JP2004076827A - Rolling device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空,高温下において好適に使用される転動装置に係り、特に、回転陽極X線管等に好適な転動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
真空環境下及び高温環境下においては、転がり軸受の潤滑に潤滑油,グリース等の潤滑剤を使用すると、潤滑剤の油分の蒸発や潤滑剤自体の飛散等によって、潤滑機能の劣化や使用環境の汚染といった不都合が発生するおそれがある。
そのため、前述のような環境下においては、従来は、軌道輪の軌道面,転動体の転動面,及び保持器のポケット面(転動体と転がり接触する部分)の少なくともいずれかに、軟質金属からなる潤滑膜を被覆することによって潤滑を行っていた。
【0003】
潤滑膜を構成する軟質金属としては銀(Ag),鉛(Pb)等が知られており、例えば回転陽極X線管(陽極が回転式となっているX線管)に使用される転がり軸受においては、雰囲気温度が400〜500℃の場合にはAgが、300℃程度以下の場合にはPbが使用される。
一方、近年、回転陽極X線管用の転がり軸受においては、長寿命化,音響特性の向上,及びX線管を組み立てる工程における慣らし運転時間の短縮に関する要求が高まっている。
【0004】
そして、これらの要求を満たすために鉄鋼材料に対するPbの濡れ性(密着性)を向上させることが着目され、Ag,Bi等からなる中間層とSnからなる最下層、又はSnからなる中間層とCuからなる最下層を、Pbからなる最上層と母材との間に形成した転がり軸受が提案されている(特開平7−190067号公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載の転がり軸受は、母材に対するPbの濡れ性が優れていて、その点では寿命の向上に対して効果を有するものの、SnはPbよりも融点が低く蒸発しやすいので、耐久性や音響特性が低下してしまうおそれがあった。
【0006】
また、複数の金属を蒸発させて被覆処理しなければならないので、処理工程が複雑になるという問題点も有していた。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、母材に対する密着性が優れているとともに被覆処理が容易な潤滑膜を備え、寿命及び音響特性に優れる転動装置を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明の転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備える転動装置において、前記内方部材の軌道面,前記外方部材の軌道面,及び前記転動体の転動面のうち少なくとも前記転動体の転動面を、Ag又はPbからなる潤滑膜で被覆し、前記潤滑膜と母材との間に0.1μm以下の酸化層を介装したことを特徴とする。
【0008】
酸化層を介装すると、母材に対する潤滑膜の濡れ性(密着性)が向上するので、転動装置の寿命及び音響特性が非常に優れたものとなる。また、酸化層を構成する金属酸化物は高融点であるので(Snのように低融点で蒸発しやすいということがないので)、耐久性や音響特性が低下するおそれがない。この酸化層の厚さは0.1μm以下とする必要があり、0.1μm超過であると転動装置の寿命や音響特性が低下するおそれがある。
【0009】
また、潤滑膜を形成する方法は特に限定されるものではないが、イオンミキシング法が最も好ましい。すなわち、Ag又はPbを電子線で蒸発させながらアルゴン等のイオンを注入して、Ag又はPbの被膜を形成する方法である。
イオンミキシング法を用いれば、Ag又はPbの被膜(潤滑膜)が形成されるとともに、0.1μm以下の酸化層が潤滑膜と母材との間に形成されるので、転動装置の寿命及び音響特性を優れたものとする潤滑膜及び酸化層を容易に形成することができる。また、イオンミキシング法により形成したAg又はPbの被膜は、従来のイオンプレーティング法による被膜と比較して耐久性が優れているため、その膜厚を小さくすることができる。潤滑膜の膜厚が小さいと転動装置の音響特性が向上する傾向があるので、この点からもイオンミキシング法を用いることは好ましい。さらに、潤滑膜の膜厚が小さいと、例えば回転陽極X線管を組み立てる工程における慣らし運転時間を短縮することができる。
【0010】
潤滑膜の膜厚は、0.1〜0.5μmであることが好ましい。0.1μm未満であると、耐久性が不十分であるという問題がある。一方、0.5μm超過であると、音響特性が低下するという問題と慣らし運転時間が長くなって生産効率が低下するという問題とがある。
また、内方部材,外方部材,及び転動体を構成する鋼材の種類は特に限定されるものではないが、SKH4,SUS440C,LNS125,ES1(合金成分:0.45%C−13%Cr−0.14%N)等のステンレス鋼が好適である。特に、ステンレス鋼の場合は、LNS125,ES1等のようにC%≦0.05Cr%+1.41を満たす合金成分を有するものが、巨大な共晶炭化物を生成しないので好ましい。
【0011】
なお、本発明は種々の転動装置に適用することができる。例えば、転がり軸受,ボールねじ,リニアガイド装置,直動ベアリング等である。
また、本発明における前記内方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には内輪、同じくボールねじの場合にはねじ軸、同じくリニアガイド装置の場合には案内レール、同じく直動ベアリングの場合には軸をそれぞれ意味する。また、前記外方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には外輪、同じくボールねじの場合にはナット、同じくリニアガイド装置の場合にはスライダ、同じく直動ベアリングの場合には外筒をそれぞれ意味する。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明に係る転動装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明に係る転動装置の一実施形態である総玉アンギュラ軸受の構成を示す部分縦断面図である。
このアンギュラ玉軸受(呼び番号:708A,内径8mm,外径22mm,幅7mm,接触角30°)は、内輪1と、外輪2と、内輪1と外輪2との間に転動自在に配設された複数の玉(転動体)3と、を備えている。
【0013】
内輪1,外輪2,及び玉3はいずれもSKH4鋼で構成されており、玉3の表面にはイオンミキシング法によりPbからなる潤滑膜3a(外層)と酸化層3b(内層)とが被覆されている。潤滑膜3aの厚さは0.2μmで、酸化層3bの厚さは0.1μmである。なお、保持器は備えていてもよいし、備えていなくてもよい。
【0014】
イオンミキシング法による潤滑膜3a及び酸化層3bの被覆処理は、図2に示すようなイオンビームミキシング装置によって行われる。すなわち、真空チャンバー21内の回転ホルダー22(イオン等の検出器を備えている)に被処理物23を装着する。そして、Pb,Ag等の金属Mをe−ビームエバポレータ24で蒸発させ、そこにアルゴン等のイオン(活性化イオンI)をイオン源25から注入して、回転する被処理物23の表面に金属Mの被膜を被覆する。
【0015】
ここで、イオンミキシング法によって玉3の表面に形成した潤滑膜3a及び酸化層3bのオージェ電子分光分析結果(デプスプロファイル)を図3に示す。比較として、イオンプレーティング法により形成したもののオージェ電子分光分析結果を図4に示す。
まず、図4の方から説明する。図4から分かるように、イオンプレーティング法により形成したものは、Pb層、Feを主成分とする母材、及び両者の間の中間層(Pbの酸化物とFeの酸化物との混合層)が観察され、Pb層から母材まで全体にわたって酸素が検出されている。
【0016】
これに対して図3は、Pb層、Feを主成分とする母材、及び両者の間の中間層(Pbの酸化物とFeの酸化物との混合層)が観察される点は同じであるが、酸素は中間層とその界面近傍にしか検出されておらず、図4のイオンプレーティング法により形成したものとは大きく異なっている。また、中間層の厚さが非常に小さい点も大きな差異である。
【0017】
次に、前述のような本実施形態のアンギュラ玉軸受について、図5に示すような真空高温耐久試験装置を用いて回転試験を行い、その耐久性を評価した。
この試験機は、試験軸受Jで支持される回転軸Sと、回転軸Sを回転するモータMと、回転軸Sを加熱するヒータHと、真空室を形成するフランジS1及び壁S2,S3と、試験軸受Jの温度を検出する熱電対Tと、を備えている。この回転軸Sは、試験軸受J以外に符号18で示す軸受によっても支持されている。なお、符号Kは、ヒータHと電源とを接続するヒータケーブルである。
【0018】
回転軸SのモータM側の端部は、フランジS1の外側(大気側)に設置されたハウジング15内に配置されている。このハウジング15内は磁気的シールユニット16で密封されているため、真空になっている。そして、このハウジング15内で回転軸Sの端部と磁気的シールユニット16の回転軸が接続されている。また、大気側に設置されたモータMの回転軸は、カップリング17によって、磁気的シールユニット16の回転軸と接続されている。
【0019】
試験軸受JのハウジングJHにはトルクレバーLが取り付けてあり、このトルクレバーLがトルク検出装置19に接続されている。トルク検出装置19は歪みゲージ付きの板バネBを備え、この歪みゲージにより試験軸受Jにかかるトルクが検出される。
試験条件は、アキシアル荷重30N、回転速度10000rpm、温度300℃、真空度1×10−4Pa以下である。試験軸受Jのトルク検出値が初期値の5倍となるまでの時間を寿命とし、回転試験を5回行ってその平均値により寿命を評価した。なお、これ以降述べる寿命の数値(後述する図6のグラフに記載の寿命も含む)は、潤滑膜及び酸化層をイオンプレーティング法により形成した玉を備えたアンギュラ玉軸受の寿命を1とした場合の相対値で示している。このアンギュラ玉軸受(以降は比較例と記す)の構成は、玉の潤滑膜及び酸化層をイオンプレーティング法により形成した以外は、前述の本実施形態のアンギュラ玉軸受と同様である。
【0020】
耐久性試験の結果、本実施形態のアンギュラ玉軸受の寿命は2.8であり、比較例と比べて寿命が大幅に優れていた。
また、酸化層の厚さと軸受の寿命との関係を検討した結果、図6のグラフに示すように、酸化層の厚さが0.1μm以下であると寿命が優れていた。このように、オージェ電子分光分析により分析した酸化層の厚さが0.1μm以下の場合には、軸受の耐久性が優れることが分かった。
【0021】
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態においてはアンギュラ玉軸受を例示して説明したが、本発明の転動装置は様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、深溝玉軸受,自動調心玉軸受,円筒ころ軸受,円すいころ軸受,針状ころ軸受,自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受,スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。
【0022】
また、本実施形態においては、転動装置として転がり軸受を例示して説明したが、本発明の転動装置は、他の様々な種類の転動装置に対して適用することができる。例えば、リニアガイド装置,ボールねじ,直動ベアリング等の他の転動装置にも好適に適用可能である。
【0023】
【発明の効果】
以上のように、本発明の転動装置は、母材に対する密着性が優れているとともに被覆処理が容易な潤滑膜を備えていて、寿命及び音響特性が優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る転動装置の一実施形態であるアンギュラ玉軸受の構成を示す部分縦断面図である。
【図2】イオンビームミキシング装置の構成を示す概念図である。
【図3】イオンミキシング法によって形成した潤滑膜及び酸化層のオージェ電子分光分析結果を示すデプスプロファイルである。
【図4】イオンプレーティング法によって形成した潤滑膜及び酸化層のオージェ電子分光分析結果を示すデプスプロファイルである。
【図5】転がり軸受の耐久性を評価する真空高温耐久試験装置の概略図である。
【図6】酸化層の厚さと軸受の寿命との相関を示すグラフである。
【符号の説明】
1 内輪
2 外輪
3 玉
3a 潤滑膜
3b 酸化層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a rolling device suitably used under vacuum and high temperature, and particularly to a rolling device suitable for a rotating anode X-ray tube and the like.
[0002]
[Prior art]
If a lubricant such as grease is used for lubricating rolling bearings in a vacuum environment or a high temperature environment, the lubrication function may deteriorate or the operating environment may deteriorate due to evaporation of the lubricant oil or scattering of the lubricant itself. Problems such as contamination may occur.
Therefore, under the above-mentioned environment, conventionally, at least one of the raceway surface of the bearing ring, the rolling surface of the rolling element, and the pocket surface of the cage (the part in rolling contact with the rolling element) has a soft metal. Lubrication was performed by coating a lubricating film consisting of
[0003]
Silver (Ag), lead (Pb), and the like are known as the soft metal forming the lubricating film. For example, a rolling bearing used for a rotating anode X-ray tube (X-ray tube having a rotating anode). , Ag is used when the ambient temperature is 400 to 500 ° C., and Pb is used when the ambient temperature is about 300 ° C. or less.
On the other hand, in recent years, in a rolling bearing for a rotary anode X-ray tube, there is an increasing demand for longer life, improved acoustic characteristics, and a shorter running-in operation time in a process of assembling the X-ray tube.
[0004]
In order to satisfy these demands, attention has been paid to improving the wettability (adhesion) of Pb to steel materials, and an intermediate layer made of Ag, Bi, etc. and a lowermost layer made of Sn, or an intermediate layer made of Sn, A rolling bearing in which a lowermost layer made of Cu is formed between an uppermost layer made of Pb and a base material has been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open No. H7-190067).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the rolling bearing described in the above publication has excellent wettability of Pb with respect to the base material and has an effect on improving the life in that respect, but since Sn has a lower melting point than Pb and is easily evaporated, There was a possibility that durability and acoustic characteristics would be reduced.
[0006]
In addition, a coating process must be performed by evaporating a plurality of metals, so that there is a problem that the processing steps are complicated.
Therefore, the present invention solves the problems of the prior art as described above, and provides a rolling device that has excellent adhesion to a base material and has a lubricating film that can be easily coated, and has excellent life and acoustic characteristics. The task is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the rolling device of the present invention comprises an inner member having a raceway surface on an outer surface, and an outer member having a raceway surface opposed to the raceway surface of the inner member and disposed outside the inner member. And a plurality of rolling elements rotatably disposed between the two raceway surfaces, wherein the raceway surface of the inner member, the raceway surface of the outer member, and the rolling member At least the rolling surface of the rolling element among the rolling surfaces is coated with a lubricating film made of Ag or Pb, and an oxide layer of 0.1 μm or less is interposed between the lubricating film and the base material. And
[0008]
When the oxide layer is interposed, the wettability (adhesion) of the lubricating film with respect to the base material is improved, so that the life and acoustic characteristics of the rolling device are extremely excellent. In addition, since the metal oxide constituting the oxide layer has a high melting point (because it does not easily evaporate at a low melting point unlike Sn), there is no possibility that durability and acoustic characteristics are reduced. The thickness of this oxide layer needs to be 0.1 μm or less, and if it exceeds 0.1 μm, the life and acoustic characteristics of the rolling device may be deteriorated.
[0009]
The method for forming the lubricating film is not particularly limited, but the ion mixing method is most preferable. That is, a method of forming a coating of Ag or Pb by injecting ions such as argon while evaporating Ag or Pb with an electron beam.
When the ion mixing method is used, a coating (lubricating film) of Ag or Pb is formed, and an oxide layer having a thickness of 0.1 μm or less is formed between the lubricating film and the base material. A lubricating film and an oxide layer having excellent acoustic characteristics can be easily formed. The Ag or Pb film formed by the ion mixing method has excellent durability as compared with the film formed by the conventional ion plating method, so that the film thickness can be reduced. When the thickness of the lubricating film is small, the acoustic characteristics of the rolling device tend to be improved. Therefore, it is preferable to use the ion mixing method also from this point. Further, when the thickness of the lubricating film is small, for example, the running-in operation time in the process of assembling the rotating anode X-ray tube can be reduced.
[0010]
The thickness of the lubricating film is preferably from 0.1 to 0.5 μm. If it is less than 0.1 μm, there is a problem that durability is insufficient. On the other hand, if it exceeds 0.5 μm, there is a problem that the acoustic characteristics are reduced and a problem that the running-in operation time is increased and the production efficiency is reduced.
Further, the types of steel materials constituting the inner member, the outer member, and the rolling elements are not particularly limited, but SKH4, SUS440C, LNS125, ES1 (alloy component: 0.45% C-13% Cr- Stainless steel such as 0.14% N) is preferred. In particular, in the case of stainless steel, those having an alloy component satisfying C% ≦ 0.05Cr% + 1.41 such as LNS125, ES1, etc. are preferable because they do not generate a huge eutectic carbide.
[0011]
Note that the present invention can be applied to various rolling devices. For example, there are a rolling bearing, a ball screw, a linear guide device, a linear motion bearing, and the like.
In the present invention, the inner member is an inner ring when the rolling device is a rolling bearing, a screw shaft when the ball screw is the same, a guide rail when the linear guide device is the same, a linear motion bearing. In this case, each axis means. The outer member is an outer ring when the rolling device is a rolling bearing, a nut when the ball screw is the same, a slider when the linear guide device is the same, and an outer cylinder when the linear bearing is the same. Respectively.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of a rolling device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view showing a configuration of a full ball angular bearing which is an embodiment of the rolling device according to the present invention.
This angular ball bearing (nominal number: 708A, inner diameter 8mm, outer diameter 22mm, width 7mm, contact angle 30 °) is arranged to be able to roll freely between the
[0013]
The
[0014]
The coating process of the
[0015]
Here, the results of Auger electron spectroscopic analysis (depth profile) of the
First, FIG. 4 will be described. As can be seen from FIG. 4, the one formed by the ion plating method has a Pb layer, a base material mainly composed of Fe, and an intermediate layer (a mixed layer of an oxide of Pb and an oxide of Fe). ) Is observed, and oxygen is detected over the entire area from the Pb layer to the base material.
[0016]
On the other hand, FIG. 3 is the same in that a Pb layer, a base material containing Fe as a main component, and an intermediate layer (a mixed layer of an oxide of Pb and an oxide of Fe) therebetween are observed. However, oxygen is detected only in the vicinity of the intermediate layer and its interface, which is significantly different from that formed by the ion plating method of FIG. Another significant difference is that the thickness of the intermediate layer is very small.
[0017]
Next, the above-described angular contact ball bearing of the present embodiment was subjected to a rotation test using a vacuum high-temperature endurance test apparatus as shown in FIG. 5 to evaluate its durability.
This testing machine includes a rotating shaft S supported by a test bearing J, a motor M for rotating the rotating shaft S, a heater H for heating the rotating shaft S, a flange S1 and walls S2 and S3 forming a vacuum chamber. And a thermocouple T for detecting the temperature of the test bearing J. The rotating shaft S is supported by a bearing indicated by
[0018]
The end of the rotating shaft S on the motor M side is arranged in a
[0019]
A torque lever L is attached to the housing JH of the test bearing J, and the torque lever L is connected to the
The test conditions are an axial load of 30 N, a rotation speed of 10,000 rpm, a temperature of 300 ° C., and a degree of vacuum of 1 × 10 −4 Pa or less. The time until the torque detection value of the test bearing J became five times the initial value was defined as the life, and the rotation test was performed five times, and the life was evaluated based on the average value. In addition, the numerical values of the life described below (including the life described in the graph of FIG. 6 described later) are based on the assumption that the life of an angular ball bearing provided with a ball in which a lubricating film and an oxide layer are formed by an ion plating method is 1. It is shown as a relative value in the case. The configuration of this angular ball bearing (hereinafter referred to as a comparative example) is the same as that of the above-described angular ball bearing of the present embodiment except that a lubricating film and an oxide layer of the ball are formed by an ion plating method.
[0020]
As a result of the durability test, the life of the angular contact ball bearing of this embodiment was 2.8, which was much better than that of the comparative example.
Further, as a result of examining the relationship between the thickness of the oxide layer and the life of the bearing, as shown in the graph of FIG. 6, the life was excellent when the thickness of the oxide layer was 0.1 μm or less. Thus, it was found that when the thickness of the oxide layer analyzed by Auger electron spectroscopy was 0.1 μm or less, the durability of the bearing was excellent.
[0021]
Note that the present embodiment is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the present embodiment.
For example, in the present embodiment, an angular ball bearing has been described as an example, but the rolling device of the present invention can be applied to various rolling bearings. For example, radial rolling bearings such as deep groove ball bearings, self-aligning ball bearings, cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, needle roller bearings, self-aligning roller bearings, and thrust ball bearings and thrust roller bearings Rolling bearing.
[0022]
Further, in the present embodiment, a rolling bearing has been described as an example of a rolling device, but the rolling device of the present invention can be applied to various other types of rolling devices. For example, the present invention can be suitably applied to other rolling devices such as a linear guide device, a ball screw, and a linear motion bearing.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, the rolling device of the present invention has excellent adhesion to the base material and has a lubricating film that can be easily coated, and has excellent life and acoustic characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view showing a configuration of an angular contact ball bearing which is an embodiment of a rolling device according to the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a configuration of an ion beam mixing device.
FIG. 3 is a depth profile showing Auger electron spectroscopic analysis results of a lubricating film and an oxide layer formed by an ion mixing method.
FIG. 4 is a depth profile showing Auger electron spectroscopic analysis results of a lubricating film and an oxide layer formed by an ion plating method.
FIG. 5 is a schematic diagram of a vacuum high-temperature durability test apparatus for evaluating the durability of a rolling bearing.
FIG. 6 is a graph showing a correlation between the thickness of an oxide layer and the life of a bearing.
[Explanation of symbols]
1
Claims (2)
前記内方部材の軌道面,前記外方部材の軌道面,及び前記転動体の転動面のうち少なくとも前記転動体の転動面を、Ag又はPbからなる潤滑膜で被覆し、前記潤滑膜と母材との間に0.1μm以下の酸化層を介装したことを特徴とする転動装置。An inner member having a raceway surface on an outer surface, an outer member having a raceway surface facing the raceway surface of the inner member, and disposed outside the inner member, and rolling between the two raceway surfaces; A plurality of rolling elements freely arranged, and a rolling device comprising:
At least a rolling surface of the rolling element among the raceway surface of the inner member, the raceway surface of the outer member, and the rolling surface of the rolling element is covered with a lubricating film made of Ag or Pb, A rolling device characterized in that an oxide layer of 0.1 μm or less is interposed between the base material and the base material.
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Harris et al. | Paper 7: Friction and Wear Studies in Ultra-High Vacuum and the Evaluation of Electrical Slip-Rings |
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