JP2005048927A

JP2005048927A - 固体潤滑転がり軸受

Info

Publication number: JP2005048927A
Application number: JP2003284009A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamada; 博山田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】高性能の低発塵性転がり軸受であって、特に潤滑性および低発塵性が確実に長時間奏される高耐久性固体潤滑転がり軸受とすることである。
【解決手段】内輪１、外輪２、これらの間に介在する複数の転動体３、転動体３を保持する保持器４とを備えた深溝玉軸受において、内輪１、外輪２および転動体３の部品の表面に、平均分子量が３７０００〜５５０００（分子量３００００〜８００００）のＰＴＦＥの微粒子を多島海状に分散させた固体潤滑皮膜１ａ、２ａ、３ａを形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体や液晶など清浄雰囲気下での製造設備用機器に使用されたり、または真空環境下などで使用される固体潤滑転がり軸受に関する。

半導体製造設備などに用いられる軸受は、真空で高い清浄度が要求される雰囲気下で駆動されるため、その潤滑剤として、二硫化モリブデンなどの層状物質、金、銀、鉛などの軟質金属、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）などの潤滑性高分子からなる固体潤滑剤が用いられている。

このような固体潤滑剤を用いた転がり軸受において、その内部に用いる固体潤滑剤の性能向上が要求されており、特に潤滑性を長時間維持できるための耐久性と、軸受から排出される固体潤滑剤の量を可及的に少なくするという低発塵性が要求されている。

このような要求に応じられるように、本願の出願人は、転がり軸受の内外輪に介在する転動体の表面に、平均分子量５０００以下のＰＴＦＥからなる潤滑被膜を形成し、転動体を保持する保持器を自己潤滑性のポリイミドやＰＴＦＥで形成する手段を開示した（特許文献１参照。）。

また、同出願人は、平均分子量が２５０００以下のＰＴＦＥを有機溶媒に分散させて処理液を調整し、この処理液に軸受部品または軸受完成品を浸漬した後、これを乾燥させて、軸受部品または軸受完成品の表面に、ＰＴＦＥの微粉末を島状（すなわち多島海状）に分布させた固体潤滑性皮膜を形成する方法を開示している（特許文献２参照。）。

このようなＰＴＦＥの微粉末を多島海状に分布させた固体潤滑性皮膜は、微小な凹凸のある表面で母材を覆う皮膜であり、凸状の島と島の間は薄い皮膜部分（いわゆる海状部分）によって連続している。

したがって、凸状の島が摩擦接触によって削り取られ、発生した潤滑性の微粉が凹部の皮膜（海状）部分に転着し、皮膜から離れ難いため、発塵量が減少するという作用を奏するものである。

特開平５−１９６０４５号公報（特許請求の範囲）特開平５−２５６３２１号公報（特許請求の範囲、段落００１０）

しかし、上記した従来技術による低発塵性は、どのような条件で充分に長く持続するのか、すなわち使用耐久性のある条件が未解明であり、清浄な雰囲気下で低発塵性が充分に長く持続する高性能な固体潤滑転がり軸受が確実に得られていないという問題点がある。

そこで、この発明は、従来品より高性能の低発塵性転がり軸受であって、特に潤滑性および低発塵性が確実に長時間奏される高耐久性固体潤滑転がり軸受とすることを課題としている。

上記の課題を解決するために、この発明においては、内輪、外輪、内輪と外輪との間に介在する複数の転動体、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、前記内輪、外輪、転動体および保持器から選ばれる１以上の部品の表面に、平均分子量が３７０００〜５５０００のポリテトラフルオロエチレン微粒子が多島海状に分散した固体潤滑皮膜を形成した固体潤滑転がり軸受としたのである。

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、所定範囲の平均分子量のＰＴＦＥの微粒子が多島海状に分布した固体潤滑皮膜を有し、この皮膜はＰＴＦＥ微粒子が極めて均一に分散しているから、凸状の島が摩擦接触によって削り取られる際に発生する潤滑性の微粉の量の摩擦面の箇所（場所）による差がなくなり、そのため凹部の皮膜（海状）の部分に平均的に少しずつ確実に転着して、皮膜から剥がれる微粉末の量は極めて少なくなり、発塵量が減少すると考えられる。

上記の作用は、ＰＴＦＥが、平均分子量３７０００〜５５０００のポリテトラフルオロエチレンである場合に、特に確実に奏される。この範囲の分子量のＰＴＦＥは、有機溶媒に分散させた際に、特に均一に分散し、これに軸受を浸漬処理する時間中に安定して分散されているから、ＰＴＦＥの分散液に浸漬した後に乾燥させて形成された皮膜中には、ＰＴＦＥ微粒子が極めて均一に分散して存在することになる。

また、複数の転動体のうち、１以上の転動体がポリテトラフルオロエチレンで成形された転動体である固体潤滑転がり軸受において、上記の構成を採用することにより、軸受の使用状態での耐久性をさらに長くすることができ、軸受寿命の延長化を図ることができる。

この発明は、以上説明したように、転がり軸受の内輪、外輪、転動体および保持器から選ばれる１以上の部品の表面に、所定平均分子量のＰＴＦＥの微粒子が多島海状に分布した固体潤滑皮膜を形成したので、部品同士の摩擦接触によって潤滑性微粉が軸受外に放出され難くなり、充分に潤滑性を発揮しつつ低発塵性が確実に長時間持続するという高耐久性の固体潤滑転がり軸受になる利点がある。

上記の効果は、固体潤滑皮膜を構成するＰＴＦＥが、平均分子量３７０００〜５５０００である場合に、特に確実に奏されるので、高耐久性の固体潤滑転がり軸受になる。

また、複数の転動体のうち、１以上の転動体がＰＴＦＥ製転動体である固体潤滑転がり軸受では、軸受の使用状態での耐久性をさらに長くすることができ、そのような軸受の寿命が延長化される利点がある。

この発明の実施形態を、以下に、添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、実施形態の転がり軸受は、内輪１、外輪２、これらの間に介在する複数の転動体３、転動体３を保持する保持器４とを備えた深溝玉軸受である。内輪１、外輪２および転動体３の部品の表面には、平均分子量が３７０００〜５５０００のＰＴＦＥの微粒子を多島海状に分散させた固体潤滑皮膜１ａ、２ａ、３ａを形成している。ＰＴＦＥは、分子量３００００〜８００００のＰＴＦＥである。

この実施形態では、保持器４は、自己潤滑性を有する高分子材で形成している。保持器４に好適な高分子材の具体例としては、ＮＴＮ精密樹脂社製のルーロンＥ（平均分子量２×１０⁵〜３×１０⁵のＰＴＦＥを主成分とする。）、または同社製のメルディンＲ（ポリイミド樹脂を主成分とする。）等が挙げられる。特に、メルディンＲは、軟化点が最大３００℃であり、高温部への使用も可能なものである。

固体潤滑皮膜１ａ、２ａ、３ａは、ＰＴＦＥを有機溶媒に混ぜ、充分に分散させた処理液中に、軸受部品を１０秒程度浸漬した後、液外に引き上げて分散媒を乾燥させ、軸受部品表面に皮膜を形成したものである。ＰＴＦＥの分散媒として用いる有機溶媒としては、例えば、トルエン、ベンゼン、ナフサなどが挙げられる。

所定平均分子量のＰＴＦＥを分散質とする市販のＰＴＦＥ分散液としては、デュポン社製のドライフィルムＲＡ、喜多村社製のＫＤ−２００ＡＭ、同社製のＫＤ−２００ＡＦなどが挙げられ、またこれらを用いて好ましい結果を得ている。

図１に示したように、乾燥後の固体潤滑皮膜１ａ、２ａ、３ａは、内・外輪１、２の転走面および転動体３の表面に形成されているが、少なくとも転動体３の表面に形成すれば良い。また、図１では内・外輪１、２の外表面全体に固体潤滑皮膜１ａ、２ａを形成したものを示したが、嵌合面等の固体潤滑皮膜が本来不要な部分については、最終製品となる前に除去しても良い。さらに、軸受の形式は、同図に示すような深溝玉軸受ばかりでなく、その他に周知の転がり軸受であってもよい。

平均分子量の異なる５種類のＰＴＦＥを有機溶媒（バートメルＸＦ、キシレン等）に分散させた処理液に深溝玉軸受（ＳＵＳ４４０Ｃ製６０８、内径φ８ｍｍ、外径２２ｍｍ、幅７ｍｍ）を浸漬し、５０℃で乾燥させて、軸受部品の全表面に固体潤滑皮膜が形成された実施例１および比較例１〜４の軸受を製造した。

これらの軸受を高真空軸受耐久試験機で、荷重（アキシャル荷重）９．８１Ｎ、回転数２５００ｒｐｍの条件で耐久時間（ｈ）を調べ、この結果を表１および図２の折れ線グラフに示した。

表１および図２の結果からも明らかなように、固体潤滑皮膜を形成するＰＴＦＥの平均分子量が、４００００の場合に最も軸受の耐久寿命が長く、それは５３０時間に達した。このように耐久時間が５００時間を越える固体潤滑皮膜を形成するＰＴＦＥの平均分子量としては、３７０００〜５５０００であることが好ましい。

また、実施例と比較例の軸受を真空発塵測定試験機で、荷重（アキシャル荷重）９．８１Ｎ、回転数５０ｒｐｍ、測定時間７０時間（ｈ）、測定粒子径（０．２０μｍ）の条件で発塵総粒子数（個）を調べ、この結果を表２に示した。

表２の結果からも明らかなように、固体潤滑皮膜を形成するＰＴＦＥの平均分子量が、４００００の実施例１の場合にも軸受の発塵量は、比較例１〜４と大差なく、充分に低発塵量であることがわかる。

実施形態の転がり軸受の断面図固体潤滑皮膜のＰＴＦＥ平均分子量と軸受の耐久時間の関係を示す図表

符号の説明

１内輪
１ａ、２ａ、３ａ固体潤滑皮膜
２外輪
３転動体
４保持器

Claims

内輪、外輪、内輪と外輪との間に介在する複数の転動体、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、
前記内輪、外輪、転動体および保持器から選ばれる１以上の部品の表面に、平均分子量が３７０００〜５５０００のポリテトラフルオロエチレン微粒子が多島海状に分散した固体潤滑皮膜を形成したことを特徴とする固体潤滑転がり軸受。
ポリテトラフルオロエチレンが、分子量３００００〜８００００のポリテトラフルオロエチレンである請求項１に記載の固体潤滑転がり軸受。
複数の転動体のうち、１以上の転動体がポリテトラフルオロエチレンで成形された転動体である請求項１または２に記載の固体潤滑転がり軸受。