(57)【要約】【課題】スキッディングによる損傷を長期間防止でき、ターボ冷凍機の自由側軸受用として組合せアンギュラ玉軸受の代替品として有用な円筒ころ軸受を提供する。【解決手段】内輪軌道面に、下層がＴｉＮ膜で、上層がＭｏＳ２膜である複合固体潤滑剤被膜が形成されていることを特徴とするターボ冷凍機用円筒ころ軸受。【選択図】図１
2016023686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪軌道面に、下層がＴｉＮ膜で、上層がＭｏＳ２膜である複合固体潤滑剤被膜が形成されていることを特徴とするターボ冷凍機用円筒ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ冷凍機の自由側軸受として利用される円筒ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３に示すように、ターボ冷凍機では、回転軸は固定側及び自由側共に、主として組合せアンギュラ玉軸受により支持される（例えば、特許文献１、２参照）。自由側軸受は、温度上昇に伴う回転軸の伸張を吸収するために円筒ころ軸受が使用されることもあるが（図４参照）、高速回転で使用されるターボ冷凍機の場合、負荷されるラジアル方向荷重によっては公転すべりが大きくなる所謂スキッディングが生じ、摩耗損傷や焼き付きに至る懸念があることから、ターボ冷凍機では自由側軸受に組合せアンギュラ玉軸受が使用されるのが主流になっている。
【０００３】
しかしながら、自由側軸受に組合せアンギュラ玉軸受を採用すると、軸受列数の増大による圧縮機のサイズアップ及び損失の増大というデメリットが生じる。また、自由側軸受の外輪とハウジング間の隙間は、大きすぎると外輪間座外径部から潤滑油の漏洩が過多となり、小さすぎると外輪とハウジングが拘束し、軸受が軸の伸張による荷重を受けて早期損傷する可能性があるなど設定が難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９６０１号公報
【特許文献２】特開２００９−２１５９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、スキッディングによる損傷を長期間防止でき、ターボ冷凍機の自由側軸受用として組合せアンギュラ玉軸受の代替品として有用な円筒ころ軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明は、内輪軌道面に、下層がＴｉＮ膜で、上層がＭｏＳ２膜である複合固体潤滑剤被膜が形成されていることを特徴とするターボ冷凍機用円筒ころ軸受を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の円筒ころ軸受は、内輪軌道面に下層がＴｉＮで、上層がＭｏＳ２である複合固体潤滑剤被膜を形成したため、上層のＭｏＳ２による潤滑性の向上とともに、ＴｉＮ膜によるＭｏＳ２膜の剥れを効果的に防止できる。その結果、スキッディング損傷を長期間防止することができ、ターボ冷凍機の自由側軸受用として組合せアンギュラ玉軸受の代替品として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のターボ冷凍機用円筒ころ軸受を示す断面図である。
【図２】固体潤滑剤被膜を拡大して示す模式図である。
【図３】ターボ冷凍機の回転軸周辺を示す断面図であり、自由側軸受として組合せアンギュラ玉軸受を用いた一般的な場合を示す。
【図４】ターボ冷凍機の回転軸周辺の他の例を示す断面図であり、自由側軸受として円筒ころ軸受を用いた場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明のターボ冷凍機用円筒ころ軸受を示す断面図である。図示されるように、内輪１と外輪２との間に、複数の円筒ころ３が保持器４により転動自在に保持されている。また、本発明では内輪軌道面１ａに、図２に拡大して示すように、下層１１がＴｉＮ膜で、上層１２がＭｏＳ２膜である複合固体潤滑剤被膜１０が形成されている。
【００１１】
上層１２のＭｏＳ２膜による潤滑性の向上とともに、下層１１のＴｉＮ膜による上層の剥れを効果的に防止でき、潤滑性を長期にわたり維持することができる。ＴｉＮ膜及びＭｏＳ２膜は、個々の膜厚が０．３〜１．５μｍで、合計で０．６〜３．０μｍであることが好ましい。個々の膜厚並びに合計膜厚が下限未満であると、それぞれの膜の効果が長期間維持できなくなる。一方、上限を超えて厚くしても効果が飽和するだけでなく、成膜時間が長くなりコスト増を招き、更には膜が破損したり、剥離しやすくなる。尚、ＴｉＮ膜とＭｏＳ２膜は、ともに同じ膜厚であってもよいし、異なっていてもよい。
【００１２】
また、成膜方法には制限はないが、内輪軌道面１ａの形成材料である金属（軸受鋼）との密着性等を考慮すると、ＴｉＮ膜をイオンプレーティング法により成膜することが好ましい。また、ＭｏＳ２膜は、成膜性から高周波スパッタリング法により成膜することが好ましい。尚、イオンプレーティング法及び高周波スパッタリング法ともに、それぞれ公知の装置及び処理条件にて実施することができ、内輪軌道面１ａを除く部位をマスキングしてＴｉＮ膜を成膜し、その上にＭｏＳ２膜を成膜する。また、ＴｉＮ膜を成膜する前に、内輪軌道面１ａをアルカリ、またはアルコール等の有機溶剤で十分に脱脂することが好ましい。
【００１３】
本発明において、上記のように内輪軌道面１ａに複合固体潤滑剤被膜１０を形成した以外には制限はなく、内外輪の材質や潤滑剤等は公知のもので構わない。
【実施例】
【００１４】
以下に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００１５】
（実施例１）
ターボ冷凍機用として一般的な円筒ころ軸受（呼び番号「ＮＵ３０７」）の内輪をアルコールで脱脂し、内輪軌道面以外をマスキングした状態でＴｉＮ膜をイオンプレーティング法にて１μｍの厚さで成膜し、その上に高周波スパッタリング法にてＭｏＳ２膜を１μｍの厚さで成膜した。この内輪を用いて同円筒ころ軸受を組み立て、試験軸受とした。
【００１６】
（比較例１）
固体潤滑剤被膜を形成せず、内輪軌道面が露出している内輪を備える同一の円筒ころ軸受を試験軸受とした。
【００１７】
（比較例２）
実施例１と同一の内輪の内輪軌道面に、高周波スパッタリング法によりＭｏＳ２膜のみを２μｍの厚さで成膜して試験軸受とした。
【００１８】
（比較例３）
実施例１と同一の内輪軌道面に、イオンプレーティング法によりＴｉＮ膜のみを２μｍの厚さで成膜して試験軸受とした。
【００１９】
（耐久試験）
試験軸受について、高ＰＶ値及び高すべり速度下でスキッディング損傷を発生するまでの時間（耐久時間）を計測した、また、試験後の内輪軌道面を目視にて観察した。結果を表１に示すが、耐久時間は比較例１に対する相対値で示す。
【００２０】
【表１】
2016023686.tif 000003
【００２１】
表１に示すように、下層をＴｉＮ膜とし、上層をＭｏＳ２膜とした実施例１では、被膜を形成していない比較例１に比べて、１０倍以上の耐久性を有する。また、ＭｏＳ２膜のみの比較例２や、ＴｉＮ膜のみの比較例３に比べても耐久性が大幅に向上している。これは、ＴｉＮ膜によりＭｏＳ２膜が剥れ難くなり、ＭｏＳ２膜による潤滑性向上効果が時間維持された結果である。
【００２２】
このように、本発明のように、下層がＴｉＮ膜で、上層がＭｏＳ２膜である複合固体潤滑剤被膜を内輪軌道面に形成することにより、長期にわたりスキッディング損傷防止効果が維持できることが確認された。
【符号の説明】
【００２３】
１  内輪
１ａ  内輪軌道面
２  外輪
３  円筒ころ
４  保持器
１０  複合固体潤滑剤被膜
１１  下層（ＴｉＮ膜）
１２  上層（ＭｏＳ２膜）
【図１】
2016023686.tif 000004
【図２】
2016023686.tif 000005
【図３】
2016023686.tif 000006
【図４】
2016023686.tif 000007