(57)【要約】【課題】  固体潤滑方式の転がり軸受において、潤滑剤の供給能力を向上させることができる。【解決手段】  内外輪の軌道輪間の軌道空間６，１６に複数の転動体７，１７が配列された複数の転がり軸受１，１１を軸方向に突き合わせて組み合わせた組合わせ転がり軸受において、前記複数の転がり軸受１，１１の前記軌道空間６，１６を跨いで配置され、前記複数の転がり軸受１，１１の前記転動体７，１７を周方向に間隔をおいてそれぞれ保持するポケット２１ａ，２１ｂが設けられた固体潤滑方式の保持器２０を備え、前記保持器２０で保持される転動体７，１７の公転速度が、複数の転がり軸受１，１１で互いに異なるように構成されている。【選択図】  図１
2017106560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内外輪の軌道輪間の軌道空間に複数の転動体が配列された複数の転がり軸受を軸方向に突き合わせて組み合わせた組合わせ転がり軸受において、
前記複数の転がり軸受の前記軌道空間を跨いで配置され、前記複数の転がり軸受の前記転動体を周方向に間隔をおいてそれぞれ保持するポケットが設けられた固体潤滑方式の保持器を備え、
前記保持器で保持される転動体の公転速度が、複数の転がり軸受で互いに異なるように構成されていることを特徴とする、組合わせ転がり軸受。
【請求項２】
前記組合わせ転がり軸受は、前記転動体径、前記軌道輪と転動体との接触角、前記転動体のピッチ径の少なくとも１つが、複数の転がり軸受で互いに異なることを特徴とする、請求項１に記載の組合わせ転がり軸受。
【請求項３】
第１及び第２の転がり軸受を軸方向に突き合わせて組み合わせた組合わせ転がり軸受において、
内輪揺動角をβｉ、第１及び第２の転がり軸受の転動体径をそれぞれＤａ1，Ｄａ2、前記第１及び第２の転がり軸受の転動体接触角をα1，α2，前記第１及び第２の転がり軸受の転動体のピッチ径をｄｐ1，ｄｐ2、前記第１及び第２の転がり軸受の転動体を保持するポケット隙間をｐｃ1，ｐｃ2としたとき、下記の式（１）の関係を満たすことを特徴とする、請求項１又は２に記載の組合わせ転がり軸受。
【数１】
2017106560.tif 000010
【請求項４】
前記軌道輪の軌道面に設けられている固体潤滑膜が、複数の転がり軸受で互いに異なることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の組合わせ転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体潤滑方式の転がり軸受に関し、特に、低速揺動運動での使用に好適な組合わせ転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
内輪の外周面と外輪の内周面とにそれぞれ形成された軌道面の間に、玉やころなどの転動体を組み込み、各転動体相互の間の間隔を保つ保持器を備えた転がり軸受の潤滑方式は、軸受の用途や目的に応じて適宜好適なものが採用されている。例えば、宇宙空間など極低温真空環境での使用を目的とする場合には、固体潤滑方式が広く用いられている。
【０００３】
固体潤滑方式の転がり軸受は、軸受構成部品の摩擦を生じる表面、例えば、内外輪の軌道面や転動体の表面等に、二硫化モリブデンなどからなる固体潤滑被膜を形成し、これに加え、潤滑剤が付与された保持器から転動体を介して潤滑剤を軌道輪に供給する構成が採用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この固体潤滑方式の転がり軸受が、低速運動の用途に使用される場合には、保持器と転動体の接触圧力が小さくなるため、保持器から転動体を介しての内輪及び外輪への潤滑剤の供給量が低下する。このため、固体潤滑方式の転がり軸受としての潤滑性能が不十分になるおそれがあるという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明は、特に低速揺動運動に好適に用いられる固体潤滑方式の転がり軸受において、潤滑剤の供給能力を向上させることができる転がり軸受を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、この発明においては、内外輪の軌道輪間の軌道空間に複数の転動体が配列された複数の転がり軸受を軸方向に突き合わせて組み合わせた組合わせ転がり軸受において、
前記複数の転がり軸受の前記軌道空間を跨いで配置され、前記複数の転がり軸受の前記転動体を周方向に間隔をおいてそれぞれ保持するポケットが設けられた固体潤滑方式の保持器を備え、
前記保持器で保持される転動体の公転速度が、複数の転がり軸受で互いに異なるように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
上記構成において、前記組合わせ転がり軸受は、前記転動体径、前記軌道輪と転動体との接触角、前記転動体のピッチ径の少なくとも１つを、複数の転がり軸受で互いに異ならせることにより、転動体の公転速度に差を持たせることができる。
【０００８】
第１及び第２の転がり軸受を軸方向に突き合わせて組み合わせた組合わせ転がり軸受において、
内輪揺動角をβ、第１及び第２の転がり軸受の転動体径をそれぞれＤａ1，Ｄａ2、前記第１及び第２の転がり軸受の転動体接触角をα1，α2，前記第１及び第２の転がり軸受の転動体ピッチ径をｄｐ1，ｄｐ2、前記第１及び第２の転がり軸受の転動体を保持するポケット隙間をＰｃ1，Ｐｃ2としたとき、下記の式（１）の関係を満たすことが好ましい。
【数１】
2017106560.tif 000003
【０００９】
また、上記構成において、前記軌道輪の軌道面に設けられている固体潤滑膜は、複数の転がり軸受で各々の諸元に合わせて互いに異ならせてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
この組合わせ転がり軸受は、それぞれの転がり軸受において保持器を共有とし、それぞれの転がり軸受の転動体の公転速度に差を発生させて、転動体と保持器とを積極的に接触させ固体潤滑剤の移着作用を向上させることができる。
【００１１】
また、軌道面や転動体に固体潤滑被膜を施した場合において、それぞれの転がり軸受の諸元に対しそれぞれに適した固体潤滑被膜を施すことで、固体潤滑剤の供給を最適化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態にかかる組合わせ転がり軸受の断面図である。
【図２】図１の組合わせ転がり軸受に用いられる保持器の構成を示す斜視図である。
【図３】図１の組合わせ転がり軸受の保持器の外周面の拡大図である。
【図４】図１の組合わせ転がり軸受の潤滑剤の供給原理を模式的に説明する断面図である。
【図５】第１軸受と第２軸受の保持器と保持される転動体の関係を示した模式図である。
【図６】第１軸受と第２軸受の転動体公転速度差による転動体位相差の関係を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
以下、この発明の実施形態に係る組合わせ転がり軸受を添付図面に基づいて説明する。本実施形態にかかる組合わせ転がり軸受は、宇宙空間など極低温真空環境等において低速揺動運動での使用に好適に使用される固体潤滑方式の組合わせ転がり軸受である。
【００１５】
この組合わせ転がり軸受１００は、２つのアンギュラ玉軸受（第１軸受１及び第２軸受１１）を正面組み合わせとなるように軸方向に突き合わせて構成される。第１軸受１及び第２軸受１１は、それぞれ図１に示すように、外周面４ａ，１４ａに軌道４，１４を有する内輪２，１２と、内周面５ａ，１５ａに軌道５、１５を有する外輪３，１３と、内輪２，１２の軌道４，１４と外輪３，１３の軌道５，１５の間の軌道空間６，１６内に配列された複数の転動体である玉７，１７と、を備える。
【００１６】
組合わせ転がり軸受１００を構成する第１軸受１及び第２軸受１１は、図１に示すように、それぞれ玉７と軌道面４，５及び玉１７と軌道面１４，１５との接触角が異なるように設計されている。
【００１７】
第１軸受１と第２軸受１１では、玉７，１７のピッチ径が異なり、玉７のピッチ径の方が小さく設計されている。
【００１８】
また、第１軸受１及び第２軸受１１に用いられている玉７，１７は、互いに径寸法が異なり、第１軸受１に用いられている玉７の方が大きいものが使用されている。
【００１９】
保持器２０は、第１軸受１及び第２軸受１１の双方の軌道空間６，１６に跨がるように配置されており、第１軸受１及び第２軸受１１の玉７，１７を周方向に間隔をおいて保持する。
【００２０】
内輪２，１２、外輪３，１３、及び玉７，１７は、通常の軸受材料を使用することができ、例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼を用いることができる。なお、玉７，１７としては、セラミックスボールであってもよい。セラミックスを使用する場合、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、炭化珪素（ＳＩＣ）、アルミナ（ＡＩ2Ｏ3）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、サイアロン等が挙げられる。
【００２１】
保持器２０は、全体又は少なくとも芯材を金属で構成することができ、他の材料としては、合成樹脂も使用することができる。図２及び図３に示すように、保持器２０には、玉７，１７が１つずつ収容される複数のポケット２１（２１ａ，２１ｂ）が、第１軸受１及び第２軸受１１に対応して配列されている。図示例では各列に２０個のポケット２１が円周方向に間隔を置いて設けられる。隣り合うポケット２１間の間隔、具体的には、ポケットの中心間距離Ｐは、いずれも均等である。
【００２２】
玉７，１７は、各ポケット２１内に収納される。本実施形態の転がり軸受１，１１は、内輪２，１２及び外輪３，１３が相対的に回転することにより、玉７，１７が自転し、これにより玉７，１７が保持器２０のポケット面２２と接触して進行方向に押すことにより保持器２０の自転が推進される。本実施形態にかかる転がり軸受１，１１に使用される保持器２０は、径方向の位置が内輪２，１２の外周面４ａ，１４ａによって案内される内輪案内方式の保持器となっている。
【００２３】
図示を省略しているが、この転がり軸受１，１１の潤滑は、固体潤滑方式であり、保持器２０のポケット面２２ａ，２２ｂに固体潤滑剤又はこれを含んだ複合体による固体潤滑層が設けられる。固体潤滑剤としては、広く一般に使用されるＰＴＦＥ，グラファイト、二硫化タングステン又は二硫化モリブデン等が使用される。運転時においては、ポケット面２２ａ，２２ｂに接触する玉７，１７を介して内輪２，１２及び外輪３，１３の軌道面４，１４，５，１５に供給される。
【００２４】
固体潤滑剤の被膜構成については、それぞれの軸受１，１１に適したものとすることができ，互いに異なる仕様としてもよい。例えば、玉７，１７とポケット面２２ａ，２２ｂとの接触面圧が異なる場合などは、高圧面側には、耐面圧性の高い二硫化タングステンや二硫化モリブデン等のスパッタ膜、底面圧側には、耐面圧は低いが潤滑性がよく流動性があり、膜破断部の補修性に優れるＰＴＦＥスパッタ膜を用いるなど軸受１，１１の諸元に応じて適宜設計することができる。
【００２５】
また、玉７，１７及び第１軸受１，第２軸受１１の軌道面４，１４，５，１５には、固体潤滑被膜が設けられている。この固体潤滑被膜は、転動体である玉７，１７又は第１軸受１，第２軸受１１の軌道面４，１４，５，１５のいずれかにのみ設けてもよい。これらの固体潤滑被膜は、上記の通り、第１軸受１と第２軸受１１で異なる仕様としてもよい。
【００２６】
本実施形態では、第１のポケット２１ａと第２のポケット２１ｂとの個数は同じとなっているが、これを軸受間で異ならせるようにしてもよく、後述するように軸受の用途に応じて適宜設定すればよい。
【００２７】
図４に、本実施形態の転がり軸受の潤滑剤の供給原理を模式的に説明する断面図を示す。図４では、図示右側が第１軸受１を示し、図示左側が第２軸受１１を示している。
【００２８】
図４に示すように、内輪２が矢印９０で示す方向に回転すると、内輪２及び外輪３の軌道面４、５に沿って玉７，１７が矢印９１に示す方向に回転し、ポケット２１ａ，２１ｂ内を移動する。本実施形態では、上記のように、転動体７，１７径寸法、軌道輪と転動体との接触角、転動体ピッチ径が異なるため、玉７，１７の公転速度が異なる。このため、玉７，１７での位相差が発生し、保持器と玉との摩擦力が向上し、保持器が持つ固体潤滑剤の供給量を増やすことができる。
【００２９】
具体的には、上記の通り、保持器２０は、玉７，１７の公転速度が異なるため、公転速度が速い玉１７が進み方向のポケット面２２ｂに当接する。これにより、玉１７によって、ポケット２１ａに収納された玉１７の公転速度に基づいて保持器２０の自転を推進させる。一方で、公転速度が遅い玉７は、保持器回転方向後方側(遅れ方向)のポケット面２２ａに当接し、保持器２０に押圧されることになる。よって、公転速度が遅い玉７は、保持器２０との衝突力が大きくなり、保持器２０からの玉７を介して軌道面への固体潤滑剤の供給が促進される。
【００３０】
また、進み方向のポケット面２２ｂに当接する玉１７も、遅れ方向のポケット面２２ａに当接する玉７によって、保持器２０の自転速度が制限されることになるため、進み方向に積極的に衝突することになり、保持器２０との衝突力が大きくなる。
【００３１】
なお、揺動運動により内輪２が逆回転した直後は、従前の保持器回転方向後方側(遅れ方向)のポケット面に接触している玉７が保持器を押すことになるが、玉７，１７の公転速度差のため、いずれ玉１７が玉７の位相を追い越し、上記同様に玉１７が保持器２０の進み方向ポケット面２２ｂ、玉７が保持器２０の遅れ方向ポケット面２２ａに当接するようになり、ポケット面２２ａ，２２ｂと玉７，１７との衝突力が大きくなる。
【００３２】
なお、上記の固体潤滑剤の供給原理に基づいて、有効に固体潤滑剤の供給を行うためには、組合わせ転がり軸受１００は例えば、次のようにして設計することができる。図５は、第１軸受と第２軸受の保持器と保持される転動体の関係を示した模式図であり、第１軸受１と第２軸受１１で玉７，１７が保持器ポケット面２２ａ，２２ｂのそれぞれ遅れ方向、進み方向に当接した瞬間の位相差を示す。図６は、第１軸受と第２軸受の転動体公転速度差による転動体位相差の関係を模式的に示した図である。
【００３３】
図５，図６において、次のように定義する。なお、下付の添字は、第１軸受１については１，第２軸受１１については２を付している。
Ｄａ：転動体径、Ｐｃ：ポケット隙間、βｉ：内輪揺動角、βｃ：保持器揺動角(転動体公転角) 、ｎｉ：内輪回転数、ｎｃ：保持器回転数（転動体公転数）、α：接触角、ｄｐ：転動体ピッチ径
【００３４】
保持器揺動角（転動体公転角）は、内輪回転数と保持器回転数（転動体公転数）の比を用い、式（１）で表される。
【数２】
2017106560.tif 000004
【００３５】
一般に保持器回転数ｎｃは、式（２）に示す関係にあるので
【数３】
2017106560.tif 000005
となり、式（１）及び式（２）から、式（３）が導かれる。
【数４】
2017106560.tif 000006
【００３６】
第１軸受１と第２軸受１１の転動体７，１７がそれぞれ進み方向、遅れ方向のポケット面２２ａ，２２ｂで接触し互いに突っ張る力が発生するための条件は、図５に示す転動体位相差(角度)より図６の転動体位相差(角度)が大きくなることであるので、
【数５】
2017106560.tif 000007
となる。ここでtan-1は微小なので、上記式は式（４）と表すことができる。
【数６】
2017106560.tif 000008
【００３７】
よって、式（３）、（４）から
【数７】
2017106560.tif 000009
の関係が導かれる。
【００３８】
式（５）の左辺が右辺に対し大きすぎ、保持器２０の進み方向と遅れ方向に突っ張る力が課題となることで，保持器の破損、もしくは転動体と軌道面の間に不適切な滑りが生じるおそれがある場合は、Ｐｃ1 、Ｐｃ2で調整してもよい。
【００３９】
上記の通り、組合わせ転がり軸受において、それぞれの転がり軸受の玉７，１７の公転速度に差を発生させることで、玉７，１７と保持器２０とを積極的に接触させ固体潤滑剤の移着作用を向上させることができる。よって、玉７，１７とポケット面２２ａ，２２ｂとの接触圧力が上がり、保持器２０から玉７，１７への固体潤滑剤の移着性が向上する。
【００４０】
なお、以上の実施形態は、組合わせ玉軸受について述べたが、本発明は、ころ軸受同士を突き合わせたものや、玉軸受ところ軸受のように異なる転がり軸受を突き合わせたものとすることもでき、これらの転がり軸受を３つ以上突き合わせたものとすることもできる。
【００４１】
また、転動体である玉の公転速度を異ならせるために、第１軸受及び第２軸受で本実施形態では、転動体７，１７径寸法、軌道輪と転動体との接触角、転動体ピッチ径のすべてを異ならせているが、これらの構成のうち少なくとも１つが異なっていればよい。
【００４２】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１        ：第１軸受
２        ：第１軸受内輪
３        ：第１軸受外輪
４        ：第１軸受内輪軌道
４ａ      ：第１軸受内輪外周面
５        ：第１軸受外輪軌道
５ａ      ：第１軸受外輪内周面
６，１６  ：軌道空間
７，１７  ：玉
１１      ：第２軸受
１２      ：第２軸受内輪
１３      ：第２軸受外輪
１４      ：第２軸受内輪軌道
１４ａ    ：第２軸受内輪外周面
１５      ：第２軸受外輪軌道
１５ａ    ：第２軸受外輪内周面
２０        ：保持器
２１ａ，２１ｂ  ：ポケット
２２ａ，２２ｂ  ：ポケット面
１００    ：組合わせ転がり軸受
【図１】
2017106560.tif 000011
【図２】
2017106560.tif 000012
【図３】
2017106560.tif 000013
【図４】
2017106560.tif 000014
【図５】
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【図６】
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