JP3699803B2 - 軸受の製造方法および軸受 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば半導体製造装置等のように高真空の下、あるいは高温の下に使用される軸受の製造方法および軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、軸受は、真空、高温、低温といった厳しい条件下で使用される場合、固体潤滑剤が用いられている。この固体潤滑剤は、軟金属系と層状物質系と高分子系に大別され、さらに、軟金属系は金、銀、鉛、層状物質系はＭoＳ2、グラファイト、高分子系はＰＴＦＥ(テフロン)、ナイロン、ポリイミドなどに細分化されている。特に、軸受を使用する機器が高真空や高低温で使用される場合には、軟金属系の固体潤滑剤が使用されており、高温用としては耐久性の点で優れている銀が使用され、一方、超低温用としては潤滑性を失うことのない鉛が使用されている。また、固体潤滑剤が使用される場合、固体潤滑剤の厚みが厚すぎると転動体の転がりを妨げ、逆に薄過ぎると潤滑剤が破断する。したがって、潤滑剤の厚みは適切な厚さに調整される。
【０００３】
しかし、潤滑剤の厚さが適切であっても、潤滑される面への潤滑剤の付着力が弱いと、潤滑剤が破断しやすくなって軸受の寿命が短くなる。このため、軸受の性能を判断する上で、コーティングされた潤滑剤の潤滑される面への付着力が、軸受の寿命を判断する上で極めて重要な要素になる。
【０００４】
図２(a)は、従来の転動体であるボール４の部分断面図である。ボール４に対する潤滑剤１２の付着力を向上させるため、ボール４を有機溶剤等で洗浄して油脂等の汚染物(図示せず)を除去した後、そのボール４の表面に潤滑剤１２を塗布している。このように、従来の高真空や高低温で使用される軸受は、軌道(図示せず)またはボール４に対する潤滑剤１２の付着力を増大するために、ボール４の表面、軌道の表面または保持器(図示せず)の表面を有機溶剤等で洗浄した後、上記表面に銀、鉛等の固体潤滑剤をコーティングして製造されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の軸受の製造方法では、油脂等は有機溶剤でボール４や軌道等の表面から比較的容易に除去されるが、酸化物１１を表面から除去するのは極めて困難である。このように、酸化物１１が除去されずに残存すると、この酸化物１１の存在のために潤滑剤１２の付着性が悪くなるという問題が生じる。潤滑剤１２の付着性が悪くなると、ボール４が回転して間に潤滑剤１２の膜が破れるという現象が早期に現れる。そして、潤滑剤１２の膜が破断すると、破断した箇所で、ボール４が内輪、外輪または保持器と直接接触するために、軸受の転がり運動性能が著しく損なわれて、軸受の寿命が短くなるという問題が生じる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、転動体表面、軌道の表面または保持器の表面への潤滑剤の付着力を増大させた軸受の製造方法および軸受を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の軸受の製造方法は、転動体の表面、軌道の表面または保持器の表面のうちの少なくとも一つを弗化膜置換法によって処理した後、５００〜７００℃に加熱してＨ ２ ガスを吹き込んで弗化膜置換法で形成された弗化膜を分解除去し、続いて、上記弗化膜が分解除去された上記表面に、潤滑剤をコーティングすることを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明の軸受の製造方法は、請求項１に記載の軸受の製造方法において、上記弗化膜を分解除去した後の上記表面の酸素濃度が２ppm／mm2以下であることを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明の軸受の製造方法は、請求項１に記載の軸受の製造方法において、上記弗化膜を分解除去した後の上記表面の酸素濃度が１ . ５〜２ . ２ ppm ／ mm 2 であることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１４】
図１は転がり軸受１の部分断面を示す。この転がり軸受１は、金属製内輪２と、金属製外輪３と、この内輪２と外輪３のと間に配置された転動体としての鋼製ボール４と、これらのボール４を保持するプラスチック製保持器５とを備えている。
【００１５】
金属製の上記ボール４の表面６と、内輪２の軌道面７と、外輪３の軌道面８と、保持器５のポケットに面する表面９には、次のようにして、潤滑剤をコーティングする。
【００１６】
まず、図１の状態に組み付ける前に、ボール４、内輪２、外輪３および保持器５を有機溶剤などで洗浄して油性の汚染物を予め除去する。
【００１７】
その後、金属製の上記ボール４、内輪２および外輪３の表面から酸化物を弗化膜置換によって除去する。
【００１８】
この弗化膜置換法では、まず、ボール４、内輪２および外輪３を加熱炉中に入れ３００〜５００℃に昇温する。次に、この温度を保持しつつ、加熱炉の中に弗素系のガスを導入し、ボール４、内輪２および外輪３を０.５〜１時間程加熱する。これによって、ボール４、内輪２、外輪３の表面の主に酸化物からなる不働態膜が弗化膜に変化する。次に、弗素系のガスを真空排気した後、５００〜７００℃に加熱して、Ｈ2ガスを吹き込むと、弗化膜がＨ2と反応して弗化膜が分解除去される。このようにして、ボール４、内輪２、外輪３の表面の弗化膜を除去、すなわち、金属表面の酸化物を除去すると、活性化した金属素地が表面に現れる。
【００１９】
続いて、上述の弗化膜置換法によって酸化物が除去されたボール４、内輪２、外輪３の表面には、銀または鉛などの固体潤滑剤をコーティングする。上記ボール４には、図２(b)に示すように、酸化物のない金属素地に潤滑剤１２が強固に固着する。上記内輪、外輪にも同様に強固に潤滑剤が固着する。一方、保持器５のポケットに面する表面９にも潤滑剤をコーティングする。
【００２０】
このように弗化膜置換法によって酸化物が除去されたボール４の表面に対する潤滑剤１２の付着性を定量化するために、真空４球式試験を行なった。この試験では、潤滑剤の付着性と金属表面の酸化物の量との関係を調べるために、トルク寿命と表面酸化物濃度との関係とを試験した。
【００２１】
この時の試験条件は、表１に示すものである。
【００２２】
表１ 真空４球式試験の試験条件
鋼球直径: １／４インチ (６.３５mm)
鋼球材質: ステンレス鋼 ＳＵＳ４４０Ｃ
潤滑剤: ０.３μm厚の銀
圧力: ６×１０-4Ｐa
荷重: １９６Ｎ
回転速度: １３２rpm (０.０２５m／s)
温度: 室温
この試験には、表２が示すように、金属表面の酸化物の量がそれぞれ異なるＡ〜Ｅの５種類の試験用鋼球を、各々４個つづ、上述した製法で造った。なお、金属表面の酸化物の量として、表面酸素濃度を用いた。
【００２３】
表２ 鋼球の表面酸素濃度
Ａ鋼球 １.５ ppm／mm2
Ｂ鋼球 ２.２ ppm／mm2
Ｃ鋼球 ２.９ ppm／mm2
Ｄ鋼球 ４.３ ppm／mm2
Ｅ鋼球 ５.１ ppm／mm2
上記Ａ〜Ｅの各々について鋼球４個のうち、３個は互いに接触した状態で図示しない試験装置に固定され、残りの１個は駆動軸に固定されて、上記の固定された３個の鋼球の上から負荷を加えた。駆動軸を回転させることによって、３個の固定鋼球と１個の駆動鋼球との間に生じる摩擦力を、歪ゲージで検出した。
【００２４】
図３は、この試験の結果である表面酸素濃度とトルク寿命比との関係を示す。図に示すように、表面酸素濃度が１.５と２.２ppm／mm2であるＡ鋼球とＢ鋼球は、トルク寿命比がそれぞれ約０.８８と０.８６であるのに対して、表面酸素濃度が２.９ppm／mm2のＣ鋼球では約０.６８である。すなわち、Ｂ鋼球を境にしてトルク寿命比が急に降下している。さらに、Ｄ鋼球では降下し続け、表面酸素濃度が５.１ppm／mm2のＥ鋼球ではトルク寿命比は約０.３５まで低下している。
【００２５】
以上のことから、表面酸素濃度が２ppm／mm2以下であれば、トルク寿命比が約０.８７以上という十分に大きな値になり、潤滑剤の表面への付着性がよいことが分かる。なお、上記表面酸素濃度が２ppm／mm2以下であれば、寿命は、図３から分かるように、殆んど変わらなかった。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、酸化物などの汚染物を弗化膜置換法によって除去したが、この弗化膜置換法の代わりに他の表面酸化物除去方法を使用してもよい。例えば、０.１〜１Ｐaのアルゴンあるいは活性雰囲気中でグロー放電を維持しながら、負の高電圧にバイアスした導電性物質はイオンによってクリーニングされることを利用したイオンボンバード法を使用してもよい。
【００２７】
上記実施の形態では、ボールの表面と内外輪の軌道面から酸化物を除去して、潤滑剤をコーティングしたが、金属製保持器の場合は、保持器のポケットの表面から酸化物を除去して、その表面に潤滑剤をコーティングしてもよい。本発明は保持器を使用しない軸受の場合も適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の転がり軸受の部分断面図である。
【図２】 図２(a)は従来のボールの表面に酸化物が存在するボールの部分断面図を示し、図２(b)は本発明の酸化物が除去されたボールの部分断面図を示す。
【図３】 本発明のボールの表面酸素濃度とトルク寿命比との関係を示す。
【符号の説明】
１…軸受、 ４…ボール、 ５…保持器、 ６…ボールの表面、
７,８…軌道面、 ９…保持器の表面、 １２…潤滑剤。

Claims (3)

  1. 転動体の表面、軌道の表面または保持器の表面のうちの少なくとも一つを弗化膜置換法によって処理した後、５００〜７００℃に加熱してＨ ２ ガスを吹き込んで弗化膜置換法で形成された弗化膜を分解除去し、続いて、上記弗化膜が分解除去された上記表面に、潤滑剤をコーティングすることを特徴とする軸受の製造方法。
  2. 請求項１に記載の軸受の製造方法において、上記弗化膜を分解除去した後の上記表面の酸素濃度が２ppm／mm2以下であることを特徴とする軸受の製造方法。
  3. 請求項１に記載の軸受の製造方法において、上記弗化膜を分解除去した後の上記表面の酸素濃度が１ . ５〜２ . ２ ppm ／ mm 2 であることを特徴とする軸受の製造方法。
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