JP2005337278A - ベアリング - Google Patents

Abstract

【課題】ボールベアリング、ニードルベアリング等のベアリングに、耐磨耗性及び耐久性を付与するとともに、導電性を持たせて静電気による帯電を防止する機能を付与することにより、精密電子機器等の精密機器類に用いても、十分に実用に耐え得るベアリングを提供することにある。
【解決手段】複数個のベアリング転動体１と、該ベアリング転動体を非接触状態に保持するリング状保持輪１０と、該リング状保持輪の各々孔設部１１に保持した前記ベアリング転動体を滑動可能に挟持する案内溝１２ａ、１３ａを内周に沿って設けた外輪１２と外周に沿って設けた内輪１３とによるベアリング軸受体とからなるベアリングにおいて、外輪の内面側及び内輪の外面側に、真空成膜法を用いてフラーレンを蒸着し且つ光重合させることにより成膜されたフラーレン薄膜により耐磨耗性及び耐久性が付与されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面処理を施すことにより、優れた耐磨耗性及び耐久性と導電性とを持たせたベアリングに関する。

フラーレンは、炭素原子のみの炭素原子群からなる中空状の分子で、炭素原子の数が６０個、７０個、７６個、８２個などのそれぞれ炭素原子群からなるフラーレンは、フラーレンＣ６０、フラーレンＣ７０、フラーレンＣ７６、フラーレンＣ８２などが存在していて、例えば、フラーレンＣ６０は、１２個のそれぞれ５員環と、その各々５員環を取り囲む形の１２個の６員環とにより組み合わさり、サッカーボールと同じ様な形をしたネットワークの中空状の分子であり、ネットワークの各頂点（６０個）に炭素を配置した構造となっている。

フラーレンは、ダイヤモンド、黒鉛、無定形炭素と並ぶ炭素の同素体であるとともに、ダイヤモンドやグラファイトには無い様々な物理化学的性質を備え、例えば、化学的、熱的に安定で、壊れ難くい分子であり、また、光エネルギーを吸収し易く、電子受容性が高いといった性質を示し、フラーレンの薄膜に紫外光や可視光を照射すると、フラーレン同士が重合して、ポリマーを形成することも知られている。

また、フラーレンは、代表的な炭素系のナノ材料として多くの分野で活発に研究されており、その一つにフラーレンを用いた様々な薄膜が作製されており、それらの機能や物性に関心が寄せられている。また、抗酸化剤としての幅広い応用、医薬品や診療薬、化粧品への応用など、幅広い用途分野に、その可能性が報告されている。

そのフラーレン薄膜作製法としては、分子線エピタキシー法、真空蒸着法、Ｌａｎｇｍｕｉｒｅ−Ｂｒｏｄｇｅｔｔ法などが知られている。

ところで、ベアリングは、機械の回転部分を効率良く回転させるために用いられる重要な部品であるが、そのベアリングには、内径１ｍｍのミニチュアベアリングから、外径７ｍを越える超大型のベアリングまで、様々な大きさのベアリングがあり、重大な役割を担っている。そして、その用途として、産業機械、交通、情報通信分野や半導体、液晶製造など多くの分野で用いられており、長寿命、軽量、高速回転など、ベアリングに求められる性能は益々多様化してきている。

上記で述べたようなベアリングのうちの一つであるボールベアリングに関して言えば、従来、ベアリングボール及びそれを支えるベアリング軸受（外輪と内輪からなるボール軸受）は、軸受鋼等の金属で構成されたものが一般的であったが、耐磨耗性及び耐久性を向上させるために、ベアリングボールを、セラミック製にしたり、また、固体潤滑剤で固体潤滑膜を軸受の外輪の内側及び内輪の外側のボール案内溝とベアリングボールの表面に形成して滑動し易くしている。その他には、外輪及び内輪に、浸炭焼入れを施したものもある。
電子材料 ２００３年１月号 工業調査会発行 特開２００２−２９８５２号公報

従来のボールベアリングでは、使用されるベアリングボールは、軸受鋼等の金属で構成されたものが一般的であったが、一層の耐磨耗性を付与するために、セラミック製のベアリングボールも使用されてきている。

そのセラミックには、例えば、窒化珪素質セラミック、アルミナ質セラミック、ジルコニア質セラミック等が使用されているが、従来のセラミック製ベアリングボールには、空隙や金属異物、あるいは微小な欠陥などが存在していることが多い。しかしながら、ベアリングの性能には大きな支障はなく、それほど注意が払われていなかった。

また、上記のようなセラミック製ベアリングボールは、いずれも絶縁体であり、回転しているうちに摩擦により発生する静電気により帯電し易い性質がある。このため、精密電子機器、例えば、パソコンのハードディスク、プリンターやコピー機のファンモーター、及びステッピングモーター等の主軸を支える軸受部品として使用されるベアリングのセラミックボールは、高速回転で使用したときに、ベアリングボールやボール軸受の内輪や外輪に静電気による埃等が付着すると、異音や振動の原因になることがあり、耐磨耗性の低下に繋がりかねないものである。

このようなベアリングの静電気による帯電を防止してベアリングの導電性を向上させるために、材料の絶縁性セラミックに、導電性セラミックを含有させる方法も取られているが、このような方策によってベアリングボールの耐磨耗性及び耐久性などの性能が落ちてしまうことも少なくない。

本発明の課題は、ボールベアリング、ニードルベアリング等のベアリングに、耐磨耗性及び耐久性を付与するとともに、導電性を持たせて静電気による帯電を防止する機能を付与することにより、精密電子機器等の精密機器類に用いても、十分に実用に耐え得るベアリングを提供することにある。

本発明の請求項１に係る発明は、複数個のベアリング転動体と、該ベアリング転動体を各々滑動可能に非接触状態に保持する複数の孔設部を有するリング状保持輪と、該リング状保持輪の各々孔設部に保持した前記ベアリング転動体を滑動可能に挟持する案内溝を内周に沿って設けた外輪と外周に沿って設けた内輪とによるベアリング軸受体とからなるラジアル玉軸受方式のベアリングにおいて、外輪の内面側及び内輪の外面側に、真空成膜法を用いてフラーレンを蒸着し且つ光重合させることにより成膜されたフラーレン薄膜により耐磨耗性及び耐久性が付与されていることを特徴とするベアリングである。

本発明の請求項２に係る発明は、複数個のベアリング転動体と、該ベアリング転動体を各々滑動可能に非接触状態に保持する複数の孔設部を有するリング状保持輪と、該リング状保持輪の各々孔設部に保持した前記ベアリング転動体を滑動可能に挟持する案内溝を内周に沿って設けた外輪と外周に沿って設けた内輪とによるベアリング軸受体とからなるラジアル玉軸受方式のベアリングにおいて、外輪の内面側及び内輪の外面側に、真空成膜法を用いてフラーレンを蒸着し且つ光重合させることにより成膜されたフラーレン薄膜により導電性が付与されていることを特徴とするベアリングである。

本発明の請求項３に係る発明は、複数個のベアリング転動体と、該ベアリング転動体を各々滑動可能に非接触状態に保持する複数の孔設部を有するリング状保持輪と、該リング状保持輪の各々孔設部に保持した前記ベアリング転動体を滑動可能に挟持する案内溝を内周に沿って設けた外輪と外周に沿って設けた内輪とによるベアリング軸受体とからなるラジアル玉軸受方式のベアリングにおいて、外輪の内面側及び内輪の外面側に、真空成膜法
を用いてフラーレンを蒸着し且つ光重合させることにより成膜されたフラーレン薄膜により耐磨耗性と耐久性と導電性とが付与されていることを特徴とするベアリングである。

本発明の請求項４に係る発明は、上記請求項１乃至３のいずれか１項に係るベアリングにおいて、前記ベアリング転動体の表面に真空成膜法を用いてフラーレンを蒸着し且つ光重合させることにより成膜されたフラーレン薄膜により耐磨耗性及び耐久性が付与されていることを特徴とするベアリングである。

本発明の請求項５に係る発明は、上記請求項１乃至３のいずれか１項に係るベアリングにおいて、前記ベアリング転動体の表面に真空成膜法を用いてフラーレンを蒸着し且つ光重合させることにより成膜されたフラーレン薄膜により導電性が付与されていることを特徴とするベアリングである。

本発明の請求項６に係る発明は、上記請求項１乃至３のいずれか１項に係るベアリングにおいて、前記ベアリング転動体の表面に真空成膜法を用いてフラーレンを蒸着し且つ光重合させることにより成膜されたフラーレン薄膜により耐磨耗性と耐久性と導電性とが付与されていることを特徴とするベアリングである。

本発明の請求項７に係る発明は、上記請求項１乃至６のいずれか１項に係るベアリングが、前記ベアリング転動体に真球ボールを用いたボールベアリング又はコロ状又は針状ニードルを用いたニードルベアリングであることを特徴とするベアリングである。

本発明の請求項８に係る発明は、上記請求項１乃至６のいずれか１項に係るベアリングが、前記ベアリング転動体に真球ボールを用いたボールベアリングであって、前記ベアリング軸受体のベアリング転動体を滑動可能に案内する外輪の内周と内輪の外周に沿って設けた各々案内溝が、真球ボールの曲率半径に対応する断面円弧型に形成されていることを特徴とするベアリングである。

本発明の請求項９に係る発明は、上記請求項１乃至６のいずれか１項に係るベアリングが、前記ベアリング転動体に真球ボールを用いたボールベアリングであって、前記ベアリング軸受体のベアリング転動体を滑動可能に案内する外輪の内周と内輪の外周に沿って設けた各々案内溝が、断面Ｖ字型に形成されて、ボールベアリングとの接触面が最小であることを特徴とするベアリングである。

本発明の請求項１０に係る発明は、上記請求項１乃至９のいずれか１項に係るベアリングにおいて、前記フラーレン薄膜が、分子線エピタキシー法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法等の真空成膜法によりフラーレンＣ６０を蒸着させ、且つ光重合させて薄膜形成されていることを特徴とするベアリングである。

本発明のベアリングは、フラーレン薄膜を用いたベアリングであり、フラーレン薄膜の成膜法として知られている真空成膜法として、例えば、分子線エピタキシー法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法等を用いることにより、真球ボールや真円柱状ニードルなどからなるベアリング転動体の表面、あるいはベアリング転動体を保持する保持輪、あるいはベアリング転動体を滑動可能に挟持する外輪と内輪とからなるベアリング軸受体のそれぞれ外輪の内側表面と内輪の外側表面などベアリング構造体面に、フラーレンの薄膜を蒸着させ、且つ蒸着したフラーレンの薄膜を光重合させることにより、フラーレン薄膜を形成して、ベアリングに耐磨耗性及び耐久性を付与することができ、従来よりも、より高く耐磨耗性及び耐久性を向上させたベアリングを得ることができる。

これによって、ベアリングの信頼性及び寿命の長寿命化を図ることができるとともに、また、ベアリングにフラーレン薄膜を形成することにより導電性を持たせることができるため、ベアリングに対する静電気の帯電を防止でき、そのために埃や塵等の付着を回避でき、埃や塵による精密電子機器への悪影響を回避して、ベアリングの性能向上を可能にさせるものである。

以下に、本発明のベアリングの実施の形態について、図面を参照して以下に詳細に説明すれば、図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係るボールベアリングＡの側面図を示し、図１（ｂ）は、その正面断面図、図４は、部分断面斜視図を示すものである。

図１（ａ）〜（ｂ）、及び図４に示すように、ボールベアリングＡは、真円輪の外輪１２と、該外輪１２の内側に嵌装する真円輪の内輪１３とからなるベアリング軸受体と、その外輪１２と内輪１３の中間の輪状間隙部内に僅かな所定の等間隔を置いて嵌入する複数個の真球ボールからなるベアリング転動体１と、該外輪１２と内輪１３との間に、複数個の各々ベアリング転動体１を滑動可能に非接触状態で所定間隔を置いて嵌挿して保持する複数の各々孔設部１１を有するリング状保持輪１０と、前記外輪１２の内周と内輪１３の外周の間の輪状間隙部を外側から遮蔽する輪状のシールド板２０とから構成される。

真円輪の外輪１２には、その内周面側の表面に真球ボールからなる前記ベアリング転動体１を案内する真球ボールの曲率半径に対応する曲率半径の断面円弧状の転動体案内溝１２ａを備えている。

また、真円輪の内輪１３には、その外周面側の表面に真球ボールからなる前記ベアリング転動体１を案内する真球ボールの曲率半径に対応する曲率半径の断面円弧状の転動体案内溝１３ａを備えている。

図２に示すように、前記ボールベアリングＡの構造体である前記外輪１２と内輪１３とからなるベアリング軸受体、複数個の真球ボールからなるベアリング転動体１、複数個の各々ベアリング転動体１を滑動可能に互いに非接触状態で所定間隔を置いて嵌挿して保持するリング状保持輪１０のそれぞれ構造体３０の表面には、炭素系のナノ材料を用いて成膜したフラーレン薄膜４０が施されている。

例えば、少なくとも、前記外輪１２の内周面及び内輪１３の外周面、ベアリング転動体１の外表面、リング状保持輪１０の内表面のうち、いずれか１つの面、又はいずれか２つ以上の面、又は全ての面には、図２に示すように、真空成膜法（例えば、分子線エピタキシー法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法等）によりフラーレンＣ６０の薄膜を蒸着して薄膜形成し、そのフラーレンＣ６０の薄膜を光重合することにより成膜されたフラーレン薄膜４０が施されている。

上記フラーレン薄膜を成膜するための原材料には、炭素系のナノ材料であるフラーレンが使用される。

フラーレンは、炭素原子のみの炭素原子群からなる中空状の分子であり、炭素原子の数が６０個、７０個、７６個、８２個などの炭素原子群からなるフラーレンとして、それぞれ、フラーレンＣ６０、フラーレンＣ７０、フラーレンＣ７６、フラーレンＣ８２などが存在している。

例えば、フラーレンＣ６０は、１２個のそれぞれ５員環と、その各々５員環を取り囲む形の１２個の６員環とにより組み合わさり、サッカーボールと同じ様な形をしたネットワ
ークの中空状の分子であり、ネットワークの各頂点（６０個）に炭素を配置した構造となっている。

上記フラーレンは、ダイヤモンド、黒鉛、無定形炭素と並ぶ炭素の同素体であるとともに、ダイヤモンドやグラファイトには無い様々な物理化学的性質を備えており、化学的、熱的に安定で、壊れ難くい分子であって、光エネルギーを吸収し易く、電子受容性が高いといった性質を示し、フラーレンの薄膜に紫外光や可視光を照射すると、フラーレン同士が重合してポリマーを形成する。

本発明におけるフラーレン薄膜を成膜するためのフラーレン薄膜作製法としては、分子線エピタキシー法、真空蒸着法、Ｌａｎｇｍｕｉｒｅ−Ｂｒｏｄｇｅｔｔ法などが採用できる。

例えば、本発明のフラーレン薄膜の成膜には、炭素系のナノ材料である粉末のフラーレンＣ６０を原材料に使用して蒸着するとともに、光重合処理を行うものであり、材料純度は、少なくとも９９．０％以上の材料を使用し、好ましくは９９．９％以上がよい。

本発明のベアリングの他の実施の形態としては、ボールベアリングＡの外輪１２内周面側の表面に形成される真球ボールの前記ベアリング転動体１を案内する転動体案内溝１２ａ、１３ａの断面形状として、図１（ｂ）に示すような真球ボールの曲率半径に対応する断面円弧型以外に、図３の正面断面図に示すような断面Ｖ字型に形成されていてもよく、断面Ｖ字型に形成することによって、各々真球ボールによるベアリング転動体１と案内溝１２ａ、１３ａとの接触面積が最小となって、各々ベアリング転動体１と、案内溝１２ａ、１３ａとの接触回転による磨耗、及びそのベアリング構造体の磨耗を減少させることができる。

このように、外輪１２の内面側の表面及び内輪１３の外面側の表面に設けたそれぞれＶ字型のボール案内溝１２ａ、１３ａは、真球ボールからなるベアリング転動体１を、外輪１２、内輪１３の円周に沿ってスラスト方向（ベアリングが軸支する回転体の回転軸方向）の位置を、定位置に固定する溝の役目を果たすとともに、ベアリング転動体１が外輪１２と内輪１３とに接触する面積をできる限り減らすことができる。

以上より、ベアリングの構成部品同士が互いに実際に接触している面（真実接触面）にフラーレン薄膜４０が蒸着されているため、真実接触部分は最小になり、また光重合させたことによりフラーレン薄膜の強度も上がり、耐磨耗性及び耐久性の向上が得られる。

本発明のベアリングにおけるフラーレン薄膜による表面処理は、図１（ａ）〜（ｂ）及び図４に示すようなボールベアリングに限られるものでなく、たとえば、図５の部分断面斜視図に示すように、ベアリング転動体１としてコロ（ロール状）の転動体１を用いたコロベアリング、又は細径コロ（針状）のニードル転動体１を用いたニードルベアリング、又は、図６に示すように、回転軸中心Ｏの方向（スラスト方向）に隣接する真円の外輪１２と内輪１３とを備え、両者の隣接対向面にそれぞれ転動体案内溝１２ａ、１３ａを設けて、該外輪１２と内輪１３との間にベアリング転動体１及び転動体保持輪１０を滑動可能に挟持したスラストベアリングなど、各種ベアリングの表面に行うことにより、耐磨耗性及び耐久性の向上を図ることができる。

なお、本発明のベアリングにおける外輪１２、内輪１３、ベアリング転動体１、該外輪１２と内輪１３との間に各々ベアリング転動体１を滑動可能に非接触状態で所定間隔を置いて嵌挿して保持するリング状保持輪１０、シールド板２０などのベアリンク構造体の材料には、金属材料又は／及びプラスチック材料又は／及びセラミック材料などを使用する
ことが可能である。

本発明のベアリングは、耐磨耗性及び耐久性に優れ、且つ導電性を持たせたベアリングであり、多くの分野、特に高精度が要求される精密電子機器、例えば、パソコンのハードディスクやプリンターのファンモーター等の回転体を軸支する軸受として最適である。

（ａ）は本発明のベアリングにおけるボールベアリングの側面図、（ｂ）はその正面断面図。 本発明のベアリングにおけるベアリング構造体表面にフラーレン薄膜を形成した状態を示す側断面図。 本発明のベアリングにおけるボールベアリングの他の実施例を説明する側面図、（ｂ）はその正面断面図。 本発明のベアリングにおけるボールベアリングの部分断面斜視図。 本発明のベアリングにおけるロールベアリングの部分断面斜視図。 本発明のベアリングにおけるスラストベアリングの部分断面斜視図。

符号の説明

Ａ…ベアリング Ｏ…回転軸中心
１…ベアリング転動体
１２…外輪 １２ａ…外輪のボール案内溝 １３…内輪 １３ａ…内輪のボール案内溝
２０…ベアリングシールド板
３０…ベアリング構造体 ４０…フラーレン薄膜

Claims (10)

1. 複数個のベアリング転動体と、該ベアリング転動体を各々滑動可能に非接触状態に保持する複数の孔設部を有するリング状保持輪と、該リング状保持輪の各々孔設部に保持した前記ベアリング転動体を滑動可能に挟持する案内溝を内周に沿って設けた外輪と外周に沿って設けた内輪とによるベアリング軸受体とからなるラジアル玉軸受方式のベアリングにおいて、外輪の内面側及び内輪の外面側に、真空成膜法を用いてフラーレンを蒸着し且つ光重合させることにより成膜されたフラーレン薄膜により耐磨耗性及び耐久性が付与されていることを特徴とするベアリング。
2. 複数個のベアリング転動体と、該ベアリング転動体を各々滑動可能に非接触状態に保持する複数の孔設部を有するリング状保持輪と、該リング状保持輪の各々孔設部に保持した前記ベアリング転動体を滑動可能に挟持する案内溝を内周に沿って設けた外輪と外周に沿って設けた内輪とによるベアリング軸受体とからなるラジアル玉軸受方式のベアリングにおいて、外輪の内面側及び内輪の外面側に、真空成膜法を用いてフラーレンを蒸着し且つ光重合させることにより成膜されたフラーレン薄膜により導電性が付与されていることを特徴とするベアリング。
3. 複数個のベアリング転動体と、該ベアリング転動体を各々滑動可能に非接触状態に保持する複数の孔設部を有するリング状保持輪と、該リング状保持輪の各々孔設部に保持した前記ベアリング転動体を滑動可能に挟持する案内溝を内周に沿って設けた外輪と外周に沿って設けた内輪とによるベアリング軸受体とからなるラジアル玉軸受方式のベアリングにおいて、外輪の内面側及び内輪の外面側に、真空成膜法を用いてフラーレンを蒸着し且つ光重合させることにより成膜されたフラーレン薄膜により耐磨耗性と耐久性と導電性とが付与されていることを特徴とするベアリング。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載のベアリングにおいて、前記ベアリング転動体の表面に真空成膜法を用いてフラーレンを蒸着し且つ光重合させることにより成膜されたフラーレン薄膜により耐磨耗性及び耐久性が付与されていることを特徴とするベアリング。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項記載のベアリングにおいて、前記ベアリング転動体の表面に真空成膜法を用いてフラーレンを蒸着し且つ光重合させることにより成膜されたフラーレン薄膜により導電性が付与されていることを特徴とするベアリング。
6. 請求項１乃至３のいずれか１項記載のベアリングにおいて、前記ベアリング転動体の表面に真空成膜法を用いてフラーレンを蒸着し且つ光重合させることにより成膜されたフラーレン薄膜により耐磨耗性と耐久性と導電性とが付与されていることを特徴とするベアリング。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項記載のベアリングが、前記ベアリング転動体に真球ボールを用いたボールベアリング又はコロ状又は針状ニードルを用いたニードルベアリングであることを特徴とするベアリング。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項記載のベアリングが、前記ベアリング転動体に真球ボールを用いたボールベアリングであって、前記ベアリング軸受体のベアリング転動体を滑動可能に案内する外輪の内周と内輪の外周に沿って設けた各々案内溝が、真球ボールの曲率半径に対応する断面円弧型に形成されていることを特徴とするベアリング。
9. 請求項１乃至６のいずれか１項記載のベアリングが、前記ベアリング転動体に真球ボールを用いたボールベアリングであって、前記ベアリング軸受体のベアリング転動体を滑動
   可能に案内する外輪の内周と内輪の外周に沿って設けた各々案内溝が、断面Ｖ字型に形成されて、ボールベアリングとの接触面が最小であることを特徴とするベアリング。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項記載のベアリングにおいて、前記フラーレン薄膜が、分子線エピタキシー法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法等の真空成膜法によりフラーレンＣ６０を蒸着させ、且つ光重合させて薄膜形成されていることを特徴とするベアリング。

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