(57)【要約】【課題】  すき間ばめで使用される軸受において、長時間にわたって、軸の回転時に異音の発生を防止することができる軸受および回転軸支持構造を提供する。【解決手段】  軸２１を支持する内輪１１の内径面１５、および内径面１５と直交する端面である内輪１１の幅面１６には、固体潤滑剤１７の被膜が形成されている。軸２１の回転時には、軸２１の外周面２２と内輪１１の内径面１５、および内輪１１の幅面１６と止め輪２３の側面部２４とが摺動することとなるが、内径面１５および幅面１６の表面には固体潤滑剤１７の被膜が形成されているため、軸２１の外周面２２と内輪１１の内径面１５、および内輪１１の幅面１６と止め輪２３の側面部２４との潤滑性は向上し、摩擦は低減され、異音の発生は防止される。【選択図】      図２
2006316824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪とを有する軸受であって、
前記内輪の内径面および端面に固体潤滑剤の被膜が形成されている、軸受。
【請求項２】
前記固体潤滑剤は二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ＰＴＦＥからなる群から選択される１以上の化合物を含む、請求項１に記載の軸受。
【請求項３】
前記固体潤滑剤の被膜の厚さは３μｍ以上である、請求項１または２に記載の軸受。
【請求項４】
前記固体潤滑剤の被膜の厚さは５μｍ以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の軸受。
【請求項５】
前記固体潤滑剤の被膜の厚さは５〜１０μｍである、請求項１〜４のいずれかに記載の軸受。
【請求項６】
前記軸受は転がり軸受である、請求項１〜５のいずれかに記載の軸受。
【請求項７】
回転軸と、
前記回転軸をすき間ばめで支持する内輪および外輪を有する軸受とを含み、
前記内輪の内径面および端面に固体潤滑剤の被膜が形成されている、回転軸支持構造。
【請求項８】
前記回転軸は、前記内輪の端面に前記固体潤滑剤の被膜を介して当接する位置決め部材を含む、請求項７に記載の回転軸支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸受および回転軸支持構造に関し、特に、軸と軸受内輪とがすき間ばめで使用される軸受および回転軸支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やＬＢＰ（Ｌａｓｅｒ  Ｂｅａｍ  Ｐｒｉｎｔｅｒ）の定着部は、トナーを用紙に定着させるため、２００℃程度の高温に熱せられている。このような高温環境下において、定着部のローラ等に使用される軸受については、転がり軸受内部に耐熱性を有するフッ素グリースを封入したり、軸受温度を低く保つことができる断熱スリーブを用いるなど、種々の工夫がなされている。
【０００３】
また軸が回転して使用される軸受については、一般的には、軸と軸受内輪とがしまりばめで使用されるが、複写機やＬＢＰの定着部のローラ等に用いる軸受については、メンテナンス性向上の観点から、軸と軸受内輪とがすき間ばめで使用されている。
【０００４】
軸と軸受内輪とがすき間ばめで使用される軸受について、軸の回転時に、異音が発生する場合がある。これは、軸と軸受内輪との間にすき間があることにより、軸の回転時においてクリープが発生し、摩擦が生じることによるものである。
【０００５】
このような異音の発生を防ぐために、軸受内輪の寸法精度を向上させた転がり軸受が、たとえば、特開２００２−３０３３２９号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００６】
特許文献１によると、転がり軸受の構成部材である内輪の外形形状を、バレル研磨等の衝撃研磨により仕上げることにより、寸法精度を向上させ、軸の回転時における摩擦を低減し、ひいては異音の発生を低減している。
【特許文献１】特開２００２−３０３３２９号公報（段落番号００１３、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のように、転がり軸受の寸法精度を向上しても、軸と軸受内輪との間にすき間がある場合には、軸の回転時に、依然として軸と内輪との間の摩擦による異音が発生する。このような場合、軸と軸受内輪との間に、たとえば、フッ素グリース等の液状の潤滑剤を塗布して潤滑性を向上させ、軸と軸受内輪との摩擦を低減し、異音の発生を抑制することがある。
【０００８】
しかし、液状の潤滑剤では、軸の回転時に、軸受の周辺部位に滲み出し、異音が発生するおそれがある。また、一定時間使用すると、液状の潤滑剤が枯渇し、再び異音が発生し始めるおそれがある。特に、上記した高温環境下においては、短時間で異音が発生する。
【０００９】
この発明は、軸と軸受内輪とがすき間ばめで使用される軸受において、長時間にわたって、軸の回転時に異音の発生を防止することができる軸受および回転軸支持構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る転がり軸受は、内輪と外輪とを有する軸受であって、内輪の内径面および端面に固体潤滑剤の被膜が形成されている。
【００１１】
好ましくは、固体潤滑剤は二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙ  Ｔｅｔｒａ  Ｆｕｌｕｏｒｏ  Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）からなる群から選択される１以上の化合物を含む。
【００１２】
固体潤滑剤の被膜の厚さは３μｍ以上であればよいが、好ましくは、５μｍ以上である。
【００１３】
さらに好ましくは、固体潤滑剤の被膜の厚さは５〜１０μｍである。
【００１４】
なお、軸受は転がり軸受であってもよい。
【００１５】
この発明の他の局面においては、回転軸支持構造は、回転軸と、回転軸をすき間ばめで支持する内輪および外輪を有する軸受とを含み、内輪の内径面および端面に固体潤滑剤の被膜が形成されている。
【００１６】
好ましくは、回転軸は、内輪の端面に固体潤滑剤の被膜を介して当接する位置決め部材を含む。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、内輪の内径面および端面に形成された固体潤滑剤の被膜により、軸の回転時に、軸と軸受内輪との潤滑性を向上することができる。また、固体潤滑剤であるため、軸受の周辺部位へ滲んで、枯渇することはない。
【００１８】
その結果、軸と軸受内輪とがすき間ばめで使用される軸受において、長時間にわたって、軸の回転時に異音の発生が防止できる軸受を提供することができる。また、回転軸と、上記した軸受とをすき間ばめで使用することにより、長期間にわたって、異音の発生が防止できる回転軸支持構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態に係る、軸と内輪とがすき間ばめで使用される軸受を転がり軸受とした場合の、転がり軸受の断面の一部を拡大して示す図である。図１を参照して、転がり軸受１０は、内輪１１と、外輪１２と、保持器１３と、転動体としての玉１４とを含む。玉１４は、内輪１１と外輪１２との間に、保持器１３によって保持されている。軸を支持する内輪１１の内径面１５、および内径面１５と直交する端面である内輪１１の両側の幅面１６ａ、１６ｂには、潤滑剤として後述する固体潤滑剤１７の被膜が形成されている。ここで被膜とは、数μｍから数十μｍの膜厚の層のことをいい、転がり軸受の各部の寸法と比較して非常に薄いため、被膜が内輪１１の内径の寸法精度に大きく影響を与えることはない。なお、図１、図２、図４、図５では、説明の容易のため、固体潤滑剤の被膜の層を、他の寸法と比較して厚く表現している。
【００２０】
次に、内輪の内径面および幅面に固体潤滑剤の被膜を形成する方法について説明する。使用する固体潤滑剤については、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ＰＴＦＥからなる群から選択される１以上の化合物が含まれる固体潤滑剤であればよい。被膜を形成する方法についても、特に限定されるものではなく、スパッタリング法（蒸着法）やディッピング法（浸漬法）等により、転がり軸受の内輪の内径面および幅面に被膜を形成することができればよい。被膜の厚さおよび均一性は、スパッタリングにおいては、真空度や、蒸着時間、固体潤滑剤の使用量等によって調整され、ディッピングにおいては、浸漬時間や浸漬液の濃度等によって調整される。
【００２１】
図２は、図１に示された転がり軸受の内輪に軸が支持された回転軸支持構造の一部を示す断面図である。図２を参照して、回転軸支持構造２０は、軸２１を転がり軸受１０の内輪１１にすき間ばめで支持する。また、回転軸支持構造２０は、軸を軸方向に位置決めする位置決め部材としての止め輪２３により、軸２１を転がり軸受１０に対して軸方向に固定する。軸２１の回転時には、軸２１の外周面２２と内輪１１の内径面１５、および内輪１１の幅面１６ａと止め輪２３の側面部２４とが摺動することとなる。しかし、内径面１５および幅面１６ａには固体潤滑剤１７の被膜が形成されているため、軸２１の外周面２２と内輪１１の内径面１５、および内輪１１の幅面１６ａと止め輪２３の側面部２４との潤滑性は向上し、摩擦は低減され、異音の発生は防止される。
【００２２】
なお、内輪１１の両側の端面１６ａ、１６ｂに固体潤滑剤１７の被膜を形成することにより、内輪１１の軸方向の方向性が生じないので、組立時やメンテナンス時の取付けが容易となる。
【００２３】
また、上述した固体潤滑剤は化学的に安定しており、容易に溶融状態となったり、分解したりすることはなく、たとえば、２００℃程度の高温環境下においても、軸および転がり軸受周辺に滲み出して、枯渇することがない。
【００２４】
なお、軸が細い部分と太い部分を有する段付き軸であって、位置決め部材としての段差の部分と内輪の幅面とが固体潤滑剤の被膜を介して当接する場合も同様に、摩擦は低減され、異音の発生は防止される。
【００２５】
図１に示す転がり軸受について、固体潤滑剤の種類および被膜の厚さを変更した場合の異音発生の有無を確認する試験を実施した。図３は、異音の発生の有無を確認する試験装置の概略図である。図３を参照して、試験装置３０は、転がり軸受１０ａおよび１０ｂを保持する軸受保持部３１と、転がり軸受１０ａおよび１０ｂに支持された軸２１を回転させる駆動部３２を含む軸支持部と、軸受保持部３１に荷重を負荷する圧縮バネ３３を有する荷重負荷部３４とを含む。圧縮バネ３３により、２２０Ｎのラジアル荷重が転がり軸受１０ａ、１０ｂおよび軸２１に負荷される。軸２１は、駆動部３２により回転速度１３０ｒｐｍで回転する。また、軸２１に取り付けられたヒータ３５により、軸受保持部３１は２００℃まで熱せられる。ヒータ３５に要する電力は、軸２１の一方端部に取り付けられたスリップリング３６により、試験装置３０の外部から供給される。
【００２６】
試験条件は、以下の通りである。また、本試験結果を、表１に示す。
【００２７】
試験軸受          ：６８０５（内輪内径φ２５ｍｍ×外輪外形φ３７ｍｍ×幅７ｍｍ）
軸温度［℃］      ：２００
ラジアル荷重［Ｎ］：２２０
回転速度［ｒｐｍ］：１３０
軸材質            ：ＳＴＫＭ１１
試験時間［時間］  ：１０００
判定方法          ：聴覚による
【００２８】
【表１】
2006316824.tif 000003
【００２９】
表１は、固体潤滑剤の種類および被膜の厚さを変更した場合の、異音発生の有無を図３に示す試験装置３０で確認した試験の結果を表す表である。表１を参照して、固体潤滑剤の被膜を形成しない場合では、８時間経過後に異音が発生したのに対し、二硫化モリブデンまたはＰＴＦＥの被膜を３μｍ形成した場合では、５００時間経過するまで異音が発生しなかった。また、二硫化モリブデンまたはＰＴＦＥの被膜を１０μｍ形成した場合では、１０００時間を経過した後においても、異音が発生しなかった。
【００３０】
したがって、二硫化モリブデンまたはＰＴＦＥを固体潤滑剤として使用する場合、固体潤滑剤の被膜の厚さは少なくとも５μｍ以上であることが好ましい。
【００３１】
また、二硫化タングステンの被膜を３μｍ形成した場合では、１０００時間を経過した後においても、異音が発生しなかった。
【００３２】
したがって、二硫化タングステンを固体潤滑剤として使用する場合、固体潤滑剤の被膜の厚さは３μｍ以上であれば十分である。
【００３３】
なお、いずれの固体潤滑剤を使用する場合であっても、内輪の内径寸法精度を必要以上に損なわず、固体潤滑剤の使用量を最小限にとどめるために、固体潤滑剤の被膜の厚さを５〜１０μｍとすることが好ましい。
【００３４】
次に、この発明の他の実施の形態について説明する。上記の実施の形態においては、内輪の内径面および幅面の全面に固体潤滑剤の被膜が形成されたものを用いたが、これに限らず、内輪の内径面の全面および幅面の一部に固体潤滑剤の被膜が形成されたものを用いてもよい。図４は、この場合の転がり軸受の断面の一部を拡大して示す図である。図４を参照して、内輪１１の内径面１５の全面および幅面１６ａ、１６ｂの一部に、固体潤滑剤の被膜が形成されている。ここで、固体潤滑剤１７の被膜は、内径面１５側から一定の距離に、同心円状に形成されており、円周方向に対しては連続している。なお、固体潤滑剤１７の被膜を形成する方法は、上述の方法と同様である。
【００３５】
図５は、図４に示された転がり軸受の内輪に軸が支持された回転軸支持構造の一部を示す断面図である。図５を参照して、回転軸支持構造２０は、軸２１を転がり軸受１０の内輪１１にすき間ばめで支持する。軸２１の回転時には、軸２１の外周面２２と内輪１１の内径面１５、および内輪の幅面１６ａと止め輪２３の側面部２４とが摺動することになるが、内径面１５および幅面１６ａの一部に固体潤滑剤１７の被膜が形成されているため、軸２１の外周面２２と内輪１１の内径面１５、および内輪の幅面１６ａと止め輪２３の側面部２４との潤滑性は向上し、摩擦は低減され、異音は防止される。
【００３６】
なお、図１、図２、図４および図５においては、幅面および幅面の一部について、内径面１５と幅面１６ａ、１６ｂに固体潤滑剤１７が連続した層で被膜が形成されている内輪を図示しているが、内径面１５と幅面１６ａ、１６ｂに形成される固体潤滑剤１７の被膜が連続して形成されていなくともよい。特に、内径面１５と幅面１６ａ、１６ｂとの接続部分には通常、面取りが施されており、この部分については軸２１および止め輪２３の側面部２４と摺動しないため、固体潤滑剤１７の被膜は不要である。
【００３７】
また、上記の実施の形態においては、内輪の両側の幅面に固体潤滑剤の被膜を形成することとしたが、これに限らず、止め輪のような位置決め部材と摺動する側の幅面にのみ固体潤滑剤の被膜を形成することとしてもよい。このように構成することにより、固体潤滑剤の使用量を軽減することができる。なお、この場合、組立時やメンテナンス時に内輪の取付けの方向性を誤らないよう、形成される固体潤滑剤の被膜を有色にすることが好ましい。
【００３８】
また、内径面および幅面に固体潤滑剤の被膜を形成する方法については、内輪の内径面および幅面以外の部分をマスキングした後に、内輪全体をスパッタリングまたはディッピングし、その後、マスキングを除去することにより、内径面および幅面に被膜を形成することとしてもよいし、内輪全体にスパッタリングまたはディッピングにより固体潤滑剤の被膜を形成した後、内径面および幅面以外の部分に形成された固体潤滑剤の被膜をショットブラスト処理等により除去してもよい。
【００３９】
なお、上記の表１において、固体潤滑剤の種類を二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ＰＴＦＥのみからなる化合物についての実験結果を示したが、これに限らず、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ＰＴＦＥからなる群から選択される１以上の化合物を固体潤滑剤として使用してもよい。また、他の工業用固体潤滑剤、たとえば、窒化ボロンや黒鉛等の層状固体潤滑剤、ポリイミド、ナイロン、ポリエステル等のプラスチック系の固体潤滑剤からなる群から選択される１以上の化合物を含むとしてもよい。こうすることにより、軸受が使用される環境や他の条件等も考慮した、より最適な固体潤滑剤を選択することができる。
【００４０】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
この発明に係る軸受は、内輪の内径面および幅面に固体潤滑剤の被膜が形成されることにより、長時間にわたって、異音の発生が防止できるため、複写機やＬＢＰの定着部等に有効に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の一実施形態に係る転がり軸受の断面の一部を拡大して示す図である。
【図２】転がり軸受の内輪に軸が支持された回転軸支持構造の一部を示す断面図である。
【図３】異音発生の効果を測定する試験装置の概略図である。
【図４】内輪の幅面の一部に固体潤滑剤が形成された場合の、転がり軸受の断面の一部を拡大して示す図である。
【図５】内輪の幅面の一部に固体潤滑剤が形成された場合の、転がり軸受の内輪に軸が支持された回転軸支持構造の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  転がり軸受、１１  内輪、１２  外輪、１３  保持器、１４  玉、１５  内径面、１６  幅面、１７  固体潤滑剤、２０  回転軸支持構造、２１  軸、２２  外周面、２３  止め輪、２４  側面部、３０  試験装置、３１  軸受保持部、３２  駆動部、３３  圧縮バネ、３４  荷重負荷部、３５  ヒータ、３６  スリップリング。
【図１】
2006316824.tif 000004
【図２】
2006316824.tif 000005
【図３】
2006316824.tif 000006
【図４】
2006316824.tif 000007
【図５】
2006316824.tif 000008