JP3511071B2 - 転がり軸受 - Google Patents
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- JP3511071B2 JP3511071B2 JP35442396A JP35442396A JP3511071B2 JP 3511071 B2 JP3511071 B2 JP 3511071B2 JP 35442396 A JP35442396 A JP 35442396A JP 35442396 A JP35442396 A JP 35442396A JP 3511071 B2 JP3511071 B2 JP 3511071B2
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- graphite
- cage
- boron carbide
- rolling bearing
- rolling
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
- F16C33/38—Ball cages
- F16C33/44—Selection of substances
- F16C33/445—Coatings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
- F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
- F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
- F16C19/16—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls
- F16C19/163—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls with angular contact
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Rolling Contact Bearings (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、転がり軸受、特
に高温状態に適用可能な転がり軸受に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、内輪と、外輪と、内外輪間に配置
した転動体と、転動体を保持する保持器とを有した転が
り軸受を、例えば３００℃以上の高温で使用する場合、
潤滑剤としてグリースや油が使用できないため、固体潤
滑剤としてのグラファイトにて保持器を製作し、保持器
から転動体へのグラファイトの転着を利用して軸受を潤
滑することが行われていた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
さらに高温の例えば５００℃以上の状態で転がり軸受を
使用することがあるが、従来の軸受のように保持器をグ
ラファイトのみで形成しただけでは、グラファイトに酸
化の問題が発生して強度が低下するため、グラファイト
製保持器を使用できないという問題がある。 【０００４】そこで、この発明の目的は、グラファイト
の酸化を防止してグラファイト製保持器の強度低下を防
止することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、内輪と、外輪と、内外輪間に配置した転
動体と、転動体を保持するグラファイト製保持器とを有
した転がり軸受において、少なくとも転動体をセラミッ
クにて形成するとともに、保持器の表面を炭化ほう素に
てコーティングされてなり、保持器ポケット面の炭化ほ
う素のコーティングが該セラミック製転動体により摩耗
し、内部のグラファイトが露出し潤滑性が発揮されるよ
うになしたことを特徴とする。 【０００６】 【発明の実施の形態】以下、この発明の具体的実施形態
について図面を参照して説明する。図１は、この発明に
かかる一実施形態の玉軸受であり、内輪１と、外輪２
と、内外輪１，２間に配置した玉３と、玉３を保持する
保持器４とからなり、上記玉３はセラミックスから形成
されるとともに、保持器４はグラファイトから形成され
る。 【０００７】また、上記グラファイト製保持器４の表面
には、炭化ほう素５がコーティングされている。コーテ
ィングの方法は酸化ほう素による炭化ほう素への転化に
よるのが好適である。それによると複雑な形状の製品で
もそのまま表面全体を炭化ほう素コーティングすること
ができる。保持器４はグラファイトであるため、炭化ほ
う素の炭素と融合しやすくその結果コーティング強度が
向上する。また、５００℃以上という高温状態で玉軸受
を使用した場合、保持器４の表面の炭化ほう素が酸素と
化合して、二酸化炭素と酸化ほう素に分解し、結果的に
保持器４の表面が上記酸化ほう素にてコーティングさ
れ、保持器４のグラファイトの酸化が効果的に防止され
る。このことは図２の酸化試験結果においてよく理解さ
れる。すなわち、図２は炭化ほう素コーテイングを行っ
ていない。グラファイトＡと、炭化ほう素コーティング
を行ったグラファイトＢを、大気中、６００℃で酸化試
験を実施した結果である。炭化ほう素コーティングを行
ったグラファイトＡの方が酸化が効果的に防止されるこ
とがわかる。 【０００８】さらに、上記実施形態における炭化ほう素
５または酸化ほう素のコーティングは潤滑性が期待でき
ないが、玉３がセラミックスで形成されているため、保
持器４のポケット６内面の炭化ほう素または酸化ほう素
のコーティングが摩耗させられてグラファイトが露出さ
せられ、軸受の潤滑性能が発揮される。 【０００９】次に、転がり軸受の保持器での使用をシュ
ミレートした摩擦試験の結果を示す。図３はこの摩擦試
験機を示すものである。この図３に示す保持器材料評価
試験機を用いて、グラファイトＡ（コーティング処理な
し）およびグラファイトＢ（炭化ほう素コーティング処
理品、コーティングの膜厚は１００μｍ）の２種類の試
料で試験を実施した。図３の保持器材料評価試験機は、
転がり軸受の接触状態（保持器−転動体間のすべり接
触、および転動体−軌道輪の転がりすべり接触）をシミ
ュレートしている。試験は、保持器材試験片１０と転動
体に相当する上部試験片１１を接触させて１０分間のな
じみ運転を行った後、上部試験片１１と軌道輪に相当す
る下部試験片１６を接触させて実施している。なお、保
持器材試験片１０は垂直軸１２に取り付けられて保持器
荷重用分銅１３にて上部試験片１１に対して押し付けら
れている。さらに、下部試験片１６は下部試験片荷重用
分銅１５を有する負荷レバー１４により上部試験片１１
に押し付けられる。これにより、図示しない装置で回転
させられる下部試験片１６により上部試験片１１が回転
させられ、上部試験片１１と保持器材試験片１０との間
に摩擦が生じることになる。次に、試験条件の詳細を表
１に示す。 【００１０】 【表１】 【００１１】次に、転がり軸受の保持器での使用をシミ
ュレートした摩擦試験の結果を表２に示す。 【００１２】 【表２】◎…摩擦係数μ＝０.２以下 非常に良好なもの。 ○…摩擦係数μ＝０.２〜０.３ 良好なもの。 △…摩擦係数μ＝０.３以上。 ×…保持器材料が破損し、試験不可能であったもの。 【００１３】表２からわかるように、試験を実施した１
００〜７００℃の温度領域で、炭化ほう素をコーティン
グしたグラファイトＢが良好な摩擦係数を示すことがわ
かる。なお、炭化ほう素をコーティングを行っていない
グラファイトＡも、１００〜５００℃の温度領域で良好
な摩擦係数が得られている。しかし、５００℃を超える
高温での試験では、酸化によるグラファイト自身の強度
低下により保持器材料の破損が発生した。したがって、
炭化ほう素コーティング処理を行っていないグラファイ
トを、５００℃を超える温度で転がり軸受保持器として
実用した場合、短時間で強度低下による破損などの問題
が発生すると考えられる。 【００１４】以上にて本発明がよく理解できるものであ
る。なお、グラファイトの種類は特に限定されるもので
はなく、黒鉛系、炭素系、Ｃ／Ｃ複合材でも良い。コー
ティング膜の厚さはいくらでも効果を発揮するが、保持
器の寿命や充分な耐酸化性を有するには２０μｍ以上、
好ましくは５０〜２００μｍである。コーティング５０
０μｍを超えるとグラファイトの供給が極端に少なくな
り潤滑に必要な被膜を得ることが困難になる。また、上
記内輪１および外輪２は、鋼、ステンレス鋼（例えば、
ＳＵＳ４４０Ｃ）等の金属やセラミックスのいずれかの
材料から形成されればよく、ステンレス鋼やセラミック
スから形成した場合は、高温用材料としてより最適であ
る。さらに、転がり軸受形式も、玉軸受に限定されるも
のではなく、円筒ころ軸受等の転がり軸受にも本発明が
適用される。 【００１５】 【発明の効果】本発明は、転がり軸受のグラファイト製
保持器の表面が炭化ほう素にてコーティングされている
ため、グラファイトの酸化が防止され、グラファイト製
保持器の強度低下が防止される。さらに、転動体にセラ
ミックスが使用されているため、保持器ポケット内面の
ほう素化合物のコーティングが摩耗してグラファイトが
露出させられ、潤滑性が良好に発揮される。
に高温状態に適用可能な転がり軸受に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、内輪と、外輪と、内外輪間に配置
した転動体と、転動体を保持する保持器とを有した転が
り軸受を、例えば３００℃以上の高温で使用する場合、
潤滑剤としてグリースや油が使用できないため、固体潤
滑剤としてのグラファイトにて保持器を製作し、保持器
から転動体へのグラファイトの転着を利用して軸受を潤
滑することが行われていた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
さらに高温の例えば５００℃以上の状態で転がり軸受を
使用することがあるが、従来の軸受のように保持器をグ
ラファイトのみで形成しただけでは、グラファイトに酸
化の問題が発生して強度が低下するため、グラファイト
製保持器を使用できないという問題がある。 【０００４】そこで、この発明の目的は、グラファイト
の酸化を防止してグラファイト製保持器の強度低下を防
止することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、内輪と、外輪と、内外輪間に配置した転
動体と、転動体を保持するグラファイト製保持器とを有
した転がり軸受において、少なくとも転動体をセラミッ
クにて形成するとともに、保持器の表面を炭化ほう素に
てコーティングされてなり、保持器ポケット面の炭化ほ
う素のコーティングが該セラミック製転動体により摩耗
し、内部のグラファイトが露出し潤滑性が発揮されるよ
うになしたことを特徴とする。 【０００６】 【発明の実施の形態】以下、この発明の具体的実施形態
について図面を参照して説明する。図１は、この発明に
かかる一実施形態の玉軸受であり、内輪１と、外輪２
と、内外輪１，２間に配置した玉３と、玉３を保持する
保持器４とからなり、上記玉３はセラミックスから形成
されるとともに、保持器４はグラファイトから形成され
る。 【０００７】また、上記グラファイト製保持器４の表面
には、炭化ほう素５がコーティングされている。コーテ
ィングの方法は酸化ほう素による炭化ほう素への転化に
よるのが好適である。それによると複雑な形状の製品で
もそのまま表面全体を炭化ほう素コーティングすること
ができる。保持器４はグラファイトであるため、炭化ほ
う素の炭素と融合しやすくその結果コーティング強度が
向上する。また、５００℃以上という高温状態で玉軸受
を使用した場合、保持器４の表面の炭化ほう素が酸素と
化合して、二酸化炭素と酸化ほう素に分解し、結果的に
保持器４の表面が上記酸化ほう素にてコーティングさ
れ、保持器４のグラファイトの酸化が効果的に防止され
る。このことは図２の酸化試験結果においてよく理解さ
れる。すなわち、図２は炭化ほう素コーテイングを行っ
ていない。グラファイトＡと、炭化ほう素コーティング
を行ったグラファイトＢを、大気中、６００℃で酸化試
験を実施した結果である。炭化ほう素コーティングを行
ったグラファイトＡの方が酸化が効果的に防止されるこ
とがわかる。 【０００８】さらに、上記実施形態における炭化ほう素
５または酸化ほう素のコーティングは潤滑性が期待でき
ないが、玉３がセラミックスで形成されているため、保
持器４のポケット６内面の炭化ほう素または酸化ほう素
のコーティングが摩耗させられてグラファイトが露出さ
せられ、軸受の潤滑性能が発揮される。 【０００９】次に、転がり軸受の保持器での使用をシュ
ミレートした摩擦試験の結果を示す。図３はこの摩擦試
験機を示すものである。この図３に示す保持器材料評価
試験機を用いて、グラファイトＡ（コーティング処理な
し）およびグラファイトＢ（炭化ほう素コーティング処
理品、コーティングの膜厚は１００μｍ）の２種類の試
料で試験を実施した。図３の保持器材料評価試験機は、
転がり軸受の接触状態（保持器−転動体間のすべり接
触、および転動体−軌道輪の転がりすべり接触）をシミ
ュレートしている。試験は、保持器材試験片１０と転動
体に相当する上部試験片１１を接触させて１０分間のな
じみ運転を行った後、上部試験片１１と軌道輪に相当す
る下部試験片１６を接触させて実施している。なお、保
持器材試験片１０は垂直軸１２に取り付けられて保持器
荷重用分銅１３にて上部試験片１１に対して押し付けら
れている。さらに、下部試験片１６は下部試験片荷重用
分銅１５を有する負荷レバー１４により上部試験片１１
に押し付けられる。これにより、図示しない装置で回転
させられる下部試験片１６により上部試験片１１が回転
させられ、上部試験片１１と保持器材試験片１０との間
に摩擦が生じることになる。次に、試験条件の詳細を表
１に示す。 【００１０】 【表１】 【００１１】次に、転がり軸受の保持器での使用をシミ
ュレートした摩擦試験の結果を表２に示す。 【００１２】 【表２】◎…摩擦係数μ＝０.２以下 非常に良好なもの。 ○…摩擦係数μ＝０.２〜０.３ 良好なもの。 △…摩擦係数μ＝０.３以上。 ×…保持器材料が破損し、試験不可能であったもの。 【００１３】表２からわかるように、試験を実施した１
００〜７００℃の温度領域で、炭化ほう素をコーティン
グしたグラファイトＢが良好な摩擦係数を示すことがわ
かる。なお、炭化ほう素をコーティングを行っていない
グラファイトＡも、１００〜５００℃の温度領域で良好
な摩擦係数が得られている。しかし、５００℃を超える
高温での試験では、酸化によるグラファイト自身の強度
低下により保持器材料の破損が発生した。したがって、
炭化ほう素コーティング処理を行っていないグラファイ
トを、５００℃を超える温度で転がり軸受保持器として
実用した場合、短時間で強度低下による破損などの問題
が発生すると考えられる。 【００１４】以上にて本発明がよく理解できるものであ
る。なお、グラファイトの種類は特に限定されるもので
はなく、黒鉛系、炭素系、Ｃ／Ｃ複合材でも良い。コー
ティング膜の厚さはいくらでも効果を発揮するが、保持
器の寿命や充分な耐酸化性を有するには２０μｍ以上、
好ましくは５０〜２００μｍである。コーティング５０
０μｍを超えるとグラファイトの供給が極端に少なくな
り潤滑に必要な被膜を得ることが困難になる。また、上
記内輪１および外輪２は、鋼、ステンレス鋼（例えば、
ＳＵＳ４４０Ｃ）等の金属やセラミックスのいずれかの
材料から形成されればよく、ステンレス鋼やセラミック
スから形成した場合は、高温用材料としてより最適であ
る。さらに、転がり軸受形式も、玉軸受に限定されるも
のではなく、円筒ころ軸受等の転がり軸受にも本発明が
適用される。 【００１５】 【発明の効果】本発明は、転がり軸受のグラファイト製
保持器の表面が炭化ほう素にてコーティングされている
ため、グラファイトの酸化が防止され、グラファイト製
保持器の強度低下が防止される。さらに、転動体にセラ
ミックスが使用されているため、保持器ポケット内面の
ほう素化合物のコーティングが摩耗してグラファイトが
露出させられ、潤滑性が良好に発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の転がり軸受の断面図である。
【図２】本発明の酸化試験の結果グラフである。
【図３】本発明の評価に使用した保持器材料評価試験機
である。 【符号の説明】 １ 内輪 ２ 外輪 ３ 玉 ４ 保持器 ５ 炭化ほう素 ６ ポケット
である。 【符号の説明】 １ 内輪 ２ 外輪 ３ 玉 ４ 保持器 ５ 炭化ほう素 ６ ポケット
フロントページの続き
(72)発明者 吉岡 武雄
茨城県つくば市並木１丁目２番地 工業
技術院機械技術研究所内
(72)発明者 北村 和久
大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光
洋精工株式会社内
(72)発明者 武田 稔
大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光
洋精工株式会社内
(72)発明者 浮田 茂幸
大阪市西淀川区竹島５−７−12 東洋炭
素株式会社内
(72)発明者 曽我部 敏明
大阪市西淀川区竹島５−７−12 東洋炭
素株式会社内
(56)参考文献 特開 平６−337016（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−159369（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−247167（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−272320（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F16C 33/30 - 33/66
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 内輪と、外輪と、内外輪間に配置した転
動体と、転動体を保持するグラファイト製保持器とを有
した転がり軸受において、 少なくとも転動体をセラミックにて形成するとともに、
保持器の表面を炭化ほう素にてコーティングしてなり、
保持器ポケット面の炭化ほう素のコーティングが該セラ
ミック製転動体により摩耗したときに、内部のグラファ
イトが露出するように構成したことを特徴とする転がり
軸受。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35442396A JP3511071B2 (ja) | 1996-12-19 | 1996-12-19 | 転がり軸受 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35442396A JP3511071B2 (ja) | 1996-12-19 | 1996-12-19 | 転がり軸受 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10184696A JPH10184696A (ja) | 1998-07-14 |
| JP3511071B2 true JP3511071B2 (ja) | 2004-03-29 |
Family
ID=18437465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35442396A Expired - Fee Related JP3511071B2 (ja) | 1996-12-19 | 1996-12-19 | 転がり軸受 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3511071B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6517249B1 (en) | 2000-06-06 | 2003-02-11 | The Timken Company | Bearing with amorphous boron carbide coating |
-
1996
- 1996-12-19 JP JP35442396A patent/JP3511071B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10184696A (ja) | 1998-07-14 |
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