(57)【要約】【課題】比較的低廉かつ簡便な構成を採りながら、高湿度環境中や腐食性ガス中での使用を可能とした転がり軸受とこの転がり軸受を用いた圧縮機や送風機を提供する。【解決手段】深溝玉軸受９は、内輪２１の外軌道面２３と外輪２５の内軌道面２７とに転動体たる多数個のボール２９を転接させたもので、ボール２９を所定の間隔に保持する保持器３１とシールド３３とを備えている。内外輪２１，２３が高耐食ステンレス鋼を素材とし、ボール２９がマルテンサイト系ステンレス鋼を素材とし、保持器３１がフッ素樹脂を素材とし、シールド３３がオーステナイト系ステンレス鋼を素材としている。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周側に内軌道面を有する内輪と、
内周側に外軌道面を有する外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に介装され、前記内軌道面と前記外軌道面とに転接する多数の転動体と
を備えた転がり軸受であって、
前記内輪と前記外輪とが高耐食ステンレス鋼を素材とすることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記転動体がマルテンサイト系ステンレス鋼を素材とすることを特徴とする、請求項１記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記転動体が高耐食ステンレス鋼を素材とすることを特徴とする、請求項１記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記転動体がセラミックスを素材とすることを特徴とする、請求項１記載の転がり軸受。
【請求項５】
請求項１〜４記載の転がり軸受が用いられたことを特徴とする圧縮機。
【請求項６】
請求項１〜４記載の転がり軸受が用いられたことを特徴とする送風機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受および圧縮機、送風機に係り、詳しくは高湿度環境中や腐食性ガス中での使用による発錆の防止等を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池や化学プラント、産業機械等では、圧縮性流体の圧縮や送風に多様の圧縮機や送風機が用いられており、その回転軸は深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受等の転がり軸受により支持されることが多い。転がり軸受では通常、内外輪や転動体の素材として軸受鋼（ＳＵＪ２やＳＣＲ４２０等）が用いられいるが、圧縮機や送風機が高湿度環境中で運転されたり、腐食性ガスの圧縮や送風に供される場合には次のような問題があった。
【０００３】
すなわち、軸受鋼を素材とする転がり軸受は、高湿度雰囲気や腐食性ガスに曝されると比較的早期に発錆して、内外輪や転動体の表面に赤錆（Ｆｅ２Ｏ３）等の酸化物が生成される。そして、この酸化物は、転がり軸受の回転に伴って脱落して内外輪と転動体との間で潰されると、微細異物となってグリースや潤滑油等の潤滑剤に混入する。この状態では、潤滑剤の劣化により転がり軸受に対する潤滑性能が著しく低下すると共に、潤滑剤中の微細異物が研磨剤として作用して軸受構成部材の摩耗促進や焼付き等の不具合を招く虞があった。
【０００４】
これらの問題を解決するべく、全ての構成部材をセラミックスやマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ等）とした転がり軸受が提案されている。また、回転軸のシール構造等を改良し、高湿度雰囲気や腐食性ガスから転がり軸受を隔離した圧縮機や送風機も提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、全構成部材をセラミックスとした転がり軸受では、セラミックスの成形や加工が困難なことから製造コストが非常に高くなる他、回転軸や軸受ハウジングとの嵌合いを始めとして組立てや取扱い等に制約も多くなり、その採用は現実的でなかった。また、全構成部材をマルテンサイト系ステンレス鋼とした転がり軸受では、マルテンサイト系ステンレス鋼の合金成分から粗大な共晶炭化物が生成されるため、高応力下で使用された場合に耐久性が低下する問題があった。更に、回転軸のシール構造等を改良した圧縮機や送風機では、インペラハウジング等の鋳造金型を新製する必要が生じたり、構成部品点数が増加すること等によって製造コストの上昇が避けられなかった。
【０００６】
本発明は、上記状況に鑑みなされたもので、比較的低廉かつ簡便な構成を採りながら、高湿度環境中や腐食性ガス中での使用を可能とした転がり軸受とこの転がり軸受を用いた圧縮機や送風機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明では、外周側に内軌道面を有する内輪と、内周側に外軌道面を有する外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介装され、前記内軌道面と前記外軌道面とに転接する多数の転動体とを備えた転がり軸受であって、前記内輪と前記外輪とが高耐食ステンレス鋼を素材とするものを提案する。
【０００８】
また、請求項２の発明では、請求項１の転がり軸受において、前記転動体がマルテンサイト系ステンレス鋼を素材とするものを提案する。
【０００９】
また、請求項３の発明では、請求項１の転がり軸受において、前記転動体が高耐食ステンレス鋼を素材とするものを提案する。
【００１０】
また、請求項４の発明では、請求項１の転がり軸受において、前記転動体がセラミックスを素材とするものを提案する。
【００１１】
また、請求項５の発明では、請求項１〜４記載の転がり軸受が用いられた圧縮機を提案する。
【００１２】
また、請求項６の発明では、請求項１〜４記載の転がり軸受が用いられた送風機を提案する。
【００１３】
本発明によれば、外周側に内軌道面を有する内輪と、内周側に外軌道面を有する外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介装され、前記内軌道面と前記外軌道面とに転接する多数の転動体とを備えた転がり軸受であって、前記内輪と前記外輪とが高耐食ステンレス鋼を素材とし、転動体がマルテンサイト系ステンレス鋼や高耐食ステンレス鋼、セラミックスを素材とするようにしたため、従来の転がり軸受と同等の取扱いが可能でありながら、軸受構成部材の摩耗促進や焼付き等の不具合が生じ難くなる。また、これらの転がり軸受を用いた圧縮機や送風機にあっては、転がり軸受の耐久性が非常に高くなるため、メンテナンス性が大幅に向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る空気圧縮機の要部縦断面図であり、図２は同深溝玉軸受の縦断面図である。空気圧縮機（以下、単に圧縮機と記す）１は、燃料電池の酸素（空気）供給に供される同軸タービン駆動（あるいは、電動）の遠心式であり、インペラハウジング３と、回転軸５の端部に固着されたインペラ７と、回転軸５を回動自在に支持する深溝玉軸受９とを有している。
【００１５】
第１実施形態の圧縮機１では、インペラハウジング３の吸入ポート１１から取り込まれた空気（酸素および窒素）と水蒸気との混合流体が、吐出ポート１３から燃料電池セル（図示せず）側に圧送される。尚、燃料電池では、燃料電池セル内での反応速度を高めるべく、圧縮機１や混合流体が所定温度以上に昇温されている。尚、本実施形態の圧縮機１は、低中荷重下で比較的低中速で運転される。
【００１６】
深溝玉軸受９は、内輪２１の外軌道面２３と外輪２５の内軌道面２７とに転動体たる多数個のボール２９を転接させたもので、ボール２９を所定の間隔に保持する保持器３１とシールド３３とを備えている。図中、符号３５で示した部材は外輪２５に外嵌・固着された止め輪である。
【００１７】
第１実施形態の場合、内外輪２１，２３が高耐食ステンレス鋼を素材とし、ボール２９がマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ等）を素材とし、保持器３１がオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）またはフッ素樹脂を素材とし、シールド３３がオーステナイト系ステンレス鋼を素材としている。
【００１８】
高耐食ステンレス鋼としては、本出願人が先に出願した特開平９−２８７０５３号に記載したように、重量％でＣ；０．６％未満、Ｃｒ；１０．０％以上２２．０％以下、Ｍｎ；０．１％以上１．５％以下、Ｓｉ；０．１％以上２．０％以下、Ｎ；０．０５％以上０．２％未満および残部Ｆｅおよび不可避成分を含有し、更に０．０４Ｃｒ％−０．８３Ｎ％−０．３９≦Ｃ％≦−０．０５Ｃｒ％＋１．４１かつＣ％＋Ｎ％≧０．４５％となる組成のものが好適であるが、その他の組成を有する高耐食ステンレス鋼であってもよい。
【００１９】
また、第１実施形態では、高温用固体潤滑剤を主成分とする特殊焼結合金で構成された円柱状の固体潤滑剤スペーサ（図示せず）がボール２９の間に挟まれており、この固体潤滑剤スペーサにより深溝玉軸受９が固体潤滑されているが、耐水性グリース等による潤滑を採用してもよい。
【００２０】
以下、第１実施形態の作用を述べる。
燃料電池に電力を発生させるべく圧縮機１が運転を開始すると、吸入ポート１１から比較的高温高湿の混合流体がインペラハウジング３内に流入し、混合流体の一部はシールド３３と内輪２１との間隙から僅かずつ深溝玉軸受９内に侵入する。ところが、第１実施形態では、内外輪２１，２３が高耐食ステンレス鋼を素材とし、ボール２９がマルテンサイト系ステンレス鋼を素材としているため、これらの混合流体との接触に起因する発錆は起こらず、従来装置で問題となっていた軸受構成部材の摩耗促進や焼付き等が防止されるのである。
【００２１】
次に、本発明の第２および第３実施形態について述べる。両実施形態も、その構成は上述した第１実施形態と同一であるが、第２実施形態ではボール２９が内外輪２１，２３と同様に高耐食ステンレス鋼を素材としており、第３実施形態ではボール２９がセラミックス（窒化ケイ素セラミックス等）を素材としている。第２実施形態においては、ボール２９の素材も高耐食ステンレス鋼としたため、疲労寿命や靱性等が更に向上し、圧縮機１の高荷重下での運転が可能となった。また、第３実施形態においては、ボール２９の素材をセラミックスとしたため、耐焼付寿命や耐腐食性等が更に向上し、圧縮機１の高回転下での運転が可能となった。
【００２２】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態は、本発明を燃料電池の遠心式空気圧縮機用の深溝玉軸受に適用したものであるが、化学プラントや産業機械等に用いられる種々の圧縮機や送風機等の軸受に適用してもよいし、複列アンギュラ玉軸受や円筒ころ軸受、ニードル軸受等に適用してもよい。また、本発明は、図３にその斜視を示したスーパチャージャ用のリショルムコンプレッサを始め、エアコンディショナ用のロータリコンプレッサやスクロールコンプレッサ等、種々の圧縮機や送風機に適用可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の転がり軸受によれば、外周側に内軌道面を有する内輪と、内周側に外軌道面を有する外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介装され、前記内軌道面と前記外軌道面とに転接する多数の転動体とを備えた転がり軸受であって、前記内輪と前記外輪とが高耐食ステンレス鋼を素材とし、転動体がマルテンサイト系ステンレス鋼や高耐食ステンレス鋼、セラミックスを素材とするようにしたため、従来の転がり軸受と同等の取扱いが可能でありながら、軸受構成部材の摩耗促進や焼付き等の不具合が生じ難くなり、この転がり軸受が組み込まれた圧縮機や送風機のメンテナンス性が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る空気圧縮機の要部縦断面図である。
【図２】同深溝玉軸受の縦断面図である。
【図３】リショルムコンプレッサの斜視図である。
【符号の説明】
１‥‥空気圧縮機
３‥‥インペラハウジング
５‥‥回転軸
７‥‥インペラ
９‥‥深溝玉軸受
２１‥‥内輪
２３‥‥外軌道面
２５‥‥外輪
２７‥‥内軌道面
２９‥‥ボール
３１‥‥保持器
３３‥‥シールド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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