(57)【要約】【課題】合成樹脂製の内外輪を有する転がり軸受の耐摩耗性を向上させて、潤滑油およびグリースを使用しなくても、長期に渡って使用可能にする。【解決手段】外輪１および内輪２を、多孔質材料からなる粉末を含有する樹脂組成物で構成する。この粉末は、脱脂ぬかと熱硬化性樹脂との混合物を焼成した後に粉砕することで得られる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪、外輪、転動体を備えた転がり軸受において、内輪および外輪の少なくとも一方は、多孔質材料からなる粉末を含有する樹脂組成物で構成されたことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
内輪、外輪、転動体を備えた転がり軸受において、内輪および外輪の少なくとも一方は、多孔質材料からなる粉末の焼結体であることを特徴とする転がり軸受。
【請求項３】
前記粉末は、脱脂ぬかと熱硬化性樹脂との混合物を焼成した後に粉砕して得られたものである請求項１または２記載の転がり軸受。
【請求項４】
フッ素樹脂を主成分とする樹脂組成物からなる保持器を備えた請求項１乃至３のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、転がり輸受は、外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、内外輪の軌道間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、これら複数個の転動体を、内外輪の軌道間で案内保持する保持器とで構成されている。また、保持器を備えていない、総転動体構造の転がり軸受もある。
【０００３】
このような転がり軸受の用途が、クリーンルーム、半導体素子製造装置、液晶パネル製造装置、ハードディスク製造装置等のように清浄な雰囲気が要求される環境下、および液体中や液体のミストや飛沫が存在する環境下（各種洗浄装置、コーター、デベロッパー、スピンドライヤー、遠心分離機、食品機械等）である場合には、潤滑油やグリースを使用した潤滑を行うことができない。そのため、従来より、潤滑油やグリースを用いなくても潤滑性能が確保できる転がり軸受についての提案がなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、内輪または外輪をＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）製とし、玉の少なくとも表面が固体潤滑材からなる転がり軸受が提案されている。この転がり軸受の用途は、内輪と軸との嵌合および外輪とハウジングとの嵌合が緩い状態にされる半導体素子製造装置であり、ＰＥＥＫ製とすることで、緩い嵌合に起因するクリープ等が生じても磨耗粉が発生しないようにすることができると記載されている。
【０００５】
特許文献２には、ポリアセタール樹脂製の外輪と、二硫化モリブデン等の固体潤滑材で表面処理された転動体とを有する転がり軸受が記載されている。
特許文献３には、内輪および外輪を、軸方向で二分割された形状の成形品を一体に固着した形状にし、各成形品を曲げ弾性率が２０００〜６０００ＭＰａである合成樹脂（例えばポリアリーレンスルフィド系樹脂）製とすることが記載されている。
【０００６】
【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
【特許文献３】
特開平１０−１８４７０２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には耐摩耗性の点で更なる改善の余地がある。
本発明は、従来技術の未解決な課題を解決するためのものであり、合成樹脂製の内輪または外輪を有する転がり軸受の耐摩耗性を向上させて、潤滑油およびグリースを使用しなくても長期に渡って使用可能にすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、内輪、外輪、転動体を備えた転がり軸受において、内輪および外輪の少なくとも一方は、多孔質材料からなる粉末を含有する樹脂組成物で構成されたことを特徴とする転がり軸受を提供する。
本発明の転がり軸受を水が存在する環境下で使用すると、前記樹脂組成物からなる内輪および／または外輪において、前記粉末を構成する粒子の表面および内部に存在する多数の気孔に水が保持される。この保持された水が潤滑作用と冷却作用を発揮する。そのため、本発明の転がり軸受は、水が存在する環境下で使用した場合の耐摩耗性および耐焼き付き性が高い。
【０００９】
本発明で使用する多孔質材料からなる粉末としては、脱脂ぬかと熱硬化性樹脂との混合物を焼成した後に粉砕して得られたものが挙げられる。この粉末を化学分析すると炭素原子が検出される。
この粉末の製造方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。
先ず、米ぬかから得られる脱脂ぬかと液状の熱硬化性樹脂とを混合する。次に、この混合物を、不活性ガス雰囲気中で７００〜１１００℃で焼成する。次に、この焼成物を粉砕して１００メッシュ以下の粉末にする。
【００１０】
この方法で使用する脱脂ぬかの原料となる米の銘柄および産地に制限はない。また、熱硬化樹脂としては、フェノール樹脂、ジアリールフタレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、トリアジン樹脂等が挙げられる。
本発明で使用する樹脂組成物の主成分（合成樹脂）としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアセタール（ＰＯ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）に代表されるポリアリーレンスルフィド（ＰＡＳ）系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトンとポリベンゾイミダゾールとのコポリマー（ＰＥＥＫ−ＰＢＩ）、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）、フッ素樹脂が挙げられる。
【００１１】
フッ素樹脂としては、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）等が挙げられる。
【００１２】
前記樹脂組成物からなる内輪および／または外輪の潤滑特性を向上させるために、前記樹脂組成物に固体潤滑剤を配合してもよい。配合可能な固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末、黒鉛、六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）、フツ素雲母、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  ）等が挙げられる。
【００１３】
前記樹脂組成物からなる内輪および／または外輪の機械的強度、耐熱性、寸法安定性を向上されるために、前記樹脂組成物に繊維状充填材を配合してもよい。前記樹脂組成物に配合可能な繊維状充填材としては、ホウ酸アルミニウムウイスカー、チタン酸カリウムウイスカー、カーボンウイスカー、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、グラファイトウイスカー、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、炭化珪素ウイスカー、窒化珪素ウイスカー、アルミナウイスカー、窒化アルミニウムウイスカー、ウォラストナイト等が挙げられる。
【００１４】
本発明で使用する樹脂組成物は、合成樹脂と多孔質材料からなる粉末と各種添加剤を混合することにより調製される。この調製方法としては、主成分である合成樹脂を溶融し、この中に前記粉末と各種添加剤を添加して混合してもよい。また、予めこれらの材料を全て、ヘンシェルミキサー、タンブラー、リボンミキサー、ボールミル等の混合機に入れて予備混合した後、溶融混合機に供給して溶融混練するようにしてもよい。溶融混合機としては、単軸または二軸押出機、混練ロール、加圧ニーダー、バンバリーミキサー、ブランダープラストグラフ等の公知の溶融混練装置が使用できる。溶融混練の際の温度は、主成分樹脂の溶融が十分になされ、且つ分解が生じない範囲の温度であればよい。
【００１５】
本発明の転がり軸受において、内輪、外輪、および転動体は、前記樹脂組成物あるいはこれ以外の耐食性材料からなることが好ましい。前記樹脂組成物以外の耐食性材料としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３０等）、セラミックス（窒化ケイ素、ジルコニア、アルミナ、炭化珪素等）、超硬合金（ＷＣ−Ｎｉ系合金等）、サーメット（ＴｉＣ−Ｎｉ系等）、ガラス（ソーダライムガラス、硼珪酸ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス等）、軸受鋼（ＳＵＪ２等）が挙げられる。
【００１６】
本発明の転がり軸受は、フッ素樹脂を主成分とする樹脂組成物からなる保持器を備えていることが好ましい。
本発明はまた、内輪、外輪、転動体を備えた転がり軸受において、内輪および外輪の少なくとも一方は、多孔質材料からなる粉末の焼結体であることを特徴とする転がり軸受を提供する。
【００１７】
この場合の内輪および外輪の製造方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。
先ず、米ぬかから得られる脱脂ぬかと液状の熱硬化性樹脂とを混合し、この混合物を不活性ガス中で７００〜１０００℃で一次焼成する。次に、この焼成物を粉砕して１００メッシュ以下の粉末にする。
【００１８】
次に、この粉末と熱硬化性樹脂を混合し、この混合物を環状体形成用の金型に入れて、圧力２０ＭＰａ〜３０ＭＰａで加圧成形する。次に、この成形体を不活性ガス中で１００〜１１００℃で焼成する。次に、得られた環状の焼結体を機械加工して、内輪または外輪を得る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、具体的な実施例により詳細に説明する。
［第１実施形態］
試験用の転がり軸受として、呼び番号６００１の玉軸受（内径１２ｍｍ、外径２８ｍｍ、幅：８ｍｍ）を組み立てた。この軸受は、図１に示すように、外輪１、内輪２、玉（転動体）３、および冠形の保持器４で構成され、シールを設けていない。
【００２０】
各軸受の内輪、外輪、玉の構成材料を下記の表１に示す。なお、保持器は全サンプルともにＥＴＦＥ樹脂（８０体積％）にチタン酸カリウムウィスカー（２０体積％）を配合した樹脂組成物を用いて、射出成形により作製した。また、樹脂組成物を構成する材料としては以下に示すものを使用した。
【００２１】
＜主成分樹脂＞
ＰＥ：旭化成（株）製「サンテック−ＨＤＪ３１０」
ＰＯＭ：ポリプラスチック（株）製「ジュラコンＭ１４０」
ＰＶＤＦ：呉羽化学工業（株）製「クレハＫＦポリマーＴ−＃８５０」
ＰＰＳ：フィリップスペトローリアム（株）製「ライトンＲ−６」
ＰＥＥＫ：ビクトレックス（株）製「ビクトレックスＰＥＥＫ１５０Ｇ」
【００２２】
＜多孔質材料からなる粉末＞
先ず、米ぬかから得られた脱脂ぬか９０ｇと液状フェノール樹脂（レゾール型）３０ｇを５０〜６０℃に加熱しながら混合することにより、均質なスラリー状物を得る。このスラリーをロータリーキルンに入れて、窒素雰囲気中で９００℃に７０分間保持することにより、焼成物を得た。この焼成物を粉砕機で粉砕した後、６０メッシュのふるいにかけた。このふるいを通った粒子からなる粉末（粒径：５０〜２００μｍ）を使用した。
【００２３】
各樹脂組成物は次のようにして得た。先ず、主成分樹脂と前記粉末をヘンシェルミキサーで乾式混合する。次に、この混合物を二軸押出機に入れて押出すことにより、この混合物をペレット状に造粒する。
このようにして得られた樹脂組成物のペレットを射出成形機に供給して、各材料毎に最適な射出条件で射出成形を行うことにより、内輪用および外輪用の環状体を得た。次に、これらの環状体を機械加工することにより、呼び番号６００１の玉軸受の内輪および外輪の形状とした。
【００２４】
なお、玉の表面粗さはＲａ（中心線平均粗さ）で０．０５μｍとなるように研磨した。
組み立てた各転がり軸受を図２に示す日本精工（株）製の軸受回転試験機にかけて、水中に浸漬した状態での耐久性を調べた。
この試験機は、試験軸受１０の内輪を先端部１１ａに取り付ける軸１１と、外輪を内挿するハウジング１２を備えている。ハウジング１２の外周部にはプレート１３が固定され、このプレート１３に振動計１４が取り付けられている。ハウジング１２の外周部のプレート１３とは反対の側に、ワイヤー１５の一端が固定されている。このワイヤー１５の他端に、試験軸受１０にラジアル荷重を付与するための重り１６が取り付けられている。
【００２５】
この試験機では、また、容器２０を載せる台３０にアーム３１が固定され、その上に滑車３２が取り付けてある。試験軸受１０は、軸１１とハウジング１２との間に取り付けられた状態で容器２０内に設置する。そして、この状態で、ワイヤー１５を滑車３２を介して台３１の側部に垂下させる。容器２０内にはイオン交換水Ｗが入っている。
【００２６】
また、軸１１の回転装置として、モータ１１１とスピンドル１１２と連結継ぎ手１１３とからなる回転装置１１０を備えている。
この試験機により下記の条件で回転試験を行い、振動値を基準とした軸受寿命を測定した。すなわち、軸受に生じる振動を回転試験中に常時測定し、この振動値が初期値の３倍以上となった時点で試験を中止し、それまでの総回転数を寿命とした。なお、全ての転がり軸受に対してグリースおよび潤滑油による潤滑は行わなかった。
【００２７】
＜回転試験条件＞
雰囲気温度：常温
ラジアル荷重：４９Ｎ
回転速度：１０００ｍｉｎ−１
そして、各試験用軸受の耐久性（回転寿命）を比較するために、内外輪ともにＰＥ製である転がり軸受  Ｎｏ．１−８の寿命を「１」とした時の相対値を算出し、これを「耐久性値」として表１に示した。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１に示すように、Ｎｏ．  １−１〜１−７の転がり軸受は、内輪および／または外輪が多孔質粉末を含有する樹脂組成物からなるため、本発明（請求項１）の転がり軸受に相当する。表１の結果から、これらの転がり軸受は、本発明の範囲から外れるＮｏ．  １−８〜１−９よりも、イオン交換水中での耐久性（振動寿命）に優れていることが分かる。すなわち、Ｎｏ．  １−１〜１−７の転がり軸受によれば、潤滑油およびグリースを使用しなくても、水中での長期間の使用に耐えられる高い耐摩耗性が得られる。
【００３０】
［第２実施形態］
試験用の転がり軸受として、呼び番号６００１の玉軸受（内径１２ｍｍ、外径２８ｍｍ、幅：８ｍｍ）を組み立てた。この軸受は、図１に示すように、外輪１、内輪２、玉（転動体）３、および冠形の保持器４で構成され、シールを設けていない。
【００３１】
各軸受の内輪、外輪、玉の構成材料を下記の表２に示す。なお、保持器は全サンプルともにＥＴＦＥ樹脂（８０体積％）にチタン酸カリウムウィスカー（２０体積％）を配合した樹脂組成物を用いて、射出成形により作製した。
Ｎｏ．  ２−１〜２−５のサンプルでは、以下の方法で作製した内輪および外輪を使用した。
【００３２】
先ず、米ぬかから得られた脱脂ぬか９０ｇと液状フェノール樹脂（レゾール型）３０ｇを５０〜６０℃に加熱しながら混合することにより、均質なスラリー状物を得る。このスラリーをロータリーキルンに入れて、窒素雰囲気中で９００℃に７０分間保持することにより、焼成物を得た。この焼成物を粉砕機で粉砕した後、６０メッシュのふるいにかけた。このようにして、多孔質材料からなる粉末を得た。このふるいを通った粒子からなる粉末の粒径は５０〜２００μｍであった。
【００３３】
このようにして得られた多孔質材料からなる粉末９０ｇと、固体状のフェノール樹脂（レゾール型）３０ｇを、１００〜１５０℃に加熱しながら混合することにより、可塑性を有する均質な混合物を得た。
次に、この混合物を加圧成形した後、窒素雰囲気で焼成することにより、内輪用環状体および外輪用環状体を得た。すなわち、先ず、各環状体用の金型を用意し、圧力２５ＭＰａ、金型温度１５５℃の条件で加圧成形した。
【００３４】
次に、この成形体を金型から外して加熱炉に入れ、この加熱炉を窒素雰囲気として、炉内の温度を９１０℃まで上昇させた。この昇温の途中、４９０℃で６０分間保持する処理を行った。そして、９１０℃で１１０分間、窒素雰囲気での焼成を行った。次に、炉内の温度を２〜３℃／分の速度で４９０℃まで下げた後、室温となるまで自然放冷した。
【００３５】
次に、これらの環状体を機械加工することにより、呼び番号６００１の玉軸受の内輪および外輪の形状とした。
なお、玉の表面粗さはＲａ（中心線平均粗さ）で０．０５μｍとなるように研磨した。
また、Ｎｏ．  ２−６では、旭化成（株）製のＰＥ「サンテック−ＨＤＪ３１０」を射出成形することにより、内輪用および外輪用の環状体を得た後に、機械加工することにより内輪および外輪を得た。また、Ｎｏ．  ２−７では、ポリプラスチック（株）製のＰＯＭ「ジュラコンＭ１４０」を射出成形することにより、内輪用および外輪用の環状体を得た後に、機械加工することにより内輪および外輪を得た。
【００３６】
組み立てた各転がり軸受を図２に示す日本精工（株）製の軸受回転試験機にかけて、水中に浸漬した状態での耐久性を調べた。
この試験機により下記の条件で回転試験を行い、振動値を基準とした軸受寿命を測定した。すなわち、軸受に生じる振動を回転試験中に常時測定し、この振動値が初期値の３倍以上となった時点で試験を中止し、それまでの総回転数を寿命とした。なお、全ての転がり軸受に対してグリースおよび潤滑油による潤滑は行わなかった。
【００３７】
＜回転試験条件＞
雰囲気温度：常温
ラジアル荷重：９８Ｎ
回転速度：３００ｍｉｎ−１
そして、各試験用軸受の耐久性（回転寿命）を比較するために、内外輪ともにＰＥ製である転がり軸受  Ｎｏ．２−６の寿命を「１」とした時の相対値を算出し、これを「耐久性値」として表２に示した。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
表２に示すように、Ｎｏ．  ２−１〜２−５の転がり軸受は、内輪および外輪が多孔質材料からなる粉末の焼結体であるため、本発明（請求項２）の転がり軸受に相当する。
表２の結果から、これらの転がり軸受は、本発明の範囲から外れるＮｏ．  ２−６〜２−７よりも、イオン交換水中での耐久性（振動寿命）に優れていることが分かる。すなわち、Ｎｏ．  ２−１〜２−５の転がり軸受によれば、潤滑油およびグリースを使用しなくても、水中での長期間の使用に耐えられる高い耐摩耗性が得られる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の転がり軸受によれば、潤滑油およびグリースを使用しなくても、長期間の使用に耐えられる高い耐摩耗性を得ることが可能になる。
したがって、本発明によれば、クリーンルーム、半導体素子製造装置、液晶パネル製造装置、ハードディスク製造装置等のように清浄な雰囲気が要求される環境下、および各種洗浄装置や食品機械等のように液体中や液体のミストや飛沫が存在する環境下で好適に使用される転がり軸受が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に相当する転がり軸受を示す断面図である。
【図２】実施形態で使用した回転試験機を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  外輪
２  内輪
３  玉（転動体）
４  保持器
１０  試験軸受
１１  軸
１１ａ  軸の先端部
１１０  回転装置
１１１  モータ
１１２  スピンドル
１１３  連結継ぎ手
１２  ハウジング
１３  プレート
１４  振動計
１５  ワイヤー
１６  重り
２０  容器
３０  台
３１  アーム
３２  滑車
Ｗ  イオン交換水
【図１】
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【図２】
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