JP2011226623A - Rolling bearing for conveyance roller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体潤滑剤を含有した樹脂製保持器が組み込まれた転がり軸受に係り、特に、低トルクと耐久性を要求されるフィルム搬送ローラの支持軸受に好適に用いられる搬送ローラ用転がり軸受に関するものである。
BACKGROUND OF THE
FPD(フラットパネルディスプレイ)や太陽電池等の素材に用いられるフィルムは、異なる材料のフィルムを積層することで発光や発電の機能を発揮することが可能となるが、フィルムの厚さは日々薄くなっており、厚みが数10μm程度のものまで登場している。
従来より、フィルム20は、図7のような互いに平行に配置されてそれぞれ軸心回りに回転する複数本の搬送ローラ21に支持されて搬送されるが、フィルム20の厚みや長さに偏りがあると、積層時に充分な能力が発揮できずに製品不良を引き起こす原因となる。搬送ローラ21の幾つかはフィルム20に駆動力を与える駆動ローラであり、残りの多くは従動ローラである。従動ローラは移動するフィルム20との摩擦力で回転し、フィルム20を円滑に搬送したり、一個前のローラとの相対位置を変化させることでフィルム20の上下方向の角度を変えたりする役目を負っている。従動ローラはフィルム20との摩擦力だけで回転しているため、フィルム20の走行速度とローラ表面の周速度とが同一であることが重要であり、そのため、従動ローラは極めて小さい接線方向の力で回転しなければならない。したがって、フィルム20を搬送する搬送ローラ21の支持軸受22である搬送ローラ用軸受には極めて小さなモーメントで回転起動し、安定して回転しつづける、低トルク性能と耐久性が求められることになる。
Films used for materials such as FPDs (flat panel displays) and solar cells can exhibit functions of light emission and power generation by laminating films of different materials, but the thickness of the film becomes thinner every day. Even those with a thickness of about several tens of μm have appeared.
Conventionally, the
ところで、フィルム搬送ローラ用の軸受としては、一般的に転がり軸受が用いられており、一例を図8に示す。これは、外輪4、内輪2と波形保持器23から成る深溝玉軸受であり、波形保持器23はプレス成形部品2個で玉5をはさみ、その後、かしめ工程によって結合不可分としたもので、深溝玉軸受では最も一般的な保持器の形式である。波形保持器23は、玉5の球面に倣うように内周面のポケット24を球面に成形しており、全て玉5を抱くように配置されている。この球面の作用により、かしめ完了後は玉5は脱落することはなく、等間隔に所定のピッチ寸法を保持される。このように、波形保持器23は量産性に優れるだけでなく、剛性が高く、広く用いられている。しかしながら、波形保持器23は一体且つ、ポケット24が球面で玉5を抱く構造のため、玉5が自由にポケット24内を移動することはできない。軸受が回転起動する際は、玉5が保持器からの摩擦力を受けて回転し始めるため、起動トルクが大きくならざるを得ない。また、回転中の保持器はこのポケット形状により玉5からの強い圧力を受けることになり、その結果、一部の玉5が内外輪軌道1,3に押し付けられたり、開放されたりする挙動が繰り返される。そのため、摩擦トルク値も大きくなる
という問題があった。
By the way, as a bearing for a film conveyance roller, a rolling bearing is generally used, and an example is shown in FIG. This is a deep groove ball bearing comprising an
この問題の改善の先行技術としては、特許文献1〜4に転がり軸受の潤滑性能や低トルク性能を向上させるための発明が開示されている。
特許文献1には、樹脂保持器の曲げ弾性率を所定範囲に規定して、転動体と保持器ポケットの衝突音発生を緩和し、保持器と転動体の拘束を小さくしてトルク上昇を抑えた樹脂製保持器が記載されている。
特許文献2には、樹脂保持器にチタン酸カリウムウィスカを補強剤として含有させ、保持器変形強度を上げるとともに、チタン酸カリウムウィスカの自己潤滑性により潤滑性能を向上して低トルク化を図った玉軸受が記載されている。
特許文献3には、樹脂保持器の軌道輪案内面を一方の端部だけに設けることで反対側の軌道輪と保持器間にすきまを形成し、そこから潤滑油を軸受内に進入しやすくすることにより、低トルク化を実現した転がり軸受が記載されている。
特許文献4には、保持器ポケットの縁に強度補強部を形成することで高速回転時の保持器捩れを小さくし、保持器と転動体とが不必要に摺動するのを防止することにより、トルク上昇を抑えた転がり軸受が記載されている。
As prior art for improving this problem,
In
In
In
In
しかしながら、特許文献1の発明は、トルク上昇を抑えながら衝突音を小さくするというもので、より低トルク化を図ったものではない。また、固体潤滑剤を含有した樹脂製の保持器は、転がり軸受の潤滑性能の向上に寄与すると考えられるが、特許文献2の発明においては固体潤滑剤の転移がどの程度生じるかは不明であり、トルクの上昇及び変動を低減するためには安定した固体潤滑剤の転移が必要とされている。本発明が想定しているフィルム搬送分野ではクリーンな環境で使用されるために、特許文献3に記載された軸受外部から潤滑油を供給する潤滑手法は実施することはできない。さらに、保持器が変形すると保持器のポケットと玉が局部接触したり、保持器と軌道輪との摺動摩擦が上昇するという問題があるが、特許文献4に記載の発明は、作用及び効果が高速回転時に限定されると共に軌道輪と保持器との摺動摩擦減少には作用せず、低トルク化の効果は充分とは言えない。
However, the invention of
本発明は、樹脂製保持器に含有された固体潤滑剤が転動体に転移しやすくして、低摩擦化および低トルク化することができるとともに、耐久性に優れた搬送ローラ用転がり軸受を提供することを目的とする。 The present invention provides a rolling roller bearing for a transport roller that can easily transfer a solid lubricant contained in a resin cage to a rolling element, reduce friction and torque, and has excellent durability. The purpose is to do.
本発明は、上記問題を解決するために、内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、前記外輪軌道と内輪軌道との間に設けられた複数個の玉と、該複数個の玉を転動自在に保持する合成樹脂製環状の保持器とを備え、互いに平行に配置されてそれぞれ軸心回りに回転する複数本のローラによって被搬送物を支持して順次搬送する搬送ローラ用転がり軸受において、前記保持器は、固体潤滑剤を含有した合成樹脂から成形され、曲げ弾性率が600〜2000MPaであり、更に動摩擦係数が0.2以下であることを特徴とする。
さらに、軸受の外径をDとし、軸受の内径をdとし、軸受の幅をtとしたとき、下記式を満たすことを特徴とする。
(D−d)/2/t≦1.07
In order to solve the above problems, the present invention provides an outer ring having an outer ring raceway on an inner peripheral surface, an inner ring having an inner ring raceway on an outer peripheral surface, and a plurality of balls provided between the outer ring raceway and the inner ring raceway. And an annular cage made of synthetic resin that holds the plurality of balls in a rollable manner, and supports the object to be conveyed by a plurality of rollers that are arranged in parallel to each other and rotate around the axis. In the rolling roller rolling bearing that sequentially conveys, the cage is molded from a synthetic resin containing a solid lubricant, has a flexural modulus of 600 to 2000 MPa, and a dynamic friction coefficient of 0.2 or less. And
Furthermore, when the outer diameter of the bearing is D, the inner diameter of the bearing is d, and the width of the bearing is t, the following equation is satisfied.
(D−d) /2/t≦1.07
本発明は、保持器と軌道輪及び転動体との摺動摩擦を減少させるため、曲げ弾性率が600〜2000MPa(ASTM規格 D‐790)であり、且つ動摩擦係数が0.2以下(鈴木・松原式摩擦摩耗試験機による測定値、P=0.05〜0.3N/mm2,V=0.5〜1m/s)の固体潤滑剤を含有する樹脂材料で保持器を製作するというものである。
保持器と軌道輪及び転動体との摺動摩擦を減少させるには、保持器樹脂材料に固体潤滑剤が含有されている必要があるが、基本的に材料の動摩擦係数がある一定値以下でないと効果が小さい。さらに、固体潤滑剤が相手材に転移するためには、保持器が一定面積、一定時間、相手材と摺動する必要があり、そのためには樹脂材料に柔軟性が要求される。柔軟性が高すぎても構造部品として使用できなかったり、耐久性に難があったりする可能性がある。潤滑性と耐久性のバランスを考慮して、保持器材料の特性を適切に設定したのが上述の数値である。
In the present invention, in order to reduce the sliding friction between the cage, the race and the rolling element, the flexural modulus is 600 to 2000 MPa (ASTM standard D-790) and the dynamic friction coefficient is 0.2 or less (Suzuki / Matsuhara). A cage is made of a resin material containing a solid lubricant of a measured value by a type friction and wear tester, P = 0.05 to 0.3 N / mm 2 , V = 0.5 to 1 m / s). is there.
In order to reduce the sliding friction between the cage and the races and rolling elements, the cage resin material must contain a solid lubricant, but basically the dynamic friction coefficient of the material must be less than a certain value. Small effect. Furthermore, in order for the solid lubricant to transfer to the mating material, the cage needs to slide with the mating material for a certain area and for a certain time. For this purpose, the resin material is required to be flexible. Even if the flexibility is too high, it may not be used as a structural component, or there may be a difficulty in durability. Considering the balance between lubricity and durability, the above-mentioned numerical values set the characteristics of the cage material appropriately.
本発明によれば、保持器は、固体潤滑剤を含有した合成樹脂から成形され、曲げ弾性率が600〜2000MPaであり、更に動摩擦係数が0.2以下であるので、転動体及び軌道輪と保持器が適切に摺動することから、樹脂製保持器に含有された固体潤滑剤が転動体及び軌道輪に転移しやすくなる。これにより、低摩擦化および低トルク化を図ることができ、また、充分な耐久性を備えることができるという効果が有る。 According to the present invention, the cage is molded from a synthetic resin containing a solid lubricant and has a flexural modulus of 600 to 2000 MPa and a dynamic friction coefficient of 0.2 or less. Since the cage slides appropriately, the solid lubricant contained in the resin cage is easily transferred to the rolling elements and the raceway. As a result, the friction and torque can be reduced, and sufficient durability can be provided.
図1は本発明の第1実施形態である転がり軸受の構造を示す断面図、図2は図1における冠型保持器の正面図である。本実施形態の転がり軸受10は、内周面に外輪軌道3を有する外輪4と、外周面に内輪軌道1を有する内輪2と、外輪軌道3と内輪軌道1との間に設けられた複数個の玉5と、玉5を転動自在に保持する合成樹脂製環状の冠型もみ抜き保持器7を備えている。外輪4の両端部内周面には、それぞれ円輪状のシールド板6、6の外周縁を係止し、シールド板6の内径と内輪2の対向する外周面には隙間が設けられている。固体潤滑剤を含有する樹脂材料で成形された保持器7は、内輪案内とし、円周方向に等配位置で玉5を転動可能に保持するポケット8が設けてあり、片側端面に開口部9を有している。開口部9はパチン代が設定してあり、開口部9を通過してポケット8に収納された玉5は保持器7から脱落しないようになっている。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a rolling bearing according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front view of the crown type cage in FIG. The rolling
このような転がり軸受10を組立てる場合、所定個数の玉5を内輪軌道1と外輪軌道3の間の位置に等配し、軸受端面側から保持器7を装填し、玉5を全てポケット8に収納する。さらに、玉5或いは軌道にグリース又はオイルを薄膜塗布(図示せず)して軸受を潤滑した後、シールド板6を装填して封止する。
転がり軸受10はアンギュラ形式の軸受とすることもできる。この場合は、上記と同じ組み立て方法でもよいし、或いは、切れ目のない円形状ポケットを持つ保持器に転動体を入れた状態で内輪と一体的に保持し、熱して拡径させた外輪のカウンタボア(外輪口元テーパ部)側から装填して組立ててもよい。
内外輪2、4及び玉5の材料としてはSUJ2やSUS440Cなどがあり、シールド板6の材料としてはSPCCやSUS304など、或いはそれらを芯金にしたゴム成形品でもよい。
When assembling such a rolling
The rolling
Examples of the material of the inner and
本実施形態の転がり軸受10は、薄膜塗布されたグリース又はオイルによって玉5と内輪軌道1及び外輪軌道3は潤滑されており、軸受は回転可能な状態にある。保持器7は軸受の回転に伴って内輪2の周りを回転するが、図1に示すように保持器7は内輪案内であるので、内輪2の外径部と保持器7の内径部とが摺動しながら回転する。内輪2の外径部に潤滑剤が薄膜塗布されていても、この摺動によってたちまちグリース(或いはオイル)は剥がれて、保持器7の内径部と内輪2の外径部とはドライ状態で摺動することになる。この時、保持器7の樹脂材料に含有される固体潤滑剤が保持器7から脱離して内輪2の外径部表面に転移し、保持器7と内輪2との摺動の潤滑に供される。これにより、保持器7と内輪2とが摺動しているにも関わらず、固体潤滑剤で潤滑されているため大きな摩擦抵抗を生じることなく、軸受回転のトルクを上昇させることはない。
In the rolling
転がり軸受10は薄膜潤滑されているため、軸受回転時におけるグリース(或いはオイル)の撹拌抵抗は小さく、そのため軸受を低トルク化することができる。固体潤滑剤による潤滑はウェットの潤滑で必ず発生する撹拌抵抗を伴わない潤滑であり、その樹脂材料の動摩擦係数がそのまま動摩擦力に影響するため、極力、動摩擦係数の低い樹脂材料を選定するのが好ましい。ただし、前提条件として固体潤滑剤が確実に相手材(図1では内輪外径部)に転移することが必要であり、そのために、後述する根拠に基づいて動摩擦係数と曲げ弾性率とが所定の範囲である樹脂材料を選定する必要がある。曲げ弾性率が小さいほど柔軟性が増し、保持器7は相手材の形状に倣って広い面積範囲で摺動し、固体潤滑剤の転移の機会が多くなる。それにより保持器7の潤滑性が良くなるが、柔軟性が高くなるほど構造体としての剛性が小さくなる為、玉5から保持器7が力を受けると保持器7は回転中に変形してしまい、軸受の回転が不安定になったり、或いは回転起動できなくなったりする。
Since the rolling
本実施形態では内輪案内の保持器7を示したが、保持器7が外輪案内であっても固体潤滑の作用は同一であり、回転トルクの上昇を抑制することができる。さらに、転動体案内の保持器の場合には、転動体上の薄膜潤滑のはがれた部位と保持器ポケット対向面との摺動は発生するため、本発明の樹脂保持器を用いることで低トルク化に効果がある。
In the present embodiment, the inner
次に、上記と同様の構成の転がり軸受について、動摩擦トルク試験と耐久試験の2つの回転試験を行なった。
動摩擦トルク試験と耐久試験は、どちらも同型の試験装置を使用し、図3は試験装置の構造を示す外観図である。2個の試験軸受31、31は、軸受内輪を水平軸であるシャフト30に装填し、軸受外輪は軸受ホルダー32に嵌合させた状態で同軸に配列されおり、軸受内輪には予圧バネ33により予圧荷重(アキシアル荷重)を付加している。試験軸受31には摩擦が有るため、シャフト30の回転運動により軸受内輪を回転させると軸受外輪が連れ回りを生じる。配列した2個の試験軸受31の外輪の中間点から接線方向に糸を34伸ばして、その端をフォースゲージ35に接続しており、軸受が定速連続回転の状態において、フォースゲージ35により連れ回りの接線力(接線方向荷重)を測定する。接線力値を軸受のトルク値に代用して試験軸受31の比較を行う。試験軸受31は同一仕様軸受(内径60mm)を2個ペアにして行い、測定値を1/2にして1軸受分としている。
動摩擦トルク試験は内輪の回転速度70min−1、耐久試験は内輪の回転速度420min−1で行なった(大気圧、常温)。図4に接線力の測定例を示すが、接線力値は振れ幅を持つため、中央値と振れ幅量の2つを軸受トルクの代表値とした。
Next, two rolling tests, a dynamic friction torque test and a durability test, were performed on the rolling bearing having the same configuration as described above.
The dynamic friction torque test and the durability test both use the same type of test apparatus, and FIG. 3 is an external view showing the structure of the test apparatus. The two
The dynamic friction torque test was performed at an inner ring rotational speed of 70 min −1 , and the durability test was performed at an inner ring rotational speed of 420 min −1 (atmospheric pressure, normal temperature). FIG. 4 shows an example of measuring the tangential force. Since the tangential force value has a swing width, the median value and the swing width amount are set as representative values of the bearing torque.
試験結果を表1に示す。試験軸受としては、保持器の樹脂材料が異なるだけで、諸元寸法及び薄膜潤滑量等は全て同じである10種類の軸受を用意した。試験軸受における保持器の樹脂材料は市販されている無配向性の圧縮成形材であり、丸棒又は円筒の素材を機械加工して保持器を製作している。保持器は図2と同形式のポケット開口部を有する冠型もみぬき保持器であり、ポケットは半径方向に同一断面で、内輪案内保持器となっている。保持器の樹脂材料は、試験軸受#1が純PTFE、#2〜5がPTFEに補強繊維か補強材料(PI:ポリイミド)を配合したもので#1〜5はベース樹脂であるPTFEが固体潤滑剤となっている。#6がポリプロピレンにふっ素樹脂(固体潤滑剤)を配合したもの、#7,8がポリアミド6、ポリアミド66にMoS2(固体潤滑剤)を配合したもの、#9がポリエーテルエーテルケトンにPTFE(固体潤滑剤)を配合したもので、#10がポリエチレンテレフタレートに固体潤滑剤を配合したものである。
The test results are shown in Table 1. As test bearings, ten types of bearings were prepared, which were different in the resin material of the cage and had the same specifications, thin film lubrication amount, and the like. The resin material of the cage in the test bearing is a commercially available non-oriented compression molding material, and a cage is manufactured by machining a round bar or cylindrical material. The retainer is a crown-type grind retainer having a pocket opening of the same type as that in FIG. 2, and the pocket is an inner ring guide retainer having the same cross section in the radial direction. The resin material of the cage is pure PTFE
表1において、回転試験後30分後の接線力の中央値と振れ幅量、同12時間後の中央値及び耐久試験総回転数を記載している。
動摩擦トルク試験において、試験軸受#4は回転せず、試験軸受#5,7,8は30分後の接線力中央値が異常に高く、試験軸受#9は振れ幅量が大きく、試験軸受#10は12時間の中央値が大幅に上昇した為、耐久試験は行なわなかった。耐久試験の結果、試験軸受#1は保持器が破損したが、試験軸受#2,3,6はいずれも目標とする5×107回転に到達した。以上により、低トルク性能と耐久性能から試験軸受#2,3,6が搬送ローラ用転がり軸受に適合すると判定された。
試験軸受#1の純PTFE保持器は、PTFEが摩耗、脱粒したことによる破損である。動摩擦トルク試験でNGとなった理由としては、試験軸受の保持器が構造体として柔らかすぎるか、あるいは固体潤滑剤の転移が不充分であることが原因と考えられる。
In Table 1, the median value of the
In the dynamic friction torque test, the
The pure PTFE cage of
試験結果を保持器樹脂材料の動摩擦係数と曲げ弾性率について整理したのが,図5である。搬送ローラ用転がり軸受に適合と判定されたものを○、NGとなったものを×として領域で区切ると、図中の太線で分けられることが判る。すなわち、動摩擦係数が0.2以下で、曲げ弾性率が600〜2000MPaである樹脂材料を保持器に用いることにより、低トルク性能と耐久性能を満足することになる。特に、曲げ弾性率が900MPa以上の樹脂材料であれば保持器剛性が確保できるのでより好適と言える。 FIG. 5 shows the results of the tests arranged for the dynamic friction coefficient and the flexural modulus of the cage resin material. It can be seen that when the roller bearings determined to be suitable for the conveyance roller rolling bearings are divided into regions with ◯ and NG with x, the regions are separated by thick lines in the figure. That is, low torque performance and durability performance are satisfied by using a resin material having a dynamic friction coefficient of 0.2 or less and a flexural modulus of 600 to 2000 MPa for the cage. In particular, a resin material having a flexural modulus of 900 MPa or more can be said to be more preferable because the cage rigidity can be secured.
次に、図6は、本発明の第2実施形態である転がり軸受の構造を示す部分断面図である。本実施形態の転がり軸受10は、前記第1実施形態の転がり軸受とほぼ同様であるが、軸受寸法を限定している点が異なる。搬送ローラ用転がり軸受10は、軸受の外径をDとし、軸受の内径をdとし、軸受の幅をtとしたとき、(D−d)/2/t≦1.07を満たす構造としている。フィルム搬送ローラ用の軸受は、低トルク性能を要求されるが、大きな荷重容量を要求されることは少ない。一方、設備のフットプリント性は要求されるため、荷重容量は大きくないが厚み寸法が小さい薄肉軸受と呼ばれる軸受が使用されることが多い。これらは軸受の直径系列で08系、09系に分類されるものである。これらは玉5の直径に対して軸受の断面積が小さいため、内蔵される保持器7も寸法上の制約を受けることになる。
Next, FIG. 6 is a partial sectional view showing the structure of a rolling bearing according to the second embodiment of the present invention. The rolling
図6からわかるように、保持器7に許されるスペースは非常に小さく、シールド板6と干渉しないようにするため、保持器7はシールド板6の嵌合部とは反対側である内輪側に寄せて設置する必要ある。保持器7に玉案内の構造を採用した場合、シールド板6によって断面積が狭くなっている領域に保持器7がより近づくことになるため、シールド板6と保持器7が接触する可能性があるため好ましくない。従って、薄肉軸受の保持器7は、軌道輪案内(図では内輪案内)とならざるを得ない。軌道輪案内の保持器7は必ず外輪4か内輪2と摺動を生じるため、その摺動抵抗を極力軽減した樹脂保持器を使用する必要がある。つまり、薄肉軸受が使用されることが多いフィルム搬送ローラ用の軸受には、本発明の樹脂保持器が好適と言える。
08,09系の軸受(内径100mm以下)において、軸受の断面高さ寸法(D−d)/2と幅寸法tとの比をとると、その値は最大値で1.07であり、本条件を満足する軸受は全て薄肉軸受である。
As can be seen from FIG. 6, the space allowed for the
In the case of a 08,09 series bearing (with an inner diameter of 100 mm or less), when the ratio of the sectional height dimension (Dd) / 2 of the bearing and the width dimension t is taken, the maximum value is 1.07. All bearings that satisfy the conditions are thin-walled bearings.
本発明の搬送ローラ用転がり軸受は、フィルム搬送ローラの支持軸に好適に適用できる。 The roller bearing for the transport roller of the present invention can be suitably applied to the support shaft of the film transport roller.
1 内輪軌道
2 内輪
3 外輪軌道
4 外輪
5 玉
6 シールド板
7 保持器
8 ポケット
9 開口部
10 転がり軸受
20 フィルム
21 搬送ローラ
22 支持軸受
23 波形保持器
24 ポケット
30 シャフト
31 試験軸受
32 外輪ホルダー
33 予圧バネ
34 糸
35 フォースゲージ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
(D−d)/2/t≦1.07 The rolling roller bearing according to claim 1, wherein the outer diameter of the bearing is D, the inner diameter of the bearing is d, and the width of the bearing is t.
(D−d) /2/t≦1.07
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