(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の１個おきに配される柱状のセパレータ４と、外輪２両端部に取り付けられたシールド６とボール３の配列との間に配される潤滑リング７を、グラファイトで形成し、そのグラファイトの配合率を９０〜１００ｖｏｌ％とすることにより、十分な潤滑が行われるようにするとともに、セパレータ４の曲げ強度を１０〜９０ＭＰａとすることにより、運転中のセパレータ４の破損を防止できるようにしたのである。その結果、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２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪との間に配される複数の転動体と、前記内輪と外輪のいずれか一方の軸方向両端部に取り付けられ、内輪と外輪との間の環状空間を塞ぐシール部材と、グラファイトで形成され、前記転動体の配列とシール部材との間に配される潤滑リングと、グラファイトで形成され、前記各転動体間に配される柱状のセパレータとを備え、前記潤滑リングおよびセパレータのグラファイトの配合率が９０〜１００ｖｏｌ％であり、前記セパレータの曲げ強度が１０〜９０ＭＰａである固体潤滑転がり軸受。
【請求項２】
前記潤滑リングをグラファイトのみ、またはグラファイトとバインダーとの焼結体で形成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】
前記セパレータをグラファイトのみ、またはグラファイトとバインダーとの焼結体で形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項４】
前記バインダーとして、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２または３に記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項５】
前記潤滑リングとセパレータの少なくとも一つが、冷間静水圧プレス成型法、押し出し成型法、圧縮成型法のいずれかで成型されたものである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】
前記セパレータの転動体と対向する面を平面と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】
前記セパレータを円柱状に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】
前記転動体の表面にグラファイトの被膜を形成したことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項１１】
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１２】
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１３】
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１１に記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項１４】
大気中の２５０℃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。
【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、内外輪間の転動体の配列の両側に、固体潤滑剤で形成されたリング（以下、「潤滑リング」という。）と、この潤滑リングを転動体に押し付ける弾性部材とを組み込むことにより、潤滑リングから固体潤滑剤を転動体に移着させて潤滑を行うようにした転がり軸受が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２で提案されている転がり軸受では、内外輪間に配される転動体の１個おきまたは複数個おきに、固体潤滑剤で形成された断面扇形の柱状セパレータを組み込むことにより、セパレータから固体潤滑剤を転動体や内外輪の転走面に移着させて潤滑を行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１４４１１号公報
【特許文献２】特開２０００−３２０５４８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に記載された転がり軸受では、潤滑リングによる転動体への固体潤滑剤の供給が軸方向からしか行われないので、転動体と内外輪の転走面との間に固体潤滑剤が入り込んでいきにくく、十分な潤滑ができないおそれがある。
【０００７】
一方、上記特許文献２に記載された転がり軸受では、固体潤滑剤で形成されたセパレータの強度が小さいため、運転中にセパレータが破損してしまうおそれがある。これに対して、セパレータの強度を上げるために固体潤滑剤の配合率を下げると、十分な潤滑ができなくなる。
【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、本発明の固体潤滑転がり軸受は、内輪と外輪との間に配される複数の転動体と、前記内輪と外輪のいずれか一方の軸方向両端部に取り付けられ、内輪と外輪との間の環状空間を塞ぐシール部材と、グラファイトで形成され、前記転動体の配列とシール部材との間に配される潤滑リングと、グラファイトで形成され、前記各転動体間に配される柱状のセパレータとを備え、前記潤滑リングおよびセパレータのグラファイトの配合率が９０〜１００ｖｏｌ％であり、前記セパレータの曲げ強度が１０〜９０ＭＰａである構成のものとした。
【００１０】
すなわち、軸受内部に組み込む潤滑リングとセパレータを、それぞれ固体潤滑剤のうちでも特に潤滑性に優れたグラファイトで形成するようにし、そのグラファイトの配合率を９０〜１００ｖｏｌ％とすることにより、十分な潤滑が行われるようにするとともに、セパレータの曲げ強度を１０〜９０ＭＰａとすることにより、運転中のセパレータの破損を防止できるようにしたのである。
【００１１】
上記の構成において、前記潤滑リングおよびセパレータは、それぞれグラファイトのみ、またはグラファイトとバインダーとの焼結体で形成することができる。そのバインダーとしては、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。また、両部材の少なくとも一つは、冷間静水圧プレス成型法（ＣＩＰ）、押し出し成型法、圧縮成型法のいずれかで成型することができる。
【００１２】
前記セパレータとしては、その転動体と対向する面を平面としたものや、円柱状に形成したものを用いることができる。
【００１３】
前記内輪、外輪および転動体は、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。また、前記転動体は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。
【００１４】
一方、前記転動体をセラミックスで形成しない場合は、その表面にグラファイトの被膜を形成することが望ましい。
【００１５】
そして、本発明の固体潤滑転がり軸受は、大気中の２５０℃以上の環境で使用される転がり軸受、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に対して、特に有効に適用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の固体潤滑転がり軸受は、上述したように、軸受内部に組み込む潤滑リングとセパレータをグラファイトで形成し、そのグラファイトの配合率を９０〜１００ｖｏｌ％とするともに、セパレータの曲げ強度を１０〜９０ＭＰａとしたものであるから、軸受内部が十分に潤滑され、運転中にセパレータが破損するおそれもない。従って、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、軸受寿命の延長を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図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II−II線に沿った断面図
【図３】ａは図１のセパレータの斜視図、ｂ、ｃは、それぞれセパレータ形状の変形例の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。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２５０℃以上の環境で使用されるもので、その基本的な構成は、図１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。
【００１９】
そして、図１および図２に示すように、内輪１と外輪２の間には、ボール３の１個おきに柱状のセパレータ４が組み込まれている。なお、セパレータはボールの複数個おきに組み込むようにしてもよい。
【００２０】
また、図２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５を塞ぐシールド（シール部材）６が取り付けられ、各シールド６とボール３の配列との間に潤滑リング７が配されている。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。
【００２１】
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が、セラミックスで形成しない場合は、その表面にグラファイト等の固体潤滑剤の被膜を形成するとよい。一方、前記シールド６はＳＵＳ３０４で形成されている。
【００２２】
前記セパレータ４および潤滑リング７は、グラファイトのみ、またはグラファイトとバインダーとの焼結体を材料として、冷間静水圧プレス成型法（ＣＩＰ）、押し出し成型法、圧縮成型法のいずれかで成型されているか、または同成型方法で成型された板材、パイプ材、棒材などを機械加工して所望の形状に形成される。それぞれのグラファイトの配合率は、９０〜１００ｖｏｌ％、好ましくは９５〜１００ｖｏｌ％である。これらの部材をグラファイトとバインダーとの焼結体で形成する場合、そのバインダーには、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。そして、いずれの場合でも、セパレータ４は曲げ強度が１０〜９０ＭＰａとなるように形成される。
【００２３】
前記セパレータ４の形状は、図３（ａ）に示すように、断面略正方形の角柱であり、外輪２に対向する面の周方向両側縁が面取りされている。また、その形状の変形例として、図３（ｂ）に示すように、内外輪１、２と対向する面を円筒面、ボール３と対向する面を平面としたり、図３（ｃ）に示すように、全体を円柱状に形成したりしてもよく、必要に応じて表面にディンプルや溝等を形成してもよい。
【００２４】
この固体潤滑転がり軸受は、上記の構成であり、グラファイトの配合率を９０〜１００ｖｏｌ％としたセパレータ４および潤滑リング７が、それぞれ運転中にボール３と滑りを伴って接触し、ボール３にグラファイトを供給するので、ボール３に十分なグラファイトの移着膜を形成することができる。また、セパレータ４の曲げ強度を１０〜９０ＭＰａとしたので、運転中にセパレータ４が破損するおそれもない。従って、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、従来よりも長寿命となる。
【００２５】
次に、上述した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１０個ずつ２０種類（実施例１〜１３および比較例１〜７）用意した。各試験軸受は、実施形態の構成をベースとして、そのセパレータおよび潤滑リング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セパレータ・潤滑リングのグラファイト配合率を、後述する実験結果（軸受寿命）と合わせて表１に示す。
（試験軸受の基準構成）
セパレータ・潤滑リングの主成分：グラファイト
内輪・外輪・ボールの材質      ：ＳＵＳ４４０Ｃ
ボール表面の固体潤滑被膜処理  ：なし
【００２６】
【表１】
2012067884.tif 000003
【００２７】
ここで、各試験軸受に組み込んだセパレータは、図３（ａ）に示した角柱状のもの（高さ２．５ｍｍ×幅２．５ｍｍ×長さ４ｍｍ）であり、潤滑リングは、外径１６．８ｍｍ×内径１３．２ｍｍ×厚さ０．８ｍｍのものである。そのセパレータおよび潤滑リングをグラファイト等の固体潤滑剤で形成する際は、冷間静水圧プレス成型法（ＣＩＰ）、押し出し成型法、圧縮成型法のいずれかで成型した後、１０００℃以上でベーキングして焼結体とした。そのセパレータの曲げ強度は、ＪＩＳ  Ｒ１６０１に準拠して測定した。また、実施例１２におけるボール表面へのグラファイト被膜の形成は、ショットブラストの吹き付けにより行った。
【００２８】
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の測定を行い、５回の測定結果の平均を軸受寿命とした。
（試験条件）
加熱温度      ：２５０℃、４００℃（２水準）
アキシアル荷重：１９６Ｎ
回転数        ：１０００ｍｉｎ-1
【００２９】
表１から明らかなように、加熱温度が２５０℃、４００℃のいずれの場合も、各実施例の寿命は各比較例の数倍程度となっている。また、各実施例、各比較例とも、運転中にセパレータの破損は生じなかった。この結果から、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。
【００３０】
なお、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。
【符号の説明】
【００３１】
１  内輪
１ａ  転走面
２  外輪
２ａ  転走面
３  ボール
４  セパレータ
５  環状空間
６  シールド（シール部材）
７  潤滑リング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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