(57)【要約】【課題】低温化による寸法変化が生じにくく、無潤滑環境下で使用されても耐摩耗性の優れたアンギュラ玉軸受を提供する。【解決手段】アンギュラ玉軸受１０は、国際標準化機構の国際規格ＩＳＯ  ４９２により規定された精度等級がＮｏｒｍａｌ  ｃｌａｓｓ以上である。また、このアンギュラ玉軸受１０において内輪１及び外輪２は、ステンレス鋼、高速度工具鋼、軸受鋼、又は浸炭鋼で構成されており、いずれもサブゼロ処理が施されている。さらに、転動体３は、ステンレス鋼、高速度工具鋼、軸受鋼、浸炭鋼、又はセラミックで構成されており、ステンレス鋼、高速度工具鋼、軸受鋼、又は浸炭鋼で構成されている場合には、サブゼロ処理が施されている。さらに、保持器４は、樹脂と繊維状補強材と固体潤滑剤とを含有する樹脂組成物で構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪と前記外輪との間に前記転動体を保持する保持器と、を備え、
国際標準化機構の国際規格ＩＳＯ  ４９２により規定された精度等級がＮｏｒｍａｌ  ｃｌａｓｓ以上であり、
前記内輪及び前記外輪は、サブゼロ処理が施された鋼で構成されており、この鋼はステンレス鋼、高速度工具鋼、軸受鋼、又は浸炭鋼であり、
前記転動体は、サブゼロ処理が施された鋼又はセラミックで構成されており、この鋼はステンレス鋼、高速度工具鋼、軸受鋼、又は浸炭鋼であり、
前記保持器は、樹脂と繊維状補強材と固体潤滑剤とを含有する樹脂組成物で構成されていることを特徴とするアンギュラ玉軸受。
【請求項２】
前記内輪及び前記外輪を構成するステンレス鋼は、日本工業標準調査会の日本工業規格により規定されたマルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、又は析出硬化系ステンレス鋼であり、
前記転動体を構成するステンレス鋼は、日本工業標準調査会の日本工業規格により規定されたマルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、又は析出硬化系ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１に記載のアンギュラ玉軸受。
【請求項３】
前記マルテンサイト系ステンレス鋼がＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４２０、又はＳＵＳ４４０Ｃであり、前記フェライト系ステンレス鋼がＳＵＳ４３０であり、前記オーステナイト系ステンレス鋼がＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３１６、又はＳＵＳ３１７であり、前記析出硬化系ステンレス鋼がＳＵＳ６３０又はＳＵＳ６３１であることを特徴とする請求項２に記載のアンギュラ玉軸受。
【請求項４】
前記内輪及び前記外輪を構成する高速度工具鋼は、アメリカ鉄鋼協会のＡＩＳＩ規格により規定された高速度工具鋼Ｍ５０又は日本工業標準調査会の日本工業規格により規定された高速度工具鋼ＳＫＨ４であり、
前記転動体を構成する高速度工具鋼は、アメリカ鉄鋼協会のＡＩＳＩ規格により規定された高速度工具鋼Ｍ５０又は日本工業標準調査会の日本工業規格により規定された高速度工具鋼ＳＫＨ４であることを特徴とする請求項１に記載のアンギュラ玉軸受。
【請求項５】
前記内輪及び前記外輪を構成する軸受鋼は、日本工業標準調査会の日本工業規格により規定された高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２、ＳＵＪ３、ＳＵＪ４、又はＳＵＪ５であり、
前記転動体を構成する軸受鋼は、日本工業標準調査会の日本工業規格により規定された高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２、ＳＵＪ３、ＳＵＪ４、又はＳＵＪ５であることを特徴とする請求項１に記載のアンギュラ玉軸受。
【請求項６】
前記内輪及び前記外輪を構成する浸炭鋼は、日本工業標準調査会の日本工業規格により規定されたＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０、又はＳＮＣＭ４２０であり、
前記転動体を構成する浸炭鋼は、日本工業標準調査会の日本工業規格により規定されたＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０、又はＳＮＣＭ４２０であることを特徴とする請求項１に記載のアンギュラ玉軸受。
【請求項７】
液化ガスを圧送する液化ガス用ポンプ装置であって、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアンギュラ玉軸受で主軸を回転自在に支持したことを特徴とする液化ガス用ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンギュラ玉軸受及びそれを備えた液化ガス用ポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液化ガスを圧送する液化ガス用ポンプ装置は転がり軸受（例えばアンギュラ玉軸受）を備えており、液化ガス用ポンプ装置において転がり軸受は、例えば液化ガスを圧送するインペラーが取り付けられた主軸を回転自在に支持している。
この液化ガス用ポンプ装置に組み込まれた転がり軸受は液化ガスと接触するため、種々の問題が生じる場合があった。例えば、転がり軸受を構成する鋼材が、液化ガスにより腐食を受けて劣化するおそれがあった。また、潤滑油、グリース等の潤滑剤を軸受内部に配して転がり軸受の潤滑を行うことができないので、転がり軸受は無潤滑環境下で回転することとなり、摩耗が生じて寿命が低下するおそれがあった。
【０００３】
そこで、内輪及び外輪を高窒素ステンレス鋼で構成することにより、転がり軸受に高い耐腐蝕性を付与する技術が提案されている（例えば特許文献１を参照）。また、低摩擦係数を有する固体潤滑膜を備える保持器を組み込むことにより、無潤滑環境下における耐摩耗性が付与された長寿命な転がり軸受が提案されている（例えば特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２７２７７号公報
【特許文献２】特開２００６−２２０２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
液化ガスとしては例えば液化石油ガスや液化天然ガスがあげられるが、いずれも低温であるため、液化ガス用ポンプ装置に組み込まれた転がり軸受は極低温環境下で使用されることが多い。したがって、転がり軸受を構成する内輪、外輪、転動体、及び保持器が低温化により寸法変化を起こして、転がり軸受の回転に不具合が生じるおそれがあった。なお、液化ガス用ポンプ装置に組み込まれた転がり軸受が使用される温度は、液化ガスの種類によって決まるが、その温度は液化ガスの種類により大きく異なるため、転がり軸受は大きな温度変化に晒されることになる。
【０００６】
また、液化ガス用ポンプ装置に組み込まれた転がり軸受は無潤滑環境下で使用されることから、耐摩耗性のさらなる向上が望まれていた。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、低温化による寸法変化が生じにくく、無潤滑環境下で使用されても耐摩耗性の優れたアンギュラ玉軸受を提供することを課題とする。また、長寿命な液化ガス用ポンプ装置を提供することを併せて課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明の態様は次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係るアンギュラ玉軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪と前記外輪との間に前記転動体を保持する保持器と、を備え、国際標準化機構の国際規格ＩＳＯ  ４９２により規定された精度等級がＮｏｒｍａｌ  ｃｌａｓｓ以上であり、前記内輪及び前記外輪は、サブゼロ処理が施された鋼で構成されており、この鋼はステンレス鋼、高速度工具鋼、軸受鋼、又は浸炭鋼であり、前記転動体は、サブゼロ処理が施された鋼又はセラミックで構成されており、この鋼はステンレス鋼、高速度工具鋼、軸受鋼、又は浸炭鋼であり、前記保持器は、樹脂と繊維状補強材と固体潤滑剤とを含有する樹脂組成物で構成されていることを特徴とする。
【０００８】
前記内輪及び前記外輪を構成するステンレス鋼は、日本工業標準調査会の日本工業規格により規定されたマルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、又は析出硬化系ステンレス鋼であることが好ましく、前記転動体を構成するステンレス鋼は、日本工業標準調査会の日本工業規格により規定されたマルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、又は析出硬化系ステンレス鋼であることが好ましい。
【０００９】
そして、前記マルテンサイト系ステンレス鋼はＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４２０、又はＳＵＳ４４０Ｃであることがより好ましく、前記フェライト系ステンレス鋼はＳＵＳ４３０であることがより好ましく、前記オーステナイト系ステンレス鋼はＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３１６、又はＳＵＳ３１７であることがより好ましく、前記析出硬化系ステンレス鋼はＳＵＳ６３０又はＳＵＳ６３１であることがより好ましい。
【００１０】
また、前記内輪及び前記外輪を構成する高速度工具鋼は、アメリカ鉄鋼協会のＡＩＳＩ規格により規定された高速度工具鋼Ｍ５０又は日本工業標準調査会の日本工業規格により規定された高速度工具鋼ＳＫＨ４であることが好ましく、前記転動体を構成する高速度工具鋼は、アメリカ鉄鋼協会のＡＩＳＩ規格により規定された高速度工具鋼Ｍ５０又は日本工業標準調査会の日本工業規格により規定された高速度工具鋼ＳＫＨ４であることが好ましい。
【００１１】
さらに、前記内輪及び前記外輪を構成する軸受鋼は、日本工業標準調査会の日本工業規格により規定された高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２、ＳＵＪ３、ＳＵＪ４、又はＳＵＪ５であることが好ましく、前記転動体を構成する軸受鋼は、日本工業標準調査会の日本工業規格により規定された高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２、ＳＵＪ３、ＳＵＪ４、又はＳＵＪ５であることが好ましい。
【００１２】
さらに、前記内輪及び前記外輪を構成する浸炭鋼は、日本工業標準調査会の日本工業規格により規定されたＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０、又はＳＮＣＭ４２０であることが好ましく、前記転動体を構成する浸炭鋼は、日本工業標準調査会の日本工業規格により規定されたＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０、又はＳＮＣＭ４２０であることが好ましい。
また、本発明の他の態様に係る液化ガス用ポンプ装置は、液化ガスを圧送する液化ガス用ポンプ装置であって、上記のアンギュラ玉軸受で主軸を回転自在に支持したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のアンギュラ玉軸受は、内輪、外輪、転動体、及び保持器の素材を上記のように規定したので、低温化による寸法変化が生じにくい。また、保持器の素材を上記のように規定したので、無潤滑環境下で使用されても耐摩耗性が優れている。
また、本発明の液化ガス用ポンプ装置は、上記のアンギュラ玉軸受で主軸を支持しているので、長寿命である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るアンギュラ玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係るアンギュラ玉軸受及びそれを備えた液化ガス用ポンプ装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るアンギュラ玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。
図１のアンギュラ玉軸受１０は、外周面に軌道面１ａを有する内輪１と、内輪１の軌道面１ａに対向する軌道面２ａを内周面に有する外輪２と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配された複数の転動体（玉）３と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動体３を保持する保持器４と、を備えている。なお、アンギュラ玉軸受１０は、シールド、ゴムシール等の密封装置を備えていても差し支えない。
【００１６】
このアンギュラ玉軸受１０は、国際標準化機構（International Organization for Standardization）の国際規格ＩＳＯ  ４９２により規定された精度等級がＮｏｒｍａｌ  ｃｌａｓｓ以上である。すなわち、Ｎｏｒｍａｌ  ｃｌａｓｓ、Ｃｌａｓｓ６、Ｃｌａｓｓ５、Ｃｌａｓｓ４、Ｃｌａｓｓ２のいずれかである。
また、このアンギュラ玉軸受１０において内輪１及び外輪２は、ステンレス鋼、高速度工具鋼、軸受鋼、又は浸炭鋼で構成されており、いずれもサブゼロ処理が施されている。さらに、転動体３は、ステンレス鋼、高速度工具鋼、軸受鋼、浸炭鋼、又はセラミックで構成されており、ステンレス鋼、高速度工具鋼、軸受鋼、又は浸炭鋼で構成されている場合には、サブゼロ処理が施されている。
【００１７】
内輪１及び外輪２を構成するステンレス鋼は、日本工業標準調査会の日本工業規格により規定されたマルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、又は析出硬化系ステンレス鋼であることが好ましく、転動体３を構成するステンレス鋼は、日本工業標準調査会の日本工業規格により規定されたマルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、又は析出硬化系ステンレス鋼であることが好ましい。
【００１８】
そして、内輪１、外輪２、転動体３のいずれにおいても、マルテンサイト系ステンレス鋼はＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４２０、又はＳＵＳ４４０Ｃであることがより好ましく、フェライト系ステンレス鋼はＳＵＳ４３０であることがより好ましく、オーステナイト系ステンレス鋼はＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３１６、又はＳＵＳ３１７であることがより好ましく、析出硬化系ステンレス鋼はＳＵＳ６３０又はＳＵＳ６３１であることがより好ましい。
【００１９】
また、内輪１及び外輪２を構成する高速度工具鋼は、アメリカ鉄鋼協会（American Iron and Steel Institute ）のＡＩＳＩ規格により規定された高速度工具鋼Ｍ５０又は日本工業標準調査会の日本工業規格により規定された高速度工具鋼ＳＫＨ４であることが好ましく、転動体３を構成する高速度工具鋼は、アメリカ鉄鋼協会のＡＩＳＩ規格により規定された高速度工具鋼Ｍ５０又は日本工業標準調査会の日本工業規格により規定された高速度工具鋼ＳＫＨ４であることが好ましい。
【００２０】
さらに、内輪１及び外輪２を構成する軸受鋼は、日本工業標準調査会の日本工業規格により規定された高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２、ＳＵＪ３、ＳＵＪ４、又はＳＵＪ５であることが好ましく、転動体３を構成する軸受鋼は、日本工業標準調査会の日本工業規格により規定された高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２、ＳＵＪ３、ＳＵＪ４、又はＳＵＪ５であることが好ましい。
【００２１】
さらに、内輪１及び外輪２を構成する浸炭鋼は、日本工業標準調査会の日本工業規格により規定されたＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０、又はＳＮＣＭ４２０であることが好ましく、転動体３を構成する浸炭鋼は、日本工業標準調査会の日本工業規格により規定されたＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０、又はＳＮＣＭ４２０であることが好ましい。
内輪１、外輪２、転動体３がいずれの鋼で構成される場合でも、内輪１及び外輪２を構成する鋼と転動体３を構成する鋼とは、同種の鋼であってもよいし、異種の鋼であってもよい。
【００２２】
さらに、保持器４は、樹脂と繊維状補強材と固体潤滑剤とを含有する樹脂組成物で構成されている。
このアンギュラ玉軸受１０は、液化ガスと接触する環境下、すなわち、低温（液化ガスの温度）且つ無潤滑環境下で好適に使用可能である。例えば、液化ガス用ポンプ装置に組み込まれ、液化ガスを圧送するインペラーが取り付けられた主軸を回転自在に支持する転がり軸受として好適である。なお、液化ガスと接触しなくても、低温且つ無潤滑環境下であれば、アンギュラ玉軸受１０を好適に使用可能である。
【００２３】
サブゼロ処理が施されたステンレス鋼、高速度工具鋼、軸受鋼、及び浸炭鋼は、低温化されても寸法変化が小さいので、このような素材で内輪１及び外輪２が構成されていれば、低温下におけるアンギュラ玉軸受１０の寸法変化が小さく、回転に不具合が生じにくい。さらに、転動体３もこのような素材で構成されていれば、低温下におけるアンギュラ玉軸受１０の寸法変化がより小さく、回転に不具合がより生じにくい。
サブゼロ処理の処理温度は、低温化による寸法変化がより生じにくくするために、−３０℃以下とすることが好ましい。液化ガスの種類によってアンギュラ玉軸受の使用環境温度が決まるので（アンギュラ玉軸受の使用環境温度は、その液化ガスの温度となる）、−３０℃以下の範囲内で、液化ガスの種類に応じてサブゼロ処理の処理温度を設定する。
【００２４】
さらに、転動体３がセラミックで構成されていれば、無潤滑環境下においても耐摩耗性が優れているため、アンギュラ玉軸受１０は長寿命である。
さらに、保持器４が、樹脂と繊維状補強材と固体潤滑剤とを含有する樹脂組成物で構成されているので、アンギュラ玉軸受１０は保持器４の固体潤滑剤により潤滑され、無潤滑環境下においても耐摩耗性が優れている。よって、アンギュラ玉軸受１０は無潤滑環境下においても長寿命である。また、樹脂組成物に繊維状補強材が配合されているので、保持器４に低温化による寸法変化が生じにくい。そのため、アンギュラ玉軸受１０の回転に不具合が生じにくい。
転動体３を構成するセラミックの種類は特に限定されるものではないが、窒化ケイ素、ジルコニア、炭化ケイ素、アルミナが好ましい。
【００２５】
また、保持器４を構成する樹脂組成物の樹脂の種類は特に限定されるものではないが、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）が好ましい。フッ素樹脂の例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、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）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）があげられる。ポリアミド樹脂の例としては、ポリアミド６、ポリアミド６６があげられる。
【００２６】
さらに、樹脂組成物の繊維状補強材の種類は特に限定されるものではないが、ホウ酸アルミニウムウィスカー、チタン酸カリウムウィスカー、カーボンウィスカー、グラファイトウィスカー、炭化ケイ素ウィスカー、窒化ケイ素ウィスカー、アルミナウィスカー、炭素繊維、ガラス繊維があげられる。
さらに、樹脂組成物の固体潤滑剤の種類は特に限定されるものではないが、黒鉛、六方晶窒化ホウ素、フッ素雲母、メラミンシアヌレート、フッ化黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステンがあげられる。
【００２７】
さらに、液化ガスの種類は特に限定されるものではないが、液化石油ガス、液化天然ガス、液化メタンガス、液化プロパンガス、液化ブタンガス、液化アンモニア、液体水素、液体窒素、液体酸素、液体ヘリウムがあげられる。
なお、液化ガス用ポンプ装置としては、以下のようなものが一例としてあげられる。液化ガス用ポンプ装置のハウジングと、該ハウジング内に挿通された主軸との間に、例えば２個のアンギュラ玉軸受が介在されており、これら２個のアンギュラ玉軸受は、軸方向に間隔を空けて配置されている。アンギュラ玉軸受の外輪がハウジングの内側に装着され、内輪が主軸に嵌合されていて、アンギュラ玉軸受により主軸がハウジングに対して回転自在に支持されている。主軸の一端には、液化ガスを圧送するインペラーが備えられており、他端には、主軸を回転駆動するモータが連結されている。
【符号の説明】
【００２８】
１      内輪
１ａ    軌道面
２      外輪
２ａ    軌道面
３      転動体
４      保持器
１０      アンギュラ玉軸受
【図１】
2014020491.tif 000003