(57)【要約】【課題】  高い耐腐蝕性と高い耐疲労性を有し、低温環境に使用可能なころがり軸受を提案することを課題とする。【解決手段】  軸受が−１００℃以下の温度の流体にさらされる低温ポンプに用いられる軸受であって、ステンレス鋼の内輪そして外輪と、内外輪間に配された複数の転動体と、内外輪間の転動体を分離せしめるプラスチック保持器とを有する軸受において、内外輪が非常に微細な組織を有している超靭性マルテンサイト‐高窒素ステンレス鋼で作られていることを特徴としている。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受が−１００℃以下の温度の流体にさらされる低温ポンプに用いられる軸受であって、ステンレス鋼の内輪そして外輪と、内外輪間に配された複数の転動体と、内外輪間の転動体を分離せしめるプラスチック保持器とを有する軸受において、内外輪が非常に微細な組織を有している超靭性マルテンサイト‐高窒素ステンレス鋼で作られていることを特徴とするころがり軸受。
【請求項２】
内外輪に用いられる超靭性マルテンサイト‐高窒素ステンレス鋼は、窒素を０．１〜０．４重量％含有していることとする請求項１に記載のころがり軸受。
【請求項３】
内外輪に用いられる超靭性マルテンサイト‐高窒素ステンレス鋼は、７容積％より低いオーステナイト成分を有していることとする請求項１又は請求項２に記載のころがり軸受。
【請求項４】
プラスチック保持器は、ポリエーテル  エーテル  ケトン、ポリ  パラフェニレン、ポリアミド‐イミドを含むグループから選択された材料で作られていることとする請求項１ないし請求項３のうちの一つに記載のころがり軸受。
【請求項５】
転動体は、シリコン‐窒素  セラミック合成材料で作られていることとする請求項１ないし請求項４のうちの一つに記載のころがり軸受。
【請求項６】
転動体は、アルミナ・ジルコニア  セラミック合成材料で作られていることとする請求項１ないし請求項４のうちの一つに記載のころがり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、−４７℃以下の温度でのＬＰＧ（液化石油ガス）、特に、約−１６０℃あるいはそれ以下の温度でのＬＮＧ（液化窒素ガス）、さらには−２５３℃での液化水素を圧送するポンプ等で、きわめて低温の流体にさらされるころがり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる目的の軸受は、圧送される液体との接触において高耐蝕性を示さなければならない。
【０００３】
高耐蝕鋼としては、永年、オーステナイト、フェライトあるいはオーステナイト‐フェライト組織の鋼が作られているが、これらの鋼は十分な耐疲労性そして耐摩耗性を得る目的でころがり軸受に要求される高硬度を呈していない。ＡＩＳＩ５２１００あるいはＡＩＳＩ４４０Ｃのような従来の代表的軸受鋼は、通常、硬度がＨＲＣ５８以下にならないとする基本的要求を達成する硬いマルテンサイト相であり、不純物が少なく均一に分布する微細組織であることが要求されている。従来のマルテンサイトステンレス軸受鋼、例えばＡＩＳＩは、それ自体で腐蝕が遅いことで知られており、低腐蝕保護（さらに腐蝕防止のために追加して保護する必要性が低いこと）そして低耐疲労のもとに提供されている。
【０００４】
特許文献１はこのような適用例での自己潤滑型ころがり軸受を開示しており、この軸受は、ステンレス鋼、例えば熱処理された４４０ステンレス鋼の内輪そして外輪と、内輪と外輪の間に配された複数の転動体と、内外輪間で転動体を分離するプラスチック保持器とを有し、この保持器は好ましくはポリエーテル  エーテル  ケトン（ＰＥＥＫ）で作られている。転動体はその材料に関し、セラミック転動体でも硬化ステンレス鋼で作られた転動体でもよい。
【特許文献１】ＵＳ６，５５８，１３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
古くから知られているこのころがり軸受は、このように、ＡＩＳＩ４４０Ｃのような材料から作られた内外輪を有しており、したがって、腐蝕に対して低保護で良いが、耐疲労性が低い。
【０００６】
本発明の目的とするところは、高い耐腐蝕性と高い耐疲労性を有する、低温環境下での使用が可能なころがり軸受を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、軸受が特許請求の範囲の請求項１に記載の特徴をもって作られることにより達成される。
【０００８】
すなわち、本発明は、軸受が−１００℃以下の温度の流体にさらされる低温ポンプに用いられる軸受であって、ステンレス鋼の内輪そして外輪と、内外輪間に配された複数の転動体と、内外輪間の転動体を分離せしめるプラスチック保持器とを有し、内外輪が非常に微細な組織を有している超靭性マルテンサイト‐高窒素ステンレス鋼で作られていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、このように非常に微細な組織を有している超靭性マルテンサイト‐高窒素ステンレス鋼で内外輪を作ることとしたので、ころがり軸受が高い耐腐蝕性と高い耐疲労性を有し低温環境での使用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
有利なことには、内外輪に用いられる超靭性マルテンサイト‐高窒素ステンレス鋼は、窒素を０．１〜０．４重量％有し、好ましくは、内外輪に用いられる超靭性マルテンサイト‐高窒素ステンレス鋼は材料のオーステナイトの量を減ずるために低温熱処理が行われる。
【００１１】
超靭性マルテンサイト‐高窒素ステンレス鋼の組成は、Ｃが０．２５〜０．４５％、Ｃｒが１３〜１７％、Ｍｏが０．８〜１．８％、Ｎが０．１５〜０．４５％そして残量がＦｅと通常の不純物である（ここで、％表示はすべて重量％である）。この鋼のロックウェルＣ硬度は、ＨＲＣ＞５８である。
【００１２】
通常、この鋼が耐蝕性を要求する分野で用いられるときには、１８０℃で低温焼戻しが行われる。しかし、この鋼には、例えば、４８０℃での焼戻し後に、二次硬化を示すが、この温度では残留オーステナイト成分が複数回の高温焼戻しによっても減ずるようになる。
【００１３】
この鋼は、二次硬化工程後に、低温での環境で用いられる。しかしながら、硬化後、残留オーステナイト成分は、−６５℃〜−１９８℃の温度、適用分野によっては、好ましくは−７５℃〜−１５０℃で軸受鋼を十分に冷却することにより減ずる。この十分な冷却と二次硬化とを組み合わせることにより、５８〜６１ＨＲＣレベルの硬度が７容積％以下の残留オーステナイトのもとで得られ、この状態では残留オーステナイトは安定していていかなる温度においても誘導変態は生じなく、かくして、軸受部品の精度や安定した荷重状態を失うことにつながる、新成未焼戻しの直留マルテンサイトと関連する不可逆体積変化を回避できる。
【００１４】
材料は微細組織を（Ｃｒが１３〜１７重量％の高合金鋼で）得るが、しかし、熱間加工そして軟成形条件と共に、後続の硬化温度そして上記安定化を適切に選択することにより、従来の軸受鋼（ＡＩＳＩ５２００、１．５重量％Ｃｒ）と同程度の微細組織が得られ、軸受の寿命そして荷重容量の点で効果的である。
【００１５】
材料は１０２０〜１０６０℃の範囲の温度で通し焼入れされ、４６０〜５２０℃の範囲の温度で焼戻しにより二次硬化される。この処理の目的は、窒化炭化物や炭化窒化物の形でマルテンサイトの粒子を（基材内に）析出させることである。この状態で、材料は、
（i）最大強度
（ii）低温での使用条件下で微細組織の（寸法的）安定性
（iii）不十分潤滑条件下での良好な耐摩耗性
を有するようになり、一方では、耐蝕性そして（高クロム成分による）耐酸化性そして硬化後の分解クロムの最大化が図れ、これは前工程で生成され細かく分散されたカーバイド、窒化物の結果によるものである。高レベルでそして均一に分解されたクロムは高い耐酸化性をもたらし、ころがり軸受の接触点で局部的かつ瞬間的温度変化があるときに、クロムによる耐酸化性が有効となる。この状態は液化ガスで潤滑されている軸受にて粗面での接触において局部的に生ずる。
【００１６】
局部的瞬間的温度変化が生ずるような状況に対して上述のことが有効である。
【００１７】
この新しい超靭性マルテンサイト鋼の衝撃靭性は、例えば、ＡＩＳＩに比し大幅に改善され、この新材料の衝撃靭性は約６４ＫＪ／ｍ２であり、これに対しＡＩＳＩ５２１００では約３８ＫＪ／ｍ２である。
【００１８】
転動体、すなわちボールあるいはローラは、シリコン‐窒素セラミック合成材料あるいはアルミナ・ジルコニアセラミック合成材料で作ることができる。
【００１９】
ＰＥＥＫとして知られているポリエーテル  エーテル  ケトン；ポリ  パラフェニレン、例えば英国エンシンガ社のテカマックス；ポリイミド、例えば英国エンシンガ社のシンティミィド；そしてポリアミド‐イミド、例えば米国ソルベイ  アドバンスト  ポリマー社のトーロンを含むグループから選択された高性能プラスチック材料で保持器が作られていると有利である。
【００２０】
ポリマーは、ガラス繊維、ＰＴＦＥ、グラファイト繊維、カーボンブラック等の充填材が充填されているようにすることができ、これによって摩擦特性そして機械特性が向上する。ガラス繊維は、しばしば、０〜３０容積％の範囲、通常１０〜３０容積％の範囲で用いられ、一方、ＰＴＦＥ、グラファイト繊維そしてカーボンブラックは２〜１５容積％の範囲で用いられる。