(57)【要約】【課題】優れた潤滑剤の漏れ防止効果を長時間維持可能な転がり軸受及び転がり軸受の加工法を提供する。【解決手段】転がり軸受は、内輪５と、外輪１と、内輪５及び外輪１の間に転動自在に配置された複数の玉３と、外輪１の両端部の内周面に取り付けられたシール部材４，４と、を備える。シール部材４，４の表面と内輪５のシール対向面５１には、ＣＮＴ膜６が形成されている。ＣＮＴ膜６の溌水溌油効果により、軸受空間に密封された潤滑剤は軸受空間内部の方にはじかれ、潤滑剤の外部への漏れを防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪との間に転動体を配設し、前記外輪と内輪のうちのいずれか一方の軌道輪に、他方の軌道輪に向かって延びるシール部材を取り付けると共に、両軌道輪及び前記シール部材により囲まれる軸受空間に潤滑剤を充填してなる転がり軸受において、
前記シール部材の表面、軌道輪の軌道面、及び、前記他方の軌道輪の前記シール部材に対向する対向部分のうちの少なくともいずれかに、カーボンナノチューブ膜を形成したことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記シール部材と前記対向部分との間のシール隙間を、０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記シール部材及び前記対向部分によりラビリンスを形成する転がり軸受において、
前記ラビリンスの軸方向長さを、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記軌道輪のうちの前記カーボンナノチューブ膜の形成面を、Ｎｉ、Ｆｅ及びＣｏのうちの少なくともいずれかを含む合金で形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の転がり軸受であって、少なくとも前記対向部分にカーボンナノチューブ膜を形成する転がり軸受の加工法であって、
カーボンナノチューブ膜を形成する部分以外の軌道輪部分にマスキング処理を施した後、熱ＣＶＤ法によりカーボンナノチューブ膜を形成することを特徴とする転がり軸受の加工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
潤滑剤のシール性能に優れた転がり軸受及び転がり軸受の加工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から潤滑剤の漏れ防止及び異物混入の防止等を目的として、シール部材を装着した密封軸受が用いられている。このうち、シール部材の先端を軌道輪に接触させない非接触シールは低トルクが要求される用途に好適に用いられるが、非接触シールのシール性能を補完又は向上させるために、例えば、潤滑剤を密封する部分に燈油コーティング膜を形成する技術が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２２６４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に示すような溌油コーティング膜は、耐久性が十分とはいえなかった。また、特に非接触シールにおいては、潤滑剤の漏れ防止効果のさらなる向上の要請がある。
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、優れた潤滑剤の漏れ防止効果を長時間維持可能な転がり軸受及び転がり軸受の加工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】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１による転がり軸受は、内輪と外輪との間に転動体を配設し、前記外輪と内輪のうちのいずれか一方の軌道輪に、他方の軌道輪に向かって延びるシール部材を取り付けると共に、両軌道輪及び前記シール部材により囲まれる軸受空間に潤滑剤を充填してなる転がり軸受において、前記シール部材の表面、軌道輪の軌道面、及び、前記他方の軌道輪の前記シール部材に対向する対向部分のうちの少なくともいずれかに、カーボンナノチューブ膜を形成したことを特徴とする。
【０００５】
本発明の請求項２による転がり軸受は、請求項戴こおいて、前記シール部材と前記対向部分との間のシール隙間を、０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下としたことを特徴とする。
本発明の請求項３による転がり軸受は、請求項１又は２において、前記シール部材及び前記対向部分によりラビリンスを形成する転がり軸受において、前記ラビリンスの軸方向長さを、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下としたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の請求項４による転がり軸受は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記軌道輪のうちの前記カーボンナノチューブ膜の形成面を、Ｎｉ、Ｆｅ及びＣｏのうちの少なくともいずれかを含む合金で形成したことを特徴とする。
本発明の請求項５による転がり軸受の加工法は、請求項１〜４のいずれかに記載の転がり軸受であって、少なくとも前記対向部分にカーボンナノチューブ膜を形成する転がり軸受の加工法であって、カーボンナノチューブ膜を形成する部分以外の軌道輪部分にマスキング処理を施した後、熱ＣＶＤ法によりカーボンナノチューブ膜を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の転がり軸受によれば、潤滑剤の漏れ防止効果に優れるので、長寿命である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（構成について）
図１は、本実施形態にかかる転がり軸受の軸線方向部分断面図である。
図１の転がり軸受は、内輪５と、外輪１と、内輪５及び外輪１の間に転動自在に配置された複数の玉３と、内輪５及び外輪１の間に複数の玉３を保持する保持器２と、外輪１の両端部の内周面に取り付けられたシール部材４，４と、を備える。このシール部材４は、薄鋼板製であり、外輪１から内輪に向かって延びるように形成されている。また、その先端は、内輪５に接触することなく軸方向に延在し、内輪５の外周面との間にラビリンスを形成している。以下、シール部材４に対向し、かつシール部材４と共にラビリンスを形成している内輪５の面をシール対向面と記す。これら内輪５、外輪１及びシール部材４，４によって取り囲まれ、玉３が配された軸受空間には、潤滑油１６が封入されており、シール部材４により密封されている。
【０００９】
そして、シール部材４の表面全体、及び、内輪５のシール対向面５１を含む面であって、軌道面以外の領域全面に、カーボンナノチューブ膜（膜厚約５μｍ）６を形成している。図１（ｂ）に、カーボンナノチューブ膜（以下、「ＣＮＴ膜」と記すこともある）６を形成した部分をハッチングで示す。
【００１０】
（作用効果について）
次に、本発明の作用効果について説明する。
ここで、一般的な濡れ性に関する理論について述べる。図２のように固体平面上に液体が滴下された場合、
θｆ  ：  見かけの接触角（ｄｅｇ）
θ１  ：  物質（１）における接触角（ｄｅｇ）
θ２  ：  物質（２）における接触角（ｄｅｇ）
φ１  ：  物質（１）が表面を占める割合
φ２  ：  物質（２）が表面を占める割合
とおくと、下記Ｃａｓｓｉｅの式が成立する。
ＣＯＳθｆ  ＝  φ１ＣＯＳθ１−φ２ＣＯＳθ２  …  （Ｃａｓｓｉｅの式）
【００１１】
物質（２）が空気の場合、θ２＝１８０ｄｅｇより、Ｃａｓｓｉｅの式は以下のように変形される。
ＣＯＳθｆ  ＝  φ１ＣＯＳθ１−φ２
＝  φ１ＣＯＳθ１−（１−φ１）
＝  φ１（ＣＯＳθ１＋１）−１  …  式（１）
つまり、上記式（１）より、の１を限りなく小さくすれば、液体の見かけの接触角θｆが大きくなり、超覆水撥油表面になる。本発明はこの効果を利用したことを特徴とし、ＣＮＴ膜によりシール部材やシール対向面等に硬質で繊密な多孔質表面を形成し、撥水撥油性を付与する。これにより、シール部材４の表面とシール対向面にて潤滑油を軸受空間の内部にはじき、潤滑油の軸受外部への惨み出しや飛散を抑止できると同時に潤滑油を十分に保持して潤滑不良を防ぎ、低トルクでかつ長寿命の転がり軸受を提供することができる。
【００１２】
（熱ＣＶＤ法を用いたＣＮＴ膜の形成方法について）
Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏなどの遷移金属又はこの遷移金属の少なくとも１種を含む合金の基材を、真空排気した真空チャンバー内に載置された赤外線ランプで加熱して基材を真空下で熱処理し、次いで、炭素含有ガス及び水素ガスを真空チャンバー内へ導入し、真空チャンバー内の圧力をほぼ１気圧に維持して、該被処理基材上に熱ＣＶＤ法によりグラファイトナノファイバーを均一に成長せしめることからなる。例えば、特開２００２−１１５０７１号公報に記載される方法を用いることができる。
なお、ここで、基材は、内輪５又はシール部材４であり、夫々の表面にめっき処理により前記遷移金属の少なくとも１種を含む合金を形成させた後、熱ＣＶＤ法によりＣＮＴ膜を形成させる。
【００１３】
（プラズマＣＶＤ法を用いたＣＮＴ膜の形成方法について）
熱ＣＶＤ法の他に、プラズマＣＶＤ法を用いることでカーボンナノチューブ膜を作製することもできる。即ち、所定の真空度に保持された真空チャンバ内に前記基材を設置し、炭化水素ガスと水素ガスとからなる原料ガスを真空チャンバ内に導入した後、プラズマを発生させ、基材がプラズマに曝されることで、例えば５００℃以上に加熱される。プラズマで分解された原料ガスを基材表面に接触させることで、カーボンナノチューブを気相成長させ、基材全表面に所望のカーボンナノチューブ膜を作製できる。
【００１４】
（リモートプラズマＣＶＤ法を用いたＣＮＴ膜の形成方法について）
また、前記プラズマＣＶＤ法と原理が共通のリモートプラズマＣＶＤ法によりＣＮＴ膜を作製することもできる。リモートプラズマＣＶＤ法では、プラズマからのエネルギーを受けて基材が加熱されないようのに、例えば遮蔽板を設けるなどプラズマからのエネルギーを遮蔽しつつ、プラズマで分解された原料ガスを基材表面に接触させることで、カーボンナノチューブを気相成長させる。このとき、基材の加熱は別個に設けた加熱手段により行う。これにより、プラズマによって基材表面に気相成長させたカーボンナノチューブが損傷を受けるのを防止でき、高い撥水撥油効果を得ることができる。
なお、遮蔽板としては、例えばメッシュ状の遮蔽板を用いることができ、この場合、網目を通してプラズマで分解された原料ガスを基材表面に接触させることができる。例えば、特開２００５−３５０３４２号公報に記載される方法を用いることができる。
【００１５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されない。例えば、転がり軸受は、図１の玉軸受に限らず、保持器付きころ軸受、総玉軸受、総ころ軸受にも適用でき、軌道面は単列でも複列でもよい。また、上記実施形態では、シール部材４の表面及び内輪５の軌道面以外の領域にＣＮＴ膜６を形成しているが、少なくともシール部材４の表面及び軌道輪のいずれかの領域に形成されていればよく、例えば、シール部材４のみ、あるいは、シール対向面５１のみであってもよい。また、シール部材４が内輪１に取り付けられる場合は外輪１のシール対向面に形成してもよい。また、場合によっては、軌道面にＣＮＴ膜を形成してもよく、この場合、玉３から受ける荷重によってＣＮＴ膜６の空隙に潤滑剤が入り込み、保持されることで、潤滑性能を長期間維持できる。
【００１６】
［実施例］
次に、本発明の効果を評価するために、本発明の各実施例及び各比較例について、評価試験を行ったので説明する。
（供試仕様）
転がり軸受：玉軸受（呼び番号：６３０６）
寸法：内径３０ｍｍ、外径７２ｍｍ、幅１９ｍｍ
シール：非接触シール（ステンレス製シール）
潤滑油：グリセリン
潤滑油封入量：３．０ｇ
【００１７】
（実施例１）
・シール部材４の全面に熱ＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施した。
・内輪５の軌道面にマスキングテープを貼り、その後熱ＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施すことによって、内輪５の軌道面以外にＣＮＴ膜６を施した。
・外輪１の内周面の一方の軸線方向端部に、一対のシール部材４，４の内の一方を取付けた。
・軸受の内部にシリンジを用いて潤滑油を３．０ｇ注入し、もう一方のシール部材４を取り付け、潤滑油を軸受内に密閉した。
・シール隙間：０．１ｍｍ、ラビリンス長さ（ラビリンスの軸方向長さ）：３．０ｍｍである（図１（ｃ）参照）。
【００１８】
（実施例２）
・シール部材４の全面にリモートプラズマＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施した。
・内輪５の軌道面にマスキングテープを貼り、その後リモートプラズマＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施すことによって、内輪５の軌道面以外にＣＮＴ膜６を施した。
・外輪の内周面の一方の軸線方向端部に、一対のシールのうちの一方を取り付けた。
・軸受の内部にシリンジを用いて潤滑油を３．０ｇ注入し、もう一方のシール部材４を取り付け、潤滑油を軸受内に密閉した。
・シール隙間：０．１ｍｍ、ラビリンス長さ：３．０ｍｍ
【００１９】
（実施例３）
・シール部材４の全面に熱ＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施した。
・内輪５の軌道面にマスキングテープを貼り、その後熱ＣＶＴ法を用いてＣＮＴ膜６を施すことによって、内輪５の軌道面以外にＣＮＴ膜６を施した。
・外輪１の内周面の一方の軸線方向端部に、一対のシール部材４，４の内の一方を取付けた。
・軸受の内部にシリンジを用いて潤滑油を３．０ｇ注入し、もう一方のシール部材４を取り付け、潤滑油を軸受内に密閉した。
・シール隙間：０．０１ｍｍ、ラビリンス長さ：１．０ｍｍである。
【００２０】
（実施例４）
・シール部材４の全面に熱ＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施した。
・内輪５の軌道面にマスキングテープを貼り、その後熱ＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施すことによって、内輪５の軌道面以外にＣＮＴ膜６を施した。
・外輪１の内周面の一方の軸線方向端部に、一対のシール部材４，４の内の一方を取付けた。
・軸受の内部にシリンジを用いて潤滑油を３．０ｇ注入し、もう一方のシール部材４を取り付け、潤滑油を３．０ｇ注入し、潤滑油を軸受内に密閉した。
・シール隙間：０．０１ｍｍ、ラビリンス長さ：１．０ｍｍである。
【００２１】
（実施例５）
・シール部材４の全面に熱ＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施した。
・内輪５の軌道面にマスキングテープを貼り、その後熱ＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施すことによって、内輪５の軌道面以外にＣＮＴ膜６を施した。
・外輪１の内周面の一方の軸線方向端部に、一対のシール部材４，４の内の一方を取付けた。
・軸受の内部にシリンジを用いて潤滑油を３．０ｇ注入し、もう一方のシール部材４を取り付け、潤滑油を軸受内に密閉した。
・シール隙間：０．０１ｍｍ、ラビリンス長さ：５．０ｍｍである。
【００２２】
（実施例６）
・シール部材４の全面に熱ＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施した。
・内輪５の軌道面にマスキングテープを貼り、その後熱ＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施すことによって、内輪５の軌道面以外にＣＮＴ膜６を施した。
・外輪１の内周面の一方の軸線方向端部に、一対のシール部材４，４の内の一方を取付けた。
・軸受の内部にシリンジを用いて潤滑油を３．０ｇ注入し、もう一方のシール部材４を取り付け、潤滑油を軸受内に密閉した。
・シール隙間：１．０ｍｍ、ラビリンス長さ：１．０ｍｍである。
【００２３】
（実施例７）
・シール部材４の全面にプラズマＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施した。
・内輪５の軌道面にマスキングテープを貼り、その後プラズマＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施すことによって、内輪５の軌道面以外にＣＮＴ膜６を施した。
・外輪１の内周面の一方の軸線方向端部に、一対のシール部材４，４の内の一方を取付けた。
・軸受の内部にシリンジを用いて潤滑油を３．０ｇ注入し、もう一方のシール部材４を取り付け、潤滑油を軸受内に密閉した。
・シール隙間：０．１ｍｍ、ラビリンス長さ：３．０ｍｍである。
【００２４】
（実施例８）
・シール部材４の全面に熱ＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施した。
・内輪５の軌道面にマスキングテープを貼り、その後熱ＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施すことによって、内輪５の軌道面以外にＣＮＴ膜６を施した。
・外輪１の内周面の一方の軸線方向端部に、一対のシール部材４，４の内の一方を取付けた。
・軸受の内部にシリンジを用いて潤滑油を３．０ｇ注入し、もう一方のシール部材４を取り付け、潤滑油を軸受内に密閉した。
・シール隙間：０．００５ｍｍ、ラビリンス長さ：１．０ｍｍである。
【００２５】
（実施例９）
・シール部材４の全面に熱ＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施した。
・内輪５の軌道面にマスキングテープを貼り、その後熱ＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施すことによって、内輪５の軌道面以外にＣＮＴ膜６を施した。
・外輪１の内周面の一方の軸線方向端部に、一対のシール部材４，４の内の一方を取付けた。
・軸受の内部にシリンジを用いて潤滑油を３．０ｇ注入し、もう一方のシール部材４を取り付け、潤滑油を軸受内に密閉した。
・シール隙間：１．５ｍｍ、ラビリンス長さ：１．０ｍｍである。
【００２６】
（実施例１０）
・シール部材４の全面に熱ＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施した。
・内輪５の軌道面にマスキングテープを貼り、その後熱ＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施すことによって、内輪５の軌道面以外にＣＮＴ膜６を施した。
・外輪１の内周面の一方の軸線方向端部に、一対のシール部材４，４の内の一方を取付けた。
・軸受の内部にシリンジを用いて潤滑油を３．０ｇ注入し、もう一方のシール部材４を取り付け、潤滑油を軸受内に密閉した。
・シール隙間：１．０ｍｍ、ラビリンス長さ：０．５ｍｍである。
【００２７】
（実施例１１）
・シール部材４の全面に熱ＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施した。
・内輪５の軌道面にマスキングテープを貼り、その後熱ＣＶＤ法を用いてＣＮＴ膜６を施すことによって、内輪５の軌道面以外にＣＮＴ膜６を施した。
・外輪１の内周面の一方の軸線方向端部に、一対のシール部材４，４の内の一方を取付けた。
・軸受の内部にシリンジを用いて潤滑油を３．０ｇ注入し、もう一方のシール部材４を取り付け、潤滑油を軸受内に密閉した。
・シール隙間：１．０ｍｍ、ラビリンス長さ：５．５ｍｍである。
【００２８】
（比較例１）
・比較例１は、内輪５とシール部材４の全面にはＣＮＴ膜６を施さなかった。
・シール隙間：０．１ｍｍ、ラビリンス長さ：３．０ｍｍである。
（評価方法１：ＣＮＴ膜による潤滑油の密封性評価）
評価は、玉軸受からの油惨み出身こよる減量を測定することにより行った。より具体的には、１ヶ月放置後の軸受の重量を測定してその減量を測定した。評価結果を以下に示す。
【００２９】
実施例１＝０．２１ｇ減量
実施例２＝０．２２ｇ減量
実施例３＝０．２４ｇ減量
実施例４＝０．２３ｇ減量
実施例５＝０．２１ｇ減量
実施例６＝０．２２ｇ減量
実施例７＝０．４１ｇ減量
実施例８＝０．３５ｇ減量
実施例９＝０．３４ｇ減量
実施例１０＝０．３９ｇ減量
実施例１１＝０．２１ｇ減量
比較例１＝１．５１ｇ減量
上記評価結果より、転がり軸受にＣＮＴ膜を施した場合には、潤滑油の漏れ量が減少することがわかる。
【００３０】
また、シール隙間が０．０１ｍｍより小さいとシール端面と内輪シール対向面が接触し、ＣＮＴ膜が摩耗してしまう。反対にシール隙間が１．０ｍｍより大きいと漏れようとするオイルの量が増えるので表面張力がオイルを支えきれなくなる。同様に、ラビリンス長さが１．０ｍｍより小さいと表面張力がオイルを支えきれなくなる。更にラビリンス長さが５．０ｍｍより大きいと、転動体あるいは保持器とシール部材が接触し、シール部材の変形あるいはシール部材の摩耗より、シール隙間の増大やＣＮＴ膜の摩耗を引き起こす。
【００３１】
（評価方法２：成膜方法の異なるＣＮＴ膜が濡れ性に与える影響）
次に成膜方法の異なるＣＮＴ膜が濡れ性に与える影響について述べる。試験に用いた潤滑油のＣＮＴ膜による濡れ性を比較するために、炭素銅のディスク試験片に潤滑油（３μｌ）を滴下した時の接触角の測定も行った。各ＣＮＴ膜形成方法により各ディスク試験片にＣＮＴ膜を夫々形成し、実施例１２，１３及び比較例２，３とした。
・試験温度：室温（約２５．０℃）
・潤滑油：グリセリン
・潤滑油滴下量：３μｌ
・接触角の観察：滴下６秒後
【００３２】
潤滑油の接触角を測定した結果を以下に示す。
実施例１２＝１３６ｄｅｇ（熱ＣＶＤ法）
実施例１３＝１３７ｄｅｇ（リモートプラズマＣＶＤ法）
比較例２＝２９ｄｅｇ（未処理）
比較例３＝１０３ｄｅｇ（プラズマＣＶＤ法）
このように、実施例１２，１３では、共に比較例２，３よりも接触角が大きいことが確認された。また、熱ＣＶＤ法及びリモートプラズマＣＶＤ法で成膜することで、プラズマＣＶＤ法を用いた場合よりも大きな覆水溌油性を得ることができることも確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態にかかる転がり軸受の軸線方向部分断面図である（（ａ）は通常の断面図、（ｂ）はＣＮＴ膜を形成する箇所を示す図、（ｃ）はシール隙間及びラビリンス長さを説明する図である）。
【図２】固体表面に液体を滴下した様子を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１     外輪、２      保持器、３    玉、４ シール部材、５内輪、５１    シール対向面、６      ＣＮＴ膜
【図１】
2009024719.tif 000003
【図２】
2009024719.tif 000004