(57)【要約】【課題】  ３００℃〜４００℃を越える真空高温での使用に耐える固体潤滑転がり軸受を提供する。【解決手段】  転動体３間に固体潤滑複合材ボール10を少なくとも１個組み込む。固体潤滑複合材ボール10は、二硫化タングステンＷＳ2 をタングステンＷ合金中に分散させた焼結材で、二硫化タングステンＷＳ2 の体積％を８０％以上とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動体間に固体潤滑複合材ボールを少なくとも１個組み込んでなり、前記固体潤滑複合材が、二硫化タングステンをタングステン合金中に分散させた焼結材であり、かつ、二硫化タングステンの体積％を８０％以上としたことを特徴とする固体潤滑転がり軸受。
【請求項２】
前記固体潤滑複合材ボールは前記転動体より小径であることを特徴とする請求項１に記載の固体潤滑転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体潤滑転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体、液晶および水晶振動子製造の成膜装置用固体潤滑転がり軸受においては、大気・真空両用性、低発塵性、耐久性が要求されるが、なかでも真空高温での耐久性に対する要求が最も大である。真空高温用の固体潤滑転がり軸受としては、金属被膜である銀イオンプレーティング膜あるいはＰＴＦＥ被膜が用いられているが、被膜だけの潤滑源では耐久性が劣る。潤滑源としてＰＴＦＥボールを組み込んだ長寿命ウルトラクリーン軸受があるが（特開２００２−２５０３５０号公報参照）、３００℃〜４００℃の高温は使用限界である。
【特許文献１】特開２００２−２５０３５０号公報（段落番号００１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、３００℃〜４００℃を越える真空高温での使用に耐える固体潤滑転がり軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、潤滑源として、上記ＰＴＦＥボールに代わる固体潤滑複合材を採用することによって課題を解決したものである。すなわち、タングステン（Ｗ）合金中に二硫化タングステン（ＷＳ2 ）を分散させた焼結材料をバレル加工機で球形のボールに加工し、必要寸法に仕上げて、潤滑源として転がり軸受に組み込むことにより、真空３００℃〜４００℃の高温で耐久性を大幅に向上させた固体潤滑転がり軸受を提供する。固体潤滑複合材としては、二硫化タングステンＷＳ2 の体積％を８０％以上としている。
【０００５】
固体潤滑複合材ボールの作成に用いる焼結材料の例としては、金属マトリクスと固体潤滑剤とを複合化した焼結材料、たとえば、冨士ダイス株式会社からＮＦメタルの商品名で上市されているものを挙げることができる。
【０００６】
既存のＳＵＳ４４０Ｃ製転がり軸受に、転動体（負荷ボール）より小径の固体潤滑複合材ボール（非負荷ボール）を組み込むことにより、その固体潤滑複合材ボールから長期にわたって潤滑剤が供給されることになり、大幅な耐久性の向上が達成される。本材料は真空中で８００℃まで使用可能であり、３００℃〜４００℃の高温での使用は問題ない。
【０００７】
固体潤滑複合材ボールの製造方法としては、多面体形状の固体潤滑複合材をバレル加工機により球形の潤滑ボールに加工し、必要寸法に仕上げる方法が挙げられる。バレル加工により、必要寸法のボールを得ることができ、材料および材料加工の面からコスト低減をはかることができる。すなわち、ボール形状にするためにバレル加工はもっとも有効な方法と考えられ、量産性があり、かつ、低コストな加工方法である。固体潤滑複合材が硬質粒子で表面を切削されながらボール形状になってゆく。このようにして製造されたボールは軸受に組み込まれて潤滑剤供給源になる。
【０００８】
また、樹脂ボールをバレル加工機により必要寸法に仕上げる方法でもよい。上記の場合と同様に、バレル加工により、低コストで必要寸法の樹脂ボールを得ることができる。
【０００９】
バレル加工機の構成は、回転円盤と、固定円盤と、固定円盤に設けた貫通孔と、固定円版の上面に取り外し可能に固定したボール飛び出し防止板とを有するものとすることができる。回転円盤の上面が硬質粒子を含む材質からなるものであってもよく、その硬質粒子としては、ダイヤモンド、炭化けい素、アルミナが挙げられる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、真空発塵に関しては、運転初期にかなり多量の発塵が発生するが、一定時間経過すると予想外に低い発塵を維持することができる。従来の、転動体間に複数のピロー形状の固体潤滑複合材を組み込んだ軸受と比較して、摩耗は少なく、低発塵性に優れる。
【００１１】
本発明で用いる固体潤滑複合材は、従来の固体潤滑複合材ボールより硬度が低くなるため、球形のボールに加工するのに加工時間が短縮され、コスト低減につながる。
１個の固体潤滑複合材ボールを組み込むことで、真空高温で長寿命を達成することが可能であるので、低コストで機能アップを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１３】
まず、固体潤滑複合材ボールの製造方法について述べる。図２に加工に用いるバレル加工機の概略構成を示す。このバレル加工機は回転円盤５と固定円盤７とを有する。回転円盤５は電動モータ等の駆動手段（図示省略）によって回転駆動される。回転円盤５の上面にはダイヤモンドペーパー６を貼り付けてある。回転円盤５の上方に固定円盤７が位置している。固定円盤７は円周方向に分配した複数の貫通孔８を有する。貫通孔８の下端は開放し、上端は固定円盤７の上面にボール飛び出し防止板９を取り付けることによって閉じられる。回転円盤５の上面と固定円盤７の下面との間には仕上げられた潤滑ボールが通過しない程度のすきまがある。
【００１４】
固定円盤７の材質を例示するならば、加工対象が固体潤滑複合材の場合には鉄系材料、ＰＴＦＥボールの場合にはジュラコン（ポリプラスチックス株式会社製ポリアセタールの商品名）とすることができる。回転円盤５にダイヤモンドペーパー６を貼り付ける代わりに、ダイヤモンド、炭化けい素、アルミナその他の硬質粒子を含む層を設けてもよい。
【００１５】
加工に際しては、ボール飛び出し防止板９を外した状態で貫通孔８に固体潤滑複合材10を投入する。そして、ボール飛び出し防止板９を取り付けた後、駆動手段を起動して回転円盤５を回転させるのである。すると、図中点線矢印で示すように、固体潤滑複合材10はダイヤモンドペーパー６と鉄系材料からなる固定円盤７の壁との間を跳ね回り、ダイヤモンドペーパーと衝突を繰り返して角が丸く削られ、徐々に表面が均等に削られてボール形状となる。
【００１６】
購入した立方体形状の固体潤滑複合材２種類（一辺が４ｍｍのものと一辺が６．５ｍｍのもの、いずれもＮＦメタル（冨士ダイス株式会社製固体潤滑複合材料の商品名であって、具体的にはＷ＋ＷＳ2 複合材を用いた。））のそれぞれにつき、上述の図２に示したバレル加工機を用いて加工を行なった。すなわち、固体潤滑複合材１０をダイヤモンドペーパー６（＃１００、株式会社マルトー製）を貼り付けた回転円盤５（静止状態）上に置き、回転円盤５を８５ｒｐｍで回転させた。立方体形状の固体潤滑複合材１０は、ダイヤモンドペーパー６と鉄系材料からなる固定円盤７の壁との間を跳ね回り、ダイヤモンドペーパー６と衝突を繰り返して立方体の角が丸く削られ、徐々に表面が均等に削られてボール形状になった。
【００１７】
加工時間と得られたボールの直径は表１に示すとおりである。ボール直径は、１個ボールの直径を数箇所測ってばらつきの範囲を示した。一辺４．００ｍｍの固体潤滑複合材から加工した潤滑ボールはＪＩＳ Ｂ １５２１深溝玉軸受の呼び番号６０８に、一辺６．３５ｍｍの固体潤滑複合材から加工した潤滑ボールはＪＩＳ Ｂ １５２１深溝玉軸受６００４に、それぞれ組込み可能となった。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
他の立方体形状のＮＦメタル（Ｃｕ−Ｓｎ＋ＷＳ2 複合材、Ｃｕ−Ｓｎ＋Ｃ＋ＷＳ2 複合材等）についても同様の傾向が得られることを確認した。ここに、Ｃｕ−Ｓｎ＋ＷＳ2 複合材はＣｕ−Ｓｎ合金の金属マトリクスと固体潤滑剤ＷＳ2 （二硫化タングステン）とを複合化した焼結材料であり、Ｃｕ−Ｓｎ＋Ｃ＋ＷＳ2 複合材はさらに炭素を複合化した焼結材料である。
【００２０】
バレル加工により、必要寸法の非負荷転動体（潤滑ボール）を得ることができ、材料および材料加工の面から、コスト低減をはかることができる。また、バレル加工機では、最も粒子の粗い＃１００のダイヤモンドペーパーを用いた場合、粒子が粗いため固体潤滑複合材、樹脂ボールの加工に対して顕著な目詰まりは発生せず、しかも、加工時間を短縮して必要寸法の潤滑ボールを得ることができる。さらに、バレル加工機では、加工時間さえセットしておけば、必要寸法の潤滑ボールを得ることができ、加工機のメンテナンスが比較的簡単である。
【００２１】
上述のようにして得られた固体潤滑複合材ボールを転動体間に組み込むことにより、固体潤滑転がり軸受が得られる。図１は深溝玉軸受の場合を例示したものであって、内輪１、外輪２、玉３、保持器４を主要な構成要素としており、固体潤滑複合材ボール１０は破線で示されるように玉３よりも小径である。固体潤滑複合材ボール１０は非負荷ボールであって、負荷は専ら玉３が受ける。
【００２２】
次に、固体潤滑複合材として、冨士ダイス株式会社製の、タングステン（Ｗ）合金中に二硫化タングステン（ＷＳ2 ）を分散させた焼結材料ＦＷＤ−ＣｕＣｏを採用し、二硫化タングステン（ＷＳ2 ）の添加量を種々変えてバレル加工機で球形のボールに仕上げた固体潤滑複合材ボールを、それぞれＳＵＳ４４０Ｃ製深溝玉軸受ＳＥＢ０８（爪曲げ保持器）に１個組み込み、真空中で耐久試験を行った。その結果を図３に示す。同図にも示されるように、固体潤滑複合材ボールを構成する材料の二硫化タングステン（ＷＳ2 ）の添加量（体積％）は、比較例１が６０、比較例２が７０、実施例１が８０、実施例２が９０、実施例３が９５であった。図３の横軸は耐久寿命（ｈ）を示す。
【００２３】
試験機として高温用真空軸受耐久試験機を用い、軸受は２個セットで取り付けた。１個を試験軸受とし、残る１個はダミー軸受とした。試験条件は、加熱温度３００℃、アキシアル荷重９．８１Ｎ、回転数１５５０ｒｐｍで、寿命判定は２個の軸受の摩擦トルクが０
．６×１０-2Ｎ・ｍに達した時とした。耐久寿命の目安は３００ｈである。
【００２４】
図３から明らかなように、二硫化タングステン（ＷＳ2 ）の体積％が６０％の比較例１、７０％の比較例２では耐久寿命に有意差が認められないが、二硫化タングステン（ＷＳ2 ）の体積％が８０％以上で、３００ｈを越える耐久寿命が得られた。しかも、比較例２と実施例１とでは耐久寿命に格段の差が現れている。これより、固体潤滑複合材を球形のボールに加工して潤滑性能を得るためには、二硫化タングステン（ＷＳ2 ）の体積％を８０％以上に添加することが必要であることが分かる。
【００２５】
なお、本発明の固体潤滑転がり軸受は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】深溝玉軸受の断面図である。
【図２】バレル加工機の概略構成を示す縦断面略図である。
【図３】真空耐久試験の結果を示す線図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  内輪
２  外輪
３  玉（転動体）
４  保持器
５  回転円盤
６  ダイヤモンドペーパー
７  固定円盤
８  貫通孔
９  ボール飛び出し防止板
１０  固体潤滑複合材ボール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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