(57)【要約】【課題】  低速度で運転される機械装置の転がり軸受において、機械装置の動作遅れや動作不能が避けられると共に、軸受部の温度上昇に伴う油膜厚さの減少も避けられ、さらに、出力の大きなモータを採用することによる機械装置の価格上昇も避けられる転がり軸受を提供する。【解決手段】  軸受のピッチ円直径（Ｄｍ（ｍｍ））と回転速度（Ｎ（ｍｉｎ-1））の積：ＤｍＮが２５，０００以下の低速度で運転される真空用機械装置の転がり軸受１１において、基油が形成する油膜の他に、絶縁性膜が形成し軸受の内輪と外輪の間における絶縁時間割合が増加する特性を有する潤滑用フッ素グリースを封入するようにした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受のピッチ円直径（Ｄｍ（ｍｍ））と回転速度（Ｎ（ｍｉｎ-1））の積：ＤｍＮが２５，０００以下の低速度で運転される真空用機械装置の転がり軸受において、基油が形成する油膜の他に、絶縁性膜が形成し軸受の内輪と外輪の間における絶縁時間割合が増加する特性を有する潤滑用フッ素グリースを封入したことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記潤滑用フッ素グリースとして、直鎖状パーフルオロポリエーテル油とＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）を混合したグリースを封入したことを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
【請求項３】
請求項１又は２記載の転がり軸受の使用時において、軸受温度を５０℃以上として運転することを特徴とする転がり軸受の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受のピッチ円直径（Ｄｍ（ｍｍ））と回転速度（Ｎ（ｍｉｎ-1））の積（Ｄｍ×Ｎ）が２５，０００以下の低速度で運転される真空用機械装置の転がり軸受およびその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
潤滑剤としてグリースを用い、転動体等の表面に十分な潤滑性と防錆性を付与することのできる転がり軸受は公知である（例えば、特許文献１又は２参照）。
また、転がり軸受における潤滑状態の良否判定方法の代表例として油膜パラメータを用いる方法が知られている（非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１３９７４号公報
【特許文献２】特開２０００−６５０７５号公報
【非特許文献１】「ＮＳＫテクニカルレポート」、日本精工株式楷書、ＣＡＴ．Ｎｏ．７２８ｄ、１９９８Ｃ−５，ｐ．４２〜４９
【０００３】
そこで、非特許文献１を基に、まず油膜パラメータについて説明する。
油膜パラメータ（記号：Λ）は、弾性流体潤滑理論に基づいて計算される油膜厚さ（記号：ｈ）と転がり軸受の部品の合成表面粗さ（記号：σ）を用いると、次に示す数式１で表される。
Λ＝ｈ／σ    ・・・・・（数式１）
油膜パラメータ（Λ）が大きいほど、転がり軸受の部品間における金属接触の起こり易さが軽減されるので、転がり軸受の潤滑状態は良好になる。そこで、油膜パラメータ（Λ）は、軸受の寿命や表面損傷の観点から、概ね次のように分類される。
（１）３≦Λ：長寿命の領域、
（２）０．９≦Λ＜３：長寿命から短寿命に移行する領域
このうち、０．９≦Λ＜１．５：滑りが大きいと表面損傷が起こる
（３）Λ＜０．９：短寿命の領域（表面損傷が起こるため）
従って、転がり軸受の潤滑状態を良好にし、転がり軸受の表面損傷を避けるためには、油膜パラメータは、目安としてΛ＞１．５であることが望まれる。
ここで、数式１から、油膜パラメータ（Λ）を大きくするためには、
（１）油膜厚さ（ｈ）を大きくする方法と、
（２）合成表面粗さ（σ）を小さくする方法が考えられる。
しかし、合成表面粗さ（σ）を小さくすることは、軸受の機械加工に関する技術的あるいは経済的な理由から容易ではなく、また、既に出来上がった軸受にたいして油膜パラメータ（Λ）を大きくするためには、油膜厚さ（ｈ）を大きくするしかない。
【０００４】
次に、油膜厚さ（ｈ）の計算式を、基油の動粘度（υ）、回転速度（Ｎ）、荷重（Ｐ）を用いて概念的に示すと数式２のようになる。最初のαは軸受諸元の影響を含めた定数、指数のａ、ｂ、ｃも定数である。
ｈ＝α・υa・Ｎb・Ｐ-c    ・・・（数式２）
機械装置の軸受周りを設計する際、３つの変数の中で、回転速度（Ｎ）、荷重（Ｐ）は要求仕様から決まってしまう数値であり、油膜厚さ（ｈ）を大きくするためには、基油の動粘度（υ）を大きくすることが必要となる。特に、低速度で回転する軸受の場合は、数式２の中におけるＮbの効果が小さくなるため、基油の動粘度（υ）を十二分に大きくする必要がある。
さらに、常温より高い温度で使用される場合は、温度が上がると基油の動粘度（υ）が低下することを考慮して、より高い基油の動粘度（υ）を選定することが必要となる。
このため、従来の低速度で運転される機械装置の転がり軸受の潤滑では、基油の動粘度の極めて高い潤滑油やグリースを転がり軸受に封入する潤滑方法が採られていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の低速度で運転される真空用機械装置の転がり軸受では、基油の動粘度の極めて高い潤滑油やグリースを転がり軸受に封入するようにしていたので、潤滑油やグリースによる軸受内部の粘性抵抗が大きくなり、機械装置に動作遅れを生じたり、最悪の場合は動作不能になったりするという問題があった。
また、粘性抵抗が大きいことから、軸受部の温度が上昇し易いために、軸受部の温度上昇が潤滑油やグリースの基油動粘度の低下を招いて、その結果、必要な油膜厚さを確保できなくなるという問題があった。
さらに、機械装置の動作不良（動作遅れや動作不能）を解消するために出力の大きなモータを採用すると、機械装置が大サイズとなり、またその価格が上昇するという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、低速度で運転される機械装置の転がり軸受において、基油の動粘度の極めて高い潤滑油やグリースを封入する必要性をなくして機械装置の動作遅れや動作不能が避けられると共に、軸受部の温度上昇に伴う油膜厚さの減少も避けられ、さらに、出力の大きなモータを採用することによる機械装置の価格上昇も避けられる転がり軸受およびその使用方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は、転がり軸受に係り、軸受のピッチ円直径（Ｄｍ（ｍｍ））と回転速度（Ｎ（ｍｉｎ-1））の積：ＤｍＮが２５，０００以下の低速度で運転される真空用機械装置の転がり軸受において、基油が形成する油膜の他に、絶縁性膜が形成し軸受の内輪と外輪の間における絶縁時間割合が増加する特性を有する潤滑用フッ素グリースを封入したことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の転がり軸受において、前記潤滑用フッ素グリースとして、直鎖状パーフルオロポリエーテル油とＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）を混合したグリースを封入したことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の転がり軸受の使用時において、軸受温度を５０℃以上として運転することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明によると、グリースの基油から形成される油膜以外に絶縁性膜が形成して、軸受の内輪と外輪の間で絶縁時間割合が増加する。その結果、軸受部品間の金属接触の頻度が低下し、良好な潤滑状態が確保できる。
また、請求項２記載の発明によると、直鎖状パーフルオロポリエーテル油とＰＴＦＥを混合したグリースを用いることで絶縁性膜の形成が加速され、良好な潤滑状態が確保できる。
また、請求項３記載の発明によると、軸受温度を５０℃以上に上げることで絶縁性膜の厚さが増加するので、より動粘度の低いグリースを用いても、良好な潤滑状態が確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００９】
本発明の実施例を説明する前に、転がり軸受の一例として、深溝玉軸受の構成について図１を参照にして説明する。図１は深溝玉軸受の部分断面図である。深溝玉軸受１は、内輪２と、この内輪２の外周に設けられた外輪３と、この外輪３と内輪２との間に転動自在に組み込まれた複数個の球状転動体４と、これらの球状転動体４を内輪２と外輪３の円周方向に等間隔に保持する保持器５とを備えて構成されている。
内輪２と外輪３とに挟まれた空間に、球状転動体４や保持器５に付着してグリースが封入されている。必要に応じてはシールド板を取り付けることも構わない。
このような構成に基づく本発明の実施例を比較例と共に表１に示す。
【表１】
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表１において、
（１）実施例１はＫＤＬグリース（販売元：光洋精工（株））を、
（２）実施例２はデムナムＬ２００（販売元：ダイキン工業（株））を、
（３）実施例３はデムナムＬ６５（販売元：ダイキン工業（株））を、
それぞれ内輪２と外輪３との間に封入したものである。
一方、比較例については、
（１）比較例１はブレイコート６０２ＥＦ（販売元：ＢＰジャパン（株））を、
（２）比較例２はフォンブリンＧＲＭ６０（販売元：ソルベイ・セレクシス（株））を、
そして、（３）比較例３はクライトックスＬＶＰ（販売元：デュポン（株））を、
それぞれ内輪２と外輪３との間に封入したものである。
なお、ＫＤＬグリース、デムナムＬ２００、デムナムＬ６５は、潤滑用フッ素グリースとして、直鎖状パーフルオロポリエーテル油とＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）を混合したものとなっている。
【００１０】
次に、今回の試験に用いた潤滑特性試験機の概略構造を図２に示す。
図２において、１１は試験軸受、１２はコイルばね、１３はヒータ、１４は絶縁フランジ、１５は真空チャンバー、１６は真空ポンプ、１７はモータ、１８はトルクメータ、１９は磁性流体シール、２０は電流導入端子、２１は熱電対、２２は電圧測定用リード線、２３は電圧測定用ブラシである。
試験軸受１１は、コイルばね１２によりアキシャル荷重を受けると共に、ヒータ１３により加熱される。試験軸受１１の温度は熱電対２１によって調整される。
モータ１７の回転トルクは、磁性流体シール１９を介して真空チャンバー１５の中に配置された試験軸受１１に伝えられ、トルクメータ１８によって計測される。そして、電流導入端子２０から電圧測定用リード線２２を経由して電圧測定用ブラシ２３に至る電気回路は、試験軸受１１の内輪と外輪の間の電圧を測定するものである。
転がり軸受における潤滑状態の指標となる油膜パラメータ（Λ）の実測は困難なので、代用特性として、試験軸受１１の内輪２と外輪３との間の電圧値から次に示す方法を用いて、内輪２と外輪３との間の絶縁時間割合を測定した。
【００１１】
絶縁時間割合の測定回路の概略図を図３に示す。
図３において、２は内輪、３は外輪、３１は電源、３２はシリーズ抵抗、３３はアンプ、３４は積分回路、３５は電圧計である。
内輪２と外輪３との間の電圧（Ｅ０）は、
（１）内輪２と外輪３との間の瞬時的な金属接触があればＥ０＝０（Ｖ）となり、
（２）金属接触がなければＥ０＝ＥＡＢ（Ｖ）となる。
ここで、ＥＡＢは内輪２と外輪３の間をオープンにしたときの電位差である。
この０〜ＥＡＢ（Ｖ）の交流信号をアンプ３３で増幅後、積分回路３４によって平滑にする。得られた信号を０〜１００％で表示したものを絶縁時間割合と呼ぶ。
【００１２】
次に、図２および図３を用いて、具体的な試験方法について説明する。
試験軸受１１は呼び番号６９０６の深溝玉軸受である。内輪２、外輪３および球状転動体４の材料はＳＵＳ４４０Ｃである。ラジアル内部隙間の規格はＣ３で、シールド板は装着していない。試験軸受１１は、２個を使用し、アセトンで超音波洗浄した後に、グリースを質量１．４〜１．６ｇの範囲で封入した。コイルばね１２によって９８Ｎのアキシャル荷重を掛けて、潤滑特性試験機１０に組み込んだ。真空ポンプ１６を起動して、真空チャンバー１５の内部を大凡５×１０−４Ｐａに排気した後、回転速度２００ｍｉｎ−１にて、５０時間以上の慣らし運転を行った。このとき、ヒータ１３はＯＦＦの状態である。
モータ１７を一旦停止してから、絶縁時間割合の測定を開始した。モータを回転速度２０ｍｉｎ-1にて起動し５分間運転後、回転速度を２０ｍｉｎ-1ずつ上げて３００ｍｉｎ-1まで加速した。各速度にて５分間運転を継続した。このときもヒータ１３はＯＦＦの状態であり、軸受温度の平均値は、大凡３０〜４０℃の範囲であった。その後、ヒータを動作させ、５０、７０、９０、１１０℃と加熱し、各温度にて同様に２０ｍｉｎ-1から３００ｍｉｎ-1まで段階的に加速して試験した。
得られた試験結果を、横軸を油膜パラメータの計算値、縦軸を絶縁時間割合で整理した。ここで、油膜パラメータの計算値は、Ｄｏｗｓｏｎ−Ｈｉｇｇｉｎｓｏｎの式（前記非特許文献１、ｐ．４４）より求めた油膜厚さの計算値を、転がり軸受の部品の合成表面粗さの測定値（０．０５μｍ）で割って算出した。
まず、比較例１の場合における油膜厚さの計算値と絶縁時間割合の関係を図４に示す。軸受温度は、３０、５０、７０、９０、１１０℃と異なるが、全てのデータはほぼ同じ線上に存在し、計算値である油膜パラメータの代用特性値として、絶縁時間割合の測定値が使用できる。
ここで、先に述べたように、油膜パラメータ（Λ）と転がり軸受の潤滑状態の関係は、おおよそ、Λ＜１．５において、転がり軸受の表面損傷が起こり易くなることより、内輪と外輪の間の絶縁時間割合が１％以下となると、転がり軸受の表面損傷が起こり易くなると推測される。
【００１３】
図４から、油膜パラメータ＝１．５に相当する絶縁時間割合＝１％となるときの軸受の回転速度を読みとると、
軸受温度が３０℃の場合５０ｍｉｎ-1、
５０℃で９０ｍｉｎ-1、
７０℃で１６０ｍｉｎ-1、
９０℃で２４０ｍｉｎ-1、
１１０℃で３６０ｍｉｎ-1（推定値）となる。
比較例１の場合の、軸受温度とグリースの基油の動粘度の関係は、
３０℃が１６７．５ｍｍ2／ｓ、
５０℃が１１２．１ｍｍ2／ｓ、
７０℃が７４．３ｍｍ2／ｓ、
９０℃が５２．０ｍｍ2／ｓ、
１１０℃が３８．１ｍｍ2／ｓである。
比較例１において、基油の動粘度と絶縁時間割合＝１％となるときの軸受の回転速度との関係を図５に示す。
図５において、プロットを結ぶ線の下側の領域では、転がり軸受の潤滑状態が悪いことになる。従って、グリースの基油の動粘度がほとんど公表されている４０℃において、転がり軸受の潤滑状態を良好に保つために必要な基油の動粘度を数値で表すと、比較例においては、転がり軸受の潤滑状態を良好に保つために必要な基油の動粘度は、
（１）回転速度が１００ｍｉｎ-1の場合に，１００ｍｍ2／ｓ以上、
（２）回転速度が２０ｍｉｎ-1の場合に３４０ｍｍ2／ｓ以上、
（３）回転速度が１０ｍｉｎ-1の場合には５８０ｍｍ2／ｓ以上と、高いことになる。
更に、軸受温度が４０℃よりも高くなる場合には、温度に伴なう動粘度の低下を考慮すると、４０℃の基油の動粘度がより高いグリースを選定する必要がある。
従来例１の場合で、軸受温度が４０℃および１１０℃において、絶縁時間割合＝１％を得るために必要な回転速度を表１に記載したが、それらは、６５ｍｉｎ-1および３６８ｍｉｎ-1となる。つまり、従来例１の場合の潤滑状態は、
（１）軸受温度が４０℃のときは、回転速度が６５ｍｉｎ-1以下になると悪くなり、
（２）軸受温度が１１０℃のときは、回転速度が３６８ｍｉｎ-1以下になると悪くなる。
それから、比較例２は、フォンブリンＧＲＭ６０（販売元：ソルベイ・セレクシス（株））、比較例３は、クライトックスＬＶＰ（販売元：デュポン（株））、を内輪２と外輪３との間に封入したものであるが、表１に示したように、実施例１の場合と同様に絶縁時間割合の増加が認められなかった。
従来例２の場合、基油の動粘度が高いことにより、軸受温度が４０℃のときは、回転速度が２３ｍｉｎ-1以上の場合で良好な潤滑状態が得られるが、軸受トルクが大きいという問題がある。そして、軸受温度が１１０℃に上がると、回転速度が１５６ｍｉｎ-1以上にならないと良好な潤滑状態が得られない。
従来例３の場合、基油の動粘度が更に高いことにより、軸受温度が４０℃のときは、回転速度が８ｍｉｎ-1のときまで良好な潤滑状態が得られるが、軸受トルクが極めて大きいという問題がある。そして、基油の動粘度が温度上昇に伴って大きく変化する傾向を持つことから軸受温度が１１０℃に上がると、回転速度が３３０ｍｉｎ-1以上にならないと良好な潤滑状態が得られない。
【００１４】
次に、実施例１の場合における、油膜厚さの計算値と絶縁時間割合の関係を図６に示す。
すべての温度（３３、５０、７０、９０、１１０℃）において、回転速度が２０ｍｉｎ-1においても、絶縁時間割合は１より大きくなっており、転がり軸受の内部の潤滑状態は良好なことが分かる。
軸受温度が４０℃で回転速度が２０ｍｉｎ-1の場合に、良好な潤滑状態を確保するために必要な基油の動粘度は、比較例１のグリースにおいては３４０ｍｍ2／ｓ以上であったが、実施例１では、４０℃で２００ｍｍ2／ｓ、１１０℃においては２５．０ｍｍ2／ｓと小さな基油の動粘度にて、良好な潤滑状態を確保していることが分かる。
図６（実施例１）と図４（比較例１）から、油膜パラメータの計算値が１、つまり、油膜厚さの計算値が０．０５μｍの場合の絶縁時間割合を読みとって、軸受温度との関係として図７に示した。
図７において、比較例１の場合、絶縁時間割合は軸受温度が増加しても変化しないが、実施例１の場合、軸受温度の上昇に伴って絶縁時間割合は増加し、５０℃で約４０％、７０℃以上でほぼ１００％に達した。実施例１では、特に軸受温度が５０になると軸受の潤滑状態は良好になり、温度が高い条件ほど基油の動粘度を小さく選定できることになる。
つまり、実施例１においては、基油から形成される油膜の他に、グリースが絶縁性膜を形成することによって、絶縁時間割合が増加するものと推測される。
なお、図７の変化は、軸受温度の上下に対して可逆的であり、試験後の軸受の観察結果から、軸受部材の表面に損傷を与えるものではない。
実施例１の場合で、軸受温度が４０℃および１１０℃において絶縁時間割合＝１％を得るために必要な回転速度を表１に記載したが、それらは、共に２０ｍｉｎ-1未満であった。今回は、２０ｍｉｎ-1の試験を行わなかったので、正確な数値はつかめていない。
つまり、比較例１の場合、軸受温度が４０℃のときは、少なくとも回転速度が２０ｍｉｎ-1以上の場合まで良好な潤滑状態が得られており、更に驚くべきことは、基油の動粘度を高めることなく、軸受温度が１１０℃のときでも、少なくとも回転速度が２０ｍｉｎ-1以上の場合まで良好な潤滑状態が得られている。
〔その他の実施例〕
【００１５】
実施例２は、デムナムＬ２００（販売元：ダイキン工業（株））、実施例３は、デムナムＬ６５（販売元：ダイキン工業（株））、を内輪２と外輪３との間に封入したものである。
表１に示したように、実施例１の場合と同様に絶縁時間割合の増加が認めら、軸受温度が４０℃および１１０℃において、少なくとも回転速度が２０ｍｉｎ-1以上の場合まで良好な潤滑状態が得られている。
【００１６】
このように、軸受のピッチ円直径（Ｄｍ（ｍｍ））と回転速度（Ｎ（ｍｉｎ-1））の積：ＤｍＮが２５，０００以下の低速度で運転される機械装置の転がり軸受において、ダイキン工業（株）が製造販売する潤滑用グリース（商品名：デムナムＬ２００、デムナムＬ１００、デムナムＬ６５、デムナムＬＲ２００、デムナムＬＰ２００、デムナムＬＳ２００）、光洋精工（株）が販売する潤滑用グリース（商品名：ＫＤＬグリース）、を封入するという手順をとり、必要に応じて、軸受温度を５０℃以上とするという手順をとるので、基油の動粘度が高いグリースを用いずとも、グリースが絶縁性膜を形成して絶縁時間割合が増加するので、真空用機械装置の転がり軸受において良好な潤滑状態を確保することができる。
【００１７】
今回の実施例は、用途を回転形の転がり軸受に限定するものではないので、直動型の転がり軸受に適用してもよい。また、機械装置の使用環境も真空に限定するものでなく、大気環境用の機械装置にも適用できる。
なお、ダイキン化学工業（株）のデムナムグリースの名前が記載された先願（請求項には名前の記載なし）として、次の２つが検索されましたが、今回の従来技術としては該当しないと考えます。
（１）「特開２００３−１３９７４（転動装置）」デムナムＬ６５、３０００ｍｉｎ−１，（軸受形式不明），（ＤｍＮ不明）、試験温度：１００℃、雰囲気圧力：１０−４Ｐａ。
潤滑性と防錆性を付与するために、特殊な軸受部材に防錆油を塗布する。
（２）「特開２０００−６５０７５（転がり軸受）」デムナムＬ２００，１０００ｍｉｎ-1、軸受型番６０８，ＤｍＮ＝１５，０００ｍｍ・ｍｉｎ-1、試験温度：常温、雰囲気圧力：大気圧。
発塵性の改善のために、軸受のシールド板に磁性流体シールを構成する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】深溝玉軸受の一部分を示す断面図である。
【図２】転がり軸受の潤滑状態を調べるために使用した潤滑特性試験機の概略構造図である。
【図３】転がり軸受の絶縁時間割合を測定した電気回路の概略図である。
【図４】第１の従来例における油膜パラメータと絶縁時間割合の相関図である。
【図５】第１の従来例における基油の動粘度と絶縁時間割合の相関図である。
【図６】第１の実施例における油膜パラメータと絶縁時間割合の相関図である。
【図７】第１の実施例および第１の従来例における軸受温度と絶縁時間割合の相関図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  深溝玉軸受
２  内輪
３  外輪
４  球状転動体
５  保持器
１０  潤滑特性試験機
１１  試験軸受
１２  コイルばね
１３  ヒータ
１４  絶縁フランジ
１５  真空チャンバ
１６  真空ポンプ
１７  モータ
１８  トルクメータ
１９  磁性流体シール
２０  電流導入端子
２１  熱電対
２２  電圧測定用リード線
２３  電圧測定用ブラシ
３１  電源
３２  シリーズ抵抗
３３  アンプ
３４  積分回路
３５  電圧計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005325929.tif 000008
【図６】
2005325929.tif 000009
【図７】
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