(57)【要約】【課題】  良好な潤滑性を有するとともに、構成材料の欠損による運転停止を防止可能な転動装置及び転がり軸受を提供する。【解決手段】  保持器１の固体潤滑剤を金属又は合金で焼結結合することで形成する。このとき、軸方向端部１ｃよりも、軸方向中央部１ｂは固体潤滑剤含有量を高めることで、優れた潤滑性を確保しつつ、強度を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記両軌道面の間に転動自在に配設された複数の転動体と、前記複数の転動体間に介装されるスペーサと、を備える転動装置において、
前記スペーサは、二硫化タングステン及び二硫化モリブデンのいずれか一方又は双方からなる固体潤滑剤と、金属又は合金からなる焼結結合剤と、を含有する焼結材料を焼結して形成されることを特徴とする転動装置。
【請求項２】
前記スペーサは、単位体積当りの前記固体潤滑剤の含有量が１０質量％以上６０質量％以下であり、かつ、前記スペーサの前記転動体と対向する面以外の面では、表面から内部に向かうに従って前記焼結材料中の固体潤滑剤の含有量が高くなることを特徴とする請求項１に記載の転動装置。
【請求項３】
前記焼結結合剤は、タングステン、銅、鉄、コバルト、スズ及びニッケルのうちのからなる金属群のうちの１種からなる金属、前記金属群のうちの２種以上からなる合金、及び、非金属成分である窒素、ホウ素及び酸素のうちの少なくとも１種と前記金属群のうちの少なくとも１種とからなる合金のうちの少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の転動装置。
【請求項４】
内輪と、外輪と、転動体と、少なくとも１つのポケットを形成しそのポケットに転動体を転動自在に保持する保持器と、を備える転がり軸受において、
前記保持器は、二硫化タングステン及び二硫化モリブデンのいずれか一方又は双方からなる固体潤滑剤と、金属又は合金からなる焼結結合剤と、を含有する焼結材料を焼結して形成され、
単位体積当りの前記固体潤滑剤の含有量は、１０質量％以上６０質量％以下であり、かつ、表面からポケットに向かうに従って前記焼結材料中の固体潤滑剤の含有量が高くなることを特徴とする転がり軸受。
【請求項５】
前記焼結結合剤は、タングステン、銅、鉄、コバルト、スズ及びニッケルからなる金属群のうちの１種からなる金属、前記金属群のうちの２種以上からなる合金、及び、非金属成分である窒素、ホウ素及び酸素のうちの少なくとも１種と前記金属群のうちの少なくとも１種とからなる合金のうちの少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項４に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転動装置及び転がり軸受に関し、特に固体潤滑剤される転動装置及び転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から高温、真空又は真空高温等の環境下で用いる転がり軸受に対しては、一般的なグリース組成物等の蒸気圧の高い潤滑剤を用いた場合には、潤滑剤が雰囲気中に蒸発し、潤滑の効果を持続できないことから、固体潤滑が行われている。このように固体潤滑される転がり軸受の例が、特許文献１及び２に示されている。これらの特許文献には、転がり軸受の保持器材料に二硫化タングステンや二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を配合することで、転動体や内方部材又は外方部材の軌道面に保持器に配合した固体潤滑剤が供給されるようにした技術が示されている。
【特許文献１】特開昭６３−２４６５０７号公報
【特許文献２】特開昭６３−２８２２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
保持器以外にも、転がり軸受に介装するスペーサの構成材料に固体潤滑剤を配合することができるが、これら二硫化タングステンや二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を配合した保持器やスペーサは非常に脆く、転がり軸受に圧入により組み込む際、欠けやクラックを生じやすいという問題があった。
また、転がり軸受の運転時にも、転動体との接触により、保持器に関しては特に薄肉部分が割れるという問題があった。スペーサに関しては、特に外周部分が尖っているため、例えば軸受の運転時にスペーサを装填するための挿入口等に外周部分が引っ掛かり、脆い材料であるため、欠けが生じるという問題があった。この場合には、欠けた材料塊が転動体と軌道面の間に噛みこんだり、スペーサが脱落することがある。
【０００４】
本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、良好な潤滑性を有するとともに、構成材料の欠損による運転停止を防止可能な転動装置及び転がり軸受を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１による転動装置は、外径面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記両軌道面の間に転動自在に配設された複数の転動体と、前記複数の転動体間に介装されるスペーサと、を備える転動装置において、前記スペーサは、二硫化タングステン及び二硫化モリブデンのいずれか一方又は双方からなる固体潤滑剤と、金属又は合金からなる焼結結合剤と、を含有する焼結材料を焼結して形成されることを特徴とする。
【０００６】
本発明の請求項２による転動装置は、請求項１において、前記スペーサは、単位体積当りの前記固体潤滑剤の含有量が１０質量％以上６０質量％以下であり、かつ、前記スペーサの前記転動体と対向する面以外の面では、表面から内部に向かうに従って前記焼結材料中の固体潤滑剤の含有量が高くなることを特徴とする。
ここで、表面から内部に向かうに従って前記焼結材料中の固体潤滑剤の含有量が高くなる状態としては、固体潤滑剤の含有量が連続的に高くなる場合のみでなく、段階的に高くなる場合も含む。段階的に高くなる場合としては、例えば、スペーサを、固体潤滑剤の含有量が異なる複数の層で形成した場合が挙げられ、この場合には、内部に位置する層ほど、固体潤滑剤含有量が高くなるが、同一の層内では固体潤滑剤の含有量は同じであってもよい。
【０００７】
本発明の請求項３による転動装置は、請求項１又は２において、前記焼結結合剤は、タングステン、銅、鉄、コバルト、スズ及びニッケルからなる金属群のうちの１種からなる金属、前記金属群のうちの２種以上からなる合金、及び、非金属成分である窒素、ホウ素及び酸素のうちの少なくとも１種と前記金属群のうちの少なくとも１種とからなる合金のうちの少なくとも１種を含有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項４による転がり軸受は、内輪と、外輪と、転動体と、少なくとも１つのポケットを形成しそのポケットに転動体を転動自在に保持する保持器と、を備える転がり軸受において、前記保持器は、二硫化タングステン及び二硫化モリブデンのいずれか一方又は双方からなる固体潤滑剤と、金属又は合金からなる焼結結合剤と、を含有する焼結材料を焼結して形成され、単位体積当りの前記固体潤滑剤の含有量は、１０質量％以上６０質量％以下であり、かつ、表面からポケットに向かうに従って前記焼結材料中の固体潤滑剤の含有量が高くなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項５による転がり軸受は、請求項４において、前記焼結結合剤は、タングステン、銅、鉄、コバルト、スズ及びニッケルからなる金属群のうちの１種からなる金属、前記金属群のうちの２種以上からなる合金、及び、非金属成分である窒素、ホウ素及び酸素のうちの少なくとも１種と前記金属群のうちの少なくとも１種とからなる合金のうちの少なくとも１種を含有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の転動装置によれば、潤滑性に優れるとともに、構成材料の欠損による運転停止のおそれが少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（第一実施形態）
図１は本実施形態に係る保持器１を装着した転がり軸受を示す図、図２は本実施形態に係る保持器１を示す図である。
転がり軸受４は、外輪４１と、内輪４２と、外輪４１及び内輪４２の間に転動可能に配された転動体としての玉４３と、玉４３を転動可能に保持する保持器１と、を備えるものであり、保持器１以外は公知の構成である。
【００１２】
本実施形態に係る保持器１は、玉５３を転動可能に保持するポケット１ａが周方向に複数所定間隔で設けられ短円筒状部材であり、固体潤滑剤と焼結結合剤を含有する焼結材料を焼結させることで形成される。
固体潤滑剤としては、二硫化タングステン及び二硫化モリブデンのいずれか一方又は双方を用いる。これらの固体潤滑剤は、潤滑性に優れ、焼結後も潤滑成分として軌道面や玉に移着しやすい。また、二硫化タングステンは、耐熱性に優れるが、比重が大きいため回転時の遠心力を増大させる傾向がある。一方、二硫化モリブデンは、二硫化タングステンよりも比重が小さいが、二硫化タングステンと比べると熱的安定性に劣る。従って、用途に応じて、適宜選択して用いることが好ましい。なお、二硫化タングステン及び二硫化モリブデンのほか、潤滑剤となりうる黒鉛を配合してもよい。
【００１３】
焼結結合剤としては、タングステン、銅、鉄、コバルト、スズ及びニッケルからなる金属成分のうちの１種、前記金属成分のうちの２種以上からなる合金、及び、非金属成分である窒素、ホウ素及び酸素のうちの少なくとも１種と前記金属成分うちの少なくとも１種とからなる合金のうちのいずれかを用いることができる。特に、銅は、強度、耐熱性及び潤滑性に優れ、安価である。銅や鉄を主成分とした場合には、他の特性の向上を目的として、他の金属又は非金属成分を添加することが好ましい。タングステン、コバルト、及びニッケルを添加すると、耐摩耗性、強度や耐食性が向上する。
【００１４】
本実施形態では、この固体潤滑剤の含有量はどの部分においても１０質量％以上６０質量％以下であるが、固体潤滑剤の含有量は、軸方向端部よりも軸方向中央部の方が大きく、図１では、軸方向両端部１ｂ，１ｂが１０質量％、軸方向中央部１ｃが６０質量％である。このように、玉４３と接触するポケット１ａに向かって固体潤滑剤の濃度を高めることで、良好な潤滑性が得られるとともに、ポケット１ａから離れた部分では固体潤滑剤の濃度を低くすることで、運転時や圧入時に負荷がかかりやすい部分、特に薄肉の軸方向端部では、固体潤滑剤の配合による脆弱化の影響は少なく十分な強度が確保される。なお、固体潤滑剤の含有量が１０質量％未満であると、焼結後に割れが発生するので好ましくなく、また６０質量％を超えると十分な強度を確保することができない。
【００１５】
次に、本実施形態に係る保持器１の製造方法について図３を用いて説明する。まず、円筒状の凹部を形成した凹型９１と、この凹型９１に嵌め合う形状の凸部を形成した凸型９２と、を備える成形機を用いて加圧成形を行う。このとき、凹型９１には、固体潤滑剤１０質量％を配合した粉末状の材料と、固体潤滑剤６０質量％を配合した粉末状の材料と、固体潤滑剤１０質量％を配合した粉末状の材料と、を順に充填し、固体潤滑剤の配合量の異なる材料を交互に積層させる。その後、凸型９２を凹型９１内に押し込むことで、加圧成形する。次に、得られた成形品について熱処理を行い、その後切削加工によりポケット１ａを形成することで、保持器１を作製する。
【００１６】
このように、本実施形態に係る保持器１が装着された転がり軸受４は、保持器１が十分な強度と潤滑性を有するので、潤滑寿命が長く、また保持器１の破損による玉４３の脱落や、破損部分が軸受内部に残ることに起因する軸受の噛み込み等のトラブルの発生を防止することができる。
なお、本実施形態では、軸方向両端部１ｂ，１ｂと、軸方向中央部１ｃと、で固体潤滑剤の含有量が異なる２種の材料を用いているがこれに限定されず、例えば含有量が異なる３種類の材料を用いてもよい。この場合にも、軸方向端部１ｂから軸方向中央に向かうに従って、固体潤滑剤の含有量が多くなるようにする。
【００１７】
なお、保持器形状は、前述のものに限定されず、冠形保持器等であってもよい。
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
図４は本実施形態に係るスペーサ２を示す図である。
本実施形態の転がり軸受４は、図示しないが、前記第一実施形態とほぼ同様の構成であり、保持器１の代わりに、玉４３，４３同士の間にスペーサ２が介装されている点で異なるものである。以下、このスペーサ２を中心に説明する。
【００１８】
本実施形態に係るスペーサ２は、両端面が玉４３を受ける凹状の曲面となった略円柱状部材であり、固体潤滑剤と、焼結結合剤と、を含有する焼結材料を焼結させることで形成される。用いることができる焼結材料の種類は、第一実施形態と同様であるので詳細は省略する。この固体潤滑剤の含有量はどの部分においても１０質量％以上６０質量％以下であるが、その含有量は外周部２ａよりも中心部２ｂの方が大きく、図４では、外周部２ａが１０質量％、中心部１ｂが６０質量％である。このように、玉４３と接触する中心部１ｃにおいて固体潤滑剤の含有量を高くすることで、良好な潤滑性を得ることができる。これとともに、外周部２ｂは、転がり軸受４への挿入時や運転時に破損しやすい尖った形状を有するため、固体潤滑剤の含有量を低く抑えること、固体潤滑剤の配合による影響を低減し十分な強度を確保することができる。
【００１９】
次に、本実施形態に係るスペーサ２の製造方法について図５を用いて説明する。まず、円柱状の凹部を形成した凹型９３と、この凹型９３に嵌め合う形状の凸部を形成した凸型９４と、を備える成形機を用いて加圧成形を行う。このとき、凹型９３に仕切り部材９５を配置し、仕切り部材９５により区画された各空間に、固体潤滑剤１０質量％を配合した粉末状の材料と、固体潤滑剤６０質量％を配合した粉末状の材料と、を充填する。その後、仕切り部材９５を取り外し、凸型９４を凹型９３内に押し込むことで加圧成形する。加圧成形により得られた円柱状の成形品について熱処理を行い、その後成形品の端面を切削加工により凹状の曲面にすることで、スペーサ２を作製する。
【００２０】
このように、本実施形態に係るスペーサ２が介装された転がり軸受４は、スペーサ２が十分な強度と潤滑性を有するので、潤滑寿命が長く、またスペーサ２の破損によるスペーサ２の脱落や、破損部分が転がり軸受の４内部に残ることに起因した玉４３の噛み込み等のトラブルの発生を防止することができる。
なお、前述のスペーサ２には、外周部２ａと、中心部２ｂと、で固体潤滑剤の含有量が異なる２種の材料を用いているがこれに限定されず、例えば図６に示すように含有量が異なる３種類の材料を用いてもよい。この場合にも、表面から内部に向かうに従って固体潤滑剤の含有量が多くなっており、その含有量は、表面を形成する外周部３ａで１０質量％、外周部３ａよりも内側の中間部３ｂで４０質量％、中間部３ｂより内側の中心部３ｃで６０質量％である。
【００２１】
また、外周部１ａと中心部１ｂの割合も特に限定するものではないが、潤滑性を損なわず、かつ十分に強度を確保できるような割合とする。
また、本発明の適用は転がり軸受４に限定されず、例えば図７に示すボールねじ装置５や、図８に示す直動案内装置６にも適用することができる。
図７のボールねじ装置５は、外周面に螺旋状の軌道溝５２ａを有するねじ軸（内方部材）５２と、内周面に螺旋状の軌道溝５１ａを有するナット（外方部材）５１と、それらの両軌道溝５２ａ，５１ａ間に転動自在に介装される複数の玉（転動体）５３とを含み、ねじ軸５２又はナット５１のいずれか一方の回転動作によりねじ軸５２の軸線方向に一方が直線的に相対移動するものである。そして、玉同士５３，５３の間には、本実施形態に係るスペーサ２が介装されており、このスペーサ２以外のボールねじ装置５部分は公知の構成である。なお、図中の符号５４は、軌道溝５２ａ，５１ａ間を転動した玉５３を収容し、再び軌道溝５２ａ，５１ａ間に戻すためのサーキュレータチューブである。
【００２２】
また、図８は直動案内装置６を一部を移動方向に沿って切断して示した図である。直動案内装置６は、両側面に軸方向に断面円弧状の転動体転動溝ａを有する角形の案内レール（内方部材）６２と、案内レール６２に軸方向に相対移動可能に跨架される横断面形状がほぼコ字状のスライダ（外方部材）６１とを備えている。スライダ６１の内側両側面には、案内レール６２の転動体転動溝に対向する断面円弧状の転動体転動溝が備えられており、案内レール６２の転動体転動溝とスライダ６１の転動体転動溝とから形成される断面ほぼ円形で直線状のボール転動空間には、転動体としての複数の玉６３が転動自在に装填されている。以上は公知の構成であり、このような構成の直動案内装置６において玉６３，６３同士の間には前述と同様のスペーサ２が介装されている。
【００２３】
このように、本発明に係るスペーサを用いることで、十分な強度と潤滑性を得ることができる。
【実施例】
【００２４】
次に、本発明の実施例について説明する。
本実施例では、まず、図２に示す保持器１と、図４に示すスペーサ２をそれぞれ前述のようにして作製した。具体的には、前述のようにして加圧成形を行った後、成形品を窒素雰囲気中、１２００℃で１時間焼結した。その後、保持器１については呼び番号６０８の玉軸受用に、スペーサ２については呼び番号６００９の玉軸受用に、それぞれ切削加工を施して作製し、実施例の試験片とした。また、比較例として保持器及びスペーサの試験片も作製した。これら比較例の試験片は、形状及び焼結条件は実施例と同様であるが、固体潤滑剤の含有量の異なる材料を用いていないため、固体潤滑剤が全体に均一に分散している（４０質量％）。なお、実施例及び比較例ともに、金属又は合金として、タングステン及び銅を用い、固体潤滑剤は二硫化タングステンを用いた。
【００２５】
次に、上述のようにして作製した実施例及び比較例の試験片を、呼び番号６０８又は呼び番号６００９の玉軸受にそれぞれ組み込んだ。それぞれの試験片を１０台の玉軸受に組み込んだ結果、実施例の試験片はいずれも欠けやクラックを生じなかった。一方、比較例では、５０％の試験片で組み込み時に欠け若しくはクラックを生じた。
さらに、実施例及び比較例の試験片をそれぞれ組み込んだ玉軸受について、寿命試験を行った。寿命試験は、真空度１０-4Ｐａ、温度３００℃の雰囲気条件下、図示しない試験装置に玉軸受の外輪を固定し、スラスト荷重２７Ｎを加え、回転速度１２００／分の条件で内輪を回転させ、試験片の欠け又はクラックの発生により軸受がロックし、回転が停止したときの総回転数を測定することにより行った。結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
2006194407.tif 000003
表１に示すように、実施例の保持器１及びスペーサ２を用いた場合には総回転数が１０7台になるまで欠け又はクラックが発生しなかった。これに対し、比較例の保持器１及びスペーサ２を用いた場合には、総回転数が１０3台で欠け又はクラックが発生し、軸受が停止した。
【００２７】
これらのことから、本発明に係る保持器及びスペーサは十分な強度を有し、軸受への組み込み時や運転時に欠けやクラックを生じにくいことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第一実施形態に係る保持器を装着した転がり軸受を示す図である。
【図２】第一実施形態に係る保持器を示す図である。
【図３】第一実施形態に係る保持器の製造方法を説明する図である。
【図４】第二実施形態に係るスペーサを示す図である。
【図５】第二実施形態に係るスペーサの製造方法を説明する図である。
【図６】第二実施形態に係るスペーサの他の例を示す図である。
【図７】本発明に係るスペーサを用いたボールねじ装置を示す図である。
【図８】本発明に係るスペーサを用いた直動案内装置を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１     保持器
１ａ   ポケット
２     スペーサ
４     転がり軸受
４１   外輪
４２   内輪
４３   玉
５     ボールねじ装置
５１   ナット
５１ａ 軌道溝
５２   ねじ軸
５２ａ 軌道溝
５３   玉
６     直動案内装置
６１   スライダ
６２   案内レール
６３   玉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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