(57)【要約】【課題】固体潤滑剤被膜を有する転がり軸受における固体潤滑剤被膜の摩滅を抑え、潤滑寿命の向上を図る。【解決手段】外輪の少なくとも転動面がリン酸亜鉛被膜を有し、内輪の転動面及び転動体の表面の少なくとも１つが、リン酸亜鉛被膜を下地とする固体潤滑剤被膜を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪との間に複数の転動体を保持してなる転がり軸受において、
前記外輪の少なくとも転動面がリン酸亜鉛被膜を有し、
前記内輪の転動面及び前記転動体の表面の少なくとも１つが、リン酸亜鉛被膜を下地とする固体潤滑剤被膜を有することを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記固体潤滑剤被膜が二硫化モリブデンを主成分とす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】
前記転がり軸受がタッチダウン軸受であることを特徴とする請求項１または２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し、より詳細には固体潤滑剤被膜を有する転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空装置では、潤滑のために二硫化モリブデンや二硫化タングステン等の固体潤滑剤被膜を有する転がり軸受が多く使用されている。固体潤滑剤被膜を形成する方法として、特許文献１では、固体潤滑剤でコーティングされた鋼球を外輪や内輪、転動体の表面に投射し、それらの表面に固体潤滑剤を移着させて被膜を形成している。
【０００３】
特許文献１では、転動体に固体潤滑剤被膜を形成しているが、内輪や外輪は一般に鋼材製であり、表面の面粗さが十分に小さい場合であっても、軸受を稼働させている間に、固体潤滑剤被膜が摩滅して、潤滑不良を起こしてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許２８１８２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、固体潤滑剤被膜を有する転がり軸受における固体潤滑剤被膜の摩滅を抑え、潤滑寿命の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記解題を解決するために本発明者らが検討した結果、固体潤滑剤被膜を形成した部材の相手材の表面にリン酸亜鉛被膜を形成することが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち、本発明は、下記の転がり軸受に関する。
（１）内輪と外輪との間に複数の転動体を保持してなる転がり軸受において、
前記外輪の少なくとも転動面がリン酸亜鉛被膜を有し、
前記内輪の転動面及び前記転動体の表面の少なくとも１つが、リン酸亜鉛被膜を下地とする固体潤滑剤被膜を有することを特徴とする転がり軸受。
（２）前記固体潤滑剤被膜が二硫化モリブデンを主成分とすることを特徴とする上記（１）記載の転がり軸受。
（３）前記転がり軸受がタッチダウン軸受であることを特徴とする上記（１）または（２）記載の転がり軸受。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の転がり軸受では、転動体に形成された、あるいは内輪から転動体に移着した固体潤滑剤被膜が、外輪のリン酸亜鉛被膜との接触になるため、固体潤滑剤被膜の摩滅が抑えられて潤滑寿命が向上する。また、この固体潤滑剤被膜は、リン酸亜鉛被膜を下地とし、そのアンカー効果により母材との密着性に優れており、耐久性に優れるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の転がり軸受の一例を示す断面図である。
【図２】実施例で用いたタッチダウン試験装置を示す要部断面図である。
【図３】実施例１の試験結果（ＴＤ回数）を示すグラフである。
【図４】比較例１の試験結果（ＴＤ回数）を示すグラフである。
【図５】実施例１の試験結果（軸受惰性回転時間）を示すグラフである。
【図６】比較例１の試験結果（軸受惰性回転時間）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の転がり軸受の一例を示す断面図である。図示されるように、転がり軸受１００は、内輪１０１と外輪１０２との間に複数の転動体１０３を回動自在に保持したものであり、内輪１０１の転動面及び転動体１０３の表面に、リン酸亜鉛被膜（図示せず）を下地とて固体潤滑剤被膜１０４が形成されている。また、外輪１０２の転動面には、リン酸亜鉛被膜１０５が形成されている。
【００１１】
外輪１０２の転動面、並びに内輪１０１及び転動体１０３には下地として、それぞれリン酸亜鉛被膜が形成されるため、リン酸亜鉛被膜の成膜性や密着性を向上させるためには内輪１０１や外輪１０２、転動体１０３は非ステンレス鋼製にすることが好ましい。例えば、高炭素クロム軸受鋼であるＳＵＪ２やＳＵＪ３、浸炭鋼であるＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０，ＳＮＣＭ２２０、ＳＮＣＭ４２０、ＳＮＣＭ８１５、高速度鋼であるＭ５０、５６２６、Ｍ５０ＮＩＬ等が好適である。リン酸亜鉛被膜は高い防錆能力を有するため、内輪１０１や外輪１０２、転動体１０３を非ステンレス鋼製にしても、防錆油を塗布するなどの防錆処理が不要となる。
【００１２】
リン酸亜鉛被膜は化成処理により形成することができ、内輪１０１、外輪１０２及び転動体１０３を、リン酸亜鉛浴に浸漬し、引き上げて乾燥すればよい。あるいは、リン酸亜鉛溶液をコーティングし、乾燥してもよい。膜厚は、外輪１０２に形成する場合、内輪１０１や転動体１０３の下地にする場合ともに、１〜６μｍが好ましく、２〜５μｍがより好ましい。１μｍよりも薄くなると、リン酸亜鉛被膜が早期に消滅したり、被膜が形成されていない部分が存在する場合がある。また、このような薄い被膜を精度よく形成することは困難でもある。一方、６μｍよりも厚くなると、回転に支障を来すおそれがある。
【００１３】
尚、リン酸亜鉛被膜は、外輪１０２の場合、転動面のみに形成されてもよいし、外輪１０２の全面に形成されていてもよい。外輪１０２の全面に形成することにより、外輪１０２の耐食性が高まる。また、内輪１０１及び転動体１０３では、固体潤滑剤被膜１０４の下地になるため、固体潤滑剤被膜１０４が形成される部分に形成される。下地となるリン酸亜鉛被膜は上記した防錆効果に加えて、膜中のリン酸亜鉛の結晶粒子による立体構造が、その上に形成される固体潤滑剤被膜１０４との密着性を高めるアンカー効果も有する。
【００１４】
固体潤滑剤被膜１０４の固体潤滑剤の種類は制限されず、二硫化モリブデンや二硫化タングステン、グラファイト、ＰＴＦＥ等の公知の固体潤滑剤が可能であるが、中でも、外輪１０２に形成したリン酸亜鉛被膜１０５との親和性の高さから二硫化モリブデンを主成分とすることが好ましい。ここで、主成分とは被膜全量の５０質量％以上であることを意味し、他の固体潤滑剤との混合物にすることができる。そして、この固体潤滑剤被膜１０４は、外輪１０２に形成したリン酸亜鉛被膜１０５が持つ固体潤滑剤の移着・捕捉効果により摩滅が抑えられ、潤滑性能が長期間維持される。
【００１５】
固体潤滑剤被膜１０４の形成方法には制限はないが、固体潤滑剤をバインダーとともに溶剤に分散させた処理液で被処理面をコーティングし、乾燥する方法（例えば、（株）川邑研究所の「デフリック処理」）が好適である。固体潤滑剤被膜１０４の膜厚は１〜６μｍが好ましく、２〜５μｍがより好ましい。１μｍよりも薄くなると、固体潤滑剤被膜１０４が早期に消滅したり、被膜が形成されてない部分が存在する場合がある。また、このような薄い被膜を精度よく形成することは困難でもある。一方、６μｍよりも厚くなると、回転に支障を来すおそれがある。
【００１６】
尚、下地のリン酸亜鉛被膜及び固体潤滑剤被膜１０４は、図示されている内輪１０１の転動面や転動体１０３の表面の他にも、内輪１０１の端面や内径面に形成されていてもよい。また、転動体１０３に固体潤滑剤被膜１０４が形成されていない場合でも、内輪１０１の方に固体潤滑剤被膜１０４が形成されていれば、内輪１０１の固体潤滑剤被膜１０４が転動体１０３に移着し、固体潤滑剤被膜１０４として作用する。そして、移着した固体潤滑剤被膜１０４が外輪１０２のリン酸亜鉛被膜１０５により摩滅し難くなり、潤滑寿命が改善する。また、内輪１０１に固体潤滑剤被膜１０４が形成されず、転動体１０３に固体潤滑剤被膜が形成されている場合も同様である。
【００１７】
このように外輪１０２にリン酸亜鉛被膜１０５、内輪１０１や転動体１０３にリン酸亜鉛被膜を下地として固体潤滑剤被膜１０４を形成した本発明の転がり軸受１００は、種々の用途に使用できるが、特に真空装置に有用であり、例えばターボ分子ポンプ用磁気軸受スピンドルのタッチダウン軸受として使用することができる。
【実施例】
【００１８】
以下に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００１９】
（実施例１）
ＳＵＪ２製で内径６ｍｍの玉軸受を用意し、外輪をリン酸亜鉛浴に浸漬し、引き上げ後に乾燥して膜厚が２〜５μｍのリン酸亜鉛被膜を形成した。また、内輪及び玉には、外輪と同様にして膜厚２〜５μｍのリン酸亜鉛被膜からなる下地を形成した後、（株）川邑研究所「デフリックコート」を用いて膜厚２〜５μｍの固体潤滑剤を形成した。
【００２０】
（比較例１）
実施例１と同じ玉軸受を用意し、内輪及び玉にアルミブラスト処理を施した後、実施例１と同様にして二硫化モリブデンからなる膜厚２〜５μｍの固体潤滑剤被膜を形成した。アルミブラスト処理では、投射材に平均粒径が約７０μｍのＡｌ２Ｏ３粒子を用いた。また、外輪は無処理であり、そのまま使用した。
【００２１】
（タッチダウン試験）
実施例１及び比較例１の試験軸受について、タッチダウン試験を行った。試験方法は、図２に示すように、タッチダウン試験装置の試験軸受ハウジング３４に試験軸受３３を収容し、落下軸３２を回転させた後、落下軸３２を試験軸受３３の内輪３３ａの端面に着地（タッチダウン）する。次いで、落下軸３２と試験軸受３３との接触部分（試験軸受３３の内輪３３ａの端面や内径面）から落下軸３２の回転力が伝搬して試験軸受３３の内輪３３ａが回転し始め、その後、落下軸３２と試験軸受３３の内輪３３ａとが一体となって回転する。試験軸受３３の内輪３３ａは、落下軸３２を乗せたまま惰性回転を継続し、その後、落下軸３２とともに回転を停止する。このタッチダウンした時から、回転が停止するまでの時間を計測して、その時間を軸受惰性回転時間とする。
【００２２】
そして、軸受惰性回転時間が２分間を下回った時を潤滑被膜寿命と定義し、軸受惰性回転時間が２分間を下回るまでタッチダウンを繰り返し、その繰り返し回数（ＴＤ回数）を求めるとともに、各タッチダウンごとの軸受惰性回転時間を計測した。
【００２３】
試験条件は下記の通りであり、結果を図３〜図６に示す。
・試験軸受    内径：６ｍｍ
個数：１
軸受姿勢：垂直軸
・落下軸      落下軸導入部外径：５ｍｍ
落下距離：１３ｍｍ
・回転速度    １００００ｍｉｎ−１
・試験環境    常圧
・試験温度    常温
・試験回数    ９
【００２４】
図３は実施例１の試験軸受について、２分間を超える軸受惰性回転時間となったタッチダウンの回数（ＴＤ回数）を示すグラフである。同図において、例えば試験軸受Ｎｏ．１はＴＤ１３回を示しているが、これは、２分間を超えて惰性回転したタッチダウンが１３回続き、１４回目に軸受惰性回転時間が２分間を下回ったことを示している。また、図４に比較例１の結果を示す。そして、ＴＤ回数の平均値を比較すると、実施例１では１５．３回、比較例１では１４．６回であり、本発明に従う実施例１の試験軸受の方が、約５％潤滑寿命が延びている。
【００２５】
また、図５は実施例１の試験軸受について、タッチダウンごとの軸受惰性回転時間の実測値を示すグラフである。同図において、例えば折線Ａは実施例１の試験軸受Ｎｏ．１に対応するが、図３に示したように実施例１の試験軸受Ｎｏ．１はＴＤ回数が１３回であり、図５におけるＴＤ回数が１４のプロットが軸受惰性回転時間の判定ライン（２分間）を下回っており、他の１３回のタッチダウンについては、判定ラインを上回る範囲にあり、ＴＤ回数ごとの軸受惰性回転時間をプロットで示されている。また、図６は、比較例１の試験軸受についての結果を示している。
【００２６】
図５に示すように、実施例１の試験軸受では、１回目のタッチダウンの軸受惰性回転時間が２〜３分間であるのに対し、２回目のタッチダウンからは軸受惰性回転時間が５〜６分間に延びている。これは、１回目のタッチダウンの際に被膜の初期なじみが進み、なじみ工程が完了したことを示している。また、２回目以降のタッチダウンでは、軸受惰性回転時間が３分間程度に一時的に低下する場合があるものの、軸受惰性回転時間が５〜６分間となる期間が長く続いている。このように、本発明に従う実施例１の試験軸受によれば、なじみ工程が１回のタッチダウンで完了し、２回目以降のタッチダウンでは優れた潤滑状態を安定して長く維持できる。
【００２７】
これに対し、図６に示す比較例１の試験軸受では、総じて右肩下がりになっており、タッチダウンの回数が増すのに従って軸受惰性回転時間が徐々に短くなっている。
【符号の説明】
【００２８】
３２  落下軸
３３  試験軸受
３３ａ  内輪
３４  試験軸受ハウジング
１００  転がり軸受
１０１  内輪
１０２  外輪
１０３  転動体
１０４  固体潤滑剤被膜
１０５  リン酸亜鉛被膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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