(57)【要約】【課題】  清浄環境下，真空環境下においても発塵やアウトガスが生じにくく、耐久性に優れる転動装置を提供する。【解決手段】  深溝玉軸受は、外周面に軌道面１ａを有する内輪１と、軌道面１ａに対向する軌道面２ａを内周面に有する外輪２と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配された複数の転動体３と、内輪１と外輪２との間に複数の転動体３を保持する保持器４と、を備えている。内輪１の軌道面１ａ，外輪２の軌道面２ａ，転動体３の転動面３ａ，及び保持器４のポケット面４ａには、潤滑剤を内包するマイクロカプセルを含有する潤滑被膜６が被覆されている。【選択図】  図１
2006064059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転動装置において、
前記内方部材の軌道面，前記外方部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうちの少なくとも一つに、潤滑剤を含有する潤滑被膜が被覆されており、前記潤滑剤のうち少なくとも一部はマイクロカプセルに内包された状態で前記潤滑被膜に含有されていることを特徴とする転動装置。
【請求項２】
前記潤滑剤の２０℃における蒸気圧は１．３３×１０-2Ｐａ以下であり、前記潤滑被膜中の前記マイクロカプセルの含有量は１０質量％以上９５質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受，直動案内軸受（リニアガイド装置），ボールねじ等のような転動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
清浄環境下や真空環境下において使用される転動装置の潤滑剤としてグリースを用いると、グリースに含有される油の蒸発やグリース自体の飛散等によって、潤滑機能の低下や周辺環境の汚染といった問題が生じるおそれがある。そのため、前述のような環境下においては、転動装置の軌道面及び転動体の転動面に固体潤滑剤を被覆することによって潤滑が行われる場合が多く、転動装置の使用条件等によっては無潤滑の場合もあった。
【０００３】
例えば、特許文献１には、官能基を有する含フッ素重合体からなる潤滑薄膜を内外輪の軌道面に備えた転がり軸受が開示されている。
【特許文献１】特開平８−２２６４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述のような固体潤滑剤からなるコーティング膜では、転動体が転動することによってコーティング膜が僅かずつ剥離，欠落して、発塵を生じる場合があるという問題があった。
しかも、前述のようにコーティング膜の剥離や欠落が発生すると、転動，摺接する部位での潤滑作用が低下するおそれがある。その結果、金属同士が接触して凝着が生じたり、転動，摺接する部位で摩耗が促進されたりするので、転がり軸受の寿命が低下するという問題も併せて有していた。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、清浄環境下，真空環境下においても発塵やアウトガスが生じにくく、耐久性に優れる転動装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転動装置において、前記内方部材の軌道面，前記外方部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうちの少なくとも一つに、潤滑剤を含有する潤滑被膜が被覆されており、前記潤滑剤のうち少なくとも一部はマイクロカプセルに内包された状態で前記潤滑被膜に含有されていることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る請求項２の転動装置は、請求項１に記載の転動装置において、前記潤滑剤の２０℃における蒸気圧は１．３３×１０-2Ｐａ以下であり、前記潤滑被膜中の前記マイクロカプセルの含有量は１０質量％以上９５質量％以下であることを特徴とする。  なお、本発明は種々の転動装置に適用することができる。例えば、転がり軸受，ボールねじ，リニアガイド装置，直動ベアリング等である。
【０００７】
また、本発明における内方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には内輪、同じくボールねじの場合にはねじ軸、同じくリニアガイド装置の場合には案内レール、同じく直動ベアリングの場合には軸をそれぞれ意味する。また、外方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には外輪、同じくボールねじの場合にはナット、同じくリニアガイド装置の場合にはスライダ、同じく直動ベアリングの場合には外筒をそれぞれ意味する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の転動装置は、清浄環境下，真空環境下においても発塵やアウトガスが生じにくく、耐久性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に係る転動装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態である深溝玉軸受の部分縦断面図である。
この玉軸受は、外周面に軌道面１ａを有する内輪１と、軌道面１ａに対向する軌道面２ａを内周面に有する外輪２と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配された複数の転動体（玉）３と、内輪１と外輪２との間に複数の転動体３を保持する保持器４と、を備えている。
【００１０】
内輪１，外輪２，転動体３，及び保持器４は、いずれも耐食性材料で構成されている。内輪１及び外輪２の材料としては、例えば、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ，１３Ｃｒ系ステンレス鋼等のマルテンサイト系ステンレス鋼に適当な硬化熱処理を施したものや、析出硬化型ステンレス鋼ＳＵＳ６３０，ＳＵＳ３１６に表面硬化処理を施したものがあげられる。
【００１１】
また、転動体３の材料としては、前述の内輪１及び外輪２の材料と同様の鋼材の他、セラミックス材や超硬合金等のサーメットがあげられる。なお、セラミックス材としては、窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）を主体とするものの他、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ），炭化ケイ素（ＳｉＣ），ジルコニア（ＺｒＯ2 ）等を主体とするものが好ましい。
さらに、保持器４の材料としては、例えば、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼や高分子材料があげられる。
【００１２】
このような玉軸受は、内輪１の軌道面１ａを含む外周面、外輪２の軌道面２ａを含む内周面、転動体３の転動面３ａ、及び保持器４のポケットのうち転動体３と転がり接触する部分４ａ（以降は、ポケット面４ａと記す）に、潤滑剤とマイクロカプセルとからなる潤滑被膜６が被覆されている。この潤滑剤は、官能基を有する含フッ素重合体であり、その２０℃における蒸気圧は１．３３×１０-2Ｐａ以下である。また、マイクロカプセルには同種の潤滑剤が内包されており、潤滑被膜６中のマイクロカプセルの含有量（内包されている潤滑剤の質量もマイクロカプセルの質量として計算した含有量）は１０質量％以上９５質量％以下である。なお、潤滑剤の２０℃における蒸気圧が１．３３×１０-2Ｐａ超過であると、アウトガスが増加するという不都合が生じるおそれがある。
【００１３】
官能基を有する含フッ素重合体の具体例としては、デュポン社製のクライトックス１５７ＦＳＬ，１５７ＦＳＭ，１５７ＦＳＨ、ダイキン工業社製のデムナム変性品ＳＡ，ＳＨ，ＳＹ−３，ＳＰ、アウジモント社製のフォンブリンＺ  ＤＥＡＬ，Ｚ  ＤＩＡＣ，Ｚ  ＤＩＳＣＯ，Ｚ  ＤＯＬ，Ｚ  ＤＯＬ  ＴＸ２０００等があげられる。
ただし、この潤滑剤の種類は、上記のような官能基を有する含フッ素重合体に限定されるものではなく、例えば、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ），シクロペンタン類，ポリフェニルエーテル類も使用可能である。
【００１４】
ＰＦＰＥの具体例としては、デュポン社製のクライトックス１４３ＡＢ，１４３ＡＣ，１４３ＡＤ、アウジモント社製のフォンブリンＹＨＶＡＣ１８／８，２５／９，４０／１１，１４０／１３，Ｚ２５，Ｚ６０、ダイキン工業社製のＳ−６５，Ｓ−１００，Ｓ−２００があげられる。
また、シクロペンタン類の具体例としては、トリ（２−オクチルドデシル）シクロペンタン，トリ−ｎ−オクチルシクロペンタン，テトラ−ｎ−オクチルシクロペンタン，ペンタ−ｎ−オクチルシクロペンタン，トリ−ｎ−ノニルシクロペンタン，ペンタ−ｎ−ノニルシクロペンタン，ペンタ−ｎ−デシルシクロペンタン，ペンタ−ｎ−ドデシルシクロペンタン，テトラ−２−エチルヘキシルシクロペンタンがあげられる。
【００１５】
さらに、ポリフェニルエーテル類の具体例としては、テトラフェニルエーテル，ペンタフェニルエーテル，アルキルジフェニルエーテル，モノアルキルトリフェニルエーテル，モノアルキルテトラフェニルエーテル，ジアルキルテトラフェニルエーテルがあげられる。
また、マイクロカプセルを構成する材料は特に限定されるものではないが、熱可塑性樹脂，熱硬化性樹脂等の樹脂を含有する樹脂組成物が好ましい。具体例としては、ポリウレタン系樹脂組成物，ポリエステル系樹脂組成物，ポリアミド系樹脂組成物，ポリウレア系樹脂組成物，フェノール系樹脂組成物，ポリビニルアルコール系樹脂組成物，メラミン系樹脂組成物，ポリエチレン系樹脂組成物，ポリスチレン系樹脂組成物，セルロース，ゼラチン等があげられる。
【００１６】
マイクロカプセルを製造する方法は特に限定されるものではなく、内包物質の性質やマイクロカプセルを構成する材料の性質等を考慮して選択される。具体例としては、界面重合法，ｉｎ  ｓｉｔｕ重合法，相分離法，液中乾燥法，オリフィス法，スプレードライ法，気中懸濁被覆法，ハイブリダンザー法等があげられる。
均一な粒径を有するマイクロカプセルを製造するためには、マイクロカプセルの製造条件を適宜調整することが好ましいが、粒度分布を有するマイクロカプセルから、遠心分離法やフィルター法によって均一な粒径を有するマイクロカプセルを分離してもよい。
【００１７】
マイクロカプセルの粒径は、０．１μｍ以上５μｍ以下とすることが好ましい。０．１μｍ未満であると、内包される潤滑剤の量が少なくなり、十分な効果が得られないという問題が生じるおそれがある。一方、５μｍ超過であると、潤滑被膜の被覆処理時にマイクロカプセルが偏在しやすくなり、均一な被膜が形成されにくいという問題が生じるおそれがある。
【００１８】
また、潤滑被膜の膜厚は特に限定されるものではないが、０．２μｍ未満であると潤滑性が不十分となって軸受の耐久性が低下するおそれがある。一方、５μｍ超過であると、潤滑性は十分となるものの、軸受の発塵量が多くなるおそれがある。よって、潤滑被膜の膜厚は０．２μｍ以上５μｍ以下とすることが好ましい。
このような本実施形態の玉軸受は、潤滑剤が内包されたマイクロカプセルを含有する潤滑被膜６を備えているので、比較的大きな荷重が負荷されるような場合でも、発塵量が少なく、半導体製造装置等に使用される転がり軸受のようなパーティクルを極端に嫌う環境下において使用される転がり軸受に適用可能である（半導体製品の歩留まり向上に寄与する）。
【００１９】
また、玉軸受の転動，摺接する部位において金属同士が無潤滑で接触する状態となりにくく、該部位に常に潤滑剤が付着している状態が維持される。よって、該部位において凝着や摩耗が起こる可能性が低いので、耐久性に優れ且つ低発塵である。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００２０】
例えば、潤滑被膜６は、軌道面１ａ，軌道面２ａ，及び転動体３の転動面３ａのうちの少なくとも一つに被覆されていれば、軸受の耐久性及び発塵性を良好なものにできる。また、保持器４のポケット面４ａには、潤滑被膜６を形成しなくてもよい。さらに、深溝玉軸受は、保持器４を備えていない構成としてもよい。
また、潤滑被膜６を構成する潤滑剤と、マイクロカプセルに内包された潤滑剤とを、別種のものとしてもよい。
【００２１】
さらに、本実施形態においては転動装置の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、本発明は、他の種類の様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。
【００２２】
さらに、本発明は、転がり軸受に限らず、他の種類の様々な転動装置に対して適用することができる。例えば、ボールねじ，直動案内軸受（リニアガイド装置），直動ベアリング等である。
さらに、本発明における潤滑被膜を摺動部材に適用することもできる。ここで摺動部材とは、摺動抵抗を受ける表面で運動する部材を意味する。そして、摺動部材は円筒面，球面，平面等において接触運動を行う機械部品であって、例えば、自動車のエンジンを構成するカム及びカムフォロア，燃料噴射装置，フリクションプレート，クラッチ部品，軸受のリテーナがあげられる。
【００２３】
〔実施例〕
さらに具体的な実施例を示して、本発明を説明する。まず、潤滑剤を内包するマイクロカプセルの製造方法を示す。
潤滑剤である官能基を有する含フッ素重合体（２０℃における蒸気圧は１．３３×１０-2Ｐａ以下である）１００質量部にヘキサメチレンジイソシアネート８０質量部を溶解させたものと、純水９００質量部にポリビニルアルコール９質量部を溶解させたものとを混合し、回転速度８０００ｒｐｍで攪拌して乳化させた。この乳化液に、多価アルコールであるトリメチロールプロパン３５質量部を撹拌しながら添加し、６０℃に昇温した。そして、 架橋剤である４，４’−メチレンビス（２−クロロアニリン）１０質量部を加えて３０分間反応させ、潤滑剤を内包しウレタンエラトマーで構成されるマイクロカプセルを製造した。そして、遠心分離機でマイクロカプセルのみを分離した後、分級及び乾燥を行って平均粒径０．１μｍ以上２μｍ以下のマイクロカプセルを得た。
得られたマイクロカプセルを、マイクロカプセルに内包したものと同種の潤滑剤に添加して、潤滑被膜を形成するための潤滑組成物を得た。このとき、潤滑組成物中のマイクロカプセルの含有量は６０質量％である。
【００２４】
次に、潤滑被膜の形成方法の一例を、図１を参照しながら説明する。
玉軸受を完成状態に組み立て、有機溶剤（石油ベンジン，メタノール，アセトン等）で洗浄，乾燥する。そして、潤滑被膜６を形成するための前述の潤滑組成物を玉軸受の内輪１の軌道面１ａと外輪２の軌道面２ａとにスポイト等を用いて数滴注入する。そして、玉軸受を数回回転させることにより、内輪１の外周面，外輪２の内周面，転動体３の転動面３ａ，及び保持器４のポケット面４ａに潤滑組成物が塗布される。なお、この潤滑組成物の塗布は、潤滑組成物の噴霧や、潤滑組成物への玉軸受の浸漬により行ってもよく、前記潤滑組成物の塗布方法は特に限定されるものではない。
【００２５】
次に、潤滑組成物を塗布した玉軸受の全体を常温乾燥させた後、恒温槽等に入れ熱処理を施すことによって、内輪１の外周面，外輪２の内周面，転動体３の転動面３ａ，及び保持器４のポケット面４ａに潤滑被膜６を形成させる。なお、このような潤滑被膜６を設ける処理は、必要に応じて数回繰り返してもよい。
次に、上記と同様の構成の玉軸受（呼び番号６０８、内径：８ｍｍ、外径：２２ｍｍ、幅：７ｍｍ）において、潤滑被膜の種類を種々変更して、真空中における耐久性及び発塵性を試験した。なお、内輪及び外輪の材質はＳＵＳ４４０Ｃであり、保持器の材質はＳＵＳ３０４である。
【００２６】
耐久性試験は、図２に示す装置を用いて行った。図２中の符号３１は供試体である玉軸受、符号３２は回転軸、符号３３は軸受ハウジング、符号３４は荷重付与用コイルばね（荷重は９８Ｎ）、符号３５は継手、符号３６はＡＣサーボモータ、符号３７は真空チャンバ、符号３８は磁気シールユニット、符号３９はヒータ、符号４０は軸受温度測定用熱電対、符号４１はダストセンサを示している。
【００２７】
試験条件を以下に示し、試験結果を図４のグラフに示す。なお、軸受の振動値が初期値の２倍になった時点を、その軸受の寿命として評価した。また、図４のグラフに示した寿命は、潤滑被膜６中のマイクロカプセルの含有量が０質量％である玉軸受の寿命を１とした場合の相対値で示してある。
回転速度：１０００ｍｉｎ-1
アキシアル荷重：１００Ｎ
雰囲気  ：真空（１×１０-4Ｐａ以下）
環境温度：室温  
図４のグラフから、潤滑被膜６中のマイクロカプセルの含有量が多い方が、玉軸受は長寿命であることが分かる。
【００２８】
次に、発塵性試験について説明する。発塵性試験は、図３に示す軸受回転試験機（日本精工株式会社製）を用いて行った。
玉軸受５０の内輪５０ａを軸受回転試験機のスピンドル軸（ＳＵＳ４４０Ｃ製）５１に取り付けるとともに、外輪５０ｂをハウジング５２の内周面に固定し、ハウジング５２をヒータ５３によって約６０℃の温度まで断続的に加熱した。このとき、玉軸受５０へ負荷されるアキシアル荷重は、スプリング５５により調整可能となっている。
【００２９】
そして、スピンドル軸５１の一端には磁性流体シールユニット５６が設けられ、スピンドル軸５１にはモータ５４の回転トルクがプーリ５７，ベルト５８，プーリ５９，及び磁性流体シールユニット５６を介して伝わるようになっている。一方、玉軸受５０の外輪５０ｂはハウジング５２を介して微小荷重変換器６０に接続されており、したがって、微小荷重変換器６０を用いて玉軸受５０のトルクを測定できるようになっている。
【００３０】
また、玉軸受５０は容器６１及び隔壁６２に囲まれ、その空間の底部はレーザ光散乱式パーティクルカウンタ６３に接続されている。一方、この囲まれた空間の上部には、フィルタ６４を介して空気導入口６５が設けられている。そして、空気導入口６５から容器６１及び隔壁６２で囲まれた空間に清浄な空気を所定の流量で供給することにより、空気導入口６５からパーティクルカウンタ６３へ向けて気流が生じるため、玉軸受５０から生じる発塵（潤滑剤，摩耗粉等）の量をパーティクルカウンタ６３で検出できるようになっている。
【００３１】
試験条件を以下に示し、試験結果を図４のグラフに示す。なお、図４のグラフに示した発塵量は、潤滑被膜６中のマイクロカプセルの含有量が０質量％である玉軸受の発塵量を１とした場合の相対値で示してある。
回転速度：１０００ｍｉｎ-1
アキシアル荷重：２０Ｎ
雰囲気  ：真空（１×１０-4Ｐａ以下）
環境温度：室温
【００３２】
図４のグラフから、潤滑被膜６中のマイクロカプセルの含有量が少ない方が、玉軸受の発塵量が少ないことが分かる。
これらの耐久性試験と発塵性試験の結果から、耐久性と発塵性の両方を優れたものとするためには、潤滑被膜６中のマイクロカプセルの含有量を１０質量％以上９５質量％以下とすることが好ましいことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の転動装置は、清浄環境下，真空環境下においても好適に使用可能であるので、例えば半導体製造設備，液晶パネル製造設備等において好適に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る転動装置の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。
【図２】転がり軸受の耐久性を試験する試験機の概略図である。
【図３】転がり軸受の発塵性を試験する軸受回転試験機の概略図である。
【図４】潤滑被膜中のマイクロカプセルの含有量と耐久性及び発塵性との相関を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１      内輪
１ａ    軌道面
２      外輪
２ａ    軌道面
３      転動体
３ａ    転動面
４      保持器
４ａ    ポケット面
６      潤滑被膜
【図１】
2006064059.tif 000003
【図２】
2006064059.tif 000004
【図３】
2006064059.tif 000005
【図４】
2006064059.tif 000006