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JPH0132372B2 - - Google Patents
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JPH0132372B2 - - Google Patents

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JPH0132372B2
JPH0132372B2 JP60284112A JP28411285A JPH0132372B2 JP H0132372 B2 JPH0132372 B2 JP H0132372B2 JP 60284112 A JP60284112 A JP 60284112A JP 28411285 A JP28411285 A JP 28411285A JP H0132372 B2 JPH0132372 B2 JP H0132372B2
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JP
Japan
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solid lubricant
rolling
cage
ceramics
ball bearing
Prior art date
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JP60284112A
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Japanese (ja)
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Takashi Fujiwara
Takeo Yoshioka
Tokio Kitahara
Tsutomu Tadane
Hiroaki Takebayashi
Takashi Tada
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koyo Seiko Co Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Oiresu Kogyo KK
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Koyo Seiko Co Ltd
Oiresu Kogyo KK
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Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology, Koyo Seiko Co Ltd, Oiresu Kogyo KK filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(イ) 発明の目的 [産業上の利用分野] この発明は、高温用セラミツク転がり軸受の固
体潤滑技術に関するものである。 [従来の技術] セラミツクスは金属材料に比べ、高温強さが大
きいことから、高温領域で利用されて初めてその
材料特性が活かされるといえる。 このようなことから、近来、高温領域で使用す
る転がり軸受をセラミツクスで構成することが考
えられている。 しかるにセラミツクスを転がり軸受へ適用した
場合、その潤滑が問題となる。 すなわち、350℃以上の温度領域では従来の高
温潤滑油やグリースは使用不能となる。従つて、
この領域での潤滑には固体潤滑剤を用いることに
なる。この転がり軸受の固体潤滑法として一般に
用いられているものは、固体潤滑剤の移着による
方法である。この移着による方法とは、第8図及
び第9図に示すように、軌道輪(内輪22、外輪
23)と保持器24と及び転動体(球25又はこ
ろ26)からなる転がり軸受21において、軌道
輪22,23及び転動体25,26をセラミツク
ス製とし、かつ、保持器24を固体潤滑剤で構成
する。転動中に転動体25,26の表面に保持器
24から固体潤滑剤が移着し、更に軌道輪22,
23の軌道面にそれが移着する。こうして、転動
面に固体潤滑剤が補給されて潤滑が続けられるも
のである。 [発明が解決しようとする問題点] しかるに、このように構成された従来の高温用
固体潤滑転がり軸受においては、潤滑面への固体
潤滑剤の移着が必ずしも良好でなく、高温環境に
おける転がり軸受の寿命が短く、特に、500℃以
上の環境においては、潤滑面での酸化膜の生成等
により、その移着は更に困難である。 この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたも
のであつて、高温環境においても固体潤滑剤の移
着が良好に行われ、大気中500℃以上の環境で使
用することのできるセラミツク転がり軸受を提供
することを目的とするものである。 (ロ) 発明の構成 [問題点を解決するための手段] この目的に対応して、この発明の高温用セラミ
ツク転がり軸受は、セラミツクス製の軌道輪と転
動体及び固体潤滑剤で構成した保持器を有し、前
記セラミツクスよりも前記固体潤滑剤の移着性が
良好な金属を前記セラミツクス製の軌道輪の軌道
面及び転動体の表面のうちのいずれか一方若しく
は両方に被覆してなることを特徴としている。 以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面に
ついて説明する。 第1図において、1aはラジアル玉軸受であ
り、ラジアル玉軸受1aは内輪2及び外輪3とか
らなる軌道輪と、保持器4と及び保持器4に保持
されている玉5の転動体とからなつている。 内輪2及び外輪3はそれぞれ本体が窒化けい素
(Si3N4)等のセラミツクスで構成され、玉5が
転動する軌道面7は金属被膜8で覆われている。
金属被膜8は(Fe)、クロム(Cr)等の金属をス
パツタリング、イオンプレーテイング、蒸着等に
よつて付着させて形成される。保持器4は本体を
窒化けい素(Si3N4)等のセラミツクスで構成
し、表面を二硫化モリブデン、二硫化タングステ
ン、黒鉛等の固体潤滑剤で被膜し、或いは、保持
器4の全体を固体潤滑剤で構成する。 玉5は本体を窒化けい素(Si3N4)等のセラミ
ツクスで構成され、かつ、その表面が鉄(Fe)、
クロム(Cr)等の金属をスパツタリング、イオ
ンプレーテイング、蒸着等の方法によつて形成さ
れた金属被覆11によつて被覆されいる。 第2図にはこの発明の他の実施例に係わるラジ
アルころ軸受1bが示されている。このラジアル
ころ軸受1bでは転動体としてころ6が使用され
ている。内輪2及び外輪3は本体がセラミツクス
で構成され、ころ6が転動する軌道面7は金属被
膜8で覆われている。保持器4は本体をセラミツ
クスで構成し、その表面を固体潤滑剤で被覆し、
或いは、保持器4の全体を固体潤滑剤で構成す
る。ころ6は本体をセラミツクスで構成し、かつ
その表面を金属被膜11によつて被覆されてい
る。 第3図にはこの発明の他の実施例に係わるスラ
スト玉軸受1cが示されている。このスラスト玉
軸受1cでは転動体として玉5が使用されてい
る。スラスト片13及び基礎板14は本体がセラ
ミツクスで構成され、玉5が転動する軌道面7は
金属被膜8で覆われている。保持器4は本体をセ
ラミツクスで構成し、その表面を固体潤滑剤で被
覆し、或いは、保持器4の全体を固体潤滑剤で構
成する。玉5は本体をセラミツクスで構成し、か
つその表面を金属被膜11によつて被覆されてい
る。 第4図にはこの発明の他の実施例に係わるスラ
ストころ軸受1dが示されている。このスラスト
ころ軸受1dでは転動体としてころ6が使用され
ている。スラスト片13及び基礎板14は本体が
セラミツクスで構成され、ころ6が転動する軌道
面7は金属被膜8で覆われている。保持器4は本
体をセラミツクスで構成し、その表面を固体潤滑
剤で被覆し、或いは、保持器4の全体を固体潤滑
剤で構成する。ころ6は本体をセラミツクスで構
成し、かつその表面を金属被膜11によつて被覆
されている。 [作用] このように構成された転がり軸受においては、
転動体(玉5、ころ6)が転動するとき、転動体
の表面の金属被膜8への保持器4の表面から固体
潤滑剤の移着作用が容易となる。 更に転動体の表面に付着した固体潤滑剤は、転
動体が転動する軌道輪(内輪2、外輪3)の軌道
面7の金属被膜8へ容易に移着し、こうして、固
体潤滑剤の移着は完了し、軌道輪と転動体との転
動面への固体潤滑剤の補給は続けられる。
(a) Purpose of the invention [Field of industrial application] This invention relates to solid lubrication technology for high-temperature ceramic rolling bearings. [Prior Art] Ceramics have greater high-temperature strength than metal materials, so it can be said that their material properties can only be utilized when they are used in a high-temperature range. For these reasons, it has recently been considered that rolling bearings used in high-temperature regions be made of ceramics. However, when ceramics are applied to rolling bearings, lubrication becomes a problem. In other words, conventional high-temperature lubricating oils and greases cannot be used in the temperature range of 350°C or higher. Therefore,
A solid lubricant will be used for lubrication in this area. A commonly used solid lubrication method for rolling bearings is a method using solid lubricant transfer. As shown in FIGS. 8 and 9, this transfer method is applied to a rolling bearing 21 consisting of a bearing ring (inner ring 22, outer ring 23), cage 24, and rolling elements (balls 25 or rollers 26). , the bearing rings 22, 23 and the rolling elements 25, 26 are made of ceramics, and the retainer 24 is made of solid lubricant. During rolling, the solid lubricant is transferred from the cage 24 to the surfaces of the rolling elements 25 and 26, and the bearing rings 22,
It is transferred to the orbital surface of 23. In this way, the solid lubricant is supplied to the rolling surfaces and lubrication continues. [Problems to be Solved by the Invention] However, in conventional high-temperature solid lubricated rolling bearings configured as described above, the solid lubricant does not necessarily transfer well to the lubricated surface, and the rolling bearings in high-temperature environments has a short lifespan, and especially in environments of 500°C or higher, it is more difficult to transfer due to the formation of oxide films on lubricated surfaces. This invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and provides a ceramic rolling bearing that can transfer solid lubricant well even in high-temperature environments and can be used in environments of 500°C or higher in the atmosphere. The purpose is to provide (B) Structure of the Invention [Means for Solving the Problems] In order to achieve this purpose, the high temperature ceramic rolling bearing of the present invention includes a cage made of a ceramic raceway, a rolling element, and a solid lubricant. and one or both of the raceway surface of the ceramic raceway ring and the surface of the rolling elements are coated with a metal that has better adhesion properties for the solid lubricant than the ceramics. It is a feature. Hereinafter, details of the present invention will be explained with reference to the drawings showing one embodiment. In FIG. 1, 1a is a radial ball bearing, and the radial ball bearing 1a is composed of a raceway consisting of an inner ring 2 and an outer ring 3, a cage 4, and rolling elements of balls 5 held in the cage 4. It's summery. The bodies of the inner ring 2 and outer ring 3 are each made of ceramics such as silicon nitride (Si 3 N 4 ), and the raceway surface 7 on which the balls 5 roll is covered with a metal coating 8.
The metal coating 8 is formed by depositing a metal such as (Fe) or chromium (Cr) by sputtering, ion plating, vapor deposition, or the like. The main body of the cage 4 is made of ceramics such as silicon nitride (Si 3 N 4 ), and the surface is coated with a solid lubricant such as molybdenum disulfide, tungsten disulfide, or graphite, or the entire cage 4 is made of ceramic such as silicon nitride (Si 3 N 4 ). Consists of solid lubricant. The ball 5 has a main body made of ceramics such as silicon nitride (Si 3 N 4 ), and a surface made of iron (Fe),
It is covered with a metal coating 11 formed of metal such as chromium (Cr) by a method such as sputtering, ion plating, or vapor deposition. FIG. 2 shows a radial roller bearing 1b according to another embodiment of the invention. In this radial roller bearing 1b, rollers 6 are used as rolling elements. The main bodies of the inner ring 2 and outer ring 3 are made of ceramics, and the raceway surface 7 on which the rollers 6 roll is covered with a metal coating 8. The cage 4 has a main body made of ceramics, the surface of which is coated with a solid lubricant,
Alternatively, the entire cage 4 is made of solid lubricant. The main body of the roller 6 is made of ceramics, and its surface is coated with a metal coating 11. FIG. 3 shows a thrust ball bearing 1c according to another embodiment of the invention. Balls 5 are used as rolling elements in this thrust ball bearing 1c. The main bodies of the thrust piece 13 and the base plate 14 are made of ceramics, and the raceway surface 7 on which the balls 5 roll is covered with a metal coating 8. The main body of the cage 4 is made of ceramics, and the surface thereof is coated with a solid lubricant, or the cage 4 is entirely made of a solid lubricant. The main body of the ball 5 is made of ceramics, and its surface is coated with a metal coating 11. FIG. 4 shows a thrust roller bearing 1d according to another embodiment of the invention. In this thrust roller bearing 1d, rollers 6 are used as rolling elements. The main bodies of the thrust piece 13 and the base plate 14 are made of ceramics, and the raceway surface 7 on which the rollers 6 roll is covered with a metal coating 8. The main body of the cage 4 is made of ceramics, and the surface thereof is coated with a solid lubricant, or the cage 4 is entirely made of a solid lubricant. The main body of the roller 6 is made of ceramics, and its surface is coated with a metal coating 11. [Function] In the rolling bearing configured in this way,
When the rolling elements (balls 5, rollers 6) roll, the solid lubricant is easily transferred from the surface of the cage 4 to the metal coating 8 on the surface of the rolling elements. Furthermore, the solid lubricant adhering to the surface of the rolling elements easily transfers to the metal coating 8 on the raceway surface 7 of the raceway rings (inner ring 2, outer ring 3) on which the rolling elements roll, thus preventing the solid lubricant from transferring. The fitting is completed, and the supply of solid lubricant to the rolling surfaces of the raceway ring and the rolling elements continues.

【表】【table】

【表】 試験結果 (1) スラスト玉軸受Aを250時間運転した場合の
基礎板14の転動面の粗さ(第6図A)と、ス
ラスト玉軸受Bを25時間運転した場合の基礎板
14の転動面の粗さ(第6図B)との比較から
明らかな通り、スラスト玉軸受Aが従来のスラ
スト玉軸受Bに比べて10倍以上の運転時間にお
いても転動面の損傷が少ないことがわかる。 (2) 第7図は玉の表面を分析したX線写真であ
る。 第7図a,bはこの発明のスラスト玉軸受A
の玉の表面のX線写真で、このうち第7図aは
X線マイクロアナライザによるCrの分布状況
を示し、第7図bはX線マイクロアナライザに
よるSiの分布状況を示している。 第7図c,dはこの発明のスラスト玉軸受A
の玉の表面のX線写真で、このうち第7図cは
X線マイクロアナライザによるCの分布状況を
示し、第7図dはX線マイクロアナライザによ
るFeの分布状況を示している。 第7図e,fは従来のスラスト玉軸受Bの玉
の表面のX線写真で、このうち第7図eはX線
マイクロアナライザによるCの分布状況を示
し、第7図fはX線マイクロアナライザによる
Feの分布状況を示している。 このように従来のスラスト玉軸受Bの玉の表
面にはFeが存在せず、従つて保持器のグラフ
アイトもほとんど移転していないが、本発明の
玉軸受Aの玉の表面にはCr(第7図a)、鉄
(第7図d)が存在し、これによつてグラフア
イト(第7図c)が移転していることを示して
おり、これが、転がり軸受の寿命を長くする原
因となつている。 (ハ) 発明の効果 以上の説明から明らかな通り、この発明によれ
ば高温環境においても固体潤滑剤の移着が良好に
行われ、大気中500℃以上の環境で使用すること
のできるセラミツク転がり軸受を得ることができ
る。
[Table] Test results (1) Roughness of the rolling surface of the base plate 14 when thrust ball bearing A was operated for 250 hours (Fig. 6A) and base plate when thrust ball bearing B was operated for 25 hours. As is clear from the comparison with the roughness of the raceway of No. 14 (Fig. 6B), the damage to the raceway of thrust ball bearing A is more than 10 times longer than that of conventional thrust ball bearing B. It turns out that there are few. (2) Figure 7 is an X-ray photograph of the surface of the ball. Figures 7a and 7b show thrust ball bearing A of this invention.
Figure 7a shows the distribution of Cr as measured by an X-ray microanalyzer, and Figure 7b shows the distribution of Si as measured by the X-ray microanalyzer. Figures 7c and d show thrust ball bearing A of this invention.
Figure 7c shows the distribution of C as measured by an X-ray microanalyzer, and Figure 7d shows the distribution of Fe as measured by the X-ray microanalyzer. Figures 7e and 7f are X-ray photographs of the surface of the balls of conventional thrust ball bearing B, of which Figure 7e shows the distribution of C measured by an X-ray microanalyzer, and Figure 7f shows the X-ray micrograph. by analyzer
This shows the distribution of Fe. In this way, there is no Fe on the surface of the balls of the conventional thrust ball bearing B, and therefore almost no graphite has been transferred to the cage, but Cr (Cr) is present on the surface of the balls of the ball bearing A of the present invention. Fig. 7a) and iron (Fig. 7d) are present, indicating the transfer of graphite (Fig. 7c), which is the cause of the long life of rolling bearings. It is becoming. (c) Effects of the Invention As is clear from the above explanation, according to the present invention, solid lubricant transfer is performed well even in high-temperature environments, and the ceramic rolling material can be used in environments of 500°C or higher in the atmosphere. You can get bearings.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の一実施例に係わるラジアル
玉軸受を示す縦断面説明図、第2図はこの発明の
他の実施例に係わるラジアルころ軸受を示す縦断
面説明図、第3図はこの発明の他の実施例に係わ
るスラスト玉軸受を示す縦断面説明図、第4図は
この発明の他の実施例に係わるスラストころ軸受
を示す縦断面説明図、第5図は実験条件を示すス
ラスト玉軸受を示す縦断面説明図、第6図はスラ
スト玉軸受の基礎板の軌道面の表面粗さを示すグ
ラフ、第7図はスラスト玉軸受の玉の表面のX線
写真、第8図は従来のラジアル玉軸受を示す縦断
面説明図、及び第9図は従来のラジアルころ軸受
を示す縦断面説明図である。 1……ラジアル玉軸受、2……内輪、3……外
輪、4……保持器、5……玉、6……ころ、7…
…軌道面、8……金属被膜、11……金属被膜、
13……スラスト片、14……基礎板、21……
転がり軸受、22……内輪、23……外輪、24
……保持器、25……玉、26……ころ。
FIG. 1 is an explanatory longitudinal cross-sectional view showing a radial ball bearing according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory longitudinal cross-sectional view showing a radial roller bearing according to another embodiment of the invention, and FIG. FIG. 4 is a vertical cross-sectional explanatory diagram showing a thrust ball bearing according to another embodiment of the invention, FIG. 4 is a vertical cross-sectional explanatory diagram showing a thrust roller bearing according to another embodiment of the invention, and FIG. Figure 6 is a graph showing the surface roughness of the raceway surface of the base plate of a thrust ball bearing, Figure 7 is an X-ray photograph of the surface of the balls of a thrust ball bearing, and Figure 8 is an explanatory diagram of a vertical cross section showing a ball bearing. FIG. 9 is an explanatory vertical cross-sectional view showing a conventional radial ball bearing, and FIG. 9 is an explanatory vertical cross-sectional view showing a conventional radial roller bearing. 1... Radial ball bearing, 2... Inner ring, 3... Outer ring, 4... Cage, 5... Ball, 6... Roller, 7...
...Race surface, 8...Metal coating, 11...Metal coating,
13... Thrust piece, 14... Base plate, 21...
Rolling bearing, 22... Inner ring, 23... Outer ring, 24
...Cage, 25...balls, 26...rollers.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 セラミツクス製の軌道輪と転動体及び固体潤
滑剤で構成した保持器を有し、前記セラミツクス
よりも前記固体潤滑剤の移着性が良好な金属を前
記セラミツクス製の軌道輪の軌道面及び転動体の
表面のうちのいずれか一方若しくは両方に被覆し
てなることを特徴とする高温用セラミツク転がり
軸受。
1. The cage has a cage made of a ceramic bearing ring, rolling elements, and a solid lubricant, and a metal having better transferability of the solid lubricant than the ceramic is used on the raceway surface and the rolling element of the ceramic bearing ring. A high-temperature ceramic rolling bearing characterized in that one or both surfaces of a moving body are coated.
JP28411285A 1985-12-17 1985-12-17 Ceramic roller bearing for high temperature Granted JPS62141314A (en)

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JPS62141314A JPS62141314A (en) 1987-06-24
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