JP2005516164A - セラミック製転がり要素及び鋼製内輪又は外輪を有する転がり軸受 - Google Patents

セラミック製転がり要素及び鋼製内輪又は外輪を有する転がり軸受 Download PDF

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Abstract

内輪及び外輪、複数の転がり要素及びケージを含むころ軸受。内輪及び外輪は鋼材を含み、転がり要素はセラミック材からなる。内輪又は外輪の一方は固体潤滑剤コーティングで被覆されている。この固体潤滑剤コーティングは金属ドープされたニ硫化モリブデンを含む。

Description

本発明は、少なくとも内輪又は外輪、複数の転がり要素及びケージを有するころ軸受に関し、前記内輪又は外輪が玉軸受用鋼材からなり、前記転がり要素がセラミック材からなり、前記内輪又は外輪が固体潤滑剤コーティングで被覆されているころ軸受に関する。
転がり軸受の適用分野の多くにおいては、グリースやオイル等の流体潤滑剤を使用することができない。例えば、ポリエテン加工プラントの反応装置やテキスタイル加工用ＣＯ2染色容器内、半導体プロセスのための真空環境やクリーンルーム環境、超高真空や航空宇宙空間で運転される装置等である。これらの場合、グリース及び／又はオイルの粒子によって重度の汚染が引き起こされる可能性があり、使用できない。しかし、もし乾燥環境でこのような転がり軸受を流体潤滑剤を用いずに使用すると、凝着磨耗、冷間圧接、あるいは高摩擦による熱発生のため、早期の故障や更には焼付きが起こるであろう。
この問題を解決するために固体潤滑剤コーティングの使用が提案されている。この例としてはＰＴＦＥコーティング、ニ硫化モリブデン（ＭｏＳ2）コーティング、グラファイトコーティング及びダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）コーティングが挙げられる。
日本特許出願第０３２５５２２４号のアブストラクトには、軌道輪におけるニ硫化モリブデンの使用が開示されている。
ＤＬＣ及び（金属ドープされた）ＭｏＳ2は鋼基材に対し強い接着性を示すと共に硬度が高いだけでなく摩擦係数が低く、従って従来の固体潤滑剤よりも更に高い耐磨耗性を実現する。更にこのような固体潤滑剤コーティングは粒子の発生が比較的少なく、固体潤滑剤からのガス放出が無いので超高真空環境やクリーンルーム環境で運転される装置に特に好適である。
当業界においては、ころ要素をこれらの固体潤滑剤コーティングで被覆し、乾燥条件下で使用される転がり軸受の製品寿命を向上させることが知られている。
日本特許出願第０３２５５２２４号
しかし、ポンプや摺動接触、ギアへの適用等の過酷な状況下では依然早期の損傷が認められていた。
二硫化モリブデン自身は比較的軟質の材料で耐磨耗性は低く、高荷重に耐え得ない。大気環境では腐食が深刻な問題である。
本発明は、改善された荷重特性を有し流体潤滑剤を用いずに使用される転がり軸受を提供することを目的とする。
本発明によれば、上の目的は前記固体潤滑剤コーティングが金属ドープＭｏＳ2を含むことにより実現される。
本発明において提案される転がり軸受は、玉軸受用鋼材製の内輪及び／又は外輪を有し、該内輪及び／又は外輪には金属ドープＭｏＳ2が設けられている。金属ドープＭｏＳ2、とりわけチタンをドープしたニ硫化モリブデンを用いると、潤滑剤の硬度は飛躍的に上昇し耐磨耗性の向上に有利である。二硫化モリブデン自身の硬度はおよそ２００ＨＶであることがわかっている。金属を添加すれば、１０００〜２０００ＨＶの硬度が実現可能である。二硫化モリブデン中に金属が存在することにより酸化から保護される。
チタン等、使用する金属の含有量は２〜２０重量％、とりわけ約１０重量％であることが好ましい。転がり要素はセラミック要素を包含する。一例としてＳｉ3Ｎ4セラミック材が挙げられる。
転がり要素用のケージは、プラスチック材料及び金属材料のいずれによっても製作できる。これは転がり軸受を使用する状況による。苛酷な条件下では、粉末冶金技術により実現される金属ケージも一選択肢である。
本発明は、転がり要素が球体(ball)である場合でも実現できるが、好ましい態様においては転がり要素はころ(roller)である。
金属ドープされたＭｏＳ2コーティングを用いる場合、このようなコーティングは複数の層として実現されることが理解されるであろう。
ＭｏＳ2層を鋼基材上に設けなければならない場合、中間層としてチタンを使用する。この場合、複数の層（１０〜１００）を提供することができる。
本発明の好ましい態様によれば、このように得られるコーティングの総厚は０．１〜４ミクロン、とりわけ１〜２ミクロンである。仕上げられた軸受要素に対し蒸着（ＰＶＤ）を行う、即ちコーティングの蒸着後には研削や再硬化を更に行うことはない。
金属の内輪又は外輪はステンレス鋼材、即ちクロム含量及びニッケル含量の高い鋼とすることができる。
セラミック材の転がり要素もまた、固体潤滑剤コーティングにより被覆することができる。

Claims (8)

  1. 少なくとも内輪又は外輪と、複数の転がり要素と、ケージとを含むころ軸受であって、前記内輪又は外輪は玉軸受用鋼材からなり、前記転がり要素はセラミック材からなり、前記内輪又は外輪は固体潤滑剤コーティングで被覆されているころ軸受において、前記固体潤滑剤コーティングは金属ドープＭｏＳ2を含むことを特徴とするころ軸受。
  2. 前記金属はチタンを包含する、請求項１に記載のころ軸受。
  3. 前記潤滑剤コーティングが２〜２０重量％の金属を含有する、請求項１又は２に記載のころ軸受。
  4. 前記転がり要素がＳｉ3Ｎ4材からなる、先の各請求項の一項に記載の転がり軸受。
  5. 前記転がり要素がころである、先の各請求項の一項に記載の転がり軸受。
  6. 前記内輪又は外輪がステンレス鋼からなる、先の各請求項の一項に記載の転がり軸受。
  7. 前記転がり要素が固体潤滑剤コーティングで被覆されている、先の各請求項の一項に記載の転がり軸受。
  8. 潤滑グリースを含む先の各請求項の一項に記載の転がり軸受。
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