(57)【要約】【課題】溶融金属中での耐摩耗性に著しく優れた転がり軸受を提供する。【解決手段】内輪および外輪は、ＴｉＣ−ＴｉＮまたはＷＣ−ＴｉＣを硬質相とし、Ｎｉ−ＣｒまたはＮｉ−Ｃｒ−Ｃｏを結合相とした複合材料からなり、表面にＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition 、化学蒸着法）によりＴｉＣ、ＴｉＮ、およびＴｉ（Ｃ，Ｎ）のいずれかからなる被膜が形成されたものとする。転動体は窒化珪素製とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪および外輪は、ＴｉＣ−ＴｉＮまたはＷＣ−ＴｉＣを硬質相とし、Ｎｉ−ＣｒまたはＮｉ−Ｃｒ−Ｃｏを結合相とした複合材料からなり、
転動体は窒化珪素からなることを特徴とする溶融金属中で使用される転がり軸受。
【請求項２】
内輪および外輪は、ＴｉＣ−ＴｉＮまたはＷＣ−ＴｉＣを硬質相とし、Ｎｉ−ＣｒまたはＮｉ−Ｃｒ−Ｃｏを結合相とした複合材料からなり、表面にＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition 、化学蒸着法）によりＴｉＣ、ＴｉＮ、およびＴｉ（Ｃ，Ｎ）のいずれかからなる被膜が形成されたものであり、
転動体は窒化珪素からなることを特徴とする溶融金属中で使用される転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば連続溶融金属メッキ浴中のロール支持装置に組み込まれる転がり軸受のように、溶融状態の亜鉛やアルミニウム等の溶融金属中で使用される転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、連続溶融亜鉛メッキ浴中のロール支持装置に組み込まれるような溶融金属中で使用される転がり軸受としては、高い耐熱性と耐食性とが要求されるために、形状が複雑である保持器以外はセラミックスで作製されたものが使用されている。また、保持器については、その耐食性を向上させるために、例えば純タンタルまたはタンタルに１０重量％以下の範囲でタングステンを加えた合金により作製することが提案されている（例えば、下記の特許文献１を参照）。なお、特許文献１では、内輪、外輪、および転動体を窒化珪素製としている。
【特許文献１】特開２００５−６９３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記特許文献１に記載された転がり軸受には、溶融金属中での耐摩耗性の点で更なる改善の余地がある。
本発明の課題は、内輪および外輪を特定の材料からなる特殊な構成とすることで、溶融金属中での耐摩耗性に著しく優れた転がり軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明は、内輪および外輪は、ＴｉＣ−ＴｉＮまたはＷＣ−ＴｉＣを硬質相とし、Ｎｉ−ＣｒまたはＮｉ−Ｃｒ−Ｃｏを結合相とした複合材料からなり、転動体は窒化珪素からなることを特徴とする溶融金属中で使用される転がり軸受を提供する。
本発明は、また、内輪および外輪は、ＴｉＣ−ＴｉＮまたはＷＣ−ＴｉＣを硬質相とし、Ｎｉ−ＣｒまたはＮｉ−Ｃｒ−Ｃｏを結合相とした複合材料からなり、表面にＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition 、化学蒸着法）によりＴｉＣ、ＴｉＮ、およびＴｉ（Ｃ，Ｎ）のいずれかからなる被膜が形成されたものであり、転動体は窒化珪素からなることを特徴とする溶融金属中で使用される転がり軸受を提供する。
【０００５】
なお、複合材料の硬質相と結合相の混合比は、質量比で、硬質相：結合相＝９８：２〜７０：３０の範囲が好ましい。結合相の含有率が２質量％未満であると、粗い構造になり易く、３０質量％を超えると硬さが不十分になり易い。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の転がり軸受によれば、特定の材料からなる特殊な構成とされた内輪および外輪を用いることで、溶融金属中での耐摩耗性に著しく優れたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態について具体的な実施例に基づいて説明する。
図１および２に示す形状の軌道輪試験片１を二枚（内輪試験片１Ａ，外輪試験片１Ｂ）と、図３および４に示す形状の保持器試験片２を一枚と、直径３／８インチのボール３を三個で一組として、図５に示すような転がり軸受の摩耗試験用試験体Ｓを作製した。図１は軌道輪試験片の正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図であり、図３は保持器試験片の正面図であり、図４は図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【０００８】
軌道輪試験片１は、図１および２から分かるように、厚さＴ1 ＝６ｍｍ、直径Ｄ1 ＝５２ｍｍの円板の中心に、直径Ｄ2 ＝１０ｍｍの穴１１を開け、片面の周辺部に円板と同心の環状の溝１２を付けたものである。この溝１２は断面が円弧状に形成され、その曲率半径は５．１５ｍｍであり、円板の面から最大０．８ｍｍ（＝Ｔ2 ）だけ凹んでいる。また、溝１２の中心線の直径Ｄ3 を３８．５ｍｍとした。
【０００９】
この軌道輪試験片１として、ＴｉＣ−ＴｉＮを硬質相とし、Ｎｉ−Ｃｒを結合相とした複合材料からなり、表面にＣＶＤ法によりＴｉＣ／Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）被膜が形成されているもの（No. １）、ＷＣ−ＴｉＣを硬質相とし、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏを結合相とした複合材料からなり、表面にＣＶＤ法によりＴｉＣ／Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）被膜が形成されているもの（No. ２）、ＴｉＣ−ＴｉＮを硬質相とし、Ｎｉ−Ｃｒを結合相とした複合材料からなり、表面に硬質被膜が形成されていないもの（No. ３）、ＷＣ−ＴｉＣを硬質相とし、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏを結合相とした複合材料からなり、表面に硬質被膜が形成されていないもの（No. ４）、窒化珪素からなるもの（No. ５）、ＳＵＳ４４０Ｃからなり、表面に溶射法によりＷＣ−Ｃｏ被膜が形成されているもの（No. ６）を用意した。
【００１０】
No. １では、先ず、以下の方法で複合材料からなる円板状素材を作製した。
すなわち、ボールミルに、硬質相原料であるＴｉＣ−ＴｉＮ粉末（平均粒径５μｍ）と、結合相原料であるＮｉ−Ｃｒ粉末（平均粒径３．５μｍ）と、エタノールを入れ、７２時間湿式混合を行った。混合比は質量比でＴｉＣ−ＴｉＮ粉末：Ｎｉ−Ｃｒ粉末＝９５：５とした。次に、ボールミルから混合物を出して乾燥させ、乾燥した粉末に、滑剤であるパラフィンを１質量％の割合で加えたものを型に入れてプレス成形を行った。次に、型から取り出した成形物を、１３８０℃で６０分間、真空乾燥した。
【００１１】
このようにして得られた複合材料からなる円板状素材を、機械加工により軌道輪試験片の形状とした後に研磨し、次いで、以下の方法で前記被膜を形成した。
すなわち、研磨後の軌道輪試験片を、ＴｉＣｌ4 ガス、ＣＨ4 ガス、Ｎ2 ガス、Ｈ2 ガスがほぼ等モル存在し、圧力が１０-3〜１０-4Ｐａである雰囲気に置いて、約１０００℃まで加熱することにより、ＣＶＤ法による被膜形成を行った。
【００１２】
No. ２では、硬質相原料として平均粒径５μｍのＷＣ−ＴｉＣ粉末を、結合相原料として平均粒径３．５μｍのＮｉ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末を用い、混合比を質量比でＷＣ−ＴｉＣ粉末：Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ粉末＝９５：５とし、これ以外はNo. １と同じ方法で、先ず、複合材料からなる円板状素材を作製した。次に、この円板状素材を、機械加工により軌道輪試験片の形状とした後に研磨し、次いで、No. １と同じ方法で前記被膜を形成した。
【００１３】
No. ３では、No. １と同じ複合材料かならる円板状素材を、機械加工により軌道輪試験片の形状とした後に、研磨した。
No. ４では、No. ２と同じ複合材料かならる円板状素材を、機械加工により軌道輪試験片の形状とした後に、研磨した。
No. ５では、窒化珪素焼結体を、機械加工により軌道輪試験片の形状とした後に、研磨した。
【００１４】
No. ６では、ＳＵＳ４４０Ｃからなる素材を機械加工により軌道輪試験片の形状とした後に、研磨し、次いで、下記の方法で溶射による被膜を形成した。すなわち、ＷＣ−Ｃｏ粉末を用いて、プラズマ溶射により、試験片の摺動表面に１５０μｍの厚さの被膜を形成した。
保持器試験片２は、図３および４から分かるように、軌道輪試験片１と同じ大きさの円板の中心に直径Ｄ4 ＝２４ｍｍの穴２１を開け、円板面に直径Ｄ5 ＝９．８ｍｍの円形のポケット２２を三個、各ポケット２２の中心が同一円周上となるように等間隔で開けた形状のものである。そして、ポケット２２のピッチ円Ｅの直径Ｄ6 は、軌道輪試験片１の溝１２の中心線の直径Ｄ3 と同じ３８．５ｍｍとした。
【００１５】
このような形状の保持器試験片２を、黒鉛を機械加工することにより形成した。
図５に示すように、溝１２面を内側にした二枚の軌道輪試験片１Ａ，１Ｂで、各ポケット２２にボール３を入れた状態の保持器試験片２を挟み、各ボール３を各軌道輪試験片１Ａ，１Ｂの溝１２に収めることにより、転がり軸受の試験体Ｓを組み立てた。
この状態で試験体Ｓをるつぼ６の底部中心に配置し、回転軸７を上側の軌道輪試験片（内輪試験片）１Ａ上の中心に配置してアキシャル荷重をかけ、るつぼ６内に溶融亜鉛８を入れ、回転軸７を回転させることにより軌道輪試験片１Ａを回転させ、下記の条件により摩耗試験を行った。
【００１６】
＜試験条件＞
アキシャル荷重：４４０Ｎ
回転速度：３００ｒｐｍ
るつぼ内温度：４８０℃
総回転時間：１００時間
試験後に試験体Ｓをるつぼ６から出して、軌道輪試験片１（内輪試験片１Ａ，外輪試験片１Ｂ）の溝１２およびボール３の摩耗量を測定した。その結果を下記の表１に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
本発明の実施例に相当するNo. １とNo. ２は、軌道輪試験片に硬質被膜が無い点だけが異なるNo. ３とNo. ４と比較して、軌道輪試験片の摩耗量が１／３．７５〜１／４となり、ボールの摩耗量が１／５〜１／６となった。
また、No. ３とNo. ４は、軌道輪試験片が窒化珪素からなるNo. ５よりは、軌道輪試験片の摩耗量およびボールの摩耗量が少なかった。これは、軌道輪試験片とボールの材質が異なるとともに、前述の複合材料の方が窒化珪素より靱性が高いことに起因する。
【００１９】
No. ５は、窒化珪素の溶融金属に対する耐食性は高いが、靱性が低いために、No. １〜４と比較して摩耗量が多かった。
No. ６では、溶射被膜が脆いために多数の孔が存在し、組織も不均一であるため、溶融金属が被膜内に入ることで摩耗量が多くなった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例において使用した試験体を構成する軌道輪試験片の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】実施例において使用した試験体を構成する保持器試験片の正面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】実施形態における摩耗試験の概要を示す概要図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  軌道輪試験片
１Ａ  内輪試験片
１Ｂ  外輪試験片
２  保持器試験片
３  ボール（転動体）
８  溶融亜鉛（溶融金属）
Ｓ  転がり軸受の試験体
【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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