JPH1026130A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 転がり軸受を構成する軌道輪、転動体及びそ
の保持器の転がり摩擦面または滑り接触面の高荷重条件
における被膜の剥離を防止し、高荷重条件で転がり軸受
に安定して良好な潤滑性を確保し、耐久性を向上させる
ことである。 【解決手段】 軌道輪、転動体およびその保持器を構成
部品１とする転がり軸受において、前記構成部品の転が
り摩擦面または滑り接触面に、チタン（Ｔｉ）層２を下
地層とし、これに窒化チタン（ＴｉＮ）層３、シアン化
チタン（ＴｉＣＮ）層４を順に重ねた複合被膜を設け、
この複合被膜の表面を潤滑油または潤滑グリース５また
は低蒸気圧油で潤滑する転がり軸受とする。保持器は、
多孔質素材に低蒸気圧油を含浸したものを採用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高荷重に耐える
転がり軸受および真空中で使用される真空用転がり軸受
に関する。

【０００２】

【従来の技術】転がり軸受を構成する軌道輪、転動体お
よびその保持器の転がり摩擦面または滑り接触面を潤滑
するために、そのような構成部品を固体潤滑剤で被覆す
るか、または前記摩擦面に液体潤滑剤を供給する手法が
採られている。

【０００３】固体潤滑剤を用いた転がり軸受は、例えば
内・外（または軸方向に対）の軌道輪の転走面、球やこ
ろ等の転動体などの表面に、金、銀、鉛などの軟質金属
や二硫化モリブデンなどの層状物質からなる固体潤滑被
膜を設けたものであり、これらは一般的なグリースや液
体潤滑油が使用できない真空用転がり軸受に適用できる
ものである。

【０００４】一方、通常の荷重条件においては、グリー
スや潤滑油による軸受構成部品についての液体潤滑性
は、固体潤滑被膜の潤滑性に比べて耐久性が良く、低蒸
気圧油を使用すれば、真空（減圧）中でも使用可能であ
る。

【０００５】上記の低蒸気圧油は、真空ポンプなどに使
用される潤滑油としても知られており、低蒸気圧になる
ように高度に精製した石油系潤滑油、またはジエステル
油、ポリメチルフェニルシロキサンなどのオルガノポリ
シロキサンもしくはフッ素油などがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、液体潤滑に
よる転がり軸受を高荷重の条件で使用し、境界潤滑状態
になると、金属接触による摩耗粉がグリースや潤滑油に
混入して劣化し、充分な耐久性がなくなるという問題点
がある。

【０００７】また、固体潤滑剤被膜によって潤滑される
転がり軸受の耐久性は、高荷重下でも通常の荷重条件よ
り当然に劣る。

【０００８】また、固体潤滑被膜の耐久性を改善する方
法として、軸受部品の金属表面に炭化チタン（ＴｉＣ）
層、窒化チタン（ＴｉＮ）層、シアン化チタン（ＴｉＣ
Ｎ）層を順に重ねて複数チタン化合物からなる硬質層を
形成し、さらにその上に前記の固体潤滑被膜を形成する
ことが検討された。

【０００９】しかし、通常、イオンプレーティング法な
どの物理蒸着法で形成されるＴｉＣ層は、被膜の各所の
応力を一定にして形成することが難しく、ＴｉＣ層が被
膜内の引張応力によって基材から剥離し易いという問題
点があった。

【００１０】また、ＴｉＮ層は、ＴｉＣ層よりも剥がれ
難いが、場合によっては両層の間に剥離が起こり、摩耗
粉の発生原因になることもある。

【００１１】そこで、この発明の課題は、転がり軸受を
構成する軌道輪、転動体およびその保持器の転がり摩擦
面または滑り接触面の高荷重条件における被膜の剥離を
防止し、高荷重条件で転がり軸受に安定して良好な潤滑
性を確保し、耐久性を向上させることである。

【００１２】また、真空中で高荷重の使用条件におい
て、特に有用な真空用転がり軸受を提供することであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、軌道輪、転動体およびその保
持器を構成部品とする転がり軸受において、前記構成部
品の転がり摩擦面または滑り接触面に、チタン（Ｔｉ）
層を下地層とし、これに窒化チタン（ＴｉＮ）層、シア
ン化チタン（ＴｉＣＮ）層を順に重ねた複合被膜を設
け、この複合被膜の表面を潤滑油または潤滑グリースで
潤滑する転がり軸受としたのである。

【００１４】または、前記構成部品の転がり摩擦面また
は滑り接触面に、チタン（Ｔｉ）層を下地層とし、これ
に窒化チタン（ＴｉＮ）層、シアン化チタン（ＴｉＣ
Ｎ）層を順に重ねた複合被膜を設け、この複合被膜の表
面を低蒸気圧油で潤滑する真空用転がり軸受としたので
ある。このような転がり軸受の保持器として、多孔質素
材に低蒸気圧油を含浸したものを採用できる。

【００１５】この発明の転がり軸受は、全ての金属に対
してＴｉ層の密着性（親和性）が良いので、軸受構成部
品の表面とＴｉＮ層に介在してこれらを密着させ、下地
層としてＴｉＣを採用した場合に比べ、その剥離強度を
顕著に向上させる。また、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮの３
層は、低硬度から高硬度に段階的に形成されているた
め、密着強度、被膜の内部応力、耐摩耗性において好ま
しい結果が得られる。

【００１６】被膜の形成方法として、イオンプレーティ
ング法を採用すれば、成分が異なる被膜の連続した形成
処理が可能であるため、多段階に被膜形成用ガスの成分
や濃度を変化させて、多層膜を形成することもできる。

【００１７】そして、ＴｉＮ層およびＴｉＣＮ層からな
る硬質の複合被膜は、高荷重条件（例えば面圧２００ｋ
ｇｆ／ｍｍ² を越える使用条件）でも容易に変形するこ
となく、高荷重を確実に支持する。

【００１８】この発明の転がり軸受は、複合被膜の表面
を潤滑油または潤滑グリースで被覆しているため、固体
潤滑剤のみで潤滑される軸受に比べ、潤滑作用が長期に
亘って安定的に維持される。

【００１９】また、このような転がり軸受の高荷重下で
の潤滑性は、金属接触と潤滑油またはグリースが混在し
た境界潤滑状態にあると推定されるが、前記複合被膜が
硬質であるため、金属接触による局部的な剥離や摩耗が
抑制され、グリースまたは潤滑油の劣化が防止される。

【００２０】複合被膜の表面を低蒸気圧油で被覆した真
空用転がり軸受では、真空中で高荷重での使用条件に耐
える真空用転がり軸受となる。そのような軸受の具体的
な用途としては、人工衛星の搭載機器、半導体製造機器
の搬送装置等が挙げられる。

【００２１】

【発明の実施の形態】この発明に用いる転がり摩擦面ま
たは滑り接触面は、転がり軸受の構成部品の一般的な素
材からなり、例えばステンレス鋼材（例：ＳＵＳ４４０
Ｃ）、タングステン系高速度工具鋼鋼材（例：ＳＫＨ
４）などの金属材料が挙げられる。また、保持器の材料
としては、金属、耐熱性樹脂、セラミックのいずれであ
ってもよく、金属材料としてはステンレス鋼鋼板（例：
ＳＵＳ３０４）、鉛青銅（例：ＬＢＣ３Ｃ）など、耐熱
性樹脂としてはポリイミド樹脂など、セラミックとして
は窒化ケイ素系セラミックなどが挙げられる。

【００２２】図１に示すように、転がり軸受の構成部品
１の表面に、チタン（Ｔｉ）層２、窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）層３、シアン化チタン（ＴｉＣＮ）層４を順に重ね
て設ける手段としては、イオンプレーティング法などの
周知の物理蒸着法を採用することができる。イオンプレ
ーティング法は、真空容器内に形成する被膜成分を含ん
だガスを導入し、被覆部品に直流電圧を印加して、グロ
ー放電を発生させ、その放電下で被膜を形成する。

【００２３】この発明においてイオンプレーティング法
で使用されるガスは、不活性の窒素ガス（ＴｉＣＮにお
けるＣ₂ Ｈ₂ ガスは少量である。）であり、そのために
ガスの取扱いが安全でガス圧の制御も容易であり、形成
条件の設定および作業性も容易であり、またガスの成分
を変化することによって連続的にＴｉ層、ＴｉＮ層、Ｔ
ｉＣＮ層を形成できるので、生産性も向上する。

【００２４】この発明に用いる潤滑油または潤滑グリー
ス（図１中の符号５）は、転がり軸受を特に真空中で使
用しない場合は、通常の軸受に使用される周知の潤滑油
または潤滑グリースを使用できる。

【００２５】また、真空用転がり軸受の発明では、前記
したように、低蒸気圧になるように高度に精製した石油
系潤滑油、またはジエステル油、ポリメチルフェニルシ
ロキサンなどのオルガノポリシロキサンもしくはフッ素
油などを使用できる。フッ素油としては、含フッ素モノ
マーの低重合体であり、例えば三フッ化塩化エチレン、
パーフルオロカーボン、パーフルオロエーテル、フルオ
ロポリエーテルなどが挙げられる。

【００２６】この発明では、前記の複合被膜を内・外輪
および玉（転動体）に形成して好ましい結果を得ている
が、そのような複合被膜を玉のみまたは内・外輪のみに
形成してもよい。また、この発明は玉軸受ばかりでな
く、ころ軸受に適用することもできる。この発明をころ
軸受に適用する場合は、滑り摩擦面となるころ端面や軌
道輪の鍔端面にも上記の複合被膜を形成することが好ま
しい。

【００２７】

【実施例】

〔実施例１〕内・外輪および玉（転動体）がステンレス
鋼製のアンギュラ玉軸受（ＮＴＮ社製：Ｆ−ＳＦ８６
３）の前記構成部品のそれぞれに、イオンプレーティン
グ法によってＴｉ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層を順に重ね
て複合被膜（内・外輪の転動面の膜厚０．５μm 前後、
玉の全表面の膜厚０．２μm 前後）を形成した。

【００２８】また、ポリイミド樹脂（ＮＴＮ精密樹脂社
製：Ｍ２０００）の圧粉体を焼成して得られる多孔質性
の保持器（気孔率１０％）に、真空油（アウジモント社
製：フォンブリンＺ２５）を含浸した。

【００２９】得られた部品を用いてアンギュラ玉軸受を
組み立て、表１に示した面圧の荷重を負荷し、回転数２
５００ｒｐｍで総回転数１．０５×１０⁸ 回転まで（耐
久時間７００時間）の耐久試験を行ない、試験終了後の
内・外輪の転動面および玉の表面の摩耗状態を顕微鏡観
察によって調べた。

【００３０】

【表１】

【００３１】〔比較例１〕実施例１において、内・外輪
および玉の表面に複合被膜を形成しなかったこと以外
は、全く同様にして部品を製造して軸受に組み立て、前
記した条件で耐久試験を行なった。

【００３２】〔比較例２〕実施例１において、内・外輪
および玉の表面にＴｉ層とＴｉＮ層を順に重ねて２層の
複合被膜を形成したこと以外は、全く同様にして部品を
製造して軸受に組み立て、前記した条件で耐久試験を行
なった。

【００３３】〔実施例２〕実施例１において、ポリイミ
ド樹脂（Ｆｕｒｏｎ社製：Ｍ９０００）の圧粉体を焼成
して得られた多孔質性の保持器（気孔率２７％）に、真
空油（アウジモント社製：フォンブリンＺ２５）を含浸
したこと以外は、全く同様にして部品を製造して軸受に
組み立て、前記した同じ条件で耐久試験を行なった。

【００３４】〔比較例３〕実施例２において、内・外輪
および玉の表面に複合被膜を形成しなかったこと以外
は、全く同様にして部品を製造して軸受に組み立て、前
記した条件で耐久試験を行なった。

【００３５】〔比較例４〕実施例２において、内・外輪
および玉の表面にＴｉ層とＴｉＮ層を順に重ねて２層の
複合被膜を形成したこと以外は、全く同様にして部品を
製造して軸受に組み立て、前記した条件で耐久試験を行
なった。

【００３６】以上の耐久試験の結果を評価すると、内・
外輪および玉の表面に複合被膜を形成しなかった比較例
１、３に比較して、Ｔｉ層を下地層としてその上にＴｉ
Ｎ層を重ねた２層の複合被膜を形成した比較例２、４の
耐久性は顕著に優れていた。特に、比較例２の耐久性は
比較例１の４倍以上であった。

【００３７】また、このような比較例２の耐久時間は、
試験終了後の内・外輪の転動面および玉の表面の摩耗状
態からみて、７００時間が限界であると判断されたが、
実施例１では、被膜の摩耗量が極めて少なく、比較例２
よりもいっそう長時間の回転が可能であると判断され
た。

【００３８】また、実施例２については、比較例４に比
べて被膜の摩耗量が極めて少なく、３層の複合被膜を形
成したことによって、いっそう長時間の回転が可能であ
ると判断された。

【００３９】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように、転が
り軸受の構成部品の転がり摩擦面または滑り接触面に、
チタン（Ｔｉ）層を下地層とし、これに窒化チタン（Ｔ
ｉＮ）層、シアン化チタン（ＴｉＣＮ）層を順に重ねた
複合被膜を設け、この複合被膜の表面を潤滑油または潤
滑グリースで被覆したので、複合被膜の剥離を防止し、
高荷重条件で転がり軸受の良好な潤滑性を安定的に確保
して耐久性を向上させる利点がある。

【００４０】また、潤滑油または潤滑グリースとして、
低蒸気圧油を用いた発明では、特に真空中で高荷重の使
用条件に耐える真空用転がり軸受となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の転がり軸受の表面に形成した複合被
膜の断面図

【符号の説明】

１ 転がり軸受の構成部品 ２ Ｔｉ層 ３ ＴｉＮ層 ４ ＴｉＣＮ層 ５ 潤滑油またはグリース

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軌道輪、転動体およびその保持器を構成
   部品とする転がり軸受において、前記構成部品の転がり
   摩擦面または滑り接触面に、チタン（Ｔｉ）層を下地層
   とし、これに窒化チタン（ＴｉＮ）層、シアン化チタン
   （ＴｉＣＮ）層を順に重ねた複合被膜を設け、この複合
   被膜の表面を潤滑油または潤滑グリースで潤滑すること
   を特徴とする転がり軸受。
2. 【請求項２】 軌道輪、転動体およびその保持器を構成
   部品とする転がり軸受において、前記構成部品の転がり
   摩擦面または滑り接触面に、チタン（Ｔｉ）層を下地層
   とし、これに窒化チタン（ＴｉＮ）層、シアン化チタン
   （ＴｉＣＮ）層を順に重ねた複合被膜を設け、この複合
   被膜の表面を低蒸気圧油で潤滑することを特徴とする真
   空用転がり軸受。
3. 【請求項３】 転がり軸受の保持器が、多孔質素材に低
   蒸気圧油を含浸したものからなる請求項２記載の真空用
   転がり軸受。