(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸性あるいはアルカリ性の腐食性物質に接触する状態で使用される転がり軸受であって、
炭化けい素ウィスカーが配合された炭化けい素系セラミックス材で形成された軌道輪と、炭化けい素系セラミックス材で形成された転動体とを含み、
前記軌道輪での炭化けい素ウィスカーの配合割合が５〜４０ｗｔ％である、ことを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に腐食環境で使用される転がり軸受に関する。この転がり軸受は、例えば、水、酸性溶液あるいはアルカリ性溶液などの腐食性物質に浸けられた状態あるいは腐食性物質が付着するような状況で使用される。
【０００２】
【従来の技術】
前述したような用途では、内・外輪ならびに転動体をセラミックス材で形成した総セラミックス軸受を用いることが考えられている。
【０００３】
この軸受に適したセラミックス材としては、例えば窒化けい素を主成分として焼結した窒化けい素系セラミックス材が挙げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、窒化けい素系セラミックス材は、耐荷重性が優れているものの、酸性溶液中で使用すると、軌道部位での腐食による摩耗進展が早くなるので、軸受寿命が短くなる。
【０００５】
これに対して、炭化けい素を主成分として焼結した炭化けい素系セラミックス材やアルミナ系セラミックス材がある。これらは、窒化けい素系セラミックス材に比べて耐食性が優れているものの、耐荷重性が劣る。そのため、この炭化けい素系セラミックス材で内・外輪ならびに転動体を形成して、総セラミックス軸受を構成すると、特に軸受組み付け時やモーメント荷重がかかるような状況において局部的に接触応力が増大するため、破損しやすくなる。
【０００６】
このような事情により、本願出願人は、耐食性ならびに耐荷重性に優れた転がり軸受の提供を目的とし、本発明を提案する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にかかる転がり軸受は、酸性あるいはアルカリ性の腐食性物質に接触する状態で使用される転がり軸受であって、炭化けい素ウィスカーが配合された炭化けい素系セラミックス材で形成された軌道輪と、炭化けい素系セラミックス材で形成された転動体とを含み、前記軌道輪での炭化けい素ウィスカーの配合割合が５〜４０ｗｔ％である。
【００１２】
要するに、本発明では、ウィスカーで強化したセラミックス材で軌道輪を形成することにより、耐食性に加えて、軌道輪の強度ならびに靭性が向上するようになる。
【００１３】
また、転動体を金属材に比べて硬質な炭化けい素系セラミックス材で形成しているから、軌道輪の軌道面にウィスカーの端縁が露出した場合でも、転動体の損傷を抑制できるようになる。
【００１４】
さらに、軌道輪を形成するセラミックス材を、セラミックス材のなかでも特に耐食性に優れているものの強度、靭性に劣る炭化けい素系セラミックス材とすることで、それの弱点である強度や靭性を改善できるようになり、荷重加担時の破損を抑制できるようになる。
【００１５】
また、ウィスカーを炭化けい素ウィスカーに特定しているから、セラミックス材を強化するうえで有効になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図１ないし図４に示す各実施形態に基づいて説明する。
【００１７】
図１ないし図４は本発明の一実施形態にかかり、図１は、転がり軸受の縦断側面図、図２は、転がり軸受の試験装置の概略構成を示す図、図３は、転がり軸受の耐食性試験結果を示す図表、図４は、転がり軸受の耐荷重性試験結果を示す図表である。
【００１８】
図１において、Ａは転がり軸受の全体、Ｂはケース、Ｃは回転軸を示している。この転がり軸受Ａは、深溝玉軸受とされており、内輪１、外輪２、複数の転動体３ならびに保持器４を含む。
【００１９】
内・外輪１，２は、セラミックス材のなかでも特に耐食性に優れているものの強度、靭性に劣る炭化けい素系セラミックス材、アルミナ系セラミックス材あるいはジルコニア系セラミックス材などのいずれかをベースとして、炭化けい素ウィスカーを適宜配合した材料で形成される。この炭化けい素ウィスカーの配合割合は、５〜４０ｗｔ％に設定される。
【００２０】
転動体３は、炭化けい素系セラミックス材で形成される。
【００２１】
保持器４は、ふっ素系樹脂を含む自己潤滑性を有する耐食性材料、例えば四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）などのふっ素系樹脂を成型することにより形成される。この保持器４は、冠形と呼ばれる形状になっている。
【００２２】
ここで、上述した転がり軸受Ａの耐食性ならびに耐荷重性を調べたので、説明する。ここでは、実施例と比較例とを調べている。
【００２３】
▲１▼実施例は、内・外輪１，２を、炭化けい素系セラミックス材に炭化けい素ウィスカーを３０ｗｔ％の割合で配合した材料で形成し、転動体３を炭化けい素系セラミックス材で形成し、保持器４をＰＴＦＥなどのふっ素系樹脂で成型した構成としている。
【００２４】
▲２▼比較例は、内・外輪１，２および転動体３を炭化けい素系セラミックス材とし、保持器４をＰＴＦＥなどのふっ素系樹脂で成型した構成としている。
【００２５】
試験に用いた転がり軸受Ａは、図１に示した構成の深溝玉軸受とし、内輪１の内径をφ３０ｍｍ、外輪２の外径をφ６２ｍｍ、内・外輪１，２の軸方向長さを１６ｍｍに設定している。
【００２６】
試験装置は、図２に示すようなものを用いる。図２において、２０は回転軸、２１は回転軸２０を支持する軸受台、２２，２３は回転軸２０を回転駆動するベルトおよびプーリ、２４は荷重付加ユニット、２５は液槽、２６は振動計ピックアップ、２７はダイヤルゲージである。試験は、試験対象となる転がり軸受Ａを液槽２５中に浸漬して、荷重付加ユニット２４でラジアル荷重を与えた状態で回転軸２０を回転させる。試験条件は、液を３％塩酸とし、ラジアル荷重を１９６Ｎ、回転数を１５００ｒｐｍとし、振動計ピックアップ２６で振動を計測する。また、転がり軸受Ａの摩耗量は、ダイヤルゲージ２７で計測する。
【００２７】
耐食性の試験結果としては、図３に示すように、実施例のものが比較例に比べて時間結果に伴うラジアル隙間の増加量が少なくなった。このラジアル隙間の増加量は、内・外輪１，２ならびに転動体３の腐食による摩耗量であると言い換えることができる。
【００２８】
耐荷重性の試験結果としては、図４（ａ）に示すように、比較例のものはラジアル荷重を３００ｋｇｆとした時点で外輪２が破損したが、実施例のものはラジアル荷重を５００ｋｇｆとしても破損しなかった。また、図４（ｂ）に示すように、比較例のものはモーメント荷重を２０００ｋｇｆ・ｍｍとした時点で外輪２が破損したが、実施例のものはモーメント荷重を３０００ｋｇｆ・ｍｍとしても破損しなかった。このように実施例では、比較例に比べて耐荷重性が向上する結果になった。この結果から、内・外輪１，２の靭性や曲げ強度が高められていることが実証されたと言える。
【００２９】
以上説明したように、本発明では、腐食性物質の存在する環境での使用に長期にわたって十分耐え得る構成にしたうえで、荷重加担時においてセラミックス材からなる内・外輪１，２の万一の破損を抑制できるようになる。したがって、腐食環境での使用において十分長い寿命を発揮する転がり軸受Ａを提供できるようになる。これにより、使用用途において、転がり軸受Ａを頻繁に交換せずに済み、ランニングコストの低減に貢献できるようになる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施例のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【００３１】
（１）  上記実施形態では、転がり軸受Ａとして深溝型玉軸受を例示しているが、軸受形式や軸受種類は一般的に周知のもの、例えばアンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受の他、ラジアルタイプやスラストタイプなど、種々な形式のものに本発明を適用できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の転がり軸受は、軌道輪を耐食性、靭性ならびに強度を向上したセラミックス材で形成することにより、例えば軸受組み付け時やモーメント荷重がかかるような状況での軌道輪の万一の破損を防止しながら、腐食性物質の存在する環境での使用に長期にわたって十分耐え得る構成になった。
【００３３】
特に、本発明では、セラミックス材の強化のためのウィスカーの端縁が軌道輪の軌道面に露出した場合でも、転動体を金属材に比べて硬質な炭化けい素系セラミックス材で形成することにより、転動体そのものの損傷を防止できるようになり、軸受特性ならびに寿命の向上に貢献できるようになった。
【００３４】
また、本発明では、軌道輪を形成するセラミックス材を、耐食性に優れた炭化けい素系セラミックス材にウィスカーを配合したものとすることにより、炭化けい素系セラミックス材の弱点である強度や靭性を改善しているから、荷重加担時の破損を抑制できるようになる。
【００３５】
さらに、本発明では、軌道輪を形成するセラミックス材に配合するウィスカーを炭化けい素ウィスカーに特定することにより、軌道輪そのものの強度ならびに靭性を改善するうえで有効となる。
【００３６】
このように、特に腐食環境での使用において十分長い寿命を発揮する転がり軸受を提供できるようになる。これにより、使用用途において、転がり軸受を頻繁に交換せずに済み、ランニングコストの低減に貢献できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の転がり軸受の縦断側面図
【図２】転がり軸受の試験装置の概略構成を示す図
【図３】転がり軸受の耐食性試験結果を示す図表
【図４】転がり軸受の耐荷重性試験結果を示す図表
【符号の説明】
Ａ    転がり軸受
１    内輪
２    外輪
３    転動体
４    保持器
【図１】
0003954219.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003954219.tif 000004
【図４】
0003954219.tif 000005