JP6855974B2 - Rolling bearings and their manufacturing methods - Google Patents
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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。 The present invention relates to rolling bearings, more particularly low dust generation rolling bearings. The present invention also relates to a method for producing the same.
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。 Rolling bearings may be used, for example, in transport system devices arranged inside semiconductor manufacturing devices. Rolling bearings used in such a vacuum environment or in a clean atmosphere such as a clean room (hereinafter, may be referred to as "vacuum environment, etc.") have low operating smoothness, high durability, and the like. Dust generation is required. Conventionally, by applying and sealing a lubricant to the rolling part of a rolling bearing, wear of the rolling element and the part that comes into contact with the rolling element is prevented, and smooth operation is maintained, but contamination due to dust generation, etc. is maintained. In rolling bearings used in an almost unacceptable vacuum environment, etc., the amount of lubricant scattered or evaporated to the outside of the rolling bearing by using a fluorine-based lubricant based on a fluorine-based lubricating oil with extremely low volatility. Is suppressed.
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。
Regarding such a fluorine-based lubricant, in
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。
Further,
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。
However, in
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。
As in
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。
Further, when fluorine-based grease is used as in
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。
When the rolling portion is coated with a fluoropolymer solid lubricant as in
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。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides a rolling bearing which can be suitably used in a vacuum environment or the like, has less dust and outgas generated from the rolling bearing, and has excellent durability. The purpose is to do.
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、
38℃における蒸気圧が1×10−5Pa以下で、かつ、平均分子量が6250以下であるフッ素系潤滑油と、平均分子量が3000以下であるフッ素樹脂とを、質量比で、フッ素系潤滑油:フッ素樹脂=1:0.40〜1:0.48の割合で含有するフッ素系潤滑剤からなる潤滑膜を有す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)38℃における蒸気圧が1×10−5Pa以下で、かつ、平均分子量が6250以下であるフッ素系潤滑油と、平均分子量が3000以下であるフッ素樹脂とを、質量比で、フッ素系潤滑油:フッ素樹脂=1:0.40〜1:0.48の割合で含有するフッ素系潤滑剤と、希釈溶媒とを、質量比で、フッ素系潤滑油:希釈溶媒=1:12〜1:16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後、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。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following rolling bearings and a method for manufacturing the same.
(1) On at least one of the raceway surface of the inner and outer rings and the rolling surface of the rolling element,
A fluoropolymer having a vapor pressure of 1 × 10-5 Pa or less at 38 ° C. and an average molecular weight of 6250 or less and a fluororesin having an average molecular weight of 3000 or less in terms of mass ratio. : Rolling bearing characterized by having a lubricating film made of a fluoropolymer contained in a ratio of fluororesin = 1: 0.40 to 1: 0.48.
(2) The rolling bearing according to (1) above, which is used in a vacuum or in a clean room.
(3) A fluoropolymer having a vapor pressure at 38 ° C. of 1 × 10-5 Pa or less and an average molecular weight of 6250 or less and a fluororesin having an average molecular weight of 3000 or less are mixed in a mass ratio of fluorine. Lubricating oil: Fluororesin = 1: 0.40 to 1: 0.48 Fluoro-lubricating oil: Diluting solvent = 1: 12 ~ A method for manufacturing a rolling bearing, which comprises oil-plating at least one of the raceway surface of the inner and outer rings and the rolling surface of the rolling element by using a lubricant diluting solution mixed at 1:16.
(4) The method for manufacturing a rolling bearing according to (3) above, wherein after the oil plating treatment, the rolling bearing is heated at 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower for 15 minutes or longer and 60 minutes or shorter.
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。 According to the present invention, it is possible to suppress dust generation and outgassing while maintaining a high degree of rotational performance by forming a lubricating film composed of a lubricant containing a specific fluoropolymer and a fluororesin. A rolling bearing that can be used and has excellent durability can be obtained.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。
In the present invention, the type and structure of the rolling bearing are not limited, and a lubricating film made of a specific fluorine-based lubricant described later is formed on at least one of the raceway surface of the inner and outer rings and the rolling surface of the rolling element. ing. For example, as shown in FIG. 1, the rolling
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被膜処理などの適当な硬化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。
The material forming the
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。
Among the metal materials and ceramics listed above, it is preferable to use a material having corrosion resistance, in particular, martensitic stainless steel is used for the
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、防錆剤を添加する必要が無いため、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。
Usually, in order to give the rolling bearing corrosion resistance, a method of adding a rust preventive agent to the lubricant is adopted. However, since this rust inhibitor evaporates more easily than each component of the fluorine-based lubricant constituting the
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。
In addition to the above metal materials, brass, titanium, and the like are preferably used for the
潤滑膜105は、フッ素系潤滑油と、フッ素樹脂とを含む。フッ素系潤滑油は、38℃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。38℃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、平均分子量が6250以下であることが好ましい。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。
The
フッ素系潤滑油は、上記の蒸気圧及び平均分子量を満足する限り制限はないが、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、−Cx−F2x−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。 The fluorine-based lubricating oil is not limited as long as it satisfies the above vapor pressure and average molecular weight, and for example, a fluoropolyether polymer or a polyfluoroalkyl polymer can be used. The fluoropolyether polymer, -C x -F 2x -O- called general formula (X is an integer from 1 to 4) is a polymer containing units represented by the main repeating units.
ポリフルオロアルキル重合体は、R1−(CF2)n−R2という式(nは整数)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。
The polyfluoroalkyl polymer is represented by the formula R 1 − (CF 2 ) n − R 2 (n is an integer), and examples of R 1 and R 2 are represented by the following
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。 Further, as the fluorine-based lubricating oil, in addition to the one having no functional group in the molecular structure, a certain amount of the one having a functional group in the molecular structure may be added. As the functional group, those having a high affinity for the metal, for example, an epoxy group, an amino group, a carboxyl group, a hydroxyl group, a mercapto group, a sulfone group or an ester group are preferable.
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。 As the above-mentioned fluorine-based lubricating oil, more specifically, a mixture with perfluoropolyether (PFPE) or a derivative thereof, for example, Solvay Specialty Polymers Japan Co., Ltd. trade name FONBLIN Y standard, Fombulin emulsion (FE20, EM04, etc.) or FONBLIN Z derivatives (FONBLIN Z DEAL, FONBLIN Z DIAC, FONBLIN Z DISOC, FONBLIN Z DOL, FONBLIN Z DOLTX2000, FONBLIN Z TETRAOL, etc.) are preferably used.
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。
Fluororesin has the function of trapping excess fluoropolymer that is not used for adhesion, and further enhances the effect of suppressing dust generation and outgassing. Therefore, the
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、フッ素樹脂は、平均分子量が3000以下である。 As the fluororesin, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), fluorinated ethylene perfluorovinyl ether copolymer (PFA), fluorinated ethylene propylene copolymer (FEP), or the like can be used. Further, the fluororesin has an average molecular weight of 3000 or less.
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=1:0.40〜1:0.48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1:0.43〜1:0.46である。
Then, a fluorine-based lubricant in which the above-mentioned fluorine-based lubricating oil and the above-mentioned fluororesin are mixed is prepared.
The
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。 Further, the fluororesin is a powder, and the fluorine-based lubricant is in the form of a so-called gel. The finer the fluororesin, the more preferable it is, and the average particle size is more preferably 1 μm or less.
オイルプレ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=1:12〜1:16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=1:13〜1:15である。 Since the concentration of the fluorine-based lubricant is too high for the oil plating treatment, the lubricant diluted solution is prepared by diluting with a diluting solvent. The lubricant diluted solution preferably has a fluorine-based lubricating oil: diluted solvent = 1:12 to 1:16 in terms of mass ratio. If the amount of diluting solvent is less than this compounding ratio, the amount of fluorine-based lubricating oil may be excessive and low outgassing and low dust generation may be impaired. There is a possibility that the lubrication durability performance will be insufficient due to lack of oil. Desirably, the compounding ratio is fluorine-based lubricating oil: diluting solvent = 1: 13 to 1:15.
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。 Diluting solvents include alternative fluorocarbon (PFC), fluorine-based inert solution "Novec" manufactured by 3M Japan Ltd., "Bertrel" manufactured by Mitsui Dupont Fluorochemical Co., Ltd., and Solvay Specialty Polymers Japan. Examples include "Galden" manufactured by Co., Ltd.
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。
The lubricant diluting solution may be composed of only the above-mentioned fluoropolymer, fluororesin and diluting solvent, but in consideration of the chemical and mechanical properties of the
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。
Then, the
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。
Further, the assembled rolling
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の転動面の硬さの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、上記硬さの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。
After that, the entire rolling bearing 100 to which the lubricant diluting solution is attached is heated at 100 ° C. or higher to 250.
The
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。 As the rolling bearing of the present invention, for example, the following can be exemplified.
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38℃における蒸気圧は1×10−5Pa以下であり、平均分子量は6250以下である。 90% by mass of a fluorine-based lubricating oil having no functional group in its molecular structure and 10% by mass of a fluorine-based lubricating oil having a functional group in its molecular structure are mixed to obtain a fluorine-based lubricating oil. The vapor pressure of this fluorine-based lubricating oil at 38 ° C. is 1 × 10 −5 Pa or less, and the average molecular weight is 6250 or less.
上記フッ素系潤滑油と、平均分子量が3000以下で、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=1:0.42にて混合し、フッ素系潤滑剤を調製する。 The above-mentioned fluorine-based lubricating oil and PTFE powder having an average molecular weight of 3000 or less and an average particle size of 1 μm are mixed in a mass ratio of fluorine-based lubricating oil: PTFE powder = 1: 0.42 to perform fluorine-based lubrication. Prepare the agent.
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、フッ素系潤滑剤:希釈溶媒=1:13にて希釈して潤滑剤希釈溶液とする。 Next, the fluorine-based lubricant and the diluting solvent "Galden SV80" manufactured by Solvay Specialty Polymers Japan Co., Ltd. are diluted by mass ratio with a fluorine-based lubricant: diluting solvent = 1: 13, and the lubricant diluting solution is used. And.
そして、潤滑剤希釈溶液にSUS440C製の深溝玉軸受を浸漬し、引き上げた後に内外輪の表面を拭き取り、軸受全体を120℃〜140℃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。 Then, a deep groove ball bearing made of SUS440C is immersed in a diluted lubricant solution, and after pulling up, the surface of the inner and outer rings is wiped off, and the entire bearing is heated at 120 ° C. to 140 ° C. for about 30 minutes to form a lubricating film. Rolling bearing is completed.
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。
In the rolling bearing 100 of the present invention, the lubricating action of the
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。
Also in the manufacturing method, the
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。 The present invention will be further described below with reference to test examples, but the present invention is not limited thereto.
先ず、各試験に用いた試験装置について説明する。 First, the test apparatus used for each test will be described.
(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。
(Durability test equipment)
FIG. 2 shows a durability test device. As shown in the figure, two
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、必要に応じて試験軸受2を昇温することが可能である。
The
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。
The
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。
For the vacuum airtightness of the
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。
After operating the vacuum pump to create a vacuum environment inside the
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。
At this time, if the
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。
The materials of the
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。
The material of the
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。
The material of the
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。
Two
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。
The material of the
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。
The
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。
After loading the
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。
Next, the functions and effects of this device will be described. Two
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。
Since the
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。
When the vacuum pump is operated, the inside of the
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。
When the
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。
A torque detector (not shown) is connected to the
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。 If the dynamic friction torque value changes, or if the servo voltage output value changes, the test bearing 2 may have been damaged. Therefore, the test equipment is stopped, the test is completed, and the test bearing 2 runs. The distance (total number of revolutions) is used as an index of durability performance.
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400℃
・測定項目:動摩擦トルク値
The device specifications are as follows.
・ Test bearing:
Inner diameter: 8-40 mm
Quantity: 2
Bearing posture: Horizontal axis Rotating wheel: Inner ring rotation
・ Rotation speed: Maximum 3000min -1
・ Test environment: Vacuum
・ Bearing temperature: Maximum 400 ℃
・ Measurement item: Dynamic friction torque value
(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は予圧状態に保持されている。
(Dust generation test equipment)
FIG. 3 shows a dust generation test device. As shown in the figure, the
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。
The
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。
Therefore, if the
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。
The rotating
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。
Even if the
気密室32は、円筒形状の気密室胴部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。
The
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。
A disk-shaped
したがって、気密室32の内部で試験軸受22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。
Therefore, if the test bearing 22 is rotated inside the
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
The test specifications are as follows.
・ Test bearing:
Inner diameter: 8 to 60 mm
Quantity: 1
Bearing posture: Horizontal axis Rotating wheel: Inner ring rotation
・ Rotation speed: Maximum 3000min -1
・ Test environment: normal pressure
・ Bearing temperature: Normal temperature
・ Measurement items: Dust size and number
(動摩擦トルク試験装置)
図4に装置構成全体を示すが、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。
(Dynamic friction torque test device)
FIG. 4 shows the entire device configuration. FIG. 4 (1) is a side view and FIG. 4 (B) is a view taken along the arrow A. As shown, the rotating
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。
An
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に接続、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にアキシアル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。
Since the connecting
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。
A
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。
Here, air is conducted to the
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。
If the radial dimension of the connection position between the
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。
In rolling bearings, in the case of unidirectional rotation, torque spikes may occur immediately after the start of rotation and show a large dynamic friction torque value, but the dynamic friction torque value begins to settle about 1 minute after the start of rotation, and then rolling familiarity progresses. Then, the dynamic friction torque value gradually decreases, and the value tends to settle down about 15 minutes after the start of rotation. Therefore, the dynamic friction torque characteristics of the test bearing 65 can be roughly known by measuring the dynamic
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
The device specifications are as follows.
・ Test bearing inner diameter: 20 mm
Quantity: 1
Axial posture Horizontal / Rotation speed: Maximum 1000min -1
・ Rotation direction: One direction ・ Test environment: Normal pressure ・ Bearing temperature: Room temperature ・ Load condition: Axial load and radial load ・ Measurement time: 1 minute and 15 minutes after rotation start ・ Measurement item: Bearing rotation force
上記の各試験装置を用いて、下記に示す各種試験を行った。 Various tests shown below were performed using each of the above test devices.
(真空高温耐久試験)
下記の実施例1、比較例1−1及び比較例1−2の各試験軸受を用意した。
(実施例1)
38℃における蒸気圧が1×10−5Paで、平均分子量が6250であるフッ素系潤滑油Aと、平均分子量が3000で、平均粒径が約4μm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:約0.44にて混合し、フッ素系潤滑剤Aを調製する。次いで、フッ素系潤滑剤Aと、フッ素系希釈溶媒とを、質量比で、フッ素系潤滑油A:希釈溶媒=1:14にて希釈して潤滑剤希釈溶液Aとする。そして、潤滑剤希釈溶液AにSUS440C製の深溝玉軸受(内径8mm)を浸漬し、引き上げた後に内外輪の表面を拭き取り、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を作製した。また、試験軸受にはプレス保持器を装着した。
(Vacuum high temperature durability test)
The following test bearings of Example 1, Comparative Example 1-1, and Comparative Example 1-2 were prepared.
(Example 1)
Fluorine-based lubricating oil A having a steam pressure of 1 × 10-5 Pa and an average molecular weight of 6250 at 38 ° C. and PTFE powder having an average molecular weight of 3000 and an average particle size of about 4 μm are mixed in terms of mass ratio of fluorine. Lubricating oil: PTFE powder = 1: Approximately 0.44 is mixed to prepare a fluorine-based lubricant A. Next, the fluorine-based lubricant A and the fluorine-based dilution solvent are diluted in a mass ratio of fluorine-based lubricant A: dilution solvent = 1: 14 to obtain a lubricant dilution solution A. Then, a deep groove ball bearing (inner diameter of 8 mm) made of SUS440C is immersed in the lubricant diluting solution A, and after pulling up, the surface of the inner and outer rings is wiped off, and the entire bearing is heated at 140 ° C. for about 30 minutes to form a lubricating film. A test bearing was manufactured. In addition, a press cage was attached to the test bearing.
(比較例1−1)
平均分子量が8400のフッ素系潤滑油Bを主成分とするフッ素系潤滑油と、フッ素系希釈溶媒とを、質量比で、フッ素系潤滑油B:希釈溶媒=1:19とした潤滑剤希釈溶液Bを用いた以外は実施例1と同様にして試験軸受を作製した。
(Comparative Example 1-1)
A lubricant-diluted solution in which a fluorine-based lubricating oil containing a fluorine-based lubricating oil B having an average molecular weight of 8400 as a main component and a fluorine-based dilution solvent are mixed in a mass ratio of fluorine-based lubricant B: dilution solvent = 1:19. A test bearing was produced in the same manner as in Example 1 except that B was used.
(比較例1−2)
特開2005−36959号公報に従い、アルキル化シクロペンタン(蒸気圧:1×10−5Pa)を潤滑油Cとし、これを主成分とする潤滑油と希釈溶媒とを、質量比で、潤滑油C:希釈溶媒=1:19とした潤滑剤希釈溶液Cを用いた以外は実施例1と同様にして試験軸受を作製した。
(Comparative Example 1-2)
According to JP-A-2005-36959, alkylated cyclopentane (steam pressure: 1 × 10-5 Pa) is used as the lubricating oil C, and the lubricating oil containing this as the main component and the diluting solvent are mixed in a mass ratio with the lubricating oil. A test bearing was produced in the same manner as in Example 1 except that the lubricant diluting solution C in which C: diluting solvent = 1:19 was used.
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。 In each test bearing, the space between the inner ring and the outer ring was exposed (without a shield).
そして、図2に示す耐久試験装置を用い、下記の試験条件にて真空高温耐久性を比較した。
・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(荷重条件はラジアル荷重P/C<5(*)
(* 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
・試験回数:1回
Then, using the durability test apparatus shown in FIG. 2, the vacuum high temperature durability was compared under the following test conditions.
・ Rotation speed: 3000min -1
・ Test environment: Vacuum ( about 1 x 10 -1 Pa)
・ Bearing temperature: 200 ° C
-Load condition: With preload (Load condition is radial load P / C <5 (*))
(* P: dynamic equivalent load, C: basic dynamic constant load)
・ Test end conditions: The dynamic friction torque value being monitored suddenly increases, abnormal noise, and a large amount of wear.
End of test when powder is generated or when they are combined ・ Number of tests: 1 time
試験結果を図5に示すが、実施例1は比較例1−1に比べて約1.2倍、比較例1−2に比べて約1.4倍の耐久性を示している。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。 The test results are shown in FIG. 5. Example 1 shows about 1.2 times more durability than Comparative Example 1-1 and about 1.4 times more durability than Comparative Example 1-2. As described above, it can be seen that the rolling bearing of the present invention is excellent in durability performance in a vacuum high temperature environment.
(動摩擦トルク試験)
内径20mmの深溝玉軸受を用い、実施例1、比較例1−1及び比較例1−2と同様にしてオイルプレーティングによる潤滑被膜を形成して試験軸受を作製した。尚、実施例1と同様の試験軸受を用いた場合を実施例2、比較例1−1と同様の試験軸受を用いた場合を比較例2−1、比較例1−2と同様の試験軸受を用いた場合を比較例2−2とする。
(Dynamic friction torque test)
Using a deep groove ball bearing having an inner diameter of 20 mm, a lubricating film by oil plating was formed in the same manner as in Example 1, Comparative Example 1-1 and Comparative Example 1-2 to prepare a test bearing. It should be noted that the case where the same test bearing as in Example 1 is used is the case where the same test bearing as in Example 2 and the case where the same test bearing as in Comparative Example 1-1 is used, and the case where the same test bearing as in Comparative Example 2-1 and Comparative Example 1-2 is used. Let's refer to the case of using Comparative Example 2-2.
そして、図4に示す動摩擦トルク試験装置を用いて各試験軸受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
Then, the dynamic friction torque values of each test bearing were compared using the dynamic friction torque test apparatus shown in FIG. The test conditions are as follows.
・ Rotation speed: 1000min -1
・ Test environment: Normal pressure ・ Bearing temperature: Normal temperature ・ Load condition: Axial load and radial load ・ Measurement time: 1 minute and 15 minutes after rotation start ・ Measurement item: Bearing rotation force
比較例2−1、2−2は、共に潤滑油と希釈溶媒との配合比が1:19であり、本発明で規定する配合比(1:12〜1:16)よりも希釈率が大きい。従って、同じオイルプレーティング処理を行った場合、軸受に付着する潤滑油の総重量は比較例2−1、2−2の方が少ないと考えられる。潤滑油の付着量は軸受の動摩擦トルク値を大きくさせる要因であるので、動摩擦トルク値は比較例2−1、2−2の方が実施例2よりも大きくなるのが普通であるが、図6に示すように、試験結果は実施例2の方が動摩擦トルク値が小さくなっている。 In Comparative Examples 2-1 and 2-2, the blending ratio of the lubricating oil and the diluting solvent is 1:19, which is larger than the blending ratio (1:12 to 1:16) specified in the present invention. .. Therefore, when the same oil plating treatment is performed, it is considered that the total weight of the lubricating oil adhering to the bearing is smaller in Comparative Examples 2-1 and 2-2. Since the amount of lubricating oil adhered is a factor that increases the dynamic friction torque value of the bearing, the dynamic friction torque value is usually larger in Comparative Examples 2-1 and 2-2 than in Example 2. As shown in 6, the test result shows that the dynamic friction torque value of Example 2 is smaller.
潤滑油の付着量が多いほど動摩擦トルク値は大きくなると考えられるが、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の範囲にすることで、フッ素系潤滑油量を極端に小さくすることなく、動摩擦トルク値が大きくなることを防いで、小さい値に保持することが可能となる。 It is considered that the kinetic friction torque value increases as the amount of lubricating oil adhered increases. However, the mixing ratio of the amount of fluorine-based lubricating oil and the fluororesin is within the scope of the present invention, and the mixing ratio of the fluorine-based lubricant and the diluting solvent is also set. Within the range of the present invention, it is possible to prevent the dynamic friction torque value from becoming large and keep it at a small value without making the amount of the fluoropolymer-based lubricating oil extremely small.
上述のように、フッ素系潤滑油とフッ素樹脂との配合比、並びにフッ素系潤滑油と希釈溶媒との配合比を本発明の範囲にして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にすることができる。 As described above, if the oil plating treatment is performed with the blending ratio of the fluoropolymer and the fluororesin and the blending ratio of the fluorine-based lubricating oil and the diluting solvent within the range of the present invention, the amount of the fluoropolymer can be reduced. Rolling bearings with a small dynamic friction torque value can be used without being extremely reduced.
(発塵試験)
試験軸受として、上記の実施例2、比較例2−1、比較例2−2を用いた。尚、実施例2の試験軸受を用いた場合を実施例3、比較例1−1の試験軸受を用いた場合を比較例3−2、比較例1−2の試験軸受を用いた場合を比較例3−2とする。
(Dust generation test)
As the test bearing, the above-mentioned Example 2, Comparative Example 2-1 and Comparative Example 2-2 were used. The case where the test bearing of Example 2 is used is compared with the case where the test bearing of Example 3, the case where the test bearing of Comparative Example 1-1 is used, and the case where the test bearing of Comparative Example 3-2 and Comparative Example 1-2 are used. Example 3-2.
そして、図3に示す発塵試験装置を用いて各試験軸受から発生した0.1μm以下のパーティクルの個数を計数し、1ft3当たりの個数を比較した。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:0.25ft3/2.5min、測定パーティクル個数を4倍にして1ft3に換算
・測定回数:24回
Then, using the dust generation test apparatus shown in FIG. 3, the number of particles of 0.1 μm or less generated from each test bearing was counted, and the number of particles per 1 ft 3 was compared. The test conditions are as follows.
Rotation speed: 2 Conditions and testing environment 300 min -1 and 1000min -1: normal pressure - bearing temperature: normal temperature and loading condition: preload only Measuring device: Particle Counter measured flow: 0.25ft 3 /2.5min , Multiply the number of measured particles to 1ft 3・ Number of measurements: 24 times
回転速度300min−1での結果を図7に、回転速度1000min−1での結果を図8にそれぞれ示す。尚、パーティクル個数が0の場合は、便宜上、「1」として記載した。 Figure 7 results in rotation speed 300 min -1, indicates the results of a rotational speed 1000min -1 in FIG. When the number of particles is 0, it is described as "1" for convenience.
図7に示すように、回転速度300min−1では実施例3が1ft3当たり0〜数個であるのに対し、比較例3−1は2000個程度、比較例3−2は4000個程度である。清浄度クラスで示すと、実施例3は清浄度クラス1、比較例3−1はクラス100、比較例3−2はクラス1000となる。
As shown in FIG. 7, at a rotation speed of 300 min -1 , the number of Examples 3 is 0 to several per 1 ft 3 , whereas that of Comparative Example 3-1 is about 2000 and that of Comparative Example 3-2 is about 4000. is there. In terms of cleanliness class, Example 3 is
また、図8に示すように、1000min−1では実施例3が0〜10個前後であるのに対し、比較例3−1は10万個前後、比較例3−2は60万個前後である。清浄度クラスで示すと、実施例3は清浄度クラス1、比較例3−1は清浄度クラス10000、比較例3−2は清浄度クラス10万となる。
Further, as shown in FIG. 8, in 1000 min -1 , the number of Examples 3 is about 0 to 10, whereas that of Comparative Example 3-1 is about 100,000 and that of Comparative Example 3-2 is about 600,000. is there. In terms of cleanliness class, Example 3 has a
上述のように、本発明に従う実施例3の試験軸受は極めてパーティクル特性に優れることが分かる。比較例3−1、3−2とも潤滑油と希釈溶媒との配合比が1:19で、本発明の範囲(1:12〜1:16)に比べて希釈率が大きく、同じオイルプレーティング処理を行った場合、軸受に付着する潤滑油の総重量は比較例3−1、3−2の方が少ないと考えられる。潤滑油の付着量が少ないほど、軸受から発生するパーティクルは少なくなるはずであるので、パーティクル個数は比較例3−1、3−2の方が実施例3よりも少なくなるのが普通であるが、図7及び図8に示すように、実施例3の方が少ない結果になっている。 As described above, it can be seen that the test bearing of Example 3 according to the present invention is extremely excellent in particle characteristics. In Comparative Examples 3-1 and 3-2, the blending ratio of the lubricating oil and the diluting solvent was 1:19, and the dilution ratio was larger than the range of the present invention (1:12 to 1:16), and the same oil plating was performed. When the treatment is performed, the total weight of the lubricating oil adhering to the bearing is considered to be smaller in Comparative Examples 3-1 and 3-2. The smaller the amount of lubricating oil adhered, the smaller the number of particles generated from the bearing should be. Therefore, the number of particles in Comparative Examples 3-1 and 3-2 is usually smaller than that in Example 3. , As shown in FIGS. 7 and 8, the result of Example 3 is smaller.
上述のように,フッ素系潤滑油とフッ素樹脂との配合比、並びにフッ素系潤滑油と希釈溶媒との配合比を本発明の範囲にして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、発生パーティクル個数の小さい転がり軸受にすることができる。 As described above, if the oil plating treatment is performed with the blending ratio of the fluoropolymer and the fluororesin and the blending ratio of the fluorine-based lubricating oil and the diluting solvent within the range of the present invention, the amount of the fluorine-based lubricating oil can be reduced. A rolling bearing with a small number of generated particles can be obtained without extremely reducing the amount of particles.
(潤滑剤希釈溶液におけるフッ素系潤滑油の配合比の検証−1)
内径20mmの深溝玉軸受を用い、実施例1と同様にしてオイルプレーティングによる潤滑被膜を形成して試験軸受を作製した。この実施例1と同様の試験軸受を用いた場合を、実施例4とする。
(Verification of compounding ratio of fluorine-based lubricating oil in lubricant diluted solution-1)
A test bearing was produced by forming a lubricating film by oil plating using a deep groove ball bearing having an inner diameter of 20 mm in the same manner as in Example 1. The case where the same test bearing as in Example 1 is used is referred to as Example 4.
また、潤滑剤希釈溶液におけるフッ素系潤滑油の含有量(配合比)を実施例4の1.7倍とし、実施例4と同様にしてオイルプレーティングによる潤滑被膜を形成して試験軸受を作製し、比較例4−1とした。更に、潤滑剤希釈溶液におけるフッ素系潤滑油の含有量(配合比)を実施例4の3.3倍とした試験軸受を、比較例4−2とした、 Further, the content (blending ratio) of the fluorine-based lubricating oil in the diluted lubricant solution was set to 1.7 times that of Example 4, and a lubricating film was formed by oil plating in the same manner as in Example 4 to prepare a test bearing. Then, it was referred to as Comparative Example 4-1. Further, a test bearing in which the content (blending ratio) of the fluorine-based lubricating oil in the diluted lubricant solution was 3.3 times that of Example 4 was designated as Comparative Example 4-2.
そして、図4に示す動摩擦トルク試験装置を用いて各試験軸受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
Then, the dynamic friction torque values of each test bearing were compared using the dynamic friction torque test apparatus shown in FIG. The test conditions are as follows.
・ Rotation speed: 1000min -1
・ Test environment: Normal pressure ・ Bearing temperature: Normal temperature ・ Load condition: Axial load and radial load ・ Measurement time: 1 minute and 15 minutes after rotation start ・ Measurement item: Bearing rotation force
潤滑剤希釈溶液におけるフッ素系潤滑油の含有量(配合比)は、実施例4に対して、比較例4−1では1.7倍、比較例4−2では3.3倍である。同一のオイルプレーティング処理によって3試験軸受とも潤滑被膜を形成しているので、軸受に付着するフッ素系潤滑油量は、実施例4を1.0とすれば、比較例4−1は凡そ1.7、比較例4−2は凡そ3.3となる。 The content (blending ratio) of the fluorinated lubricating oil in the diluted lubricant solution is 1.7 times in Comparative Example 4-1 and 3.3 times in Comparative Example 4-2 with respect to Example 4. Since a lubricating film is formed on all three test bearings by the same oil plating treatment, the amount of fluorine-based lubricating oil adhering to the bearings is approximately 1 in Comparative Example 4-1 assuming 1.0 in Example 4. 7.7, Comparative Example 4-2 is about 3.3.
結果を図9に示すが(実施例4の結果は実施例2の結果を流用)、動摩擦トルク値はフッ素系潤滑油の付着量の順に大きくなっている。つまり、フッ素系潤滑油の付着量を増やすと、それに伴って動摩擦トルク値が大きくなっていることが分かる。一方、図6に示したように、実施例2(実施例4と同一)は、比較例2−1、2−2に対して動摩擦トルク値が小さくなっている。即ち、本発明で規定するフッ素系潤滑油の配合比が転がり軸受の動摩擦トルク値の上では適正量であるということが言える。つまり、フッ素系潤滑油とフッ素樹脂との配合比を本発明の範囲とし、同じくフッ素系潤滑油と希釈溶媒との配合比を本発明の範囲にすることにより、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なることを防いで、小さい値に保持することが可能となる。 The results are shown in FIG. 9 (the results of Example 4 are diverted from the results of Example 2), and the dynamic friction torque values increase in the order of the amount of fluorine-based lubricating oil adhered. That is, it can be seen that when the amount of the fluorine-based lubricating oil adhered is increased, the dynamic friction torque value increases accordingly. On the other hand, as shown in FIG. 6, in Example 2 (same as in Example 4), the dynamic friction torque value is smaller than that in Comparative Examples 2-1 and 2-2. That is, it can be said that the compounding ratio of the fluorine-based lubricating oil specified in the present invention is an appropriate amount in terms of the dynamic friction torque value of the rolling bearing. That is, by setting the blending ratio of the fluorine-based lubricating oil and the fluororesin within the range of the present invention and also setting the blending ratio of the fluorine-based lubricating oil and the diluting solvent within the range of the present invention, the amount of the fluorine-based lubricating oil can be extremely increased. It is possible to prevent the dynamic friction torque value from increasing and keep it at a small value without reducing it.
上述のように、フッ素系潤滑油とフッ素樹脂との配合比、並びにフッ素系潤滑油と希釈溶媒との配合比を本発明の範囲にして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にすることができる。 As described above, if the oil plating treatment is performed with the blending ratio of the fluoropolymer and the fluororesin and the blending ratio of the fluorine-based lubricating oil and the diluting solvent within the range of the present invention, the amount of the fluorine-based lubricating oil can be reduced. Rolling bearings with a small dynamic friction torque value can be used without being extremely reduced.
(潤滑剤希釈溶液におけるフッ素系潤滑油の配合比の検証−2)
試験軸受として、上記の実施例4、比較例4−1、比較例4−2を用いた。尚、実施例4の試験軸受を用いた場合を実施例5、比較例4−1の試験軸受を用いた場合を比較例5−1、比較例4−2の試験軸受を用いた場合を比較例5−2とする。
(Verification of compounding ratio of fluorine-based lubricating oil in lubricant diluted solution-2)
As the test bearing, the above-mentioned Example 4, Comparative Example 4-1 and Comparative Example 4-2 were used. The case where the test bearing of Example 4 is used is compared with the case where the test bearing of Example 5 is used, the case where the test bearing of Comparative Example 4-1 is used is compared with the case where the test bearing of Comparative Example 5-1 is used, and the case where the test bearing of Comparative Example 4-2 is used. Example 5-2.
そして、図3に示す発塵試験装置を用いて各試験軸受から発生した0.1μm以下のパーティクルの個数を計数し、1ft3当たりの個数を比較した。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:予圧荷重のみ
・測定装置:パーティクルカウンタ
・測定流量:0.25ft3/2.5min、測定パーティクル個数を4倍にして1ft3に換算
・測定回数:24回
Then, using the dust generation test apparatus shown in FIG. 3, the number of particles of 0.1 μm or less generated from each test bearing was counted, and the number of particles per 1 ft 3 was compared. The test conditions are as follows.
・ Rotation speed: 1000min -1
· Test Environment: normal pressure - bearing temperature: normal temperature and loading condition: preload only Measuring device: Particle Counter measured flow: 0.25ft 3 /2.5min, converted-in 1 ft 3 by the measured particle count to four times Number of measurements: 24 times
結果を図10に示すが(実施例5の結果は実施例3の1000min−1での結果を流用)。尚、パーティクル個数が0の場合は、便宜上、「1」として記載した。実施例5が1ft3当たり0〜10個前後であるのに対し、比較例5−1は400個前後、比較例5−2は4000個前後である。清浄度クラスで示すと、実施例5は清浄度クラス1、比較例5−1は清浄度クラス100、比較例5−2は清浄度クラス1000となる。
The results are shown in FIG. 10 (the results of Example 5 are diverted from the results of Example 3 at 1000 min -1). When the number of particles is 0, it is described as "1" for convenience. Example 5 has about 0 to 10 pieces per 1ft 3 , whereas Comparative Example 5-1 has about 400 pieces, and Comparative Example 5-2 has about 4000 pieces. In terms of cleanliness class, Example 5 has a
潤滑剤希釈溶液におけるフッ素系潤滑油の含有量(配合比)は、実施例5に対して、比較例5−1では1.7倍、比較例5−2では3.3倍である。同一のオイルプレーティング処理によって3試験軸受とも潤滑被膜を形成しているので、軸受に付着するフッ素系潤滑油量は、実施例5を1.0とすれば、比較例5−1は凡そ1.7、比較例5−2は凡そ3.3となる。 The content (blending ratio) of the fluorinated lubricating oil in the diluted lubricant solution is 1.7 times in Comparative Example 5-1 and 3.3 times in Comparative Example 5-2 with respect to Example 5. Since a lubricating film is formed on all three test bearings by the same oil plating treatment, the amount of fluorine-based lubricating oil adhering to the bearings is approximately 1 in Comparative Example 5-1 assuming that Example 5 is 1.0. 7.7, Comparative Example 5-2 is about 3.3.
図10に示すように、パーティクル個数はフッ素系潤滑油の付着量の順に大きくなっている。つまり、フッ系潤滑油の付着量を増やすと、それに伴ってパーティクル個数が大きくなっていることが分かる。 As shown in FIG. 10, the number of particles increases in the order of the amount of the fluorine-based lubricating oil adhered. That is, it can be seen that as the amount of the foot-based lubricating oil adhered is increased, the number of particles is increased accordingly.
一方、図5に示したように実施例1(実施例5と同一)は、比較例1−1、1−2に対して,真空高温下での耐久性能は大きくなっている。即ち、本発明で規定するフッ素系潤滑油量が、転がり軸受の真空高温耐久性能の上では適正量であるということが言える。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の範囲とし、同じくフッ素系潤滑油と希釈溶媒との配合比を本発明の範囲にすることで、フッ素系潤滑油量を極端に大きくすることなく、真空高温性能が小さくなることを防いで、大きな真空高温耐久性能を保持することが可能となる。 On the other hand, as shown in FIG. 5, Example 1 (same as Example 5) has higher durability under vacuum high temperature than Comparative Examples 1-1 and 1-2. That is, it can be said that the amount of the fluorine-based lubricating oil specified in the present invention is an appropriate amount in terms of the vacuum high temperature durability performance of the rolling bearing. That is, by setting the blending ratio of the fluorine-based lubricating oil and the fluororesin within the range of the present invention and the blending ratio of the fluorine-based lubricating oil and the diluting solvent within the range of the present invention, the amount of the fluorine-based lubricating oil is extremely high. It is possible to maintain a large vacuum high temperature durability performance by preventing the vacuum high temperature performance from becoming small without increasing the pressure.
上述のように、フッ素系潤滑油とフッ素樹脂との配合比、並びにフッ素系潤滑油と希釈溶媒との配合比を本発明の範囲にして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にすることができる。 As described above, if the oil plating treatment is performed with the blending ratio of the fluoropolymer and the fluororesin and the blending ratio of the fluorine-based lubricating oil and the diluting solvent within the range of the present invention, the amount of the fluorine-based lubricating oil can be reduced. Rolling bearings with a small dynamic friction torque value can be used without being extremely reduced.
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 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
61 回転軸
62 支持軸受
63 カップリング
64 モータ
65 試験軸受
69A、69B 荷重計
70 圧縮バネ
71 ピン
72 糸
1 Rotating
7
13
16
21
23 Center axis
24 Test bearing 25
27
31
33
35 Piping port
61 Rotating
Claims (4)
38℃における蒸気圧が1×10−5Pa以下で、かつ、平均分子量が6250以下であるフッ素系潤滑油と、平均分子量が3000以下であるフッ素樹脂とを、質量比で、フッ素系潤滑油:フッ素樹脂=1:0.40〜1:0.48の割合で含有するフッ素系潤滑剤からなる潤滑膜を有することを特徴とする転がり軸受。 On at least one of the raceway surface of the inner and outer rings and the rolling surface of the rolling element,
A fluoropolymer having a vapor pressure of 1 × 10-5 Pa or less at 38 ° C. and an average molecular weight of 6250 or less and a fluororesin having an average molecular weight of 3000 or less in terms of mass ratio. : Rolling bearing characterized by having a lubricating film made of a fluoropolymer contained in a ratio of fluororesin = 1: 0.40 to 1: 0.48.
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