JP2002250350A - 固体潤滑転がり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体潤滑転がり軸受の耐久性を従来レベルよ
りも格段に進歩させ、また始動時にも発塵量のきわめて
少ない固体潤滑転がり軸受を提供することである。 【解決手段】 転がり軸受に組み込まれる複数の転動体
が、軸受荷重が負荷される負荷転動体と軸受荷重が負荷
されない非負荷転動体からなり、少なくとも１以上の非
負荷転動体が四フッ化エチレン樹脂の成形体からなる表
面粗さ（Ｒａ）１．０μｍ以下の転動体であり、かつ非
負荷転動体の負荷転動体に対する直径比Ａが０．８≦Ａ
＜１であることを特徴とする固体潤滑転がり軸受とす
る。さらに、転がり軸受内の転がり摩擦または滑り摩擦
を生ずる摩擦面に平均分子量が５０００以下の四フッ化
エチレン樹脂被膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、固体潤滑転がり
軸受に関し、特に半導体、液晶またはハードディスクな
どを製造する装置にも適用できる固体潤滑転がり軸受に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体や液晶の製造装置またはハードデ
ィスク製造工程における成膜装置などに取り付けられる
転がり軸受は、大気中でも真空中でも使用できるという
両用性が必要とされる場合があり、また低発塵性や耐久
性が要求されるため、固体潤滑転がり軸受が採用される
ことが多い。

【０００３】固体潤滑転がり軸受は、摩擦面の潤滑を通
常の軸受におけるグリース等による液体潤滑に代えて、
銀イオンプレーティング膜や四フッ化エチレン樹脂（以
下、ＰＴＦＥと略記する。）膜などの固体潤滑で行なわ
れるものである。

【０００４】例えば、ＰＴＦＥの潤滑被膜を形成した固
体潤滑転がり軸受は、特開平８−９３７７４号公報に開
示されている。また、ＰＴＦＥ被膜を有する非負荷ボー
ルを有する転がり軸受は、特開平７−１４５８２０号公
報に開示されており、これらは使用条件によっては良好
な潤滑性を充分な時間発揮できるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
固体潤滑転がり軸受は、装置全体の機能性の向上に伴な
う過酷な使用条件においては、従来の金属被膜やＰＴＦ
Ｅ膜では所要の耐久性を満たせない場合がある。

【０００６】すなわち、上記した従来の固体潤滑転がり
軸受は、摩擦面を覆っている潤滑被膜が摩耗して破れる
と軸受寿命に至るため、無潤滑条件で転がり軸受に長期
間の耐久性をもたせることはできなかった。

【０００７】また、従来の固体潤滑転がり軸受は、固体
潤滑剤を軸受内に備えて、これを摩擦面に徐々に供給す
るが、軸受の回転開始の直後において、固体潤滑剤から
発塵する場合があり、低発塵性と共に耐久性の向上を兼
ね備えた固体潤滑転がり軸受を製作することは困難であ
った。

【０００８】そこで、本願の発明の課題は、上記した問
題点を解決して、固体潤滑転がり軸受の耐久性を従来レ
ベルよりも格段に進歩させ、潤滑油を供給しない条件
（以下、無潤滑条件という。）でも耐久寿命の長い固体
潤滑転がり軸受を提供することである。

【０００９】また、本願の発明の他の課題は、前記した
課題を解決して固体潤滑転がり軸受の耐久性を向上さ
せ、かつ始動時にも発塵量のきわめて少ない固体潤滑転
がり軸受を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願の第１の請求項に係る発明においては、転がり
軸受に組み込まれる複数の転動体が、軸受荷重が負荷さ
れる負荷転動体と軸受荷重が負荷されない非負荷転動体
からなり、少なくとも１以上の非負荷転動体が四フッ化
エチレン樹脂の成形体からなる転動体であり、かつ非負
荷転動体の負荷転動体に対する直径比Ａが０．８≦Ａ＜
１であることを特徴とする固体潤滑転がり軸受としたの
である。

【００１１】上記したように構成されるこの発明の固体
潤滑転がり軸受は、非負荷転動体の全体が四フッ化エチ
レン樹脂からなることにより、長時間使用した場合に非
負荷転動体の表面が擦り減っても四フッ化エチレン樹脂
が常に転動体の表面に露出しているため、四フッ化エチ
レン樹脂の摩擦面への移着供給は常に途切れることなく
安定し、摩擦面は充分に潤滑される。

【００１２】また、非負荷転動体の負荷転動体に対する
直径比Ａが０．８≦Ａ＜１であることにより、非負荷転
動体が負荷転動体より低速または間欠的に回転する状態
で負荷転動体や保持器および内・外輪に軽く摩擦接触
し、その際に転動体表面が少量ずつ摩耗して摩擦面に四
フッ化エチレン樹脂を安定した速度で移着させる。

【００１３】このようにしてこの発明の固体潤滑転がり
軸受は、長期間の使用中に四フッ化エチレン樹脂が摩擦
面に適当な量を途切れることなく長時間供給されるの
で、軸受耐久寿命が長くなる。

【００１４】また、本願の第２の請求項に係る発明で
は、上記の固体潤滑転がり軸受において、表面がフッ素
樹脂で形成されている非負荷転動体が、表面粗さ（Ｒ
ａ）１．０μｍ以下の転動体としたのである。

【００１５】非負荷転動体の表面粗さが所定の表面粗さ
に調整された四フッ化エチレン樹脂で形成された非負荷
転動体は、過剰に摩耗することなく、始動当初から安定
して四フッ化エチレン樹脂を摩擦面に供給するので、発
塵量が少なくなり、また軸受耐久寿命が従来よりもさら
に顕著に長期化した固体潤滑転がり軸受になる。

【００１６】上記の固体潤滑転がり軸受において、少な
くとも転がり摩擦または滑り摩擦を生ずる面に平均分子
量が５０００以下の四フッ化エチレン樹脂被膜を形成し
た固体潤滑転がり軸受は、始動期の発塵量がより少なく
なり、始動後には軸受回転が安定して非負荷転動体の四
フッ化エチレン樹脂による潤滑状態に徐々に移行するの
で、軸受の始動当初から速やかに充分な潤滑性が発揮さ
れ、発塵量の少ない固体潤滑転がり軸受になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】この発明に用いる四フッ化エチレ
ン樹脂（以下、ＰＴＦＥと略記する。）の成形体からな
る非負荷転動体は、テトラフルオロエチレンを繰り返し
単位とする分子量３００万〜１０００万の重合体からな
るＰＴＦＥを、真球状、円筒状、円錐状または針状等の
ように周知の転動体の形状に成形したものである。また
ＰＴＦＥは３２７℃という高融点以上でも溶融粘度が高
いので、成形法としては、圧縮成形やラム押出し成形法
が採用される。市販のＰＴＦＥとしては、伊国モンテジ
ソン社製：アルゴフロン、デュポン社製：テフロン、英
国アイ・シー・アイ社製：フルオン、ダイキン工業社
製：ポリフロンが挙げられる。

【００１８】このようなＰＴＦＥ製の非負荷転動体の配
置数は、一つ以上であれば良く、軸受に所要の負荷耐久
性に応じてその数を設定する。また、非負荷転動体を複
数組み込む場合の配置形態は、このものを負荷転動体と
交互に配置するか、または複数の負荷転動体おきに１つ
または複数個の非負荷転動体を配置する。

【００１９】因みに、負荷転動体は、定法に従って製造
される周知の鋼球やセラミック球などの球またはコロ、
ニードル形状の転動体を採用できる。

【００２０】非負荷転動体の負荷転動体に対する直径比
Ａは、０．８≦Ａ＜１である。なぜなら、Ａ＜０．８で
は、非負荷転動体が負荷転動体や保持器および内・外輪
に摩擦接触した際、転動体表面が摩耗する量が少なくな
り、ＰＴＦＥの移着量が少なくなって潤滑に殆ど寄与で
きない。また、Ａ≧１では、非負荷転動体が負荷転動体
や保持器および内・外輪に摩擦接触した際に、ＰＴＦＥ
の摩耗量が多くなり耐久性（軸受寿命）が低下するので
好ましくない。

【００２１】また、この発明では、非負荷転動体の表面
粗さ（Ｒａ）が、１．０μｍ以下の転動体を採用するこ
とが好ましい。なぜなら、上記所定値を超える表面粗さ
の転動体は、使用の初期から過剰に摩耗する場合があ
り、そのような摩耗速度は速やかに低減せず、安定した
量のＰＴＦＥを摩擦面に供給できず、軸受耐久寿命の長
期化を充分に達成できないからである。

【００２２】また、上記の固体潤滑転がり軸受におい
て、転がり摩擦または滑り摩擦を生ずる面に平均分子量
が５０００以下のＰＴＦＥ被膜を形成することが好まし
い。このようなＰＴＦＥ被膜は、ＰＴＦＥの分散液を被
膜形成面に噴霧塗布するか、またはこのような分散液に
軸受部品を浸漬して塗布することによって容易に形成で
き、ＰＴＦＥ被膜の厚さは、通常、０．６μｍ前後とす
れば好ましい結果が得られる。

【００２３】

【実施例および比較例】〔実施例１〜４、比較例１〜
４〕深溝玉軸受（ＮＴＮ社製：ＳＥＢ０８Ｊ１ＵＣおよ
びＳＥＢ２６Ｊ１ＵＣ３）の転動体を、軸受荷重が負荷
される負荷転動体と軸受荷重が負荷されない非負荷転動
体で構成し、１つの非負荷転動体は四フッ化エチレン樹
脂（ＰＴＦＥ）の圧縮成形体とした。

【００２４】ここで、ＰＴＦＥ製の非負荷転動体の鋼球
製の負荷転動体に対する直径比Ａ/Ｂは、実施例１：
０．８５、実施例２：０．９１、実施例３：０．９９、
比較例１：０（ＰＴＦＥ製の非負荷転動体を使用せ
ず。）、比較例２：０．６、比較例３：０．７８とし
た。

【００２５】また、ＰＴＦＥ製の非負荷転動体の表面粗
さは、実施例１〜３と比較例２、３はＲａ０．３２μｍ
とし、実施例４はＲａ０．９６μｍ、比較例４はＲａ
１．５μｍ（（Ａ/Ｂ）＝０．９９）とした。

【００２６】そして、実施例１〜４および比較例１〜４
の転がり軸受内の転がり摩擦または滑り摩擦を生ずる摩
擦面（転動体の表面を除く。）に、平均分子量が５００
０以下の四フッ化エチレン樹脂被膜を浸漬処理によって
約０．６μｍの膜厚に形成した。

【００２７】得られた実施例および比較例の固体潤滑転
がり軸受に対して、下記の試験１〜３を行い、これらの
結果をそれぞれ図１〜３の図表に示した。

【００２８】（１）転がり軸受の耐久寿命試験（ＰＴＦ
Ｅ製非負荷転動体と鋼球製負荷転動体の径比の影響） 実施例１〜３と比較例１〜３の深溝玉軸受として、ＮＴ
Ｎ社製：ＳＥＢ０８Ｊ１ＵＣおよびＳＥＢ２６Ｊ１ＵＣ
３を一組ずつ用い、これを高真空軸受寿命試験機に装着
した。試験条件は、アキシャル荷重９．８Ｎ、回転速度
２５００ｒｐｍとして２個の軸受の摩擦トルクが１０^-2
Ｎ・ｍに達したときを耐久寿命として、この結果（時
間）を図１に示した。なお、図中のＡ/Ｂは、ＰＴＦＥ
製非負荷転動体の径（Ａ）／鋼球製負荷転動体の径
（Ｂ）である。

【００２９】図１の結果からも明らかなように、直径比
Ａ/Ｂは、軸受の耐久寿命に顕著な影響を及ぼし、Ａ/Ｂ
が０．８以上の場合に耐久寿命が顕著に増加し、実施例
２、３では、ＰＴＦＥ製の非負荷転動体を使用しないで
ＳＥＢ０８Ｊ１ＵＣおよびＳＥＢ２６Ｊ１ＵＣ３を用い
た比較例１の耐久寿命の３倍以上であった。

【００３０】（２）転がり軸受の耐久寿命試験（ＰＴＦ
Ｅ製非負荷転動体の表面粗さの影響） 深溝玉軸受（ＳＥＢ０８Ｊ１ＵＣ）として、所定の表面
粗さのＰＴＦＥ製の非負荷転動体を組み込んだ実施例
３、４と比較例４を用い、その他の条件は試験１と全く
同様にして転がり軸受の耐久寿命を調べ、その結果を図
２の図表に示した。

【００３１】図２の結果からも明らかなように、ＰＴＦ
Ｅ製非負荷転動体の表面粗さＲａ＝０．３２μｍの実施
例３と、Ｒａ＝０．９６μｍの実施例４の耐久寿命は、
いずれも１０００時間以上であったが、Ｒａ＝１．５μ
ｍの比較例４の耐久寿命は、短く、実施例３または実施
例４の１／４以下であった。

【００３２】（３）転がり軸受の発塵性試験 試験１で使用した比較例１〜３および実施例２、３の深
溝玉軸受として、ＮＴＮ社製：ＳＥＢ０８Ｊ１ＵＣおよ
びＳＥＢ２６Ｊ１ＵＣ３を一組ずつ用い、これを真空発
塵量測定試験機に装着した。試験条件は、アキシャル荷
重９．８Ｎ、回転速度５０ｒｐｍとして、７０時間の駆
動中に発生した粒子径０．２０μｍ以上の発塵総個数を
測定し、この結果（時間）を図３に示した。

【００３３】図３の結果からも明らかなように、直径比
Ａ/Ｂは、軸受の発塵量に顕著な影響はみられず、転が
り軸受に四フッ化エチレン樹脂被膜を形成したことが良
好な結果をもたらしていると認められた。また、図外に
比較例４の発塵量を測定したが、測定当初に比較的多く
の発塵があった。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の固体潤
滑転がり軸受は、非負荷転動体が、四フッ化エチレン樹
脂の成形体からなり、かつその直径比を所定範囲に調整
したので、固体潤滑転がり軸受の耐久性が格段に向上
し、無潤滑条件で耐久寿命の長い固体潤滑転がり軸受に
なるという利点がある。

【００３５】また、上記の固体潤滑転がり軸受におい
て、転動体の表面粗さが所定の程度に滑らかに調整され
ているものは、転動体が過剰に摩耗することなく、安定
して四フッ化エチレン樹脂を摩擦面に供給するので、軸
受耐久寿命が、より確実に長期化する利点がある。

【００３６】また、上記の固体潤滑転がり軸受におい
て、転がり摩擦または滑り摩擦をする面に所定の平均分
子量の四フッ化エチレン樹脂被膜を形成したものは、使
用開始の当初から充分に潤滑されるため、初期の発塵量
が極めて少ないものになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】転がり軸受の耐久寿命試験の結果を示し、ＰＴ
ＦＥ製非負荷転動体と鋼球製負荷転動体の径比と耐久寿
命時間との関係を示す図表

【図２】転がり軸受の耐久寿命試験の結果を示し、ＰＴ
ＦＥ製非負荷転動体の表面粗さと耐久寿命時間との関係
を示す図表

【図３】転がり軸受の発塵性試験の結果を示し、ＰＴＦ
Ｅ製非負荷転動体と鋼球製負荷転動体の径比と発塵量と
の関係を示す図表

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転がり軸受に組み込まれる複数の転動体
   が、軸受荷重が負荷される負荷転動体と軸受荷重が負荷
   されない非負荷転動体からなり、少なくとも１以上の非
   負荷転動体が四フッ化エチレン樹脂の成形体からなる転
   動体であり、かつ非負荷転動体の負荷転動体に対する直
   径比Ａが０．８≦Ａ＜１であることを特徴とする固体潤
   滑転がり軸受。
2. 【請求項２】 非負荷転動体が、表面粗さ（Ｒａ）１．
   ０μｍ以下の転動体である請求項１記載の固体潤滑転が
   り軸受。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の固体潤滑転が
   り軸受において、転がり軸受内の転がり摩擦または滑り
   摩擦を生ずる摩擦面に平均分子量が５０００以下の四フ
   ッ化エチレン樹脂被膜を形成した固体潤滑転がり軸受。