JP2005214254A

JP2005214254A - 転がり支持装置

Info

Publication number: JP2005214254A
Application number: JP2004019935A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ito; 裕之伊藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】腐食環境下で使用される転がり支持装置において、優れた耐久性及び耐食性を得る。
【解決手段】転がり軸受１０の内輪１、外輪２、及び玉３の少なくとも一つを、Ｃｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金製とし、軌道面１ａ、２ａ及び玉３の表面の硬さをビッカース硬さでＨｖ５００以上とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受、ボールねじ、及びリニアガイド等の転がり支持装置に関する。

半導体製造設備や食品機械等の腐食環境下で使用される機械・装置用の転がり軸受には、耐久性に加えて耐食性も要求される。
このため、以下に示す特許文献１では、耐久性及び耐食性の両方に優れた転がり軸受を得るために、内輪、外輪、及び転動体の少なくとも一つを、ステンレス鋼製とするだけでなく、表面にクロムオキシカーバイト被膜を形成することが提案されている。
特開２００３−４２１６４号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術では、クロムオキシカーバイト被膜の脱落によって耐久性及び耐食性が不十分になる場合がある。
そこで、本発明は、転がり支持装置の構成部材に被膜を施さない方法で、優れた耐久性及び耐食性が得られるようにすることを課題としている。

このような課題を解決するために、本発明は、互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材及び第二部材と、前記第一部材及び第二部材間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより前記第一部材が前記第二部材に対して相対運動する転がり支持装置において、前記第一部材、第二部材、及び転動体の少なくとも一つは、Ｃｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金製で、転がり面の硬さがビッカース硬さでＨｖ５００以上となっていることを特徴とする転がり支持装置を提供する。

本発明はまた、互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材及び第二部材と、前記第一部材及び第二部材間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより前記第一部材が前記第二部材に対して相対運動する転がり支持装置において、前記第一部材及び第二部材の少なくとも一つは、Ｃｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金製で、転がり面の硬さがビッカース硬さでＨｖ５００以上となっており、前記転動体は、セラミックス製であることを特徴とする転がり支持装置を提供する。

本発明で使用するＣｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金としては、例えば、東芝製のＣＡＮ合金（Ｃｒの含有率：３８質量％、Ａｌの含有率：３．８質量％、Ｎｉの含有率：５８．２質量％）が挙げられる。
また、本発明で使用するセラミックスとしては、例えば、シリコンナイトライド（窒化ケイ素）、ジルコニア（酸化ジルコニウム）、アルミナ（酸化アルミニウム）、シリコンカーバイト（炭化ケイ素）が挙げられる。

なお、本発明の転がり支持装置とは、転がり軸受、ボールねじ、及びリニアガイド等を指す。ここで、転がり支持装置が転がり軸受の場合には、第一部材及び第二部材は内輪及び外輪を指し、転がり支持装置がボールねじの場合には、第一部材及び第二部材はねじ軸及びナットを指し、転がり支持装置がリニアガイドの場合には、第一部材及び第二部材は案内レール及びスライダを指す。

本発明によれば、転がり支持装置の構成部材のうち少なくとも一つを、耐食性に優れた特定の合金製とし、且つ、転がり面の硬さを特定することによって、優れた耐久性及び耐食性が得られる。
また、軌道面を備えた第一部材及び第二部材の少なくとも一つを、耐食性に優れた特定の合金製とし、且つ、転がり面の硬さを特定するとともに、転動体をセラミックス製とすることによって、転動体と他の部材との転がり面における摩耗及び摩擦が軽減するため、さらに優れた耐久性が得られる。
すなわち、本発明によれば、転がり支持装置の構成部材に被膜を施さない方法で、優れた耐久性及び耐食性が得られる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の転がり支持装置の一例である転がり軸受を示す断面図である。
この転がり軸受１０は、内輪（第一部材）１、外輪（第二部材）２、玉（転動体）３、及び保持器４からなる玉軸受である。
本実施形態では、図１に示す構造の転がり軸受１０として、呼び番号６００１（内径１２ｍｍ、外径２８ｍｍ、幅８ｍｍ）の深溝玉軸受を、表１に示す各構成で作製した。

Ｃｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金からなる内輪１、外輪２、玉３は、次のようにして作製した。先ず、内輪１、外輪２、玉３用の素材として、ＣＡＮ合金（東芝製、Ｃｒの含有率：３８質量％、Ａｌの含有率：３．８質量％、Ｎｉの含有率：５８．２質量％）からなる環状体及び球状体を用意し、各素材に対して１２００℃で容体化処理を行った後、内輪１、外輪２、及び玉３の形状に加工した。次に、これらに５８０〜８００℃の範囲の各温度で５時間の時効硬化処理を行った。次に、研磨処理を行った。

また、窒化ケイ素からなる外輪２及び玉３と、アルミナからなる玉３は、次のようにして作製した。先ず、焼結助剤が混合された窒化ケイ素粉末又はアルミナ粉末を外輪２及び玉３の各形状に成形した後に焼結することにより、外輪２及び玉３の形状に加工した。次に、研磨処理を行った。
さらに、析出硬化系ステンレス鋼（ＳＵＳ６３０）からなる内輪１及び外輪２と、高炭素クロム軸受鋼二種（ＳＵＪ２）からなる内輪１、外輪２、及び玉３は、次のようにして作製した。

ＳＵＳ６３０からなる内輪１及び外輪２は、先ず、内輪１及び外輪２用の素材として、ＳＵＳ６３０からなる環状体を用意し、各素材に対して所定の容体化処理を行った後、内輪１及び外輪２の形状に加工した。次に、これらに所定の時効硬化処理を行った。次に、研磨処理を行った。
ＳＵＪ２からなる内輪１、外輪２、及び玉３は、先ず、ＳＵＪ２からなる素材を、内輪１、外輪２、及び玉３の各形状に加工した。次に、これらに所定の焼入れ処理及び焼戻し処理を行った。次に、研磨処理を行った。

このようにして得られた内輪１、外輪２、及び玉３の各転がり面（内輪軌道面１ａ、外輪軌道面２ａ、玉３の表面）を研磨して鏡面とし、これらの鏡面に対して、荷重１ｋｇでＪＩＳＺ２２４４に規定されたビッカース硬さ試験を行った。この結果は、表１に併せて示す。
そして、得られた内輪１、外輪２、玉３と、フッ素樹脂（ＥＴＦＥ）製の保持器４とを用いて、表１に示す組み合わせでＮｏ．１〜Ｎｏ．８の深溝玉軸受１０を組み立てた。

次に、これらの深溝玉軸受１０を図２に示す耐久試験装置に組み込んで、以下に示す条件で耐久性の評価を行った。この耐久試験装置２０は、図２に示すように、スピンドルモータ２１の回転軸２２に深溝玉軸受１０を組み込み、水が入った容器２５内で回転させることで、耐久試験を行うようになっている。この深溝玉軸受１０には、付与する荷重に応じたおもり２４が取り付けられたワイヤ２３により、ラジアル荷重が付与されるようになっている。

この耐久試験は、深溝玉軸受１０に取り付けられた振動計２６の振動値をモニタし、振動値が初期振動値の１０倍に達するまで行った。この試験は、各組み合わせについてそれぞれ１０個の深溝玉軸受１０を用意して試験を行った。この結果は、初期振動値の１０倍に達するまでの回転時間の平均値を寿命とし、Ｎｏ．７の寿命を１とした場合の比で表１に併せて示す。

〔耐久試験条件〕
回転速度：１０００ｍｉｎ^-1
ラジアル荷重：３００Ｎ
試験環境：水中
次いで、これらの深溝玉軸受１０について、ＪＩＳＺ２３７１に規定された塩水噴霧試験を１６８時間行うことにより、耐食性の評価を行った。この結果は、試験後の内輪１又は外輪２に錆が全く発生しなかった場合は耐食性を「○」とし、錆が発生した場合は耐食性を「×」として、表１に併せて示す。

表１から分かるように、内輪１、外輪２、及び玉３が本発明の範囲を満たす構成（素材、転がり面の硬さがＨｖ５００以上）のＮｏ．１〜５の深溝玉軸受１０は、内輪１、外輪２、及び玉３の少なくとも一つが本発明の範囲から外れるＮｏ．６〜８の深溝玉軸受１０と比較して、長寿命であった。
Ｎｏ．１〜５のうち、内輪１及び外輪２をＣｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金製とし、玉３を窒化ケイ素製としたＮｏ．２は、内輪１、外輪２、及び玉３を全てＮｏ．２の内輪１及び外輪２と同じ硬さのＣｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金製としたＮｏ．４よりも長寿命であった。これにより、内輪１及び外輪２をＣｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金製とし、玉３をセラミックス製とすることで、より長寿命が得られることが分かった。

また、内輪１、外輪２、及び玉３を全てＣｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金製とし、これらの転がり面の硬さのみが異なるＮｏ．３とＮｏ．４では、転がり面が硬いＮｏ．３の方が長寿命であった。
さらに、内輪１をＣｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金製とし、外輪２を窒化ケイ素製とし、さらに玉３をアルミナ製としたＮｏ．５は、内輪１及び外輪２をＣｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金製とし、玉３を窒化ケイ素製としたＮｏ．１及び２や、内輪１、外輪２、及び玉３を全てＣｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金製としたＮｏ．３及び４よりも長寿命であった。

一方、Ｎｏ．６では、内輪１及び外輪２をＣｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金製とし、玉３を窒化ケイ素製としたが、転がり面の硬さがＨｖ５００未満であったため、Ｎｏ．１〜５よりも短寿命であった。これにより、Ｃｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金製の構成部材の転がり面の硬さは、Ｈｖ５００以上にする必要があることが分かった。
また、Ｎｏ．７では、内輪１及び外輪２をＳＵＳ６３０製とし、玉３を窒化ケイ素製としたが、転がり面の硬さがＨｖ５００未満であったため、短寿命であった。

さらに、Ｎｏ．８では、内輪１、外輪２、及び玉３を全てＳＵＪ２製とし、且つ、転がり面の硬さをＨｖ５００以上としたが、耐食性が不十分であったため、耐久性の評価は行わなかった。
次いで、Ｃｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金製の内輪１及び外輪２と、窒化ケイ素製の玉３と、フッ素樹脂（ＥＴＦＥ）製の保持器４とからなる深溝玉軸受１０を用意して、内輪１及び外輪２の両軌道面１ａ、２ａの硬さを変更して上述と同様の条件で耐久性の評価を行った。この結果は、表１に示すＮｏ．７の寿命を１とした場合の比で、図３のグラフに示す。

図３のグラフから、Ｃｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金製の内輪１及び外輪２の両軌道面１ａ、２ａのビッカース硬さは、実施例のＨｖ６８０までの範囲内において硬くするほど、耐久性が高くなっていることが分かる。
このとき、両軌道面１ａ、２ａの硬さがＨｖ５８０以上では、寿命比が１０以上となっている。また、両軌道面１ａ、２ａの硬さがＨｖ４８０の場合には、ＳＵＳ６３０とほとんど同じ程度の耐久性しか示さないが、Ｈｖ５００の場合には、寿命比が３となっており、十分長寿命である。さらに、両軌道面１ａ、２ａの硬さがＨｖ４８０の場合には、Ｈｖ５００の場合よりも寿命比のばらつきが大きくなる傾向がある。
以上の結果から、深溝玉軸受１０の内輪１、外輪２、及び玉３を本発明の構成とすることにより、優れた耐久性及び耐食性が得られることを確認できた。

本発明の転がり支持装置の一例である転がり軸受を示す断面図である。耐久試験装置を示す概略構成図である。内輪及び外輪を構成するＣｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金の硬さと、耐久性（寿命比）との関係を示すグラフである。

符号の説明

１内輪（第一部材）
２外輪（第二部材）
３玉 (転動体）
１０転がり軸受（転がり支持装置）

Claims

互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材及び第二部材と、前記第一部材及び第二部材間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより前記第一部材が前記第二部材に対して相対運動する転がり支持装置において、
前記第一部材、第二部材、及び転動体の少なくとも一つは、Ｃｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金製で、転がり面の硬さがビッカース硬さでＨｖ５００以上となっていることを特徴とする転がり支持装置。
互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材及び第二部材と、前記第一部材及び第二部材間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより前記第一部材が前記第二部材に対して相対運動する転がり支持装置において、
前記第一部材及び第二部材の少なくとも一つは、Ｃｒ−Ａｌ−Ｎｉ合金製で、転がり面の硬さがビッカース硬さでＨｖ５００以上となっており、
前記転動体は、セラミックス製であることを特徴とする転がり支持装置。