(57)【要約】  【課題】  焼結に代わるセラミックス材料の適用手段を検討し、焼結されたセラミックスと同等の機能を有するセラミックス膜を形成することにより、耐フレッチング性、軸受寿命、絶縁性等が向上した転がり軸受を提供することを目的とする。  【解決手段】  外輪と、内輪と、当該外輪及び当該内輪との間に配置された複数個の転動体と、を備えた転がり軸受であって、（Ａ）前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面及び／又は（Ｂ）前記転動体に、エアロゾルデポジション法によるセラミックス膜が形成されていることを特徴とする転がり軸受により解決する。【選択図】    図１
2006170317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪と、内輪と、当該外輪及び当該内輪との間に配置された複数個の転動体と、を備えた転がり軸受であって、
（Ａ）前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面及び／又は（Ｂ）前記転動体に、エアロゾルデポジション法によるセラミックス膜が形成されていることを特徴とする
転がり軸受。
【請求項２】
前記セラミックス膜が、前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面にそれぞれ設けられた軌道面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記セラミックス膜は、その表面が切削加工されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記外輪及び前記内輪は、軸受鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の転がり軸受。
【請求項５】
前記転動体は、軸受鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼又はセラミックスのいずれかからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の転がり軸受。
【請求項６】
外輪と、内輪と、当該外輪及び当該内輪との間に配置された複数個の転動体と、を備えた転がり軸受の製造方法であって、
（Ａ）前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面及び／又は（Ｂ）前記転動体に、エアロゾルデポジション法により、セラミックス膜を形成することを特徴とする
転がり軸受の製造方法。
【請求項７】
前記エアロゾルデポジション法におけるセラミックス微粒子の速度が、３００〜１０００ｍ／ｓｅｃであることを特徴とする請求項６記載の転がり軸受の製造方法。
【請求項８】
前記セラミックス微粒子の平均粒子径が、１０〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項７記載の転がり軸受の製造方法。
【請求項９】
前記セラミックス膜の膜厚が、０．５μｍ〜１０００μｍであることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項記載の転がり軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転がり軸受に関し、特に、焼結工程を経ずに形成されたセラミックス膜を備えた転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の転がり軸受は、耐フレッチング性や軸受寿命等を向上する目的で、外輪及び／又は内輪の材料として、軸受鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼等が用いられている。また、転動体の材料として、軸受鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼又はセラミックス等が用いられている。そして、これら外輪、内輪並びに転動体の材料は、転がり軸受の用途に応じて適宜組み合わせることにより、その用途に要求される機能を満たしてきた。
【０００３】
更には、近年、転動体表面にチッ化処理等を施し、硬質膜を形成することで転がり軸受の機能を向上したものがある（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平０９−２８７０５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来は、耐フレッチング性や軸受寿命等の向上にセラミックス製の転動体を用いるのが一般的であったが、セラミックス製の転動体は、転動体の製造工程中に金属異物が混入したり、焼結助剤が転動体に偏析したり、ポア（気孔）を起点とした欠陥支配型の軸受寿命限界となるため、これ以上の性能の向上が見込めないという状況であった。
【０００５】
一方、セラミックス材料を内輪、外輪に適用して、内輪、外輪に設けられた軌道面にセラミックス膜を形成する場合、一般的にセラミックス材料は1000℃以上で焼き固める工程（焼結工程）が必要であるため、焼結工程やそれに伴うコストが大きな負担となっていた。
【０００６】
従って、本発明は、焼結に代わるセラミックス材料の適用手段を検討し、焼結されたセラミックス膜と比較して、耐フレッチング性、軸受寿命、絶縁性等が向上した転がり軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決すべく、外輪と、内輪と、当該外輪及び当該内輪との間に配置された複数個の転動体と、を備えた転がり軸受であって、（Ａ）前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面及び／又は（Ｂ）前記転動体に、エアロゾルデポジション法によるセラミックス膜が形成されていることを特徴とする転がり軸受を提供するものである。
【０００８】
このような構成とすることにより、焼結工程を経ることなくセラミックス膜を形成することができるとともに、焼結工程を経たセラミックス膜と比較して、耐フレッチング性、軸受寿命、絶縁性等が向上した転がり軸受を提供することができる。また、エアロゾルデポジション法で形成されたセラミックス膜は、ポア（気孔）がほとんど形成されないため、欠陥支配型（剥離）等による寿命限界がない。
【０００９】
上記発明の好ましい態様は以下のとおりである。前記セラミックス膜は、前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面にそれぞれ設けられた軌道面に形成されていることが好ましい。少なくとも前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面にそれぞれ設けられた軌道面にセラミックス膜が形成されれば、上記課題を解決することができる。
【００１０】
また、前記セラミックス膜は、その表面が切削加工されてなることが好ましい。前記セラミックス膜の表面に切削加工を施すことにより数ｎｍレベルの平滑性を得ることができ、転がり軸受の音響特性の向上を図ることができる。
【００１１】
前記外輪及び前記内輪は、軸受鋼又はマルテンサイト系ステンレス鋼からなることが好ましい。また、前記転動体は、軸受鋼、マルテンサイト系ステンレス又はセラミックスのいずれかからなることが好ましい。このように、外輪、内輪及び転動体の材料を適宜選択することにより、更に耐フレッチング性等を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明は、外輪と、内輪と、当該外輪及び当該内輪との間に配置された複数個の転動体と、を備えた転がり軸受の製造方法であって、（Ａ）前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面及び／又は（Ｂ）前記転動体に、エアロゾルデポジション法により、セラミックス膜を形成することを特徴とする転がり軸受の製造方法を提供するものである。
上記発明の好ましい態様は以下のとおりである。前記エアロゾルデポジション法におけるセラミックス微粒子の速度は、３００〜１０００ｍ／ｓｅｃであることが好ましい。前記セラミックス微粒子の平均粒子径は、１０〜２００ｎｍであることが好ましい。前記セラミックス膜の膜厚は、０．５μｍ〜１０００μｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、外輪の内周面、内輪の外周面及び転動体の表面に、エアロゾルデポジション法によりセラミックス膜を形成するため、従来必要された1000℃以上の焼結工程を経ることなく常温でセラミックス膜を形成することができる。また、得られるセラミックス膜は焼結により形成されたセラミックス膜と比較して、耐フレッチング性、軸受寿命、絶縁性等が向上した転がり軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る転がり軸受を説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受の部分断面図である。図１に記載されている転がり軸受１は、外輪１０と、内輪１２と、外輪１０及び内輪１２との間に配置された複数個の転動体としての複数個の玉１４と、複数個の玉１４をそれぞれ所定間隔に分離する保持器１６とを備えている。そして、外輪１０及び内輪１２のそれぞれの軌道面１３（外輪１０側の軌道面は図示せず）にセラミックス膜２０が形成され、かつ、転動体としての玉１４にもセラミックス膜２０が形成されている。
【００１５】
図２は第２の実施形態に係る転がり軸受２の部分断面図である。図２に記載されている転がり軸受２も、外輪１０及び内輪１２のそれぞれの軌道面１３（外輪１０側の軌道面は図示せず）にセラミックス膜Ｃが形成されている。但し、本実施形態に係る転がり軸受２には、玉１４にセラミックス膜が形成されていない。
【００１６】
図３は第２の実施形態に係る転がり軸受３の部分断面図である。図３に記載されている転がり軸受３は、玉１４にセラミックス膜Ｃが形成されている。但し、外輪１０及び内輪１２のそれぞれの軌道面１３（外輪１０側の軌道面は図示せず）にはセラミックス膜が形成されてない。
【００１７】
セラミックス膜Ｃは、セラミックス膜Ｃを構成する材料の種類によってその性質は異なるが、例えば、セラミックス膜Ｃの構成材料としてαアルミナ微粒子を用いた場合、以下の表に示す電気機械特性を有する。
【００１８】
【表１】
2006170317.tif 000003
【００１９】
一般に、焼結工程を経て形成されたセラミックス膜の電気機械特性は、ビッカース硬度：１４００〜２０００Ｈｖ、ヤング率：３５０〜３８０ＧＰａ、絶縁破壊強さ：１０ｋＶ／ｍｍ以上、体積抵抗率：１．５×１０15Ω・ｃｍ、誘電率：９．９〜１０εである。このことに鑑みれば、本発明の実施形態に係る転がり軸受の外輪、内輪及び／又は玉に形成されたセラミックス膜Ｃは焼結工程を経て形成されたセラミックス膜の電気機械特性と同等若しくは同等以上であるといえる。また、このセラミックス膜Ｃはポア（気孔）が形成されていないため、膜表面の緻密性も高いものとなる。
【００２０】
エアロゾルデポジション法により形成されたセラミックス膜の緻密性が高いことを示す一例を表２に示す。表２は、セラミックス膜の結晶子と粒界相を測定し、エアロゾルデポジション法を使用した場合と、焼結法（従来法）を使用した場合とで比較したものである。
【表２】
2006170317.tif 000004
【００２１】
表２に示すように、セラミックス膜をエアロゾルデポジション法で形成した場合は、焼結法（従来法）で形成した場合と比較して、膜の緻密性が格段に向上していることがわかる。
【００２２】
外輪１０及び内輪１２の材料としては、軸受鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼等を挙げることができる。
【００２３】
転動体の材料としては、軸受鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、セラミックス等を挙げることができる。
【００２４】
次に、セラミックス膜Ｃの形成方法について説明する。図４は図２の外輪１０の軌道面１１及び内輪１２の軌道面１３を示す部分断面図である。図５は（ａ）外輪１０に設けられた軌道面１１にセラミックス膜Ｃを形成する様子を説明する図及び（ｂ）内輪１２に設けられた軌道面１３にセラミックス膜Ｃを形成する様子を説明する図である。
【００２５】
セラミックス膜の形成は、エアロゾルデポジション法によって行われる。エアロゾルデポジション法とは、セラミック微粒子を基板上に高速噴射させ、基板に衝突する衝撃によって膜を形成する方法である。この方法により、常温でセラミックス膜を形成することができる。
【００２６】
即ち、図５に示すように、酸化アルミニウム等のセラミックス微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを搬送し、外輪１０の軌道面１１（図５（ａ）参照）及び内輪１２の軌道面１３（図５（ｂ）参照）に高速で衝突させて（図５に記載の矢印参照）、セラミックス微粒子の一次粒子が破砕した微細断片粒子を生成し、微細断片粒子の軌道面１１，１３への接着あるいは微細断片微粒子同士の接合により、焼成することなく緻密質のセラミックス膜Ｃを形成することができる。
【００２７】
本発明で使用されるエアロゾルデポジション法におけるセラミックス微粒子の速度は、３００〜１０００ｍ／ｓｅｃであることが好ましい。また、セラミックス微粒子の平均粒子径は、１０〜２００ｎｍであることが好ましい。
【００２８】
図６は（ａ）外輪１０の内周面（軌道面１１を含む）にセラミックス膜を形成する様子を説明する図及び（ｂ）内輪１２の外周面（軌道面１３を含む）にセラミックス膜Ｃを形成する様子を説明する図である。図６に示すように、セラミックス膜Ｃは、軌道面１１，１３のみならず、外輪１０の軌道面１１を含む内周面及び内輪１２の軌道面１３を含む外周面の全体にわたり形成してもよい。
【００２９】
図７は転動体としての玉１４にセラミックス膜Ｃを形成する様子を説明する図である。玉１４にセラミックス膜Ｃを形成する場合も、上述の方法と同様の要領でセラミックス膜Ｃを形成することができる。
【００３０】
形成されるセラミックス膜Ｃの膜厚は、転がり軸受１〜３の目的・用途に応じて適宜変更されるが、一般に０．５μｍ〜１０００μｍであることが好ましい。
【００３１】
セラミックス膜の材料であるセラミックス微粒子としては、上記の酸化アルミニウムのほか、チッ化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア等を挙げることができる。
【００３２】
なお、エアロゾルデポジション法の詳細については、特開２００２−３４８６７７号公報に記載の微粒子ビーム堆積法を参考にすることができる。なお、微粒子ビーム堆積法はエアロゾルデポジション法ともいう。
【００３３】
セラミックス膜Ｃの形成後、セラミックス膜Ｃの膜表面に対し簡単な研削を行なえば数ｎｍレベルの平滑性を得ることができる。これにより、転がり軸受１〜３の音響特性を向上させることができる。なお、研削方法は従来公知の研削方法を用いることができる。
【００３４】
以上、本発明の実施形態を玉軸受を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、例えばころ軸受であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受の部分断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る転がり軸受２の部分断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る転がり軸受３の部分断面図である。
【図４】図２の外輪１０の軌道面１１及び内輪１２の軌道面１３を示す部分断面図である。
【図５】（ａ）外輪１０に設けられた軌道面１１にセラミックス膜Ｃを形成する様子を説明する図及び（ｂ）内輪１２に設けられた軌道面１３にセラミックス膜Ｃを形成する様子を説明する図である。
【図６】（ａ）外輪１０の内周面（軌道面１１を含む）にセラミックス膜を形成する様子を説明する図及び（ｂ）内輪１２の外周面（軌道面１３を含む）にセラミックス膜Ｃを形成する様子を説明する図である。
【図７】転動体としての玉１４にセラミックス膜Ｃを形成する様子を説明する図である。
【符号の説明】
【００３６】
１〜３：転がり軸受、１０：外輪、１２：内輪、１１及び１３：軌道面、１４：玉、１６：保持器、Ｃ：セラミックス膜
【図１】
2006170317.tif 000005
【図２】
2006170317.tif 000006
【図３】
2006170317.tif 000007
【図４】
2006170317.tif 000008
【図５】
2006170317.tif 000009
【図６】
2006170317.tif 000010
【図７】
2006170317.tif 000011