JP2000009145A - 転がり軸受 - Google Patents

転がり軸受

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JP2000009145A
JP2000009145A JP10174296A JP17429698A JP2000009145A JP 2000009145 A JP2000009145 A JP 2000009145A JP 10174296 A JP10174296 A JP 10174296A JP 17429698 A JP17429698 A JP 17429698A JP 2000009145 A JP2000009145 A JP 2000009145A
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JP
Japan
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bearing
rolling
ceramic material
rolling bearing
silicon carbide
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JP10174296A
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Kazuhisa Kitamura
和久 北村
Tomoya Hattori
智哉 服部
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Koyo Seiko Co Ltd
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Koyo Seiko Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】耐食性ならびに耐荷重性に優れた転がり軸受の
提供。 【解決手段】転がり軸受Aにおいて、転動体3または軌
道輪1,2のいずれか一方を、耐食性に優れた炭化けい
素系セラミックス材とし、転動体3または軌道輪1,2
のいずれか他方を前記炭化けい素系セラミックス材より
も靭性の優れた耐食性金属で形成する。これにより、転
動体3と軌道輪1,2との接触応力を軽減できるように
なり、炭化けい素系セラミックス材で形成する軸受構成
要素の万一の破損を防止しながら、腐食性物質の存在す
る環境での使用に長期にわたって十分耐え得る構成にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に腐食環境で使
用される転がり軸受に関する。この転がり軸受は、例え
ば、水、酸性溶液あるいはアルカリ性溶液などの腐食性
物質に浸けられた状態あるいは腐食性物質が付着するよ
うな状況で使用される。
【0002】
【従来の技術】前述したような用途では、内・外輪なら
びに転動体をセラミックス材で形成した総セラミックス
軸受を用いることが考えられている。
【0003】この軸受に適したセラミックス材として
は、例えば窒化けい素を主成分として焼結した窒化けい
素系セラミックス材が挙げられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、窒化けい素
系セラミックス材は、耐荷重性が優れているものの、酸
性溶液中で使用すると、軌道部位での腐食による摩耗進
展が早くなるので、軸受寿命が短くなる。
【0005】これに対して、炭化けい素を主成分として
焼結した炭化けい素系セラミックス材があるが、これ
は、窒化けい素系セラミックス材に比べて耐荷重性が劣
るものの、耐食性が優れている。しかしながら、この炭
化けい素系セラミックス材で内・外輪ならびに転動体を
形成して、総セラミックス軸受を構成すると、特にモー
メント荷重がかかるような状況において局部的に接触応
力が増大するため、破損しやすくなる。
【0006】このような事情により、本願出願人は、耐
食性ならびに耐荷重性に優れた転がり軸受の提供を目的
とし、本発明を提案する。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明にかかる
転がり軸受は、転動体または軌道輪のいずれか一方が、
炭化けい素系セラミックス材で形成され、転動体または
軌道輪のいずれか他方が、前記炭化けい素系セラミック
ス材よりも靭性の優れた耐食性金属で形成されている。
【0008】請求項2の発明にかかる転がり軸受は、上
記請求項1において、前記耐食性金属が、析出硬化系の
ステンレス鋼とされている。
【0009】請求項3の発明にかかる転がり軸受は、上
記請求項1または2において、ふっ素系樹脂を含む自己
潤滑性を有する耐食性材料で形成される保持器を含む。
【0010】請求項4の発明にかかる転がり軸受は、上
記請求項1ないし3のいずれかにおいて、前記軌道輪の
嵌合面に、軸方向に湾曲するクラウニングが形成されて
いる。
【0011】要するに、本発明では、耐食性に格別優れ
た炭化けい素系セラミックス材と、それに比べて靭性の
優れた耐食性金属、例えば請求項2のような析出硬化系
のステンレス鋼とを組み合わせて転がり軸受を構成して
いる。これにより、荷重加担時の軌道輪と転動体との間
の接触応力を下げることができるので、耐荷重性に劣る
炭化けい素系セラミックス材の転動体の破損を防止でき
るようにしている。
【0012】また、請求項3では、自己潤滑性を有する
材料の保持器を用いることにより、この保持器と転動体
との接触部位の摩擦抵抗を軽減することができるように
なり、腐食性物質が存在する環境でも摩耗や損傷の軽減
に一層有利となる。
【0013】さらに、請求項4では、転動体または軌道
輪のいずれか一方を靭性の優れた耐食性金属とすること
に加え、軌道輪の嵌合面にクラウニングを形成している
から、特にモーメント荷重の加担時において、軌道輪の
はめ合い面でのエッジロードならびに転動体に対する偏
荷重の負担を軽減できるようになるなど、転動体ならび
に軌道輪の破損回避に一層有利となる。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の詳細を図1ないし図5に
示す各実施形態に基づいて説明する。
【0015】図1ないし図3は本発明の一実施形態にか
かり、図1は、転がり軸受の縦断側面図、図2は、転が
り軸受の試験装置の概略構成を示す図、図3は、試験結
果を示す図表である。図1において、Aは転がり軸受の
全体、Bはケース、Cは回転軸を示している。この転が
り軸受Aは、深溝玉軸受とされており、内輪1、外輪
2、複数の転動体3ならびに保持器4を含む。
【0016】転動体3が炭化けい素を主成分とする炭化
けい素系セラミックス材で形成され、内・外輪1,2
が、前述の炭化けい素系セラミックス材に比べて靭性の
優れた耐食性金属、例えばJIS規格SUS630など
の析出硬化系のステンレス鋼で形成される。保持器4
は、ふっ素系樹脂を含む自己潤滑性を有する耐食性材
料、例えば四フッ化エチレン樹脂(PTFE)などのふ
っ素系樹脂を成型することにより形成される。この保持
器4は、冠形と呼ばれる形状になっている。
【0017】そして、内・外輪1,2の各嵌合面、つま
り内輪1の内周面および外輪2の外周面には、軸方向に
湾曲するクラウニングが形成されている。
【0018】次に、上述した転がり軸受Aについて耐摩
耗性を調べたので、説明する。ここでは、実施例1,2
と、比較例1,2とを調べている。
【0019】実施例1は、内・外輪1,2をJIS規
格SUS630とし、転動体3を炭化けい素系セラミッ
クス材とし、保持器4をPTFEなどのふっ素系樹脂で
成型したものとしている。
【0020】実施例2は、上記実施例1の構成におい
て、内・外輪1,2のみをJIS規格SUS440Cと
している。
【0021】比較例1は、上記実施例1の構成におい
て、転動体3のみを窒化けい素系セラミックス材にして
いる。
【0022】比較例2は、上記実施例2の構成におい
て、転動体3のみを窒化けい素系セラミックス材にして
いる。
【0023】試験に用いた転がり軸受Aは、図1に示し
た構成の深溝玉軸受とし、内輪1の内径をφ30mm、
外輪2の外径をφ62mm、内・外輪1,2の軸方向長
さを16mmに設定している。
【0024】試験装置は、図2に示すようなものを用い
る。図2において、20は回転軸、21は回転軸20を
支持する軸受台、22,23は回転軸20を回転駆動す
るベルトおよびプーリ、24は荷重付加ユニット、25
は液槽、26は振動計ピックアップである。試験は、試
験対象となる転がり軸受Aを液槽25中に浸漬して、荷
重付加ユニット24でラジアル荷重を与えた状態で回転
軸20を回転させる。試験条件は、液を3%塩酸とし、
ラジアル荷重を196N、回転数を1500rpmと
し、振動計ピックアップ26で振動を計測する。また、
転がり軸受Aの摩耗量はダイヤルゲージ27で計測す
る。
【0025】結果としては、図3に示すように、時間結
果に伴うラジアル隙間の増加量が少ない順に、実施例
1、実施例2、比較例1、比較例2となった。このラジ
アル隙間の増加量は、内・外輪1,2ならびに転動体3
の腐食による摩耗量であると言い換えることができる。
【0026】さらに、転がり軸受Aの荷重に対する破損
状況を調べたので、説明する。ここでは、実施例と従来
例とを調べている。実施例は、上述した実施例1と同様
の構成とし、従来例は、内・外輪1,2および転動体3
を炭化けい素系セラミックス材とし、保持器4をPTF
Eなどのふっ素系樹脂で成型した構成としている。
【0027】結果としては、図4(a)に示すように、
従来例のものはラジアル荷重を300kgfとした時点
で外輪2が破損したが、実施例のものはラジアル荷重を
500kgfとしても破損しなかった。また、図4
(b)に示すように、従来例のものはモーメント荷重を
2000kgf・mmとした時点で外輪2が破損した
が、実施例のものはモーメント荷重を3000kgf・
mmとしても破損しなかった。
【0028】このように実施例は、従来例に比べて耐荷
重性が向上する結果になった。つまり、実施例のよう
に、内・外輪1,2を従来例に比べて硬度が低く、靭性
や曲げ強度において優れた材料で形成していれば、内・
外輪1,2と転動体3との接触部位の接触応力が軽減さ
れることになるので、上述した試験結果で実証されたよ
うに、耐荷重性が向上するようになる。
【0029】以上説明したように、本発明では、腐食性
物質の存在する環境での使用に長期にわたって十分耐え
得る構成にしながら、炭化けい素系セラミックス材とす
る軸受構成要素の万一の破損を防止できるようになる。
この他、内・外輪1,2の嵌合面にクラウニングを形成
していれば、特にモーメント荷重の加担時において、内
・外輪1,2のはめ合い面でのエッジロードならびに転
動体3に対する偏荷重の負担を軽減できるようになるな
ど、転動体3ならびに内・外輪1,2の破損回避に一層
有利となり、転がり軸受Aの耐荷重性を向上できるよう
になる。
【0030】このように、特に腐食環境での使用におい
て十分長い寿命を発揮する転がり軸受Aを提供できるよ
うになる。これにより、使用用途において、転がり軸受
Aを頻繁に交換せずに済み、ランニングコストの低減に
貢献できるようになる。
【0031】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【0032】(1) 上記実施形態では、転がり軸受A
として深溝型玉軸受を例示しているが、軸受形式や軸受
種類は一般的に周知のもの、例えばアンギュラ玉軸受、
円筒ころ軸受、円錐ころ軸受の他、ラジアルタイプやス
ラストタイプなど、種々な形式のものに本発明を適用で
きる。
【0033】(2) 上記実施形態では、内・外輪1,
2の各嵌合面にクラウニングを形成しているが、内・外
輪1,2の少なくともいずれか一方にクラウニングを形
成したものも本発明に含む。
【0034】(3) 上記実施形態では、転動体3を炭
化けい素系セラミックス材で形成して、内・外輪1,2
を前記炭化けい素系セラミックス材よりも靭性の優れた
耐食性金属で形成しているが、これらと逆の組み合わ
せ、つまり内・外輪1,2を炭化けい素系セラミックス
材として、転動体3を前記セラミックス材よりも靭性の
優れた耐食性金属とすることができる。この場合、セラ
ミックス製の内・外輪1,2の各嵌合面にクラウニング
を形成するのに手間がかかるので、内・外輪1,2の嵌
合面を円筒形状として、それらにクラウニングを形成し
た金属製リングを装着するようにしてもよい。例えば、
図5に示すように、外輪2の外周に、外周面にクラウニ
ングを施した金属製リング5をタイトフィット状態で外
嵌することができる。この金属製リング5は、耐食性金
属材、例えばJIS規格SUS316、SUS304な
どで形成される。この場合、耐荷重性については上記実
施形態での試験結果と同様となる。しかも、比較的加工
性の悪いセラミックス製内・外輪1,2にクラウニング
など特殊な加工を施さずに済むので、生産性に優れるな
ど無駄を無くせる。
【0035】
【発明の効果】請求項1ないし4の発明の転がり軸受
は、転動体または軌道輪のいずれか一方を、耐食性に優
れた炭化けい素系セラミックス材とし、転動体または軌
道輪のいずれか他方を前記炭化けい素系セラミックス材
よりも靭性の優れた耐食性金属で形成することにより、
炭化けい素系セラミックス材で形成する軸受構成要素の
万一の破損を防止しながら、腐食性物質の存在する環境
での使用に長期にわたって十分耐え得る構成になった。
【0036】特に、請求項3の発明では、自己潤滑性を
有する材料の保持器を用いることにより、この保持器と
転動体との接触部位の摩擦抵抗を軽減することができる
ので、腐食性物質が存在する環境での摩耗や損傷の軽減
に一層有利となる。
【0037】さらに、請求項4の発明では、転動体また
は軌道輪のいずれか一方を靭性の優れた耐食性金属とす
ることに加え、軌道輪の嵌合面にクラウニングを形成し
ているから、特にモーメント荷重の加担時において、軌
道輪のはめ合い面でのエッジロードならびに転動体に対
する偏荷重の負担を軽減できるようになるなど、転動体
ならびに軌道輪の破損回避に一層有利となり、結果的に
転がり軸受の耐荷重性を向上できるようになる。
【0038】このように、特に腐食環境での使用におい
て十分長い寿命を発揮する転がり軸受を提供できるよう
になる。これにより、使用用途において、転がり軸受を
頻繁に交換せずに済み、ランニングコストの低減に貢献
できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の転がり軸受の縦断側面図
【図2】図1の転がり軸受の試験装置の概略構成を示す
【図3】試験結果を示す図表
【図4】炭化けい素系セラミックス材の耐荷重性を調べ
た結果を示す図表
【図5】本発明の他の実施形態の転がり軸受の縦断側面
【符号の説明】
A 転がり軸受 1 内輪 2 外輪 3 転動体 4 保持器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3J012 AB20 DB02 FB07 3J101 AA01 AA32 AA62 BA10 BA50 BA56 BA70 CA34 EA06 EA33 EA43 FA08 FA41 GA60

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 転動体または軌道輪のいずれか一方が、
    炭化けい素系セラミックス材で形成され、転動体または
    軌道輪のいずれか他方が、前記炭化けい素系セラミック
    ス材よりも靭性の優れた耐食性金属で形成されている、
    ことを特徴とする転がり軸受。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の転がり軸受において、
    前記耐食性金属が、析出硬化系のステンレス鋼とされて
    いる、ことを特徴とする転がり軸受。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の転がり軸受に
    おいて、ふっ素系樹脂を含む自己潤滑性を有する耐食性
    材料で形成される保持器を含む、ことを特徴とする転が
    り軸受。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の転
    がり軸受において、前記軌道輪の嵌合面に、軸方向に湾
    曲するクラウニングが形成されている、ことを特徴とす
    る転がり軸受。
JP10174296A 1998-06-22 1998-06-22 転がり軸受 Pending JP2000009145A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008019991A (ja) * 2006-07-13 2008-01-31 Jtekt Corp 転がり軸受装置

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