JPH06193637A - 転がり軸受 - Google Patents

転がり軸受

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JPH06193637A
JPH06193637A JP4346615A JP34661592A JPH06193637A JP H06193637 A JPH06193637 A JP H06193637A JP 4346615 A JP4346615 A JP 4346615A JP 34661592 A JP34661592 A JP 34661592A JP H06193637 A JPH06193637 A JP H06193637A
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JP
Japan
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film
rolling
balls
rolling bearing
sic
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JP4346615A
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English (en)
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Masami Minami
政美 南
Hiroshi Yamada
博 山田
Norihide Satou
則秀 佐藤
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NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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    • F16C33/303—Parts of ball or roller bearings of hybrid bearings, e.g. rolling bearings with steel races and ceramic rolling elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、真空中、高温等の環境下で優れた
耐久性と潤滑性能を発揮できる転がり軸受を提供する。 【構成】 内輪1と外輪2の転走面3、4に、SiC膜
6を介して無定形炭素を含んだ炭素膜7を形成する。転
走体であるボール5をAl2 O3 、ZrO2等の酸化物
系セラミックスで形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、真空中又は高温状態
などの特殊環境下で使用される転がり軸受に関し、特に
軌道輪の転走面と転動体との間の潤滑構造に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術及びその課題】高真空、高温又は腐食ガス
中などの環境下で転がり軸受を使用する場合、通常の軸
受潤滑に用いられる潤滑油やグリース等は、油分が雰囲
気中に蒸発し、潤滑性能の劣化や使用環境を汚染する恐
れがあるため、従来、銀(Ag)や二硫化モリブデン
(MoS2 )、鉛(Pb)などの蒸気圧の低い固体潤滑
剤が使用されている。
【0003】しかし、Agを固体潤滑剤に用いた転がり
軸受では、真空中での使用により摩耗粉が発生しやす
く、また耐食性が劣るため、腐食ガス中で使用すると腐
食が進行し、潤滑性能が低下する欠点がある。
【0004】また、MoS2 を固体潤滑剤として使用し
た場合は、Agと同様に摩耗粉の発生が見られると共
に、高温の条件下で使用すると、熱分解を起こして硫黄
系の腐食性ガスを発生し、周辺機器を腐食させる問題が
ある。
【0005】さらに、Pbで軸受を潤滑した場合には、
軸受に振動が生じやすく、また多量の鉛の摩耗粉が排出
されるため、使用される真空機器を汚染する恐れがあ
る。
【0006】そこで、この発明は、上記の問題を解決
し、真空、高温、腐食ガスなどの条件下で使用しても摩
耗粉や腐食性ガス等の発生がなく、周辺環境を汚染しな
い耐久性に優れた転がり軸受を提供することを目的とし
ている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明は、2つの軌道輪に設けた転走面の間に転
動体を組込んだ転がり軸受において、上記転走面と転動
体の一方を酸化物系セラミックスで形成し、他方の表面
に、無定形炭素を含んだ炭素膜を形成したのである。
【0008】上記無定形炭素を含んだ炭素膜は、炭素を
金属表面等に被膜し、炭素原子がダイヤモンド結晶のよ
うに配置した膜をいい、一般にダイヤモンド状炭素膜、
又はi−カーボン膜と呼ばれる炭素膜(以下DLC膜と
する)をいう。このDLC膜は、イオンプレーティング
法、プラズマCVD法、イオンビーム蒸着法等の周知の
種々な薄膜形成技術を用いて転走面や転動体に被覆する
ことができる。また、軌道輪や転動体の材料として、S
UJ2、SUS440C、M50等の鋼を使用する場合
は、この鋼製の基板とDLC膜との密着性を高めるため
に、その両者の間に中間層を施してもよい。この中間層
としては、Si、SiC、SiO2 といったセラミック
ス系の被膜から選択することができ、これらの中間層も
DLC膜と同様に周知の薄膜形成技術から形成すること
ができる。
【0009】一方、酸化物系セラミックスとしては、A
l2 O3 、SiO2 、ZrO2 、ムライト(Al2 O3
・SiO2 )、ステアタイト(MgO・SiO2 )など
のセラミックスから選択して用いることができる。
【0010】
【作用】上記のDLC膜と酸化物系セラミックスは、互
いに硬質であり、また、その両者の組合せにより接触部
分で極めて低い摩擦係数が得られるため、その摺動部分
における摩耗粉の発生を著しく少なくすることができ
る。
【0011】また、DLC膜と酸化物系セラミックス
は、真空中での使用が可能であり、耐食性に優れるた
め、腐食ガスの雰囲気中で使用されても腐食されない。
加えて、DLCが、グラファイト化を起こす高温度まで
物性が変化しないため、高温度、高真空、腐食環境など
の特殊条件下でも潤滑性能を安定して維持することがで
きる。
【0012】
【実施例】図1は実施例の転がり軸受を示している。こ
の転がり軸受は、保持器を用いない総玉のアンギュラ玉
軸受を示し、内輪1と外輪2の対向面にそれぞれ転走面
3、4を設け、その転走面3、4の間に、転動体である
複数のボール5を組込んでいる。
【0013】上記各転走面3、4の表面には、中間層で
あるSiC膜6が形成され、そのSiC膜6の表面にD
LC膜7が形成されている。
【0014】また、ボール5は、Al2 O3 、Si
O2 、ZrO2 等の酸化物系セラミックスにより形成さ
れている。
【0015】なお、上記の構造に替えて、ボール5の表
面をSiC膜6とDLC膜7で被膜し、内輪1と外輪2
を酸化物系セラミックスで形成するようにしてもよい。
【0016】次に、上記図1の構造の軸受を用いて、こ
の発明と従来品との潤滑性能を比較した寿命試験につい
て説明する。
【0017】この試験においては、内輪1と外輪2をS
US440Cで形成し、その転走面3、4に、厚み約
0.1μmのSiC膜6と、厚み約0.5μmのDLC
膜7を形成した。この両膜6、7の形成は、イオンビー
ム蒸着法により行なった。また、試験軸受の寸法は、内
径8mm、外径22mm、幅寸法7mmのものを使用した。
【0018】試験では、図2に示すようにボール5の材
質をZrO2 としたもの(実施例1)と、Al2 O3 と
したもの(実施例2)を用意し、比較例として、ボール
材質をSUS440Cとしたもの(比較例1)を準備し
た。また、他の比較例として、内外輪の転走面にAg膜
をイオンプレーティングしたもの(比較例2)と、Mo
S2 膜をスパッタリングしたもの(比較例3)(この比
較例2、3のいずれもボール材質はSUS440C)を
形成した。
【0019】試験は、真空槽内で2個の試験軸受により
内部ロータを支持し、その内部ロータに連動する外部ロ
ータの駆動により上記内部ロータを回転させながら、各
試験軸受に対してスラスト荷重を加え、内部ロータと外
部ロータの速度比により試験軸受の摩擦トルクを測定し
た。試験条件は、内部ロータの回転数2500rpm、
スラスト荷重10Nとし、室温、真空度10-4Pa以下
の状態で測定した2個の試験軸受の摩擦トルクが、1N
・cmに達した時点で寿命と判定した。
【0020】試験結果を図2のグラフに示す。この結果
で示されるように、DLC膜の転走面とSUS440C
のボールを組合せた比較例1が最も寿命が低く、Ag膜
のイオンプレーティング品(比較例2)とMoS2 膜の
スパッタリング品(比較例3)は若干寿命が延びたが、
それでも200時間に達しなかった。これに対して、D
LC膜とZrO2 のボール、又はDLC膜とAl2 O3
のボールを組合せた実施例1、2の寿命は、それぞれ1
100時間以上、860時間以上となり、比較例に対し
て極めて高い耐久性を示した。
【0021】一方、図3は、DLC膜と組合せる最適な
セラミックス材料を評価するために実施した摩擦試験に
おいて、試験に使用した摺動部材の構造を示したもので
ある。
【0022】この摺動部材11は、SUS440C製の
円板12の表面に、中間層のSiC膜13を介してDL
C膜14を被覆している。各被膜13、14の形成は、
イオンビーム蒸着法により同一の真空槽内で行なった。
【0023】摩擦試験では、上記摺動部材11に対し
て、図4に示すように、転動体としてのボールの材質を
ZrO2 としたもの(実施例3)、Al2 O3 としたも
の(実施例4)、SUS440Cとしたもの(比較例
4)、Si3 N4 としたもの(比較例5)、SiCとし
たもの(比較例6)をそれぞれ用意し、それら材質の異
なる各ボールを上記摺動部材11のDLC膜14の上で
所定の荷重を加えた状態ですべらせ、その時の摩擦係数
を測定した。
【0024】試験条件は、荷重1.47N(初期面圧6
30MPa)ですべり速度1.0m/Sとした条件、及
び荷重0.49N(初期面圧430MPa)ですべり速
度0.2m/Sとした条件の2つの荷重条件で行ない、
いずれも真空度10-4Pa以下、室温状態で測定した。
【0025】図4のグラフは摩擦試験の結果を示してい
る。結果では、ボール材質をSUS440Cとした比較
例4の摩擦係数が0.4〜0.5の最も高い値を示した
のに対して、ボール材質を酸化物系セラミックスとした
実施例1及び2の摩擦係数は、2つの荷重条件で0.1
以下の非常に小さい値を示した。
【0026】一方、ボール材質を非酸化物系セラミック
ス8であるSi3 N4 やSiCとした比較例5又は6の
摩擦係数は、上記比較例4と同様に0.4以上の高い値
を示し、酸化物系セラミックスとの間で大きな差が生じ
た。
【0027】これは、DLC膜と非酸化物系セラミック
スや鋼との組合せでは、その摺動部で何らかの固相反応
が起き、一種の凝着現象が生じて摩擦係数が高くなるの
に対し、DLC膜と酸化物系セラミックスの組合せで
は、凝着を起こさないため摩擦係数が低くなったものと
推察され、このDLC膜と酸化物系セラミックスとの組
合せが、最も優れた潤滑性能を発揮することが示されて
いる。
【0028】
【効果】以上のように、この発明は、転がり軸受の転走
面と転動体を、DLC膜と酸化物系セラミックスの硬質
で極めて低い摩擦係数が得られる材料で組合せたので、
作動中の摩耗粉の発生を著しく少なくでき、周辺環境を
汚染しない。また、DLC膜や酸化物系セラミックス
は、真空中や高温、腐食環境下でも物性が安定し、性能
が劣化しないため、上記のような特殊環境で使用しても
優れた耐久性と潤滑性能を安定して維持することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の転がり軸受を示す断面図
【図2】同上の軸受を用いた寿命試験の結果を示すグラ
フ
【図3】摩擦試験に用いた摺動部材を示す断面図
【図4】摩擦試験の結果を示すグラフ
【符号の説明】
1 内輪 2 外輪 3、4 転走面 5 ボール 6 SiC膜 7 DLC膜 11 摺動部材 13 SiC膜 14 DLC膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2つの軌道輪に設けた転走面の間に転動
    体を組込んだ転がり軸受において、上記転走面と転動体
    の一方を酸化物系セラミックスで形成し、他方の表面
    に、無定形炭素を含んだ炭素膜を形成したことを特徴と
    する転がり軸受。
JP4346615A 1992-12-25 1992-12-25 転がり軸受 Pending JPH06193637A (ja)

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