(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉容器内の高温高圧下の水中で使用される転がり軸受であって、
少なくとも表面部がサーメットと,ステライトと,クロムカーバイドコーティングが施されたＳＵＳ６３０と,から選ばれる材料からなる軌道輪と、サーメットからなる転動体と、保持器とを備え、
上記保持器は、上記転動体と接触するグラファイトからなる円筒摺動部と、ＳＵＳ３０４からなる外枠部と、ビスまたはリベットと
を備え、
上記円筒摺動部は、２つの半円筒部からなり、
上記外枠部は、上記保持器のポケットを通る割れ面で合わさる２つの円環枠で構成され、
２つの上記円環枠は、上記ビスまたはリベットで互いに固定され、
上記円筒摺動部は、２つの上記円環枠に挟まれていて、
上記２つの半円筒部は上記ポケットを上記保持器の周方向に挟んで対向する位置で合わさっている
ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
原子炉容器内の高温高圧下の水中で使用される転がり軸受であって、
少なくとも表面部がサーメットと,ステライトと,クロムカーバイドコーティングが施されたＳＵＳ６３０と,から選ばれる材料からなる軌道輪と、サーメットからなる転動体と、保持器とを備え、
上記保持器は、上記転動体と接触するグラファイトからなる矩形摺動部と、ＳＵＳ３０４からなる外枠部と、ビスまたはリベットと
を備え、
上記矩形摺動部は、２つの半矩形部からなり、
上記外枠部は、上記保持器のポケットを通る割れ面で合わさる２つの円環枠で構成され、
２つの上記円環枠は、上記ビスまたはリベットで互いに固定され、
上記矩形摺動部は、２つの上記円環枠に挟まれていて、
上記２つの半矩形部は上記ポケットを上記保持器の周方向に挟んで対向する位置で合わさっている
ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項３】
請求項１または２に記載の転がり軸受において、
上記軌道輪が、サーメットのみでできてい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】
この発明は、たとえば、船舶用原子炉に搭載される原子炉容器内装型制御捧駆動機構において高温高圧下の水中で使用される転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
船舶用原子炉に搭載される原子炉容器内装型制御捧駆動機構に用いられる転がり軸受は、高温高圧下、たとえば、３２０℃〜３５０℃で１２〜１５ＭＰａの水中という過酷な条件で試用される。
【０００３】
従来、この種の転がり軸受としては、特開平９−８７０２５号公報で開示されているものがある。この転がり軸受は、内,外輪および保持器が、ＳＵＳ３０４,ＳＵＳ６３０等の耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼からなり、転動体(玉)が炭化ケイ素(ＳｉＣ)からなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来例では、転動体としての玉が炭化ケイ素からなるから、潤滑性に乏しく、玉が摩耗して、軌道の摩耗が速く進行して短寿命になるという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、高温高圧下の水中で使用しても、軸受耐久性(耐食,強度,潤滑)を確保でき、寿命の長い転がり軸受を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の転がり軸受は、原子炉容器内の高温高圧下の水中で使用される転がり軸受であって、
少なくとも表面部がサーメットと,ステライトと,クロムカーバイドコーティングが施されたＳＵＳ６３０と,から選ばれる材料からなる軌道輪と、サーメットからなる転動体と、保持器とを備え、
上記保持器は、上記転動体と接触するグラファイトからなる円筒摺動部と、ＳＵＳ３０４からなる外枠板と、ビスまたはリベットと
を備え、
上記円筒摺動部は、２つの半筒部からなり、
上記外枠部は、上記保持器のポケットを通る割れ面で合わさる２つの円環枠で構成され、
２つの上記円環枠は、上記ビスまたはリベットで互いに固定され、
上記円筒摺動部は、２つの上記円環枠に挟まれていて、
上記２つの半円筒部は上記ポケットを上記保持器の周方向に挟んで対向する位置で合わさっていることを特徴としている。
【０００７】
この請求項１の発明では、転動体がサーメットからなり、保持器は上記転動体と接触する部分がグラファイトからなる。このグラファイトからなる保持器の接触部分が、サーメット製転動体に対して、潤滑の役目を果すので、高温高圧下の水中で使用しても、転動体の摩耗を抑制できることが実験により判明した。これに対し、炭化ケイ素(ＳｉＣ)からなる転動体にグラファイトからなる保持器を組み合わせた場合には、転動体の摩耗が激しくて短寿命となった。
【０００８】
また、一実施形態の転がり軸受では、
上記軌道輪は、軌道面がステライトからなり、母材がＳＵＳ３１６またはＳＵＳ３０４からなる。
【０００９】
この実施形態では、軌道輪の母材は耐腐食性が良いＳＵＳ３１６またはＳＵＳ３０４からなり、軌道面は硬さが硬い(ＨＲＣ５０〜５５)ステライトの盛金からなる。この実施形態では、軌道輪と転動体とが異種材料からなることとなり、軌道輪と転動体との凝着が起こり難くなるから、高温高圧下での使用に対する耐久性を高めることができる。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１または２に記載の転がり軸受において、上記軌道輪が、サーメットのみでできていることを特徴としている。
【００１１】
この請求項３の発明は、軌道輪が、サーメットのみでできているから、転動体と軌道輪の両方がサーメット製となり、両方共、グラファイト製の保持器に対する潤滑性がよくなる。これにより、更なる寿命向上を図れる。
【００１２】
また、一参考例の転がり軸受では、上記保持器は、ＳＵＳ３０４またはＳＵＳ３１６からなる補強材で補強されている。
【００１３】
この参考例は、グラファイト製保持器がＳＵＳ３０４またはＳＵＳ３１６からなる補強材で補強されているから、保持器の強度を向上できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１５】
〔第１の参考例〕
図１に、この発明の転がり軸受の第１参考例を示す。この第１参考例は、内輪１および外輪２がＳＵＳ３１６の母材にステライトＮo.１(商品名：三菱マテリアル社製)を、たとえば、溶射による硬化肉盛(盛金)することで、各軌道面１ａ,２ａがステライトＮo.１で作製されている。また、転動体である玉３はサーメットからなる。また、保持器５は、グラファイト製基部６と、この基部６の両側面にビス又はリベット止めされたＳＵＳ３０４製補強板７,８からなる。この実施形態では、上記グラファイトの物性を、密度１.８２ｍｇ/ｍ３,ショア硬さ：８０,曲げ強さ:７６.４ＭＰａ,熱膨張係数：５.６×１０−６/℃,純度：９９.９８％以上とした。また、上記サーメットの物性を、見掛密度６.０ｇ/ｃｍ３,ビッカース硬度１６５０ｋｇ/ｍｍ３,曲げ強さ：１５０ｋｇ/ｍｍ３,ヤング率：４４０ＧＰａ,線膨張係数：７.４×１０−６/℃,破壊靭性：８.５ＭＮ/ｍ３/２とした。なお、上記グラファイト製基部６は、図１に破線で示されるように、ポケット４の略中心で合わさっている基部半片６ａ,６ｂからなる。
【００１６】
この第１参考例によれば、転動体としての玉３がサーメットからなり、保持器５は上記玉３と接触する基部６がグラファイトからなる。このグラファイトからなる保持器５の基部６が、サーメット製の玉３に対して、潤滑の役目を果すので、高温高圧の水中において軌道をなす基部６の摩耗を顕著に抑制でき、軸受耐久性(耐食,強度,潤滑)を確保できることが後述する実験により判明した。これに対し、炭化ケイ素(ＳｉＣ)からなる転動体にグラファイトからなる保持器を組み合わせた場合には、転動体の摩耗が激しくて短寿命となった。
【００１７】
また、この第１参考例によれば、内,外輪１,２の母材は耐腐食性が良いＳＵＳ３１６からなり、軌道面１ａ,２ａは硬さが硬い(ＨＲＣ５０〜５５)ステライトＮo.１の盛金からなる。したがって、内,外輪１,２の軌道面１ａ,２ａと玉３とが異種材料(ステライトＮo.１とサーメット)からなることとなり、内,外輪１,２と玉３との凝着が起こり難くなる。なお、ＳＵＳ３１６に代えて、同じく耐食性に優れたＳＵＳ３０４を使用してもよい。また、この第１実施形態によれば、グラファイト製保持器５がＳＵＳ３０４製補強板７,８で補強されているから、保持器５の強度を向上できる。
【００１８】
なお、この第１参考例では、保持器５を補強する補強板７,８をＳＵＳ３０４製としたがＳＵＳ３１６製としてもよい。また、内,外輪１,２の全体をＳＵＳ６３０で作製してもよい。なお、この場合、ＳＵＳ６３０の表面にクローム酸や重クロム酸塩を主成分とするクロメート処理あるいはクロムカーバイド等のクロム系コーティングが施されうる。クロムカーバイドは、例えば、爆発溶射によって、０.２ｍｍの厚みでコーティングされる。これを第２参考例とする。
【００１９】
〔第３の参考例〕
次に、この発明の転がり軸受の第３参考例を図２(Ａ),(Ｂ)および図３に示す。この第３参考例は、内輪２１と外輪２２が、サーメットのみでできている点だけが、前述の第１,２参考例と異なる。したがって、この第３参考例でも、玉２３はサーメットからなり、保持器２５はグラファイト製の基部２６と、この基部２６の両側面にビス又はリベット止めされたＳＵＳ３０４製補強板２７,２８からなる。
【００２０】
図２(Ｂ)および図３に示すように、保持器２５のグラファイト製の基部２６は、玉２３が嵌め込まれるポケット３０の中心を通る円環状割れ面３１で合わさった２つのリング３２,３３で構成され、この２つのリング３２,３３を貫くビス又はリベット３５で基部２６の両側面に２枚のＳＵＳ３０４製補強板２７,２８がビス又はリベット止めされている。
【００２１】
この第３参考例では、内,外輪２１,２２が、サーメットのみでできているから、玉３と内,外輪２１,２２の両方がサーメット製となり、両方共、グラファイト製の保持器２５に対する潤滑性がよくなる。したがって、更なる寿命向上を図れる。なお、保持器２５のグラファイト製基部２６が２枚のＳＵＳ３０４製補強板２７,２８で補強されている点は、前述の第１,２参考例と同様である。
【００２２】
〔第１の実施の形態〕
次に、図４(Ａ),(Ｂ)および図５に、この発明の第１実施形態を示す。この第１実施形態は、外輪６７と内輪６８および玉７０がサーメット製である点は前述の第３参考例と同様であり、保持器５５の構造だけが前述の第３参考例と異なる。
【００２３】
この保持器５５は、図４(Ｂ)に示すように、ＳＵＳ３０４製の外枠部５６とグラファイト製の円筒摺動部５７,５７…からなる。上記外枠部５６は、保持器５５のポケット５８,５８…の中心を通る割れ面６０で合わさった２つの円環枠６１と６２からなり、この２つの円環枠６１,６２は、ビス又はリベット６３で固定されている。また、上記グラファイト製の円筒摺動部５７も上記割れ面６０で合わさった２つの半円筒部６５,６６からなる。図３(Ａ)に示すように、このグラファイト製の円筒摺動部５７は、上記外枠部５６よりも径方向に長くなっていて、外枠部５６がサーメット製外輪６７に接触しないようになっている。
【００２４】
この第１実施形態によれば、保持器５５のＳＵＳ３０４製の外枠部５６が基部をなし、玉７０との摺動部５７がグラファイト製であるから、前述の第３参考例の保持器２５に比べて、保持器強度を向上させることができる。なお、この第１実施形態では、第３参考例と同様に、内,外輪６８,６７が、サーメットのみでできているから、玉７０と内,外輪６８,６７の両方がサーメット製となり、両方共、保持器５５のグラファイト製の摺動部５７に対する潤滑性がよくなる。
【００２５】
〔第２の実施の形態〕
次に、図６(Ａ),(Ｂ)および図７に、この発明の第２実施形態を示す。この第２実施形態は、外輪８２と内輪８１および玉８０がサーメット製である点は前述の第１実施形態と同様であり、保持器９５の構造だけが前述の第３参考例と異なる。
【００２６】
この保持器９５は、図６(Ｂ)に示すように、ＳＵＳ３０４製の外枠部９６とグラファイト製の矩形摺動部９７,９７…からなる。上記外枠部９６は、保持器９５のポケット９８,９８…の中心を通る割れ面９４で合わさった２つの円環枠９１と９２からなり、この２つの円環枠９１,９２は、ビス又はリベット９３で固定されている。また、上記グラファイト製の矩形摺動部９７も上記割れ面９４で合わさった２つの半矩形部９９,１００からなる。図６(Ａ)に示すように、このグラファイト製の矩形摺動部９７は、上記外枠部９６よりも径方向に長くなっていて、外枠部９６がサーメット製外輪８２に接触しないようになっている。
【００２７】
この第２実施形態によれば、保持器９５のＳＵＳ３０４製の外枠部９６が基部をなし、玉８０との摺動部９８がグラファイト製であるから、前述の第３参考例の保持器２５に比べて、保持器強度を向上させることができる。なお、この第２実施形態では、第１実施形態と同様に、内,外輪８１,８２が、サーメットのみでできているから、玉８０と内,外輪８１,８２の両方がサーメット製となり、両方共、保持器９５のグラファイト製の摺動部９８に対する潤滑性がよくなる。
【００２８】
〔実験例〕
次に、図８を参照して、転がり軸受の高温水中転がり摩耗試験結果を説明する。この試験は、雰囲気温度３２０℃で１２０Kgf/ｃｍ２の水中でおこない、図８(Ａ)に示すように、玉１０１を回転盤１０２と平板試験片１０３とで上下から挟み、玉１０１に保持器１０５を嵌合させた状態で、回転盤１０２を回転させて行った。ここで、回転速度は、転動部の周速を約０．３７３ｍ/秒とし、転動面の面圧を約１９０ｋｇｆ/ｍｍ２とした。また、試験時間は、回転盤１０２が４３０万回転するまでとした。
【００２９】
上記転がり摩耗試験を、１から７の７種類のサンプルについて行った試験結果を図８(Ｂ)に示す。なお、この試験結果は、サンプル７について行った試験後の摩耗度合いから算出した寿命を１とし、このサンプル７の寿命１に対する寿命比で示した。
【００３０】
図８(Ｂ)に示すように、サンプル１が上記第１参考例に相当し、サンプル２が上記第２参考例に相当し、サンプル３が上記第３参考例,第１,第２実施形態に相当する。サンプル１,サンプル２,サンプル３の試験結果から分かるように、上記第１および第２,第３参考例によれば、従来例に相当するサンプル７の寿命に比べて、２７倍以上に飛躍的に寿命が伸びることが判明した。
【００３１】
なお、サンプル４,５,６に示すように、保持器をグラファイト製とした場合でも、玉が炭化ケイ素(ＳｉＣ),窒化ケイ素(Ｓｉ３Ｎ４),ＳＵＳ４４０Ｃからなる場合には、それぞれ、寿命比が８，０.２，１０となり、本発明の第１,第２,第３参考例,第１,第２実施形態に相当するサンプル１,２,３に比べて、およそ２分の１以下の寿命となった。
【００３２】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の転がり軸受は、軌道輪の少なくとも表面部がサーメットと,ステライトと,クロムカーバイドコーティングが施されたＳＵＳ６３０と,から選ばれる材料からなり、転動体がサーメットからなり、保持器は上記転動体と接触する部分がグラファイトからなる。このグラファイトからなる保持器の接触部分が、サーメット製転動体に対して、潤滑の役目を果すので、高温高圧下の水中で使用しても、転動体の摩耗を著しく抑制できることが実験により判明した。したがって、この発明によれば、高温高圧の水中での軸受耐久性(耐食,強度,潤滑)を確保でき、寿命の長い転がり軸受を提供できる。
【００３３】
また、一実施形態の転がり軸受では、上記軌道輪は、軌道面がステライトからなり、母材がＳＵＳ３１６またはＳＵＳ３０４である。この実施形態では、軌道輪の母材は耐腐食性が良いＳＵＳ３１６またはＳＵＳ３０４からなり、軌道面は硬さが硬い(ＨＲＣ５０〜５５)ステライトからなる。したがって、軌道輪と転動体とが異種材料からなることとなり、軌道輪と転動体との凝着が起こり難くなり、高温高圧下での使用に対する耐久性を高めることができる。
【００３４】
また、請求項３の発明は、請求項１または２に記載の転がり軸受において、上記軌道輪が、サーメットのみでできているから、転動体と軌道輪の両方がサーメット製となり、両方共、グラファイト製の保持器に対する潤滑性がよくなる。したがって、更なる寿命向上を図れる。
【００３５】
また、一参考例の転がり軸受では、上記保持器は、ＳＵＳ３０４またはＳＵＳ３１６からなる補強材で補強されているから、保持器の強度を向上でき、一層の長寿命化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の転がり軸受の第１,第２参考例の断面図である。
【図２】  図２(Ａ)はこの発明の第３参考例の断面図であり、図２(Ｂ)はこの第３参考例の保持器の要部を示す図である。
【図３】  上記第３参考例の部分的な断面を示す断面斜視図である。
【図４】  図４(Ａ)はこの発明の第１実施形態の断面図であり、図３(Ｂ)はこの第１実施形態の保持器の要部を示す図である。
【図５】  上記第１実施形態の部分的な断面を示す断面斜視図である。
【図６】  図６(Ａ)はこの発明の第２実施形態の断面図であり、図６(Ｂ)はこの第２実施形態の保持器の要部を示す図である。
【図７】  上記第２実施形態の部分的な断面を示す断面斜視図である。
【図８】  図８(Ａ)は上記実施形態に相当するサンプルによる高温水中転がり摩耗試験の様子を説明する模式図であり、図８(Ｂ)は上記摩耗試験結果を示す図表である。
【符号の説明】
１,２１,６８…内輪、１ａ…軌道面、２,２２,６７…外輪、２ａ…軌道面、
３,２３,７０…玉、５,２５…保持器、２６…グラファイト製基部、
７,８,２７,２８…ＳＵＳ３０４製補強板、５６…ＳＵＳ３０４製外枠部、
５７…グラファイト製円筒摺動部、３０,５８…ポケット、６０…割れ面、
６１…円環枠。
【図１】
0004188536.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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