JP4915346B2 - 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ものである。

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３、図４のようになっている。
図３は、第１の従来技術示す固体潤滑ころ軸受の側面展開図である。
図３において、１は内輪、２は外輪、５は凹形状のスペーサ（第２の部材）、６と６Ａはころ（第１の部材）である。図に示すように、内輪１と外輪２の２つの軌道部材間に、隣同士のころ６，６Ａを９０度向きを変えてクロスさせた、ころ軸受の一種であるクロスローラ軸受において、ころ６，６Ａの表面に固体潤滑膜７を被覆し、スペーサ５を、その左右両側面に互いに隣接するころ６，６Ａが回転可能に嵌合するように、前記両側面を凹形状にした構成が提案されている（例えば、特許文献１）。
図４は、第２の従来技術を示す固体潤滑ころ軸受の側面展開図である。
この第２の従来技術においては、ころの表面に固体潤滑膜がなく、第２の部材としてのスペーサ５Ａを樹脂製の球状に構成したものが提案されている（例えば、特許文献２）。
これらの従来技術は、運転初期に転動体表面の固体潤滑膜が潤滑し、運転の経過に伴い自己潤滑性材料であるスペーサ５，５Ａからの潤滑成分がころ６，６Ａへ転移し、そして内・外輪に転移することで長期の潤滑を可能にすることを狙ったものである。
特開平１０−１４１３６３号公報 実開平２−７４６２５号公報

ところが、第１の従来技術においては、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ため、ころとスペーサは面接触の状態で面圧が低く、潤滑剤の転移が殆ど起こらないという問題があった。
また、第２の従来技術においては、ころの表面に固体潤滑膜がないので初期潤滑ができず、短寿命となる。仮にころ表面に固体潤滑膜を付けても、スペーサの形状をころの円筒面とフィットしないように凸形状（球状）にしているので、ころとスペーサの接触が点接触となり潤滑剤の転移量は多いが、その接触部が点接触であるため、接触した点の固体潤滑膜が早期に摩耗し、結局寿命が短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、スペーサからの潤滑剤を安定的に転移させることができ、かつ、ころ表面の固体潤滑膜の摩耗を低減させることができる固体潤滑ころ軸受を提供することを目的とするものである。

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、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第１の部材としての複数のころと、前記ころ間に介装させて間隔を保持する自己潤滑性材料で出来たころと接する面が凹形状の第２の部材としてのスペーサからなる固体潤滑ころ軸受において、
少なくとも１箇所の前記スペーサ間に、前記ころより直径の小さな第３の部材としての、前記スペーサより硬度が高い金属製のボールを介装させたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記ボールの個数と、前記ボールを０個とした時のころ個数の比が１３％以上５０％以下であることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記ボールの表面に、二硫化モリブデンを被覆したことを特徴とするものである。

本発明によれば、次のような効果がある。
（１）請求項１に記載の発明によると、スペーサ間に第３の部材として載置したボールがスペーサと接し、スペーサの潤滑剤をボールに転移し、さらに内・外輪に転移するので固体潤滑ころ軸受の長期間の運転を可能にする。そして、ころ表面の固体潤滑膜と点接触する部材が無いので、固体潤滑膜の早期摩耗という現象が起きない。
（２）請求項２に記載の発明によると、第３の部材としてのボールの個数と、このボールを０個とした時のころ個数の比が１３％以上にしたことによって、スペーサからの潤滑剤の転移量が充分となり、かつ５０％以下としたことによってころ個数減少による負荷容量低下が抑えられる。すなわち、１３％以上５０％以下では最も高い水準で寿命のバランスが取れる。
（３）請求項３に記載の発明によると、第３の部材としてのボールの表面に被覆した二硫化モリブデンが、良質な潤滑剤として内・外輪に転移する。
以上の効果で、固体潤滑ころ軸受を長寿命化することができる。

本発明の実施の形態を示す図で、（ａ）はころ軸受の側面展開図で、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。 本発明の効果を示すグラフ図である。 第１の従来技術を示す固体潤滑ころ軸受の側面展開図である。 第２の従来技術を示す固体潤滑ころ軸受の側面展開図である。

符号の説明

１ 内輪
２ 外輪
３ 内輪転走面
４ 外輪転走面
５，５Ａ スペーサ（第２の部材）
６，６Ａ ころ（第１の部材）
７，７Ａ 固体潤滑膜
８ ボール（第３の部材）

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は本発明の実施の形態を示す図で、（ａ）はころ軸受の側面展開図で、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。
図１（a）,(ｂ)において、１は内輪、２は２つ割りにした外輪、３は前記内輪１の外周面に設けた９０度Ｖ形の内輪転走面、４は前記外輪２の内周面に前記内輪転走面３に対向して設けた同形の外輪転走面、６は前記転走面３，４間に配置されたＳＵＳ４４０Ｃ製の第１の部材としてのころで、交互に方向を変えた、ころ６、ころ６Ａとして配置している。なお、前記ころ６，６Ａの表面には、固体潤滑剤である二硫化モリブデンを１μｍ被覆している。
５は前記ころ６と、ころ６Ａとの間にそれぞれ挿入配置した第２の部材としてのスペーサである。そして、７は第３の部材としてのボールである。ボールの直径はころの直径より３０μｍほど小さくしている。
本発明が従来技術、特に特許文献１と異なるところは、少なくとも１箇所の前記スペーサ５間に、前記ころ６，６Ａより直径の小さな第３の部材としての、前記スペーサ５より硬度が高い金属製のボール７を介装させた点である。
以下、その動作を説明する。
前記ころ６，６Ａとスペーサ５間は、面接触のために殆ど潤滑剤の転移は生じない。但し面接触のため、ころ６，６Ａの表面の固体潤滑膜の異常摩耗も生じない。潤滑剤の転移は、ボール８とスペーサ５間の摺動で生じる。ボール８とスペーサ５間は点接触のため、スペーサ５の潤滑剤成分がボールに転移し、そして内・外輪に転移する。この機構で長期間の潤滑を可能にする。
一般的に、ころの一部を直径が小さいボールに置き換えると、荷重を負荷できるころの数が減るため、残ったころが負担する荷重が増え寿命が低下する。よって寿命延長策として、このような軸受構成は通常考えられない。
しかし、種々実験した結果、自己潤滑性材料で出来たスペーサとそれより硬度が高いボールとの組合せによれば、寿命低下を補って余るほどの寿命延長効果が得られることがわかった。それは、ボールがスペーサに対して点接触で摺動するので、スペーサとローラの組合せによる線接触時には殆ど発生しなかった潤滑剤成分の転移が大幅に増えたためと考えられる。
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けるスペーサからの潤滑剤の転移を改善させたものであるので、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。

以下、本発明の実施の形態に伴う実施例を説明する。
本実施例では、ころ６，６Ａは、直径４．００ｍｍ、長さ３．８５ｍｍのものを用い、ボール８は、直径３．９７ｍｍのＳＵＳ４４０Ｃの軸受用ボールを用い、スペーサ５は、ＰＥＥＫを主成分とする自己潤滑性樹脂を用いた。スペーサ５間に、第３の部材としてのボール８を介装することによる寿命延長の効果を確認するため、まず、ころ６，６Ａを２４個介装することから始め、その内のｎ個を、第３の部材のボール８に置き換えたときの寿命延長の効果をｎ＝１個ずつ増加し調べた。軸受寿命の評価には、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。図２に、本発明の効果として、ボール８の個数を変えたときの固体潤滑ころ軸受の寿命を、従来技術（ボール０個時）の寿命を１とした寿命比で示す。ボール８を１個以上にすると寿命比が３倍以上に増加している。この理由は、ころ６，６Ａとスペーサ５間では面圧が低く生じなかった潤滑剤の転移が、ボール８を加えることでボール８とスペーサ５間で発生するようになったためである。

ボール８を３個以上１２個以下としたときの寿命は従来技術と比べ、４倍以上となっている。そしてボール８を１３個以上とすると寿命が低下しだす。この理由は、ボール８が増えた分、ころ６，６Ａが減る、すなわち負荷容量が減るためである。潤滑剤の転移量の増加と負荷容量の減少のバランスで、ボール８が３個以上１２個以下の時に寿命比が４倍以上と長寿命になる。
なお、従来技術におけるころ６，６Ａの個数は２４個であるので、従来技術のころ個数との比（ボール個数／従来例のころ個数）は、ボール３個時に３／２４＝１２．５％、ボール１２個時に１２／２４＝５０％となる。すなわち、ボール個数／従来技術のころ個数が１３％以上５０％以下のときに従来比４倍以上の長寿命となると言える。

次にボールの表面にも二硫化モリブデンを１μｍ被覆して同様な試験を行った。ボール数は８個とした。図２に△プロットで示すように、寿命比が１０倍以上になった。これは、ボール表面の二硫化モリブデンが良質な潤滑剤として内・外輪に転移するためである。
このように、複数のころの内の一部をボールに置き換えているので、ボールとスペーサ間の点接触部からスペーサの潤滑成分がボールに転移し、そして内・外輪に転移し、寿命が長くなる。その結果、長寿命な固体潤滑ころ軸受を提供することができる。

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適用して、スペーサからの潤滑剤を安定的に転移させることができ、かつ、ころ表面の固体潤滑膜の摩耗を低減させることができる固体潤滑ころ軸受を提供する分野に利用することができる。

Claims (3)

1. 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第１の部材としての複数のころと、前記ころ間に介装させて間隔を保持する自己潤滑性材料で出来たころと接する面が凹形状の第２の部材としてのスペーサからなる固体潤滑ころ軸受において、
   少なくとも１箇所の前記スペーサ間に、前記ころより直径の小さな第３の部材としての、前記スペーサより硬度が高い金属製のボールを介装させたことを特徴とする固体潤滑ころ軸受。
2. 前記ボールの個数と、前記ボールを０個とした時のころ個数の比が１３％以上５０％以下であ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. 前記ボールの表面に、二硫化モリブデンを被覆したことを特徴とする請求項１または２に記載の固体潤滑ころ軸受。

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