JP2003013969A - 転がり支持装置 - Google Patents

転がり支持装置

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JP2003013969A
JP2003013969A JP2001195795A JP2001195795A JP2003013969A JP 2003013969 A JP2003013969 A JP 2003013969A JP 2001195795 A JP2001195795 A JP 2001195795A JP 2001195795 A JP2001195795 A JP 2001195795A JP 2003013969 A JP2003013969 A JP 2003013969A
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Japan
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rolling
raceway
sintered body
rolling support
alumina
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JP2001195795A
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Norifumi Ikeda
憲文 池田
Toyohisa Yamamoto
豊寿 山本
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NSK Ltd
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NSK Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体素子製造用機器や化学繊維製造用機械等
の転がり支持装置として好適な、腐食性環境下での寿命
が長い転がり軸受を提供する。 【解決手段】内輪、外輪、転動体を、純度99.0体積
%以上のアルミナ焼結体であって、JIS−R1601
で規定された試験法による3点曲げ強度が400MPa
以上である材料で形成する。軌道面の表面粗さを平均粗
さ(Ra)で0.1μm以上2.0μm以下とする。保
持器は、フッ素樹脂を主成分とする材料で形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐食性が要求され
る用途に好適な転がり支持装置(転がり軸受、ボールね
じ、およびリニアガイド等)に関する。耐食性が要求さ
れる用途としては、半導体素子製造用機器や化学繊維製
造用機械等のように、酸やアルカリ等の腐食性溶液へ浸
漬されたり、腐食性溶液の飛沫がかかったり、腐食性溶
液の蒸気に曝されたりする、腐食性環境下での用途が挙
げられる。
【0002】
【従来の技術】腐食性環境下で使用される転がり支持装
置の材料としては、ステンレス鋼等の一般的な耐食性材
料を使用することはできず、従来より、窒化珪素(Si
3 4)、ジルコニア(ZrO2 )、炭化珪素(Si
C)、アルミナ(Al2 3 )等のセラミックス材料を
使用することが検討されている。これらのセラミックス
材料のうち、アルミナは耐食性の点で最も優れている
が、機械的強度は窒化珪素よりも低い。そのため、特開
平11−153141〜43号公報には、耐食性の高い
転がり軸受の材料として、アルミナに、窒化チタン、ジ
ルコニア、炭化珪素等を添加した複合セラミックスを用
いることが記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
公報に記載の複合セラミックスは、アルミナの含有率が
最大でも98体積%であることから、腐食性環境下(例
えばフッ化水素酸中)での耐食性の点で改善の余地があ
る。本発明は、半導体素子製造用機器や化学繊維製造用
機械等の転がり支持装置として好適な、腐食性環境下で
の寿命が長い転がり支持装置を提供することを課題とす
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、内側に配置されて外面に軌道面を有する
内方部材と、外側に配置されて内面に軌道面を有する外
方部材と、両軌道面で構成される軌道内に配置される転
動体と、を少なくとも備え、転動体が軌道内を転がり移
動することにより内方部材および外方部材の一方が他方
に対して相対的に移動する転がり支持装置において、内
方部材、外方部材、および転動体の少なくともいずれか
は、純度が99.0体積%以上であって、JIS−R1
601で規定された試験法による3点曲げ強度が400
MPa以上であるアルミナ焼結体で形成され、このアル
ミナ焼結体で形成された内方部材および/または外方部
材の軌道面の表面粗さは、平均粗さ(Ra)で2.0μ
m以下であることを特徴とする転がり支持装置を提供す
る。
【0005】内方部材、外方部材、および転動体が、純
度99.0体積%以上のアルミナ焼結体で形成されてい
ると、極めて厳しい腐食性環境下であっても高い耐食性
が得られる。また、内方部材、外方部材、および転動体
について、JIS−R1601で規定された試験法によ
る3点曲げ強度が400MPa以上であれば、半導体素
子製造用機器や化学繊維製造用機械等の転がり支持装置
として必要な機械的強度が実質的に得られる。また、前
述のアルミナ焼結体で形成された内方部材および/また
は外方部材の軌道面の表面粗さが、平均粗さ(Ra)で
2.0μmを超えると、転がり支持部材に振動が生じ易
くなって、回転寿命が短くなる恐れがある。
【0006】内方部材、外方部材、および転動体を、純
度が99.99体積%を超えるアルミナ焼結体で構成し
ても、更なる耐食性向上効果が期待できないばかりでな
く、焼結助剤の含有量の低下によって機械的強度が低下
する恐れがあるとともに、材料コストが高くなるため、
使用するアルミナ焼結体の純度の上限値は99.99体
積%とする。
【0007】純度が99.0体積%以上であって、JI
S−R1601で規定された試験法による3点曲げ強度
が400MPa以上であるアルミナ焼結体は、例えば、
以下のようにして作製することができる。先ず、バイヤ
ー法等でアルミナ純度99.5以上に精製されたアルミ
ナ原料粉末に、所定量の焼結助剤成分、粒成長抑制成分
を湿式法で混合し、得られたスラリーをスプレードライ
ヤーを用いて造粒することによって粉末状にする。次
に、この粉末を金型を用いたプレス法等によって成形し
た後、仮焼きし、さらに本焼き(焼結)を行って焼結体
を得る。
【0008】焼結温度は1200〜1700℃、焼結時
間は2〜5時間程度の範囲で適時設定される。粒成長を
抑制するという観点から低い温度で焼結を完了させるこ
とが好ましい。焼結条件はこれに限定されず、緻密化が
十分になされる条件であればよい。また、焼結は常圧お
よび加圧のいずれの雰囲気で行っても良い。本発明で使
用するアルミナ焼結体は、巨大剥離(軌道面が一度に大
きく剥離すること)の起点となり難くする目的で、結晶
粒内に存在する空孔(粒内空孔)の円相当径(空孔の面
積sを用いて「√(4s/π)」で算出される値)の結
晶粒径に対する比が0.1以下であり、結晶内に残存す
る空孔の数が平均で1個以下であることが好ましい。そ
のためには、結晶の平均粒径を30μm以下、好ましく
は5μm以下、さらに好ましくは1μm以下となるよう
に焼結を行う。また、JIS−R1601で規定された
3点曲げ試験を行った場合に、破断面の粒界破壊面積率
が80%以上であると、結晶粒内を貫通して発生する巨
大剥離が生じ難くなるため好ましい。
【0009】本発明の転がり支持装置は、内方部材、外
方部材、および転動体の全てが、純度99.0体積%以
上のアルミナ焼結体からなることが好ましい。これによ
り、極めて高い耐食性が得られる。本発明の転がり支持
装置は、また、フッ素樹脂を主成分とする材料からなる
保持器を備え、軌道面の表面粗さは平均粗さ(Ra)で
0.1μm以上2.0μm以下であることが好ましい。
すなわち、軌道面の表面粗さを平均粗さ(Ra)で0.
1μm以上(好ましくは0.15μm以上)とすること
により、転動体が保持器をなすフッ素樹脂を軌道面に移
着させて、軌道面に良好な潤滑膜が形成され易くなる。
これにより、潤滑剤を添加し難い場合でも良好な潤滑性
が得られるようになる。
【0010】使用可能なフッ素樹脂としては、ポリテト
ラフルオロエチレン、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、テトラフルオ
ロエチレン・エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオ
ライド、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロ
ピレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ク
ロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体等が挙げ
られる。
【0011】これらのフッ素樹脂を主成分とし、繊維状
充填材を添加した樹脂組成物を保持器材料として使用す
ることにより、保持器の機械的強度、耐摩耗性、および
寸法安定性が高くなる。使用可能な繊維状充填材として
は、ホウ酸アルミニウムウイスカー、チタン酸カリウム
ウイスカー、カーボンウイスカー、グラファイトウイス
カー、炭素繊維、炭化珪素ウイスカー、窒化珪素ウイス
カー、アルミナウイスカー等が挙げられる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図1は、本発明の一実施形態に相当する転が
り軸受を示す断面図である。この転がり軸受は、外輪1
と、内輪2と、玉(転動体)3と、保持器4とからな
る、呼び番号6000(外径26m、内径10mm、幅
8mm、玉の直径9.535mm)の玉軸受である。
【0013】外輪1と内輪2と玉3の材料として、下記
の表1に示す6種類のアルミナ焼結体を用意した。各ア
ルミナ焼結体からなる36mm×4mm×厚さ3mmの
試験片を用い、スパン距離を30mmとして、JIS−
R1601で規定された3点曲げ試験を行った。その結
果を表1に「曲げ強度」として示した。また、各アルミ
ナ焼結体の耐食性を調べる試験として、ポリテトラフル
オロエチレン製の容器内に濃度5体積%のフッ化水素酸
(フッ化水素の水溶液)を入れた後、この容器内に、各
アルミナ焼結体からなる直径9.535mmの玉を入れ
て、80℃で300時間保持する試験を行った。この試
験前後の各玉の重量減少量を腐食量として調べ、アルミ
ナ1を「1」とした腐食量の比を算出した。
【0014】また、顕微鏡による焼結体の断面画像か
ら、最大の粒内空孔の面積sと平均結晶粒径を調べ、最
大の粒内空孔の円相当径(√(4s/π))を最大空孔
径として算出した。さらに、この最大空孔径の平均結晶
粒径に対する比を空孔径比として算出した。この値も表
1に示す。
【0015】
【表1】
【0016】この表に示すように、純度99.0体積%
以上のアルミナ焼結体であるアルミナ2〜6は、純度9
5.0体積%のアルミナ焼結体であるアルミナ1の50
〜1000倍の耐食性を有する。アルミナ4は、純度9
9.0体積%以上のアルミナ焼結体ではあるが、曲げ強
度が320MPa未満であるため、本発明の範囲外の材
料である。
【0017】内輪2は、アルミナ3からなる円筒形の焼
結体を切削加工することにより作製し、軌道面の表面粗
さを平均粗さ(Ra)で0.30μmとした。外輪1と
玉3としては、下記の表2に示すように、アルミナ1〜
6の焼結体を用い、外輪1の軌道面の表面粗さを変化さ
せて12種類のサンプルを作製した。玉3の表面の表面
粗さは平均粗さ(Ra)で0.05μm程度とした。
【0018】
【表2】
【0019】保持器4としては、チタン酸カリウムウイ
スカーを20重量%含有するポリフッ化ビニリデン樹脂
製の冠形保持器を使用した。これらの12種類の外輪1
および玉3と、内輪2と保持器4とを用いて、前述の玉
軸受を組み立てて、各サンプルの寿命を調べる回転試験
を行った。回転試験機では、図2に示すように、水平な
基台Dに対して斜めに配置された回転軸Sを、3個の玉
軸受J,J1,J2で支持し、回転軸Sの先端(基台D
側)の玉軸受Jとして試験軸受を配置した。
【0020】基台Dの上には、腐食性溶液51を入れた
容器5が設置されている。2個の玉軸受J1,J2の外
輪は、一つのハウジングHの軸方向両端部に固定されて
いる。回転軸Sは、容器5内の液体51に試験軸受Jの
外輪が浸漬するように配置されている。この試験軸受J
に径方向の荷重(ラジアル荷重)Rを付加しながら、内
輪回転で回転試験を行った。試験条件は、ラジアル荷
重:49N、回転速度:300rpm、雰囲気温度:常
温、腐食溶液:1規定の塩酸(塩化水素の水溶液)とし
た。
【0021】試験中に試験軸受Jに発生する振動を測定
し、振動値が試験開始時の2倍になった時点で回転を停
止し、その時点までの回転時間を調べ、各回転時間を比
較例1の値を「1」とした値に換算し、その値を回転寿
命比とした。その結果を、図3および図4にグラフで示
す。図3のグラフは、外輪および玉をなすアルミナ焼結
体の曲げ強度と回転寿命比との関係を示す。図4のグラ
フは、外輪軌道面の表面粗さ(平均粗さRa)と回転寿
命比との関係を示す。図3のグラフは、外輪および玉の
素材が異なる6つのサンプルの結果を用いて作成した。
図4のグラフは、外輪および玉の素材として同じアルミ
ナ3を用い、外輪軌道面の表面粗さ(平均粗さRa)を
変化させた7つのサンプルの結果を用いて作成した。
【0022】これらのグラフから分かるように、曲げ強
度が400MPa以上のアルミナ焼結体を軸受材料とし
て使用し、軌道面の表面粗さを平均粗さRaで0.10
μm以上2.0μm以下とすることによって、腐食性溶
液内での回転寿命を長くすることができる。また、軌道
面の表面粗さを平均粗さRaで0.70μm以上1.5
μm以下とすることによって、腐食性溶液内での回転寿
命を特に長くすることができる。
【0023】なお、本発明は、転がり軸受以外の転がり
支持装置(例えば、ボールねじやリニアガイド)にも適
用できる。ボールねじでは、ねじ軸が内方部材であり、
ナットが外方部材である。リニアガイドでは、案内レー
ルおよびスライダの一方が内方部材であって、他方が外
方部材である。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体素子製造用機器や化学繊維製造用機械等の転がり
支持装置として好適な、腐食性環境下での寿命が長い転
がり支持装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に相当する転がり軸受を示
す断面図である。
【図2】実施形態で行った試験方法を示す図である。
【図3】実施形態で行った試験結果を示すグラフであ
る。
【図4】実施形態で行った試験結果を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
1 外輪 2 内輪 3 玉(転動体) 4 保持器 5 腐食性溶液を入れた容器 51 腐食性溶液 D 基台 H ハウジング J1 玉軸受 J2 玉軸受 J 試験軸受 R ラジアル荷重 S 回転軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F16C 33/58 F16H 25/24 A F16H 25/24 B E C04B 35/10 E Fターム(参考) 3J062 AA28 AA51 AB22 AC07 BA16 BA18 CD04 CD12 CD45 CD54 3J101 AA03 AA32 AA42 BA02 BA10 BA22 BA50 BA53 BA54 BA55 BA70 DA20 EA14 EA31 FA08 GA55 GA60 4G030 AA36 BA18 BA20 CA07 GA32

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内側に配置されて外面に軌道面を有する
    内方部材と、外側に配置されて内面に軌道面を有する外
    方部材と、両軌道面で構成される軌道内に配置される転
    動体と、を少なくとも備え、転動体が軌道内を転がり移
    動することにより内方部材および外方部材の一方が他方
    に対して相対的に移動する転がり支持装置において、 内方部材、外方部材、および転動体の少なくともいずれ
    かは、純度が99.0体積%以上であって、JIS−R
    1601で規定された試験法による3点曲げ強度が40
    0MPa以上であるアルミナ焼結体で形成され、このア
    ルミナ焼結体で形成された内方部材および/または外方
    部材の軌道面の表面粗さは、平均粗さ(Ra)で2.0
    μm以下であることを特徴とする転がり支持装置。
  2. 【請求項2】 フッ素樹脂を主成分とする材料からなる
    保持器を備え、前記軌道面の表面粗さは平均粗さ(R
    a)で0.1μm以上2.0μm以下であることを特徴
    とする請求項1記載の転がり支持装置。
JP2001195795A 2001-06-28 2001-06-28 転がり支持装置 Pending JP2003013969A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7390128B2 (en) * 2000-03-16 2008-06-24 Nsk Ltd. Rolling sliding member, process for the production thereof and rolling sliding unit
US20190011049A1 (en) * 2017-07-06 2019-01-10 Nippon Pillar Packing Co., Ltd. Spiral wound gasket

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