JP3931913B2 - 転がり軸受 - Google Patents

Description

本発明は、真空中、高温中、腐食ガス中、液体中、あるいは溶融金属中など油やグリース等の通常の潤滑剤が使用できない環境で用いられる転がり軸受の改良に関するものである。

従来、油やグリースなどの通常の潤滑剤が使用できない環境で用いられるこの種の転がり軸受として、ポリテトラフルオロエチレンを主体とする自己潤滑性保持器と、セラミックス製転動体を含む転がり軸受が知られている。
特開平０３−２５５２２４号 実開平０４−０８２４３１号 実開平０６−０７６７２０号

しかしながらこの種の転がり軸受では、その転がり寿命を保持器からの固体潤滑剤の移着による潤滑に頼らなければならないため、いかに自己潤滑性保持器から固体潤滑剤を移着させるかが重要な技術的課題となるが、上記せるような各従来技術では、この点未だ改良の余地が残されているものである。

本発明は従来技術の有するこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、自己潤滑性保持器からの固体潤滑剤の移着性を改善することで、真空中、高温中、腐食ガス中、液体中、あるいは溶融金属中など油やグリース等の通常の潤滑剤が使用できない環境における転がり寿命の延長を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明がなした技術的手段は、少なくとも転動体がセラミックスからなり、外輪と内輪の軌道面の表面粗さが０．１μｍＲａ以上３．２μｍＲａ以下の範囲にあり、保持器が自己潤滑性材からなるものとしたことである。なお、本明細書にて「Ｒａ」は、算術平均粗さを表す。

上記技術的手段により、軌道輪（外輪と内輪）軌道面の表面粗さが０．１μｍＲａ以上３．２μｍＲａ以下の範囲にあるので、その表面粗さが０．１μｍＲａ未満の従来の転がり軸受に比べると回転中の振動が大きくなる。

その結果、自己潤滑性保持器が転動体により強く接触する機会が増えるので、自己潤滑性保持器から転動体への固体潤滑剤の移着を多くすることができる。

セラミックス製転動体を用いたため、回転初期はその優れた耐摩耗性のために転動体は表面粗さを保ちながら軌道輪軌道面をなめらかに摩耗していく。
そして、軌道輪軌道面がなめらかになった（表面粗さで０．１μｍＲａ未満）後は、振動が低くなり、転動体に適量かつ均一に移着した固体潤滑剤によって良好な潤滑がなされる。

このように、セラミックス製転動体が摩耗しにくくなめらかな表面を保つからこそ、自己潤滑性保持器からの固体潤滑剤の移着が適量かつ均一におこり、良好な潤滑がなされる。

したがって、初期振動による移着効果の増大を軌道輪軌道面の表面粗さで制御し、軌道輪軌道面の固体潤滑剤が移着する前のなめらかな摩耗をセラミックス製転動体を用いることで成し、軌道輪軌道面のなめらかに摩耗した後の潤滑はセラミックス転動体からの固体潤滑剤の移着によって行うという兼ね合いによって油やグリースなどの通常の潤滑剤が使用できない環境における転がり寿命の延長を図ることができる。

本発明は、少なくとも転動体がセラミックスからなり、軌道輪（外輪と内輪）軌道面の表面粗さが０．１μｍＲａ以上３．２μｍＲａ以下の範囲にあり、かつ自己潤滑性保持器で構成し、自己潤滑性保持器からの固体潤滑剤の移着性を改善することで、真空中、高温中、腐食ガス中、液体中、あるいは溶融金属中など油やグリース等の通常の潤滑剤が使用できない環境における転がり寿命の延長が図れた。

すなわち、上記軌道面の表面粗さにより初期の振動が大きくなって固体潤滑剤の移着効果が増大し、そして、セラミックス製転動体により軌道輪軌道面がなめらかに摩耗された後は、セラミックス製転動体からの固体潤滑剤のより多い移着によって行うことができるため、油やグリースなどの通常の潤滑剤が使用できない環境における転がり寿命の延長を図ることができる。

以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明する。
図中１は本発明転がり軸受の一実施例を示し、該転がり軸受１は、外輪２、内輪３、転動体４、及び保持器５とで構成されている玉軸受であり、以下この実施例に基づいて本発明を説明するが、本発明はころ軸受にも適用でき、またラジアル軸受およびスラスト軸受のいずれにも適用でき、本発明の範囲内において適宜選択適用可能である。

外輪２および内輪３は、夫々の軌道面２ａ，３ａの表面粗さが、０．１μｍＲａ以上３．２μｍＲａ以下の範囲にあるように構成されている。
また、下記転動体４にセラミックスを用いているため、外輪２、内輪３の材質はスチールまたはセラミックスのいずれでもかまわない。
表面粗さが０．１μｍＲａ以下では、回転中の振動が過少になるため、自己潤滑性保持器が転動体に接触する機会が少なく、自己潤滑性保持器から転動体への固体潤滑剤の移着が少ない。また表面粗さが３．２μｍＲａ以上では振動が過大になるために移着が多すぎたり移着むらが生じてしまい、かえって潤滑の妨げになる。

転動体４は、耐摩耗性の高いセラミックス材からなり、セラミックス材料としては窒化珪素以外に、炭化珪素、アルミナ、ジルコニア等が挙げられる。

保持器５は、自己潤滑性を有する材質からなり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）を代表としたフッ素系樹脂、黒鉛、二硫化モリブデンなどから構成されているものがあげられる。

本発明の効果を確認するために、実施例１〜８および比較例１〜８に示す数種の深みぞ玉軸受を用いて、図２に示す試験装置で回転試験を行った。
その回転試験結果を表１に示すと共に、軌道輪軌道面の表面粗さ（μｍＲａ）に対する転がり寿命（ｈ）の関係を図３に示す。

「実施例１〜４、比較例１〜３」
軌道面の表面粗さが、０．０５μｍＲａ〜９．４μｍＲａの範囲の窒化珪素セラミックス（Si₃N₄）製の軌道輪（外輪、内輪）、窒化珪素セラミックス（Si₃N₄）製転動体およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製保持器で構成。
「実施例５〜８、比較例４〜６」
軌道面の表面粗さが、０．０５μｍＲａ〜９．４μｍＲａの範囲のステンレス鋼（SUS440C）製の軌道輪（外輪、内輪）、窒化珪素セラミックス（Si₃N₄）製転動体およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製保持器で構成。
「比較例７」
軌道面の表面粗さが、１．０μｍＲａの窒化珪素セラミックス（Si₃N₄）製の軌道輪（外輪、内輪）、窒化珪素セラミックス（Si₃N₄）製転動体およびスチール（SUS304ステンレス鋼）製保持器で構成。
「比較例８」
軌道面の表面粗さが１．０μｍＲａのステンレス鋼（SUS440C）製の軌道輪（外輪、内輪）、ステンレス鋼（SUS440C）製転動体およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製保持器で構成。

表１および図３の結果から以下のことが分かる。

従来から使用されていた軌道輪軌道面の表面粗さが０．１μｍＲａ未満の軸受を示す比較例１の転がり寿命に対して、実施例１〜４に示す軌道輪軌道面の表面粗さが０．１μｍＲａ〜３．２μｍＲａの軸受の場合は、いずれも転がり寿命の大幅な延長が確認できた（表１および図３中の→印は、表示時間（ｈ）以上を示し、すなわち、本試験では１９０ｈで打ち切っているが実際それ以上の転がり寿命（ｈ）を得られたことを示している。）。

また、軌道輪軌道面の表面粗さが３．２μｍＲａを超える場合（比較例２，３）は、実施例１〜４の軸受に比べて転がり寿命は低下した。

さらに実施例５〜８と比較例４〜６の結果からも、同様に本発明の表面粗さの範囲（０．１μｍＲａ〜３．２μｍＲａ）にある軸受が、その範囲以外の軸受よりも長寿命である結果が得られた。

また、軌道輪、転動体および軌道輪軌道面の表面粗さを等しくし、保持器材質が実施例２のポリテトラフルオロエチレンとは異なるスチール鋼製保持器を有する比較例７については、保持器からの有効な固体潤滑剤の移着が得られないので、実施例２と比して極端に転がり寿命が短かいことがわかる。

そして、軌道輪材質、軌道輪軌道面の表面粗さおよび保持器材質は等しいが、転動体の材質が実施例６の窒化珪素セラミックス（Si₃N₄）とは異なるステンレス鋼（SUS440C）製である比較例８についても、ステンレス鋼製転動体であるため自己潤滑性保持器からの移着が得られる前に転動体表面が荒れてしまい、実施例６と比して極端に転がり寿命が短かいことがわかる。

本発明転がり軸受の一実施例を一部省略すると共に断面にて示す。 本発明転がり軸受の回転性能を確認するための試験機の概略を示す。 軌道輪軌道面の表面粗さに対する転がり寿命の関係を示す。

符号の説明

１：転がり軸受
２：外輪
３：内輪
２ａ，３ａ：軌道面
４：転動体
５：保持器

Claims (3)

1. 外輪、内輪、転動体、保持器からなる水中用の深みぞ玉軸受において、転動体及び内外輪のすべてがセラミックス製であり、外輪と内輪の軌道面の表面粗さが０．１μｍＲａ以上３．２μｍＲａ以下の範囲にあり、保持器が自己潤滑性であることを特徴とした転がり軸受。
2. セラミックスはＳｉ_３Ｎ_４であることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. 保持器はＰＴＦＥ製であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の転がり軸受。

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