JPH09229077A - セラミック軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】セラミック軸受において、転動面や摺動面の潤
滑性を長期間にわたって良好に維持できるようにするこ
と。 【解決手段】相対的に転動あるいは摺動する二つの部材
１（２），３のうち、少なくとも一方がセラミックスで
形成されているセラミック軸受Ａであって、前記セラミ
ックス製部材１，２，３の転動・摺動面に前記セラミッ
クス材の構成金属元素との弗化化合物層５が形成されて
いる。弗化化合物層５は、セラミックス製部材そのもの
の表層の組成を変化したものであり、いわゆるコーティ
ング膜のような剥離がなく、また、きわめて潤滑性に優
れたものゆえ、摩擦抵抗が軽減されて摩耗が抑制される
とともに、転動、摺動動作が長期間にわたって円滑とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック軸受に
関する。特に、真空環境、高温環境、低温環境、腐蝕環
境などで用いるのに好適なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、本願出願人は、セラミックス
製の転がり軸受やすべり軸受について種々鋭意研究して
いる。そもそも、セラミックス製の転がり軸受やすべり
軸受は、一般的なグリースやオイルなどの潤滑剤を用い
ることができない環境において好適に使用できるもので
あるが、転動、摺動部位の円滑性を高めるためには、転
動面または摺動面に固体潤滑剤をコーティングすること
が考えられている。固体潤滑剤としては、例えば金、
銀、銅、すず、鉛などの軟質金属や、フッ素系樹脂（例
えばＰＴＦＥ：ポリテトラフルオロエチレンなど）など
が挙げられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うなコーティング膜では、摩耗したり剥離したりなど、
長期間にわたって保持されにくいなどの不具合が指摘さ
れる。なお、潤滑膜を介さない直接接触になると、金属
に比べ凝着摩耗はほとんどないものの、転動、摺動時の
摩擦抵抗は増大し、円滑性が低下することになる。ま
た、セラミックスは鋼などに比べてはるかに硬度が高
く、よって面圧が高くなるため、甚だしい場合には、転
動面や摺動面が早期に摩耗、損傷して荒れることがあ
り、振動や騒音の増大につながる。

【０００４】したがって、本発明は、セラミック軸受に
おいて、転動面や摺動面の潤滑性を長期間にわたって良
好に維持できるようにすることを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミック軸受
は、相対的に転動あるいは摺動する二つの部材のうち、
少なくとも一方が窒化けい素を主体とするセラミックス
で形成されているものであり、前記セラミックス製部材
の転動・摺動面に、前記セラミックス材の構成金属元素
との弗化化合物層が形成されている。

【０００６】このような本発明では、転動面や摺動面の
表層が、良好な潤滑性を持つものであるから、コーティ
ング膜のような剥離がなくなるとともに、摩擦抵抗が軽
減されて摩耗が抑制されるので、転動、摺動動作が長期
にわたって円滑となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図１および
図２に示す実施例に基づいて説明する。

【０００８】図１は本発明の一実施例にかかり、図１
は、転がり軸受の上半分の縦断面図である。図中、Ａは
ラジアルタイプの転がり軸受の全体を示しており、ここ
では内輪１と、外輪２と、球状の転動体３と、保持器４
とを備える深溝型玉軸受を例に挙げている。この転がり
軸受Ａにおいて、内・外輪１，２の軌道溝の表面および
転動体３の表面には、弗化化合物層５が形成されてい
る。

【０００９】内・外輪１，２および転動体３は、窒化け
い素を主体とするセラミックス材により形成されてい
る。このセラミックス材としては、焼結助剤として、イ
ットリア（Ｙ₂Ｏ₃）およびアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、その
他、適宜、窒化アルミ（ＡｌＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ
₂）、スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）を用いた窒化けい素
（Ｓｉ₃Ｎ₄）を主体とするものの他、アルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃）や炭化けい素（ＳｉＣ）、ジルコニア（Ｚｒ
Ｏ₂）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化アルミ（Ａ
ｌＮ）などを用いることができる。但し、転動体３のみ
をセラミックス材で形成し、内・外輪１，２について
は、金属材料により形成してもよい。この金属材料とし
ては、例えばＪＩＳ規格ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸
受鋼などが挙げられる。耐蝕性が要求される場合には、
ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃなどのマルテンサイト系ステ
ンレス鋼、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ６３０などの析出硬
化型ステンレス鋼に適当な硬化熱処理を施した金属材な
どが好ましい。また、軽荷重用途では、例えばＪＩＳ規
格ＳＵＳ３０４などのオーステナイト系ステンレス鋼と
することができる。

【００１０】保持器４は、ＪＩＳ規格ＳＰＣＣ材などの
軟鋼の他、合成樹脂材料により形成される。合成樹脂材
料としては、一般的なポリアミド樹脂（ナイロン６６）
の他、耐熱性を有する熱可塑性樹脂、例えばポリテトラ
フルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略称する）、エチ
レンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）などのふっ素
系樹脂やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポ
リフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルサ
ルフォン（ＰＥＳ）、ナイロン４６などのエンジニアリ
ングプラスチックスなども使用できる。保持器の形式と
しては、図例の波形だけでなく、冠形などが使用され
る。

【００１１】弗化化合物層５は、セラミックスとして窒
化けい素、炭化けい素を用いる場合には、弗化シリコン
であり、アルミナや窒化アルミを用いる場合には、弗化
アルミであり、ジルコニアを用いる場合には、弗化ジル
コニウムであり、酸化マグネシウムを用いる場合には、
弗化マグネシウムである。このような弗化化合物層５
は、次のようにして形成される。例えば、セラミックス
として窒化けい素を用いる場合には、対象となるセラミ
ックス製の内・外輪１，２の軌道溝および転動体３の全
表面に対して、イオン注入法またはＣＶＤ法により、弗
化剤を所要深さまで注入して、必要に応じて反応拡散さ
せれば、内・外輪１，２の軌道溝および転動体３の主た
る組成である窒化けい素（Ｓｉ₃Ｎ₄）の表面領域が、弗
化されて弗化シリコン（ＳｉＦ₄）となる。つまり、内
・外輪１，２および転動体３の表面部分が改質されて、
優れた潤滑性を有するものになる。ここで、弗化化合物
層５は、例えば表面から適宜深さ例えば０．５μｍ程度
までの領域に形成される。使用する弗化剤としては、Ｆ
（弗素）またはＦを含むイオン種例えばＣＦ₄、Ｂ
Ｆ₂ ⁺、ＣＨＦ₃、ＳＦ₆などが挙げられる。イオン注入法
の場合、例えばイオン注入電圧を３０〜２００ＫｅＶ、
イオン注入量を１０¹⁴〜１０¹⁶Ｋ／ｃｍ²とする。

【００１２】このような転がり軸受Ａでは、内・外輪
１，２および転動体３そのものの転動、摺動面の表層の
組成を変化したものであり、いわゆるコーティング膜の
ような剥離がなく、また、きわめて潤滑性に優れたもの
ゆえ、摩擦抵抗が軽減されて摩耗が抑制されるととも
に、転動、摺動動作が長期間にわたって円滑となる。し
たがって、転がり軸受Ａの回転トルク特性ならびに振動
・騒音特性が改善されることになる。

【００１３】ところで、本発明は上記実施例のみに限定
されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
例えば、実施例では、軸受形式として深溝型玉軸受を引
用しているが、その他の種類の転がり軸受や、各種のす
べり軸受に本発明を適用できる。また、弗化化合物層５
は、軸受構成要素のうち少なくともセラミックスで形成
される部材のみに形成すればよいが、形成対象は特に限
定されない。

【００１４】

【発明の効果】本発明のセラミック軸受では、セラミッ
クス製部材において転動または摺動する部位の表面を、
潤滑性に優れているとともに剥離、摩耗がほとんどない
状態に改質しているから、転動、摺動動作が長期間にわ
たって円滑にできて、トルク特性ならびに振動・騒音特
性が改善されることになる。

【００１５】したがって、本発明のセラミック軸受は、
特に、真空環境、高温環境、低温環境、腐蝕環境などの
苛酷な環境で使用される場合において、長寿命化を達成
できるなど、好適なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかるセラミック軸受の上
半分の縦断面図

【符号の説明】

Ａ セラミック軸受 １ 内輪 ２ 外輪 ３ 転動体 ４ 保持器 ５ 弗化化合物層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対的に転動あるいは摺動する二つの部
   材のうち、少なくとも一方がセラミックスで形成されて
   いるセラミック軸受であって、 前記セラミックス製部材の転動・摺動面に、前記セラミ
   ックス材の構成金属元素との弗化化合物層が形成されて
   いる、ことを特徴とするセラミック軸受。