(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油やグリースを使用できない環境で使用される少なくとも転動する２つの部材のうちの少なくとも一方に対して被覆される金属潤滑膜であって、
鉛に対してアンチモンが１０ｍａｓｓ％の割合で配合された合金からなる、ことを特徴とする金属潤滑膜。
【請求項２】
潤滑油やグリースを使用できない環境で使用される転がり軸受であって、
軌道輪の軌道面あるいは転動体の外表面の少なくともいずれか一方に、鉛に対してアンチモンが１０ｍａｓｓ％の割合で配合された合金からなる金属潤滑膜が被覆されている、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項３】
潤滑油やグリースを使用できない環境で使用される転がり軸受であって、
軌道輪の軌道面あるいは転動体の外表面の少なくともいずれか一方に、鉛に対してアンチモンが１０ｍａｓｓ％の割合で配合された合金からなる金属潤滑膜がすずからなる下地膜を介して被覆されている、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項４】
金属潤滑膜が被服される軌道輪あるいは転動体がＪＩＳ規格ＳＫＨ４、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ、ＪＩＳ規格ＳＵＳ６３０、ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４，ＡＩＳＩ規格Ｍ５０、または通電耐食被膜を施したＪＩＳ規格ＳＵＳ２から選ばれるいずれかからなる、ことを特徴とする請求項２または３に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属潤滑膜、ならびに転がり軸受に関する。この転がり軸受は、主として、例えばＸ線管や真空蒸着装置など、潤滑油やグリースなどを使用できない真空環境や高温環境で使用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来、前述したような特殊な環境で使用される転がり軸受には、軌道輪の軌道面や転動体表面の少なくとも一方に例えば銀や鉛などの軟金属、グラファイトならびに二硫化モリブデンなどを膜状にコーティングすることが公知である。
【０００３】
ところで、特に振動や騒音の低減が要求されるような状況では、転がり軸受に用いる潤滑膜として、軟質な鉛が好適とされる。
【０００４】
この鉛は、その被覆対象を金属材とする場合、金属材に対する被覆時の密着性が弱いので、すず（Ｓｎ）などの下地膜を設けることにより、鉛の密着性を高めるようにすることがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようにすずを下地として鉛を被覆した金属潤滑膜では、鉛の融点が３２７℃であるものの、すずの融点が２３１．８４℃であるために、環境温度がすずの融点以上になると、このすずが溶融して流動性を持つ状態になるために、溶融状態になっていない鉛が剥離するなどして膜が不安定になり、温度がさらに上昇する。これにより、すずと鉛は一部合金化するが、融点が低いため、膜全体が蒸発、飛散し、寿命が急激に短くなる。つまり、このような従来の金属潤滑膜を用いる転がり軸受では、その使用環境温度が前述したすずの融点を越える場合だと、運転継続時間が著しく短くなる。
【０００６】
このような事情に鑑み、本発明は、低温から高温まで広範囲の温度領域について優れた静粛性、潤滑性を発揮する金属潤滑膜および転がり軸受の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる金属潤滑膜は、潤滑油やグリースを使用できない環境で使用される少なくとも転動する２つの部材のうちの少なくとも一方に対して被覆される金属潤滑膜であって、鉛に対してアンチモンが１０ｍａｓｓ％の割合で配合された合金からなる。
【０００８】
請求項２にかかる転がり軸受は、潤滑油やグリースを使用できない環境で使用される転がり軸受であって、軌道輪の軌道面あるいは転動体の外表面の少なくともいずれか一方に、鉛に対してアンチモンが１０ｍａｓｓ％の割合で配合された合金からなる金属潤滑膜が被覆されている。
【０００９】
請求項３にかかる転がり軸受は、潤滑油やグリースを使用できない環境で使用される転がり軸受であって、軌道輪の軌道面あるいは転動体の外表面の少なくともいずれか一方に、鉛に対してアンチモンが１０ｍａｓｓ％の割合で配合された合金からなる金属潤滑膜がすずからなる下地膜を介して被覆されている。
【００１０】
請求項４にかかる転がり軸受は、請求項２または３に記載の転がり軸受において、金属潤滑膜が被服される軌道輪あるいは転動体がＪＩＳ規格ＳＫＨ４、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ、ＪＩＳ規格ＳＵＳ６３０、ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４，ＡＩＳＩ規格Ｍ５０、または通電耐食被膜を施したＪＩＳ規格ＳＵＳ２から選ばれるいずれかからなる。
【００１１】
要するに、本発明では、銀などに比べて軟質な鉛をベースにしてその軟質性を維持するようにアンチモンの割合を設定しているから、銀などの金属潤滑膜に比べて２つの部材の転動、摺動動作が静粛になり、潤滑作用も鉛単独使用の場合と同様に良好となる。
【００１２】
また、請求項２のように金属潤滑膜を鉛とアンチモンの合金とした場合であれば、それらの融点が鉛単体に比べて高くなるから、従来例よりも高温域での使用が可能になる。
【００１３】
また、請求項４のようにすずを下地膜とすれば、鉛とアンチモンからなる金属潤滑膜の密着性が高められるから、動作初期段階でも剥離しにくくなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態１の転がり軸受の上半分の縦断面図である。図中、１は内輪、２は外輪、３は玉からなる転動体、４は金属潤滑膜である。内・外輪１、２および転動体３はＪＩＳ規格ＳＫＨ４などの金属材で形成される。
【００１６】
図示例では、金属潤滑膜４を転動体３の外表面のみに被覆した例を挙げているが、転動体３の外表面あるいは内・外輪１、２の軌道面の少なくともいずれか一方に被覆すればよい。
【００１７】
そして、この実施形態での金属潤滑膜４は、鉛（Ｐｂ）に対してアンチモン（Ｓｂ）が１０ｍａｓｓ％の割合で配合された合金とされる。
【００１８】
この金属潤滑膜４は、例えば０．２〜０．８μｍの膜厚で形成される。この金属潤滑膜４の被覆方法については、例えば公知のスパッタリング、イオンプレーティングなどの蒸着方法が採用される。
【００１９】
この金属潤滑膜４のベースとなる鉛の融点は３２７℃であり、アンチモンの融点は６３０．５℃であるが、上述した割合で合金化した状態での融点は３６１℃になる。また、鉛の硬度はブリネル硬さで５、アンチモンの硬度はブリネル硬さで３０〜５８であるが、上述した割合で合金化した状態での硬度はブリネル硬さで７になる。
【００２０】
このような金属潤滑膜４では、環境温度が所要温度（３６１℃）以上になるまでの期間について、金属潤滑膜４が固体状態を維持するので、転動体３の転動、摺動動作に伴い金属潤滑膜４が微小ずつ剥離して転動体３に転移することになって潤滑作用を果たすが、所要温度（３６１℃）以上になると、金属潤滑膜４が溶融して流動状態になるので、転動体３と内・外輪１，２との転動、摺動部位をより良好に潤滑する。しかも、金属潤滑膜４が固体状態であっても、鉛とほぼ同等に軟質であるから、静粛性も確保できる。
【００２１】
このように本実施形態での金属潤滑膜４は、鉛とすずの２層構造とする従来例に比べて、高い温度領域まで静粛性を保ちながら良好な潤滑性を発揮できるようになる。したがって、この実施形態での転がり軸受は、例えばＸ線管の回転軸支持に好適に使用することができる。
【００２２】
ちなみに、金属潤滑膜４を構成する鉛およびアンチモンの配合割合と、転がり軸受の回転動作音との関係について、図２に示すようなＸ線管軸受シミュレート試験機を用いて調べている。
【００２３】
図２に示すＸ線管軸受シミュレート試験機において、１０は真空槽の壁部、１１は真空槽１０に片持ち梁状に取り付けられる支持体、１２は支持体１１を囲うケース、１３は支持体１１に２つの試験軸受２０，２０を介して回転可能に支持される回転軸、１４は回転軸１３に固定されるロータ、１５はロータ１４に回転駆動力を与えるステータ、１６はケース内の雰囲気温度を調節するハロゲンランプ、１７は試験軸受２０，２０の温度を計測する熱電対、１８はロータ１４の回転数を計測する回転センサ、１９は振動を計測する振動ピックアップである。
【００２４】
試験条件としては、ケース１２内の圧力を１０-4Ｐａ以下（ターボ分子ポンプ）、試験軸受２０の外輪の温度を１５０℃、ロータ１４の回転数を３０００ｒ／ｍｉｎ、ロータ１４の自重により試験軸受２０に作用するモーメント荷重を１１Ｎ・ｍとしている。そして、振動ピックアップ１９による計測結果に伴い試験軸受２０の回転動作音を認識するようになっている。
【００２５】
試験は、金属潤滑膜４を試験軸受２０の転動体の外表面のみに被覆するものとし、金属潤滑膜４を構成する鉛およびアンチモンの配合割合を下記するように種々変えて行った。
【００２６】
つまり、実施形態での金属潤滑膜４は、上述したように鉛（Ｐｂ）に対するアンチモン（Ｓｂ）の配合割合を１０ｍａｓｓ％に設定した組成とし、比較例１での金属潤滑膜４は、アンチモンを配合せずに鉛を１００ｍａｓｓ％に設定した組成とし、比較例２での金属潤滑膜４は、鉛に対するアンチモンの配合割合を５ｍａｓｓ％に設定した組成とし、比較例３での金属潤滑膜４は、鉛に対するアンチモンの配合割合を２０ｍａｓｓ％に設定した組成としている。
【００２７】
結果としては、試験軸受２０の回転動作音は、実施形態が６７ｄＢ、比較例１が７０ｄＢ、比較例２が６９ｄＢ、比較例３が７０ｄＢであった。このように、アンチモンの配合割合を１０ｍａｓｓ％未満にしても、また、１０ｍａｓｓ％以上にしても、軸受の回転動作音が上昇することから、上述したように鉛に対するアンチモンの配合割合を１０ｍａｓｓ％に特定することが好ましいと言えるのである。
【００２８】
図３は、本発明の実施形態２の転がり軸受の上半分の縦断面図である。この実施形態２において上記実施形態１との相違は、転動体３の外表面に、すず（Ｓｎ）を下地膜５として被覆してから、その表面に鉛とアンチモンとの合金からなる金属潤滑膜４を被覆していることである。
【００２９】
この場合、すずからなる下地膜５の膜厚は、例えば０．０１〜０．０５μｍとごく薄くてよい。このような構造であれば、金属製の転動体３に対する金属潤滑膜４の密着性が高められるから、動作初期段階でも剥離しにくくなる。温度がすず融点を超えても鉛とアンチモンとを合金化することにより、融点が上昇するため、３６１℃までは膜全体が蒸発することはない。
【００３０】
なお、本発明は上記実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【００３１】
（１）上記実施形態では、金属潤滑膜４を鉛とアンチモンとの合金とした例を挙げてするが、アンチモンを下層とし、鉛を上層とした２層構造にしたものも本発明に含まれる。この場合も、アンチモンと鉛の割合を１：９に設定する。
【００３２】
（２）上記実施形態では、深溝型玉軸受を例に挙げているが、その他の玉軸受（アンギュラ型玉軸受、３点接触型玉軸受など）の他、ころ軸受などとすることができる。
【００３３】
（３）上記実施形態では、金属潤滑膜４の被覆対象の部材をＪＩＳ規格ＳＫＨ４を用いたが、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３０４あるいはＡＩＳＩ規格Ｍ５０の他、部材の耐熱温度までならば使用できる。また、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２に通電性のある耐食被膜を施したものでもよい。さらに、転動体３と内・外輪１、２のいずれかを窒化けい素、アルミナ、炭化けい素などのセラミックス材とし、接触相手の金属部材にこの潤滑膜を施すことにより、金属どうしの接触に比べて寿命が長くなる。
【００３４】
（４）上記実施形態では、保持器なしの総玉軸受としているが、もみ抜き型、波型あるいは冠型などの保持器を用いてもよい。これらの保持器としては、上記ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４材や銅あるいは銅合金、またはポリアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルスルフォン樹脂（ＰＥＳ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂などの合成樹脂材で形成される。なお、これらの保持器のポケット面に本発明の金属潤滑膜４を被膜しておいてもよい。また、内・外輪１，２の端面にシールド板やオイルシールなどを配置することも可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の金属潤滑膜では、鉛とアンチモンとを組み合わせた構造にしているから、鉛とすずとを組み合わせた構造の従来例と同様に静粛性を確保しながら、前記従来例よりも高い温度領域での使用に適したものにできる。
【００３６】
また、本発明の転がり軸受では、上記金属潤滑膜を転動、摺動部位に介在させるようにしているから、低温から高温まで広範囲にわたって静粛性、潤滑性を向上できるようになり、使用場所を拡大できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の転がり軸受の実施形態１の上半分を示す縦断面図
【図２】本発明の転がり軸受の実験に用いたＸ線管軸受シミュレート試験機の構成を示す縦断面図
【図３】本発明の転がり軸受の実施形態２の上半分を示す縦断面図
【符号の説明】
１    内輪
２    外輪
３    転動体
４    金属潤滑膜
５    下地膜
【図１】
0003761727.tif 000002
【図２】
0003761727.tif 000003
【図３】
0003761727.tif 000004