JP2006170317A - Rolling bearing - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、転がり軸受に関し、特に、焼結工程を経ずに形成されたセラミックス膜を備えた転がり軸受に関するものである。 The present invention relates to a rolling bearing, and more particularly, to a rolling bearing provided with a ceramic film formed without undergoing a sintering process.
従来の転がり軸受は、耐フレッチング性や軸受寿命等を向上する目的で、外輪及び/又は内輪の材料として、軸受鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼等が用いられている。また、転動体の材料として、軸受鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼又はセラミックス等が用いられている。そして、これら外輪、内輪並びに転動体の材料は、転がり軸受の用途に応じて適宜組み合わせることにより、その用途に要求される機能を満たしてきた。 Conventional rolling bearings use bearing steel or martensitic stainless steel as a material for the outer ring and / or inner ring for the purpose of improving fretting resistance and bearing life. Moreover, bearing steel, martensitic stainless steel, ceramics, or the like is used as the material of the rolling elements. The materials of the outer ring, the inner ring, and the rolling elements have been appropriately combined depending on the application of the rolling bearing to satisfy the function required for the application.
更には、近年、転動体表面にチッ化処理等を施し、硬質膜を形成することで転がり軸受の機能を向上したものがある(例えば、特許文献1)。
従来は、耐フレッチング性や軸受寿命等の向上にセラミックス製の転動体を用いるのが一般的であったが、セラミックス製の転動体は、転動体の製造工程中に金属異物が混入したり、焼結助剤が転動体に偏析したり、ポア(気孔)を起点とした欠陥支配型の軸受寿命限界となるため、これ以上の性能の向上が見込めないという状況であった。 Conventionally, it was common to use ceramic rolling elements to improve fretting resistance, bearing life, etc., but ceramic rolling elements are mixed with foreign metal during the manufacturing process of the rolling elements, Since the sintering aid segregates on the rolling elements and becomes a defect-dominated bearing life limit starting from pores (pores), further improvement in performance cannot be expected.
一方、セラミックス材料を内輪、外輪に適用して、内輪、外輪に設けられた軌道面にセラミックス膜を形成する場合、一般的にセラミックス材料は1000℃以上で焼き固める工程(焼結工程)が必要であるため、焼結工程やそれに伴うコストが大きな負担となっていた。 On the other hand, when ceramic materials are applied to the inner and outer rings and a ceramic film is formed on the raceways provided on the inner and outer rings, the ceramic material generally requires a process of sintering (sintering process) at 1000 ° C or higher. Therefore, the sintering process and the costs associated therewith have been a heavy burden.
従って、本発明は、焼結に代わるセラミックス材料の適用手段を検討し、焼結されたセラミックス膜と比較して、耐フレッチング性、軸受寿命、絶縁性等が向上した転がり軸受を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention examines means for applying ceramic materials in place of sintering, and provides a rolling bearing having improved fretting resistance, bearing life, insulation, and the like compared to a sintered ceramic film. Objective.
本発明は、上記課題を解決すべく、外輪と、内輪と、当該外輪及び当該内輪との間に配置された複数個の転動体と、を備えた転がり軸受であって、(A)前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面及び/又は(B)前記転動体に、エアロゾルデポジション法によるセラミックス膜が形成されていることを特徴とする転がり軸受を提供するものである。 In order to solve the above problems, the present invention is a rolling bearing comprising an outer ring, an inner ring, and a plurality of rolling elements disposed between the outer ring and the inner ring, and (A) the outer ring A rolling bearing is provided wherein a ceramic film is formed on the inner peripheral surface of the inner ring and the outer peripheral surface of the inner ring and / or (B) the rolling element by an aerosol deposition method.
このような構成とすることにより、焼結工程を経ることなくセラミックス膜を形成することができるとともに、焼結工程を経たセラミックス膜と比較して、耐フレッチング性、軸受寿命、絶縁性等が向上した転がり軸受を提供することができる。また、エアロゾルデポジション法で形成されたセラミックス膜は、ポア(気孔)がほとんど形成されないため、欠陥支配型(剥離)等による寿命限界がない。 By adopting such a configuration, a ceramic film can be formed without passing through a sintering process, and fretting resistance, bearing life, insulation, etc. are improved compared to a ceramic film that has passed through a sintering process. An improved rolling bearing can be provided. Further, the ceramic film formed by the aerosol deposition method has almost no pores (pores), and therefore has no life limit due to defect-dominated type (peeling) or the like.
上記発明の好ましい態様は以下のとおりである。前記セラミックス膜は、前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面にそれぞれ設けられた軌道面に形成されていることが好ましい。少なくとも前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面にそれぞれ設けられた軌道面にセラミックス膜が形成されれば、上記課題を解決することができる。 Preferred embodiments of the invention are as follows. The ceramic film is preferably formed on a raceway surface provided on each of an inner peripheral surface of the outer ring and an outer peripheral surface of the inner ring. The above problems can be solved if a ceramic film is formed on at least the inner circumferential surface of the outer ring and the raceway surfaces provided on the outer circumferential surface of the inner ring.
また、前記セラミックス膜は、その表面が切削加工されてなることが好ましい。前記セラミックス膜の表面に切削加工を施すことにより数nmレベルの平滑性を得ることができ、転がり軸受の音響特性の向上を図ることができる。 Moreover, it is preferable that the surface of the ceramic film is cut. By cutting the surface of the ceramic film, smoothness of several nm level can be obtained, and the acoustic characteristics of the rolling bearing can be improved.
前記外輪及び前記内輪は、軸受鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼からなることが好ましい。また、前記転動体は、軸受鋼、マルテンサイト系ステンレス又はセラミックスのいずれかからなることが好ましい。このように、外輪、内輪及び転動体の材料を適宜選択することにより、更に耐フレッチング性等を向上させることができる。 The outer ring and the inner ring are preferably made of bearing steel or martensitic stainless steel. Moreover, it is preferable that the said rolling element consists of either bearing steel, martensitic stainless steel, or ceramics. As described above, the fretting resistance and the like can be further improved by appropriately selecting the materials of the outer ring, the inner ring and the rolling elements.
また、本発明は、外輪と、内輪と、当該外輪及び当該内輪との間に配置された複数個の転動体と、を備えた転がり軸受の製造方法であって、(A)前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面及び/又は(B)前記転動体に、エアロゾルデポジション法により、セラミックス膜を形成することを特徴とする転がり軸受の製造方法を提供するものである。
上記発明の好ましい態様は以下のとおりである。前記エアロゾルデポジション法におけるセラミックス微粒子の速度は、300〜1000m/secであることが好ましい。前記セラミックス微粒子の平均粒子径は、10〜200nmであることが好ましい。前記セラミックス膜の膜厚は、0.5μm〜1000μmであることが好ましい。
The present invention also relates to a method of manufacturing a rolling bearing comprising an outer ring, an inner ring, and a plurality of rolling elements disposed between the outer ring and the inner ring. A rolling bearing manufacturing method is provided, in which a ceramic film is formed on an outer peripheral surface and an outer peripheral surface of the inner ring and / or (B) the rolling element by an aerosol deposition method.
Preferred embodiments of the invention are as follows. The speed of the ceramic fine particles in the aerosol deposition method is preferably 300 to 1000 m / sec. The average particle size of the ceramic fine particles is preferably 10 to 200 nm. The thickness of the ceramic film is preferably 0.5 μm to 1000 μm.
本発明によれば、外輪の内周面、内輪の外周面及び転動体の表面に、エアロゾルデポジション法によりセラミックス膜を形成するため、従来必要された1000℃以上の焼結工程を経ることなく常温でセラミックス膜を形成することができる。また、得られるセラミックス膜は焼結により形成されたセラミックス膜と比較して、耐フレッチング性、軸受寿命、絶縁性等が向上した転がり軸受を提供することができる。 According to the present invention, the ceramic film is formed by the aerosol deposition method on the inner peripheral surface of the outer ring, the outer peripheral surface of the inner ring, and the surface of the rolling element. A ceramic film can be formed at room temperature. In addition, the obtained ceramic film can provide a rolling bearing having improved fretting resistance, bearing life, insulation and the like as compared with a ceramic film formed by sintering.
次に、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る転がり軸受を説明する。図1は本発明の第1の実施形態に係る転がり軸受の部分断面図である。図1に記載されている転がり軸受1は、外輪10と、内輪12と、外輪10及び内輪12との間に配置された複数個の転動体としての複数個の玉14と、複数個の玉14をそれぞれ所定間隔に分離する保持器16とを備えている。そして、外輪10及び内輪12のそれぞれの軌道面13(外輪10側の軌道面は図示せず)にセラミックス膜20が形成され、かつ、転動体としての玉14にもセラミックス膜20が形成されている。
Next, a rolling bearing according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial sectional view of a rolling bearing according to a first embodiment of the present invention. A rolling bearing 1 shown in FIG. 1 includes an
図2は第2の実施形態に係る転がり軸受2の部分断面図である。図2に記載されている転がり軸受2も、外輪10及び内輪12のそれぞれの軌道面13(外輪10側の軌道面は図示せず)にセラミックス膜Cが形成されている。但し、本実施形態に係る転がり軸受2には、玉14にセラミックス膜が形成されていない。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the rolling
図3は第2の実施形態に係る転がり軸受3の部分断面図である。図3に記載されている転がり軸受3は、玉14にセラミックス膜Cが形成されている。但し、外輪10及び内輪12のそれぞれの軌道面13(外輪10側の軌道面は図示せず)にはセラミックス膜が形成されてない。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the rolling bearing 3 according to the second embodiment. In the rolling bearing 3 illustrated in FIG. 3, a ceramic film C is formed on the
セラミックス膜Cは、セラミックス膜Cを構成する材料の種類によってその性質は異なるが、例えば、セラミックス膜Cの構成材料としてαアルミナ微粒子を用いた場合、以下の表に示す電気機械特性を有する。 The properties of the ceramic film C differ depending on the type of material constituting the ceramic film C. For example, when α alumina fine particles are used as the constituent material of the ceramic film C, the ceramic film C has the electromechanical characteristics shown in the following table.
一般に、焼結工程を経て形成されたセラミックス膜の電気機械特性は、ビッカース硬度:1400〜2000Hv、ヤング率:350〜380GPa、絶縁破壊強さ:10kV/mm以上、体積抵抗率:1.5×1015Ω・cm、誘電率:9.9〜10εである。このことに鑑みれば、本発明の実施形態に係る転がり軸受の外輪、内輪及び/又は玉に形成されたセラミックス膜Cは焼結工程を経て形成されたセラミックス膜の電気機械特性と同等若しくは同等以上であるといえる。また、このセラミックス膜Cはポア(気孔)が形成されていないため、膜表面の緻密性も高いものとなる。 In general, the electromechanical properties of a ceramic film formed through a sintering process are as follows: Vickers hardness: 1400-2000 Hv, Young's modulus: 350-380 GPa, dielectric breakdown strength: 10 kV / mm or more, volume resistivity: 1.5 × 10 15 Ω · cm, dielectric constant: 9.9 to 10ε. In view of this, the ceramic film C formed on the outer ring, the inner ring and / or the ball of the rolling bearing according to the embodiment of the present invention is equal to or more than the electromechanical characteristics of the ceramic film formed through the sintering process. You can say that. In addition, since the ceramic film C has no pores (pores), the film surface has high density.
エアロゾルデポジション法により形成されたセラミックス膜の緻密性が高いことを示す一例を表2に示す。表2は、セラミックス膜の結晶子と粒界相を測定し、エアロゾルデポジション法を使用した場合と、焼結法(従来法)を使用した場合とで比較したものである。
表2に示すように、セラミックス膜をエアロゾルデポジション法で形成した場合は、焼結法(従来法)で形成した場合と比較して、膜の緻密性が格段に向上していることがわかる。 As shown in Table 2, when the ceramic film is formed by the aerosol deposition method, the denseness of the film is remarkably improved as compared with the case of forming by the sintering method (conventional method). .
外輪10及び内輪12の材料としては、軸受鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼等を挙げることができる。
Examples of the material of the
転動体の材料としては、軸受鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、セラミックス等を挙げることができる。 Examples of the rolling element material include bearing steel, martensitic stainless steel, and ceramics.
次に、セラミックス膜Cの形成方法について説明する。図4は図2の外輪10の軌道面11及び内輪12の軌道面13を示す部分断面図である。図5は(a)外輪10に設けられた軌道面11にセラミックス膜Cを形成する様子を説明する図及び(b)内輪12に設けられた軌道面13にセラミックス膜Cを形成する様子を説明する図である。
Next, a method for forming the ceramic film C will be described. 4 is a partial sectional view showing the
セラミックス膜の形成は、エアロゾルデポジション法によって行われる。エアロゾルデポジション法とは、セラミック微粒子を基板上に高速噴射させ、基板に衝突する衝撃によって膜を形成する方法である。この方法により、常温でセラミックス膜を形成することができる。 The ceramic film is formed by an aerosol deposition method. The aerosol deposition method is a method in which ceramic fine particles are jetted onto a substrate at a high speed and a film is formed by impact that collides with the substrate. By this method, a ceramic film can be formed at room temperature.
即ち、図5に示すように、酸化アルミニウム等のセラミックス微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを搬送し、外輪10の軌道面11(図5(a)参照)及び内輪12の軌道面13(図5(b)参照)に高速で衝突させて(図5に記載の矢印参照)、セラミックス微粒子の一次粒子が破砕した微細断片粒子を生成し、微細断片粒子の軌道面11,13への接着あるいは微細断片微粒子同士の接合により、焼成することなく緻密質のセラミックス膜Cを形成することができる。
That is, as shown in FIG. 5, an aerosol in which ceramic fine particles such as aluminum oxide are dispersed in a gas is conveyed, and the
本発明で使用されるエアロゾルデポジション法におけるセラミックス微粒子の速度は、300〜1000m/secであることが好ましい。また、セラミックス微粒子の平均粒子径は、10〜200nmであることが好ましい。 The speed of the ceramic fine particles in the aerosol deposition method used in the present invention is preferably 300 to 1000 m / sec. The average particle size of the ceramic fine particles is preferably 10 to 200 nm.
図6は(a)外輪10の内周面(軌道面11を含む)にセラミックス膜を形成する様子を説明する図及び(b)内輪12の外周面(軌道面13を含む)にセラミックス膜Cを形成する様子を説明する図である。図6に示すように、セラミックス膜Cは、軌道面11,13のみならず、外輪10の軌道面11を含む内周面及び内輪12の軌道面13を含む外周面の全体にわたり形成してもよい。
6A is a view for explaining a state in which a ceramic film is formed on the inner peripheral surface (including the raceway surface 11) of the
図7は転動体としての玉14にセラミックス膜Cを形成する様子を説明する図である。玉14にセラミックス膜Cを形成する場合も、上述の方法と同様の要領でセラミックス膜Cを形成することができる。
FIG. 7 is a diagram for explaining a state in which the ceramic film C is formed on the
形成されるセラミックス膜Cの膜厚は、転がり軸受1〜3の目的・用途に応じて適宜変更されるが、一般に0.5μm〜1000μmであることが好ましい。 The film thickness of the formed ceramic film C is appropriately changed according to the purpose and application of the rolling bearings 1 to 3, but is generally preferably 0.5 μm to 1000 μm.
セラミックス膜の材料であるセラミックス微粒子としては、上記の酸化アルミニウムのほか、チッ化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア等を挙げることができる。 Examples of the ceramic fine particles as the material of the ceramic film include silicon nitride, silicon carbide, zirconia and the like in addition to the above aluminum oxide.
なお、エアロゾルデポジション法の詳細については、特開2002−348677号公報に記載の微粒子ビーム堆積法を参考にすることができる。なお、微粒子ビーム堆積法はエアロゾルデポジション法ともいう。 For details of the aerosol deposition method, the fine particle beam deposition method described in JP-A-2002-348677 can be referred to. The fine particle beam deposition method is also called an aerosol deposition method.
セラミックス膜Cの形成後、セラミックス膜Cの膜表面に対し簡単な研削を行なえば数nmレベルの平滑性を得ることができる。これにより、転がり軸受1〜3の音響特性を向上させることができる。なお、研削方法は従来公知の研削方法を用いることができる。 After the formation of the ceramic film C, smoothness on the order of several nanometers can be obtained by performing simple grinding on the film surface of the ceramic film C. Thereby, the acoustic characteristics of the rolling bearings 1 to 3 can be improved. As a grinding method, a conventionally known grinding method can be used.
以上、本発明の実施形態を玉軸受を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、例えばころ軸受であってもよい。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described to the example of the ball bearing, this invention is not limited to this, For example, a roller bearing may be sufficient.
1〜3:転がり軸受、10:外輪、12:内輪、11及び13:軌道面、14:玉、16:保持器、C:セラミックス膜 1-3: Rolling bearing, 10: Outer ring, 12: Inner ring, 11 and 13: Raceway surface, 14: Ball, 16: Cage, C: Ceramic film
Claims (9)
(A)前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面及び/又は(B)前記転動体に、エアロゾルデポジション法によるセラミックス膜が形成されていることを特徴とする
転がり軸受。 A rolling bearing comprising an outer ring, an inner ring, and a plurality of rolling elements disposed between the outer ring and the inner ring,
(A) A rolling bearing, wherein a ceramic film is formed on the inner peripheral surface of the outer ring and the outer peripheral surface of the inner ring and / or (B) the rolling element by an aerosol deposition method.
(A)前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面及び/又は(B)前記転動体に、エアロゾルデポジション法により、セラミックス膜を形成することを特徴とする
転がり軸受の製造方法。 A method of manufacturing a rolling bearing comprising an outer ring, an inner ring, and a plurality of rolling elements disposed between the outer ring and the inner ring,
(A) A ceramic film is formed on the inner peripheral surface of the outer ring and the outer peripheral surface of the inner ring and / or (B) the rolling element by an aerosol deposition method.
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JP2011072113A (en) * | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Toshiba Corp | Rolling bearing for inverter and inverter motor using the same |
WO2023002630A1 (en) * | 2021-07-21 | 2023-01-26 | 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ | Space rolling bearing and space strain wave gearing device |
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- 2004-12-15 JP JP2004363489A patent/JP2006170317A/en active Pending
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