JPH06280881A - 転がり軸受 - Google Patents
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Abstract
摺接面に被覆される潤滑膜からの炭化水素系ガスの放出
をなくすこと。 【構成】保持器4を用いる転がり軸受において、保持器
4の各ポケット内面にふっ素系樹脂とそれにイミド結合
またはアミドイミド結合する樹脂バインダーとからなる
潤滑膜5が被覆されている。この潤滑膜5の焼成温度
は、焼成処理時に潤滑膜5から炭化水素系ガスが放出さ
れつくすように設定される。
Description
に通常のグリースやオイルの使用ができない真空環境
下、高温環境下あるいは腐食環境下といった特殊環境で
用いるのに有利な転がり軸受に関する。
造装置内部に配設される搬送系などが挙げられるが、こ
のような特殊環境では、転がり軸受の潤滑剤としてグリ
ースを用いていると、グリースの油分が蒸発することに
より、潤滑機能の劣化や使用環境の汚染といった不具合
が発生する。
道輪の軌道面や転動体の表面に、金、銀、鉛、銅などの
軟質金属、カーボンや二硫化モリブデンなどの固体潤滑
剤を膜状に被覆することが行われている。
潤滑剤からなる潤滑膜では、この潤滑膜が転動体との接
触により僅かずつ剥がれるなど、発塵状況がグリース使
用時に比べると低レベルになるものの、やはり発生す
る。
む潤滑膜を軌道輪や保持器に形成して、従来よりも発塵
を桁違いに減らせるようにしたものを考えている(特開
平4−46219号公報参照)。この潤滑膜は、有機溶
剤中にポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などの
ふっ素系樹脂と熱硬化性を有するポリアミドイミドなど
の樹脂バインダーとを分散させたものを、形成対象にス
プレーコーティングした後、焼成することにより定着さ
せるが、現時点では、焼成温度を、単純に、膜の移着性
や定着性を考慮して180℃±10℃にと比較的低めに
設定している。ところが、このようなふっ素系樹脂から
なる潤滑膜は、焼成温度よりも高温の環境下において炭
化水素系のガスを多量に放出することを実験により知見
した(図5のグラフ参照)。この炭化水素系ガスは、特
に、半導体製造過程のように高精度な加工が要求される
場合では妨害要素となる可能性を秘めている。但し、図
5のグラフに示されるように、前述の炭化水素系のガス
の発生とともに、H2、H2O、CO・N2および、CO2
も発生するが、これらは例えば半導体製造過程のように
高精度な加工が要求される場合でも、それ程、妨害要素
とならないので問題ない。
欠落による発塵を抑制しながらも、高温環境下で炭化水
素系ガスの放出がない構造とすることを課題としてい
る。
金属またはセラミックス材料からなる軌道輪および転動
体を有し、それらの転動部位のうちの少なくともいずれ
か一つに、イミド結合またはアミドイミド結合を有する
樹脂バインダー中にふっ素系合成樹脂を分散混合しかつ
炭化水素ガスの脱ガス処理を施した潤滑膜が被覆されて
いる。
ックス材料からなる軌道輪および転動体と、金属または
合成樹脂材料からなる保持器とを有し、それらの転動・
摺接部位のうちの少なくともいずれか一つに、イミド結
合またはアミドイミド結合を有する樹脂バインダー中に
ふっ素系合成樹脂を分散混合しかつ炭化水素ガスの脱ガ
ス処理を施した潤滑膜が被覆されている。
ックス材料からなる軌道輪および転動体と、金属または
合成樹脂材料からなる保持器とを有し、少なくとも保持
器において転動体との摺接面に、イミド結合またはアミ
ドイミド結合を有する樹脂バインダー中にふっ素系合成
樹脂を分散混合しかつ炭化水素ガスの脱ガス処理を施し
た潤滑膜が被覆されている。
なくとも転動体を窒化けい素系のセラミックスで形成し
てもよい。
は、特に耐食性が要求される環境においては、例えばJ
IS規格SUS440Cなどのマルテンサイト系ステン
レス鋼、例えばJIS規格SUS630などの析出硬化
型ステンレス鋼に適当な硬化熱処理を施して使用でき
る。また、軽荷重用途では、例えばJIS規格SUS3
04などのオーステナイト系ステンレス鋼の使用も可能
である。また、ニッケル系合金として、Ni−Cr−M
o系の合金、例えば三菱マテリアル社製、商品名ハステ
ロイC−22、ハステロイC−276、ハステロイC−
4などの使用も可能である。また、特に耐熱性が要求さ
れる環境では、JIS規格SKH4鋼やAISI規格M
−50材などが好適に使用される。一般的に用いられる
JIS規格SUJ−2などの軸受鋼や、SAE規格51
20材などの浸炭用鋼なども、焼入れ、焼戻しの温度、
時間などの熱処理条件を適宜調整すれば使用可能であ
る。さらに、Haynes Internationa
l,Inc.製のNi−Cr系合金HAYNES AL
LOY,例えばHA214,HA230などの使用も可
能である。
て、イットリア(Y2O3)およびアルミナ(Al
2O3)、その他、適宜、窒化アルミ(AlN)、酸化チ
タン(TiO2)を用いた窒化けい素(Si3N4)を主
体とするものの他、アルミナ(Al2O3)や炭化けい素
(SiC)、ジルコニア(ZrO2)、窒化アルミ(A
lN)などを用いることができる。
IS規格SUS304や黄銅、チタン材などが好適に用
いられる。合成樹脂材料としては、ポリテトラフルオロ
エチレン(以下PTFEと略称する)、エチレンテトラ
フルオロエチレン(ETFE)などのふっ素系樹脂やポ
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などのエンジニアリングプラ
スチックスなどの使用も可能である。これらの樹脂には
ガラス繊維などの強化繊維が添加されている。保持器の
形式としては、波型、冠型、もみ抜き型などが好適に用
いられる。
る樹脂バインダーとしては、ポリイミド、ポリアミドイ
ミドなどが挙げられる。ふっ素系合成樹脂としては、上
記保持器に使用されるふっ素系樹脂と同じPTFEやE
TFEなどが挙げられる。
アミドイミド結合を有する樹脂バインダーを10〜50
重量%として、この中にふっ素系合成樹脂1〜20重量
%を、例えばN−メチル−2−ピロリドンなどの溶媒を
用いて分散混合させた溶剤を被覆面にボンデッドフィル
ム法などで塗布して形成される。炭化水素ガスの脱ガス
処理は、315℃〜360℃の温度で30分〜120分
の時間で焼成されることにより行われる。
ているから、例えば本発明の転がり軸受の使用対象環境
の温度がかなり高温であっても、炭化水素系ガスが放出
されずに済み、特に炭化水素系ガスが妨害要素となりう
る使用対象環境において有利となる。
により、イミド結合またはアミド結合を有する樹脂バイ
ンダーが縮合反応を起こし、酸化、炭化による潤滑膜表
面での硬化および脆化を生じて移着が促進されるととも
に、酸化成分−COOH基の極性による金属表面への付
着力向上に伴って潤滑性能の向上も奏しうる。
す実施例に基づいて説明する。図1は本発明の転がり軸
受の一実施例を示している。ここでは深溝型玉軸受を例
に挙げており、図中、1は内輪、2は外輪、3はボー
ル、4は波形の保持器である。保持器4の各ポケット内
面には、イミド結合またはアミドイミド結合を有する樹
脂バインダー中にふっ素系合成樹脂を分散混合した潤滑
膜5がコーティングされている。この潤滑膜5は、炭化
水素ガスの脱ガス処理が施されている。
はJIS規格SUS440C、保持器4はJIS規格S
US304からなる。潤滑膜5は、潤滑主体となるPT
FEと、熱硬化性を有する有機系樹脂バインダーとして
のポリアミドイミドとからなる。
る。
脂するとともに、保持器4のポケット内面を除く部分に
マスク(図示省略)を被覆してから、露出部分にサンド
ブラストを施す。この処理により、潤滑膜5の付着力が
高められるとともに、耐圧性が高められる。
れていないポケット内面に、PTFE粉末とポリアミド
イミド粉末とをN−メチル−2−ピロリドンで溶かした
流動体を複数回繰り返してスプレーする。これはいわゆ
るボンデッドフィルム法と呼ばれる塗布方法であり、前
記各粉末がスプレー面にほぼ均等に拡散した状態にな
る。なお、前述の流動体の成分比は、例えばPTFE粉
末5%、ポリアミドイミド粉末25%、N−メチル−2
−ピロリドン70%である。
後、前記スプレーした被膜を315℃〜360℃もの高
温で所定時間(約30分〜120分)加熱焼成すること
により保持器4のポケット内面に対して定着させる。こ
の焼成工程での温度を先に述べたような高温で行うと、
前記被膜を構成する樹脂のうち樹脂バインダーのポリア
ミドイミドが縮合反応により炭化水素系ガスを放出し、
炭化水素系ガスがほとんどない状態になる。
最終的に潤滑膜5の膜厚を例えば5〜20μmとする。
なお、焼成工程のヒートパターンを図8に示すようにし
てもよい。
ような高温に設定した場合、前記縮合反応とともに潤滑
膜5が酸化、炭化して硬化することになり、焼成温度を
低温(180℃±10℃)に設定した場合と外観上の色
が相違する。この点は図7に示す鉛筆硬度測定および図
9に示す赤外分光分析測定により確認している。まず、
図7のグラフに示すように、180℃±10℃で90分
間の場合と、300℃±10℃で30分間の場合、35
0℃±10℃で30分間の場合、380℃±10℃で3
0分間の場合の四つの例を挙げているが、結果としては
潤滑膜5の焼成温度を高くする程、硬度が増している。
一方、図9のグラフに示すように、180℃±10℃で
90分間の場合、250℃±10℃で30分間の場合、
300℃±10℃で30分間の場合、350℃±10℃
で30分間の場合の四つの例を挙げているが、結果とし
ては潤滑膜5の焼成温度を高くする程、波数930cm
-1(−CH2−COOH)の官能基が増加している。
況および転がり軸受での発塵寿命について実験により調
べているので、説明する。
0は転がり軸受、51は回転軸、52はケーシング、5
3は磁性流体シール、54は発塵個数計測装置(パーテ
ィクルカウンター)、55は計測結果記録機(レコー
ダ)、56は軸受ハウジングである。
温 ・計測条件:粒子径0.3μm以上の発塵量 ・実験時間:連続20時間 使用軸受において、内・外輪および転動体はJIS規格
SUS440C、保持器はJIS規格SUS304とし
ている。比較例1は保持器のポケット内面に潤滑膜5を
形成していない無処理のものとし、比較例2は保持器の
ポケット内面に前述の成分からなる潤滑膜5を低温(1
80℃±10℃)で焼成定着させたものとし、実施例は
潤滑膜5を高温(350℃±10℃)で焼成定着させた
ものとしている。
る。つまり、実施例の場合、発塵量が、比較例2より僅
かに多くなる傾向を示したものの、比較例1に比べると
桁違いに少なくなっている。これは潤滑膜5によって発
塵を抑制できることを意味している。
験結果を、また図7には、焼成温度と発塵個数の関係お
よび焼成温度と潤滑膜の硬度の関係の実験結果をそれぞ
れ示している。図4は実施例に関するグラフで、図5は
比較例2に関するグラフ、図6は比較例1に関するグラ
フ、図7は実施例および比較例2に関するグラフであ
る。なお、グラフの縦軸のA.U.は、arbitrary unit
の略であり、強度を示す。
温度が300℃を越えると、炭化水素系(質量数58,
71,98)のガス放出が顕著に発生するのに対して、
実施例の場合、図4に示すように、環境温度が400℃
を越えても炭化水素系のガスが全く放出されなくなる。
これは、潤滑膜5の焼成温度を高温にしたことによりこ
の焼成時に潤滑膜5から炭化水素系ガスが放出されつく
すからと考えられ、潤滑膜5の焼成温度を高温とするこ
との優位性を証明している。
を300℃±10℃、350℃±10℃とする場合、1
80℃±10℃とする比較例2の場合に比べて使用時の
発塵量が僅かに多くなる程度でほとんど遜色ないけれど
も、焼成温度を380℃±10℃とした場合、使用時の
発塵量が300℃±10℃、350℃±10℃の場合に
比べて極端に多くなっている。これはつまり、焼成温度
をあまり高くし過ぎると、潤滑膜5の内部深くまで酸
化、炭化されることになって膜全体が脆くなるために剥
離や欠落が深さ方向に一定しておきるからと考えられ、
一方の300℃±10℃、350℃±10℃の場合だ
と、潤滑膜5の表面側で酸化、炭化されることになるも
のの内部での酸化、炭化が少ないために膜の剥離、欠落
が表面側からおきてその進行が比較的遅くなるからと考
えられる。このことから、焼成温度にも望ましい範囲が
存在することを意味している。
1に関する図6に比べ、潤滑膜5を被覆している比較例
2および実施例に関する図4および図5のほうがH2、
H2O、CO・N2および、CO2の発生量が多くなって
おり、同様に、図4と図5との差異からも明らかなよう
に、潤滑膜5の焼成温度を高くした場合のほうが、低く
した場合よりもH2、H2O、CO・N2および、CO2の
発生量多くなっている。これらの成分は、大気中で潤滑
膜5の表面に付着したとしか考えられないので、高温で
焼成した潤滑膜5では表面が多孔質になって表面積が増
大したことで付着量が増えて、前述した結果のように発
生量が増加したものと考えられる。
0、50(型番608)に対してアキシャル荷重(20
N)を付加するようにしている点が前記実験の場合と異
なっている。この実験では、転がり軸受50を寿命にな
るまで連続回転させて、発塵個数計測装置54で6分間
隔で発塵量を測定している。この測定した発塵量が10
00個/0.1cfであるか否かで発塵異常の有無を確
認するとともに、この発塵異常を10回連続して確認す
ると、実験開始時点から前記確認した時点までを発塵寿
命としてその間に要した時間を計測する。その結果を表
1に示している。なお、潤滑膜5は、下記いずれの場合
も転がり軸受50の保持器のポケット面に被覆してい
る。表1での(1)が前述の比較例2に、(4)が実施例に対
応している。
(5)、(4)、(2)、(6)、(3)となったが、高温雰囲気で炭
化水素系ガスを放出しないという前提があるので、(4)
と(5)が実用上好ましいと言える。いずれも実験後に
は、転動体、内・外輪および保持器ポケット面に摩耗が
見られたことから、発塵寿命時点では潤滑膜5がほとん
ど無くなって無潤滑状態となるために、軸受構成要素の
すべり面および転がり面に著しい摩耗が発生するように
なり、この摩耗粉によって発塵異常になるものと考えら
れる。つまり、(2)、(3)の焼成温度では、潤滑膜5の表
面側が硬化してあまり脆くなっていないために剥離、欠
落がおきにくくなって潤滑性が低下したものと考えら
れ、一方の(4)、(5)では、潤滑膜5の表面側の酸化、炭
化がより進んで適度に脆くなり、表面側での剥離、欠落
がおきやすくなって潤滑性が向上したものと考えられ
る。したがって、炭化水素系ガスを放出しないという前
提をふまえて潤滑膜5の潤滑性能を考えると、好ましい
焼成温度が存在することが判る。
付け温度を315℃〜360℃の温度範囲に設定すれ
ば、高温環境において炭化水素系ガスの放出を全く無く
せるようになるとともに、潤滑性を可及的に延ばせるよ
うになる。
した潤滑膜5を用いて、転がり軸受50の転動体のみ、
または転動体および内・外輪を窒化けい素(Si3N4)
系のセラミックスとした場合について、前述と同様の発
塵寿命を調べた。その結果を表2に示している。
いし(11)や前述の(4)、(5)に比べてはるかに延びている
ことから、転がり軸受の内・外輪、転動体を適宜に窒化
けい素(Si3N4)系のセラミックスとすれば、発塵寿
命が著しく向上すると言える。(7)、(8)では実験後に転
動体、内・外輪および保持器ポケット面に摩耗が見られ
た。
ない。例えば、実施例では、保持器のボールとの摺接面
のみに潤滑膜を形成したのち炭化水素系の脱ガス処理を
施しているが、保持器全面にそれらを形成してもよい。
また、保持器以外に軌道輪の軌道面、ボール表面などに
形成してもよく、この場合には保持器なしの総玉型とし
ても用いることができる。さらには保持器全体を上記の
ような構成の樹脂で形成してもよい。軸受形式も深溝型
玉軸受を引用しているが、その他の種類の転がり軸受に
本発明を適用できる。また、軸受端部に密封板をつけて
もよい。
膜を焼成定着させるときの焼成温度を、被膜層から炭化
水素系ガスが発生する温度以上に設定することにより、
保持器のポケット内面に被覆した潤滑膜が実質的に炭化
水素系ガスを含まないようにしている。
境に放置しても、潤滑膜から炭化水素系ガスが全く放出
されなくなる。そのため、例えば半導体製造過程のよう
に高精度な加工が要求されるところに本発明の転がり軸
受を用いると、歩留まり向上に貢献できる。
により、イミド結合またはアミド結合を有する樹脂バイ
ンダーが縮合反応を起こし、酸化、炭化による潤滑膜表
面での硬化および脆化を生じて移着が促進されるととも
に、酸化成分−COOH基の極性による金属表面への付
着力向上に伴って潤滑性能の向上も奏しうる。
うち少なくとも転動体を窒化けい素系セラミックスとし
て、少なくとも保持器のポケット面に前述の処理を施し
た潤滑膜を被覆すれば、寿命についても著しく向上する
ようになる。
図。
すグラフ。
グラフ。
を示すグラフ。
Claims (4)
- 【請求項1】 金属またはセラミックス材料からなる軌
道輪および転動体を有し、それらの転動部位のうちの少
なくともいずれか一つに、イミド結合またはアミドイミ
ド結合を有する樹脂バインダー中にふっ素系合成樹脂を
分散混合しかつ炭化水素ガスの脱ガス処理を施した潤滑
膜が被覆されている、ことを特徴とする転がり軸受。 - 【請求項2】 金属またはセラミックス材料からなる軌
道輪および転動体と、金属または合成樹脂材料からなる
保持器とを有し、それらの転動・摺接部位のうちの少な
くともいずれか一つに、イミド結合またはアミドイミド
結合を有する樹脂バインダー中にふっ素系合成樹脂を分
散混合しかつ炭化水素ガスの脱ガス処理を施した潤滑膜
が被覆されている、ことを特徴とする転がり軸受。 - 【請求項3】 金属またはセラミックス材料からなる軌
道輪および転動体と、金属または合成樹脂材料からなる
保持器とを有し、少なくとも保持器において転動体との
摺接面に、イミド結合またはアミドイミド結合を有する
樹脂バインダー中にふっ素系合成樹脂を分散混合しかつ
炭化水素ガスの脱ガス処理を施した潤滑膜が被覆されて
いる、ことを特徴とする転がり軸受。 - 【請求項4】 前記軌道輪および転動体のうち少なくと
も転動体が、窒化けい素系のセラミックスで形成される
ものである、請求項1、2または3のいずれかに記載の
転がり軸受。
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