JPH0942296A

JPH0942296A - 耐食性転がり軸受

Info

Publication number: JPH0942296A
Application number: JP19542995A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Yabe; 俊一矢部; Takahiko Uchiyama; 貴彦内山; Shin Niizeki; 心新関
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1997-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】グリースが使用できない腐食性雰囲気中でも潤
滑不良による初期摩耗が回避され、且つ高精度，高強度
で、複雑形状の部材も射出成形で製造可能な低コストの
耐食性転がり軸受を提供する。【解決手段】セラミックス製の内輪１，外輪２からなる
軌道輪及び転動体３と、射出成形で成形可能な含フッ素
樹脂からなる保持器４と、軌道輪間に配置されて軌道面
を転動する少なくとも一個の固体潤滑剤供給部材５とを
備えている。この固体潤滑剤供給部材５が軸受作動開始
と同時に転動しはじめて、転動体３および内輪１，外輪
２の軌道面との接触面に固体潤滑剤が転位してなる固体
潤滑膜が形成され、円滑な潤滑作用を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水，酸，アルカリ
などの腐食性雰囲気中で好適に使用できる耐食性転がり
軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の転がり軸受に関する従来技術と
しては、例えば特開平２−１９０６１４号公報に開示さ
れたものや（第１従来例）、特開平４−３３１８１９号
公報に開示されたもの（第２従来例）、実開平４−８２
４３１号公報に開示されたもの（第３従来例）等があ
る。

【０００３】第１従来例の転がり軸受は、ステンレス系
金属製の軌道輪と、カーボン製の転動体と、直径２μｍ
以下の短繊維を含むフッ素系樹脂からなり成形加工のみ
で作製して毛羽立ちを防止した保持器とで構成されてい
る。作動初期には転動体のカーボンにより潤滑作用を行
い、回転が進むに従って保持器のフッ素系樹脂を転動体
及び軌道輪に転位させて潤滑作用を行わせる。また、保
持器は短繊維により強化されており耐久性が高められる
と共に、毛羽立ちがないから転動体の早期摩耗も防止さ
れる。

【０００４】第２従来例は転がり軸受用保持器に係り、
ガラス繊維，炭素繊維，グラファイト繊維などの耐熱性
繊維５〜４０重量％と、パーフルオロアルコキシ（ＰＦ
Ａ）樹脂３０〜９０重量％と、モリブデン粉末，二硫化
モリブデン粉末，カルシウム化合物粉末から選ばれる一
種以上の粉末充填剤５〜３０重量％とを配合した組成物
から成形されている。ＰＦＡ樹脂と耐熱性繊維とを組み
合わせることにより、高真空または極低温といった過酷
な雰囲気下での使用に耐え得る転がり軸受用保持器を得
ようとするものである。

【０００５】第３従来例の耐食性転がり軸受は、外輪，
内輪および転動体をセラミックス製にするとともに、保
持器をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）系の自
己潤滑性複合材料製としたもので、水中および腐食性ガ
ス雰囲気中での使用に耐えうる転がり軸受を得ようとす
るものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１従
来例のものは、軌道輪が食塩に浸食されるステンレス系
金属製であるから、海水雰囲気中で使用される転がり軸
受としては不適当である。また、潤滑性の点からみる
と、ある程度軸受運転時間が経過すれば保持器のフッ素
系樹脂による自己潤滑機能が作用しはじめるとしても、
作動初期においては、転動体と軌道輪との間の潤滑作用
は転動体を形成するカーボンのみにより行われるにすぎ
ないから、潤滑不良による転動体の初期摩耗が避けられ
ない。

【０００７】一方、第２従来例のものは、保持器の組成
中に、本来機械的強度が十分とはいえないＰＦＡ樹脂３
０〜９０重量％を含むものであるから、その点に問題が
ある。即ち、保持器は転動体を所定の間隔に保持する機
能を有するものであり、種々の方向から受ける応力に十
分に耐えられる強度が必要とされ破損してはならない
が、ＰＦＡ樹脂製保持器の破壊試験で破損荷重が低いこ
とが認められた。

【０００８】また、第３従来例のものは、軌道輪及び転
動体をセラミックス製とし、保持器は摺動特性，耐薬品
性に優れる含フッ素樹脂の一種ＰＴＦＥとしたことによ
り優れた耐食性を確保してはいる。しかし、保持器の材
料に使用されているＰＴＦＥの融点が３２７℃と高く、
高溶融粘度であることから溶融成形による成形加工性に
問題があり、例えば形状の複雑な冠型保持器や比較的細
い柱部を有する円筒ころ軸受用保持器を生産性の高い射
出成形で製造することは難しい。そのため、形状の複雑
な保持器を必要とする場合は、例えばＰＴＦＥ材から研
削加工などの手段で目的形状に製作する以外になく、製
作自体が極めて困難であり且つ非常にコスト高になって
しまう。

【０００９】更に、腐食性雰囲気下ではグリースなどの
潤滑剤が全く使用できないことも多く、上記第２，第３
の従来例の転がり軸受の場合にも、第１従来例で指摘し
たと同様に、作動初期において潤滑不良による摩耗の発
生が避けられないという未解決の課題が残されている。
そこで、本発明は以上のような従来からの未解決の課題
に着目してなされたものであり、その目的するところ
は、グリースが使用できない水，酸，アルカリなどの腐
食性雰囲気中でも潤滑不良による初期摩耗が回避されて
好適に使用でき、且つ高精度，高強度で、複雑形状の部
材も射出成形で製造可能な低コストの耐食性転がり軸受
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の未解決の課題を解
決する本発明は耐食性転がり軸受に係り、セラミックス
製の内輪，外輪からなる軌道輪及び転動体と、射出成形
で成形可能な含フッ素樹脂からなる保持器と、前記軌道
輪間に配置されて軌道面を転動する少なくとも一個の固
体潤滑剤供給部材とを備えていることを特徴とするもの
である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の耐食性転がり軸受
の一実施形態例の断面を示している。先ず、構成を説明
すると、内輪１と外輪２とからなる軌道輪、その軌道輪
の間に配設された複数箇の転動体３、その転動体同士を
所定間隔に保持する保持器４、更には転動体３の間に挟
まれるようにして軌道輪の間に配設された少なくとも一
個の固体潤滑剤供給部材５を備えている。

【００１２】内輪１と外輪２と転動体３（図示のものは
玉。ころの場合もある）は、いずれもセラミックス製で
ある。セラミックスとしては、窒化ケイ素（Ｓｉ
₃Ｎ₄），アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃），ジュルコニア
（ＺｒＯ₂），シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等が用い
られ、耐食性転がり軸受の使用される薬液やガス等の雰
囲気の種類に応じて、好適に使用できるものを適宜に選
定する。

【００１３】保持器４は、射出成形で成形可能な含フッ
素樹脂製である。含フッ素樹脂としたのは、材料が本
来、優れた摺動特性や耐薬品性を有するためである。し
かして、本発明の保持器に使用されるものは、溶融粘度
が低くて射出成形できる含フッ素樹脂であって且つ機械
的強度が優れているものが良い。それによって複雑な形
状を有する高精度，高強度の保持器でも低コストで量産
できるからである。その点、含フッ素樹脂として広く使
用されるＰＴＦＥは、冠型保持器の成形が可能なほど十
分な成形加工性を有するとはいえず、本発明の保持器用
成形材料からは除外する。

【００１４】保持器に要求される性能として、機械的強
度は重要な要素の一つである。そこで、本発明者らは、
実用的に十分な強度を保証できる含フッ素樹脂を見極め
るため、各種の含フッ素樹脂を用いて図２に示す冠型保
持器（玉軸受６２０６に使用）を射出成形により製造し
て、それらの破壊試験を次のように行った。ゲートを一
か所に設けた金型を使用して成形し、得られた冠型保持
器に、図３に示すように、保持器４の内径に対して僅か
なすき間αを有する半円状の上下２個の治具１０Ａ，１
０Ｂを装着する。それらの治具１０Ａ，１０Ｂを１０ｍ
ｍ／ｍｉｎの速度で上下方向に移動させて破損するとき
の荷重を測定した。その結果を表１に示した。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１の結果から、本発明の保持器に必要な
強度を維持するために好適な含フッ素樹脂としては、テ
トラフルオロエチレン〜ヘキサフルオロプロピレン共重
合体（ＦＥＰ），テトラフルオロエチレン〜エチレン共
重合体（ＥＴＦＥ），ポリクロロトリフルオロエチレン
（ＰＣＴＦＥ），クロロトリフルオロエチレン〜エチレ
ン共重合体（ＥＣＴＦＥ），ポリビニリデンクロライド
（ＰＶｄＦ）等が使用できる。

【００１７】その含フッ素樹脂製保持器には、繊維状強
化材として、ガラス繊維，チタン酸カリウムウイスカ，
ホウ酸アルミニウムウイスカ，シリコンカーバイドウイ
スカ，カーボンファイバ等の耐食性に優れたものを使用
することができる。これらの繊維状強化材と含フッ素樹
脂との組合せは、使用される薬液雰囲気の種類に応じて
適宜に決められる。また、その組合せの配合比として
は、含フッ素樹脂６０〜９０重量％に対して繊維状強化
材４０〜５重量％であり、好ましくは含フッ素樹脂７０
〜９０重量％に対し含フッ素樹脂３０〜１０重量％であ
る。繊維状強化材が５重量％未満の場合は保持器として
必要な機械的強度が得られない。一方、繊維状強化材が
４０重量％を越える場合には、成形時に流動性が悪くな
り、成形性が低下して高精度の保持器を得ることができ
ない。

【００１８】本発明の耐食性転がり軸受の構成部材であ
る固体潤滑剤供給部材５は、転動体３と同一の形状（玉
又はころ）で、その直径は転動体３の直径より僅かに小
さい方がよい。転動体と同一寸法の場合、荷重を受けて
破損する可能性が高いためである。軌道輪間の複数箇の
転動体のいずれかの代わりに保持器４に組み込んで使用
される。この固体潤滑剤供給部材の材質としては、グラ
ファイト，フッ化炭素，ＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＭｏＳ₂，
ＷＳ₂およびそれらの混合物等が好適である。または、
それらの固体潤滑剤物質で心材を被覆したもの（例えば
ステンレス球の表面にＭｏＳ₂をスパッタリングするな
ど）でもよい。

【００１９】次に作用を説明する。本発明の耐食性転が
り軸受は、高い耐食性を有するセラミックス製の内輪
１，外輪２，転動体３と、同じく高い耐食性を有する含
フッ素樹脂製の保持器４と、高い耐食性と自己潤滑性を
有する固体潤滑剤供給部材５で構成されているから、例
えば水，海水，酸，アルカリなどの腐食性雰囲気中でも
好適に用いることができる。また、グリース等の潤滑剤
が流出したり変質したりしてしまうために使用できない
場合でも、固体潤滑剤供給部材５による自己潤滑機能に
より、軸受の作動初期から円滑な潤滑が行われるから、
内輪１，外輪２の軌道面や転動体３の摩耗損傷が防止さ
れる。

【００２０】即ち、グリースのない無潤滑状態で転がり
軸受が作動を始めると、同時に固体潤滑剤供給部材５が
転動体３及び内輪１，外輪２の各軌道面と接触して回転
しはじめ、各部材の接触面に固体潤滑剤給部材５から剥
離した固体潤滑剤が供給されて潤滑被膜を形成する。し
たがって、転動体と軌道輪との間では、作動初期から固
体潤滑剤の形成被膜による潤滑作用が行われることにな
り、円滑に作動して摩耗が防止される。そして、回転の
続行に伴い、保持器の含フッ素樹脂が転動体３との接触
で僅かずつ削り取られて転動体の表面に含フッ素樹脂被
膜が形成され、その含フッ素樹脂被膜が更に内輪１，外
輪２の軌道面に転移して、そこにも含フッ素樹脂被膜が
形成される。したがって、ある程度の運転時間が経過し
た後には、固体潤滑剤供給部材５からの固体潤滑剤の潤
滑作用に、更に保持器４から供給される含フッ素樹脂潤
滑剤の潤滑作用も加わり、一層円滑な作動が行われる。

【００２１】また、保持器４を構成する含フッ素樹脂は
機械的強度が十分強いものから選定されたものであるか
ら、保持器に種々の方向から加わる応力に十分に耐える
ことができ破損が防止される。しかも、低溶融粘度のも
のから選定し、形状の複雑な冠型保持器や比較的細い柱
部を有する円筒ころ軸受用保持器であっても射出成形で
製造することができるから、低コストで量産することが
できる。

【００２２】なお、本発明の耐食性転がり軸受は、玉軸
受の他にころ軸受にも適用できる。また、ラジアル軸受
とは限らず、スラスト軸受にも適用可能である。

【００２３】

【実施例】以下、実施例と比較例とにより、本発明の効
果を説明する。図１に示す構造の転がり軸受（６２０
６）を種々の材料を用いて試作して供試体とした。保持
器は図２の冠型とし、６個の転動体（玉）と２個の固体
潤滑剤供給部材を組み付けた。固体潤滑剤供給部材の直
径は玉径より０．０５ｍｍ小さくした。

【００２４】この供試体の転がり軸受を下記条件下で運
転して、５００時間経過後のラジアル内部すき間を測定
して摩耗量から潤滑状態を評価した。回転試験条件：回転数；３００ｒｐｍラジアル荷重；１７０ｋｇｆ雰囲気；水中（イオン交換水）グリース；なし供試体の各部材の材料構成は次の通りである。

【００２５】（実施例１）内輪，外輪，転動体：窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）保持器：チタン酸カリウムウイスカ〔大塚化学（株）、
商品名；ＴＩＳＭＯ−Ｄ〕２０重量％及びＥＴＦＥ〔ダ
イキン工業（株）、商品名；ネオフロンＥＴＦＥ〕８０
重量％を混練し、ペレット化したものを射出成形。

【００２６】固体潤滑剤供給部材：ＰＴＦＥ〔（株）モ
リテックス、テフロン球〕（実施例２）内輪，外輪，転動体：窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）保持器：カーボンファイバ（ＰＡＮ系）〔日本カーボン
（株）、商品名；カーボロンＺ〕１５重量％及びＥＴＦ
Ｅ〔ダイキン工業（株）、商品名；ネオフロンＥＴＦ
Ｅ〕８５重量％を混練し、ペレット化したものを射出成
形。

【００２７】固体潤滑剤供給部材：ＰＴＦＥ〔（株）モ
リテックス、テフロン球〕（実施例３）内輪，外輪，転動体，保持器：実施例１と同じ固体潤滑剤供給部材：グラファイト球（人造黒鉛から研
削加工）（実施例４）内輪，外輪，転動体：アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）保持器：ホウ酸アルミニウムウイスカ〔四国化成
（株）、商品名；アルボレックスＧ〕２０重量％及びＰ
ＣＴＦＥ〔ダイキン工業（株）、商品名；ネオフロンＣ
ＴＦＥ〕８０重量％を混練し、ペレット化したものを射
出成形。

【００２８】固体潤滑剤供給部材：ＰＦＡ〔ダイキン工
業（株）、商品名；ネオフロンＰＦＡ〕を射出成形。（実施例５）内輪，外輪，転動体：ジュルコニア（ＺｒＯ₂）保持器：シリコンカーバイドウイスカ〔出光マテリアル
（株）、商品名；ＳｉＣウイスカＭグレード〕２０重量
％及びＰＶｄＦ〔ダイキン工業（株）、商品名；ネオフ
ロンＶＤＦ〕８０重量％を混練し、ペレット化したもの
を射出成形。

【００２９】固体潤滑剤供給部材：フッ化炭素〔日本カ
ーボン（株）〕２５重量％及びＰＦＡ〔ダイキン工業
（株）、商品名；ネオフロンＰＦＡ〕７５重量％を混練
し、ペレット化したものを射出成形（比較例）内輪，外輪，転動体：窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）保持器：ＰＴＦＥ（冠型、機械加工で製作）以上の実施例１〜５及び比較例の６種の供試体転がり軸
受を先の条件で運転して、５００時間経過後のラジアル
内部すき間を測定した結果を表２に示す。

【００３０】

【表２】

【００３１】表２の結果から、内輪，外輪，転動体を窒
化ケイ素としたものにおいて、本発明の実施例１〜３の
供試体転がり軸受は、すき間量が比較例の半分以下であ
り、摩耗が少なくて良好な潤滑状態が維持されているこ
とが明らかである。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
内輪，外輪及び転動体がセラミックス製で、保持器が含
フッ素樹脂製であるから、水，海水，酸，アルカリ等種
々の腐食性雰囲気中で優れた耐食性を発揮し、グリース
のない無潤滑下でも長期間にわたり円滑な作動が維持で
きるという効果を奏する。

【００３３】しかも保持器の含フッ素樹脂には、機械的
強度が高く且つ射出成形可能なものを使用するから、複
雑な応力を受ける保持器でも十分な耐久力を確保するこ
とができるし、冠型保持器等の複雑な形状のものでも量
産可能で低コストにできるという効果を奏する。また、
軌道輪間に少なくとも一個配置される固体潤滑剤供給部
材からは、作動開始と共に固体潤滑剤が軌道面および転
動体面に供給されて潤滑膜を形成するので、グリースな
どの潤滑剤が全く使用できない腐食性雰囲気下において
も、作動初期から良好な潤滑状態が維持でき、従来の耐
食性転がり軸受に比べて大幅に摩耗の発生が低減できる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の耐食性転がり軸受の一実施形態例の断
面図である。

【図２】図１に示す軸受に用いた冠型保持器の斜視図で
ある。

【図３】図２に示す冠型保持器の破壊試験の荷重負荷方
向を説明する図である。

【符号の説明】

１内輪２外輪３転動体４保持器５固体潤滑剤供給部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス製の内輪，外輪からなる軌
道輪及び転動体と、射出成形で成形可能な含フッ素樹脂
からなる保持器と、前記軌道輪間に配置されて軌道面を
転動する少なくとも一個の固体潤滑剤供給部材とを備え
ていることを特徴とする耐食性転がり軸受。