(57)【要約】  固体潤滑剤は、軸受のためのものであり、少なくとも３０重量％のグラファイト、結合剤及び無機潤滑ナノ粒子を含む。また、固体潤滑剤で満たされた軸受が提供される。
2014505773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受のための固体潤滑剤であって、
前記潤滑剤が、
少なくとも３０重量％のグラファイトと、
結合剤と、
無機潤滑ナノ粒子と、を含む固体潤滑剤。
【請求項２】
前記固体潤滑剤が少なくとも１重量％の二硫化モリブデンをさらに含む請求項１に記載の固体潤滑剤。
【請求項３】
前記無機潤滑ナノ粒子が８０ｎｍから１６０ｎｍの平均サイズを有する請求項１に記載の固体潤滑剤。
【請求項４】
前記無機潤滑ナノ粒子が金属ジカルコゲナイドである請求項１に記載の固体潤滑剤。
【請求項５】
前記固体潤滑剤が、１．８ｇ／ｃｍ３より大きい密度を有する高密度液体をさらに含む請求項１に記載の固体潤滑剤。
【請求項６】
前記高密度液体がオイルである請求項５に記載の固体潤滑剤。
【請求項７】
前記固体潤滑剤が多孔質構造体を有し、前記無機潤滑ナノ粒子が前記多孔質構造体に埋められている請求項１に記載の固体潤滑剤。
【請求項８】
防錆添加物が前記高密度液体中で混合されている請求項５に記載の固体潤滑剤。
【請求項９】
外輪、
空間を画定するために前記外輪の内部に配された内輪、及び
前記空間の内部に配され、少なくとも３０重量％のグラファイトと、結合剤と、無機潤滑ナノ粒子と、を含む固体潤滑剤を含む軸受。
【請求項１０】
前記外輪が、前記外輪の半径方向に内側の周囲面上に内側軌道面を与え、
前記内輪が、前記内輪の半径方向に外側の周囲面上に外側周囲面を与え、
複数の回転エレメントが、前記内側軌道面と前記外側軌道面との間に配される請求項９に記載の軸受。
【請求項１１】
少なくとも二つの隣接する回転エレメントを分離するための少なくとも一つの分離エレメントをさらに含む請求項１０に記載の軸受。
【請求項１２】
前記固体潤滑剤が、少なくとも部分的に前記分離エレメントに付着している請求項１１に記載の軸受。
【請求項１３】
前記固体潤滑剤が前記分離エレメントである請求項１１に記載の軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受、より具体的には軸受のための固体潤滑剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受及び滑り軸受等の異なる種類の軸受は、正常に機能し、且つ長寿命を保障するために、最も頻繁に潤滑油を塗る必要がある。軸受を滑りやすくするために、オイル又はグリースを用いることは非常に一般的である。しかしながら、様々な理由で、オイル又はグリースを用いるのにふさわしくない状況が存在する。例えば、高温環境等の過酷な環境下では、オイル又はグリースは、正常に機能しないことがある。温度が高する場合、オイル又はグリースが気化するというリスクさえも存在する。さらに、環境要因によってオイル又はグリースの使用がふさわしくないことがある。このような状況は、例えば食品・飲料業界においてあり得る。
【０００３】
一般的に用いられる固体潤滑剤の一つは、軸受の金属薄板ケージの代替品としての電気黒鉛である。グラファイトのケージは、動作中にグラファイトを軌道面及び回転エレメントに放出する。この潤滑剤の欠点は、低い速度性能であり、軸受寿命を減少させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の目的は、先行技術の欠点の内の少なくとも一つを解決する固体潤滑剤を提供することである。より具体的には、本発明の目的は、耐熱性の固体潤滑剤を提供し、低い回転及び滑り摩擦を提供し、比較的高い軸受速度を可能にし、長寿命の軸受を提供する固体潤滑剤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第一側面によると、目的は軸受にための固体潤滑剤によって達成され、少なくとも３０重量％のグラファイト、結合剤、及びここで固体潤滑剤は無機潤滑ナノ粒子をさらに含む。その組成は、軸受のための耐熱性の固体潤滑剤を提供し、軸受における回転接触面及び／又は摺動接触面の低い摩擦及び低い摩耗も提供し、それゆえ高速で動くこと及び／又は軸受の寿命を延ばすことを可能にする。動作中において、固体潤滑剤は、軸受の金属性表面と接触し、固体潤滑剤膜が摩耗によって構築されることになる。固体潤滑剤膜が除去された場合、新しい膜が化合物の容器によって構築されるであろう。ナノ粒子は、無数のミニチュア転がりうけ軸の回転と比較することが可能なメカニズムによって滑りやすくするため、摩擦及び摩耗を大きく低減する。本発明の他の利点は、１）任意の温度での低い起動トルク、２）軸受の寿命の間、軸受は潤滑剤を塗られる、３）潤滑剤の損失は最小限である、４）極めて低速の回転及び振動用途に適している、並びに、５）改善された労働者の安全及び多くのオイル又はグリースと比較して環境に優しいこと、である。
【０００６】
実施形態では、ナノ粒子は、８０ｎｍ〜１６０ｎｍの平均サイズを有する。
【０００７】
実施形態では、ナノ粒子は、８０ｎｍ〜９０ｎｍの平均サイズを有する。
【０００８】
実施形態では、ナノ粒子は、８０ｎｍ〜１００ｎｍの平均サイズを有する。
【０００９】
実施形態では、ナノ粒子は、８０ｎｍ〜１１０ｎｍの平均サイズを有する。
【００１０】
実施形態では、ナノ粒子は、８０ｎｍ〜１２０ｎｍの平均サイズを有する。
【００１１】
実施形態では、ナノ粒子は、８０ｎｍ〜１３０ｎｍの平均サイズを有する。
【００１２】
実施形態では、ナノ粒子は、８０ｎｍ〜１４０ｎｍの平均サイズを有する。
【００１３】
実施形態では、ナノ粒子は、８０ｎｍ〜１５０ｎｍの平均サイズを有する。
【００１４】
実施形態では、潤滑ナノ粒子は、フラーレンのような無機ナノ粒子である。
【００１５】
実施形態では、無機潤滑ナノ粒子は金属ジカルコゲナイドである。更なる実施形態では、金属ジカルコゲナイドは、ＭＸｚの化学式を有し、Ｍはモリブデン、ウォルフラム又は任意の他の適切な金属であり、且つＸは硫黄、セレン又は任意の他の適切なカルコゲンである。
【００１６】
実施形態では、ナノ粒子はナノ球である。実施形態では、ナノ粒子はナノチューブである。
【００１７】
実施形態では、ナノ粒子は、ナノ球とナノチューブとの組み合わせである。
【００１８】
実施形態では、無機潤滑ナノ粒子は、フラーレンのような無機二硫化タングステンナノ球である。
【００１９】
実施形態では、固体潤滑剤は、少なくとも０．０１重量％の無機潤滑ナノ粒子を含む。
【００２０】
実施形態では、固体潤滑剤は、少なくとも１重量％の二硫化モリブデンをさらに含む。
【００２１】
実施形態では、固体潤滑剤は、１．８ｇ／ｃｍ３より大きな密度を有する高密度液体をさらに含む。高密度液体は、固体潤滑剤を生産する際に、化合物又はグラファイト化合物としても知られる固体グラファイト潤滑剤中のナノ粒子の挿入を促進する。ナノ粒子は、高密度液体と混合され得、その後固体グラファイト潤滑剤と一体にされる。
【００２２】
実施形態では、高密度液体はオイルである。実施形態では、オイルは、ＰＦＰＥ（ペルフルオロポリエーテル）オイルである。実施形態では、防錆添加物は高密度液体と混合される。実施形態では、オイルは高密度オイルではない、つまり鉱油である。
【００２３】
実施形態では、固体潤滑剤は、多孔質構造体を有し、無機潤滑ナノ粒子が多孔質構造体に埋め込まれている。
【００２４】
固体潤滑剤の実施形態では、結合剤は熱硬化性樹脂である。熱硬化性樹脂は、例えばベークライト（フェノール−ホルムアルデヒド樹脂）であり得るが、当業者によって認識される任意の他の適切な熱硬化性樹脂であってもよい。
【００２５】
固体潤滑剤の実施形態では、強化繊維をさらに含む。強化繊維は、例えばガラス繊維、又は当業者によって認識される任意の他の適切な強化繊維であり得る。
【００２６】
実施形態では、固体潤滑剤の構成要素の混合物は、軸受の内輪と外輪との間にある空間の少なくとも一部に注入され、その後固まるまで硬化される。実施形態では、固体潤滑剤の構成要素の上記混合物は、軸受に注入されるときに半液相である。実施形態では、軸受での潤滑剤の硬化の後で、ナノ粒子が固体潤滑剤に注入される。
【００２７】
本発明の第二側面によると、目的は、外輪及び内輪を含み、ここで少なくとも内輪と外輪との間の空間が本発明の第一側面による固体潤滑剤で満たされた軸受によって達成される。なお、本発明の第一側面の全ての実施形態は、本発明の第二側面の全ての実施形態に適用可能であり、逆もまた適用可能である。固体潤滑剤を有する軸受は、耐熱性の潤滑軸受を提供し、内輪と外輪との間の接触面での低い摩擦及び低い摩耗を提供し、且つ従来技術の軸受と比較して長寿命の軸受もまた提供する。
【００２８】
実施形態では、固体潤滑剤中のナノ粒子は、無数のミニチュア転がり軸受の回転と考えられ、それゆえ摩擦及び摩耗を大幅に低減するというメカニズムによって滑りやすくする入れ子構造を有する。軸受の動作中において、固体潤滑剤は、軌道面上及び軸受の回転エレメント上で非常に薄い膜を維持し、それによって金属と金属との接触を回避する。本発明の他の利点は、１）任意の温度での低い起動トルク、２）軸受の寿命の間、軸受は潤滑剤を塗られる、３）潤滑剤の損失は最低限である、４）極めて遅い低速の回転及び振動用途に適している、並びに、５）改善された労働者の安全及び多くのオイル又はグリースと比較して環境に優しいことである。さらに、軸受が固体潤滑剤で全体的に満たされる場合、混入物質及び他の粒子が軸受内に侵入することを妨げ得る。こうして、固体潤滑剤は、軸受の軸端面をシールする、軸受のためのシールとして機能し得る。
【００２９】
軸受の実施形態では、外輪が、外輪の半径方向に内側の周囲面上に内側軌道面を与え、且つ内輪が、内輪の半径方向に外側の周囲面上に外側軌道面を与える。さらに、複数の回転エレメントが、内側起動面と外側軌道面との間に配される。
【００３０】
実施形態では、転がり軸受はボール軸受又はローラー軸受である。ボール軸受は、深い溝のボール軸受、自己整列したのボール軸受、角度のある接触のボール軸受、スラストボール軸受、又は任意の他のボール軸受であってよい。ローラー軸受は、球状のローラー軸受、円筒状のローラー軸受、テーパーローラー軸受、ドーナツ形をしたローラー軸受、スラストローラー軸受（つまり、球状のスラストローラー軸受）、又は任意の他のローラー軸受であってよい。
【００３１】
実施形態では、複数の回転エレメントを有する軸受は、少なくとも二つの隣接する回転エレメントを分離するための少なくとも一つの分離エレメントをさらに含む。分離エレメントは、二つの隣接する回転エレメントの間の分離スペーサ―、すなわちボール又はローラーであってよい。スペーサ―は、軸受において回転エレメントを分離するためのものとしてよく知られている。実施形態では、スペーサ―は軸受において全ての回転エレメントの間にある。他の一つの実施形態では、回転エレメントを分離するための分離エレメントは、ケージ又はリテーナーである。
【００３２】
少なくとも一つの分離エレメントを与える転がり軸受の実施形態では、固体潤滑剤は、少なくとも部分的に分離エレメントに付着している。分離エレメントがスペーサ―ならば、固体潤滑剤はスペーサ―に付着し得る。潤滑剤は、スペーサ―を全体として包み得るが、スペーサ―の特定の表面のみを覆うこともあり得る。実施形態では、固体潤滑剤は、回転エレメント及び／又は軸受の内側軌道面及び外側軌道面に接触することを目的とするスペーサ―の表面に少なくとも部分的に付着している。スペーサ―は、例えば鉄、銅又は真鍮等の金属から作製され得るが、ポリマースペーサ―又は任意の他の適切な材料であってもよい。分離エレメントがケージならば、固体潤滑剤は、ケージの表面を全て包み得るが、ケージの周囲面の特定の部分のみを覆ってもよい。
【００３３】
実施形態では、固体潤滑剤は、回転エレメント及び／又は軸受の内側軌道面及び外側軌道面と接触することを目的とするケージの表面に少なくとも部分的に付着している。ケージは、例えば鉄、銅又は真鍮等の金属から作製され得るが、ポリマーケージ、又は任意の他の適切な材料であってもよい。実施形態では、内輪と外輪との間の空間は、全て埋められ、回転エレメント及び分離エレメントを包んでいる。回転エレメント及び軌道面の周りに狭い隙間が形成され、軸受構成要素が自由に回転することを可能にし、一方で固体潤滑剤は分離エレメントと結合し得る。
【００３４】
転がり軸受の実施形態では、固体潤滑剤は分離エレメントである。固体潤滑剤は、異なるデザインのスペーサ―又はケージの形に成形され得る。このような場合、金属又はポリマーの、ケージ又はスペーサ―の無駄がない。固体潤滑剤はこうして、軸受を滑らかにしていると同時に、軸受において回転エレメントを分離している。実施形態では、内輪と外輪との間の空間は、全体的に満たされ、且つ回転エレメントを包んでいる。回転エレメント及び軌道面の周りに狭い隙間が形成されることになり、軸受構成要素が自由に回転することを可能にする。固体潤滑剤は、軸受内に押し込められる。
【００３５】
実施形態では、軸受は滑り軸受である。固体潤滑剤は、軸受の内輪と外輪との間の空間に配され得る。実施形態では、内輪及び外輪の内の少なくとも一つが、内輪と外輪との間にある接触面の外周に溝を与え、その溝は本発明による固体潤滑剤で少なくとも部分的に満たされる。その溝は、二つの輪の外周の周りの全てに延長することがあり得る。
【００３６】
実施形態では、軸受はシールされた軸受であり、シールは軸受の軸端面の内の少なくとも一つに配され、それによって軸受の内輪と外輪との間をシールする。シールは、ゴム等のポリマー又は任意の適切な材料によって作製され得る。さらに、シールは一以上のシールリップを備える一つの又は二つの部分のシール等の、多くの方法で設計され得る。
【００３７】
固体潤滑剤を有する軸受は、例えば金属産業（例えば、ブルームキャスター又はビレットキャスターでのロール、板の冷却及び伸ばし、バーミルでのガイドロール、再加熱炉ロール）、工業炉（例えば、硬化及びアニールオーブンのための、窯トラック車輪軸受（ｋｉｌｎ  ｔｒａｃｋ  ｗｈｅｅｌ  ｂｅａｒｉｎｇｓ）及びチェイン軸受）、食品・飲料業界（例えば、オーブン、燻製場コンベアーライン、ウェハマシン、殺菌）、自動車及び粉塗料、製紙業界向けの塗装ライン（例えば、紙変更ライン）、真空・宇宙応用及び石油・ガス産業（例えば、積極的に溶媒を用いた用途）で活用できる。しかしながら、軸受が十分に機能し得る、多くの他の適した利用領域がもちろん存在する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による固体潤滑剤を備えた転がり軸受の上面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線に沿った、転がり軸受の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明の好ましい実施形態の詳細な説明と同様に、前述の概要は、添付の図面と関連して読むことでよりよく理解されるであろう。発明を説明する目的のために、現在のところ好ましい実施形態が、概略であるが図示される。しかしながら、本発明は示された正確な配置及び手段に限定されるものではない。
【００４０】
図１では、本発明による軸受１が開示される。軸受１は、同軸上に位置する外輪２及び内輪３、並びに間にある回転エレメント４を含む。さらに、空間５は本発明による固体潤滑剤で満たされている。空間５の全体が固体潤滑剤で満たされ得るが、空間５の一部が固体潤滑剤で満たされてもよい。固体潤滑剤は、ケージ又はスペーサ―（図示されない）と結合してもよい。軸受１は、深い溝のボール軸受、角度のある接触のボール軸受、自己整列したボール軸受、並びに、球状のローラー軸受、テーパーローラー軸受、円筒状のローラー軸受、ドーナツ形をしたローラー軸受又は任意の他のタイプのローラー軸受等の、任意の種類のボール軸受又はローラー軸受であってよい。回転エレメントがない滑り軸受であってもよい。このような場合、外輪２及び内輪３は互いに接触し、スライドすることで相対的に回転することが可能である。
【００４１】
図２は、図１で示された線Ａ−Ａに沿った軸受１の断面図である。軸受１は、外輪２、内輪３、回転エレメント４（この図では回転エレメントはボールである）、及び（図１では示されていない）ケージ６を含む。さらに、外輪２が内側軌道面２１を与え、内輪３が外側軌道面３１を与える。ボール４は、少なくとも詰め込まれた領域では、内側軌道面２１及び外側軌道面３１と接触することで、内輪２及び外輪３が互いに相対的に回転し得る。また、空間５が図に示され、空間は部分的に又は全体的に、本発明による固体潤滑剤で満たされ得る。ケージ６は、固体潤滑剤で部分的に覆われ得るが、固体潤滑剤はケージ６を全体的に包むこともあり得る。また、ケージ６は全体的に、固体潤滑剤から作製され得る。ケージ６は、鉄、銅又は真鍮等の金属から作製され得るが、ポリマーから作製されてもよい。ケージ６に関しては、軸受のタイプ、ローラーの形状等に応じて、様々な異なるタイプの形状及びデザインの可能性がある。空間５が固体潤滑剤で全体的に満たされる場合、軸受１の軸端面は、潤滑剤によってシールされ得、こうして混入物質及び他の粒子が軸受１内へ侵入するリスクを低減する。また、分離エレメント６は、スペーサ―であり得、少なくとも二つの隣接する回転エレメントを分離する個別のエレメントである。スペーサ―は、鉄、銅又は真鍮等の金属から作製され得るが、ポリマー材料から作製されてもよい。また、スペーサ―は全体的に、本発明による固体潤滑剤から作製され得る。
【００４２】
当然のことながら、当業者は、その広い発明概念から逸脱することなく、上記で説明された実施形態に変更を加えることが可能である。従って、この発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求として一般的に定義された本発明の精神及び範囲内の修正を含むものとする。
【符号の説明】
【００４３】
１    軸受
２    外輪
３    内輪
４    回転エレメント
５    空間
６    ケージ、分離エレメント
２１    内側軌道面
３１    外側軌道面
【図１】
2014505773.tif 000003
【図２】
2014505773.tif 000004
【国際調査報告】
2014505773.tif 000005