(57)【要約】【課題】製造コストの上昇を抑制しつつ、摺動面が高い耐摩耗性を有する滑り軸受を提供する。【解決手段】球面滑り軸受１は、外輪滑り面１１Ａを有する外輪１１と外輪滑り面１１Ａに対向し、外輪滑り面１１Ａに接触する内輪滑り面１２Ａを有する内輪１２とを備えている。そして、外輪滑り面１１Ａには、βサイアロンを主成分とし、残部不純物からなるβサイアロン皮膜１１Ｂが形成されている。さらに、内輪滑り面１２Ａにも、βサイアロンを主成分とし、残部不純物からなるβサイアロン皮膜１２Ｂが形成されている。【選択図】図２
2010001997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の摺動面を有する第１部材と、
前記第１の摺動面に対向し、前記第１の摺動面に接触する第２の摺動面を有する第２部材とを備え、
前記第１の摺動面および前記第２の摺動面の少なくともいずれか一方には、βサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる皮膜が形成されている、滑り軸受。
【請求項２】
第１の摺動面を有する第１部材と、
前記第１の摺動面に対向し、前記第１の摺動面に接触する第２の摺動面を有する第２部材とを備え、
前記第１の摺動面および前記第２の摺動面の少なくともいずれか一方には、βサイアロンを主成分とし、残部溶射添加剤および不純物からなる皮膜が形成されている、滑り軸受。
【請求項３】
前記溶射添加剤はシリカである、請求項２に記載の滑り軸受。
【請求項４】
前記皮膜に占める前記溶射添加剤の割合は２０質量％以下である、請求項２または３に記載の滑り軸受。
【請求項５】
前記皮膜は封孔処理されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の滑り軸受。
【請求項６】
前記皮膜は多孔質となっている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の滑り軸受。
【請求項７】
風力発電装置のナセルを、前記ナセルを支持する架台に対して回転可能に支持する滑り軸受として用いられる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の滑り軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、滑り軸受に関し、より特定的には、βサイアロンを主成分とする皮膜を有する構成部品を備えた滑り軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
滑り軸受は、互いに接触して配置される２つの部材が相対的に摺動可能な構成を有している。ここで、滑り軸受を構成する部材の摺動面（他の部材に接触して摺動する面）には、高い耐摩耗性が要求される。これに対し、摺動面に硬質の金属層を形成する対策が採用される場合がある（たとえば特許文献１）。これにより、摺動面の耐摩耗性が向上し、滑り軸受の耐久性が向上する。
【特許文献１】特開２００７−８５４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、滑り軸受は広範な用途に適用され、質量の大きい構造物を支持する苛酷な用途にも使用される。このような場合、摺動面に金属層を形成するのみでは、必ずしも十分な耐摩耗性を得ることはできない。
【０００４】
これに対し、摺動面に金属よりもさらに耐摩耗性に優れたセラミックスの皮膜を形成する対策が考えられる。また、セラミックスの皮膜を容易に形成する方法として、摺動面に対する溶射を採用することができる。ここで、皮膜を構成するセラミックス材料としては、たとえば酸化物系セラミックスであるアルミナ（酸化アルミニウム；Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）や窒化物系セラミックスである窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）などが挙げられる。
【０００５】
しかしながら、アルミナ、酸化チタンあるいは酸化クロムを皮膜の素材として採用した場合、上記苛酷な用途においては、摺動面の耐摩耗性は必ずしも十分であるとはいえない。一方、窒化珪素を皮膜の素材として採用すれば、高い耐摩耗性が期待される。しかし、窒化珪素を素材として溶射を実施した場合、窒化珪素が分解するという問題がある。そのため、窒化珪素の皮膜を摺動面に形成するためには、溶射以外の方法を採用する必要があり、滑り軸受の製造コストが高くなるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、製造コストの上昇を抑制しつつ、摺動面が高い耐摩耗性を有する滑り軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の局面における滑り軸受は、第１の摺動面を有する第１部材と、第１の摺動面に対向し、第１の摺動面に接触する第２の摺動面を有する第２部材とを備えている。そして、第１の摺動面および第２の摺動面の少なくともいずれか一方には、βサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる皮膜が形成されている。
【０００８】
本発明の他の局面における滑り軸受は、第１の摺動面を有する第１部材と、第１の摺動面に対向し、第１の摺動面に接触する第２の摺動面を有する第２部材とを備えている。そして、第１の摺動面および第２の摺動面の少なくともいずれか一方には、βサイアロンを主成分とし、残部溶射添加剤および不純物からなる皮膜が形成されている。
【０００９】
本発明者は、滑り軸受の摺動面に低コストな皮膜を形成し、摺動面の耐摩耗性を向上させる方策について検討を行なった。その結果、以下のような知見が得られ、本発明に想到した。βサイアロンは、一般的な溶射温度においても安定で、溶射の際における分解が問題とならない。したがって、アルミナ、酸化チタン等の酸化物系セラミックスと同様に、溶射による皮膜形成が可能である。そのため、皮膜の素材としてβサイアロンを採用することにより、皮膜形成のためのコストを抑制することができる。また、βサイアロン皮膜（βサイアロンを主成分とする皮膜）は、アルミナ、酸化チタン等の酸化物系セラミックスからなる皮膜に比べて高い耐摩耗性を有している。そのため、摺動面にβサイアロン皮膜を形成することにより、高い耐摩耗性を摺動面に付与することができる。以上のように、本発明の一の局面における滑り軸受によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、摺動面が高い耐摩耗性を有する滑り軸受を提供することができる。
【００１０】
また、本発明の他の局面における滑り軸受は、基本的には上記本発明の一の局面における滑り軸受と同様の構成を有し、同様の作用効果を奏する。しかし、本発明の他の局面における滑り軸受では、βサイアロン皮膜が溶射添加剤を含む点で上記本発明の一の局面における滑り軸受とは異なっている。本発明の他の局面における滑り軸受によれば、たとえばβサイアロンよりも融点の低い溶射添加剤の採用により、密着強度やち密性の高いβサイアロン皮膜の形成が容易となる。
【００１１】
なお、溶射添加剤としては、シリカ（ＳｉＯ２）などを採用することができる。また、上記本発明の一の局面における滑り軸受と同等の作用効果を奏するためには、皮膜に占める溶射添加剤の割合は２０質量％以下であることが望ましい。
【００１２】
上記滑り軸受においては、上記皮膜は封孔処理されていてもよい。これにより、皮膜の気孔率を低下させ、皮膜の密着性を向上させることができる。
【００１３】
上記滑り軸受においては、上記皮膜は多孔質となっていてもよい。これにより、皮膜に形成された孔（ポア）に潤滑剤が貯留され、滑り軸受の耐久性が向上する。
【００１４】
上記滑り軸受は、風力発電装置のナセルを、ナセルを支持する架台に対して回転可能に支持する滑り軸受として用いてもよい。
【００１５】
風力発電装置の増速機、発電機など格納した機械室であるナセルは質量が大きく、これを支持する滑り軸受の摺動面には高い耐摩耗性が要求される。そのため、摺動面が高い耐摩耗性を有する本発明の滑り軸受の適用が有効である。
【発明の効果】
【００１６】
以上の説明から明らかなように、本発明の滑り軸受によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、摺動面が高い耐摩耗性を有する滑り軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である実施の形態１における滑り軸受である球面滑り軸受の構成を示す概略断面図である。また、図２は、図１の要部を拡大して示す概略部分断面図である。図１および図２を参照して、実施の形態１における球面滑り軸受について説明する。
【００１９】
図１を参照して、実施の形態１の球面滑り軸受１は、第１部材としての環状の外輪１１と、外輪１１の内周側に配置された第２部材としての環状の内輪１２とを備えている。外輪１１の内周面には球面形状を有する第１の摺動面としての外輪滑り面１１Ａが形成されており、内輪１２の外周面には、球面形状を有する第２の摺動面としての内輪滑り面１２Ａが形成されている。そして、外輪滑り面１１Ａと内輪滑り面１２Ａとが互いに対向するとともに接触するように、外輪１１と内輪１２とは配置されている。
【００２０】
以上の構成により、球面滑り軸受１の外輪１１と内輪１２とは、互いに相対的に周方向に滑ることにより回転および揺動可能となっている。また、外輪滑り面１１Ａおよび内輪滑り面１２Ａが球面形状であることにより、調心角αの範囲で外輪１１の回転軸と内輪１２の回転軸とが角度をなすことができる。
【００２１】
そして、図２を参照して、外輪滑り面１１Ａには、βサイアロンを主成分とし、残部不純物からなるβサイアロン皮膜１１Ｂが形成されている。さらに、内輪滑り面１２Ａにも、βサイアロンを主成分とし、残部不純物からなるβサイアロン皮膜１２Ｂが形成されている。そのため、本実施の形態おける球面滑り軸受１は、製造コストの上昇を抑制しつつ、摺動面（外輪滑り面１１Ａおよび内輪滑り面１２Ａ）が高い耐摩耗性を有する滑り軸受となっている。
【００２２】
なお、上記不純物は、原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものを含む不可避的不純物を含む。また、外輪滑り面１１Ａおよび内輪滑り面１２Ａの少なくともいずれか一方には、二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤の皮膜が形成されていてもよい。つまり、βサイアロン皮膜１１Ｂ，１２Ｂの表面には、二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤の皮膜を形成してもよい。
【００２３】
さらに、上記本実施の形態においては、βサイアロン皮膜１１Ｂ，１２Ｂは、βサイアロンを主成分とし、残部溶射添加剤および不純物からなる皮膜であってもよい。たとえばβサイアロンの融点を低下させる溶射添加剤の採用により、一様なβサイアロン皮膜１１Ｂ，１２Ｂが形成された球面滑り軸受１を、容易に提供することができる。上記不純物は、原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものを含む不可避的不純物を含む。
【００２４】
次に、本実施の形態における滑り軸受の製造方法について説明する。図３は、実施の形態１における滑り軸受の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【００２５】
図３を参照して、本実施の形態における滑り軸受の製造方法においては、まず、工程（Ｓ１０）として成形体準備工程が実施される。具体的には、工程（Ｓ１０）では、たとえば高炭素クロム軸受鋼であるＳＵＪ２などの鋼材に対して、鍛造、切削などの加工が施され、外輪１１および内輪１２の形状に成形加工された成形体が準備される。
【００２６】
次に、工程（Ｓ２０）として熱処理工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、たとえば工程（Ｓ１０）において準備された鋼からなる形成体に対して焼入硬化処理および焼戻処理が実施されて、当該成形体が所望の硬度に硬化される。
【００２７】
次に、工程（Ｓ３０）として前処理工程が実施される。具体的には、たとえば上記成形体の外輪滑り面１１Ａおよび内輪滑り面１２Ａに該当する領域に対してサンドブラスト処理が実施されて、当該表面の粗さが所望の粗さとなるように調整される。このサンドブラスト処理は、たとえばアルミナ、炭化ケイ素などの粒子を当該表面に衝突させることにより実施することができる。
【００２８】
次に、工程（Ｓ４０）として溶射工程が実施される。具体的には、まず、上記成形体の外輪滑り面１１Ａおよび内輪滑り面１２Ａに該当する領域が露出するとともに、当該領域以外の領域を覆うように、成形体に対してマスキングが施される。その後、外輪滑り面１１Ａおよび内輪滑り面１２Ａに対して、加熱されたβサイアロンの粉末が溶射される。このβサイアロンの粉末は、たとえば燃焼合成法を採用した製造プロセスにより、安価に製造することができる。また、当該βサイアロンの粉末に対しては、必要に応じて溶射添加剤を添加してもよい。これにより、外輪滑り面１１Ａおよび内輪滑り面１２Ａにβサイアロン皮膜１１Ｂ，１２Ｂ（溶射皮膜）が形成される。
【００２９】
次に、工程（Ｓ５０）として封孔処理工程が実施される。具体的には、工程（Ｓ４０において形成されたβサイアロン皮膜１１Ｂ，１２Ｂの表面に封孔剤を塗布した後、所定温度に加熱することにより、封孔剤を硬化する。これにより、βサイアロン皮膜１１Ｂ，１２Ｂの気孔率が低下し、皮膜の密着性が向上する。なお、この工程（Ｓ５０）は、潤滑剤を保持させる等の目的でβサイアロン皮膜１１Ｂ，１２Ｂを多孔質な状態としたい場合、省略することができる。
【００３０】
次に、工程（Ｓ６０）として仕上げ工程が実施される。工程（Ｓ４０）において形成されたβサイアロン皮膜１１Ｂ，１２Ｂが研磨され、表面が平滑にされるとともに、所望の厚みに膜厚が調整される。これにより、実施の形態１における外輪１１および内輪１２が完成する。また、必要に応じて、外輪滑り面１１Ａおよび／または内輪滑り面１２Ａに、二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤の皮膜を形成してもよい。
【００３１】
そして、工程（Ｓ７０）として組立工程が実施される。具体的には、工程（Ｓ１０）〜（Ｓ６０）において作製された外輪１１と内輪１２とが組み合わされて、実施の形態１における球面滑り軸受１が組立てられる。以上の工程により、本実施の形態における球面滑り軸受１が完成する。
【００３２】
（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図４は、実施の形態２における滑り軸受であるナセル支持用滑り軸受を備えた風力発電装置のナセル支持構造を示す概略断面図である。また、図５は、図４のナセル支持用滑り軸受を拡大して示す概略断面図である。
【００３３】
図４を参照して、実施の形態２における風力発電装置９０は、風車の主軸を支持するとともに当該主軸に接続された増速機、発電機などを格納する機械室であるナセル９１と、ナセル９１を支持するタワー９５とを備えている。ナセル９１の内部には、モータおよび当該モータの主軸の回転を減速する減速機を含むヨー駆動装置９２が配置されている。そして、ヨー駆動装置９２には、ヨー駆動装置９２の出力ギアであるピニオンギア９３が接続されている。また、ナセル９１は、ナセル９１の底部にナセル支持部９９を有している。ナセル支持部９９は外周側の端部が軸方向に屈曲した屈曲部を含む円盤状の形状を有している。さらに、ナセル支持部９９には、互いに対向する一対のブレーキパッド９４Ａを有するブレーキキャリパー９４が接続されている。
【００３４】
一方、タワー９５の上部には、一対のブレーキパッド９４Ａの間にその一部が進入するように、平板円環状の形状を有するブレーキディスク９７が配置されている。さらに、ブレーキディスク９７上には、円環状の形状を有し、内周面９６Ｄにギアが形成されたタワー支持部９６が配置されている。また、タワー支持部９６の内周面９６Ｄに形成されたギアは、上記ヨー駆動装置９２に接続されたピニオンギア９３と噛み合っている。ブレーキディスク９７およびタワー支持部９６は、タワー９５に対して固定されている。また、タワー支持部９６の端面（上面９６Ａ）とナセル支持部９９の端面（底面９９Ａ）、およびタワー支持部９６の外周面９６Ｂとナセル支持部９９の上記屈曲部の内周面９９Ｂとは接触し、互いに摺動可能となっている。つまり、タワー支持部９６とナセル支持部９９とは、ナセル支持用滑り軸受２を構成している。
【００３５】
すなわち、ナセル支持用滑り軸受２は、風力発電装置９０のナセル９１を、ナセル９１を支持する架台であるタワー９５に対して回転可能に支持するナセル支持用滑り軸受である。そして、ナセル支持用滑り軸受２は、第１の摺動面としての底面９９Ａおよび内周面９９Ｂを有する第１部材としてのナセル支持部９９と、ナセル支持部９９の底面９９Ａおよび内周面９９Ｂにそれぞれ対向し、ナセル支持部９９の底面９９Ａおよび内周面９９Ｂに接触する第２の摺動面としての上面９６Ａおよび外周面９６Ｂを有する第２部材としてのタワー支持部９６とを備えている。
【００３６】
そして、実施の形態２におけるナセル支持用滑り軸受は、実施の形態１における球面滑り軸受と、基本的には同様の構成を有している。具体的には、図５を参照して、ナセル支持部９９の底面９９Ａおよび内周面９９Ｂには、βサイアロンを主成分とし、残部不純物からなるβサイアロン皮膜９９Ｃが形成されている。また、タワー支持部９６の上面９６Ａおよび外周面９６Ｂにも、βサイアロンを主成分とし、残部不純物からなるβサイアロン皮膜９６Ｃが形成されている。なお、βサイアロン皮膜９６Ｃ，９９Ｃは、実施の形態１の場合と同様に、βサイアロンを主成分とし、残部溶射添加剤および不純物からなるものであってもよい。
【００３７】
次に、風力発電装置９０のナセル支持構造の動作について説明する。ナセル９１に固定されたヨー駆動装置９２が動作すると、ヨー駆動装置９２に接続されたピニオンギア９３が回転する。ここで、上述のようにピニオンギア９３とタワー支持部９６の内周面９６Ｄに形成されたギアとが噛み合っているため、ナセル９１は、ナセル支持用滑り軸受２により支持されつつ、タワー９５に対して回転する。このとき、ブレーキキャリパー９４は、ナセル支持部９９に対して固定されているため、ナセル９１とともに回転する。そして、タワー９５に対して固定されたブレーキディスク９７を一対のブレーキパッド９４Ａが挟みつけることにより、ナセル９１が所望の位置で停止する。これにより、風力発電装置９０の周囲における風向に応じて、風力発電装置９０の主軸の回転軸を所望の方向に調整することができる。
【００３８】
ここで、ナセル９１をタワー９５に対して回転可能に支持する軸受として、転がり軸受を用いることも可能である。しかし、転がり軸受は回転に要するエネルギーが小さいため、上記ブレーキキャリパー９４を含むブレーキシステムが大型化、重量化するという問題がある。ブレーキシステムはナセル９１とともにタワー９５上に設置されるため、小型化、軽量化されることが望ましい。これに対し、上述のようにナセル支持用滑り軸受２を採用することにより、ブレーキシステムを小型化、軽量化することが可能となる。
【００３９】
さらに、ナセル９１は、増速機、発電機などを格納する機械室であって、質量の大きい部材である。そのため、当該ナセル９１を支持する滑り軸受の摺動面には、高い耐摩耗性が要求される。これに対し、本発明の滑り軸受であるナセル支持用滑り軸受２は、上記構成を有するため、製造コストの上昇を抑制しつつ、摺動面（底面９９Ａ、内周面９９Ｂ、上面９６Ａおよび外周面９６Ｂ）が高い耐摩耗性を有する滑り軸受となっている。なお、ナセル支持用滑り軸受２は、実施の形態１の球面滑り軸受１と同様に、タワー支持部９６およびナセル支持部９９の所望の領域（摺動面）にβサイアロンを溶射することにより、製造することができる。
【００４０】
上記実施の形態においては、本発明の滑り軸受の一例として、球面滑り軸受１およびナセル支持用滑り軸受２について説明したが、本発明の滑り軸受はこれに限られず、摺動面に高い耐摩耗性が要求される種々の形態の滑り軸受に適用することができる。また、上記実施の形態においては、互いに接触する摺動面の両方にβサイアロン皮膜が形成される場合について説明したが、いずれか一方の摺動面に特に高い耐摩耗性が要求される場合、当該一方のみにβサイアロン皮膜が形成されてもよい。
【００４１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の滑り軸受は、摺動面に高い耐摩耗性が要求される滑り軸受に、特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施の形態１における球面滑り軸受の構成を示す概略断面図である。
【図２】図１の要部を拡大して示す概略部分断面図である。
【図３】実施の形態１における滑り軸受の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態２におけるナセル支持用滑り軸受を備えた風力発電装置のナセル支持構造を示す概略断面図である。
【図５】図４のナセル支持用滑り軸受を拡大して示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  球面滑り軸受、２  ナセル支持用滑り軸受、１１  外輪、１１Ａ  外輪滑り面、１１Ｂ，１２Ｂ  βサイアロン皮膜、１２  内輪、１２Ａ  内輪滑り面、９０  風力発電装置、９１  ナセル、９２  ヨー駆動装置、９３  ピニオンギア、９４  ブレーキキャリパー、９４Ａ  ブレーキパッド、９５  タワー、９６  タワー支持部、９６Ａ  上面、９６Ｂ  外周面、９６Ｃ，９９Ｃ  サイアロン皮膜、９６Ｄ  内周面、９７  ブレーキディスク、９９  ナセル支持部、９９Ａ  底面、９９Ｂ  内周面。
【図１】
2010001997.tif 000003
【図２】
2010001997.tif 000004
【図３】
2010001997.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010001997.tif 000007