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JP3030731B2 - 転動体保持部材および転がり軸受 - Google Patents

転動体保持部材および転がり軸受

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Publication number
JP3030731B2
JP3030731B2 JP3196856A JP19685691A JP3030731B2 JP 3030731 B2 JP3030731 B2 JP 3030731B2 JP 3196856 A JP3196856 A JP 3196856A JP 19685691 A JP19685691 A JP 19685691A JP 3030731 B2 JP3030731 B2 JP 3030731B2
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JP
Japan
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ball
rolling
weight
pocket
cage
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Application number
JP3196856A
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English (en)
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JPH04351319A (ja
Inventor
弘 上野
昌次 畑生
恵津子 熊田
丈博 安達
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koyo Seiko Co Ltd
Original Assignee
Koyo Seiko Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=26510019&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP3030731(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Koyo Seiko Co Ltd filed Critical Koyo Seiko Co Ltd
Priority to JP3196856A priority Critical patent/JP3030731B2/ja
Priority to DE69115003T priority patent/DE69115003T2/de
Priority to US07/813,862 priority patent/US5180231A/en
Priority to EP91122318A priority patent/EP0492660B1/en
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、とくにグリースが使
用できない高温中での使用に適した転動体保持部材およ
び転がり軸受に関する。なお、この明細書において、転
動体保持部材という用語は、たとえば転がり軸受の保持
器、旋回座軸受の間座（セパレータ）など、転動体を保
持するための部材の総称として用いられる。
【０００２】
【従来の技術および発明の課題】グリースが使用できな
いような高温中において使用する転がり軸受の保持器と
して、自己潤滑性を有する高分子材料で作られたものが
種々提案されている。
【０００３】しかしながら、３００℃以上の高温で使用
できてしかも潤滑性の良いものはない。
【０００４】たとえば、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦ
Ｅ樹脂）は自己潤滑性はあるが、比較的柔らかく、高温
ではさらに柔らかくなるため、剛性が不足して、使用で
きない。ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹
脂）は耐熱性に優れているが、潤滑性がない。
【０００５】高温中で使用される真空装置用旋回座軸受
の間座など、他の種類の転動体保持部材についても同様
の問題がある。
【０００６】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
３００℃以上の高温において無潤滑で使用できる転動体
保持部材および転がり軸受を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明による転動体保
持部材は、１５〜５０重量％の強化繊維、５〜１５重量
％のカーボン粉末および残部ポリエーテルエーテルケト
ン樹脂よりなるものである。この発明による転がり軸受
は、耐食材製の内外輪および転動体ならびに転動体保持
部材を有し、転動体保持部材が、１５〜５０重量％の強
化繊維、５〜１５重量％のカーボン粉末および残部ポリ
エーテルエーテルケトン樹脂よりなり、転動体保持部材
のカーボンが転動体に転移することにより潤滑が行われ
るものである。たとえば、転がり軸受は、３００℃以上
となる環境で使用される。
【０００８】
【発明の作用および効果】ＰＥＥＫ樹脂は融点（３３４
℃）が高く、高温での強度が優れている。しかも、これ
より融点の高いガラス繊維などの強化繊維が含まれてい
るので、さらに高温での強度が向上する。また、カーボ
ン粉末もベース材料であるＰＥＥＫ樹脂より融点が高
く、転動体に転移してカーボン膜を作り、高い潤滑性能
を発揮する。
【０００９】したがって、この発明による転動体保持部
材および転がり軸受は、３００℃以上の高温において無
潤滑で長時間使用することができる。
【００１０】全体重量に対する強化繊維の含有量は１５
〜５０重量％であるが、さらに３０重量％程度が好まし
い。１５重量％より小さいと、補強効果がない。５０重
量％より大きいと、ＰＥＥＫ樹脂への練り込みが困難で
ある。強化繊維の含有量が大きい場合、相手材の傷つき
を防止するため、強化繊維の直径をたとえば６μｍ程度
に小さくするのが好ましい。
【００１１】全体重量に対するカーボン粉末の含有量は
５〜１５重量％であるが、さらに１０重量％程度が好ま
しい。５重量％より小さいと、潤滑効果がない。１５重
量％より大きいと、ＰＥＥＫ樹脂への練り込みが困難で
ある。
【００１２】
【実施例】次に、上記効果を実証するため、この発明の
実施例を例示する。
【００１３】まず、表１に比較例１および２ならびに実
施例で示す３種類の深みぞ玉軸受用保持器を準備した。
各保持器材料の物性値を測定した。測定結果を表２に示
す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】表１において、強化材としてのガラス繊維
の直径は６μｍである。
【００１７】なお、比較例および実施例とも、寸法の異
なる複数種類の保持器を含んでいる。
【００１８】実施例の保持器は射出成形により作られる
が、射出成形の前に２軸スクリュー形押出機でＰＥＥＫ
樹脂、カーボン粉末およびガラス繊維が混練される。押
出機の前の方には３箇所のフィーダ（投入口）が設けら
れている。すなわち、ＰＥＥＫ樹脂、カーボン粉末、ガ
ラス繊維の各フィーダが手前から順に設けられている。
ガラス繊維は破壊されやすいので、そのフィーダは最も
後に位置している。また、各フィーダ間にはエアベント
が設けられている。各材料は水分を含んでおり、反応に
よって揮発性ガスが発生し、これらが成形品中に混入す
ると脆化の原因となる。これを防止するため、エアベン
トによりガス抜きを行なっている。さらに、混練温度が
４３０℃を越えると材料そのものが熱劣化（酸化劣化）
をおこし易くなるので、これを越えないように速度など
が適宜管理されている。たとえば練りを強くすると材料
が自己発熱をして温度上昇をきたすので、４３０℃以下
になるように各工程を管理している。
【００１９】比較例の保持器も、実施例のものとほぼ同
様にして作られる。
【００２０】実施例の保持器の形状の１例が図１〜図４
に示されている。これらは、たとえば実開平２−１３２
１２５号公報に記載されているような冠形保持器であ
る。
【００２１】冠形保持器(1) は略円筒状をなし、保持器
(1) には、これを径方向に貫通するとともに軸方向一端
(1a)に開放する複数のポケット(2) が周方向に等間隔を
おいて形成されている。そして、各ポケット(2) 間の隔
壁(3) の周方向略中央に、これを径方向に貫通するとと
もに一端(1a)に開放する軸方向の凹部(4) が形成されて
いる。これらの凹部(4) はポケット(2) の一端(1a)から
の深さにほぼ等しい軸方向の深さｄを有するとともに、
周方向に所定の幅ｗを有する。この凹部(4) により、隔
壁(3) は周方向にほぼ２等分されて、音叉状をなす２つ
の片持ち梁状の片部(3a)に分けられている。
【００２２】保持器(1) は図示しない内外輪の間に配置
され、内外輪の軌道面間を転動するボール(5) がポケッ
ト(2) に収納される。隔壁(3) の凹部(4) は、後に詳し
く説明するように、ボール(5) のポケット(2) への挿入
に際し片部(3a)の弾性撓みの逃げ用の空間となる。
【００２３】ポケット(2) の外径側は、ポケット(2) の
中心(O) を中心とする半径Ｒ1 の径方向の半円筒面(2a)
と軸心に平行で距離２Ｒ1 だけ離れた平面(2b)とを連ね
た軸方向一端(1a)側に開放するＵ字状の面で形成されて
いる。ポケット(2) の内径側は、ポケット(2) の中心
(O) を中心とする半径Ｒ1 の球面(2c)と、軸心がポケッ
ト(2) の中心(O) を通る半径Ｒ2 の軸方向の円筒面(2d)
とで形成されている。球面(2c)の半径Ｒ1 は、ボール
(5) の半径Ｒよりわずかに大きい。また、円筒面(2d)の
半径Ｒ2 はボール(5) の半径Ｒよりも一定寸法だけ小さ
い。このように、ポケット(2) の入口(6) の内径側を形
成する円筒面(2d)の半径Ｒ2 が球面(2c)の半径Ｒ1 より
小さいため、この球面(2c)の図４にθで示す角度は１８
０度よりも大きい。したがって、保持器(1) は、ポケッ
ト(2) に収納されたボール(5) に球面(2c)にて軸方向に
係止する。換言すれば、保持器(1) はボール(5) により
軸方向に係止され、軸方向に支持される。この球面(2c)
の１８０度を越える部分(2c1)のボール(5) に対する軸
方向の係合により、ボール(5) がポケット(2) の入口
(6) から軸方向に抜けるのが防止され、ボール(5) との
係合が外れて保持器(1) が軸方向に抜けるのが防止され
る。このような軸方向の係止と同時に、保持器(1)は球
面(2c)にてボール(5) に径方向に係止して、ボール(5)
により径方向に支持され、内外輪との間に所定の間隔を
保って位置させられる。ポケット(2) の両側に位置する
片部(3a)の球面(2c)の１８０度をこえる部分(2c1) とこ
れと軸方向一端(1a)との間の円筒面(2d)が、ポケット
(2) の入口(6) を狭めるつめ状の係止部(7) となつてお
り、この係止部(7) が、上記のようにボール(5) に軸方
向に係止し、かつ径方向に係止する。
【００２４】保持器(1) の複数のポケット(2) へのボー
ル(5) の軸方向の挿入に際し、ポケット(2) の入口(6)
の周方向両側に位置する１対の片部(3a)は、ボール(5)
により押圧されて、係止部(7) がボール(5) の通過が可
能な位置に至るまで弾性的に押し広げられる。隔壁(3)
に凹部(4) が設けられているため、隔壁(3) がポケット
(2) 間全体で撓むのでなく、隔壁(3) の一部をなす片部
(3a)で撓む。凹部(4)の深さｄおよび幅ｗの寸法はＰＥ
ＥＫ樹脂の可撓性を考慮に入れて適宜な大きさに選ばれ
て、片部(3a)の撓みのばね性がボール(5) の挿入に必要
な適宜な大きさに調整されている。このため、凹部(4)
が片部(3a)の撓みの逃げ用の空間として作用し、かつ係
止部(7) が内径側に設けられて、片持ち梁状をなす片部
(3a)が周方向と径方向の撓みが複合されたかたちで変形
する。つまり、片部(3a)は図２に想像線で示すように大
きく広がることができるため、保持器(1) が従来の冠形
保持器の構造ではボールをポケットに挿入できないほど
可撓性の小さいＰＥＥＫ樹脂でできているにもかかわら
ず、片部(3a)および係止部(7) がボール(5) の通過が可
能な位置に至るまで容易にかつスムーズに弾性変形する
ことができる。したがって、ボール(5) は容易に弾性的
にポケット(2) に挿入される。各ポケット(2) へのボー
ル(5) の収納が完了した保持器(1) は、弾性的に復元し
た隔壁(3) の片部(3a)の係止部(7) にて各ボール(5) に
軸方向に係止され、したがって、保持器(1) の抜けが確
実に防止される。そして、保持器(1) は、ポケット(2)
に挿入されたボール(5) を周方向に所定の間隔を保って
滑らかに回転可能に保持する。
【００２５】この保持器(1) は、上記のようにポケット
(2) の両側の片部(3a)が周方向および径方向の動きが複
合されたかたちで容易に広がることができるため、金型
における凹部(4) およびポケット(2) に対応した中子を
順に軸方向に抜くことにより、型からの取り出しを可能
にして、一体成形により作ることができる。また、凹部
(4) に対応する中子を軸方向に、ポケット(2) に対応す
る中子を径方向に抜くようにして、一体成形により作る
ことができる。
【００２６】比較例１および２の保持器も、実施例のも
のと同じ形状に作られている。
【００２７】上記比較例１および２ならびに実施例の所
定の寸法の保持器を使用して、呼び番号６２６の深みぞ
玉軸受（内径６mm、外径１９mm、幅６mm）を作った。こ
れらの軸受の内輪、外輪および玉はすべてＳＵＳ４４０
Ｃ製とした。そして、すべての種類の軸受について、次
のような条件で、耐久試験を行なった。同じ保持器を使
用した２個の軸受の内輪を回転軸に固定し、これらの軸
受の外輪を重錘を兼用するハウジングに固定し、軸受１
個当り２．３kgf のラジアル荷重を付加し、回転軸を５
００rpm の速度で回転させた。ハウジングの外周面にバ
ンドヒータを取付け、一方の軸受の外輪外径の温度を測
定して、これを３００℃に保持した。
【００２８】この試験の結果は、次のとおりである。
【００２９】比較例１の保持器を使用した２個の軸受に
ついては、それぞれ約１５０時間と１７０時間で保持器
が破損した。比較例２の保持器を使用した２個の軸受に
ついては、それぞれ約２５０時間と２７０時間で保持器
が破損した。実施例の保持器を使用した２個の軸受につ
いては、３００時間経過しても保持器は破損しなかっ
た。
【００３０】次に、実施例の所定の寸法の保持器を使用
して、呼び番号６２０４の深みぞ玉軸受（内径２０mm、
外径４７mm、幅１４mm）を作った。これらの軸受の内
輪、外輪および玉はすべてＳＵＳ４４０Ｃ製とした。そ
して、前記と同じ装置を使用して、軸受１個当りのラジ
アル荷重２．８kgf、内輪の回転数５００rpm 、温度３
５０℃で回転時間７００時間の耐久試験を行なった。
【００３１】この耐久試験における温度３５０℃は保持
器のベース材であるＰＥＥＫ樹脂の融点より高いが、７
００時間経過しても、保持器が完全に溶融したものはな
く、実施例の保持器は融点近くまで相当高い耐熱性を有
していることがわかった。また、内輪および外輪の軌道
部は若干荒れていたが、玉には、潤滑材であるカーボン
がきれいに転移し、艶のある黒色を呈していた。
【００３２】上記の試験結果より、実施例の保持器を用
いた軸受は３００℃以上の高温でも使用可能であると考
えられる。
【００３３】図１〜図４に示す冠形保持器(1) は、隔壁
(3) に凹部(4) を有しているので、凹部(4) の形状、寸
法（深さｄ、幅ｗ）を材料の可撓性に応じて適宜に選ぶ
ことにより、片部(3a)のばね性を調整でき、かつこの凹
部(4) によりボール(5) の挿入の際の片部(3a)の撓みを
逃がすことができる。これに加えて、ポケット(2) に面
する隔壁(3) の片部(3a)の内径側にボール(5) に軸方向
および径方向に係止する係止部(7) が設けられているの
で、ポケット(2) へのボール(5) の軸方向の挿入に際
し、ポケット(2) の両側の片部(3a)を周方向と径方向の
動きが複合する方向に弾性的に撓ませて、広げることが
できる。したがって、保持器(1) が可撓性の小さいＰＥ
ＥＫ樹脂で作られても、係止部(7) をボール(5) の通過
が可能な位置まで容易に広げることができ、ボール(5)
をポケット(2) に容易にかつ確実に挿入することができ
る。したがって、この保持器(1) を用いれば、耐高温、
ひいては高回転タイプの玉軸受を実現することができ
る。
【００３４】保持器の形状は、図５〜図８に示すような
ものであってもよい。図５〜図８は、図１〜図４にそれ
ぞれ相当している。この場合、ポケット(2)の係止部(8)
は、前記実施例におけるポケット(2) の球面(2c)の１
８０度を越える部分(2c1) を外径側に延長した球面(2c
2) と、同じく円筒面(2d)を外径側に延長した円筒部(2
e)によって形成されている。そして、この係止部(8) に
より、保持器(1) はボール(5) に径方向に係止される。
これ以外の作用効果は前記実施例と同じである。また、
係止部は上記のように球面と円筒面で形成するものに限
らず、ボールに軸方向および径方向に係止するものであ
ればよい。
【００３５】また、保持器の形状は、上記２つの例に限
らず、適宜変更可能である。
【００３６】この発明を真空装置用旋回座軸受に適用し
た１例が図９および図１０に示されている。
【００３７】この軸受は、内輪(10)、外輪(11)、内外輪
(10)(11)の間に配置された複数の玉(12)および玉(12)の
間に配置された複数の間座(13)より構成されている。内
輪(10)の内周には、内歯(14)が設けられている。内輪(1
0)の外周面および外輪(11)の内周面には略半円状の軌道
みぞ(15)(16)が形成され、これらのみぞ(15)(16)に玉(1
2)が入れられている。間座(13)は穴あき短円柱状をな
し、その両端面には玉(12)の一部がはまる浅い球面状凹
所(17)が形成されている。そして、間座(13)により、玉
(12)が所定の間隔に保持されている。また、内外輪(10)
(11)の両端部相互間に、シール(18)(19)が設けられてい
る。
【００３８】内外輪(10)(11)および玉(12)は、耐食性の
高い材料、たとえばＳＵＳ４４０Ｃで作られている。間
座(13)は、表１の実施例と同様、直径６μｍのガラス繊
維３０重量％、カーボン粉末１０重量％が充填されたＰ
ＥＥＫ樹脂で作られている。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の１実施例を示す冠形保持器の縦断面
図である。
【図２】図１のII−II線の矢視図である。
【図３】図２の III−III 線の断面図である。
【図４】図２のIV−IV線の断面図である。
【図５】この発明の他の実施例を示す冠形保持器の縦断
面図である。
【図６】図５のVI−VI線の矢視図である。
【図７】図６の VII−VII 線の断面図である。
【図８】図６のVIII−VIII線の断面図である。
【図９】この発明のさらに他の実施例を示す旋回座軸受
主要部の縦断面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線の拡大断面図である。
【符号の説明】
(1) 冠形保持器 (13) 間座
フロントページの続き (72)発明者 安達 丈博 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光 洋精工株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−120423（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−79419（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−132125（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−54925（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16C 33/44

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １５〜５０重量％の強化繊維、５〜１５
    重量％のカーボン粉末および残部ポリエーテルエーテル
    ケトン樹脂よりなる転動体保持部材。
  2. 【請求項２】耐食材製の内外輪および転動体ならびに転
    動体保持部材を有し、転動体保持部材が、１５〜５０重
    量％の強化繊維、５〜１５重量％のカーボン粉末および
    残部ポリエーテルエーテルケトン樹脂よりなり、転動体
    保持部材のカーボンが転動体に転移することにより潤滑
    が行われる転がり軸受。
  3. 【請求項３】３００℃以上となる環境で使用される請求
    項２の転がり軸受。
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