JP2019190532A - 転がり軸受及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】真空環境下等において好適に使用でき、転がり軸受から発生する塵埃やアウトガスが少なく、優れた耐久性を有する転がり軸受を提供する。【解決手段】内外輪の軌道面及び転動体の転動面の少なくとも１つに、２０℃における蒸気圧が１×１０−５Ｐａ以下であるフッ素系潤滑油と、フッ素樹脂とを含有し、かつ、平均分子量が６２５０以下であるフッ素系潤滑油からなる潤滑膜を有し、前記フッ素系潤滑油と前記フッ素樹脂との配合比が、質量比で、フッ素系潤滑油：フッ素樹脂＝１：０．２２〜１：０．４４である転がり軸受。【選択図】図１

Description

本発明は転がり軸受、より詳細には低発塵の転がり軸受に関する。また、本発明はその製造方法に関する。

転がり軸受は、例えば半導体製造装置内部に配設される搬送系装置に用いられることがある。このような真空環境下あるいはクリーンルーム等の清浄雰囲気中（以下、「真空環境下等」と記すこともある。）で使用される転がり軸受には、動作円滑性、高耐久性などに加え、低発塵性が要求される。従来から、転がり軸受の転動部位に潤滑剤を塗布・封入することにより、転動体及び転動体と接触する部位の摩耗を防ぎ、動作の円滑性を保っているが、発塵等による汚染がほとんど許容されない真空環境下等で用いられる転がり軸受においては、極めて揮発性が低いフッ素系潤滑油を基油としたフッ素系潤滑剤を用いることにより、転がり軸受外部に飛散あるいは蒸発する潤滑剤の量を抑制している。

このようなフッ素系潤滑剤について、特許文献１，２では、軸受材料との親和性が高い官能基を分子構造中に有するフッ素系潤滑油を用いることで、低発塵性及び耐久性を高めている。また、特許文献３には、基油としてフッ素系潤滑油と、増ちょう剤としてポリテトラフルオロエチレンと、を含有するフッ素系グリースが示されている。さらに、特許文献４及び５には、フッ素系グリースを封入した転動装置が示されている。また、特許文献６には、ポリテトラフルオロエチレンを主として含有するフッ素系固体潤滑剤をコーティングした転がり軸受が示されている。

更に、特許文献７には、オイルプレーティング処理により、２０℃における蒸気圧が１×１０^−５Ｐａ以下の潤滑油と、フッ素樹脂とを含有する潤滑剤からなる潤滑膜を形成した転がり軸受が示されている。

特開２００１−１７３６６７号公報 特開昭６２−２４６６２１号公報 特開平１−２８４５４２号公報 特開２００３−１３９７４号公報 特開２００２−３５７２２５号公報 特開平５−２４０２５７号公報 特開２００５−３６９５９号公報

しかしながら、特許文献１、２では、軸受材料との親和性の高い官能基を有するフッ素系潤滑油を付着させることにより低発塵性、耐久性を向上させているが、軸受部材に化学的に付着している分子は一分子層であり、化学的に付着していない他のフッ素系潤滑油は付着に供されていない。また、一般に官能基を有するフッ素系潤滑油は、官能基を有しないフッ素系潤滑油と比較して蒸気圧が高いため、付着に供されていないフッ素系潤滑油が蒸発してアウトガスや発塵粒子として発生する。

特許文献７のように、オイルプレーティング処理により、付着に供されていないフッ素系潤滑剤の量を減じることもできるが、潤滑膜の耐久性に改善の余地がある。

また、特許文献３〜５のように、フッ素系グリースを使用した場合には、外部飛散を抑制するためにグリース使用量を少量にする必要があるが、この場合には、潤滑作用の不足や耐久性の低下を余儀なくされる。

特許文献６のように、フッ素系高分子固体潤滑剤で転動部位をコーティングする場合は、比較的大きなアキシアル荷重がかかる状況においては、固体潤滑剤の剥離や欠落が生じたり、摩耗による発塵が多くなるため、耐久性及び低発塵性の点で不十分な場合がある。

本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、真空環境下等において好適に使用でき、転がり軸受から発生する塵埃やアウトガスが少なく、優れた耐久性を有する転がり軸受を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は下記の転がり軸受及びその製造方法を提供する。
（１）内外輪の軌道面及び転動体の転動面の少なくとも１つに、
２０℃における蒸気圧が１×１０^−５Ｐａ以下であるフッ素系潤滑油と、フッ素樹脂とを含有し、かつ、平均分子量が６２５０以下であるフッ素系潤滑油からなる潤滑膜を有し、
前記フッ素系潤滑油と前記フッ素樹脂との配合比が、質量比で、フッ素系潤滑油：フッ素樹脂＝１：０．２２〜１：０．４４であることを特徴とする転がり軸受。
（２）真空中あるいはクリーンルームで用いられることを特徴とする上記（１）記載の転がり軸受。
（３）２０℃における蒸気圧が１×１０^−５Ｐａ以下であるフッ素系潤滑油と、フッ素樹脂とを含有し、かつ、平均分子量が６２５０以下であるフッ素系潤滑油と、希釈溶媒とを、質量比で、フッ素系潤滑油：希釈溶媒＝１：７．６〜１：１５．６で混合した潤滑剤希釈溶液を用い、内外輪の軌道面及び転動体の転動面の少なくとも１つに、オイルプレーティング処理することを特徴とする転がり軸受の製造方法。
（４）前記オイルプレーティング処理は、１００℃以上２５０℃以下で、１５分間以上６０分間以下加熱することを特徴とする上記（３）記載の転がり軸受の製造方法。

本発明によれば、特定のフッ素系潤滑油と、フッ素樹脂とを含有する潤滑剤からなる潤滑膜を形成することにより、高度な回転性能を維持しつつ、発塵及びアウトガスを抑制することができるとともに、耐久性にも優れる転がり軸受が得られる。

本発明の転がり軸受の一例を示す一部破断断面図である。 耐久試験装置を示す断面図である。 発塵試験装置を示す断面図である。 試験１における、耐久性試験の１００℃、荷重条件１での結果を示すグラフである。 試験１における、耐久性試験の１５０℃、荷重条件１での結果を示すグラフである。 試験１における、耐久性試験の２００℃、荷重条件１での結果を示すグラフである。 試験１における、耐久性試験の２００℃。荷重条件２での結果を示すグラフである。 試験１における、発塵試験の回転速度３００ｍｉｎ^−１での結果を示すグラフである。 試験１における、発塵試験の回転速度１０００ｍｉｎ^−１での結果を示すグラフである。 試験１における、潤滑油とフッ素樹脂との割合及び潤滑油と溶剤との割合を変えた時の発塵試験の回転速度３００ｍｉｎ^−１での結果を示すグラフである。 試験１における、潤滑油とフッ素樹脂との割合及び潤滑油と溶剤との割合を変えた時の初時試験の回転速度１０００ｍｉｎ^−１での結果を示すグラフである。 試験２の結果を示すグラフである。 試験３の結果を示すグラフである。 試験４における、回転速度３００ｍｉｎ^−１での結果を示すグラフである。 試験４における、回転速度１０００ｍｉｎ^−１での結果を示すグラフである。 アウトガス試験装置を示す断面斜視図である。 試験５の結果を示すグラフである。 トルク試験装置を示す断面図である。 試験６の結果を示すグラフである。 試験７の結果を示すグラフである。 試験８の結果を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

本発明において、転がり軸受の種類や構造自体には制限はなく、内外輪の軌道面及び転動体の転動面の少なくとも一つに、後述する特定のフッ素系潤滑剤からなる潤滑膜が形成されている。例えば、図１に示すように、転がり軸受１００は、内輪１０１と、外輪１０２と、転動体である玉１０３と、プレス加工により製造した波形の保持器１０４と、を備えており、内輪１０１の軌道面、外輪１０２の軌道面及び玉１０３の表面に、それぞれ潤滑膜１０５が形成されている。尚、潤滑膜１０５は、内輪１０１の軌道面、外輪１０２の軌道面及び玉１０３の何れか１つに形成されていてもよい。

内輪１０１、外輪１０２、玉１０３及び保持器１０４を形成する材料には制限はないが、一般的に軸受用として使用されている金属材料で形成される他、例えば耐食性を有する金属材料により形成される。この種の金属材料としては、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２などの軸受鋼、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃなどのマルテンサイト系ステンレス鋼、ＪＩＳ規格ＳＵＳ６３０などの析出硬化型ステンレス鋼、及び、これらの金属材料に浸炭処理、窒化処理や、ダイヤモンドライクカーボンの皮膜処理などの適当な硬化熱処理を施したものなどが挙げられる。また、軽荷重用途であれば、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などのオーステナイト系ステンレス鋼や、チタン合金に表面硬化処理を施したものを用いることができる。なお、玉１０３には、上記金属材料の他に窒化けい素やアルミナ、ジルコニア等のセラミックを用いることができる。

上記に列挙した金属材料及びセラミックの中でも、耐食性を有する材料を用いることが好ましく、特に、内輪１０１及び外輪１０２にはマルテンサイト系ステンレス鋼を用い、玉１０３にはマルテンサイト系ステレンス鋼及びセラミックを用いることが望ましい。その理由は以下の通りである。

通常、転がり軸受に耐食性を持たせるために、潤滑剤中に防錆剤を添加するという方法が取られる。ところが、この防錆剤は本発明の潤滑膜１０５を構成するフッ素系潤滑剤の各成分と比べて蒸発しやすいことから、防錆剤の添加は発塵やアウトガスを増加させる要因となってしまう。そこで、内輪１０１及び外輪１０２に耐食性の材料を用いれば、耐食性を実現するとともに、潤滑剤の使用量を低減できるため、本発明が目的とする発塵及びアウトガスの抑制も達成することができる。

また、保持器１０４には、上記金属材料の他、黄銅、チタン材などが好適に用いられるが、合成樹脂材料を用いることもできる。この合成樹脂材料としては、例えばＰＴＦＥ、エチレンテトラフルオロエチレン(ＥＴＦＥ）などのフッ素樹脂や、ポリエーテルエーテルケトン(ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ）、ポリエーテルサルフォン(ＰＥＳ）、ナイロン４６等のエンジニアリングプラスチックなどの使用も可能である。 これらの合成樹脂材料には、ガラス繊維などの強化繊維が添加されていてもよい。保持器１０４の形式は、波形の他に、冠形、もみ抜き形とすることもできる。

潤滑膜１０５は、フッ素系潤滑油と、フッ素樹脂とを含むフッ素系潤滑剤からなる。フッ素系潤滑油は、２０℃における蒸気圧が１×１０^−５Ｐａ以下であり、蒸気圧が低いほどアウトガスが少なく好ましい。２０℃における蒸気圧が１×１０^−５Ｐａを超えると、フッ素樹脂を添加してもアウトガス抑制の効果が十分に得られない。また、フッ素系潤滑油の平均分子量が６２５０以下であり、平均分子量が６２５０を超えると転がり軸受の動摩擦トルク値が著しく大きくなる。

フッ素系潤滑油は上記の蒸気圧を、フッ素系潤滑剤は上記の平均分子量を満足する限り制限はないが、フッ素系潤滑油は例えば、フルオロポリエーテル重合体又はポリフルオロアルキル重合体を用いることができる。フルオロポリエーテル重合体としては、−Ｃ_ｘ−Ｆ_２ｘ−Ｏ−という一般式(Ｘは１〜４の整数）で示される単位を主要な繰り返し単位とする重合体である。

ポリフルオロアルキル重合体は、Ｒ_１−（ＣＦ_２）_ｎ−Ｒ_２という式（ｎは整数）で表されるものであり、Ｒ_１及びＲ_２としては下記化学式１に示すものが挙げられる。なお、Ｒ_１及びＲ_２は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

また、フッ素系潤滑油は、分子構造中に官能基を有しないものに加え、分子構造中に官能基を有するものを一定量添加させても良い。この官能基については、金属に対して親和性の高いもの、例えばエポキシ基、アミノ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、メルカプト基、スルフォン基又はエステル基などが好ましい。

上述のフッ素系潤滑油として、より詳しくは、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）あるいはその誘導体との混合物、例えばソルベイスペシャルティポリマーズジャパン株式会社の商品名フォンブリン(ＦＯＮＢＬＩＮ）Ｙスタンダード、フォンブリンエマルジョン（ＦＥ２０，ＥＭ０４など）又はフォンブリンＺ誘導体（ＦＯＮＢＬＩＮ Ｚ ＤＥＡＬ，ＦＯＮＢＬＩＮ Ｚ ＤＩＡＣ，ＦＯＮＢＬＩＮ Ｚ ＤＩＳＯＣ，ＦＯＮＢＬＩＮ Ｚ ＤＯＬ，ＦＯＮＢＬＩＮ Ｚ ＤＯＬＴＸ２０００，ＦＯＮＢＬＩＮ Ｚ ＴＥＴＲＡＯＬなど）が好適に用いられる。

フッ素樹脂は、付着に供しない余分のフッ素系潤滑油をトラップする作用があり、発塵及びアウトガスの抑制効果をより高める。そのため、潤滑膜１０５を厚く形成することができ、耐久性の向上を図ることもできる。

フッ素樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や四フッ化エチレンパーフルオロビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、フッ化エチレンプロピレン共重合体(ＦＥＰ）などを用いることができる。また、フッ素樹脂の平均分子量は、フッ素系潤滑剤の平均分子量が上記範囲となるように選択される。

そして、上記フッ素系潤滑油と上記フッ素樹脂とを混合したフッ素系潤滑剤を調製し、オイルプレーティング処理して潤滑膜１０５を形成する。フッ素系潤滑剤におけるフッ素系潤滑油とフッ素樹脂との配合比は、質量比で、フッ素系潤滑油：フッ素樹脂＝１：０．２２〜１：０．４４が好ましい。フッ素樹脂の含有量が上記配合比よりも低い場合には発塵抑制効果が劣化し、逆に高い場合にはフッ素系潤滑油の含有量が低くなるため、潤滑性能が劣化する。より望ましくは、上記配合比が１：０．２６〜１：０．４４である。

また、フッ素樹脂はパウダーであり、フッ素系潤滑剤は、いわゆるゲル状になっている。 フッ素系樹脂は微粒であるほど好ましく、平均粒径で１μｍ以下がより好ましい。

オイルコーティング処理するためには、フッ素系潤滑剤の濃度が高すぎるため、希釈溶媒で希釈して潤滑剤希釈溶液を調製する。潤滑剤希釈溶液は、質量比で、フッ素系潤滑油：希釈溶媒＝１：７．６〜１：１５．６とすることが好ましい。この配合比より希釈溶媒が少ない場合は、フッ素系潤滑油が過剰量となって低アウトガス性と低発塵性が損なわれる可能性があり、配合比より希釈溶媒が多い場合は、フッ素系潤滑油が不足して潤滑耐久性能が不十分となる可能性がある。望ましくは、上記配合比は，フッ素系潤滑油：希釈溶媒＝１：７．６〜１：１４．１である。

希釈溶媒としては、代替フロン系の希釈溶媒、パーフロオロカーボン（ＰＦＣ）、フッ素系不活性溶液のスリーエムジャパン株式会社製「ノベック」、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製「バートレル」、ソルベイスペシャルティポリマーズジャパン株式会社製「ガルデン」などが挙げられる。

潤滑剤希釈溶液は、上記のフッ素系潤滑油、フッ素樹脂及び希釈溶媒のみから構成してもよいが、潤滑膜１０５としての化学的、機械的特性を考慮して、更には潤滑剤希釈溶液の塗布性を考慮して、他の成分を添加することもできる。例えば、平均粒径１μｍのフッ素樹脂と、平均粒径２．５μｍのフッ素樹脂とを混合してもよい。

そして、内輪１０１、外輪１０２、玉１０３及び保持器１０４を組み立てて転がり軸受１００を完成状態としてから、脱脂洗浄後、内輪１０１及び外輪１０２間で玉１０３の存在する箇所に、潤滑剤希釈溶液をスポイトなどにより必要量だけ注入する。その後、転がり軸受１００を数回回転させることにより、潤滑剤希釈溶液を内輪１０１、外輪１０２、玉１０３及び保持器１０４の転動部位、摺動部位に付着させる。尚、潤滑剤希釈溶液の供給は、スポイトの他にも刷毛による塗布を行ってもよいし、スプレーを用いた噴霧により行ってもよい。

また、潤滑剤希釈溶液の貯留槽に、組み立てた転がり軸受１００を浸漬した後、引き上げることもできる。この浸漬法では、転がり軸受１００を構成する個々の部品を、個別に浸漬して潤滑膜を形成した後、軸受を組み立ててもよい。

この後、潤滑剤希釈溶液を付着させた転がり軸受１００の全体を、１００℃以上２５０℃以下で、１５分間以上６０分間以下加熱して、希釈溶媒を蒸発させることにより、潤滑膜１０５を形成する。加熱温度及び加熱時間において、上限温度及び上限加熱時間を超える場合には、潤滑膜１０５を構成する潤滑剤の潤滑性が劣化し、また、内輪１０１及び外輪１０２の各軌道面や玉１０３の転動面の硬度低下及び寸法変化の原因となる。逆に、あまりに低い温度や短い加熱時間に設定すると、希釈溶媒を完全に除去することができない。そのため、実際のオイルプレーティング処理の際には、上記の加熱温度及び加熱時間の範囲内であって、かつ、用いた希釈溶媒の種類や含有量に応じて該希釈溶媒を除去するのに十分な加熱温度及び加熱時間を設定する。また、軌道面等を構成する材料についても考慮し、例えば焼入れ・焼き戻し処理した鋼を用いる場合には、上記硬度低下及び寸法変化をもたらさないような加熱温度及び加熱時間を設定する。

本発明の転がり軸受として、例えば下記を例示することができる。

分子構造中に官能基を有しないフッ素系潤滑油を９０質量％と、分子構造中に官能基を有するフッ素系潤滑油を１０質量％とを混合してフッ素系潤滑油とする。このフッ素系潤滑油の２０℃における蒸気圧は１×１０^−５Ｐａ以下であり、平均分子量は６２５０である。

上記フッ素系潤滑油と、平均分子量が３０００で、平均粒径が１μｍのＰＴＦＥパウダーとを、質量比で、フッ素系潤滑油：ＰＴＦＥパウダー＝１：０．２６にて混合し、平均分子量が６２５０以下のフッ素系潤滑剤を調製する。

次いで、フッ素系潤滑剤と、希釈溶媒であるソルベイスペシャルティポリマーズジャパン株式会社製「ガルデンＳＶ８０」とを、質量比で、フッ素系潤滑油：希釈溶媒＝１：７．６にて希釈して潤滑剤希釈溶液とする。

そして、潤滑剤希釈溶液にＳＵＳ４４０Ｃ製の深溝玉軸受を浸漬し、内外輪の表面を拭き取り、軸受全体を１２０℃で約３０分間加熱して潤滑膜を形成して本発明の転がり軸受が完成する。

本発明の転がり軸受１００では、潤滑膜１０５による潤滑作用が安定的に維持され、しかも、フッ素系潤滑油が低蒸気圧であるため揮発しにくく、更には付着に供しないフッ素系潤滑油がフッ素樹脂によりトラップされるため、低発塵及び低アウトガスとなる。また、グリースと異なり、回転抵抗が極めて小さいため、トルクの上昇を招くこともなく、高精度な回転性能が得られる。更には、流動性が保たれることから固体潤滑膜で見られる剥離や欠落、摩耗による発塵が抑制される。そのため、本発明の転がり軸受は、真空中あるいは精密機械製造工場等のクリーンルームでの使用に好適である。

製造方法においても、オイルプレーティング処理することにより、潤滑膜１０５を薄膜にすることができる。潤滑膜１０５が厚くなると、余分な潤滑剤が飛散しやすくなるため、発塵やアウトガスの抑制効果が低下するが、本発明によればこのような問題もない。

以下に試験例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

［試験１］
先ず、試験装置について説明する。

（耐久試験装置）
図２に耐久試験装置を示すが、図示されるように、水平に配置された回転軸１の２箇所段部に、２個の試験軸受２が回転軸両端からそれぞれ装填、嵌合している。略スリーブ形状の軸受ハウジング３が２個の試験軸受２にそれぞれ嵌合していて、試験軸受ハウジング３は外径に段部を有していて、段部が突き当てとなるように軸受ハウジング３が門型ハウジング５にそれぞれ嵌合している。２個の門型ハウジング５は真空槽７の中間板１６に機械的に接合されていて、回転軸１が水平を保持するように試験軸受２を支持している。

試験軸受２は、ばね６（図では圧縮ばね）等で予圧が付与できるようになっている。軸受ハウジング３の外径にはヒータ４が巻かれていて、要に応じて試験軸受２を昇温することが可能である。

門型ハウジング５で支持される試験軸受２と回転軸１等はすべて真空槽７の内部に配置されている。回転軸１の端部にはカップリング９が配置されていて、カップリング９に同軸的に接続される回転導入軸１０が、真空槽７との真空気密を保持しながら、外部から回転自在となっている。真空槽７の底部７Ａには排気ポート８が真空気密的に接続されていて、排気ポート８に真空ポンプを接続・作動させて真空槽７の内部を真空環境にすることができる。

回転導入軸１０の真空気密は、磁気シールや磁気カップリング，あるいは差動排気シールやＯリング等の弾性シール等を使用できる。

真空ポンプを作動させて、真空槽７の内部を真空環境とした後に、外部駆動（図示せず）によって回転導入軸１０を回転させると試験軸受２も回転するので、真空環境において、試験軸受２の回転試験を行うことが可能となる。

この時、ヒータ４に通電して作動させると、試験軸受２を昇温することができる。試験軸受２の温度を図示しないセンサ（熱電対等）でモニタ制御を行なえば、所定の軸受試験温度で、真空環境での試験軸受２の回転試験を行うことが可能となる。

回転軸１や軸受ハウジング３、門型ハウジング５の材質は特に問われるものではないが、一般の軟鋼やＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼等、ＳＵＳ４２０等のマルテンサイト系ステンレス鋼等、ＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス鋼等、ＳＵＳ６３０等の析出硬化型ステンレス鋼等が用いられる。

ばね６の材質は、一般のピアノ線、オイルテンパー線等で良いが、昇温して試験を行う場合は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ６３１等のステンレス鋼等、さらに３５０℃以上での試験を行う場合は、インコネル６００やインコネルＸ−７５０等の耐熱性能の優れる合金材料を使用すると良い。

カップリング９の材質も特に問われるものではなく、Ａ５０５２、Ａ５０５６等の一般アルミニウム合金の他、Ａ２０１７、 Ａ２０２４、Ａ７０７５等のジュラルミン、ＳＵＳ３１６ＬやＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０３等のステンレス鋼等が、単独、あるいは複合的に用いられる。試験軸受２を昇温して試験を行う場合は、回転軸１が熱膨張することが考えられるので、熱膨張長さを吸収できる充分な許容軸方向変位量を持ったカップリング９が選定される。図示しないが、軸とそれを覆うカップとその両者をボールで機械結合した形式の、ボールカップリング等は許容軸方向変位量が大きいので、試験軸受２を昇温させる場合は好適である。

回転軸１上の２個の試験軸受２の中央地点からの等配位置に支持軸受１１が２個配置されていて、支持軸受１１は略円筒形状の支持軸受ハウジング１２に嵌合している。支持軸受ハウジング１２の外径の中央地点対応位置にはワイヤー１３が取り付けられていて、ワイヤー１３のもう一方の端部にはウェイトトレー１４が取り付けられている。試験軸受２を水平支持すると、２個の試験軸受２の中央地点からワイヤー１３が懸垂されて、その直下にウェイトトレー１４が懸垂される。ウェイトトレー１４にウェイト１５を載せて懸垂させると、２個の試験軸受２にはラジアル荷重が負荷されることになるが、それぞれの試験軸受２には均等に荷重が負荷されるように回転軸１やそれに付属する部品等が設定、配置されている。ウェイト１５の重量は、試験軸受２に支持される回転軸１やそれに付属する部品等の重量を勘案して、所定のラジアル荷重となるように設定される。

天板７Ｂの材質は、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレス鋼等の他、 Ａ５０５２、Ａ５０５６等の一般アルミニウム合金、Ａ２０１７、 Ａ２０２４、Ａ７０７５等のジュラルミン等が用いられるが、ガラスを使用して真空槽７の内部を覗くことができるようにするのでも良い。ガラスの材質は一般のソーダガラスの他、強化ガラス、石英ガラス等が用いられ、酸化ホウ素添加の耐熱ガラス等を使用すると高温の軸受試験に好適と言える。

門型ハウジング５は、真空槽７の深さ方向の中央位置に水平に配置された真空槽中間板１６に締結されている、真空槽中間板１６上の門型ハウジング５の中間地点には、貫通穴１６Ａが設けられていて、貫通穴１６Ａの中央を通過してワイヤー１３が懸垂されている。

図示しないメンテナンスポートから手を入れて、ウェイトトレー１４にウェイト１５を積載した後、このメンテナンスポートを閉塞して真空槽７を真空封止化する。

次に、本装置の機能・効果について説明する。試験軸受２を２個、回転軸１に挿入し、所定の手順で装置を組み立てて、２個の門型ハウジング５によって回転軸１が水平となるように配置する。回転軸１は、回転導入軸１０にカップリング９で回転拘束的に接続されている。回転導入軸１０は、外部回転自在に真空封止されている。

真空槽７の底部７Ａには排気ポート８が貫通して設けられているので、排気ポート８を真空気密的に図示しない真空ポンプと接続すれば、真空槽７の内部を排気できる。

真空ポンプを作動させると、真空槽７の内部は真空環境となる。この時、図示しない外部駆動機構によって回転導入軸１０を回転させれば、回転軸１が回転し、試験軸受２も回転する。したがって、真空環境中で試験軸受２を回転させることができる。

ヒータ４に通電すると、ヒータ４が巻かれている軸受ハウジング３が加熱され、軸受ハウジング３に嵌合している試験軸受２が加熱される。この時、図示しない熱電対等の温度センサを試験軸受２の外径に接触配置してヒータ４を制御することにより、所定の軸受温度における試験が可能となる。

回転導入軸１０には、常圧環境中に、図示しないトルク検出器が接続されていて、試験最中に回転導入軸１０の動摩擦トルクを常時モニタしている。試験軸受２の運転が継続して、いずれ試験軸受２が損傷した場合には、試験軸受２の動摩擦トルク値になんらかの変化が生じ、それにより回転導入軸１０の動摩擦トルク値に変化が生じるので、試験軸受２の損傷の発生を検知することができる。回転導入軸１０の駆動源がサーボモータ等である場合には、モータのサーボ電圧出力値の変化をモニタすることで、トルク検出器を取り付けなくても、トルク検出器による動摩擦トルク値の変化をモニタすることに代えることができる。

動摩擦トルク値に変化が生じたら、あるいはサーボ電圧出力値に変化が生じたら、試験軸受２に損傷が生じた可能性があるので、試験装置を停止して試験を終了し、試験軸受２の走行距離（総回転数）を耐久性能の指標とする。

装置諸元は以下の通りである。
・試験軸受：
内径：８〜４０ｍｍ
個数：２
軸受姿勢：水平軸
回転輪：内輪回転
・回転速度：最大３０００ｍｉｎ^−１
・試験環境：真空
・軸受温度：最高大４００℃
・測定項目：動摩擦トルク値

（発塵試験装置）
図３に発塵試験装置を示すが、図示されるように、２個の支持軸受２１によって水平に支持された回転軸２２の端部２２Ａに同軸的にセンタ軸２３が嵌合し、締結されている。センタ軸２３の外径には試験軸受２４が同軸的に嵌合し、試験軸受２４の内輪が内輪押さえ２５によって内輪がセンタ軸２３と機械一体的に取り付けられている。試験軸受２４の外輪は、試験軸受ハウジング２６に同軸的に嵌合していて、試験軸受ハウジング２６は回転軸２２と同軸的に配置されている。試験軸受２４の外輪端面は、外輪押さえ２７の端面と全周で接触していて、圧縮ばね２８によって外輪押さえ２７の端面から図右方に負荷を受けていて、それにより試験軸受２４は予圧に保持されている。

回転軸２２の端部２２Ａにはカップリング２９が同軸的に嵌合し、機械一体的に結合していて、カップリング２９の反対側には一部しか図示しないモータ３０のモータ軸３０Ａが同軸的に嵌合し、機械一体的に結合している。

したがって、モータ３０を回転駆動させれば、回転軸２２が回転して試験軸受２４の内輪を回転させることができる。試験軸受２４は予圧状態を保持したまま回転する。

回転軸２２はリング形状の磁気シール３１を貫通していて、回転軸２２の外径と磁気シール３１とは気密的に封止されている。磁気シール３１の外径に機械的に連なる部品は、全てＯリングによって気密的に封止されて気密室を形成しているので、回転軸２２の端部２２Ａは気密室３２の外から中に挿入されて、同時に気密が保持される。

回転軸２２を回転させても、磁気シール３１の機能によって気密室３２は気密状態が保持されるので、回転軸２２の端部２２Ａに試験軸受２４を機械的に結合することで気密室３２の内部で試験軸受２４を回転させることができる。気密室３２の内部は気密状態が保持されているので、支持軸受２１から発塵が生じたとしても塵埃が気密室３２に入り込むことはない。

気密室３２は、円筒形状に気密室胴部３３を具備していて、気密室胴部３３をアクリルやガラス等の透明部材を用いれば気密室３２にある試験軸受２４を目視することができる。

気密室胴部３３の端面には、円盤形状の側板３４が気密的に結合されている。側板３４には貫通穴が２箇所設けられていて、いずれにも配管ポート３５が気密的に結合されている。配管ポート３５の一方にヘパフィルタ等で清浄化されたクリーンエアを配管、接続し、もう一方に図示しないパーティクルカウンタを配管、接続すれば、気密室３２にクリーンエアを継続的に導入し、同時に気密室３２の内部のエアをパーティクルカウンタでパーティクル測定を行なうことができる。パーティクルカウンタ内設のポンプによってエアをパーティクルカウンタに導入するのと同時に、クリーンエアを気密室３２に導入できるので、パーティクルカウンタで測定されるパーティクルは、全て気密室３２の内部で発生したパーティクルであると言える。

したがって、気密室３２の内部で試験軸受２４を回転させれば、他に発塵源は気密室３２の内部には存在しないので、測定されたパーティクルは全て試験軸受２４から発生したものと言える。よって、この装置により、常圧環境中の軸受の発塵試験が実行可能となる。

試験諸元は以下の通りである。
・試験軸受：
内径：８〜６０ｍｍ
個数：１
軸受姿勢：水平軸
回転輪：内輪回転
・回転速度：最大３０００ｍｉｎ^−１
・試験環境：常圧
・軸受温度：常温成り行き
・測定項目：発塵サイズと個数

次に、試験軸受を説明する。

（試験軸受）
分子構造中に官能基を有しないフッ素系潤滑油Ａ（２０℃における蒸気圧：１×１０^−５Ｐａ以下、平均分子量：６２５０）を用意した。

上記フッ素系潤滑油Ａにフッ素系樹脂（ＰＴＦＥ；平均分子量３０００）を、質量比で、フッ素系潤滑油Ａ：フッ素系樹脂（ＰＴＦＥ）＝１：０．２６にて混合し、平均分子量が６２５０以下であるフッ素系潤滑油Ａを調製した。

次いで、フッ素系潤滑油Ａと、希釈溶媒である「ノベック７１００」とを、質量比で、フッ素系潤滑油Ａ：希釈溶媒＝１：７．６にて希釈して潤滑剤希釈溶液Ａとした。

そして、潤滑剤希釈溶液ＡにＳＵＳ４４０Ｃ製の深溝玉軸受を浸漬し、軸受全体を１４０℃で約３０分間加熱して潤滑膜を形成して試験軸受（実施例）とした。

また、比較のために、特開２００５−３６９５９号公報に従い、潤滑油Ｂとしてアルキル化シクロペンタン（蒸気圧：１×１０^−５Ｐａ以下）を用い、この潤滑油Ｂに上記のフッ素系樹脂（ＰＴＥＦ）を、質量比で、潤滑油Ｂ：フッ素系樹脂（ＰＴＦＥ）＝１：０．２０にて混合して潤滑剤Ｂを調製した。次いで、潤滑剤Ｂと、希釈溶媒であるヘキサンとを、質量比で、潤滑油Ｂ：希釈溶媒＝１：１９にて希釈して潤滑剤希釈溶液Ｂを調製し、同様にしてオイルプレーティング処理して試験軸受（比較例）を作製した。

尚、各試験軸受とも、内輪と外輪との隙間の空間を露出（シールド無し）した。また、後述する試験２〜８においても、試験軸受はシールド無しである。

（耐久性試験）
上記の試験軸受について、図２に示す耐久試験装置を用いて耐久性能を評価した。尚、試験軸受は、内径が８ｍｍとし、ここでは実施例１、比較例１とする。

試験条件は以下の通りである。
・回転速度：３０００ｍｉｎ^−１
・試験環境：真空（１×１０^−１Ｐａ程度）
・軸受温度：１００、１５０及び２００℃
・荷重条件：予圧あり
荷重条件はラジアル荷重違いで２条件であり、
荷重条件１：ラジアル荷重Ｐ／Ｃ＜５（＊１）
荷重条件２：同Ｐ／Ｃ＞５（ラジアル荷重値開示せず）
（＊１ Ｐ：動等価荷重、Ｃ：基本動定各荷重）
・試験終了条件：モニタしている動摩擦トルク値が急激に増加したり、異音や多量の摩耗
粉が生じたり、あるいは、それらが複合して起こった場合に試験終了
・試験条件番号と試験回数：試験は４条件で行った。追い番号で、試験条件１−１〜１−４と呼称する。各試験条件と、実施例番号、比較例番号及び試験回数は以下のとおり。
試験条件１−１：１００℃×荷重条件１、実施例１−１：１回、比較例１−１：１回
試験条件１−２：１５０℃×荷重条件１、実施例１−２：２回、比較例１−２：３回
試験番号１−３：２００℃×荷重条件１、実施例１−３：１回、比較例１−３：１回
試験番号１−４：２００℃×荷重条件２、実施例１−４：１回、比較例１−４：１回

各試験条件での試験結果を図４〜７に示すが、試験条件番号と図との対応は、試験条件１−１については図４、試験条件１−２については図５、試験条件１−３については図６、試験条件１−４については図７に示す。

各図に示すように、１００℃では、実施例１−１は、比較例１−１に対して約３倍の耐久性能を示した。１５０℃については同等から約２倍程度、２００℃については約３倍〜６倍超、実施例１群が比較例１群に対して優れた耐久性能を示した。このように、本発明の転がり軸受が真空高温環境下での耐久性能に優れることが分かる。

（発塵性試験）
上記の試験軸受について、図３に示す発塵試験装置を用いて発塵性を評価した。尚、試験軸受は内径が２０ｍｍであり、回転速度３００ｍｉｎ^−１については実施例２−１及び比較例２−１、回転速度１０００ｍｉｎ^−１については実施例２−２及び比較例２−２とする。

試験条件は以下の通りである。
・回転速度：３００ｍｉｎ^−１及び１０００ｍｉｎ^−１の２条件
・試験環境：常圧
・軸受温度：常温
・荷重条件：予圧荷重のみ
・測定装置：パーティクルカウンタ
・測定流量：０．２５ｆｔ^３／２．５ｍｉｎ、測定パーティクル個数を４倍にして１ｆｔ^３に換算
・測定回数：２４回

何れも０．１μｍ以上のパーティクル個数を測定し、その試験結果を図８、９に示す。尚、図８は回転速度が３００ｍｉｎ^−１の場合であり、図９は回転速度が１０００ｍｉｎ^−１の場合である。尚、パーティクル個数が０である場合は、便宜上「１個」として記載した。

図８に示すように、回転速度３００ｍｉｎ^−１では実施例２−１が１ｆｔ^３あたり０．１μｍ以上のパーティクルが０〜数個であるのに対し、比較例２−１は２０００個程度であり、実施例２−１は清浄度クラス１、比較例２−１は清浄度クラス１００となる。また、図９に示すように、回転速度１０００ｍｉｎ^−１では、同じく実施例２−２が３００個前後であるのに対して、比較例２−２は１０万個前後であり、実施例２−２は清浄度クラス１０をほぼ満足し、比較例２−２は清浄度クラス１００００となる。また、上記の実施例２−１と実施例２−２のフッ素系潤滑油と混合するフッ素樹脂の割合と、フッ素系潤滑油と希釈する溶媒の比率を表１の実施例２−３〜２〜６、比較例２−３〜２−６に示すように変更し、上記と同様に測定した結果を図１０及び図１１に示す。このように、本発明の転がり軸受は，極めて低発塵性であることが分かる。

［試験２］
本試験では、フッ素樹脂の配合量を検証した。

上記フッ素系潤滑剤Ａにおいて、表２に示すように、フッ素系潤滑油の質量は実施例１と同一とし、混合するフッ素系樹脂（ＰＴＦＥ）の質量だけを１／２とし、希釈溶媒で希釈した潤滑剤希釈溶液Ｃをオイルプレーティング処理した試験軸受を比較例３−１、同様に、混合するフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）を全く含まず、実施例１と同一量のフッ素系潤滑油Ａを同希釈溶媒で希釈した潤滑剤希釈溶液Ｄをオイルプレーティング処理した試験軸受を比較例３−２とした。尚、フッ素系潤滑油Ａの量は何れも同量である。また、試験軸受は、内輪が８ｍｍであり、オイルプレーティングの処理方法は上記と同じ方法とした。そして、図２に示す耐久試験装置を用い、下記条件にて試験を行った。

試験条件は、下記の通りである。
・回転速度：３０００ｍｉｎ^−１
・試験環境：真空（１×１０^−１Ｐａ程度）
・軸受温度：２００℃
・荷重条件：予圧あり（但し、荷重条件は上記の荷重条件１のみ）
・試験終了条件：モニタしている動摩擦トルク値が急激に増加したり、異音や多量の摩耗
粉が生じたり、あるいは、それらが複合して起こった場合に試験終了
・試験回数：いずれの試料についても１回

結果を図１２に示すが、実施例１−３の結果を流用し、実施例３として併記してある。
図示されるように、実施例３（即ち、実施例１−３）に対して、比較例３−１は真空高温耐久性能は約１／２、比較例３−２は約３割となった。実施例３のフッ素樹脂量を１とすると、比較例３−１は０．５、比較例３−２は０である。また、フッ素系潤滑油量は、実施例３、比較例３−１及び比較例３−２とも１である。そして、実施例３の耐久性能を１とすると、比較例３−１は０．５、比較例３−２は０．３であることから、フッ素樹脂量と耐久性能とは、おおよそ比例関係にあり、フッ素樹脂量に相応して耐久性能が大きくなる。このことから、実施例３のフッ素系潤滑油は全量、フッ素樹脂に吸着、保持されていると考えられ、実施例３におけるフッ素系潤滑油とフッ素樹脂との配合比は適当であると考えられる。これは、フッ素樹脂がフッ素系潤滑油を吸着して保持する機能があることを示しており、グリースにおける増ちょう剤的な役割を果たしているためと考えられる。

フッ素樹脂により耐久性能が向上するメカニズムは、以下のように考えられる。即ち、フッ素樹脂の配合量が請求項に定める所定量の１／２であると、フッ素樹脂に吸着されずにフッ素系潤滑油の素性そのままで軸受表面に付着している油が残こり、それらが転動面に留まることができずに飛散したり、表面積が大きいためにフッ素樹脂に吸着されている場合に比較して容易に蒸発したり、熱劣化したりするためと考えられる。また、フッ素樹脂の添加量が零の場合は、全てのフッ素系潤滑油が素性そのままで軸受表面に付着しているだけなので、上記の飛散、蒸発、熱劣化の各現象がより促進的に進んで更に耐久性能が低下したと考えられる。

上記のとおり、フッ素樹脂は軸受の真空高温耐久性能に大きく効果があり、本発明で定めるフッ素樹の配合量が適当であると言える。

［試験３］
本試験では、フッ素系潤滑油の配合量を耐久性能から検証した。

表３に示すように、上記フッ素系潤滑剤Ａにおいてフッ素系潤滑油量を６割の量とし、フッ素樹脂量を同量とした潤滑剤希釈溶液Ｅを用い、上記と同様にオイルプレーティング処理した試験軸受（実施例４−１）とした。また、試験軸受は、内輪が８ｍｍである。そして、図２に示す耐久試験装置を用い、下記条件にて試験を行った。

試験条件は、下記の通りである。
・回転速度：３０００ｍｉｎ^−１
・試験環境：真空（１×１０^−１Ｐａ程度）
・軸受温度：２００℃
・荷重条件：予圧あり（但し、荷重条件は上記の荷重条件１のみ）
・試験終了条件：モニタしている動摩擦トルク値が急激に増加したり，異音や多量の摩耗
粉が生じたり、あるいは，それらが複合して起こった場合に試験終了
・試験回数：いずれの試料についても１回。実施例１−３については、上記の試験番号１
−３での結果を流用。

結果を図１３に示すが、上記実施例１−３の試験軸受の結果を流用し、実施例４として併記してある。図示されるように、実施例４−１は、実施例４（即ち、実施例１−３）に対して、真空高温耐久性能は約４割となった。 実施例４のフッ素系潤滑油量を１とすると、実施例４−１では０．６であり、フッ素樹脂量は実施例４、実施例４−１とも１である。そして、実施例４の耐久性能を１とすると、実施例４−１では０．４であるから、フッ素系潤滑油量と耐久性能はおおよそ比例する。また、試験２の結果を勘案すると、実施例４、実施例４−１の何れの試料もフッ素系潤滑油の全量がフッ素樹脂に吸着、保持されていると考えられる。よって、耐久性能を良好に確保するためには、フッ素系潤滑油を多めに配合することが好ましいといえる。

この試験結果は，フッ素系潤滑油を吸着、保持するのに必要充分量のフッ素樹脂が配合されていれば、フッ素系潤滑油の含有量によって真空高温耐久性能が定まることを示している。実施例１−３と実施例４−１ともフッ素樹脂量（グリースの増ちょう剤に相当）は同一であり、前述の試験２の結果から、実施例１−３と実施例４−１のいずれもフッ素系潤滑油の全量がフッ素樹脂に吸着、保持されていると考えられる。そのため、フッ素系潤滑油量と耐久性能とは相関していて、フッ素系潤滑油量の総量によって真空高温耐久性能が左右されると考えられる。

［試験４］
本試験では、フッ素樹脂による発塵性への影響を検証した。

上記潤滑剤希釈溶液Ｄをオイルプレーティング処理して試験軸受（比較例５−１、比較例５−２）とし、上記潤滑剤希釈液Ａをオイルプレーティング処理した試験軸受（実施例５−１、実施例５−２）とした。尚、フッ素系潤滑油の量は、両潤滑剤希釈溶液とも同量であり、オイルプレ−ティング処理方法も同一である。また、試験軸受は、内輪が２０ｍｍである。そして、図３に示す発塵試験装置を用いて、０．１μｍ以上のパーティクルの発生個数を測定した。

試験条件は、下記の通りである。
・回転速度：３００ｍｉｎ^−１及び１０００ｍｉｎ^−１の2条件
・試験環境：常圧
・軸受温度：常温
・荷重条件：予圧荷重のみ
・測定装置：パーティクルカウンタ
・測定流量：０．２５ｆｔ^３／２．５ｍｉｎ、測定パーティクル個数を４倍にして１ｆｔ^３に換算
・測定回数：２４回

試験結果を図１４、１５に示すが、図１４は回転速度が３００ｍｉｎ^−１の場合であり、比較例５−１の結果を示す。また、図１５は回転速度が１０００ｍｉｎ^−１の場合であり、比較例５−２の結果を示す。また、図１５には上記実施例２−１の結果を実施例５−１として、図１５には上記実施例２−２の結果を実施例５−２としてそれぞれ流用し、併記してある。尚、パーティクル個数が０である場合は、便宜上「１個」として記載した。

図１４に示すように、回転速度３００ｍｉｎ^−１については、実施例５−１（即ち、実施例２−１）が１ｆｔ^３あたり０．１μｍ以上のパーティクルが０〜数個であるのに対し、比較例５−１は３〜４００００個程度である。回転速度３００ｍｉｎ−１については、実施例５−１は清浄度クラス１、比較例５−１は清浄度クラス１０００〜１００００程度となる。また、回転速度１０００ｍｉｎ^−１については、実施例５−２（即ち、実施例２−２）が２０個前後であるのに対して、比較例５−２は，１００万個前後である。回転速度１０００ｍｉｎ^−１については、実施例５−２は清浄度クラス１０をほぼ満足し、比較例２−２は清浄度クラス１０００００となる。

上記のとおり、フッ素樹脂は発塵特性の向上に大きな効果があることが分かる。フッ素樹脂は固形物であるので、軸受の回転にともなって外内輪と転動体との間で轢かれて圧延される。そのため、軸受がスムーズに回転するためには、その配合量は極力、少ない方が良い。フッ素系潤滑油とフッ素樹脂との配合比は、前述の試験２や試験３で検証したとおり、本発明で定める比率で構成される実施例１−３が充分な耐久性能を示しており、耐久性能上は前記配合比が適当とされている。加えて、実施例１−３と同仕様である実施例２−１及び実施例２−２と同仕様である実施例５−１及び実施例５−２が、本試験において充分優れた発塵特性を示しており、本発明で定めるフッ素系潤滑油とフッ素樹脂との配合比は、耐久性能上、かつ、発塵特性上適当であると考えられる。

［試験５］
本試験では、アウトガスの発生を検証した。

先ず、試験装置を説明する。図１６は、アウトガス試験装置を示す断面斜視図である。図示されるように、真空槽４１と真空槽４２とが、短管４３により真空気密的に連結されている。短管４３の中央には、均一内径を有するオリフィス部４４が形成されている。オリフィス部４４の両端近くのオリフィス部４４の領域内に真空計４５Ａ，４５Ｂが１個ずつ設置されていて、オリフィス部４４の両端近くの圧力を測定することができる。真空槽４１の短管４３から離れた位置の高さ中腹に試料台４６が設置されていて、試料台４６にはヒータ４７が内含、埋設されている。図ではヒータ４７を露呈して表示している。試料台４６の上面は平面になっていて、上面上に試験軸受４８を、その端面を下にして置くことができる。

その状態で、ヒータ４７に通電を行なえば、試料台４６が加熱され、その上面上に置かれている試験軸受４８が加熱される。図示しない熱電対等のセンサを試料台４６の上面近くに埋設して、試料台４６の温度をコントロールすれば、所定の温度で試験軸受４８を加熱することができる．加熱された試験軸受４８からは、アウトガス分子が放出されることになる。試験軸受４８に潤滑剤が塗布、あるいは充填されていると、その潤滑剤の分子が加熱されて試験軸受４８の外部に放出され、アウトガス分子の主成分となる。

真空槽４１と真空槽４２には、図示しないベーク用ヒータがそれぞれの外表面に巻かれていて、ベーク用ヒータに通電すれば、両真空槽４１，４２の外表面を加熱することができる。外表面が加熱されると、熱伝導によって真空槽４１，４２のそれぞれの内面を加熱することができる。それにより、真空槽４１，４２の各内面に吸着、保持されていたガス分子を試験事前に内面から離脱、排出してアウトガス量測定のノイズとならないようにする。

真空ポンプ５０が真空槽４２に真空気密的に接続されていて、真空ポンプ５０を稼動させれば、真空槽４２とそれに連通する短管４３及び真空槽４１を真空排気して真空環境にすることができる。

前述の手順に従って試験軸受４８からアウトガス分子を放出すれば、アウトガス分子は短管４３まで到達し、オリフィス部４４を通過して真空槽４２に到達し、最終的に真空ポンプ５０によって排出される。つまり、試験軸受４８から放出されたアウトガス分子は、すべてオリフィス４４部を通過することになる。

配管の入口と出口の圧力値をそれぞれＰ１、Ｐ２とすると、その２面間の圧力差は（Ｐ１−Ｐ２）であり、配管を通過するガスの流量をＱとすると、Ｑは次式で表される。
Ｑ＝Ｃ（Ｐ１−Ｐ２）
（Ｃは配管のコンダクタンスである。）

試験軸受４８から放出されたアウトガス分子は、すべてオリフィス部４４を通過するので、オリフィス部４４の領域中に２個の圧力計を設置し、圧力計位置をそれぞれ入口及び出口と定めてその圧力（Ｐ１及びＰ２）を測定すれば、圧力計間のオリフィス部４４の圧力差を計測することができる。オリフィス部４４の内径寸法と圧力計間の距離とが明らかであれば、Ｃの値は定まるので、圧力差（Ｐ１−Ｐ２）と併せて流量Ｑ、すなわちアウトガス分子の流量が判明する。

試験軸受４８から放出されるアウトガス分子はすべてオリフィス部４４を通過するので、Ｑ値が試験軸受４８からのアウトガス放出速度ということになる。

上記の試験装置を用いて測定するには、以下の手順に従う。
（１）真空槽４１の試料台４６に何も配置しない（試験軸受４８を乗せない）状態で真空ポンプ５０を稼動させ、真空槽４１及び真空槽４２を真空環境にする。
（２）試料台４６に埋設されるヒータと真空槽４１及び真空槽４２に巻かれているベーク用ヒータとを通電して、２００〜４００℃程度に加熱する。
（３）真空ポンプ５０を稼動したまま、１６８時間程度加熱し続ける（ベーキング）。
（４）加熱を終了し、真空ポンプ５０を稼動させたまま保持して、試料台４６の温度を常温まで戻し、ベーキングを終了する。
（５）以降はバックグラウンドの測定についての説明である。試料台４６の温度が常温まで戻って所定時間（例えば１時間）保持したら、オリフィス入口と出口の圧力値Ｐ１とＰ２を測定する。
（６）圧力差（Ｐ１−Ｐ２）から、Ｑの値を求める。
（７）所定の温度（例えば１００℃）に試料台４６のヒータ４７を設定し、所定の温度に到達し、所定時間保持した後、Ｐ１とＰ２を測定してＱの値を求める。
（８）上記（７）を所定温度間隔で２００℃程度まで行い、次に折り返して、温度降下の際も所定温度で所定時間保持後にＰ１,Ｐ２を測定してＱ値を求める。
（９）上記（５）〜（８）を３〜４回繰り返し、所定温度のＱ値に大きく違いがなくなったら、安定したところのＱ値を所定温度のガス放出速度バックグラウンドとする。
（１０）以降は、試験軸受４８の放出ガス測定についての説明である。バックグラウンド測定が終了したら、一旦、真空ポンプ５０を停止し、真空槽４１を大気開放して試料台４６の上面に試験軸受４８を置く。
（１１）ここから，試験軸受４８からの放出ガス速度を測定するが、手順としてはバックグラウンド測定と同一である。つまり、試験軸受４８を試料台４６の上面に設置したら、上記（５）〜（９）を行い、Ｑ値に大きく違いがなくなったら、安定したところのＱ値を所定温度の試験軸受ガス放出速度とする。

装置諸元は以下のとおりである。
・試験軸受：
内径：８ｍｍ
個数：１
軸受姿勢・状態：縦軸静置
・試験環境：真空
・軸受温度：常温〜２００℃程度
・測定項目：オリフィス入口及び出口の圧力値

上記の実施例１と比較例１の各試験軸受、並びに汎用のフッ素系真空用グリースを軸受空間すきまの３０％程度充填した転がり軸受を試験軸受に用い、上記アウトガス試験装置にてアウトガス量を測定した。尚、ここでは、実施例１の試験軸受を実施例６、比較例１の試験軸受１を比較例６−１、汎用のフッ素系真空用グリースを充填した試験軸受を比較例６−２とする。

試験条件は以下の通りである。
・回転速度：静置、回転せず
・試験環境：真空
・軸受温度：常温〜２００℃のおおよそ５０℃きざみの所定温度。但し、グリース充填軸受（比較例６−２）については、真空槽汚染防止のために上限を１７０℃。
・荷重条件：なし

結果を図１７に示すが、バックグラウンド値は常温から２００℃まで値がほとんど変化していないのに対し、実施例６、比較例６−１及び比較例６−２の各試験軸受は何れも温度が高いほど軸受からのアウトガス量（放出ガス速度）が大きいことが分かる。

比較例６−２は、真空用フッ素グリースが充填された軸受であるが、３つの試験軸受の中では格段にアウトガス量が大きい。それに対して、残りの実施例６及び比較例６−１は，バックグラウンドよりも大きいアウトガス量であることを示しているものの、バックグラウンド値と大きくは乖離しておらず、比較例６−２の真空用グリース充填軸受に比べて格段に小さいアウトガス量である。

また、２００℃においては、比較例６−１は、実施例６に対して１．５倍程度のアウトガス量である。つまり、実施例６の本発明の軸受は、真空用グリース充填軸受に対して格段にアウトガス量が小さく、特に高温（２００℃程度）において、アルキル化シクロペンタンを潤滑油とするオイルプレーティング軸受と比べてアウトガス量が小さい。

このように、本発明が規定するフッ素系潤滑剤の組成、配合及び構成に従えば、真空環境で格段にアウトガス量が小さく、高温におけるアウトガス量が特に小さい真空環境用軸受を構築できる。

［試験６］
本試験では、軸受の動摩擦トルクを検証した。

先ず、試験装置について説明する。図１８は試験装置を示す断面図であり、同図（１）は側面図、（Ｂ）はＡ矢視図である。図示されるように、回転軸６１が支持軸受６２に水平支持されていて、回転軸６１の一端がカップリング６３によってモータ６４と同軸的に結合している。回転軸６１のもう一方の端部には試験軸受６５の内径が回転軸６１と同軸的に嵌合している。試験軸受６５には断面略コの字型の外筒６６が同軸的に嵌合している。外筒６６の端面は、試験軸受６５と直角度良く配置されるように外筒６６は成形されている。

外筒６６の端面には、エアパッド６７がパッド面を対向して同軸的に配置されている。エアパッド６７にエアを導通させれば、エアパッド６７のパッド面からエアが噴出して外筒６６の端面を押圧するため、試験軸受６５に対して非接触状態でアキシアル荷重を負荷することができる。

エアパッド６７のパッド面と反対側端面中心に接続軸６８が球面座接続されているので、エアパッド６７は球面座周り自在に姿勢を保つことができる。接続軸６８は荷重計６９Ａが接続、支持されている。荷重計６９Ａの近傍の圧縮バネ７０を圧縮すると、その荷重で荷重計６９Ａが前進し、エアパッド６７を介して外筒６６に同軸荷重を負荷することができる。エアパッド６７にエアを導通し、荷重計６９Ａが出力する荷重値をモニタしながら圧縮バネ７０を圧縮することで、所定のアキシアル荷重を試験軸受６５に負荷することができる。

外筒６６の外径の、試験軸受６５に対応する位置に、ピン７１が外径と垂直に配置されている。ピン７１には糸７２が接続されていて、糸７２は紙面垂直方向に延長された後、別の荷重計６９Ｂの軸に同軸的に接続されている。糸７２は紙面に垂直、つまり試験軸受６５の外径の接線方向に支持されるようピン７１や荷重計６９Ｂ等が配置されている。

ここで、エアパッド６７にエアを導通してエアパッド機能を稼動させ、所定のアキシアル荷重を外筒６６を介して試験軸受６５にかける。その後、モータ６４に通電して所定回転速度で回転させると、試験軸受６５の内輪が回転する。内輪の回転に伴って転がり摩擦により試験軸受６５の外輪も連れ回りを開始するが、外筒６６と荷重計６９Ｂとが糸７２で連結されているため、荷重計６９Ｂが回り止めとなって、試験軸受６５の内輪が回転を継続し、外輪は静止している状態となる。この時の荷重計６９Ｂの出力値が試験軸受６５の連れ回り力である。

連れ回り力にピン７１と糸７２の接続位置の半径方向寸法を考慮すれば、所定回転速度における試験軸受６５の動摩擦トルク値が測定できる。試験軸受６５に負荷されるアキシアル荷重はエアパッドに負荷する荷重値であり、試験軸受６５に負荷されるラジアル荷重は外筒６６の自重量となる。エアパッド６７の機能により、外筒６６はエアパッド６７から摩擦力は負荷されない。

転がり軸受では、一方向回転の場合、回転起動直後にトルクスパイクを生じて不安定な大きな動摩擦トルク値を示すことがあるが、回転起動後１分程度で動摩擦トルク値は落ち着き始め、その後、転がりなじみが進行して次第に動摩擦トルク値は緩やかに小さくなっていき、回転起動後１５分程度には値が落ち着く傾向がある。そのため、回転起動後１分と１５分の時の動摩擦トルク値を測定すれば、試験軸受６５の動摩擦トルク特性をおおよそ知ることができる。

装置諸元は以下の通りである。
・試験軸受
内径：２０ｍｍ
個数：１
軸姿勢水平
・回転速度：最大１０００ｍｉｎ^−１
・回転方向：一方向
・試験環境：常圧
・軸受温度：常温
・荷重条件：アキシアル荷重及びラジアル荷重有り
・測定時期：回転起動１分後及び１５分後
・測定項目：軸受つれ回り力

平均分子量が８４００のフッ素系潤滑油（蒸気圧：１×１０^−５Ｐａ以下）を希釈溶媒で２１倍（フッ素系潤滑油：希釈溶媒＝１：２１）に希釈した潤滑剤希釈溶液に、ＳＵＳ４４０Ｃ製の深溝玉軸受（内径２０ｍｍ、プレス保持器）を浸漬し、取り出し、軸受全体を１２０℃で約３０分間加熱して潤滑膜を形成して試験軸受（比較例７−１）とした。

また、アルキル化シクロペンタンを主成分として含有する潤滑剤を、希釈溶媒で１９倍に希釈した潤滑剤希釈溶液を用い、他は比較例７−１と同様にして試験軸受（比較例７−２）を作製した。

そして、図１８に示すトルク試験装置を用い、実施例１の試験軸受（ここでは実施例７）との動摩擦トルク値の比較を行った。試験条件は以下の通りである。
・回転速度：１０００ｍｉｎ^−１
・試験環境：常圧
・軸受温度：常温
・荷重条件：アキシアル荷重及びラジアル荷重有り
・測定時期：回転起動１分後及び１５分後
・測定項目：軸受つれ回り力

結果を図１９に示すが、比較例７−１は、３種の試験軸受の中で最も動摩擦トルク値が大きいのに対し、実施例７は動摩擦トルク値が比較的小さくなっている。また、比較例７−２に対しては、実施例７の方が動摩擦トルク値が大きくなっているが、１５分時の両者の値は非常に近い値となっている。このように、実施例７は比較例７−１、７−２に対して希釈率が小さいにも関わらず、動摩擦トルク値が小さい、または同等になっている。

このように、オイルプレーティングされるフッ素系潤滑油の分子量を本発明の規定のとおり７０００以下にすれば、動摩擦トルク値を小さくすることができ、加えて、アルキル化シクロペンタンを含有する潤滑剤希釈溶液をオイルプレーティングした場合の動摩擦トルク値に近づけることができる。

［試験７］
本試験では、フッ素系潤滑油量の影響について、トルク値から検証した。

フッ素系潤滑油の含有量を、実施例7の６割の量とし、実施例７と同一のフッ素樹脂を同量配合してフッ素系潤滑剤を調製した。これを実施例７と同一の希釈溶媒で希釈して潤滑剤希釈溶液を調製した。そして、この潤滑剤希釈溶液に、ＳＵＳ４４０Ｃ製の深溝玉軸受（内径２０ｍｍ、プレス保持器）を浸漬し、取り出し、軸受全体を１２０℃で約３０分間加熱して潤滑膜を形成して試験軸受（実施例８−１）とした。

また、フッ素系潤滑油の含有量を実施例７の２倍量とし、他は実施例８−１と同様にして試験軸受（比較例８−１）とした。

そして、図１８に示すトルク試験装置を用い、実施例７との動摩擦トルク値の比較を行った。試験条件は試験６と同一である。

結果を図２０に示すが、比較例８−１は、３種の試験軸受の中で最も動摩擦トルク値が大きい。それに対し、実施例７は動摩擦トルク値が格段に小さくなっている。また、実施例８−１は、実施例７よりも動摩擦トルク値が小さい。

このように、オイルプレーティングされるフッ素系潤滑油量が多いほど、動摩擦トルク値は大きくなる傾向にあるが、フッ素系潤滑油量とフッ素樹脂との配合比を本発明の規定のとおりとし、同じくフッ素系潤滑剤と希釈溶媒との配合比を本発明の規定のとおりにすることで、フッ素系潤滑油量を極端に少なくすることなく、動摩擦トルク値が大きく上昇することを防いで、小さい値に保持することが可能となる。

上述のように，フッ素系潤滑油とフッ素樹脂との配合比及びフッ素系潤滑油と希釈溶媒との配合比を、本発明で規定する範囲にし、オイルプレーティング処理を行なえば、フッ素系潤滑油量を極端に減じることなく、動摩擦トルク値の小さい転がり軸受を構築できる。

［試験８］
本試験では、フッ素樹脂量の影響について、トルク値から検証した。

フッ素樹脂量を零とした以外は、実施例７と同一にして試験軸受（比較例９）とした。そして、図１８に示すトルク試験装置を用い、実施例７との動摩擦トルク値の比較を行った。試験条件は試験６と同一である。

結果を図２１に示すが、比較例９と実施例７とは、動摩擦トルク値がほとんど同一である。実施例７はフッ素樹脂が添加されているにもかかわらず、添加されていない場合とほとんど同じ動摩擦トルク特性であると言える。

つまり、フッ素系潤滑油量とフッ素樹脂との配合比を本発明で規定する範囲とし、同じくフッ素系潤滑剤と希釈溶媒との配合比を本発明で規定する範囲にすることで、フッ素樹脂を添加しても、動摩擦トルク値が大きく上昇することを防いで、小さい値に保持することが可能となる。先述のとおり、フッ素系潤滑油とフッ素樹脂とを本発明で規定する範囲で含有させることで、転がり軸受の真空高温下での耐久性能及び低発塵性能を大きく向上させることができるばかりでなく、動摩擦トルク値の上昇を抑制して動摩擦トルク値を小さい値で保持することができる。

上述のように、フッ素系潤滑油とフッ素樹脂との配合比及びフッ素系潤滑油と希釈溶媒との配合比を本発明で規定する範囲としてオイルプレーティング処理を行なえば、潤滑剤にフッ素樹脂を含有しても動摩擦トルク値の小さい転がり軸受を構築できる。

１ 回転軸
２ 試験軸受
３ 軸受ハウジング
４ ヒータ
５ 門型ハウジング
６ ばね
７ 真空槽
７Ａ 底部
８ 排気ポート
９ カップリング
１０ 回転導入軸
１１ 支持軸受
１２ 支持軸受ハウジング
１３ ワイヤー
１４ ウェイトトレー
１５ ウェイト
１６ 中間板
１６Ａ 貫通穴
２１ 支持軸受
２２ 回転軸
２２Ａ 端部
２３ センタ軸
２４ 試験軸受
２５ 内輪押さえ
２６ 試験軸受ハウジング
２７ 外輪押さえ
２８ 圧縮ばね
２９ カップリング
３０ モータ
３０Ａ モータ軸
３１ 磁気シール
３２ 気密室
３３ 気密室胴部
３４ 側板
３５ 配管ポート
４１ 真空槽1
４２ 真空槽2
４３ 短管
４４ オリフィス部
４５Ａ、４５Ｂ 圧力計
４６ 試料台
４７ ヒータ
４８ 試験軸受
４９ アウトガス分子
５０ 真空ポンプ
６９Ａ、６９Ｂ 荷重計
７０ 圧縮バネ
７１ ピン
７２ 糸

Claims (4)

1. 内外輪の軌道面及び転動体の転動面の少なくとも１つに、
   ２０℃における蒸気圧が１×１０^−５Ｐａ以下であるフッ素系潤滑油と、フッ素樹脂とを含有し、かつ、平均分子量が６２５０以下であるフッ素系潤滑油からなる潤滑膜を有し、
   前記フッ素系潤滑油と前記フッ素樹脂との配合比が、質量比で、フッ素系潤滑油：フッ素樹脂＝１：０．２２〜１：０．４４であることを特徴とする転がり軸受。
2. 真空中あるいはクリーンルームで用いられることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
3. ２０℃における蒸気圧が１×１０^−５Ｐａ以下であるフッ素系潤滑油と、フッ素樹脂とを含有し、かつ、平均分子量が６２５０以下であるフッ素系潤滑油と、希釈溶媒とを、質量比で、フッ素系潤滑油：希釈溶媒＝１：７．６〜１：１５．６で混合した潤滑剤希釈溶液を用い、内外輪の軌道面及び転動体の転動面の少なくとも１つに、オイルプレーティング処理することを特徴とする転がり軸受の製造方法。
4. 前記オイルプレーティング処理は、１００℃以上２５０℃以下で、１５分間以上６０分間以下加熱することを特徴とする請求項３記載の転がり軸受の製造方法。

Images