(57)【要約】【課題】固体潤滑転がり軸受の内部の潤滑状態を長期間にわたって良好に維持し、軸受寿命を延長する。【解決手段】内外輪１、２間でボール３を保持する保持器４の各ポケット４ａに、ボール３とグラファイトを６０〜９８ｖｏｌ％含む材料で形成した円柱状の潤滑部材５とを１個ずつ収容して、この潤滑部材５の一端面をボール３に滑り接触させることにより、ボール３表面に剥離しにくいグラファイトの移着膜がむらなく形成されるようにした。その結果、大気中の高温環境下でも、内輪転走面１ａおよび外輪転走面２ａとボール３との間の潤滑状態が長期間にわたって良好に維持され、軸受寿命の延長を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪との間に、複数の転動体と、前記各転動体をポケットに収容して転動自在に保持する保持器と、固体潤滑剤を含む材料で形成された潤滑部材とを組み込んだ固体潤滑転がり軸受において、前記保持器の各ポケットに、前記転動体と、前記固体潤滑剤としてグラファイトを６０〜９８ｖｏｌ％含む材料で形成した潤滑部材とを、互いに滑り接触する状態でそれぞれ１個以上収容したことを特徴とする固体潤滑転がり軸受。
【請求項２】
前記保持器の各ポケットに、前記転動体と前記潤滑部材を１個ずつ収容したことを特徴とする請求項１に記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項３】
前記保持器の各ポケットに、１個の前記転動体と、この転動体を挟む位置に配される２個の前記潤滑部材を収容したことを特徴とする請求項１に記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項４】
前記潤滑部材は、互いに平行な２つの平面を有し、その一方の平面を前記転動体と滑り接触させ、他方の平面を前記保持器と滑り接触させるものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項５】
前記潤滑部材の滑り接触する面に溝を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項６】
前記潤滑部材をグラファイトとバインダとの焼結体で形成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項７】
前記バインダとして、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｃｒの群から選択される１種の金属または前記各金属の酸化物、窒化物、ホウ化物のうちの少なくとも一つを含むものを使用したことを特徴とする請求項６に記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項８】
前記内輪および外輪をマルテンサイト系ステンレス鋼で形成したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項９】
前記転動体をマルテンサイト系ステンレス鋼で形成したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項１０】
前記転動体をセラミックスで形成したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項１１】
前記マルテンサイト系ステンレス鋼がＪＩＳ規格のＳＵＳ４４０Ｃであることを特徴とする請求項８または９に記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項１２】
前記セラミックスが窒化ケイ素であることを特徴とする請求項１０に記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項１３】
前記内輪と外輪のいずれか一方の軸方向両端部に、内輪と外輪との間の環状空間を塞ぐシール部材を取り付けたことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項１４】
大気中の３５０℃以上の環境で使用されることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項１５】
樹脂フィルム延伸装置内で樹脂フィルムを把持するテンタークリップに取り付けられ、テンタークリップ案内用のガイドレール上を転動するガイドローラとして使用されることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項１６】
ガラス基板製造装置の搬送用軸受として使用されることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の固体潤滑転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温条件下で使用される固体潤滑転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温条件下で使用される転がり軸受では、一般に、潤滑剤として耐熱性に優れたフッ素グリースが封入されている。しかし、例えば、樹脂フィルム延伸装置内でテンタークリップ用ガイドローラとして使用される転がり軸受等、フッ素グリースでも耐熱性の不足するような高温にさらされる転がり軸受に対しては、通常、フッ素グリースよりも高い耐熱性を有する固体潤滑剤による潤滑が行われる。
【０００３】
例えば、特許文献１では、内輪と外輪の間に固体潤滑複合材で形成したボール（以下、「潤滑ボール」という。）を少なくとも一つ組み込むことにより、この潤滑ボールから長期にわたって固体潤滑剤が供給されるようにした固体潤滑転がり軸受が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２で提案されている固体潤滑転がり軸受は、内外輪間に特許文献１と同様の潤滑ボールを組み込んだうえ、内輪、外輪、転動体のうちの少なくとも一つの部品の表面に固体潤滑皮膜を設けて、潤滑ボールからの固体潤滑剤の供給が少ない回転初期でも良好な潤滑状態が得られるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−４８８５２号公報
【特許文献２】特開２００５−１３３８８１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、２に記載された固体潤滑転がり軸受では、潤滑ボールが内輪および外輪の転走面上を転がることにより、各転走面に固体潤滑剤の移着膜が形成されて、各転走面と転動体との間が潤滑されるようになっている。
【０００７】
しかしながら、潤滑ボールの内外輪の転走面との接触は転がり接触であるため、転走面に形成される固体潤滑剤の移着膜はむらがあり、しかも付着力が弱いので剥離しやすい。このため、各転走面と転動体との間の潤滑状態は必ずしも良好に維持されず、軸受が短寿命となることがある。
【０００８】
そこで、本発明は、固体潤滑転がり軸受の内部の潤滑状態を長期間にわたって良好に維持し、軸受寿命を延長することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、内輪と外輪との間に、複数の転動体と、前記各転動体をポケットに収容して転動自在に保持する保持器と、固体潤滑剤を含む材料で形成された潤滑部材とを組み込んだ固体潤滑転がり軸受において、前記保持器の各ポケットに、前記転動体と、前記固体潤滑剤としてグラファイトを６０〜９８ｖｏｌ％含む材料で形成した潤滑部材とを、互いに滑り接触する状態でそれぞれ１個以上収容した構成を採用した。
【００１０】
すなわち、グラファイトを６０〜９８ｖｏｌ％含む材料で形成した潤滑部材を転動体に滑り接触させることにより、転動体表面に剥離しにくいグラファイトの移着膜がむらなく形成され、大気中の高温環境下でも、内外輪の転走面と転動体との間の潤滑状態を長期間にわたって良好に維持できるようにしたのである。
【００１１】
ここで、潤滑部材に含まれる固体潤滑剤としてグラファイトを選定したのは、グラファイトが他の固体潤滑剤に比べて、耐熱性、入手容易性、大気中高温下での潤滑性の点で優れるからである。ただし、その配合率は、６０ｖｏｌ％未満では大気中高温下で十分な潤滑効果が得られないため、６０ｖｏｌ％以上が必要であり、好ましくは８０ｖｏｌ％以上である。また、９８ｖｏl％より多いとバインダ量が不足して、潤滑部材の強度が小さくなり、使用中に欠けや割れなどが発生する。
【００１２】
上記の構成において、前記保持器の各ポケットにおける前記転動体と前記潤滑部材の具体的な配置としては、保持器の各ポケットに、転動体と潤滑部材を１個ずつ収容するか、１個の転動体と、この転動体を挟む位置に配される２個の潤滑部材を収容するとよい。１個の転動体に対して１個または２個の潤滑部材から固体潤滑剤が供給され、十分な潤滑効果が確実に得られるからである。また、１個の転動体を２個の潤滑部材で挟むように配置した場合は、転動体と潤滑部材を１個ずつ収容した場合に比べて、転動体と保持器との摺動箇所を減らすことができ、回転トルクを低減することができる。
【００１３】
前記潤滑部材は、互いに平行な２つの平面を有し、その一方の平面を前記転動体と滑り接触させ、他方の平面を前記保持器と滑り接触させるものとすることが好ましい。このようにすれば、潤滑部材を加工しやすく、破損しにくいものとすることができる。その潤滑部材の形状としては、例えば、円柱形状や角柱形状を採用することができる。また、前記潤滑部材の滑り接触する面には溝を設けて、摩耗粉を排出しやすくすることが望ましい。
【００１４】
また、前記潤滑部材は、グラファイトとバインダとの焼結体で形成することができる。そのバインダとしては、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｃｒの群から選択される１種の金属または前記各金属の酸化物、窒化物、ホウ化物のうちの少なくとも一つを含むものを使用するとよい。
【００１５】
一方、前記内輪、外輪および転動体は、耐熱性を持たせるためマルテンサイト系ステンレス鋼で形成することが好ましく、そのマルテンサイト系ステンレス鋼としては、ＪＩＳ規格のＳＵＳ４４０Ｃを用いることが好ましい。そして、初期潤滑を良好にするために、その転動体の表面に固体潤滑被膜処理を施してもよい。また、前記転動体は、内外輪の転走面との凝着の低減が期待できるセラミックスで形成してもよく、その場合のセラミックスとしては、窒化ケイ素を用いることが好ましい。
【００１６】
また、前記内輪と外輪のいずれか一方の軸方向両端部には、内輪と外輪との間の環状空間を塞ぐシール部材を取り付け、固体潤滑剤の摩耗粉の軸受外部への飛散を防止することが望ましい。そのシール部材は、耐熱性を持たせるためにオーステナイト系ステンレス鋼で形成することが好ましく、そのオーステナイト系ステンレス鋼としては、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４を用いることが好ましい。
【００１７】
前記保持器も、耐熱性を持たせるためにオーステナイト系ステンレス鋼で形成することが好ましく、そのオーステナイト系ステンレス鋼としては、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４を用いることが好ましい。
【００１８】
そして、本発明の固体潤滑転がり軸受は、大気中の高温環境で使用される転がり軸受に対して、特に有効に適用することができる。ここでいう高温とは、転がり軸受の潤滑剤としてフッ素グリースを用いた場合に２４時間以上の連続運転ができない温度、例えば、転動体と内外輪転走面との間の最大接触圧力が１．７ＧＰａで回転数が１０００ｍｉｎ-1の条件で運転した場合に、５〜１０時間で寿命に達するような温度であり、概ね３５０℃以上である。このような高温環境で使用される転がり軸受としては、例えば、樹脂フィルム延伸装置内で樹脂フィルムを把持するテンタークリップに取り付けられ、テンタークリップ案内用のガイドレール上を転動するガイドローラとして使用される転がり軸受や、ガラス基板製造装置の搬送用軸受がある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、上述したように、転がり軸受の潤滑部材を、グラファイトを６０〜９８ｖｏｌ％含む材料で形成し、この潤滑部材を転動体とともに保持器のポケットに収容して転動体に滑り接触させるようにしたので、転動体表面に剥離しにくいグラファイトの移着膜をむらなく形成することができる。したがって、大気中の高温環境下でも、内外輪の転走面と転動体との間の潤滑状態を長期間にわたって良好に維持することができ、軸受寿命の延長を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態の固体潤滑転がり軸受のシールドを除いた一部切欠き正面図
【図２】図１の潤滑部材の外観斜視図
【図３】図１のIII−III線に沿った断面図
【図４】図１のボールと潤滑部材の組み込み状態の説明図
【図５】第２実施形態の固体潤滑転がり軸受のシールドを除いた一部切欠き正面図
【図６】図５のボールと潤滑部材の組み込み状態の説明図
【図７】ａ、ｂは、それぞれ各実施形態およびその比較例の軸受の耐久性確認実験の結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図４は、第１の実施形態を示す。この固体潤滑転がり軸受は、樹脂フィルム延伸装置内で樹脂フィルムを把持するテンタークリップに取り付けられ、テンタークリップ案内用のガイドレール上を転動するガイドローラとして、大気中の高温環境（約３５０℃以上）で使用されるもので、その基本的な構成は、図１および図３に示すように、内輪１の外周と外輪２の内周にそれぞれ断面凹円弧状の転走面１ａ、２ａを有し、この内輪転走面１ａと外輪転走面２ａとの間に複数の転動体としてのボール３を配した玉軸受である。
【００２２】
前記内輪１と外輪２の間には、各ボール３をポケット４ａに収容して転動自在に保持する保持器４が組み込まれている。そして、この保持器４の各ポケット４ａには、ボール３と図２に示す形状の潤滑部材５が１個ずつ互いに滑り接触する状態で収容されている（図４参照）。
【００２３】
また、図３に示すように、外輪２の軸方向両端部には、内輪１と外輪２との間の環状空間６を塞ぐシールド（シール部材）７が取り付けられ、潤滑部材５を形成するグラファイトの摩耗粉が軸受外部へ飛散しないようになっている。なお、シールドに代えて耐熱性を有するシールを用いることもできる。
【００２４】
前記内輪１、外輪２およびボール３は、ＳＵＳ４４０Ｃで形成されているが、その他のマルテンサイト系ステンレス鋼を用いてもよい。また、ボール３は、窒化ケイ素等のセラミックスで形成することもできる。一方、前記保持器４およびシールド７はＳＵＳ３０４で形成されている。
【００２５】
図４に示すように、前記保持器４は、軸方向に２分割された状態で形成され、ポケット４ａを区画する柱部４ｂの位置で鋲加締めにより一体化されるようになっている。
【００２６】
また、前記各潤滑部材５は、グラファイトのみ、またはグラファイトとバインダとの焼結体で円柱状に形成されており（図２参照）、その両端の互いに平行な平面の一方をボール３と滑り接触させ、他方を保持器４のポケット４ａの内壁と滑り接触させている。その滑り接触する両端面には、格子状の溝５ａが設けられ、摩耗粉が排出されやすくなっている（図２参照）。なお、この滑り接触する面の溝は、同心円状等種々の形態で形成できるが、必ずしも設けなくてもよい。また、潤滑部材の全体の形状は、実施形態のような円柱状に限らず、例えば、角柱状等とすることもできる。
【００２７】
この潤滑部材５を形成するグラファイトの配合率は、６０〜９８ｖｏｌ％、好ましくは８０〜９８ｖｏｌ％である。そして、潤滑部材５をグラファイトとバインダとの焼結体で形成する場合、そのバインダには、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｃｒの群から選択される１種の金属またはこれらの各金属の酸化物、窒化物、ホウ化物のうちの少なくとも一つを含むものを使用する。
【００２８】
ほかに、石油コークスや石油ピッチコークス等を骨材とし、コールタールピッチやコールタールを結合剤として、これらを混練し、押し出し成形、圧縮成形、ＣＩＰ等で成形した後、焼成工程、黒鉛化工程を経て製造された潤滑部材を使用することもできる。
【００２９】
この固体潤滑転がり軸受は、上記の構成であり、グラファイトを６０〜９８ｖｏｌ％含む材料で形成した潤滑部材５を、ボール３とともに保持器４のポケット４ａに収容してボール３に滑り接触させているので、ボール３表面に剥離しにくいグラファイトの移着膜がむらなく形成されるうえ、内外輪１、２の転走面１ａ、２ａや保持器４にもグラファイトが移着する。その結果、大気中の高温環境下でも、内外輪転走面１ａ、２ａおよび保持器４とボール３との間の潤滑状態が長期間にわたって良好に維持され、従来よりも長寿命となる。
【００３０】
図５および図６は、第２の実施形態を示す。この実施形態では、保持器４の各ポケット４ａに１個のボール３と２個の潤滑部材５が収容されており、各潤滑部材５がボール３を挟む位置に配されてそれぞれボール３と滑り接触するようになっている。これにより、上述した第１実施形態に比べて、ボール３と保持器４との摺動箇所を減らすことができ、回転トルクを低減することができる。
【００３１】
次に、上述した各実施形態の軸受の耐久性を確認するために行った実験について説明する。実験では、呼び番号６０８の試験軸受を１種類につき２個ずつ１６種類用意した。各試験軸受は、実施形態の構成をベースとして、その潤滑部材のグラファイト配合率を変化させたり、下記の基準構成の一部を変更したりしたものである。各試験軸受の基準構成からの変更点および潤滑部材のグラファイト配合率を表１に示す。
（試験軸受の基準構成）
潤滑部材の主成分        ：グラファイト
潤滑部材の形状          ：両端面（滑り接触面）が溝なし平面の円柱
保持器ポケット内の配置  ：ボールと潤滑部材を１個ずつ
内輪・外輪・ボールの材質：ＳＵＳ４４０Ｃ
保持器・シールドの材質  ：ＳＵＳ３０４
ボール表面の被膜処理    ：なし
【００３２】
【表１】
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【００３３】
上記試験軸受のうちの１１種類が、第１または第２の実施形態の構成を有するもの（実施例１〜１１）である。残りの５種類は、それぞれ第１の実施形態の潤滑部材に代えて、二硫化タングステンまたは二硫化モリブデンを主体（配合率９５ｖｏｌ％）とする材料で形成した潤滑部材を用いたもの（比較例１、２）、グラファイトの配合率を５０ｖｏｌ％または１００ｖｏｌ％とした潤滑部材を用いたもの（比較例３、４）、および各実施形態のような潤滑部材を用いずに転動体のボールを一つだけ二硫化タングステン製の潤滑ボールに置き換えたもの（比較例５）である。なお、比較例５の潤滑ボールは、転動体である他のボールよりも２０〜４０μｍ程度小径に形成されている。
【００３４】
実施例１〜４は、保持器の各ポケットに転動体としてのボールと潤滑部材を１個ずつ収容した第１実施形態のものであり、潤滑部材を形成するグラファイトの配合率が互いに異なっている。実施例５、６は、それぞれ実施例２、４と同じ組成の潤滑部材を用い、保持器の各ポケットに１個のボールとこれを挟む２個の潤滑部材を収容した第２実施形態のものである。実施例７は実施例２のボールにグラファイト被膜処理を施したもの、実施例８は実施例２のボールを窒化ケイ素で形成したもの、実施例９は実施例２のボールと内外輪を軸受鋼（ＳＵＪ２）で形成し、保持器とシールドを冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）で形成したものである。そして、実施例１０は実施例２の潤滑部材のボールおよび保持器との滑り接触面に格子状の溝を形成したもの、実施例１１は実施例２の潤滑部材のボールとの滑り接触面をボール表面に沿う凹面としたものである。
【００３５】
そして、大気中高温用軸受試験機に同じ種類の試験軸受を２個セットで取り付け、下記の条件で運転して、２個の軸受の回転トルクの合計が一定値（１４７ｍＮ・ｍ）に達するまでの運転時間を測定し、これを軸受寿命とした。各実施例の軸受寿命を図７（ａ）に、各比較例の軸受寿命を図７（ｂ）に示す。
（試験条件）
加熱温度      ：３５０℃
アキシアル荷重：１９６Ｎ
回転数        ：１０００ｍｉｎ-1
【００３６】
図７（ａ）、（ｂ）から明らかなように、各実施例の寿命は、比較例のうちで最も寿命の長い比較例３、４と比べても約２倍以上となっており、本発明により固体潤滑転がり軸受の寿命を大幅に延長できることが確認された。
【００３７】
なお、上述した実施形態では、保持器の各ポケットに転動体であるボールを１個、潤滑部材を１個または２個収容するようにしたが、保持器の１つのポケットに収容する転動体と潤滑部材の個数はこれに限られるものではない。
【００３８】
また、本発明は、上述した実施形態のような玉軸受に限らず、円筒ころ軸受等の転がり軸受に適用できる。そして、実施形態のように樹脂フィルム延伸装置内で使用されるものだけでなく、ガラス基板製造装置の搬送用軸受等、大気中の高温環境で使用される転がり軸受に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  内輪
１ａ  転走面
２  外輪
２ａ  転走面
３  ボール
４  保持器
４ａ  ポケット
５  潤滑部材
５ａ  溝
６  環状空間
７  シールド（シール部材）
【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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