JPH04351319A - 転動体保持部材および転がり軸受 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、とくにグリースが使
用できない高温中での使用に適した転動体保持部材に関
する。なお、この明細書において、転動体保持部材とい
う用語は、たとえば転がり軸受の保持器、旋回座軸受の
間座（セパレータ）など、転動体を保持するための部材
の総称として用いられる。

【０００２】

【従来の技術および発明の課題】グリースが使用できな
いような高温中において使用する転がり軸受の保持器と
して、自己潤滑性を有する高分子材料で作られたものが
種々提案されている。

【０００３】しかしながら、３００℃以上の高温で使用
できてしかも潤滑性の良いものはない。

【０００４】たとえば、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦ
Ｅ樹脂）は自己潤滑性はあるが、比較的柔らかく、高温
ではさらに柔らかくなるため、剛性が不足して、使用で
きない。ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹
脂）は耐熱性に優れているが、潤滑性がない。

【０００５】高温中で使用される真空装置用旋回座軸受
の間座など、他の種類の転動体保持部材についても同様
の問題がある。

【０００６】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
３００℃以上の高温において無潤滑で使用できる転動体
保持部材を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明による転動体保
持部材は、強化繊維、カーボン粉末および残部ポリエー
テルエーテルケトン樹脂よりなるものである。

【０００８】

【発明の作用および効果】ＰＥＥＫ樹脂は融点（３３４
℃）が高く、高温での強度が優れている。しかも、これ
より融点の高いガラス繊維などの強化繊維が含まれてい
るので、さらに高温での強度が向上する。また、カーボ
ン粉末もベース材料であるＰＥＥＫ樹脂より融点が高く
、転動体に転移してカーボン膜を作り、高い潤滑性能を
発揮する。

【０００９】したがって、この発明による転動体保持部
材は、３００℃以上の高温において無潤滑で長時間使用
することができる。

【００１０】全体重量に対する強化繊維の含有量は１５
〜５０重量％が好ましく、さらに３０重量％程度が好ま
しい。１５重量％より小さいと、補強効果がない。５０
重量％より大きいと、ＰＥＥＫ樹脂への練り込みが困難
である。強化繊維の含有量が大きい場合、相手材の傷つ
きを防止するため、強化繊維の直径をたとえば６μｍ程
度に小さくするのが好ましい。

【００１１】全体重量に対するカーボン粉末の含有量は
５〜１５重量％が好ましく、さらに１０重量％程度が好
ましい。５重量％より小さいと、潤滑効果がない。１５
重量％より大きいと、ＰＥＥＫ樹脂への練り込みが困難
である。

【００１２】

【実施例】次に、上記効果を実証するため、この発明の
実施例を例示する。

【００１３】まず、表１に比較例１および２ならびに実
施例で示す３種類の深みぞ玉軸受用保持器を準備し、各
保持器の物性値を測定した。測定結果を表２に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】表１において、強化材としてのガラス繊維
の直径は６μｍである。

【００１７】なお、比較例および実施例とも、寸法の異
なる複数種類の保持器を含んでいる。

【００１８】実施例の保持器は射出成形により作られる
が、射出成形の前に２軸スクリュー形押出機でＰＥＥＫ
樹脂、カーボン粉末およびガラス繊維が混練される。押
出機の前の方には３箇所のフィーダ（投入口）が設けら
れている。すなわち、ＰＥＥＫ樹脂、カーボン粉末、ガ
ラス繊維の各フィーダが手前から順に設けられている。 ガラス繊維は破壊されやすいので、そのフィーダは最も
後に位置している。また、各フィーダ間にはエアベント
が設けられている。各材料は水分を含んでおり、反応に
よって揮発性ガスが発生し、これらが成形品中に混入す
ると脆化の原因となる。これを防止するため、エアベン
トによりガス抜きを行なっている。さらに、混練温度が
４３０℃を越えると材料そのものが熱劣化（酸化劣化）
をおこし易くなるので、これを越えないように速度など
が適宜管理されている。たとえば練りを強くすると材料
が自己発熱をして温度上昇をきたすので、４３０℃以下
になるように各工程を管理している。

【００１９】比較例の保持器も、実施例のものとほぼ同
様にして作られる。

【００２０】実施例の保持器の形状の１例が図１〜図４
に示されている。これらは、たとえば実開平２−１３２
１２５号公報に記載されているような冠形保持器である
。

【００２１】冠形保持器（１）　は略円筒状をなし、保
持器（１）　には、これを径方向に貫通するとともに軸
方向一端（１ａ）に開放する複数のポケット（２）　が
周方向に等間隔をおいて形成されている。そして、各ポ
ケット（２）　間の隔壁（３）　の周方向略中央に、こ
れを径方向に貫通するとともに一端（１ａ）に開放する
軸方向の凹部（４）　が形成されている。これらの凹部
（４）　はポケット（２）　の一端（１ａ）からの深さ
にほぼ等しい軸方向の深さｄを有するとともに、周方向
に所定の幅ｗを有する。この凹部（４）　により、隔壁
（３）　は周方向にほぼ２等分されて、音叉状をなす２
つの片持ち梁状の片部（３ａ）に分けられている。

【００２２】保持器（１）　は図示しない内外輪の間に
配置され、内外輪の軌道面間を転動するボール（５）　
がポケット（２）　に収納される。隔壁（３）　の凹部
（４）　は、後に詳しく説明するように、ボール（５）
　のポケット（２）　への挿入に際し片部（３ａ）の弾
性撓みの逃げ用の空間となる。

【００２３】ポケット（２）　の外径側は、ポケット（
２）　の中心（Ｏ）　を中心とする半径Ｒ１　の径方向
の半円筒面（２ａ）と軸心に平行で距離２Ｒ１　だけ離
れた平面（２ｂ）とを連ねた軸方向一端（１ａ）側に開
放するＵ字状の面で形成されている。ポケット（２）　
の内径側は、ポケット（２）　の中心（Ｏ）　を中心と
する半径Ｒ１　の球面（２ｃ）と、軸心がポケット（２
）　の中心（Ｏ）　を通る半径Ｒ２　の軸方向の円筒面
（２ｄ）とで形成されている。球面（２ｃ）の半径Ｒ１
　は、ボール（５）　の半径Ｒよりわずかに大きい。ま
た、円筒面（２ｄ）の半径Ｒ２　はボール（５）　の半
径Ｒよりも一定寸法だけ小さい。このように、ポケット
（２）　の入口（６）　の内径側を形成する円筒面（２
ｄ）の半径Ｒ２　が球面（２ｃ）の半径Ｒ１　より小さ
いため、この球面（２ｃ）の図４にθで示す角度は１８
０度よりも大きい。したがって、保持器（１）　は、ポ
ケット（２）　に収納されたボール（５）　に球面（２
ｃ）にて軸方向に係止する。換言すれば、保持器（１）
　はボール（５）　により軸方向に係止され、軸方向に
支持される。この球面（２ｃ）の１８０度を越える部分
（２ｃ１）のボール（５）　に対する軸方向の係合によ
り、ボール（５）　がポケット（２）　の入口（６）　
から軸方向に抜けるのが防止され、ボール（５）　との
係合が外れて保持器（１）　が軸方向に抜けるのが防止
される。このような軸方向の係止と同時に、保持器（１
）は球面（２ｃ）にてボール（５）　に径方向に係止し
て、ボール（５）　により径方向に支持され、内外輪と
の間に所定の間隔を保って位置させられる。ポケット（
２）　の両側に位置する片部（３ａ）の球面（２ｃ）の
１８０度をこえる部分（２ｃ１）　とこれと軸方向一端
（１ａ）との間の円筒面（２ｄ）が、ポケット（２）　
の入口（６）　を狭めるつめ状の係止部（７）　となつ
ており、この係止部（７）　が、上記のようにボール（
５）　に軸方向に係止し、かつ径方向に係止する。

【００２４】保持器（１）　の複数のポケット（２）　
へのボール（５）　の軸方向の挿入に際し、ポケット（
２）　の入口（６）　の周方向両側に位置する１対の片
部（３ａ）は、ボール（５）　により押圧されて、係止
部（７）　がボール（５）　の通過が可能な位置に至る
まで弾性的に押し広げられる。隔壁（３）　に凹部（４
）　が設けられているため、隔壁（３）　がポケット（
２）　間全体で撓むのでなく、隔壁（３）　の一部をな
す片部（３ａ）で撓む。凹部（４）の深さｄおよび幅ｗ
の寸法はＰＥＥＫ樹脂の可撓性を考慮に入れて適宜な大
きさに選ばれて、片部（３ａ）の撓みのばね性がボール
（５）　の挿入に必要な適宜な大きさに調整されている
。このため、凹部（４）　が片部（３ａ）の撓みの逃げ
用の空間として作用し、かつ係止部（７）　が内径側に
設けられて、片持ち梁状をなす片部（３ａ）が周方向と
径方向の撓みが複合されたかたちで変形する。つまり、
片部（３ａ）は図２に想像線で示すように大きく広がる
ことができるため、保持器（１）　が従来の冠形保持器
の構造ではボールをポケットに挿入できないほど可撓性
の小さいＰＥＥＫ樹脂でできているにもかかわらず、片
部（３ａ）および係止部（７）　がボール（５）　の通
過が可能な位置に至るまで容易にかつスムーズに弾性変
形することができる。したがって、ボール（５）　は容
易に弾性的にポケット（２）　に挿入される。各ポケッ
ト（２）　へのボール（５）　の収納が完了した保持器
（１）　は、弾性的に復元した隔壁（３）　の片部（３
ａ）の係止部（７）　にて各ボール（５）　に軸方向に
係止され、したがって、保持器（１）　の抜けが確実に
防止される。そして、保持器（１）　は、ポケット（２
）　に挿入されたボール（５）　を周方向に所定の間隔
を保って滑らかに回転可能に保持する。

【００２５】この保持器（１）　は、上記のようにポケ
ット（２）　の両側の片部（３ａ）が周方向および径方
向の動きが複合されたかたちで容易に広がることができ
るため、金型における凹部（４）　およびポケット（２
）　に対応した中子を順に軸方向に抜くことにより、型
からの取り出しを可能にして、一体成形により作ること
ができる。また、凹部（４）　に対応する中子を軸方向
に、ポケット（２）　に対応する中子を径方向に抜くよ
うにして、一体成形により作ることができる。

【００２６】比較例１および２の保持器も、実施例のも
のと同じ形状に作られている。

【００２７】上記比較例１および２ならびに実施例の所
定の寸法の保持器を使用して、呼び番号６２６の深みぞ
玉軸受（内径６ｍｍ、外径１９ｍｍ、幅６ｍｍ）を作っ
た。これらの軸受の内輪、外輪および玉はすべてＳＵＳ
４４０Ｃ製とした。そして、すべての種類の軸受につい
て、次のような条件で、耐久試験を行なった。同じ保持
器を使用した２個の軸受の内輪を回転軸に固定し、これ
らの軸受の外輪を重錘を兼用するハウジングに固定し、
軸受１個当り２．３ｋｇｆ　のラジアル荷重を付加し、
回転軸を５００ｒｐｍ　の速度で回転させた。ハウジン
グの外周面にバンドヒータを取付け、一方の軸受の外輪
外径の温度を測定して、これを３００℃に保持した。

【００２８】この試験の結果は、次のとおりである。

【００２９】比較例１の保持器を使用した２個の軸受に
ついては、それぞれ約１５０時間と１７０時間で保持器
が破損した。比較例２の保持器を使用した２個の軸受に
ついては、それぞれ約２５０時間と２７０時間で保持器
が破損した。実施例の保持器を使用した２個の軸受につ
いては、３００時間経過しても保持器は破損しなかった
。

【００３０】次に、実施例の所定の寸法の保持器を使用
して、呼び番号６２０４の深みぞ玉軸受（内径２０ｍｍ
、外径４７ｍｍ、幅１４ｍｍ）を作った。これらの軸受
の内輪、外輪および玉はすべてＳＵＳ４４０Ｃ製とした
。そして、前記と同じ装置を使用して、軸受１個当りの
ラジアル荷重２．８ｋｇｆ、内輪の回転数５００ｒｐｍ
　、温度３５０℃で回転時間７００時間の耐久試験を行
なった。

【００３１】この耐久試験における温度３５０℃は保持
器のベース材であるＰＥＥＫ樹脂の融点より高いが、７
００時間経過しても、保持器が完全に溶融したものはな
く、実施例の保持器は融点近くまで相当高い耐熱性を有
していることがわかった。また、内輪および外輪の軌道
部は若干荒れていたが、玉には、潤滑材であるカーボン
がきれいに転移し、艶のある黒色を呈していた。

【００３２】上記の試験結果より、実施例の保持器を用
いた軸受は３００℃以上の高温でも使用可能であると考
えられる。

【００３３】図１〜図４に示す冠形保持器（１）　は、
隔壁（３）　に凹部（４）　を有しているので、凹部（
４）　の形状、寸法（深さｄ、幅ｗ）を材料の可撓性に
応じて適宜に選ぶことにより、片部（３ａ）のばね性を
調整でき、かつこの凹部（４）　によりボール（５）　
の挿入の際の片部（３ａ）の撓みを逃がすことができる
。これに加えて、ポケット（２）　に面する隔壁（３）
　の片部（３ａ）の内径側にボール（５）　に軸方向お
よび径方向に係止する係止部（７）　が設けられている
ので、ポケット（２）　へのボール（５）　の軸方向の
挿入に際し、ポケット（２）　の両側の片部（３ａ）を
周方向と径方向の動きが複合する方向に弾性的に撓ませ
て、広げることができる。したがって、保持器（１）　
が可撓性の小さいＰＥＥＫ樹脂で作られても、係止部（
７）　をボール（５）　の通過が可能な位置まで容易に
広げることができ、ボール（５）　をポケット（２）　
に容易にかつ確実に挿入することができる。したがって
、この保持器（１）　を用いれば、耐高温、ひいては高
回転タイプの玉軸受を実現することができる。

【００３４】保持器の形状は、図５〜図８に示すような
ものであってもよい。図５〜図８は、図１〜図４にそれ
ぞれ相当している。この場合、ポケット（２）の係止部
（８）　は、前記実施例におけるポケット（２）　の球
面（２ｃ）の１８０度を越える部分（２ｃ１）　を外径
側に延長した球面（２ｃ２）　と、同じく円筒面（２ｄ
）を外径側に延長した円筒部（２ｅ）によって形成され
ている。そして、この係止部（８）　により、保持器（
１）　はボール（５）　に径方向に係止される。 これ以外の作用効果は前記実施例と同じである。また、
係止部は上記のように球面と円筒面で形成するものに限
らず、ボールに軸方向および径方向に係止するものであ
ればよい。

【００３５】また、保持器の形状は、上記２つの例に限
らず、適宜変更可能である。

【００３６】この発明を真空装置用旋回座軸受に適用し
た１例が図９および図１０に示されている。

【００３７】この軸受は、内輪（１０）、外輪（１１）
、内外輪（１０）（１１）の間に配置された複数の玉（
１２）および玉（１２）の間に配置された複数の間座（
１３）より構成されている。内輪（１０）の内周には、
内歯（１４）が設けられている。内輪（１０）の外周面
および外輪（１１）の内周面には略半円状の軌道みぞ（
１５）（１６）が形成され、これらのみぞ（１５）（１
６）に玉（１２）が入れられている。間座（１３）は穴
あき短円柱状をなし、その両端面には玉（１２）の一部
がはまる浅い球面状凹所（１７）が形成されている。そ
して、間座（１３）により、玉（１２）が所定の間隔に
保持されている。また、内外輪（１０）（１１）の両端
部相互間に、シール（１８）（１９）が設けられている
。

【００３８】内外輪（１０）（１１）および玉（１２）
は、耐食性の高い材料、たとえばＳＵＳ４４０Ｃで作ら
れている。間座（１３）は、表１の実施例と同様、直径
６μｍのガラス繊維３０重量％、カーボン粉末１０重量
％が充填されたＰＥＥＫ樹脂で作られている。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例を示す冠形保持器の縦断面
図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線の矢視図である。

【図３】図２の　ＩＩＩ−ＩＩＩ　線の断面図である。

【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線の断面図である。

【図５】この発明の他の実施例を示す冠形保持器の縦断
面図である。

【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線の矢視図である。

【図７】図６の　ＶＩＩ−ＶＩＩ　線の断面図である。

【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線の断面図である。

【図９】この発明のさらに他の実施例を示す旋回座軸受
主要部の縦断面図である。

【図１０】図９のＸ−Ｘ線の拡大断面図である。

【符号の説明】

（１）　　　　　　　　　冠形保持器 （１３）　　　　　　　　間座

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　強化繊維、カーボン粉末および残部ポ
   リエーテルエーテルケトン樹脂よりなる転動体保持部材
   。