(57)【要約】【課題】母材に対する密着性が優れているとともに被覆処理が容易な潤滑膜を備え、寿命及び音響特性に優れる転動装置を提供する。【解決手段】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、を備えるアンギュラ玉軸受において、玉３の転動面をＰｂからなる潤滑膜３ａで被覆し、潤滑膜３ａと母材との間に０．１μｍ以下の酸化層３ｂを介装した。【選択図】　　図１
2004076827.tif 000002
【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、
前記内方部材の軌道面，前記外方部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも前記転動体の転動面を、Ａｇ又はＰｂからなる潤滑膜で被覆し、前記潤滑膜と母材との間に０．１μｍ以下の酸化層を介装したことを特徴とする転動装置。
【請求項２】
前記潤滑膜はイオンミキシング法により形成されたものであることを特徴とする請求項１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、真空，高温下において好適に使用される転動装置に係り、特に、回転陽極Ｘ線管等に好適な転動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空環境下及び高温環境下においては、転がり軸受の潤滑に潤滑油，グリース等の潤滑剤を使用すると、潤滑剤の油分の蒸発や潤滑剤自体の飛散等によって、潤滑機能の劣化や使用環境の汚染といった不都合が発生するおそれがある。
そのため、前述のような環境下においては、従来は、軌道輪の軌道面，転動体の転動面，及び保持器のポケット面（転動体と転がり接触する部分）の少なくともいずれかに、軟質金属からなる潤滑膜を被覆することによって潤滑を行っていた。
【０００３】
潤滑膜を構成する軟質金属としては銀（Ａｇ），鉛（Ｐｂ）等が知られており、例えば回転陽極Ｘ線管（陽極が回転式となっているＸ線管）に使用される転がり軸受においては、雰囲気温度が４００〜５００℃の場合にはＡｇが、３００℃程度以下の場合にはＰｂが使用される。
一方、近年、回転陽極Ｘ線管用の転がり軸受においては、長寿命化，音響特性の向上，及びＸ線管を組み立てる工程における慣らし運転時間の短縮に関する要求が高まっている。
【０００４】
そして、これらの要求を満たすために鉄鋼材料に対するＰｂの濡れ性（密着性）を向上させることが着目され、Ａｇ，Ｂｉ等からなる中間層とＳｎからなる最下層、又はＳｎからなる中間層とＣｕからなる最下層を、Ｐｂからなる最上層と母材との間に形成した転がり軸受が提案されている（特開平７−１９００６７号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載の転がり軸受は、母材に対するＰｂの濡れ性が優れていて、その点では寿命の向上に対して効果を有するものの、ＳｎはＰｂよりも融点が低く蒸発しやすいので、耐久性や音響特性が低下してしまうおそれがあった。
【０００６】
また、複数の金属を蒸発させて被覆処理しなければならないので、処理工程が複雑になるという問題点も有していた。
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、母材に対する密着性が優れているとともに被覆処理が容易な潤滑膜を備え、寿命及び音響特性に優れる転動装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上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、前記内方部材の軌道面，前記外方部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうち少なくとも前記転動体の転動面を、Ａｇ又はＰｂからなる潤滑膜で被覆し、前記潤滑膜と母材との間に０．１μｍ以下の酸化層を介装したことを特徴とする。
【０００８】
酸化層を介装すると、母材に対する潤滑膜の濡れ性（密着性）が向上するので、転動装置の寿命及び音響特性が非常に優れたものとなる。また、酸化層を構成する金属酸化物は高融点であるので（Ｓｎのように低融点で蒸発しやすいということがないので）、耐久性や音響特性が低下するおそれがない。この酸化層の厚さは０．１μｍ以下とする必要があり、０．１μｍ超過であると転動装置の寿命や音響特性が低下するおそれがある。
【０００９】
また、潤滑膜を形成する方法は特に限定されるものではないが、イオンミキシング法が最も好ましい。すなわち、Ａｇ又はＰｂを電子線で蒸発させながらアルゴン等のイオンを注入して、Ａｇ又はＰｂの被膜を形成する方法である。
イオンミキシング法を用いれば、Ａｇ又はＰｂの被膜（潤滑膜）が形成されるとともに、０．１μｍ以下の酸化層が潤滑膜と母材との間に形成されるので、転動装置の寿命及び音響特性を優れたものとする潤滑膜及び酸化層を容易に形成することができる。また、イオンミキシング法により形成したＡｇ又はＰｂの被膜は、従来のイオンプレーティング法による被膜と比較して耐久性が優れているため、その膜厚を小さくすることができる。潤滑膜の膜厚が小さいと転動装置の音響特性が向上する傾向があるので、この点からもイオンミキシング法を用いることは好ましい。さらに、潤滑膜の膜厚が小さいと、例えば回転陽極Ｘ線管を組み立てる工程における慣らし運転時間を短縮することができる。
【００１０】
潤滑膜の膜厚は、０．１〜０．５μｍであることが好ましい。０．１μｍ未満であると、耐久性が不十分であるという問題がある。一方、０．５μｍ超過であると、音響特性が低下するという問題と慣らし運転時間が長くなって生産効率が低下するという問題とがある。
また、内方部材，外方部材，及び転動体を構成する鋼材の種類は特に限定されるものではないが、ＳＫＨ４，ＳＵＳ４４０Ｃ，ＬＮＳ１２５，ＥＳ１（合金成分：０．４５％Ｃ−１３％Ｃｒ−０．１４％Ｎ）等のステンレス鋼が好適である。特に、ステンレス鋼の場合は、ＬＮＳ１２５，ＥＳ１等のようにＣ％≦０．０５Ｃｒ％＋１．４１を満たす合金成分を有するものが、巨大な共晶炭化物を生成しないので好ましい。
【００１１】
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，リニアガイド装置，直動ベアリング等である。
また、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、同じくリニアガイド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、同じくリニアガイド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。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る転動装置の実施の形態を、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総玉アンギュラ軸受の構成を示す部分縦断面図である。
このアンギュラ玉軸受（呼び番号：７０８Ａ，内径８ｍｍ，外径２２ｍｍ，幅７ｍｍ，接触角３０°）は、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（転動体）３と、を備えている。
【００１３】
内輪１，外輪２，及び玉３はいずれもＳＫＨ４鋼で構成されており、玉３の表面にはイオンミキシング法によりＰｂからなる潤滑膜３ａ（外層）と酸化層３ｂ（内層）とが被覆されている。潤滑膜３ａの厚さは０．２μｍで、酸化層３ｂの厚さは０．１μｍである。なお、保持器は備えていてもよいし、備えていなくてもよい。
【００１４】
イオンミキシング法による潤滑膜３ａ及び酸化層３ｂの被覆処理は、図２に示すようなイオンビームミキシング装置によって行われる。すなわち、真空チャンバー２１内の回転ホルダー２２（イオン等の検出器を備えている）に被処理物２３を装着する。そして、Ｐｂ，Ａｇ等の金属Ｍをｅ−ビームエバポレータ２４で蒸発させ、そこにアルゴン等のイオン（活性化イオンＩ）をイオン源２５から注入して、回転する被処理物２３の表面に金属Ｍの被膜を被覆する。
【００１５】
ここで、イオンミキシング法によって玉３の表面に形成した潤滑膜３ａ及び酸化層３ｂのオージェ電子分光分析結果（デプスプロファイル）を図３に示す。比較として、イオンプレーティング法により形成したもののオージェ電子分光分析結果を図４に示す。
まず、図４の方から説明する。図４から分かるように、イオンプレーティング法により形成したものは、Ｐｂ層、Ｆｅを主成分とする母材、及び両者の間の中間層（Ｐｂの酸化物とＦｅの酸化物との混合層）が観察され、Ｐｂ層から母材まで全体にわたって酸素が検出されている。
【００１６】
これに対して図３は、Ｐｂ層、Ｆｅを主成分とする母材、及び両者の間の中間層（Ｐｂの酸化物とＦｅの酸化物との混合層）が観察される点は同じであるが、酸素は中間層とその界面近傍にしか検出されておらず、図４のイオンプレーティング法により形成したものとは大きく異なっている。また、中間層の厚さが非常に小さい点も大きな差異である。
【００１７】
次に、前述のような本実施形態のアンギュラ玉軸受について、図５に示すような真空高温耐久試験装置を用いて回転試験を行い、その耐久性を評価した。
この試験機は、試験軸受Ｊで支持される回転軸Ｓと、回転軸Ｓを回転するモータＭと、回転軸Ｓを加熱するヒータＨと、真空室を形成するフランジＳ１及び壁Ｓ２，Ｓ３と、試験軸受Ｊの温度を検出する熱電対Ｔと、を備えている。この回転軸Ｓは、試験軸受Ｊ以外に符号１８で示す軸受によっても支持されている。なお、符号Ｋは、ヒータＨと電源とを接続するヒータケーブルである。
【００１８】
回転軸ＳのモータＭ側の端部は、フランジＳ１の外側（大気側）に設置されたハウジング１５内に配置されている。このハウジング１５内は磁気的シールユニット１６で密封されているため、真空になっている。そして、このハウジング１５内で回転軸Ｓの端部と磁気的シールユニット１６の回転軸が接続されている。また、大気側に設置されたモータＭの回転軸は、カップリング１７によって、磁気的シールユニット１６の回転軸と接続されている。
【００１９】
試験軸受ＪのハウジングＪＨにはトルクレバーＬが取り付けてあり、このトルクレバーＬがトルク検出装置１９に接続されている。トルク検出装置１９は歪みゲージ付きの板バネＢを備え、この歪みゲージにより試験軸受Ｊにかかるトルクが検出される。
試験条件は、アキシアル荷重３０Ｎ、回転速度１００００ｒｐｍ、温度３００℃、真空度１×１０−４Ｐａ以下である。試験軸受Ｊのトルク検出値が初期値の５倍となるまでの時間を寿命とし、回転試験を５回行ってその平均値により寿命を評価した。なお、これ以降述べる寿命の数値（後述する図６のグラフに記載の寿命も含む）は、潤滑膜及び酸化層をイオンプレーティング法により形成した玉を備えたアンギュラ玉軸受の寿命を１とした場合の相対値で示している。このアンギュラ玉軸受（以降は比較例と記す）の構成は、玉の潤滑膜及び酸化層をイオンプレーティング法により形成した以外は、前述の本実施形態のアンギュラ玉軸受と同様である。
【００２０】
耐久性試験の結果、本実施形態のアンギュラ玉軸受の寿命は２．８であり、比較例と比べて寿命が大幅に優れていた。
また、酸化層の厚さと軸受の寿命との関係を検討した結果、図６のグラフに示すように、酸化層の厚さが０．１μｍ以下であると寿命が優れていた。このように、オージェ電子分光分析により分析した酸化層の厚さが０．１μｍ以下の場合には、軸受の耐久性が優れることが分かった。
【００２１】
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アンギュラ玉軸受を例示して説明したが、本発明の転動装置は様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、深溝玉軸受，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。
【００２２】
また、本実施形態においては、転動装置として転がり軸受を例示して説明したが、本発明の転動装置は、他の様々な種類の転動装置に対して適用することができる。例えば、リニアガイド装置，ボールねじ，直動ベアリング等の他の転動装置にも好適に適用可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の転動装置は、母材に対する密着性が優れているとともに被覆処理が容易な潤滑膜を備えていて、寿命及び音響特性が優れている。
【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アンギュラ玉軸受の構成を示す部分縦断面図である。
【図２】イオンビームミキシング装置の構成を示す概念図である。
【図３】イオンミキシング法によって形成した潤滑膜及び酸化層のオージェ電子分光分析結果を示すデプスプロファイルである。
【図４】イオンプレーティング法によって形成した潤滑膜及び酸化層のオージェ電子分光分析結果を示すデプスプロファイルである。
【図５】転がり軸受の耐久性を評価する真空高温耐久試験装置の概略図である。
【図６】酸化層の厚さと軸受の寿命との相関を示すグラフである。
【符号の説明】
１　　　内輪
２　　　外輪
３　　　玉
３ａ　　潤滑膜
３ｂ　　酸化層
【図１】
2004076827.tif 000003
【図２】
2004076827.tif 000004
【図３】
2004076827.tif 000005
【図４】
2004076827.tif 000006
【図５】
2004076827.tif 000007
【図６】
2004076827.tif 000008