腐食環境

耐食セラミック、高耐食鋼を組合せた錆びないベアリング

高機能フィルム処理槽、洗浄槽などでは、強酸や混酸など腐食性の高い溶液中での回転を求められる場合があります。このため、一般的な高炭素クロム軸受鋼のベアリングよりも高い耐食性が必要になります。
ジェイテクトでは、ステンレス鋼でもSUS440よりも耐食性が優れる析出硬化系ステンレス鋼(SUS630)、高硬度高耐食ステンレス鋼などを用いたベアリングや、窒化けい素、炭化けい素での総セラミックベアリングを、耐食性ベアリングのラインナップとし、様々な腐食環境への対応を実現しています。

腐食環境性能データ

特殊鋼の耐食性能

表3-2 におもな腐食性溶液に対するEXSEV 軸受用特殊鋼の耐食性を示します。
ステンレス鋼ではSUS440C よりもSUS630 が耐食性に優れています。ただし酸・アルカリをはじめとする腐食性が強い溶液中や腐食によって生じるさびが溶液中に混入することを嫌う場合は特殊鋼材料を用いることができません。

表3-2 特殊鋼・保持器材料の耐食性

溶液 濃度 材質 濃度 保持器材料
マルテンサイト系
ステンレス鋼
SUS 440C
析出硬化系
ステンレス鋼
SUS 630
オーステナイト系
ステンレス鋼
SUS 304
高炭素クロム
軸受鋼
SUJ 2
ふっ素樹脂
FA
PEEK樹脂
PN
水道水 ×
塩酸 1% × 5%
10% × × × ×
硫酸 1% × 5%
10% ×
硝酸 20% × 25%
苛性ソーダ 5% 5%
海水 ×

温度 25℃
侵食度 :0.125 mm / 年以下 :0.125 ~ 0.5 mm / 年 :0.5 ~ 1.25 mm / 年 ×:1.25 mm / 年以上

セラミックスの耐食性能

表3-3 にセラミックスの耐食性を示します。セラミック軸受の標準材料に用いる窒化けい素は耐食性に優れた材料ですが、薬液の種類、温度など強い腐食条件下では腐食することがあります。
セラミックスの腐食には二つの形態があり、ひとつはセラミックスを焼成するときに用いるアルミナーイットリア系焼結助剤(Al2O3 - Y2O3)が腐食される場合で、この場合はスピネル系焼結助剤(MgAl2O4)を用いた耐食窒化けい素を用います。図3-7 に耐食窒化けい素を酸またはアルカリ溶液に一定時間浸漬したのちの質量減少率と曲げ強さ減少率を示します。
もうひとつの腐食形態は窒化けい素そのものが腐食される場合で、このような薬液中で用いる場合は、窒化けい素よりも耐食性に優れたジルコニア(ZrO2)や炭化けい素(SiC)が有効な場合があります。
強い腐食環境でセラミック軸受を選定する場合は、それぞれの環境条件に対して耐食性を検討する必要があります。

表3-3 各種セラミックスの耐食性

セラミックス
窒化けい素 (標準仕様) Si3N4 耐食窒化 けい素 Si3N4 ジルコニア ZrO2 炭化けい素 SiC
腐食性薬液 塩 酸
硝 酸
硫 酸
りん酸
ふっ酸 ×
水酸化ナトリウム
水酸化カリウム
炭酸ナトリウム
硝酸ナトリウム
水・塩水

:侵されない
:ほとんど侵されない
:わずかに侵される可能性がある
×:侵される可能性がある
注) 薬液の腐食性は、濃度、温度などの条件で大きく異なります。また薬液が混合されて使用するとき非常に強い腐食性を持つ場合があります。

  • 図3-7 耐食窒化けい素の耐食性能
  • 図3-7 耐食窒化けい素の耐食性能

図3-7 耐食窒化けい素の耐食性能

耐食用途に用いる軸受の寿命

耐食用途に用いる軸受とそのおもな用途を表3-4 に示します。

表3-4 代表的な耐食用EXSEV 軸受

おもな用途 軸受の材料構成
軌道輪 転動体
高耐食セラミック軸受 強酸、強アルカリ、腐食性ガス 炭化けい素 炭化けい素
耐食セラミック軸受 強酸、強アルカリ、反応性ガス 耐食窒化けい素 耐食窒化けい素
セラミック軸受 弱酸、アルカリ、反応性ガス 窒化けい素 窒化けい素
コロガードプロベアリング 塩水、弱酸、アルカリ、反応性ガス 高硬度高耐食ステンレス鋼 耐食窒化けい素
耐食組合せセラミック軸受 水、アルカリ、反応性ガス SUS630 窒化けい素

EXSEV 軸受を溶液中で運転する場合、溶液そのものが軸受の潤滑剤となるため軸受の寿命に大きく影響します。図3-8 に3種のEXSEV 軸受を水中で寿命評価した結果を示します。セラミック軸受は、軌道輪・玉の剥離で寿命に至りますが、組合せセラミック軸受はセラミック玉に 剥離や摩耗は発生せず、ステンレス鋼製軌道輪の微少な腐食に起因するとみられる摩耗で寿命に至っています。
水のように潤滑性が低い溶液中で軸受を運転する場合は、溶液中における腐食の度合いや軸受荷重と摩耗の関係などを把握しておくことが重要になります。
また、SUS440C はSUS630 よりも長寿命ですが、さびが流出して水を汚染する度合いが高く、水中での使用に適しているとはいえません。

セラミック軸受は溶液の種類、温度、荷重など使用条件によって早期に摩耗現象を生じることがあります。各種溶液中でセラミック軸受の使用を検討される場合はジェイテクトにご相談ください。

  • 図3-8 各種EXSEV 軸受の水中寿命比較
  • 試験条件
    軸受呼び番号: 6206 相当
    回転速度 : 1,500 min-1
    ラジアル荷重 :セラミック軸受 : 1,470 N
    耐食組合せセラミック軸受 : 196 N
    組合せセラミック軸受 : 196 N

図3-8 各種EXSEV 軸受の水中寿命比較

高性能セラミックスによる信頼性の高い耐食ベアリング
腐食雰囲気では、通常の軸受の破損モードとは異なり、腐食による摩耗が主要因となります。
ジェイテクトでは、ご使用の環境に合わせて、腐食を抑え、かつ摩耗しにくい材料をご提案致します。

腐食環境対応製品

製品名 許容回転速度 使用温度
(℃)
真空度
(Pa)
クリーン度(2)
(クラス)
即納対応
可能サイズ
の有無
dn値(1) 最大(min-1
高耐食セラミック軸受 <10,000 1,000 ~200 10-5 1,000
耐食セラミック軸受 <10,000 1,000 ~200 10-5 1,000
セラミック軸受 <10,000 1,000 ~200 10-5 1,000
コロガードプロベアリング <10,000 1,000 ~300 10-5
耐食組合せセラミック軸受 <10,000 1,000 ~200 10-5 1,000
SKベアリング 一般軸受と同一 ~120 大気
総玉形セラミック軸受 <4,000 500 ~800 10-10

(1)dn値:軸受内径(mm)×回転速度(min-1
(2)クリーン性は使用条件や周囲の構造などにより異なる場合があります。

腐食環境使用事例

  • 合成繊維製造

    製品名
    耐食組合せセラミック軸受

    合成繊維の強化処理工程では、酸・アルカリ・水といった各種の液が使用されます。
    このような腐食環境下には、耐食性に優れた耐食組合せセラミック軸受が採用されています。

    • 酸、アルカリ、水の各種溶液に対する耐食性
    使用条件
    回転速度 20 min-1 ~ 100 min-1
    温度 室温 ~ 90 ℃
    潤滑 処理溶液
    合成繊維製造
  • 血液製剤遠心分離機

    製品名
    組合せセラミック軸受(特殊耐食被膜)

    血液製剤遠心分離機は生理食塩水がかかるため、軸受に耐食性が要求されます。
    このような腐食環境下では、軌道輪に耐食被膜を施した組合せセラミック軸受が採用されています。

    • 生理食塩水に対する耐食性
    使用条件
    回転速度 20,000 min-1
    温度 -10 ℃ ~ 10 ℃
    潤滑 グリース

    本製品はカスタマイズ品のため、詳しくはジェイテクトまでお問い合わせください。

    血液製剤遠心分離機
  • アルミ箔電解コンデンサ製造

    製品名
    高耐食セラミック軸受

    アルミ箔電解コンデンサ製造装置では、アルミ箔の化学処理に強酸性溶液が使用されます。
    このような高腐食環境下には、高耐食セラミック軸受が採用されています。

    • 強酸溶液に対する耐食性
    使用条件
    回転速度 50 min-1
    温度 90 ℃
    潤滑 処理溶液(塩酸・硫酸)
    アルミ箔電解コンデンサ製造
  • 高機能フィルム製造ラインでは、酸・アルカリ・染料・純水といった各種溶液が使われます。
    このような腐食環境下には、コロガードプロベアリング、耐食組合せセラミック軸受が採用されています。

    • 酸、アルカリ、染料、純水の各種溶液に対する耐食性
    使用条件
    回転速度 数10 min-1 ~ 100 min-1
    温度 室温 ~ 80 ℃
    潤滑 処理溶液
    高機能フィルム製造
  • ウェハ洗浄装置スピンドライヤ

    製品名
    耐食組合せセラミック軸受

    半導体ウェハの洗浄工程では、洗浄用の薬液、リンス、純水などで洗浄し、乾燥がおこなわれます。
    このような洗浄装置に、耐食性に優れた耐食組合せセラミック軸受が採用されています。

    • 洗浄用の薬液、リンス、純水などに対する耐食性
    使用条件
    回転速度 2,000 min-1 ~ 3,000 min-1
    温度 室温
    潤滑 グリース
    ウェハ洗浄装置スピンドライヤ
  • CMP 装置

    製品名
    耐食セラミック軸受

    半導体の多層膜製作工程では、ウェハ表面の平坦化加工が必要です。
    この加工にCMP 装置が使用され、これに付属する洗浄機に耐食セラミック軸受が採用されています。

    • 腐食性溶液に対する耐食性
    使用条件
    回転速度 100 min-1
    温度 室温
    潤滑 洗浄液
    CMP 装置
  • 宇宙実験装置

    製品名
    セラミック軸受

    スペースシャトルでの実験装置に採用。
    淡水での潤滑であり、ステンレス軸受では摩耗の問題で要求寿命に達しなかったものが総セラミック軸受を使用することで要求寿命を達成。

    • 淡水潤滑条件下で長寿命
    使用条件
    回転速度 10,000 min-1
    温度 30℃
    荷重 ラジアル5N、アキシアル9N
    潤滑 淡水
    宇宙実験装置

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