(57)【要約】【課題】樹脂製内輪や樹脂製外輪にアキシアル荷重が作用したときに摩耗粉が大量に発生したり、大量に発生した摩耗粉の噛み込みによって転動体の寿命が大幅に低下したりすることを抑制することのできる転がり軸受を提供する。【解決手段】樹脂製内輪２の外周面と樹脂製外輪３の内周面に形成された転動体軌道溝４，５の中央部分の深さを転動体６の直径に対して１８％以上４５％以下とし、転動体軌道溝４，５と転動体６との接触点が転動体軌道溝４，５の肩部に乗り上がり難くした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂組成物からなる内輪と、該内輪の外周に設けられた樹脂製の外輪と、前記内輪の外周面に形成された転動体軌道溝と前記外輪の内周面に形成された転動体軌道溝を前記内輪または前記外輪の回転に伴って転動する多数の球状転動体とを備えた転がり軸受において、
前記転動体軌道溝の中央部分の深さを前記転動体の直径に対して１８％以上４５％以下としたことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記転動体軌道溝は前記内輪及び前記外輪の軸方向に沿う断面形状が前記転動体の直径に対して５０．５％〜５１．９％の曲率でゴシックアーチ状もしくは円弧状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】
前記転動体は前記内輪と前記外輪との間に設けられた保持器により前記内輪及び前記外輪の円周方向に転動自在に保持されてい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】
請求項３記載の転がり軸受において、前記転動体軌道溝の中央部分の深さを前記転動体の直径に対して１８％以上２８％以下としたことを特徴とする転がり軸受。
【請求項５】
前記転動体軌道溝は前記内輪及び前記外輪の軸方向に沿う断面形状が前記転動体の直径に対して５２．２％〜５５％の曲率でゴシックアーチ状もしくは円弧状に形成されていることを特徴とする請求項４記載の転がり軸受。
【請求項６】
前記多数の転動体のうち少なくとも一つの転動体が樹脂組成物から形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の転がり軸受。
【請求項７】
前記多数の転動体のうち少なくとも一つの転動体がポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアセタール樹脂、溶融成形可能な耐食性樹脂、含フッ素樹脂のうちいずれか一つを主成分とする樹脂組成物から形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の転がり軸受。
【請求項８】
前記多数の転動体は非樹脂組成物からなる第１転動体と樹脂組成物からなる第２転動体とからなり、前記第１転動体及び第２転動体は前記内輪と前記外輪との間に交互に配列されてい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９】
請求項８記載の転がり軸受において、前記第２転動体の直径と前記第１転動体の直径との比を０．９８７以上１．０１３以下としたことを特徴とする転がり軸受。
【請求項１０】
前記多数の転動体の全てが樹脂組成物から形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の転がり軸受。
【請求項１１】
前記多数の転動体の全てがポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアセタール樹脂、溶融成形可能な耐食性樹脂、含フッ素樹脂のうちいずれか一つを主成分とする樹脂組成物から形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハ洗浄装置や食品機械などで使用される転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハを洗浄処理するウエハ洗浄装置では、ウエハ搬送機構の回転軸を支持する軸受として、玉軸受等の転がり軸受が使用されているが、このような転がり軸受は、従来、内輪や外輪が鋼等の金属から形成されている場合が多い。このため、水等の洗浄液が飛散して転がり軸受に付着すると、内輪や外輪の転動体軌道溝に酸化鉄等の潤滑剤汚染物質が発生し、この潤滑剤汚染物質によりグリース等の潤滑剤が汚染されることによって転動体が早期に摩耗し易くなる。そこで、内輪や外輪の転動体軌道溝に酸化鉄等の潤滑剤汚染物質が発生するのを抑制するために、内輪及び外輪をポリアセタール等の合成樹脂から形成したものが知られている（特許文献１及び２参照）。
【特許文献１】特開平５−２０２９４３号公報
【特許文献２】特開平９−３０３４０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記文献１及び２に示されたものは、内輪及び外輪が鋼等の金属からなるものと比較して、内輪及び外輪の弾性率が極めて小さいため、アキシアル方向の荷重（以下「アキシアル荷重」と称す）が転動体を介して内輪や外輪に作用すると、内輪の外周面や外輪の内周面に形成された転動体軌道溝が容易に変形し、転動体軌道溝の変形によって転動体と転動体軌道溝との接触点が転動体軌道溝の肩部に乗り上がり、その結果、転動体軌道溝の肩部に発生する応力集中によって摩耗粉が大量に発生して周辺環境を汚染したり、摩耗粉の噛み込みによって転動体の寿命が大幅に低下したりするおそれがあった。
【０００４】
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、転動体と転動体軌道溝との接触点が転動体軌道溝の肩部に乗り上がることによって摩耗粉が大量に発生したり、大量に発生した摩耗粉の噛み込みによって転動体の寿命が大幅に低下したりすることを抑制することのできる転がり軸受を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、樹脂組成物からなる内輪と、該内輪の外周に設けられた樹脂製の外輪と、前記内輪の外周面に形成された転動体軌道溝と前記外輪の内周面に形成された転動体軌道溝を前記内輪または前記外輪の回転に伴って転動する多数の球状転動体とを備えた転がり軸受において、前記転動体軌道溝の中央部分の深さを前記転動体の直径に対して１８％以上４５％以下としたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１記載の転がり軸受において、前記転動体軌道溝が前記内輪及び前記外輪の軸方向に沿う断面形状が前記転動体の直径に対して５０．５％〜５１．９％の曲率でゴシックアーチ状もしくは円弧状に形成されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の転がり軸受において、前記転動体が前記内輪と前記外輪との間に設けられた保持器により前記内輪及び前記外輪の円周方向に転動自在に保持されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項４の発明は、請求項３記載の転がり軸受において、前記転動体軌道溝の中央部分の深さを前記転動体の直径に対して１８％以上２８％以下としたことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４記載の転がり軸受において、前記転動体軌道溝が前記内輪及び前記外輪の軸方向に沿う断面形状が前記転動体の直径に対して５２．２％〜５５％の曲率でゴシックアーチ状もしくは円弧状に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項記載の転がり軸受において、前記多数の転動体のうち少なくとも一つの転動体が樹脂組成物から形成されていることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１〜５のいずれか一項記載の転がり軸受において、前記多数の転動体のうち少なくとも一つの転動体がポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアセタール樹脂、溶融成形可能な耐食性樹脂、含フッ素樹脂のうちいずれか一つを主成分とする樹脂組成物から形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項８の発明は、請求項１又は２記載の転がり軸受において、前記多数の転動体が非樹脂組成物からなる第１転動体と樹脂組成物からなる第２転動体とからなり、前記第１転動体及び第２転動体が前記内輪と前記外輪との間に交互に配列されていることを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項８記載の転がり軸受において、前記第２転動体の直径と前記第１転動体の直径との比を０．９８７以上１．０１３以下としたことを特徴とする。
【００１０】
請求項８の発明に係る転がり軸受では、非樹脂組成物からなる第１転動体と樹脂組成物からなる第２転動体とを内輪と外輪との間に交互に配することで、特に高速で回転する場合に、転動体同士の摩擦や衝突が生じた時にも第１転動体と第２転動体との接触となり、転動体の摩耗が効果的に低減するため、長寿命となる。すなわち、総転動体形式の転がり軸受において、樹脂組成物からなる第２転動体を持たない場合は、特に高速回転時に、非樹脂組成物からなる第１転動体同士が接触して摩耗が生じやすい。このため、転動体の表面粗さが増大し、その結果、樹脂製内輪及び樹脂製外輪が異常に摩耗したり、転動体の直径が異常に小さくなったりすることによって、軸受内部のすきまが異常に大きくなり、転がり軸受が比較的短時間で寿命に達する場合があるが、請求項８の発明に係る転がり軸受では、転動体同士の接触や衝突による摩耗を効果的に抑制できるので、転がり軸受の耐久性を高めることができる。
【００１１】
請求項９の発明に係る転がり軸受では、樹脂組成物からなる第２転動体の直径と非樹脂組成物からなる第１転動体の直径との比を０．９８７以上１．０１３以下としたことで、樹脂組成物からなる第２転動体が保持器との摺動面や内輪及び外輪との接触点で摺動する相手面（保持器であればポケット内面、内輪及び外輪であれば軌道溝表面）と適度な接触力が生じる結果、自己潤滑性に優れる樹脂材料が第２転動体から上記相手面に転着し、相手面に転着した樹脂材料によって転動体と保持器あるいは軌道溝表面との接触部に生じる摩擦力が低減されるので、転動体や内外輪等の摩耗を抑制して転がり軸受を長期にわたって作動させることができる。なお、第２転動体の直径と第１転動体の直径との比が０．９８７未満の場合は、上記相手面と第２転動体との接触が不十分となり、その結果、第２転動体から相手面に転着される樹脂材料の転着量が少なくなるので、軸受寿命が極端に短くなる場合がある。また、第２転動体の直径と第１転動体の直径との比が１．０１３を超える場合は、上記相手面に対する第２転動体の接触力が極端に大きくなり、その結果、第２転動体に異常な摩耗が生じたり、第２転動体が破損したりすることによって、軸受寿命が極端に短くなる場合がある。
【００１２】
請求項１０の発明は、請求項１〜５のいずれか一項記載の転がり軸受において、前記多数の転動体の全てが樹脂組成物から形成されていることを特徴とするものであり、このような構成とすることで、樹脂組成物は自己潤滑性に優れているため、ドライ（無潤滑）条件下において転動体の摩耗がより効果的に低減され、転がり軸受の更なる長寿命化を図ることができる。
【００１３】
請求項１１の発明は、請求項１〜５のいずれか一項記載の転がり軸受において、前記多数の転動体の全てがポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアセタール樹脂、溶融成形可能な耐食性樹脂、含フッ素樹脂のうちいずれか一つを主成分とする樹脂組成物から形成されていることを特徴とするものであり、このような構成とすることで、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアセタール樹脂、溶融成形可能な耐食性樹脂、含フッ素樹脂のうちいずれか一つを主成分とする樹脂組成物は樹脂組成物のなかでも特に自己潤滑性に優れるため、特にドライ（無潤滑）条件下において転動体の摩耗がより効果的に低減され、転がり軸受の更なる長寿命化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る転がり軸受では、内輪や外輪に作用するアキシアル荷重によって転動体軌道溝に変形が生じても転動体と転動体軌道溝との接触点が転動体軌道溝の肩部に乗り上がり難くなる。したがって、転動体と転動体軌道溝との接触点が転動体軌道溝の肩部に乗り上がることによって摩耗粉が大量に発生したり、大量に発生した摩耗粉の噛み込みによって転動体の寿命が大幅に低下したりすることを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、表１及び図１〜図７を参照して本発明に係る転がり軸受について説明する。
表１は、本発明に係る転がり軸受の実施例１〜１２と比較例１〜４を示している。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
表１において、実施例１〜４は図１に示す保持器付き転がり軸受１Ａの実施例を示し、実施例５〜１２は図２に示す保持器無し転がり軸受１Ｂの実施例を示している。また、比較例１及び比較例２は図１に示す保持器付き転がり軸受１Ａの比較例を示し、比較例３及び比較例４は図２に示す保持器無し転がり軸受１Ｂの比較例を示している。
【００１８】
図１に示す保持器付き転がり軸受１Ａは内輪２を備えており、この内輪２の外周には外輪３が設けられている。また、保持器付き転がり軸受１Ａは内輪２の外周面に形成された転動体軌道溝４と外輪３の内周面に形成された転動体軌道溝５とを内輪２又は外輪３の回転に伴って転動する多数の球状転動体６を備えており、内輪２と外輪３との間には、上記転動体６を内輪２及び外輪３の円周方向に転動自在に保持する保持器７が設けられている。
【００１９】
図２に示す保持器無し転がり軸受１Ｂは、保持器付き転がり軸受１Ａとほぼ同様の構成であるが、転動体６を内輪２及び外輪３の円周方向に転動自在に保持する保持器７を備えていない点が保持器付き転がり軸受１Ａと異なる点である。
実施例１〜１２及び比較例１〜４の内輪と外輪は、表１に示すように、例えばＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＶｄＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＯＭ（ポリアセタール）のうちいずれか一つを主成分とする樹脂組成物から形成されている。
【００２０】
なお、表１に示す実施例１〜１２及び比較例１〜４では、ＰＥとして商品名：ポリペンコＵ−ＰＥ（日本ポリペンコ社製）を、ＰＯＭとして商品名：ジュラコンＭ１４０（ポリプラスチックス社製）を、ＰＰとして商品名：サンアロマーＰＢ３７０Ａ（サンアロマー社製）を、ＰＶＤＦとして商品名：クレハＫＦポリマーＴ−♯８５０（呉羽化学工業社製）を、ＰＰＳとして商品名：ライトンＲ−６（フィリップスペトローリアム社製）を、ＰＥＥＫとして商品名：ビクトレックスＰＥＥＫ１５０Ｇ（ビクトレックス社製）を、ＰＴＦＥとして商品名：テフロン（登録商標）ＰＴＦＥ（デュポン社製）を、ＰＣＴＦＥとして商品名：ネオフロンＰＣＴＦＥ  Ｍ−３００ＰＬ（ダイキン工業社製）を、炭素繊維として商品名：クレカチョップＭ−１０２Ｓ（呉羽化学工業社製、繊維径：１４．５μｍ、長さ０．２ｍｍ）を、チタン酸カリウムウィスカーとして商品名：ティスモＤ−１０１（大塚化学社製、繊維径：０．３〜０．６μｍ、長さ１０〜２０μｍ）を使用した。
【００２１】
表１の実施例１〜９及び比較例１〜４はその全ての転動体が硼珪酸ガラス、ＳＵＳ４４０Ｃ、窒化けい素、ＳＵＳ３０４のうちいずれか一つの耐食性材料で形成されたものを示しているが、実施例１０〜１２は転動体の一つがＰＴＦＥ、ＰＰ等の樹脂材で形成されたものを示している。
また、表１の実施例１〜４（保持器付き転がり軸受）は転動体軌道溝の中央部分の深さｄ（図３及び図４参照）を転動体の直径に対して１８％〜２８％の範囲内としたものを示しているが、表１の実施例５〜１２（保持器無し転がり軸受）は転動体軌道溝の中央部分の深さｄを転動体の直径に対して１８％〜４５％の範囲内としたものを示している。一方、表１の比較例１〜４は転動体軌道溝の中央部分の深さｄを転動体の直径に対して１７％，２９％，１７％，４６％としたものを示している。
【００２２】
さらに、表１の実施例１〜４（保持器付き転がり軸受）は転動体軌道溝の曲率Ｒ（図３及び図４参照）を転動体の直径に対して５２．２％〜５５％の範囲内としたものを示し、表１の実施例５〜１２（保持器無し転がり軸受）は転動体軌道溝の曲率Ｒを転動体の直径に対して５０．５％〜５１．９％の範囲内としたものを示している。一方、表１の比較例１〜４は転動体軌道溝の曲率Ｒを転動体の直径に対して５２％，５６％，５０．２％，５２％としたものを示している。
【００２３】
なお、図３及び図４に示す転動体軌道溝４，５は内輪２及び外輪３の軸方向に沿う断面がゴシックアーチ状に形成されたものを図示しているが、内輪２及び外輪３の軸方向に沿う断面が円弧状に形成された転動体軌道溝であってもよい。
図５は転がり軸受の耐久性を試験するときに用いられる試験装置の概略構成を示す図であり、図中１１はモータ、１２はカップリング、１３はスピンドル、１４はシャフト、１５はサポート軸受、１６はワイヤ、１７はプーリ、１８は錘、１９はスプレーガン、２０は振動計、２１は水槽、２２は試験軸受を示している。
【００２４】
図６は、図５に示す試験装置を用いて冠形樹脂製保持器付き転がり軸受の耐久性を水中で且つ回転速度：３００ｍｉｎ-1、アキシアル荷重：８０Ｎ、ラジアル荷重：１０Ｎ、温度：常温の試験条件で試験した結果を示す図である。同図において、縦軸は保持器付き転がり軸受の耐久性（比較例1の試験データを１とした場合の相対値）を示し、横軸は転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さｄを示している。また、図中曲線６１は内輪及び外輪をＰＥＥＫ製とした場合における保持器付き転がり軸受の耐久性と転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さとの関係を示し、曲線６２は内輪及び外輪をＰＥ製とした場合における保持器付き転がり軸受の耐久性と転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さとの関係を示している。また、曲線６３は内輪及び外輪をＰＣＴＦＥ製とした場合における保持器付き転がり軸受の耐久性と転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さとの関係を示している。
【００２５】
図６に示す保持器付き転がり軸受の耐久性と転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さとの関係から明らかように、転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さが１８％〜２８％の範囲から外れると、保持器付き転がり軸受の耐久性が急激に低下することがわかる。これは、転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さが１８％未満であると、軌道輪を構成する樹脂組成物の弾性率が金属と比較して非常に小さいため、軌道輪に作用するアキシアル荷重によって転動体軌道溝が容易に変形し、転動体軌道溝の変形によって転動体と転動体軌道溝との接触点が転動体軌道溝の肩部に乗り上がり、その結果、転動体軌道溝の肩部に発生する応力集中によって摩耗粉が大量に発生して周辺環境を汚染したり、摩耗粉の噛み込みによって転動体の寿命が大幅に低下したりするためである。また、転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さが２８％を超えると、転動体軌道溝の肩部と保持器とが接触し易くなるため、転動体がすべり易くなり、その結果、転動体転動溝の肩部と保持器との接触部や転動体と軌道輪との接触部で異常摩耗が生じることにより、摩耗粉が大量に発生して周辺環境を汚染したり、摩耗粉の噛み込みによって転動体の寿命が大幅に低下したりするためである。
【００２６】
したがって、表１に示す実施例１〜４のように、転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さを１８％〜２８％の範囲内とすることにより、転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さが１８％〜２８％の範囲から外れるもの（比較例１及び比較例２）と比較して、保持器付き転がり軸受の耐久性を高めることができる。また、表１に示す実施例２及び３のように、転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さを２０％〜２５％の範囲内とすることにより、保持器付き転がり軸受の耐久性をより高めることができる。
【００２７】
実施例１〜４の保持器付き転がり軸受は、比較例１のものと比較して、転がり軸受の耐久性が３〜１２倍程度であることがわかる。これは、比較例１のように、転動体軌道溝の曲率Ｒが転動体の直径に対して５２．２％未満であると、軌道輪を構成する樹脂組成物の弾性率が金属と比較して非常に小さいため、軌道輪に作用するアキシアル荷重によって転動体軌道溝が容易に変形し、転動体軌道溝の変形によって転動体と転動体軌道溝との接触点が転動体軌道溝の肩部に乗り上がり、その結果、転動体軌道溝の肩部に発生する応力集中によって摩耗粉が大量に発生して周辺環境を汚染したり、摩耗粉の噛み込みによって転動体の寿命が大幅に低下したりするためである。また、比較例２のように、転動体軌道溝の曲率Ｒが転動体の直径に対して５５％を超えると、転がり軸受の耐久性が１以下となることがわかる。
【００２８】
したがって、保持器付き転がり軸受の軌道輪を樹脂製とし、かつ転動体の直径に対する転動体軌道溝の中央部深さを１８％〜２８％、好ましくは２０％〜２５％の範囲内とする場合は、実施例１〜４のように、転動体軌道溝の曲率Ｒを転動体の直径に対して５２．２％〜５５％の範囲内とすることが好ましい。
図７は、図５に示す試験装置を用いて保持器無し転がり軸受の耐久性を水中で且つ軸受回転速度：３００ｍｉｎ-1、アキシアル荷重：８０Ｎ、ラジアル荷重：１０Ｎ、温度：常温の試験条件で試験した結果を示す図である。このときの転動体はいずれも窒化けい素である。
【００２９】
同図において、縦軸は保持器無し転がり軸受の耐久性（比較例３の試験データを１とした場合の相対値）を示し、横軸は転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さｄを示している。また、図中曲線７１は内輪及び外輪をＰＯＭ製とした場合における保持器無し転がり軸受の耐久性と転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さとの関係を示し、曲線７２は内輪及び外輪をＰＰ製とした場合における保持器無し転がり軸受の耐久性と転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さとの関係を示している。また、曲線７３は内輪及び外輪をＰＶＤＦ製とした場合における保持器無し転がり軸受の耐久性と転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さとの関係を示している。
【００３０】
図７に示す保持器無し転がり軸受の耐久性と転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さとの関係から明らかように、転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さが１８％〜４５％の範囲から外れると、保持器無し転がり軸受の耐久性が急激に低下することがわかる。
したがって、表１に示す実施例５〜１２のように、転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さを１８％〜４５％の範囲内とすることにより、転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さが１８％〜４５％の範囲から外れるもの（比較例３及び比較例４）と比較して、保持器無し転がり軸受の耐久性を高めることができる。また、表１に示す実施例６〜８及び１０〜１２のように、転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さを２０％〜４０％の範囲内とすることにより、保持器付き転がり軸受の耐久性をより高めることができる。
【００３１】
実施例５〜１２の保持器無し転がり軸受は、比較例３のものと比較して、転がり軸受の耐久性が４〜２０倍程度であることがわかる。これは、比較例３のように、転動体軌道溝の曲率Ｒが転動体の直径に対して５０．５％未満であると、軌道輪を構成する樹脂組成物の弾性率が金属と比較して非常に小さいため、軌道輪に作用するアキシアル荷重によって転動体軌道溝が容易に変形し、転動体軌道溝の変形によって転動体と転動体軌道溝との接触点が転動体軌道溝の肩部に乗り上がり、その結果、転動体軌道溝の肩部に発生する応力集中によって摩耗粉が大量に発生して周辺環境を汚染したり、摩耗粉の噛み込みによって転動体の寿命が大幅に低下したりするためである。また、比較例４のように、転動体軌道溝の曲率Ｒが転動体の直径に対して５１．９％を超えると、転がり軸受の耐久性が急激に低下することがわかる。
【００３２】
したがって、保持器無し転がり軸受の軌道輪を樹脂製とし、かつ転動体の直径に対する転動体軌道溝の中央部深さを１８％〜４５％、好ましくは２０％〜４０％の範囲内とする場合は、実施例５〜１２のように、転動体軌道溝の曲率Ｒを転動体の直径に対して５０．５％〜５１．９％の範囲内とすることが好ましい。
なお、本発明は表１に示す実施例１〜１２に限定されるものではない。たとえば、転がり軸受の軌道輪素材として好適な樹脂材としては、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂に代表されるポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、芳香族ポリイミド（ＰＩ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、芳香族ポリエステル（ＬＣＰ）および各種含フッ素樹脂が挙げられる。
【００３３】
軌道輪素材として含フッ素樹脂を用いる場合は、特に限定されないが、例えばテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）などの含フッ素樹脂を用いることができる。
【００３４】
転がり軸受の軌道輪を樹脂組成物から形成する場合は、軌道輪の潤滑特性を向上させたり、転動体軌道溝と転動体との接触点に発生する摩擦力を低減したりする目的で、樹脂組成物に四フッ化エチレン樹脂粉末（ＰＴＦＥ）、黒鉛、六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）、フッ素雲母、メラミンシアヌレート（ＭＣＡ）、層状の結晶構造を有するアミノ酸化合物（Ｎ−ラウロ・Ｌ−リジン）、フッ化黒鉛、フッ化ピッチ、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）等の固体潤滑剤を適量添加してもよい。この場合、樹脂組成物に対する固体潤滑剤の添加量が３０質量％を超えると、異なる潤滑作用の向上が期待できないばかりでなく、樹脂組成物自体の機械的強度が低下することによって、樹脂組成物からなる軌道輪や保持器の摩耗が増加し、寿命が短くなってしまう場合がある。したがって、軌道輪を構成する樹脂組成物に固体潤滑剤を添加する場合は、固体潤滑剤の添加量を３０質量％以下とすることが好ましい。
【００３５】
また、樹脂組成物に添加される固体潤滑剤の平均粒径が０．１μｍ未満であると、母材である溶融成形可能な含フッ素樹脂と混合した際に凝集が起こり、粒子の分散や不均一になる場合がある。一方、固体潤滑剤の平均粒径が６０μｍを超えると、成形体である樹脂組成物の表面の平滑性が低下すると共に強度が低下し、転がり軸受の寿命が短くなってしまう場合がある。したがって、軌道輪を構成する樹脂組成物に固体潤滑剤を添加する場合は、固体潤滑剤の平均粒径を０．１μｍ以上６０μｍ以下とすることが好ましい。
【００３６】
転がり軸受の軌道輪を樹脂製とする場合は、軌道輪の機械的強度、耐熱性、寸法安定性などを向上させるために、軌道輪素材に繊維状充填材を配合してもよい。軌道輪素材に配合される繊維状充填材としては、特に限定されないが、ホウ酸アルミニウムウィスカー、チタン酸カリウムウィスカー、カーボンウィスカー、アラミド繊維、芳香族ポリイミド繊維、液晶ポリエステル繊維、グラファイトウィスカー、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、炭化けい素ウィスカー、窒化けい素ウィスカー、アルミナウィスカー、窒化アルミニウムウィスカー、ウォラストナイトなどを用いることができる。
【００３７】
この場合、繊維状充填材のアスペクト比が３未満では樹脂組成物の補強効果が十分に発揮されず、アスペクト比が２００を超えると混合時の均一分散が極めて困難となるので、繊維状充填材のアスペクト比は３以上２００以下であることが好ましい。また、繊維状充填材の繊維径は、特に限定されないが、平均繊維径が０．２μｍ以上３０μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以上５μｍ以下であることが望ましい。
【００３８】
樹脂組成物への繊維状充填材の配合量が３０質量％を超えると、更なる機械的強度の向上が期待できないばかりでなく、樹脂組成物を溶融背成形する際の流動性が著しく低下する。また、溶融成形の際の流動性および樹脂組成物の機械的強度の観点から、樹脂組成物における固体潤滑剤と繊維状充填材の各々の含有率が３０質量％以下であっても、両者の合計含有率が５０質量％を超えると、樹脂組成物を溶融成形する際の流動性および樹脂組成物の機械的強度が著しく低下する場合がある。したがって、樹脂組成物への繊維状充填材の配合量は、特に限定されないが、３０質量％以下であることが好ましい。
樹脂組成物に含有させる繊維状充填材は、母材である溶融成形の可能な含フッ素樹脂との密着性を上げたり、母材中に均一に分散させたりする目的で、シラン系やとチタネート系のカップリング剤により表面処理がなされているものであってもよいし、その他の目的に応じて表面処理がなされているものでもよい。
【００３９】
表１の実施例１では転動体材料として硼珪酸ガラスを用いた場合を例示したが、硼珪酸ガラス以外のガラス（例えばソーダライムガラス、パイレックス（登録商標）ガラスなど）を転動体材料として用いてもよい。
表１の実施例２では転動体材料としてＳＵＳ４４０Ｃを用いた場合を例示したが、ＳＵＳ４４０Ｃ以外のステンレス鋼系金属材料（例えばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３０）を転動体材料として用いてもよい。
【００４０】
表１の実施例３では転動体材料として窒化けい素（Ｓｉ3Ｎ4）を用いた場合を例示したが、窒化けい素以外のセラミックス材料（例えば炭化珪素（ＳｉＣ）、サイアロン（Ｓｉalon）、部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）など）を転動体材料として用いてもよい。
表１の各実施例では転動体を単一の材料から形成したものを例示したが、上述した複数種の材料を組合せてもよい。
【００４１】
次に、図８を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。
図８は本発明の第２の実施形態に係る転がり軸受の径方向に沿う断面図であり、同図に示されるように、第２の実施形態に係る転がり軸受は、内輪２及び外輪３を備えている。これらの内輪２及び外輪３は例えばＰＥ，ＰＰ，ＰＯＭ，ＰＰＳ等の樹脂を主成分とする材料で形成されており、内輪２の外周面には転動体軌道溝４が、また外輪３の内周面には転動体軌道溝５がそれぞれ形成されている。
【００４２】
転動体軌道溝４と転動体軌道溝５との間には、樹脂以外の材料（例えばガラス、金属、セラミックス等）からなる複数（例えば６個）の第１転動体６Ａと樹脂組成物からなる複数（例えば６個）の第２転動体６Ｂが交互に配設されている。これらの転動体６Ａ，６Ｂは球状に形成されており、第１転動体６Ａの直径をＤＮ、第２転動体６Ｂの直径をＤＰとすると、ＤＰとＤＮとの比は、ＤＰ／ＤＮ＝０．９８７〜１．０１３となっている。
第２の実施形態に係る転がり軸受の実施例を比較例と共に表２に示す。
【００４３】
【表２】
2006200733.tif 000004
【００４４】
表２において、実施例１３，１４，１６，１７，１９及び２０は第１転動体６Ａの転動体材料として硼珪酸ガラスを用いたものを示し、実施例１５及び１８は第１転動体６Ａの転動体材料としてＳＵＳ３０４を用いたものを示している。また、実施例１３，１６，１８及び１９は第２転動体６Ｂの転動体材料としてポリエチレン（ＰＥ）樹脂を、実施例１４及び２０は第２転動体６Ｂの転動体材料としてポリプロピレン（ＰＰ）樹脂を、実施例１５及び１７は第２転動体６Ｂの転動体材料として四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）を用いたものをそれぞれ示している。
【００４５】
なお、実施例１３〜２０、比較例５及び６では、実施例１〜１２及び比較例１〜４で使用した材料のほかに、特殊ＰＥとして、三井化学株式会社製造のリュブマーＬ４０００（商品名）を使用した。また、チタネート系カップリング剤として、味の素ファインテクノ株式会社製造のプレンアクトＫＲ  ＴＴＳ（商品名）を、シランカップリング剤として、信越化学株式会社製造のＫＢＭ３１０３（商品名）をそれぞれ使用した。
【００４６】
本発明者は、表２に示す仕様の転がり軸受（型番６００１、内径：１２ｍｍ、外径：２８ｍｍ、幅：８ｍｍ）を作製し、軸受の耐久性を評価するために、次のような軸受回転試験を水中で行った。すなわち、図５に示す日本精工（株）製軸受回転試験機を用いて軸受の内輪を回転速度：１０００ｍｉｎ−１、アキシアル荷重：８０Ｎ、温度：常温の条件で回転させ、そのときに発生する軸受の振動を振動計２０で測定した。そして、その測定値が初期値の５倍に上昇した時点を転がり軸受の寿命と定め、比較例５の耐久性を１として各軸受の耐久性について評価した。その評価結果を表２に併記する。
【００４７】
実施例１３〜２０と比較例５とを比較すると、実施例１３〜２０のほうが比較例５よりも軸受の耐久性が４倍〜１７倍程度高いことがわかる。これは、比較例５及び比較例６のように、樹脂組成物からなる第２転動体を持たない場合は、転動体同士が接触して摩耗が生じやすくなり、その結果、転がり軸受が比較的短時間で寿命に達するのに対し、実施例１３〜２０のように、非樹脂組成物からなる第１転動体と樹脂組成物からなる第２転動体とを内輪と外輪との間に交互に配することによって、転動体同士の摩擦や衝突が生じた時にも第１転動体と第２転動体との接触となり、転動体同士の接触や衝突による摩耗が抑制されるためと考察される。
【００４８】
したがって、非樹脂組成物からなる第１転動体と樹脂組成物からなる第２転動体とを内輪と外輪との間に交互に配することによって、転動体同士の接触や衝突による摩耗を効果的に抑制できるので、転がり軸受の耐久性を高めることができる。
次に、本発明者は表３に示す転がり軸受Ａ〜Ｃを作製し、各軸受における第２転動体の直径ＤＰと第１転動体の直径ＤＮとの比をＤＰ／ＤＮ＝０．９７５〜１．０２の範囲で変化させた時の転がり軸受の耐久性について評価した。その評価結果を図９に示す。
【００４９】
【表３】
2006200733.tif 000005
【００５０】
図９に示されるように、ＤＰ／ＤＮが０．９８７〜１．０１３の範囲内にある場合は、転がり軸受の耐久性が７以上の高い値を示していることがわかる。これは、樹脂組成物からなる第２転動体が保持器との摺動面や内輪及び外輪との接触点で摺動する相手面（保持器であればポケット内面、内輪及び外輪であれば軌道溝表面）と適度な接触力が生じる結果、自己潤滑性に優れる樹脂材料が第２転動体から上記相手面に転着し、相手面に転着した樹脂材料によって転動体と保持器あるいは軌道溝表面との接触部に生じる摩擦力が低減されるためと考察される。
【００５１】
一方、ＤＰ／ＤＮが０．９８７〜１．０１３の範囲内から外れると、転がり軸受の耐久性が急激に低下することがわかる。これは、ＤＰ／ＤＮが０．９８７未満になると上記相手面と第２転動体との接触が不十分となり、その結果、第２転動体から相手面に転着される樹脂材料の転着量が少なくなるためと考察され、またＤＰ／ＤＮが１．０１３を超えると上記相手面に対する第２転動体の接触力が極端に大きくなり、その結果、第２転動体に異常な摩耗が生じたり、第２転動体が破損したりするためと考察される。
【００５２】
したがって、第２転動体の直径ＤＰと第１転動体の直径ＤＮとの比を０．９８７以上１．０１３以下とすることにより、転動体と保持器あるいは軌道溝表面との接触部に生じる摩擦力が低減されるので、転がり軸受の耐久性をより高めることができる。
次に、本発明の実施例２１〜３０を比較例７〜９と共に表４に示す。
【００５３】
【表４】
2006200733.tif 000006
【００５４】
表４において、実施例２１〜３０は軌道輪が樹脂組成物からなる転がり軸受の転動体をＰＴＦＥ等の樹脂材料から形成したものを示している。また、比較例７及び９は軌道輪が樹脂組成物からなる転がり軸受の転動体を硼珪酸ガラスから形成したものを示し、比較例８は軌道輪が樹脂組成物からなる転がり軸受の転動体をＳＵＳ３０４製としたものを示している。なお、表４において保持器には、冠型ふっ素系樹脂保持器を用いた。
【００５５】
表４の実施例２１〜３０及び比較例７〜９に示すような転がり軸受（型番６００１、内径：１２ｍｍ、外径：２８ｍｍ、幅：８ｍｍ）を試作し、これらの回転試験（試験条件は内輪回転、ドライ（無循環）環境下、回転速度：６００ｍｉｎ−１、アキシアル荷重：８０Ｎ、温度：常温）を図５に示す日本精工（株）製軸受回転試験機を用いて行った。そして、回転試験時の振動値が初期値の５倍に上昇した時点を転がり軸受の寿命として定め、試作した各転がり軸受の耐久性について評価した。その結果を表４に併記する。
【００５６】
実施例２１〜３０に示されるものと比較例７に示されるものとを比較すると、実施例２１〜３０に示されるものは、その耐久性の評価値が比較例７に示されるものと比較して、３〜１６倍程度高いことがわかる。これは、比較例７に示されるものは転動体が硼珪酸ガラスから形成されているのに対し、実施例２１〜３０に示されるものは転動体が自己潤滑性に優れた樹脂組成物から形成されているためである。
【００５７】
したがって、軌道輪が樹脂組成物からなる転がり軸受の転動体の全てを樹脂組成物から形成したことにより、樹脂組成物は自己潤滑性に優れているため、ドライ（無潤滑）条件下において転動体の摩耗がより効果的に低減され、転がり軸受の更なる長寿命化を図ることができる。特に、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアセタール樹脂、溶融成形可能な耐食性樹脂、含フッ素樹脂のうちいずれか一つを主成分とする樹脂組成物は樹脂組成物のなかでも特に自己潤滑性に優れるため、特にドライ（無潤滑）条件下において転動体の摩耗がより効果的に低減され、転がり軸受の更なる長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】保持器付き転がり軸受の軸方向断面図である。
【図２】保持器無し転がり軸受の軸方向断面図である。
【図３】図１及び図２に示す内輪の部分断面図である。
【図４】図１及び図２に示す外輪の部分断面図である。
【図５】転がり軸受の耐久性を試験するときに用いる試験装置の概略構成図である。
【図６】保持器付き転がり軸受の耐久性と転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さとの関係を示す図である。
【図７】保持器無し転がり軸受の耐久性と転動体直径に対する転動体軌道溝の中央部深さとの関係を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る転がり軸受の径方向断面図である。
【図９】樹脂製転動体の直径と非樹脂製転動体の直径との比と転がり軸受の耐久性との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１Ａ  保持器付き転がり軸受
１Ｂ  保持器無し転がり軸受
２  内輪
３  外輪
４，５  転動体軌道溝
６  転動体
６Ａ  第１転動体
６Ｂ  第２転動体
７  保持器
【図１】
2006200733.tif 000007
【図２】
2006200733.tif 000008
【図３】
2006200733.tif 000009
【図４】
2006200733.tif 000010
【図５】
2006200733.tif 000011
【図６】
2006200733.tif 000012
【図７】
2006200733.tif 000013
【図８】
2006200733.tif 000014
【図９】
2006200733.tif 000015