JP6127479B2 - 調心輪付き玉軸受 - Google Patents

Description

本発明は、調心輪付き玉軸受に関し、腐食作用がある溶液中に水没している状態で使用されると好ましい調心輪付き玉軸受に関する。

従来、腐食し易い環境下で使用される転がり軸受としては、特開２００１−２７１８４２号公報（特許文献１）に記載されているものがある。この転がり軸受は、軌道輪の材質として、ＳＵＳ６３０等の耐食性に優れる材質を採用することにより、転がり軸受を、高温高圧の水中で使用しても、劣化しにくいようにしている。

しかしながら、ＳＵＳ６３０からなる軌道輪を有する軸受を、腐食性がある水溶液中かつモーメント荷重がかかる環境下、例えば、液晶の偏向フィルム製造装置等の薬液中で使用した場合には、潤滑剤が存在しない環境下、かつ、腐食し易い環境下、かつ、大きなモーメント荷重がかかる環境下で、軸受を使用することになるので、軸受の摩耗の度合が激しくなり、軸受寿命が例えば一ヶ月程度となって非常に短くなる。

しかしながら、ＳＵＳ６３０は、耐食性には優れるものの、マルテンサイト変態を起こさず、焼入れ焼戻しができない鋼材であるから、硬度（ＨＲＣ）が４０〜５０となって、硬度を大きくすることができず、耐摩耗性を大きくできないという問題がある。

一方、上記問題を解消すべく、軌道輪の材質として、硬度が大きいマルテンサイト系のＳＵＳ４４０Ｃを使用すると、硬度（ＨＲＣ）が６０程度となって、必要な硬度を獲得することはできるが、必要な耐食性が得られないという問題がある。

特開２００１−２７１８４２号公報

そこで、本発明の課題は、ホウ酸と、ヨウ化カリウムとを含む水溶液中に配置されると共に、耐食性と、耐摩耗性との両方を向上できる調心輪付き玉軸受を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の調心輪付き玉軸受は、
軌道溝を有する内輪と、
軌道溝を内周側に有する一方、調心を行うための調心面を外周側に有する外輪と、
上記内輪の軌道溝と、上記外輪の軌道溝との間に配置されるセラミック製の玉と、
上記外輪の径方向の外方側に配置されると共に、調心を行うための調心面を内周側に有する調心輪と
を備え、
ホウ酸と、ヨウ化カリウムとを含む水溶液中に配置されるようになっており、
上記外輪および内輪の夫々は、炭素を、０.２８重量％以上０.３３重量％以下含有すると共に、窒素を、０.３５重量％以上０.４０重量％以下含有するステンレス鋼からなり、
上記外輪および上記内輪の夫々には、焼入れと、焼戻しとが施されていることを特徴としている。

尚、本発明では、ステンレス鋼を、クロムと、ニッケルとを含有する合金鋼として定義する。

また、本発明では、０.３５重量％以上０.４０重量％以下の窒素は、外輪および内輪の夫々において、存在場所によらず満遍なく略均一に存在しているものとする。したがって、後からＮを表層部にしみこませる含浸や、表面窒化のように、表層部の窒素の密度と、表層部以外の内部の窒素の密度とが、大きく異なるものは、本発明の範疇外であるものとする。本発明は、摩耗、腐食が激しい環境下で使用されるから、摩耗、腐食がμｍ単位でなくてｍｍ単位まで進んだとしても、使用できるようでなければ、実用品たり得ないのである。

本発明によれば、外輪の径方向の外方側に、調心を行うための調心面を内周側に有する調心輪を有するから、液晶を構成する偏向フィルムを製造する装置等、大きなモーメント荷重が作用する環境下に使用されても、調心機能によって、モーメント荷重を吸収できる。したがって、耐摩耗性を向上でき、特に、長い偏向フィルムを製造する装置等、大きなモーメント荷重が作用する環境下に使用した場合の耐摩耗性を大きくできる。

また、本発明によれば、外輪および内輪の夫々が、炭素を、０.２８重量％以上含んでいるから、焼入れにより、外輪および内輪の組織にマルテンサイト変態を問題なく起こすことができ、硬度を大きくできる。また、その後の焼戻しにより、靱性を獲得することもできる。したがって、耐摩耗性を向上することができる。本発明者は、仮に、炭素が、０.２８重量％より小さくなると、焼入れしても、マルテンサイト変態が十分に起こらず、問題のない硬さを獲得することが困難になることを確認したのである。

加えて、本発明によれば、窒素が、０.３５重量％以上存在するから、硬度を更に大きくできて、耐摩耗性を大きくできる。本発明によれば、０.２８重量％以上存在する炭素に、０.３５重量％以上の窒素を加えているから、マルテンサイト系のＳＵＳ４４０Ｃと比較しても、遜色がない硬度を実現できて、耐摩耗性を向上できるのである。

また、本発明によれば、炭素が、０.３３重量％以下であるから、炭素がクロムと結合することを抑制できて、クロムが有する耐食性が低下することを抑制でき、問題がない耐食性を実現できる。

炭素だけで、十分な硬度を獲得しようとすると、炭素を、０.６０重量％程度含有させれば、最大値に近い硬度を獲得できる。しかしながら、本発明者は、炭素が、０.３３重量％より多く存在すれば、炭素と、クロムとの、結合が促進されて、クロム炭化物が生成し、クロムが有する耐食性が失われることを見出した。したがって、耐食性が失われないように炭素の上限を設定し、不足の硬度を補うため、試験で十分な硬度を獲得できた０.３５重量％以上の窒素を含有させているのである。

また、本発明によれば、窒素が、０.４０重量％以下であるから、窒素ブローホールが頻繁に生成することがない。窒素は、浸入型固溶元素であり、極めて高い固溶強化能を有すると共に、オーステナイト相安定化元素であり、耐食性の向上に有効な本発明の基本となる含有成分である。ここで、窒素が、０.１５重量％未満の窒素量では、δフェライト相が生成し、強度の低下を招くことが見い出された。ただし、０.４０重量％を超えると、窒素ブローホールが頻繁に発生することが確認され、窒素ブローホールの生成を抑制するために１０気圧以上の高圧環境下に格納された溶解設備が必要となる。したがって、製造コストの増大を招くことになるのである。また、窒素の重量％が、０.４０重量％を超えると、凝固中の成分の偏析を助長する効果が確認されており、好ましくないのである。

また、一実施形態では、
ラジアル内部すきまが、２００５年１１月末日における日本工業規格のＣ４に規定されている深溝玉軸受の最小値のラジアル内部すきまの値以上である。

本発明者は、本発明の調心輪付き玉軸受の初期のラジアル内部すきまを、２００５年１１月末日における日本工業規格のＣ４に規定されている深溝玉軸受の最小値のラジアル内部すきまの値以上に設定すると、本発明の調心輪付き玉軸受の動きがより円滑になって、調心輪付き玉軸受のがたつきをより低減できることを確かめた。

本発明者は、これは、ラジアル内部すきまが、日本工業規格（ＪＩＳ）のＣ４の最小値以上であれば、軸受内で発生した摩耗粉が、溶液中に円滑に流れ出て、軸受が摩耗粉を噛み込みにくくなるためであると推察している。

上記実施形態によれば、ラジアル内部すきまが、２００５年１１月末日における日本工業規格のＣ４に規定されている深溝玉軸受の最小値のラジアル内部すきまの値以上であるから、軸受の動きをより円滑にすることができて、軸受寿命を更に長くすることができる。

本発明によれば、ホウ酸と、ヨウ化カリウムとを含む水溶液中に配置されると共に、耐食性と、耐摩耗性との両方を向上できる調心輪付き玉軸受を実現できる。

本発明の一実施形態の調心輪付き玉軸受が配置される液晶の偏向フィルムを着色する液晶フィルム製造装置の模式図である。 上記液晶フィルム製造装置のロールの延在方向の一端部を示す模式断面図である。 上記ロールを回動自在に支持する調心輪付き玉軸受の軸方向の模式断面図である。 本発明の調心輪付き玉軸受と、従来の調心輪付き玉軸受とを、薬液中で一定時間使用した場合に、夫々の場合で増加したラジアルすきまの値を示す一試験図である。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態の調心輪付き玉軸受が配置される液晶の偏向フィルムを着色する液晶フィルム製造装置（以下、単に、製造装置という）の模式図である。

この液晶フィルム製造装置は、浴槽１と、複数のロール２とを備え、浴槽１には、薬液が充填されている。薬液は、ホウ酸と、ヨウ化カリウムとを含む水溶液からなっている。この製造装置は、複数のロール２が回動することによって、液晶の偏向フィルム３を、図１にＡで示す方向に送って、液晶の偏向フィルム３を、薬液中を通過させることによって、偏向フィルム３を着色するようになっている。

図２は、上記ロール２の延在方向の一端部を示す模式断面図である。

図２に示すように、各ロール２は、その延在方向の一端部と他端部の夫々に小径の筒部５を有している。また、この製造装置は、各ロール２の一端部と、各ロール２の他端部とに、調心輪付き玉軸受（以下、単に、玉軸受という）８を備えている。上記各玉軸受８は、上記製造装置のハウジング６と、筒部５との間に配置され、ハウジング６に対して筒部５を回転自在に支持している。上記各玉軸受８は、上記薬液中に配置されるようになっている。

図３は、玉軸受８の軸方向の模式断面図である。

この玉軸受８は、外輪１０と、内輪１１と、複数の玉１２と、調心輪１３と、樹脂性の保持器１５とを備える。この玉軸受８のラジアル内部すきまは、使用を開始したときの状態で、２００５年１１月末日における日本工業規格のＣ４に規定されている深溝玉軸受の最小値のラジアル内部すきまの値以上になっている。

上記外輪１０は、外周側に略球面状の調心面３１を有すると共に、内周面に軌道溝３２を有する。上記外輪１０は、炭素を、０.２８重量％以上０.３３重量％以下含有すると共に、窒素を、０.３５重量％以上０.４０重量％以下含有するステンレス鋼からなっている。上記外輪１０には、焼入れと、焼戻しとが施されている。上記外輪１０に存在する０.３５重量％以上０.４０重量％以下の窒素は、外輪１０の特定の局所に偏って存在することはなく、外輪１０全体に満遍なく略均一に存在している。

一方、上記内輪１１は、上記筒部５の外周面に外嵌されて固定されている。上記内輪１１は、その外周面に軌道溝３３を有している。上記内輪１１は、炭素を、０.２８重量％以上０.３３重量％以下含有すると共に、窒素を、０.３５重量％以上０.４０重量％以下含有するステンレス鋼からなっている。上記内輪１１には、焼入れと、焼戻しとが施されている。上記内輪１１に存在する０.３５重量％以上０.４０重量％以下の窒素は、内輪１１の特定の局所に偏って存在することはなく、内輪１１全体に満遍なく略均一に存在している。

上記各玉１２は、セラミック製であり、薬液中で使用した場合における耐摩耗性を大きくしている。上記複数の玉１２は、外輪１０の軌道溝３２と、内輪１１の軌道溝３３との間に、保持器１５によって保持された状態で、周方向に互いに間隔をおいて配置されている。

上記調心輪１３は、製造装置のハウジング６（図２参照）の内周面に内嵌されて固定されている。上記調心輪１３は、その内周側に略球面状の調心面５１を有する。この調心面５１は、外輪１０の略球面状の調心面３１に対応する形状になっている。上記調心輪１３の調心面５１と、外輪１０の調心面３１とは、互いに嵌め合っている。

上記調心輪１３は、その調心面５１の２箇所に調心輪１の軸方向に延在する入れ溝４０,４１を有している。上記各入れ溝４０,４１は、調心輪１３の軸方向の一方の端面から所定寸法だけ軸方向に延在している。各入れ溝４０,４１は、予め定められた周方向の幅を有している。

この玉軸受８は、上記ロール２が撓む等してロール２にモーメント荷重が作用して、ロール２の端部である筒部５が、調心輪１３の中心軸に対して傾くと、調心輪１３に対して外輪１０が相対移動するようになっている。このようにして、上記玉軸受８の中心軸が筒部５の軸心に略一致する状態になるように調心し、ロール２の撓みを吸収するようになっている。

図４は、本発明の調心輪付き玉軸受と、従来の調心輪付き玉軸受とを、薬液（ホウ酸と、ヨウ化カリウムとを含む水溶液）中で一定時間使用した場合に、夫々の場合で増加した軸受ラジアルすきまの値を示す一試験図である。

尚、この試験においては、本発明の他に、従来例として、軌道輪の材料として、成分が互いに異なる二種類のＳＵＳ６３０を使用したもので、試験を行った。

また、本発明の軌道輪の材料としては、炭素を、０.２８重量％以上０.３３重量％以下含有すると共に、窒素を、０.３５重量％以上０.４０重量％以下含有させた他、通常のステンレス鋼で使用される重量％の範囲で、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕ、Ｍｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｏを、Ｎｉ、Ｃｒ以外については、０重量％も含む範囲で、変動させて、試験を行った。

また、従来例と、本発明の一実施形態を示す高窒素材とは、炭素と、窒素の成分比だけを大きく異ならせて試験を行った。

図４に示すように、本試験例では、４回の試験のいずれにおいても、本発明の一実施形態のラジアル隙間の増加量が、ＳＵＳ６３０を使用した従来例よりも大きく抑制されている。そして、試験例によっては、ラジアル隙間の増加量を従来との比較で１／３よりも格段に小さくでき、耐摩耗性を格段に大きくできた。
このことから、炭素の重量％を、０.２８重量％以上０.３３重量％以下という格段に狭い領域に制限し、これに加えて、窒素を、０.３５重量％以上０.４０重量％以下という格段に狭い領域に制限すると、耐摩耗性と、耐食性の両方が、良好な軸受を実現できることが確認できた。

上記実施形態によれば、上記外輪１０の径方向の外方側に、調心を行うための調心面５１を内周側に有する調心輪１３を有するから、液晶を構成する偏向フィルムを製造する装置等、大きなモーメント荷重が作用する環境下に使用されても、調心機能によって、モーメント荷重を吸収できる。したがって、耐摩耗性を向上でき、特に、長い偏向フィルムを製造する装置等、大きなモーメント荷重が作用する環境下に使用した場合の耐摩耗性を大きくできる。

また、上記実施形態によれば、上記外輪１０および内輪１１の夫々が、炭素を、０.２８重量％以上含んでいるから、焼入れにより、外輪１０および内輪１１の組織にマルテンサイト変態を問題なく起こすことができ、硬度を大きくできる。また、その後の焼戻しにより、靱性を獲得することもできる。したがって、耐摩耗性を向上することができる。本発明者は、仮に、炭素が、０.２８重量％より小さくなると、焼入れしても、マルテンサイト変態が十分に起こらず、問題のない硬さを獲得することが困難になることを確認したのである。

加えて、上記実施形態によれば、外輪１０および内輪１１の夫々に、窒素が、０.３５重量％以上存在するから、硬度を更に大きくできて、耐摩耗性を大きくできる。本実施形態によれば、０.２８重量％以上存在する炭素に、０.３５重量％以上の窒素を加えているから、マルテンサイト系のＳＵＳ４４０Ｃと比較しても、遜色がない硬度を実現できて、耐摩耗性を向上できるのである。

また、上記実施形態によれば、外輪１０および内輪１１の夫々に含有する炭素が、０.３３重量％以下であるから、炭素がクロムと結合することを抑制できて、クロムが有する耐食性が低下することを抑制でき、問題がない耐食性を実現できる。

炭素だけで、十分な硬度を獲得しようとすると、炭素を、０.６０重量％程度含有させれば、最大値に近い硬度を獲得できる。しかしながら、本発明者は、炭素が、０.３３重量％より多く存在すれば、炭素と、クロムとの、結合が促進されて、クロム炭化物が生成し、クロムが有する耐食性が失われることを見出した。したがって、耐食性が失われないように炭素の上限を設定し、不足の硬度を補うため、試験で十分な硬度を獲得できた０.３５重量％以上の窒素を含有させているのである。

また、上記実施形態によれば、窒素が、０.４０重量％以下であるから、窒素ブローホールが頻繁に生成することがない。窒素は、浸入型固溶元素であり、極めて高い固溶強化能を有すると共に、オーステナイト相安定化元素であり、耐食性の向上に有効な本発明の基本となる含有成分である。ここで、窒素が、０.１５重量％未満の窒素量では、δフェライト相が生成し、強度の低下を招くことが見い出された。ただし、０.４０重量％を超えると、窒素ブローホールが頻繁に発生することが確認され、窒素ブローホールの生成を抑制するために１０気圧以上の高圧環境下に格納された溶解設備が必要となる。したがって、製造コストの増大を招くことになるのである。また、窒素の重量％が、０.４０重量％を超えると、凝固中の成分の偏析を助長する効果が確認されており、好ましくないのである。

また、上記実施形態によれば、ラジアル内部すきまが、２００５年１１月末日における日本工業規格のＣ４に規定されている深溝玉軸受の最小値のラジアル内部すきまの値以上であるから、玉軸受８の動きをより円滑にすることができて、軸受寿命を更に長くすることができる。尚、この理由は、定かではないが、本発明者は、これは、ラジアル内部すきまが、日本工業規格（ＪＩＳ）のＣ４の最小値以上であれば、軸受内で発生した摩耗粉が、溶液中に円滑に流れ出て、軸受が摩耗粉を噛み込みにくくなるためであると推察している。

尚、上記実施形態では、上記玉軸受８のラジアル内部すきまが、使用を開始したときの状態で、２００５年１１月末日における日本工業規格のＣ４に規定されている深溝玉軸受の最小値のラジアル内部すきまの値以上になっていた。しかしながら、この発明では、ラジアル内部すきまが、使用を開始したときの状態で、２００５年１１月末日における日本工業規格のＣ４に規定されている深溝玉軸受の最小値のラジアル内部すきまの値よりも小さい如何なる値であっても良い。そして、例えば、ラジアル内部すきまが、使用を開始したときの状態で、２００５年１１月末日における日本工業規格のＣ２やＣＮやＣ３であっても良い。上記Ｃ４に規定されている深溝玉軸受の最小値のラジアル内部すきまの値よりも小さい値であっても、従来よりも寿命を長くできるのである。

また、上記実施形態の玉軸受８は、液晶の偏向フィルムを着色する液晶フィルム製造装置に配置された。しかしながら、本発明の調心輪付き玉軸受は、液晶フィルム製造装置以外で使用されても良く、ホウ酸と、ヨウ化カリウムとを含む水溶液中に配置されるのであれば、如何なる装置で使用されても良い。

また、上記実施形態では、玉軸受８が、ロール２がたわみ、かつ、腐食性のある液体中に配置され、かつ、潤滑剤が存在しないという過酷な状況下で使用され、玉軸受８が、調心輪１３を有していた。しかしながら、例えば、フィルムが短く、フィルムを運搬するロールが短くて、ロールが撓みにくい場合には、本発明との比較において、調心輪が存在しないことだけが異なる玉軸受を好適に使用できることは、勿論である。

８ 調心輪付き玉軸受
１０ 外輪
１１ 内輪
１２ 玉
１３ 調心輪
３１ 外輪の調心面
３２ 外輪の軌道溝
３３ 内輪の軌道溝
５１ 調心輪の調心面

Claims (2)

1. 軌道溝を有する内輪と、
   軌道溝を内周側に有する一方、調心を行うための調心面を外周側に有する外輪と、
   上記内輪の軌道溝と、上記外輪の軌道溝との間に配置されるセラミック製の玉と、
   上記外輪の径方向の外方側に配置されると共に、調心を行うための調心面を内周側に有する調心輪とを備え、
   液晶フィルム製造装置における、ホウ酸と、ヨウ化カリウムとを含む水溶液中に配置されるようになっており、
   上記外輪および内輪の夫々は、炭素を、０.２８重量％以上０.３３重量％以下含有すると共に、窒素を、０.３５重量％以上０.４０重量％以下含有するステンレス鋼からなり、
   上記外輪および上記内輪の夫々には、焼入れと、焼戻しとが施されていることを特徴とする液晶フィルム製造装置にて使用する調心輪付き玉軸受。
2. 請求項１に記載の調心輪付き玉軸受において、
   ラジアル内部すきまが、２００５年１１月末日における日本工業規格のＣ４に規定されている深溝玉軸受の最小値のラジアル内部すきまの値以上であることを特徴とする調心輪
   付き玉軸受。

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