転がり軸受
【課題】運転時に液体水素中や液体酸素中といった極低温環境下で使用されても、軸受として安定した機能を発揮して信頼性の向上を達成できる転がり軸受を提供する。
【解決手段】内輪２と、外輪３と、内輪２と外輪３との間に介装される転動体４と、転動体４を保持する保持器５とを備えた転がり軸受である。保持器５の母材表面７における少なくとも転動体対応面１５および案内面対応面１６に複合層が形成される。複合層８は、多孔質部材９にフッ素系樹脂が含浸されてなる樹脂含浸層１０と、樹脂含浸層１０を被覆して表層を構成するフッ素系樹脂層１１とを備える。
【解決手段】内輪２と、外輪３と、内輪２と外輪３との間に介装される転動体４と、転動体４を保持する保持器５とを備えた転がり軸受である。保持器５の母材表面７における少なくとも転動体対応面１５および案内面対応面１６に複合層が形成される。複合層８は、多孔質部材９にフッ素系樹脂が含浸されてなる樹脂含浸層１０と、樹脂含浸層１０を被覆して表層を構成するフッ素系樹脂層１１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受に関し、特に、運転時に液体水素中や液体酸素中といった極低温環境下で使用されるロケットエンジンターボポンプ用の転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロケットエンジンターボポンプ用軸受は、運転時に液体水素中、液体酸素中といった極低温環境下で使用される。すなわち、液体酸素中では−１８３℃の極低温環境に曝され、液体水素中では−２５３℃の極低温環境に曝される。このため、軸受潤滑方法にオイル潤滑、グリース潤滑を使用することはできず、一般的には固体潤滑方法が採用される。
【０００３】
この固体潤滑方法としては、保持器に対して固体潤滑剤（フッ素系樹脂）を付与し、軸受回転時にこの固体潤滑剤を転動体へ移着させる方法がある。
【０００４】
また、ロケットエンジンターボポンプ用軸受は、ｄｎ値（内輪内径ｍｍ×内輪回転数min-1）が１６０万を越える高速回転で使用される場合がある。このため、保持器にはフープ応力が働くため、強度確保が必要になる（または保持器材料の比重低減）。
【０００５】
そのため、従来には、保持器をガラス繊維強化ＰＴＦＥ複合材料にて構成したものがある（特許文献１）。ガラス繊維強化ＰＴＦＥ複合材料は、ガラス織布に自己潤滑性を有するＰＴＦＥを含浸して形成したものである。すなわち、保持器表面のフッ素系樹脂で固体潤滑性を確保し、保持器強度をガラス織布にて確保する構造としている。
【０００６】
また、従来には、アルミニウム合金等からなる保持器母材（保持器本体）と、この保持器本体を被覆する固体潤滑膜とで構成したものがある（特許文献２）。すなわち、固体潤滑膜（コーティング材）で固体潤滑性を確保し、保持器強度を母材のアルミニウム合金にて確保する構造としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平２−２０８５４号公報
【特許文献２】特開２００６−２２０２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記したように、ロケットエンジンターボポンプ用軸受は高速回転で使用される。このため、前記特許文献１や特許文献２等のように、保持器表面にフッ素系樹脂部（層）を設けたとしても、転動体摺動面および案内面が、軸受相手材（内輪もしくは外輪の保持器案内面、転動体）との間で摺動する。このため、フッ素系樹脂層の摩耗の進展や剥離の懸念がある。摩耗の進展や剥離が発生した場合、ガラス織布部あるいはアルミニウム合金母材表面が露出してしまい、軸受相手材との間で接触が生じ、より軸受の信頼性を上げる必要がある。
【０００９】
そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、運転時に液体水素中や液体酸素中といった極低温環境下で使用されても、軸受として安定した機能を発揮して信頼性の向上を達成できる転がり軸受を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に介装される転動体と、転動体を保持する保持器とを備えた転がり軸受において、保持器の母材表面における少なくとも転動体対応面および案内面対応面に複合層が形成され、複合層は、多孔質部材にフッ素系樹脂が含浸されてなる樹脂含浸層と、この樹脂含浸層を被覆して表層を構成するフッ素系樹脂層とを備えているものである。フッ素系樹脂とは、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のように分子中にフッ素原子を含んで構成されるものである。
【００１１】
本発明の第２の転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に介装される転動体と、転動体を保持する保持器とを備えた転がり軸受において、保持器の母材表面における少なくとも転動体対応面および案内面対応面に複合層が形成され、複合層は、金属マトリクス内にフッ素樹脂粒子を分散させてなる粒子分散層と、粒子分散層を被覆して表層を構成するフッ素系樹脂層とを備えているものである。
【００１２】
本発明の第１及び第２の転がり軸受によれば、保持器において、少なくとも転動体摺動面および案内面は、表層がフッ素系樹脂層である複合層にて被覆されている。フッ素系樹脂は、自己潤滑性に優れ、優れた滑り性を発揮することができる。また、保持器母材によって、保持器としての強度を確保できる。
【００１３】
しかも、複合層において、表層のフッ素系樹脂層に摩耗が進展したり、剥離が発生したりしても、第１の転がり軸受では、複合層の樹脂含浸層も自己潤滑性を有し、優れた滑り性を発揮することができ、第２の転がり軸受では、複合層の粒子分散層も自己潤滑性を有し、優れた滑り性を発揮することができる。すなわち、表層に剥離等が発生しても、複合層の樹脂含浸層や粒子分散層にて、滑り性を発揮でき、しかも保持器母材を保護することができる。
【００１４】
ところで、接着面の微細な凹凸に接着剤が入り込んで硬化することで接着力が高まる効果（アンカー効果）がある。本発明における複合層は、樹脂含浸層や粒子分散層におけるフッ素系樹脂層側の面が、微細な凹凸を有する前記接着面と呼ぶことができ、このアンカー効果を生じる。このため、複合層におけるフッ素系樹脂層はアンカー効果により優れた密着性を発揮することになる。なお、アンカー効果を、投錨効果やファスナー効果と呼ぶこともある。
【００１５】
第１の転がり軸受においては、樹脂含浸層の多孔質部材を溶射によって形成することができる。溶射とは、コーティング材料を、加熱により溶融もしくは軟化させ、微粒子状にして加速し被覆対象物表面に衝突させて、偏平に潰れた粒子を凝固・堆積させることにより皮膜を形成するコーティング方法である。フッ素系樹脂層のフッ素系樹脂は、樹脂含浸層のフッ素系樹脂の内部含有率を越えているのが好ましい。
【００１６】
第２の転がり軸受においては、粒子分散層はフッ素樹脂粒子が分散した金属めっき層にて構成できる。フッ素系樹脂層のフッ素系樹脂は、粒子分散層のフッ素系樹脂の内部含有率を越えているのが好ましい。
【００１７】
複合層に用いる金属を軟金属（軟質金属）とすることができる。ここで、軟金属とは軸受鋼のような硬質金属と接触しても相手材を傷つけ難く、自己潤滑性のある金属であり、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等である。
【００１８】
保持器は、母材上に、前記複合層に用いる金属と同種材質の下地めっきが施され、この下地めっき上に前記複合層が形成されているものであってもよい。このように、下地めっきを施すことによって、複合層の母材への密着性の向上を図ることができる。
【００１９】
保持器の母材を高強度低比重部材にて構成するのが好ましい。ここで、高強度低比重部材とは、アルミニウム合金、チタン、セラミックス等の比強度（低比重かつ高材料強度）の高い材質である。
【００２０】
前記転がり軸受としてはロケットエンジン用ターボポンプに使用するのが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の転がり軸受における保持器は、フッ素系樹脂層が優れた滑り性を発揮することができ、保持器母材によって、保持器としての強度を確保できる。また、保持器の表層のフッ素系樹脂層に摩耗が進展したり、剥離が発生したりしても、樹脂含浸層や粒子分散層が優れた滑り性を発揮することができ、しかも、保持器の樹脂含浸層や粒子分散層にて保持器母材を有効に保護することができる。さらには、保持器においては、アンカー効果によりフッ素系樹脂層の密着性が向上し、摺動時(回転時)における信頼性を向上させること、つまり、相手側部材に対する攻撃性の低減を図ることがきる。ここで、相手側部材に対する攻撃性とは、相手側部材に対する摩耗性や損傷性等である。
【００２２】
このように、本発明の転がり軸受は、保持器が自己潤滑性を優れ、運転時に液体水素中や液体酸素中といった極低温環境下で、高速回転で使用されるロケットエンジン用ターボポンプ用に最適となる。
【００２３】
樹脂含浸層の多孔質部材は溶射にて構成でき、また、粒子分散層はフッ素樹脂粒子が分散した金属めっき層にて構成できるので、これらの形成には、既存の設備をそのまま使用でき、低コストを図ることができる。また、フッ素系樹脂層のフッ素系樹脂を樹脂含浸層や粒子分散層のフッ素系樹脂含有率を超えたものとすることによって、より安定した滑り性を発揮することができる。
【００２４】
複合層に用いる金属を軟金属とすることによって、樹脂含浸層や粒子分散層における相手部材側との接触時の信頼性を向上させることができる。
【００２５】
下地めっきを施すことによって、複合層の母材への密着性の向上を図ることができ、転がり軸受として、長期にわたって安定した機能を発揮することができる。
【００２６】
保持器の母材を高強度低比重部材にて構成することによって、保持器は、高強度でかつ軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態を示す転がり軸受の断面図である。
【図２】保持器の要部拡大断面図である。
【図３】他の保持器の要部拡大断面図である。
【図４】保持器の要部拡大簡略断面図である。
【図５】保持器と転動体との関係を示し、（ａ）は回転初期段階の要部拡大簡略図であり、（ｂ）は転動体に固体潤滑剤が移着した状態の要部拡大簡略図であり、（ｃ）はフッ素系樹脂層の一部が剥離した状態を示す要部拡大簡略図である。
【図６】ロケットエンジン用ターボポンプを示す簡略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図６は、本発明に係る転がり軸受（アンギュラ軸受１）を組み込んだ液体ロケットエンジンのターボポンプを示す。本実施の形態におけるターボポンプは、液体水素／液体酸素２段燃焼式ロケットエンジンの液体酸素側を圧縮するものである。ターボポンプは大きく分けると、タービン室２９、主ポンプ室３０およびプリバーナポンプ室３１から構成される。なお、図示は省略するが、液体水素／液体酸素２段燃焼式ロケットエンジンは、液体水素側を圧縮する同様のターボポンプも備えている。
【００２９】
遠心型ポンプとしての役割を有する主ポンプ室３０には、案内羽根３８および羽根車３９を備えており、これらが回転する軸を、その軸に対向するように配置される部材に対して回転自在に支持するアンギュラ玉軸受１が備えられている。液体酸素は、主ポンプ入口３６から主ポンプ室３０の内部に流入し、インデューサ３７を経て案内羽根３８および羽根車３９に達する。そして、案内羽根３８および羽根車３９の回転による遠心力により、流入した液体酸素は圧縮され、主ポンプ出口４０からいったんターボポンプの外部へ流出する。
【００３０】
主ポンプ出口４０からターボポンプの外部へ流出した液体酸素は、ガス入口３２からタービン室２９およびプリバーナポンプ室３１の内部へ流入する。タービン室２９においては、ガス入口３２からガス出口３３へ流れるプリバーナからの一次燃焼ガスによりタービン動翼３４が駆動され、約１８０００min-1の高速回転に達する。その回転はタービン軸３５により各アンギュラ玉軸受１に伝達されるが、そのｄｎ値は最大８２万である。なお、液体水素側を圧縮するターボポンプのアンギュラ玉軸受１のｄｎ値は、最大１７２万の超高速回転になる。また、プリバーナポンプ室３１側のアンギュラ玉軸受１には、プリバーナポンプ入口４１から液体酸素が流入する。つまり、これらのアンギュラ玉軸受１は、−１８３℃の極低温環境に曝されている。なお、液体水素側を圧縮するターボポンプのアンギュラ玉軸受１は、−２５３℃の極低温環境に曝される。
【００３１】
アンギュラ玉軸受（転がり軸受）１は、図１に示すように、外周面に軌道面２ａが形成された内輪２と、内周面に軌道面３ａが形成された外輪３と、この内輪２の軌道面２ａと外輪３の軌道面３ａとの間に介装される転動体４と、この転動体４を保持する保持器５とを備えている。この転動体４としてボール４Ａが用いられる。
【００３２】
ところで、アンギュラ玉軸受１は、転動体４と内輪２・外輪３との接触点を結ぶ直線が、ある角度を持っているものであり、ラジアル荷重と一方のアキシアル荷重を負荷することができる。また、ラジアル荷重が作用すると、アキシアル分力が生じる。このため、図５に示すように、２個を対向させて用いている。
【００３３】
内輪２、外輪３、及びボール４Ａは、通常の軸受材料を使用することができ、例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼を用いることができる。なお、ボール４Ａとしては、セラミックスボールであってもよい。セラミックスを使用する場合、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、炭化珪素（ＳＩＣ）、アルミナ（ＡＩ2Ｏ3）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、サイアロン等が挙げられる。
【００３４】
保持器５は短円筒形状体であって、その周壁に、周方向に沿って所定ピッチでポケット６が形成され、各ポケット６に前記ボール４Ａが保持されている。この場合、外輪３で保持器５を案内する外輪案内タイプである。
【００３５】
保持器５は、図２に示すように、保持器本体（保持器母材）７と、この保持器母材７を被覆する複合層８とからなる。保持器母材７はアルミニウム合金、チタン、セラミック等の比強度（密度あたり引っ張り強さ）の高い材質からなる。ここで、比強度の高い材質とは、低比重かつ高材料強度の材質（高強度低比重部材の材質）である。具体的には、高速回転によるフープ応力に耐えるため、９０kＮ・ｍ／ｋｇ程度以上であり、銅材よりも比強度が高い。
【００３６】
複合層８は、多孔質部材９にフッ素系樹脂が含浸されてなる樹脂含浸層１０と、この樹脂含浸層１０を被覆して表層を構成するフッ素系樹脂層１１とを備えたものである。多孔質部材９を軟金属（軟質金属）から構成できる。ここで、軟金属（軟質金属）とは、軸受鋼のような硬質金属と接触しても相手材を傷つけ難く、自己潤滑性のある金属であり、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等である。気孔径および気孔率が小さすぎると樹脂含浸層の潤滑性が低下し、大きすぎると母材との密着性が低下するため、その気孔径は、例えば、０．０００１ｍｍ〜０．１ｍｍ程度とされ、気孔率は、例えば、５％〜７０％とされる。また、フッ素系樹脂層１１のフッ素系樹脂は、樹脂含浸層１０のフッ素系樹脂の内部含有率を越えている。
【００３７】
多孔質部材９としては例えば溶射によって形成することができる。具体的には、前記軟質金属の粉末をその融点付近まで温度を高めて母材７に吹き付ける。そして、多孔質部材９を形成後は、真空含浸法等によって、この多孔質部材９の気孔にフッ素系樹脂を含浸させるとともに、多孔質部材９に対する表層として、フッ素系樹脂層１１を形成することができる。フッ素系樹脂は、分子中にフッ素原子を含んで構成されるものである。例えば、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、ビニリデンフルオライド、ビニルフルオライド等の重合体又は共重合体が用いられる。これらはエチレン、プロピレン、塩化ビニリデン、パーフルオロアルキルビニルエーテル等のビニル系モノマーとの共重合体として用いることもできる。これらの中でポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオライドが好ましく、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体である。特に、本発明においては、優れた個体潤滑性を発揮するものを採用することができ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が最適である。
【００３８】
このような複合層８を母材７の表面に直接的に形成してもよいが、図２に示すように、母材７の表面に下地めっき１２を施すようにするのが好ましい。下地めっき１２は、多孔質部材９、つまり溶射金属と同じ材質が好ましい。下地めっき１２を施す場合、電気めっき、無電解めっき、溶融めっき等の種々のめっき法を採用することができる。
【００３９】
このように構成された複合層８の肉厚(厚さ寸法)は、複合層の摩耗による保持器母材の露出、複合層のはく離を抑えるため、例えば、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度とされる。樹脂含浸層１０とフッ素系樹脂層１１の肉厚は、それぞれの合計が複合層８の肉厚に収まるように施され、転動体への樹脂の移着性および耐摩耗性を考慮して、樹脂含浸層１０の肉厚は、例えば、０．０２ｍｍ〜０．４ｍｍ程度とされ、フッ素系樹脂層１１の肉厚は、例えば、０．０２ｍｍ〜０．４ｍｍ程度とされる。また、下地めっき１２の肉厚は、例えば、０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度とされる。
【００４０】
ところで、複合層８は、保持器５の母材７の表面全体を被覆するものであってもよいが、図４に示すように、少なくとも、母材表面のうち転動体対応面１５および案内面対応面（母材外径面）１６を被覆するものであってもよい。すなわち、転動体対応面１５を被覆する複合層８表層が、転動体４が転動する転動体摺動面（ポケット６の内面６ａ）となり、案内面対応面１６を被覆する複合層８表層が外輪３の内径面に対向する保持器外径面１４である。
【００４１】
次に図３では、複合層８が、金属マトリクス１８内にフッ素樹脂粒子１９を分散させてなる粒子分散層２０と、粒子分散層２０を被覆して表層を構成するフッ素系樹脂層１１とからなる。すなわち、粒子分散層２０は、金属マトリクス複合材料（MMC）である。ここで、金属マトリクス複合材料は、金属を母相とする複合材料で、強化材の形態や強化メカニズムの相違から粒子強化分散型と繊維強化型に大別される。前者は、金属マトリクス内にセラミックス粒子などを分散させ、金属の変形抵抗を向上させたもので、異方性がない。後者は、強化した繊維が並んでいる方向には強く異方性が強い。比強度や比剛性に優れているなどの長所を持つ。従って、この図３に示す粒子分散層２０は、この前者の粒子強化分散型の金属マトリクス複合材料である。
【００４２】
金属マトリクス１８は、前記多孔質部材９と同様、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等の軟金属（軟質金属）からなる。なお、フッ素樹脂粒子１９の粒径が小さすぎると粒子分散層の潤滑性が低下し、大きすぎると母材との密着性が低下するため、例えば粒径は、０．０００１ｍｍ〜０．１ｍｍ程度とされる。この場合も、母材７に表面に下地めっき１２を施している。また、フッ素系樹脂層１１のフッ素系樹脂は、粒子分散層２０のフッ素系樹脂の内部含有率を越えている。
【００４３】
次に図３に示す複合層８を形成する方法を説明する。まず、母材７表面に下地めっき１２を施す。その後、フッ素樹脂粒子１９が分散した分散液にこの母材７を浸漬させ、無電解めっきもしくは電解めっき（電気めっき）により複合層８を形成するものである。この場合の分散液は、例えば銅がイオン状態となっているめっき液（硝酸銅等）である。このため、このめっき液に母材７を浸漬すると、銅粒子がフッ素樹脂粒子１９を取り込んだ形で母材７上にめっき１２を介して析出する。従って、フッ素樹脂粒子１９が分散してなる粒子分散層２０と、この粒子分散層２０を被覆するフッ素系樹脂層１１が形成される。
【００４４】
このように構成された複合層８の肉厚(厚さ寸法)は、複合層の摩耗による保持器母材の露出、複合層のはく離を抑えるため、例えば、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度とされる。また、粒子分散層２０とフッ素系樹脂層１１の肉厚は、それぞれの合計が複合層８の肉厚に収まるように施され、転動体への樹脂の移着性および耐摩耗性を考慮して、粒子分散層２０の肉厚は、例えば、０．０２ｍｍ〜０．４ｍｍ程度とされ、フッ素系樹脂層１１の肉厚は、例えば、０．０２ｍｍ〜０．４ｍｍ程度とされる。また、下地めっき１２の肉厚は、例えば、０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度とされる。
【００４５】
ところで、この図３に示す複合層８であっても、保持器５の母材７の表面全体を被覆するものであってもよいが、図４に示すように、少なくとも、母材表面のうち転動体対応面１５および案内面対応面１６を被覆するものであってもよい。
【００４６】
図３に示すように複合層８が形成されたものでは、初期段階においては、図５（ａ）に示すように、転動体４がフッ素系樹脂層１１に対して転動することになる。そして、転動体４の転動によって、図５（ｂ）に示すように、転動体４の表面にフッ素系樹脂層１１のフッ素系樹脂（個体潤滑剤）が移着される。さらには、転動体４の転動によって、図５（ｃ）に示すように、フッ素系樹脂層１１に摩耗が進展したり、剥離が発生したりすることがある。しかしながら、このように剥離等が発生しても、滑り性にある粒子分散層２０で母材７表面を保護することができる。なお、この作用効果について、図３に示す複合層８において説明したが、図２に示す複合層８であっても、同様の作用効果を奏する。
【００４７】
このように、本発明の転がり軸受は、フッ素系樹脂層１１が優れた滑り性を発揮することができ、保持器母材７によって、保持器としての強度を確保できる。また、表層のフッ素系樹脂層１１に摩耗が進展したり、剥離が発生したりしても、樹脂含浸層１０や粒子分散層２０が優れた滑り性を発揮することができ、しかも、樹脂含浸層１０や粒子分散層２０にて保持器母材７を有効に保護することができる。
【００４８】
ところで、接着面の微細な凹凸に接着剤が入り込んで硬化することで接着力が高まる効果（アンカー効果）がある。本発明における複合層８は、樹脂含浸層１０や粒子分散層２０のフッ素系樹脂層側の面が、微細な凹凸を有する前記接着面に対応することになり、このアンカー効果を生じる。このため、複合層におけるフッ素系樹脂層１１はアンカー効果により優れた密着性を発揮することになる。なお、アンカー効果を、投錨効果やファスナー効果と呼ぶこともある。
【００４９】
樹脂含浸層１０の多孔質部材９は溶射にて構成でき、また、粒子分散層２０はフッ素樹脂粒子が分散した金属めっき層にて構成できるので、これらの形成には、既存の設備をそのまま使用でき、低コストを図ることができる。また、フッ素系樹脂層１１のフッ素系樹脂を樹脂含浸層１０や粒子分散層２０のフッ素系樹脂含有率を超えたものとすることによって、より安定した滑り性を発揮することができる。
【００５０】
複合層８に用いる金属を軟金属とすることによって、樹脂含浸層１０や粒子分散層２０における相手部材側との接触時の信頼性を向上させることができる。下地めっき１２を施すことによって、複合層８の母材８への密着性の向上を図ることができ、転がり軸受として、長期にわたって安定した機能を発揮することができる。保持器５の母材７を高強度低比重部材にて構成することによって、保持器５は、高強度でかつ軽量化を図ることができる。
【００５１】
このように、本発明の転がり軸受は、保持器５が自己潤滑性に優れ、運転時に液体水素中や液体酸素中といった極低温環境下で、高速回転で使用されるロケットエンジン用ターボポンプ用に最適となる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、ボール４Ａを保持するためのポケット６の数として、その数は任意に増減できる。また、前記実施形態では、外輪３で保持器５を案内する外輪案内タイプであったが、内輪２で保持器５を案内する内輪案内タイプであってもよい。このように、内輪案内タイプでは、複合層８にて、少なくとも、母材表面のうち転動体摺動面対応面１５および母材内径面１７（図４参照）を被覆するようにすればよい。もちろん、内輪案内タイプであっても、複合層８にて母材７表面全体を被覆するものであってもよい。また、軸受として、転動体にころを用いたころ軸受であってもよい。
【符号の説明】
【００５３】
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体
５ 保持器
６ ポケット
７ 保持器母材
８ 複合層
９ 多孔質部材
１０ 樹脂含浸層
１１ フッ素系樹脂層
１５ 転動体対応面
１６ 案内面対応面
１８ 金属マトリクス
１９ フッ素樹脂粒子
２０ 粒子分散層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受に関し、特に、運転時に液体水素中や液体酸素中といった極低温環境下で使用されるロケットエンジンターボポンプ用の転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロケットエンジンターボポンプ用軸受は、運転時に液体水素中、液体酸素中といった極低温環境下で使用される。すなわち、液体酸素中では−１８３℃の極低温環境に曝され、液体水素中では−２５３℃の極低温環境に曝される。このため、軸受潤滑方法にオイル潤滑、グリース潤滑を使用することはできず、一般的には固体潤滑方法が採用される。
【０００３】
この固体潤滑方法としては、保持器に対して固体潤滑剤（フッ素系樹脂）を付与し、軸受回転時にこの固体潤滑剤を転動体へ移着させる方法がある。
【０００４】
また、ロケットエンジンターボポンプ用軸受は、ｄｎ値（内輪内径ｍｍ×内輪回転数min-1）が１６０万を越える高速回転で使用される場合がある。このため、保持器にはフープ応力が働くため、強度確保が必要になる（または保持器材料の比重低減）。
【０００５】
そのため、従来には、保持器をガラス繊維強化ＰＴＦＥ複合材料にて構成したものがある（特許文献１）。ガラス繊維強化ＰＴＦＥ複合材料は、ガラス織布に自己潤滑性を有するＰＴＦＥを含浸して形成したものである。すなわち、保持器表面のフッ素系樹脂で固体潤滑性を確保し、保持器強度をガラス織布にて確保する構造としている。
【０００６】
また、従来には、アルミニウム合金等からなる保持器母材（保持器本体）と、この保持器本体を被覆する固体潤滑膜とで構成したものがある（特許文献２）。すなわち、固体潤滑膜（コーティング材）で固体潤滑性を確保し、保持器強度を母材のアルミニウム合金にて確保する構造としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平２−２０８５４号公報
【特許文献２】特開２００６−２２０２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記したように、ロケットエンジンターボポンプ用軸受は高速回転で使用される。このため、前記特許文献１や特許文献２等のように、保持器表面にフッ素系樹脂部（層）を設けたとしても、転動体摺動面および案内面が、軸受相手材（内輪もしくは外輪の保持器案内面、転動体）との間で摺動する。このため、フッ素系樹脂層の摩耗の進展や剥離の懸念がある。摩耗の進展や剥離が発生した場合、ガラス織布部あるいはアルミニウム合金母材表面が露出してしまい、軸受相手材との間で接触が生じ、より軸受の信頼性を上げる必要がある。
【０００９】
そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、運転時に液体水素中や液体酸素中といった極低温環境下で使用されても、軸受として安定した機能を発揮して信頼性の向上を達成できる転がり軸受を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に介装される転動体と、転動体を保持する保持器とを備えた転がり軸受において、保持器の母材表面における少なくとも転動体対応面および案内面対応面に複合層が形成され、複合層は、多孔質部材にフッ素系樹脂が含浸されてなる樹脂含浸層と、この樹脂含浸層を被覆して表層を構成するフッ素系樹脂層とを備えているものである。フッ素系樹脂とは、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のように分子中にフッ素原子を含んで構成されるものである。
【００１１】
本発明の第２の転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に介装される転動体と、転動体を保持する保持器とを備えた転がり軸受において、保持器の母材表面における少なくとも転動体対応面および案内面対応面に複合層が形成され、複合層は、金属マトリクス内にフッ素樹脂粒子を分散させてなる粒子分散層と、粒子分散層を被覆して表層を構成するフッ素系樹脂層とを備えているものである。
【００１２】
本発明の第１及び第２の転がり軸受によれば、保持器において、少なくとも転動体摺動面および案内面は、表層がフッ素系樹脂層である複合層にて被覆されている。フッ素系樹脂は、自己潤滑性に優れ、優れた滑り性を発揮することができる。また、保持器母材によって、保持器としての強度を確保できる。
【００１３】
しかも、複合層において、表層のフッ素系樹脂層に摩耗が進展したり、剥離が発生したりしても、第１の転がり軸受では、複合層の樹脂含浸層も自己潤滑性を有し、優れた滑り性を発揮することができ、第２の転がり軸受では、複合層の粒子分散層も自己潤滑性を有し、優れた滑り性を発揮することができる。すなわち、表層に剥離等が発生しても、複合層の樹脂含浸層や粒子分散層にて、滑り性を発揮でき、しかも保持器母材を保護することができる。
【００１４】
ところで、接着面の微細な凹凸に接着剤が入り込んで硬化することで接着力が高まる効果（アンカー効果）がある。本発明における複合層は、樹脂含浸層や粒子分散層におけるフッ素系樹脂層側の面が、微細な凹凸を有する前記接着面と呼ぶことができ、このアンカー効果を生じる。このため、複合層におけるフッ素系樹脂層はアンカー効果により優れた密着性を発揮することになる。なお、アンカー効果を、投錨効果やファスナー効果と呼ぶこともある。
【００１５】
第１の転がり軸受においては、樹脂含浸層の多孔質部材を溶射によって形成することができる。溶射とは、コーティング材料を、加熱により溶融もしくは軟化させ、微粒子状にして加速し被覆対象物表面に衝突させて、偏平に潰れた粒子を凝固・堆積させることにより皮膜を形成するコーティング方法である。フッ素系樹脂層のフッ素系樹脂は、樹脂含浸層のフッ素系樹脂の内部含有率を越えているのが好ましい。
【００１６】
第２の転がり軸受においては、粒子分散層はフッ素樹脂粒子が分散した金属めっき層にて構成できる。フッ素系樹脂層のフッ素系樹脂は、粒子分散層のフッ素系樹脂の内部含有率を越えているのが好ましい。
【００１７】
複合層に用いる金属を軟金属（軟質金属）とすることができる。ここで、軟金属とは軸受鋼のような硬質金属と接触しても相手材を傷つけ難く、自己潤滑性のある金属であり、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等である。
【００１８】
保持器は、母材上に、前記複合層に用いる金属と同種材質の下地めっきが施され、この下地めっき上に前記複合層が形成されているものであってもよい。このように、下地めっきを施すことによって、複合層の母材への密着性の向上を図ることができる。
【００１９】
保持器の母材を高強度低比重部材にて構成するのが好ましい。ここで、高強度低比重部材とは、アルミニウム合金、チタン、セラミックス等の比強度（低比重かつ高材料強度）の高い材質である。
【００２０】
前記転がり軸受としてはロケットエンジン用ターボポンプに使用するのが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の転がり軸受における保持器は、フッ素系樹脂層が優れた滑り性を発揮することができ、保持器母材によって、保持器としての強度を確保できる。また、保持器の表層のフッ素系樹脂層に摩耗が進展したり、剥離が発生したりしても、樹脂含浸層や粒子分散層が優れた滑り性を発揮することができ、しかも、保持器の樹脂含浸層や粒子分散層にて保持器母材を有効に保護することができる。さらには、保持器においては、アンカー効果によりフッ素系樹脂層の密着性が向上し、摺動時(回転時)における信頼性を向上させること、つまり、相手側部材に対する攻撃性の低減を図ることがきる。ここで、相手側部材に対する攻撃性とは、相手側部材に対する摩耗性や損傷性等である。
【００２２】
このように、本発明の転がり軸受は、保持器が自己潤滑性を優れ、運転時に液体水素中や液体酸素中といった極低温環境下で、高速回転で使用されるロケットエンジン用ターボポンプ用に最適となる。
【００２３】
樹脂含浸層の多孔質部材は溶射にて構成でき、また、粒子分散層はフッ素樹脂粒子が分散した金属めっき層にて構成できるので、これらの形成には、既存の設備をそのまま使用でき、低コストを図ることができる。また、フッ素系樹脂層のフッ素系樹脂を樹脂含浸層や粒子分散層のフッ素系樹脂含有率を超えたものとすることによって、より安定した滑り性を発揮することができる。
【００２４】
複合層に用いる金属を軟金属とすることによって、樹脂含浸層や粒子分散層における相手部材側との接触時の信頼性を向上させることができる。
【００２５】
下地めっきを施すことによって、複合層の母材への密着性の向上を図ることができ、転がり軸受として、長期にわたって安定した機能を発揮することができる。
【００２６】
保持器の母材を高強度低比重部材にて構成することによって、保持器は、高強度でかつ軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態を示す転がり軸受の断面図である。
【図２】保持器の要部拡大断面図である。
【図３】他の保持器の要部拡大断面図である。
【図４】保持器の要部拡大簡略断面図である。
【図５】保持器と転動体との関係を示し、（ａ）は回転初期段階の要部拡大簡略図であり、（ｂ）は転動体に固体潤滑剤が移着した状態の要部拡大簡略図であり、（ｃ）はフッ素系樹脂層の一部が剥離した状態を示す要部拡大簡略図である。
【図６】ロケットエンジン用ターボポンプを示す簡略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図６は、本発明に係る転がり軸受（アンギュラ軸受１）を組み込んだ液体ロケットエンジンのターボポンプを示す。本実施の形態におけるターボポンプは、液体水素／液体酸素２段燃焼式ロケットエンジンの液体酸素側を圧縮するものである。ターボポンプは大きく分けると、タービン室２９、主ポンプ室３０およびプリバーナポンプ室３１から構成される。なお、図示は省略するが、液体水素／液体酸素２段燃焼式ロケットエンジンは、液体水素側を圧縮する同様のターボポンプも備えている。
【００２９】
遠心型ポンプとしての役割を有する主ポンプ室３０には、案内羽根３８および羽根車３９を備えており、これらが回転する軸を、その軸に対向するように配置される部材に対して回転自在に支持するアンギュラ玉軸受１が備えられている。液体酸素は、主ポンプ入口３６から主ポンプ室３０の内部に流入し、インデューサ３７を経て案内羽根３８および羽根車３９に達する。そして、案内羽根３８および羽根車３９の回転による遠心力により、流入した液体酸素は圧縮され、主ポンプ出口４０からいったんターボポンプの外部へ流出する。
【００３０】
主ポンプ出口４０からターボポンプの外部へ流出した液体酸素は、ガス入口３２からタービン室２９およびプリバーナポンプ室３１の内部へ流入する。タービン室２９においては、ガス入口３２からガス出口３３へ流れるプリバーナからの一次燃焼ガスによりタービン動翼３４が駆動され、約１８０００min-1の高速回転に達する。その回転はタービン軸３５により各アンギュラ玉軸受１に伝達されるが、そのｄｎ値は最大８２万である。なお、液体水素側を圧縮するターボポンプのアンギュラ玉軸受１のｄｎ値は、最大１７２万の超高速回転になる。また、プリバーナポンプ室３１側のアンギュラ玉軸受１には、プリバーナポンプ入口４１から液体酸素が流入する。つまり、これらのアンギュラ玉軸受１は、−１８３℃の極低温環境に曝されている。なお、液体水素側を圧縮するターボポンプのアンギュラ玉軸受１は、−２５３℃の極低温環境に曝される。
【００３１】
アンギュラ玉軸受（転がり軸受）１は、図１に示すように、外周面に軌道面２ａが形成された内輪２と、内周面に軌道面３ａが形成された外輪３と、この内輪２の軌道面２ａと外輪３の軌道面３ａとの間に介装される転動体４と、この転動体４を保持する保持器５とを備えている。この転動体４としてボール４Ａが用いられる。
【００３２】
ところで、アンギュラ玉軸受１は、転動体４と内輪２・外輪３との接触点を結ぶ直線が、ある角度を持っているものであり、ラジアル荷重と一方のアキシアル荷重を負荷することができる。また、ラジアル荷重が作用すると、アキシアル分力が生じる。このため、図５に示すように、２個を対向させて用いている。
【００３３】
内輪２、外輪３、及びボール４Ａは、通常の軸受材料を使用することができ、例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼を用いることができる。なお、ボール４Ａとしては、セラミックスボールであってもよい。セラミックスを使用する場合、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、炭化珪素（ＳＩＣ）、アルミナ（ＡＩ2Ｏ3）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、サイアロン等が挙げられる。
【００３４】
保持器５は短円筒形状体であって、その周壁に、周方向に沿って所定ピッチでポケット６が形成され、各ポケット６に前記ボール４Ａが保持されている。この場合、外輪３で保持器５を案内する外輪案内タイプである。
【００３５】
保持器５は、図２に示すように、保持器本体（保持器母材）７と、この保持器母材７を被覆する複合層８とからなる。保持器母材７はアルミニウム合金、チタン、セラミック等の比強度（密度あたり引っ張り強さ）の高い材質からなる。ここで、比強度の高い材質とは、低比重かつ高材料強度の材質（高強度低比重部材の材質）である。具体的には、高速回転によるフープ応力に耐えるため、９０kＮ・ｍ／ｋｇ程度以上であり、銅材よりも比強度が高い。
【００３６】
複合層８は、多孔質部材９にフッ素系樹脂が含浸されてなる樹脂含浸層１０と、この樹脂含浸層１０を被覆して表層を構成するフッ素系樹脂層１１とを備えたものである。多孔質部材９を軟金属（軟質金属）から構成できる。ここで、軟金属（軟質金属）とは、軸受鋼のような硬質金属と接触しても相手材を傷つけ難く、自己潤滑性のある金属であり、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等である。気孔径および気孔率が小さすぎると樹脂含浸層の潤滑性が低下し、大きすぎると母材との密着性が低下するため、その気孔径は、例えば、０．０００１ｍｍ〜０．１ｍｍ程度とされ、気孔率は、例えば、５％〜７０％とされる。また、フッ素系樹脂層１１のフッ素系樹脂は、樹脂含浸層１０のフッ素系樹脂の内部含有率を越えている。
【００３７】
多孔質部材９としては例えば溶射によって形成することができる。具体的には、前記軟質金属の粉末をその融点付近まで温度を高めて母材７に吹き付ける。そして、多孔質部材９を形成後は、真空含浸法等によって、この多孔質部材９の気孔にフッ素系樹脂を含浸させるとともに、多孔質部材９に対する表層として、フッ素系樹脂層１１を形成することができる。フッ素系樹脂は、分子中にフッ素原子を含んで構成されるものである。例えば、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、ビニリデンフルオライド、ビニルフルオライド等の重合体又は共重合体が用いられる。これらはエチレン、プロピレン、塩化ビニリデン、パーフルオロアルキルビニルエーテル等のビニル系モノマーとの共重合体として用いることもできる。これらの中でポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオライドが好ましく、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体である。特に、本発明においては、優れた個体潤滑性を発揮するものを採用することができ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が最適である。
【００３８】
このような複合層８を母材７の表面に直接的に形成してもよいが、図２に示すように、母材７の表面に下地めっき１２を施すようにするのが好ましい。下地めっき１２は、多孔質部材９、つまり溶射金属と同じ材質が好ましい。下地めっき１２を施す場合、電気めっき、無電解めっき、溶融めっき等の種々のめっき法を採用することができる。
【００３９】
このように構成された複合層８の肉厚(厚さ寸法)は、複合層の摩耗による保持器母材の露出、複合層のはく離を抑えるため、例えば、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度とされる。樹脂含浸層１０とフッ素系樹脂層１１の肉厚は、それぞれの合計が複合層８の肉厚に収まるように施され、転動体への樹脂の移着性および耐摩耗性を考慮して、樹脂含浸層１０の肉厚は、例えば、０．０２ｍｍ〜０．４ｍｍ程度とされ、フッ素系樹脂層１１の肉厚は、例えば、０．０２ｍｍ〜０．４ｍｍ程度とされる。また、下地めっき１２の肉厚は、例えば、０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度とされる。
【００４０】
ところで、複合層８は、保持器５の母材７の表面全体を被覆するものであってもよいが、図４に示すように、少なくとも、母材表面のうち転動体対応面１５および案内面対応面（母材外径面）１６を被覆するものであってもよい。すなわち、転動体対応面１５を被覆する複合層８表層が、転動体４が転動する転動体摺動面（ポケット６の内面６ａ）となり、案内面対応面１６を被覆する複合層８表層が外輪３の内径面に対向する保持器外径面１４である。
【００４１】
次に図３では、複合層８が、金属マトリクス１８内にフッ素樹脂粒子１９を分散させてなる粒子分散層２０と、粒子分散層２０を被覆して表層を構成するフッ素系樹脂層１１とからなる。すなわち、粒子分散層２０は、金属マトリクス複合材料（MMC）である。ここで、金属マトリクス複合材料は、金属を母相とする複合材料で、強化材の形態や強化メカニズムの相違から粒子強化分散型と繊維強化型に大別される。前者は、金属マトリクス内にセラミックス粒子などを分散させ、金属の変形抵抗を向上させたもので、異方性がない。後者は、強化した繊維が並んでいる方向には強く異方性が強い。比強度や比剛性に優れているなどの長所を持つ。従って、この図３に示す粒子分散層２０は、この前者の粒子強化分散型の金属マトリクス複合材料である。
【００４２】
金属マトリクス１８は、前記多孔質部材９と同様、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等の軟金属（軟質金属）からなる。なお、フッ素樹脂粒子１９の粒径が小さすぎると粒子分散層の潤滑性が低下し、大きすぎると母材との密着性が低下するため、例えば粒径は、０．０００１ｍｍ〜０．１ｍｍ程度とされる。この場合も、母材７に表面に下地めっき１２を施している。また、フッ素系樹脂層１１のフッ素系樹脂は、粒子分散層２０のフッ素系樹脂の内部含有率を越えている。
【００４３】
次に図３に示す複合層８を形成する方法を説明する。まず、母材７表面に下地めっき１２を施す。その後、フッ素樹脂粒子１９が分散した分散液にこの母材７を浸漬させ、無電解めっきもしくは電解めっき（電気めっき）により複合層８を形成するものである。この場合の分散液は、例えば銅がイオン状態となっているめっき液（硝酸銅等）である。このため、このめっき液に母材７を浸漬すると、銅粒子がフッ素樹脂粒子１９を取り込んだ形で母材７上にめっき１２を介して析出する。従って、フッ素樹脂粒子１９が分散してなる粒子分散層２０と、この粒子分散層２０を被覆するフッ素系樹脂層１１が形成される。
【００４４】
このように構成された複合層８の肉厚(厚さ寸法)は、複合層の摩耗による保持器母材の露出、複合層のはく離を抑えるため、例えば、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度とされる。また、粒子分散層２０とフッ素系樹脂層１１の肉厚は、それぞれの合計が複合層８の肉厚に収まるように施され、転動体への樹脂の移着性および耐摩耗性を考慮して、粒子分散層２０の肉厚は、例えば、０．０２ｍｍ〜０．４ｍｍ程度とされ、フッ素系樹脂層１１の肉厚は、例えば、０．０２ｍｍ〜０．４ｍｍ程度とされる。また、下地めっき１２の肉厚は、例えば、０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度とされる。
【００４５】
ところで、この図３に示す複合層８であっても、保持器５の母材７の表面全体を被覆するものであってもよいが、図４に示すように、少なくとも、母材表面のうち転動体対応面１５および案内面対応面１６を被覆するものであってもよい。
【００４６】
図３に示すように複合層８が形成されたものでは、初期段階においては、図５（ａ）に示すように、転動体４がフッ素系樹脂層１１に対して転動することになる。そして、転動体４の転動によって、図５（ｂ）に示すように、転動体４の表面にフッ素系樹脂層１１のフッ素系樹脂（個体潤滑剤）が移着される。さらには、転動体４の転動によって、図５（ｃ）に示すように、フッ素系樹脂層１１に摩耗が進展したり、剥離が発生したりすることがある。しかしながら、このように剥離等が発生しても、滑り性にある粒子分散層２０で母材７表面を保護することができる。なお、この作用効果について、図３に示す複合層８において説明したが、図２に示す複合層８であっても、同様の作用効果を奏する。
【００４７】
このように、本発明の転がり軸受は、フッ素系樹脂層１１が優れた滑り性を発揮することができ、保持器母材７によって、保持器としての強度を確保できる。また、表層のフッ素系樹脂層１１に摩耗が進展したり、剥離が発生したりしても、樹脂含浸層１０や粒子分散層２０が優れた滑り性を発揮することができ、しかも、樹脂含浸層１０や粒子分散層２０にて保持器母材７を有効に保護することができる。
【００４８】
ところで、接着面の微細な凹凸に接着剤が入り込んで硬化することで接着力が高まる効果（アンカー効果）がある。本発明における複合層８は、樹脂含浸層１０や粒子分散層２０のフッ素系樹脂層側の面が、微細な凹凸を有する前記接着面に対応することになり、このアンカー効果を生じる。このため、複合層におけるフッ素系樹脂層１１はアンカー効果により優れた密着性を発揮することになる。なお、アンカー効果を、投錨効果やファスナー効果と呼ぶこともある。
【００４９】
樹脂含浸層１０の多孔質部材９は溶射にて構成でき、また、粒子分散層２０はフッ素樹脂粒子が分散した金属めっき層にて構成できるので、これらの形成には、既存の設備をそのまま使用でき、低コストを図ることができる。また、フッ素系樹脂層１１のフッ素系樹脂を樹脂含浸層１０や粒子分散層２０のフッ素系樹脂含有率を超えたものとすることによって、より安定した滑り性を発揮することができる。
【００５０】
複合層８に用いる金属を軟金属とすることによって、樹脂含浸層１０や粒子分散層２０における相手部材側との接触時の信頼性を向上させることができる。下地めっき１２を施すことによって、複合層８の母材８への密着性の向上を図ることができ、転がり軸受として、長期にわたって安定した機能を発揮することができる。保持器５の母材７を高強度低比重部材にて構成することによって、保持器５は、高強度でかつ軽量化を図ることができる。
【００５１】
このように、本発明の転がり軸受は、保持器５が自己潤滑性に優れ、運転時に液体水素中や液体酸素中といった極低温環境下で、高速回転で使用されるロケットエンジン用ターボポンプ用に最適となる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、ボール４Ａを保持するためのポケット６の数として、その数は任意に増減できる。また、前記実施形態では、外輪３で保持器５を案内する外輪案内タイプであったが、内輪２で保持器５を案内する内輪案内タイプであってもよい。このように、内輪案内タイプでは、複合層８にて、少なくとも、母材表面のうち転動体摺動面対応面１５および母材内径面１７（図４参照）を被覆するようにすればよい。もちろん、内輪案内タイプであっても、複合層８にて母材７表面全体を被覆するものであってもよい。また、軸受として、転動体にころを用いたころ軸受であってもよい。
【符号の説明】
【００５３】
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体
５ 保持器
６ ポケット
７ 保持器母材
８ 複合層
９ 多孔質部材
１０ 樹脂含浸層
１１ フッ素系樹脂層
１５ 転動体対応面
１６ 案内面対応面
１８ 金属マトリクス
１９ フッ素樹脂粒子
２０ 粒子分散層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に介装される転動体と、転動体を保持する保持器とを備えた転がり軸受において、
保持器の母材表面における少なくとも転動体対応面および案内面対応面に複合層が形成され、複合層は、多孔質部材にフッ素系樹脂が含浸されてなる樹脂含浸層と、この樹脂含浸層を被覆して表層を構成するフッ素系樹脂層とを備えていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記樹脂含浸層の多孔質部材は溶射によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記フッ素系樹脂層のフッ素系樹脂は、樹脂含浸層のフッ素系樹脂の内部含有率を越えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に介装される転動体と、転動体を保持する保持器とを備えた転がり軸受において、
保持器の母材表面における少なくとも転動体対応面および案内面対応面に複合層が形成され、複合層は、金属マトリクス内にフッ素樹脂粒子を分散させてなる粒子分散層と、粒子分散層を被覆して表層を構成するフッ素系樹脂層とを備えていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項５】
前記粒子分散層はフッ素樹脂粒子が分散した金属めっき層であることを特徴とする請求項４に記載の転がり軸受。
【請求項６】
前記フッ素系樹脂層のフッ素系樹脂は、粒子分散層のフッ素系樹脂の内部含有率を越えていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の転がり軸受。
【請求項７】
前記複合層に用いる金属を軟金属としたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項８】
保持器は、母材上に、前記複合層に用いる金属と同種材質の下地めっきが施され、この下地めっき上に前記複合層が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項９】
保持器の母材を高強度低比重部材にて構成したことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項１０】
ロケットエンジン用ターボポンプに使用することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項１】
内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に介装される転動体と、転動体を保持する保持器とを備えた転がり軸受において、
保持器の母材表面における少なくとも転動体対応面および案内面対応面に複合層が形成され、複合層は、多孔質部材にフッ素系樹脂が含浸されてなる樹脂含浸層と、この樹脂含浸層を被覆して表層を構成するフッ素系樹脂層とを備えていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記樹脂含浸層の多孔質部材は溶射によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記フッ素系樹脂層のフッ素系樹脂は、樹脂含浸層のフッ素系樹脂の内部含有率を越えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に介装される転動体と、転動体を保持する保持器とを備えた転がり軸受において、
保持器の母材表面における少なくとも転動体対応面および案内面対応面に複合層が形成され、複合層は、金属マトリクス内にフッ素樹脂粒子を分散させてなる粒子分散層と、粒子分散層を被覆して表層を構成するフッ素系樹脂層とを備えていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項５】
前記粒子分散層はフッ素樹脂粒子が分散した金属めっき層であることを特徴とする請求項４に記載の転がり軸受。
【請求項６】
前記フッ素系樹脂層のフッ素系樹脂は、粒子分散層のフッ素系樹脂の内部含有率を越えていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の転がり軸受。
【請求項７】
前記複合層に用いる金属を軟金属としたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項８】
保持器は、母材上に、前記複合層に用いる金属と同種材質の下地めっきが施され、この下地めっき上に前記複合層が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項９】
保持器の母材を高強度低比重部材にて構成したことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項１０】
ロケットエンジン用ターボポンプに使用することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−４７５５３（Ｐ２０１３−４７５５３Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８６３０６（Ｐ２０１１−１８６３０６）
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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