JP2002213455A - ころがり軸受 - Google Patents

ころがり軸受

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JP2002213455A JP2001386297A JP2001386297A JP2002213455A JP 2002213455 A JP2002213455 A JP 2002213455A JP 2001386297 A JP2001386297 A JP 2001386297A JP 2001386297 A JP2001386297 A JP 2001386297A JP 2002213455 A JP2002213455 A JP 2002213455A
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Robin Cundill
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Maarten Noordman
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水、水分を含むプロセス液、水が混入した
油、難燃性液、蒸気その他同様なもの等の水分を含む環
境に好適な材料を有するころがり軸受を得ることを目的
とする。 【解決手段】 改良されたころがり軸受、特に、外輪、
内輪、一連の転動体、そして該転動体を互いに間隔をも
って保持する保持器を有し、水あるいは蒸気等の水分を
含む環境で用いられ、好ましくない摩耗に耐えられるこ
ろがり軸受において、軸受の軌道輪がステライトで作ら
れ、転動体が、ポスト ホット アイソスタテックプレ
スされたアルミナ−ジルコニア複合物で作られ、保持器
がグラファイト繊維、グラファイト粉そしてポリテトラ
フルオロエチレンを含有するポリエーテルケトンで作ら
れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は改良されたころがり
軸受、特に、外輪、内輪、一連の転動体、そして該転動
体を互いに間隔をもって保持する保持器を有し、水ある
いは蒸気等の水分を含む環境で用いられ、好ましくない
摩耗に耐えられるころがり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】本発明
は、水、水分を含むプロセス液、水が混入した油、難燃
性液、蒸気その他同様なもの等の水分を含む、環境に好
適な材料を有するころがり軸受を得ることを目的とす
る。
【０００３】この問題を解決することは、室温から１０
０〜３００℃までの水そして蒸気の環境で作動し、塩
水、汚染水もしくは水をベースとして液のような種々の
水に耐えられるような軸受を提供することである。
【０００４】今日存在する軸受は、鋼、ステンレス鋼で
作られていたり、ハイブリッド軸受（窒化珪素の転動体
をもつものあるいはすべて窒化珪素のセラミックの軌道
輪そして転動体をもつもの）として形成されている。こ
れらの軸受は鋼そして窒化珪素のセラミックを用いてい
て、水が存在すると早期に損傷する。研究室における実
験でもコンピューターによる試算によっても、このこと
は判明している。
【０００５】困難なことには、水の分子が非常に小さい
ということに基づいているものであり、これによって、
顕微鏡で見つけられるような亀裂が生じたり、ガラス成
分や鋼を含む殆んどのセラミックに脆性をもたらしたり
している。また、水は非酸化セラミックの表面酸化によ
る摩耗をも生じ、停止時の亀裂腐食をもたらし、流体弾
性力学潤滑膜（elastohydrodynamic lubrication film
; EHL film）を形成することもなく、表面接触による
摩耗につながる。
【０００６】このような分野における上記問題を解決す
るためには、すべてセラミックによって作られた軸受、
あるいはセラミックの転動体そして他の材料、例えば鋼
で作られた軌道輪をもつ軸受が有効であることが判って
いる。しかし、保持器と、特に高速回転で問題をもつセ
ラミック材料の転動体との間の接触では、薄いＥＨＬ膜
を形成する能力が依然として低く、かかる解決策も不十
分なものに終わっている。
【０００７】従前から、US-A-5,271,679にて、内外輪、
ボール、そしてボールを間隔をもって配する保持器を有
し、該保持器が、ポリテトラフルオロエチレン、Ｍ０Ｓ
２、そしてＷＳ２、アラミド繊維、そしてポリエーテル
エーテルケトン（ＰＥＥＫ（：英国、ビクトレックス
ピーエルシー(Victrex plc）社の商品名）（以下、ＰＥ
ＥＫという）樹脂の混合体から作られている軸受が知ら
れており、この軸受は高温あるいは低温の空気中あるい
は真空中、そして放射線存在環境下、あるいは潤滑油や
グリースの使用が許されない他の環境下で使用できるよ
うにすることがもくろまれている。こうして、保持器材
料が軸受に潤滑材料を与えている。かくして、内外輪そ
してボールはステンレス鋼で作られる。
【０００８】JP-A-90-87025は内外軌道面の少なくとも
一部がサーメット、ステライト、あるいは折出ステンレ
ス鋼で作られあるいは被覆されていて、少なくとも転動
体としてのボールの表層部が、サーメット、ステライト
そして主として炭化珪素を含有するセラミックから選定
された材料の一つから作られている玉軸受に関してい
る。軌道面と転動体が異なる材料に選定されていて、そ
の結果、転動体が一番硬い表面をもっている。この軸受
は高温高圧での水中で用いること狙いとしている。
【０００９】DE-A-4,235,838は、内外軌道面そして転動
体の少なくとも一つが、重量で０.５〜４０％のＭｇ、
０.３〜３％のＺｒ、１.５〜５.０％のＳｒ，Ａｌそし
て希土類から選ばれた材料、そして残りが窒化珪素とな
っている焼結窒化珪素のセラミック材から作られている
軸受に関する。この軸受は合金鋳物のための溶融炉、金
属溶融メッキ浴あるいは電解メッキ浴のような腐食環境
下で用いるためのものである。
【００１０】DE-A-4,207,034はステライトで作られた外
軌道面を有する軸受に関する。この軸受は溶融金属の浴
で用いられる装置のためのものである。
【００１１】EP-A-0492660は、重量で１５〜５０％のガ
ラス繊維又は類似の強化繊維、５〜１５％の炭素繊維、
そして残りがＰＥＥＫとなっている保持器を有する軸受
用保持器に関する。この軸受は高温下で用いることを目
的としている。
【００１２】DE-A-19,606,249は、重量で、５〜１０％
がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、１０〜２
０％がグラファイトとなっている軸受保持器に関してい
る。この軸受は高速工具（300,000〜400,000rpm）の用
途に向けられている。軸受はパラフィンで潤滑されてい
る。
【００１３】US-A-4,906,110は、保持器が選定された固
体潤滑剤を含むポリイミド樹脂で作られているころがり
軸受に関している。
【００１４】
【課題を解決するための手段および発明の効果】驚くべ
きことに、上記問題は、本発明によって解決することが
できた。本発明は、軸受の軌道輪がステライト（Ｃｏ−
Ｃｒ合金）で作られ、転動体が、ポストホット アイソ
スタテックプレスされたアルミナ-ジルコニア複合物で
作られ、保持器がグラファイト繊維、グラファイト粉そ
してポリテトラフルオロエチレンを含有するＰＥＥＫで
作られていることを特徴とする。
【００１５】追加的特徴は従属項で明らかである。
【００１６】本発明によって、グラファイト成分が水の
分子の存在下で固体潤滑剤として好ましく作用するの
で、水分の高い環境下で低摩擦に改善する。あるいは、
二硫化モリブテン（Ｍ０Ｓ２）を用いることによっても
有効な固体潤滑剤を得る。
【００１７】
【発明の実施の形態】＜軌道面（輪）＞軸受軌道輪の材
料はステライトである。ステライトはコバルト、クロム
の合金である。この発明での代表的なステライト合金
は、重量で４２−７０％のコバルト、２３〜３８％のク
ロム、４〜２２％のタングステンそして０．５〜３％の
炭素を含有している。この材料群は、非常に優れた耐腐
食性そして耐摩耗性を呈する。ここで、耐摩耗性とは、
潤滑せずに焼付きを生じなく高荷重振動に材料が耐えら
れることをいう。ステライトは、水そして蒸気のひどく
ない条件での軸受、シールそしてバルブに用いられてき
た。
【００１８】＜転動体＞本発明での軸受の転動体は、ボ
ール、ローラそしてニードルローラのいずれの形態をも
取り得る。転動体のための選定されたセラミックは、ポ
スト ホットアイソスタテックプレス（HIPed）された
アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）-ジルコニア（ＺｒＯ２）複合
物である。安定化されたジルコニアの量は約４０〜７０
％で、残りはアルミナである。水環境下のための代表的
な汎用軸受用としての窒化珪素そして他のセラミックは
表１に示される通りである。最も好ましいポスト ホッ
トアイソスタテックプレスされたＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２
の変体（ＣＴＣ）はセリア（ＣｅＯ）安定化ＺｒＯ２か
ら作られている。セリア安定化物はＣＴＣに水による劣
化性に対する優れた耐久性をもたらす。これは、可能性
のある種々のセラミック材料について比較しつつ行った
追加的オートケーブテスト（３００℃、８６バール、９
日間）として示されている（表５）。ＣＴＣは、露出の
後、高圧潰強さと限界衝撃強さの組み合せで表面変化が
ないセラミック材料のみである。ＣＴＡも用いられてい
るが、１００℃以下の運転条件のもとのみで用いられ
る。
【００１９】二つの好ましい品質としては、一つは６０
％ＺｒＯ２（安定化イットリア）と４０％アルミナ（セ
ラム ツールＡ／Ｓ）のＣＴＡ、そして他は６０％Ｚｒ
Ｏ２（安定化セリア）と４０％アルミナ（セラム ツー
ルＡ／Ｓ）のＣＴＣである。これらの複合物は、高強度
軸受用窒化珪素と比較して優れた圧潰強さそして限界衝
撃強さ（表３，４）を組み合わせた窒化珪素と比較して
ガラス状粒界相の低部分を有している。低含有のガラス
そして酸化組織はＣＴＡそしてＣＴＣセラミックに、湿
った環境下で優れた耐摩耗性と耐応力腐食性を与える
（表２）。
【００２０】又、酸化セラミックは窒化物やカーバイド
に比して水分中で好ましい運転特性を示し、低摩擦係数
をもたらす。
【００２１】ポスト ホット アイソスタティックプレ
スされたアルミナ-ジルコニア複合物は室温では窒化珪
素と同等あるいはそれ以上の機械的特性を有する。アル
ミナとジルコニアの結晶は、高温にて、窒化珪素と比し
て延性があり、これはＨＩＰによるセラミック材料内の
微小孔を修復し、その結果、潤滑条件が良好でなくとも
微小接触下における接触疲労についての影響を受けづら
くする。
【００２２】粒成長抑制そして燃焼のための添加材を０
〜１０％有するモノリシックジルコニア材料は、一般
に、窒化珪素そしてアルミナ-ジルコニア複合物と比し
て、耐衝撃性そして靭性において劣る。これらの要素は
ころがり軸受分野における使用を妨げている。
【００２３】安定化、粒成長抑制そして焼結のための添
加材を０〜１０％有するモノリシックジルコニア材料
は、アルミナそして窒化珪素に比して、高い密度をも
つ。ジルコニアは約２００℃での水／蒸気の環境での良
好な機械的特性を失う。アルミナ-ジルコニア複合物
は、モノリシックジルコニア材料に比し、湿度環境下で
優れた特性を有する。ジルコニアの低弾性係数は、鋼の
場合と同様に、ころがり軸受で有利である。しかしなが
ら、ジルコニアは１２００ＨＶの硬度を有していて、珪
砂のような共通混入物に近い。アルミナ-ジルコニア複
合物は高い硬度を示す。
【００２４】＜保持器＞ポリマー ポリエーテルエーテ
ル ケトン（ＰＥＥＫ)は機械的特性を低下させること
なく２５０℃以上の水そして蒸気に耐えられる。しかし
ながら、それ自体では特に摩擦特性を良くするものはな
い。ＰＥＥＫの水／蒸気中での摩擦特性は、ＰＥＥＫ
（ＰＥＥＫ ４５０ＦＣ３０，選定された品質のVictre
x)に５〜１５％のグラファイト繊維、５〜１５％のグラ
ファイト粉そして５〜１５％のポリテトラフルオロエチ
レンを添加することにより、非常に改善される。
【００２５】＜表１＞軸受の転動体のためのセラミック
材料
【００２６】＜表２＞５ＧＰａの最大接触圧でのヘルツ
サイクル接触。室温での１０Ｈｚの２．０百万荷重サイ
クルの後の表面状況。セラミックボールをカットしたセ
ラミック試片の研摩された平坦面へ硬いボール（ＷＣ／
Ｃｏ）が荷重を受けた。ＣＴＡがホット アイソスタテ
ック プレスされたアルミナ-ジルコニア複合物のため
の一般基準として含まれていた。
【００２７】＜表３＞１７／３２”の高強度セラミック
ボールの圧潰強さ
【００２８】＜表４＞１７／３２”の高靭性セラミック
ボールのＣ亀裂発生時の限界衝撃。セラミックボールと
セラミックボールとの接触。
【００２９】＜表５＞１／２”セラミックボールについ
ての重量減少（ｍｇ／ｃｍ２）；直径変化（μｍ）；圧
潰強さ（ｋＮ）；そして限界衝撃荷重（ｋＮ）。ボール
は３００℃そして８６バールのもとで９日間、水中でオ
ートクレーブされた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カーロッテ ビェイラード オランダ国、エーシー ニューベガイン、 テンテンバーゲンドリフト 27 (72)発明者 マーティン ノールドマン オランダ国、1222 アールジー ヒルベル サム、バーゼルストラート ９ Ｆターム(参考） 3J101 AA01 EA54 EA76 EA80 FA08 FA31 GA60

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 改良されたころがり軸受、特に、外輪、
    内輪、一連の転動体、そして該転動体を互いに間隔をも
    って保持する保持器を有し、水あるいは蒸気等の水分を
    含む環境で用いられ、好ましくない摩耗に耐えられるこ
    ろがり軸受において、 軸受の軌道輪がステライトで作られ、転動体が、ポスト
    ホット アイソスタテックプレスされたアルミナ-ジ
    ルコニア複合物で作られ、保持器がグラファイト繊維、
    グラファイト粉そしてポリテトラフルオロエチレンを含
    有するポリエーテルエーテルケトンで作られていること
    を特徴とするころがり軸受。
  2. 【請求項２】 保持器が、重量で５〜１５％のグラファ
    イト繊維、重量で５〜１５％のグラファイト粉、そして
    重量で５〜１５％のポリテトラフルオロエチレンを含有
    するポリエーテルエーテルケトンで作られていることと
    する請求項１に記載のころがり軸受。
  3. 【請求項３】 コーティングがグラファイトと有機接着
    剤をベースとした熱硬化接着コーティングであることと
    する請求項１又は請求項２に記載のころがり軸受。
  4. 【請求項４】 ポリエーテルエーテルケトンがポリアク
    リルエーテルケトンであることとする請求項１ないし請
    求項３のうちの一つに記載のころがり軸受。
  5. 【請求項５】 グラファイト繊維の量が重量で１０％で
    あることとする請求項２に記載のころがり軸受。
  6. 【請求項６】 グラファイト粉の量が重量で１０％であ
    ることとする請求項２に記載のころがり軸受。
  7. 【請求項７】 ポリテトラフルオロエチレンの量が重量
    で１０％であることとする請求項２に記載のころがり軸
    受。
  8. 【請求項８】 転動体がホットアイソスタテックプレス
    された、体積で２０〜８０％のアルミナ成分と体積で８
    ０〜２０％のジルコニア成分を有するアルミナ-ジルコ
    ニア複合物で作られていることとする請求項１ないし請
    求項７のうちの一つに記載のころがり軸受。
  9. 【請求項９】 転動体がホットアイソスタテックプレス
    されたアルミナ（６０％）-ジルコニア（４０％）で作
    られていて、ジルコニアがイットリア添加物で安定化さ
    れていることとする請求項８に記載のころがり軸受。
  10. 【請求項１０】 転動体がホットアイソスタテックプレ
    スされたアルミナ（６０％）-ジルコニア（４０％）で
    作られ、ジルコニアがセリア添加物で安定化されている
    こととする請求項８又は請求項９に記載のころがり軸
    受。
  11. 【請求項１１】 軌道輪が重量で４２〜７０％のＣｏ、
    重量で２３〜３８％のＣｒ、重量で４〜２２％のＷそし
    て重量で０．５〜３％のＣを有するステライトで作られ
    ていることとする請求項８ないし請求項１０のうちの一
    つに記載のころがり軸受。
JP2001386297A 2000-12-21 2001-12-19 ころがり軸受 Pending JP2002213455A (ja)

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EP (1) EP1217235A2 (ja)
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