JP3954219B2 - Rolling bearing - Google Patents

Description

【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rolling bearing used particularly in a corrosive environment. This rolling bearing is used in a state where it is immersed in a corrosive substance such as water, an acidic solution or an alkaline solution, or a corrosive substance adheres thereto.
[0002]
[Prior art]
In the applications as described above, it is considered to use a total ceramic bearing in which inner and outer rings and rolling elements are formed of a ceramic material.
[0003]
As a ceramic material suitable for this bearing, for example, a silicon nitride-based ceramic material sintered with silicon nitride as a main component can be cited.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, although the silicon nitride ceramic material is excellent in load resistance, when it is used in an acidic solution, the wear progress due to corrosion at the raceway portion is accelerated, so the bearing life is shortened.
[0005]
On the other hand, there are silicon carbide ceramic materials and alumina ceramic materials that are sintered with silicon carbide as a main component. Although these have better corrosion resistance than silicon nitride ceramic materials, they are inferior in load resistance. Therefore, if inner and outer rings and rolling elements are formed from this silicon carbide ceramic material to form a total ceramic bearing, contact stress increases locally, especially when the bearing is assembled or when moment load is applied. , Easy to break.
[0006]
Under such circumstances, the present applicant proposes the present invention for the purpose of providing a rolling bearing excellent in corrosion resistance and load resistance.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The rolling bearing according to the invention of claim 1 is a rolling bearing used in contact with an acidic or alkaline corrosive substance, and is formed of a silicon carbide-based ceramic material containing silicon carbide whiskers. Including a bearing ring and a rolling element formed of a silicon carbide ceramic material, a blending ratio of silicon carbide whiskers in the bearing ring is 5 to 40 wt% .
[0012]
In short, in the present invention, the strength and toughness of the raceway are improved in addition to the corrosion resistance by forming the raceway with a ceramic material reinforced with whiskers.
[0013]
Also, rolling because the elements are formed of a hard silicon carbide Motokei ceramic material than metal material, even when the edge of the whiskers the raceway surface of the bearing ring is exposed, so that it can suppress damage to the rolling elements become.
[0014]
In addition, the ceramic material forming the bearing ring, the intensity of which particularly excellent in corrosion resistance among the ceramic materials, by a silicon carbide Motokei ceramic material having poor toughness, improve a is the strength and toughness it weakness It becomes possible, and it becomes possible to suppress breakage at the time of load sharing.
[0015]
Also, because they identify the c Isuka the silicon carbide whiskers, it becomes effective for strengthening the ceramic material.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The details of the present invention will be described based on the embodiments shown in FIGS.
[0017]
1 to 4 relate to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a longitudinal side view of a rolling bearing, FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a rolling bearing test apparatus, and FIG. 3 is a corrosion resistance of the rolling bearing. FIG. 4 is a chart showing the test results, and FIG. 4 is a chart showing the load bearing test results of the rolling bearing.
[0018]
In FIG. 1, A is the whole rolling bearing, B is a case, and C is a rotating shaft. This rolling bearing A is a deep groove ball bearing and includes an inner ring 1, an outer ring 2, a plurality of rolling elements 3 and a cage 4.
[0019]
The inner and outer rings 1 and 2 are carbonized based on any one of ceramic materials such as silicon carbide ceramic materials, alumina ceramic materials or zirconia ceramic materials which are particularly excellent in corrosion resistance but inferior in strength and toughness. It is formed of a material in which silicon whiskers are appropriately blended. The mixing ratio of this silicon carbide whisker is set to 5 to 40 wt%.
[0020]
The rolling element 3 is formed of a silicon carbide ceramic material.
[0021]
The cage 4 is formed by molding a self-lubricating corrosion-resistant material containing a fluorine-based resin, for example, a fluorine-based resin such as tetrafluoroethylene resin (PTFE). The cage 4 has a shape called a crown shape.
[0022]
Here, the corrosion resistance and load resistance of the above-described rolling bearing A were examined, which will be described. Here, the example and the comparative example are examined.
[0023]
(1) In the embodiment, the inner and outer rings 1 and 2 are formed of a material in which silicon carbide whisker is mixed in a proportion of 30 wt% with silicon carbide ceramic material, and the rolling element 3 is made of silicon carbide ceramic material. The cage 4 is formed of a fluorine-based resin such as PTFE.
[0024]
(2) In the comparative example, the inner / outer rings 1 and 2 and the rolling element 3 are made of a silicon carbide ceramic material, and the cage 4 is molded of a fluorine resin such as PTFE.
[0025]
The rolling bearing A used in the test is a deep groove ball bearing having the configuration shown in FIG. 1, the inner ring 1 has an inner diameter of 30 mm, the outer ring 2 has an outer diameter of 62 mm, and the inner and outer rings 1 and 2 have an axial length of 16 mm. It is set.
[0026]
A test apparatus as shown in FIG. 2 is used. In FIG. 2, 20 is a rotating shaft, 21 is a bearing stand for supporting the rotating shaft 20, 22 and 23 are belts and pulleys for rotating the rotating shaft 20, 24 is a load applying unit, 25 is a liquid tank, and 26 is a vibration meter. A pickup 27 is a dial gauge. In the test, the rolling bearing A to be tested is immersed in the liquid tank 25 and the rotary shaft 20 is rotated in a state where a radial load is applied by the load adding unit 24. As test conditions, the liquid is 3% hydrochloric acid, the radial load is 196 N, the rotational speed is 1500 rpm, and the vibration is measured by the vibrometer pickup 26. Further, the wear amount of the rolling bearing A is measured by the dial gauge 27.
[0027]
As a test result of the corrosion resistance, as shown in FIG. 3, the increase amount of the radial gap with the time result was smaller in the example than in the comparative example. In other words, the amount of increase in the radial gap is the amount of wear due to corrosion of the inner and outer rings 1 and 2 and the rolling elements 3.
[0028]
As a result of the load resistance test, as shown in FIG. 4A, in the comparative example, the outer ring 2 was damaged when the radial load was set to 300 kgf, but in the example, the radial load was set to 500 kgf. It was not damaged. In addition, as shown in FIG. 4B, in the comparative example, the outer ring 2 was damaged when the moment load was 2000 kgf · mm. However, the example was not damaged even when the moment load was 3000 kgf · mm. It was. Thus, in the Example, the load resistance improved as compared with the comparative example. From this result, it can be said that the toughness and bending strength of the inner and outer rings 1 and 2 have been improved.
[0029]
As described above, in the present invention, the inner and outer rings 1 and 2 made of a ceramic material should be used in a load-bearing environment for a long period of time. Damage can be suppressed. Accordingly, it is possible to provide the rolling bearing A that exhibits a sufficiently long life when used in a corrosive environment. Thereby, it is not necessary to frequently replace the rolling bearing A in the usage, and it is possible to contribute to the reduction of the running cost.
[0030]
In addition, this invention is not limited only to the said Example, Various application and deformation | transformation can be considered.
[0031]
(1) In the above embodiment, a deep groove type ball bearing is illustrated as the rolling bearing A. However, the bearing type and type of bearing are generally well known, for example, an angular ball bearing, a cylindrical roller bearing, a tapered roller bearing, and the like. The present invention can be applied to various types such as a radial type and a thrust type.
[0032]
【The invention's effect】
In the rolling bearing according to the present invention , the raceway is formed of a ceramic material having improved corrosion resistance, toughness and strength, so that it is possible to prevent the raceway from being damaged, for example, when the bearing is assembled or a moment load is applied. However, it has become a configuration that can withstand long-term use in an environment where corrosive substances exist.
[0033]
In particular, in the present invention , even when the edge of the whisker for reinforcing the ceramic material is exposed on the raceway surface of the race, the rolling element is formed of a silicon carbide ceramic material that is harder than the metal material. It has become possible to prevent damage to the rolling element itself, and to contribute to improvement of bearing characteristics and life.
[0034]
Moreover, in the present invention , the strength and toughness, which are the weak points of silicon carbide ceramic materials, can be obtained by mixing the whisker with the silicon carbide ceramic materials having excellent corrosion resistance. Since it is improved, it becomes possible to suppress breakage during load sharing.
[0035]
Furthermore, the present invention is effective in improving the strength and toughness of the bearing ring itself by specifying the whisker to be mixed with the ceramic material forming the bearing ring as a silicon carbide whisker .
[0036]
In this way, it is possible to provide a rolling bearing that exhibits a sufficiently long life particularly when used in a corrosive environment. As a result, it is not necessary to frequently replace the rolling bearing in the usage application, and it is possible to contribute to a reduction in running cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal side view of a rolling bearing according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a rolling bearing test apparatus. FIG. 3 is a diagram showing a corrosion resistance test result of the rolling bearing. Chart showing the results of bearing load resistance tests 【Explanation of symbols】
A Rolling bearing 1 Inner ring 2 Outer ring 3 Rolling element 4 Cage

Claims (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。 A rolling bearing used in contact with an acidic or alkaline corrosive substance,
A bearing ring that silicon carbide whiskers are formed in the silicon carbide Motokei ceramic material formulated, and rolling elements formed of silicon carbide Motokei ceramic material seen including,
A rolling bearing , wherein a blending ratio of silicon carbide whiskers in the raceway is 5 to 40 wt% .

Images