(57)【要約】【課題】潤滑油やグリースを使用できない過酷な環境下においても転がり支持装置に十分な寿命を付与するとともに、製造が容易で安価な保持器を提供する。また、潤滑油やグリースを使用できない過酷な環境下においても長寿命で低発塵な転がり支持装置を提供する。【解決手段】深溝玉軸受１の保持器５を、直径が２００ｎｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有する樹脂組成物で構成した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径が２００ｎｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有する樹脂組成物で構成したことを特徴とする保持器。
【請求項２】
内輪と、外輪と、前記両輪の間に転動自在に配設された複数の転動体と、前記転動体を前記両輪の間に保持する保持器と、を備える転がり支持装置において、前記保持器を請求項１に記載の保持器としたことを特徴とする転がり支持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クリーンルーム，半導体製造装置，液晶パネル製造装置，ハードディスクドライブ製造装置等のような清浄環境下や、あるいは、高温下，極低温下，真空下，特殊雰囲気下等のような、通常は潤滑油やグリースを使用できない過酷な環境下において用いられる転がり支持装置に好適な保持器及び該保持器を備える転がり支持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、転がり支持装置の潤滑は、潤滑油やグリースを循環したり、転がり支持装置内部に封入することにより行なわれている。しかし、特に高温下，真空下等においては、転がり支持装置の回転時に潤滑油やグリースが転がり支持装置の外部に飛散したり、蒸発によりガスが放出されたりするので、転がり支持装置の外部環境が汚染される。このため、クリーンルーム，半導体製造装置，液晶パネル製造装置，ハードディスクドライブ製造装置等のように清浄さを必要とする場合や、高温下，極低温下，真空下，特殊雰囲気下，放射線下等のような環境下では、転がり支持装置の潤滑に潤滑油やグリースを使用することができない。
【０００３】
そこで、上記のような潤滑油やグリースを使用できない環境下における転がり支持装置の潤滑方法が、従来から提案されている。例えば、特開昭５５−５７７１７号公報や特開昭６１−５５４１０号公報等には、内輪，外輪，転動体，保持器の一部又は全部に、スパッタリング，イオンプレーティング，焼成等によって二硫化モリブデン，黒鉛，銀，鉛等の薄い潤滑膜を予め形成する方法が開示されている。
【０００４】
また、特開昭６２−１５１５３９号公報や特開昭６４−７９４１８号公報等には、二硫化モリブデン，黒鉛，六方晶窒化ホウ素等の固体潤滑剤と金属粉等とを混合した焼結合金からなる保持器を用いて、該保持器と転動体との摩擦接触によって内輪，外輪，転動体に該保持器の材料を移着させて薄い潤滑膜を形成する方法が開示されている。
【０００５】
さらに、特開平２−２４５５１４号公報や特開平４−１０２７１８号公報等には、プラスチックに繊維状充填材等を添加した樹脂組成物からなる保持器を用いて、該保持器と転動体との摩擦接触によって内輪，外輪，転動体に該保持器の材料を移着させて薄い潤滑膜を形成する方法が開示されている。
一方、デバイス等の高性能化や高歩留まり化等に伴ってプロセスの高温化や高真空化等が進んでいるため、使用される転がり支持装置に対しても、高性能化が要求されている。すなわち、転がり支持装置には、高温下，高真空下等の過酷な環境下においても、転がり支持装置から外部に飛散する粒子が少なく（低発塵である）、且つ、長時間にわたって安定して作動することが要求されている。そして、その要求は年々高度化している。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５５−５７７１７号公報
【特許文献２】
特開昭６１−５５４１０号公報
【特許文献３】
特開昭６２−１５１５３９号公報
【特許文献４】
特開昭６４−７９４１８号公報
【特許文献５】
特開平２−２４５５１４号公報
【特許文献６】
特開平４−１０２７１８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５５−５７７１７号公報や特開昭６１−５５４１０号公報等に記載の予め形成した薄い潤滑膜は、転がり支持装置の作動に伴って、接触面における摩擦力により摩耗して消失するおそれがある。そうすると、潤滑効果は消失し、下地金属（母材）の凝着や焼き付きが生じることとなる。よって、このような潤滑方法は、一般に寿命が短い傾向がある。
【０００８】
また、特開昭６２−１５１５３９号公報や特開昭６４−７９４１８号公報等に記載の燒結金属からなる保持器は、以下のような問題点を有している。すなわち、燒結金属は複雑な形状に形成することが容易ではないため、棒状部材や環状部材等とした後に、機械加工によって所望の保持器形状に加工する必要がある。よって、非常に高コストである。
【０００９】
また、燒結金属は、一般的に耐熱性は優れるものの機械的強度が弱く脆いため、機械加工時に表面に亀裂が生じやすい。そのため、切削速度や切込み量等に代表される加工速度を遅くする必要があるなど、機械加工性が悪い。さらに、転がり支持装置の作動時においては、前記加工時に生じた亀裂等を起点として亀裂が進展して、保持器の異常摩耗，欠け，破損が生じるため、転がり支持装置から外部に大量の粒子が飛散したり（発塵量が多い）、転がり支持装置が回転不能になる場合がある。
【００１０】
さらに、特開平２−２４５５１４号公報や特開平４−１０２７１８号公報等に記載の繊維状充填材が配合された樹脂組成物からなる保持器は、以下のような問題点を有している。すなわち、通常の炭素繊維，チタン酸カリウム繊維等の繊維状充填材は繊維の直径が０．２μｍよりも大きいため、樹脂組成物の耐摩耗性や摩擦特性を十分に向上させることができない。よって、転がり支持装置が無潤滑条件下又は潤滑が不十分な条件下で使用される場合には、比較的早期に摩耗粒子の発生が急激に増加して、転がり支持装置から外部に大量の粒子が飛散したり（発塵量が多い）、転がり支持装置の振動やトルクが増大して寿命に至る場合がある。
【００１１】
また、樹脂組成物の母材である樹脂として、潤滑性に優れたポリテトラフルオロエチレン樹脂（以降はＰＴＦＥと記す）を採用した場合や、ポリイミド樹脂やポリベンゾイミダゾール樹脂等の高耐熱性樹脂を採用した場合には、溶融成形により成形することが不可能である。よって、前述の焼結金属と同様に、棒状部材や環状部材等に加工した後に機械加工により所望の保持器形状に加工する必要があり、非常に高コストである。
【００１２】
高耐熱性樹脂の中には、熱可塑性ポリイミド樹脂やポリエーテルニトリル樹脂等のような溶融成形可能な樹脂があるが、通常の繊維状充填材（繊維の直径が０．２μｍよりも大きい）を配合した場合は、樹脂組成物の溶融流動性が十分ではない。そのため、保持器を溶融成形法により製造した場合には、転動体を保持するつめ等のような尖端部分や湾曲部分が、転がり支持装置を作動させた時に割損することがあるという問題があった。
【００１３】
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、潤滑油やグリースを使用できない過酷な環境下において用いられる転がり支持装置に好適で、該転がり支持装置に十分な寿命を付与するとともに、製造が容易で安価な保持器を提供することを課題とする。
また、潤滑油やグリースを使用できない過酷な環境下においても長寿命で低発塵な転がり支持装置を提供することを併せて課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
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、本発明に係る請求項１の保持器は、直径が２００ｎｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有する樹脂組成物で構成したことを特徴とする。
このような保持器は、樹脂組成物に配合された炭素繊維の直径が小さいので、耐摩耗性が非常に優れている。よって、潤滑油やグリースを使用できない過酷な環境下において用いられる転がり支持装置に適用され、高荷重，高速回転で作動されても、前記転がり支持装置を長寿命とすることができる。また、摩耗粉の発生が極めて少ないので（低発塵である）、外部環境を汚染することがほとんどない。
【００１５】
さらに、保持器の摩擦特性が優れているので、保持器のポケット面と転動体との接触面、又は、保持器の案内面と内外輪との接触面におけるすべりに起因する発熱が少なく、より高速回転で作動させることができる。
さらにまた、配合されている炭素繊維の直径が小さいので、樹脂組成物の溶融流動性が優れている。よって、保持器を溶融成形法で製造することができるので、保持器を容易且つ安価に製造することができる。また、樹脂組成物の溶融流動性が優れているので、保持器のつめ等の尖端部分や湾曲部分が割損する等の問題が生じにくい。
【００１６】
また、本発明に係る請求項２の転がり支持装置は、内輪と、外輪と、前記両輪の間に転動自在に配設された複数の転動体と、前記転動体を前記両輪の間に保持する保持器と、を備える転がり支持装置において、前記保持器を請求項１に記載の保持器としたことを特徴とする。
このような転がり支持装置は、前述のように耐摩耗性が非常に優れている樹脂組成物で構成された保持器を備えているので、潤滑油やグリースを使用できない過酷な環境下において用いられても長寿命である。また、転がり支持装置から外部に飛散する粒子が少ない（低発塵である）ので、外部環境を汚染することがほとんどない。
【００１７】
なお、転動体の表面又は全体がセラミックスで構成される場合は、金属材料で構成される場合と比較して格段に凝着し難いため、転がり支持装置はより長寿命となり、また発塵量も少ない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る保持器及び転がり支持装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、後述する実施例１〜１０及び比較例１〜３に使用した保持器の原材料（熱可塑性樹脂，繊維状充填材等）を一括して示す。
【００１９】
（１）ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）：フィリップスペトローリアム社製ライトンＲ−６
（２）熱可塑性ポリイミド樹脂（ＴＰＩ）：三井化学株式会社製オーラム  ４００
（３）ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）：ビクトレックス社製ビクトレックスＰＥＥＫ  １５０Ｇ
（４）ＰＥＥＫとポリベンゾイミダゾール樹脂（ＰＢＩ）とのブレンド物：ヘキスト−セラニーズ社製セラゾール  ＴＵ−６０
（５）テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）：ダイキン工業株式会社製ネオフロンＥＴＦＥ  ＥＰ−５２０
（６）ポリエーテルニトリル樹脂：出光マテリアル社製ＩＤ３００
（７）炭素繊維：呉羽化学工業株式会社製クレカチョップＭ−１０２Ｓ、直径１４．５μｍ，長さ０．２ｍｍ
（８）チタン酸カリウムウィスカー：大塚化学株式会社製ティスモＤ−１０１、直径０．３〜０．６μｍ，長さ１０〜２０μｍ
（９）微細炭素繊維１：昭和電工株式会社製気相法炭素繊維ＶＧＣＦ、直径１００〜２００ｎｍ，長さ１０〜２０μｍ
（１０）微細炭素繊維２：昭和電工株式会社製カーボンナノファイバーＶＧＮＦ、直径８０〜１００ｎｍ，長さ２〜２０μｍ
（１１）ＰＴＦＥ粉末：ダイキン工業株式会社製ルブロンＬ−５，平均粒径０．２μｍ
これらの原材料を表１に示すように組み合わせて、慣用の方法で混合し樹脂組成物を得た。配合比率は、熱可塑性樹脂が９６質量％で、繊維状充填材が４質量％である。ただし、実施例９，１０のようにＰＴＦＥ粉末を添加する場合は、熱可塑性樹脂８７質量％、繊維状充填材３質量％、ＰＴＦＥ粉末１０質量％とした。そして、得られた樹脂組成物を溶融成形することにより、転がり支持装置用の保持器を製造した。
【００２０】
【表１】
2004190807.tif 000003
【００２１】
製造した保持器を用いて、転がり支持装置の一例である図１に示すような深溝玉軸受を作製した。この深溝玉軸受１（呼び番号６２５，内径５ｍｍ，外径１６ｍｍ，幅５ｍｍ）は、内輪２と、外輪３と、前記両輪２，３の間に転動自在に配設された複数の玉４と、前述の樹脂組成物で構成された保持器５と、を備えている。内輪２及び外輪３はＳＵＳ４４０Ｃで構成されており、玉４は表１に示すようにＳＵＳ４４０Ｃ又は窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）で構成されている。
【００２２】
次に、この深溝玉軸受１の無潤滑下における発塵特性及び耐久性を評価した。発塵特性の評価は、図２に示す軸受発塵性評価試験機２０（日本精工株式会社製）を用いて行った。
シャフト１１とハウジング１２との間に、玉軸受１，１が２個一組で取り付けられていて、この玉軸受１，１にはコイルばね１３によってアキシアル荷重が負荷されている。そして、玉軸受１，１は、ベルト１５，プーリ１６，及び磁性流体シール付き回転導入機１７を介して伝えられるモータ１４の動力によって回転駆動されるようになっている。
【００２３】
このような軸受発塵性評価試験機２０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。玉軸受１を回転させると塵埃が発生し、該塵埃の粒子は玉軸受１の外部に飛散してホッパ１８に落ちる。そして、塵埃粒子はレーザ光散乱式のパーティクルカウンタ１９に送られ、その数が計測される。
試験条件を以下に示し、試験結果を表１に併せて示す。なお、表１に示した発塵特性とは塵埃粒子の数を意味し、その数値は比較例１の塵埃粒子の数を１００とした場合の相対値で示してある。
【００２４】
潤滑    ：無潤滑
回転速度：１０００ｍｉｎ-1
アキシアル荷重：１９．６Ｎ
温度    ：常温
表１から分かるように、実施例１〜１０の軸受は、直径が２００ｎｍ以下である微細炭素繊維を含有する樹脂組成物で保持器が構成されているので、通常の直径の繊維状充填材を含有する樹脂組成物で保持器が構成されている比較例１〜３の軸受と比べて、発塵量が極めて少量である。
【００２５】
次に、深溝玉軸受１の耐久性の評価方法について説明する。
軸受の耐久性は、図３に示す軸受回転試験機（日本精工株式会社製）を用いて行った。モータ２２によって回転駆動されるシャフト２3 とハウジング２４との間に、玉軸受１，１が２個一組で取り付けられていて、この玉軸受１，１には間座２５, コイルばね２６, 及びナット２７によってアキシアル荷重が負荷されている。
【００２６】
そして、以下に示すような条件で軸受を回転させ、回転時の軸受の振動値が初期の３倍に上昇するまでの時間を寿命とした。試験結果を表１に併せて示す。なお、表１に示した耐久性（寿命）の数値は、比較例１の軸受の寿命を１とした場合の相対値で示してある。
潤滑    ：無潤滑
回転速度：１０００ｍｉｎ-1
アキシアル荷重：１９．６Ｎ
温度    ：常温
表１から分かるように、実施例１〜１０の軸受は、直径が２００ｎｍ以下である微細炭素繊維を含有する樹脂組成物で保持器が構成されているので、通常の直径の繊維状充填材を含有する樹脂組成物で保持器が構成されている比較例１〜３の軸受と比べて、耐久性が優れていた。
【００２７】
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、熱可塑性樹脂の種類は、前述のものに限定されるものではなく、ポリアリーレンスルフィド樹脂（ＰＡＳ），芳香族ポリイミド樹脂（ＰＩ），ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ），芳香族ポリエステル樹脂，及び各種含フッ素樹脂等が使用できる。含フッ素樹脂の種類は特に限定されるものではなく、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），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）等があげられる。
【００２８】
また、微細炭素繊維の種類は、直径が２００ｎｍ以下であれば特に限定されるものではなく、種々の製法で製造されたものが使用可能である。例えば、微細炭素繊維の製法である気相成長法には、基板法や流動床法等がある。基板法は、金属触媒を直接付着させた基板を炉心管内に設置し、電気炉を用いて高温にし、そこに炭化水素ガスを導入して微細炭素繊維を生成するという方法である。また、流動床法は、炭化水素ガスと金属触媒とを一緒に高温下の炉心内部に導入し、短時間の反応で微細炭素繊維を生成する方法である。流動床法によれば、繊維の直径が比較的小さいものができる。
【００２９】
熱可塑性樹脂と微細炭素繊維とを含有する樹脂組成物には、本発明の目的を損なわない範囲であれば、所望により種々の添加剤を配合してもよい。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，非粘着性付与剤，結晶化促進剤，増核剤，顔料，染料等である。
熱可塑性樹脂と微細炭素繊維とを混合して樹脂組成物とする方法は特に限定されるものではなく、慣用の混合方法を問題なく採用することができる。例えば、両者を各々別々に溶融混練機に供給して混合することも可能であるし、また、予め両者を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で予備混合した後に、溶融混合機へ供給して混合することもできる。溶融混合機としては、単軸又は二軸押出機，混練ロール，加圧ニーダ，バンバリーミキサー，ブラベ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。溶融混練する際の温度は特に限定されるものではないが、熱可塑性樹脂の溶融が十分進行し、且つ熱分解しない程度の温度範囲内で適宜選択する。
【００３０】
さらに、転がり支持装置に組み込まれる保持器の種類は特に限定されるものではなく、例えば、冠形保持器，かご形保持器，つの形保持器，波形保持器等があげられる。また、保持器の製造方法は特に限定されるものではなく、慣用の方法を問題なく採用することができる。例えば、射出成形法，圧縮成形法，トランスファー成形法等の通常の方法で成形することができる。この中でも射出成形法は、生産性に優れ、安価な保持器を製造できるため好ましい。
【００３１】
さらにまた、転がり支持装置の軌道輪や転動体の材質は特に限定されるものではなく、転がり支持装置を構成する材料として通常使用されるものを問題なく使用することができる。ただし、耐食材料を用いることがより好ましく、例えば、ステンレス鋼系金属材料（ＳＵＳ４４０Ｃ，ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ６３０等），チタン合金，セラミック材料（窒化ケイ素，ジルコニア，アルミナ，炭化ケイ素等）があげられる。そして、これらのうち１種を用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３２】
さらに、本実施形態においては、転がり支持装置として深溝玉軸受を例示して説明したが、本発明は、他の種類の様々な転がり支持装置に対して適用することが可能である。例えば、アンギュラ玉軸受，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。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の保持器は、直径が２００ｎｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有する樹脂組成物で構成したので、潤滑油やグリースを使用できない過酷な環境下においても転がり支持装置に十分な寿命を付与するとともに、製造が容易で安価である。
また、本発明の転がり支持装置は、前述のような樹脂組成物で構成された保持器を備えるので、潤滑油やグリースを使用できない過酷な環境下においても長寿命で低発塵である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る転がり支持装置の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。
【図２】軸受発塵性評価試験機の概略図である。
【図３】軸受の耐久性を評価する軸受回転試験機の構造を説明する断面図である。
【符号の説明】
１    深溝玉軸受
２    内輪
３    外輪
４    玉
５    保持器
【図１】
2004190807.tif 000004
【図２】
2004190807.tif 000005
【図３】
2004190807.tif 000006