JPH0544731A - 溶融金属を潤滑剤とした高温用軸受およびその使用方法 - Google Patents
溶融金属を潤滑剤とした高温用軸受およびその使用方法Info
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- JPH0544731A JPH0544731A JP20181791A JP20181791A JPH0544731A JP H0544731 A JPH0544731 A JP H0544731A JP 20181791 A JP20181791 A JP 20181791A JP 20181791 A JP20181791 A JP 20181791A JP H0544731 A JPH0544731 A JP H0544731A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 雰囲気熱処理炉等の高温雰囲気中において、
長期間安定して使用できる高温用軸受およびその使用方
法を提供する。 【構成】 高温雰囲気中で使用される密封軸受におい
て、鉛、亜鉛、アルミニウム等の融点が８００℃以下の
溶融金属６を潤滑剤として封入する。密封すべり軸受に
おいては、固定側部材２をセラミックスまたはサーメッ
トとし、回転側部材４をステンレス鋼とした組み合わせ
か、固定側部材２をセラミックスとし、回転側部材４を
サーメットとした組み合わせが好ましい。固定側部材お
よび回転側部材がセラミックスからなる軸受では、軸を
外部から回転駆動することが好ましい。固定側部材と回
転側部材が、それぞれサーメットとステンレス鋼、セラ
ミックスとサーメット、セラミックスとセラミックスの
組み合わせである場合、セラミックスはアルミナまたは
窒化珪素・サイアロン、サーメットは高硬度の炭化物を
含む耐食合金であることが好ましい。
長期間安定して使用できる高温用軸受およびその使用方
法を提供する。 【構成】 高温雰囲気中で使用される密封軸受におい
て、鉛、亜鉛、アルミニウム等の融点が８００℃以下の
溶融金属６を潤滑剤として封入する。密封すべり軸受に
おいては、固定側部材２をセラミックスまたはサーメッ
トとし、回転側部材４をステンレス鋼とした組み合わせ
か、固定側部材２をセラミックスとし、回転側部材４を
サーメットとした組み合わせが好ましい。固定側部材お
よび回転側部材がセラミックスからなる軸受では、軸を
外部から回転駆動することが好ましい。固定側部材と回
転側部材が、それぞれサーメットとステンレス鋼、セラ
ミックスとサーメット、セラミックスとセラミックスの
組み合わせである場合、セラミックスはアルミナまたは
窒化珪素・サイアロン、サーメットは高硬度の炭化物を
含む耐食合金であることが好ましい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、雰囲気熱処理炉等の高
温雰囲気中において使用される軸受およびその使用方法
に関する。
温雰囲気中において使用される軸受およびその使用方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の軸受は、潤滑剤として油やグリー
スを使用しているため、高温雰囲気中では潤滑剤が劣化
し、耐熱性の油やグリース等を使用しても、１００℃以
上の雰囲気で長時間使用することは困難である。軸受本
体を水冷構造にする方法や、潤滑油を強制循環式にし外
部で冷却する方法などが耐熱性を向上させる手段として
おこなわれているが、いずれも耐熱性は潤滑剤として使
用される油やグリースに支配されるため大幅に耐熱性を
向上させることはできない。高温雰囲気で使用される軸
受の耐熱性を向上させる手段としては、潤滑剤として油
やグリースを使用せずに、自己潤滑性を有する軸受材料
を使用する方法や、高温での劣化が少ない固体潤滑剤を
使用する方法がよく知られており、特開昭６０−５７０
１４号では、潤滑性を有する鉛を転動体の表面に被覆し
耐熱ころがり軸受とする方法、特開昭６３−７２９１７
号では、ころがり軸受の内外輪間に、自己潤滑性をもっ
た潤滑剤補給部材を設け、この部材を軸方向から転動体
に向けて押圧して、軸受に潤滑剤を連続的に供給する方
法、実開昭６４−３５２１９号では、ころがり軸受の内
外両軌道輪を耐熱鋼で転動体としての玉をセラミックス
で構成し、保持器を自己潤滑性に優れたグラファイトで
冠型に形成して内輪案内としたことを特徴とする耐熱玉
軸受、など多数の提案がなされている。また、軸受材料
として耐熱性に優れたセラミックスを使用し、無潤滑状
態で使用する研究もおこなわれてきているが、無潤滑乾
燥条件におけるセラミックス同士の摩擦係数は大きく、
セラミックス製の耐熱軸受でも固体潤滑剤等の使用が必
要であることが、これまでの研究で明らかにされてい
る。
スを使用しているため、高温雰囲気中では潤滑剤が劣化
し、耐熱性の油やグリース等を使用しても、１００℃以
上の雰囲気で長時間使用することは困難である。軸受本
体を水冷構造にする方法や、潤滑油を強制循環式にし外
部で冷却する方法などが耐熱性を向上させる手段として
おこなわれているが、いずれも耐熱性は潤滑剤として使
用される油やグリースに支配されるため大幅に耐熱性を
向上させることはできない。高温雰囲気で使用される軸
受の耐熱性を向上させる手段としては、潤滑剤として油
やグリースを使用せずに、自己潤滑性を有する軸受材料
を使用する方法や、高温での劣化が少ない固体潤滑剤を
使用する方法がよく知られており、特開昭６０−５７０
１４号では、潤滑性を有する鉛を転動体の表面に被覆し
耐熱ころがり軸受とする方法、特開昭６３−７２９１７
号では、ころがり軸受の内外輪間に、自己潤滑性をもっ
た潤滑剤補給部材を設け、この部材を軸方向から転動体
に向けて押圧して、軸受に潤滑剤を連続的に供給する方
法、実開昭６４−３５２１９号では、ころがり軸受の内
外両軌道輪を耐熱鋼で転動体としての玉をセラミックス
で構成し、保持器を自己潤滑性に優れたグラファイトで
冠型に形成して内輪案内としたことを特徴とする耐熱玉
軸受、など多数の提案がなされている。また、軸受材料
として耐熱性に優れたセラミックスを使用し、無潤滑状
態で使用する研究もおこなわれてきているが、無潤滑乾
燥条件におけるセラミックス同士の摩擦係数は大きく、
セラミックス製の耐熱軸受でも固体潤滑剤等の使用が必
要であることが、これまでの研究で明らかにされてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】自己潤滑性を有する材
料や固体潤滑剤を使用した軸受では、油やグリースのよ
うに軸受部品の転動面または摺動面に潤滑剤が十分供給
される潤滑状態とは異なり、固体潤滑剤の局部的な供給
不良、自己潤滑性を有する部材の摩耗や皮膜の剥離など
により、転動面または摺動面の一部で潤滑不良が生じ、
局部的な摩耗進行から、軸受の破損にいたる場合が多
く、油やグリースを使用した軸受にくらべ寿命は短く、
潤滑状態を常に良好に維持するための軸受構造や固体潤
滑剤の研究が進められているのが現状である。
料や固体潤滑剤を使用した軸受では、油やグリースのよ
うに軸受部品の転動面または摺動面に潤滑剤が十分供給
される潤滑状態とは異なり、固体潤滑剤の局部的な供給
不良、自己潤滑性を有する部材の摩耗や皮膜の剥離など
により、転動面または摺動面の一部で潤滑不良が生じ、
局部的な摩耗進行から、軸受の破損にいたる場合が多
く、油やグリースを使用した軸受にくらべ寿命は短く、
潤滑状態を常に良好に維持するための軸受構造や固体潤
滑剤の研究が進められているのが現状である。
【０００４】本発明者等は、溶融金属中における各種材
料の摩擦摩耗特性の研究から、溶融金属が良好な潤滑性
を有することを見いだし、溶融金属を潤滑剤として使用
することにより、耐熱性に優れ、かつ油やグリースと同
等の潤滑条件となる高温用軸受およびその使用方法を発
明した。
料の摩擦摩耗特性の研究から、溶融金属が良好な潤滑性
を有することを見いだし、溶融金属を潤滑剤として使用
することにより、耐熱性に優れ、かつ油やグリースと同
等の潤滑条件となる高温用軸受およびその使用方法を発
明した。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来の技術で
は困難である高温雰囲気中で長期間安定して連続使用で
きる軸受を提供することを目的としてなされたものであ
り、 （１）高温雰囲気中で使用される密封軸受において、溶
融金属を潤滑剤として封入したことを特徴とする高温用
軸受。 （２）上記溶融金属が、鉛、亜鉛、アルミニウム等の融
点が８００℃以下の金属であることを特徴とする前記第
（１）項記載の高温用軸受。 （３）密封軸受がすべり軸受であって、固定側部材はセ
ラミックスまたはサーメット、回転側部材はステンレス
鋼であることを特徴とする前記第（１）項記載の高温用
軸受。 （４）密封軸受がすべり軸受であって、固定側部材はセ
ラミックス、回転側部材はサーメットであることを特徴
とする前記第（１）項記載の高温用軸受。 （５）上記セラミックスが、アルミナ、窒化珪素・サイ
アロンであることを特徴とする前記第（４）項記載の高
温用軸受。 （６）上記サーメットが、高硬度の炭化物を含む耐食合
金であることを特徴とする前記第（３）項および第
（４）項記載の高温用軸受。 （７）高温雰囲気中で使用される密封軸受が溶融金属を
潤滑剤として封入したすべり軸受であって、固定側部材
および回転側部材がセラミックスからなる軸受におい
て、回転する軸を外部から回転駆動することを特徴とす
る、溶融金属を潤滑剤として封入した高温用軸受の使用
方法。 （８）上記セラミックスがアルミナまたは窒化珪素・サ
イアロンであることを特徴とする前記第（７）項記載の
高温用軸受の使用方法。である。
は困難である高温雰囲気中で長期間安定して連続使用で
きる軸受を提供することを目的としてなされたものであ
り、 （１）高温雰囲気中で使用される密封軸受において、溶
融金属を潤滑剤として封入したことを特徴とする高温用
軸受。 （２）上記溶融金属が、鉛、亜鉛、アルミニウム等の融
点が８００℃以下の金属であることを特徴とする前記第
（１）項記載の高温用軸受。 （３）密封軸受がすべり軸受であって、固定側部材はセ
ラミックスまたはサーメット、回転側部材はステンレス
鋼であることを特徴とする前記第（１）項記載の高温用
軸受。 （４）密封軸受がすべり軸受であって、固定側部材はセ
ラミックス、回転側部材はサーメットであることを特徴
とする前記第（１）項記載の高温用軸受。 （５）上記セラミックスが、アルミナ、窒化珪素・サイ
アロンであることを特徴とする前記第（４）項記載の高
温用軸受。 （６）上記サーメットが、高硬度の炭化物を含む耐食合
金であることを特徴とする前記第（３）項および第
（４）項記載の高温用軸受。 （７）高温雰囲気中で使用される密封軸受が溶融金属を
潤滑剤として封入したすべり軸受であって、固定側部材
および回転側部材がセラミックスからなる軸受におい
て、回転する軸を外部から回転駆動することを特徴とす
る、溶融金属を潤滑剤として封入した高温用軸受の使用
方法。 （８）上記セラミックスがアルミナまたは窒化珪素・サ
イアロンであることを特徴とする前記第（７）項記載の
高温用軸受の使用方法。である。
【０００６】
【作用及び実施例】本発明による高温用軸受の構造を図
１および図２に示す。図１は、密封ラジアルすべり軸受
の構造を示したものであり、軸受本体１の内部に固定側
部材であるブシュ２、回転する軸３に回転側部材である
スリーブ４がはめこまれている。軸とスリーブは一体で
あってもよい。軸受本体と軸とは、セラミックス等のシ
ールリング５により密封されており、軸受本体内部には
溶融金属６が封入されている。軸受本体上部に取付けら
れた容器７は溶融金属溜めであり、溶融金属の補給、溶
融金属中のガス抜き等はこの容器をとおしておこなう。
軸受本体および容器には、ヒーター８が埋め込まれてお
り潤滑剤とする金属の融点以上の温度までのヒートアッ
プおよび保熱をおこなう。図２は密封ラジアルころがり
軸受の構造を示したものであり、外輪９および内輪１０
の間に玉やころ等の転動体１１が取付けられ、外輪は軸
受本体と、内輪は軸にそれぞれはめこまれているほか
は、図１に示す密封ラジアルすべり軸受と同じ構造とな
っている。図１および図２では、ラジアル軸受の構造を
示したが、密封スラスト軸受においても同様の構造とす
ることは容易であり、密封軸受の形式は限定されない。
１および図２に示す。図１は、密封ラジアルすべり軸受
の構造を示したものであり、軸受本体１の内部に固定側
部材であるブシュ２、回転する軸３に回転側部材である
スリーブ４がはめこまれている。軸とスリーブは一体で
あってもよい。軸受本体と軸とは、セラミックス等のシ
ールリング５により密封されており、軸受本体内部には
溶融金属６が封入されている。軸受本体上部に取付けら
れた容器７は溶融金属溜めであり、溶融金属の補給、溶
融金属中のガス抜き等はこの容器をとおしておこなう。
軸受本体および容器には、ヒーター８が埋め込まれてお
り潤滑剤とする金属の融点以上の温度までのヒートアッ
プおよび保熱をおこなう。図２は密封ラジアルころがり
軸受の構造を示したものであり、外輪９および内輪１０
の間に玉やころ等の転動体１１が取付けられ、外輪は軸
受本体と、内輪は軸にそれぞれはめこまれているほか
は、図１に示す密封ラジアルすべり軸受と同じ構造とな
っている。図１および図２では、ラジアル軸受の構造を
示したが、密封スラスト軸受においても同様の構造とす
ることは容易であり、密封軸受の形式は限定されない。
【０００７】本発明は、溶融金属中での各種材料の摩耗
試験を実施し、本試験により得られた知見をもとになさ
れたものである。試験装置の構造を、図８（ａ），
（ｂ）に示す。試験は、溶融金属中でのピン−リング摩
耗試験によりおこなった。ピン試験片１２は、すべり軸
受の固定側部材に相当し、中間支点１３を有する固定軸
１４の先端に取付けられている。リング試験片１５は、
すべり軸受の回転側部材に相当し、電動機で駆動する回
転軸１６の先端に取付けられている。ピン試験片１２へ
の加圧力は、固定軸上端に取付けられたバネ１７により
調整する構造となっている。電気炉１８の容器１９内で
金属を溶解させた後、ピンおよびリング試験片を溶融金
属２０中に浸漬し、ピン試験片を一定の加圧力でリング
試験片に押しつけ、リング試験片を一定速度で連続回転
させ、摩耗試験をおこなった。ピン試験片の加圧力は、
ロードセル２１、ピン試験片にかかる摩擦力は、ロード
セル２２により連続的に検出し、ピン試験片とリング試
験片の摩耗量は、試験中の固定軸の変位をダイアルゲー
ジで読みとることから、ピンおよびリング試験片の摩耗
量の合計値を連続的に測定した。試験は、溶融金属中に
おける各種材料の基本的な摩耗特性を解析する基礎試
験、および溶融金属中における各種材料の組み合わせ摩
耗特性を解析する材料試験の２段階でおこなった。以下
にそれぞれの試験結果と得られた知見について説明す
る。
試験を実施し、本試験により得られた知見をもとになさ
れたものである。試験装置の構造を、図８（ａ），
（ｂ）に示す。試験は、溶融金属中でのピン−リング摩
耗試験によりおこなった。ピン試験片１２は、すべり軸
受の固定側部材に相当し、中間支点１３を有する固定軸
１４の先端に取付けられている。リング試験片１５は、
すべり軸受の回転側部材に相当し、電動機で駆動する回
転軸１６の先端に取付けられている。ピン試験片１２へ
の加圧力は、固定軸上端に取付けられたバネ１７により
調整する構造となっている。電気炉１８の容器１９内で
金属を溶解させた後、ピンおよびリング試験片を溶融金
属２０中に浸漬し、ピン試験片を一定の加圧力でリング
試験片に押しつけ、リング試験片を一定速度で連続回転
させ、摩耗試験をおこなった。ピン試験片の加圧力は、
ロードセル２１、ピン試験片にかかる摩擦力は、ロード
セル２２により連続的に検出し、ピン試験片とリング試
験片の摩耗量は、試験中の固定軸の変位をダイアルゲー
ジで読みとることから、ピンおよびリング試験片の摩耗
量の合計値を連続的に測定した。試験は、溶融金属中に
おける各種材料の基本的な摩耗特性を解析する基礎試
験、および溶融金属中における各種材料の組み合わせ摩
耗特性を解析する材料試験の２段階でおこなった。以下
にそれぞれの試験結果と得られた知見について説明す
る。
【０００８】基礎試験 ピン試験片の材質はセラミックス、サーメット、基準材
としてのステンレス鋼、リング試験片の材質はステンレ
ス鋼とし、溶融金属中での各種材料の浸漬試験結果をも
とに、セラミックスとしては、溶融金属とまったく反応
しないアルミナ、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、ジ
ルコニアの代表的なセラミックス５種類、サーメットと
しては、溶融金属とほとんど反応しない４０重量％炭化
クロムを含むステライト耐食合金１種類、ステンレス鋼
としては、溶融金属中における耐食用途に一般に使用さ
れている２４Ｃｒ−１２Ｎｉ系ステンレス鋼を選定し
た。セラミックス、サーメット、ステンレス鋼はいずれ
も容易に入手できる市販品を使用した。溶融金属として
は純亜鉛を用いて摩耗試験をおこなった。比較のため大
気中での摩耗試験もあわせておこなった。試験片の寸法
および試験条件を下記に示す。
としてのステンレス鋼、リング試験片の材質はステンレ
ス鋼とし、溶融金属中での各種材料の浸漬試験結果をも
とに、セラミックスとしては、溶融金属とまったく反応
しないアルミナ、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、ジ
ルコニアの代表的なセラミックス５種類、サーメットと
しては、溶融金属とほとんど反応しない４０重量％炭化
クロムを含むステライト耐食合金１種類、ステンレス鋼
としては、溶融金属中における耐食用途に一般に使用さ
れている２４Ｃｒ−１２Ｎｉ系ステンレス鋼を選定し
た。セラミックス、サーメット、ステンレス鋼はいずれ
も容易に入手できる市販品を使用した。溶融金属として
は純亜鉛を用いて摩耗試験をおこなった。比較のため大
気中での摩耗試験もあわせておこなった。試験片の寸法
および試験条件を下記に示す。
【０００９】 （１）ピン試験片：直径５ｍｍ×全長２０ｍｍ （２）リング試験片：直径４０ｍｍ×厚み１０ｍｍ （３）溶融亜鉛温度：４６０℃ （４）加圧力：３０Ｎ （５）すべり速度：２．１ｍ／ｓ。
【００１０】摩耗試験の結果を図３および図４に示す。
図３は、ピンとリング試験片の定常状態での摩擦係数を
示したものである。溶融亜鉛中での摩擦係数は、いずれ
の材質の組合わせにおいても、０．０２〜０．１３の範
囲にあり、一般に使用されている給油すべり軸受の摩擦
係数０．１〜０．２と同等またはそれ以下である。一
方、大気中無潤滑での摩擦係数は、０．６〜０．８とき
わめて大きく、実用には供せない。このことから、溶融
亜鉛には十分な潤滑効果があり、本発明による溶融亜鉛
を潤滑剤として封入した密封軸受は、亜鉛の融点以上の
雰囲気温度で使用する高温用軸受として実用が可能であ
る。また、溶融亜鉛中では、セラミックスおよびサーメ
ットとステンレス鋼の組み合わせは、軸受部材として摩
擦係数の点からは十分実用に供せることが確認された。
図４は、ピンおよびリング試験片の摩耗量の合計値の変
化をすべり距離に対しプロットしたいわゆる摩耗変位曲
線を示したものである。摩耗量の合計値が小さくかつ摩
耗変位が初期摩耗後は一定となる材質の組み合わせが、
実用上の耐摩耗性にすぐれていると評価できる。図４か
ら、ステンレス鋼とステンレス鋼の組み合わせに対し、
セラミックスおよびサーメットとステンレス鋼の組み合
わせは、いずれも摩耗量が大幅に減少し、初期摩耗後は
摩耗変位が一定値に近づいている。アルミナのみは摩耗
変位曲線が上昇傾向にあるが、これは、試験後の試験片
を観察した結果、アルミナ表面に高硬度の摩耗粉が微量
付着し、研磨作用をおこなったためであり、付着物がな
ければ摩耗変位曲線の上昇はなかった、と考えられる。
図３および図４から、摩擦係数および摩耗量の観点か
ら、本発明によるすべり軸受において、固定側部材をセ
ラミックスおよびサーメット、回転側部材をステンレス
鋼とした高温用軸受は、十分実用に供せることが確認さ
れた。
図３は、ピンとリング試験片の定常状態での摩擦係数を
示したものである。溶融亜鉛中での摩擦係数は、いずれ
の材質の組合わせにおいても、０．０２〜０．１３の範
囲にあり、一般に使用されている給油すべり軸受の摩擦
係数０．１〜０．２と同等またはそれ以下である。一
方、大気中無潤滑での摩擦係数は、０．６〜０．８とき
わめて大きく、実用には供せない。このことから、溶融
亜鉛には十分な潤滑効果があり、本発明による溶融亜鉛
を潤滑剤として封入した密封軸受は、亜鉛の融点以上の
雰囲気温度で使用する高温用軸受として実用が可能であ
る。また、溶融亜鉛中では、セラミックスおよびサーメ
ットとステンレス鋼の組み合わせは、軸受部材として摩
擦係数の点からは十分実用に供せることが確認された。
図４は、ピンおよびリング試験片の摩耗量の合計値の変
化をすべり距離に対しプロットしたいわゆる摩耗変位曲
線を示したものである。摩耗量の合計値が小さくかつ摩
耗変位が初期摩耗後は一定となる材質の組み合わせが、
実用上の耐摩耗性にすぐれていると評価できる。図４か
ら、ステンレス鋼とステンレス鋼の組み合わせに対し、
セラミックスおよびサーメットとステンレス鋼の組み合
わせは、いずれも摩耗量が大幅に減少し、初期摩耗後は
摩耗変位が一定値に近づいている。アルミナのみは摩耗
変位曲線が上昇傾向にあるが、これは、試験後の試験片
を観察した結果、アルミナ表面に高硬度の摩耗粉が微量
付着し、研磨作用をおこなったためであり、付着物がな
ければ摩耗変位曲線の上昇はなかった、と考えられる。
図３および図４から、摩擦係数および摩耗量の観点か
ら、本発明によるすべり軸受において、固定側部材をセ
ラミックスおよびサーメット、回転側部材をステンレス
鋼とした高温用軸受は、十分実用に供せることが確認さ
れた。
【００１１】材料試験 ピン試験片の材質はセラミックスとし、リング試験片の
材質はセラミックスおよびセラミックスより硬度の低い
サーメットとした。セラミックスとしては、溶融金属と
まったく反応しないアルミナ、ジルコニア、サイアロン
の３種類、サーメットとしては、溶融金属とほとんど反
応しない、高硬度の炭化クロムまたは炭化ニオブを４０
重量％含むステライト耐食合金のサーメット２種類、炭
化タングステン−コバルト系超硬合金１種類を選定し
た。セラミックスおよびサーメットはいずれも容易に入
手できる市販品を使用した。溶融金属としては純亜鉛を
用いて摩耗試験をおこなった。試験片の寸法および試験
条件が基礎試験とまったく同じである。
材質はセラミックスおよびセラミックスより硬度の低い
サーメットとした。セラミックスとしては、溶融金属と
まったく反応しないアルミナ、ジルコニア、サイアロン
の３種類、サーメットとしては、溶融金属とほとんど反
応しない、高硬度の炭化クロムまたは炭化ニオブを４０
重量％含むステライト耐食合金のサーメット２種類、炭
化タングステン−コバルト系超硬合金１種類を選定し
た。セラミックスおよびサーメットはいずれも容易に入
手できる市販品を使用した。溶融金属としては純亜鉛を
用いて摩耗試験をおこなった。試験片の寸法および試験
条件が基礎試験とまったく同じである。
【００１２】摩耗試験の結果を図５から図７、表１、表
２に示す。図５から図７は、ピン試験片をそれぞれアル
ミナ、サイアロン、ジルコニアとしたときの、ピンおよ
びリング試験片の摩耗量の合計値の変化をすべり距離に
対しプロットしたいわゆる摩耗変位曲線を示したもので
ある。摩耗量の合計値が小さくかつ摩耗変位が初期摩耗
後は一定となる材質の組み合わせが、実用上の耐摩耗性
にすぐれていると評価できる。図５から、アルミナピン
との組み合わせですぐれた材質は、炭化クロムサーメッ
ト、サイアロン、アルミナ、炭化ニオブサーメットであ
る。図６から、サイアロンピンとの組み合わせですぐれ
た材質は、サイアロン、アルミナ、炭化クロムサーメッ
ト、炭化ニオブサーメットである。なお、図５および図
６において、摩耗量の合計値が初期摩耗後若干低下して
いる組み合わせがあるが、これは初期摩耗後に摩擦面に
おけるなじみがよくなり、摩擦面に溶融亜鉛の薄い潤滑
膜が生じ、見かけ上摩耗量の合計値が減少するためであ
り、摩耗はほとんど進行していない良好な状態である。
図７から、ジルコニアとの組み合わせでは、いずれも摩
耗が進行し耐摩耗性にすぐれた材質組み合わせは存在し
ない。以上をまとめた結果を表１に示す。
２に示す。図５から図７は、ピン試験片をそれぞれアル
ミナ、サイアロン、ジルコニアとしたときの、ピンおよ
びリング試験片の摩耗量の合計値の変化をすべり距離に
対しプロットしたいわゆる摩耗変位曲線を示したもので
ある。摩耗量の合計値が小さくかつ摩耗変位が初期摩耗
後は一定となる材質の組み合わせが、実用上の耐摩耗性
にすぐれていると評価できる。図５から、アルミナピン
との組み合わせですぐれた材質は、炭化クロムサーメッ
ト、サイアロン、アルミナ、炭化ニオブサーメットであ
る。図６から、サイアロンピンとの組み合わせですぐれ
た材質は、サイアロン、アルミナ、炭化クロムサーメッ
ト、炭化ニオブサーメットである。なお、図５および図
６において、摩耗量の合計値が初期摩耗後若干低下して
いる組み合わせがあるが、これは初期摩耗後に摩擦面に
おけるなじみがよくなり、摩擦面に溶融亜鉛の薄い潤滑
膜が生じ、見かけ上摩耗量の合計値が減少するためであ
り、摩耗はほとんど進行していない良好な状態である。
図７から、ジルコニアとの組み合わせでは、いずれも摩
耗が進行し耐摩耗性にすぐれた材質組み合わせは存在し
ない。以上をまとめた結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】次に表２に、ピン試験片とリング試験片の
定常状態での摩擦係数の測定値を示す。一般的な油潤滑
によるすべり軸受の摩擦係数は０．１〜０．２であり、
この範囲以下の摩擦係数となる材質組み合わせが、実用
上軸受材料として使用可能であるといえる。表２からこ
の範囲以下である材質の組み合わせは、ピン試験片がア
ルミナまたはサイアロン、リング試験片が炭化クロムサ
ーメットまたは炭化ニオブサーメットである組み合わせ
である。
定常状態での摩擦係数の測定値を示す。一般的な油潤滑
によるすべり軸受の摩擦係数は０．１〜０．２であり、
この範囲以下の摩擦係数となる材質組み合わせが、実用
上軸受材料として使用可能であるといえる。表２からこ
の範囲以下である材質の組み合わせは、ピン試験片がア
ルミナまたはサイアロン、リング試験片が炭化クロムサ
ーメットまたは炭化ニオブサーメットである組み合わせ
である。
【００１５】
【表２】
【００１６】表１および表２から、摩耗量が少なくかつ
摩擦係数の小さい材質の組み合わせは、すべり軸受の固
定側部材に相当するピン試験片がセラミックス、回転側
部材に相当するリング試験片がサーメットの場合であ
り、セラミックスとしては、アルミナまたはサイアロ
ン、サーメットとしては、高硬度の炭化物を含む耐食合
金であることが良好な耐摩耗性および低摩擦係数を実現
する最適な材質の組み合わせである。なお、サイアロン
は、窒化珪素と類似の組成を有しその摩耗特性もサイア
ロンとはほぼ同等であることは、図３および図４の基礎
試験の結果から明らかであり、サイアロンの替わりに窒
化珪素を用いても試験結果はほぼ同じとなる。図５から
図７、表１、表２の材料試験の結果から、本発明による
すべり軸受において、固定側部材をセラミックス、回転
側部材をサーメットとした高温用軸受は十分実用が可能
であり、セラミックスとしては、アルミナ、窒化珪素・
サイアロン、サーメットとしては、高硬度の炭化物を含
む耐食合金が最適な材質の組み合わせである。
摩擦係数の小さい材質の組み合わせは、すべり軸受の固
定側部材に相当するピン試験片がセラミックス、回転側
部材に相当するリング試験片がサーメットの場合であ
り、セラミックスとしては、アルミナまたはサイアロ
ン、サーメットとしては、高硬度の炭化物を含む耐食合
金であることが良好な耐摩耗性および低摩擦係数を実現
する最適な材質の組み合わせである。なお、サイアロン
は、窒化珪素と類似の組成を有しその摩耗特性もサイア
ロンとはほぼ同等であることは、図３および図４の基礎
試験の結果から明らかであり、サイアロンの替わりに窒
化珪素を用いても試験結果はほぼ同じとなる。図５から
図７、表１、表２の材料試験の結果から、本発明による
すべり軸受において、固定側部材をセラミックス、回転
側部材をサーメットとした高温用軸受は十分実用が可能
であり、セラミックスとしては、アルミナ、窒化珪素・
サイアロン、サーメットとしては、高硬度の炭化物を含
む耐食合金が最適な材質の組み合わせである。
【００１７】また、すべり軸受の固定側部材および回転
側部材をセラミックスとした場合、摩擦係数は大きくな
り、無駆動ロールでは回転不良が生じる可能性が大きく
実用には供せないが、該セラミックスがアルミナまたは
サイアロンである場合には、摩擦係数は大きくなるもの
の摩耗量はきわめて小さくなり、摩擦係数がある程度大
きくとも問題とならない外部から回転駆動されるロール
では軸受材料としての使用が十分可能である。
側部材をセラミックスとした場合、摩擦係数は大きくな
り、無駆動ロールでは回転不良が生じる可能性が大きく
実用には供せないが、該セラミックスがアルミナまたは
サイアロンである場合には、摩擦係数は大きくなるもの
の摩耗量はきわめて小さくなり、摩擦係数がある程度大
きくとも問題とならない外部から回転駆動されるロール
では軸受材料としての使用が十分可能である。
【００１８】上記は、溶融金属を純亜鉛とした場合の試
験結果であるが、溶融金属を鉛、アルミニウムとした場
合の摩耗試験でも同様の結果が得られており、溶融金属
としては、鉛、亜鉛、アルミニウム等の融点が８００℃
以下の金属が使用できる。
験結果であるが、溶融金属を鉛、アルミニウムとした場
合の摩耗試験でも同様の結果が得られており、溶融金属
としては、鉛、亜鉛、アルミニウム等の融点が８００℃
以下の金属が使用できる。
【００１９】また、試験は、すへり軸受を対象としてお
こなっているが、ころがり軸受においても、内外輪と転
動体とのころがり摩耗の潤滑条件は、すべり摩耗と類似
であり、本発明はすべり軸受だけでなく、ころがり軸受
についても適用できる。
こなっているが、ころがり軸受においても、内外輪と転
動体とのころがり摩耗の潤滑条件は、すべり摩耗と類似
であり、本発明はすべり軸受だけでなく、ころがり軸受
についても適用できる。
【００２０】次に本発明による軸受の使用例について述
べる。
べる。
【００２１】図９に、雰囲気熱処理炉内における炉内ロ
ール軸受として使用した実施例を示す。炉２３の内部
に、直径２００ｍｍ、胴長１２００ｍｍの炉内ロール２
４が設置され、ロール２５は、炉内に取り付けられた、
本発明による密封軸受２６により支持されている。密封
軸受２６は、溶融亜鉛を潤滑剤として使用したすべり軸
受で、ブシュはサイアロンで製作し、スリーブは４０重
量％炭化クロムを含むステライト耐食合金をプラズマ粉
体肉盛法によりステンレス鋼円筒外面へ肉盛したものを
使用している。炉内温度は８００℃、炉内雰囲気は水素
５０％と窒素５０％の強還元雰囲気となっている。鋼板
２７は板厚０．９から２．３ｍｍの鋼板であり、５０ｍ
／ｍｉｎの速度で通板される。従来技術では、図１０に
示すごとく、炉内ロールの軸受２８は炉体の外部に設置
せざるを得ず、炉体とロール軸貫通部とのシール装置２
９のシール性を維持するために短周期で整備がおこなわ
れてきたが、本発明による、溶融亜鉛を潤滑剤としたす
べり軸受を炉内に設置することにより、炉体とロール軸
の貫通部が不要となり、整備性が大幅に向上され、長期
間安定した生産が可能となった。
ール軸受として使用した実施例を示す。炉２３の内部
に、直径２００ｍｍ、胴長１２００ｍｍの炉内ロール２
４が設置され、ロール２５は、炉内に取り付けられた、
本発明による密封軸受２６により支持されている。密封
軸受２６は、溶融亜鉛を潤滑剤として使用したすべり軸
受で、ブシュはサイアロンで製作し、スリーブは４０重
量％炭化クロムを含むステライト耐食合金をプラズマ粉
体肉盛法によりステンレス鋼円筒外面へ肉盛したものを
使用している。炉内温度は８００℃、炉内雰囲気は水素
５０％と窒素５０％の強還元雰囲気となっている。鋼板
２７は板厚０．９から２．３ｍｍの鋼板であり、５０ｍ
／ｍｉｎの速度で通板される。従来技術では、図１０に
示すごとく、炉内ロールの軸受２８は炉体の外部に設置
せざるを得ず、炉体とロール軸貫通部とのシール装置２
９のシール性を維持するために短周期で整備がおこなわ
れてきたが、本発明による、溶融亜鉛を潤滑剤としたす
べり軸受を炉内に設置することにより、炉体とロール軸
の貫通部が不要となり、整備性が大幅に向上され、長期
間安定した生産が可能となった。
【００２２】
【発明の効果】本発明により、高温雰囲気中で使用され
る軸受の寿命が大幅に向上できる。また、雰囲気熱処理
炉等に、炉壁に貫通孔を設置せずに炉内ロールが設置で
き、長期間安定した生産が可能となる。
る軸受の寿命が大幅に向上できる。また、雰囲気熱処理
炉等に、炉壁に貫通孔を設置せずに炉内ロールが設置で
き、長期間安定した生産が可能となる。
【図１】（ａ）（ｂ）は本発明による軸受の構造を示す
図。
図。
【図２】（ａ）（ｂ）は本発明による軸受の構造を示す
図。
図。
【図３】溶融亜鉛中および大気中での摩耗試験における
定常状態での摩擦係数の測定結果を示す図。
定常状態での摩擦係数の測定結果を示す図。
【図４】溶融亜鉛中における摩耗試験において、すべり
距離に対する、ピンおよびリング試験片の摩耗量の合計
値を連続的に測定した結果を示す図。
距離に対する、ピンおよびリング試験片の摩耗量の合計
値を連続的に測定した結果を示す図。
【図５】溶融亜鉛中における摩耗試験において、すべり
距離に対する、ピンおよびリング試験片の摩耗量の合計
値を連続的に測定した結果を示したもので、アルミナピ
ンでの試験結果を示す図。
距離に対する、ピンおよびリング試験片の摩耗量の合計
値を連続的に測定した結果を示したもので、アルミナピ
ンでの試験結果を示す図。
【図６】溶融亜鉛中における摩耗試験において、すべり
距離に対する、ピンおよびリング試験片の摩耗量の合計
値を連続的に測定した結果を示したもので、サイアロン
ピンでの試験結果を示す図。
距離に対する、ピンおよびリング試験片の摩耗量の合計
値を連続的に測定した結果を示したもので、サイアロン
ピンでの試験結果を示す図。
【図７】溶融亜鉛中における摩耗試験において、すべり
距離に対する、ピンおよびリング試験片の摩耗量の合計
値を連続的に測定した結果を示したもので、ジルコニア
ピンでの試験結果を示す図。
距離に対する、ピンおよびリング試験片の摩耗量の合計
値を連続的に測定した結果を示したもので、ジルコニア
ピンでの試験結果を示す図。
【図８】（ａ）（ｂ）は本発明による溶融金属中におけ
る摩耗試験機の構造を示す図。
る摩耗試験機の構造を示す図。
【図９】（ａ）（ｂ）は本発明による溶融金属中におけ
る摩耗試験機の構造を示す図。
る摩耗試験機の構造を示す図。
【図１０】（ａ）（ｂ）は本発明による従来の高温雰囲
気炉の軸受の設置例を示す図。
気炉の軸受の設置例を示す図。
１：軸受本体 ２：ブシュ（固定側部
材） ３：軸 ４：スリーブ（回転側部
材） ５：シールリング ６：溶融金属 ７：容器 ８：ヒーター ９：外輪 １０：内輪 １１：転動体 １２：ピン試験片 １３：中間支点 １４：固定軸 １５：リング試験片 １６：回転軸 １７：ばね １８：電気炉 １９：容器 ２０：溶融金属 ２１，２２：ロードセル ２３：炉体 ２４：炉内ロール ２５：ロール軸 ２６：軸受 ２７：鋼板 ２８：軸受 ２９シール装置
材） ３：軸 ４：スリーブ（回転側部
材） ５：シールリング ６：溶融金属 ７：容器 ８：ヒーター ９：外輪 １０：内輪 １１：転動体 １２：ピン試験片 １３：中間支点 １４：固定軸 １５：リング試験片 １６：回転軸 １７：ばね １８：電気炉 １９：容器 ２０：溶融金属 ２１，２２：ロードセル ２３：炉体 ２４：炉内ロール ２５：ロール軸 ２６：軸受 ２７：鋼板 ２８：軸受 ２９シール装置
Claims (8)
- 【請求項１】 高温雰囲気中で使用される密封軸受にお
いて、溶融金属を潤滑剤として封入したことを特徴とす
る高温用軸受。 - 【請求項２】 溶融金属が、鉛、亜鉛、アルミニウム等
の融点が８００℃以下の金属であることを特徴とする請
求項１記載の高温用軸受。 - 【請求項３】 密封軸受がすべり軸受であって、固定側
部材はセラミックスまたはサーメット、回転側部材はス
テンレス鋼であることを特徴とする請求項１記載の高温
用軸受。 - 【請求項４】 密封軸受がすべり軸受であって、固定側
部材はセラミックス、回転側部材はサーメットであるこ
とを特徴とする請求項１記載の高温用軸受。 - 【請求項５】 セラミックスが、アルミナ、窒化珪素・
サイアロンであることを特徴とする請求項４記載の高温
用軸受。 - 【請求項６】 サーメットが、高硬度の炭化物を含む耐
食合金であることを特徴とする請求項３又は４記載の高
温用軸受。 - 【請求項７】 高温雰囲気中で使用される密封軸受が溶
融金属を潤滑剤として封入したすべり軸受であって、固
定側部材および回転側部材がセラミックスからなる軸受
において、回転する軸を外部から回転駆動することを特
徴とする、溶融金属を潤滑剤として封入した高温用軸受
の使用方法。 - 【請求項８】 セラミックスがアルミナまたは窒化珪素
・サイアロンであることを特徴とする請求項７記載の高
温用軸受の使用方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20181791A JPH0544731A (ja) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | 溶融金属を潤滑剤とした高温用軸受およびその使用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20181791A JPH0544731A (ja) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | 溶融金属を潤滑剤とした高温用軸受およびその使用方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0544731A true JPH0544731A (ja) | 1993-02-23 |
Family
ID=16447400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20181791A Withdrawn JPH0544731A (ja) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | 溶融金属を潤滑剤とした高温用軸受およびその使用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0544731A (ja) |
-
1991
- 1991-08-12 JP JP20181791A patent/JPH0544731A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981112 |