(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（転動体）を保持する保持器４のポケット４ａの一つに、固体潤滑剤のみ、または固体潤滑剤とバインダーとで半球状に形成された２個１組の潤滑部材５を、互いの平面部どうしが対向する姿勢で収納し、これらの各潤滑部材５の平面部どうしの間に、保持器４と係合した状態で各潤滑部材５の球面をそれぞれ内輪転走面１ａおよび外輪転走面２ａに押し付けて滑り接触させる板ばね６を挿入することにより、各転走面１ａ、２ａに剥離しにくい固体潤滑剤の移着膜がむらなく形成されるようにした。その結果、内輪転走面１ａおよび外輪転走面２ａとボール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３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪の外周の転走面と外輪の内周の転走面との間に複数の転動体を配し、前記内輪と外輪の間に、前記各転動体をポケットに収納して転動自在に保持する保持器と、少なくとも表層部の一部が固体潤滑剤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、前記潤滑部材を保持器と係合させ、その固体潤滑剤で形成された部位を前記内輪と外輪の少なくとも一方の転走面に滑り接触させたことを特徴とする固体潤滑転がり軸受。
【請求項２】
前記潤滑部材と保持器との間に、前記保持器と係合した状態で潤滑部材を前記転走面に押し付ける弾性部材を介在させ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】
前記転動体がボールであり、前記転走面が断面凹円弧状に形成された玉軸受であって、前記潤滑部材の転走面との接触面を球面と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】
前記潤滑部材を半球状に形成し、この半球状の潤滑部材を２個１組として互いの平面部どうしが対向するように前記保持器のポケット内に組み込み、これらの各潤滑部材の平面部どうしの間に、前記保持器と係合した状態で各潤滑部材の球面を前記転走面に押し付ける弾性部材を挿入したことを特徴とする請求項３に記載の固体潤滑転がり軸受。
【請求項５】
前記潤滑部材を固体潤滑剤のみ、または固体潤滑剤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】
前記固体潤滑剤として、二硫化タングステン、二硫化モリブデン、グラファイト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５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、内輪の外周の転走面と外輪の内周の転走面との間に複数の転動体を配し、前記内輪と外輪の間に、前記各転動体をポケットに収納して転動自在に保持する保持器と、少なくとも表層部の一部が固体潤滑剤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、前記潤滑部材を保持器と係合させ、その固体潤滑剤で形成された部位を前記内輪と外輪の少なくとも一方の転走面に滑り接触させた構成を採用した。ここで、「固体潤滑剤で形成された潤滑部材」とは、「固体潤滑剤のみで形成された潤滑部材」のほか、「固体潤滑剤を含む材料で形成された潤滑部材」も含むものとする。
【００１０】
すなわち、潤滑部材を保持器と係合させ、その固体潤滑剤で形成された部位を内輪と外輪（以下、総称して「軌道輪」ともいう。）の転走面に滑り接触させることにより、軌道輪の転走面に剥離しにくい固体潤滑剤の移着膜がむらなく形成され、軌道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】
上記の構成においては、前記潤滑部材と保持器との間に、前記保持器と係合した状態で潤滑部材を前記転走面に押し付ける弾性部材を介在させることができる。また、前記転動体がボールであり、前記転走面が断面凹円弧状に形成された玉軸受の場合は、前記潤滑部材の転走面との接触面は球面とすることが好ましい。そして、具体的な構成としては、前記潤滑部材を半球状に形成し、この半球状の潤滑部材を２個１組として互いの平面部どうしが対向するように前記保持器のポケット内に組み込み、これらの各潤滑部材の平面部どうしの間に、前記保持器と係合した状態で各潤滑部材の球面を前記転走面に押し付ける弾性部材を挿入したものを採用することができる。
【００１２】
ここで、前記潤滑部材は、固体潤滑剤のみ、または固体潤滑剤とバインダーとの焼結体で形成することができる。その固体潤滑剤としては、二硫化タングステン、二硫化モリブデン、グラファイトのうちの少なくとも一つを含むものを使用することが好ましい。一方、前記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。
【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】
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。
【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】
本発明は、上述したように、固体潤滑転がり軸受の内外の軌道輪間に組み込まれる潤滑部材を、保持器と係合させて軌道輪の転走面に滑り接触させたので、軌道輪の転走面に剥離しにくい固体潤滑剤の移着膜をむらなく形成することができる。従って、軌道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正面図
【図２】図１のII−II線に沿った断面図
【図３】図１の潤滑部材組み込み部の拡大正面図
【図４】図１の内輪および外輪を除いた潤滑部材組み込み部の斜視図
【図５】ａ、ｂは、それぞれ図１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】
【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の間には各ボール３をポケット４ａに収納して転動自在に保持する保持器４が組み込まれ、この保持器４のポケット４ａの一つに、１組２個の半球状の潤滑部材５が弾性部材としての板ばね６を挟んだ状態で組み込まれている。なお、潤滑部材５は２組以上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７を塞ぐシールド（シール部材）８が取り付けられ、潤滑部材５を形成する固体潤滑剤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。
【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。一方、前記保持器４およびシールド８はＳＵＳ３０４で形成されている。
【００２２】
前記保持器４は、軸方向に２分割された状態で形成され、ボール３および潤滑部材５をポケット４ａに収納した後に一体化されるようになっている（図４参照）。そして、図２乃至図４に示すように、潤滑部材５を組み込む部位には、ポケット４ａから軸方向の一側に開口する窓４ｂが設けられ、その窓４ｂから２個の潤滑部材５の間へ板ばね６が挿入されている。
【００２３】
前記各潤滑部材５は、固体潤滑剤のみ、または固体潤滑剤とバインダーとの焼結体で半球状に形成されている。その寸法は、球面の曲率半径がボール３の半径と同じであり、高さ（球面の頂点から平面部までの長さ）はボール３の半径より若干小さくなっている。そして、２個１組で互いの平面部どうしが対向する姿勢で保持器４のポケット４ａに収納され、その平面部どうしの間に挿入された板ばね６に押されて、球面を内輪転走面１ａおよび外輪転走面２ａに押し付けるようになっている。
【００２４】
この潤滑部材５を形成する固体潤滑剤としては、二硫化タングステン、二硫化モリブデン、グラファイトのうちの少なくとも一つを含むものを使用することが好ましいが、ボロンナイトライド、雲母、フッ化黒鉛等を含むものを使用することもできる。また、その固体潤滑剤の配合率は、６０〜１００ｖｏｌ％、好ましくは８０〜１００ｖｏｌ％である。そして、潤滑部材５を固体潤滑剤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。
【００２５】
前記板ばね６は、断面がＺ字状に形成され、各潤滑部材５の平面部と面接触する状態で各潤滑部材５を内輪転走面１ａおよび外輪転走面２ａにそれぞれ押し付けている。また、その幅および高さ寸法は保持器４の窓４ｂとほぼ同じで、長手方向の一端部を保持器４の窓４ｂから突出させている。これにより、保持器４軸方向以外の方向への板ばね６の動きが規制され、各潤滑部材５が回転（自転）することなく、内輪転走面１ａおよび外輪転走面２ａとすべり接触するようになっている。
【００２６】
この固体潤滑転がり軸受は、上記の構成であり、固体潤滑剤のみ、または固体潤滑剤とバインダーとで形成された２個１組の潤滑部材５を、保持器４と係合する板ばね６で内輪転走面１ａおよび外輪転走面２ａにそれぞれ押し付けて滑り接触させているので、各転走面１ａ、２ａに剥離しにくい固体潤滑剤の移着膜がむらなく形成される。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、従来よりも長寿命となる。
【００２７】
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種類につき２個ずつ８種類用意した。そのうちの６種類が実施形態の構成を有するもの（実施例１〜６）であり、残りの２種類は実施形態の潤滑部材および板ばねに代えて前述の潤滑ボールを組み込んだもの（比較例１、２）である。なお、比較例１、２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。実施例１〜３、５、６は潤滑部材を形成する材料の組成が互いに異なっており、実施例４は実施例３と同じ組成の潤滑部材を用い、ボールを窒化ケイ素で形成したものである。また、比較例１、２の潤滑ボールの組成はそれぞれ実施例１、２と同じである。各試験軸受の潤滑部材の組成を表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
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。各試験軸受の軸受寿命を図５に示す。
（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
【００３０】
図５（ａ）、（ｂ）から明らかなように、加熱温度が２５０℃の場合の各実施例の寿命は各比較例の１０倍以上で、４００℃の場合はその差がさらに大きくなっており、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。
【００３１】
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。ころ軸受に適用する場合は、潤滑部材の転走面との接触面を円筒面とするとよい。
【符号の説明】
【００３２】
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
４ｂ  窓
５  潤滑部材
６  板ばね（弾性部材）
７  環状空間
８  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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