(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪との間に挿設される転がり軸受の玉の表面に残留した物質をスパッタ装置内でスパッタエッチングにより除去し表面を荒らす第１の工程と、
前記第１の工程で処理された玉の表面上に二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンをスパッタにより０．０１〜０．１μｍの膜厚に形成する第２の工程と、
を有する転がり軸受の玉への固体潤滑膜形成方法において、
前記スパッタ装置内から取り出し前記第２の工程で被膜処理された玉と、前記被膜処理された玉の表面に接触させた自己潤滑性材料からなる第１のリング材と第２のリング材および保持器を備えたスラスト型の仮組立軸受を構成し、両リング材のうち、少なくとも一方のリング材に前記被膜処理された玉と互いに向かい合う面で接触する弧状の軌道溝を形成し、前記仮組立軸受の両端に設けた両リング材の向かい合う面の何れか一方を前記被膜処理された玉に押圧させた状態で、前記被膜処理された玉が回転するように移動させることにより前記両リング材から前記被膜処理された玉に移着させて潤滑膜を形成する第３の工程を有することを特徴とする転がり軸受の玉への固体潤滑膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は転がり軸受に係わり、特に高真空、高温、低温、放射性雰囲気などのようにグリースや油で潤滑できない環境や油の存在が好ましくない環境での使用に適する転がり軸受の玉への固体潤滑膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高真空、高温、低温、放射性雰囲気等のようにグリースや油で潤滑できない所や油の存在が好ましくない場所では、一般的に固体潤滑が採用されている。固体潤滑の方法としては玉および内輪、外輪の軌道溝に二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥと略す）、金、銀などの固体潤滑剤を蒸着、スパッタ、イオンプレーティング、メッキ、焼き付けおよびバーニッシュ（機械的な押しつけ）などの方法が提案されている。
例えば、特開平２ー２４５５１４号公報に記載されているように、コーティングの手段としてスパッタによる技術が用いられ、特開昭５３ー１３８９８９号および特開昭５５ー５７７１７号公報には、イオンプレーティングによる技術が用いられている。
また、特開昭５１ー４２８４７号公報に記載されているように、玉表面に金、銀等の潤滑性金属のメッキを施す技術が用いられている。
また、特開平６ー１０９０２２号公報および特開平６ー１５９３７３号公報には固体潤滑剤の微粉末をボールミル、バレル加工およびショットピーニング等の機械的エネルギを利用して軸受部品にコーティングする技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来の固体潤滑剤のコーティング方法においては次のような問題点、課題がある。
（１）スパッタやイオンプレーティングで玉表面に固体潤滑剤をコーティングする場合、強固に付着する膜厚は、約０．２μｍ以下であり、その範囲内では膜厚が増すほど軸受寿命が延びる。ところが製造時に膜厚が均一になりにくいことや玉の表面粗さのばらつきを考慮して、固体潤滑剤の膜厚は０．２μｍ以上にするのが一般的である。このように膜厚を増すと約０．２μｍ以上についた膜は付着力が弱くなるため、軸受を回転したときに潤滑膜が容易に摩耗して、発塵となって軸受外に多量の塵となって出てくるという問題があった。
このように固体潤滑膜をコーティングした玉をテフロンのような自己潤滑性材料からなる保持器をもつ軸受に組み込み、回転させると玉の表面に保持器材が移着して薄い膜が出来るが、下地材の固体潤滑剤の膜厚が厚すぎて強固に付着していないため、移着膜も容易に剥離が起こってしまい、発塵が多かったり耐久性が短いなどの問題があった。
（２）電気メッキでコーティングする場合は、金属電極との距離でメッキ厚さが大きく影響を受け、かつ玉にも電極を設置しなければならないため、電極設置部分はメッキされないという問題があった。
（３）固体潤滑剤の微粉末を機械的エネルギでコーティングする方法では、コーティングするときのエネルギで軸受表面が傷ついたり、コーティングされた膜は固体潤滑剤の微粉末が重なって表面に係留している状態なので、膜は剥がれ易くそのため軸受の寿命が短かったり、発塵が多いという問題があった。
そこで、本発明は玉表面に固体潤滑膜を強固に付着させるとともに、回転時に発塵が少なく、さらに  耐久性に優れる転がり軸受の玉への固体潤滑膜形成方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の本発明は、内輪と外輪との間に挿設される転がり軸受の玉の表面に残留した物質をスパッタ装置内でスパッタエッチングにより除去し表面を荒らす第１の工程と、前記第１の工程で処理された玉の表面上に二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンをスパッタにより０．０１〜０．１μｍの膜厚に形成する第２の工程と、を有する転がり軸受の玉への固体潤滑膜形成方法において、前記スパッタ装置内から取り出し前記第２の工程で被膜処理された玉と、前記被膜処理された玉の表面に接触させた自己潤滑性材料からなる第１のリング材と第２のリング材および保持器を備えたスラスト型の仮組立軸受を構成し、両リング材のうち、少なくとも一方のリング材に前記被膜処理された玉と互いに向かい合う面で接触する弧状の軌道溝を形成し、前記仮組立軸受の両端に設けた両リング材の向かい合う面の何れか一方を前記被膜処理された玉に押圧させた状態で、前記被膜処理された玉が回転するように移動させることにより前記両リング材から前記被膜処理された玉に移着させて潤滑膜を形成する第３の工程を有することを特徴としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態を示す転がり軸受の玉への固体潤滑形成方法のうち、スパッタエッチングとスパッタに用いるスパッタ装置の断面図である。図において、１は玉、２はスパッタ装置、２１は回転基板、２２は皿、２３は固定基板、２４は二硫化モリブデンターゲット、２５は真空チャンバ、２６は二硫化モリブデン膜である。
まず、最初に第１の工程として軸受型番＃６０８（内径φ８、外径φ２２、幅７）用の玉１（直径５／３２″、材質  ステンレスＳＵＳ４４０Ｃ）を軸受２セット分の１４個準備し、玉１に付着した酸化膜や吸着膜、あるいは塵などを十分に溶剤で洗浄する。次に、スパッタダウンのスパッタ装置２を使って、回転基板２１の上に内径φ６０、高さ１５の皿２２を固定し、その中に洗浄・乾燥した１４個の玉１を入れる。固定基板２３に配設されたターゲット２４には純度９９％の二硫化モリブデンのバルクを用いる。まず、真空チャンバ２５内を真空引きして、真空度が落ち着いてきたら、回転基板２１を４ｒ／ｍｉｎで１０秒間回転、２秒間停止のサイクルで稼動する。３分経過後、スパッタエッチングを開始し、１０分間その状態に保持する。時間がきたらスパッタエッチングを停止して３分経過後、続いて第２の工程としてスパッタに入る。この間、回転基板２１は前記サイクルで稼動したままの状態にしておく。この時、玉１表面に付着させる膜厚はスパッタする時間で管理する。このようにして二硫化モリブデンの膜厚（μｍ）を０．００５、０．００８、０．０１、０．０５、０．１、０．１５および０．３にスパッタした玉１をそれぞれ１４個（軸受＃６０８の２セット分）ずつ準備した。
【０００６】
次に第３の工程として、図２に示すスラスト軸受３（ＮＳＫ型番＃51200、内径φ１０、外径φ２６、幅１１）を準備する。なお、図１の（ａ）はスラスト軸受の側断面図、（ｂ）は（ａ）に関するＡＡ’矢視図を示したものである。
スラスト軸受３はその構成要素である第１のリング材である内輪３１、第２のリング材である外輪３２および保持器３３の材質を、二硫化モリブデンを５０％、ガラス繊維を５％添加したＰＴＦＥとしたものを使用した。このスラスト軸受３に前記の二硫化モリブデン膜２６がスパッタされた玉１を組み込んで仮組立軸受とし、真空チャンバ内の稼動軸に取り付ける。このような状態で内輪３１を固定し、外輪３２をスパッタされた玉１に押圧させた状態でスラスト荷重５ｋｇｆをかけて、真空度が１０-4Ｐａになったら、１，２００ｒ／ｍｉｎで外輪３２を１時間回転させる。その後回転を停止して、玉１を取り出す。玉１の表面には二硫化モリブデン膜２６があるが、さらにその上にＰＴＦＥ複合材料の移着膜３４が付いている。
なお、このスラスト軸受３はその両端に設けた内輪３１と外輪３２のうち、少なくとも一方にスパッタされた玉１と互いに向かい合う面で接触する弧状の軌道溝を形成させる構成とし、内輪３１、外輪３２の向かい合う面はその何れか一方を固定し、他方を回転させるようにしたものである。また、スラスト軸受３のリング材３１、３２および保持器３３の材質はＰＴＦＥに替えて、二硫化モリブデンを２０％とＰＴＦＥを２０％を含んだポリエ−テルエ−テルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、二硫化モリブデンを１５％添加したポリイミド樹脂、あるいは鉛１０％、すず１０％、銅８０％からなる鉛青銅鋳物、ＰＴＦＥを２０％含んだポリイミド樹脂などを使用しても良い。
【０００７】
上記の第３の処理工程にて、これらの二硫化モリブデン膜の上にＰＴＦＥ複合材料の移着膜が形成された玉１を仮組立軸受であるスラスト軸受３から取り外し、十分に溶剤で洗浄されたステンレス製の被試験用のラジアル軸受（型番＃６０８）４に組み込んで、真空中で発塵試験を行った。発塵量測定装置５を図３に示す。モータ５１のロータ５２が垂直になるようにして、ロータ５２の支持に前記のとおり製作した２個ずつの玉軸受４、４１を取りつけた。モータ５１の内部は１０-4Ｐａの真空になっている。２．７ｋｇｆのスラスト荷重をバネ５３で軸受４にかけて、モータ５１を１，２００ｒ／ｍｉｎで回転させたときに、軸受４から発生する塵を、下部の玉軸受４１の下方に設置したレーザ式のパーティクルカウンタ５４（最高測定感度０．２７μｍ）で測定した。
【０００８】
図４に８時間測定したときの０．２７μｍ以上の塵のカウント総数と二硫化モリブデンの膜厚との関係を示す。二硫化モリブデンの膜厚が０．０１〜０．１μｍの間では軸受からの発塵は比較的少ない。二硫化モリブデンの膜厚が０．０１μｍ未満および０．１μｍを越えると発塵が多い。０．０１μｍ未満では玉軸受の潤滑としてＰＴＦＥ複合材料が支配的になり、０．１μｍを越えると二硫化モリブデンからの発塵があると考える。
このようにまず玉１に０．０１μｍ〜０．１μｍの膜厚の二硫化モリブデン膜２５をスパッタして、その玉１の表面に固体潤滑剤の移着膜３４を処理して、固体潤滑玉軸受４を構成すると、非常に発塵の少ない玉軸受を提供することが出来る。なお、実施例では、スパッタする固体潤滑剤として二硫化モリブデンを挙げたが、二硫化タングステンなどの他の層状構造物質でも良い。
【０００９】
上記スパッタエッチングにより、玉表面は全面にわたってほぼ均一に０．０１〜０．３μｍ程度に荒らされて、その面に膜厚０．０１〜０．１μｍの二硫化モリブデンがスパッタされ、さらにその表面に自己潤滑性材料の移着膜が処理されるので、二硫化モリブデン膜は強固に付着しており、また移着膜も荒らされた面の谷間に食い込む。したがって、玉軸受に組み込まれて回転するときの保持器および転走面との接触による摩耗は非常に少なくなるので、発塵が少ない転がり軸受の玉への固体潤滑膜形成方法を提供することができる。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、玉表面に固体潤滑膜を強固に付着させ、回転時に発塵の少ない、耐久性に優れる高信頼性の転がり軸受の玉への固体潤滑膜形成方法を得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すスパッタ装置の断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態を示すスラスト軸受の側断面図、（ｂ）は（ａ）に関するＡＡ’矢視図である。
【図３】発塵量測定装置を示す断面図である。
【図４】二硫化モリブデンのスパッタ膜厚と発塵カウント数の関係を示す図である。
【符号の説明】
１：玉、２：スパッタ装置、２１：回転基板、
２２：皿、２３：回転基板、
２４：二硫化モリブデンターゲット、
２５：真空チャンバ、２６：二硫化モリブデン膜、
３：スラスト軸受、３１：内輪、３２：外輪、
３３：保持器、３４：ＰＴＦＥの移着膜、
４、４１：玉軸受、５：発塵量測定装置、
５１：モータ、５２：ロータ、５３：バネ、
５４：パーティクルカウンタ
【図１】
0003729217.tif 000002
【図２】
0003729217.tif 000003
【図３】
0003729217.tif 000004
【図４】
0003729217.tif 000005