース部材並びに
鋼製の回転球部材を包有する軸受においては実際上各種
のジェット燃料によシ潤滑して５ＸＩＯ’以上のＤＮ数
を持たせた上、回転動作させることが困難であった。特
に所定の気圏において駆動可能なタービンエンジンに６
ってｈｓｘｔｏ’ｎＮ数、好ましくはｌＸｌ０’〜２　
Ｘ　１０’若しくはそれ以上のＤＮ数を持たせて高速回
転で回転するＳ、）充分な支承機能を果たすことが要求
されるが、これはジェット燃料によって回転球部材を潤
滑する上述の如き従来の軸受の能力を超える問題があっ
た。
例えば銅製の内側、外側レース部材並びに鋼製の回転球
部材を用いると共に、＠製のセパレータ部材を用いたω
受に対し空気流に乗せたＪＰ−１０のジェット霧化燃料
によってのみ潤滑して３７．００ＯＲＰＭで回転させた
ところ、２〜３秒後に軸受機能を果たさなくなった。
しかして本発明の主たる目的は各種のジェット燃料によ
って回転球部材を潤滑し得ると共に、５ｘｌＯ’ＤＮ数
以上、好ましくはＩ　Ｘ　１０’〜２　Ｘ　ｌ　Ｏ’若
しくはそれ以上のＤＮ数を持たせた上、高速回転時に充
分な支承機能を有する球軸受およびその作動方法を提供
するにある。
（問題点を解決するための手段） 本発明によれば上記の目的は、ジェット燃料のみで潤滑
を行なわしめ、５×１０５ＤＮ　（Ｄは軸受の内腔の径
、Ｎは分画シの設計回転速度）数を持たせて高速回転駆
動される球軸受であって、内側レース部材並びにこの内
側レース部材に対し半径方向外側に離間した外側レース
部材と、複数のセラミック材料でなる球部材と、内側、
外側レース部材間に配設され、且つ円周方向に互いに離
間すると共に球部材の各々を受容するｔ孔を有した、所
定量の固体減摩材を含む材料で形成される環状のセパレ
ータ部材とを備え、内側、外側レース部材の各々は色材
料で作られ且つ互いに対向し離間した球受レース溝を具
備しており、球部材は内側、外側レース部材の互いに離
間した球受レース溝間に作動時に低摩擦をもって転動す
るように配設されてなることを特徴とすることにより達
成される。
（作用） 上述のように構成された本発明による球軸受においては
、特に銅材で形成された内側、外側レース部材を具備す
る反面、セラミック材料で形成された回転球部材時びに
所定量の固体減摩材を含む材料で形成されたセパレータ
部材を有し、これらを組合せて使用することＫより、極
めて高い潤滑性を示して摩擦係数が大巾に軽減せしめら
れ、ジェット燃料のいずれＫよって潤滑しても総体の摩
擦係数を低減され得、５Ｘ１０”ＤＮ数を持たせて完全
な軸受機能が得られる。
（実施例） 第１図および第２図を参照するに、本発明による高速回
転用の軸受Ｑ０が示されておシ、軸受叫には軸受に採用
して好適な周知の脩合金で形成された環状の外側レース
部材ａ２が包有される。外側レース部材（１２１には半
径方向内方に向き、互いに離間する一対の環状面迎、（
至）間に位置するような、弧状凹面を包有し且つ半径方
向内方に向って開放する球受レース溝０弔が設けられて
いる。外側レース部材Ｏ３の内部には半径方向に離間せ
しめた、２つの部材を抱合して構成される環状の内側レ
ース部材（イ）が配設される。内側レース部材りも軸受
に採用して好適な周知の鋼合金で形成されている。この
内側レース部材（ホ）には球受レース溝α４と対向する
と共に、互いに協同し、弧状面を有し且つ半径方向外方
に向って開放した球受レース溝（至）を形成する半休（
イ）、ｖＡが包有され、当該半休メ、銅は実質的に鯨面
対称に設けられる。
外側レース部材（１２と内側レース部材（イ）との間に
は、単一の部材でなり且つ環状のセパレータ部材（イ）
が配設される。セパレータ部材（ハ）Ｋは互いに離間し
且つ半径方向外方に向って延びる一対の摩擦面（イ）、
（至）が包有され、摩擦面（至）、（２）間には球受し
−ス＃４０蜀と対向する溝■が形成されると共に、当該
摩擦面（１）、Ｑは外側レース部材（１２１の環状面間
。
（ト）と対向される。またセパレータ部材（至）には円
周方向に互いに離間した球受容用の透孔（７）が具備さ
れる。このセパレータ部材（ト）は約２０％の炭素グラ
ファイト固体減摩材を均質に含むポリイミド重合体の、
商標名デュポンーペスペル（Ｄｕｐｏｎｔ　Ｖｅｓｐｅ
ｒ）ＳＰ　２１で形成され得る。この場合セパレータ部
材翰は軸受０Ｑに対し減摩作用を果たす。またセパレー
タ部材翰の摩擦面■、□□□は当該セパレータ部材翰の
旋転動作によシ実際上外側し−ス部材α２の環状面（１
９）．叫と対面接触し得、これらの接触面相互には互い
に半径方向においてクリアランスを持たせることが望ま
しい。
更に軸受００においてセパレータ部材（至）に具備させ
た透孔■並びに球受レース溝Ｑ４）並びに溝■の各々に
は回転球部材■が収容される。回転球部材時は内側レー
ス部材翰と外側レース部材ａ２）とが矢印Ｎ方向（第１
図参照）に向って低摩擦で相対的に回転可能になるよう
に両者に転動接触する。このとき球受し−ス溝α荀、（
ホ）の両者は回転球部材■の径に相応した深さに設けら
れておシ、従って軸受（１０はその半径方向に加わる荷
重に加えてその軸線方向に加わる大きなスラスト荷重に
対しても充分な支承機能を果たす。当該回転球部材（ハ
）は固体シリコン窒化セラミックで形成されることが好
ましい。また回転球部材■の局面並びに球受レース溝（
１４）　、（至）の凹面は軸受技術上汎用されているよ
うに滑面に仕上げられる。
５　Ｘ　１０”のＤＮ（Ｄは軸受αＯの内腔の径即ち内
側レース部材翰の内径、Ｎは分画シの回転速度）数を持
たせて軸受αＱが回転されるとき、潤滑並びに冷却用の
ジェットエンジン用のジェット燃料の霧化が矢印（至）
（第１図参照）で示す方向に流動する空気流によって達
成される。この場合空気流はジェット燃料の霧化には寄
与するが、高速で軸受ＧＯを碇実に動作させる基本的な
要件ではなく、またジェット霧化燃料のみでは極めて高
い潤滑作用を果たすものではないが、ジェット燃料の蒸
発熱の発生に伴い軸受α１が冷却され且つ軸受００の過
度の高熱化が抑止される。且つセパレータ部材（至）も
高速で軸受（１０）を確実に動作させるに大きな役割を
果たす。特に上述のようにセパレータ部材一をデュポン
・ベスペル（ペスペルホリイミ）”）　５Ｐ−２１で作
成した場合、このデュポン・ペスペル５Ｐ−２１は鋼製
の内側、外側レース部材（４）、α２並びに固体シリコ
ン窒化セラミツ２表の回転球部材■と組合わせて使用し
て極めて高い潤滑性を示し摩擦係数が大巾に軽減される
。この摩擦係数の大巾な軽減は軸受αｑの全構成部材に
おいて摩擦係数が低減されるように作用する。
上述のように構成された本発明による軸受ＱＯにおいて
は軸受試験の結果が顕著に優れていることが判明してい
る。％に本発明による軸受αｑにあっては５×１０５以
上のＤＮ数、並びにジェット霧化燃料による潤滑・冷却
作用のみをもって１．７×１０５程度の高さのＤＮ数を
持たせて回転駆動せしめ、軸受ａＯとして完全に満足で
きる結果を得た。且つまた本発明による軸受α１にはジ
ェット燃料、ＴＦ−４゜、１ｐ−ｓ若しくは、ｒＰ−１
０のいずれか一を潤滑用として使用できる。これに対し
従来の軸受を１．７×１０６のＤＮ数を持たせて作動し
、同一の条件で潤滑したところ、短時間で軸受としての
機能が損なわれた。
尚本発明全図示の実施例に沿って説明したが。
本発明は当該実施例の構成のみに限定されるものではな
く、前掲の特許請求の範囲に含まれる設計変更を包有す
るものである。例えばセパレータ部材（財）をデュポン
・ペスペル５Ｐ２１で作成するものとして上述し九が、
機械的強度が高く、ジェット燃料との親和性が良好であ
る上、軸受θＱが低摩擦係数をもって作動し得るよう充
分な潤滑性を持つ他の材料を用いることができる。
（発明の効果） 上述の如く構成された本発明の球軸受およびその作動方
法によれば、総体の摩擦係数が大巾に低減され１．ＴＰ
−４、、ＴＦ−５、ＪＰ　−１０の如きいずれのジェッ
ト燃料でも潤滑しても、特に１．６７×１０５ＤＮ数若
しくはそれ以上のＤＮ数を持たせて充分円滑に作動し得
、例えば−６５°Ｆ−（約−５３，８°Ｃ）Ｔのエンジ
ン停止状態から僅か６秒程度で３７，０００ＫＰＭまで
動作不良を来たすことなく急速に上昇回転できる、即ち
極めて低温の状態からも直ちにフル回転状態にでき、従
って気圏のような高高度の冷空間において運転するター
ビンエンジンなトく採用され得、長期間に亘って極めて
有効に軸受機能を果たす等の顕著な効果を達成する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による球軸受の一実施例の、一部を断面
で示す側面図、第２図は第１図に示す２−２線ＶＣｆＥ
ｉつて切断した断面図である。

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ジェット燃料で潤滑を行なわしめ、５×１０＾５
    ＤＮ数を持たせて高速回転される球軸受であつて、内側
    レース部材並びにこの内側レース部材に対し半径方向外
    側に離間した外側レース部材と、複数のセラミック材料
    でなる回転球部材と、内側、外側レース部材間に配設さ
    れ、且つ円周方向に互いに離間すると共に回転球部材の
    各々を受容する透孔を有した、所定量の固体減摩材を含
    む材料で形成される環状のセパレータ部材とを備え、内
    側、外側レース部材の各々は鋼材料で作られ且つ互いに
    対向し離間した球受レース溝を具備しており、内側、外
    側レース部材の互いに離間した球受レース溝間に作動時
    に低摩擦をもつて転動するように配設されてなることを
    特徴とする球軸受。
  2. （２）回転球部材を形成するセラミック材料は固体シリ
    コン窒化セラミックである特許請求の範囲第１項記載の
    球軸受。
  3. （３）セパレータ部材を形成する材料に含まれる固体減
    摩材は炭素グラファイト固体減摩材である特許請求の範
    囲第１項記載の球軸受。
  4. （４）セパレータ部材を形成する材料はポリイミド重合
    体である特許請求の範囲第１項記載の球軸受。
  5. （５）ポリイミド重合体はベスペルポリイミドＳＰ−２
    １である特許請求の範囲第４項記載の球軸受。
  6. （６）外側レース部材には半径方向内向き且つ球受レー
    ス溝を挾んで互いに離間する一対の環状面が具備され、
    セパレータ部材には外側レース部材の環状面と半径方向
    に離間し、互いに間隔を置いた一対の摩擦面並びに摩擦
    面間に形成される環状の溝が具備され、一対の摩擦面の
    各々の半径方向外向きに位置する面は外側レース部材の
    環状面の夫々に対し、この環状面と転動自在に接触する
    ように対向されてなる特許請求の範囲第１項記載の球軸
    受。
  7. （７）内側レース部材は互いに協同して球受レース溝を
    形成可能な鏡面対称の一対の半体でなる特許請求の範囲
    第１項記載の球軸受。
  8. （８）軸受用の鋼材料で作られ且つ半径方向外方に向い
    た第１の球受レース溝を有する環状の内側レース部材と
    、軸受用の鋼材料で作られ且つ半径方向内方に向くと共
    に第１の球受レース溝と対向する第２の球受レース溝を
    有した環状の外側レース部材と、内側レース部材と外側
    レース部材との間に配列される固体セラミック材料で形
    成された回転球部材と、回転球部材を円周方向に互いに
    離間させて配置せしめる透孔を有し且内側、外側レース
    部材に対する潤滑の寄与可能に設けられ、固体減摩材を
    含む重合体材料により環状の単一部材として設けられた
    セパレータ部材と、内側、外側レース部材、回転球部材
    並びにセパレータ部材に対し直接供給される空気流に乗
    せられ、潤滑並びに冷却を行なうジェットエンジン用の
    ジェット霧化燃料とを備え、５×１０＾５〜１．７×１
    ０＾６以上のＤＮ（Ｄは内側レース部材の内径、Ｎは分
    当りの回転速度）数を持たせて回転駆動可能に設けられ
    たことを特徴とする球軸受。
  9. （９）回転球部材を形成する固体セラミック材料は固体
    シリコン窒化セラミックである特許請求の範囲第８項記
    載の球軸受。
  10. （１０）セパレータ部材を形成する重合体材料に含まれ
    る固体減摩材は炭素グラファイト固体減摩材である特許
    請求の範囲第８項記載の球軸受。
  11. （１１）セパレータ部材を形成する重合体材料はポリイ
    ミド重合体である特許請求の範囲第８項記載の球軸受。
  12. （１２）ベスペルポリイミドＳＰ−２１で形成されたセ
    パレータ部材を有してなる特許請求の範囲第８項記載の
    球軸受。
  13. （１３）セパレータ部材並びに外側レース部材は夫々互
    いに半径方向に離間して対向し、且つ転動自在に接触可
    能な一対の摩擦面並びに一対の環状面を有し、一対の摩
    擦面相互並びに一対の環状面相互が間隔を置いて設けら
    れてなる特許請求の範囲第８項記載の球軸受。
  14. （１４）ジェット霧化燃料にはジェット燃料ＪＰ−４、
    ＪＰ−５およびＪＰ−１０からなる群より選択した一を
    用いてなる特許請求の範囲第８項記載の球軸受。
  15. （１５）各々互いに対向し協働する球受レース溝を有し
    た環状の内側、外側レース部材を軸受用鋼材で形成する
    工程と、内側、外側レース部材間において球受レース溝
    内に夫々、固体セラミック材料で形成された回転球部材
    を、内側、外側レース部材と低摩擦をもつて接触し転動
    するように配列せしめる工程と、内側、外側レース部材
    間において円周方向に互いに離間して回転球部材の各々
    を収容するような円周方向に互いに離間した透孔を有す
    る、重合体材料で形成されたセパレータ部材を配設する
    工程と、５×１０＾５−１．７×１０＾６以上のＤＮ（
    Ｄは内側レース部材の内径、Ｎは分当りの回転速度）数
    を持たせて回転させる工程と、空気流に乗せたジェット
    エンジン用のジェット霧化燃料のみにより潤滑する工程
    とを包有してなる球軸受を高速で回転作動させる方法。
  16. （１６）ジェット霧化燃料にジェット燃料ＪＰ−４、Ｊ
    Ｐ−５およびＪＰ−１０からなる群より選択した一を用
    いてなる特許請求の範囲第１５項記載の方法。
  17. （１７）セパレータ部材を炭素グラファイトを含む重合
    体材料で形成してなる特許請求の範囲第１５項記載の方
    法。
  18. （１８）セパレータ部材を形成する重合体材料にポリイ
    ミド重合体材料を用いてなる特許請求の範囲第１７項記
    載の方法。
  19. （１９）ポリイミド重合体材料にベスペルポリイミドＳ
    Ｐ−２１を用いてなる特許請求の範囲第１８項記載の方
    法。
  20. （２０）回転球部材を形成する固体セラミック材料に固
    体シリコン窒化セラミック材料を用いてなる特許請求の
    範囲第１５項記載の方法。
JP62156411A 1986-12-02 1987-06-22 球軸受およびその作動方法 Pending JPS63149409A (ja)

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