(57)【要約】【課題】摩耗が生じにくく長寿命な転がり軸受を提供する。【解決手段】  深溝玉軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪１及び外輪２の間に転動自在に配された複数の転動体３と、内輪１及び外輪２の間に複数の転動体３を保持する冠形の保持器４と、を備えている。内輪１，外輪２，転動体３，及び保持器４のうち少なくとも一つは、セラミックス粒子及びセラミックス繊維の少なくとも一方からなるセラミックス充填材を５質量％以上含有する樹脂組成物で構成されており、前記樹脂組成物で構成されていないものは耐食性材料で構成されている。【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、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転がり軸受において、前記内輪，前記外輪，及び前記転動体のうち少なくとも一つが、セラミックス粒子及びセラミックス繊維の少なくとも一方からなるセラミックス充填材を５質量％以上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転がり軸受。
【請求項２】
前記内輪，前記外輪，及び前記転動体のうち前記樹脂組成物で構成されていないものは耐食性材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に前記転動体を保持する保持器と、を備える転がり軸受において、前記内輪，前記外輪，前記転動体，及び前記保持器のうち少なくとも一つが、セラミックス粒子及びセラミックス繊維の少なくとも一方からなるセラミックス充填材を５質量％以上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転がり軸受。
【請求項４】
前記内輪，前記外輪，前記転動体，及び前記保持器のうち前記樹脂組成物で構成されていないものは耐食性材料で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の転がり軸受。
【請求項５】
前記樹脂組成物は炭素繊維又はガラス繊維をさらに含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の転がり軸受。
【請求項６】
前記樹脂組成物は固体潤滑剤をさらに含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の転がり軸受。
【請求項７】
前記樹脂組成物の樹脂成分が耐熱性樹脂であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の転がり軸受。
【請求項８】
前記樹脂組成物が熱可塑性であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
水，酸，アルカリ等の腐食性を有する液体と接触する腐食性環境下で使用される転がり軸受（例えば、前記液体の蒸気や飛沫と接触する環境下で使用される転がり軸受や、前記液体中で使用される転がり軸受）には耐食性が要求されるため、内輪，外輪等の軸受部品が耐食性材料で構成されている。
例えば特許文献１には、内輪，外輪，及び保持器が溶融成形可能なフッ素樹脂を主成分とする樹脂組成物で形成されている転がり軸受が記載されている。
【特許文献１】特開２０００−２４０６６６号公報
【特許文献２】特開２００４−１０７６６１号公報
【非特許文献１】"Sliding wear performance of polymer composites under abrasive and water lubricated conditions for pump applications",R. Prehn,F. Haupert,K. Friedrich,Wear,259(2005),693-696
【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、特許文献１に記載の転がり軸受は、内輪，外輪が樹脂組成物で形成されているため、耐摩耗性が十分であるとは言えなかった。そのため、高荷重下で使用されると焼付きが生じるおそれがあった。
そこで、本発明は、上記のような従来の転がり軸受が有する問題点を解決し、摩耗が生じにくく長寿命な転がり軸受を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転がり軸受において、前記内輪，前記外輪，及び前記転動体のうち少なくとも一つが、セラミックス粒子及びセラミックス繊維の少なくとも一方からなるセラミックス充填材を５質量％以上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。
【０００５】
また、本発明に係る請求項２の転がり軸受は、請求項１に記載の転がり軸受において、前記内輪，前記外輪，及び前記転動体のうち前記樹脂組成物で構成されていないものは耐食性材料で構成されていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項３の転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に前記転動体を保持する保持器と、を備える転がり軸受において、前記内輪，前記外輪，前記転動体，及び前記保持器のうち少なくとも一つが、セラミックス粒子及びセラミックス繊維の少なくとも一方からなるセラミックス充填材を５質量％以上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。
【０００６】
さらに、本発明に係る請求項４の転がり軸受は、請求項３に記載の転がり軸受において、前記内輪，前記外輪，前記転動体，及び前記保持器のうち前記樹脂組成物で構成されていないものは耐食性材料で構成されていることを特徴とする。
セラミックス充填材を含有していることから、樹脂組成物は高硬度となり優れた耐摩耗性を示す。また、樹脂組成物の表面に露出しているセラミックス充填材により、樹脂組成物は低い摩擦係数を示す。樹脂組成物の摩擦係数が低いため、本発明の転がり軸受は低トルクとなる。特に、水と接触する環境下（例えば水中）で使用される場合に、より低い摩擦係数を示し、より低トルクとなる。
【０００７】
セラミックス充填材の含有量が５質量％未満であると、耐摩耗性や低トルク性が不十分となるおそれがあり、特に水と接触する環境下において前記性能が不十分となるおそれがある。ただし、あまり多量に含有すると樹脂組成物の成形性が低下してしまうので、２０質量％以下とすることが好ましい。
前記内輪，前記外輪，前記転動体，及び前記保持器のうち前記樹脂組成物で構成されているものは、耐食性を有しているが、前記樹脂組成物で構成されていないものについても耐食性材料で構成すれば、転がり軸受が耐食性を有することとなるため、腐食性環境下でも好適に使用可能となる。耐食性材料の種類は特に限定されるものではないが、ステンレス鋼，セラミックス，ガラス等が好ましい。また、ポリテトラフルオロエチレン，ポリ二塩化ビニル等の樹脂を含有する樹脂材料でもよい。
【０００８】
さらに、本発明に係る請求項５の転がり軸受は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の転がり軸受において、前記樹脂組成物は炭素繊維又はガラス繊維をさらに含有することを特徴とする。このような構成により樹脂組成物の靱性や機械的強度が向上するため、転がり軸受は耐久性が優れている。
さらに、本発明に係る請求項６の転がり軸受は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の転がり軸受において、前記樹脂組成物は固体潤滑剤をさらに含有することを特徴とする。このような構成により樹脂組成物の潤滑性が向上するため、転がり軸受は耐摩耗性が優れるとともにより低トルクとなる。
【０００９】
さらに、本発明に係る請求項７の転がり軸受は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の転がり軸受において、前記樹脂組成物の樹脂成分が耐熱性樹脂であることを特徴とする。このような構成であれば、転がり軸受は焼付きがより生じにくくなる。
さらに、本発明に係る請求項８の転がり軸受は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の転がり軸受において、前記樹脂組成物が熱可塑性であることを特徴とする。このような構成であれば、軸受部品の射出成形，溶融成形が可能となるため、転がり軸受の製造が容易となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の転がり軸受は、摩耗が生じにくく低トルクである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る転がり軸受の実施の形態を、図１の部分縦断面図を参照しながら詳細に説明する。
図１の転がり軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪１及び外輪２の間に転動自在に配された複数の転動体３と、内輪１及び外輪２の間に複数の転動体３を保持する冠形の保持器４と、を備える深溝玉軸受である。
内輪１，外輪２，転動体３，及び保持器４のうち少なくとも一つは、セラミックス粒子及びセラミックス繊維の少なくとも一方からなるセラミックス充填材を５質量％以上含有する樹脂組成物で構成されており、前記樹脂組成物で構成されていないものは耐食性材料で構成されている。耐食性材料としては、ステンレス鋼，セラミックス，ガラスや、ポリテトラフルオロエチレン，ポリ二塩化ビニル等の樹脂を含有する樹脂材料が好ましい。なお、保持器４は備えていなくてもよい（総転動体軸受でもよい）。
【００１２】
このような構成から、転がり軸受は高荷重下で使用されても摩耗が生じにくく低トルクであり、長寿命である。特に、水と接触する環境下（例えば水中）で使用される場合に、より低い摩擦係数を示し、より低トルクとなる。また、転がり軸受が耐食性を有しているため、水，酸，アルカリ等の腐食性を有する液体と接触する腐食性環境下（例えば、前記液体の蒸気や飛沫と接触する環境下や、前記液体中）でも好適に使用可能である。
【００１３】
セラミックス粒子及びセラミックス繊維は、モース硬度が７以上のものが好ましい。例えば、ホウ酸アルミニウム（モース硬度７〜７．５），酸化チタン（モース硬度７〜７．５），窒化ケイ素（モース硬度９），炭化ケイ素（モース硬度９），アルミナ（モース硬度９）等の粒子及び繊維があげられる。
セラミックス粒子としては、平均粒径が１μｍ以下のものが好ましく、０．３μｍ以下のものがより好ましい。また、セラミックス繊維としては、平均繊維径が０．１μｍ以上１０μｍ以下で平均繊維長が５μｍ以上５００μｍ以下のものが好ましく、平均繊維径が０．１μｍ以上５μｍ以下で平均繊維長が５μｍ以上１００μｍ以下のもの（いわゆるウィスカあるいは短繊維と呼ばれるもの）がより好ましい。
【００１４】
例えば、昭和電工株式会社製の炭化ケイ素粒子であるウルトラデンシックＤＵ（商品名）、東海カーボン株式会社製の炭化ケイ素ウィスカであるトーカウィスカー（商品名）、四国化成工業株式会社製のホウ酸アルミニウムウィスカであるアルボレックス（商品名）、四国化成工業株式会社製のホウ酸アルミニウム粒子であるアルボライト（商品名）があげられる。水と接触する環境下で使用される場合での低トルク，長寿命のためには、炭化ケイ素，窒化ケイ素等のケイ素系セラミックスが好ましい。
【００１５】
また、樹脂組成物には、セラミックス充填材に加えて炭素繊維又はガラス繊維を添加してもよい。さらに、固体潤滑剤を添加してもよい。固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン，二硫化タングステン，黒鉛，ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ），ポリイミド，酸化亜鉛，窒化ホウ素，メラミンシアヌレート（ＭＣＡ），マイカ，金，ニッケル等があげられ、水中での転がり軸受の使用を考慮するとポリテトラフルオロエチレン又は黒鉛が好ましい。
【００１６】
さらに、樹脂組成物の樹脂成分は、耐熱性樹脂とすることが好ましい。また、樹脂組成物の樹脂成分を熱可塑性樹脂として、樹脂組成物を熱可塑性とすることが好ましい。熱可塑性の耐熱性樹脂としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ），ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ），熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ），テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ），ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等があげられ、水中での転がり軸受の使用を考慮するとテトラフルオロエチレン−エチレン共重合体又はポリフッ化ビニリデンが好ましい。
【００１７】
さらに、樹脂組成物には、樹脂に対して一般的に使用される添加剤を、本発明の目的を損なわない範囲で添加してもよい。例えば、酸化防止剤，熱安定剤，紫外線吸収剤，光保護剤，難燃剤，帯電防止剤，流動性改良剤，非晶質粘着性付与剤，結晶化促進剤，増核剤，顔料，染料があげられる。
このように、樹脂組成物には、セラミックス充填材に加えて炭素繊維，ガラス繊維，固体潤滑剤，添加剤を添加してもよいが、樹脂組成物に添加される全ての添加物の合計の含有量は１０質量％以上６０質量％以下とすることが好ましい。各成分の含有量が４０質量％以下であっても、合計の含有量が６０質量％を超えると、樹脂組成物の溶融流動性や成形体の機械的特性が低下する場合がある。一方、１０質量％未満であると、添加物の添加効果が不十分となるおそれがある。
【００１８】
樹脂とセラミックス充填材等の添加物とを混合する方法は特に限定されるものではなく、慣用の方法が問題なく使用できる。例えば、溶融混練することも可能であるし、また、予め全ての材料をヘンシェルミキサー，タンブラー，リボンミキサー，ボールミル等の混合機で予備混合した後に、溶融混合機へ供給することもできる。溶融混合機としては、単軸又は二軸押出機，混練ロール，加圧ニーダー，バンバリーミキサー，ブラベンダープラストグラフ等の公知の溶融混練装置が使用できる。溶融混練する際の温度は特に限定されるものではないが、樹脂の溶融が十分進行し、且つ劣化しない程度の温度範囲内で適宜選択する。
【００１９】
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、転がり軸受の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、転がり軸受の種類は深溝玉軸受に限定されるものではなく、本発明は様々な種類の転がり軸受に対して適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。
【００２０】
〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。内輪，外輪，転動体，及び保持器が表１，２に示すような材料で構成された試験軸受を用意して、回転試験を行い、寿命を評価した。この試験軸受は、呼び番号６０００の単列深溝玉軸受（内径１０ｍｍ，外径２６ｍｍ，幅８ｍｍ）であり、シールは備えていない。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
【表２】
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【００２３】
内輪，外輪，及び保持器を構成する樹脂組成物は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を樹脂成分としており、セラミックス充填材や炭素繊維を含有している（比較例３は樹脂成分のみ）。実施例の軸受については、セラミックス充填材としてセラミックス粒子を含有しているが、比較例の軸受についてはセラミックス充填材を含有していない（表１，２を参照）。
【００２４】
樹脂組成物が樹脂成分とセラミックス充填材とからなる場合（実施例１〜３）は、樹脂成分の含有量を８０質量％、セラミックス充填材の含有量を２０質量％とした。また、樹脂組成物が樹脂成分と炭素繊維とからなる場合（比較例４，５）は、樹脂成分の含有量を８０質量％、炭素繊維の含有量を２０質量％とした。さらに、樹脂組成物が樹脂成分とセラミックス充填材と炭素繊維とからなる場合（実施例４〜１０）は、樹脂成分の含有量を７０質量％、セラミックス充填材の含有量を２０質量％、炭素繊維の含有量を１０質量％とした。
【００２５】
樹脂組成物を製造する際には、炭素繊維の折損をできるだけ防ぐようにした。すなわち、まず樹脂とセラミックス充填材とをヘンシェルミキサーで乾式混合し、得られた混合物を二軸押出機でペレット状にするが、炭素繊維を含有させる場合には、定量サイドフィーダーから二軸押出機に供給し、混合物と混練した。このようにして得られたペレットを射出成形機で成形して、内輪，外輪，及び保持器を製造した。
【００２６】
なお、表１，２に記載の材料は、以下の通りである。
・ＰＶＤＦ：呉羽化学株式会社製のクレハＫＦポリマーＴ−＃１０００又はクレハＫＦポリマーＴ−＃８５０
・炭素繊維：呉羽化学株式会社製のクレカチョップＭ−１０２Ｓ（平均繊維径０．３〜０．６μｍ、平均繊維長１０〜２０μｍ）
試験軸受を日本精工株式会社製の軸受回転試験機に装着して、水中で回転試験（内輪回転）を行い、腐食環境下における軸受の耐久性（寿命）を評価した。回転試験の条件は以下の通りである。なお、グリース等の潤滑剤による潤滑は行わなかった。
・ラジアル荷重：４９Ｎ
・回転速度    ：３００ｍｉｎ-1
・試験温度    ：常温
【００２７】
試験結果を表１，２に併せて示す。なお、回転中に軸受に生じるラジアル振動を測定し、この振動値が初期値の３倍以上となるまでの回転数を、その軸受の寿命とした。そして、各軸受の寿命は、内輪，外輪，転動体，及び保持器がＳＵＳ４４０Ｃで構成された従来の軸受である比較例１の寿命を１とした場合の相対値で示してある。
【００２８】
表１，２から分かるように、実施例１〜１０の軸受は、比較例１〜５の軸受と比べて、水中での耐久性が優れていた。また、実施例１〜３の軸受の寿命から、セラミックス粒子が炭化ケイ素であると、水中での耐久性が優れていることが分かる。さらに、実施例６，９，１０の比較から、セラミックス粒子の平均粒径が小さい方が耐久性が優れていることが分かる。さらに、実施例４〜８の軸受の寿命から、転動体が炭化ケイ素製であると耐久性が優れていることが分かる。さらに、実施例１と実施例４との比較から、樹脂組成物が炭素繊維を含有している方が、耐久性が優れていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る転がり軸受の一実施形態である深溝玉軸受の構成を示す部分縦断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１        内輪
２        外輪
３        転動体
４        保持器
【図１】
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