(57)【要約】【課題】  部品点数を増加させることなく、軸受装置回転時の潤滑に寄与する固体潤滑剤の絶対量を増加させる転がり軸受装置を提供する。【解決手段】  内輪間座６に、大幅部２１と大幅部よりも軸方向幅の小さい小幅部２２とを設け、大幅部２１を小幅部２２の外径側に配置する。大幅部２１の端面のうち、円周方向一部領域を内輪２の端面２ａに接触させると共に、その他の領域を内輪の端面と非接触としてこの非接触部分で潤滑剤供給路３０を形成する。また、小幅部の端面と内輪の端面との間のすきまで潤滑剤保持部２０を形成する。軸受回転時には、潤滑剤保持部２０に充填した粉末固体潤滑剤１３を潤滑剤供給路３０を介して遠心力で外径側に飛散させる。【選択図】図１
2012007686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側の外輪と、回転側の内輪と、内輪軌道面と外輪軌道面との間に介在する複数の転動体と、転動体を保持する保持器と、内輪の端面に接触して該内輪の軸方向位置決めを行う内輪間座とを有する転がり軸受装置において、
内輪間座に、粉末固体潤滑剤を保持する潤滑剤保持部と、潤滑剤保持部と連通し、内輪間座の外周に開口する潤滑剤供給路とを設け、軸受回転時に、潤滑剤保持部の固体潤滑剤を潤滑剤供給路を介して遠心力で外径側に飛散させることを特徴とする転がり軸受装置。
【請求項２】
内輪間座の一端内周に、潤滑剤保持部として周方向溝を形成した請求項１記載の転がり軸受装置。
【請求項３】
内輪間座に、大幅部と大幅部よりも軸方向幅の小さい小幅部とを設け、大幅部を小幅部の外径側に配置し、大幅部の端面のうち、円周方向一部領域を内輪の端面に接触させると共に、その他の領域を内輪の端面と非接触としてこの非接触部分で潤滑剤供給路を形成し、小幅部の端面と内輪の端面との間のすきまで潤滑剤保持部を形成した請求項１または２記載の転がり軸受装置。
【請求項４】
内輪間座に、潤滑剤保持部として軸方向孔を形成した請求項１記載の転がり軸受装置。
【請求項５】
内輪間座に、大幅部と大幅部よりも軸方向幅の小さい小幅部とを設け、大幅部を小幅部の内径側に配置し、小幅部の端面と内輪の端面との間の隙間で潤滑剤供給路を形成し、内輪間座に前記潤滑剤供給路に開口する軸方向孔を形成して、この軸方向孔で前記潤滑剤保持部を構成した請求項１または４記載の転がり軸受装置。
【請求項６】
前記固体潤滑剤の粉末が、平均粒径２０μｍ以下のＰＴＦＥ粉末であることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の固体潤滑転がり軸受装置。
【請求項７】
内輪軌道面、外輪軌道面、および転動体の表面のうち、少なくとも一つの表面に、固体潤滑被膜を形成した請求項１〜６何れか１項に記載の転がり軸受装置。
【請求項８】
前記保持器を、自己潤滑性を有する樹脂で形成した請求項１〜７何れか１項に記載の転がり軸受装置。
【請求項９】
前記転動体をセラミックで形成した請求項７または８記載の転がり軸受装置。
【請求項１０】
ロケットエンジンの液体燃料用ターボポンプ、または、真空環境で使用する宇宙用機器に装備された請求項１〜９何れか１項に記載の転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通常の流動性潤滑剤（グリースやオイル）を適用できない環境下で使用される転がり軸受装置であって、特に内輪間座を有する転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロケットエンジンの液体燃料用ターボポンプに使用される転がり軸受装置は、−２５３℃の液体水素中、或いは、−１８３℃の液体酸素中という極低温環境下で使用されるため、通常のグリースやオイル等の流動性潤滑剤を適用することができない。また、宇宙用機器のような真空環境下で使用される軸受装置においても、潤滑剤の蒸発という問題等があるために流動性潤滑剤を適用することができない場合がある。このような流動性潤滑剤による潤滑が難しい転がり軸受装置では、軟質金属やＰＴＦＥ等の高分子系の固体潤滑剤を使用した固体潤滑が行われている。
【０００３】
一般に固体潤滑の転がり軸受装置では、内輪軌道面、外輪軌道面、および転動体表面に固体潤滑剤の被膜（固体潤滑被膜）を形成している。固体潤滑剤としては、金、銀、鉛等の軟質金属、二硫化モリブデン等の無機質状物質、ＰＴＦＥ等の高分子系のものを使用するのが通例である。このように所要箇所に被膜を形成する他、ガラス繊維等で強化したＰＴＦＥ等の高分子系樹脂で保持器自体を形成し、他部材との摺動により保持器で発生した固体潤滑剤粉を転動体表面や軌道面に転着させて固体潤滑剤転移膜を形成することにより、固体潤滑を行う場合もある。
【０００４】
ロケットエンジンの液体燃料用ターボポンプは、ロケット打ち上げ時の限られた時間（最長約１０分）のみ使用されるため、固体潤滑被膜や固体潤滑剤転移膜による固体潤滑だけでも要求寿命を満足することができる。一方、固体潤滑転がり軸受装置の長寿命化によるターボポンプの信頼性（安全率）向上の市場要求は高く、また、最近ではロケットエンジンの再利用化の要求も高いが、このような要求を上記固体潤滑で満たすことが難しい。そこで、固体潤滑転がり軸受装置の長寿命化を図るため、軸受回転（運転）時の固体潤滑に寄与する固体潤滑剤の絶対量を増加させる特別な軸受部品を追加することが知られている。例えば、内輪と外輪の間に配列された複数の転動体の隣り合う転動体間に自己潤滑性を有する材料からなる円柱状の転動体間座を配置し、軸受回転時に転動体と接する転動体間座の表面から擦れて飛散する粉末固体潤滑剤を内輪と外輪の間の軸受内部に供給する提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−４７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１のような固体潤滑転がり軸受装置は、転動体間座の数を増やすことで、軸受回転時の潤滑に寄与する潤滑剤の絶対量を増加させることができる。しかし、固体潤滑剤供給源としての機能のみを有する転動体間座を追加配置する構造は、軸受構成部品点数の増加という点で好ましくない。
【０００７】
本発明は、部品点数を増加させることなく、固体潤滑剤の絶対量を増加させて、長寿命化を図ることが容易な固体潤滑転がり軸受装置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】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、固定側の外輪と、回転側の内輪と、内輪軌道面と外輪軌道面との間に介在する複数の転動体と、転動体を保持する保持器と、内輪の端面に接触して該内輪の軸方向位置決めを行う内輪間座とを有する転がり軸受装置において、内輪間座に、固体潤滑剤の粉末を保持する潤滑剤保持部と、潤滑剤保持部と連通し、内輪間座の外周に開口する潤滑剤供給路とを設け、軸受回転時に、潤滑剤保持部の固体潤滑剤を潤滑剤供給路を介して遠心力で外径側に飛散させることを特徴とする。
【０００９】
以上の構成であれば、軸受回転時に、潤滑剤保持部の固体潤滑剤が潤滑剤供給路を介して遠心力で外径側に飛散する。これにより、軸受内部に固体潤滑剤が供給され、転がり摩擦や滑り摩擦を生じる部位に固体潤滑被膜が形成される。潤滑剤保持部を有する内輪間座は、軸受機能上不可欠な部品であり、この部品を固体潤滑剤の供給源として活用するので、軸受部品点数を増加させることなく、軸受回転時の潤滑に寄与する潤滑剤の絶対量を増加させることができ、転がり軸受装置の長寿命化、信頼性向上を図ることができる。
【００１０】
潤滑剤保持部は、内輪間座の一端内周に形成した周方向溝や内輪間座に形成した軸方向孔で構成することができる。何れの形態の潤滑剤保持部も、簡単な加工で形成することができ、内輪間座の低コスト化を図ることができる。
【００１１】
潤滑剤保持部の前者の具体例として、内輪間座に、大幅部と大幅部よりも軸方向幅の小さい小幅部を設け、大幅部を小幅部の外径側に配置し、大幅部の端面のうち、円周方向一部領域を内輪の端面に接触させると共に、その他の領域を内輪の端面と非接触としてこの非接触部分で潤滑剤供給路を形成し、小幅部の端面と内輪の端面との間のすきまで潤滑剤保持部を形成することが考えられる。
【００１２】
潤滑剤保持部の後者の具体例として、内輪間座に、大幅部と大幅部よりも軸方向幅の小さい小幅部とを設け、大幅部を小幅部の内径側に配置し、小幅部の端面と内輪の端面との間の隙間で潤滑剤供給路を形成し、内輪間座に前記潤滑剤供給路に開口する軸方向孔を形成して、この軸方向孔で前記潤滑剤保持部を構成することが考えられる。
【００１３】
以上に説明した転がり軸受装置で使用する粉末固体潤滑剤としては、平均粒径２０μｍ以下のＰＴＦＥ粉末が望ましい。平均粒径２０μｍ以下とすることにより、固体潤滑剤の流動性が良好なものとなり、潤滑剤供給路での目詰まりを確実に防止することができる。
【００１４】
運転開始直後の潤滑状態を改善するため、内輪軌道面、外輪軌道面、および転動体の表面のうち、少なくとも一つの表面に、固体潤滑被膜を形成するのが望ましい。同様の目的から、保持器を、自己潤滑性を有する樹脂で形成するのが望ましい。
【００１５】
転動体をセラミックで形成すれば、外輪の接触面圧を低減できるため、軸受装置のさらなる長寿命化を図ることができる。
【００１６】
以上に述べた転がり軸受装置は、ロケットエンジンの液体燃料用ターボポンプ、または、真空環境で使用する宇宙用機器用の軸受装置として特に適合する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、軸受構成部品点数を増加させることなく、軸受回転時の潤滑に寄与する固体潤滑剤の絶対量を増加させて、固体潤滑転がり軸受装置の長寿命化と信頼性の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態を示す転がり軸受装置の断面図である。
【図２】図１の内輪間座の部分斜視図である。
【図３】図１の内輪間座の断面図である。
【図４】軸受装置に組み込んだ内輪間座の拡大断面図である。
【図５】他の実施の形態を示す固体潤滑転がり軸受装置の断面図である。
【図６】図５の内輪間座の部分斜視図である。
【図７】図５の内輪間座の拡大部分断面図である。
【図８】軸受装置に組み込んだ内輪間座の拡大断面図である。
【図９】内輪間座の他の実施形態を示す断面図である。
【図１０】内輪間座の他の形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に示す転がり軸受装置は、低温かつ高速回転の環境下で使用されるロケットエンジンの液体燃料ターボポンプ用軸受に適用されるもので、複列のアンギュラ玉軸受１を備える。各アンギュラ玉軸受１は、回転軸である主軸８（図４参照）に嵌着される一対の内輪２と、固定側のハウジング（図示省略）の内周面に嵌着される一対の外輪３とを備える。内輪２の軌道面１１と外輪３の軌道面１２の間に複数の転動体４が接触角をもって配置され、この転動体４を保持器５が円周方向で等間隔に保持している。複列のアンギュラ玉軸受１の内輪２の間に内輪間座６が設置され、外輪３の間に外輪間座７が設置されている。
【００２０】
軸受内部空間には、グリース蒸発等の問題から、グリースを封入することができない。グリースが存在しないことで問題となる初期摩擦を低減するため、内輪軌道面１１、外輪軌道面１２、および転動体４の表面のうち、何れか一つ以上、もしくは全てにＰＴＦＥ等からなる固体潤滑被膜が形成されている。同様の目的から、保持器５のポケット内面を含む表面全体にＰＴＦＥ等からなる固体潤滑被膜が形成されている。図１では、軸受装置の軸方向両側をシール部材で密封することなく開放しているが、外輪３に取り付けたシール部材で軸受内部空間を密封することもできる。
【００２１】
内輪２、外輪３、および転動体４はステンレス鋼、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼で形成することができる。なお、転動体４はセラミックで形成することもできる。セラミック製の転動体４であれば、軸受回転時に転動体に働く遠心力が軽減され、外輪の接触面圧を低減できるため、軸受の長寿命化を図ることができる。保持器５は樹脂製で、例えばＰＴＦＥ等にガラス繊維もしくは炭素繊維を添加した複合材料で形成される。この他、浸炭鋼、アルミニウム合金、ステンレス鋼、銅合金等の金属材料で保持器５を形成することもできる。
【００２２】
図１の固体潤滑転がり軸受装置は、内輪間座６に固体潤滑剤供給源の機能を持たせた構造にしてある。以下、内輪間座６の構成を図２〜図４に基づいて説明する。
【００２３】
図２および図３に示すように、内輪間座６は、外径側に配した円筒状の大幅部２１と、内径側に配した同じく円筒状の小幅部２２とを一体化した構成をなす。大幅部２１の軸方向幅Ｌ１は小幅部２２の軸方向幅Ｌ２よりも大きく（Ｌ１＞Ｌ２）、この寸法関係から、内輪間座６の軸方向両端の内周に環状の周方向溝２３が形成される。大幅部２１の両端面２１ａには、外径端が大幅部２１の外周面に開口し、内径端が周方向溝２３に開口した径方向溝３１が円周方向複数箇所に等間隔に形成されている。
【００２４】
転がり軸受装置の組立に際しては、図４に示すように、内輪間座６の大幅部２１の両端面２１ａをそれぞれ内輪２の端面２ａに接触させ、内輪２および内輪間座６の内周に主軸８を嵌合させる。この組立に際して、予め内輪間座６の周方向溝２３に粉末状の固体潤滑
剤１３を充填しておく。組立後は、図４に示すように、周方向溝２３が主軸８の外周面と内輪２の端面２ａとで仕切られ、この仕切られた周方向溝２３によって固体潤滑剤１３で満たされた潤滑剤保持部２０が構成される。また、内輪２の端面２ａと非接触の径方向溝３１が該端面２ａで仕切られ、この仕切られた径方向溝３１によって、潤滑剤供給路３０が構成される。
【００２５】
粉末固体潤滑剤１３の種類は、自己潤滑性を有する限り任意に採択でき、例えばＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）の粉末を使用することができる。粉末固体潤滑剤の流動性を高めて潤滑剤供給路３０の目詰まりを防止するため、平均粒径が２０μｍ以下の粉末を使用するのが望ましい。
【００２６】
以上の構成により、軸受回転時には、内輪間座６に作用する遠心力により、潤滑剤保持部２０に充填された粉末固体潤滑剤１３が複数の潤滑剤供給路３０を介して外径側に飛散し、軸受内部空間４０に直接供給される。軸受内部空間４０に飛散した粉末固体潤滑剤１３は、内輪軌道面１１および外輪軌道面１２と転動体４との接触面に転移して固体潤滑に寄与する。この固体潤滑が、軌道面１１、１２等に形成した固体潤滑被膜による固体潤滑に加えて行われることから、軸受回転時の潤滑に寄与する固体潤滑剤の絶対量が増加し、転がり軸受の長寿命化を図ることができる。
【００２７】
内輪間座６に形成した周方向溝２３の径方向寸法ｐと軸方向幅ｑ、および、径方向溝３１の数と溝深さｒは、内輪間座６に必要とされる強度を確保できる範囲内で、用途に応じて求められる固体潤滑剤の単位時間当たりの供給量や総供給時間が得られるように適宜定められる。また、本実施形態では内輪間座６の軸方向両側で潤滑剤保持部２０の容積や潤滑剤供給路３０の数や寸法を同一にしているが、特に両側で潤滑剤の供給量を均等にする必要がなければ、周方向溝２３の半径方向幅ｐや軸方向幅ｑ、径方向溝３１の数や溝深さｒを軸方向両側で異ならせることもできる。また、どちらか一方の潤滑剤保持部２０および潤滑剤供給路３０を省略してもよい。
【００２８】
図５〜図７に示す転がり軸受装置は、内輪間座６の潤滑剤保持部２０を、軸方向孔２５で形成した例である。図１〜図４に示す実施形態と同様に、内輪間座６は、円筒状の大幅部２１と、大幅部２１の軸方向幅Ｌ１よりも軸方向幅Ｌ２を小さくした円筒状の小幅部２２とを一体形成した形状をなす。その一方で、この実施形態では、図１〜図４に示す実施形態とは逆に、小幅部２２が外径側に、大幅部２１が内径側に配置されており、この位置関係から、内輪間座６の軸方向両端の外周に環状の周方向溝２６が形成されている。潤滑剤保持部２０としての軸方向孔２５は、大幅部２１と小幅部２２のそれぞれに跨る形で内輪間座６を軸方向に貫通している。
【００２９】
転がり軸受装置の組立に際しては、図８に示すように、内輪間座６の大幅部２１の両端面２１ａをそれぞれ内輪２の端面２ａに接触させ、内輪２および内輪間座６の内周に主軸８を嵌合させる。この組立に際して、予め軸方向孔２５にＰＴＦＥ等の粉末固体潤滑剤１３を充填しておく。組立後は、周方向溝２６が内輪２の端面２ａで仕切られ、この仕切られた周方向溝２６によって潤滑剤供給路３０が構成される。
【００３０】
以上の構成により、軸受回転時には、潤滑剤保持部２０としての各軸方向孔２５に充填された粉末固体潤滑剤１３が軸方向孔２５の両端開口から周方向溝２６に達し、内輪間座６に作用する遠心力により、潤滑剤供給路３０を介して外径側に飛散する。これにより、軸受内部空間４０に粉末固体潤滑剤１３が直接供給されるため、図１〜図４に示す実施形態と同様の効果が得られる。
【００３１】
この実施形態においても、内輪間座６に形成した周方向溝２６の径方向寸法ｐ’と軸方
向幅ｑ’、および、軸方向孔２５の数と径寸法ｒ’は、内輪間座６に必要とされる強度を確保できる範囲内で、用途に応じて求められる固体潤滑剤の単位時間当たりの供給量や総供給時間が得られるように適宜定められる。
【００３２】
内輪間座６に軸方向に形成する軸方向孔２５は貫通穴に限らず、例えば図９に示すような非貫通穴２５ａ，２５ｂとし、それぞれを潤滑剤保持部２０として用いることもできる。また、図１０に示すように、軸方向孔２５を内輪間座６の軸方向一方側の端面にのみ開口させてもよい。この場合、潤滑剤供給路３０も当該一方側にのみ形成すれば足りる。
【００３３】
以上に説明した転がり軸受装置は、ロケットエンジンの液体燃料ターボポンプだけでなく、グリースを使用できない使用条件、例えば低温下で高速回転する軸受装置や、宇宙環境等の真空下で使用する軸受装置として広く使用することが可能である。また、軸受形式としてアンギュラ玉軸受を例示したが、他の軸受形式（深溝玉軸受）を使用した転がり軸受装置にも本発明を提供することができる。
【符号の説明】
【００３４】
２    内輪
３    外輪
４    転動体
５    保持器
６    内輪間座
７    外輪間座
１１    内輪軌道面
１２    外輪軌道面
１３    粉末固体潤滑剤
２０    潤滑剤保持部
２１    大幅部
２２    小幅部
２３    周方向溝
２５    軸方向孔
３０    潤滑剤供給路
３１    径方向溝
４０    軸受内部空間
【図１】
2012007686.tif 000003
【図２】
2012007686.tif 000004
【図３】
2012007686.tif 000005
【図４】
2012007686.tif 000006
【図５】
2012007686.tif 000007
【図６】
2012007686.tif 000008
【図７】
2012007686.tif 000009
【図８】
2012007686.tif 000010
【図９】
2012007686.tif 000011
【図１０】
2012007686.tif 000012