(57)【要約】  転がり軸受（Ａ）のマルテンサイト系ステンレス鋼または高速度工具鋼からなる内輪（１）および外輪（２）の間に、セラミックス製の転動体（３）を回転自在に保持する保持器（４）を設け、保持器（４）はポリテトラフルオロエチレンを主成分とする樹脂素材からなり、内輪（１）および外輪（２）の基材表面に、ビッカース硬度（Ｈｖ）１０００〜４０００のダイヤモンドライクカーボンを主体とする硬質皮膜（５）を設け、極低温環境下でも長期間の使用に耐えて経時的に耐摩耗性および潤滑性の低下しない転がり軸受とする。
2016140224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルテンサイト系ステンレス鋼または高速度工具鋼からなる内輪と外輪の間に、複数の転動体を回転自在に保持する保持器を設けた転がり軸受において、
前記転動体は、セラミックス製転動体であり、前記保持器はポリテトラフルオロエチレンを主成分とする樹脂素材からなり、前記内輪および外輪の表面に、ビッカース硬度（Ｈｖ）１０００〜４０００のダイヤモンドライクカーボンを主体とする硬質皮膜を設けたことを特徴とする極低温環境用転がり軸受。
【請求項２】
上記硬質皮膜は、表面へ向けて段階的または連続的に硬度を高めた中間層を介して設けられた硬質皮膜である請求項１に記載の極低温環境用転がり軸受。
【請求項３】
上記転動体が、窒化ケイ素系のセラミックス製転動体である請求項１または２に記載の極低温環境用転がり軸受。
【請求項４】
上記極低温環境用転がり軸受が、液化ガス用ポンプの転がり軸受である請求項１〜３のいずれかに記載の極低温環境用ポンプの転がり軸受。
【請求項５】
上記液化ガス用ポンプが、液化天然ガス用サブマージドポンプである請求項４に記載の極低温環境用転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液化天然ガスなどの極低温状態の液化ガスを移送するサブマージドポンプに用いられる軸受のように、極低温下で用いられる極低温環境用転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、常温の環境で用いられる転がり軸受は、内輪と外輪の間に転動体を回転自在に保持し、潤滑油等による液体潤滑が必要であるが、例えば−１００℃以下または−２００℃以下のような極低温の液化ガス等が存在する環境や、これらを取り扱う環境下で用いられる転がり軸受には、通常の潤滑油等による液体潤滑を期待できない。また、極低温環境用転がり軸受には、部品の収縮変形に伴う強度や耐久性の低下などが起こりやすいこともあり、そのような厳しい使用条件に耐える特性が必要である。【０００３】
因みに、極低温の液化ガスの代表例である液化天然ガス（ＬＮＧ）は、メタンを主成分とし、常圧下では−１６１．５℃（約−１６２℃）以下でなければ液化しない物性である。ＬＮＧの他にも、例えば冷媒、熱媒体、充填用ガスなどに液化された状態で利用される液化ガスとして、窒素、ヘリウムなどがある。【０００４】
このような液化ガスを極低温で液体の状態を維持して移送したり保管したりする場合、極低温下での専用ポンプを用いる必要があり、そのようなポンプの型式としてサブマージド型のポンプが知られている。
この型式のポンプは、モータを含むポンプ装置の全体を液化ガス中に浸漬して用いるので、本体を外気から密封するためのメカニカルシールを必要とせず、気化ガスの散逸によるロスの少ない点でも優れたものである。【０００５】
しかしながら、このようなサブマージド型のポンプは、モータなども直接に液化ガスに触れる状態で用いられるので、モータ軸などを支持する転がり軸受についても極低温下で潤滑性に乏しいＬＮＧで潤滑されながら、長期にわたって安定して良好な回転状態であることが求められる。【０００６】
また、極低温環境の他の例としては、上記した液体ガスの存在する環境ばかりではなく、地表から遠く離れた成層圏以上の高高度の宇宙空間や、さらに離れた宇宙空間でも、環境温度は−５０〜−２７０℃程度になることから、そのような人工衛星や宇宙船で用いられる極低温環境用転がり軸受にも同様な特性が求められる。【０００７】
このような極低温環境で用いられる転がり軸受の公知技術として、外輪および内輪がマルテンサイト系ステンレス鋼で形成され、かつ転動体がセラミックで形成され、保持器はフッ素樹脂で形成されたものが知られている（下記特許文献１）。【０００８】
また、軸受の摺動面などに用いられる耐摩耗性に優れた硬質皮膜を形成するダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと略称する）の皮膜処理が周知であり、基材との密着性を高めるために中間層を介して形成することが好ましいことが知られている（下記特許文献２）。【０００９】
さらにまた、内輪と外輪、転動体および保持器を鉄系基材や超硬材で形成し、ＤＬＣ被膜を内輪または外輪の軌道面に形成して耐摩耗性を高めた転がり軸受が知られている（下記特許文献３、図１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１４−２０４９０号公報
【特許文献２】特開２０１１−６８９４０号公報
【特許文献３】国際公開第２０１３／０４２７６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上記した特許文献１に記載されるような従来の極低温環境用転がり軸受は、セラミック製の転動体が内輪および外輪の摩耗を進行させるので、これらの部品に寸法変化が生じやすく、経時的に安定した回転状態を得ることが容易でないという問題点がある。【００１２】
また、特許文献２、３に記載されるように、鉄系材料からなる内輪、外輪または転動体の各基材表面に、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のような硬質の皮膜を形成すると、これらが接触する相手材を摩耗させる可能性が高く、特に低温条件では摩耗もより起こりやすく、また潤滑性に乏しいＬＮＧによって潤滑される場合の使用条件では、さらに起こりやすくなる。【００１３】
そこで、この発明の課題は、上記した問題を解決して液化ガスの存在下や宇宙環境のような極低温環境下で用いられる極低温環境用転がり軸受において、軌道面および転動体の摩耗が極めて少ないものとし、特にＬＮＧ等の液化ガスによって潤滑されかつ冷却される極低温環境下でも内外輪と転動体が長期間の使用に耐えて耐摩耗性および潤滑性の低下しない耐久性に優れた極低温環境用転がり軸受とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するため、この発明では、マルテンサイト系ステンレス鋼または高速度工具鋼からなる内輪と外輪の間に、複数の転動体を回転自在に保持する保持器を設けた転がり軸受において、前記転動体は、セラミックス製転動体であり、前記保持器はポリテトラフルオロエチレンを主成分とする樹脂素材からなり、前記内輪および外輪の基材表面に、ビッカース硬度（Ｈｖ）１０００〜４０００のダイヤモンドライクカーボンを主体とする硬質皮膜を設けた極低温環境用転がり軸受としたのである。【００１５】
上記したように構成されるこの発明の極低温環境用転がり軸受は、マルテンサイト系ステンレス鋼または高速度工具鋼からなる内輪と外輪が、極低温下で経年寸法変化の起こり難い素材であって、さらに内輪および外輪の基材表面に、ビッカース硬度（Ｈｖ）１０００〜４０００のダイヤモンドライクカーボンを主体とする硬質皮膜が設けられているので、経年寸法変化の少ない内輪と外輪において使用時の摩耗が起こり難くなる。【００１６】
また、所定の硬質皮膜を有する内輪と外輪の回転時に摩擦接触する転動体は、ポリテトラフルオロエチレンが移着しやすいセラミックス製であり、回転に伴って保持器から適当な頻度で移着するポリテトラフルオロエチレンが極低温下でも安定して優れた固体潤滑性を発揮するので、内輪と外輪の表面の硬質皮膜が転動体に接触するときに、転動体は、固体潤滑されていることで摩耗が抑制された状態で安定して機能する。【００１７】
そのため、転がり軸受を長期間使用するときにも軌道面および転動体の摩耗が極めて少なくなり、特にＬＮＧによって潤滑されかつ冷却されるという極低温環境下での内外輪と転動体が長期使用に耐え、耐摩耗性および潤滑性が低下しないで耐久性に優れた転がり軸受となる。【００１８】
前記硬質皮膜は、表面へ向けて段階的または連続的に硬度を高めた中間層に重ねて設けられた硬質皮膜であることが、硬質皮膜の密着性を高め、すなわち層の耐剥離強度を高めるために好ましい。【００１９】
硬質皮膜の硬度が、ビッカース硬度（Ｈｖ）１０００〜４０００の範囲である理由は、この数値範囲未満のより低い硬度では、内輪と外輪の硬質皮膜から転動体へ移着するカーボン量が多くなり過ぎて、耐久性が低下するので好ましくなく、前記数値範囲を超える高い硬度では、硬質皮膜が密着性が低くなり剥離しやすくなって好ましくないからである。【００２０】
上記セラミックス製の転動体は、窒化ケイ素系のセラミックス製転動体であることが高硬度で耐摩耗性に優れているので、好ましい。
また、上記極低温環境用転がり軸受は、液化ガス用ポンプの転がり軸受に適用できる。液化ガス用ポンプである液化天然ガス用サブマージドポンプは、特にこの発明の転がり軸受の実用的利用価値を高めることが可能な適用例である。
【発明の効果】
【００２１】
この発明は、セラミックス製転動体と、ポリテトラフルオロエチレンを主成分とする樹脂製保持器とを具備し、内輪および外輪の基材表面に、所定硬度のダイヤモンドライクカーボンを主体とする硬質皮膜を設けた極低温環境用転がり軸受としたので、軌道面および転動体の摩耗が極めて少ないものとなり、特にＬＮＧ等の液化ガスによって潤滑されかつ冷却される極低温環境下や宇宙環境のような極低温環境下でも長期間の使用に耐えて経時的に耐摩耗性および潤滑性の低下しない極低温環境用転がり軸受となる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態を示す極低温環境用転がり軸受の要部断面図
【図２】第１実施形態の要部を示し、硬質皮膜の層構成を説明する拡大断面図
【図３】第１実施形態の使用状態を説明し、液化天然ガス用サブマージドポンプの概略構成を示す断面図
【図４】第２実施形態を示す転がり軸受の要部断面図
【図５】第２実施形態に用いたばね座金の斜視図
【図６】第２実施形態に用いた保持器の一部を切り欠いてばね座金と締結ピンの組み付け状態を説明する部品分解斜視図
【図７】第３実施形態を示し、転がり軸受の要部断面図
【図８】第３実施形態に用いた波ワッシャの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
この発明の実施形態を以下に添付図面に基づいて説明する。
図１、２に示すように第１実施形態は、転がり軸受Ａの所定基材からなる内輪１および外輪２の間に、セラミックス製の転動体（玉）３を回転自在に保持する保持器４を設け、保持器４はポリテトラフルオロエチレンを主成分とする樹脂素材からなり、内輪１および外輪２の基材表面に、ビッカース硬度（Ｈｖ）１０００〜４０００のダイヤモンドライクカーボンを主体とする硬質皮膜５を、基材６（図２参照）に対し表面へ向けて段階的または連続的に硬度を高めた中間層７を介して設けた極低温環境用転がり軸受である。
【００２４】
上記した内輪１および外輪２の基材６は、マルテンサイト系ステンレス鋼または高速度工具鋼であり、これらは硬質で耐摩耗性に優れた鋼材である。マルテンサイト系ステンレス鋼の例としては、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４２０、ＳＵＳ４４０Ｃなどが挙げられる。また、高速度工具鋼としては、米国鉄鋼協会ＡＩＳＩ規格の高速度鋼も５０、日本工業規格のＳＫＨ４等が挙げられる。
【００２５】
このような基材６の表面側、少なくとも軌道面（または転走面とも別称される。）に設けるビッカース硬度（Ｈｖ）１０００〜４０００のダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を主体とする硬質皮膜５は、基材６との密着性を高めるために中間層７を介して設けることが好ましい。
【００２６】
ＤＬＣは、ダイヤモンドとグラファイトが混ざり合った中間構造のものであり、ダイモンドと同等の硬度に形成できるものである。
ＤＬＣ皮膜の形成方法としては、スパッタリングやイオンプレーティングなどの物理的蒸着法、化学的蒸着法、アンバランスド・マグネトロン・スパッタリング（ＵＢＭＳ）法などの周知の皮膜形成法を採用することができる。
【００２７】
中間層７は、表面へ向けて段階的または連続的に硬度を高めたものであり、例えば後述する「中間層の形成方法」によって形成することができる。
密着性を改善するために追加できる補助的な方法としては、基材の表面を粗面化し、アンカー効果が発揮されるようにしても良い。粗面化は、表面粗さＲａが０．５μｍ以下、好ましくはＲａが０．０５μｍ以下であるように、周知のＡｒイオン衝撃処理などによって行なうことができる。
【００２８】
［中間層の形成］
図２を参照して説明すると、中間層７は、先ず、基材６との密着性を増すために、基材６上に金属系材料を主体とする第１の中間層７ａを形成し、その上に重ねて表面側近づくほど炭素の組成比を増加させた組成傾斜性の第２の中間層７ｂで構成することが好ましい。
【００２９】
第１の中間層７ａの金属系材料としては、基材６との密着性を増すため、鉄系材料と相性のよい、Ｃｒ、Ａｌ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｔｉから選択される１種類以上の金属を含む材料であることが好ましい。より好ましいのはＣｒおよびＷである。
例えば、基材６の表面にＣｒを主体とする第１の中間層７ａを形成し、その上にＷ−炭素の組成傾斜性の第２の中間層７ｂを形成することが好ましい。
【００３０】
図２では中間層７として２層構造の例を示したが、必要に応じて、１層または３層以上の数の層からなるものであってもよい。
また、第２の中間層７ｂの組成傾斜は、スパッタリングに用いるターゲットである金属および黒鉛に印加するスパッタ電力を調整することで、金属−炭素の組成を傾斜させて形成することができる。
【００３１】
基材６と中間層７との密着性を高めるために、中間層形成工程の前に基材６の表面に窒化処理を施すことが好ましい。
窒化処理として、基材６の表面に密着性を妨げる酸化層が生じ難いプラズマ窒化処理を施すことが好ましく、表面に窒化層を形成された基材６は、ビッカース硬さでＨｖ１０００以上とすることが、中間層７との密着性を向上させるので好ましい。
【００３２】
［ＤＬＣを主体とする硬質皮膜の形成］
硬質皮膜５は、アモルファスのカーボンであるダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を主体とする硬質の皮膜である。
硬質皮膜５を形成するには、アンバランスドマグネトロンスパッタ（ＵＢＭＳ）法と称される周知技術を採用できる。ＵＢＭＳ法は、スパッタカソードの磁場を意図的に非平衡にすることで、基板へのプラズマ照射を強化したスパッタリングであり、イオンアシスト効果によって緊密な硬化膜を製膜することができる。
【００３３】
ＵＢＭＳ法を具体的に説明すると、ＵＢＭＳ装置（神戸製鋼所製：ＵＢＭＳ２０２／ＡＩＰ複合装置）内（チャンバー内）の真空度が０．２〜０．９Ｐａであり、基材に印加するバイアス電圧が５０〜４００Ｖである条件で、炭素供給源となるターゲットから生じる炭素原子を、中間層７上に堆積させてＤＬＣを主体とする硬質皮膜を形成する。
【００３４】
このときＵＢＭＳ装置内の真空度と、基材に印加するバイアス電圧のいずれかが上記範囲外では、硬質皮膜に上述の物性を確実に得ることができないので、ＵＢＭＳ装置内の真空度は、０．２５〜０．８２Ｐａであることがより好ましい。また、基材に印加するバイアス電圧は５０〜４００Ｖであることが好ましい。
【００３５】
硬質皮膜５は、ＤＬＣを主体とする層であるため、成膜時の炭素供給源として黒鉛ターゲットを使用する。また、炭素供給源として、上記黒鉛ターゲットと、炭化水素系ガスとを併用することによって、中間層に対する密着性を向上させることもできる。
【００３６】
炭素水素系ガスとしては、メタンガス、アセチレンガス、ベンゼン等で特に指定されないが、コストおよび取り扱い性の点からメタンガスが好ましい。
炭素供給源として、黒鉛ターゲットと炭素水素系ガスとを併用する場合、炭化水素系ガスの導入量の割合が、アルゴンガスのＵＢＭＳ装置内（成膜チャンバー内）への導入量１００に対して、１以上、５以下であることが好ましい。この範囲であれば、密着性を向上させつつ、硬質皮膜の硬さを維持でき、かつ比摩耗量の低減が可能となる。
なお、スパッタリングガスであるＡｒガスの導入量は、例えば、５０〜２００ｍｌ／ｍｉｎであることが好ましい。
【００３７】
硬質皮膜５は、第２の中間層７ｂとの密着性が向上するように、第２の中間層７ｂ側から最表層側へ徐々に硬度を段階的または連続的に上げていき、第２の中間層７ｂと表面の硬質皮膜５との急激な硬度差をなくすことが好ましい。
具体的には、硬質皮膜５を、ＵＢＭＳ法において黒鉛ターゲットを用いて、基材６に対するバイアス電圧を連続的または段階的に上昇させながら成膜することで、ＤＬＣ傾斜層が得られる。
【００３８】
このＤＬＣ傾斜層の硬度が、連続的または段階的に上昇するのは、ＤＬＣ構造におけるグラファイト構造（ｓｐ２）とダイヤモンド構造（ｓｐ３）との構成比率が、バイアス電圧の上昇により後者に偏っていくためである。
このような硬質皮膜５は、ビッカース硬度（Ｈｖ）１０００〜４０００に調整した硬さで形成する。
【００３９】
前述のように、バイアス電圧を上昇させることにより、上記数値範囲内でＨＶ値を上げて硬度調整することができる。
耐摩耗性について、より好ましい硬質皮膜の硬度は、（Ｈｖ）１０００〜３０００であり、低い摩擦係数である点でより好ましい硬質皮膜の硬度は、（Ｈｖ）１０００〜１５００である。
【００４０】
次に、この発明に用いる転動体は、セラミックス製であり、セラミックスの種類は、特に限定されないが、窒化ケイ素系、ジルコニア系、炭化ケイ素系、アルミナ系の各系のセラミックスを調製することができるが、例えば窒化ケイ素系セラミックス製の転動体は、特に硬質で耐摩耗性に優れているので好ましい。
【００４１】
この発明に用いる保持器４は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を主成分とする樹脂素材からなるものを採用する。極低温でも転動体の表面に固体潤滑材を移着させて良好かつ安定した固体潤滑性を発揮させるために好ましいからである。
【００４２】
保持器４の形式は、特に限定されるものではなく周知のタイプであってよく、例えば冠型タイプであっても良く、また円筒状の周方向にポケット穴を等間隔に形成した円環状タイプ、さらに環状の軸方向に二つ割り可能なもので、これらをピンで加締めて一体化可能なタイプのいずれであっても良い。
【００４３】
また、この発明においては、転がり軸受の種類（型式）は、特に限定されるものではなく、例えば、深溝玉軸受または円筒ころ軸受の極低温環境用転がり軸受であっても良い。
【００４４】
そして、この発明の極低温環境用転がり軸受は、その具体的な用途は、液化ガス用ポンプの転がり軸受であっても良く、また人工衛星アンテナの支持や駆動装置に用いる転がり軸受であっても良い。
【００４５】
転がり軸受の用途が液化ガス用ポンプである場合は、液化天然ガス（ＬＮＧ）用サブマージドポンプであってもよいが、その場合には、転がり軸受が直接に極低温のＬＮＧに接触するため、この発明の内外輪と転動体が長期間の使用に耐えて耐摩耗性および潤滑性の低下しない耐久性に優れた極低温環境用転がり軸受となる効果が顕著に現れる。
【００４６】
図３に示すように、液化天然ガス（ＬＮＧ）用サブマージドポンプは、ポンプ全体を液中に浸漬することにより、ポット（圧力容器）８内で気密性を発揮するものであり、ポンプ軸９は、モータ軸１０と同軸上に一体に連結された構造である。
【００４７】
ポット８は、ＬＮＧの吸込口１１を外側に向けて開口しており、また外部配管（図示せず。）に通じる吐出口１２を有している。ポット８内に装着されたモータ１３は、外部電源によって回転するモータ軸１０の上側と下側を、図１、２に示される実施形態の玉軸受Ａで支持しており、このモータ軸１０と一体に回転するポンプ軸９には、複数段の羽根車（インペラー）１４が取り付けられている。
【００４８】
このポンプの図示した装置内の流路は、駆動したモータ１３によるポンプ軸９と一体に回転する羽根車１４によって、ポット８内に吸込口１１から流入したＬＮＧが、ポット８の内側面に沿って下向きに流れ、多段の羽根車１４の最下段部分から吸い込まれて、羽根車１４の周囲に配置された筒状内壁１５の内側の配管１６から吐出口１２に流れるが、ＬＮＧの一部は筒状内壁１５の内側の他の配管１７からモータ１３内を潤滑液として流れて、玉軸受Ａを潤滑および冷却し、ポット８の内側面に沿って下向きの流れに合流して、再度、多段の羽根車１４の先端部分から吸い込まれる。
【００４９】
このようにして使用される玉軸受Ａは、セラミック製の玉をＰＴＦＥ製保持器で保持し、内輪および外輪の基材表面には、所定硬度のダイヤモンドライクカーボンを主体とする硬質皮膜が設けられているので、軌道面および転動体の摩耗が極めて少なく、ＬＮＧによって潤滑されかつ冷却されるという極低温環境で長期間の使用に耐え経時的に耐摩耗性および潤滑性の低下しない転がり軸受として使用に耐えることができる。
【００５０】
また、この発明の極低温環境用転がり軸受の第２実施形態として、上記実施形態における保持器の構造を変更し、環状の軸方向に分割可能なものとしても良い。
すなわち、図４〜６に示す第２実施形態は、内輪１と外輪２の間の環状空間に、環状の周方向に間隔を空けて複数の球からなる転動体３を回転自在に保持するポケット穴１８を等間隔に形成した保持器１９を設け、保持器１９は、前記環状の軸方向に分割可能な一対の環状分割体１９ａ、１９ｂを分割面１９ｃにおいて一体に結合した極低温環境用転がり軸受としている。
【００５１】
一対の環状分割体１９ａ、１９ｂ同士が突き合された状態での複数の接触面には、それぞれ環状分割体１９ａ、１９ｂの軸方向に貫通する貫通孔２０を形成し、この貫通孔２０に挿通した締結ピン２１で一対の環状分割体１９ａ、１９ｂを一体に締結している。
【００５２】
締結ピン２１は、保持器１９より低い熱膨張率の素材で形成し、基端部の頭部２１ａと、先端部の加締めた頭部２１ｂとの少なくとも一方を弾性ワッシャであるばね座金２２を介して環状分割体１９ａ、１９ｂの端面に圧接することにより、一対の環状分割体１９ａ、１９ｂが、ばね座金２２の弾性力で一体化されて保持器１９となる。
上記条件の熱膨張率は、線熱膨張率または体積熱膨張率（＝線膨張率×３）のいずれであっても良い。
【００５３】
上記した保持器１９は、その全体が内輪１と外輪２の間の環状空間に収まる大きさの円筒体等の周知の筒（環）形であり、環状の軸方向に２分割した一対の環状分割体１９ａ、１９ｂを分割前の状態になるように分割面１９ｃを突き合せて合体させている。
【００５４】
一対の環状分割体１９ａ、１９ｂの分割面１９ｃは、突き合わせる環状分割体１９ａ、１９ｂの一方の端面の内周側を突出させ、他方の内周側を凹ませて、いわゆる「印籠継ぎ」による継手形態を採用したものである。そのような分割面１９ｃを貫通するように、保持器１９の軸方向に貫通する貫通孔２０を設け、これに締結ピン２１を挿通して締結し、一対の環状分割体１９ａ、１９ｂを一体化している。
【００５５】
分割面１９ｃの形成位置は、保持器１９の筒形の軸方向の中程であって、ポケット穴１８を半割する位置に形成することが、転動体３をポケット穴１８に組み入れる作業性が良いなどの理由で好ましい。
【００５６】
保持器１９を構成する環状分割体１９ａ、１９ｂは、第１実施形態と同様にポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を主成分とする樹脂素材からなるものを採用する。ＰＴＦＥ以外の添加成分の樹脂としては、ポリアミド樹脂（例えばポリアミド４６、ポリアミド６６、ポリアミド９Ｔ等）、ポリカーボネート、ポリエーテルケトン系樹脂、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂などが挙げられる。
【００５７】
分割面に貫通させて設ける貫通孔２０は、締結ピン２１が挿通可能な径と形状に設けたものであり、特に円穴形状に限定されず、多角形状の穴、その他の周知形状の穴であっても良い。
締結ピン２１は、一端に貫通孔２０の径よりも大径の頭部２１ａが使用前当初から形成されているものが好ましく、頭部２１ａの形状は、円盤状、多角盤状、半球体状、錐台状などであり、図示した形状に限定されない。例えば、リベット用に周知の締結ピン２１を用いると、組み付けやすく好ましい。
また、締結ピン２１は、貫通穴２０の一端から挿し込まれた際、他端から突出する長さの軸長を有するものであり、他端から突出した部分には、常温または加熱する条件で加圧により塑性変形させることにより、前記した頭部２１ａと同様な大径に加締めた頭部２１ｂを形成する。
【００５８】
締結ピン２１は、加締めた頭部２１ｂを形成可能であるように、加圧により塑性変形可能なステンレス鋼、その他の鋼合金などの金属、または熱可塑性樹脂等の合成樹脂を素材とし、少なくとも保持器５よりも低い熱膨張率の素材を採用する。
例えば、保持器１９の材質と締結ピン２１の材質として、金属類または樹脂類のいずれか同類のものを採用する場合にも、締結ピン２１の熱膨張率（線膨張率または体積膨張率）は、保持器１９の熱膨張率と同一またはそれ以下の低い熱膨張率のものを採用する。
【００５９】
また保持器１９の材質として、合成樹脂を採用した場合には、締結ピン２１としてステンレス鋼、その他の鋼合金を採用すれば、保持器１９と同一、またはそれより低い熱膨張率の素材を採用した締結ピン２１を採用したことになる。
【００６０】
さらにまた、保持器１９の材質として、合成樹脂を採用し、かつ締結ピン２１の材質も合成樹脂を採用する場合には、合成樹脂の種別に応じた熱膨張率を勘案し、例えば下記の表に示されるような低温での脆化温度−１００℃未満のものを選択的に採用することが好ましい。特に、ＰＴＦＥは、−２６７℃まで低温に耐える材質である。
【００６１】
【表１】
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【００６２】
また、前記した保持器１９は、締結ピン２１の両端に設けた頭部２１ａ、２１ｂの一方、または両方を弾性ワッシャを介して前記環状分割体に圧接する。
弾性ワッシャは、ばね鋼などで形成された金属製もしくはフッ素樹脂等の合成樹脂製またはこれらの複合材料からなる環状のものであって、環状の軸方向に弾性を有するものであり、特にその種類や形態を限定することなく、図４〜６に示したばね座金（スプリングワッシャとも別称される。）の他、波ワッシャまたは皿ばね等の弾性ワッシャを例示することができる。
【００６３】
ばね座金は、平座金の一部を切断し、切り口部を捩じることによりばね作用を持たせたものであり、例えば、切り口部分の段差が、切り口の厚さの５０％程度（４０〜６０％、好ましくは４５〜５５％）になるようにねじ込んで使用することが、適度の弾性を得るために好ましい。
【００６４】
ばね座金等の弾性ワッシャは、保持器を保護するために、平座金と組み合わせて用いることもできる。また、ばね座金よりばね定数の高い弾性ワッシャとして、皿ばね、球面座金、波ワッシャを用いることもできる。
【００６５】
上記したように構成される極低温環境用転がり軸受は、保持器１９を構成する一対の環状分割体１９ａ、１９ｂが弾性ワッシャの弾性力で一体化されており、しかも締結ピン２１が保持器１９の熱膨張率以下の低熱膨張率の素材からなるので、常温の状態から極低温の状態になると、締結ピン２１に比べて大きく熱収縮した環状分割体１９ａ、１９ｂは、貫通孔２０の径を縮めて、締結ピン２１の外周面に接近するかまたは接するまで収縮し、径方向の隙間を小さくするか、または密接して保持器１９の締結ピン２１の径方向の振動やガタツキを防止する。
【００６６】
また、常温の状態から極低温の状態になるときに、締結ピン２１に比べて大きく収縮した環状分割体１９ａ、１９ｂは、締結ピン２１の軸方向に規制されずに収縮する。このとき、締結ピン２１は、その両端の頭部２１ａ、２１ｂのうち少なくとも一方が、弾性ワッシャで前記環状分割体１９ａ、１９ｂに圧接されているので、収縮した環状分割体１９ａ、１９ｂにも弾性ワッシャの圧接力が作用し、保持器１９における一対の環状分割体１９ａ、１９ｂの弾性的に一体化した状態は維持され、締結ピン２１による一対の環状分割体１９ａ、１９ｂ同士の極低温下の使用状態での接合面に緩みや隙間が生じない。これにより転動体３は、円滑に回転して極低温下での軸受性能が良好な状態で安定する。
なお、上記のような環状分割体についての技術的課題のみを解決するためには、図中の硬質皮膜５を省略した転がり軸受の構成を採用することもできる。
【００６７】
図７、８に示す第３実施形態は、第２実施形態におけるばね座金に代えて、波ワッシャ２３を使用したこと以外は、全く同様に構成したものを示している。
波ワッシャ２３は、ばね鋼製の平座金を波型に曲げ成形したものであり、波型がつぶれるように弾性変形させることにより、軸方向に弾性を発揮するものである。
【００６８】
保持器１９は、締結ピン２１の両端に設けた頭部２１ａ、２１ｂをばね座金２２または波ワッシャ２３などの弾性ワッシャを介し、一対の環状分割体１９ａ、１９ｂを弾性ワッシャの弾性力で一体化したので、極低温下の使用状態で収縮した環状分割体１９ａ、１９ｂに弾性ワッシャの圧接力が作用し、一対の環状分割体１９ａ、１９ｂが弾性的に一体化した状態が維持され、締結ピン２１による一対の環状分割体１９ａ、１９ｂ同士の極低温下の使用状態での接合面に緩みや隙間が生じない。これにより転動体３は、円滑に回転して極低温下での軸受性能が良好な状態で安定する。
【００６９】
以上のように構成された第２及び第３実施形態では、常温で組み付けた鋼材のリベットなどの締結ピン２１による一対の環状分割体１９ａ、１９ｂ同士の極低温下の使用状態での突き合わせ面に、緩みや隙間が生じないようになり、転動体３を円滑に回転させて軸受性能が良好な状態で安定する極低温環境用転がり軸受になる。
【符号の説明】
【００７０】
１  内輪
２  外輪
３  転動体
４  保持器
５  硬質皮膜
６  基材
７  中間層
７ａ  第１の中間層
７ｂ  第２の中間層
８  ポット
９  ポンプ軸
１０  モータ軸
１１  吸込口
１２  吐出口
１３  モータ
１４  羽根車
１５  筒状内壁
１６、１７  配管
１８  ポケット穴
１９  保持器
１９ａ、１９ｂ  環状分割体
１９ｃ  分割面
２０  貫通孔
２１  締結ピン
２１ａ、２１ｂ  頭部
２２  ばね座金
２３  波ワッシャ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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