JP2003065341A

JP2003065341A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2003065341A
Application number: JP2001252797A
Authority: JP
Inventors: Jiyunya Ooitsu; 純也大逸; Yasushi Toyoda; 豊田　　泰
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2001-08-23
Filing date: 2001-08-23
Publication date: 2003-03-05
Also published as: US6808310B2; US20030063825A1; KR20030017411A

Abstract

(57)【要約】【課題】転がり軸受において、生産性、低発塵性ならび
にアウトガス特性に優れた樹脂製の保持器を用いたうえ
で、回転初期から長期にわたる潤滑性の向上と転がり動
作の安定化を図る。【解決手段】樹脂製の保持器４として、アウトガス特性
に優れた熱可塑性樹脂を選抜し、それに適正な強化繊維
や潤滑成分を適量添加した材料を用いて射出成形された
ものとしたうえで、軸受構成要素（内・外輪１，２、転
動体３、保持器４）の少なくとも転がり面および／もし
くは摺動面に、官能基を有する含ふっ素重合体からなる
潤滑膜１０を付着している。つまり、潤滑膜１０が回転
初期の潤滑を良好とするから、保持器４の初期摩耗を抑
制できるようになり、前記潤滑膜１０と保持器４からの
微小摩耗粉による潤滑との相乗作用で経時的な動作安定
化を発揮できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂製の保持器を
有する転がり軸受に関する。この転がり軸受は、潤滑条
件の厳しい環境で使用される。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、半導体製造装置の真空チャン
バ内などに用いる転がり軸受では、無潤滑での使用とす
る必要があるので、潤滑作用を有する保持器を用いるよ
うになっている。この種の保持器では、内・外輪、転動
体の少なくともいずれか一つに対して摺動接触すること
により、微小摩耗を起こし、その微小摩耗粉が摺動相手
に対して転移されることで、摺動部位およびその他の接
触部位を潤滑するのである。

【０００３】この保持器については、潤滑性に優れてい
て軸受寿命を延ばすだけでなく、発塵性、アウトガス特
性も優れていることが要求される。そこで、現在のとこ
ろ、本願出願人は、上記保持器として、ポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）を素材としたものを用いるよ
うにしている。なお、ＰＴＦＥは、射出成形できないの
で、削り出し加工により製作している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、保持
器を削り出しにより製作しなければならず、生産性が悪
く、製造コストが高くつくことが指摘される。これに対
して、潤滑性を有したうえで射出成形が可能な樹脂材と
していろいろな熱可塑性樹脂があるけれども、いずれ
も、早期段階において摩耗量やトルクが増大するなど耐
久性能が不十分であると言える。

【０００５】また、上記従来例では、保持器が潤滑作用
を発揮するまでになじみが必要であり、特に使用初期の
潤滑性能が不十分であると言える。

【０００６】このような事情に鑑み、本発明は、転がり
軸受において、生産性、低発塵性ならびにアウトガス特
性に優れた樹脂製の保持器を用いたうえで、回転初期か
ら長期にわたる潤滑性の向上と転がり動作の安定化を図
ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の転がり軸受は、
請求項１に示すように、樹脂製の保持器を有するもので
あって、前記保持器が、エチレンテトラフルオロエチレ
ン（ＥＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥ
Ｋ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）アロイ、熱可塑性ポ
リイミド（ＴＰＩ）のなかから選ばれる１つに対して、
強化繊維および固体潤滑剤を所要量配合した材料で射出
成形されたものからなり、かつ、軸受構成要素の少なく
とも転がり面および／もしくは摺動面に、官能基を有す
る含ふっ素重合体からなる流動性を有する潤滑膜が付着
されている。

【０００８】本発明の転がり軸受は、請求項２に示すよ
うに、樹脂製の保持器を有するものであって、前記保持
器が、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、
ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド
イミド（ＰＡＩ）アロイ、熱可塑性ポリイミド（ＴＰ
Ｉ）のなかから選ばれる１つに対して、強化繊維および
固体潤滑剤を所要量配合した材料で射出成形されたもの
からなり、かつ、軸受構成要素の少なくとも転がり面お
よび／もしくは摺動面に、含ふっ素ポリウレタン高分子
化合物からなる固体状の潤滑膜が付着されている。

【０００９】本発明の転がり軸受は、請求項３に示すよ
うに、樹脂製の保持器を有するものであって、前記保持
器が、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、
ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド
イミド（ＰＡＩ）アロイ、熱可塑性ポリイミド（ＴＰ
Ｉ）のなかから選ばれる１つに対して、強化繊維および
固体潤滑剤を所要量配合した材料で射出成形されたもの
からなり、かつ、軸受構成要素の少なくとも転がり面お
よび／もしくは摺動面に、官能基を有する含ふっ素重合
体に対してポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）か
らなる粒子を分散混入した流動性を有する潤滑膜、ある
いは含ふっ素ポリウレタン高分子化合物に対してポリテ
トラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる粒子を分散
混入した固体状の潤滑膜が付着されている。

【００１０】本発明の転がり軸受は、請求項４に示すよ
うに、上記請求項１から３のいずれかにおいて、前記強
化繊維としてチタン酸カリウムウィスカーが選定され
る。

【００１１】本発明の転がり軸受は、請求項５に示すよ
うに、上記請求項１から４のいずれかにおいて、前記固
体潤滑剤として、少なくともポリテトラフルオロエチレ
ン（ＰＴＦＥ）が選定される。

【００１２】本発明の転がり軸受は、請求項６に示すよ
うに、上記請求項１から４のいずれかにおいて、前記固
体潤滑剤として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）、二硫化モリブデンならびに黒鉛の三種が選定され
る。

【００１３】要するに、本発明では、保持器を射出成形
可能な熱可塑性樹脂のなかでも低発塵性ならびにアウト
ガス特性に優れた素材を選定し、それに対して強度と潤
滑性を高めるために配合する強化繊維や固体潤滑剤を特
定しており、さらに、軸受構成要素のいずれかにふっ素
系の潤滑膜を付着させるようにしている。これにより、
保持器を安価に製作できて、しかも、回転初期から長期
にかけてのトルク軽減と動作安定化が可能になる。

【００１４】なお、請求項１，２，３では、それぞれ異
なる潤滑膜を用いているが、いずれの潤滑膜でも、膜切
れを起こしにくく、潤滑性ならびに耐食性が優れてい
る。

【００１５】また、請求項４、５、６では、請求項１か
ら３のいずれかに記載してある強化繊維や固体潤滑剤を
選定することにより、保持器の機械的強度の向上、相手
攻撃性の軽減、自身の耐摩耗性の向上を図るようにして
いる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の詳細について、図面に示
す実施形態を参照して説明する。

【００１７】図１から図９に本発明の一実施形態を示し
ている。図１は、転がり軸受の上半分の断面図、図２
は、保持器の斜視図、図３は、ＰＴＦＥ添加量別の発塵
試験の結果を示すグラフ、図４は、潤滑膜を付着しない
状態におけるトルク試験の結果を示すグラフ、図５は、
潤滑膜の構造を模式的に表した構造図、図６は、潤滑膜
の硬化前の状態での性状分析結果を示すグラフ、図７
は、潤滑膜の硬化後の状態での性状分析結果を示すグラ
フ、図８は、転がり軸受のトルク試験の結果を示すグラ
フ、図９は、転がり軸受の寿命比を示すグラフである。

【００１８】図例の転がり軸受は、アンギュラ玉軸受で
あり、内輪１と、外輪２と、複数の玉からなる転動体３
と、樹脂製の保持器４とを備えており、保持器４を外輪
２の内周面により案内する外輪案内形式になっている。

【００１９】内輪１の外周面において一方側の肩部に
は、カウンタボア５が設けられている。このカウンタボ
ア５は、内輪１の軌道溝に転動体３の引っ掛かり代を残
す状態でテーパ状に面取りされることで形成されてい
る。外輪２は、内周面の軸方向中央に軌道溝を有する形
状である。

【００２０】保持器４は、いわゆる冠形保持器と呼ばれ
るものであり、その円周等配の数ヶ所には径方向に貫通
されるとともに軸方向一方に開放されたポケット６・・
・が設けられている。

【００２１】この実施形態では、上記保持器４について
特願２００１−０９６９７６号で出願した構成を採用し
たうえで、内・外輪１，２、転動体３の少なくともいず
れか一つに対して、下記するふっ素系の潤滑膜１０を付
着するようにしていることに特徴がある。

【００２２】まず、上記保持器４は、下記する熱可塑性
樹脂を母材として、下記する強化繊維や固体潤滑剤を配
合した材料を用いて、射出成形により製作される。

【００２３】具体的に、上記熱可塑性樹脂としては、ポ
リエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイ
ミド（ＰＡＩ）アロイ、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）
のなかのいずれか１つが選択される。なお、上記ポリア
ミドイミド（ＰＡＩ）アロイについては、例えば三菱ガ
ス化学株式会社製の商品名ＡＩポリマーが、また、熱可
塑性ポリイミド（ＴＰＩ）については、例えば三井化学
株式会社製の商品名オーラムを好適に用いることができ
る。

【００２４】また、強化繊維としては、直径が２μｍ以
下の短繊維のものが好ましいが、平均繊維径０．３〜
０．６μｍ、平均繊維長１０〜２０μｍとするのがさら
に好ましい。その配合量は、５〜３０ｗｔ％が好まし
い。この強化繊維としては、特にチタン酸カリウムウィ
スカーが好適に選択される。

【００２５】さらに、固体潤滑剤としては、ポリテトラ
フルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と、二硫化モリブデン
と、黒鉛との三種にするのが好ましい。その配合量は、
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を５〜３０ｗ
ｔ％、二硫化モリブデンを３〜１５ｗｔ％、黒鉛を３〜
１５ｗｔ％とするのが好ましい。

【００２６】ちなみに、強化繊維としてチタン酸カリウ
ムウィスカーを選択した理由は、母材となる熱可塑性樹
脂全体の強度を高める性質を有していながら、繊維の硬
度が他の一般的な強化繊維（例えばガラス繊維や炭素繊
維）と比べて低いため接触する相手部材（軸受の転動体
３や内・外輪１，２）を傷つけることがなくなり、相手
部材からの発塵を無くせるからである。

【００２７】この強化繊維の配合量を５〜３０ｗｔ％に
設定した理由を説明する。そもそも、強化繊維を多くす
ると、機械的特性の補強効果が増大するものの、相手材
への攻撃性が強くなる。この相反する性質を考慮して、
下限値を５ｗｔ％に、また、上限値を３０ｗｔ％に設定
している。この強化繊維の配合量について、１０〜２０
ｗｔ％に設定するのがより好ましい。

【００２８】また、固体潤滑剤の１つとして、ポリテト
ラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を選択した理由は、摩
耗粉の転移による潤滑作用が優れているからである。そ
の配分量を５〜３０ｗｔ％に設定した理由について説明
する。

【００２９】まず、上限値については、母材となる熱可
塑性樹脂に対する混練のしやすさ、つまり射出成形での
成型性を考慮して決定しており、それが３０ｗｔ％であ
った。

【００３０】一方、下限値については、転がり軸受に組
み込んだ状態での実働試験における発塵量に基づいて決
定している。試験に用いた転がり軸受は、ＪＩＳ呼び番
号６０８であり、発塵測定装置としてはレーザー光散乱
方式パーティクルカウンターを用いる。また、試験環境
は、１０^-5Ｐａ、２００℃とし、転がり軸受に対して１
００Ｎのアキシャル荷重を付与する。この試験に使用す
る転がり軸受に備える保持器４としては、ポリエーテル
エーテルケトン（ＰＥＥＫ）を母材とし、強化繊維とし
てチタン酸カリウムウィスカーを１０ｗｔ％、固体潤滑
剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を２
０ｗｔ％配合して混練するとともに溶融させた状態とし
てから、それを所要の成型金型に注入することにより製
作している。そして、試験は、上記ポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＥ）の添加量のみをいろいろ変えて行
っている。

【００３１】結果としては、図３のグラフに示すよう
に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の配分量
を２ｗｔ％以下にすると、発塵量が著しく増えるが、そ
れを基点として増加させると、徐々に発塵量が低下す
る。ここで、１０ｗｔ％以上にすると、２ｗｔ％以下に
した場合に対して発塵量が半減する。そして、５ｗｔ％
に設定すると、発塵量は１０ｗｔ％以上にした場合と２
ｗｔ％以下にした場合との中間となる。なお、図３での
縦軸に示したｒａｔｅ１００とは、ポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＥ）の添加％に対するμの変化のこと
で、０％を１００としている。このようなことから、下
限値としては１０ｗｔ％以上にするのが最も好ましいの
であるが、使用環境の条件などによっては、５ｗｔ％で
も十分な場合があることを考慮し、余裕を持たせて５ｗ
ｔ％に決定した。

【００３２】また、二硫化モリブデンや黒鉛の配合量を
３〜１５ｗｔ％に決定した理由としては、いずれも、３
ｗｔ％未満だと潤滑作用が小さく、１５ｗｔ％を越える
と機械的強度が劣ることになるからである。この配合量
としては、６〜１５ｗｔ％に設定するのがより好まし
い。

【００３３】ここで、上述した保持器４を用いた転がり
軸受のトルク試験を行ったので、説明する。

【００３４】試験に用いた転がり軸受は、ＪＩＳ呼び番
号６０８であり、トルク試験装置としては真空・高温用
トルク試験装置を用いている。また、試験環境は、１０
^-5Ｐａ、２００℃とし、転がり軸受に対して１００Ｎの
アキシャル荷重を付与する。トルク寿命とは、測定トル
クが初期トルクの３倍以上になるまでに要する運転時間
とする。

【００３５】試験は、従来例と、比較例１，２と、実施
例との計４つに対して行った。

【００３６】つまり、従来例に係る保持器は、例えばポ
リエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を母材とし、強
化繊維としてチタン酸カリウムウィスカーのみを３０ｗ
ｔ％配合し、所要の成型金型に注入することにより製作
している。

【００３７】比較例１に係る保持器は、例えばポリエー
テルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を母材とし、強化繊維
として直径が２μｍ以下のチタン酸カリウムウィスカー
を１０ｗｔ％、固体潤滑剤としてポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）のみを２０ｗｔ％配合して混練する
とともに溶融させた状態としてから、それを所要の成型
金型に注入することにより製作している。

【００３８】比較例２に係る保持器４は、例えばポリエ
ーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を母材とし、強化繊
維として直径が２μｍ以下のチタン酸カリウムウィスカ
ー１０ｗｔ％を配合するとともに、固体潤滑剤としてポ
リテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）２０ｗｔ％と、
二硫化モリブデン３ｗｔ％との二種を配合し、それを所
要の成型金型に注入することにより製作している。

【００３９】実施例に係る保持器４は、例えばポリエー
テルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を母材とし、強化繊維
として直径が２μｍ以下のチタン酸カリウムウィスカー
１０ｗｔ％を配合するとともに、固体潤滑剤としてポリ
テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）１５ｗｔ％と、二
硫化モリブデン３ｗｔ％と、黒鉛５ｗｔ％との三種を配
合し、それを所要の成型金型に注入することにより製作
している。

【００４０】結果としては、図４に示すように、従来例
を「１」としたとき、比較例１は約３倍、比較例２は約
４倍であり、さらに実施例は１２倍以上経過しても寿命
に至っていない。

【００４１】以上のことから、比較例１，２に示すよう
に、固体潤滑剤としてポリテトラフルオロエチレン（Ｐ
ＴＦＥ）と二硫化モリブデンとの二種を配合しただけで
もかなりの寿命向上が認められる。しかし、実施例に示
すように、固体潤滑剤としてポリテトラフルオロエチレ
ン（ＰＴＦＥ）と二硫化モリブデンと黒鉛との三種を配
合すれば飛躍的な寿命向上が認められることが証明され
た。

【００４２】しかも、転がり軸受の軸受構成要素である
内・外輪１，２の軌道面と転動体３の外表面とに対し
て、下記ふっ素系の潤滑膜１０が付着されている。

【００４３】まず、上記内・外輪１，２、転動体３は、
耐食性材料により形成される。この耐食性材料として
は、例えばＪＩＳ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
た金属材などが挙げられる。また、軽荷重用途では、例
えばＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４などのオーステナイト系ス
テンレス鋼でもよい。さらに、金属材の他に、セラミッ
クス材とすることができる。このセラミックス材として
は、焼結助剤として、イットリア（Ｙ₂Ｏ₃）およびアル
ミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、その他、適宜、窒化アルミ（Ａｌ
Ｎ）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ
₄）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（ＡｌＮ）などを
用いることができる。

【００４４】次に、上記潤滑膜１０は、本願出願人が出
願している特開平９−１３７８３０号公報に示すよう
な、含ふっ素ポリウレタン高分子化合物からなる固体状
の膜が採用される。つまり、この潤滑膜１０は、−Ｃ_X
Ｆ_2X−Ｏ−という一般式（Ｘは１〜４の整数）で示され
る単位を主要構造単位とし、いずれも平均分子量が数百
万以上で硬化反応により分子間がウレタン結合された３
次元の網状構造を有している。３次元の網状構造とは、
化学構造上の表現であって、膜の断面が網状になってい
るのではなく、分子間が網状のように連続してつながっ
て密に詰まった均質な構造になっていることを意味して
いる。このような含ふっ素ポリウレタン高分子化合物と
しては、下記化学式１に示すような末端がイソシアネー
トの官能基付き含ふっ素重合体を用いて、化学構造を変
化させたものとすることができる。前述の末端がイソシ
アネートの官能基付き含ふっ素重合体としては、パーフ
ルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）の誘導体、具体的に例
えばモンテカチーニ社の商品名フォンブリンＺ誘導体
（FOMBLIN Z DISOCなど）が好適に用いられる。

【００４５】

【化１】次に、上述した潤滑膜１０の形成方法の一例を説明す
る。

【００４６】（ａ）上記潤滑膜１０を得るための溶液
を用意し、この溶液中に内・外輪１，２、転動体３およ
び保持器４をそれぞれ個別に浸漬するか、あるいはそれ
らを組み立てた完成状態の転がり軸受を浸漬して数回回
転させることにより、内・外輪１，２、転動体３および
保持器４の外表面に液状の膜を付着させる（付着処
理）。ここで用意する溶液は、末端がイソシアネートの
官能基付き含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FO
MBLIN Z DISOC）〕を希釈溶媒（ふっ素系溶剤ＳＶ９０
Ｄ）で含ふっ素重合体の濃度を１ｍａｓｓ％にまで希釈
したものとする。

【００４７】（ｂ）液状膜を付着した転がり軸受の全
体を、４０〜５０℃で約１分間加熱し、液状膜に含む溶
媒を除去する（乾燥処理）。この時点では、液状膜のま
まであり、流動性を有している。

【００４８】（ｃ）この後、例えば１００〜２００℃
で３〜２０時間、加熱する（硬化処理）。これにより、
液状膜の化学構造が変化することにより硬化反応して含
ふっ素ポリウレタン高分子化合物からなる固体状の潤滑
膜１０が得られる。ちなみに、この硬化処理では、液状
膜に存在している官能基付き含ふっ素重合体の個々につ
いて、下記化学式２〜５に示すような４種の硬化反応で
もって末端のイソシアネート（ＮＣＯ）が消失し、各官
能基付き含ふっ素重合体が互いにウレタン結合すること
により３次元の網状構造となる。ウレタン結合は、化学
式２，３に示すような硬化反応でもって、図５（ａ）に
模式的に示すように直線的に架橋するとともに、化学式
４，５に示すような硬化反応でもって、図５（ｂ）に模
式的に示すように３次元方向で架橋する。なお、図５で
は、下記化学式６に示すように、上記化学式１を簡略化
して模式的に示している。

【００４９】

【化２】

【００５０】

【化３】

【００５１】

【化４】

【００５２】

【化５】

【００５３】

【化６】このようにすれば、転がり軸受の構成要素において互い
に転がり接触またはすべり接触する部位に含ふっ素ポリ
ウレタン高分子化合物の潤滑膜１０を好適な膜厚で形成
することができる。なお、上記工程（ａ）、（ｂ）は必
要に応じて数回繰り返すようにしてもよく、最終的に
は、用途に応じて、潤滑膜１０の膜厚を例えば０．１〜
３μｍの範囲で適宜に設定することができる。

【００５４】ここで、上記工程（ａ）で用意した溶液を
濃縮乾燥しただけの状態（流動性がある状態）と、上記
工程（ａ）で用意した溶液をステンレス鋼板などの試料
に付着して硬化した状態とについて、その性状を分析し
たので説明する。

【００５５】前者は、ＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換−赤
外分光、液膜法）で分析している。その結果は、図６の
グラフに示すように、ふっ素系のピーク以外にＮＨ（３
３００ｃｍ^-1）、Ｎ＝Ｃ＝Ｏ（２２７９ｃｍ^-1）、Ｎ
（Ｈ）Ｃ＝Ｏ（１７１２ｃｍ^-1，１５４６ｃｍ^-1）、ベ
ンゼン（１６００ｃｍ^-1）などのピークが見られ、ベン
ゼン環、ウレタン結合、イソシアネートが官能基として
存在していることが確認できる。ここでは、薄膜と厚膜
との場合についてそれぞれ調べているが、膜厚に関係な
く分析が行えた。後者は、ＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換
−赤外分光、高感度反射法）で分析している。その結果
は、図７のグラフに示すように、ベンゼン環やウレタン
結合のピークが見られるが、イソシアネートのピークが
見られない。つまり、これらの結果に基づき、上記化学
式２〜５に示す硬化反応による官能基の化学構造変化が
確認される。

【００５６】このような潤滑膜１０は、それ自体が３次
元の網状構造であって、被覆対象上に緻密に被覆される
とともに自己潤滑性を有するため、軸受構成要素間の転
動、摺動動作に伴う摩耗、剥離、欠落といった発塵を抑
制できるようになって、軸受構成要素どうしの直接的な
接触を回避できるようになるとともに、摩擦抵抗がきわ
めて小さくなり、転動、摺動動作が円滑となる。さら
に、軟質金属やカーボン、二硫化モリブデンなどの固体
潤滑剤と異なり、酸、アルカリ、水などが存在する腐食
環境でも、膜が劣化しにくいから、潤滑効果を持続でき
るとともに、剥離、欠落による軸受構成部品の表面の露
出が抑制されるため、これらの耐食性をも高めることが
できる。

【００５７】次に、上述した特徴を有する転がり軸受に
関するトルク寿命試験を行ったので、説明する。

【００５８】試験に用いた転がり軸受は、ＪＩＳ呼び番
号６０８であり、トルク試験装置としては真空・高温用
トルク試験装置を用いている。また、試験環境は、真空
（１０^-5Ｐａ）、室温〜３００℃とし、転がり軸受の内
・外輪１，２と転動体３との接触面圧を１．６ＧＰａと
し、さらに、回転速度を２００ｒ／ｍとする。

【００５９】試験は、従来例と、実施例とで行った。

【００６０】つまり、従来例では、保持器について、例
えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を母材と
し、強化繊維としてチタン酸カリウムウィスカーのみを
３０ｗｔ％配合し、所要の成型金型に注入することによ
り製作している。

【００６１】実施例では、保持器４について、例えばポ
リエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を母材とし、強
化繊維として直径が２μｍ以下のチタン酸カリウムウィ
スカー１０ｗｔ％を配合するとともに、固体潤滑剤とし
てポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）１５ｗｔ％
と、二硫化モリブデン３ｗｔ％と、黒鉛５ｗｔ％との三
種を配合し、それを所要の成型金型に注入することによ
り製作し、上述した潤滑膜１０を転がり軸受全体に付着
している。

【００６２】結果としては、図８に示すように、従来例
の場合、回転開始から１０時間の経過ですぐにトルクが
約５０ｇｆ／ｃｍに上昇し、それ以降は約５８ｇｆ／ｃ
ｍに保たれる。一方、実施例の場合、回転開始から７０
時間が経過するまでの間、トルクが約２５ｇｆ／ｃｍと
従来例の１／２以上軽減できており、しかも、７０時間
が経過した時点でトルクが徐々に上昇するものの、上限
でも約４５ｇｆ／ｃｍ程度にとどまり、従来例よりも軽
減できている。なお、上記従来例と実施例とにおける寿
命比は、図９に示すように、従来例を「１」にしたとき
に、実施例では１．３倍に延びた。ここでの寿命とは、
初期トルクの３倍以上になるまでの時間を言う。

【００６３】以上のことから、本実施形態では、回転初
期において転がり接触部位や摺動部位が潤滑膜１０によ
り潤滑されるので、初期段階でのトルク上昇を従来例に
比べて大幅に軽減できるようになるうえ、所定時間が経
過した後も、潤滑膜１０による潤滑と保持器４からの微
小摩耗粉による潤滑との相乗作用でもって摩耗進展やト
ルク上昇を効果的に軽減できるようになる、と言える。

【００６４】したがって、本実施形態では、自己潤滑性
ならびに低発塵性を有する保持器４を射出成形により安
価に製作できて、しかも、保持器４とふっ素系の潤滑膜
１０とを併用することの相乗作用でもって、初期段階で
のトルク軽減と経時的なトルク軽減を、クリーン、真空
環境はもとより腐食環境でも達成できるようになるな
ど、長期にわたって安定した性能を発揮できるようにな
る。さらに、軸受表面全体に膜を付着しているから、腐
食環境下での軸受全体の劣化をも抑制できる。

【００６５】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。

【００６６】（１）上記実施形態では、転がり軸受をア
ンギュラ玉軸受とした例を挙げているが、軸受形式は特
に限定されるものではなく、例えば深溝玉軸受などの玉
軸受の他に、円筒ころ軸受、針状ころ軸受、円錐ころ軸
受、球面ころ軸受などとすることができる。これらの軸
受形式に応じて、保持器４のタイプとしては、いわゆる
冠形やもみ抜き型などいろいろなタイプのものが使用さ
れ、いずれのタイプにも本発明を適用できる。

【００６７】（２）上記実施形態では、軸受表面全体に
膜を設けたが、転動体表面のみ、軌道輪の軌道部のみ、
保持器の摺動部のみに設けても、一定の効果が得られ
る。

【００６８】（３）上記実施形態の転がり軸受は、半導
体製造装置、真空装置、洗浄装置（腐食環境）の他、例
えば自動車エンジンの過給機、ガスタービン、工作機械
などに用いることができる。

【００６９】（４）上記実施形態で示した保持器４は、
本願出願人が出願した特願２０００−２２４８０５号で
示したものを採用することができる。この特許出願にお
いて、上記実施形態で説明した特願２００１−０９６９
７６号の出願内容と異なる点は、母材として、さらにエ
チレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）を含めてい
ることと、母材に添加する固体潤滑剤をポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）のみとしていることであり、
その他の構成は基本的に同じである。ここで説明した保
持器４を転がり軸受に組み込んで潤滑膜１０を付着させ
ない状態にしたときのトルク特性は、上記実施形態のト
ルク試験で提示した比較例１に該当する。これにより、
ここで説明した保持器４を転がり軸受に組み込んで潤滑
膜１０を付着した状態では、上記実施形態でのトルク特
性ならびに寿命と遜色ないレベルになった。

【００７０】（５）上記実施形態で示した潤滑膜１０に
ついては、本願出願人が出願している特開平８−２２６
４４６号公報で示したものや、本願出願人が出願してい
る特願平８−２５９０７６号で示したものとすることが
できる。前者の潤滑膜は、官能基を有する含ふっ素重合
体からなり、流動性を有している。また、後者の潤滑膜
は、前記特開平８−２２６４４６号公報に示した潤滑膜
や、上記実施形態で説明した含ふっ素ポリウレタン高分
子化合物からなる固体状の潤滑膜に対して、ポリテトラ
フルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる粒子を分散混入
したものである。これらいずれの潤滑膜１０を用いて
も、上記実施形態と同等の作用、効果が得られた。

【００７１】

【発明の効果】本発明に係る転がり軸受では、自己潤滑
性、低発塵性ならびにアウトガス特性に優れた保持器を
射出成形により安価に製作できて、しかも、前記保持器
とふっ素系の潤滑膜とを併用することの相乗作用でもっ
て、初期段階でのトルク軽減と経時的なトルク軽減を達
成できるようになるなど、長期にわたって安定した性能
を発揮できるようになる。したがって、低トルク性、低
発塵性と長寿命が要求される用途においてきわめて有効
な転がり軸受を提供できるようになる。

【００７２】特に、請求項４，５，６の発明のように、
請求項１から３のいずれかに記載してある強化繊維や固
体潤滑剤を選定すれば、保持器の機械的強度の向上、相
手攻撃性の軽減、自身の耐摩耗性の向上を図ることがで
きて、好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る転がり軸受の上半分
の断面図

【図２】図１の保持器の斜視図

【図３】ＰＴＦＥ添加量別の発塵試験の結果を示すグラ
フ

【図４】潤滑膜を付着しない状態におけるトルク試験の
結果を示すグラフ

【図５】潤滑膜の構造を模式的に表した構造図

【図６】潤滑膜の硬化前の状態での性状分析結果を示す
グラフ

【図７】潤滑膜の硬化後の状態での性状分析結果を示す
グラフ

【図８】転がり軸受のトルク試験の結果を示すグラフ

【図９】転がり軸受の寿命比を示すグラフ

【符号の説明】

１内輪２外輪３転動体４保持器１０潤滑膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ１６Ｃ 33/66 Ｆ１６Ｃ 33/66 ＡＦターム(参考） 3J101 AA02 AA32 AA42 AA54 AA62 BA10 BA25 BA44 BA50 BA53 BA54 BA70 CA01 CA22 CA23 CA33 DA05 DA14 EA02 EA33 EA34 EA36 EA37 EA53 EA54 EA55 EA76 FA32 FA41 GA55

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂製の保持器を有する転がり軸受であっ
て、前記保持器が、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴ
ＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポ
リアミドイミド（ＰＡＩ）アロイ、熱可塑性ポリイミド
（ＴＰＩ）のなかから選ばれる１つに対して、強化繊維
および固体潤滑剤を所要量配合した材料で射出成形され
たものからなり、かつ、軸受構成要素の少なくとも転がり面および／もし
くは摺動面に、官能基を有する含ふっ素重合体からなる
流動性を有する潤滑膜が付着されていることを特徴とす
る転がり軸受。
【請求項２】樹脂製の保持器を有する転がり軸受であっ
て、前記保持器が、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴ
ＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポ
リアミドイミド（ＰＡＩ）アロイ、熱可塑性ポリイミド
（ＴＰＩ）のなかから選ばれる１つに対して、強化繊維
および固体潤滑剤を所要量配合した材料で射出成形され
たものからなり、かつ、軸受構成要素の少なくとも転がり面および／もし
くは摺動面に、含ふっ素ポリウレタン高分子化合物から
なる固体状の潤滑膜が付着されていることを特徴とする
転がり軸受。
【請求項３】樹脂製の保持器を有する転がり軸受であっ
て、前記保持器が、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴ
ＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポ
リアミドイミド（ＰＡＩ）アロイ、熱可塑性ポリイミド
（ＴＰＩ）のなかから選ばれる１つに対して、強化繊維
および固体潤滑剤を所要量配合した材料で射出成形され
たものからなり、かつ、軸受構成要素の少なくとも転がり面および／もし
くは摺動面に、官能基を有する含ふっ素重合体に対して
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる粒子
を分散混入した流動性を有する潤滑膜、あるいは含ふっ
素ポリウレタン高分子化合物に対してポリテトラフルオ
ロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる粒子を分散混入した固
体状の潤滑膜が付着されていることを特徴とする転がり
軸受。
【請求項４】請求項１から３のいずれかの転がり軸受に
おいて、前記強化繊維としてチタン酸カリウムウィスカーが選定
されることを特徴とする転がり軸受。
【請求項５】請求項１から４のいずれかの転がり軸受に
おいて、前記固体潤滑剤として、少なくともポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＥ）が選定されることを特徴とする転
がり軸受。
【請求項６】請求項１から４のいずれかの転がり軸受に
おいて、前記固体潤滑剤として、ポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）、二硫化モリブデンならびに黒鉛の三種が
選定されることを特徴とする転がり軸受。