JP2004239443A - Rolling bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体製造装置や真空ポンプ装置等のように減圧雰囲気で使用されたり、事務機器の定着部のヒートロール用等のように高温環境で使用されたりし、フッ素含有重合体を含有する潤滑油やグリース、或いはフッ化物からなるガスを含む雰囲気下で使用される転がり軸受に関するものである。 The present invention is used in a reduced-pressure atmosphere such as a semiconductor manufacturing apparatus or a vacuum pump apparatus, or used in a high-temperature environment such as for a heat roll of a fixing unit of office equipment, and contains a fluorine-containing polymer. The present invention relates to a rolling bearing used in an atmosphere containing a gas containing lubricating oil, grease, or fluoride.
真空度を作ったり、或いはそれを維持したりするための真空ポンプには種々のものがあるが、その中でも比較的到達真空度の低いものとしてドライスクリューポンプがある。これは、吸入口及び吐出口を備えたポンプ本体と、このポンプ本体内に配置され、左ネジ及び右ネジが夫々切られた一対のロータと、転がり軸受によって前記ポンプ本体に回転自在に保持されたロータシャフトとを具備し、前記一対のロータが互いに非接触な状態で同期して回転することにより、吸入口に接続された容器内の気体をポンプ本体内部に吸入し、吐出口からそれを吐出して容器内を真空状態にするものである。 There are various types of vacuum pumps for creating or maintaining a vacuum degree, and among them, a dry screw pump is one having a relatively low ultimate vacuum degree. The pump body is provided with a suction port and a discharge port, a pair of rotors disposed in the pump body and having a left-handed screw and a right-handed screw respectively cut off, and rotatably held by the pump body by rolling bearings. And a pair of rotors are rotated synchronously in a non-contact state with each other, so that the gas in the container connected to the suction port is sucked into the pump body, and the gas is discharged from the discharge port. It discharges and makes the inside of the container a vacuum state.
前記二つのロータシャフトは転がり軸受によって回転自在に支持されるが、この転がり軸受には、通常の軸受鋼(SUJ2)が使用されることが多い。転がり軸受は、内外輪及び転動体に高い接触応力が繰り返し作用するため、内外輪及び転動体を硬く形成して、転がり疲れ寿命を長くする必要がある。従って、転がり軸受の内外輪及び転動体を前記軸受鋼(SUJ2)で形成した後、焼入、焼戻しが行われる。 The two rotor shafts are rotatably supported by rolling bearings. For the rolling bearings, normal bearing steel (SUJ2) is often used. In a rolling bearing, since a high contact stress repeatedly acts on the inner and outer rings and the rolling elements, it is necessary to form the inner and outer rings and the rolling elements hardly and to prolong the rolling fatigue life. Therefore, after the inner and outer races and rolling elements of the rolling bearing are formed of the bearing steel (SUJ2), quenching and tempering are performed.
また、真空ポンプ装置などのように減圧(真空を含む)雰囲気で使用される軸受の潤滑剤としては、減圧雰囲気の汚染を防ぐため、固体潤滑剤が用いられる場合があるが、軸受の寿命や信頼性を向上させるため、潤滑油等の流体潤滑剤の使用が増加している。その代表的なものに、耐食性が高く、蒸発しにくいフッ素系潤滑油が用いられている。特に、高速回転で、場合によっては高温環境で使用される高真空ポンプでは、より信頼性の高いフッ素系潤滑油を潤滑に使用することが多くなっている。従来、このような真空を含む減圧雰囲気で使用される転がり軸受では、潤滑剤をフッ素系潤滑油に変更するだけで、軸受自体の精度などは通常仕様(例えば精度ではJIS B 1514程度)のままである。 As a lubricant for a bearing used in a reduced pressure (including vacuum) atmosphere such as a vacuum pump device, a solid lubricant may be used to prevent contamination of the reduced pressure atmosphere. Fluid lubricants such as lubricating oils have been increasingly used to improve reliability. As a typical example, a fluorine-based lubricating oil having high corrosion resistance and hardly evaporating is used. In particular, high-vacuum pumps used at high speeds and in some cases in high-temperature environments often use more reliable fluorine-based lubricants for lubrication. Conventionally, in a rolling bearing used in a reduced-pressure atmosphere including such a vacuum, only the lubricant is changed to a fluorine-based lubricating oil, and the accuracy of the bearing itself is kept to a normal specification (for example, JIS B 1514 in accuracy). It is.
一方、事務機器の定着部のヒートロールなどの200℃を超える高温環境下でも、耐熱性に優れ、蒸発量が少なく、化学的に安定なフッ素系潤滑油やフッ素系グリースが用いられている。このようなフッ素系潤滑油やフッ素系グリースには、例えばパーフルオロポリエーテル(PFPE)油や、このPFPE油を基油としたフッ素系グリースなど、フッ素含有重合体を含有する潤滑油又はグリースが挙げられる。通常の使用環境下では、このようなフッ素含有重合体を含有する潤滑油やグリースによる潤滑には何ら問題はなかった。 On the other hand, even under a high temperature environment exceeding 200 ° C., such as a heat roll in a fixing section of office equipment, a fluorine-based lubricating oil or a fluorine-based grease having excellent heat resistance, a small amount of evaporation, and being chemically stable is used. Such fluorine-based lubricating oils and fluorine-based greases include, for example, lubricating oils or greases containing a fluorine-containing polymer such as perfluoropolyether (PFPE) oil and fluorine-based grease based on this PFPE oil. No. Under a normal use environment, there was no problem in lubricating with a lubricating oil or grease containing such a fluorine-containing polymer.
しかしながら、近年、複写機(PPC)、レーザビームプリンタ(LBP)、ファックス(FAX)或いはこれらの複合機に代表される事務機器では、コンパクト化、省エネルギー化、リサイクル化、高速化等の傾向が高まりつつあり、そのためにより小さいサイズ、より過酷な条件(高速、高荷重)でのトルク寿命が長いことが要求されるようになってきている。また、前記真空ポンプの分野においても、大容量化やコンパクト化のために、より高温、高速下で長時間作動する転がり軸受が要求されている。更に、半導体や液晶パネル製造分野においても、基板の大型化や搬送の高速化に伴い、使用される転がり軸受に対して高荷重、高速下での長期間作動が要求されている。 However, in recent years, office equipment represented by a copier (PPC), a laser beam printer (LBP), a facsimile (FAX), or a multifunction peripheral thereof has a tendency to be compact, energy-saving, recycle, and high-speed. Therefore, it has been required to have a smaller size and a longer torque life under more severe conditions (high speed, high load). Also, in the field of the vacuum pump, there is a demand for a rolling bearing that operates for a long time at a higher temperature and a higher speed in order to increase the capacity and reduce the size. Further, in the field of semiconductor and liquid crystal panel production, with the increase in the size of substrates and the speed of transportation, rolling bearings used are required to operate for a long period of time under high load and high speed.
これらとは個別に、外輪軌道と内輪軌道との間で、転動体を等配に保持する保持器の一般的な材料としては、SPCC材やHBS C1材、PA66樹脂材等が使用されている。前記真空ポンプの支持軸受等のように耐食性を要求される転がり軸受には、延性に乏しいが、耐食性のある高機能樹脂材料によって環状に形成された転がり軸受用保持器が用いられている。この転がり軸受用保持器には、転動体を開口部から収容して転動可能に保持するポケットが周方向に所定の間隔をあけて複数設けられている。 In these and individual, between the outer ring raceway and inner ring raceway, as a common material of the retainer for retaining the equidistantly rolling elements, SPCC material and HB S C1 material, is used and the like PA66 resin I have. BACKGROUND ART Rolling bearings that require corrosion resistance, such as the support bearings of the vacuum pump, use a rolling bearing retainer formed of a high-performance resin material having low ductility but corrosion resistance, but having poor corrosion resistance. The cage for rolling bearings is provided with a plurality of pockets for accommodating the rolling elements from the openings and holding the rolling elements in a rotatable manner at predetermined intervals in the circumferential direction.
図23を参照すると、従来、各ポケット30の開口部寸法Fは夫々、転動体径Gの85〜93%の値に設定されている。従って、各転動体31は夫々、各ポケット30の爪部32を周方向に押し広げるようにして、開口部33から各ポケット30に組み込まれる。これにより、各ポケット30への転動体31の組み込み易さと、各ポケット30に組み込まれた転動体31の抜け落ち難さを両立させている。
Referring to FIG. 23, conventionally, the opening size F of each
ところで、高速回転で、場合によっては高温環境で使用される真空ポンプ用の転がり軸受では、潤滑油温の上昇により潤滑油膜が低下するとか、潤滑油がポンプ部を汚染するのを防止するため、油浴中の潤滑ができず、ギヤなどによる跳ねかけ式の潤滑方式となるため、潤滑油の供給が不十分になり易いといった、潤滑条件の不十分さが懸念される。更に、フッ素系潤滑油は通常の鉱油系潤滑油に比べて、比重が高く、所謂ぬれ性が極端に低下するため、潤滑油膜の形成が困難な傾向にあり、より一層潤滑条件が厳しくなっている。また、大気を排気し始めているとき、前記ドライスクリューポンプのロータを支えている軸受に短時間であるが過大なアキシャル荷重が負荷され、軸受にアキシャル荷重変動が生じる。このような厳しい潤滑条件が重なり、潤滑が不十分になると、軸受軌道面にピーリング摩耗やピーリング剥離が生じる恐れがある。 By the way, in rolling bearings for vacuum pumps that are used at high speeds and in some cases in high-temperature environments, in order to prevent the lubricating oil film from decreasing due to an increase in lubricating oil temperature or to prevent lubricating oil from contaminating the pump section, Since lubrication in the oil bath cannot be performed and the lubrication system is of a splash type using gears or the like, lubrication conditions may be insufficient, such as insufficient supply of lubricating oil. Furthermore, fluorine-based lubricating oils have a higher specific gravity than ordinary mineral oil-based lubricating oils, and so-called wetting properties are extremely reduced, so that the formation of a lubricating oil film tends to be difficult, and the lubricating conditions are more severe. I have. In addition, when the air starts to be exhausted, a short but excessive axial load is applied to the bearing supporting the rotor of the dry screw pump, and the axial load fluctuates in the bearing. If such strict lubrication conditions are overlapped and lubrication is insufficient, peeling wear and peeling may occur on the bearing raceway surface.
また、フッ素系潤滑油の油浴潤滑が採用される場合、装置の構造上、油面高さが十分ではなく(ハウジング内径面下側より軸受のピッチ円径の油面高さ)潤滑状態がよくないことがある。即ち、図19乃至図22に示す組合せアンギュラ玉軸受や複列アンギュラ玉軸受などは、油面付近の潤滑状態はよいが、油面の反対側の部分は軸受の回転により潤滑することになり、潤滑状態がよくなく、保持器、転動輪、及び転動体の摩耗が促進され、保持器破損、転動体の変色、ひいては軸受破損に至ることがある。なお、図中の符号100は外輪、200は内輪、300は転動体、400は保持器を示す。
Also, when oil bath lubrication of fluorine-based lubricating oil is adopted, the oil level is not sufficient due to the structure of the device (the oil level of the pitch circle diameter of the bearing from the lower side of the housing inner diameter surface). There are things that are not good. That is, the combination angular contact ball bearings and double-row angular contact ball bearings shown in FIGS. 19 to 22 have a good lubrication state near the oil level, but the opposite side of the oil level is lubricated by rotation of the bearing. The lubrication state is not good, and the wear of the cage, the rolling wheels and the rolling elements is promoted, which may lead to breakage of the cage, discoloration of the rolling elements, and eventually damage to the bearings. In the drawings,
また、フッ素系潤滑油は、鉄と反応してフッ化鉄を生成し、これが触媒となってフッ素系潤滑油が分解される。前述のように潤滑が不十分となり、転動体と軌道輪の軌道面とが直接接触すると、その接触点で局部的に非常な高温となり、これによりフッ素系潤滑油(PFPE油等)が分解し、転動体や軌道輪や保持器の表面が腐食され、短寿命となることもある。こうした問題に対処すべく、工作機械や真空ポンプ装置等の高速用途においては、金属との耐凝着性や耐焼付き性に優れ、且つ軽量であるという利点から、転動体に窒化珪素(Si3 N4 )が使用されている。しかし、油膜切れ等により局部的高温になった場合には、PFPE油が窒化珪素の主成分であるSiと反応し、その結果、Si2 F6 ガスが発生して脆くなり、異常摩耗が発生するという別の問題が生じる。 Further, the fluorine-based lubricating oil reacts with iron to produce iron fluoride, which serves as a catalyst to decompose the fluorine-based lubricating oil. As described above, if the lubrication becomes insufficient and the rolling elements and the raceway surface of the bearing ring come into direct contact with each other, a very high temperature is locally generated at the contact point, whereby the fluorine-based lubricating oil (PFPE oil, etc.) is decomposed. In addition, the surfaces of the rolling elements, races and cages may be corroded, resulting in a short life. In order to cope with such a problem, in a high-speed application such as a machine tool or a vacuum pump device, silicon nitride (Si 3) is used as a rolling element because of its advantages of excellent adhesion and seizure resistance to metal and light weight. N 4 ) are used. However, when the temperature rises locally due to a break in the oil film, the PFPE oil reacts with Si, which is the main component of silicon nitride, and as a result, Si 2 F 6 gas is generated, resulting in brittleness and abnormal wear. Another problem arises.
これらの問題は、フッ素含有重合対を含有する潤滑油やグリースによる潤滑条件下以外にも、例えばフッ化物からなるガスを含む雰囲気下で使用される転がり軸受にも全く同様に発生する可能性がある。
また、これらとは個別に、前記従来の転がり軸受用保持器において、例えばポリアミド樹脂よりも変形性が小さい樹脂材料、例えばポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂等の高機能樹脂を材料として用いた場合、開口部33からポケット30に転動体31を組み込む際(図23参照)、ポケット30の爪部32を押し開くように作用する力によって、保持器全体に曲げモーメントが作用し、ポケット30底部の肉厚の小さい(強度の小さい)部位、具体的にはウェルドライン34のあるポケット30底部に、クラック、割れ等を生じる可能性がでてくるという問題がある。特に、アキシャルドローにおいて、奇数個のポケット底部にウェルドラインを生じた場合、クラック発生の起点となり易い。
These problems can occur in the same manner as in the case of rolling bearings used in an atmosphere containing a gas composed of fluoride, for example, in addition to the lubricating conditions using lubricating oil or grease containing a fluorine-containing polymerization couple. is there.
In addition, separately from the above, in the conventional rolling bearing cage, when a resin material having a lower deformability than, for example, a polyamide resin, for example, a high-functional resin such as a polyphenylene sulfide (PPS) resin is used as a material, When the
本発明は前記諸問題を解決すべく開発されたものであり、フッ素系潤滑油による厳しい潤滑条件下でも長寿命な転がり軸受を提供すると共に、保持器のポケットに転動体を組み込む際、ウェルドラインのあるポケットにクラックや割れ等が発生しない転がり軸受を提供することを目的とするものである。 The present invention has been developed to solve the above-mentioned problems, and provides a long-life rolling bearing even under severe lubricating conditions using a fluorine-based lubricating oil. In addition, when a rolling element is incorporated in a cage pocket, a weld line is formed. It is an object of the present invention to provide a rolling bearing in which cracks, cracks, and the like do not occur in pockets having a crack.
本願発明者等は、フッ素系潤滑油で潤滑された転がり軸受に発生するピーリング摩耗やピーリング剥離の形態について調査を重ねた結果、以下の特徴をつかんだ。
a.内輪若しくは外輪にピーリングが発生した転がり軸受の転動体は必ず摩耗している。
b.ピーリングが発生した内・外輪や転動体の軌道面には摩耗粉などの異物を噛み込んだ跡や、異物によるアブレッシブな摩耗形態が見られる。
c.内輪や外輪にピーリングが発生していなくても、転動体が傷ついたり、摩耗したりしている場合が見られる。
d.転動体が傷ついたり摩耗したりしている軸受は、鋼製保持器のポケット部に異常な摩耗が発生している。
As a result of repeated investigations on the form of peeling abrasion and peeling peeling generated on a rolling bearing lubricated with a fluorine-based lubricating oil, the present inventors have found the following characteristics.
a. The rolling element of the rolling bearing in which peeling has occurred on the inner ring or the outer ring is always worn.
b. On the raceway surfaces of the inner and outer rings and the rolling elements where the peeling has occurred, traces of foreign matter such as abrasion powder and abrasive wear due to the foreign matter are observed.
c. Even if the inner ring and the outer ring do not have peeling, the rolling elements may be damaged or worn.
d. In the bearing whose rolling element is damaged or worn, abnormal wear occurs in the pocket portion of the steel cage.
以上の結果から、ピーリング発生は、まず転動体から始まっていることが容易に推測される。そして、そのメカニズムを推定すると、
1.フッ素系潤滑油で潤滑され、更に高回転で使用される真空ポンプ用軸受は潤滑条件が非常に厳しい。つまり、フッ素系潤滑油はぬれ性が悪いため、隙間に潤滑油が行き届きづらく、更に高回転での温度上昇なども加味されると、特に保持器回りの潤滑能力が低下してしまう。そのため、転動体と保持器とが強く接触する場合がある。
2.保持器の潤滑が不十分だと、転動体との接触で保持器のポケット部が摩耗したり、転動体自身も傷が付いて表面の粗さが悪くなったりする。
3.厳しい潤滑条件下で粗さが悪くなった転動体は、内輪・外輪に金属接触して内輪・外輪にピーリングが発生する。また、保持器の摩耗粉により転動体や内輪・外輪のピーリングが促進される。
From the above results, it is easily presumed that the peeling starts first from the rolling elements. And if you estimate the mechanism,
1. Lubrication conditions are very severe for vacuum pump bearings that are lubricated with fluorine-based lubricating oil and that are used at high speeds. In other words, since the fluorine-based lubricating oil has poor wettability, it is difficult for the lubricating oil to reach the gap, and when the temperature rise at high rotation is taken into consideration, the lubricating ability particularly around the retainer is reduced. Therefore, the rolling element and the retainer may come into strong contact with each other.
2. If the cage is not sufficiently lubricated, the pockets of the cage will be worn by contact with the rolling elements, and the rolling elements themselves will be damaged, resulting in poor surface roughness.
3. A rolling element whose roughness has deteriorated under severe lubrication conditions comes into metallic contact with the inner and outer rings, and peeling occurs on the inner and outer rings. Further, the peeling of the rolling elements and the inner and outer rings is promoted by the wear powder of the retainer.
また、本発明者等はフッ素系潤滑油による潤滑条件下での粗さの影響を調査した結果、(ア)内輪及び外輪の粗さが悪くなると転動体が摩耗し、(イ)内輪及び外輪の粗さと転動体の粗さとの比が大きくなると転動体が摩耗するという現象が現れる。
これは、フッ素系潤滑油による厳しい潤滑条件下で粗さが悪くなると、金属接触を起こして、新たな粗さの悪化や、接触摩耗を起こし、ピーリング摩耗が発生し易くなるためである。
In addition, the present inventors have investigated the effect of roughness under lubricating conditions with a fluorine-based lubricating oil. As a result, (a) when the roughness of the inner ring and the outer ring deteriorates, the rolling elements wear, and (a) the inner ring and the outer ring When the ratio of the roughness of the rolling elements to the roughness of the rolling elements increases, a phenomenon appears in which the rolling elements are worn.
This is because if the roughness deteriorates under severe lubricating conditions with a fluorine-based lubricating oil, metal contact occurs, new roughness deteriorates, contact wear occurs, and peeling wear easily occurs.
また、摩耗した転動体をよく観察すると、微小な異物(数μmレベル)による引っ掻き傷が無数に存在することが確認された。これは、金属接触や接触摩耗で発生した微細な摩耗粉によるアブレッシブな摩耗によるものと考えられるが、内輪及び外輪の粗さが悪くなると摩耗粉が多くなり、転動体の摩耗が大きくなる傾向を示した。
ここで、高温・高速環境で使用される真空ポンプ用軸受は、温度により軸受が経時寸法変化を起こさないように寸法安定化処理を施す。寸法安定化処理とは、予め軸受が使用される温度より高い温度で軸受を熱処理することであり、一般的には焼戻工程で行われる処理である。但し、その処理温度によっては、軸受材料の焼戻しが進むため、焼戻しによる軟化現象が起こってしまう。つまり、通常の焼戻しに対して寸法安定化処理を行った場合は軸受の硬さが低下する傾向にある。
In addition, when the worn rolling elements were carefully observed, it was confirmed that there were countless scratches due to minute foreign substances (several μm level). This is thought to be due to abrasive wear caused by fine abrasion powder generated by metal contact or contact abrasion.However, when the roughness of the inner ring and outer ring deteriorates, the amount of abrasion powder increases and the abrasion of the rolling elements tends to increase. Indicated.
Here, the bearing for a vacuum pump used in a high-temperature and high-speed environment is subjected to a dimensional stabilization process so that the bearing does not undergo a dimensional change with time due to temperature. The dimensional stabilization process is to heat-treat the bearing at a temperature higher than the temperature at which the bearing is to be used in advance, and is generally a process performed in a tempering process. However, depending on the processing temperature, tempering of the bearing material proceeds, so that a softening phenomenon due to the tempering occurs. That is, when dimensional stabilization processing is performed for normal tempering, the hardness of the bearing tends to decrease.
更に、硬さの低下により軸受材料は延びや靱性が向上し、材料に粘りがでるため、軸受の研削工程に対して、仕上がりにくくなり、軸受軌道面の粗さが悪くなる傾向にある。
従って、このような高温仕様の軸受はフッ素系潤滑油による厳しい潤滑条件下で粗さの悪化により摩耗が発生し易いという傾向が確認された。
前述のように、内輪、外輪の粗さが悪化すると、フッ素系潤滑油による潤滑条件下で転動体が摩耗する現象が確認されている。内輪、外輪の粗さと寿命の関係を図2に示す。内輪、外輪の粗さが0.05μmRaを超えると寿命が著しく低下する。また、0.04μmRa以下になると安定した寿命が得られるため、望ましくは0.04μmRa以下とする。また、粗さの向上は、寿命の面からは良好であるが、加工工程の能力や加工時間などを考慮すると、通常の軸受の製造工程では0.01μmRa未満にすることはかなり困難であり、加工コストが極端に増大するため、内輪、外輪の粗さは0.01μmRa以上が望ましい。
Further, the reduction in hardness increases the elongation and toughness of the bearing material, and the material becomes sticky, so that it becomes difficult to finish the bearing in the grinding step and the roughness of the bearing raceway surface tends to deteriorate.
Therefore, it has been confirmed that such high-temperature bearings tend to be easily worn due to deterioration in roughness under severe lubricating conditions using fluorine-based lubricating oil.
As described above, it has been confirmed that when the roughness of the inner ring and the outer ring is deteriorated, the rolling elements are worn under the lubricating condition of the fluorine-based lubricating oil. FIG. 2 shows the relationship between the roughness of the inner ring and the outer ring and the life. When the roughness of the inner ring and the outer ring exceeds 0.05 μmRa, the life is remarkably reduced. If the thickness is 0.04 μmRa or less, a stable life can be obtained. Therefore, the thickness is desirably 0.04 μmRa or less. In addition, the improvement of the roughness is good from the viewpoint of the service life, but it is quite difficult to reduce the roughness to less than 0.01 μmRa in a normal bearing manufacturing process in consideration of the performance and the processing time of the working process. Since the processing cost increases extremely, the roughness of the inner ring and the outer ring is desirably 0.01 μmRa or more.
内輪、外輪の粗さが悪くなると金属接触や接触摩耗を起こし易くなるが、このような接触摩耗では相手側の粗さも関係してくることが知られている(特開平6−50344号公報参照)。フッ素系潤滑油による潤滑条件下においても同様の現象が現れ、転動体の粗さがよすぎると、内輪、外輪の粗さが0.05μmRa以下でも転動体に摩耗が発生する。 If the inner and outer rings have poor roughness, metal contact and contact wear are likely to occur, but it is known that such contact wear also involves the roughness of the mating side (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-50344). ). The same phenomenon appears even under lubricating conditions using a fluorine-based lubricating oil. If the roughness of the rolling elements is too good, the rolling elements will wear even if the inner and outer rings have a roughness of 0.05 μmRa or less.
転動体の表面粗さに対する内輪又は外輪の表面粗さの比(以下、単に粗さ比とも記す)と寿命の関係を図3に示す。粗さ比が6を超えると寿命が著しく低下する。また、同じく粗さ比が5以下になると安定した寿命が得られるので、望ましくは粗さ比は5以下とする。また、粗さ比の減少は寿命の面からは良好であるが、転動体が特に玉の場合は、元々内輪、外輪に比べて粗さが良好であり、粗さ比を小さくするためには、内外輪の粗さを極端によくする必要が生じるが、前述のように、通常の軸受の製造工程では大幅な粗さ向上は望めず、逆に玉の粗さを悪化することで粗さ比を小さくすると、今度は軸受の音響レベルが低下するため、加工コストと音響レベルとを考慮すると粗さ比は3以上が望ましい。 FIG. 3 shows the relationship between the ratio of the surface roughness of the inner ring or the outer ring to the surface roughness of the rolling elements (hereinafter, also simply referred to as roughness ratio) and the life. When the roughness ratio exceeds 6, the life is remarkably reduced. Similarly, if the roughness ratio is 5 or less, a stable life can be obtained. Therefore, the roughness ratio is desirably 5 or less. In addition, the reduction in the roughness ratio is good from the viewpoint of life, but when the rolling element is particularly a ball, the roughness is originally better than the inner ring and the outer ring, and in order to reduce the roughness ratio, However, it is necessary to make the roughness of the inner and outer rings extremely high. However, as described above, a significant improvement in roughness cannot be expected in the normal bearing manufacturing process. If the ratio is reduced, the acoustic level of the bearing is reduced. Therefore, the roughness ratio is desirably 3 or more in consideration of the processing cost and the acoustic level.
また、Crを多く含む合金鋼は、表面に緻密で安定な酸化膜(不働態)を形成すると共に、硬くて粒成長の遅い(粒径が小さい)M7 C3 型又はM23C6 型の炭化物を生成する。この酸化膜及び炭化物が少なくとも転動体の表面に存在することにより、潤滑膜が薄くなって転動体の転動面と軌道輪の軌道面との直接接触が生じた場合でも、凝着摩耗の発生を防止することができる。また、転動体と軌道輪との接触点が局部的に著しく高温になった場合でも、転動体及び軌道輪の表面にフッ素系潤滑剤やフッ化物ガスによる腐食が生じることを抑制できる。 In addition, the alloy steel containing a large amount of Cr forms a dense and stable oxide film (passivity) on the surface, and is hard and slow in grain growth (small grain size) M 7 C 3 type or M 23 C 6 type. To produce carbides. Due to the presence of the oxide film and the carbide on at least the surface of the rolling element, even when the lubricating film becomes thin and direct contact between the rolling surface of the rolling element and the raceway surface of the bearing ring occurs, the occurrence of adhesion wear occurs. Can be prevented. Further, even when the contact point between the rolling element and the bearing ring becomes extremely hot locally, it is possible to suppress the corrosion of the surface of the rolling element and the bearing ring due to the fluorine-based lubricant and the fluoride gas.
このような作用が得られるようにするためには、使用する合金鋼のCr含有率を7重量%以上にする必要がある。但し、使用する合金鋼のCr含有率が27重量%を超えると、素材の段階で巨大なCr炭化物が形成されて、その周りに応力集中が生じるため好ましくない。また、Crは高価な元素であるため、大量に含有させるとコストが高くなる。
そして、少なくとも転動体を形成する合金鋼のCr含有率の好ましい範囲は、7重量%以上25重量%以下であり、より好ましい範囲は7重量%以上22重量%以下であり、更に好ましい範囲は10重量%以上22重量%以下である。更に、少なくとも転動体を形成する合金鋼は、Cr含有率が7重量%以上27重量%以下であり、Si含有率が0.10重量%以上1.5重量%以下であることが好ましい。
In order to obtain such an effect, the Cr content of the alloy steel used must be 7% by weight or more. However, if the Cr content of the alloy steel used exceeds 27% by weight, a huge Cr carbide is formed at the stage of the material, and stress concentration occurs around the material, which is not preferable. In addition, since Cr is an expensive element, the cost increases if it is contained in a large amount.
A preferable range of the Cr content of at least the alloy steel forming the rolling elements is 7% by weight or more and 25% by weight or less, a more preferable range is 7% by weight or more and 22% by weight or less, and a further preferable range is 10% by weight or less. % By weight or more and 22% by weight or less. Further, at least the alloy steel forming the rolling element preferably has a Cr content of 7% by weight or more and 27% by weight or less, and a Si content of 0.10% by weight or more and 1.5% by weight or less.
Siは、製鋼時の脱酸素剤として0.10重量%以上含有させる必要がある。Siは、また、転がり疲れ寿命を向上させるために有効な元素であるが、高温環境下でフッ素含有重合体やフッ化物と反応して、フッ化珪素(Si2 F6 )ガスを生成する元素でもある。このガスは、転動体と軌道輪との接触点が局部的に著しく高温になった場合等に、潤滑剤に含まれるフッ素含有重合体又は雰囲気ガス中のフッ化物と、転動体や軌道輪を形成する合金鋼中のSiとが反応したことにより生じる。そのため、このガスの生成に伴い、転動体の転動面や軌道輪の軌道面が脆くなって、転動体の転動面と軌道輪の軌道面との間に摩耗が生じる。フッ化珪素ガスの発生を防止して、このような摩耗が生じないようにするためには、使用する合金鋼中の珪素含有率を1.5重量%以下とすることが好ましく、1.0重量%以下にすることがより好ましく、0.8重量%以下にすることが更に好ましい。 It is necessary that Si is contained in an amount of 0.10% by weight or more as a deoxidizer during steelmaking. Si is an element effective for improving the rolling fatigue life, but reacts with a fluorine-containing polymer or fluoride in a high-temperature environment to generate silicon fluoride (Si 2 F 6 ) gas. But also. When the contact point between the rolling element and the bearing ring becomes extremely high locally, this gas is used to remove the fluorine-containing polymer contained in the lubricant or the fluoride in the atmosphere gas and the rolling element and the bearing ring. It is caused by the reaction with Si in the alloy steel to be formed. Therefore, with the generation of the gas, the rolling surface of the rolling element and the raceway surface of the bearing ring become brittle, and wear occurs between the rolling surface of the rolling body and the raceway surface of the bearing ring. In order to prevent the generation of silicon fluoride gas and prevent such abrasion, the silicon content in the alloy steel used is preferably set to 1.5% by weight or less. %, More preferably at most 0.8% by weight.
また、少なくとも転動体を形成する合金鋼は、Cr含有率が7重量%27重量%以下であり、Si含有率が0.10重量%以上1.5重量%以下であり、N含有率が0.05重量%以上0.20重量%未満であることが望ましい。
Nが合金鋼に含まれていると、焼入れによって生じるマルテンサイトが強化されて、耐孔食性が向上する。従って、Nを含む合金鋼を使用することによって、転動体と軌道輪との接触点が局部的に著しく高温になった場合に、転動体及び軌道輪の表面にフッ素系潤滑剤やフッ化物ガスによる腐食が生じることを抑制できる。また、Nが合金鋼に含まれていると、巨大なCr炭化物の形成が抑制されるため、応力集中に起因する早期剥離が防止される。
In addition, at least the alloy steel forming the rolling elements has a Cr content of 7% by weight or less and 27% by weight, a Si content of 0.10% by weight or more and 1.5% by weight or less, and an N content of 0% or less. It is desirable that the content be 0.05% by weight or more and less than 0.20% by weight.
When N is contained in the alloy steel, martensite generated by quenching is strengthened, and pitting corrosion resistance is improved. Therefore, when the contact point between the rolling element and the bearing ring becomes extremely hot locally by using the alloy steel containing N, a fluorine-based lubricant or a fluoride gas It can suppress that corrosion due to is caused. In addition, when N is contained in the alloy steel, formation of a huge Cr carbide is suppressed, so that early exfoliation due to stress concentration is prevented.
このような作用が得られるようにするためには、使用する合金鋼のN含有率を0.05重量%以上にする必要がある。但し、合金鋼中に0.20重量%以上のNを含有させるためには、製鋼を高圧N雰囲気で行う必要があり、生産設備やメンテナンスにかかる費用の分だけコスト高となる。大気圧中での製鋼によって0.20重量%以上のNを含有させようとすると、凝固過程で気泡が生じてインゴットに多量の気孔が含まれたり、焼入れ時に多量の残留オーステナイトが生じて、焼入硬さが低下したりする恐れがある。このようなことを避けるために、使用する合金鋼のN含有率は0.20重量%未満であることが好ましい。より好ましいNの含有率は0.05重量%以上0.19重量%以下であり、更に好ましいNの含有率は0.08重量%以上0.19重量%以下である。 In order to obtain such an effect, the N content of the alloy steel used must be 0.05% by weight or more. However, in order to contain 0.20% by weight or more of N in the alloy steel, it is necessary to perform the steelmaking in a high-pressure N atmosphere, and the cost is increased by the cost of the production equipment and maintenance. If an attempt is made to contain N of 0.20% by weight or more by steelmaking at atmospheric pressure, bubbles are generated during the solidification process, and a large amount of pores are contained in the ingot, and a large amount of retained austenite is generated during quenching, and the There is a possibility that the hardness may decrease. In order to avoid such a situation, the N content of the alloy steel used is preferably less than 0.20% by weight. A more preferable N content is 0.05% by weight or more and 0.19% by weight or less, and a still more preferable N content is 0.08% by weight or more and 0.19% by weight or less.
また、少なくとも転動体を形成する合金鋼には、前述したCr、Si、N以外に、Mnを1.5重量%以下の含有率で含有することが好ましい。Mnは製鋼時に脱酸素剤として作用する。また、これ以外にも、焼入性を良好にするMoや、耐摩耗性を向上するV等を含有することが好ましい。
また、内輪、外輪、及び転動体の少なくとも一つは、軌道面又は転動面の硬さがHv450以上となっていることが好ましい。これにより、ある程度の荷重が負荷された状態でも、軌道輪の軌道面と転動体の転動面との接触点に、組成変形による永久歪み(窪み)が生じることが防止される。その結果、ある程度の荷重が負荷された場合でも転がり疲れ寿命が極端に低下することはない。
Preferably, at least the alloy steel forming the rolling elements contains Mn at a content of 1.5% by weight or less in addition to Cr, Si, and N described above. Mn acts as a deoxidizer during steelmaking. In addition to these, it is preferable to contain Mo for improving hardenability, V for improving abrasion resistance, and the like.
In addition, it is preferable that at least one of the inner ring, the outer ring, and the rolling element has a hardness of the raceway surface or the rolling surface of Hv450 or more. As a result, even when a certain amount of load is applied, it is possible to prevent the permanent deformation (dent) due to the composition deformation from occurring at the contact point between the raceway surface of the bearing ring and the rolling surface of the rolling element. As a result, even if a certain load is applied, the rolling fatigue life is not extremely reduced.
なお、少なくとも転動体が、Crの含有率7重量%以上27重量%以下の合金鋼で形成されたものであればよく、内輪及び外輪等については、従来より一般的に使用されている材料で形成することができる。この材料としては、SUJ2やNSJ2等の軸受鋼、窒化珪素(Si3 N4 )、炭化珪素(SiC)、サイアロン(Sialon)、部分安定化ジルコニア(ZrO2 )、アルミナ(Al2 O3 )等のセラミックスが挙げられる。 It is sufficient that at least the rolling element is made of an alloy steel having a Cr content of 7% by weight or more and 27% by weight or less. The inner ring and the outer ring are made of a material generally used conventionally. Can be formed. Examples of the material include bearing steels such as SUJ2 and NSJ2, silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), sialon (Sialon), partially stabilized zirconia (ZrO 2 ), and alumina (Al 2 O 3 ). Ceramics.
また、転動体の表面又は転動体自体に、化学的に非常に安定な酸化物系のセラミックスであるジルコニアを主成分とするセラミック材料、或いはアルミナを主成分とするセラミック材料を使用することにより、局部的に高温になった場合でも、PFPE油と反応することが非常に少ない。その結果、より摩耗を低減し、長寿命化することができる。
また、特に真空環境で使用するにあたり、転動体表面を緻密な窒化物層でHv900以上と内輪、外輪より硬くすることにより、ピーリングを防止して摩耗を軽減でき、高速回転で長期間作動させることができる。また、表面に窒化層を有することにより、フッ素系潤滑油の分解を抑制して潤滑性を向上させることができる。また、窒化層は鋼表面より反応性が低いため、表面の腐食摩耗を低減することができる。
Also, by using a ceramic material mainly composed of zirconia, which is a chemically very stable oxide ceramic, or a ceramic material mainly composed of alumina, on the surface of the rolling element or the rolling element itself, Very little reaction with PFPE oil, even when locally hot. As a result, wear can be further reduced and the life can be prolonged.
In addition, especially when used in a vacuum environment, the rolling element surface is made of a dense nitride layer with a hardness of Hv900 or more and harder than the inner and outer rings, thereby preventing peeling and reducing wear, and operating at high speed for a long period of time. Can be. In addition, by having a nitrided layer on the surface, it is possible to suppress the decomposition of the fluorine-based lubricating oil and improve the lubricity. Further, since the nitrided layer has lower reactivity than the steel surface, it is possible to reduce corrosion wear on the surface.
更に、内輪、外輪と転動体との組合せが、鋼と窒化層との組合せになるため、鋼と鋼との組合せに比べて摩耗が生じにくくなる(異種材料の組合せ効果)。なお、転動体の表面粗さが0.005μmRaを超えると、転動体の粗さが悪すぎてざらつき摩耗を発生し易くなるため、転動体の表面粗さは0.005μmRa以下とする。
また、内輪、外輪、転動体のうち、少なくとも転動体が異なること以外は、一般的な転がり軸受と同様にして構成してよい。従って、転動体以外に用いられる材料には、一般に使用される軸受鋼(SUJ2、浸炭鋼等)、マルテンサイト系ステンレス(SUS440C、0.45Cー13Crー0.13Nマルテンサイト系ステンレス鋼等)、析出硬化系ステンレス(SUS630等)、チタン合金などを挙げることができるが、特にこれらに限定されるものではない。
Furthermore, since the combination of the inner ring, the outer ring and the rolling elements is a combination of steel and a nitride layer, wear is less likely to occur than the combination of steel and steel (combination effect of different materials). When the surface roughness of the rolling elements exceeds 0.005 μm Ra, the roughness of the rolling elements is so poor that rough wear is likely to occur. Therefore, the surface roughness of the rolling elements is 0.005 μm Ra or less.
Further, the configuration may be the same as that of a general rolling bearing, except that at least the rolling elements are different among the inner ring, the outer ring, and the rolling elements. Therefore, materials used other than the rolling elements include generally used bearing steels (SUJ2, carburized steel, etc.), martensitic stainless steels (SUS440C, 0.45C-13Cr-0.13N martensitic stainless steels, etc.), Precipitation hardening stainless steel (SUS630 etc.), titanium alloy, etc. can be mentioned, but it is not particularly limited to these.
また、前述した異物の噛み込み痕や摩耗形態を更に詳しく観察すると、同じ傷跡が繰り返し残留している様子が見られた。この結果から、前述のようなピーリング破損が発生する原因として異物混入が考えられる。即ち、異物が内輪及び外輪の軌道面上に固定されて、転動体に繰り返し傷を付けていくうちに、該転動体の転動面の粗さが増し、やがて内輪及び外輪の軌道面に前記ピーリング破損が発生するというメカニズムが推定される。 Further, when the above-described foreign matter biting mark and abrasion pattern were observed in more detail, it was found that the same scar was repeatedly left. From this result, it is considered that foreign matter is mixed in as a cause of the peeling damage as described above. That is, as the foreign matter is fixed on the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring, and the rolling elements are repeatedly scratched, the roughness of the rolling surface of the rolling elements increases, and the surface of the raceways of the inner ring and the outer ring is eventually formed. The mechanism that peeling damage occurs is assumed.
そこで、フッ素系潤滑油で潤滑された転がり軸受を回転させ、前記ピーリング破損が発生する以前の比較的良好な状態において、転がり軸受の軌道面を観察した。その結果、このような疲労初期状態においても、内輪、外輪、及び転動体に前記と同様の傷跡が繰り返し付けられている様子が確認された。そして、この固定された異物の状態や成分を調査したところ、非金属成分であるアルミナ等のセラミックス成分であった。 Then, the rolling bearing lubricated with the fluorine-based lubricating oil was rotated, and the raceway surface of the rolling bearing was observed in a relatively good state before the peeling failure occurred. As a result, even in such an initial fatigue state, it was confirmed that the same scar was repeatedly applied to the inner ring, the outer ring, and the rolling elements. When the state and components of the fixed foreign matter were investigated, it was found to be a ceramic component such as alumina which is a non-metal component.
更にフッ素系潤滑油で潤滑された未使用の転がり軸受に関しても、その軌道面を観察したところ、僅かではあるが、セラミック成分や金属系の異物の存在が確認され、転がり軸受の完成時において、既に軌道面に異物が付着している可能性があることが分かった。そして、このような異物は、転がり軸受の軌道面を研削加工により仕上げる際に使用する加工砥石を形成している砥粒が、前記軌道面に残留したものと考えられた。 In addition, for unused rolling bearings lubricated with fluorine-based lubricating oil, observation of the raceway surface revealed that, although a little, the presence of ceramic components and metallic foreign matter was confirmed. It has been found that foreign matter may have already adhered to the raceway surface. Then, it was considered that such foreign matter was such that abrasive grains forming a working grindstone used when finishing the raceway surface of the rolling bearing by grinding were left on the raceway surface.
これらのことから、フッ素系潤滑油で潤滑された転がり軸受は、研削加工工程において転がり軸受の軌道面に残留した僅かな砥粒が、前記ピーリング破損を引き起こし、転がり軸受の寿命を大きく低下させている可能性があることが分かった。
一方、上記の未使用の転がり軸受の軌道面に付着していた異物と比べて、前記ピーリング破損が発生する以前の比較的良好な状態の転がり軸受の軌道面に付着していた異物は、発見される頻度や存在する量に大きなばらつきがあった。このことから、前記ピーリング破損が発生する原因は、研削加工工程において転がり軸受の軌道面に残留した僅かな砥粒等の異物だけではないことが容易に推測された。
From these facts, the rolling bearing lubricated with the fluorine-based lubricating oil has a slight abrasive grain remaining on the raceway surface of the rolling bearing in the grinding process, causing the peeling damage, greatly reducing the life of the rolling bearing. I knew it was possible.
On the other hand, as compared with the foreign matter adhering to the raceway surface of the unused rolling bearing, foreign matter adhering to the raceway surface of the rolling bearing in a relatively good state before the peeling breakage was found. There was a great variation in the frequency of the treatment and the amount present. From this, it was easily presumed that the cause of the peeling breakage was not only foreign substances such as slight abrasive particles remaining on the raceway surface of the rolling bearing in the grinding process.
そこで、本発明者等は、異物の侵入経路を更に調査した結果、転がり軸受に充填するフッ素系潤滑油にセラミック成分や金属系の異物が存在することを確認した。これは、フッ素系潤滑油が通常の潤滑油に比べて比較的高価であるため、少量(0.5〜2リットル程度)を樹脂製等の容器に小分けしてから使用する場合が多いので、この容器に存在する異物によりフッ素系潤滑油が汚染される可能性があることが推測された。 Therefore, the present inventors have further investigated the route of entry of foreign matter, and as a result, have confirmed that a ceramic component or a metal-based foreign matter is present in the fluorine-based lubricant filled in the rolling bearing. This is because fluorine-based lubricating oils are relatively expensive compared to ordinary lubricating oils, and are often used after subdividing a small amount (about 0.5 to 2 liters) into containers made of resin or the like. It was presumed that the fluorine-based lubricating oil could be contaminated by foreign matter present in this container.
そして、本発明者等は、上記のような内輪及び外輪の軌道面に付着した異物を取り除くためには、内輪及び外輪の軌道面にバレル処理等の表面加工処理を施すことが有効であり、更にフッ素系潤滑油中に含まれる異物を取り除くためには、フッ素系潤滑油を濾過することが有効であることを見出した。
また、軌道面上に3μmを超える平均直径を有する異物が存在しないようにする方法としては、前記軌道面に表面加工処理を施す方法が挙げられる。この処理により、前記軌道面上に存在する前記異物を除去することができる。表面加工処理としては、例えばバレル処理やクロス処理等が挙げられる。
In order to remove the foreign matter adhering to the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring as described above, it is effective that the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring be subjected to surface processing such as barrel processing. Furthermore, it has been found that it is effective to filter the fluorine-based lubricating oil in order to remove foreign substances contained in the fluorine-based lubricating oil.
Further, as a method for preventing foreign matters having an average diameter exceeding 3 μm from being present on the raceway surface, a method of performing a surface processing treatment on the raceway surface may be mentioned. By this processing, the foreign matter existing on the track surface can be removed. Examples of the surface processing include barrel processing and cloth processing.
また、転がり軸受の空隙部内に充填する前に、フッ素系潤滑油を濾過する方法が挙げられる。濾過により、フッ素系潤滑油中の異物が除去されるから、当該フッ素系潤滑油から軌道面上に異物が供給されない。
なお、前記表面加工処理及びフッ素系潤滑油の濾過は、その一方を行ってもよいが、その両方を行うことにより、より高い効果が得られ、より長寿命の転がり軸受が得られる。
Further, there is a method of filtering a fluorine-based lubricating oil before filling the gap portion of the rolling bearing. Since foreign matter in the fluorine-based lubricant is removed by the filtration, no foreign matter is supplied from the fluorine-based lubricant onto the raceway surface.
The surface treatment and the filtration of the fluorine-based lubricating oil may be performed by either one of them. However, by performing both of them, a higher effect can be obtained, and a rolling bearing having a longer life can be obtained.
また、真空ポンプで使用される転がり軸受は、通常、軸受鋼(SUJ2)が用いられ、焼入れされている。焼入後の軸受鋼の硬さは、Hv750〜800である。
真空ポンプの転がり軸受は、高温、高速条件で使用される傾向にある。また、半導体製造装置などで使用される真空ポンプでは、腐食性ガスを排気することもあり、転がり軸受の潤滑には、反応性の低いフッ素系潤滑油が使用される。前述のようにフッ素系潤滑油は潤滑性が余りよくなく、潤滑不良によって軸受転走面に摩耗が生じることがある。この摩耗を防止するためには、軸受転走面を更に硬くすることによって、摩耗を軽減することができる。
The rolling bearing used in the vacuum pump is usually made of bearing steel (SUJ2) and is hardened. The hardness of the bearing steel after quenching is Hv750 to 800.
Rolling bearings for vacuum pumps tend to be used under high temperature and high speed conditions. Further, in a vacuum pump used in a semiconductor manufacturing apparatus or the like, a corrosive gas may be exhausted, and a lubricating oil having low reactivity is used for lubricating the rolling bearing. As described above, fluorine-based lubricating oil has poor lubricity, and abrasion may occur on the bearing rolling surface due to poor lubrication. In order to prevent this abrasion, the abrasion can be reduced by further hardening the bearing rolling surface.
また、前述のようにフッ素系潤滑油と鉄が反応してフッ化鉄を生成し、それが更に触媒となってフッ素系潤滑油を分解することになる。これに対して、転がり軸受の鉄表面を他の材料で被膜をすることによって、フッ素系潤滑油の分解を抑制防止し、その分だけ潤滑性を向上することが可能となる。特に、セラミックス系の被膜がフッ素系潤滑油の分解抑制に効果がある。 Further, as described above, the fluorine-based lubricating oil reacts with iron to produce iron fluoride, which further acts as a catalyst to decompose the fluorine-based lubricating oil. On the other hand, by coating the iron surface of the rolling bearing with another material, the decomposition of the fluorine-based lubricating oil can be suppressed and prevented, and the lubricity can be improved accordingly. In particular, the ceramic coating is effective in suppressing the decomposition of the fluorine-based lubricating oil.
また、本願発明者等は、前記ピーリング発生までの推定メカニズムを証明するため、プラスチック製の保持器を用いて、フッ素系潤滑油による潤滑条件下で寿命試験を行ったところ、当該プラスチック製の保持器は転動体との接触で当該転動体を傷つけることがなく、また摩耗粉も硬さが低いために内輪・外輪、転動体を傷つけることがなく、長寿命となった。これらから、本願発明者等は、フッ素系潤滑油による潤滑条件下では、保持器の材質と転動体との組合せがピーリング破損に起因する軸受寿命に大きく影響することを見出した。 Further, the present inventors conducted a life test under a lubricating condition using a fluorine-based lubricating oil using a plastic retainer to prove an estimation mechanism up to the occurrence of the peeling. The device did not damage the rolling element due to contact with the rolling element, and the wear powder had a low hardness, so that the inner and outer rings and the rolling element were not damaged, resulting in a long life. From these, the inventors of the present application have found that the combination of the material of the cage and the rolling elements greatly affects the bearing life caused by peeling damage under lubricating conditions using fluorine-based lubricating oil.
而して、本発明のうち請求項1に係る転がり軸受は、外輪軌道を有する外輪と、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転動自在に配置された転動体を備え、前記外輪軌道と内輪軌道との間で、前記転動体の公転方向に当該転動体を等配する保持器を有し、フッ素含有重合体を含有する潤滑油又はグリースによる潤滑下、或いはフッ化物からなるガスを含む雰囲気下で使用される転がり軸受において、前記保持器は、高機能樹脂材料によって環状に形成され、且つ前記転動体を開口部から収容して転動可能に保持するポケットが周方向に所定の間隔をあけて複数設けられ、且つウェルドラインのあるポケットの開口部寸法が、転動体径の93%以上の値であり、且つ他の少なくとも2以上のポケットの開口部寸法が夫々、転動体径の80%以上93%以下であることを特徴とするものである。
Thus, the rolling bearing according to
また、本発明のうち請求項2に係る転がり軸受は、外輪軌道を有する外輪と、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転動自在に配置された転動体とを備え、前記外輪軌道と内輪軌道との間で、前記転動体の公転方向に当該転動体を等配する保持器を有し、フッ素含有重合体を含有する潤滑油又はグリースによる潤滑下、或いはフッ化物からなるガスを含む雰囲気下で使用される転がり軸受において、前記保持器は、PTFE樹脂材料又はPPS樹脂材料から構成されるか、若しくはポケットの内・外径側に面取を形成すると共にポケット底部に貫通孔を設けて構成されるかの何れか一方又は双方であることを特徴とするものである。
The rolling bearing according to
また、本発明のうち請求項3に係る転がり軸受は、外輪軌道を有する外輪と、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転動自在に配置された転動体とを備え、前記外輪軌道と内輪軌道との間で、前記転動体の公転方向に当該転動体を等配する保持器を有し、フッ素含有重合体を含有する潤滑油又はグリースによる潤滑下、或いはフッ化物からなるガスを含む雰囲気下で使用される転がり軸受において、前記保持器は、高機能樹脂材料によって環状に形成され、且つ前記転動体を開口部から収容して転動可能に保持するポケットが周方向に所定の間隔をあけて複数設けられ、且つウェルドラインのあるポケットの開口部寸法が、転動体径の93%以上の値であり、且つ他の少なくとも2以上のポケットの開口部寸法が夫々、転動体径の80%以上93%以下であり、当該保持器は、PTFE樹脂材料又はPPS樹脂材料から構成されるか、若しくはポケットの内・外径側に面取を形成すると共にポケット底部に貫通孔を設けて構成されるかの何れか一方又は双方であることを特徴とするものである。
なお、前記高機能樹脂材料としては、耐食性に優れた高機能エンジニアリングプラスチック、具体的にはポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂等が好適に用いられる。
The rolling bearing according to
The high-performance resin material is preferably a high-performance engineering plastic having excellent corrosion resistance, specifically, polyphenylene sulfide (PPS) resin, polyetheretherketone (PEEK) resin, polybutylene terephthalate (PBT) resin, or the like. Used.
以上説明したように、本発明のうち請求項1に係る転がり軸受によれば、高機能樹脂材料で環状に形成された保持器の転動体ポケットのうち、ウェルドラインのあるポケットの開口部寸法を、転動体径の93%以上の値とし、且つ他の少なくとも2以上のポケットの開口部寸法を夫々、転動体径の80%以上93%以下の値としたことにより、転がり軸受からの保持器の脱落を確実に防止しつつ、各ポケットへの転動体の組み込みに際して、ウェルドラインのあるポケットの底部にクラック、割れ等を生じることを確実に防止することができる。
As described above, according to the rolling bearing according to
また、本発明のうち請求項2に係る転がり軸受によれば、PTFE樹脂材料又はPPS樹脂材料で保持器を構成するか、若しくはポケットの内・外径側に面取を形成すると共にポケット底部に貫通孔を設けるように構成することとしたため、保持器摩耗粉がでにくく、潤滑剤が劣化せず、軌道面に圧痕が生じにくくなると共に、潤滑性能を向上することができるので、フッ素系潤滑条件下での長寿命化を図ることができる。
Further, according to the rolling bearing according to
また、本発明のうち請求項3に係る転がり軸受によれば、高機能樹脂材料で環状に形成された保持器の転動体ポケットのうち、ウェルドラインのあるポケットの開口部寸法を、転動体径の93%以上の値とし、且つ他の少なくとも2以上のポケットの開口部寸法を夫々、転動体径の80%以上93%以下の値とすると共に、PTFE樹脂材料又はPPS樹脂材料で保持器を構成するか、若しくはポケットの内・外径側に面取を形成すると共にポケット底部に貫通孔を設けるように構成することとしたため、転がり軸受からの保持器の脱落を確実に防止しつつ、各ポケットへの転動体の組み込みに際して、ウェルドラインのあるポケットの底部にクラック、割れ等を生じることを確実に防止することができ、併せて保持器摩耗粉がでにくく、潤滑剤が劣化せず、軌道面に圧痕が生じにくくなると共に、潤滑性能を向上することができるので、フッ素系潤滑条件下での長寿命化を図ることができる。
According to the rolling bearing according to
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図1は本実施形態の転がり軸受の断面図である。この転がり軸受は深溝玉軸受であり、複数の転動体(ボール)5と、それよりも内方に位置する内輪3と、それよりも外方に位置する外輪1とからなり、転動体5は内輪3と外輪1との間に保持されながら、転がり案内される。このとき、内輪3及び外輪1には、転動体5を案内するための転動溝が設けられており、転動体5は、前記転動溝において保持器6によって等配に保持されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view of the rolling bearing of the present embodiment. This rolling bearing is a deep groove ball bearing, and is composed of a plurality of rolling elements (balls) 5, an
本発明の第一の実施形態は、真空ポンプ装置などのように、真空を含む減圧、且つフッ素系潤滑油で潤滑される転がり軸受を前提としている。そして、この実施形態である実施例及び比較例として、下記表1に示すように、実施例としてプラスチック製、比較例として金属製の保持器を用意した。実施例であるプラスチック製の保持器として、熱可塑性プラスチックであるポリアミドのナイロン66及びポリフェニレンサルファイド(PPS)を、比較例である金属製の保持器として、保持器用鋼板である低炭素鋼板のSPCC及び調質鋼であるS50CMを用い、同一形状の保持器を製作した。 The first embodiment of the present invention is premised on a rolling bearing, such as a vacuum pump device, which is depressurized including a vacuum and lubricated with a fluorine-based lubricant. As shown in Table 1 below, as an example and a comparative example of this embodiment, a plastic cage was prepared as an example, and a metal cage was prepared as a comparative example. Examples of the plastic cages include polyamide nylon 66 and polyphenylene sulfide (PPS), which are thermoplastic plastics. As the metal cages of the comparative examples, the low-carbon steel plates SPCC and A cage having the same shape was manufactured using S50CM, a tempered steel.
一方、内輪・外輪及び転動体はJIS軸受鋼SUJ2を用い、830℃〜850℃で焼入れし、その後、内輪・外輪のみに寸法安定化処理として230℃〜260℃で焼戻しを施し、転動体には160℃〜200℃の通常仕様の焼戻しを施し、それらを研削仕上げし、これに前記各種の保持器を組合わせて、最終的にJIS B 1518に定める値の深溝玉軸受6206を作製した。なお、軌道面の粗さについては、研削方法を変更したり、繰り返し仕上げ研削を行ったりして、後述のように種々異なる粗さの試験軸受を作製した。 On the other hand, the inner and outer rings and rolling elements are quenched at 830 ° C to 850 ° C using JIS bearing steel SUJ2, and then tempered at 230 ° C to 260 ° C as a dimensional stabilization process only for the inner and outer rings. Was subjected to tempering at a temperature of 160 ° C. to 200 ° C. in a normal specification, and was subjected to grinding and finishing, and the various retainers were combined therewith to finally produce a deep groove ball bearing 6206 having a value specified in JIS B 1518. Regarding the roughness of the raceway surface, test bearings having various roughnesses were prepared as described later by changing the grinding method or repeatedly performing finish grinding.
次に、試験条件について説明する。試験機は、日本精工株式会社製玉軸受寿命試験機を用い、クリーン潤滑下における基本定格寿命(106 回転)L10を測定した。潤滑油は、発明が目的とするフッ素系潤滑油J100(NOKクリユバ製パーフルオロポリエーテル油)と、比較例として一般的なスピンドル油RO#68(パラフィン系鉱油)とを用いた。また、本実施形態は減圧雰囲気で用いられる転がり軸受を目的としているが、特にフッ素系潤滑油は、真空下でも、大気圧下でもあまり変化しないので、ここでは便宜的に大気圧下で試験を行う。また、潤滑条件を厳しくするために、潤滑油の温度が上昇して油膜が低下することを想定し、試験温度は80℃〜120℃の間で評価を行った。
(寿命試験条件)
試験機名:玉軸受寿命試験機
試験荷重:P/C=0.45
軸受回転数:3000rpm
試験温度:80〜120℃
潤滑油:フッ素系潤滑油J100
パラフィン系鉱油RO#68
Next, test conditions will be described. Tester, using NSK Ltd. ball bearing life tester, to measure the basic rating life (10 6 revolutions) L 10 under clean lubrication. The lubricating oil used was a fluorine-based lubricating oil J100 (a perfluoropolyether oil manufactured by NOK Cryuba), which is the object of the invention, and a general spindle oil RO # 68 (a paraffinic mineral oil) as a comparative example. Although the present embodiment is intended for a rolling bearing used in a reduced-pressure atmosphere, in particular, fluorine-based lubricating oil does not change much under vacuum or atmospheric pressure. Do. In order to make the lubrication conditions strict, the test temperature was evaluated between 80 ° C. and 120 ° C., assuming that the lubricating oil temperature would rise and the oil film would decrease.
(Life test conditions)
Test machine name: Ball bearing life test machine Test load: P / C = 0.45
Bearing rotation speed: 3000 rpm
Test temperature: 80-120 ° C
Lubricating oil: Fluorine-based lubricating oil J100
Paraffin mineral oil RO # 68
試験方法は以下の通りである。各供試体軸受を10個ずつ用意し、前記試験条件で寿命試験を行う。寿命の判定は、試験機上の供試体軸受の振動値が初期振動値の2倍となった時点で試験を中断し、軌道面での剥離の有無や、転動体や保持器のポケット部の摩耗を確認した。また、最長試験時間を500時間に設定し、それ以後は打ち切りとした。そして、ワイブル分布関数により、10個の供試体軸受のうち、短寿命側から10%の軸受に剥離や摩耗が発生するまでの総回転時間を求め、これを寿命とした。下記表2に、パラフィン系鉱油RO#68で潤滑した比較例a〜n、フッ素系潤滑油J100で潤滑した比較例A〜H及び実施例I〜Pの寿命時間を示す。なお、寿命時間が500時間を超えたものは、打ち切りと記す。 The test method is as follows. Ten test specimen bearings are prepared, and a life test is performed under the test conditions described above. To determine the life, the test was interrupted when the vibration value of the specimen bearing on the tester became twice the initial vibration value, the presence or absence of peeling on the raceway surface, the rolling elements and the pockets of the cage were determined. Wear was confirmed. Further, the longest test time was set to 500 hours, and thereafter, the test was terminated. Then, the total rotation time until peeling or abrasion occurred in 10% of the bearings from the short life side of the ten specimen bearings was determined from the Weibull distribution function, and this was defined as the life. Table 2 below shows the life time of Comparative Examples a to n lubricated with paraffinic mineral oil RO # 68, Comparative Examples A to H lubricated with fluorine-based lubricating oil J100, and Examples IP. In addition, the thing whose life time exceeded 500 hours is described as discontinuation.
この表2から明らかなように、パラフィン系鉱油潤滑による比較例a〜nでは、当該パラフィン系鉱油のぬれ性がよいため、金属製保持器でもピーリングが発生しにくい。但し、試験温度が高く、油膜が低下する条件下では、材質が最も硬いS550CM製保持器(比較例f)で、何点かのピーリングによる剥離が発生し、L10寿命は350時間程度となった。このことから、パラフィン系鉱油潤滑下では、保持器の材質の違いが軸受寿命に対して大きな影響をあえないことが分かる。 As is clear from Table 2, in Comparative Examples a to n using paraffinic mineral oil lubrication, the paraffinic mineral oil has good wettability, so that peeling hardly occurs even in a metal cage. However, the test temperature is high, under conditions where the oil film is reduced, a material is the hardest S550CM cages (comparative example f), peeling by several points of peeling occurs, L 10 life became about 350 hours Was. From this, it is understood that the difference in the material of the retainer does not greatly affect the bearing life under the paraffinic mineral oil lubrication.
これに対して、フッ素系潤滑油潤滑による比較例A〜Hでは、試験温度が高いほど、早期ピーリングにより寿命が低下している。これらの試験後の軸受は、例えば市場での不具合品と同様に転動体が激しく傷つき、短寿命のものほど摩耗していた。また、内輪・外輪にはピーリングが発生している。これは前述のようにフッ素系潤滑油のぬれ性がよくないために、保持器のポケット部と転動体との間で潤滑不足が生じ、保持器の硬さが硬いものほど、或いは潤滑油膜が低いほど(=温度が高いほど)、摩耗やピーリングが早期に起こり、軸受寿命を短くしたという推定を証明している。また、硬さが低いSPCC製保持器では、金属接触による酸化摩耗粉が観察され、この酸化摩耗粉は保持器よりも硬さが高いので、それが内輪・外輪に圧痕を付けたり、内輪・外輪と転動体とでアブレッシブな摩耗を発生させたと考えられる。 On the other hand, in Comparative Examples A to H using fluorine-based lubricating oil lubrication, the higher the test temperature, the shorter the life due to early peeling. In the bearings after these tests, the rolling elements were severely damaged, for example, similarly to defective products on the market, and the bearings with shorter life were worn. Peeling occurs on the inner and outer rings. This is because the wettability of the fluorine-based lubricating oil is not good as described above, so that insufficient lubrication occurs between the pocket portion of the cage and the rolling element, and the harder the cage, the more the lubricating oil film becomes. The lower the temperature (the higher the temperature), the earlier the wear and peeling occurred, proving that the bearing life was shortened. Also, in the SPCC cage having a low hardness, oxidized wear powder due to metal contact is observed, and since the oxidized wear powder is higher in hardness than the cage, it can cause indentation on the inner and outer rings, It is considered that abrasive wear occurred between the outer ring and the rolling elements.
一方、プラスチック製保持器を用いた実施例I〜Pは、フッ素系潤滑油潤滑下でも長寿命を示した。これは、鋼製転動体とプラスチック製保持器との間で摩耗が発生しにくい上に、発生しても摩耗粉が軟らかいので、圧痕等の二次的な不具合が生じにくいためであると考えられる。また、実施例Lでは、ナイロン66製保持器で剥離が発生しているが、試験温度が120℃と高温のため、潤滑油膜が低下したのに加え、ナイロン66の使用限界に近く、保持器の変形により、転動体の回転異常が発生したためと考えられる。従って、特に使用条件が高温である場合には、PPS製保持器が好ましい。 On the other hand, Examples I to P using the plastic cage exhibited a long life even under the lubrication of the fluorine-based lubricating oil. This is considered to be because wear between the steel rolling element and the plastic cage is hardly generated, and even if it is generated, the wear powder is soft, so that secondary defects such as indentations are hardly generated. Can be In Example L, peeling occurred in the nylon 66 cage. However, since the test temperature was as high as 120 ° C., the lubricating oil film was reduced and the cage was near the service limit of nylon 66. It is considered that the rotation of the rolling element occurred due to the deformation of the rolling element. Accordingly, a PPS-made cage is preferable especially when the use condition is a high temperature.
次に、前記と同様の試験方法で、内輪、外輪の夫々の表面粗さ及び転動体との粗さ比を種々に変更し、組み合わせて、寿命試験を行った。表面粗さ及び転動体との粗さ比を表3に示す。表中の内輪又は外輪の転動体に対する粗さ比は、内輪又は外輪のうち、粗さの低いもの、つまり数値の大きいものを採用する。フッ素系潤滑油J100を潤滑剤に使用した実施例1〜10は、何れも内輪、外輪の表面粗さ及び転動体との粗さ比が前記諸条件を満足している。同じく、フッ素系潤滑油J100を潤滑剤に使用した比較例11〜16のうち、比較例13は内輪の表面粗さが、比較例14は外輪の表面粗さが前記諸条件を満足しておらず、比較例11,12,15,16は、何れも転動体との粗さ比が前記6以下という条件を満足していない。なお、参考用の比較例17,18はパラフィン系鉱油RO#68を潤滑剤に使用し、うち比較例17は内輪の表面粗さが、比較例18は転動体との粗さ比が夫々前記諸条件を満足していない。また、実施例9,10、及び比較例15,16は、試験温度を変更した。 Next, by the same test method as described above, the surface roughness of each of the inner ring and the outer ring and the roughness ratio with the rolling elements were variously changed, and a life test was performed by combining them. Table 3 shows the surface roughness and the roughness ratio with the rolling elements. As the roughness ratio of the inner ring or the outer ring to the rolling elements in the table, the one having the lower roughness, that is, the one having the larger value among the inner rings or the outer rings is adopted. In Examples 1 to 10 in which the fluorine-based lubricating oil J100 was used as the lubricant, the surface roughness of the inner ring and the outer ring and the roughness ratio with the rolling elements all satisfied the above-mentioned conditions. Similarly, among Comparative Examples 11 to 16 using fluorine-based lubricating oil J100 as a lubricant, Comparative Example 13 had a surface roughness of an inner ring, and Comparative Example 14 had a surface roughness of an outer ring satisfying the above conditions. However, Comparative Examples 11, 12, 15, and 16 did not satisfy the condition that the roughness ratio with the rolling element was 6 or less. The comparative examples 17 and 18 for reference use paraffinic mineral oil RO # 68 as a lubricant, of which the comparative example 17 has a surface roughness of an inner ring, and the comparative example 18 has a roughness ratio with a rolling element. The conditions are not satisfied. In Examples 9 and 10 and Comparative Examples 15 and 16, the test temperature was changed.
表3から明らかなように、内輪及び外輪の表面粗さ並びにそれらの転動体に対する粗さ比が前記諸条件を満足する実施例1〜10は、ぬれ性の悪いフッ素系潤滑油による厳しい潤滑条件でも、何れも400時間を超える長寿命を達成している。これは、内輪及び外輪の表面粗さ並びにそれらの転動体に対する粗さ比が、接触摩耗に影響することを証明している。これに対して、内輪又は外輪の表面粗さが0.05μmRaを超える比較例13,14や、転動体との粗さ比が6を超える比較例11,12は明らかに寿命が短く、更に試験温度を上昇した比較例15,16は更に短寿命となった。但し、内・外輪の表面粗さが0.05μmRaを超える比較例17でも、転動体との粗さ比が6を超える比較例18でも、鉱油による潤滑条件下では長寿命であることから、前記諸問題がフッ素系潤滑油特有のものであることが確認された。 As is clear from Table 3, Examples 1 to 10 in which the surface roughness of the inner ring and the outer ring and the roughness ratio of the inner ring and the outer ring to the rolling elements satisfy the above-described conditions, show that the strict lubrication conditions using a fluorine-based lubricating oil having poor wettability were used. However, each of them achieves a long life of more than 400 hours. This proves that the surface roughness of the inner ring and the outer ring and their ratio of roughness to the rolling elements influence the contact wear. On the other hand, the comparative examples 13 and 14 in which the surface roughness of the inner ring or the outer ring exceeds 0.05 μmRa, and the comparative examples 11 and 12 in which the roughness ratio with the rolling elements exceeds 6 clearly have a shorter service life, and further have a further test. Comparative Examples 15 and 16 in which the temperature was increased had a shorter life. However, even in Comparative Example 17 in which the surface roughness of the inner and outer rings exceeds 0.05 μmRa, and in Comparative Example 18 in which the roughness ratio with the rolling element exceeds 6, the lubrication condition with mineral oil has a long life. It was confirmed that various problems were peculiar to the fluorine-based lubricating oil.
次に、本発明の転がり軸受の第二の実施形態について説明する。この実施形態も、前記第一の実施形態と同様に、真空ポンプ装置などのように、真空を含む減圧、且つフッ素系潤滑油で潤滑される転がり軸受を前提としている。そして、この実施形態である実施例及び比較例として、JIS B 1518に定める値の深溝玉軸受6206(前記第一の実施形態の図1参照)に対して、下記表4に示すような被膜処理を施した。このうち、本発明の実施例101〜107は、通常の軸受鋼SUJ2焼入れ後の硬さ(Hv750〜800)より硬い被膜を、少なくとも転動体に、好ましくは全部品に被膜している。これに対して、比較例101、102は全部品にニッケル、Ni−Pの被膜を被覆しているが、それらの硬さが柔らかい。また、比較例103は、被膜の硬さは十分硬いが、転動体を除く内・外輪にのみ被覆している。 Next, a second embodiment of the rolling bearing of the present invention will be described. As in the first embodiment, this embodiment is based on the premise that a rolling bearing lubricated with a fluorine-based lubricating oil and a reduced pressure including a vacuum, such as a vacuum pump device. As an example and a comparative example of this embodiment, a coating treatment as shown in Table 4 below was applied to a deep groove ball bearing 6206 (see FIG. 1 of the first embodiment) having a value specified in JIS B 1518. Was given. Among them, in Examples 101 to 107 of the present invention, a coating film having a hardness (Hv 750 to 800) after quenching ordinary bearing steel SUJ2 is coated on at least the rolling elements, and preferably on all parts. On the other hand, in Comparative Examples 101 and 102, all parts are coated with a coating of nickel and Ni-P, but their hardness is soft. In Comparative Example 103, the hardness of the coating is sufficiently hard, but the coating covers only the inner and outer rings except the rolling elements.
軸受摩耗試験の条件は以下の通り。
転がり軸受:6206(軸受鋼SUJ2 Hv760)
面圧 :180kgf/mm2
温度 :150℃
回転速度 :3600rpm
潤滑油 :フッ素油(フォンブリンオイル Y25(アウジモント製))
試験時間 :100時間
被膜厚さ :2〜5μm
The conditions for the bearing wear test are as follows.
Rolling bearing: 6206 (bearing steel SUJ2 Hv760)
Surface pressure: 180kgf / mm 2
Temperature: 150 ° C
Rotation speed: 3600 rpm
Lubricating oil: Fluorine oil (Fomblin oil Y25 (Audimont))
Test time: 100 hours Coating thickness: 2-5 μm
前記比較例101〜103の転動体摩耗率を1としたときの、実施例101〜107の転動体摩耗率の比と、被膜の硬さとの関係を図4に示す。同図から明らかなように、被膜の硬さが硬いほど、転動体摩耗量が減少する。また、実施例101〜106では、特にセラミックス系の硬質被膜が、フッ素系潤滑油との反応性が低いため、より一層摩耗が少ない。また、転動体にのみ被膜を被覆した実施例107は、実施例101〜106の全部品に被膜を被覆したものよりも転動体摩耗量が多いが、それでも比較例101〜103に比べると遙かに少ない。また、比較例101,102は、被膜硬さが母材より柔らかいので、被膜が初期に摩耗してしまう傾向にある。また、内・外輪にのみ被膜を被覆した比較例103では、転動体の摩耗を防止することはできない。
このように、少なくとも転動体、好ましくは全部品に、母材の硬さより硬い被膜を被覆した本実施形態では、転動体の摩耗を減少することができ、フッ素系潤滑油による厳しい潤滑条件下でも長寿命を達成することができる。
FIG. 4 shows the relationship between the ratio of the rolling element wear rates of Examples 101 to 107 and the coating hardness when the rolling element wear rates of Comparative Examples 101 to 103 were set to 1. As is clear from the figure, as the hardness of the coating increases, the rolling element wear decreases. Further, in Examples 101 to 106, since the ceramic-based hard coating has low reactivity with the fluorine-based lubricating oil, wear is further reduced. Further, in Example 107 in which only the rolling elements were coated with the coating, the amount of wear of the rolling elements was larger than that in Examples 101 to 106 in which all parts were coated with the coating, but still far as compared with Comparative Examples 101 to 103. Less. In Comparative Examples 101 and 102, since the hardness of the coating is softer than that of the base material, the coating tends to be worn at an early stage. Further, in Comparative Example 103 in which the coating was coated only on the inner and outer rings, the wear of the rolling elements could not be prevented.
As described above, in the present embodiment in which at least the rolling elements, and preferably all parts, are coated with a coating harder than the hardness of the base material, the wear of the rolling elements can be reduced, and even under severe lubrication conditions using fluorine-based lubricating oil. Long life can be achieved.
次に、本発明の転がり軸受の第三の実施形態について説明する。この実施形態も、前記第一の実施形態と同様に、真空ポンプ装置などのように、真空を含む減圧、且つフッ素含有重合体を含有する潤滑油又はグリースによる潤滑下、或いはフッ化物からなるガスを含む雰囲気下で使用される転がり軸受を前提としている。まず、内輪、外輪、転動体を形成する合金鋼として、下記表5に示す組成のものを用意した。なお、表5の数値の単位は全て重量%である。 Next, a third embodiment of the rolling bearing of the present invention will be described. In this embodiment, similarly to the first embodiment, like a vacuum pump device, a reduced pressure including vacuum, and under lubrication with a lubricating oil or grease containing a fluorine-containing polymer, or a gas made of fluoride It is assumed that the rolling bearing is used in an atmosphere including. First, alloy steels having compositions shown in Table 5 below were prepared as alloy steels forming the inner ring, the outer ring, and the rolling elements. The units of the numerical values in Table 5 are all weight%.
これらの合金鋼を使用して、単列深溝玉軸受(呼び番号6206:外径62mm、内径30mm、幅16mm、前記第一の実施形態の図1参照)の内輪、外輪、転動体を形成し、下記の表6の組合せで転がり軸受を組み立てた。なお、各サンプルは、使用した合金鋼以外の点については全て同じとなるようにして作製した。即ち、各サンプルの内輪、外輪、転動体には、所定の表面硬度(ビッカース硬さで450以上)となる条件で焼入れ、焼戻しが施してある。
Using these alloy steels, an inner ring, an outer ring, and a rolling element of a single row deep groove ball bearing (nominal number 6206: outer diameter 62 mm,
組み立てた各転がり軸受について、日本精工株式会社製の軸受回転試験機を用いて下記の条件により回転試験を行い、振動値を基準として軸受寿命を評価した。即ち、軸受に生じるラジアル振動を回転試験中に常時測定し、この振動値が初期値の3倍以上となった時点で試験を中止し、それまでにかかった時間を寿命とした。
(回転試験条件)
雰囲気温度:150℃
雰囲気圧力:真空(1×10-4Torr)
アキシャル荷重:1000N
ラジアル荷重:500N
回転速度:300rpm
潤滑剤:アウジモンド社製「フォンブリンM15」
(パーフルオロポリエーテル油)
また、各試験用軸受の寿命を比較するために、従来例に相当する比較例401の寿命を「1」としたときの相対値を算出した。これらの結果も下記表6に併せて示す。
For each of the assembled rolling bearings, a rotation test was performed using a bearing rotation tester manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd. under the following conditions, and the bearing life was evaluated based on the vibration value. That is, the radial vibration generated in the bearing was constantly measured during the rotation test, and when the vibration value became three times or more of the initial value, the test was stopped, and the time taken until that time was taken as the life.
(Rotation test conditions)
Ambient temperature: 150 ° C
Atmospheric pressure: vacuum (1 × 10 -4 Torr)
Axial load: 1000N
Radial load: 500N
Rotation speed: 300 rpm
Lubricant: "Fomblin M15" manufactured by Ausimond
(Perfluoropolyether oil)
Further, in order to compare the lifespans of the test bearings, a relative value was calculated when the lifespan of Comparative Example 401 corresponding to the conventional example was set to “1”. These results are also shown in Table 6 below.
この結果から分かるように、少なくとも転動体を形成する合金鋼が前記推奨範囲を満たす実施例401〜420の軸受は、転動体も内外輪もSUJ2からなる比較例401の軸受と比較して、パーフルオロポリエーテル油を潤滑剤に用いて、高温且つ高速回転下で使用した場合の軸受寿命が長くなっている。
また、内外輪はSUJ2からなり、転動体を形成する合金鋼が前記推奨範囲内で異なる実施例401〜409において、Nの含有量が0.05重量%以上0.2重量%未満の範囲にある実施例404〜407は、Nの含有量がこの範囲から外れる実施例401〜403及び実施例408,409よりも軸受寿命が長くなっている。
また、実施例410〜420のように、転動体だけでなく、内輪及び外輪についても、本発明の範囲を満たす合金鋼で形成されている場合には、より一層軸受寿命を長くすることができる。
As can be seen from the results, the bearings of Examples 401 to 420 in which at least the alloy steel forming the rolling elements satisfies the above-mentioned recommended range have a lower performance than the bearings of Comparative Example 401 in which both the rolling elements and the inner and outer races are made of SUJ2. When a fluoropolyether oil is used as a lubricant and used under high temperature and high speed rotation, the bearing life is long.
In Examples 401 to 409 in which the inner and outer races are made of SUJ2 and the alloy steels forming the rolling elements are different within the recommended range, the N content is in the range of 0.05% by weight or more and less than 0.2% by weight. Certain Examples 404 to 407 have a longer bearing life than Examples 401 to 403 and Examples 408 and 409 in which the N content is out of this range.
In addition, when not only the rolling elements but also the inner ring and the outer ring are made of an alloy steel satisfying the scope of the present invention as in Examples 410 to 420, the bearing life can be further extended. .
なお、この実施形態では、パーフルオロポリエーテル油を潤滑剤に用いた場合の高温且つ高速回転下での軸受寿命について述べているが、パーフルオロポリエーテル油以外のフッ素含有重合体を含有する潤滑油又はグリースによる潤滑下の場合も、フッ化物からなるガスを含む雰囲気下の場合も、少なくとも転動体を形成する合金鋼を前記推奨範囲を満たすものとすることにより、軸受寿命を長くすることができる。 In this embodiment, the bearing life under high temperature and high speed rotation when perfluoropolyether oil is used as the lubricant is described, but lubrication containing a fluorine-containing polymer other than perfluoropolyether oil is described. Even under lubrication with oil or grease, even under an atmosphere containing a gas consisting of fluoride, it is possible to extend the bearing life by at least making the alloy steel forming the rolling elements satisfy the recommended range. it can.
次に、本発明の転がり軸受の第四の実施形態について説明する。この実施形態も、前記第一の実施形態と同様、真空ポンプ装置を始め、事務機器の定着部のヒートロール部、半導体製造用の真空機器などのように、真空を含む減圧、且つフッ素系重合体を含有する潤滑剤による潤滑条件下で使用される転がり軸受を前提としている。 Next, a fourth embodiment of the rolling bearing of the present invention will be described. In this embodiment, as in the first embodiment, a vacuum pump device, a heat roll section of a fixing section of office equipment, a vacuum apparatus for manufacturing semiconductors, and the like, such as a vacuum apparatus for manufacturing semiconductors, are subjected to reduced pressure including vacuum and fluorine-based heavy load. It assumes a rolling bearing used under lubricating conditions with a lubricant containing coalescing.
まず、フッ素系潤滑剤、高温、高速、高真空の条件の下で行った耐久寿命試験について説明する。
試験体転がり軸受:
型番6206、内径30mm、外径62mm、幅16mm
(形状については前記第一の実施形態の図1参照)
夫々の内輪、外輪、転動体の材料の組合せを変えたものを用意した。実施例の転がり軸受の転動体材料は、実施例502がアルミナ、その他の実施例は部分安定化ジルコニアとした。一方、比較例501の転動体はSUJ2、比較例502の転動体は窒化珪素とした。
First, a durability life test performed under the conditions of a fluorine-based lubricant, high temperature, high speed, and high vacuum will be described.
Specimen rolling bearing:
Model number 6206, inner diameter 30mm, outer diameter 62mm, width 16mm
(For the shape, see FIG. 1 of the first embodiment)
The thing which changed the combination of the material of each inner ring, the outer ring, and the rolling element was prepared. The rolling element material of the rolling bearing of the embodiment was alumina in the embodiment 502, and partially stabilized zirconia in the other embodiments. On the other hand, the rolling element of Comparative Example 501 was SUJ2, and the rolling element of Comparative Example 502 was silicon nitride.
試験方法:
試験体軸受を日本精工株式会社製の軸受回転試験機に装着して以下の試験条件の下で回転試験を行い、振動値を基準として寿命を評価した。ここでは、振動値が初期値の3倍に上昇した時点を試験体軸受の寿命とした。なお、各実施例及び比較例における転がり軸受の寿命は、比較例501を1としたときの相対値で表す。
Test method:
The test sample bearing was mounted on a bearing rotation tester manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd., and a rotation test was performed under the following test conditions, and the life was evaluated based on the vibration value. Here, the time when the vibration value increased to three times the initial value was defined as the life of the test specimen bearing. In addition, the life of the rolling bearing in each of Examples and Comparative Examples is represented by a relative value when Comparative Example 501 is set to 1.
試験条件:
温度:120℃
雰囲気:真空(1.33×10-2Pa)
回転速度:5000rpm
アキシャル荷重:1000N
ラジアル荷重:500N
潤滑剤:アウジモンド社製「フォンブリンM15」(PFPE油)
試験結果を表7に示す。
Test condition:
Temperature: 120 ° C
Atmosphere: vacuum (1.33 × 10 -2 Pa)
Rotation speed: 5000 rpm
Axial load: 1000N
Radial load: 500N
Lubricant: "Fomblin M15" (PFPE oil) manufactured by Ausimond
Table 7 shows the test results.
表7の結果から、本発明の実施例の転がり軸受(実施例501〜507)は全て,PFPE油潤滑、高温、高速の条件下において、比較例に比べ、非常に長い寿命を示すことが明らかである。
次に、フッ素系潤滑下に行った真空ポンプ用転がり軸受の摩耗試験について説明する。
試験体転がり軸受:
型番6206(内輪、外輪材料;軸受鋼SUJ2、硬さHv760)
比較例503(SUJ2)以外の、転動体の材料には、C:0.45重量%、Cr:13.04重量%、N:0.13重量%の13Crマルテンサイト系ステンレス鋼を用いた。
From the results in Table 7, it is clear that all the rolling bearings (Examples 501 to 507) of the present invention show much longer life under the conditions of PFPE oil lubrication, high temperature and high speed than the Comparative Example. It is.
Next, a description will be given of a wear test of a rolling bearing for a vacuum pump performed under fluorine-based lubrication.
Specimen rolling bearing:
Model No. 6206 (Material of inner ring and outer ring; bearing steel SUJ2, hardness Hv760)
13Cr martensitic stainless steel containing 0.45% by weight of C, 13.04% by weight of Cr, and 0.13% by weight of N was used as a rolling element material other than Comparative Example 503 (SUJ2).
これを冷間加工(ヘッダ)し、バリ取り或いは切削加工して素球を作製した。この素球を1060℃で焼入れ後、−80℃でサブゼロ処理し、160℃で焼戻しをしたものを所定の精度まで仕上げ加工した。次いで、Nv窒化プロセス(大同ほくさん株式会社の商品名)を採用して窒化処理し、これに仕上げラップを行って、SUJ2製鋼球と同じ表面粗さに調整した。(表8,表9参照)。 This was cold-worked (header) and deburred or cut to produce elementary balls. After quenching this elementary ball at 1060 ° C., it was subjected to sub-zero treatment at −80 ° C., and then tempered at 160 ° C., and finished to a predetermined accuracy. Next, nitriding treatment was performed by adopting an Nv nitriding process (trade name of Daido Hokusan Co., Ltd.), and finishing lapping was performed to adjust the surface roughness to the same as that of SUJ2 steel balls. (See Tables 8 and 9).
ここで、Nv窒化プロセスについて説明すると、この処理は、窒化処理の前処理として、NF3 (三フッ化窒素)等のフッ素ガスを用いて200〜400℃程度でフッ化処理を行うプロセスと、NH3 ガスによる窒化処理を行うプロセスとからなっている。フッ化処理によって、窒化反応を阻害するCr酸化層が除去され、表面層に極薄いフッ化層が形成された表面が極めて活性化し、その後の窒化処理により安定的に均一な窒化層の形成を可能とするもので、硬さが大きくて耐摩耗性に優れるマルテンサイト系ステンレス鋼に好適に適用できる。 Here, the Nv nitridation process will be described. This process includes a process of performing a fluorination process at about 200 to 400 ° C. using a fluorine gas such as NF 3 (nitrogen trifluoride) as a pretreatment of the nitriding process. And a process of performing a nitriding treatment with NH 3 gas. By the fluoridation treatment, the Cr oxide layer that inhibits the nitridation reaction is removed, and the surface with the extremely thin fluorinated layer formed on the surface layer is extremely activated, and the subsequent nitridation treatment forms a stable and uniform nitrided layer. It can be suitably applied to martensitic stainless steel having high hardness and excellent wear resistance.
この窒化プロセスにより、窒化層としての鋼球径比1.4%Da厚さの化合物層を形成し、表面硬さは窒化後の鋼球表面からの取代量(これが多いと硬さは低くなる)で調整した。こうして、夫々の試験体軸受の転動体の表面に窒化層を形成して、表面硬さ及び粗さを種々に変えたものを用意した。
なお、内輪、外輪にも、転動体と同様の窒化層を施すことにより、軸受寿命を更に向上させることができる。但し、内輪、外輪は転動体より窒化層を施しにくいので、この試験では内外輪には窒化処理を施さずに、ただ表面粗さのみ上記実施例503の転動体の窒化層表面粗さ(0.003μm)と概ね同様の表面粗さにした6206番転がり軸受を用い、その摩耗量を寿命として捉えた。
By this nitriding process, a compound layer having a steel ball diameter ratio of 1.4% Da as a nitrided layer is formed, and the surface hardness is determined by the amount of removal from the steel ball surface after nitriding (the more the hardness, the lower the hardness. ). In this way, the bearings with the surface hardness and roughness varied in various ways were prepared by forming a nitrided layer on the surface of the rolling element of each test specimen bearing.
The life of the bearing can be further improved by providing the inner ring and the outer ring with the same nitride layer as the rolling elements. However, since the inner ring and the outer ring are less likely to form a nitride layer than the rolling elements, in this test, the inner and outer rings were not subjected to the nitriding treatment, and only the surface roughness was changed to the nitride layer surface roughness (0 No. 6206 rolling bearing having the same surface roughness as that of the No. 0.003 μm) was used, and the amount of wear was taken as the life.
試験方法:
実施例、比較例の各試料軸受を試験体とし、自社製の軸受回転試験機に装着してフッ素油潤滑下に100時間回転させた。その後、試料軸受を分解して転動体の摩耗量を夫々測定した。なお、各実施例及び比較例における転動体の摩耗量比は、比較例503(未処理軸受)の摩耗量を1とした相対量で表した。
摩耗試験の条件:
転がり軸受:6206(軸受鋼:全SUJ2、Hv760)
面圧:1764MPa
温度:150℃
回転速度:3600rpm
潤滑油:アウジモント社製「フォンブリンオイルY25」(フッ素油)
試験時間:100時間
試験結果を表8、表9に示す。
Test method:
Each of the sample bearings of the examples and the comparative examples was used as a test body, mounted on a bearing rotation tester manufactured by the company, and rotated under fluoro oil lubrication for 100 hours. Thereafter, the sample bearing was disassembled, and the wear amount of the rolling elements was measured. In addition, the wear amount ratio of the rolling elements in each example and the comparative example was represented by a relative amount where the wear amount of the comparative example 503 (untreated bearing) was set to 1.
Abrasion test conditions:
Rolling bearing: 6206 (bearing steel: all SUJ2, Hv760)
Surface pressure: 1764MPa
Temperature: 150 ° C
Rotation speed: 3600 rpm
Lubricating oil: “Fomblin oil Y25” (fluorine oil) manufactured by Audimont Corporation
Test time: 100 hours The test results are shown in Tables 8 and 9.
表8、表9の結果から、本摩耗試験の実施例の転がり軸受(実施例501〜504)は全て、フッ素油潤滑、高温、高速の条件下において、比較例に比べ、摩耗量が非常に少ないことが明らかである。
これらのうち、共通の転動体粗さ0.003μmRaを有する実施例501、実施例503、実施例504及び比較例501、比較例503について、転動体硬さと摩耗量比との関係を整理して図5に示す。この図から、転動体粗さが一定(0.003μm)の条件なら、転動体硬さがHv900以上の場合に格段に優れた耐摩耗性を示し、長寿命となることが分かる。
From the results shown in Tables 8 and 9, all the rolling bearings (Examples 501 to 504) of the present wear test showed significantly less wear than the comparative example under the conditions of fluoro oil lubrication, high temperature, and high speed. It is clear that there are few.
Among these, the relationship between the rolling element hardness and the wear amount ratio was organized for Example 501, Example 503, Example 504, Comparative Example 501, and Comparative Example 503 having a common rolling element roughness of 0.003 μmRa. As shown in FIG. From this figure, it can be seen that under the condition that the rolling element roughness is constant (0.003 μm), when the rolling element hardness is Hv900 or more, extremely excellent wear resistance is exhibited and the life is extended.
次に、共通の転動体硬さHv1050を有する実施例502、実施例503と比較例502とについて、転動体表面粗さと摩耗量比との関係を整理して図6に示す。この図6から、転動体硬さが一定(Hv1050)の条件では、転動体表面粗さが0.005μmRa以下の場合に格段に優れた耐摩耗性を示し、長寿命となることが分かる。 Next, FIG. 6 summarizes the relationship between the rolling element surface roughness and the wear amount ratio for Example 502, Example 503, and Comparative Example 502 having a common rolling element hardness Hv1050. FIG. 6 shows that under the condition that the hardness of the rolling element is constant (Hv1050), when the surface roughness of the rolling element is 0.005 μmRa or less, it shows remarkably excellent wear resistance and a long life.
よって、転がり軸受の少なくとも転動体表面に緻密な窒化層を有し、且つその窒化層は硬さHv900以上の化合物層からなり、その粗さが0.005μmRa以下とすることにより、フッ素油潤滑、高温、高速の条件下や真空環境下で優れた寿命を付与することができるといえる。
なお、本実施形態における酸化物系セラミックス若しくは緻密な窒化物層は、転動体表面のみに限定する必要はなく、例えば転動体自体を酸化物系セラミックス製としてもよい。
Therefore, the rolling bearing has a dense nitride layer at least on the surface of the rolling element, and the nitride layer is made of a compound layer having a hardness of Hv900 or more, and has a roughness of 0.005 μmRa or less. It can be said that an excellent life can be provided under high temperature, high speed conditions or a vacuum environment.
The oxide ceramic or the dense nitride layer in the present embodiment does not need to be limited to only the surface of the rolling element. For example, the rolling element itself may be made of an oxide ceramic.
次に、本発明の転がり軸受の第五の実施形態について説明する。この実施形態も、前記第一の実施形態と同様に、真空ポンプ装置などのように、真空を含む減圧、且つフッ素系潤滑油で潤滑される転がり軸受を前提としている。そして、この実施形態では、前記各実施形態で用いた深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受に代えて、スラスト玉軸受を使用している。 Next, a fifth embodiment of the rolling bearing of the present invention will be described. As in the first embodiment, this embodiment is based on the premise that a rolling bearing lubricated with a fluorine-based lubricating oil and a reduced pressure including a vacuum, such as a vacuum pump device. In this embodiment, a thrust ball bearing is used instead of the deep groove ball bearing and the angular ball bearing used in each of the above embodiments.
図7は、本実施形態のスラスト玉軸受101の構造を示す断面図である。
スラスト玉軸受101(日本精工株式会社製、呼び番号51305)は、外輪102と、内輪103と、両輪102,103の間に転動自在に配設された複数の玉(転動体)104と、複数の玉104を両輪102,103の間に保持する保持器105と、両輪102,103の間に形成され、玉104が内設された空隙部内に充填されたフッ素系潤滑油106と、を備えている。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the structure of the thrust ball bearing 101 of the present embodiment.
A thrust ball bearing 101 (manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd., designation number 51305) includes an outer ring 102, an
そして、両輪102,103には玉104を案内するための転動溝が備えられていて、その軌道面102a,103aには、表面加工処理が施してある。なお、この表面加工処理としては、バレル処理、クロス処理等が好ましく採用される。
また、フッ素系潤滑油106は、スラスト玉軸受101の前記空隙部内に充填される前に、10μmのフィルターにより濾過してあるものを使用した。なお、該フィルターには、フッ素系潤滑油106中に含まれる異物を除去することが可能なものを使用する必要がある。
The two
The fluorine-based
このようなスラスト玉軸受101の軌道面102a,103aには、3μm以上の平均直径を有する砥粒等の異物は確認されなかった。
なお、外輪102、外輪103、及び玉104にはJIS軸受鋼SUJ2材を使用し、830〜850℃で焼入を行った。その後、外輪102及び内輪103には、寸法安定化処理として230〜260℃で焼戻しを行い、玉104には、160〜200℃の通常仕様の焼戻しを行った。更にその後、通常の研削処理により、JIS B 1518で定める値のスラスト玉軸受を作製した。
No foreign matter such as abrasive grains having an average diameter of 3 μm or more was found on the
In addition, JIS bearing steel SUJ2 material was used for the outer ring 102, the
このようなスラスト玉軸受101と同様の軸受において、種々の条件で表面加工処理を施したものを用意して、その寿命試験を行った。
表面加工処理としては、バレル処理及びクロス処理を行った。
バレル処理に用いられる砥粒は、軸受の加工時に用いられるアルミナ系砥粒に限定した。そして、種々の大きさの砥粒を用いて処理を施し、試験用の軸受を作製した。使用したアルミナ系砥粒(チップ)は、何れも溶融アルミナを主成分としているチップで、アランダム#100(強研削石の場合)、アランダム#150(中研削石の場合)、アルミナ#1500〜2000(光沢石の場合)、アルミナ#4000〜6000(超光沢石の場合)の4種類である(何れも日本ダイヤ工業株式会社製)。
A bearing similar to the
Barrel processing and cross processing were performed as the surface processing.
Abrasive grains used for barrel processing were limited to alumina-based abrasive grains used for processing the bearing. Then, treatment was performed using abrasive grains of various sizes to produce bearings for testing. The alumina-based abrasive grains (chips) used are all chips mainly composed of fused alumina, Alundum # 100 (in the case of a strong grinding stone), Alundum # 150 (in the case of a medium grinding stone), and alumina # 1500. 2,000 (in the case of glossy stone) and alumina # 4000 to 6000 (in the case of super glossy stone) (all manufactured by Nippon Diamond Industrial Co., Ltd.).
軸受の製造においては、加工工程によって使用される砥粒の大きさが異なるため、どの工程の砥粒によるものかを見極める目的で、バレル処理には上記のように4種類のチップを使用した。なお、処理時間は何れも60分とし、砥粒の大きさによる寿命への影響のみが確認できるようにした。
クロス処理とは、比較的丈夫な剛性繊維製の布(以下、クロスと称する)を木製等の棒に巻き付けた状態で、完成した軸受の軌道面を研磨する処理である。クロス処理に関しては、クロスとしてクリーンルーム用ワイピングクロス(商品名:ザヴィーナミニマックス、カネボウ合繊株式会社製)を使用して、処理時間を0、30、60、120、180秒の5条件として、試験用の軸受を作製した。なお、クロスの押付け荷重は一定とした。
In the manufacture of the bearing, since the size of the abrasive used varies depending on the processing step, the above-described four types of chips were used in the barrel treatment for the purpose of determining which step was due to the abrasive. The processing time was set to 60 minutes, so that only the influence of the size of the abrasive grains on the life was confirmed.
The crossing process is a process of polishing a raceway surface of a completed bearing in a state in which a relatively durable rigid fiber cloth (hereinafter, referred to as a cloth) is wound around a wooden bar or the like. Regarding the cloth treatment, using a wiping cloth for a clean room (trade name: Xavina Minimax, manufactured by Kanebo Synthetic Fibers Co., Ltd.) as a cloth, the test was performed under five conditions of 0, 30, 60, 120, and 180 seconds. Bearings were manufactured. The pressing load of the cloth was constant.
このようにして作製した試験用のスラスト玉軸受を、日本精工株式会社製スラスト型軸受寿命試験機を用いて、試験荷重:P/C=0.45、軸受回転数:5000rpmの条件にて、クリーン潤滑下における基本定格寿命(106 回転)L10を測定した。潤滑油には、市販のフッ素系潤滑油を用いた。なお、フッ素潤滑油は真空下でも大気圧下でも殆ど変化しないので、本寿命試験は大気圧下で行った。また、潤滑油の温度が上昇して油膜の形成が不十分となることを想定して、潤滑条件の厳しい100〜120℃の試験温度で評価を行った。 The thrust ball bearing for a test thus produced was tested using a thrust type bearing life tester manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd. under the conditions of a test load: P / C = 0.45 and a bearing rotation speed: 5000 rpm. the basic rating life (10 6 revolutions) L 10 under clean lubrication was measured. As the lubricating oil, a commercially available fluorine-based lubricating oil was used. The life test was performed at atmospheric pressure because the fluorine lubricating oil hardly changes under vacuum or atmospheric pressure. Further, assuming that the temperature of the lubricating oil rises and the formation of an oil film becomes insufficient, the evaluation was performed at a test temperature of 100 to 120 ° C. where the lubricating conditions are severe.
また、フッ素系潤滑油は濾過していないものと、10μmのフィルターで濾過したものとの2種類を用いて、試験を行った。なお、フッ素系潤滑油は、必要使用量を(ユーザー側で)他の容器に取り出して使用することがあるので、この詰め替え時に異物が混入することが考えられる。よって、10μmのフィルターで濾過すれば、フッ素系潤滑油の成分を損なうことなく、大きな異物を除去できる。なお、フィルターの性質上(ブリッジ効果)、10μm以下の異物でも除去可能であると考えられるので、10μmのフィルターを使用した。
表10及び表11に試験結果を示す。そして、図8には、濾過していないフッ素系潤滑油を使用した場合の、異物の最大径と軸受の寿命との相関を示し、図9には、濾過したフッ素系潤滑油を使用した場合の、異物の最大径と軸受の寿命との相関を示す。
The test was performed using two types of fluorine-based lubricating oil, one not filtered and one filtered through a 10 μm filter. In addition, since the required amount of the fluorine-based lubricating oil may be taken out to another container (on the user side) and used, it is conceivable that foreign matter may be mixed in at the time of refilling. Therefore, by filtering through a 10 μm filter, large foreign matter can be removed without damaging the components of the fluorine-based lubricating oil. Note that a filter of 10 μm was used because it is considered that a foreign substance of 10 μm or less can be removed due to the nature of the filter (bridge effect).
Tables 10 and 11 show the test results. FIG. 8 shows the correlation between the maximum diameter of foreign matter and the life of the bearing when unfiltered fluorine-based lubricating oil is used. FIG. 9 shows the case where filtered fluorine-based lubricating oil is used. 4 shows the correlation between the maximum diameter of the foreign matter and the life of the bearing.
軌道面に残留している異物は、該軌道面を電子顕微鏡(日本電子株式会社製)で観察することにより、その個数と大きさを測定した。なお、表中の最大径の欄には、観察された異物の中で最大の平均直径(長径と短径との平均値)の値を記載している。
また、フッ素系潤滑油を充填したスラスト玉軸受の寿命を、寿命時間とワイブルスロープとにより評価した。なお、夫々の実施例及び比較例において、Aは濾過していないフッ素系潤滑油を充填した軸受の試験結果を、Bは濾過したフッ素系潤滑油を充填した軸受の試験結果を示している。また、表11及び表12の軸受寿命において、「>250」と表記してあるものは、試験した軸受全数が計算寿命(250時間)を超えてもピーリング破損や摩耗が一切発生せず、試験を打ち切ったことを示している。
The number and size of foreign matters remaining on the raceway surface were measured by observing the raceway surface with an electron microscope (manufactured by JEOL Ltd.). In the column of the maximum diameter in the table, the value of the maximum average diameter (average value of the major axis and the minor axis) among the observed foreign substances is described.
Further, the life of the thrust ball bearing filled with the fluorine-based lubricating oil was evaluated based on the life time and the Weibull slope. In each of the examples and comparative examples, A shows the test result of a bearing filled with unfiltered fluorine-based lubricant, and B shows the test result of a bearing filled with filtered fluorine-based lubricant. In the bearing life shown in Tables 11 and 12, ">250" indicates that no peeling breakage or wear occurred even if the total number of tested bearings exceeded the calculated life (250 hours). Has been censored.
表11及び表12に記載の通り、クロス処理を行う時間が長くなるに従って、残留する異物の数が少なくなっていることから、クロス処理により異物が取り除かれていることが推測される。そして、クロス処理により軸受が長寿命化され、ワイブルスロープの値も良好になっている。
また、バレル処理を行うと、砥粒自体が軌道面に付着するため、逆に残留異物の数は増加する。しかし、超光沢石を用いた場合(実施例204A〜208A)は砥粒が小さく、付着してもその最大径は3μm以下であるため、軸受は長寿命である。大径である他の砥粒を用いてバレル処理を行った場合(比較例203A〜213A)は、異物の最大径は3μm超過となるので、クロス処理を併せて施しても軸受の寿命が十分ではない。
As described in Tables 11 and 12, as the time for performing the cross processing increases, the number of remaining foreign substances decreases. Therefore, it is estimated that the foreign substances have been removed by the cross processing. Further, the life of the bearing is extended by the cross treatment, and the value of the Weibull slope is also good.
In addition, when the barrel processing is performed, the number of residual foreign substances increases because the abrasive grains adhere to the raceway surface. However, when super-glossy stone is used (Examples 204A to 208A), the bearing has a long life because the abrasive grains are small and the maximum diameter is 3 μm or less even if adhered. When barrel processing is performed using another abrasive having a large diameter (Comparative Examples 203A to 213A), the maximum diameter of the foreign matter exceeds 3 μm, so that the life of the bearing is sufficient even when the cross processing is performed together. is not.
よって、内輪及び外輪の軌道面上に3μmを超える平均直径を有する砥粒等の異物が残留していないことで、該軸受は長寿命となる。更に安定して長寿命を得るためには、2μmを超える平均直径を有する異物が残留していないことが望ましい。
一方、フッ素系潤滑油の濾過の有無について着目すると、濾過を行った方の軸受が明らかに長寿命となっている。更に、ワイブルスロープの値が大きくなっていることから、安定した寿命を有する軸受が製造されている(品質が安定している)ことが分かる(実施例201A,B〜208A,B)。但し、大きな異物が残留している場合は、その大きな異物によって寿命が支配されてしまう傾向がある。従って、最大径が比較的小さい比較例202A,Bにおいて若干の効果が見られたものの、それ以外(比較例201A,B、203A,B〜213A,B)では異物の大きさが支配的であり、このため濾過による大きな効果はなかった。つまり、濾過を行った場合にも、内輪及び外輪の軌道面上に3μmを超える平均直径を有する砥粒等の異物が残留していないことで、該軸受は長寿命となる。
Therefore, the bearing has a long life because no foreign matter such as abrasive grains having an average diameter exceeding 3 μm remains on the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring. In order to further stably obtain a long life, it is desirable that no foreign matter having an average diameter exceeding 2 μm remains.
On the other hand, if attention is paid to the presence or absence of filtration of the fluorine-based lubricating oil, the bearing on which filtration is performed clearly has a long life. Furthermore, it can be seen that the bearing having a stable life is manufactured (the quality is stable) because the value of the Weibull slope is large (Examples 201A, B to 208A, B). However, when large foreign matter remains, the life tends to be dominated by the large foreign matter. Accordingly, although some effects were observed in Comparative Examples 202A and 202B having a relatively small maximum diameter, the size of the foreign matter was dominant in other cases (Comparative Examples 201A and 203B and 203A and 213A and 213A and B). Therefore, there was no significant effect by the filtration. That is, even when the filtration is performed, the bearing has a long life because no foreign matters such as abrasive grains having an average diameter exceeding 3 μm remain on the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring.
以上のように、内輪及び外輪の軌道面上に残留している砥粒等の異物をバレル処理、クロス処理で取り除くことにより、ピーリング摩耗やピーリング剥離が抑制されて、軸受が長寿命となる。更に、濾過したフッ素系潤滑油を使用することで、より長寿命となる効果がある。
なお、本実施形態は、本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、転がり軸受としてスラスト玉軸受を例示して説明したが、本発明の転がり軸受は、他の種類の様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、スラストころ軸受等の他のタイプのスラスト形の転がり軸受や、ラジアル形の転がり軸受である。ラジアル形の転がり軸受の例としては、円筒ころ軸受、自動調心ころ軸受、円錐ころ軸受等のころ軸受や、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受が挙げられる。
As described above, by removing foreign matters such as abrasive grains remaining on the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring by barrel processing and cross processing, peeling wear and peeling are suppressed, and the bearing has a long life. Further, the use of the filtered fluorine-based lubricating oil has the effect of prolonging the service life.
Note that the present embodiment is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the present embodiment. For example, in the present embodiment, the thrust ball bearing has been described as an example of the rolling bearing. However, the rolling bearing of the present invention can be applied to various other types of rolling bearings. For example, there are other types of thrust type rolling bearings such as thrust roller bearings, and radial type rolling bearings. Examples of radial rolling bearings include roller bearings such as cylindrical roller bearings, self-aligning roller bearings, and tapered roller bearings, and ball bearings such as deep groove ball bearings and angular ball bearings.
次に、本発明の転がり軸受の第六の実施形態について説明する。この実施形態も、前記第一の実施形態と同様に、真空ポンプ装置などのように、真空を含む減圧、且つフッ素系潤滑油で潤滑される転がり軸受を前提としている。そして、この実施形態では、前記各実施形態で用いた深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受に代えて、玉を保持する保持器が高機能樹脂材料によって環状に形成されている。 Next, a sixth embodiment of the rolling bearing of the present invention will be described. As in the first embodiment, this embodiment is based on the premise that a rolling bearing lubricated with a fluorine-based lubricating oil and a reduced pressure including a vacuum, such as a vacuum pump device. In this embodiment, instead of the deep groove ball bearing or the angular ball bearing used in each of the above embodiments, a cage for holding the ball is formed in an annular shape from a high-performance resin material.
図10は、本発明の転がり軸受に採用された保持器の一実施形態を示す斜視図であり、図11は、図10の転がり軸受用保持器のウェルドラインのあるポケットを示す要部側面図、図12は、図10の転がり軸受用保持器の他のポケットを示す要部側面図である。また、図13は、転がり軸受用保持器の引張強度の試験方法を説明するための平面図である。 FIG. 10 is a perspective view showing an embodiment of a cage employed in the rolling bearing of the present invention, and FIG. 11 is a side view of a main part showing a pocket having a weld line of the cage for the rolling bearing of FIG. FIG. 12 is a side view of a main part showing another pocket of the roller bearing retainer of FIG. FIG. 13 is a plan view for explaining a method of testing the tensile strength of the rolling bearing cage.
図10〜図12を参照すると、転がり軸受用保持器20は、例えばポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂等の高機能樹脂材料に、グラスファイバー等の強化材を重量比5〜15%程度含有させると共に、アニール処理を施さず、環状に形成される。
転がり軸受用保持器20には、ポケット21,22が、周方向に所定の間隔をあけて複数(図10では7個)、図10中、上方に開口して設けられる。各ポケット21,22は夫々、転がり軸受(図示しない)の転動体19を、開口部23から収容して転動可能に保持する。
Referring to FIGS. 10 to 12, the rolling
A plurality of (seven in FIG. 10) pockets 21 and 22 are provided in the
各ポケット21,22には夫々、一対の爪部24が設けられており、各転動体19は夫々、各ポケット21,22の爪部24を周方向に押し広げるようにして、開口部23から各ポケット21,22に組み込まれる。
高機能樹脂材料の射出成形によって、ゲート25から注入された溶融樹脂の合流位置にウェルドライン26を生じるが、このウェルドライン26のあるポケット21の開口部寸法(爪部間寸法)A(図11)は、転動体径Cの93%より大きい値(例えば93〜110%)に設定される。また、他の各ポケット22の開口部寸法B(図12)は夫々、転動体径Cの80〜93%の値に設定される。従って、ウェルドライン26のあるポケット21の爪部24による締め代D(図11)は、他の各ポケット22の爪部24による締め代E(図12)よりも小さい。
Each
By the injection molding of the high-performance resin material, a
以下、本実施形態の作用を説明する。転がり軸受用保持器20においては、ウェルドライン26のあるポケット21の爪部24による締め代Dが、他の各ポケット22の爪部24による締め代Eよりも小さいので、各ポケット21,22に転動体19を組み込む際、ウェルドライン26のあるポケット21の爪部24が転動体19によって円周方向に押し広げられる際に受ける力は、他の各ポケット22の爪部24に比較して小さくて済む。
Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described. In the
従って、ウェルドライン26のあるポケット21では、爪部24に無理な力を作用させることなく、転動体19が円滑に組み込まれ、ウェルドライン26部分(ポケット21底部)にクラック、割れ等を生じることはない。また、他の各ポケット22では夫々、各ポケット22への転動体19の組み込み易さと、各ポケット22に組み込まれた転動体19の抜け落ち難さが両立される。
なお、ウェルドライン26のあるポケット21の開口部寸法(爪部間寸法)Aを100%以上に設定すると、爪部24による締め代Dがなくなるため、転動体10を更に円滑に組み込むことが可能である。
Therefore, in the
If the opening size (dimension between claws) A of the
次に、本実施形態の転がり軸受用保持器20を、諸条件を変えながら、以下の方法を以て引張試験を行った。
即ち図13を参照すると、転がり軸受用保持器のゲート25が図13中で右側になるように、ウェルドライン26が図13中で左側になるように、転がり軸受用保持器を位置させた状態で、当該保持器の内径部分に、一対のコマ部材27を配置する。各コマ部材27は夫々、半円状に形成されており、保持器内径よりも若干小さい径を有する。そして、各コマ部材27を夫々、反対方向(図13中の上下方向)に転がり軸受用保持器が破断するまで引張り、破断時の荷重を測定した。
諸条件及び結果を表12に示す。ここで、個数とは、保持器の個数をいう。なお、破断は全てウェルドライン26部分から発生した。また、表13中、破断荷重の値は全て平均値である。
Next, the tensile test was performed on the
That is, referring to FIG. 13, a state in which the rolling bearing cage is positioned such that the
Table 12 shows the conditions and results. Here, the number refers to the number of retainers. In addition, all the fractures occurred from the
表12から理解されるように、グラスファイバー等の強化材の含有重量比を、20%としたものは、10%のものと比較して破断荷重が小さい。また、アニール処理を施したものは、施さないものと比較して破断荷重が小さい。
また、本実施形態の転がり軸受用保持器20の諸条件を変えたものを、実際に転がり軸受に組み込み、組み込んだ保持器に割れが発生するか否かを調べた。
諸条件及び結果を表13に示す。なお、割れは全てウェルドライン26部分から発生した。
As understood from Table 12, when the weight ratio of the reinforcing material such as glass fiber is set to 20%, the breaking load is smaller than that of 10%. Further, those subjected to the annealing treatment have a smaller breaking load than those not subjected to the annealing treatment.
Further, the
Table 13 shows the conditions and results. Note that all cracks occurred from the
表13から理解されるように、グラスファイバー等の強化材の含有重量比を、20%にすると、アニール処理の有無に係わらず、ウェルドライン26のあるポケットに、割れが発生している。
以上のように、本実施形態によれば、ウェルドライン26のあるポケット21の開口部寸法Aが、転動体径Cの93%より大きい値(例えば93〜110%)に設定され、且つ他の各ポケット22の開口部寸法Bが夫々、転動体径Cの80〜93%の値に設定される。従って、転がり軸受からの転がり軸受用保持器20の脱落を確実に防止しつつ、各ポケット21,22への転動体19の組み込みに際して、ウェルドライン26のあるポケット21の底部にクラック、割れ等を生じることを確実に防止することができる。
As can be understood from Table 13, when the content weight ratio of the reinforcing material such as glass fiber is set to 20%, a crack is generated in the pocket having the
As described above, according to the present embodiment, the opening size A of the
また、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂等の高機能樹脂材料に、暗しファイバー等の強化材を重量比5〜15%程度含有させると共に、アニール処理を施さない構成とした。従って、優れた耐食性と共に十分なウェルドライン26部分の強度を確保することができ、ウェルドライン26のあるポケット21の底部にクラック、割れ等を生じることを、より確実に防止することができる。
In addition, a high-functional resin material such as polyphenylene sulfide (PPS) resin contains a reinforcing material such as a darkening fiber at a weight ratio of about 5 to 15% and is not subjected to an annealing treatment. Therefore, it is possible to secure sufficient strength of the
なお、本実施形態の転がり軸受用保持器20は、転動体を有する転がり軸受であれば適用可能であり、例えば円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、自動調心ころ軸受等に適用される。
次に、本発明の転がり軸受の第七の実施形態について説明する。この実施形態も、前記第一の実施形態と同様に、真空ポンプ装置などのように、真空を含む減圧、且つフッ素系潤滑油で潤滑される転がり軸受を前提としている。そして、この実施形態では、前記各実施形態で用いた単列深溝玉軸受に代えて、複列アンギュラ玉軸受を使用している。
The
Next, a seventh embodiment of the rolling bearing of the present invention will be described. As in the first embodiment, this embodiment is based on the premise that a rolling bearing lubricated with a fluorine-based lubricating oil and a reduced pressure including a vacuum, such as a vacuum pump device. In this embodiment, a double-row angular contact ball bearing is used instead of the single-row deep groove ball bearing used in each of the above embodiments.
図14〜図18において、1は外輪、3は内輪、5は転動体(玉)、6は保持器、12は軸受ケース、13は軸受カバー、14は油(フッ素系オイル)、15はタイミングギヤを示す。即ち、本発明において限定されるものはないが、本実施形態では、真空度を保持する関係でフッ素系オイルの油浴潤滑が採用される。
また、本発明において、外輪1・内輪3及び転動体5にあっては、特に図示形態に限定されるものではなく、任意に周知形態に変更可能であり、保持器6の材質或いは保持器6の形状の何れか一方若しくは双方を限定した。
14 to 18, 1 is an outer ring, 3 is an inner ring, 5 is a rolling element (ball), 6 is a cage, 12 is a bearing case, 13 is a bearing cover, 14 is oil (fluorinated oil), and 15 is timing. Show gears. That is, although there is no limitation in the present invention, oil bath lubrication of a fluorine-based oil is employed in the present embodiment in order to maintain the degree of vacuum.
Further, in the present invention, the
[保持器材料の改良]
本実施形態の転がり軸受は、外輪1と内輪3との間に転動体5を有し、その転動体5を回転自在に保持する保持器6の材質に,PTFE(ポリテトラフロロエチレン)樹脂材又はPPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂材を使用する。
保持器6は、合成樹脂材により形成された円環状の主部7の円周方向複数箇所に、転動体5を転動自在に保持するポケット8を設けてなる周知の冠型保持器であり、上述の通り材質を限定した以外は周知の構造が適用可能である。なお、本実施形態では、上述の通りの冠型保持器形状であるが、他形状の樹脂製保持器でも対応できる。
本実施形態のように保持器6の材質を限定することにより、鋼製保持器に比べ、自己潤滑性があり、また摩擦係数が小さいため、保持器摩耗粉が出難い。また、たとえ摩耗粉が出たとしても、潤滑剤を劣化させることもなく、更に軌道面にも圧痕を生じさせることがなく、軸受寿命を延長することが可能となる。
[Improvement of cage material]
The rolling bearing according to the present embodiment has a rolling
The
By limiting the material of the
[保持器形状の改良]
保持器6は、次のような形状とすることによっても軸受寿命の延長が図れる。ポケット8の底部分9に所望大きさの孔10(貫通孔)をあけ、その孔10より潤滑剤を浸入させ、保持器6と転動体5との潤滑性能をよくすることにより軸受寿命を延長することができる。孔10の大きさ(孔径)・形状或いは孔数(一個のポケットに対して一個若しくは複数個)などは特に限定されず、本発明の範囲内で任意に設計変更可能である。
[Improvement of cage shape]
The life of the bearing can be extended by forming the
更に、保持器ポケット8面の内・外径側に面取11を設け、潤滑剤の浸入をたやすくすることにより、保持器6と転動体5との潤滑性能をよくしてある。また、面取11の傾斜角度は特に限定されず、本発明の範囲内で任意に選択される。
なお、保持器6の形状は、上述の通り、貫通孔10、面取11を設けた以外は周知の構造が適用可能で限定されるものではない。
Further, chamfers 11 are provided on the inner and outer diameter sides of the
As described above, the shape of the
[保持器材質と形状の改良]
また、保持器6の材質を、上述の通りPTFE(ポリテトラフロロエチレン)樹脂材又はPPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂材とすると共に、保持器6の形状を、上述の通りポケット底部分9に貫通孔10を設けると共に、ポケット8面の内・外径側に面取11を設けるものとすることも本発明の範囲内である。
[Improvement of cage material and shape]
Further, the material of the
本発明において特に限定される構成ではないが、転動体5に玉を用いる場合において、以下の仕様を盛り込むことにより、更に軸受寿命を延長することも可能となる。
一般的に内・外輪軌道面2,4の溝半径寸法は、玉径の50.5〜60%を採用しているが、PV値(P:接触面圧、V:滑り速度)の関係で、内輪52〜54%、外輪53〜56%を採用することが望ましい。
Although not particularly limited in the present invention, when a ball is used for the rolling
Generally, the groove radius dimension of the inner and
溝半径寸法は、小さい方が接触面圧の関係で軸受寿命は長くなることが知られているが、小さすぎると軌道面との接触楕円が大きくなり滑り易く、滑り摩耗により軸受寿命が短くなることがある。そのため、接触面圧大により軸受寿命を短くしたとしても、滑り速度を小さくすることにより、相対的に軸受寿命が延長する結果となる。
更に、ゴミ入り潤滑条件下でも長寿命を有する浸炭窒化処理軸受材料又は窒化処理軸受材料を採用することにより、軸受寿命を延長することが可能となる。
It is known that the smaller the groove radius is, the longer the bearing life is due to the contact surface pressure.However, if it is too small, the contact ellipse with the raceway surface becomes large and it is easy to slip, and the bearing life is shortened due to sliding wear. Sometimes. Therefore, even if the bearing life is shortened due to the large contact surface pressure, the bearing life is relatively extended by reducing the sliding speed.
Further, the use of a carbonitrided bearing material or a nitrided bearing material having a long life even under lubrication conditions with dust can extend the life of the bearing.
なお、本実施形態は、真空ポンプに使用される複列アンギュラ玉軸受についてのみ説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、組合せアンギュラ玉軸受など周知の転がり軸受一般に適用可能である。また、真空ポンプ以外に使用される転がり軸受であってもよい。
また、この実施形態に、前記第六実施形態、即ちウェルドラインのあるポケットの開口部寸法を、転動体径の93%以上の値に設定し、且つ他の各ポケットの開口部寸法を夫々、転動体径の80〜93%の値に設定すれば、転がり軸受からの転がり軸受用保持器の脱落を確実に防止しつつ、各ポケットへの転動体の組み込みに際して、ウェルドラインのあるポケットの底部にクラック、割れ等を生じることを確実に防止することができるという効果が相乗される。
Although this embodiment describes only a double-row angular contact ball bearing used for a vacuum pump, the present invention is not limited to this, and is applicable to well-known rolling bearings in general such as a combination angular contact ball bearing. It is. Further, a rolling bearing used other than the vacuum pump may be used.
In this embodiment, the sixth embodiment, that is, the opening size of the pocket having the weld line is set to a value of 93% or more of the rolling element diameter, and the opening size of each of the other pockets is set as follows. When the rolling element is set to a value of 80 to 93% of the diameter of the rolling element, the fall of the cage for the rolling bearing from the rolling bearing can be reliably prevented, and the bottom of the pocket having a weld line can be formed when the rolling element is incorporated into each pocket. The effect of reliably preventing cracks, cracks, and the like from occurring is synergistic.
なお、前記各実施形態は、互いに従属しない本発明の夫々に対応したものについて説明しているが、夫々の発明、つまり各実施形態を組み合わせることによって、より一層、軸受特性を向上させうることは、前記の説明から極めて自明である。
即ち、本発明は、
(1).真空ポンプ装置などのように減圧雰囲気下で使用される転がり軸受であること。
(2).事務機器の定着部のヒートロールなどを支持する転がり軸受であること。が前提となっている。(1)においては、耐食性及び蒸発しにくいこと、及び(2)においては、高温環境下で使用されるため、耐熱性、蒸発量が少ないこと、化学的に安定であることから、双方ともにフッ素系潤滑剤が使用される。
In addition, although each said embodiment demonstrated what respond | corresponds to each of this invention which does not depend on each other, it is possible to improve a bearing characteristic further by combining each invention, ie, each embodiment. It is quite obvious from the above description.
That is, the present invention
(1). Rolling bearings used under reduced pressure such as vacuum pumps.
(2). Rolling bearings that support heat rolls, etc. in the fixing section of office equipment. Is assumed. In (1), both are resistant to corrosion and evaporation, and in (2), because they are used in a high-temperature environment, they have low heat resistance, low evaporation, and are chemically stable. A system lubricant is used.
ところが、フッ素系潤滑剤は、鉱油系潤滑剤に比して蒸発しにくく、化学的により安定である利点があるものの、比重が高く、ぬれ性が悪いので、潤滑が不十分(油膜形成が不十分)であり、また隙間が狭い(例えば保持器のポケットと転動体との間)ところに潤滑油が行き届きにくく、このため軸受軌道輪の軌道面や転動体の転動面に、ピーリング摩耗やピーリング剥離などのピーリング損傷が生じ易く、寿命低下となる問題があった。しかも、このピーリング損傷は、転動体の転動面や保持器(鋼製)のポケット部に選択的に生じ易いことを見出した。このため、本発明は、これらの対策のため、以下の実施形態からなり、特に前記(1)、(2)の使用環境下で長寿命な転がり軸受を提供するに至った。 However, fluorine-based lubricants have the advantage that they are less likely to evaporate and are more chemically stable than mineral oil-based lubricants, but they have high specific gravity and poor wettability, so they are insufficiently lubricated (oil film formation is not sufficient). Lubricating oil is difficult to reach in places where the clearance is narrow (for example, between the cage pocket and the rolling element). There was a problem that peeling damage such as peeling was apt to occur and the life was shortened. Moreover, it has been found that this peeling damage is apt to occur selectively on the rolling surface of the rolling element and the pocket portion of the cage (made of steel). For this reason, the present invention has the following embodiments in order to solve these problems, and has particularly come to provide a rolling bearing having a long life under the use environments (1) and (2).
1.内輪、外輪の軌道面の表面粗さが0.05μmRa以下を条件に、転動体の表面粗さが良すぎても転動体摩耗が多いことに着目し、この両者の粗さ比を6以下として、長寿命の転がり軸受としたこと。
2.選択的にピーリング損傷を受ける転動体の転動面を緻密な酸化膜で覆い、硬くて微細な炭化物を分散させることで凝着摩耗を防止し、局所的高温部(局部接触)での高温により、フッ素系潤滑剤の分解によるフッ素ガスの腐食を防ぐため、少なくとも転動体に不働態膜と炭化物形成元素であるCrを7〜27重量%添加した素材を用い、結果として長寿命の転がり軸受としたこと。
1. Focusing on the condition that the surface roughness of the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring is 0.05 μm Ra or less, and focusing on the fact that the rolling element wears a lot even if the surface roughness of the rolling element is too good, the roughness ratio between the two is set to 6 or less. , A long-life rolling bearing.
2. The rolling surface of the rolling element that is subject to selective peeling damage is covered with a dense oxide film, and hard and fine carbides are dispersed to prevent cohesive wear, and the high temperature in the local high temperature area (local contact) In order to prevent corrosion of fluorine gas due to decomposition of fluorine-based lubricant, a material having at least a passive film and 7 to 27% by weight of Cr, which is a carbide-forming element, is added to the rolling elements. That you did.
3.同じく転動体の転動面の表面硬さを、内外輪軌道面の表面硬さより硬くすること(Ni−P、Cr、TiN等の被膜形成によるものを含む)により転動体の摩耗を減少、結果として長寿命の転がり軸受としたこと。
4.同じく転動体の転動表面に窒化物層を備え、表面粗さが0.005μmRa以下で、硬さHv900以上とし、或いは化学的に安定な酸化物系セラミックスで構成することにより、結果的に長寿命な転がり軸受としたこと。
5.フッ素系潤滑剤は鉱油系潤滑剤に比べ、比重が高く、ぬれ性が悪いため、砥粒などの異物の存在の影響をより受け易く、バレル処理、クロス処理、或いは潤滑剤濾過等により、残存異物の平均直径を3μm以下に抑えることにより、ピーリング損傷の原因を除去し、結果的に長寿命の転がり軸受としたこと。
3. Similarly, by making the surface hardness of the rolling surface of the rolling element harder than the surface hardness of the raceway surface of the inner and outer races (including the one formed by the coating of Ni-P, Cr, TiN, etc.), the wear of the rolling element is reduced. As a long-life rolling bearing.
4. Similarly, the rolling element is provided with a nitride layer on the rolling surface, has a surface roughness of not more than 0.005 μm Ra, a hardness of not less than Hv900, or is composed of chemically stable oxide-based ceramics. Rolling bearings with long life.
5. Fluorine-based lubricants have higher specific gravity and poor wettability than mineral oil-based lubricants, so they are more susceptible to the presence of foreign matter such as abrasive grains, and remain due to barrel treatment, cloth treatment, or lubricant filtration. By suppressing the average diameter of foreign matter to 3 μm or less, the cause of peeling damage was eliminated, resulting in a long-life rolling bearing.
6.真空ポンプの支持軸受の用途での耐食性(フッ素系潤滑剤などの影響による)を向上するため、ピーリング損傷を受け易い保持器をPPSやPEEK、PBT等の樹脂製とする。これらの製造方法として、射出成形が用いられるが、ウェルドラインによってクラックが生じ易いので、この部分の開口部を、他のポケット部分の開口部より広くし、他のポケットの開口部を、転動体脱落防止のために狭くする。保持器の射出成形後の無理抜き時及び転がり軸受の組立時のクラックを防止し、真空ポンプ用途の転がり軸受の低コスト化及び保持器のウエルド部の損傷を防止することにより、保持器を長寿命化して、結果的に長寿命の転がり軸受としたこと。 6. In order to improve the corrosion resistance (due to the influence of fluorine-based lubricant) in the use of the support bearing of the vacuum pump, a cage that is easily damaged by peeling is made of a resin such as PPS, PEEK, or PBT. Injection molding is used as a manufacturing method of these, but since cracks are easily generated by a weld line, the opening of this portion is made wider than the opening of another pocket, and the opening of another pocket is made of a rolling element. Make it narrow to prevent falling off. By preventing cracks during forcible removal after injection molding of the cage and during assembly of the rolling bearings, the cost of rolling bearings for vacuum pumps is reduced, and the welds of the cages are prevented from being damaged. Long life, resulting in a long life rolling bearing.
7.フッ素系潤滑剤を使用する保持器では、耐食、高温使用可能なPTFE、PPS等の材料が用いられる。フッ素系潤滑剤はぬれ性が悪く、保持器と転動体との隙間に潤滑剤が回りにくいことを改善するため、ポケット底に貫通孔を設けること、或いはポケット面の内外径面に面取を施し、保持器のピーリング損傷を防止することにより、結果的に長寿命の転がり軸受としたこと。 7. In a retainer using a fluorine-based lubricant, a material such as PTFE and PPS that can be used at high temperatures and is resistant to corrosion is used. Fluorine-based lubricants have poor wettability, and through holes should be provided at the bottom of the pockets or chamfers should be made on the inner and outer diameter surfaces of the pocket surface to improve the lubrication of the lubricant between the cage and the rolling elements. To prevent the peeling of the cage, resulting in a long-life rolling bearing.
以上、1〜7の本発明の互いに従属しない実施形態は、前記課題を解決するための手段の欄と重複するが、これら各々は、フッ素系潤滑剤を使用せざるを得ない用途での特有の問題を解決する手段として開示したものであり、これら単独若しくは複数組み合わせることにより、本発明の目的と効果とを相乗的に奏し、特にピーリング損傷を防止し、長寿命の転がり軸受を提供することが可能となる。
As described above, the
1は外輪
2は軌道面
3は内輪
4は軌道面
5は転動体
6は保持器
8はポケット
9は底部分
10は貫通孔
11は面取
20は転がり軸受用保持器
21はウェルドラインのあるポケット
22は他のポケット
23は開口部
24は爪部
25はゲート
26はウェルドライン
Aはウェルドラインのあるポケットの開口部寸法
Bは他のポケットの開口部寸法
Cは転動体径
Dはウェルドラインのあるポケットの爪部による締め代
Eは他のポケットの爪部による締め代
101はスラスト玉軸受
102は外輪
103は内輪
104は玉
106はフッ素系潤滑油
102aは軌道面
103aは軌道面
1 is an
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007162934A (en) * | 2005-11-15 | 2007-06-28 | Ntn Corp | Rolling bearing |
JP2008185141A (en) * | 2007-01-30 | 2008-08-14 | Nsk Ltd | Ball bearing and support structure |
WO2010016202A1 (en) * | 2008-08-06 | 2010-02-11 | Ntn株式会社 | Reusable bearing and reuse method thereof |
US8182155B2 (en) | 2005-09-02 | 2012-05-22 | Ntn Corporation | Lubricating grease and lubricating grease-enclosed roller bearing |
US8292512B2 (en) | 2007-01-29 | 2012-10-23 | Nsk Ltd. | Ball bearing and supporting construction |
JP2019215015A (en) * | 2018-06-11 | 2019-12-19 | Ntn株式会社 | Rolling device and rolling bearing |
WO2020050020A1 (en) * | 2018-09-04 | 2020-03-12 | 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 | Electric compressor, and refrigeration and air conditioning device using same |
WO2024013932A1 (en) * | 2022-07-14 | 2024-01-18 | 株式会社ジェイテクト | Retainer, rolling bearing, and method for molding retainer |
-
2004
- 2004-05-11 JP JP2004141475A patent/JP2004239443A/en active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8182155B2 (en) | 2005-09-02 | 2012-05-22 | Ntn Corporation | Lubricating grease and lubricating grease-enclosed roller bearing |
JP2007162934A (en) * | 2005-11-15 | 2007-06-28 | Ntn Corp | Rolling bearing |
JP4732992B2 (en) * | 2005-11-15 | 2011-07-27 | Ntn株式会社 | Rolling bearing |
US8292512B2 (en) | 2007-01-29 | 2012-10-23 | Nsk Ltd. | Ball bearing and supporting construction |
JP2008185141A (en) * | 2007-01-30 | 2008-08-14 | Nsk Ltd | Ball bearing and support structure |
WO2010016202A1 (en) * | 2008-08-06 | 2010-02-11 | Ntn株式会社 | Reusable bearing and reuse method thereof |
JP2010038290A (en) * | 2008-08-06 | 2010-02-18 | Ntn Corp | Reusable bearing and reuse method thereof |
JP2019215015A (en) * | 2018-06-11 | 2019-12-19 | Ntn株式会社 | Rolling device and rolling bearing |
WO2020050020A1 (en) * | 2018-09-04 | 2020-03-12 | 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 | Electric compressor, and refrigeration and air conditioning device using same |
WO2024013932A1 (en) * | 2022-07-14 | 2024-01-18 | 株式会社ジェイテクト | Retainer, rolling bearing, and method for molding retainer |
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