JPS63140118A - ころがり軸受用ボ−ル保持器およびその製造方法 - Google Patents

ころがり軸受用ボ−ル保持器およびその製造方法

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JPS63140118A
JPS63140118A JP61287447A JP28744786A JPS63140118A JP S63140118 A JPS63140118 A JP S63140118A JP 61287447 A JP61287447 A JP 61287447A JP 28744786 A JP28744786 A JP 28744786A JP S63140118 A JPS63140118 A JP S63140118A
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JP
Japan
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glassy carbon
rolling bearing
ball retainer
whiskers
manufacturing
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JP61287447A
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Michihide Yamauchi
山内 通秀
Hiroyuki Nagamori
弘之 永森
Masanobu Wakasa
正信 若狭
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Kao Corp
Original Assignee
Kao Corp
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Publication date
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/38Ball cages
    • F16C33/3837Massive or moulded cages having cage pockets surrounding the balls, e.g. machined window cages
    • F16C33/3843Massive or moulded cages having cage pockets surrounding the balls, e.g. machined window cages formed as one-piece cages, i.e. monoblock cages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
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    • F16C19/02Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/04Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
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    • F16C2206/02Carbon based material

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はころがり軸受に利用する。特に、真空中または
高温雰囲気中等で使用する無給油ころがり軸受のボール
保持器およびその製造方法に関する。
〔1既  要〕 本発明は、無給油ころがり軸受のボール保持器において
、 少なくともボールとの摺接部をガラス状カーボンを主成
分とする材料で構成することにより、耐熱性、耐久性、
潤滑性に優れ、しかも軽量で低トルクのころがり軸受用
ボール保持器を提供するものである。
〔従来の技術〕
ころがり軸受等の摺接部の潤滑には、一般的に油やグリ
ースが用いられる。しかし、真空中や高温雰囲気等の油
の使用が望ましくない場所で使用する場合、給油の困難
な場所で使用する場合、および油を使用できない条件の
場合には、潤滑剤として黒鉛、二硫化モリブデン、二硫
化タングステン、六方晶窒化ホウ素、テフロン粉末、フ
ッ化黒鉛、金、根、鉛等の固体潤滑剤が用いられる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、上述した固体潤滑剤のうち、黒鉛は真空中では
潤滑性が不十分であり、テフロン等のプラスチック類や
フッ化黒鉛は耐熱性が不十分である。
固体潤滑剤の使用方法としては、主に摺接部にこすり付
けて使用する方法が一般的である。しかし、薄膜被膜の
状態で使用すると、この被膜の摩耗寿命が短く過剰に摩
耗粉が発生ずる欠点があった。また、イオンブレーティ
ングやスパッタリング等により薄膜を形成す、る方法も
使用されているが、装置が高価であること等により製品
が高価となり、しかも十分な性能は得られていない。
このような問題点を解決するため、自己潤滑性を有する
材料の使用が考えられている。
また、半導体製造装置として用いられる真空装置や、高
性能分析器に使用する真空測定装置等の真空中で作動す
る装置では、高耐熱性および高速性が要求される。
本発明は、ころがり軸受用ボール保持器の材料として耐
熱性および耐久性に優れた軽量の自己潤滑性材料を提供
し、これにより、低トルクのころがり軸受を提供するこ
とを目的とする。
〔問題点を解決するため□の手段〕
゛□本発明の第一の発明はころがり軸受用ボール保持器
であり、少なくともボールとの摺接部がガラス状カーボ
ンを主成分とする材料、例えばガラス状カーボン単体ま
たはガラス状カーボン複合材料を原材料として構成され
たことを特徴とする。
本発明の第二の発明は上記ころがり軸受用ボール保持器
を製造する方法であり、ガラス状カーボンを主成分とす
る材料を切削加工する工程を含む。
ガラス状カーボンとしては、熱硬化性樹脂を硬化および
焼成して得られるものを用い、ポリアクリロニトリル系
、レーヨン系、フェノール系またはフラン系の樹脂を用
いることができる。特に、初′M縮合吻の状態で20%
以上の水を含みうる熱硬化性樹脂を原料として得られる
無孔性のガラス状カーボン、すなわち特開昭60−17
1208号公報、特開昭60−171209号公報特開
昭60−171210号公報および特開昭60−171
211号公報に開示されたガラス状カーボンを用いるこ
とが望ましい。
まだ、ガラス状カーボン複合材料としては、ガラス状カ
ーボンを主成分とし、補強繊維成分として炭化ケイ素ウ
ィスカ、窒化ケイ素ウィスカ、黒鉛ウィスカ、アルミナ
ウィスカから選ばれる一種以上のウィスカを含むものを
用いることができる。
ここでいうウィスカとは、固体からの自然成長、蒸気の
凝縮、化学反応、共晶の一方向性凝固、電着等により成
長する針状結晶であり、ひげ結晶とも呼ばれるものであ
る。その太さは0.05μm以下のものから10μm程
度に及ぶものが知られている。ウィスカの最大の特徴は
、結晶内部の転移や欠陥が極めて少ないことであり、皆
無のものもある。このため、ウィスカの強度はその結晶
の理想値に近い。
ウィスカのアスペクト比(太さと長さとの比)には特に
規定はないが、一般にアスペクト比の大きいものほどそ
れを含む複合材料の強度が大きくなる。本発明のガラス
状カーボン複合材料では、アスペクト比が10以上、さ
らには50以上のウィスカを用いた場合に効果が得られ
た。
ウィスカの含有率は、ガラス状カーボンに対して体積比
で0.005〜0.2の範囲が望ましく、さらには0.
005〜0.1の範囲が望ましい。この範囲の場合には
、精密加工性、耐摩耗性および摩擦係数の点で優れてい
る。ウィスカの含有率が少ない場合には混入による効果
が得られない。また、多すぎる場合には、精密加工性が
低下し、摩擦係数が太き(なってしまう。
さらに、高真空中等で使用するボール保持器には、前述
のガラス状カーボンまたはその複合材料に、二硫化モリ
ブデン、二硫化タングステン、六方晶窒化ホウ素から選
ばれる一種以上のフィラーを混入して使用することが望
ましい。
これらのフィラーは固体潤滑剤として使用される材料で
あり、いずれも六方晶系の結晶構造をもつ。例えば二硫
化モリブデンは、摺動時に襞間を生じて優れた潤滑被膜
となり、金属表面に付着して極めて低い摩擦係数を示す
。このような固体潤滑剤を混入することにより、高い耐
摩耗性を有するガラス状カーボンまたはその複合材料の
適度の減摩性と整合し、適度の固体潤滑剤供給源となり
、しかも寿命の長い耐久性を示すことができる。
【作 用〕
ガラス状カーボンは、自己潤滑性があり、耐熱性および
耐久性に優れ、しかも軽量な材料である。
この材料を用いることにより、低摩擦、低摩耗、軽量、
耐熱性に優れたころがり軸受用ボール保持器が得られる
。このボール保持器は、潤滑油を用いる必要がなく、真
空中等の潤滑油を用いることのできない雰囲気中でも低
トルクで動作する。
ウィスカを混入したガラス状カーボン複合材料を用いた
場合には、ボール保持器の強度を増加させることができ
る。また、ガラス状カーボンまたはガラス状カーボンと
ウィスカとの複合材料にフィラーを混入した複合材料を
用いた場合には、ボール保持器の摩擦係数が極めて小さ
くなる。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、
以下の例はあくまで一例であり、これにより本発明の技
術範囲を限定するものではない。
また、実施例中で「部」とあるのは、すべて「重量部」
を示す。
(材料1) フルフリルアルコール500部と92%パラホルムアル
デヒド480部とを80℃で攪拌溶解させ、攪拌下でフ
ェノール520部、水酸化ナトリウム8.8部および水
45部の混合液を滴下する。滴下終了後は80℃で3時
間反応させる。さらに、フェノール80部、水酸化ナト
リウム8.8部および水45部の混合液を添加し、80
℃で4.5時間反応させる。この混合液を30℃まで冷
却し、70%パラトルエンスルホン酸水溶液で中和する
。その後に、減圧下で脱水して150部の水を除去し、
500部のフルフリルアルコールを添加する。
これによって得られた樹脂組成物は、フェノール、フル
フリルアルコールおよびホルマリンの単量体に換算した
モル比で22 : 32 : 46の組成物であり、2
5℃で680cpsの粘度を有し、含水率は38%であ
った。
この樹脂)Jll動物パラトルエンスルホン酸70部と
、水およびグリコール(重量比2:1)の溶液3.5部
を添加し、十分に攪拌した後に厚さ3mmの板状の型に
注入し、減圧脱泡した。この後、50〜60℃で3時間
加熱し、さらに90℃で′2日間加熱した。得られた板
状の硬化樹脂を管状炉に入れ、窒素気流中にて10℃/
hrの昇温速度で1200℃まで昇温し、2時間保持し
た後に冷却してガラス状カーボンを得た。このガラス状
カーボンを材料1とする。
(材料2) フルフリルアルコール(花王りエーカー製)100部に
0.011N−H(l水溶液を5部添加し、96℃で6
時間反応させた後に減圧脱水して熱硬化性樹脂を得た。
この熱硬化性樹脂に、直径0.05〜1.5μm、長さ
20〜200μm、比重3.18のβ型炭化ケイ素ウィ
スカ(タテホ化学工業■製炭化ケイ素ウィスカ5CW)
を2重量%加え、ボールミルで分散混合した。得られた
フルフリルアルコール初期縮合物とウィスカとの混合物
100部に対して、70%パラトルエンスルホン酸水溶
液1.5部を添加して十分に攪拌した。これを、厚さ3
mmの短冊状の型に注入して減圧脱泡した。次に、50
〜60℃で3時間、さらに90℃で5日間加熱した。こ
れにより得られた短冊状の複合硬化樹脂を管状炉に入れ
、窒素気流中にて10℃/hrの昇温速度で1200℃
まで昇温し、この温度で2時間保持した後に冷却した。
これにより得られたガラス状カーボン複合材料を材料2
とする。
(材料3) 実施例1で得られた受信組成物100部に3.3部の二
硫化モリブデン(日本黒鉛工業■製、モリパウダーC)
を添加し、サンドミルで混合した。二硫化モリブデンの
混合量は焼成後の体積%で2%に相当する。
この混合物100部に70%パラトルエンスルホン酸水
溶液3.2部を添加して十分に攪拌した。これを厚さ3
開の短冊状の型に注入して減圧脱泡し、50〜60℃で
3時間、さらに90℃で3日間加熱した。
これにより得られた板状の複合硬化樹脂を円板状に加工
した。これを管状炉に入れ、窒素気流中にて10℃/h
rの昇温速度で1100℃まで昇温し、この温度で2時
間保持した。
これにより得られたガラス状カーボン複合材料を材料3
とする。
(材料4) 実施例工で得られた樹脂組成物100部に対し、炭化ケ
イ素ウィスカおよび二硫化モリブデンをそれぞれ2部お
よび3.3部加え、サンドミルで混合し、実施例3と同
様に硬化させ、成形し、焼成した。
これにより得られたガラス状カーボン複合材料を材料4
とする。
(試験例1) 材料1および材料2について、曽田(■型)振子式摩擦
試験機により摩耗特性を調べた。測定条件は、 試験片:材料1および2を試験用ローラピン形状(直径
2mm、長さ30mm)に加工したもの、 表面 :研磨テープ116000を使用して研磨、試験
用鋼球: 5UJ−2製、3/16インチ径、荷重 :
全荷重300グラム (最大ヘルツ応力111 kg/mが)、温度 :室温
および80’C1 潤滑液:使用せず とした。比較のため、5UJ−2および5O3−304
を用いて同じ測定を行った。この結果を第1表に示す。
第  1  表 第1表かられかるように、ガラス状カーボンおよびガラ
ス状カーボン複合材料は摩擦係数力<+iめで低く、こ
ろがり軸受用ボール保持器に適した材料である。
(試験例2) 材料l、3および4について、真空チャンバ内でピン・
ディスク型の試験機により摩擦特性を測定した。測定条
件は、 試料 :材料1.3および4を直径50mm 、厚さ2
mmのディスク形状に加工したもの、表面 :研磨テー
プ$6000を使用して研磨、ピン : 5UJ−2製
、3/16インチ径の鋼球、荷重 :荷重100グラム
、 温度 :真空チャンバ内は室温、 潤滑液:使用せず 真空度: 10−’台、 回転数: 100 rpm とした。比較のため、5UJ−2を用いて同じ測定を行
った。
第   2   表 第2表かられかるように、ガラス状カーボンおよびガラ
ス状カーボン複合材料は、真空中でも極めて摩擦係数が
低い。したがって、真空中で使用するころがり軸受用ボ
ール保持器に適した材料である。
(実施例) 以上の材料1〜4を切削加工し、ころがり軸受用ボール
保持器を作成した。その形状を第1図および第2図に示
す。第1図は斜視図を示し、第2図は断面図を示す。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明のころがり軸受用ボール保
持器は、鋼球との摩擦が小さく、摩耗しに<<、軽量で
、耐熱性に優れ、潤滑剤の塗布を必要としない。本発明
は、真空中や高温雰囲気中で使用するころがり軸受に使
用するに適する。特に、半導体製造装置等の真空を利用
した微細加工装置の作動部や、真空を利用した高性能分
析器におけるマニピュレータに用いて大きな効果がある
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例ころがり軸受用ボール保持器の斜
視図。 第2図は本発明実施例ころがり軸受用ボール保持器の断
面図。 ・−1,/′

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ころがり軸受のボールに接してそのボールを保持
    するころがり軸受用ボール保持器において、少なくとも
    ボールとの摺接部がガラス状カーボンを主成分とする材
    料で製造された ことを特徴とするころがり軸受用ボール保持器。
  2. (2)ガラス状カーボンを主成分とする材料を切削加工
    する工程を含むころがり軸受用ボール保持器の製造方法
  3. (3)ガラス状カーボンを主成分とする材料は、硬化前
    の初期縮合物の状態で20重量%以上の水を含むことの
    できる熱硬化性樹脂を硬化し、焼成して形成したガラス
    状カーボンを含む特許請求の範囲第(2)項に記載のこ
    ろがり軸受用ボール保持器の製造方法。
  4. (4)熱硬化性樹脂は、フラン樹脂、フェノール樹脂、
    フェノール変性フラン樹脂から選ばれる一種以上の樹脂
    を含む特許請求の範囲第(3)項に記載のころがり軸受
    用ボール保持器の製造方法。
  5. (5)ガラス状カーボンを主成分とする材料は、炭化ケ
    イ素ウィスカ、窒化ケイ素ウィスカ、黒鉛ウィスカおよ
    びアルミナウィスカから選ばれる一種以上のウィスカを
    含むガラス状カーボン複合材料である特許請求の範囲(
    2)項ないし第(4)項のいずれかに記載のころがり軸
    受用ボール保持器の製造方法。
  6. (6)ガラス状カーボンを主成分とする材料は、二硫化
    モリブデン、二硫化タングステンおよび六方晶窒化ホウ
    素から選ばれる一種以上のフィラーを含むガラス状カー
    ボン複合材料である特許請求の範囲第(2)項ないし第
    (5)項のいずれかに記載のころがり軸受用ボール保持
    器の製造方法。
JP61287447A 1986-12-02 1986-12-02 ころがり軸受用ボ−ル保持器およびその製造方法 Pending JPS63140118A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02146314A (ja) * 1988-11-28 1990-06-05 Nippon Seiko Kk 固体潤滑の玉軸受
US5752773A (en) * 1997-03-14 1998-05-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force High temperature rolling element bearing
US8137428B2 (en) 2006-06-27 2012-03-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification apparatus for internal combustion engine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5752773A (en) * 1997-03-14 1998-05-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force High temperature rolling element bearing
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