(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、高荷重下および高速回転下で使用可能にする。【解決手段】外輪１および内輪２を、繊維径が２００ｎｍ以下である微細炭素繊維を含有する樹脂組成物で構成する。【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、繊維径が２００ｎｍ以下である微細炭素繊維を含有する樹脂組成物からなることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
転動体の少なくとも表面はセラミックスからなる請求項１記載の転がり軸受。
【請求項３】
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、合成樹脂製の内輪または外輪を有する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摩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剤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、高荷重下および高速回転下で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、繊維径が２００ｎｍ以下である微細炭素繊維を含有する樹脂組成物からなることを特徴とする転がり軸受を提供する。
【０００９】
ここで「繊維径」とは、１本の繊維の直径の（長さ方向における）平均値を意味する。繊維径が２００ｎｍ以下である微細炭素繊維は、炭素繊維を基板法あるいは流動床法で気相成長させることにより得ることができる。
基板法とは、金属触媒を基板に直接置いて、この基板を電気炉の炉心管内に設置し、高温にした炉内に炭化水素ガスを導入することで炭素繊維を成長させる方法である。流動床法とは、炭化水素ガスと金属触媒を高温下の炉心内部に導入して両者を反応させることで、炭素繊維を成長させる方法である。流動床法の方が反応時間が短いため、より細い直径の繊維が得られる。
【００１０】
使用する樹脂組成物の主成分（合成樹脂）としては、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】
また、使用する樹脂組成物には、本発明の目的を損なわない範囲内で、例えば酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、光保護剤、難燃剤、帯電防止剤、流動性改良剤、非晶質粘着性付与剤、結晶化促進剤、増核剤、顔料、染料等の各種添加剤を配合してもよい。
樹脂組成物は、合成樹脂と微細炭素繊維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、この中に微細炭素繊維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。
【００１３】
本発明の転がり軸受において、転動体の少なくとも表面はセラミックスからなることが好ましい。
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、ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３０等のステンレス鋼、チタン合金、窒化ケイ素、ジルコニア、アルミナ、炭化珪素等のセラミックス、超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−Ｎｉ系）、各種サーメット（ＴｉＣ−Ｎｉ系、ＴｉＣＮ−Ｎｉ系、Ｃｒ３  Ｃ２  −Ｎｉ系）が挙げられる。
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。
【００１４】
【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。
試験用の転がり軸受として、呼び番号６０８の玉軸受（内径８ｍｍ、外径２２ｍｍ、幅：７ｍｍ）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。
【００１５】
各軸受の内輪、外輪、転動体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。
【００１６】
＜主成分樹脂＞
ＰＰＳ：フィリップスペトローリアム（株）製「ライトンＲ−６」
ＰＶＤＦ：呉羽化学工業（株）製「クレハＫＦポリマーＴ−＃１０００」
ＴＰＩ：三井東圧化学（株）製「オーラム４００」
ＰＥＥＫ：ビクトレックス（株）製「ビクトレックスＰＥＥＫ１５０Ｇ」
ＰＥＥＫ−ＰＢＩ：ヘキストセラニーズ（株）製「セラゾールＴＵ−６０」
ＰＥＮ：出光マテリアル（株）製「ＩＤ３００」
【００１７】
＜微細炭素繊維＞
Ａ：昭和電工（株）製、気相法炭素繊維「ＶＧＣＦ−Ｈ」、繊維径１００〜２００ｎｍ、長さ１０〜２０μｍ
Ｂ：昭和電工（株）製、カーボンナノファイバー「ＶＧＮＦ」、繊維径８０〜１００ｎｍ、長さ５〜２０μｍ
【００１８】
＜微細炭素繊維以外の添加剤＞
炭素繊維：呉羽化学工業（株）製「クレカチョップＭ−１０２Ｓ」、平均繊維径１４．５μｍ、長さ０．２ｍｍ
アラミド繊維：群栄化学工業（株）製「カイノール繊維ＫＦ０２ＢＴ」平均繊維径１４．０μｍ、長さ０．２ｍｍ
ＰＴＦＥ粉末：ダイキン工業（株）製「ルブロンＬ−５」、平均粒径０．２μｍ
【００１９】
黒鉛：中越黒鉛工業所（株）製「ＣＬＸ」、平均粒径４．５μｍ
樹脂組成物の混合は、繊維の折損を防ぐために以下のようにして行った。すなわち、先ず、繊維を除く材料をヘンシェルミキサーで乾式混合し、次に、この混合物を二軸押出機に入れる。繊維は、定量サイドフィーダーから二軸押出機に入れて前記混合物と混練する。この混練物を押出して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った。
【００２０】
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、発塵性と耐久性を調べた。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。軸１１の先端部１１ａに、２個の同じ構成の試験軸受１０をコイルばね１３を介して取り付け、このコイルばね１３によりアキシアル荷重を付与している。
【００２１】
この試験機は、また、軸１１の回転機構として、モータ１４、ベルト１５、プーリ１６、回転導入機１７を備えている。軸１１とハウジング１２およびこれに取り付ける試験軸受１０は箱体１８内に配置され、回転導入機１７はこの箱体１８より外に配置されている。この箱体１８の下部にホッパ１８ａが形成され、ここから出た粉塵の数をパーティクルカウンタ１９でカウントするように構成されている。また、この試験機はクラス１００レベルのクリーンベンチ内に設置されている。
【００２２】
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。
【００２３】
＜回転試験条件＞
雰囲気圧力：大気圧
雰囲気温度：常温
アキシアル荷重：２９．４Ｎ
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ＰＰＳ製である転がり軸受  Ｎｏ．１３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。
【００２４】
また、試験機により上記条件で２４時間回転を行い、その間に軸受から発生した粉塵の数をパーティクルカウンタ１９でカウントした。各サンプルの粉塵数について、内外輪ともにＰＰＳ製である  Ｎｏ．１３の転がり軸受での値を「１００」とした相対値を算出し、これを「発塵性値」として表１に示した。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１に示すように、Ｎｏ．  １〜１２の転がり軸受は、内輪および外輪、外輪のみ、あるいは内輪のみが、繊維径が２００ｎｍ以下である微細炭素繊維を含有する樹脂組成物からなるため、本発明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．  １３〜１７よりも、発塵性および耐久性のいずれも優れていることが分かる。すなわち、Ｎｏ．  １〜１２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、高荷重下および高速回転下での使用に耐えられる高い耐摩耗性が得られる。
【００２７】
また、Ｎｏ．  １〜１２の転がり軸受のうちＮｏ．  １〜１０は、内輪と外輪の両方が、繊維径が２００ｎｍ以下である微細炭素繊維を含有する樹脂組成物からなるため、外輪のみ或いは内輪のみが前記樹脂組成物からなるＮｏ．  １１およびＮｏ．  １２よりも発塵性に優れていることが分かる。
また、玉が窒化珪素製であるか、内輪および外輪を形成する樹脂組成物にＰＴＦＥ粉末を含有するＮｏ．  ４、８、９、１０は、発塵性に特に優れていることが分かる。
【００２８】
【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、高荷重下および高速回転下で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
１１ａ  軸の先端部
１１  軸
１２  ハウジング
１３  コイルばね
１４  モータ
１５  ベルト
１６  プーリ
１７  回転導入機
１８  箱体
１８ａ  ホッパ
１９  パーティクルカウンタ
【図１】
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【図２】
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