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JPH0637897B2 - Rolling bearing - Google Patents

Rolling bearing

Info

Publication number
JPH0637897B2
JPH0637897B2 JP60186071A JP18607185A JPH0637897B2 JP H0637897 B2 JPH0637897 B2 JP H0637897B2 JP 60186071 A JP60186071 A JP 60186071A JP 18607185 A JP18607185 A JP 18607185A JP H0637897 B2 JPH0637897 B2 JP H0637897B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rolling
chromium carbide
layer
bearing
resistance
Prior art date
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Application number
JP60186071A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6246018A (en
Inventor
正道 柴田
良樹 藤田
透 新井
浩紀 藤田
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
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Koyo Seiko Co Ltd
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koyo Seiko Co Ltd, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Koyo Seiko Co Ltd
Priority to JP60186071A priority Critical patent/JPH0637897B2/en
Publication of JPS6246018A publication Critical patent/JPS6246018A/en
Publication of JPH0637897B2 publication Critical patent/JPH0637897B2/en
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  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、繊維染色機械あるいはメッキ槽等に用いら
れ、腐蝕雰囲気や潤滑剤が使用できない環境下で使用さ
れるころがり軸受に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a rolling bearing used in a fiber dyeing machine, a plating tank, or the like and used in a corrosive atmosphere or an environment where a lubricant cannot be used.

(従来の技術) ころがり軸受は一般に第3図に示すように、軌道輪(内
輪aおよび外輪b)、転動体cおよび保持器dからな
り、これらの各構成部材の形状、寸法、材料等は使用目
的に応じて種々設計される。
(Prior Art) As shown in FIG. 3, a rolling bearing is generally composed of a bearing ring (inner ring a and outer ring b), a rolling element c and a cage d. Various designs are made according to the purpose of use.

繊維染色機械あるいはメッキ槽等に用いられるころがり
軸受としては、転動体cとして第3図に示すように鋼球
を用いた玉軸受が主に使用されている。そして、このよ
うな場合、加工液として過酸化水素水、水酸化ナトリウ
ムその他の酸、アルカリや界面活性剤等を含む溶液を用
いるため、その溶液あるいは蒸気により腐蝕雰囲気にあ
ること、および加工製品にグリースや油分が付着すると
製品不良を生じてしまうことから、その対策として軌道
輪a、bおよび鋼球cの材料にマルテンサイト系ステン
レス鋼であるJIS:SUS440Cを用いて、潤滑剤
なしで使用されている。
As rolling bearings used in textile dyeing machines or plating tanks, ball bearings using steel balls as rolling elements c are mainly used as shown in FIG. In such a case, since a solution containing hydrogen peroxide solution, sodium hydroxide or other acid, alkali, surfactant, etc. is used as the working liquid, the solution or steam is in a corrosive atmosphere, and If grease or oil adheres to the product, it will cause product failure. As a countermeasure, use JIS: SUS440C, which is martensitic stainless steel, as the material for the bearing rings a, b and steel balls c, and use it without a lubricant. ing.

また、無潤滑状態で使用されるころがり軸受として、例
えば特公昭37−7255号公報記載のように内輪a、
外輪bおよび転動体cをテフロン、ナイロン、テトロン
などの高分子化合物で作るとともに、それぞれの内部に
金属補強片を完全に埋込むことにより、高分子化合物の
欠点、つまり膨油性があり、機械的強度が小さいために
寸法精度の保持が難しい点を改善したものもある。
Further, as a rolling bearing used in a non-lubricated state, for example, as described in Japanese Patent Publication No. 37255/37, the inner ring a,
The outer ring b and the rolling element c are made of a polymer compound such as Teflon, nylon, and tetron, and the metal reinforcing pieces are completely embedded in the inside of the outer ring b and the rolling element c. Some have improved the difficulty of maintaining dimensional accuracy due to their low strength.

さらに、特開昭58−42829号公報記載のように、
軟金属や二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を軌道輪a、
bの転走面に被覆したころがり軸受とか、特開昭58−
113628号公報記載のように硬質セラミックの耐摩
耗性、耐腐蝕性を利用したころがり軸受あるいは窒化チ
タンを被覆したころがり軸受、また、特開昭58−17
4718号公報記載のように、軌道輪a、bおよび転動
体cのそれぞれの接触面に窒化チタンまたはこれを主体
とする材料の被覆をイオンプレーティングによって被着
形成したころがり軸受が知られている。
Furthermore, as described in JP-A-58-42829,
A solid lubricant such as soft metal or molybdenum disulfide is used for the bearing ring a,
Rolling bearings coated on the rolling surface of b, such as JP-A-58-58
Rolling bearings utilizing the wear resistance and corrosion resistance of hard ceramics as described in Japanese Patent No. 113628 or rolling bearings coated with titanium nitride, and JP-A-58-17.
As described in Japanese Patent No. 4718, there is known a rolling bearing in which the contact surfaces of the bearing rings a and b and the rolling elements c are coated with titanium nitride or a material mainly containing titanium nitride by ion plating. .

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来の技術にはそれぞれ次の
ような問題点があった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, such conventional techniques have the following problems, respectively.

(1)SUS440Cを用いた軸受の場合 SUS400Cはステンレス鋼ではあるが、高炭素であ
って耐蝕性が十分でなく、かつ潤滑剤による油分がない
ため、早期に腐蝕、摩耗を生じて使用に耐えなくなる。
(1) In the case of bearings using SUS440C SUS400C is stainless steel, but it has high carbon and does not have sufficient corrosion resistance, and since there is no oil due to the lubricant, it will be corroded and worn early and will not be used. Disappear.

ところで、腐蝕は転走部以外で激しく、転走面において
は腐蝕は比較的小さいが摩耗が大きく、腐蝕雰囲気で表
面が荒れるために摩耗が促進されるほか、転走部以外で
発生した腐蝕生成物が転走面に浸入して転走面の摩耗を
加速している。
By the way, the corrosion is severe in areas other than the rolling area, and the corrosion is relatively small on the rolling surface, but the wear is large, and the surface is roughened in the corrosive atmosphere, which accelerates the wear. Objects penetrate the rolling surface and accelerate the wear of the rolling surface.

このため、染色機械やメッキ槽で用いた場合は、早期に
転走面の摩耗、かじりによってガタを生じ、また、摩耗
粉および腐蝕生成物を転走面に噛み込むために使用不能
となる。
Therefore, when it is used in a dyeing machine or a plating tank, the rolling surface is worn and galling occurs at an early stage, and wear powder and corrosion products are caught in the rolling surface, which makes it unusable.

(2)高分子化合物を用いた軸受の場合 高分子化合物はその強度がSUS440C等の鋼に比較
して1/10程度と弱く、先に述べた金属補強片を用いる
場合も、全体の変形はある程度低減できるが、転走面自
体は高分子化合物のため強度が低くて、使用可能な荷重
条件の制約が大きく、特開昭58−113628号公報
においても、その点で合成樹脂を素材とする例は否定さ
れている。
(2) In the case of a bearing using a polymer compound The strength of a polymer compound is weaker than that of steel such as SUS440C, which is about 1/10, and even if the metal reinforcing piece described above is used, the overall deformation does not occur. Although it can be reduced to some extent, since the rolling surface itself is a high molecular compound, its strength is low, and the restrictions on the load conditions that can be used are large. The example is denied.

(3)固体潤滑剤を被覆した軸受の場合 固体潤滑剤は油あるいはグリースを用いない場合にも摩
擦係数が低く、摩擦が小さくなる効果があるが、この効
果は固体潤滑剤が極く低荷重で剪断されることによるも
ので、硬さが低く、結果として摩耗により粉状となり、
被覆効果が無くなると同時に、その粉末が加工製品に付
着して製品不良をひき起こす。
(3) Bearings coated with a solid lubricant Solid lubricants have a low coefficient of friction even when oil or grease is not used, and have the effect of reducing friction. Due to being sheared by, the hardness is low, and as a result it becomes powdery due to wear,
At the same time that the coating effect disappears, the powder adheres to the processed product, causing product defects.

特開昭58−174718号公報においてもこの点で金
または銀で被覆する例は否定されている。
In JP-A-58-174718, an example of coating with gold or silver is denied in this respect.

(4)硬質セラミックを用いた軸受あるいは窒化チタンを
被覆した軸受の場合 セラミックスは一般に高硬度で耐蝕性を有していて、腐
蝕雰囲気での摩耗防止には非常に有効である。
(4) Bearings made of hard ceramics or bearings coated with titanium nitride Ceramics generally have high hardness and corrosion resistance, and are very effective in preventing wear in a corrosive atmosphere.

しかし、セラミックスは高硬度の粉末を焼結して動作す
るもので、一般に熱的あるいは機械的衝撃に弱く、靭性
に乏しい。この強度を向上させることは、いわゆるファ
インセラミックスの技術により可能であるが、この場
合、高硬度で加工性が悪いこともあって現状では価格が
SUS440Cを用いた場合に比較して非常に高く、こ
の点が重要な研究課題の一つとなっている。
However, ceramics operate by sintering high-hardness powder, and are generally weak to thermal or mechanical impact and poor in toughness. This strength can be improved by the so-called fine ceramics technique, but in this case, the price is very high compared to the case where SUS440C is used due to high hardness and poor workability, This point is one of the important research subjects.

一方、窒化チタンをイオンプレーティング等によって被
覆した場合は、窒化チタン自体は高硬度、低摩擦係数で
あるために耐摩耗性は良好である。
On the other hand, when titanium nitride is coated with ion plating or the like, the titanium nitride itself has high hardness and a low friction coefficient, and therefore has good wear resistance.

しかし、被覆層はイオン化した窒化チタンが母材表面に
単に析出しているもので、熱効果が少ないために、被覆
層が十分に溶融拡散するには至らず、ミクロ的には被覆
層と母材との結合が弱く一部に空隙を有していて、腐触
雰囲気では内部の腐蝕が進行して被覆層が脱落する。
However, the coating layer is simply ionized titanium nitride deposited on the surface of the base material, and the thermal effect is small.Therefore, the coating layer does not melt and diffuse sufficiently. It has a weak bond with the material and has voids in a part, and in a corrosive atmosphere, internal corrosion progresses and the coating layer falls off.

したがって、窒化チタンそのものは耐蝕性を有していて
も窒化チタンを被覆した面の耐蝕性は十分でない。ま
た、窒化チタンのイオンプレーティングでは蒸発源と対
象製品(陰極)との位置関係、製品内の位置等の形状効
果のほか、チタンの蒸発速度、窒素ガス分圧、元素の励
起程度、製品温度などにより、被覆層の組成、成分、密
度、硬さ、ピンホール等の欠陥および母材との密着性が
大きく影響され、これらのばらつきが製品品質の安定化
に問題である。
Therefore, even if titanium nitride itself has corrosion resistance, the surface coated with titanium nitride does not have sufficient corrosion resistance. In titanium nitride ion plating, in addition to the positional relationship between the evaporation source and the target product (cathode), shape effects such as the position within the product, the evaporation rate of titanium, the partial pressure of nitrogen gas, the degree of element excitation, and the product temperature. The composition, components, density, hardness, defects such as pinholes, etc. of the coating layer and the adhesion to the base material are greatly affected by the above, and these variations are a problem for stabilizing the product quality.

(問題を解決するための手段) 本発明はこれらの矛盾を解決して、耐蝕性、耐摩耗性に
すぐれ、かつ十分な機械的強度ところがり疲労寿命を有
するころがり軸受を比較的安価に提供せんとするもので
あって、本発明に係るころがり軸受は、軌道輪、転動体
および保持器からなるものにおいて、軌道輪の表面部に
クロム炭化物層が形成され、その表面部に高分子化合物
からなる含浸被覆層が形成されてなることを特徴として
いる。
(Means for Solving the Problem) The present invention solves these contradictions and does not provide a rolling bearing having excellent corrosion resistance, wear resistance, and sufficient mechanical strength and fatigue life at a relatively low cost. The rolling bearing according to the present invention comprises a bearing ring, a rolling element and a cage, in which a chromium carbide layer is formed on the surface portion of the bearing ring, and the surface portion is made of a polymer compound. It is characterized in that an impregnated coating layer is formed.

(作 用) ころがり軸受の構成部材のうち、特に腐蝕および摩耗が
生じやすい軌道輪に鉄鋼材料を用いて、その表面部に拡
散浸透法によってクロム炭化物層を形成し、さらにその
表面部に高分子化合物からなる含浸被覆層を形成するこ
とにより、耐蝕性および耐摩耗性の向上が図られる。
(Operation) Of the rolling bearing components, a steel material is used for the bearing ring, which is particularly prone to corrosion and wear, and a chromium carbide layer is formed on the surface by the diffusion infiltration method. By forming the impregnated coating layer made of a compound, the corrosion resistance and the wear resistance can be improved.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。(Example) Hereinafter, the Example of this invention is described based on drawing.

実施例1 本発明に係るころがり軸受を第1図に示し、該ころがり
軸受は具体的には玉軸受であって、内輪1、外輪2、転
動体(鋼球)3および保持器4から構成されている。
Example 1 A rolling bearing according to the present invention is shown in FIG. 1, and the rolling bearing is specifically a ball bearing and is composed of an inner ring 1, an outer ring 2, rolling elements (steel balls) 3 and a cage 4. ing.

内輪1、外輪2および転動体3はマルテンサイト系ステ
ンレス鋼であるSUS440Cからなり、その表面部に
はクロム炭化物層5が形成され、さらにこの表面部に高
分子化合物の含浸被膜層6が形成されている。
The inner ring 1, the outer ring 2 and the rolling elements 3 are made of martensitic stainless steel SUS440C, and a chromium carbide layer 5 is formed on the surface portion thereof, and a polymer compound impregnated coating layer 6 is formed on the surface portion. ing.

これらの製造方法は、まず、拡散浸透法によりクロム炭
化物層5を形成する。すなわち、SUS440Cを材料
として製作した内輪1、外輪2、転動体3を、クロム炭
化物形成元素を含む硼砂浴中に浸漬して1000℃で4時間
加熱処理する。これにより、その表面部に約8μmの厚
さのクロム炭化物層5を得る。しかる後、焼入、焼もど
しを行なってSUS440C部分の硬さがHRC58〜
62になるように熱処理を行ない、ひき続きポリテトラ
フロロエチレン(PTFE)樹脂の微粒子の溶融浴で真
空含浸の後焼成を行ない、約2μmの含浸被膜層6を蒸
気クロム炭化物層5の表面部に形成する。
In these manufacturing methods, first, the chromium carbide layer 5 is formed by the diffusion infiltration method. That is, the inner ring 1, the outer ring 2, and the rolling elements 3 made of SUS440C are immersed in a borax bath containing a chromium carbide forming element and heat-treated at 1000 ° C. for 4 hours. Thereby, a chromium carbide layer 5 having a thickness of about 8 μm is obtained on the surface portion. After that, quenching and tempering are performed, and the hardness of the SUS440C portion is HRC58 to
Then, heat treatment is performed so as to obtain 62, followed by vacuum impregnation in a molten bath of fine particles of polytetrafluoroethylene (PTFE) resin and baking, and an impregnated coating layer 6 of about 2 μm is formed on the surface of the vapor chromium carbide layer 5. Form.

また、保持器4は自己潤滑性の高分子材料であるPTF
E樹脂からなり、潤滑材が使用できない条件下でも、軸
受の円滑な回転と摩耗の低減が図られている。
The cage 4 is made of PTF which is a self-lubricating polymer material.
The bearing is made of E resin, and smooth rotation and wear reduction of the bearing are achieved even under the condition that the lubricant cannot be used.

なお、図示例の場合は内輪1、外輪2、転動体3のすべ
てにクロム炭化物層5および含浸被膜層6が形成されて
いるが、これに限定されるものではなく、使用目的、使
用条件等に応じて適宜設計変更される。すなわち、耐
蝕、耐摩耗の要求にも種々の水準があり、一般に転動体
3は転がることによって腐食が少なく、実際に軌道輪
(内輪1、外輪2)ほど腐蝕、摩耗がないことから、軌
道輪1、2のみにクロム炭化物生成の表面処理をするこ
とで対応可能の場合もある。
In the illustrated example, the chromium carbide layer 5 and the impregnated coating layer 6 are formed on all of the inner ring 1, the outer ring 2, and the rolling elements 3, but the invention is not limited to this, and the purpose of use, conditions of use, etc. The design will be changed as appropriate. That is, there are various levels of requirements for corrosion resistance and wear resistance. Generally, the rolling element 3 is less corroded by rolling, and is actually less corroded and worn than the bearing rings (inner ring 1, outer ring 2). In some cases, it is possible to deal with only 1 and 2 by subjecting the surface treatment to the generation of chromium carbide.

実施例2 本例は実施例1における含浸被膜層6として3フッ化塩
化エチレン(PCTFE)を用いたものであり、その製
造方法は、含浸剤としてPCTFEを用いるほかは実施
例1と同様である。したがって、その他の構成は実施例
1と同様である。
Example 2 This example uses trifluoroethylene chloride (PCTFE) as the impregnated coating layer 6 in Example 1, and its manufacturing method is the same as that of Example 1 except that PCTFE is used as the impregnating agent. . Therefore, other configurations are similar to those of the first embodiment.

実施例3 本例は、実施例1と同様のSUS440Cから製作した
内輪1、外輪2、転動体3を、金属クロムの粉末、アル
ミナ粉末および塩化アンモニウムを混合した被覆処理材
中に埋込み、1000℃で4時間加熱処理してクロム炭化物
層5を形成する。その後、焼入、焼もどしを行ないSU
S440C部分の硬さをHRC58〜62にした。その
後、真空容器中で溶融させたポリプロピレン樹脂中に浸
漬し、上記クロム炭化物層5の表面部への含浸と被覆を
行なった。
Example 3 In this example, an inner ring 1, an outer ring 2, and a rolling element 3 made of SUS440C similar to those in Example 1 were embedded in a coating material mixed with powder of metal chromium, alumina powder, and ammonium chloride, and 1000 ° C. And heat treatment for 4 hours to form a chromium carbide layer 5. After that, quench and temper the SU
The hardness of the S440C portion was set to HRC58 to 62. After that, the surface of the chromium carbide layer 5 was impregnated and coated by immersing it in a melted polypropylene resin in a vacuum container.

次に、本発明の軸受の効果を調べるために行なったころ
がり疲労寿命、耐摩耗性および耐蝕性についての試験結
果を以下に説明する。
Next, the test results of rolling fatigue life, wear resistance and corrosion resistance, which were conducted to investigate the effect of the bearing of the present invention, will be described below.

(1)ころがり疲労寿命 森式スラスト型耐久寿命試験機を用いて、外径65mm×
内径18mm×厚さ10mmの試料を、一方は現用の耐蝕材
料SUS440Cの焼入、焼もどしにより硬さをHRC
約60とした試料とし、他方は本発明によるSUS44
0Cの表面にクロム炭化物層を生成させた後、焼入、焼
もどしを行ないSUS440C部分の硬さをHRC約5
8とした試料、およびさらにその表面にPTFE樹脂を
含浸した場合についてころがり疲労寿命を比較した。
(1) Rolling fatigue life Using a Mori type thrust type durability life tester, outer diameter 65 mm x
The hardness of the sample with an inner diameter of 18 mm and a thickness of 10 mm, one of which is HRC by quenching and tempering the currently used corrosion-resistant material SUS440C
The sample is about 60, the other is SUS44 according to the present invention.
After forming a chromium carbide layer on the surface of 0C, quenching and tempering are performed and the hardness of the SUS440C part is set to HRC about 5
The rolling fatigue life of the sample No. 8 and the case where the surface thereof was impregnated with PTFE resin were compared.

また、参考としてSUS440C表面にイオンプレーテ
ィングによる窒化チタン被覆とCVD法による炭化チタ
ン被覆を施した場合についても比較した。
As a reference, a comparison was also made between the case where the titanium nitride coating by ion plating and the titanium carbide coating by the CVD method were applied to the surface of SUS440C.

(2)耐摩耗性 ころがり疲労寿命試験と同様の試験において、上記2種
類の試料を同一時間回転後、その転走部の摩耗形状を形
状測定機により測定して、両者の耐摩耗性を比較した。
(2) Wear resistance In the same test as the rolling fatigue life test, after rotating the above two types of samples for the same time, measure the wear shape of the rolling part with a shape measuring machine and compare the wear resistance of both. did.

(3)耐蝕性 直径3/8インチのSUS440C製鋼球と、SUS4
40C製鋼球の表面にクロム炭化物を生成した後、焼
入、焼もどしを行なった試料と、さらにその表面にPT
FE樹脂を含浸させた試料を用いて、塩酸および硫酸水
溶液に浸漬して、その重量の減少量を測定し、耐蝕性を
比較した。なお、比較材として前述のころがり疲労寿命
比較試料と同じくイオンプレーティングによる窒化チタ
ン被覆、CVD法による炭化チタン被覆を施した試料と
無処理の各種オーステナイト系耐蝕性ステンレス鋼も用
いて比較を行なった。
(3) Corrosion resistance SUS440C steel balls with a diameter of 3/8 inch and SUS4
40C steel spheres with chromium carbide formed on the surface, then quenched and tempered, and PT on the surface.
Using a sample impregnated with FE resin, the sample was dipped in an aqueous solution of hydrochloric acid and sulfuric acid, the amount of decrease in weight was measured, and the corrosion resistance was compared. As comparative materials, comparisons were made by using titanium nitride coating by ion plating, titanium carbide coating by CVD method and untreated various austenitic corrosion-resistant stainless steels as well as the rolling fatigue life comparative samples described above. .

以上の試験結果を、SUS440Cの場合を100とし
て、これとの対比で第1表に示す。
The above test results are shown in Table 1 in comparison with SUS440C, which is set to 100.

第1表より、本発明のころがり軸受は、ころがり疲労寿
命が現用SUS440Cと同等であり、耐摩耗性が約4
倍であり、耐蝕性も約25倍以上でSUS304、SU
S316と同等以上のすぐれた耐蝕、耐摩耗軸受が得ら
れることが判明した。
From Table 1, the rolling bearing of the present invention has rolling fatigue life equivalent to that of the current SUS440C and wear resistance of about 4
And the corrosion resistance is about 25 times more than SUS304, SU
It was found that an excellent corrosion and wear resistant bearing equivalent to or better than S316 can be obtained.

また、第1表より、炭化物または窒化物被覆材の中で、
クロム炭化物被覆材が耐ころがり疲労性、耐摩耗性およ
び耐腐蝕性が特に優れていることがわかる。以下、この
理由について説明する。
From Table 1, among the carbide or nitride coating materials,
It can be seen that the chromium carbide coating material is particularly excellent in rolling fatigue resistance, wear resistance and corrosion resistance. The reason for this will be described below.

(1)耐ころがり疲労性、耐摩耗性、耐密着性 クロム炭化物層に第2図の断面顕微鏡組織写真に示され
るように、2または3層の世相構造であり、最表面は
(Cr,Fe)23であり、その内側に(Cr,F
e)7があり、母材と処理条件によってはその内側
にさらにFe−Crの固溶体相が存在する。
(1) Rolling-fatigue resistance, wear resistance, and adhesion resistance As shown in the cross-sectional microstructure photograph of the chromium carbide layer, the chromium carbide layer has a two or three-layered appearance structure, and the outermost surface is (Cr, Fe ) 23 C 6 and (Cr, F
e) 7 C 3 is present, and depending on the base material and the processing conditions, a solid solution phase of Fe—Cr is further present inside thereof.

また、上記クロム炭化物は(Cr,Fe)23および
(Cr,Fe)7で示すようにクロムの一部が鉄と
置換した複合炭化物層であり、母材内部に近づくにつれ
て鉄の量が多くなっている。このため、層と母材との間
には金属結合が存在し、強固に結合している。また、層
の物性(硬さ、膨脹係数等)が比較的連続して変化して
いるため、外部からの各種応力や温度変化に対して層の
剥離が発生しにくい。
Further, the chromium carbide is a composite carbide layer in which a part of chromium is replaced with iron as shown by (Cr, Fe) 23 C 6 and (Cr, Fe) 7 C 3 , and as the inside of the base metal gets closer, The amount is increasing. Therefore, there is a metal bond between the layer and the base material, and the bond is strong. In addition, since the physical properties of the layer (hardness, expansion coefficient, etc.) change relatively continuously, peeling of the layer is unlikely to occur due to various external stresses and temperature changes.

硬さはH1500程度で耐摩耗性は炭化チタンに比べて劣
るが、層が剥離しにくいために、耐ころがり疲労性が優
れている。
Hardness wear resistance of about H V 1500 is inferior to titanium carbide, since the layer is hardly peeled, resistance to rolling contact fatigue resistance is excellent.

これに対して、イオンプレーティングによる窒化チタン
被覆では、母材温度が数100℃以下であるため、処理
によるひずみは発生しないが、層と母材間には拡散がな
いため、金属結合は存在しないし、主として分子間結合
であり、密着性は悪い。
On the other hand, in the titanium nitride coating by ion plating, since the base material temperature is several hundreds of degrees Celsius or less, strain due to the treatment does not occur, but since there is no diffusion between the layer and the base material, there is a metal bond. No, and the adhesion is poor because it is mainly an intermolecular bond.

さらに、この窒化チタン中には母材の鉄は含有されず、
ほぼチタンと窒素のみの層であるため、界面における物
性の差が大きく、外部からの応力に対して剥離しやす
い。
Furthermore, the base material iron is not contained in this titanium nitride,
Since it is a layer consisting essentially of titanium and nitrogen, the difference in the physical properties at the interface is large, and peeling easily occurs due to external stress.

この試料では層の摩耗が発生する前に、剥離が原因でこ
ろがり疲労限度に達している。
In this sample, the rolling fatigue limit is reached due to delamination before layer wear occurs.

一方、CVD法による炭化チタン被覆は前述のクロム炭
化物被覆と同一温度での処理のため、層と母材間にはチ
タンと炭素の拡散があり金属結合が存在している。しか
し、層は100%炭化チタンで構成されているため、硬
度がH3000程度であり、耐摩耗性や耐焼付性は優れて
いるが、層と母材の界面では物性値が大きく異なるの
で、外部応力に対する強度はクロム炭化物に比べて小さ
く、炭化チタンの場合と同様に層の剥離によってころが
り疲労限度になっている。
On the other hand, the titanium carbide coating by the CVD method is treated at the same temperature as the above-mentioned chromium carbide coating, so that titanium and carbon are diffused between the layer and the base material and a metallic bond exists. However, since the layer is made of 100% titanium carbide, the hardness is about H V 3000, and the abrasion resistance and seizure resistance are excellent, but the physical properties differ greatly at the interface between the layer and the base material. The strength against external stress is smaller than that of chromium carbide, and as in the case of titanium carbide, the rolling fatigue limit is reached due to delamination of layers.

(2)耐蝕性 前述のように、クロム炭化物では試料表面に外部からク
ロムが拡散浸透し、これと同時に母材中の鉄、炭素が層
中に拡散し、2〜3相の層を形成する。このため、層と
母材の間にはボイド、空隙等は存在せず、外部からの腐
蝕性溶液またはガスの浸入はおこりにくい。
(2) Corrosion resistance As described above, in the chromium carbide, chromium diffuses and permeates from the outside to the sample surface, and at the same time, iron and carbon in the base material diffuse into the layer to form a 2-3 phase layer. . Therefore, there are no voids or voids between the layer and the base material, and it is difficult for the corrosive solution or gas to enter from the outside.

第1表に示した塩酸、硫酸には窒化チタン、炭化チタ
ン、クロム炭化物そのものは腐食されないが、被着試料
が腐食されるのは、層の微細空孔、界面剥離部に溶液が
浸入し、母材を腐食させるためである。
Titanium nitride, titanium carbide, and chromium carbide themselves are not corroded by hydrochloric acid and sulfuric acid shown in Table 1, but the adhered sample is corroded by the fact that the solution penetrates into the micropores of the layer and the interface peeling portion. This is to corrode the base material.

イオンプレーティングによる窒化チタンは界面に欠陥が
多い上に、結晶中にも不均一部分や空隙が多いために耐
蝕性は良くない。
Titanium nitride formed by ion plating has many defects at the interface, and also has many non-uniform portions and voids in the crystal, and therefore has poor corrosion resistance.

CVD法による炭化チタンは上記窒化チタンよりは結晶
の均一性がよく、界面欠陥は少ないので、比較的良好な
耐蝕性を示すが、クロム炭化物に比べると劣る。
Titanium carbide obtained by the CVD method has a better crystal uniformity and less interfacial defects than the above titanium nitride, and therefore exhibits relatively good corrosion resistance, but is inferior to chromium carbide.

ここで、表面にクロム炭化物を生成した後、さらにPT
FE樹脂を含浸したのは、クロム炭化物を表面に生成し
ただけでも耐蝕性向上が大きいが、クロム炭化物を生成
した試料を浸漬後に観察すると、腐食は孔食状に発生
し、ピット状の点を起点として浸食されていることがう
かがわれたことから、そのピット状を封止するために行
なったものである。
Here, after forming chromium carbide on the surface, PT
The FE resin impregnation greatly improves the corrosion resistance even if chromium carbide is formed on the surface, but when a sample in which chromium carbide is formed is observed after immersion, corrosion occurs in the form of pitting and pit-like points are observed. Since it was found that the pit was eroded as a starting point, this was done to seal the pit shape.

ピット状を封止するためには、その他に処理温度を高く
するか時間を長くすることによりクロム炭化物層を厚く
し、被覆処理を複数回繰返してクロム炭化物層を複層に
することによっても可能であるが、そのためには長時間
の処理が必要であって、生産性、経済性が低下する問題
もあり、高分子材料の含浸が適切である。なお、この高
分子材料の厚さは試験の結果から2μmで十分であり、
しかも、この程度の厚さではころがり軸受の機能は何ら
損なうことがなく、むしろ潤滑性向上の点で有効でもあ
る。
In order to seal the pits, it is also possible to thicken the chromium carbide layer by increasing the processing temperature or increasing the time, and repeat the coating process multiple times to make the chromium carbide layer a multilayer. However, this requires a long-time treatment, and there is also a problem that productivity and economic efficiency are reduced, and impregnation with a polymer material is appropriate. It should be noted that the thickness of this polymer material should be 2 μm from the test results,
Moreover, at such a thickness, the function of the rolling bearing is not impaired at all, and it is rather effective in improving lubricity.

なお、含浸用樹脂の特性としては、各種腐食性溶液に
対して優れていること、微細空隙まで浸入できる程度
の粘性であること(加熱、減圧条件を利用してもよ
い)、コーティング層との密着性が良好である等が必
要である。
The characteristics of the impregnating resin are that it is superior to various corrosive solutions, that it has a viscosity that allows it to penetrate even into minute voids (heating and depressurization conditions may be used), Good adhesion is required.

これらの特性を有する高分子材料としては、PTFE
(実施例1)、PCTFE(実施例2)のようなフッ素
系樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン(実施例3)
のようなオレフィン系樹脂が適している。ちなみに、P
CTFEを用いた場合にも、PTFEの場合と全く同様
の耐ころがり疲労性、耐摩耗性および耐蝕性を示し、ま
たポリプロピレン用いた場合は、腐蝕減量比が塩酸の場
合1.5、硫酸では、0.01以下であることが、前述
と同様の試験を行なった結果判明している。
As a polymer material having these characteristics, PTFE
(Example 1), fluorinated resin such as PCTFE (Example 2), polyethylene, polypropylene (Example 3)
Olefin resins such as are suitable. By the way, P
Even when CTFE is used, it shows rolling fatigue resistance, abrasion resistance and corrosion resistance exactly the same as those of PTFE, and when polypropylene is used, the corrosion weight loss ratio is 1.5 for hydrochloric acid, and for sulfuric acid, It is known that the value is 0.01 or less as a result of the same test as described above.

なお、本発明は上述の実施例のような玉軸受のほか、こ
ろ軸受にも適用可能であり、さらに、単列形、複列形あ
るいはラジアル負荷用、スラスト負荷用などあらゆるこ
ろがり軸受に適用可能である。
The present invention can be applied not only to the ball bearings as in the above-mentioned embodiments but also to roller bearings, and further to all rolling bearings such as single-row type, double-row type, radial load, and thrust load. Is.

(発明の効果) 以上詳述したように、本発明によればころがり軸受の構
成部材のうち、特に腐蝕および摩耗が生じやすい軌道輪
の表面部にクロム炭化物層が形成され、さらにその表面
部に高分子化合物からなる含浸被膜層が形成され、ま
た、必要に応じて転動体にも同様の表面処理が施される
から、耐蝕性、耐摩耗性にすぐれるとともに、機械的強
度およびころがり疲労寿命が十分なころがり軸受を提供
することができる。
(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, among the constituent members of the rolling bearing, the chromium carbide layer is formed on the surface portion of the bearing ring which is particularly susceptible to corrosion and wear, and further on the surface portion thereof. An impregnated coating layer made of a high molecular compound is formed, and the rolling elements are also subjected to the same surface treatment as necessary, providing excellent corrosion resistance and wear resistance as well as mechanical strength and rolling fatigue life. It is possible to provide a sufficient rolling bearing.

しかも、比較的安価である。Moreover, it is relatively inexpensive.

また、保持器が自己潤滑性の高分子材料からなるから、
潤滑材が使用できない環境下でも使用可能である。
Also, since the cage is made of a self-lubricating polymer material,
It can also be used in environments where lubricants cannot be used.

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

第1図は本発明に係るころがり軸受の一実施例を示す縦
断面図、第2図はSUS440C材料表面にクロム炭化
物層を生成したものの断面の400倍に拡大した顕微鏡
組織写真、第3図は従来のころがり軸受を示す縦断面図
である。 1……内輪、2……外輪、3……転動体(鋼球)、4…
…保持器、5……クロム炭化物層、6……高分子化合物
からなる含浸被膜層
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a rolling bearing according to the present invention, and FIG. 2 is a microscopic structure photograph of a SUS440C material having a chromium carbide layer formed on its surface, magnified 400 times the section, and FIG. It is a longitudinal cross-sectional view showing a conventional rolling bearing. 1 ... Inner ring, 2 ... Outer ring, 3 ... Rolling element (steel ball), 4 ...
... Cage, 5 ... Chromium carbide layer, 6 ... Impregnated coating layer made of polymer compound

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新井 透 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 藤田 浩紀 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭54−108150(JP,A) 特公 昭53−47860(JP,B1) 米国特許3001837(US,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Toru Arai, Toru Arai, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture 1 No. 41 Yokomichi, Toyota Central Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Hiroki Fujita, Aichi-gun, Nagakute-machi 1 of 41 Jyokomichi, Toyota Central Research Institute Co., Ltd. (56) Reference JP 54-108150 (JP, A) JP 53-47860 (JP, B1) US Patent 3001837 (US, A)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】軌道輪、転動体および保持器からなるもの
において、軌道輪の表面部にクロム炭化物層が形成さ
れ、その表面部に高分子化合物からなる含浸被膜層が形
成されてなることを特徴とするころがり軸受。
1. A bearing ring, a rolling element, and a cage, wherein a chromium carbide layer is formed on the surface portion of the bearing ring, and an impregnated coating layer made of a polymer compound is formed on the surface portion. Characteristic rolling bearing.
【請求項2】転動体の表面部にクロム炭化物層が形成さ
れ、その表面部に高分子化合物からなる含浸皮膜層が形
成されてなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載のころがり軸受。
2. A rolling member according to claim 1, wherein a chromium carbide layer is formed on the surface of the rolling element, and an impregnated film layer made of a polymer compound is formed on the surface of the chromium carbide layer. bearing.
【請求項3】保持器が自己潤滑性の高分子化合物からな
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記
載のころがり軸受。
3. The rolling bearing according to claim 1, wherein the cage is made of a self-lubricating polymer compound.
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