JP4476606B2

JP4476606B2 - 転動装置

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Publication number: JP4476606B2
Application number: JP2003400397A
Authority: JP
Inventors: 剛齋藤; 裕之伊藤; 靖史冨塚
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-06-24
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: JP2005036959A

Description

本発明は転動装置に関し、特に転動部位に潤滑が施された転動装置に関する。

転がり軸受、リニアガイド、リニアベアリング、及び、ボールねじ装置などの転動装置は、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。）で使用される転動装置には、動作円滑性、高耐久性などに加え、低発塵性が要求される。

このため、従来においては、転動装置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。また、発塵等による汚染がほとんど許容されない前述の真空環境下等で用いられる転動装置においては、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、転動装置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。

特許文献１及び特許文献２には、このようなフッ素系潤滑剤を用いた転動装置の例が示されている。これらの転動装置では、潤滑部位にフッ素系潤滑剤を付着させて、該フッ素系潤滑剤からなる潤滑膜を形成している。また、フッ素系潤滑剤として、分子構造中に官能基を有し、軸受材料との親和性が高いフッ素系潤滑剤を用いることにより、軸受材料に強固に吸着する潤滑膜を形成し、低発塵性及び耐久性を実現している。

また、フッ素系潤滑剤の一例として特許文献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て用いる転動装置の例が示されている。また、特許文献６には、この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用い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

しかしながら、上記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フッ素系グリースの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。
これに対し、上記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ことも考えられているが、比較的大きなアキシャ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ので、耐久性及び低発塵性の点で不十分な場合がある。

また、上述のように、分子構造中に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、耐久性を向上させる方法が提案されているが、軸受材料等に化学的に付着している分子は一分子層であり、余分の官能基を有するフッ素系潤滑油は、化学的に付着している訳ではない。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。このため、化学的に付着していない余分のフッ素系潤滑油が蒸発することによりアウトガスが発生しやすい。さらに、余分なフッ素系潤滑油は発塵粒子としても放出されることから、アウトガスや発塵による有機汚染がほとんど許容されない環境下で使用するためには、アウトガスや発塵をより高度に抑制可能な対策が要求されることとなる。この点、余分なフッ素系潤滑油が存在せず一分子層のみならば、上記アウトガス等の問題はなくなるものの、耐久性は不十分といわざるを得ない。
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、装置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動装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１による転動装置は、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、前記両軌道面の間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備え、真空環境下あるいは清浄雰囲気中で使用される転動装置において、前記外方部材の軌道面と前記内方部材の軌道面と前記転動体の転動面と、のうちの少なくとも１つに、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以下のフッ素系潤滑油と粒径１μｍ以下のパウダー状フッ素樹脂とを含有し、前記フッ素樹脂の含有量が５質量％以上４０質量％以下である潤滑剤からなる潤滑膜を形成したことを特徴とする。
ここで、オイルプレーティング処理とは、前記外方部材の軌道面、前記内方部材の軌道面、あるいは、前記転動体の転動面に、薄膜を付着させるための処理をいう。例えば、後述のように、希釈した潤滑剤を前記転動面等に付着させ、熱処理により希釈溶媒を除去することにより、本発明にかかる潤滑膜を形成可能である。

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、低発塵化の達成には、潤滑油にフッ素樹脂を添加することが有効であることを見出した。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で潤滑膜を形成すれば、軌道面には潤滑剤が常に供給されて軌道面と転動面とが直接的に接触することなく、かつ、余分な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で潤滑作用が安定的に維持される。また、固体潤滑膜とは異なり流動性が保たれることから、固体潤滑膜において発生した剥離や欠落、摩耗による発塵が抑制される。さらに、オイルプレーティング処理によって潤滑膜を形成させることから、通常のグリース潤滑などに比べ回転抵抗がきわめて小さくなるために、高精度な回転性能が得られる。

上記のように、本発明における潤滑油は２０℃における蒸気圧が１×１０^-5Ｐａ以下であり、蒸気圧が低いものであるほどアウトガスが少なく好ましい。一方、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。
さらに、従来においては潤滑膜を薄く形成することにより発塵及びアウトガスの抑制を行わなければならなかったが、本発明においてはフッ素樹脂の添加により発塵及びアウトガスの抑制効果が得られることから、潤滑膜を若干厚く形成することができ、このため耐久性の向上も図ることができる。すなわち、潤滑膜は、前記潤滑膜を形成すべき面における粗さの山をそれぞれ覆うことができる程度にまで形成させることが望ましい。これよりも潤滑膜が薄くなると、一部の上記山が容易に露出してしまい、接触する相手側の油膜をかきとりやすくなる境界潤滑状態となって局部的な焼き付きが容易に発生するなど、耐久性が不十分となるからである。逆にあまりに潤滑膜が厚くなると、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。このような潤滑膜の厚さの調整は、例えば後述するオイルプレーティング処理において、潤滑膜を形成すべき面に付着させる潤滑剤の希釈溶液の希釈濃度を調節することなどによって、行うことができる。

また、フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン( 以下、ＰＴＦＥと略称する）のほか、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）などを好適に使用できる。
また、潤滑油としてフッ素系潤滑油を用いているため、揮発性が極めて低いのでアウトガスが少ない。
フッ素樹脂の含有量が５質量％より低い場合には、発塵抑制効果が劣化し、４０質量％よりも高い場合には、潤滑油の含有量が低くなるため、潤滑性が劣化する。より望ましくは、１０質量％以上３０質量％以下である。

フッ素系潤滑油として、上記軌道面等を構成する材料との親和性が高い、分子構造中に官能基を有するフッ素系潤滑油を用いて、軌道面等に強固に付着する潤滑膜を形成させることにより、耐久性や発塵抑制効果を向上することができる。
一方、分子構造中に官能基を有するフッ素系潤滑油は、一般に蒸気圧が高くアウトガスが発生しやすいことから、材料への強固な付着によりもたらされる効果を維持しつつ、使用される環境の条件に応じたアウトガス量となるように、その含有量を調節することが望ましい。

すなわち、潤滑剤へのフッ素樹脂の添加により、従来よりもアウトガスを抑制することができるが、よりアウトガス抑制の要求が厳しい環境においては、分子構造中に官能基を有しないフッ素系潤滑油１０質量％以上９８質量％以下と、分子構造中に官能基を有するフッ素系潤滑油９０質量％以下２質量％以上と、でフッ素系潤滑油を構成することが望ましい。
また、アウトガス抑制の要求がさらに厳しい環境においては、本発明の請求項２による転動装置のように、分子構造中に官能基を有しないフッ素系潤滑油５０質量％以上９８質量％以下と、分子構造中に官能基を有するフッ素系潤滑油５０質量％以下２質量％以上と、でフッ素系潤滑油を構成することが望ましい。
さらに、アウトガス抑制の要求がもっとも厳しい環境においては、フッ素系潤滑油として、分子構造中に官能基を有しないフッ素系潤滑油のみを用い、フッ素樹脂を添加することにより、アウトガスを抑制することが望ましい。

本発明の請求項３による転動装置は、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、前記両軌道面の間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備え、真空環境下あるいは清浄雰囲気中で使用される転動装置において、前記外方部材の軌道面と前記内方部材の軌道面と前記転動体の転動面と、のうちの少なくとも１つに、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油と粒径１μｍ以下のパウダー状フッ素樹脂とを含有し、前記フッ素樹脂の含有量が５質量％以上６０質量％以下である潤滑剤からなる潤滑膜を形成したことを特徴とする。
アルキル化シクロペンタン又はポリフェニルエーテルを主成分として含有する潤滑油は、２０℃における蒸気圧が１×１０^-5Ｐａ以下であるので真空中においてもアウトガスの抑制効果がある。加えて、これら炭化水素系の潤滑油はフッ素系潤滑油と比べると潤滑性に優れており、転動装置を長寿命にする。

フッ素樹脂の含有量が５質量％より低い場合には、発塵抑制効果が劣化し、６０質量％よりも高い場合には、潤滑油の含有量が低くなるため、潤滑性が劣化し、トルクが増加する。より望ましくは、５質量％以上４０質量％以下である。
本発明の請求項４による転動装置は、請求項１〜３のいずれか１項において、前記潤滑膜は、前記潤滑剤０．５質量％以上１０質量％以下と希釈溶媒９９．５質量％以下９０質量％以上とからなる潤滑剤希釈溶液を、該潤滑膜を形成すべき面に付着させて、５０℃以上２５０℃以下で、１５分間以上３００分間以下加熱し、前記希釈溶媒を除去することにより形成したことを特徴とする。

このようなオイルプレーティング処理により、前記作用、効果を発揮する潤滑膜の形成が可能である。
この場合において、潤滑剤の含有量が０．５質量％より低い場合には、前記軌道面及び転動面に付着する潤滑膜が薄くなり過ぎるため、上述のように耐久性が不十分となる。一方、１０質量％より高いと潤滑剤希釈溶液がべとつき、均一な付着や作業性に悪影響を及ぼすと共に、潤滑膜が厚くなり過ぎるため、上述のように発塵やアウトガスの抑制効果についての劣化を招くこととなる。

また、加熱温度及び加熱時間については、上記の上限温度及び上限加熱時間を超える場合には、潤滑膜を構成する潤滑剤の潤滑性が劣化し、また、内方部材及び外方部材の軌道面や転動体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。このため、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。

ここで、前記潤滑剤希釈溶液の付着方法としては、例えば、塗布や、噴霧等が挙げられる。あるいは、前記潤滑剤希釈溶液中に浸漬後、引き上げる方法も用いることができる。この場合は、組み立てた転動装置を浸漬してもよいし、転動装置の部品を浸漬して潤滑膜を形成した後に組み立ててもよい。
また、前記希釈溶媒は、潤滑油及びフッ素樹脂双方の溶媒として用いることができるものであり、具体例としては、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ノベック（住友スリーエム株式会社製）、バートレル（デュポン株式会社製）、及び、ガルデン（アウジモント株式会社製）などが挙げられる。炭化水素系の潤滑油を用いる場合には、希釈溶媒としてヘキサンなども用いることができる。

本発明の請求項５による転動装置は、請求項１〜４のいずれか１項において、前記外方部材の軌道面及び前記内方部材の軌道面の中心線平均粗さＲａをそれぞれ０．０２μｍ以上０．２μｍ以下とし、前記転動体の転動面の中心線平均粗さＲａを０．００２μｍ以上０．０１μｍ以下としたことを特徴とする。
このような表面粗さに設定することにより、接触面の面圧を抑制して耐久性を向上させることができる。これとともに、上述のような表面粗さに設定することにより、潤滑膜を少量に抑えるられるため、余分な潤滑油の飛散を防止し、発塵及びアウトガスの抑制効果についても高めることができる。
本発明による転動装置は、発塵量及びアウトガスの量が非常に低量であるので、真空中や精密機械製造工場等のクリーンルーム等での使用に好適である。

以上詳細に説明したように、本発明の転動装置によれば、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。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において参照する各図においては、他の図と同等の部分が同一符号によって示されている。
（第１実施形態）
図１は、フッ素系潤滑油とフッ素樹脂とを含有する潤滑剤（フッ素系潤滑剤）を用いてオイルプレーティング処理を施した転がり軸受(転動装置）１０の、転動体としての玉１３の一部分を破断して示した断面図である。転がり軸受１０は、外輪（外方部材）１２と、内輪（内方部材）１１と、玉１３と、プレス加工により製造した波形の保持器１４と、を備えている。

より具体的には、外輪１２、内輪１１、玉１３、及び、保持器１４は、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１３には、上記金属材料のほかに窒化けい素、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、外輪１２及び内輪１１にはマルテンサイト系ステンレス鋼を用い、玉１３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を構成するフッ素系潤滑剤の成分と比べ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１１、外輪１２等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ので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１４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１４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。

そして、本実施の形態における転がり軸受１０には、外輪１２の玉１３との接触面（軌道面）、内輪１１の玉１３との接触面（軌道面）、及び、玉１３の転動面に、オイルプレーティング処理により、フッ素系潤滑剤からなる潤滑膜１５が形成されている。図２は、外輪１２の軌道面、内輪１１の軌道面、あるいは、玉１３の転動面に対する潤滑膜の形成状態を示す拡大模式図である。図２に示される転がり軸受１０には、潤滑膜１５を形成すべき面Ｄにおける粗さの山頂線（同図中では、一点鎖線Ｂにより示されている）を越える程度に（同図中では実線Ｅで示される位置まで）、潤滑膜１５が形成されている。このように、面Ｄを粗さの山がそれぞれ露出しない程度に潤滑膜で覆うことにより、耐久性を向上させることができる。なお、潤滑膜１５は、図２に示されるように軌道面等に連続的に形成されることが望ましいが、不連続的、例えば島状に形成されていてもよい。

また、本実施の形態における転がり軸受１０の外輪１２の軌道面、及び、内輪１１の軌道面の中心線平均粗さＲａはそれぞれ０．０２μｍ以上０．２μｍ以下に、玉１３の転動面の中心線平均粗さＲａは０．００２μｍ以上０．０１μｍ以下に、設定されている。このような表面粗さに設定することにより、形成すべき潤滑膜１５の量を抑えて、発塵抑制効果を向上させることができる。
潤滑膜１５を形成するフッ素系潤滑剤は、フッ素樹脂としてＰＴＦＥパウダーと、フッ素系潤滑油と、を含有するものであり、いわゆるゲル状になっている。

フッ素系潤滑油としては、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が用いられる。このフルオロポリエーテル重合体としては、-Ｃ_XＦ_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、数平均分子量が１０００〜５００００であるものが挙げられる。また、ポリフルオロアルキル重合体は、Ｒ₁−（ＣＦ₂）_n−Ｒ₂という式（ｎは自然数）で表されるものであり、Ｒ₁及びＲ₂としては下記化学式１に示すものが挙げられる。なお、Ｒ₁及びＲ₂は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

また、フッ素系潤滑油には、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く、分子構造中に官能基を有するフッ素系潤滑油の例としては、下記化学式２，３に示すものが挙げられる。

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、例えばアウジモント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（ＦＯＮＢＬＩＮＺＤＥＡＬ，ＦＯＮＢＬＩＮＺＤＩＡＣ，ＦＯＮＢＬＩＮＺＤＩＳＯＣ，ＦＯＮＢＬＩＮＺＤＯＬ，ＦＯＮＢＬＩＮＺＤＯＬＴＸ２０００，ＦＯＮＢＬＩＮＺＴＥＴＲＡＯＬなど）が好適に用いられる。

フッ素樹脂としては、ＰＴＦＥのほか、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。
上記フッ素系潤滑油と上記ＰＴＦＥパウダーを混合したものを、フッ素系潤滑剤として用いる。しかし、上記例示したフッ素系潤滑油にＰＴＦＥパウダーを混合したままでは、いずれも濃度が高いので、後述するように適当な希釈溶媒で希釈したフッ素系潤滑剤希釈溶液を、オイルプレーティング処理に用いることが好ましい。

次に、オイルプレーティング処理の一例を説明する。
まず、外輪１２、内輪１１、玉１３、及び、保持器１４をそれぞれ組み立てて転がり軸受１０を完成状態としてから、脱脂洗浄後この外輪１２及び内輪１１間で玉１３の存在する箇所に、用意したフッ素系潤滑剤希釈溶液をスポイドなどにより必要量だけ注入する。その後、転がり軸受１０を数回回転させることにより、フッ素系潤滑剤希釈溶液を外輪１２、内輪１１、玉１３、及び、保持器１４の転動部位、摺動部位に付着させる。このフッ素系潤滑剤希釈溶液の供給は、塗布により行ってもよいし、スプレーを用いた噴霧により行ってもよい。あるいは、フッ素系潤滑剤希釈溶液の貯留槽に組み立てた転がり軸受１０を浸漬後に引き上げることにより、フッ素系潤滑剤希釈溶液の供給を行ってもよい。

ここで用意したフッ素系潤滑油は、例えば、フォンブリンＺ２５（分子構造中に官能基を有しないフッ素系潤滑油）９０質量％と、フォンブリンＺＤＯＬ（分子構造中に官能基を有するフッ素系潤滑油）１０質量％と、から構成されるものである。また、付着させたフッ素系潤滑剤希釈溶液は、このフッ素系潤滑油８０質量％と粒径１μｍ以下のＰＴＦＥパウダー２０質量％とを混在させてなるフッ素系潤滑剤を調整し、これを１質量％となるまで希釈溶媒アサヒクリンＡＫ−２２５（旭硝子株式会社製）で希釈して得たものである。

この後、フッ素系潤滑剤希釈溶液を付着させた転がり軸受１０の全体を１２０〜１４０℃で約３０分間加熱し、付着したフッ素系潤滑剤希釈溶液中に含まれる希釈溶媒を除去する。
このようにして、フッ素系潤滑剤からなる潤滑膜を形成することができる。
ここで、上述した実施形態に関して、発塵量試験、アウトガス速度試験、及び、トルク耐久試験を行ったので説明する。
発塵量試験、アウトガス速度試験、及び、トルク耐久試験における比較例については、分子構造中に官能基を有するフッ素系潤滑油、具体的には末端にカルボキシル基を有する含フッ素重合体（ＦＯＮＢＬＩＮＺＤＩＡＣ）のみからフッ素系潤滑剤を構成し、使用した。希釈溶媒、オイルプレーティング処理方法や、転がり軸受の構成などの他の条件は、上述の実施形態と同様である。なお、実施例及び比較例ともにオイルプレーティング処理に用いるフッ素系潤滑剤希釈溶液の希釈濃度は１％とした。

また、試験軸受は日本精工株式会社製呼び番号６０８である。さらに、内輪及び外輪の軌道面の表面粗さＲａは０．０５μｍに、玉の表面粗さＲａは０．００５μｍに、それぞれ設定され、上述したようなオイルプレーティング処理によって、潤滑膜が形成されているものである。
まず、発塵量試験について説明する。図３（ａ）には、発塵量試験を行う際に用いた軸受回転試験機（日本精工株式会社製）が示されている。
試験軸受５０の内輪５０ａを軸受回転試験機のスピンドル軸（ＳＵＳ４４０Ｃ製）５１に取り付ける。このとき、試験軸受５０へのアキシアル荷重は、スプリング５５により調整可能となっている。

そして、スピンドル軸５１の一端には磁性流体シールユニット５６が設けられ、スピンドル軸５１にはモータ５４の回転トルクがプーリ５７，ベルト５８，プーリ５９，及び磁性流体シールユニット５６を介して伝わるようになっている。一方、試験軸受５０の外輪５０ｂはハウジング５２を介して微小荷重変換器６０に接続されており、したがって、微小荷重変換器６０を用いて試験軸受５０のトルクを測定できるようになっている。

また、試験軸受５０は容器６１及び隔壁６２に囲まれ、その空間の底部はレーザ光散乱式パーティクルカウンタ６３に接続されている。一方、この囲まれた空間の上部には、フィルタ６４を介して空気導入口６５が設けられている。そして、空気導入口６５から容器６１及び隔壁６２で囲まれた空間に清浄な空気を所定の流量で供給することにより、空気導入口６５からパーティクルカウンタ６３へ向けて気流が生じるため、試験軸受５０から生じる摩耗粉の量をパーティクルカウンタ６３で検出できるようになっている。

試験軸受５０の回転速度が１０００ｒｐｍ、荷重が５０Ｎという試験条件で発塵量試験を行った結果は、図３（ｂ）に示すように、本実施形態のものの方が、比較例のものに比べて発塵量（個／ｍ³）が１／１０以下ときわめて低いレベルとなった。
次に、アウトガス速度試験（スループット法）について説明する。図４（ａ）には、本試験に用いられたアウトガス速度評価試験装置が示されている。

アウトガス速度評価試験装置においては、試験軸受９０が収容される試料室９２と、ターボ分子ポンプ９６及びロータリーポンプ９７が接続された分析室９１とが、直径Ｒが２〜３ｍｍの円形の断面を有するオリフィス９３により連通している。そして、ターボ分子ポンプ９６及びロータリーポンプ９７によって分析室９１内の気体を吸引すると、分析室９１の気圧は試料室９２内よりも低くなるので、試料室９２内の気体がオリフィス９３を通って分析室９１内へ流れ込む。なお、同図中の分析室９１には、四重極質量分析計９８も設置されており、試料室９２で発生し分析室９１に流入した気体の種類を分析可能になっている。

この試料室９２から分析室９１へ気体が流れ込む状態において、試料室９２及び分析室９１にそれぞれ設置されたイオンゲージ９４，９５により気圧を測定して、試験軸受９０からのアウトガスの発生速度（アウトガス速度）を測定する。アウトガス速度は下記の式（１）により求められる。
Ｑｂ＝Ｃ（Ｐ₂−Ｐ₁）−Ｑｃ・・・（１）
ここで、式（１）中の各値は、次の通りである。
Ｑｂ：試験軸受のアウトガス速度（Ｐａ・ｍ³／ｓ）
Ｑｃ：チャンバーのアウトガス速度（Ｐａ・ｍ³／ｓ）
Ｃ：オリフィスのコンダクタンス（定数）（ｍ³／ｓ）
Ｐ₁：分析室チャンバー圧力（Ｐａ）
Ｐ₂：試料室チャンバー圧力（Ｐａ）

なお、上記チャンバーのアウトガス速度Ｑｃは、試料室９２に試験軸受９０を収容しない時に測定されるアウトガス速度であり、気圧の測定値に基づいて下記の式（２）により求められるものである。
Ｑｃ＝Ｃ（Ｐ₂’−Ｐ₁’）・・・式（２）
ここで、Ｐ₁’，Ｐ₂’は、それぞれ試験軸受９０を収容しない時に測定される分析室チャンバー圧力及び試料室チャンバー圧力である。
また、アウトガス速度試験結果については、図４（ｂ）に示すように、本実施形態の方が比較例と比べて約１／５と格段に低くなることが分かった。なお、図４に示すアウトガス速度は、比較例のアウトガス速度を１とした場合の相対値で示してある。

さらに、トルク耐久試験について説明する。トルク耐久試験においては、上記発塵量試験と同様に、図３（ａ）に示される軸受回転試験機（日本精工株式会社製）を使用した。回転速度を１０００ｒｐｍ、荷重を５０Ｎとして試験軸受５０を駆動させ、所定時間経過後における試験軸受５０のトルクを微小荷重変換器６０を用いて測定した。
このトルク耐久試験(大気中）の結果については、図５に示すように、比較例のものは試験開始から１００時間を超えたあたりでトルク値が著しく高くなったが、本実施形態のものは５００時間を超えても低いトルク値のまま、ほとんど変化なく継続できた。

なお、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
例えば、本実施形態では、深溝玉軸受に本発明を適用しているが、その他の軸受形式の転がり軸受にも本発明を適用できる。
また、転がり軸受の他に、図６及び図７に示すリニアガイド装置やリニアベアリングなどの直動型軸受や、図８に示すボールねじ装置などにも本発明を同様に適用できる。

図６は、リニアガイド装置（転動装置）２０を、エンドキャップを省略して示した正面図である。リニアガイド装置２０（日本精工株式会社製呼び番号：ＬＳ２０ＡＬ）は、両側面に軸方向に断面円弧状の転動体転動溝２１ａを有する角形の案内レール（内方部材）２１と、案内レール２１に軸方向に相対移動可能に跨架される横断面形状がほぼコ字状のスライダ（外方部材）２２とを備えている。

スライダ２２の内側両側面には、案内レール２１の転動体転動溝２１ａに対向する断面円弧状の転動体転動溝２２ａが備えられており、案内レール２１の転動体転動溝２１ａとスライダ２２の転動体転動溝２２ａとから形成される断面ほぼ円形で直線状のボール転動空間には、転動体としての複数の玉２３（一部のみ図示した）が転動自在に装填されている。

このようなリニアガイド装置２０の案内レール２１の転動体転動溝２１ａと玉２３との接触面、及び、スライダ２２の転動体転動溝２２ａと玉２３との接触面は、上記実施形態の転がり軸受１０の内・外輪の軌道面に相当し、リニアガイド装置２０における玉２３が、上記実施形態の転がり軸受１０における玉１３に相当する。したがって、これらの転動体転動溝２１ａ，２２ａ、及び、玉２３は、表面粗さが上記実施形態と同様にそれぞれ設定されており、また上述の方法に従って同様の潤滑膜（図示せず）がそれぞれ形成されている。そのため、リニアガイド装置２０は、発塵及びアウトガスが少なく、耐久性に優れている。

また、図７に示すリニアベアリング３０は、軸（内方部材）３１と、軸３１の外方に配置された外筒（外方部材）３２と、軸３１の外周面３１ａと外筒３２の内径面３２ａとの間において転動自在に装填された複数の玉３３と、を備え、玉３３の転動に従って、軸３１又は外筒３２がその軸線方向に相対移動する構成となっている。なお、留め金３４は、玉３３の転動に伴う一定距離以上の移動を阻止するためのものである。

このようなリニアベアリング３０の軸３１の外周面３１ａ、及び、外筒３２の内径面３２ａは、上記実施形態の転がり軸受１０の内・外輪の軌道面に相当し、リニアベアリング３０における玉３３が、上記実施形態の転がり軸受１０における玉１３に相当する。したがって、これらの外周面３１ａ、内径面３２ａ、及び、玉３３は、表面粗さが上記実施形態と同様にそれぞれ設定されており、また上述の方法に従って同様の潤滑膜（図示せず）がそれぞれ形成されている。そのため、リニアベアリング３０は、発塵及びアウトガスが少なく、耐久性に優れている。

また、図８に示すボールねじ装置４０は、外周面に螺旋状の軌道溝を有するねじ軸（内方部材）４１と、内周面に螺旋状の軌道溝を有するナット（外方部材）４２と、それらの両軌道溝間に転動自在に介装される複数の玉（転動体）４３とを含み、ねじ軸４１又はナット４２のいずれか一方の回転動作によりねじ軸４１の軸線方向に一方が直線的に相対移動する構成である。なお、玉４３は、ねじ軸４１の軌道溝４１ａとナット４２の軌道溝４２ｂとの間を転動した後、ナット４２に付設されるサーキュレータチューブ４４を通って循環する形態になっている。

このようなボールねじ装置４０におけるねじ軸４１の軌道溝及びナット４２の軌道溝の表面が、上記実施形態の転がり軸受１０における内・外輪１１，１２の軌道面に相当し、また、ボールねじ装置４０における玉４３が、上記実施形態の転がり軸受１０における玉１３に相当する。したがって、これらのねじ軸４１の軌道溝、ナット４２の軌道溝、及び、玉４３は、表面粗さが上記実施形態と同様にそれぞれ設定されており、また上述の方法に従って同様の潤滑膜（図示せず）をそれぞれ形成されている。そのため、ボールねじ装置４０は、発塵及びアウトガスが少なく、耐久性に優れている。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の第１実施形態と異なる点は、本発明における潤滑膜を構成する潤滑油として、第１実施形態のフッ素系潤滑油ではなく、炭化水素系の潤滑油を用いている点である。以下、この炭化水素系の潤滑油及び該潤滑油を含有する潤滑剤のオイルプレーティング処理を中心に説明する。
図９は、炭化水素系潤滑油とフッ素樹脂とを含有する潤滑剤を用いてオイルプレーティング処理を施した転がり軸受(転動装置）７０の、転動体としての玉７３の一部分を破断して示した断面図である。
第２実施形態の転がり軸受７０は、図１に示した転がり軸受１０とほぼ同様の構成を有するものであり、潤滑膜７５の構成材料、及び、潤滑膜７５の付着状態においてのみ異なっている。なお、符号７１は内輪、７２は外輪、７３は玉、７４は保持器である。

図１０は外輪７２の軌道面、内輪７１の軌道面、あるいは、玉７３の転動面に対する潤滑膜７５の形成状態を示す拡大模式図であり、同図（ａ）には外輪７２（内輪７１）の軌道面、同図（ｂ）には玉７３の転動面が示されている。
同図に示されるように、本実施形態では、潤滑膜７５を形成すべき面における粗さの山頂線と同等程度の位置まで、潤滑膜７５が形成されている。耐久性を向上させるためには第１実施形態のように粗さの山頂線を越える程度に軌道面等を潤滑膜で覆うことが望ましいが、本実施形態のように潤滑膜を上記山頂線と同等程度の位置まで形成させてもよい。この場合には潤滑膜の量が少ないので発塵及びアウトガスがより少ない。なお、同図では、潤滑膜７５は軌道面等に連続的に形成されているが、不連続的、例えば島状に形成されていてもよい。

また、本実施形態における転がり軸受７０の外輪７２の軌道面、及び、内輪７１の軌道面の中心線平均粗さＲａはそれぞれ０．０２μｍ以上０．２μｍ以下であり、より好ましくは０．０２μｍ以上０．０８μｍ以下である。玉１３の転動面の中心線平均粗さＲａは０．００２μｍ以上０．０１μｍ以下であり、より好ましくは０．００２μｍ以上０．００５μｍ以下である。
この潤滑膜７５を形成する潤滑剤は、フッ素樹脂パウダーと、アルキル化シクロぺンタン又はポリフェニルエーテルを主成分として含有する潤滑油と、を含有するものであり、いわゆるゲル状になっている。

このようなアルキル化シクロペンタンとしては、トリ（２−オクチルドデシル）シクロペンタンがあげられる。なお、トリ(２−オクチルドデシル）シクロペンタンとしては、例えば、ＮｙｅＬｕｂｉｃａｎｔｓ社製のＳｙｎｔｈｅｔｉｃＯｉｌ２００１Ａ（商品名）が市販されている。また、トリ−ｎ−オクチルシクロペンタン、テトラ−ｎ−オクチルシクロペンタン、ペンタ−ｎ−オクチルシクロペンタン、トリ−ｎ−ノニルシクロペンタン、ペンタ−ｎ−ノニルシクロペンタン、ペンタ−ｎ−デシルシクロペンタン、ペンタ−ｎ−ドデシルシクロペンタン、テトラ−２−エチルヘキシルシクロペンタン等のようなアルキル化シクロペンタンは、蒸気圧が２０℃で１×１０^-5Ｐａ以下(例えば、１×１０^-7〜１×１０^-8Ｐａ）と低いので、潤滑油として用いることができる。このようなアルキル化シクロペンタンを用いれば、本発明の転動装置は真空中において使用しても潤滑剤が蒸発することがほとんどない。

ポリフェニルエーテルとしては、例えば、株式会社松村石油研究所のフェニルエーテル型合成油を用いることができ、このうちペンタフェニルエーテル、テトラフェニルエーテル、モノアルキルテトラフェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテル、モノアルキルトリフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテルが好適に使用できる。これらのポリフェニルエーテルは蒸気圧が低く、耐熱性にも優れるため真空中や高温環境下においてもアウトガスが少ない。

次に、本実施形態の潤滑剤のオイルプレーティング処理の一例を説明する。
まず、外輪７２、内輪７１、玉７３、及び、保持器７４をそれぞれ組み立てて転がり軸受７０を完成状態としてから、脱脂洗浄後この外輪７２及び内輪７１間で玉７３の存在する箇所に、用意した潤滑剤の希釈溶液をスポイドなどにより必要量だけ注入する。その後、転がり軸受７０を数回回転させることにより、希釈溶液を外輪７２、内輪７１、玉７３、及び、保持器７４の転動部位、摺動部位に付着させる。この希釈剤の供給は、塗布により行ってもよいし、スプレーを用いた噴霧により行ってもよい。あるいは、希釈溶液の貯留槽に組み立てた転がり軸受７０を浸漬後に引き上げることにより、希釈溶液の供給を行ってもよい。

ここで用意した潤滑剤は、例えばＮｙｅＬｕｂｉｃａｎｔｓ社製のＳｙｎｔｈｅｔｉｃＯｉｌ２００１Ａ（商品名）６０質量％と、粒径１μｍ以下のＰＴＦＥパウダー４０質量％と、からなるものである。この潤滑剤の希釈溶液は、へキサンやアサヒクリンＡＫ−２２５（旭硝子株式会社製）等の希釈溶媒で潤滑剤を１質量％になるまで希釈して得たものである。フッ素樹脂としては、溶媒中にＰＴＦＥが分散したデュポン株式会社製ドライフィルムＲＡ／ＩＰＡを使用した。

この後、希釈溶液を付着させた転がり軸受７０の全体を１００〜１４０℃で約３０分間加熱し、付着した希釈溶液中に含まれる希釈溶媒を除去する。
このようにして、本実施形態の潤滑剤からなる潤滑膜を形成することができる。
ここで、上述した第２実施形態に関して、発塵量試験、及び、トルク耐久試験を行ったので説明する。
発塵量試験、及び、トルク耐久試験における比較例については、分子構造中に官能基を有するフッ素系潤滑油、具体的には末端にカルボキシル基を有する含フッ素重合体（ＦＯＮＢＬＩＮＺＤＩＡＣ）のみから潤滑剤を構成し、使用した。希釈溶媒の種類、オイルプレーティング処理方法や、転がり軸受の構成などの他の条件は、上述の第２実施形態と同様である。なお、実施例及び比較例ともにオイルプレーティング処理に用いる希釈溶液の希釈濃度は１％とした。

また、試験軸受は日本精工株式会社製呼び番号６０８（内径８ｍｍ、外径２２ｍｍ、幅７ｍｍ）である。さらに、内輪及び外輪の軌道面の表面粗さＲａは０．０５μｍに、玉の表面粗さＲａは０．００５μｍに、それぞれ設定され、これら各面には上述したようなオイルプレーティング処理によって、潤滑膜が形成されている。
上記試験軸受についての発塵量試験は、上記第１実施形態における発塵量試験に用いた軸受回転試験機（図３（ａ）参照）と同じ試験機を用い、第１実施形態における発塵量試験と同様の方法で行った。また、試験条件も同様であり、試験軸受５０の回転速度が１０００ｒｐｍ、荷重が５０Ｎである。試験結果を図１１のグラフに示す。同図に示されるように、本実施形態のものの方が、比較例のものに比べて発塵量（個／ｍ³）が１／１０以下ときわめて低いレベルとなった。

次に、上記試験軸受について行ったトルク耐久試験について説明する。このトルク耐久試験においても、上記発塵量試験と同様に図３（ａ）に示す軸受回転試験機を使用し、回転速度を１０００ｒｐｍ、荷重を５０Ｎとして試験軸受５０を駆動させ、所定時間経過後における試験軸受５０のトルクを微小荷重変換器６０を用いて測定した。
試験結果を図１２のグラフに示す。同図に示すように、比較例のものは試験開始から１００時間を超えたあたりでトルク値が著しく高くなったが、本実施形態のものは５００時間を超えても低いトルク値のまま、ほとんど変化なく継続できた。

なお、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。例えば、第１実施形態においても記述したように、深溝玉軸受以外の軸受形式の転がり軸受への適用や、転がり軸受の他に、図６及び図７に示すリニアガイド装置やリニアベアリングなどの直動型軸受や、図８に示すボールねじ装置などにも本発明を同様に適用できる。

潤滑膜を形成した第１実施形態の転がり軸受の断面図である。第１実施形態の潤滑膜の形成状態を示す拡大模式図である。（ａ）は軸受回転試験機を説明する図であり、（ｂ）は発塵量試験の結果を示すグラフである。（ａ）はアウトガス速度試験装置を示す図であり、（ｂ）はアウトガス速度試験の結果を示すグラフである。トルク耐久試験の結果を示すグラフである。本発明を適用したリニアガイド装置を説明する図である。本発明を適用したリニアベアリングを説明する図である。本発明を適用したボールねじ装置を説明する図である。潤滑膜を形成した第２実施形態の転がり軸受の断面図である。第２実施形態の潤滑膜の形成状態を示す拡大模式図である。発塵量試験の結果を示すグラフである。トルク耐久試験の結果を示すグラフである。

符号の説明

１０，７０転がり軸受
１１，７１内輪
１２，７２外輪
１３，７３玉
１４，７４保持器
１５，７５潤滑膜
２０リニアガイド装置
２１案内レール
２１ａ，２２ａ転動体転動溝
２２スライダ
２３玉
３０リニアベアリング
３１軸
３１ａ外周面
３２外筒
３２ａ内径面
３３玉
３４留め金
４０ボールねじ装置
４１軸
４１ａ軌道溝
４２ナット
４２ｂ軌道溝
４３玉
４４サーキュレータチューブ
５０，９０試験軸受
５０ａ内輪
５０ｂ外輪
５１スピンドル軸
５２ハウジング
５４モータ
５５スプリング
５６磁性流体シールユニット
５７，５９プーリ
５８ベルト
６０微小荷重変換器
６１容器
６２隔壁
６３レーザ光散乱式パーティクルカウンタ
６４フィルタ
６５空気導入口
９１分析室
９２試料室
９３オリフィス
９４，９５イオンゲージ
９６ターボ分子ポンプ
９７ロータリーポンプ
９８四重極質量分析計

Claims

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、前記両軌道面の間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備え、真空環境下あるいは清浄雰囲気中で使用される転動装置において、
前記外方部材の軌道面と前記内方部材の軌道面と前記転動体の転動面と、のうちの少なくとも１つに、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以下のフッ素系潤滑油と粒径１μｍ以下のパウダー状フッ素樹脂とを含有し、前記フッ素樹脂の含有量が５質量％以上４０質量％以下である潤滑剤からなる潤滑膜を形成したことを特徴とする転動装置。
前記フッ素系潤滑油を、分子構造中に官能基を有しないフッ素系潤滑油５０質量％以上９８質量％以下と、分子構造中に官能基を有するフッ素系潤滑油５０質量％以下２質量％以上と、で構成したことを特徴とする請求項１に記載の転動装置。
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、前記両軌道面の間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備え、真空環境下あるいは清浄雰囲気中で使用される転動装置において、
前記外方部材の軌道面と前記内方部材の軌道面と前記転動体の転動面と、のうちの少なくとも１つに、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 ^-5 Ｐａ以下の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油と粒径１μｍ以下のパウダー状フッ素樹脂とを含有し、前記フッ素樹脂の含有量が５質量％以上６０質量％以下である潤滑剤からなる潤滑膜を形成したことを特徴とする転動装置。
前記潤滑膜は、前記潤滑剤０．５質量％以上１０質量％以下と希釈溶媒９９．５質量％以下９０質量％以上とからなる潤滑剤希釈溶液を、該潤滑膜を形成すべき面に付着させて、５０℃以上２５０℃以下で、１５分間以上３００分間以下加熱し、前記希釈溶媒を除去することにより形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の転動装置。
前記外方部材の軌道面及び前記内方部材の軌道面の中心線平均粗さＲａをそれぞれ０．０２μｍ以上０．２μｍ以下とし、
前記転動体の転動面の中心線平均粗さＲａを０．００２μｍ以上０．０１μｍ以下としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに１項に記載の転動装置。