JP2004144268A

JP2004144268A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2004144268A
Application number: JP2002312749A
Authority: JP
Inventors: Koji Ueda; 植田　光司
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】ヒートロールからの放熱を抑制して事務機器等の省エネルギー化を図ることができる転がり軸受を提供する。
【解決手段】内輪２と外輪３との間に複数の転動体４が配設された転がり軸受１において、内輪２及び外輪３の金属材料を、硬さＨｖ４００以上、熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のチタン合金とし、かつ該チタン合金の熱伝導率をα１、転動体４の材料の熱伝導率をα２とした場合に、α２／α１を０．２〜４とする。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受に関し、特に複写機（ＰＰＣ：白黒、カラー、アナログ、デジタル、その他各種）、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）、ファックス（ＦＡＸ）又はこれらの複合機等の事務機器等に使用される転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、転がり軸受においては、可動子、支持体、転動体等は鋼等の金属材料で形成されている。また、転がり軸受の内部にグリース等の潤滑剤を循環させるか或いは封入することにより、潤滑が行われている。このような従来の転がり軸受は、通常の使用条件下では問題なく使用されている。
【０００３】
一方、複写機、レーザビームプリンタ、ファックス又はこれらの複合機などの事務機器においては、該事務機器の更なる高性能化（用紙１枚当たりの処理速度の向上等）　、更なるコンパクト化の要求があり、常に改良が求められている。このような要求を満たすため、前記事務機器の用紙の搬送部などに用いられる転がり軸受は、より小型のものが使用され、且つその使用条件はより高速で、より高荷重になる傾向にある。
【０００４】
特に、定着部のヒートロールやプレッシャロールに用いられる転がり軸受は、用紙上のトナーを熱により溶かして用紙上に定着させる工程で２００〜２５０°Ｃの高温下で使用されるため、さらに使用条件が厳しい（定着部以外の部分で使用される場合は１００〜１５０°Ｃ）。その上、省資源化のため転がり軸受を組み込んだヒートロール部ユニットのリサイクルが進められているので、転がり軸受は高温環境下で、より長寿命であることが要求されている。
【０００５】
このような転がり軸受の小型化及び使用条件の高速化、高荷重化、高温化は、転がり軸受の転動体と可動子及び支持体との接触面において潤滑剤の油膜が形成されることを難しくし、潤滑作用を低下させる傾向にある。従って、このような厳しい条件下で使用される転がり軸受では潤滑性が不十分となり、比較的短時間の使用で摩耗によりトルクが著しく増大したり、焼き付きが発生する虞れがあり、前述のような高性能化、コンパクト化された事務機器において使用される転がり軸受としては好適でないという問題がある。
【０００６】
特に、定着部のヒートロールやプレッシャロールに用いられる転がり軸受は、高温下で使用され、また、ヒートロールには、省エネルギー化のために外部に熱を逃がしにくい特性が要求されているが、従来の転がり軸受では、転動体、可動子及び支持体が熱伝導性に優れた金属材料により形成されているため、トナー定着のために加熱した熱が、ヒートロールから転がり軸受を介して外部に逃げてしまい、加熱のためのエネルギー（電力）をより消費してしまって省エネルギー化を妨げる原因になる。
【０００７】
そこで、このような問題を解決する手段として、熱伝導率４０Ｗ／ｍ・Ｋのセラミックスを転動体に用いる事例が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２４０６６８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１では、転がり軸受の可動子及び支持体はＳＵＪ２に代表される鋼で形成されるために、ヒートロールから可動子を介して逃げる熱を減少させることは難しく、また、ＳＵＪ２の可動子および支持体には、シールド板が接触してヒートロールの熱が可動子からシールド板を介して外部へと逃げるため、転動体のみ熱伝導率を小さくしても、その効果が小さいという問題がある。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、事務機器等の省エネルギー化を図ることができる転がり軸受を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、回転自在な可動子と、該可動子を支持する支持体と、前記可動子と前記支持体との間に配設され該可動子の回転に伴って転動する複数の転動体とを備えた転がり軸受において、
前記可動子及び前記支持体の金属材料が、硬さＨｖ４００以上、熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のチタン合金とされ、かつ該チタン合金の熱伝導率をα１、前記転動体の材料の熱伝導率をα２とした場合に、α２／α１が０．２〜４であることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記可動子及び前記支持体に硬質セラミックコーティング被膜又はダイヤモンドライクカーボン被膜を施したことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記転動体が、前記チタン合金、熱伝導率が４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のセラミックス、析出硬化型ステンレス鋼のいずれかであることを特徴とする。
【００１２】
前記可動子及び前記支持体の材質であるチタン合金は、軸受鋼（ＳＵＪ２）やＳＵＳ４４０Ｃに代表される鉄鋼材料と比較して著しく熱伝導率が低い（熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下）物理的性質を有している。従って、本発明の転がり軸受の前記可動子及び前記支持体の金属材料としてチタン合金を適用することにより、ヒートロール等からの放熱を大幅に抑制することができる。
【００１３】
チタン合金の種類としては、α型、α＋β型、β型があるが、高強度が得られ、転がり軸受として必要なＨｖ４００以上の硬さが得られるα＋β型、β型チタン合金が好適に使用できる。Ｈｖ４００以上の硬さであれば、耐摩耗性が向上するため、より長い転がり寿命が得られる。特にβ型チタン合金は、チタン合金の中でも熱伝導率が小さく、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるので本発明の前記可動子及び前記支持体に特に好適に使用することができる。
【００１４】
一方、前記可動子及び前記支持体を熱伝導率の小さいチタン合金としても、転動体が熱伝導率の大きいＳＵＪ２等の鋼である場合には、転動体から熱が逃げてしまうため、鋼製の転動体は不適である。熱の逃げを防止するためには、転動体の熱伝導率も小さくすることが好ましく、このような転動体材料としてはセラミックスが好適で、この場合、転動体のセラミックスの熱伝導率は、４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。また、転動体を前記可動子及び前記支持体と同じチタン合金で構成するのも好適である。
【００１５】
また、転動体材料が鋼であれば、ＳＵＳ６３０やＳＵＳ６３１などの析出硬化型ステンレス鋼は、熱伝導率が１７Ｗ／ｍ・Ｋなので好適に使用することができる。更に、転動体材料として、前記可動子及び前記支持体のチタン合金の熱伝導率と同等もしくはそれ以下であるセラミックスを用いた場合には更に熱の逃げを防止する効果は大きい。
【００１６】
また、転がり軸受は、通常、グリース等の潤滑で使用される。チタン合金は、耐摩耗性に劣るので、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣ等の硬質セラミックコーティング被膜やＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜等の硬質被膜処理を施すことによって、耐摩耗性、耐焼付性が改善される。これらセラミックコーティング被膜やＤＬＣ被膜を施すことにより、耐摩耗性が向上すると同時に、グリース等の潤滑剤を用いなくても、安定した回転性能を示し、特に回転トルクを低減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の一例を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例である転がり軸受を説明するための要部断面図、図２は転動体材料を窒化珪素とした場合の内外輪の熱伝導率と耐放熱性との関係を示すグラフ図、図３はα２（転動体の熱伝導率）／α１（内外輪の熱伝導率）と耐放熱性との関係を示すグラフ図である。なお、この実施の形態では、転がり軸受として、内輪回転用の深みぞ玉軸受を例に採る。
【００１８】
本発明の実施の形態の一例である転がり軸受１は、図１に示すように、外輪（支持体）３がハウジング１０に固定され、内輪（可動子）２がシャフト９に外嵌されている。内輪２と外輪３との間には空隙部８が形成され、該空隙部８には波形保持器５を介して周方向に転動自在に保持された複数の転動体４が配設されている。また、転がり軸受１の軸方向の両端部の内輪２と外輪３との間には、シールド板７が配設されている。
【００１９】
次に、実施例１〜１３及び比較例比較例１４〜１９の転がり軸受に、日本精工株式会社製の内輪回転用深みぞ玉軸受（型番６９０７：内径３５ｍｍ、外径５５ｍｍ、幅１０ｍｍ）を使用した。各転がり軸受の内外輪材料、転動体材料を表１に示す。また、チタン合金の内外輪については、次に条件で熱処理し、硬さをＨｖ４００以上とした。
（溶体化処理）
７３０〜９５０°Ｃ×１時間Ａｒ雰囲気中加熱後、ガス冷却または水冷
（時効処理）
３５０〜５００°Ｃ×５〜６０時間大気中加熱後、炉冷
【００２０】
【表１】

【００２１】
［　耐放熱性試験］
転がり軸受の耐放熱性（熱の逃がし易さ）　に及ぼす転動体材質の影響を調べるために、内輪、外輪、転動体および波型保持器から構成された転がり軸受の外輪にヒータを巻き、外輪を２００°Ｃに加熱したときの、内輪が２００°Ｃに達するまでの時間を測定した。
【００２２】
尚、表１における各実施例１〜１３および比較例１４〜１９の転がり軸受の耐放熱性は、比較例１８の耐放熱性を１としたときの相対値であり、この値が大きいほど転がり軸受から放熱しにくいこと、即ち、耐放熱性に優れていることを示す。
表１、図２および図３に結果を纏めて示す。図２及び図３のグラフの縦軸は表１の比較例１８の値を１とした相対値である。
【００２３】
図２は内外輪の熱伝導率の効果を見るために、表１において転動体の材質を窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）にした場合の熱伝導率と耐放熱性との関係をまとめたグラフである。図２から、内外輪の材質を熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のチタン合金とした場合の耐放熱性が優れていることがわかる。
また、表１及び図３に示すように、外輪材料であるチタン合金の熱伝導率α１と転動体材料であるセラミックス又は鋼の熱伝導率α２との比、α２／α１が０．２〜４の範囲で耐放熱性が、著しく改善されていることがわかる。
【００２４】
なお、本実施形態においては、転がり軸受として深みぞ玉軸受を例に説明したが、本発明の転がり軸受は、他の種類の転がり軸受にも適用可能であることは勿論である。
また、内外輪２，３のチタン合金にＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣ等の硬質セラミックコーティング被膜やＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜等の硬質被膜処理を施すようにしてもよく、このようにすると、耐摩耗性が向上すると同時に、グリース等の潤滑剤を用いなくても、安定した回転性能を示し、特に回転トルクを低減することができる。
【００２５】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明の転がり軸受によれば、複写機、レーザビームプリンタ、ファックス又はこれらの複合機等の事務機器の定着部のヒートロールに使用した場合に、ヒートロールから該転がり軸受を通して熱が外部に逃げることを低減させることが可能となり、前記事務機器を省エネルギー化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例である転がり軸受を説明するための要部断面図である。
【図２】転動体材料を窒化珪素とした場合の内外輪の熱伝導率と耐放熱性との関係を示すグラフ図である。
【図３】α２（転動体の熱伝導率）／α１（内外輪の熱伝導率）と耐放熱性との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１…転がり軸受
２…内輪（可動子）
３…外輪（支持体）
４…転動体

Claims

回転自在な可動子と、該可動子を支持する支持体と、前記可動子と前記支持体との間に配設され該可動子の回転に伴って転動する複数の転動体とを備えた転がり軸受において、
前記可動子及び前記支持体の金属材料が、硬さＨｖ４００以上、熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のチタン合金とされ、かつ該チタン合金の熱伝導率をα１、前記転動体の材料の熱伝導率をα２とした場合に、α２／α１が０．２〜４であることを特徴とする転がり軸受。
前記可動子及び前記支持体に硬質セラミックコーティング被膜又はダイヤモンドライクカーボン被膜を施したことを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
前記転動体が、前記チタン合金、熱伝導率が４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のセラミックス、析出硬化型ステンレス鋼のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２記載の転がり軸受。