JP3831507B2 - 軸受部材 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軸受部材に関し、詳しくは、高真空下、高温下及びクリーン環境下等の特殊環境下で使用される軸受部材に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
一般に真空機器、半導体及び液晶基板製造装置等に使用される転がり軸受、ボールねじ軸受及びボールスプライン軸受等の軸受部材の潤滑には固体潤滑剤が用いられている。特に低発塵用の固体潤滑剤としてはポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略称する）が用いられ、これらはポリアミド及びポリイミド等のバインダーを介して軸受部材の転動体や軌道部に塗布されている。ＰＴＦＥは平均分子量数十万から数百万のポリマー又は２５０００以下のテロマーのいずれかで、粒子径が１０〜２０μｍのものが広く用いられている。
【０００３】
しかし、上述の軸受部材には、真空中での使用限界温度が２００℃程度と低いという問題点がある。これは主としてバインダーとして使用されるポリアミド、ポリイミドの使用限界温度に起因している。すなわち、これらバインダーは、２００℃程度の使用温度に達するとガスを発生して転動体や軌道部から剥離し易くなり、これにより固体潤滑剤も剥離し易くなって、発塵と潤滑性悪化という問題が生じる。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解決するものであり、耐熱性に優れており、高真空下、高温下及びクリーン環境下等の特殊環境下においても、良好な潤滑性及び低発塵性を維持できる、固体潤滑剤を使用した軸受部材を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、転動体及びこの転動体の転走を案内する軌道部を有した軸受部材において、平均分子量が２５０００以下であり、平均粒子径が５μｍ以上であるポリテトラフルオロエチレンからなる固体潤滑剤を、その粒子どうしを結合させることなく分散させた状態で、前記転動体及び前記軌道部の少なくとも一方にバインダーを用いることなく且つなじみ回転を行って付着させたことを特徴としている。
【０００６】
本発明においては、固体潤滑剤としてのＰＴＦＥの平均分子量を２５０００以下にしているので、転動体と軌道部との間に固体潤滑剤が詰まったり、ＰＴＦＥ粒子が凝集したりするおそれがないとともに、ＰＴＦＥの平均粒子径を５μｍ以上にしているので、ＰＴＦＥ粒子が凝集するのをさらに効果的に防止することができ、軸受の回転不良の発生を防止することができる。
そしてバインダーを用いることなくＰＴＦＥのみを付着させているので、固体潤滑剤の使用限界温度はＰＴＦＥの使用限界温度まで上昇させることができ、高温下においても固体潤滑剤の剥離による発塵がなく、潤滑性も低下しない。
【０００７】
上記固体潤滑剤は、ＰＴＦＥの平均分子量を７０００〜１５０００にするのが好ましい（請求項２）。平均分子量が１５０００以下である場合、粒子がより微細となるので、潤滑性及び耐剥離性がさらに向上し、平均分子量が７０００以上である場合、低い温度から気化することがないので、より耐熱性を向上させることができる。
【０００８】
上記軸受部材は、転動体、この転動体の転走を案内する軌道部及びこの転動体を保持する保持器を有した軸受部材において、平均分子量が２５０００以下であり、平均粒子径が５μｍ以上であるＰＴＦＥからなる固体潤滑剤を、その粒子どうしを結合させることなく分散させた状態で、前記転動体、前記軌道部及び前記保持器の少なくとも一つにバインダーを用いることなく且つなじみ回転を行って付着させたものであってもよい（請求項３）。このように構成することにより、請求項１記載の軸受部材と同様に、この発明に係る固体潤滑剤は耐熱性が向上し、優れた潤滑性及び低発塵性を有することになる。
【０００９】
上記固体潤滑剤は、ＰＴＦＥの平均分子量が７０００〜１５０００であるのが好ましい（請求項４）。このように構成することにより、固体潤滑剤の耐熱温度、潤滑性及び低発塵性がさらに向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を示して、その特徴とするところをさらに詳しく説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受の断面図である。この転がり軸受は、内輪１及び外輪２が同心状に配置されており、内輪１と外輪２との間には、転動体としての複数のボール３とこのボール３を保持する保持器４とが介在している。ボール３、保持器４のポケット、ボール３が転動する内輪１及び外輪２の軌道部１１及び２１には、ＰＴＦＥからなる固体潤滑剤５をそれぞれ、その粒子どうしを結合させることなく分散させた状態で、バインダーを用いることなく付着させている。
ＰＴＦＥは平均分子量が２５０００以下、好ましくは７０００〜１５０００、平均粒子径が５μｍ以上、融点が３１０〜３２０℃であるものを使用する。
【００１１】
上記転がり軸受は、上記ＰＴＦＥをＣＨ3 ＣＣｌ2 Ｆ（以下、代替フロンと称す）等の有機溶媒中に分散させた溶液をマイクロシリンダーで軌道部１１及び軌道部２１に一定量滴下し、数回転なじみ回転を行なった後、略１００℃で数分間熱風乾燥することにより、固体潤滑剤５をボール３、保持器４のポケット、軌道部１１及び軌道部２１に付着させてある。
なお、上記ＰＴＦＥを代替フロン等の有機溶媒中に分散させた溶液中に軸受完成品を浸漬させた後、略１００℃で熱風乾燥することで、固体潤滑剤５を上記各部へ付着させてもよい。
【００１２】
本発明の転がり軸受は、ＰＴＦＥの平均分子量を２５０００以下にしているので、ボール３と軌道部１１及び２１との間に固体潤滑剤が詰まったり、ＰＴＦＥ粒子が凝集したりするおそれがなく、しかもＰＴＦＥの平均粒子径を５μｍ以上にしているので、ＰＴＦＥ粒子が凝集するのをさらに効果的に防止することができ、軸受の回転不良の発生を防止することができる。
そしてバインダーを用いることなくＰＴＦＥのみを付着させているので、固体潤滑剤５の使用限界温度はＰＴＦＥの使用限界温度まで上昇させることができ、高温下においても固体潤滑剤５の剥離による発塵がなく、潤滑性も低下しない。特に、平均分子量が１５０００以下である場合、粒子がより微細となるので、潤滑性及び耐剥離性がさらに向上し、平均分子量が７０００以上である場合、低い温度から気化することがないので、より耐熱性を向上させることができる。
以上のように固体潤滑剤５が、良好な耐熱性、潤滑性及び低発塵性を発揮することができるので、上記転がり軸受は、高真空下、高温下及びクリーン下等の特殊環境下での使用が可能となる。
【００１３】
なお、固体潤滑剤５はボール３、保持器４のポケット、軌道部１１及び軌道部２１の少なくとも一つに付着させてあればよく、これらの部品を単体で、上記ＰＴＦＥを代替フロン等の有機溶媒中に分散させた溶液中に浸漬させ、略１００℃で熱風乾燥することで、固体潤滑剤５を付着させてもよい。
上記の実施形態においては、転がり軸受に保持器を備えているが何らこれに限定されるものではなく、保持器のない総玉軸受等の転がり軸受にも適用できることはいうまでもない。
【００１４】
図２は、本発明の第２の実施形態に係るボールねじ軸受の断面図である。この実施形態は、ねじ３１のハウジング３５上面にボール３４の還流路３６を設け、ねじ３１のねじ溝３２及びボール溝３３にボール３４を案内するように構成されているボールねじ軸受のボール３４、ねじ溝３２及びボール溝３３の少なくとも一つに、上記固体潤滑剤を、上記と同様にして付着させている。
上記ボールねじ軸受についても、図１に示す転がり軸受と同様に高真空下、高温下及びクリーン下等の特殊環境下での使用が可能となる。
【００１５】
図３は、本発明の第３の実施形態に係るボールスプライン軸受の断面図である。この実施形態は、外筒４１の内壁にボール４２を案内する外筒軌道部４３を設け、その内側にボール４２を保持するための保持器４４及びスプラインシャフト４５を挿入させているボールスプライン軸受のボール４２及び外筒軌道部４３の少なくとも一方に上記固体潤滑剤を、上記と同様にして、付着させている。
上記ボールスプライン軸受についても、図１に示す転がり軸受と同様に、高真空下、高温下及びクリーン下等の特殊環境下での使用が可能となる。
【００１６】
［実機試験］
図１に示す転がり軸受の１０-7Ｔｏｒｒの真空下における耐熱性を調べた。実施例１として平均分子量７５００〜１５０００、平均粒子径５μｍ、融点３１５℃であるＰＴＦＥを使用し、比較例１として平均分子量１０００〜４０００、平均粒子径１．５μｍ、融点２００℃であるＰＴＦＥを使用した。各々のＰＴＦＥを代替フロン中に分散させ、この溶液に各々軸受を浸漬した後、略１００℃で熱風乾燥させて、ボール、軌道部及び保持器にＰＴＦＥを付着させた。
実施例１の軸受においては、略３００℃までガスの発生が認められなかったが、比較例１の軸受においては、略１８０℃からガスの発生が認められ、２５０℃で完全蒸発した。従って実施例１の軸受は３００℃でも使用出来るのに対し、比較例１の軸受は、２００℃前後から使用できなくなることが判明した。
【００１７】
［トルク寿命試験］
次に、転がり軸受についてトルク寿命試験を行った結果について示す。
試験条件は以下の通りである。
使用軸受型番：６０８ＳＴ
雰囲気 ：大気及び真空（１×１０-7Ｔｏｒｒ）
回転速度 ：２００ｒ／ｍ
荷重 ：アキシアル荷重 ５０Ｎ
サンプル数 ：各３セット
実施例２の軸受は、平均分子量７５００〜１５０００、平均粒子径５μｍのＰＴＦＥを代替フロンに分散させた溶液中に軸受を浸漬し、略１００℃で熱風乾燥させて、ＰＴＦＥをボール、軌道部及び保持器に付着させたものである。
比較例２の軸受は、平均分子量５００００、平均粒子径１５μｍのＰＴＦＥ５重量％とポリアミドイミド２５重量％とを、Ｎ−メチル−２−ピロリドン７０重量％で分散混合させ、これをボール、軌道部及び保持器にボンデッドフィルム法で塗布して固体潤滑剤を付着させ、１８０℃、９０分脱ガス処理したものである。そして実施例２及び比較例２について大気雰囲気及び真空雰囲気それぞれでトルク寿命試験を行った。
【００１８】
大気雰囲気でのトルク寿命比較結果を示したグラフを図４に、真空雰囲気でのトルク寿命比較結果を示したグラフを図５に示す。
図４及び図５より、大気雰囲気においても真空雰囲気においても本発明に係る固体潤滑剤を付着させることで、軸受のトルク寿命が飛躍的に向上していることがわかる。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１の軸受部材によれば、固体潤滑剤としてのＰＴＦＥの平均分子量を２５０００以下にしているので、転動体と軌道部との間に固体潤滑剤が詰まったり、ＰＴＦＥ粒子が凝集したりするおそれがないとともに、ＰＴＦＥの平均粒子径を５μｍ以上にしているので、ＰＴＦＥ粒子が凝集するのをさらに効果的に防止することができ、軸受の回転不良の発生を防止することができる。
そしてバインダーを用いることなくＰＴＦＥのみを付着させているので、固体潤滑剤の使用限界温度はＰＴＦＥの使用限界温度まで上昇させることができ、高温下においても固体潤滑剤の剥離による発塵がなく、潤滑性も低下しない。
このように固体潤滑剤が耐熱性、潤滑性及び低発塵性に優れているので、請求項１の軸受部材は、高真空下、高温下及びクリーン下等の特殊環境下での使用が可能となる。
【００２０】
請求項２の軸受部材によれば、ＰＴＦＥの平均分子量を７０００〜１５０００にしているので、固体潤滑剤がさらに優れた耐熱性、潤滑性及び低発塵性を有することになる。よって請求項２の軸受部材は、高真空下、高温下及びクリーン下等の特殊環境下での使用にさらに好適なものとなる。
【００２１】
請求項３の軸受部材によれば、固体潤滑剤としてのＰＴＦＥの平均分子量を２５０００以下にしているので、転動体と軌道部との間に固体潤滑剤が詰まったり、ＰＴＦＥ粒子が凝集したりするおそれがないとともに、ＰＴＦＥの平均粒子径を５μｍ以上にしているので、ＰＴＦＥ粒子が凝集するのをさらに効果的に防止することができ、軸受の回転不良の発生を防止することができる。
そしてバインダーを用いることなくＰＴＦＥのみを付着させているので、固体潤滑剤の使用限界温度はＰＴＦＥの使用限界温度まで上昇させることができ、高温下においても固体潤滑剤の剥離による発塵がなく、潤滑性も低下しない。
このように固体潤滑剤が耐熱性、潤滑性及び低発塵性に優れているので、請求項３の軸受部材は、高真空下、高温下及びクリーン下等の特殊環境下での使用が可能となる。
【００２２】
請求項４の軸受部材によれば、ＰＴＦＥの平均分子量を７０００〜１５０００にしているので、固体潤滑剤がさらに優れた耐熱性、潤滑性及び低発塵性を有することになる。よって請求項４の軸受部材は、高真空下、高温下及びクリーン下等の特殊環境下での使用にさらに好適なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るボールねじ軸受の断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係るボールスプライン軸受の断面図である。
【図４】大気雰囲気でのトルク寿命比較結果を示したグラフである。
【図５】真空雰囲気でのトルク寿命比較結果を示したグラフである。
【符号の説明】
１ 内輪
２ 外輪
３ ボール
４ 保持器
５ 固体潤滑剤

Claims (4)

  1. 転動体及びこの転動体の転走を案内する軌道部を有した軸受部材において、
    平均分子量が２５０００以下であり、平均粒子径が５μｍ以上であるポリテトラフルオロエチレンからなる固体潤滑剤を、その粒子どうしを結合させることなく分散させた状態で、前記転動体及び前記軌道部の少なくとも一方にバインダーを用いることなく且つなじみ回転を行って付着させたことを特徴とする軸受部材。
  2. 前記ポリテトラフルオロエチレンの平均分子量が７０００〜１５０００であることを特徴とする請求項１記載の軸受部材。
  3. 転動体、この転動体の転走を案内する軌道部及びこの転動体を保持する保持器を有した軸受部材において、
    平均分子量が２５０００以下であり、平均粒子径が５μｍ以上であるポリテトラフルオロエチレンからなる固体潤滑剤を、その粒子どうしを結合させることなく分散させた状態で、前記転動体、前記軌道部及び前記保持器の少なくとも一つにバインダーを用いることなく且つなじみ回転を行って付着させたことを特徴とする軸受部材。
  4. 前記ポリテトラフルオロエチレンの平均分子量が７０００〜１５０００であることを特徴とする請求項３記載の軸受部材。
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