KR20110036841A

KR20110036841A - 구름 베어링 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20110036841A
Application number: KR1020117004153A
Authority: KR
Inventors: 츠요시 나카이; 게이지 야스나가; 도모히로 모토다; 유이치 엔도; 마모루 아오키; 고지 우에다; 가츠노리 야나세; 사토루 와타나베; 히로시 이시와다; 니시제키; 노리카즈 기타가와
Original assignee: 닛본 세이고 가부시끼가이샤
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2011-04-11
Also published as: JPWO2010134602A1; US20110152138A1; JP5601320B2; WO2010134602A1; CN102138016A; KR101233869B1; JP2014224608A; CN102138016B

Abstract

전식 방지 효과가 우수하고, 또한, 윤활제의 사용량을 적게 하거나, 저점도의 윤활제를 사용하여 베어링의 저토크화를 도모하는 것이 요구되는 용도에 바람직하며, 음향 특성이나 내구성이 우수한 구름 베어링을 제공하기 위해서 본 발명은, 전동체를, 알루미나 성분과, 지르코니아 성분 또는 잇트리아를 1.5 ∼ 5 몰％ 함유하는 잇트리아-지르코니아 성분을, 질량비로, 알루미나 성분 : 지르코니아 성분 또는 잇트리아-지르코니아 성분 = 5 ∼ 50 : 50 ∼ 95 로 함유하는 알루미나-지르코니아계 복합 재료제로 한다.

Description

구름 베어링 및 그 제조 방법{ROLLING BEARING AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은, 예를 들어 에어컨 팬 모터나 콤프레서 등의 인버터 제어되는 모터용, HDD 의 스윙 아암 지지용 피봇 아암, 서보 모터나 스테핑 모터 등의 요동 운동하는 모터용으로서 바람직한 구름 베어링에 관한 것이다.

에어컨 팬 모터나 냉장고의 콤프레서 등의 모터는, 에너지 절약화를 위해서 인버터 제어되고 있는 것이 많다. 그러나, 인버터 회로로부터 고주파의 전류가 발생하여 모터 내의 베어링의 내외륜이나 전동체 (轉動體) 로도 흘러들어 오는 경우가 있어, 그것에 의해 전동면 (레이스면) 에 전식 (電食) 이 발생하는 경우가 있다.

전식을 방지하기 위해서 여러 가지 제안이 이루어져 있고, 예를 들어, 궤도륜의 궤도면에 합성 수지나 열가소성 엘라스토머, 합성 고무, 세라믹스로 이루어지는 절연층을 형성하는 것이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조). 또한, 세라믹스제 전동체를 사용한 구름 베어링을 사용하는 것으로도 전식을 방지할 수 있지만, 세라믹스로서 일반적인 질화규소제 전동체를 사용한 구름 베어링에서는, 음향 특성 및 토크 성능에 개선의 여지가 있다. 즉, 질화규소제 전동체의 표면은 본래부터 기름의 젖음성이 나쁘기 때문에, 구름 베어링의 토크를 낮게 하기 위해서 저점도의 윤활제를 사용하면, 전동체의 표면에 형성되는 유막이 지나치게 얇아 유막 끊김을 일으키기 쉬워진다.

그 때문에, 저점도의 윤활제를 사용하면, 질화규소보다 경도가 낮은 베어링강으로 만든 궤도면에 손상이 생기기 쉬워진다. 따라서, 윤활제의 공급을 정기적으로 실시하는 등의 메인터넌스를 실시하지 않으면, 질화규소제 전동체를 사용한 구름 베어링은, 고속으로 되면 내외륜을 형성하는 강과 전동체를 이루는 질화규소에 선팽창계수의 차에 의해 예압이 빠지고, 간극이 생길 가능성이 있다 (특허문헌 2).

또한, 세라믹스로서 지르코니아도 사용되고 있다. 지르코니아는 선팽창계수가 베어링을 구성하는 강에 가깝고, 구름 베어링에 예압 빠짐이 잘 생기지 않는 이점이 있다. 또한, MgO 나 CaO, Y₂O₃, CeO₂ 등의 안정화제를 분산시킨 지르코니아는 고강도, 고인성 (高靭性) 이기 때문에 (비특허문헌 1), 구름 베어링의 장기 수명화도 가능하다. 그리고, 지르코니아의 고강도, 고인성을 살려 저렴하게 하기 위해서 알루미나를 첨가하고, 지르코니아-잇트리아 : 알루미나 = 100 : 1 ∼ 60 : 40 으로 첨가하는 것도 행해지고 있다 (특허문헌 3). 그러나, 저점도의 윤활제를 사용했을 때에 질화규소와 같이 유막 끊김을 일으키는 경우가 있고, 나아가서는 윤활제로서 극성을 갖는 에스테르계 윤활유를 사용한 경우에는 전동체의 마모가 가속되는 경향이 있다.

일본 공개특허공보 평07-310748호 일본 공개특허공보 2002-139048호 일본 공개특허공보 2002-106570호

소우미야 시게유키, 요시무라 마사히로 편, 지르코니아 세라믹스 9, 우치다 로가쿠호, p 47 ∼ 69 및 p 73 ∼ 79

그래서 본 발명은, 전식 방지 효과가 우수하고, 또한, 윤활제의 사용량을 적게 하거나, 저점도의 윤활제를 사용하여 베어링의 저토크화를 도모하는 것이 요구되는 용도에 바람직하며, 음향 특성이나 내구성이 우수한 구름 베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명은, 하기 구름 베어링 및 그 제조 방법을 제공한다.

(1) 적어도 내륜, 외륜, 전동체 및 유지기를 구비하는 구름 베어링에 있어서,

상기 전동체가, 알루미나 성분과, 지르코니아 성분 또는 잇트리아를 1.5 ∼ 5 몰％ 함유하는 잇트리아-지르코니아 성분을, 질량비로, 알루미나 성분 : 지르코니아 성분 또는 잇트리아-지르코니아 성분 = 5 ∼ 50 : 50 ∼ 95 로 함유하는 알루미나-지르코니아계 복합 재료제인 것을 특징으로 하는 구름 베어링.

(2) 전동체에 있어서의 알루미나 입자, 지르코니아 입자 또는 잇트리아-지르코니아 입자가, 어느 것이나 평균 입경 2 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 에 기재된 구름 베어링.

(3) 전동체 중의 SiO₂, Na₂O 및 Fe₂O₃의 각 함유량이 어느 것이나 0.3 질량％ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2) 에 기재된 구름 베어링.

(4) 전동체의 표면에 있어서, 10 ∼ 30 ㎛ 의 지르코니아 괴(塊) 또는 잇트리아-지르코니아 괴의 개수가 5 개/300 ㎟ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 (1) ∼ (3) 중 어느 1 항에 기재된 구름 베어링.

(5) 전동체의 영률이 215 ∼ 280 GPa 인 것을 특징으로 하는 상기 (1) ∼ (4) 중 어느 1 항에 기재된 구름 베어링.

(6) 전동체의 밀도가 4.5 ∼ 6 g/㎤ 인 것을 특징으로 하는 상기 (1) ∼ (5) 중 어느 1 항에 기재된 구름 베어링.

(7) 유지기가 합성 수지 조성물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 (1) ∼ (6) 중 어느 1 항에 기재된 구름 베어링.

(8) 내륜 및 외륜의 적어도 일방이 침탄질화 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1) ∼ (7) 중 어느 1 항에 기재된 구름 베어링.

(9) 40 ℃ 에 있어서의 동점도 (動粘度) 가 80 ㎟/s 이하인 에스테르유, 또는 그 에스테르유를 기유 (基油) 로 하는 그리스 (grease) 를 베어링 공간의 20 체적％ 이하가 되도록 봉입한 것을 특징으로 하는 상기 (1) ∼ (8) 중 어느 1 항에 기재된 구름 베어링.

(10) 40 ℃ 에 있어서의 동점도가 80 ㎟/s 이하이고, 분자 중에 극성기를 갖지 않는 무극성 윤활유, 또는 그 무극성 윤활유를 기유로 하는 그리스를 베어링 공간의 20 체적％ 이하가 되도록 봉입한 것을 특징으로 하는 상기 (1) ∼ (8) 중 어느 1 항에 기재된 구름 베어링.

(11) 적어도 내륜, 외륜, 전동체 및 유지기를 구비하는 구름 베어링의 제조 방법에 있어서,

알루미나 원료 분말과, 지르코니아 원료 분말 또는 잇트리아를 1.5 ∼ 5 몰％ 함유하는 잇트리아-지르코니아 원료 분말을, 질량비로, 알루미나 원료 분말 : 지르코니아 원료 분말 또는 잇트리아-지르코니아 원료 분말 = 5 ∼ 50 : 50 ∼ 95 의 비율로 혼합하여, 전동체의 형상으로 성형한 후, 성형물을 소결하여 전동체를 제작하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 제조 방법.

(12) 알루미나 원료 분말과, 지르코니아 원료 분말 또는 잇트리아-지르코니아 원료 분말을, φ1 ㎜ 이하의 지르코니아계 비드와 함께 비드밀 혼합기에 투입하여 분쇄 혼합하는 것을 특징으로 하는 상기 (11) 에 기재된 구름 베어링의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 질화규소제 전동체를 사용한 구름 베어링과 동등한 전식 방지 효과를 가짐과 함께, 저점도이고 소량의 윤활제로 충분한 윤활성을 확보할 수 있으며, 저토크가 요구되는 용도에 바람직하고, 음향 특성이나 내구성이 우수한 구름 베어링이 제공된다.

도 1 은 본 발명에 관련된 구름 베어링의 일 실시형태인 볼 베어링을 나타내는 단면도이다.
도 2 는 비드밀 혼합기의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 3 은 시험 4 에서 얻어진, SUJ2 제 볼 시험편을 사용한 경우의 마찰계수의 시간 경과에 따른 변화를 나타내는 차트이다.
도 4 는 시험 4 에서 얻어진, SUJ2 제 볼 시험편을 사용한 경우의 디스크 시험편의 비마모량을 나타내는 그래프이다.
도 5 는 시험 4 에서 얻어진, 알루미나-지르코니아계 복합 재료제 볼 시험편을 사용한 경우의 마찰계수의 시간 경과에 따른 변화를 나타내는 차트이다.
도 6 은 시험 4 에서 얻어진, 알루미나-지르코니아계 복합 재료제 볼 시험편을 사용한 경우의 디스크 시험편의 비마모량을 나타내는 그래프이다.
도 7 은 시험 4 에서 얻어진, 알루미나-지르코니아계 복합 재료제 볼 시험편의 표면 상태의 시간 경과에 따른 변화를 측정한 차트이다.
도 8 은 시험 4 에서 얻어진, 알루미나-지르코니아계 복합 재료제 볼 시험편의 표면 상태의 시간 경과에 따른 변화를 측정한 차트이다.
도 9 는 시험 4 에서 얻어진, 비마모량의 비를 나타내는 그래프이다.
도 10 은 시험 5 에 있어서의 스러스트 시험법을 설명하는 모식도이다.
도 11 은 시험 5 에서 얻어진, 알루미나 성분과 지르코니아 성분의 비율과 수명비와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12 는 시험 6 에서 얻어진, 산화철의 함유량과 수명과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13 은 시험 6 에서 얻어진, 산화철의 함유량과 진동값과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14 는 시험 7 에서 얻어진, 평균 입경과 수명과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15 는 시험 8 에서 얻어진, 지르코니아 괴의 장경 치수와 수명과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16 은 시험 9 에서 얻어진, 전동체 표면에 있어서의 여러 가지 크기의 지르코니아 괴의 개수를 구한 그래프이다.
도 17 은 시험 9 에서 얻어진, 300 ㎟ 당 10 ∼ 30 ㎛ 의 지르코니아 괴의 수와 수명과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18 은 시험 10 에서 얻어진, 300 ㎟ 당 10 ∼ 30 ㎛ 의 지르코니아 괴의 수와 수명의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 19 는 시험 11 에서 얻어진, 볼 시험편 B 를 사용한 베어링의 수명 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 20 은 시험 11 에서 얻어진, 볼 시험편 A 의 내부 조직을 촬영한 SEM 사진 (A) 및 볼 시험편 B 의 내부 조직을 촬영한 SEM 사진 (B) 이다.

이하, 본 발명에 관해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 구름 베어링은, 예를 들어, 에어컨 팬 모터나 콤프레서 등의 인버터 제어되는 모터용, HDD 의 스윙 아암 지지용 피봇 아암, 서보 모터나 스테핑 모터 등의 요동 운동하는 모터에 사용되는 것이면, 구름 베어링의 구조에 제한은 없고, 도 1 에 단면도로 나타내는 바와 같은 볼 베어링을 예시할 수 있다.

도시되는 볼 베어링은, 내륜 (1) 의 외주면에 형성된 내륜 궤도면 (1a) 과 외륜 (2) 의 내주면에 형성된 외륜 궤도면 (2a) 사이에 복수 개의 전동체인 볼 (3) 을 유지기 (4) 로 유지하고, 시일 (5) 에 의해, 내륜 (1) 과 외륜 (2) 과 볼 (3) 에 의해 형성되는 베어링 공간 (6) 에 충전한 윤활제 (G) 를 밀봉하여 개략 구성되어 있다. 한편, 부호 2b 는, 외륜 (2) 에 형성한 시일 끼워맞춤홈이다. 본 발명에서는, 내륜 (1) 과 외륜 (2) 을 SUJ2 강, SUS 강, 13Cr 강 등의 금속제로 하고, 볼 (3) 을 알루미나 성분과, 지르코니아 성분 또는 잇트리아-지르코니아 성분을 함유하는 알루미나-지르코니아계 복합 재료로 형성한다. 이와 같이 내륜 (1) 이나 외륜 (2) 과 볼 (3) 을 이종 재료의 조합으로 함으로써, 저토크화를 위해서 윤활제 (G) 의 양을 저감하거나, 저점도의 윤활제 (G) 를 사용한 경우에도 내륜 (1) 과 볼 (3), 외륜 (2) 과 볼 (3) 의 응착을 방지할 수 있다. 또한, 볼 (3) 이 전기 절연성의 알루미나-지르코니아계 복합 재료이기 때문에, 전식을 방지할 수도 있다.

베어링 재료로서 일반적인 세라믹 재료인 질화규소는, 침상 결정이 서로 얽힌 미세결정으로, 그 입경은 최대 직경으로 30 ∼ 50 ㎛ 이고, 애스펙트비 2 정도이다. 이에 대하여 알루미나-지르코니아계 복합 재료는, 알루미나 성분과, 지르코니아 성분 또는 잇트리아-지르코니아 성분을 하기 비율로 함유하고, 소결하여 얻어지는 알루미나의 소결 입자 (이하, 알루미나 소결 입자), 지르코니아의 소결 입자 (이하, 지르코니아 소결 입자) 또는 잇트리아-지르코니아의 소결 입자 (이하, 잇트리아-지르코니아 소결 입자) 는, 어느 것이나 평균 입경이 2 ㎛ 이하인 미세한 대략 구형상물이다. 그 때문에, 장시간 베어링을 가동하면, 볼 (3) 표면의 결정립이 마모·탈락되기 때문에, 표면의 요철은, 입경이 큰 질화규소가 입경이 작은 알루미나-지르코니아계 복합 재료보다 커져, 궤도면 (1a, 2a) 의 손상이 심해지는 경향이 있다.

한편, 알루미나 성분과, 지르코니아 성분 또는 잇트리아-지르코니아 성분과의 비율은, 질량비로, 알루미나 성분 : 지르코니아 성분 또는 잇트리아-지르코니아 성분 = 5 ∼ 50 : 50 ∼ 95 인 것이 바람직하고, 10 ∼ 30 : 70 ∼ 90 인 것이 보다 바람직하고, 20 : 80 인 것이 가장 바람직하다.

또한, 소결에서부터 실온까지 냉각될 때의 체적 수축의 차이로부터 알루미나 소결 입자는 압축되고, 지르코니아 소결 입자나 잇트리아-지르코니아 소결 입자는 인장 응력이 부여되어, 잔류 응력의 분포의 차이로부터 균열이 우회하여 진전된다. 나아가, 균열은 강도가 약한 알루미나 소결 입자를 진전하는데, 지르코니아 소결 입자나 잇트리아-지르코니아 소결 입자의 상전이 (정방정 → 단사정) 에 의한 알루미나 입자로의 압축 응력이 부하되어, 균열 진전이 방지된다.

특히, 지르코니아 성분 또는 잇트리아-지르코니아 성분이 70 질량％ 미만에서는, 상전이에 의한 알루미나 소결 입자로의 압축 응력 부하의 효과가 발현되기 어려워, 강도가 저하된다. 또한, 지르코니아 성분 또는 잇트리아-지르코니아 성분이 90 질량％ 를 초과하면, 입자 성장·응집이 일어나기 쉬워져, 이상 성장한 지르코니아 소결 입자나 잇트리아-지르코니아 소결 입자에 의해 강도가 저하된다.

또, 잇트리아-지르코니아 성분에 있어서, 잇트리아를 1.5 몰％ 이상 5 몰％ 이하의 비율로 함유하고, 잇트리아의 함유량은 3 몰％ 인 것이 보다 바람직하다. 지르코니아에 잇트리아를 첨가하여 고용시키면, 구조 중에 산소 공공 (空孔) 이 형성되어, 입방정 및 정방정이 실온에서도 안정 또는 준안정이 되어 강도가 향상되는데, 그 때의 지르코니아 중의 잇트리아 함유량의 적정량이 1.5 ∼ 5 몰％ 이다. 잇트리아 함유량이 1.5 몰％ 미만에서는 정방정으로 이루어지는 소결체가 얻어지지 않고, 5 몰％ 이상에서는 정방정이 감소하고 입방정이 주체가 되기 때문에, 전이에 의한 고강도화가 얻어지지 않는다.

볼 (3) 을 제작하기 위해서는, 알루미나 원료 분말과, 지르코니아 원료 분말 또는 잇트리아-지르코니아 원료 분말을 각각 상기 성분비가 되도록 혼합하고, 혼합물을 구형으로 성형한 후, 성형물을 탈지시키고 소결하여, HIP 처리하면 된다. 그 때, 보다 치밀하게 하기 위해서 각 원료 분말에 함유되는 불순물은 적은 쪽이 바람직하며, 특히 SiO₂, Fe₂O₃, Na₂O 를 최대한 감소시킴으로써, 소결성을 향상시켜 치밀화에 유효하게 된다. 그리고, 불순물에서 기인하는 조기 박리도 억제할 수 있다. 구체적으로는, SiO₂, Fe₂O₃, Na₂O 의 함유량은 각각 0.3 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 질량％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.02 질량％ 이하이다. 함유량이 0.3 질량％ 를 초과하면 운전시에 전동체 표면으로부터 입자의 미소한 탈락이 일어나기 쉬워져, 전동체 표면의 거칠기 저하, 탈락된 입자에 의한 궤도면의 미세한 손상이 발생하여, 진동이 커지고 음향 수명을 짧게 할 우려가 있다. 또한, 전동체의 피로 수명도 불순물이 기점이 되어 조기 박리를 야기하는 원인으로도 된다.

한편, 성형 방법은 압축 성형이 일반적이고, 소결 후에 소재 (素材) (미가공 구) 를 연삭, 연마하여 소정의 구형상으로 조정한다. 또한, HIP 처리는 통상적인 조건에서 실시할 수 있다.

또한, 알루미나 원료 분말과, 지르코니아 원료 분말 또는 잇트리아-지르코니아 원료 분말이 균일하게 혼합되지 않고, 각각의 소결 입자가 편석되면, 전동 피로 수명이 저하되게 된다. 특히, 100 ㎛ 를 초과하는 소결 입자가 존재하면 현저해진다. 편석을 방지하는 방법으로서 균일하게 혼합하는 것 뿐만 아니라, 강하게 분쇄하는 기능을 가진 혼합을 실시할 필요가 있어, 볼밀 혼합기도 가능한데, 분쇄 미디어가 φ1 ㎜ 이하인 지르코니아계 비드를 사용한 비드밀 혼합기가 가장 유효하다. 도 2 는 비드밀 혼합기의 일례를 나타내는 모식도로, 중앙에 교반 날개를 배치한 용기에, 알루미나 원료 분말과, 지르코니아 원료 분말 또는 잇트리아-지르코니아 원료 분말과, 물 또는 알코올을 비드와 함께 투입하고, 교반 날개를 회전시킴으로써, 분쇄·혼합시킨다. 한편, 회전 속도는 최대로 3,000 rpm 까지 가능하고, 혼합 중에는 용기 안에 냉각용수를 유통시킨다. 이에 대하여 볼밀 혼합기에서는, 분쇄 미디어가 φ10 ㎜ 이상이고, 또한 구조상, 회전 속도는 400 ∼ 1,000 rpm 정도로, 분쇄 효율은 비드밀 혼합기쪽이 훨씬 높다.

볼 (3) 에 있어서의 알루미나 소결 입자, 지르코니아 소결 입자 또는 잇트리아-지르코니아 소결 입자는, 어느 것이나 평균 입경 2 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 1 ㎛ 이하가 보다 바람직하다. 통상적으로 입자의 소결을 실시하면 어느 정도 성장하여, 일본 특허공보 제3910310호에 기재되어 있는 바와 같이 10 ㎛ 이상의 입자가 존재하면 수명에 악영향을 미치게 되지만, 복합화시킴으로써 입자 성장·응집이 억제되는 효과가 발현되고 입경은 단일체인 것보다 작아진다.

또한, 볼 (3) 의 표면에 있어서, 지르코니아 괴 또는 잇트리아-지르코니아 괴가 적은 것이 바람직하고, 10 ∼ 30 ㎛ 의 지르코니아 괴 또는 잇트리아-지르코니아 괴가 5 개/300 ㎟ 이하인 것이 보다 바람직하며, 3 개/300 ㎟ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 지르코니아 괴 또는 잇트리아-지르코니아 괴가 기점이 되어 박리되어, 전동 수명을 저하시킨다. 특히, 100 ㎛ 레벨의 덩어리가 존재하면 전동 수명의 저하가 현저해진다. 한편, 괴는 단면이 원형이 아니기 때문에, 괴의 크기는 장경부의 길이로 한다.

상기한 바와 같이 소결 입자를 평균 입경 2 ㎛ 이하의 미립자로 하고, 표면의 지르코니아 괴 또는 잇트리아-지르코니아 괴를 적게 하기 위해서는, 상기한 바와 같이 불순물이 적은 원료 분말을 사용하여, 비드밀 혼합기로 혼합하면 된다.

윤활제 (G) 는, 윤활유여도 되고, 윤활유를 기유로 하는 그리스여도 된다. 또한, 윤활유 또는 기유도, 광유나 탄화수소유와 같이 극성기를 갖지 않는 무극성유여도 되고, 에스테르유와 같이 극성기를 갖는 극성유여도 된다. 예를 들어, 무극성유인 폴리α-올레핀유는 산화 안정성이 우수하고, 내프레팅(fretting)성을 가지며, 또한 시일 (5) 의 부식을 억제하는 작용이 있다. 한편, 극성유인 에스테르유는 윤활 성능이나 내열성이 우수하기 때문에, 고속 회전용의 구름 베어링에 적합하다. 예를 들어, 모터용으로 사용되는 그리스 조성물에서는, 에스테르유를 기유로 한 경우에는 증장제에는 금속 비누를 사용하고, 폴리α-올레핀유를 기유로 한 경우에는 우레아 화합물을 증장제에 사용하는 것이 일반적이지만, 음향 성능에서는 금속 비누가 우레아 화합물보다 우수하여, 음향 성능을 중시하는 경우에는 기유로 에스테르유가 사용된다.

또한, 저토크를 실현하기 위해서, 윤활유 또는 기유는 저점도인 것이 바람직하여, 40 ℃ 에 있어서의 동점도가 80 ㎟/s 이하인 것을 사용할 수 있다. 볼 (3) 의 표면은, 재료에서 유래하여 극성 물질의 흡착력이 크다. 그 때문에, 윤활유 또는 기유로 극성유를 사용함으로써, 보다 저점도의 것을 사용할 수 있다.

단, 알루미나-지르코니아계 복합 재료는, 고온 안정상(相)인 정방정 (t-ZrO₂) 을 실온에서 준안정화시킨 것으로, 고인성나 고강도를 갖는 사실이 알려져 있다. 이것은, 균열 선단에서의 t-ZrO₂로부터 저온 안정상인 단사정 (m-ZrO₂) 으로의 응력 유기 (誘起) 마르텐사이트형 상전이시의 체적 팽창에 의해, 크랙의 진전이 방해되기 때문인 것으로 생각되고 있다. 그러나, 알루미나-지르코니아계 복합 재료는, 공기 중에서 200 ℃ 부근의 고온에 장시간 노출되면, 강도의 열화가 생긴다는 문제가 알려져 있다. 이는, 지르코니아와 물의 화학 반응에 의해 Zr-O-Zr 결합이 절단되고, t-ZrO₂의 응력 부식 반응에 의해서 상전이가 촉진되어, 그것에 따른 체적 팽창에 의해 미소한 크랙이 생성되기 때문인 것으로 생각되고 있다. 또한, 이 현상은, 물뿐만 아니라, 암모니아 등의 극성을 갖는 용매에 의해 가속되는 것이 알려져 있다 (비특허문헌 1 을 참조). 그 때문에, 국소적으로 고온, 고압이 되는 마찰 환경하에서는, 극성을 갖는 기름 분자의 표면에 대한 흡착은 상전이를 촉진시켜 표면 강도를 저하시켜서, 볼 (3) 의 표면을 용이하게 마모시킨다.

이와 같이, 알루미나-지르코니아계 복합 재료로 이루어지는 볼 (3) 에서는, 극성 분자의 표면에 대한 흡착은 윤활 효과와 마모 촉진 효과의 양면성을 가지고 있어, 고온·고압하에서 사용되는 경우에는, 무극성유를 사용하는 것이 바람직하다.

또, 저토크화를 위해서는 윤활제 (G) 의 충전량도 적은 것이 바람직하여, 베어링 공간 (6) 의 20 체적％ 이하여도 충분한 윤활을 확보할 수 있다.

그리고, 볼 (3) 을 형성하는 알루미나-지르코니아계 복합 재료의 영률은 215 ∼ 280 GPa 로, 내륜 (1) 및 외륜 (2) 을 형성하는 금속 재료, 일반적으로는 베어링강의 영률 (208 GPa) 이나 SUJ2 의 영률 (207 GPa) 보다 작기 때문에, 내압흔성도 향상된다. 이에 대하여 질화규소의 영률은 250 ∼ 330 GPa 으로, 베어링강이나 SUJ2 의 영률보다 크기 때문에, 내압흔성이 떨어진다.

이에 추가하여, 알루미나-지르코니아계 복합 재료는, 밀도가 4.5 g/㎤ (알루미나 성분 : 지르코니아 성분 또는 잇트리아-지르코니아 성분 = 50 : 50) ∼ 6 g/㎤ (알루미나 성분 : 지르코니아 성분 또는 잇트리아-지르코니아 성분 = 5 : 95) 로, 베어링강의 밀도 (7.8 g/㎤) 보다 작다. 그 때문에, 베어링 회전시의 볼 (3) 의 관성력이 작고 유지기 (4) 와의 충돌음이 작아진다. 또한, 유지기 (4) 로서 철제 유지기를 사용한 경우에는, 유지기 (4) 의 마모가 적어, 철분에 의한 음향 열화도 적어진다. 이에 대하여 질화규소의 밀도는 3.22 g/㎤ 이기 때문에, 질화규소제의 볼에서는 유지기 (4) 와의 충돌음 및 철제 유지기를 사용했을 때의 마모가 알루미나-지르코니아계 복합 재료제의 볼보다 적어지지만, 베어링 조립시의 전동체 보급시에 튀어나가 버리는 문제가 있다.

그리고, 알루미나-지르코니아계 복합 재료는 백색에 가깝다. 그 때문에, 볼 (3) 의 표면에 발생한 흠집을 용이하게 시인할 수 있다.

또한, 본 정밀도는, 진구도 0.08 이고, 표면 거칠기 0.012 ㎛ 이하 (G3 레벨이라고도 한다) ∼ 진구도 0.13 이고, 표면 거칠기 0.02 ㎛ 이하 (G5 레벨이라고도 한다) 로 하는 것이 바람직하다. 이것은, G5 레벨을 초과하면, 음향 특성에 영향을 미치기 때문이다.

한편, 내륜 (1) 및 외륜 (2) 은 SUJ2 강, SUS 강, 13Cr 강 등의 금속제이기 때문에 저렴하고, 또한 음향 수명에 있어서도 유리하다. 또, 적어도 궤도면 (1a, 2a), 바람직하게는 전체 표면에 침탄질화 처리 등의 경화 처리를 실시함으로써, 내마모성이 향상되어 바람직하다.

또한, 유지기 (4) 는 금속제여도 되지만, 베어링 전체의 경량화나, 볼 (3) 과의 충돌음을 저감하기 위해서, 폴리아미드나 폴리아세탈, PPS 등의 내열성 수지에, 유리 섬유나 탄소 섬유 등의 섬유상 보강재를 배합하여 이루어지는 수지 조성물을 성형한 것이 바람직하다.

한편, 본 실시형태는 본 발명의 일례를 나타낸 것으로서, 본 발명은 본 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 실시형태에 있어서는, 구름 베어링의 예로서 깊은 홈 볼 (deep groove) 베어링 을 들어 설명하였지만, 그 이외에도 앵귤러 (angular) 볼 베어링, 자동 조심(調心) (self-aligning) 볼 베어링, 원통 롤러 베어링, 원추 롤러 베어링, 침상 (needle) 롤러 베어링 , 자동 조심 롤러 베어링 등의 래이디얼형 구름 베어링이나, 스러스트 볼 베어링, 스러스트 롤러 베어링 등의 스러스트형 구름 베어링에도 적용할 수 있으며, 각각의 전동체를 상기 알루미나-지르코니아계 복합 재료로 형성한다.

실시예

이하에 시험예를 들어 본 발명을 좀더 설명하는데, 본 발명은 이것에 의해 하등 제한되는 것은 아니다. 한편, 하기 시험에 있어서, 알루미나-지르코니아계 복합 재료제 볼 시험편의 볼 정밀도를 G3 ∼ G5 레벨로 하였다.

(시험 1)

내륜 및 외륜을 SUJ2 강제로 하고, 볼 시험편을 알루미나-지르코니아계 복합 재료, 질화규소 또는 SUJ2 강으로 제작하였다. 한편, 알루미나-지르코니아계 복합 재료제 볼 시험편은, 알루미나 원료 분말과 지르코니아 원료 분말을 질량비로 알루미나 성분 : 지르코니아 성분 = 20 : 80 이 되도록 혼합하여, 소결한 것이다. 그리고, 리튬-에스테르유계 그리스 (NS 하이류브) 를 160 ㎎ 충전하여 시험 베어링으로 하였다. 한편, 이 그리스 충전량은, 베어링 공간의 20 체적％ 에 상당한다.

그리고, 각 시험 베어링을 분위기 온도 90 ℃, 60,000 min^-1 으로 연속 회전시켜, 소부 (燒付) 에 이르기까지의 시간을 계측하였다. 결과를 표 1 에 나타내는데, 알루미나-지르코니아계 복합 재료제 볼 시험편은, 질화규소제 볼 시험편과 비교하여도 소부 수명이 2 배 이상으로 되어 있어, 내소부성이 크게 향상되는 것을 알 수 있다.

(시험 2)

시험 1 에서 사용한 알루미나-지르코니아계 복합 재료제 볼 시험편 및 SUJ2 강제의 볼 시험편을 사용한 시험 베어링에 관해서, 실온, 60,000 min^-1 의 조건에서 계산 수명으로 비교한 결과, 알루미나-지르코니아 복합 재료제 볼 시험편을 사용한 시험 베어링에서는 수명이 약 12.8 배나 연장되어 있다.

(시험 3)

시험 1 에서 사용한 시험 베어링에 500 만회의 왕복 진동 운동을 부여하여 요동전과의 액시얼 방향의 진동량비를 구했다. 결과를 표 2 에 나타내는데, 알루미나-지르코니아계 복합 재료제 볼 시험편을 사용한 시험 베어링에서는, 내프레팅 마모성이 크게 향상되는 것을 알 수 있다.

(시험 4)

각종 윤활유 중에서 마찰 시험을 실시하여, 마찰계수의 시간 경과에 따른 변화 및 비마모량을 측정하였다. 비마모량이란, 고체끼리를 마찰시킬 때에 단위 마찰 거리, 단위 하중당 마모 체적을 나타내고 있다. 이 마찰 시험은, 아래와 같이 하여 실시하였다. SUJ2 제의 평판상 디스크 시험편 위에, SUJ2 제 볼 시험편 또는 알루미나-지르코니아계 복합 재료제 볼 시험편을 재치 (載置) 하고, 볼 시험편에 소정의 하중을 부하하면서 소정의 슬라이딩 속도로 회전시켰다. 시험 조건은, 이하와 같다.

·볼 시험편의 직경 : 5/32 인치

·하중 : 49 N

·슬라이딩 속도 : 5 ㎜/s

한편, 알루미나-지르코니아계 복합 재료제 볼 시험편은, 알루미나 원료 분말과 지르코니아 원료 분말을, 알루미나 성분 : 지르코니아 성분 = 20 : 80 이 되도록 혼합하여, 소결한 것이다. 또한, 윤활유는 폴리α-올레핀 (PAO), 폴리올에스테르유 (POE), 디에스테르유, 에테르유 또는 글리콜유이다. 이들 윤활유의 40 ℃ 에 있어서의 동점도는, 어느 것이나 30 ㎟/s 이다.

먼저, SUJ2 제 볼 시험편을 사용한 경우의 시험 결과에 관해서, 도 3, 4 를 참조하면서 설명한다. 도 3 은 마찰계수의 시간 경과에 따른 변화를 나타내는 차트이고, 도 4 는 디스크 시험편의 비마모량을 나타내는 그래프이다. 도 4 로부터, 금속끼리의 마찰인 경우에는, POE, 디에스테르유, 에테르유, 글리콜유와 같은 극성을 갖는 윤활유를 사용한 쪽이 마모가 적음을 알 수 있다. 이것은, 금속 표면의 산화물에 기름 분자가 흡착됨으로써, 금속 사이의 직접 접촉이 억제되는 것이 원인인 것으로 생각된다.

다음으로, 알루미나-지르코니아계 복합 재료제 볼 시험편을 사용한 경우의 시험 결과에 관해서, 도 5, 6 을 참조하면서 설명한다. 도 5 는 마찰계수의 시간 경과에 따른 변화를 나타내는 차트이고, 도 6 은 디스크 시험편의 비마모량을 나타내는 그래프이다. 지르코니아-알루미나는 산화물이기 때문에, 상기한 금속끼리의 경우와 같이, 극성을 갖는 윤활유를 사용한 쪽이 마모가 적은 것으로 생각되었다. 그러나, 도 6 에서 알 수 있듯이, 극성을 갖는 윤활유인 POE, 글리콜유를 사용한 경우에는, 마찰계수가 크고, 비마모량도 컸다.

그래서, 알루미나-지르코니아계 복합 재료제 볼 시험편의 표면 상태의 시간 경과에 따른 변화를 측정하였다. 결과를 도 7, 8 에 나타낸다. 도 7 로부터 알 수 있듯이, 윤활유가 극성을 갖지 않은 PAO 인 경우에는, 시험 개시 후의 초기에서는 마모가 적고, 표면 상태는 거의 붕괴되어 있지 않았다. 이에 대하여, 윤활유가 극성을 갖는 POE 인 경우에는, 도 8 로부터 알 수 있듯이, 시험 개시 후의 초기에서도 마모가 생기고, 표면에 요철이 형성되어 거칠어져 있었다. 즉, 볼 시험편의 표면에 요철이 형성됨으로써, 상대재인 디스크 시험편을 절삭하는 작용이 증대되어, 디스크 시험편의 마모가 증가한 것으로 생각되는 것을 알 수 있다.

SUJ2 제 볼 시험편을 사용한 경우의 비마모량 (도 4) 과, 알루미나-지르코니아계 복합 재료제 볼 시험편을 사용한 경우의 비마모량 (도 6) 과의 비, 즉, 후자를 전자로 나눈 값을 도 9 에 나타낸다. 이 수치는, 마모에 미치는 마찰 재료의 영향을 나타내는 것으로, 윤활유의 윤활 효과의 영향을 배제한 것이다. 요컨대, 도 9 에 나타내는 비마모량의 비가 1 보다 큰 윤활유는, 마모 촉진 효과를 갖고 있다고 말할 수 있다. 도 9 의 그래프로부터, 알루미나-지르코니아계 복합 재료제 볼 시험편을 사용한 경우에는, 극성을 갖는 윤활유를 사용하면 마모가 커지는 것을 알 수 있다.

(시험 5)

알루미나 원료 분말과 지르코니아 원료 분말을, 표 3 에 나타내는 성분비 (질량％) 로 혼합하여 지르코니아-알루미나계 복합 재료제 볼 시험편을 제작하고, 하기 조건으로 스러스트 시험을 실시하였다. 한편, 시험 장치는 도 10 에 나타내는 바와 같이, 베어링을 오일욕 중에 침지시킨 상태로 회전시켜, 회전 중의 진동값을 구함과 함께, 일정 시간마다 분해하여 볼 시험편 표면의 박리가 확인된 시점을 수명으로 하였다. 그리고, 측정한 실수명과, 51305 베어링의 계산 수명과의 비를 구했다.

·하중 : 450 ㎏f

·볼 시험편의 직경 : 3/8 인치

·볼 수 : 3 구

·회전수 : 1,000 rpm

·베어링 : 51305 (내륜 및 외륜은 SUJ2)

·윤활유 : RO68

결과를 표 3 및 도 11 에 나타내는데, 알루미나 성분이 10 질량％ 미만, 또는 30 질량％ 보다 커지면 계산 수명에 대한 수명비는 1 을 하회한다. 그러나, 10 ∼ 30 질량％ 의 범위에서는 수명비가 1 을 넘어서 있어, 수명 향상으로 되어 있다.

(시험 6)

알루미나 원료 분말과, 잇트리아를 3 질량％ 함유하는 잇트리아-지르코니아 원료 분말을 표 4 에 나타내는 성분비 (질량％) 으로 혼합하고, 소결하여 볼 시험편을 제작하였다. 한편, 잇트리아-지르코니아 원료 분말은, 불순물로서 산화철을 표 4 에 나타내는 양 함유하는 것을 사용하였다. 그리고, 시험 5 에 따라서 하기 조건으로 수명비를 구했다.

·볼 시험편의 직경 : 3/8 인치

·면압 : 1 GPa

·회전수 : 1,000 rpm

·베어링 : 51305 (내륜 및 외륜은 SUJ2)

·윤활유 : VG68

도 12 에 수명을, 도 13 에 진동값의 측정 결과를 나타내는데, 불순물인 산화철의 함유량이 많아질수록, 산화철이 기점이 되는 박리가 발생하기 쉬워지고, 전동 피로 수명이 짧아진다. 또한, 볼 시험편의 표면의 결정립의 탈락도 일어나, 진동값도 커진다. 이러한 경향은, 산화철의 함유량이 0.3 질량％ 를 초과하면 현저해진다.

(시험 7)

알루미나 원료 분말과, 잇트리아를 3 질량％ 함유하는 잇트리아-지르코니아 원료 분말을 표 5 에 나타내는 성분비 (질량％) 로 비드밀 혼합기를 사용하여, 물로써 습식 혼합한 후, 건조 조립, 성형, 탈지, 소결, HIP 처리를 순차적으로 실시하여 알루미나-지르코니아계 복합 재료제의 원료가 되는 구 (球) 를 제작하였다. 이어서, 원료인 구를 연마하여, 소정 형상의 완성구로 마무리하였다. 그리고, 완성구의 절단면을 SEM 을 사용하여 배율 20,000 배로 관찰하여, 소결 입자의 입경을 측정하였다. 시야 내에는 알루미나 소결 입자와 잇트리아-지르코니아 소결 입자가 혼재되어 있고, 알루미나 소결 입자와 잇트리아-지르코니아 소결 입자를 구별하지 않고 개개의 입경을 구하여, 평균 입경을 산출하였다. 또한, 시험 5 와 동일하게 하여 수명비를 구했다.

결과를 표 5 및 도 14 에 나타내는데, 평균 입경이 커질수록 수명도 짧아지고, 특히 평균 2 ㎛ 를 초과하면 현저해진다. 또한, 표 5 에 나타내는 바와 같이, 평균 입경을 2 ㎛ 이하로 하기 위해서는, 알루미나 성분이 30 질량％ 이하이면 됨을 알 수 있다.

(시험 8)

알루미나 원료 분말 20 질량％ 와, 지르코니아 원료 분말 80 질량％ 를 혼합하고, 소결 조건을 변경해서 각종 볼 시험편을 제작하여, 볼 시험편의 표면을 관찰하고 지르코니아 괴의 장경부의 치수를 측정하였다. 그리고, 시험 5 에 따라서 수명비를 구했다.

결과를 표 6 및 도 15 에 나타내는데, 100 ㎛ 를 초과하는 대직경의 지르코니아 괴가 존재하면, 수명이 크게 저하되는 것을 알 수 있다.

(시험 9)

시험 8 에서 얻어진 결과와 같이, 박리의 기점에서 관찰된 지르코니아 괴가 100 ㎛ 를 초과하면 수명은 계산 수명보다 저하되기 때문에, 전동체의 수명을 보증하기 위해서는 전동체의 표면을 관찰하여 100 ㎛ 의 지르코니아 괴가 없는지를 확인하게 된다. 그러나, 분쇄·혼합·건조·조립과 같은 분말의 제조 조건이 충분히 관리되어, 제작된 전동체의 실제 표면에서는, 100 ㎛ 이상의 지르코니아 괴의 출현 빈도는 낮아, 전동체의 표면을 전수 검사하는 일은 노동도와 비용 면에서 현실적으로 곤란하다. 또한, 실제로는 전동체 표면의 바로 아래에 있어 표면으로부터 이것을 확인할 수 없는 경우라도, 박리를 일으키기 때문에, 이것을 확인하기 위해서는 직접 수명 시험을 실시할 필요가 있었다. 그래서, 지르코니아 괴가 전동체의 표면에 어떻게 해서 존재하고 있는가를 파악하기 위해, 먼저 전동체의 표면을 발취 (拔取) 하여 검사하여, 지르코니아 괴의 분포를 조사한 결과, 지르코니아 괴의 크기와 개수의 관계는 도 16 에 나타내는 지수 분포에 따르는 것을 알 수 있었다. 한편, 도면 중 수학식에 있어서, y 는 지르코니아 괴의 개수, x 는 지르코니아 괴의 크기이고, c 및 a 는 실험치로서 결정되는 상수이다. 이 지수 분포를 바탕으로, 실제로 관찰이 용이한 출현 빈도의 10 ∼ 30 ㎛ 와 100 ㎛ 의 개수비를 구하면, 10 ∼ 30 ㎛ 사이즈의 지르코니아 괴의 개수로부터 수명에 유해한 100 ㎛ 사이즈의 개수를 파악할 수 있음을 알 수 있었다. 그리고, 이 수명에 유해한 100 ㎛ 사이즈의 추정 개수에 관해서 신뢰도를 부여하기 위해, 통계적인 사고에 기초해서 관찰해야 할 면적을 검토하여, 300 ㎟ 관찰하면 충분한 신뢰도가 얻어지는 것을 알 수 있었다. 그리고, 이 면적 중에 존재하는 10 ∼ 30 ㎛ 사이즈의 지르코니아 괴의 개수와 수명과의 관계를 조사하기 위해서, 하기 수명 시험을 실시하였다.

즉, 알루미나 원료 분말 20 질량％ 와, 지르코니아 원료 분말 80 질량％ 를 혼합하고, 소결 조건을 변경하여 각종 볼 시험편을 제작하고, 볼 시험편의 표면을 관찰하여 300 ㎟ 당 10 ∼ 30 ㎛ 의 지르코니아 괴의 개수를 측정하였다. 그리고, 시험 5 에 따라서 수명비를 구했다.

·볼 시험편의 직경 : 3/8 인치

·하중 : 740 ㎏f

·볼 수 : 6 구

·회전수 : 1,000 rpm

·베어링 : 51305 (내륜 및 외륜은 SUJ2)

·윤활유 : RO68

결과를 표 7 및 도 17 에 나타내는데, 300 ㎟ 당 10 ∼ 30 ㎛ 의 지르코니아 괴가 5 개를 넘어 존재하면, 수명이 크게 저하되는 것을 알 수 있다.

(시험 10)

시험 7 ∼ 9 에 근거하여, 표 8 에 나타내는 바와 같이 알루미나 성분과 지르코니아 성분과의 성분비 (질량％) 및 소결 조건을 변경하여 볼 시험편을 제작하였다. 그리고, 각 볼 시험편의 절단면을, SEM 을 사용하여 배율 20,000 배로 관찰하고, 소결 입자의 입경을 측정하여 평균 입경을 구했다. 또한, 표면에 있어서의 300 ㎟ 당 10 ∼ 30 ㎛ 의 지르코니아 괴의 개수를 측정하였다. 또, 시험 9 와 동일하게 하여 수명비를 구했다.

결과를 표 8 및 도 18 에 나타내는데, 알루미나 성분이 10 ∼ 30 질량％ 이면, 볼 시험편 중의 알루미나-지르코니아 복합 입자의 입경을 2 ㎛ 이하로 억제할 수 있고, 또한 300 ㎟ 당 10 ∼ 30 ㎛ 의 지르코니아 괴를 5 개 이하로 억제할 수도 있으며, 수명이 길어지는 것도 알 수 있다.

(시험 11)

알루미나 원료 분말 20 질량％ 와, 지르코니아 원료 분말 80 질량％ 를 Φ10 ㎜ 의 지르코니아제 분쇄 미디어와 함께 볼밀 혼합기에 투입하고, 600 rpm 으로 혼합하였다. 그리고, 혼합물을 구상으로 성형하고, 소결한 후, 직경 3/8 인치의 볼 시험편 A 를 제작하였다.

알루미나 원료 분말 20 질량％ 와, 지르코니아 원료 분말 80 질량％ 를 φ1 ㎜ 의 지르코니아제 분쇄 미디어와 함께 비드밀 혼합기 (도 2 참조) 에 투입하고, 2,000 rpm 으로 혼합하였다. 그리고, 혼합물을 구상으로 성형하고, 소결한 후, 직경 3/8 인치의 볼 시험편 B 를 제작하였다.

상기에서 제작한 볼 시험편 A, B 를 사용하여, 하기 조건으로 수명 시험을 실시하였다. 그리고, 하기의 조건으로 스러스트 시험 (도 11 참조) 을 실시하여, 일정 시간마다 분해하여 볼 시험편 표면의 박리가 확인된 시점을 수명으로 하였다.

·볼 시험편의 직경 : 3/8 인치

·면압 : 3 GPa

·회전수 : 1,000 rpm

·베어링 : 51305 (내륜 및 외륜은 SUJ2)

·윤활유 : VG68

결과를 도 19 에 나타내는데, 비드밀 혼합기를 사용하여 제작한 볼 시험편 B 를 구비하는 베어링에서는, 목표 수명을 초과하고 있다.

또한, 볼 시험편 A, B 의 내부 조직의 SEM 사진을 촬영하였다. 도 20(A) 는 볼밀 혼합기를 사용하여 제작한 볼 시험편 A 의 내부 조직의 SEM 사진, 동 도(B) 는 비드밀 혼합기를 사용하여 제작한 볼 시험편 B 의 내부 조직의 SEM 사진인데, 볼 시험편 A 에서는 큰 편석괴가 관찰되는데 반하여, 볼 시험편 B 에서는 편석괴가 보이지 않는다.

본 발명을 상세히 또한 특정 실시양태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위에서 일탈하지 않고 여러 가지 변경이나 수정을 가할 수 있음은 당업자에게 있어서 분명하다.

본 출원은, 2009년 5월 21일에 출원된 일본 특허출원 (특원 2009-123072), 2010년 2월 19일에 출원된 일본 특허출원 (특원 2010-035213) 에 기초하는 것으로, 그 내용이 여기에 참조로서 도입된다.

산업상 이용가능성

본 발명은, 예를 들어 에어컨 팬 모터나 콤프레서 등의 인버터 제어되는 모터용, HDD 의 스윙 아암 지지용 피봇 아암, 서보 모터나 스테핑 모터 등의 요동 운동하는 모터용 구름 베어링에 적합하다.

1 내륜
2 외륜
3 볼
4 유지기
5 시일
6 베어링 공간
G 윤활제

Claims

적어도 내륜, 외륜, 전동체 및 유지기를 구비하는 구름 베어링에 있어서,
상기 전동체가, 알루미나 성분과, 지르코니아 성분 또는 잇트리아를 1.5 ∼ 5 몰％ 함유하는 잇트리아-지르코니아 성분을, 질량비로, 알루미나 성분 : 지르코니아 성분 또는 잇트리아-지르코니아 성분 = 5 ∼ 50 : 50 ∼ 95 로 함유하는 알루미나-지르코니아계 복합 재료제인 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
제 1 항에 있어서, 전동체에 있어서의 알루미나 입자, 지르코니아 입자 또는 잇트리아-지르코니아 입자가, 어느 것이나 평균 입경 2 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 전동체 중의 SiO₂, Na₂O 및 Fe₂O₃의 각 함유량이 어느 것이나 0.3 질량％ 이하인 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 전동체의 표면에 있어서, 10 ∼ 30 ㎛ 의 지르코니아 괴 또는 잇트리아-지르코니아 괴의 개수가 5 개/300 ㎟ 이하인 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 전동체의 영률이 215 ∼ 280 GPa 인 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 전동체의 밀도가 4.5 ∼ 6 g/㎤ 인 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 유지기가 합성 수지 조성물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 내륜 및 외륜의 적어도 일방이 침탄질화 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 40 ℃ 에 있어서의 동점도가 80 ㎟/s 이하인 에스테르유, 또는 그 에스테르유를 기유로 하는 그리스를 베어링 공간의 20 체적％ 이하가 되도록 봉입한 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 40 ℃ 에 있어서의 동점도가 80 ㎟/s 이하이고, 분자 중에 극성기를 갖지 않는 무극성 윤활유, 또는 그 무극성 윤활유를 기유로 하는 그리스를 베어링 공간의 20 체적％ 이하가 되도록 봉입한 것을 특징으로 하는 구름 베어링.
적어도 내륜, 외륜, 전동체 및 유지기를 구비하는 구름 베어링의 제조 방법에 있어서,
알루미나 원료 분말과, 지르코니아 원료 분말 또는 잇트리아를 1.5 ∼ 5 몰％ 함유하는 잇트리아-지르코니아 원료 분말을, 질량비로, 알루미나 원료 분말 : 지르코니아 원료 분말 또는 잇트리아-지르코니아 원료 분말 = 5 ∼ 50 : 50 ∼ 95 의 비율로 혼합하여, 전동체의 형상으로 성형한 후, 성형물을 소결하여 전동체를 제작하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 제조 방법.
제 11 항에 있어서, 알루미나 원료 분말과, 지르코니아 원료 분말 또는 잇트리아-지르코니아 원료 분말을, φ1 ㎜ 이하의 지르코니아계 비드와 함께 비드밀 혼합기에 투입하여 분쇄 혼합하는 것을 특징으로 하는 구름 베어링의 제조 방법.