(57)【要約】【課題】  清浄環境下，真空環境下においても発塵量及びアウトガスが低く、且つ、耐久性が優れる転がり軸受を提供する。【解決手段】  アンギュラ玉軸受の内輪１１の軌道面，外輪１２の軌道面，及び転動体１３の転動面には、表面処理層１６が形成されており、その表面には多数の微小な凹部が形成されている。この表面処理層１６及び凹部は、前記各面と同等以上の硬度を有する研磨材を吹き付けて、前記各面の表面近傍の温度を、軸受部品を構成する鉄系金属のＡ３変態点以上に上昇させるという処理により形成される。さらに、表面処理層１６は、官能基を有する含フッ素重合体とフッ素油とを含有する潤滑膜１５で覆われている。【選択図】    図１
2006105263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備え、前記内輪の軌道面，前記外輪の軌道面，及び前記転動体の転動面のうちの少なくとも１つが、官能基を有する含フッ素重合体とフッ素油とを含有する潤滑膜で覆われた転がり軸受であって、
前記内輪の軌道面，前記外輪の軌道面，及び前記転動体の転動面のうちの少なくとも１つの面には、その面と同等以上の硬度を有する研磨材を吹き付けて、前記面の表面近傍の温度を、前記面が鉄系金属で構成されている場合は該鉄系金属のＡ３変態点以上に、前記面が非鉄系金属で構成されている場合は該非鉄系金属の再結晶温度以上に上昇させる表面処理によって、表面処理層が形成されているとともに、多数の凹部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】
前記研磨材の粒径は２０μｍ以上２００μｍ以下であり、前記研磨材の吹き付け速度は５０ｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記潤滑膜の膜厚は０．３μｍ以上２．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受には潤滑剤が使用されるが、クリーンルーム等の清浄環境下において使用される転がり軸受には、低発塵性のグリースが使用され、真空環境下において使用される転がり軸受には、低蒸気圧グリース（シリコングリース，フッ素グリース等）や低蒸気圧潤滑油（シリコンオイル，フッ素油等）が使用される。これらの転がり軸受は、潤滑剤中の油分の蒸発や潤滑剤自体の飛散等によって、潤滑性が低下したり周辺環境を汚染したりするという問題点を有していた。
【０００３】
そのため、前述のような環境下においては、官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテル（以降はＰＦＰＥと記す）とを含有する潤滑膜によって潤滑される転がり軸受が使用される場合があった。なお、以降の説明においては、説明の便宜上、上記のような潤滑膜を「ＤＦＯ潤滑膜」と記し、ＤＦＯ潤滑膜で潤滑される転がり軸受を「ＤＦＯ潤滑転がり軸受」と記す。
【０００４】
ここで、ＤＦＯ潤滑転がり軸受の構成を、図３を参照しながら説明する。図３の転がり軸受は、内輪３１，外輪３２，転動体３３，及び保持器３４を備えるアンギュラ玉軸受であり、内輪３１の軌道面，外輪３２の軌道面，転動体３３の転動面，及び保持器３４の表面のうち転動体３３と接触する部分は、ＤＦＯ潤滑膜３５で覆われている。このようなＤＦＯ潤滑転がり軸受は、清浄環境下，真空環境下においても発塵量及びアウトガスが低く、且つ、高面圧下においても耐久性が優れていて長寿命である。
【０００５】
なお、ＤＦＯ潤滑転がり軸受は、内輪の軌道面，外輪の軌道面，及び転動体の転動面のうちの少なくとも一つに硬質膜を備えていることが好ましい。すなわち、図３に示すように、内輪３１の軌道面，外輪３２の軌道面，転動体３３の転動面，及び保持器３４の表面のうち転動体３３と接触する部分には、硬質膜３６を形成し、さらにその上層にＤＦＯ潤滑膜３５を形成することが好ましい。このようにＤＦＯ潤滑転がり軸受に硬質膜を設けると、耐摩耗性，耐焼付き性，及び耐凝着性が向上し、耐久性がより良好となる。
【０００６】
硬質膜としては、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等のカーボン系硬質膜、ＴｉＮ等のチタン系硬質膜、ＣｒＮ等のクロム系硬質膜があげられる。
【特許文献１】特開２００２−３５７２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、硬質膜を備えるＤＦＯ潤滑転がり軸受には、以下のような問題点があった。
（ａ）硬質膜は母材の表面にコーティングされたものであるため、特に厳しい条件下では剥離が生じる場合があり、耐久性のさらなる向上が求められる場合がある。
（ｂ）硬質膜を形成するために、スパッタリング，真空蒸着，ＣＶＤ，ＰＶＤ等の処理を施す必要があるため、高コストである。
（ｃ）硬質膜によりＤＦＯ潤滑膜の性能が向上するわけではない。
また、硬質膜により、耐衝撃性等の性能はあるものの、十分とは言えない。
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量及びアウトガスが低く、且つ、高面圧下においても耐久性に優れていて長寿命な転がり軸受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】
【０００８】
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、本発明の転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備え、前記内輪の軌道面，前記外輪の軌道面，及び前記転動体の転動面のうちの少なくとも１つが、官能基を有する含フッ素重合体とフッ素油とを含有する潤滑膜で覆われた転がり軸受であって、前記内輪の軌道面，前記外輪の軌道面，及び前記転動体の転動面のうちの少なくとも１つの面には、その面と同等以上の硬度を有する研磨材を吹き付けて、前記面の表面近傍の温度を、前記面が鉄系金属で構成されている場合は該鉄系金属のＡ３変態点以上に、前記面が非鉄系金属で構成されている場合は該非鉄系金属の再結晶温度以上に上昇させる表面処理によって、表面処理層が形成されているとともに、多数の凹部が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の転がり軸受は、前述のような潤滑膜を備えているので、清浄環境下，真空環境下においても発塵量及びアウトガスが低く、且つ、耐久性が優れている。また、前述のような表面処理層を備えているので、耐久性がさらに高まる。さらに、前記凹部は油溜まりとして機能して潤滑剤を保持するので、潤滑性が優れている。
なお、前記研磨材の粒径は２０μｍ以上２００μｍ以下であり、前記研磨材の吹き付け速度は５０ｍ／ｓ以上であることが好ましい。このような構成であれば、前記表面処理が効果的に行われるので、表面処理層による効果がより十分に発揮される。研磨材の粒径が前述の範囲外であると、油溜まりとして機能するサイズの凹部を形成しにくくなる。また、研磨材の吹き付け速度が５０ｍ／ｓ未満であると、被処理面の温度を所定の温度以上に上昇させるのに十分な衝突エネルギーが得られない。
【００１０】
また、前記潤滑膜の膜厚は、０．３μｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましい。このような構成であれば、発塵量がより低く且つ耐久性がより優れている。潤滑膜の膜厚が０．３μｍ未満であると、潤滑性が低下して耐久性が低下するおそれがある。一方、潤滑膜の膜厚が２．０μｍ超過であると、潤滑性は高くなるものの発塵量が多くなるおそれがある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の転がり軸受は、清浄環境下，真空環境下においても発塵量及びアウトガスが低く、且つ、耐久性が優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る転がり軸受の実施の形態を、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アンギュラ玉軸受の構成を示す部分縦断面図である。
このアンギュラ玉軸受は、内輪１１と、外輪１２と、内輪１１及び外輪１２の間に転動自在に配設された複数の転動体（玉）１３と、内輪１１及び外輪１２の間に転動体１３を保持する保持器１４と、で構成されている。
【００１３】
内輪１１，外輪１２，転動体１３，及び保持器１４は、耐食材料で構成されている。内輪１１，外輪１２に好適な耐食材料としては、例えば、ＳＵＳ４４０Ｃに代表されるマルテンサイト系ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼に硬化熱処理を施したものや、ＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレス鋼，ＳＵＳ３１６のようなオーステナイト系ステンレス鋼に表面硬化処理を施したもの等があげられる。また、転動体１３に好適な耐食材料としては、前述のステンレス鋼の他、セラミック，超硬合金，サーメットがあげられる。セラミックとしては、窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ），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。
【００１４】
そして、内輪１１の軌道面，外輪１２の軌道面，転動体１３の転動面，及び保持器１４の表面のうち転動体１３と接触する部分には、表面処理層１６が形成されており、その表面には多数の微小な凹部（図示せず）が形成されている。この凹部の形状は特に限定されるものではないが、例えば断面円弧状が好ましい。さらに、表面処理層１６は潤滑膜１５で覆われている。以下に、表面処理層１６と潤滑膜１５とについて詳細に説明する。
【００１５】
表面処理層１６は、略球状の研磨材を被処理面に吹き付けることにより形成される。この研磨材の硬度は被処理面の硬度と同等以上であり、粒径は２０μｍ以上２００μｍ以下である。また、研磨材の吹き付け速度は５０ｍ／ｓ以上である。研磨材の吹き付けによって被処理面の温度が上昇するが、被処理面が備えられている軸受部品（内輪，外輪，転動体，保持器）が鉄系金属で構成されている場合は、該鉄系金属のＡ３変態点以上に上昇させ、軸受部品が非鉄系金属で構成されている場合は、該非鉄系金属の再結晶温度以上に上昇させる。
このような研磨材の吹き付けによって、被処理面に組織変化及び形状変化が生じる。すなわち、被処理面に以下のような組織変化が生じて表面処理層１６が形成されるとともに、該表面処理層１６の表面に前記凹部が形成される。
【００１６】
（１）析出硬化と同時に、短時間にγ化温度に加熱され短時間に冷却されるため、残留オーステナイト量が減少し、通常の熱処理が施された場合よりも著しく微細なマルテンサイト組織となる。そして、表面硬度，靱性が向上し、表面の内部残留圧縮応力が高まることとなる。
（２）加工硬化して表面硬度が向上する。特に、熱の発生とともに塑性加工を行っているため、オースフォームが行われたこととなる。そのため、（１）に前記した微細なマルテンサイト組織の生成を助ける。
【００１７】
このような研磨材の吹き付けは低コストで行うことができるので、表面処理層１６を備える転がり軸受は安価である。また、表面処理層１６は、前述の硬質膜のように剥離するおそれがほとんどない。また、組織の微細化及び靱性の向上によって、疲労強度が優れている。さらに、組織の微細化によって耐衝撃性も優れている。さらに、組織の微細化及び表面硬度の向上によって、耐摩耗性も優れている。
さらに、表面処理層１６の表面に多数の凹部が形成され、この凹部が油溜まりとして作用して潤滑剤を保持するので、潤滑膜１５に由来する潤滑性がさらに向上する。
【００１８】
次に、潤滑膜１５について説明する。この潤滑膜１５は、官能基を有する含フッ素重合体とフッ素油とを含有する膜であり、その膜厚は０．３μｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましい。なお、フッ素油の種類は特に限定されるものではないが、ＰＦＰＥが最も好ましい。
潤滑膜１５は、官能基を有する含フッ素重合体とフッ素油とを含有するので、流動性を有している。そのため、軸受に比較的大きな荷重が負荷される場合でも、潤滑膜１５に剥離や欠落が生じにくく発塵量が低い。よって、半導体製造装置等のようなパーティクルを極端に嫌うような環境下において使用される転がり軸受として好適である。また、官能基を有する含フッ素重合体だけでなくフッ素油が含まれているので、低アウトガスである。よって、ウエハの処理プロセス等のような有機物による汚染を極端に嫌う環境下において使用される転がり軸受として好適である。
【００１９】
さらに、軸受に比較的大きな荷重が負荷される場合でも、転がり軸受の転動，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、本発明の転がり軸受に備えられる潤滑膜は、前述のように官能基を有する含フッ素重合体とフッ素油とを含有しているものであるが、前記両者を混合したもので潤滑膜を形成してもよいし、官能基を有する含フッ素重合体の層とフッ素油の層とからなる二層構造としてもよい。
【００２０】
後者の場合には、官能基を有する含フッ素重合体の層を被処理面に設け、その上にフッ素油の層を設けた二層構造とする必要がある。そうすれば、下層の含フッ素重合体と上層のフッ素油との濡れ性が良好であるため、フッ素油が薄く均一に被覆され、転がり軸受の回転によってフッ素油が飛散しにくい（低発塵である）。金属面に直接フッ素油を被覆すると、金属とフッ素油との濡れ性が悪いので、フッ素油を均一に被覆することが困難である。
【００２１】
以上のように、本実施形態のアンギュラ玉軸受は、清浄環境下，真空環境下においても発塵量及びアウトガスが低く、且つ、高面圧下においても耐久性が優れていて長寿命である。
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。例えば、本実施形態においては、転がり軸受の例としてアンギュラ玉軸受をあげて説明したが、転がり軸受の種類はアンギュラ玉軸受に限定されるものではなく、本発明は様々な種類の転がり軸受に対して適用することができる。例えば、深溝玉軸受，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、カムフォロアやローラフォロアにも、本発明を適用することができる。カムフォロアの例を、図２を参照しながら説明する。図２の（ａ）はカムフォロアの全体図であり、図２の（ｂ）は、（ａ）のカムフォロアの要部拡大図である。
このカムフォロアは、軸２１と、外輪２２と、軸２１及び外輪２２の間に転動自在に配設された複数の転動体（ころ）２３と、で構成されている。そして、軸２１の軌道面，外輪２２の軌道面，及び転動体１３の転動面には、表面処理層２６が形成されており、その表面には多数の微小な凹部（図示せず）が形成されている。さらに、表面処理層２６は潤滑膜２５で覆われている。この表面処理層２６，凹部，潤滑膜２５の構成及び形成方法は、前述のアンギュラ玉軸受の場合と同様である。
【００２３】
さらに、軸２１に形成されたフランジ２１ａの内側面，フランジ２１ａの内側面に対向する外輪２２の両端面，及び転動体２３の両端面にも、同様に表面処理層２６及び潤滑膜２５が設けられている。フランジ２１ａの内側面と、外輪２２の両端面及び転動体２３の両端面とは、カムフォロアの回転中は通常は摺接するので、表面処理層２６及び潤滑膜２５が設けられていることは非常に有効である。なお、軸２１，外輪２２，及び転動体２３は、前述した耐食材料で構成することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、クリーンルーム等の清浄環境下や真空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。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態であるアンギュラ玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態であるカムフォロアの構造を示す図である。
【図３】従来のアンギュラ玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１１        内輪
１２        外輪
１３        転動体
１５        潤滑膜
１６        表面処理層
２１        軸
２２        外輪
２３        転動体
２５        潤滑膜
２６        表面処理層
【図１】
2006105263.tif 000003
【図２】
2006105263.tif 000004
【図３】
2006105263.tif 000005