KR20080100269A

KR20080100269A - 롤링 베어링 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20080100269A
Application number: KR1020087023289A
Authority: KR
Inventors: 다쓰오 나카지마; 고야 오히라
Original assignee: 에누티에누 가부시키가이샤
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2007-03-05
Publication date: 2008-11-14
Also published as: WO2007102452A1; DE112007000436T5; US8172463B2; US20090010585A1

Abstract

용사법(thermal spraying method)에 대신하는 방법으로 치밀한 세라믹스층을 형성하고, 절연 성능 및 산, 알칼리 등의 약품에 대한 내식ㆍ내약품성이 뛰어난 롤링 베어링을 제공한다. 내륜(1), 외륜(2), 및 이들 내외륜의 궤도면 사이에 개재한 복수의 전동체(4)를 구비하여 이루어지고, 상기 내륜(1)의 내주면 및 외륜(2)의 외주면으로부터 선택된 적어도 하나의 주면에 세라믹스 피막(7)을 가진 롤링 베어링으로서, 상기 세라믹스 피막은, 알루미나 미립자 등을 에어로졸 원료로서 사용한 에어로졸 디포지션법에 의해 형성되는 피막이며, 상기 피막은, 예를 들면, 에어로졸 분사 노즐을 고정하고, 외륜 또는 내륜을, 대상물 회전용 모터를 이용하여 회전시키면서, 위치 결정용 XY테이블을 이용하여 축방향으로 이동시켜 형성한다.

Description

롤링 베어링 및 그 제조방법{ROLLING BEARING AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 세라믹스 피막을 구비한 롤링 베어링에 관한 것으로, 특히 절연 성능 및 산, 알칼리 등의 약품에 대한 내식ㆍ내약품성이 뛰어난 롤링 베어링 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

철도 차량의 주전동기에 이용되는 롤링 베어링은, 주전동기의 전류를 차륜으로부터 레일에 접지하는 접지용 집전장치가 불완전한 경우에, 주전동기의 전류가 롤링 베어링의 내외륜 및 전동체를 통과하여, 차륜과 레일 사이에 흐른다. 이때, 베어링 전동체와 외륜 전주면(轉走面)의 사이 또는 내륜 전주면의 사이에서 방전이 발생하여, 방전 부분에 전해부식을 일으키는 경우가 있다.

이러한 전해부식을 방지하는 유효한 수단으로서, 종래, 베어링 궤도륜의 외표면에 세라믹스 등의 절연체의 용사 피막을 형성하는 것이 알려져 있다.

고분자 재료 제조 플랜트, 액정용 필름 제조 장치 등의 화학 플랜트 설비에서는, 각종 산이나 알칼리 등의 약품이 이용되는 각종 처리 장치가 존재한다. 이 중에서 교반이나 반송용 등에 사용되는 롤링 베어링은, 각종의 산이나 알칼리 등의 약품에 접촉함으로써, 베어링 구성 재료가 부식, 팽윤, 용해, 분해 등의 품질 열화 를 일으키는 점에서부터 비교적 수명이 짧다고 하는 문제가 있다. 이러한 베어링을 구성하는 내륜, 외륜, 전동체 및 유지기에는, 일반적으로 내식성이나 내약품성을 가진 스테인리스강, 세라믹스 및 수지 등이 이용된다. 그러나 스테인리스강이 반드시 만능은 아니고, 적용할 수 있는 산, 알칼리 등의 약품에는 제한이 있다. 또한, 세라믹스는 산, 알칼리 등의 약품에 대해 뛰어난 내식ㆍ내약품성을 나타내지만 고가라고 하는 문제가 있다.

수지는 기계적 강도나 미끄럼 동작성을 가진 종류의 선정이나, 각종 산, 알칼리 등의 약품에 대해 내식ㆍ내약품성이 있는 종류의 선택 등에 의해, 근래, 부식 환경, 각종 약품 사용 환경 등의 분야에서 많이 사용되고 있다.

종래, 합성 수지제 롤링 베어링으로서는, 적어도 외륜이 폴리이미드 재료로 이루어진 롤링 베어링(특허문헌 1 참조), 궤도륜이 굴곡 탄성율 2000∼6000㎫의 범위에 있는 폴리페닐렌술피드(이하, PPS라고 기술한다) 수지 등의 폴리아릴렌술피드계 수지로 형성되어 있는 수지제 롤링 베어링(특허문헌 2 참조), 내륜 및 외륜이 구를 때의 마찰 또는 미끄러질 때의 마찰을 일으키는 표면 등에 폴리테트라플루오로에틸렌(이하, PTFE라고 기술한다) 수지의 윤활 피막을 형성한 롤링 베어링(특허 문헌 3 참조) 등이 알려져 있다.

또한, 롤링 베어링을 구성하는 부품 중 적어도 구를 때의 마찰 또는 미끄러질 때의 마찰을 일으키는 표면에, 결정성의 고분자량 PTFE 수지를 포함한 피막 형성 부재를 압접하여, 양자간에 미끄럼 동작을 부여하는 것에 의해 상기 표면에 PTFE 수지의 고체 윤활 피막을 형성하는 롤링 베어링(특허문헌 4 참조)이 알려져 있다.

그러나, 상술한 바와 같은 내륜 또는 외륜의 전주면이 수지제인 롤링 베어링은, 일반적으로 내하중성이 강제(鋼製)에 비해 떨어지고, 전주면을 형성하는 수지보다 경질인 전동체가 전동하는 것에 의해, 전주면의 마모가 현저하여 롤링 베어링의 내구성이 충분하지 않기 때문에, 적용할 수 있는 용도가 제한된다고 하는 문제가 있다.

한편, 강제(鋼製)의 내륜, 외륜에 대해 내식ㆍ내약품성을 부여하는 방법으로서, 종래, 베어링 궤도륜의 외표면에 세라믹스 등의 내식ㆍ내약품성을 가진 용사 피막을 형성하는 방법이 알려져 있다.

그러나, 용사 기술을 이용하여 베어링의 외경면 및 폭면에 세라믹스층을 형성하는 방법은, 열처리하여 경화시킨 베어링망의 용사 가공시의 열에 의한 소려(燒戾) 방지를 위해서, 워크를 냉각하면서 세라믹스층을 성막해야만 하므로, 매우 번잡하고, 생산성의 저하를 초래하고 있었다. 또한, 용사법(thermal spraying method)으로 베어링 외경면 및 폭면에 세라믹스층을 형성하고자 하면, 기초 처리로서 니켈 알루미늄 등의 층을 미리 용사할 필요가 있어, 이것도 생산성의 저하를 초래하는 원인이 되고 있다.

한편, 용사법으로 얻어진 세라믹스층은, 다공질이 되기 때문에 결로 등에 의해 세라믹스층 내에 수분이 침입한다. 이 결과, 절연 저항의 저하 혹은 내식ㆍ내약품성의 저하가 발생한다. 따라서, 세라믹스층 내의 공공(空孔)을 봉공(封孔)처리하여 수분의 침입을 방지할 필요가 있다. 봉공처리에 대해서는 합성 수지, 중합성 유 기용제, 및 불소계 계면활성제 및 퍼플루오로기 함유 유기 규소 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 봉공처리제를 이용하는 방법(특허 문헌 5 참조)이나, 침투성이 양호한 절연 수지에 의한 봉공처리층을 하층으로 하고, 침투성이 완전하지 않은 절연 수지에 의한 봉공처리층을 상층으로 하는 조합층을 형성함으로써 봉공하는 방법(특허 문헌 6 참조) 등이 알려져 있다. 그러나, 이러한 봉공처리 방법을 이용하는 경우는, 매우 비용이 상승한다고 하는 문제가 있다.

또한, 용사법으로 얻어진 세라믹스층은, 절연성을 얻기 위해서 원료분말에 α알루미나를 이용해도, 용사 과정의 고온으로 절연성이 떨어지는 γ알루미나로 변해 버린다. 이 때문에, 이 방법은 막두께를 두껍게 하는 것에 의해 절연성을 확보해야만 하므로, 비용이 상승한다.

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 평7-279973호

특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 평10-47355호

특허 문헌 3 : 일본 공개특허공보 평8-93774호

특허 문헌 4 : 일본 공개특허공보 평5-106638호

특허 문헌 5 : 일본 공개특허공보 2003-183806호

특허 문헌 6 : 일본 특허공보 제3009516호

[발명이 해결하고자 하는 과제]

본 발명은 이러한 문제에 대처하기 위해서 이루어진 것으로, 용사법에 대신할 방법으로 치밀한 세라믹스층을 형성하고, 절연 성능 및 산, 알칼리 등의 약품에 대한 내식ㆍ내약품성이 뛰어난 롤링 베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명의 롤링 베어링은, 내륜, 외륜, 및 이들 내외륜의 궤도면 사이에 개재한 복수의 전동체를 구비하여 이루어지고, 상기 내륜의 내주면 및 상기 외륜의 외주면으로부터 선택된 적어도 하나의 주면에 세라믹스 피막을 가진 롤링 베어링으로서, 상기 세라믹스 피막은, 에어로졸 디포지션법(이하, AD법이라고 기술한다)에 의해 형성되는 피막인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 롤링 베어링은, 상기 내륜의 내주면을 포함한 표면 및 상기 외륜의 외주면을 포함한 표면의 적어도 부식성 물질과 접촉하는 표면에 상기 세라믹스 피막을 가지며, 상기 내륜 및 외륜의 축방향 양단 개구부에 시일(seal) 부재를 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 내륜 및 외륜과 상기 시일 부재가 접촉하는 부분에 상기 세라믹스 피막을 갖는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에서 내식ㆍ내약품성이란 각종의 산, 알칼리 등의 약품(부식성 물질)에 접해도 부식, 팽윤, 용해, 분해 등의 품질 열화를 일으키지 않는 성질을 말한다.

상기 세라믹스 피막은, 알루미나 미립자를 에어로졸 원료로서 사용한 피막인 것을 특징으로 한다.

상기 알루미나 미립자의 평균 입자 지름은, 0.01㎛∼2㎛인 것을 특징으로 한다. 한편, 본 발명에서 평균 입자 지름은 닛키소 주식회사 제품 : 레이저식 입도 분석계 마이크로트랙 MT3000에 의해서 측정한 값이다.

상기 세라믹스 피막의 피막 두께는, 4㎛∼200㎛인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 롤링 베어링의 제조방법은, 내륜, 외륜, 및 이들 내외륜의 궤도면 사이에 개재한 복수의 전동체를 구비하여 이루어진 롤링 베어링의 제조 방법으로서, 상기 내륜의 내주면 및 상기 외륜의 외주면으로부터 선택된 적어도 하나의 주면에 AD법에 의해 세라믹스 피막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 AD법에 의한 세라믹스 피막의 형성은, 에어로졸 분사 노즐을 고정하고, 상기 외륜 또는 상기 내륜을, 대상물 회전용 모터를 이용하여 회전시키면서, 위치 결정용 XY 테이블을 이용하여 축방향으로 이동시켜 행하는 것을 특징으로 한다. 혹은 노즐구 길이를 외륜 베어링폭과 동등 이상으로 했을 경우, XY 테이블을 사용하지 않고 성막하는 것도 가능하다.

[발명의 효과]

본 발명의 롤링 베어링은, 내륜 내주면 및 외륜 외주면으로부터 선택된 적어도 하나의 주면에, AD법에 의해 세라믹스 피막을 형성하므로, 상온에서 피막 표면과 궤도륜 소지를 연통하는 경우가 없는 치밀한 세라믹스 피막을 얻을 수 있어, 높은 절연 성능을 유지할 수 있다.

또한, 고온에 노출되는 경우가 없는 AD법으로, α알루미나를 이용하여 성막하므로, α알루미나가 γ알루미나로 변하는 경우가 없고, 절연성이 높은 α알루미나의 피막을 얻을 수 있다.

또한 본 발명의 롤링 베어링은, 상기 내륜의 내주면을 포함한 표면 및 상기 외륜의 외주면을 포함한 표면의 적어도 부식성 물질과 접촉하는 표면에 AD법에 의해 세라믹스 피막을 형성하므로, 상온에서 피막 표면과 궤도륜 소지를 연통하는 경우가 없는 치밀한 세라믹스 피막을 얻을 수 있어, 높은 내식ㆍ내약품성을 유지할 수 있다.

진공 챔버 내 등에서, 위치 결정용 XY 테이블 상에 축을 회전시키는 대상물 회전용 모터를 설치하고, 에어로졸 분사 노즐을 고정하여, 베어링 외륜 또는 베어링 내륜을 회전시키면서 또한 축방향으로 이동시키므로, 세라믹스 피막을 곡면인 상기 롤링 베어링의 내륜 및 외륜의 소정의 표면에 균일하게 형성할 수 있다. 혹은 노즐구 길이를 외륜 베어링폭과 동등 이상으로 한 경우, XY테이블을 사용하지 않고 성막하는 것도 가능하다. 회전시켜 에어로졸에 의한 피막을 겹쳐 바르는 것에 의해, 수㎛∼수십㎛의 치밀한 세라믹스 피막을 밀착성이 양호하게 형성할 수 있다. 또한, 워크의 냉각이 불필요하고, 니켈 알루미늄 등의 기초 처리 불필요 및 봉공처리 불필요 등에 의해, 제조 비용이 대폭 싸진다.

내륜 표면 및 외륜 표면이, 박막 형상의 세라믹층으로 피복되므로, PTFE수지 등의 수지 피막과 비교해서 경도가 높고, 내하중성, 내마모성이 뛰어나다. 또한, PPS 수지 단체 베어링과 비교한 경우, 탄성률이 높기 때문에, 내하중성이 뛰어나다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

본 발명의 롤링 베어링의 하나의 실시예를 도 1에 기초하여 설명한다. 도 1은 외륜 외주면에 AD법에 의한 세라믹스 피막을 형성한 롤링 베어링의 단면도이다. 한편, 세라믹스 피막은 매우 얇은, 수㎛∼수복㎛의 피막이지만, 도 1 및 후술하는 도 2, 도 3, 도 4에 있어서는 설명의 편의상, 실제보다 두껍게 도시하고 있다. 여기서, 도 1, 도 2 및 도 3에 도시한 롤링 베어링은, 절연 성능을 가진 절연 롤링 베어링의 예이다. 또한, 도 4에 도시한 롤링 베어링은, 산, 알칼리 등의 약품에 대해서 내식ㆍ내약품성을 나타내는 내식ㆍ내약품성 롤링 베어링의 예이다.

도 1에 도시한 롤링 베어링은, 내륜(1)과 외륜(2)의 사이에 유지기(3)에 유지된 복수의 전동체(4)를 개재시켜, 외륜(2)을 하우징(5) 등에 수납하고, 축(6)을 내륜(1)의 내경에 고정하는 베어링으로서, 외륜(2)의 외주면(2a)에 AD법에 의해 세라믹스 피막(7)이 형성되고 있다. 내륜(1), 외륜(2) 및 전동체(4)는, 베어링강 등의 금속재로 이루어진다.

본 발명에서 세라믹스 피막(7)을 형성하는 외륜(2)의 외주면(2a)이란, 외륜 (2)의 외경면(a)뿐만이 아니라, 적어도 외륜을 유지하는 하우징(5) 등과 외륜(2)이 접촉하는 범위의 전체면이다. 도 1에 도시한 경우에 있어서, 외륜(2)의 외주면(2a)은, 외륜(2)의 외경면(a)으로부터 폭면(b)에 걸친 범위, 면취부(c)도 포함한 범위의 면이다.

또한, 세라믹스 피막(7)은, 상기 외륜(2)의 외주면(2a) 외에, 내륜(1)의 내주면(1a)에 형성되어 있어도 좋다. 본 발명의 롤링 베어링의 다른 실시예를 도 2 및 도 3에 기초하여 설명한다. 도 2에 도시한 예에서는, 내륜(1)의 내주면(1a)에 세라믹스 피막(7)이 형성되고, 도 3에 도시한 예에서는, 외륜(2)의 외주면(2a) 및 내륜(1)의 내주면(1a)에 세라믹스 피막(7)이 각각 형성되어 있다. 한편, 본 발명에서 내륜(1)의 내주면(1a)은, 적어도 내륜(1)이 축(6) 등과 접촉하는 범위의 전체면이며, 도 2 및 도 3에 도시한 경우에는, 내륜(1)의 내경면 그 자체이다.

상기와 같이, 외륜과 하우징 등이 접촉하는 전체면, 및, 내륜과 축 등이 접촉하는 전체면의 적어도 한쪽에 세라믹스 피막을 형성함으로써 절연 성능이 담보된다.

도 4에 도시한 롤링 베어링은, 내륜(1)과 외륜(2)의 사이에 유지기(3)에 유지된 복수의 전동체(4)를 개재시켜, 전동체(4)의 주위에 봉입한 그리스를 시일하는 시일 부재(8)를 내륜(1) 및 외륜(2)의 축방향 양단 개구부에 설치하여 이루어지고, 하우징(5) 등에 외륜(2)을, 축(6)을 내륜(1)의 내경에 각각 고정하는 베어링이다. 또한, 회전축(6)과, 시일 부재(8)와, 하우징(5)과 함께 각종의 부식성 물질에 접촉하는 공간을 구성하는 내륜(1)의 접촉 표면(1a) 및 외륜(2)의 접촉 표면(2a)에 AD법에 의해 형성되는 세라믹스 피막(7)을 가진다. 내륜(1) 및 외륜(2)은, 베어링강 등의 금속재로 이루어진다.

한편, 내륜(1) 및 외륜(2)에 있어서 세라믹스 피막(7)을 형성하는 표면은, 상기 내륜(1)의 내주면을 포함한 표면 및 외륜(2)의 외주면을 포함한 표면의 적어도 부식성 물질과 접촉하는 표면이며, 직접 접촉하는 면 및 접촉할 우려가 있는 면을 포함한다.

본 발명에서 AD법은, 원료 세라믹스의 미립자를 가스 중에 분산시킨 에어로졸을 내륜이나 외륜 등의 기재를 향해서 에어로졸 분사 노즐로부터 분사하고, 에어로졸을 이 기재 표면에 고속으로 충돌시켜, 미립자의 구성 재료로 이루어진 피막을 기재 상에 형성시키는 방법이다. 세라믹스 미립자는, 충돌에 의해 분쇄하고, 청정한 신생 표면을 형성하여, 저온 접합을 일으키게 하므로, 실온에서 미립자끼리의 접합을 실현할 수 있다.

에어로졸 중에서 세라믹스의 미립자는 분산 상태를 유지하고 있다. 용사법으로부터 얻어지는 피막이 다공질인데 비해, AD법에 의해 얻어진 피막은, 상기와 같이 에어로졸에 분산한 미립자로부터 피막을 형성하므로, 얻어진 피막은 극히 치밀한 세라믹스층이 된다.

이 때문에, 내륜 내주면이나 외륜 외주면에, 상기 피막을 형성한 절연 롤링 베어링에서는, 강우나 결로 등으로 수분에 노출되어도, 수분이 침투할 수 있는 공공(空孔)을 갖지 않는 세라믹스층으로 보호되므로 전류가 통하는 경우가 없고, 절연 저항의 저하를 초래하는 경우도 없다. 또한, 부식성 물질에 접촉하는 내륜의 접촉 표면 및 외륜의 접촉 표면에, 상기 피막을 형성한 내식ㆍ내약품용 롤링 베어링에서는, 산이나 알칼리 등의 부식성 물질에 노출되어도, 이들이 침투할 수 있는 공공을 갖지 않는 세라믹스층으로 보호되므로 부식성 물질이 기재 소지에 침입하는 경우가 없고, 내식ㆍ내약품성의 저하를 초래하는 경우가 없다.

또한, AD법에 의한 세라믹스 피막은 치밀하고 절연성 및 내식ㆍ내약품성이 뛰어나므로, 일정한 절연 저항 및 내식ㆍ내약품성을 확보하기 위해서 필요한 피막 두께는, 용사법에 비해 얇게 할 수 있다.

본 발명에서 AD법에 의한 세라믹스 피막을 형성하기 위한, 에어로졸 원료가 되는 세라믹스 미립자로서는, 절연성 및 내식ㆍ내약품성이 양호한 알루미나, 지르코니아, 티타니아 등의 산화물 세라믹스 미립자 등을 들 수 있다. 각각의 세라믹스의 고순도 그레이드에 있어서, 진비중이 작은 것이 에어로졸화하기 쉽기 때문에, 알루미나 미립자가 바람직하다.

본 발명에 이용할 수 있는 알루미나 미립자의 평균 입자 지름은, 0.01㎛∼2㎛이다. 0.01㎛미만이면 응집하기 쉽고 에어로졸화는 곤란하며, 2㎛를 넘으면 AD법으로의 막형성은 할 수 없다(막 성장 없음).

알루미나 미립자의 입자 지름 조정 방법으로서는, 알콕시드법이나 콜로이드법, 암모늄 명반의 열분해법, 암모늄 알루미늄 탄산염 열분해법, 개량 바이어법, 에틸렌클로르히드린법의 화학적 수법이나, 가스중 증발법이나 스퍼터링(기상산화)법, 알루미늄의 수중 불꽃 방전법 등의 물리적 수법을 이용하여 제작된 수 10㎚ 이하의 미세한 미립자를 가열하고, 입자 지름으로 수 100㎚ 정도의 2차 입자로 응집시키는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 피막 형성을 양호하게 행하기 위해서, 기재에의 충돌시에 알루미늄이나 미립자가 용이하게 분쇄하도록, 볼 밀, 제트 밀 등의 분쇄기를 이용하여 크랙을 미리 형성해 두는 것이 바람직하다.

AD법에서는, 용사법과 달리 고온 처리가 불필요하기 때문에, 고온에 노출되는 것에 의한 원료 세라믹스의 상태변화에 의한 절연성의 저하를 초래하는 경우도 없다. 예를 들면, 절연성이 뛰어난 α알루미나를 이용해도 용사법에서는 γ알루미나로 상태 변화하여 절연성이 저하하기 때문에, 막두께를 증가시킬 필요가 있지만, AD법으로 α알루미나를 이용하면 절연성이 높은 α알루미나인 채로 성막할 수 있으므로, 절연성이 높은 세라믹스층을 얻을 수 있다.

또한, 내륜 표면 및 외륜 표면을, 상기의 AD법에 의한 세라믹스층으로 피복된 베어링은, PTFE 수지의 피막과 비교해서 경도가 높기 때문에, 내하중성, 내마모성이 높다. 또한, PPS 단체 베어링과 비교할 경우, 탄성률이 높기 때문에, 내하중성이 뛰어나다.

본 발명의 롤링 베어링의 제조 방법은, 상기 롤링 베어링의 내륜 및 외륜의 소정의 표면에 AD법에 의해 세라믹스 피막을 형성하는 공정을 포함한다.

AD법에 의한 세라믹스 피막의 형성 방법으로서는, 롤링 베어링을 고정하고 에어로졸 분사 노즐을 이동시켜 피막을 형성하는 방법, 또는, 에어로졸 분사 노즐을 고정하고 롤링 베어링을 이동시켜 피막을 형성하는 방법의 어느 것이나 채용할 수 있다.

이들 방법 중에서, 에어로졸을 안정적인 상태로 내뿜을 수 있고, 위치 결정용 XY 테이블 및 대상물 회전용 모터를 병용하여, 베어링의 내륜 또는 외륜을 회전시키면서 축방향으로 이동시킴으로써, 세라믹스 피막을 용이하게 겹쳐 발라 형성할 수 있기 때문에, 후자의 방법을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서의 AD법을 도 5에 기초하여 설명한다. 도 5는 AD법에 의한 세라믹스 피막 형성 장치를 도시한 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, AD법에 의한 세라믹스 피막 형성 장치(9)는 진공 챔버(10)를 가진다. 진공 챔버(10) 내에는, 세라믹스 피막 형성 대상인 롤링 베어링의 외륜 또는 내륜(12)과, 에어로졸 분사 노즐(17)이 배치되어 있다. 에어로졸 분사 노즐(17)에는 에어로졸 발생 장치(16)로부터 에어로졸이 공급된다. 진공 챔버(10)의 내부는 진공 펌프(11)에 의해서 감압된다. 세라믹스 미립자의 혼입을 방지하기 위해서, 진공 펌프(11)의 직전에 미립자 필터(18)가 설치되어 있다. 외륜 또는 내륜(12)는, 진공 챔버(10) 내에 있어서, 대상물 회전용 모터(14)에 의해 회전되고(도면내에서 A), 위치 결정용 XY테이블(13)에 의해 축방향으로 이동된다(도면내에서 B).

에어로졸 분사 노즐(17)은, 세라믹스 미립자를, 장방형 등의 개구부를 가진 노즐 선단으로부터, 내륜 내주면 및 외륜 외주면으로부터 선택된 적어도 하나의 주면에 분사하는 것이다. 한편, 에어로졸 분사 노즐(17)은, 1개여도 좋고 복수개여도 좋다. 또한, 에어로졸 분사 노즐(17)은, 진공 챔버(10) 내에서, 변위가 가능하도록 구성해도 좋다.

에어로졸의 반송 가스로서는, 불활성 가스를 사용하고, 가스 공급 설비(15)로부터 에어로졸 발생 장치(16)에 공급되고 있다. 사용 가능한 불활성 가스로서는, 아르곤, 질소, 헬륨 등을 들 수 있다.

고정한 에어로졸 분사 노즐(17)로부터, 대상물 회전용 모터(14)에 의해 소정 회전수로 회전하고 있는 외륜 또는 내륜(12)에, 세라믹스 미립자를 원료로 하는 에어로졸이 분사되고, 외륜의 외주면 또는 내륜의 내주면에 세라믹스 피막을 겹쳐 발라 형성된다. 동시에, 위치 결정용 XY 테이블(13)에 의해 외륜 또는 내륜(12)을 축방향으로 이동시킴으로써, 각 주면의 축방향에도 균일하게 피막이 형성된다.

피막 형성은, 피막 두께가 4㎛정도가 될 때까지 행하는 것이 바람직하다. 피막 두께는 베어링의 용도에 따라서 다르지만, 4㎛∼200㎛인 것이 바람직하다. 4㎛미만이면 충분한 절연 저항을 얻을 수 없고, 200㎛를 넘으면 제조 비용이 비싸진다.

도 1은 본 발명의 롤링 베어링의 하나의 실시예를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 롤링 베어링의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 롤링 베어링의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 롤링 베어링의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

도 5는 AD법에 의한 세라믹스 피막 형성 장치를 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 내륜 2 : 외륜

3 : 유지기 4 : 전동체

5 : 하우징 6 : 축

7 : 세라믹스 피막 8 : 시일 부재

9 : 세라믹스 피막 형성 장치 10 : 진공 챔버

11 : 진공 펌프 12 : 외륜 또는 내륜

13 : 위치 결정용 XY테이블 14 : 대상물 회전용 모터

15 : 가스 공급 설비 16 : 에어로졸 발생 장치

17 : 에어로졸 분사 노즐 18 : 미립자 필터

실시예 1

도 1에 도시한 절연 롤링 베어링을 작성하여 시험용 베어링(NU214, 외륜 외 경: Φ125㎜, 외륜폭: 24㎜)으로 했다. 여기서, 외륜(2)의 외주면(2a)에, 알루미나 미립자로 이루어진 피막(7)을 AD법에 의해 형성했다. AD법은, 위치 결정용 XY 테이블 및 대상물 회전용 모터를 병용한 베어링 구동장치를 이용하여, 주속 6㎜/분으로 회전하면서 축방향으로 이동하는 외륜 외주면에, 100㎩이하의 감압하에서, 개구 사이즈 5㎜×0.3㎜의 노즐을 통과하여 알루미나 미립자의 에어로졸을 분사하여 피막을 형성했다. 피막 형성은, 피막 두께가 4㎛가 될 때까지 행했다.

알루미나 미립자는, 다이메이 화학공업사 제품:타이미크론 TM-DAR를 이용하여 평균 입자 지름 0.16㎛이고, 10㎩이하의 감압하에서, 가열 건조 처리하여 사용했다. 한편, 반송 가스로는 헬륨을 이용하고, 입자 속도는 반송 가스 유량으로 제어했다.

얻어진 시험용 베어링은, 외륜 내주면과 외륜 외주면의 사이에서, 소정의 절연 저항(10MΩ이상/500V 부하시)이 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 2

도 2에 도시한 절연 롤링 베어링을 작성하여 시험용 베어링으로 했다. 여기서, 내륜(1)의 내주면(1a)에, 알루미나 미립자로 이루어진 피막(7)을 AD법에 의해 형성했다. AD법은, 위치 결정용 XY 테이블 및 대상물 회전용 모터를 병용한 베어링 구동장치를 이용하여, 주속 6㎜/분으로 회전하면서 축방향으로 이동하는 내륜 내주면에, 100㎩이하의 감압하에서, 개구 사이즈 5㎜×0.3㎜의 노즐을 통과하여 알루미나 미립자의 에어로졸을 분사하여 피막을 형성했다. 피막 형성은, 피막 두께가 4㎛가 될 때까지 행했다.

알루미나 미립자는, 실시예 1과 동일한 것을 이용했다. 얻어진 시험용 베어링은, 외륜 내주면과 외륜 외주면의 사이에서, 소정의 절연 저항(10MΩ이상/500V 부하시)이 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 3

도 3에 도시한 절연 롤링 베어링을 작성하여 시험용 베어링으로 했다. 여기서, 외륜(2)의 외주면(2a), 및, 내륜(1)의 내주면(1a)에 알루미나 미립자로 이루어진 피막(7)을 AD법에 의해 형성했다. AD법은, 위치 결정용 XY 테이블 및 대상물 회전용 모터를 병용한 베어링 구동장치를 이용하여, 주속 6㎜/분으로 회전하면서 축방향으로 이동하는 외륜 외주면에, 100㎩이하의 감압하에서, 개구 사이즈 5㎜×0.3㎜의 노즐을 통과하여 알루미나 미립자의 에어로졸을 분사하여 피막을 형성했다. 피막 형성은, 피막 두께가 4㎛가 될 때까지 행했다. 마찬가지로 내륜 내주면에도 피막을 형성했다.

실시예 4

도 4에 도시한 내식ㆍ내약품용 롤링 베어링을 작성하여 시험용 베어링으로 했다. 여기서, 내륜(1)의 접촉 표면(1a) 및 외륜(2)의 접촉 표면(2a)에, 알루미나 미립자로 이루어진 피막을 AD법에 의해 형성했다. AD법은, 위치 결정용 XY테이블 및 대상물 회전용 모터를 병용한 베어링 구동장치를 이용하고, 주속 6㎜/분으로 회 전하면서 축방향으로 이동하는, 내륜(1)의 접촉 표면(1a) 및 외륜(2)의 접촉 표면 (2a)에, 100㎩이하의 감압하에서, 개구 사이즈 5㎜×0.3㎜의 노즐을 통해 알루미나 미립자의 에어로졸을 분사하여 피막을 형성했다. 피막 형성은, 피막 두께가 4㎛가 될 때까지 행했다.

알루미나 미립자는, 다이메이 화학공업사 제품:타이미크론 TM-DAR를 이용하여 평균 입자 지름 0.16㎛로, 10㎩이하의 감압하에서, 가열 건조 처리하여 사용했다. 한편 반송 가스로는 헬륨을 이용하고, 입자 속도는 반송 가스 유량으로 제어했다.

얻어진 시험용 베어링을, 약액 중에 침지하여, 회전수 2000rpm으로 20시간 회전시켰다. 약액은 수산화나트륨 및 황산의 각 20중량% 수용액의 2종류에 대하여 시험을 행했다. 시험 후에 있어서, 베어링의 약액 접촉 표면을 시각적으로 확인한 결과, 어느 약액의 경우에도 침식이나 손상 등은 인정되지 않고, 피막이 매우 얇은데도(4㎛) 불구하고 뛰어난 내식ㆍ내약품성을 나타냈다.

본 발명의 롤링 베어링은, 내륜 내주면 및 외륜 외주면으로부터 선택된 적어도 하나의 주면에, 피막 표면과 궤도륜 소지를 연통하는 경우가 없는 치밀한 세라믹스 피막을 AD법에 의해 형성하므로, 높은 절연 성능을 유지할 수 있다. 이 때문에, 범용 모터, 발전기용 제네레이터, 철도 차량의 주전동기 등, 주로 베어링 내부를 전류가 흐르는 구조의 각종 산업 기계에 이용되는 전해 부식 방지 롤링 베어링, 절연 롤링 베어링으로서 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 내륜 및 외륜의 적어도 부식성 물질과 접촉하는 표면에 상기 세라믹스 피막을 형성했으므로, 높은 내식ㆍ내약품성을 유지할 수 있다. 이 때문에, 화학 플랜트 등으로 이용되는, 각종의 산이나 알칼리 등의 약품에 접촉하는 것에 의해 금속이 부식하기 쉬운 환경에서 사용 가능한 내식ㆍ내약품용 롤링 베어링으로서 적합하게 이용할 수 있다.

Claims

내륜, 외륜, 및 이들 내외륜의 궤도면 사이에 개재한 복수의 전동체를 구비하여 이루어지고, 상기 내륜의 내주면 및 상기 외륜의 외주면으로부터 선택된 적어도 하나의 주면에 세라믹스 피막을 가진 롤링 베어링으로서,

상기 세라믹스 피막은, 에어로졸 디포지션법에 의해 형성되는 피막인 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
제 1 항에 있어서, 상기 내륜의 내주면을 포함한 표면 및 상기 외륜의 외주면을 포함한 표면의 적어도 부식성 물질과 접촉하는 표면에 상기 세라믹스 피막을 가지며, 상기 내륜 및 외륜의 축방향 양단 개구부에 시일 부재를 설치하여 이루어진 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
제 2 항에 있어서, 상기 내륜 및 외륜과 상기 시일 부재가 접촉하는 부위에 상기 세라믹스 피막을 가진 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
제 1 항에 있어서, 상기 세라믹스 피막은, 알루미나 미립자를 에어로졸 원료로서 사용한 피막인 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
제 4 항에 있어서, 상기 알루미나 미립자의 평균 입자 지름은, 0.01㎛∼2㎛ 인 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
제 4 항에 있어서, 상기 세라믹스 피막의 피막 두께는, 4㎛∼200㎛인 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
내륜, 외륜, 및 이들 내외륜의 궤도면 사이에 개재하는 복수의 전동체를 구비하여 이루어지는 롤링 베어링의 제조 방법으로서,

상기 내륜의 내주면 및 상기 외륜의 외주면으로부터 선택된 적어도 하나의 주면에 에어로졸 디포지션법에 의해 세라믹스 피막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제 1 항에 따른 롤링 베어링의 제조 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 에어로졸 디포지션법에 의한 세라믹스 피막의 형성은, 에어로졸 분사 노즐을 고정하고, 상기 외륜 또는 상기 내륜을, 대상물 회전용 모터를 이용하여 회전시키면서, 위치 결정용 XY테이블을 이용하여 축방향으로 이동시켜 행하는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링의 제조 방법.