(57)【要約】【課題】潤滑性に優れ長寿命な転動装置を提供する。【解決手段】転がり軸受の内輪１の軌道面１ａ，外輪２の軌道面２ａ，内輪１の外径面１ｂ，外輪２の内径面２ｂ，及びシールド５の表面のうち軸受の内部を向いた面５ａに、自己修復性を有する潤滑被膜を被覆した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備える転動装置において、自己修復性を有する潤滑被膜を備えることを特徴とする転動装置。
【請求項２】
含油樹脂で構成された膜厚１０ｎｍ以上０．１ｍｍ以下の前記潤滑被膜を、前記内方部材及び前記外方部材の前記転動体と接する面に被覆したことを特徴とする請求項１に記載の転動装置。
【請求項３】
前記含油樹脂は、スチレンとスチレン以外のアルカンとの共重合体に、合成炭化水素油を含有させたものであることを特徴とする請求項２に記載の転動装置。
【請求項４】
前記スチレン以外のアルカンは、エチレン，ブタジエン，及びイソプレンのうちの少なくとも１種であることを特徴とする請求項３に記載の転動装置。
【請求項５】
前記合成炭化水素油はシクロペンタン誘導体であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の転動装置。
【請求項６】
シール又はシールドを備えた転がり軸受であって、シール又はシールドの表面のうち前記転がり軸受の内部を向いた面、内輪及び外輪の軌道面、前記外輪の内径面、並びに前記内輪の外径面に、前記潤滑被膜を被覆したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の転動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己修復性を有する潤滑被膜を備える転動装置に係り、特に、真空下又はアウトガス，発塵を嫌う環境下において好適に使用可能な転動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置，真空機器，宇宙機器等に使用される転動装置（転がり軸受，ボールねじ，直動案内装置等）には、低発塵，低トルク，高耐久性が要求されるとともに、該転動装置に使用される潤滑剤には低蒸発率が要求される。したがって、前述のような装置，機器に使用される転動装置には、潤滑剤として固体潤滑剤やフッ素グリースが用いられていた。また、特開２００１−１７３６６７号公報に開示されているように、含油フッ素樹脂被膜が用いられる場合もあった。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１７３６６７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の含油フッ素樹脂被膜は被膜の連続性が乏しいため、例えば転がり軸受の転動部において潤滑油が消費された場合には、潤滑油の枯渇が生じて焼付きに至るおそれがあった。また、フッ素油は金属表面への吸着性に劣り境界潤滑性に劣るため、低蒸発，低発塵を優先させても差し支えない場合は問題ないが、耐久性を重視する場合には十分な性能が得られないおそれがあった。
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、潤滑性に優れ長寿命な転動装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【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の転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備える転動装置において、自己修復性を有する潤滑被膜を備えることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る請求項２の転動装置は、請求項１に記載の転動装置において、含油樹脂で構成された膜厚１０ｎｍ以上０．１ｍｍ以下の前記潤滑被膜を、前記内方部材及び前記外方部材の前記転動体と接する面に被覆したことを特徴とする。
内方部材及び外方部材の転動体と接する面（例えば軌道面）に被覆された潤滑被膜は、転動体の転動により圧縮を受け、含有される油分が減少する傾向がある。しかしながら、本発明の転動装置が備える潤滑被膜は、該潤滑被膜に含まれる樹脂の弾性回復によって、転動体の静止時に潤滑被膜の膜厚が回復する性質（自己修復性）を有している。それと同時に、均一濃度になるまで油が樹脂中を拡散するので、潤滑被膜の含油量も回復する。
【０００７】
このように、本発明の転動装置が備える潤滑被膜は自己修復性を有しているので、転動体の連続的な転動やトルクの一時的な上昇によって潤滑被膜の薄層化や含油量の低下が生じ、潤滑性が低下したとしても、一時的に転動体が静止すれば、潤滑被膜の自己修復が生じて潤滑性が回復する。よって、本発明の転動装置は潤滑性に優れ長寿命である。
【０００８】
また、油は樹脂中に保持されているため、油の蒸気圧は本来の蒸気圧よりも低い状態になっている。このため、本発明の転動装置は、発塵や油の蒸発が生じにくい。
潤滑被膜の膜厚は１０ｎｍ以上０．１ｍｍ以下であることが好ましい。１０ｎｍ未満では、潤滑被膜が薄すぎるため連続性が失われるという問題が生じるおそれがある。一方、０．１ｍｍ超過では、転動体通過時の抵抗が大きくなるため、トルクが過大になったり変動しやすくなるという問題が生じるおそれがある。また、潤滑被膜の剥離が発生しやすくなるという問題も生じるおそれがある。転動装置内に別途潤滑剤を充填することなく潤滑被膜のみにより潤滑を行う場合は、膜厚の上限は０．１ｍｍ程度である。
【０００９】
また、軌道面に潤滑被膜を被覆する場合は、潤滑被膜の膜厚は、軌道面の表面粗さの１〜１０倍とすることが好ましい。１０倍を超えると、転動体の転動により潤滑被膜が剥離して、発塵が生じるおそれがある。一方、１倍未満であると（すなわち、膜厚が表面粗さよりも小さいと）、潤滑被膜の連続性が失われて自己修復性が阻害される。このような問題がより生じにくくするためには、潤滑被膜の膜厚は、軌道面の表面粗さの２〜４倍とすることがより好ましい。なお、表面粗さとは、ＪＩＳに規定された中心線平均粗さ（Ｒａ）である。
【００１０】
軌道面以外の部分に潤滑被膜を被覆する場合は、潤滑被膜の膜厚の上限は、転動装置の駆動を妨げない範囲であれば特に限定されるものではない。ただし、真空下やアウトガス，発塵を嫌う環境下において使用される場合を考えると、前述の軌道面の場合と同程度の膜厚とすることが好ましい。
さらに、本発明に係る請求項３の転動装置は、請求項２に記載の転動装置において、前記含油樹脂は、スチレンとスチレン以外のアルカンとの共重合体に、合成炭化水素油を含有させたものであることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明に係る請求項４の転動装置は、請求項３に記載の転動装置において、前記スチレン以外のアルカンは、エチレン，ブタジエン，及びイソプレンのうちの少なくとも１種であることを特徴とする。
このような樹脂は、潤滑被膜に自己修復性を保持させる上で好適である。
さらに、本発明に係る請求項５の転動装置は、請求項３又は請求項４に記載の転動装置において、前記合成炭化水素油はシクロペンタン誘導体であることを特徴とする。
【００１２】
シクロペンタン誘導体は、転動装置が真空下において使用される場合に特に好適である。
さらに、本発明に係る請求項６の転動装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の転動装置において、シール又はシールドを備えた転がり軸受であって、シール又はシールドの表面のうち前記転がり軸受の内部を向いた面、内輪及び外輪の軌道面、前記外輪の内径面、並びに前記内輪の外径面に、前記潤滑被膜を被覆したことを特徴とする。
【００１３】
軌道面において生じた発塵粒子（主に油で構成されていると思われる）は、シール又はシールドの表面のうち転がり軸受の内部を向いた面に被覆された潤滑被膜に吸収され、外輪の内径面，外輪の軌道面，転動体を介して、内輪の軌道面に戻される。よって、本発明の転動装置は、長期間にわたって安定した潤滑性を示す。
【００１４】
なお、本発明は、種々の転動装置に適用することができる。例えば、転がり軸受，ボールねじ，直動案内装置，直動ベアリング等である。ここで、本発明における前記内方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には内輪、同じくボールねじの場合にはねじ軸、同じく直動案内装置の場合には案内レール、同じく直動ベアリングの場合には軸をそれぞれ意味する。また、前記外方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には外輪、同じくボールねじの場合にはナット、同じく直動案内装置の場合にはスライダ、同じく直動ベアリングの場合には外筒をそれぞれ意味する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る転動装置の一実施形態である転がり軸受の構造を示す部分縦断面図である。
図１の転がり軸受は日本精工株式会社製の呼び番号６９５の深溝玉軸受であり、内輪１と、外輪２と、内輪１と外輪２との間に転動自在に配設された複数の玉３と、複数の玉３を保持する保持器４と、外輪２のシール溝２ａ，２ａに取り付けられたシールド５，５と、で構成されている。なお、シールド５の代わりにシールを用いてもよい。
【００１６】
そして、内輪１の軌道面１ａ，外輪２の軌道面２ａ，内輪１の外径面１ｂ，外輪２の内径面２ｂ，及びシールド５の表面のうち玉軸受の内部を向いた面５ａには、自己修復性を有する潤滑被膜（図示せず）が被覆されている。
この潤滑被膜は、含油樹脂で構成されており、その膜厚は１０ｎｍ以上０．１ｍｍ以下である。含油樹脂は、スチレンとスチレン以外のアルカン（エチレン，ブタジエン，イソプレン等）との共重合体に、シクロペンタン誘導体等の合成炭化水素油を含有させたものである。
【００１７】
このような潤滑被膜は自己修復性を有しているので、玉軸受の連続的な回転や回転トルクの一時的な上昇によって潤滑被膜の薄層化や含油量の低下が生じて、玉軸受の潤滑性が低下したとしても、玉軸受の回転が一時的に静止すれば、潤滑被膜の自己修復が生じて潤滑性が回復する。したがって、この玉軸受は潤滑性に優れ長寿命である。また、合成炭化水素油は樹脂中に保持されているため、玉軸受の回転時に合成炭化水素油の発塵や蒸発が生じにくい。
【００１８】
よって、半導体製造装置，真空機器，宇宙機器等に使用される転がり軸受のように、真空下又はアウトガス，発塵を嫌う環境下において使用される用途に好適である。また、樹脂で構成された部材が多用される複写機等の事務機やハードディスクドライブに使用される転がり軸受のように、漏出した油による樹脂の劣化を嫌う環境下において使用される用途に好適である。さらに、分光分析機器等に使用される転がり軸受のように、油の蒸発を嫌う環境下において使用される用途に好適である。
【００１９】
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深溝玉軸受を例示して説明したが、転がり軸受の種類は深溝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、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。
【００２０】
また、本発明は、転がり軸受に限らず、他の種類の様々な転動装置に対して適用することができる。例えば、ボールねじ，直動案内装置，直動ベアリング等である。
さらに、潤滑被膜の硬度は、ショアＡスケールで測定される値で、３０以上７５以下が好ましい。３０未満であると、転動体の転動によって潤滑被膜が変形するおそれがある。潤滑被膜の変形が生じると、それに由来すると思われるトルクの変動が大きくなるので好ましくない。一方、７５超過であると潤滑被膜の弾力性が不十分となるので、応力が負荷された際に潤滑被膜が破損しやすくなり、発塵量が多くなるおそれがある。
【００２１】
さらに、潤滑被膜を構成する含油樹脂中の油の含有量は、５〜３５質量％とすることが好ましい。５質量％未満では油を含有させた効果が乏しく、転動装置の耐久性が不十分となるおそれがある。一方、３５質量％を超えると、含油樹脂から油が滲み出すおそれがある。
さらに、含油樹脂に含有される樹脂の種類は特に限定されるものではないが、スチレン−ブタジエン共重合体，スチレン−イソプレン共重合体，スチレン−エチレン共重合体，スチレン−エチレン−ブタジエン共重合体，スチレン−エチレン−イソプレン共重合体，及びこれらの混合物が、潤滑被膜に自己修復性を保持させる上で好適である。
【００２２】
これらの共重合体においては、ポリスチレン成分の量が１７〜７０質量％であることが好ましい。７０質量％を超えると、樹脂内で油の拡散が生じにくくなるので、自己修復性を低下させる原因となる。一方、１７質量％未満であると、潤滑被膜の強度が不十分となるので、潤滑被膜が脱落して発塵量が多くなるおそれがある。このような問題がより生じにくくするためには、前記共重合体におけるポリスチレン成分の量は、２０〜３５質量％であることがより好ましい。
【００２３】
含油樹脂に使用する樹脂としては、Ｓｈｅｌｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から販売されている商品名ＫＲＡＴＯＮシリーズが好適である。具体的には、Ｄ−１１０１（スチレン−ブタジエン共重合体），Ｄ−１１０２（スチレン−ブタジエン共重合体），Ｄ−１１１１（スチレン−イソプレン共重合体），Ｄ−１１１６（スチレン−ブタジエン共重合体），Ｄ−１１１７Ｐ（スチレン−イソプレン共重合体），Ｄ−１１１９Ｐ（スチレン−イソプレン共重合体），Ｄ−１１３３Ｘ（スチレン−ブタジエン共重合体），Ｄ−１１１８（スチレン−ブタジエン共重合体），Ｄ−１１２４Ｐ（スチレン−イソプレン共重合体），Ｄ−１１８４（スチレン−ブタジエン共重合体），Ｄ−１１９３Ｋ（スチレン−イソプレン共重合体），Ｄ−１１９３ＰＸ（スチレン−イソプレン共重合体），Ｄ−１１９４Ｐ（スチレン−イソプレン共重合体），Ｄ−４１５４（スチレン−ブタジエン共重合体），ＦＧ−１９０１Ｘ（スチレン−エチレン−ブタジエン共重合体），Ｇ−１７２６Ｍ（スチレン−エチレン−ブタジエン共重合体），Ｇ−１６５０（スチレン−エチレン−ブタジエン共重合体），Ｇ−１６５１（スチレン−エチレン−ブタジエン共重合体），Ｇ−１６５２（スチレン−エチレン−ブタジエン共重合体），Ｇ−１６５４Ｘ（スチレン−エチレン−ブタジエン共重合体），Ｇ−１７０１（スチレン−エチレン共重合体），Ｇ−１７０２（スチレン−エチレン共重合体），Ｇ−１７３０（スチレン−エチレン共重合体）等があげられる。
【００２４】
さらに、含油樹脂に含有される油の種類は特に限定されるものではないが、合成炭化水素油が好適である。あるいは、水素化精製処理や溶剤精製を施して、ＡＳＴＭ  Ｄ３２３８−９５に規定されたｎ−ｄ−Ｍ法環分析による芳香族系成分の比率（％ＣＡ  ）を１質量％以下とした、いわゆる高度精製された鉱油も好適に使用できる。
【００２５】
このような油は、前述のようなスチレン系共重合体との親和性が優れているため、安定な状態で樹脂中に保持される。よって、油の蒸気圧は、本来の蒸気圧やグリース中に存在する場合の蒸気圧よりも低い状態になっていると思われる。また、耐熱性も高い状態になっていると思われる。
合成炭化水素油としては、ポリα−オレフィン油，ポリブテン，エチレンプロピレン共重合体，アルキル化ベンゼン，アルキル化ナフタレン，シクロペンタン誘導体等があげられ、転動装置が真空下において使用される場合にはシクロペンタン誘導体が特に好適である。
【００２６】
ベンゼン系油，ナフタレン系油は、１００℃以上の高温において含油樹脂を構成する樹脂を軟化させたり、溶解したりする場合があるので、１００℃以上の高温に曝されるような用途の場合には使用しない方がよい。ただし、１００℃を超えない低温域においては、潤滑被膜に優れた自己修復性を付与する。
低温から高温まで好適に使用できる油としては、ポリα−オレフィン油，シクロペンタン誘導体，高度精製された鉱油があげられる。
【００２７】
油の動粘度は特に限定されるものではないが、低蒸発率及び自己修復性を発現させることを考慮すると、４０℃において１５〜１５００ｍｍ２  ／ｓとすることが好ましい。１５ｍｍ２  ／ｓ未満であると、樹脂に保持されていても低蒸発を維持することが困難となり、１５００ｍｍ２  ／ｓ超過であると、油の分子が大きすぎて樹脂中での油の拡散が生じにくくなるので、自己修復性が不十分となるおそれがある。このような問題がより生じにくくするためには、４０℃における油の動粘度は３０〜７５０ｍｍ２  ／ｓとすることがより好ましく、８０〜３００ｍｍ２  ／ｓとすることがさらに好ましい。
【００２８】
この油には、低蒸発性及び低発塵性を損なわない程度であれば、酸化防止剤，金属不活性化剤等のような潤滑剤に慣用の添加剤を添加してもよい。
さらに、含油樹脂には、潤滑被膜と軌道面等との接着性を向上させるために、いわゆるカップリング剤を添加してもよい。具体例としては、信越化学株式会社，味の素ファインテクノ株式会社等から販売されているシランカップリング剤，チタン系カップリング剤，アルミニウム系カップリング剤等があげられる。
【００２９】
これらの中でも、芳香族基を有するシランカップリング剤が特に好ましい。芳香族基の存在によりスチレン系共重合体との相性が優れているため、スチレン系共重合体と無機物表面（金属表面やセラミック表面）との接着性を高める効果があると思われる。具体例としては、信越化学株式会社製のＫＢＭ−１４０３（ｐ−スチリルトリメトキシシラン），ＫＢＭ−５７３（Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン）等があげられる。
【００３０】
〔実施例〕
以下に、本発明の転動装置を、さらに具体的な実施例を示して説明する。
Ｓｈｅｌｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製のスチレン−エチレン共重合体Ｇ−１７３０（ポリスチレン成分の量は２１質量％、ショアＡ硬度６６）  １０質量部と、信越化学株式会社製のシランカップリング剤ＫＢＭ−１４０３  ０．５質量部と、ペンゼン油（４０℃における動粘度は１１２ｍｍ２  ／ｓ）５質量部と、トルエン８４．５質量部と、を混合して樹脂溶液を調整した。
【００３１】
この樹脂溶液に、呼び番号６９５の転がり軸受の構成部品である内輪，外輪，シールド板（いずれもステンレス製）を浸漬し、引き上げた後、遠心分離器に装着した。その際には、内輪の場合は内径部分，外輪の場合は外径部分，シールド板の場合は内径部分をそれぞれ保持するようにした。そして、２Ｇの遠心力にて１０分間回転させ、余分に付着した樹脂溶液を除去した。この段階で、トルエンは蒸発して被膜が形成された状態となっている。なお、被膜を形成する必要のない部分は、被膜形成後に溶剤を用いて除去するか、マスキング等を施して被膜が形成されないようにするとよい。
【００３２】
被膜が形成された各構成部品を１００℃の真空乾燥機に入れ、１３３Ｐａの圧力下で１時間真空乾燥を行った。減圧状態のまま冷却後、各構成部品を真空乾燥機から取り出し、転がり軸受の内部を向く面に形成された被膜が損傷を受けないように組み立てた。なお、保持器及び玉には被膜は形成していない。
形成された自己修復性を有する被膜の膜厚及び含油量（被膜に含有される油の量）は、以下のようにして重量法により測定した。すなわち、外輪の外径面に形成された被膜をトルエンで拭き取り乾燥させ、質量を測定した後に、ヘキサンに１時間浸漬して樹脂中のペンゼン油をヘキサンに抽出した。乾燥後に質量を測定し、ヘキサンに浸漬する前の質量との差を、含油量とした。さらに、トルエンで洗浄することにより被膜を全て除去し、乾燥後に質量を測定し、予め測定しておいた外輪の質量との差を、樹脂の付着量とした。そして、樹脂及びペンゼン油の比重が２０℃において０．９であることから、外輪の表面積（外径面部分は除く）と樹脂の付着量とで、被膜の膜厚を算出した。
【００３３】
本実施例の場合は、被膜の膜厚は３２ｎｍであった。また、予め測定した内輪及び外輪の軌道面の表面粗さ（中心線平均粗さ）は１５ｎｍであった。なお、樹脂溶液中の樹脂濃度を適宜変更すれば、種々の膜厚を有する被膜を形成することができるし、樹脂溶液中の油濃度を適宜変更すれば、種々の含油量を有する被膜を形成することができる。
【００３４】
このようにして作製した転がり軸受について真空中（１３３Ｐａ）で回転試験を行い、回転トルクが１時間回転後の値の２倍になる時間を測定した。また、回転トルクが２倍になった後に５時間静止させ、再度回転させた際の起動トルクと１時間回転後の回転トルクとを測定した。なお、回転試験の条件は以下の通りである。
【００３５】
環境温度：１００℃
予圧荷重：９．８Ｎ
回転速度：３００ｍｉｎ−１
回転試験の結果は以下の通りである。なお、以下に示すトルク値は、実施例の転がり軸受を最初に起動させた時のトルク値を１．０とした場合の相対値で示してある。１時間回転後の回転トルクは１．１で、回転トルクが２倍になる時間は３４０時間であった。また、静止後に再度回転させた際の起動トルクは２．３で、その１時間回転後の回転トルクは１．１であった。
【００３６】
それに対して、４０℃における動粘度が１００ｍｍ２  ／ｓであるフッ素油を潤滑剤として使用した比較例の転がり軸受（重量法による膜厚は３０ｎｍ）の場合は、回転トルクが２倍になる時間は６０時間であった。また、静止後に再度回転させた際の起動トルクは２．２で、その１時間回転後の回転トルクは２．０であった。
【００３７】
これらの結果から、実施例の転がり軸受は比較例と比べて低トルクであるとともに、潤滑被膜が自己修復性を有しているため潤滑性に優れ長寿命であることが分かる。
次に、上記の実施例及び比較例の転がり軸受を大気圧下で回転させ、１時間回転させている間に発生する発塵量（０．５μｍ以上の粒子の数）を測定した。なお、回転試験の条件は以下の通りである。
【００３８】
環境温度：２５℃
予圧荷重：９．８Ｎ
回転速度：３００ｍｉｎ−１
その結果、実施例の転がり軸受の発塵量は２５０個であったのに対して、比較例は１５４００個であった。これらの結果から、実施例の転がり軸受は、比較例と比べて低発塵であることが分かる。
よって、実施例の転がり軸受は、半導体製造装置，真空機器，宇宙機器等に使用される転がり軸受のように、真空下又はアウトガス，発塵を嫌う環境下において使用される用途に好適である。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の転動装置は、潤滑性に優れ長寿命である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る転動装置の一実施形態である転がり軸受の構成を示す部分縦断面図である。
【符号の説明】
１      内輪
１ａ    軌道面
１ｂ    外径面
２      外輪
２ａ    軌道面
２ｂ    内径面
３      玉
５      シールド
５ａ    シールドの表面のうち玉軸受の内部を向いた面
【図１】
2004340222.tif 000003