JP2000065068A

JP2000065068A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2000065068A
Application number: JP23730498A
Authority: JP
Inventors: Toyohisa Yamamoto; 豊寿山本; Takahiko Uchiyama; 貴彦内山
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1998-08-24
Publication date: 2000-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】自己潤滑性を有する保持器を備えた転がり軸受
において、高温環境下でも長期に渡って良好な潤滑状態
を維持することができ、軸受から外部に飛散する粒子が
少なく、製造コストの低いものを提供する。【解決手段】保持器材料として、溶融成形が可能な耐熱
性樹脂を主成分とし、液晶ポリマーおよび固体潤滑剤を
含有する樹脂組成物を用いる。この樹脂組成物を溶融成
形することにより保持器４を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自己潤滑性を有する
転がり軸受に関し、特に、クリーンルーム、半導体素子
製造装置、液晶パネル製造装置、ハードディスク製造装
置等の清浄な雰囲気を要求される場所で好適に使用で
き、高温下、真空中、特殊雰囲気中、極低温下、放射線
下等の、潤滑油やグリースが通常使用できない苛酷な環
境下でも使用できる転がり軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】転がり輸受は、外周面に内輪軌道を有す
る内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、内外輪の
軌道間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、これ
ら複数個の転動体を、内外輪の軌道間で案内保持する保
持器とで構成されている。

【０００３】一般に、転がり軸受の潤滑は、潤滑油やグ
リースを軸受に循環供給したり、軸受内部に封入したり
することにより行なっている。しかしながら、特に高温
および真空環境下では、軸受の回転時に、潤滑油やグリ
ースが軸受の外部に飛散したり、蒸発してガスを放出す
ることによって、軸受の外部環境を汚染する恐れがあ
る。そのため、クリーンルーム、半導体素子製造装置、
液晶パネル製造装置、ハードディスク製造装置等のよう
に清浄な環境を必要とする場合や、高温下、真空中、特
殊雰囲気中、極低温下、放射線下等では、潤滑油やグリ
ースを使用することができない。

【０００４】そこで、転がり軸受の潤滑方法として、潤
滑油やグリースを用いない方法が従来より提案されてい
る。例えば、特開昭５５−５７７１７号公報や特開昭６
１−５５４１０号公報等には、内輪、外輪、保持器、お
よび転動体の表面の一部あるいは全部に、予めスパッタ
リング、イオンプレーティング、焼成等により、二硫化
モリブデン、黒鉛、銀、鉛等からなる薄い潤滑膜を形成
する方法が開示されている。

【０００５】また、特開昭６２−１５１５３９号公報や
特開昭６４―７９４１８号公報等には、転がり軸受の保
持器を、金属粉に二硫化モリブデン、黒鉛、六方晶窒化
ホウ素等の固体潤滑剤を混合した材料を焼結させた焼結
合金で形成することが開示されている。更に、特開平２
−２４５５１４号公報や特開平４−１０２７１８号公報
等には、転がり軸受の保持器を、プラスチックに固体潤
滑剤を添加した樹脂組成物からなる材料で形成すること
が開示されている。これらの転がり軸受では、保持器と
転動体との摩擦接触により、保持器材料が転動体、内
輪、外輪に移着して、保持器材料に含まれる固体潤滑剤
による薄い潤滑膜が形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、デバイス等
の高性能化や高歩留まり化等に伴い、プロセスの高温化
や高真空化等が進んでいる。そのため、転がり軸受に対
しても、より高温、高真空下等の過酷な環境下で、軸受
から外部に飛散する粒子が少なく、且つ長時間に渡って
作動することが要求されており、その要求は年々高度化
している。

【０００７】しかしながら、前述の各公報に開示されて
いる方法には、以下に示すような問題点がある。すなわ
ち、特開昭５５−５７７１７号公報や特開昭６１一５５
４１０号公報の方法では、軸受の作動に伴って接触面に
生じる摩擦力により、予め軌道面等に形成された薄い潤
滑膜が摩耗し、いずれは消失することになる。この潤滑
膜の消失により潤滑効果はなくなり、下地金属（母材）
の凝着・焼き付きが生じるため、この方法で潤滑が行わ
れている転がり軸受は、一般に、長寿命化することが難
しい。

【０００８】また、特開昭６２−１５１５３９号公報や
特開昭６４−７９４１８号公報等に記載の焼結金属から
なる保持器は非常に高価なものとなる。その理由は、焼
結金属は成形法で複雑な形状を形成することは不可能で
あり、棒状や環状の焼結金属成形体から機械加工により
所望の保持器形状を得る必要があるためである。また、
焼結金属は一般に耐熱性に優れるが、機械的強度は弱く
脆いため、機械加工時に表面に亀裂が生し易い。その結
果、加工速度を遅くする必要があるため、機械加工性は
悪い。

【０００９】さらに、特開平２−２４５５１４号公報や
特開平４−１０２７１８号公報等の方法では、保持器材
料の母材となるプラスチックの潤滑性が十分でない場合
は、軸受の作動後の早期に潤滑効果が失われ、摩耗粒子
の発生が急速に増加して、軸受から外部に大量の粒子が
飛散したり、軸受のトルクが増加して寿命に至る場合が
ある。また、母材として使用できる潤滑性の高いプラス
チックとしては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＴ
Ｅ）樹脂が挙げられるが、この樹脂は溶融成形（融点以
上の温度に加熱して流動状態となった樹脂を、金型内で
所定形状に硬化させる成形方法）ができないため、前述
の焼結金属と同様に機械加工で保持器を形成する必要が
ある。その結果、製造コストが高くなる。また、十分な
耐熱性を有するプラスチックを保持器の母材としない
と、高温環境下で軸受を作動させた場合に耐摩耗性や潤
滑性が著しく劣化して、摩耗粒子の発生が急激に増加し
て、軸受から外部に大量の粒子が飛散したり、軸受のト
ルクが増加して寿命に至る可能性がある。

【００１０】一般に、溶融成形可能なプラスチックは、
ガラス転移点や融点が比較的低いため高温環境下では耐
熱性を向上させ難く、逆に耐熱性に優れるプラスチック
は溶融成形ができないため、耐熱性と成形加工性は両立
しない。熱可塑性ポリイミドやポリエーテルニトリル等
は、耐熱性に優れていながら溶融成形も可能なプラスチ
ックであるが、これらは比較的流動性に劣るため、保持
器を溶融成形する際に、転動体を保持するつめ部等の先
端部や湾曲部が割損する恐れがあり、成形加工性の点で
改善の余地がある。

【００１１】本発明はこのような従来技術の問題点に着
目してなされたものであり、固体潤滑剤を含有する材料
で形成された保持器を有する転がり軸受において、高温
環境下でも長期に亘って良好な潤滑状態を維持すること
ができ、軸受から外部に飛散する粒子が少なく、製造コ
ストの低いものを提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の転がり軸受は、内輪、外輪、転動体、およ
び保持器を有する転がり軸受において、前記保持器は、
溶融成形が可能な耐熱性樹脂に液晶ポリマーと固体潤滑
剤とが配合された樹脂組成物を、溶融成形して得られた
ものであることを特徴とする。

【００１３】すなわち、前記樹脂組成物は、溶融成形が
可能な耐熱性樹脂を主成分（例えば全体の５０重量％以
上の含有率）とし、この主成分以外に、液晶ポリマーお
よび固体潤滑剤を必須成分として含有するものである。
この樹脂組成物によれば、液晶ポリマーの含有により溶
融成形の際の流動性が高くなるため、自己潤滑性を有し
且つ耐熱性に優れた保持器を溶融成形法で成形する際の
成形加工性が良好になる。これにより、前記樹脂組成物
を溶融成形して得られた保持器は、転動体を保持するつ
め部等の先端部や湾曲部が割損し難くなり、金型内での
冷却による樹脂の固化速度が速くなるためバリが生じ難
くなるとともに、溶融成形法として射出成形法を採用し
た場合に比較的低い射出圧で成形可能となる。

【００１４】また、樹脂組成物の混練時や成形加工時
に、耐熱性樹脂と液晶ポリマーがフィブリル化して自己
補強効果を発揮するため、この樹脂組成物により溶融成
形された保持器は、保持器として十分な機械的強度が得
られる。

【００１５】このように、本発明の転がり軸受を構成す
る保持器は、自己潤滑性を有し且つ耐熱性に優れたもの
であるというだけではなく、溶融成形により高い加工精
度で成形加工されたものである。そのため、本発明の転
がり軸受は、高温環境下でも長期に亘って良好な潤滑状
態を維持することができ、軸受から外部に飛散する粒子
が少なく、製造コストの低いものとなる。

【００１６】前記樹脂組成物にさらに繊維状充填材が配
合されているものを用いて保持器を形成すると、保持器
の機械的強度がより高くなるため好ましい。本発明の転
がり軸受において、内輪の軌道面、外輪の軌道面、およ
び転動体の表面の少なくともいずれかの面は、当該面の
一部または全体に固体潤滑剤の被膜が形成されているこ
とが好ましい。このような被膜が設けてあると、軸受を
作動した直後であって、保持器から転動体、内外輪の軌
道面に固体潤滑剤が移着するまでの間に、保持器、転動
体、内輪、外輪が直接接触することを防止できるため、
軸受の作動初期から良好な潤滑状態が得られる。また、
固体潤滑剤の移着開始後も、移着が良好に行われるた
め、固体潤滑剤の摩耗や移着時の接触面からの脱落が抑
制される。これにより、長期に亘って潤滑性を維持でき
るとともに、軸受から外部に飛散する粒子の個数を少な
くすることができる。

【００１７】前記樹脂組成物は、液晶ポリマーを５重量
％以上５０重量％以下の含有率で含むこと、固体潤滑剤
を５重量％以上４０重量％以下の含有率で含むこと、含
有する固体潤滑剤の平均粒径が０．１μｍ以上６０μｍ
以下であること、含有する繊維状充填材のアスペクト比
が３以上２００以下であること、前記被膜の膜厚が０．
１μｍ以上１５μｍ以下であることのいずれか一つを満
たしていることが好ましい。

【００１８】前記樹脂組成物の主成分である溶融成形可
能な耐熱性樹脂としては、フッ素樹脂、熱可塑性ポリイ
ミド（以下、「ＴＰＩ」と略称）、ポリエーテルニトリ
ル（以下、「ＰＥＮ」と略称）、ポリエーテルエーテル
ケトン（以下「ＰＥＥＫ」と略称）、ポリエーテルエー
テルケトンとポリベンゾイミダゾールとのコポリマー
（以下「ＰＥＥＫ−ＰＢＩ」と略称）、熱可塑性芳香族
ポリアミドイミド等が挙げられる。これらを単独で、ま
たはこれらの２種類以上を組み合わせて用いることがで
きる。

【００１９】特に、フッ素樹脂としては、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（以下、「ＰＦＡ」と略称）、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（以下、「Ｆ
ＥＰ」と略称）、ポリクロロトリフルオロエチレン（以
下、「ＰＣＴＦＥ」と略称）、テトラフルオロエチレン
−エチレン共重合体（以下、「ＥＴＦＥ」と略称）、ク
ロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（以下、
「ＥＣＴＦＥ」と略称）、ポリビニリデンフルオライド
（以下、「ＰＶＤＦ」と略称）等が挙げられ、これらを
単独で、またはこれらの２種類以上を組み合わせて用い
ることができる。これらのうち、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴ
ＦＥは自己潤滑性および耐熱性に優れているため、前記
樹脂組成物の主成分として好ましい。特に、過酷な条件
での使用（高温環境下で高速回転時等）の場合には、Ｐ
ＦＡを用いることが好適である。

【００２０】前記樹脂組成物に含有させる液晶ポリマー
としては、半芳香族液晶ポリエステルおよび全芳香族液
晶ポリエステルが挙げられる。半芳香族液晶ポリエステ
ルは、下記の化１で示される基本構造を有する。この基
本構造は２つの繰り返し単位からなる。また、この基本
構造に第三成分（２，６−ナフタレンジカルボン酸成
分）が共重合された半芳香族液晶ポリエステルを使用す
ることもできる。

【００２１】

【化１】

【００２２】市販されている半芳香族液晶ポリエステル
としては、ユニチカ製の「ＲＯＤＲＡＮ」ＬＣ−５００
０およびＬＣ−５０５０ＧＭ、出光石油化学製の「出光
ＬＣＰ」ＬＣＰ２００ＪおよびＬＣＰ２１０Ｊ、三菱化
学製の「ＮＯＶＡＣＣＵＲＡＴＥ」Ｅ３１０、川崎製鉄
製「Ｋ―ＬＣＰ」等を例示することができる。

【００２３】全芳香族液晶ポリエステルは、下記の化
２、化３、化４、および化５で示される基本構造を有す
る。これらの基本構造は、２つまたは３つの繰り返し単
位からなる。

【００２４】

【化２】

【００２５】

【化３】

【００２６】

【化４】

【００２７】

【化５】

【００２８】化２で示される全芳香族液晶ポリエステル
としては、Ａｍｏｃｏ社製の「ＸＹＤＡＲ」ＳＲＴ３０
０およびＳＲＴ５００、住友化学工業製の「スミカスー
パーＬＣＰ」Ｅ２０００およびＥ６０００、東ソー・サ
ンスティール社製の「ＨＡＧ」および「ＨＢＧ」等を例
示することができる。化３で示される全芳香族液晶ポリ
エステルとしては、ＨｏｅｃｈｓｔＣｅｌａｎｅｓｅ
社製「ＶＥＣＴＲＡ」Ａ９５０、上野製薬製「ＵＥＮＯ
ＬＣＰ」１０００および２０００等を例示することが
できる。

【００２９】化４で示される全芳香族液晶ポリエステル
としては、ＤｕＰｏｎｔ社製「ＨＸ−２Ｏ００および
ＨＸ−３０００、Ｇｒａｎｍｏｎｔ社製「ＧＲＡＮＬＡ
Ｒ」等を例示することができる。化５で示される全芳香
族液晶ポリエステルとしては、ＢＡＳＦ社製「ＵＬＴＲ
ＡＸ」ＫＲ４００Ｏ、ＩＣＩ社製「ＶＩＣＴＲＥＸＳＲ
Ｐ」１５００Ｇおよび２３００Ｇ、Ｂａｙｅｒ社製「Ｐ
ＯＬＹＳＴＡＬ」等を例示することができる。

【００３０】前記樹脂組成物における液晶ポリマーの含
有率は特に限定されないが、５重量％以上５０重量％以
下であることが好ましい。５重量％未満では、液晶ポリ
マー含有に伴って得られる前述の作用（溶融成形の際の
材料の流動性、成形加工性、強度特性）が実質的に得ら
れない。また、５０重量％を超えて配合しても、更なる
流動性、成形加工性、強度特性の向上が期待できないば
かりでなく、潤滑成分の量が相対的に減少するため、十
分な潤滑性が得られなくなる。

【００３１】前記樹脂組成物に含有させる固体潤滑剤と
しては、黒鉛、フッ化黒鉛、六方晶窒化ホウ素、ＰＴＦ
Ｅ粉末、フツ素雲母、金、銀、鉛、二硫化タングステ
ン、二硫化モリブデン等が挙げられる。これらを単独で
または２種類以上を組み合わせて使用することができ
る。特に、六方晶窒化ホウ素、フツ素雲母、黒鉛、ＰＴ
ＦＥ粉銀、二硫化タングステンを単独で、又は２種類以
上を組合せて用いた場合により良好な潤滑特性が得られ
る。これらのうち、黒鉛、フツ化黒鉛、および六方晶窒
化ホウ素は、大気中で主に優れた潤滑性を示す。二硫化
タングステン、二硫化モリブデン、銀、および鉛は、真
空中で主に優れた潤滑性を示す。

【００３２】そのため、軸受が真空中と大気中の両環境
下で使用される場合には、上述の大気中で主に優れた潤
滑性を示す固体潤滑剤と、真空中で主に優れた潤滑性を
示す固体潤滑剤とを混合して使用することにより、真空
および大気の両環境下において良好な潤滑性を得ること
ができる。

【００３３】また、固体潤滑剤として、主成分である溶
融成形可能な耐熱性樹脂よりも耐熱性に優れる材料、例
えば黒鉛、六方晶窒化ホウ素、フッ素雲母、銀等を用い
ることにより、移着によって転動体や内外輪の軌道溝に
形成される固体潤滑膜の耐熱性が高くなる。ここで、軸
受の高速回転時には、転動体と内輪あるいは外輪の接触
部とで発生する摩擦力により、雰囲気温度よりも局所的
な表面近傍の温度が大幅に上昇する。このような高速回
転時であっても、上記固体潤滑剤を含む樹脂組成物で形
成された保持器を有する転がり軸受によれば、移着によ
り形成された耐熱性の高い固体潤滑膜の作用により高い
潤滑性が保持される。

【００３４】前記樹脂組成物に含有させる固体潤滑剤の
平均粒径は特に限定されないが、０．１μｍ以上６０μ
ｍ以下であることが好ましい。平均粒径０．１μｍ未満
の粒径の小さい粒子では、母材である耐熱性樹脂と混合
した際に粒子間の凝集が起こり、粒子の分散が不均一に
なる場合がある。―方、６０μｍを超える粒径の大きい
粒子では、成形体である保持器表面の平滑性が低下する
とともに、粒子が保持器と転動体との接触面あるいは転
動体と軌道溝との接触面間に粒子が噛み込み易くなる。
この噛み込みが生じると、軸受のトルクが変動したり、
軸受のトルクが急激に上昇して回転が停止する場合があ
る。

【００３５】前記樹脂組成物における固体潤滑剤の含有
率は特に限定されないが、５重量％以上４０重量％以下
であることが好ましい。５重量％未満では、固体潤滑剤
の作用（保持器自体の潤滑作用および転動体や内外輪へ
の移着による軸受内の潤滑作用）が実質的に得られな
い。また、４０重量％を超えて配合しても、更なる潤滑
作用の向上が期待できないばかりでなく、保持器自体の
機械的強度が低下することによって、保持器の摩耗が増
加し、軸受外部に飛散する粒子の個数が増加する場合が
ある。

【００３６】前記樹脂組成物に含有させる繊維状充填材
としては、ホウ酸アルミニウムウイスカー、チタン酸カ
リウムウイスカー、アラミド繊維、芳香族ポリイミド繊
維、液晶ポリエステル繊維、炭酸カルシウムウイスカ
ー、グラファイトウイスカー、マグネシウムオキシサル
フェートウイスカー、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊
維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、炭化珪
素ウイスカー、窒化珪素ウイスカー、アルミナウイスカ
ー、窒化アルミニウムウイスカー、ウォラストナイト、
酸化亜鉛ウイスカー、酸化マグネシウムウイスカー、ム
ライトウイスカー等が挙げられる。

【００３７】この繊維状充填材の繊維の形態としてはア
スペクト比が３以上２００以下であるものが好適であ
る。アスペクト比が３未満の繊維状充填材では、保持器
の補強効果が十分に発揮されずに脆弱なものとなり、ア
スペクト比が２００を超えると混合時の均一分散が極め
て困難となる。また、この繊維状充填材の繊維径は特に
限定されないが、平均繊維径が０．２μｍ以上３０μｍ
以下であるものが好ましく、より好ましくは０．３μｍ
以上５μｍ以下とする。

【００３８】平均繊維径が０．２μｍ未満の小径のもの
を使用すると、母材と混合する際に繊維間の凝集が起こ
り、繊維の分散が不均―になる場合がある。平均繊維径
が３０μｍを超える大径のものを使用すると、保持器表
面の平滑性が低下する場合があるだけでなく、保持器に
摺接した相手面や保持器から移着された潤滑膜を損傷さ
せる恐れがある。この損傷によって脱落した潤滑膜は、
転勤体と内輪あるいは外輪との接触面間に入り込み、圧
砕されて細かい多数の摩耗粒子になる。その結果、軸受
から外部に飛散する粒子の個数が著しく増加する場合が
ある。繊維状充填材の平均繊維径が０．３μｍ以上５μ
ｍ以下であれば、このような現象は全く生じない。

【００３９】前記樹脂組成物における繊維状充填材の含
有率は特に限定されないが、５重量％以上４０重量％以
下であることが好ましい。５重量％未満では保持器の機
械的強度向上の効果がほとんど認められない。４０重量
％を超えて配合しても更なる機械的強度の向上が期待で
きないばかりでなく、樹脂組成物を溶融成形する際の流
動性が著しく低下する。また、溶融成形の際の流動性の
点から、前記樹脂組成物における固体潤滑剤と繊維状充
填材との合計含有率は１０重量％以上５０重量％以下で
あることが好ましい。前記樹脂組成物における固体潤滑
剤および繊維状充填材の各々の含有率が４０重量％以下
であっても、両者の合計含有率が５０重量％を超える
と、樹脂組成物を溶融成形する際の流動性が著しく低下
する。

【００４０】前記樹脂組成物に含有させる繊維状充填材
は、母材である耐熱性樹脂との密着性を上げたり母材中
に均一に分散させたりする目的で、シラン系やチタネー
ト系のカップリング剤により表面処理がなされているも
のであってもよいし、その他の目的に応じた表面処理が
なされているものでもよい。

【００４１】前記樹脂組成物には、本発明の目的を損な
わない範囲内で、例えば酸化防止剤、熱安定剤、紫外線
吸収剤、光保護剤、難燃剤、帯電防止剤、流動性改良
剤、非晶質粘着性付与剤、結晶化促進剤、増核剤、顔
料、染料等の各種添加剤を配合してもよい。

【００４２】前記樹脂組成物の混合方法は特に限定され
ず、主成分の耐熱性樹脂を溶融し、この中に液晶ポリマ
ー、固体潤滑剤、および必要に応じて添加される繊維状
充填材や添加剤を、一つずつ添加しながら混合してもよ
い。また、予めこれらの材料を全て、ヘンシェルミキサ
ー、タンブラー、リボンミキサー、ボールミル等の混合
機に入れて予備混合した後、溶融混合機に供給して溶融
混練するようにしてもよい。溶融混合機としては、単軸
または二軸押出機、混練ロール、加圧ニーダー、バンバ
リーミキサー、ブランダープラストグラフ等の公知の溶
融混練装置が使用できる。溶融混練の際の温度は、主成
分の耐熱性樹脂と液晶ポリマーの溶融が十分になされ、
且つ分解が生じない範囲の温度であればよい。

【００４３】本発明の転がり軸受において、内輪の軌道
面、外輪の軌道面、および転動体の表面の少なくともい
ずれかの面に形成する固体潤滑剤の被膜としては、前記
樹脂組成物中に含有させる固体潤滑剤として挙げたもの
と同じ材料を用いることができる。また、この被膜の形
成方法としては、焼成、溶射、スパッタリング、イオン
プレーティング、真空蒸着、電解メツキ、無電解メッキ
等の公知の成膜技術を採用することができる。

【００４４】この被膜の膜厚は特に限定されないが、
０．１μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。こ
の被膜の膜厚が０．１μｍより薄いと、保持器材料が転
動体や内外輪の表面に移着して固体潤滑膜を形成する前
に前記被膜が摩耗して消失し、無潤滑状態となって軸受
のトルクが急激に上昇し、焼付きが生じる恐れがある。
この被膜の膜厚が１５μｍより厚いと、成膜時に被膜内
部に生じる残留応力により被膜が容易に剥離して潤滑効
果が得られなくなるばかりでなく、剥離した被膜が転動
体と内輪または外輪との接触面に入り込んで圧砕されて
多数の細かい粒子になり、軸受の外部に飛散する粒子の
個数が著しく増加する場合がある。これに加えて、前記
被膜の膜厚が１５μｍより厚いと、被膜自体が荷重を支
持するようになるため、被膜表面に永久変形が生じて軸
受の作動が滑らかでなくなったり、接触面の剛性が低下
して軸受自体の剛性が低下したりする場合がある。

【００４５】本発明の転がり軸受において、内輪、外輪
および転動体の材質は特に限定されない。例えば軸受鋼
やステンレス鋼に代表される金属材料、窒化珪素（Ｓｉ
₃Ｎ ₄）、炭化珪素（ＳｉＣ）、サイアロン、部分安定
化ジルコニア（ＺｒＯ₂）、およびアルミナ（Ａｌ₂Ｏ
₃）に代表されるセラミックス材料が挙げられる。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、具体的な実施例により詳細に説明する。試験用の軸
受として、図１に示す形状の転がり軸受（日本精工
（株）の型番６０８）を組み立てた。この転がり軸受
は、外輪１、内輪２、転動体３、保持器４、シールド６
からなるシールド形深溝玉軸受であって、内径８ｍｍ、
外径２２ｍｍ、幅７ｍｍである。内輪２、外輪１、転動
体３の材料はいずれもＳＵＳ４４０Ｃであり、保持器４
は冠形で、下記の表１に示す組成の樹脂組成物を材料と
して射出成形により成形した。樹脂組成物に使用した各
材料は以下の通りである。

【００４７】

【表１】

【００４８】ＰＦＡ：ダイキン工業製「ネオフロンＰＦ
ＡＡＰ−２０１」ＥＴＦＥ：ダイキン工業製「ネオフロンＥＴＦＥＥＰ
−５２０」ＴＰＩ：三井東圧化学製「オーラム４００」ＰＥＮ：出光マテリアル製「ＩＤ３００」ＰＥＥＫ：ビクトレックス製「ビクトレックスＰＥＥＫ
１５０Ｇ」ＰＥＥＫ−ＰＢＩ：ヘキストセラニーズ製「セラゾール
ＴＵ−６０」ＬＣＰ１（全芳香族液晶ポリマー）：住友化学工業製
「スミカスーパーＬＣＰＥ６０００」ＬＣＰ２（半芳香族液晶ポリマー）：三菱化成製「ＮＯ
ＶＡＣＣＵＲＡＴＥＥ３１０」ＰＰＳ：フィリツプスペトローリアム社製「ライトンＲ
−６」ＰＴＦＥ粉末：ダイキン工業製「ルブロンＬ−５」、平
均粒径０．２μｍ二硫化タングステン（ＷＳ₂）：日本潤滑剤製「タンミ
ツクＡ」、平均粒径２μｍフツ素雲母：トピー工業社製「合成マイカＰＤＭ−８０
０」、平均粒径１０μｍ六方晶窒化ほう素（ｈＢＮ）：信越化学製「信越窒化ホ
ウ素ＫＢＮ−１０」、平均粒径１０μｍ炭素繊維：呉羽化学工業製「クレカチョップＭ−１０２
Ｓ」、平均繊維径１４．５μｍ、長さ０．２ｍｍチタン酸カリウムウィスカー：大塚化学製「ティスモＤ
−１０１」、平均繊維径０．３〜０．６μｍ、長さｌ０
〜２０μｍ樹脂組成物の混合は、繊維状充填材の折損を防ぐために
以下のようにして行った。すなわち、先ず、繊維状充填
材を除く材料をヘンシェルミキサーで乾式混合し、次
に、この混合物を二軸押出機に入れる。繊維状充填材
は、定量サイドフィーダーから二軸押出機に入れて前記
混合物と混練する。この混練物を押出してペレット状に
造粒する。

【００４９】このようにして得られた樹脂組成物のペレ
ットを射出成形機に供給して、各材料毎に最適な射出条
件で射出成形を行った。また、実施例５については、外
輪軌道面２１と内輪軌道面２２の全体に、無電解めっき
によりＰＴＦＥ粒子を分散させたＮｉ−Ｐ被膜を厚さ
１．０μｍで形成した。

【００５０】組み立てた各転がり軸受について、日本精
工（株）製の軸受回転試験機を用いて以下の条件で回転
試験を行い、トルク安定性とトルク寿命を評価した。＜回転試験条件＞雰囲気圧力：１×１０^-4Ｐａ雰囲気温度：２００℃または２５０℃ アキシアル荷重：１９．６Ｎラジアル荷重：１．９６Ｎ回転速度：１０００ｒｐｍトルクの測定は、軸受トルク測定装置により行なった。
試験軸受を１０００ｒｐｍで回転させ、ストレインゲー
ジを用いてトルク値を測定した。回転初期のトルク値Ｔ
１と回転１０分後のトルクがほぼ安定した時のトルク値
（定常値）Ｔ２との比（Ｔ１／Ｔ２）を算出して、この
比によりトルク安定性を評価した。トルク寿命に関して
は、トルク値が定常値の３倍以上となった時点で試験を
中止し、それまでの総回転数をトルク寿命とした。

【００５１】また、図２に示す試験機を用いて、各転が
り軸受の真空中での発塵量を測定した。この試験機は、
真空チャンバ７と、真空チャンバ７内に設けた基台８
と、基台８に取り付けたレーザ光散乱方式のパーティク
ルカウンタ９と、真空チャンバ７の外に設けたモータ１
０、カップリング１１、および磁性流体シール１２とで
構成されている。試験を開始する際には、先ず、試験軸
受Ｊとして同じもの二つを軸Ｓの先端と長さ方向中央付
近の２カ所に取付け、両軸受間にコイルバネ１３を挟む
ことにより、アキシャル荷重が負荷された状態でハウジ
ング１４に内嵌する。次に、このハウジング１４の外周
面に加熱装置１５を装着して真空チャンバ７内に入れ、
基台８の上部台８１に固定した後、真空チャンバ７の蓋
７１を閉めてモータ１０を稼働させることにより軸Ｓを
１００時間回転させ、パーティクルカウンタ９で発塵量
を計測する。

【００５２】試験条件は以下の通りである。＜発塵試験条件＞雰囲気圧力：１×１０^-4Ｐａ雰囲気温度：２００℃または２５０℃ アキシアル荷重：１９．６Ｎ回転速度：１０００ｒｐｍこれらの試験の結果を表２にまとめて示す。なお、表２
の発塵量は、比較例１の２００℃における発塵量を１０
０とした場合の相対値である。

【００５３】

【表２】

【００５４】この表から分かるように、本発明の転がり
軸受に相当する実施例１〜１２の軸受は、比較例１〜４
の軸受よりもトルク安定性が高く、トルク寿命が長く、
軸受から外部に飛散する発塵粒子の個数が少ない。した
がって、潤滑油やグリースが使用できない苛酷な環境下
でも使用でき、清浄な雰囲気を要求される場所でも好適
に使用できる。

【００５５】さらに、ＰＦＡを主成分とし、液晶ポリマ
ーとしてＬＣＰ１を、固体潤滑剤としてＰＴＦＥ粉末
を、繊維状充填材としてチタン酸カリウムウィスカーを
含有し、ＬＣＰ１の混合比、ＰＴＦＥ粉末の混合比、Ｐ
ＴＦＥ粉末の平均粒径、チタン酸カリウムウィスカーの
アスペクト比を各々変化させた樹脂組成物により保持器
を形成し、これらの保持器を組み込んだ転がり軸受を前
記と同様に作製した。これらの転がり軸受について、前
述の回転試験および発塵試験を雰囲気温度２００℃で行
い、トルク寿命および発塵量を測定した。その結果を図
３〜６に示す。

【００５６】図３は、液晶ポリマーの混合比とトルク寿
命および発塵量との関係を示すグラフである。ＰＴＦＥ
粉末（平均粒径０．２μｍ）の含有率は樹脂組成物中の
２０重量％で一定、チタン酸カリウムウィスカー（アス
ペクト比１５〜７０）の含有率も樹脂組成物中の１０重
量％で一定とし、液晶ポリマーの樹脂組成物中の含有率
を図３のように変化させ、残部をＰＦＡとした。このグ
ラフより、保持器を形成する樹脂組成物中の液晶ポリマ
ーの含有率が５重量％以上５０重量％以下であると、ト
ルク寿命および発塵量の点で好適な転がり軸受となるこ
とが分かる。

【００５７】図４は、ＰＴＦＥ粉末の平均粒径とトルク
寿命および発塵量との関係を示すグラフである。樹脂組
成物中のＰＦＡの含有率は６５重量％であり、ＬＣＰ１
の含有率は１５重量％であり、ＰＴＦＥ粉末の含有率は
２０重量％であり、繊維状充填材を含有していない。こ
のグラフより、保持器を形成する樹脂組成物中の固体潤
滑剤粉末の平均粒径が０．１μｍ以上６０μｍ以下であ
ると、トルク寿命および発塵量の点で好適な転がり軸受
となることが分かる。

【００５８】図５は、ＰＴＦＥ粉末の混合比とトルク寿
命および発塵量との関係を示すグラフである。樹脂組成
物中のチタン酸カリウムウィスカー（アスペクト比１５
〜７０）の含有率を２０重量％で一定とし、ＰＴＦＥ粉
末（平均粒径０．２μｍ）の含有率を図５のように変化
させ、残部をＰＦＡおよびＬＣＰ１とし、その含有比を
ＰＦＡ：ＬＣＰ１＝５：１で一定とした。このグラフよ
り、保持器を形成する樹脂組成物中の固体潤滑剤の含有
率が５重量％以上４０重量％以下であると、トルク寿命
および発塵量の点で好適な転がり軸受となることが分か
る。

【００５９】図６は、繊維状充填材のアスペクト比とト
ルク寿命および発塵量との関係を示すグラフである。樹
脂組成物中のＰＦＡの含有率は６０重量％であり、ＬＣ
Ｐ１の含有率は１０重量％であり、ＰＴＦＥ粉末（平均
粒径０．２μｍ）の含有率は２０重量％であり、チタン
酸カリウムウィスカーの含有率は１０重量％である。こ
のグラフより、保持器を形成する樹脂組成物中の繊維状
充填材のアスペクト比が３以上２００以下であると、ト
ルク寿命および発塵量の点で好適な転がり軸受となるこ
とが分かる。

【００６０】なお、前記実施形態では、保持器の溶融成
形法として、特に生産性に優れた射出成形法を採用して
いるため、従来の機械加工を伴う方法と比較して保持器
の製造コストを著しく低くすることができる。しかしな
がら、本発明の転がり軸受を構成する保持器は、射出成
形法により形成されたものに限定されず、圧縮成形法や
トランスファー成形等の従来より公知の溶融成形法によ
り形成されたものであってもよい。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の転がり軸
受は、高温環境下でも長期に亘って良好な潤滑状態を維
持することができ、軸受から外部に飛散する粒子が少な
く、製造コストが低いものとなるため、潤滑油やグリー
スが使用できない苛酷な環境下（高温下、真空中、特殊
雰囲気中、極低温下、放射線下等）でも使用でき、清浄
な雰囲気を要求される場所でも好適に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に相当する転がり軸受を示
す概略断面図である。

【図２】実施形態で使用した試験機の構成を示す概略断
面図である。

【図３】実施形態での試験結果から得られた、液晶ポリ
マーの混合比とトルク寿命および発塵量との関係を示す
グラフである。

【図４】実施形態での試験結果から得られた、ＰＴＦＥ
粉末の平均粒径とトルク寿命および発塵量との関係を示
すグラフである。

【図５】実施形態での試験結果から得られた、ＰＴＦＥ
粉末の混合比とトルク寿命および発塵量との関係を示す
グラフである。

【図６】実施形態での試験結果から得られた、繊維状充
填材のアスペクト比とトルク寿命および発塵量との関係
を示すグラフである。

【符号の説明】

Ｊ転がり軸受Ｓ軸１外輪２内輪３転動体４保持器６シールド７真空チャンバ８基台９パーティクルカウンタ１０モータ１１カップリング１２磁性流体シール１３コイルバネ１４ハウジング１５加熱装置２１外輪軌道面２２内輪軌道面８１上部台

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内輪、外輪、転動体、および保持器を有
する転がり軸受において、前記保持器は、溶融成形が可
能な耐熱性樹脂に液晶ポリマーと固体潤滑剤とが配合さ
れた樹脂組成物を、溶融成形して得られたものであるこ
とを特徴とする転がり軸受。