JPH02278010A - 転がり軸受用保持器部材及びこれを組み込んだ転がり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔従来の技術〕 最近の科学技術の進歩はめざましく、これに伴い転がり
軸受においても益々過酷な条件下での使用が要求される
ようになり、とりわけ高温での使用が軸受材料と潤滑の
問題を惹起している。

従来の軸受材料である軸受鋼が使用できない高温領域で
は、セラミックスで作られた軸受が使用され始め、その
軸受の潤滑には固体潤滑剤を含む材料で保持器を製作し
、保持器から軸受の転動体や軌道輪の接触面に潤滑剤を
移着させる方法がとられるようになってきている。具体
的には、セラミック軸受を室温から５００°Ｃ前後の高
温までの温度域において使用する要求に応えて、炭素材
料、クロム、セラミックス材料から成る保持器部材が開
発されるに至った。

しかしながらこのセラミック系保持器部材は一応は高温
域でも使用できるものの、保持器部材に要求される緒特
性のうち、移着特性、すなわち薄くて均一な潤滑膜を作
る性質と、摩耗特性において未だ十分とは言い難い。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って本発明が解決しようとする課題は従来のセラミッ
クス系保持器部材の有する上記難点を解決することであ
り、これを換言すれば移着特性及び摩耗特性に於いて従
来のセラミックス系保持器部材に比し著しく優れた特性
を有すると共に、室温から５００℃前後の高温までの広
い温度域に於いても使用出来る保持器部材を新たに開発
することである。

〔課題を解決するための手段） この課題は特にアンチモン及びその合金の少なくとも１
種を炭素材に含有せしめた炭素−アンチモン系複合材料
をこの種保持器部材として使用することにより解決され
る。

〔発明の作用並びに構成〕

本発明に於いては、炭素材にアンチモン及びその合金の
少なくとも１種を含有、特に好ましくは含浸せしめるこ
とにより、これを用いた転がり軸受用保持器部材は極め
て優れた移着特性と摩耗特性を発揮し、後記実施例から
も明らかな通り従来のクロムとセラミックスを炭素材に
含有せしめた保持器部材に比し極めて優れた性質を有す
るものとなる。

またアンチモン又はその合金を炭素材に含有せしめるこ
とにより、高温で使用する際の炭素材の空気中の酸素に
よる酸化消耗を著しく抑制出来る大きな副次的効果も認
められた。

また室温から５００°Ｃ前後の温度域に於いても保持器
部材として充分に使用することが出来る。

本発明に於いて使用する炭素材としては、特に限定され
ず各種の炭素材が広い範囲で使用でき、通常の炭素材を
はじめ、黒鉛質炭素材やメソフェーズカーボン等も有効
に使用される。精密な機械加工を施すことがあるので、
等方性炭素材を用いることが望ましい。

アンチモン合金としては、アンチモンと他の金属の合金
が使用され、この際の他の金属としては例えば錫、Ｐｂ
、　Ｃｕ、　ＡＩ、Ｚｎ等が例示でき、特に錫が好まし
い。アンチモンと他の金属の割合は、使用するその他の
金属の種類に応じて適宜に決定されるが、通常アンチモ
ンが９０〜５重量％好ましくは７５〜３５重量％程度で
ある。

炭素材とこれ等アンチモン又はその合金を用いて材料を
調、製するに際しては、その調製方法は同等限定されず
、炭素材中にアンチモン又はその合金がほぼ均一に含有
される手段であれば良く、特に炭素材にアンチモン又は
その合金を溶融して含浸せしめる手段が好ましい。更に
詳しく説明すると先ず真空乃至減圧下で炭素材中に存在
する空気を除去し、これをアンチモン又はその合金の溶
融液に浸清し、次いで加圧して充分にアンチモン又はそ
の合金を炭素材中に浸透含浸せしめ、冷却する方法であ
る。この方法で調製した部材は特に移着特性並びに摩耗
特性に於いて他の方法、例えば混合する方法等に比し優
れている。

〔実施例〕

以下に実施例を示して本発明を更に詳しく説明する。

実施例１ 炭素材〔東洋炭素■製（グレード名ｒｌＧ−１１」〕を
第１図中に示す保持器材料試験片の形状に、概略切削し
、これを減圧下（Ｉ鴫Ｈｇ）で１時間処理して炭素材中
の開放気孔中の空気を除去し、次いでこれを溶融アンチ
モン中に充分？＋　？ａして、アンチモンを炭素材中に
含浸せしめ、約１００ｋｇ／ｅｔａで０．５〜１時間加
圧した後、室温に冷却して、さらに表面を精密切削し保
持器部材を調製した。この際のアンチモンの炭素材中へ
の含？ｌｔは５０重ψ％であった。

実施例２ 上記実施例１に於いて、アンチモンに代えてアンチモン
−錫合金（アンチモン：錫−６＝４重量比）を使用した
。含浸址は実施例１と同じく、５０重量％とじた。その
他は全て実施例１と同様に処理して保持器部材を調製し
た。

実施例３ 上記実施例１に於いて炭素材として東洋炭素株製試製炭
素材（メソフェーズカーボン原料を圧縮成形後、１５０
０　’Ｃ以上で焼成したもの）を使用し、その他は全て
実施例１と同様にアンチモンを含浸処理して保持器部材
を調製した。

上記本発明の実施例に対し、従来から公知のセラミック
系部材を、全く同様の条件下にて、比較例１．２として
供試した。

比較例１ 従来から公知のセラミックス系部材Ｉ　（黒鉛・クロム
・セラミックス系複合材：表１中記号Ａ）比較例２ 同じ〈従来から公知のセラミックス糸部材■（黒鉛・ク
ロム・セラミック系複合材二表１中記号Ｂ） 実験−１ 上記実施例１〜３及び比較例１〜２の夫々の保持器部材
の移着特性及び摩耗特性を測定した。

実験は第１図に示す高温軸受用保持器材料評価試験機を
使用した。但し第１図くイ）はその側面概略図、その（
ロ）は荷重系統の説明図であり、（＋、）は保持器負荷
用分銅、（２）は回転直動軸受、（３）は試験片、（４
）は電気炉、（５）は転動体（上部試験片）、（６）は
軌道輪（下部試験片）　、（７）は自在継手、（８）は
いずれも電動機、（９）は軌道輪負荷用分銅、０ωはロ
ードセル、０１）はアーム、ｃｍは保持器荷重、０■は
固定軸、０４）は軸受荷重、０５）は可動軸、０ωは負
荷レバー、０′７）は支点を表す。

元来転がり軸受は通常内輪、外輪、転動体及び転動体を
等間隔に保つための保持器から成り立っており、これ等
の部品が高い情度で加工され組み立てられている。自己
潤滑性保持器材を評価する際、軸受に組み込んで行うと
、他の要因が入るため正確な評価が出来ない。従ってこ
の実験に於いては第１図に示すように軸受の構成をシミ
ュレートして単純な形の試料を用いた転がり軸受用保持
器材料評価試験機を用いた。

第１図において保持器材料試験片（３）を上部試験片（
５）（転動体）にすべり接触させることによって保持器
と転動体の関係を再現し、更に上部試験片（５）（転動
体）と下部試験片（６）（軌道輪）とを転がり接触させ
ることにより転動体と軌道輪の関係を再現させた。これ
によって転がり軸受各部の接触及び回転状態をシミュレ
ートさせた。

第１回中央が試験部で、筋温雰囲気を得るために電気炉
（４）で囲まれている。

保持器材試験片（３）はホルダーによってロッドに固定
され、電気炉上部に開けた穴を通して転動体（５）に押
し当てられる。このロッドはアーム（ｌ　＋）、更に回
転直動軸受（２）を介してボールに保持されており、こ
のボールを中心として上下方向及び円周方向に運動可能
となっていて、転動体（５）との摩擦力はこのアームの
他端が接触するロードセル００）によって測定すること
ができる。保持器荷重面はこの回転直動軸受（２）の上
部に乗せられた分銅により加えられる。保持器部材の摩
耗量は、その重量を測定することによって求める。

又軌道面の荷重は第１図（ロ）に示すように軌道輪（６
）を取付けた下部軸からレバーと分銅の組合せによって
加えられる。なお保持器荷重と軌道面荷重は相互に干渉
することはない。

移着特性を評価するために、下部軸のハウジングから振
動を検出し、転動体と軌道輪の接触状態を観測している
。振動が大きい値を示すのは、接触面の潤滑が悪く、転
動体、軌道輪の表面に摩耗を生じているか、潤滑膜が両
者の表面に不均一に形成されているときである。

表１に実験に使用した保持器部材とそれ等の主な特性値
を示す。

本発明が対象とする高温下では、軸受鋼を含む通常の金
属は硬度の低下などで軸受部材としては使用できないの
で、軸受部材としてセラミックスが用いられる。そこで
、本発明の実験ではセラミックス軸受をシミュレートし
て、窒化けい素（ＨＩＰ材）製の転動体及び軌道輪を使
用した。従って、保持器部材に要求される特性は、耐熱
性はもちろん、室温から高温までの温度域でセラミック
ス部材に対して潤滑性、すなわち摩擦計数が小さいこと
、ならびに移着性、耐摩耗性である。

炭素−アンチモン系材料は、表１に示すように、機械構
成材料として良好な特性を持ちながら、且つ耐熱性が良
く、高温潤滑性、移着性、耐摩耗性を併せ持つ事実を見
出し、本発明を完成したものである。

実験条件は、回転数；１１０００ｒｐ、保持器荷重；２
ＯＮ、軸受荷重；２０ＯＮとした。又温度は所定の温度
で行った。

実験結果を第２及び３図に示す。但し第２図は移着特性
を、第３図は摩耗特性（摩耗量）を示し、各図に於ける
Ａ−Ｄの記号は表１に示した記号である。又この結果は
２〜３回の実験の平均値を示す。

第２図は、振動加速度の実効値を示している。

どの材料も温度の上昇に伴って増加する傾向にある。し
かし、比較例１は３５０°Ｃで大幅な増加が見られる。

これは、材料自身がこの付近の温度領域で不安定になる
ためである。

第３図は保持器部材の摩耗量を示す、６時間１０分（移
着時間１０分を含む）運転後の摩耗量を平均した値であ
る。いずれの場合も温度の増加とともに増加しているこ
とがわかる。各温度とも実施例のものが比較例のものに
比し小さい値を示しており、摩耗の面からは優れている
。

実験−２ 実験−工に於いて、保持器部材として実施例３のものを
使用し、その他は実験−１と同様に処理して５００°Ｃ
に於ける移着特性と摩耗特性を測定した。この結果を第
２．３図中に◎印にて併記した。メソフェーズカーボン
材料に含浸せしめた部材が、移着性、耐摩耗性において
優れている。

実験−３ この実験は炭素−金属複合材の空気中に於ける温度と酸
化消耗との関係を測定したものであり、高温で使用する
際の保持器部材の重要な特性の１つである。

試験片寸法：　３２　Ｘ　２５　Ｘ　１２．５ｎ＋＋ｎ
３試　験　炉：シリコニット炉 試験方法　：所定の温度に設定した炉内に試験片を入れ
任意の時間に試験片を取り出 し重量変化を測定した。

結果を第４図に示す。図中（イ）〜（ニ）は夫々法のこ
とを示す。

くイ）：通常の黒鉛材（’ＩＣ−１１Ｊ、東洋炭素型） （ロ）：５ｂ−Ｓｎ合金の炭素材への含浸材〔試料Ｄ）
（Ｓｂ：３０、Ｓｎ：２０重量％含浸、他は炭素） （ハ）：Ｓｈの炭素材への含浸材（Ｓｂ：５０重量％含
浸）（試料（Ｃ）〕 （ニ）：Ｃｕの炭素材への含浸材（Ｃｕ：６０重量％含
浸） 上記実験結果からｓｂ又は５ｂ−Ｓｎ合金を含浸させる
と、これ等を含浸しない炭素材、又はアンチモン以外の
他の金属を含浸させた場合に比し酸化消耗が非常に抑え
られる事実を見出した。このことは、ｓｂ又はその合金
の含浸が、高温に於ける移着性、耐摩耗性を高める効果
の他に、保持器部材として用いた場合、材料の酸化消耗
を抑えて寿命を長くする効果もあることを示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は保持器部材の特性を測定する際に使用する装置
の概略図である。第２〜４図はいずれも保持器部材の各
種特性を測定した結果を示すグラフである。 ・・・保持器負荷用分銅 ・・・回転直動軸受 ・・・保持器部材試験片 ・・・電気炉 ・・・上部試験片（転動体） ６・・・下部試験片 （軌道輪） （以 上）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アンチモン及びその合金の少なくとも１種と炭素
   から成る転がり軸受用保持器部材。
2. （２）アンチモン合金がアンチモンと錫との合金である
   請求項１に記載の転がり軸受用保持器部材。
3. （３）請求項１に記載の保持器部材を組み込んだ転がり
   軸受。