WO2021187032A1 - 固体潤滑転がり軸受 - Google Patents

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理沙 久保
琢也 小津
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Ntn株式会社
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    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/04—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
    • F16C19/06—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
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    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72—Sealings
    • F16C33/76—Sealings of ball or roller bearings
    • F16C33/78—Sealings of ball or roller bearings with a diaphragm, disc, or ring, with or without resilient members

Definitions

  • the present invention relates to a solid lubricated rolling bearing in which a solid lubricant is interposed between rolling elements.
  • Solid lubricated rolling bearings are used in high temperature atmospheres and vacuum atmospheres where grease or lubricating oil cannot be used as a lubricant.
  • the solid lubricated rolling bearing of Patent Document 1 employs a substantially U-shaped regulating member as a cage that separates the rolling element and the solid lubricant in the circumferential direction.
  • the solid lubrication rolling bearing of Patent Document 2 employs a sheathed cage type cage as a cage that separates the rolling element and the solid lubricant in the circumferential direction.
  • the solid-lubricated rolling bearing of Patent Document 1 that employs a substantially U-shaped regulating member as a cage may employ a solid lubricant larger than the solid-lubricated rolling bearing of Patent Document 2 that employs a sheath-end type cage.
  • the cage is in flat contact with the rolling element, the lubricant on the surface of the rolling element is not easily peeled off, and the inside of the bearing can be lubricated for a long period of time.
  • each of the approximately U-shaped cages is separated and independent, so if the posture becomes unstable, the bearing will rotate smoothly. May hinder.
  • a substantially U-shaped cage may be pressed against the inner ring or the outer ring and slide, and the inner diameter surface or the outer diameter surface may be worn.
  • the radial force is a component of the circumferential contact force between the cage and the rolling element, and in a configuration that employs a substantially U-shaped cage, the cage receives a force from the rolling element toward the inner ring side. In the extreme, a component force is generated on the inner ring side in such a way that the rolling element rides on the cage.
  • the present invention provides an inner ring, an outer ring, a plurality of rolling elements, at least one solid lubricant located between the rolling elements, and rolling elements and solid lubricants in the circumferential direction.
  • the cage includes an annular portion and a plurality of pillar portions extending axially from the annular portion and separating the rolling elements in the circumferential direction.
  • the contact surface in the circumferential direction with the rolling element is formed of a plane straddling the pitch circle of the rolling element, and this plane is perpendicular to the revolving direction of the rolling element.
  • a radial force is generated due to the conflict, but in the present invention, the contact surface of the column portion with the rolling element in the circumferential direction is formed at a right angle to the revolution direction, so that the rolling element can be used as a cage. No radial force is generated.
  • the solid lubricant can be further increased by configuring the cage to be guided by the outer diameter surface or the inner diameter surface of the pillar portion.
  • the annulus portion When the cage is guided by the annulus portion, the annulus portion must be arranged directly below the inner diameter surface of the outer ring or directly above the outer diameter surface of the inner ring, which naturally limits the width dimension of the solid lubricant.
  • the annulus portion can be arranged on the inner diameter surface of the outer ring and the outer diameter surface of the inner ring in the axial direction.
  • the bearing is operated by adopting a configuration in which the cage is guided by the raceway ring on the side where the sealing plate is fixed.
  • the behavior of the cage inside is even more stable. That is, in a bearing having a sealing plate, since the end face of the cage and the sealing plate can slide, the cage can be guided by both the raceway ring and the sealing plate, but on the raceway ring on the side where the sealing plate is fixed. By guiding, the cage is not guided to both the rotating wheel and the fixed wheel, and the behavior during operation is further stabilized.
  • a rolling bearing provided with a solid lubricant by devising the configuration of the cage, it is possible to provide a configuration that can smoothly rotate for a longer period of time. That is, it is possible to provide a solid lubricated rolling bearing in which the size of the solid lubricant is small, the lubricant on the surface of the rolling element is hard to peel off, and the cage can smoothly rotate in a stable posture.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the embodiment which applied this invention to a sealed deep groove ball bearing, and showed by removing a part of an outer ring and a sealing plate. It is a perspective view of the cage used for the sealed deep groove ball bearing of FIG. It is a radial sectional view of the sealed deep groove ball bearing of FIG. It is an axial sectional view of the sealed deep groove ball bearing of FIG. It is an enlarged view of the part surrounded by a square by the alternate long and short dash line in FIG.
  • FIGS. 1 to 5 show an embodiment in which the present invention is applied to a sealed deep groove ball bearing.
  • FIG. 1 is a perspective view of a sealed deep groove ball bearing 1 to which the present invention is applied, and for convenience, the outer ring and the sealing plate are partially removed and displayed.
  • FIG. 2 is a perspective view of a single cage adopted for the sealed deep groove ball bearing 1 of FIG. 1
  • FIG. 3 is a radial cross-sectional view of the sealed deep groove ball bearing 1 of FIG. 1
  • FIG. 4 is a sealed view of FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion surrounded by a two-dot chain line in FIG.
  • the bearing 1 is located between an outer ring 2 having an outer raceway surface 2a on the inner peripheral surface, an inner ring 3 having an inner raceway surface 3a on the outer peripheral surface, a plurality of rolling elements 4, and a rolling element 4.
  • a solid lubricant 7 that separates 4 in the circumferential direction and a cage 5 that separates the rolling element 4 in the circumferential direction like the solid lubricant 7 are provided, and sealing plates 6 are fixed on both sides of the outer ring 2.
  • the solid lubricant 7 is composed of three arc-shaped members that separate the rolling elements 4 every other time in the circumferential direction.
  • the cage 5 includes one annular portion 5a and three pillar portions 5b extending axially from the annular portion 5a and separating the rolling elements 4 in the circumferential direction. Strictly speaking, it is composed of a partial ring portion 5a and a substantially rectangular pillar portion 5b.
  • the pillar portion 5b is formed by projecting the three portions of the annulus portion 5a in the axial direction, but the pillar portion 5b may be machined from the complete annulus or another part may be joined. ..
  • the solid lubricant 7 and the cage 5 are located on opposite sides in the axial direction so as to sandwich the rolling element 4 in the axial direction, and the solid lubricant 7 and the pillar portion 5b of the cage 5 are aligned in the circumferential direction. It is located alternately with respect to.
  • the solid lubricant 7 extends axially beyond both ends of the outer raceway surface 2a and the inner raceway surface 3a, and the axial movement is the ring portion 5a of the cage 5 and the paper surface. It is limited by the sealing plate 6 on the right side. Further, the outer diameter surface and the inner diameter surface of the solid lubricant 7 are guided by the inner diameter surface of the outer ring 2 and the outer diameter surface of the inner ring 3, respectively.
  • the cage 5 has a configuration in which the inner diameter surface of the pillar portion 5b is guided by the outer diameter surface of the inner ring 3 and does not come into contact with the outer ring 2.
  • the circumferential contact surface between the pillar portion 5b of the cage 5 and the rolling element 4 is composed of a plane straddling the pitch circle of the rolling element 4 shown by the alternate long and short dash line in FIGS. 4 and 5, as shown in FIG.
  • the plane of the pillar portion 5b is perpendicular to the revolution direction of the rolling element 4.
  • the extension line of the plane of the pillar portion 5b in FIG. 4 is configured to pass through the center of rotation of the bearing.
  • the outer diameter end of the sealing plate 6 is press-fitted and fixed to the peripheral groove formed on the inner peripheral surface of the outer ring 2, and the inner diameter end thereof is close to the outer peripheral surface of the inner ring 3 to form a non-contact seal.
  • a contact seal type in which the inner diameter end thereof is slidably contacted with the outer peripheral surface of the inner ring 3 can also be used as the sealing plate 6.
  • the outer ring 2 and the inner ring 3 are made of a steel material, for example, martensitic stainless steel such as SUS440C.
  • the rolling element 4 is made of ceramics, and as the ceramics, for example, silicon nitride can be used.
  • the cage 5 and the sealing plate 6 are preferably formed of, for example, austenitic stainless steel such as SUS304, which has excellent corrosion resistance.
  • the solid lubricant 7 is made of a graphite-based solid lubricant material.
  • the present invention is not limited to ball bearings, but can also be applied to roller bearings.
  • the materials and shapes of the components are not limited to the above, and bearing steel bearing rings and rolling elements, cold-rolled steel cages and sealing plates, stainless steel rolling elements, and tungsten disulfide.
  • resin cages and punching cages made by turning cylindrical members of high-strength brass can also be adopted.
  • surface treatment for the raceway ring, the rolling element, and the cage can be adopted.

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

固体潤滑剤を備えた転がり軸受において、保持器の構成を工夫することで、固体潤滑剤の大きさの制約が小さく、転動体表面の潤滑剤が剥がれにくく、保持器が安定した姿勢で円滑に回転可能な固体潤滑転がり軸受を提供する。内輪３と、外輪２と、複数の転動体４と、転動体４の間に位置する少なくとも一つの固体潤滑剤７と、転動体４および固体潤滑剤７を周方向に離間する保持器５を有する固体潤滑転がり軸受１において、前記保持器５は、円環部５ａと、この円環部５ａから軸方向に延び、転動体４を周方向に離間する複数の柱部５ｂを備え、この柱部５ｂにおける転動体４との周方向の接触面が転動体４のピッチ円を跨ぐ平面からなり、この平面が転動体４の公転方向に対して直角をなす構成を採用した。

Description

固体潤滑転がり軸受
　この発明は、転動体の間に固体潤滑剤を介在させた固体潤滑転がり軸受に関する。
　固体潤滑転がり軸受は、潤滑剤としてグリースや潤滑油を使用することができない高温雰囲気や真空雰囲気等で使用される。
　この種の固体潤滑転がり軸受は、転動体の間に固体潤滑剤を介在させ、固体潤滑剤が転動体や軌道輪と摺動することで、潤滑剤が相手部品に移着または潤滑粉が生成されて軸受内部が潤滑されるという構成であり、従来、特許文献１や特許文献２に記載されたものが知られている。
特開２０１５－５９６１３号公報 特許第３５５０６８９号公報
　ところで、特許文献1の固体潤滑転がり軸受は、転動体および固体潤滑剤を周方向に離間する保持器として、略コの字形の規制部材を採用している。
　また、特許文献２の固体潤滑転がり軸受は、転動体および固体潤滑剤を周方向に離間する保持器として、さやえんどう型の保持器を採用している。
　略コの字形の規制部材を保持器として採用する特許文献１の固体潤滑転がり軸受は、さやえんどう型の保持器を採用する特許文献２の固体潤滑転がり軸受よりも大きな固体潤滑剤を採用することができるほか、保持器が転動体と平面で接触するため、転動体表面の潤滑剤が剥がれにくく、軸受内部を長期にわたって潤滑できるという利点を有する。
　一方、略コの字形の規制部材を保持器として採用する固体潤滑転がり軸受は、略コの字形の保持器のそれぞれが分離独立しているため、姿勢が不安定になると、軸受の円滑な回転を阻害する恐れがある。また、転動体から径方向の力が発生するため、略コの字形の保持器が内輪や外輪に押し付けられて摺動し、内径面や外径面が摩耗する恐れがある。径方向の力は保持器と転動体の周方向の接触力の分力であり、略コの字形の保持器を採用する構成では、保持器は転動体から内輪側への力を受ける。極端に言うと、転動体が保持器に乗り上げるような形で内輪側への分力が発生する。
　そこで、この発明は、固体潤滑剤を備えた転がり軸受において、保持器の構成を工夫することで、より長期間円滑に回転可能な構成を提供することを課題とするものである。すなわち、固体潤滑剤の大きさの制約が小さく、転動体表面の潤滑剤が剥がれにくく、保持器が安定した姿勢で円滑に回転することが可能な固体潤滑転がり軸受を提供しようとするものである。
　前記の課題を解決するために、この発明は、内輪と、外輪と、複数の転動体と、転動体の間に位置する少なくとも一つの固体潤滑剤と、転動体および固体潤滑剤を周方向に離間する保持器を有する固体潤滑転がり軸受において、前記保持器は、円環部と、この円環部から軸方向に延び、転動体を周方向に離間する複数の柱部を備え、この柱部における転動体との周方向の接触面が転動体のピッチ円を跨ぐ平面からなり、この平面が転動体の公転方向に対して直角をなす構成としたものである。
　かかる構成を採用することにより、保持器が軸受の回転を阻害することなく、また、保持器の内径面や外径面が摩耗しにくい固体潤滑転がり軸受を提供することができる。すなわち、柱部を円環部で結合することにより、コの字形保持器を使用した特許文献１の軸受で懸念される不安定な挙動が抑制される。また、特許文献1のコの字形保持器は、厚みが一様な金属板で形成されるため、転動体との接触面を平行にすると保持器同士の接触面が平行でなくなり、保持器のせめぎ合いによって径方向の力が発生してしまうが、この発明においては、柱部の転動体との周方向の接触面を、公転方向に対して直角に形成することにより、転動体から保持器に径方向の力が発生しない。
　また、保持器を柱部の外径面または内径面で案内する構成とすることで、固体潤滑剤を一層大きくすることができる。保持器を円環部で案内する場合、円環部を外輪内径面の直下または内輪外径面の直上に配置する必要があり、自ずと固体潤滑剤の幅寸法が制限されるが、この発明によれば、外輪内径面や内輪外径面の軸方向外側に円環部を配置することができる。
　また、外輪の両側に、外輪または内輪に固定される密封板を備えた前記保持器を有する軸受において、密封板を固定する側の軌道輪で保持器を案内する構成を採用することにより、運転中の保持器の挙動がより一層安定する。すなわち、密封板を有する軸受においては、保持器の端面と密封板が摺動し得るため、保持器は軌道輪と密封板の双方で案内され得るが、密封板を固定する側の軌道輪で案内することで、保持器が回転輪と固定輪の双方に案内されることがなく、運転中の挙動がより一層安定する。
　以上のように、この発明によれば、固体潤滑剤を備えた転がり軸受において、保持器の構成を工夫することで、より長期間円滑に回転可能な構成を提供することができる。すなわち、固体潤滑剤の大きさの制約が小さく、転動体表面の潤滑剤が剥がれにくく、保持器が安定した姿勢で円滑に回転可能な固体潤滑転がり軸受を提供することができる。
この発明を密封形深溝玉軸受に適用した実施形態を示す、外輪と密封板の一部を除去して表した斜視図である。 図１の密封形深溝玉軸受に使用する保持器の斜視図である。 図１の密封形深溝玉軸受の径方向断面図である。 図１の密封形深溝玉軸受の軸方向断面図である。 図４の二点鎖線で四角に囲った部分の拡大図である。
　以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
　図１～図５は、この発明を密封形深溝玉軸受に適用した実施形態を示している。
　図１は、この発明を適用した密封形深溝玉軸受１の斜視図であり、便宜上、外輪と密封板は一部を除去して表示している。図２は、図１の密封形深溝玉軸受１に採用した保持器単体の斜視図、図３は、図１の密封形深溝玉軸受１の径方向断面図、図４は、図１の密封形深溝玉軸受１の軸方向断面図、図５は、図４の二点鎖線で四角に囲った部分の拡大図である。
　同軸受１は、内周面に外側軌道面２ａを有する外輪２と、外周面に内側軌道面３ａを有する内輪３と、複数の転動体４と、転動体４の間に位置し、転動体４を周方向に離間する固体潤滑剤７と、固体潤滑剤７と同様に転動体４を周方向に離間する保持器５とを備え、外輪２の両側に密封板６が固定されている。
　固体潤滑剤７は、転動体４を周方向に一つ置きに離間する三つの円弧型部材からなる。
　保持器５は、一つの円環部５ａと、この円環部５ａから軸方向に延び、転動体４を周方向に離間する三つの柱部５ｂとからなる。厳密には、部分円環部５ａと略矩形形状の柱部５ｂからなる。この実施形態では、円環部５ａの３箇所を軸方向に突出させて柱部５ｂを形成したが、柱部５ｂは完全な円環から削り出し、または、別の部品を接合しても良い。
　固体潤滑剤７と保持器５は、転動体４を軸方向に挟むように軸方向の反対側に位置し、固体潤滑剤７と保持器５の柱部５ｂとが周方向に並ぶ転動体４に対して交互に位置している。
　図３、図４において、固体潤滑剤７は、クロスハッチングで示している。
　固体潤滑剤７は、図３に示すように、外側軌道面２ａおよび内側軌道面３ａの両端を超えて軸方向に延在し、軸方向の移動は、保持器５の円環部５ａと紙面右側の密封板６によって制限されている。また、固体潤滑剤７の外径面と内径面は、それぞれ外輪２の内径面と内輪３の外径面で案内される。保持器５は、柱部５ｂの内径面が内輪３の外径面によって案内され、外輪２とは接触しない構成となっている。また、保持器５の軸方向の位置は、両側の密封板６によって案内され、転動体４と保持器５は周方向にのみ接触する。
　保持器５の柱部５ｂと転動体４との周方向の接触面は、図４および図５に一点鎖線で示した転動体４のピッチ円を跨ぐ平面から成り、図５に示すように、柱部５ｂの平面が転動体４の公転方向に対して直角な構成となっている。言い換えると、図４における前記柱部５ｂの平面の延長線が、軸受の回転中心を通る構成となっている。
　保持器５の柱部５ｂの平面を公転方向に対して直角な構成とすることにより、保持器５の内径面や外径面の摩耗を抑制することができる。すなわち、直角にすることにより、転動体４から保持器５に対して径方向の力が発生せず、保持器５の摩耗や軸受１の発熱を抑制することができる。
　前記密封板６は、その外径端が外輪２の内周面に形成された周溝に圧入固定され、その内径端が内輪３の外周面に近接して非接触シールを形成している。なお、高温環境で使用されない軸受等では、密封板６として、その内径端を内輪３の外周面に摺接させる接触シールタイプを使用することもできる。
　外輪２、内輪３は、鋼材料、例えばＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼で形成される。転動体４は、セラミックスで形成され、セラミックスとしては、例えば窒化ケイ素を使用することができる。
　保持器５と密封板６は、例えば耐食性に優れるＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼で形成するのが好ましい。
　固体潤滑剤７は、グラファイト系の固体潤滑剤材料からなる。
　なお、本発明は玉軸受に限定されるものではなく、ころ軸受にも適用することができる。また、構成部品の材質や形状も上記に限定されるものではなく、軸受鋼製の軌道輪や転動体、冷間圧延鋼製の保持器や密封板、ステンレス鋼製の転動体、二硫化タングステン系や二硫化モリブデン系の固体潤滑剤のほか、樹脂保持器や高力黄銅の円筒部材を旋削加工したもみ抜き保持器を採用することもできる。また、耐食性や潤滑性を補うために、軌道輪、転動体、保持器への表面処理を採用することもできる。
１　　：密封形深溝玉軸受
２　　：外輪
２ａ　：外側軌道面
３　　：内輪
３ａ　：内側軌道面
４　　：転動体
５　　：保持器
５ａ　：円環部
５ｂ　：柱部
６　　：密封板
７　　：固体潤滑剤

Claims (3)

  1. 　内輪と、外輪と、複数の転動体と、転動体の間に位置する少なくとも一つの固体潤滑剤と、転動体および固体潤滑剤を周方向に離間する保持器を有する固体潤滑転がり軸受において、前記保持器は、円環部と、この円環部から軸方向に延び、転動体を周方向に離間する複数の柱部を備え、この柱部における転動体との周方向の接触面が転動体のピッチ円を跨ぐ平面からなり、この平面が転動体の公転方向に対して直角をなすことを特徴とする固体潤滑転がり軸受。
  2. 　前記保持器を柱部の外径面または内径面で案内する請求項１記載の固体潤滑転がり軸受。
  3. 　前記外輪の両側に、外輪または内輪に固定される密封板を備え、この密封板を固定する外輪または内輪で前記保持器を案内する請求項２記載の固体潤滑転がり軸受。
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