JP2000205277A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】転がり軸受において、回転トルクの安定化なら
びに耐摩耗性の向上を図ること。 【解決手段】軌道輪１，２の軌道面あるいは転動体３表
面の少なくともいずれかに、ダイヤモンドライクカーボ
ン膜５が形成されており、このダイヤモンドライクカー
ボン膜５の表面粗さが、Ｒａ（中心線平均粗さ）で０．
００５μｍ以下に設定されている。このようにダイヤモ
ンドライクカーボン膜５を可及的に平滑にしているか
ら、転動体３の転がり特性を安定にできて、万一転動体
３が滑ったときの摩耗を回避できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転がり軸受に関す
る。この転がり軸受は、例えば真空、高温、清浄雰囲気
などに配置される各種機器に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】上述した環境で用いられる転がり軸受で
は、軌道輪や転動体の表面に対して、金、銀、銅、鉛な
どの軟質金属やグラファイトや二硫化モリブデンなどの
ような固体潤滑剤をコーティングしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した転がり軸受で
は、固体潤滑剤が比較的軟質であって表面粗さが粗いた
めに、転動体の転がり抵抗が大きく回転トルクが不安定
になることが指摘されるとともに、転動体の転動、摺動
動作に伴い固体潤滑剤が摩耗しやすいなど短寿命である
ことが指摘される。

【０００４】したがって、本発明は、転がり軸受におい
て、回転トルクの安定化ならびに耐摩耗性の向上を図る
ことを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
転がり軸受は、軌道輪の軌道面あるいは転動体表面の少
なくともいずれかに、ダイヤモンドライクカーボン膜が
形成されており、このダイヤモンドライクカーボン膜の
表面粗さが、Ｒａ（中心線平均粗さ）で０．００５μｍ
以下に設定されている。

【０００６】請求項２の発明にかかる転がり軸受は、上
記請求項１のダイヤモンドライクカーボン膜の硬度が、
Ｈｖ（ビッカース硬さ試験）で２０００以上に設定され
ている。

【０００７】以上、本発明では、軌道輪と転動体とがき
わめて平滑なダイヤモンドライクカーボン膜を介して接
触するから、転動体の転がり抵抗が軽減されるととも
に、転動体が万一滑ったとしてもダイヤモンドライクカ
ーボン膜の摩耗が抑制されることになる。

【０００８】特に、請求項２の発明のように比較的硬質
なダイヤモンドライクカーボン膜の硬度を所要レベル以
上に高めていれば、転動体の転がり抵抗がさらに軽減さ
れることになる。

【０００９】

【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。

【００１０】図１は本発明の一実施形態にかかる転がり
軸受の上半分の縦断面図である。図中、Ａは転がり軸受
の全体を示しており、深溝型玉軸受と呼ばれる形式を例
示している。この転がり軸受Ａは、内輪１と、外輪２
と、球状の転動体３と、波形の保持器４とを備えてい
る。

【００１１】上述した内・外輪１，２、転動体３は、各
種の金属材で形成される。この金属材としては、例えば
ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃなどのマルテンサイト系ステ
ンレス鋼、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ６３０などの析出硬
化型ステンレス鋼に適当な硬化熱処理を施した金属材な
どが、ＪＩＳ規格ＳＫＨ４などの高速度工具鋼などが挙
げられる。また、保持器４の材料としては、ＪＩＳ規格
ＳＵＳ３０４などのオースナイト系ステンレス鋼などが
挙げられる。

【００１２】これらのうち、内輪１の外周面および外輪
２の内周面には、ダイヤモンドライクカーボン（Ｄｉａ
ｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ：ＤＬＣ）膜５が形
成されている。このＤＬＣ膜５は、例えば化学蒸着（Ｃ
ＶＤ）法、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム形成法、イ
オン化蒸着法などにより形成することができる。

【００１３】仮に、ＣＶＤ法でＤＬＣ膜５を形成する場
合には、例えばＣＨ₄などの炭素源またはこれに水素な
どを混合した混合ガスに、必要に応じてキャリアガスと
して適量の不活性ガスを加え、これを１〜１０^-3Ｔｏｒ
ｒ程度で、２００〜１１００℃程度に加熱された対象部
品に対して流通する。これにより、対象部品に炭素が付
着されてＤＬＣ膜５が生成されることになる。このと
き、ＤＬＣ膜５の膜厚は、例えば０．１〜１μｍ程度に
管理され、また、表面粗さは、Ｒａ（中心線平均粗さ）
で０．００５μｍに管理され、硬度は、Ｈｖ（ビッカー
ス硬さ試験）で２０００以上に管理される。なお、ＤＬ
Ｃ膜５を対象部品に部分的に形成する場合には、適宜マ
スキングを施せばよい。

【００１４】特に、母材を上述したような金属材とする
場合には、母材そのものに含まれる炭素に対して上述し
たＤＬＣ膜５の炭素が結合することになり、そのため
に、ＤＬＣ膜５の母材に対する密着性がきわめて高くな
る。しかも、ＤＬＣ膜５を構成する炭素原子相互の結合
力が強いので、ＤＬＣ膜５そのものの摩耗や損傷が発生
しにくくなる。また、ＤＬＣ膜５を上述したレベルに硬
質にして表面を平滑にしているから、転動体３の転がり
抵抗が軽減されて転動動作がきわめて円滑になるととも
に、ＤＬＣ膜５が摩耗しにくくなる。

【００１５】なお、ＤＬＣ膜の粗さおよび硬度は、ＤＬ
Ｃ膜形成時の成形雰囲気の圧力、温度、ガスの種類、印
加電圧などを調整することで変えることができる。

【００１６】図４に、ＤＬＣ膜の表面粗さと摩擦係数と
の関係を示している。このデータは、上述したようなＤ
ＬＣ膜形成時の条件を種々変更して４種類の異なる組成
のサンプルを作成し、それぞれについて、表面粗さＲａ
と摩擦係数μを測定したものである。なお、摩擦係数μ
は、図５に示すように、ＤＬＣ膜をコーティングしたデ
ィスクに鋼球またはアルミニウム球を押し当てて測定し
た。転がり軸受として回転トルクを安定させるために
は、摩擦係数μを０．７以下にする必要があるが、図４
からＤＬＣ膜の表面粗さＲａを０．００５μｍ以下にす
ると摩擦係数μが０．７以下となり、摩擦抵抗が少な
く、回転トルクを安定させることができる。また、軌道
面および転動体の表面粗さが０．００５μｍよりも粗い
と、ＤＬＣ膜は硬度が高いので、接触相手面を著しく摩
耗させてしまい軸受寿命が短くなってしまう。さらに、
ＤＬＣ膜の硬度がＨｖ２０００以上であると耐摩耗性が
向上し、軸受寿命のさらなる向上が可能になる。

【００１７】以上説明した転がり軸受Ａでは、軸受構成
要素の所要部位に平滑かつ硬質なＤＬＣ膜５を形成して
いるから、転がり軸受Ａの長期にわたる動作安定化を達
成できるとともに、長寿命化を達成できるようになる。
しかも、このような転がり軸受Ａは、無潤滑での使用に
優れているから、真空、高温、清浄雰囲気となる半導体
製造機器、あるいはそれと同様の雰囲気に配置される機
器に好適に用いることができる。

【００１８】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。

【００１９】（１） 上記実施形態では、軸受形式とし
て深溝型玉軸受を引用しているが、その他の種類の転が
り軸受に本発明を適用できる。

【００２０】（２） 上記実施形態では、ＤＬＣ膜５を
内・外輪１，２のみに形成しているが、図２に示すよう
に転動体３のみに形成してもよいし、また、図３に示す
ように軸受構成要素１〜４のすべてに形成することがで
きる。また、上記実施形態ではＤＬＣ膜５を内輪１の外
周面と外輪２の内周面とに形成しているが、軌道面のみ
あるいは全外表面に形成することができる。また、保持
器４にＤＬＣ膜５を形成する場合には、全表面に形成し
ても、あるいはポケット内面のみに形成してもよい。特
に、ＤＬＣ膜５を軸受構成要素１〜４のすべてに形成し
た場合には、腐食環境での使用に十分耐え得るものにで
き、そのため例えば母材を耐食性素材とせずに一般的な
金属材などとして、コスト低減を図ることが可能にな
る。

【００２１】（３） 上記実施形態での転がり軸受Ａに
ついて、ふっ素系潤滑剤を塗布するようにしてもよい。
その場合、ＤＬＣ膜５に対して軸受内部のふっ素系潤滑
剤の濡れ性がきわめて良好になるので、仮に転動体３の
滑りが発生しても、内・外輪１，２や転動体３の表面の
潤滑油膜が途切れにくくなり、潤滑性を向上させること
ができる。なお、この場合、ＤＬＣ膜５に、ふっ素を含
有させてもよい。この場合、膜中に含有するふっ素によ
り、軸受内部に使用されるふっ素系潤滑剤の濡れ性がさ
らに良好となり、さらに潤滑油膜が途切れにくくなる。
このようなふっ素含有のＤＬＣ膜５を得るには、上記実
施形態でのＣＶＤ法での供給ガスにふっ素を混合させた
状態としたり、あるいはＤＬＣ膜５を形成した後で当該
ＤＬＣ膜５を例えばプラズマふっ素雰囲気中で処理する
ことが考えられる。

【００２２】（４） 上記実施形態での転がり軸受Ａに
おいて、転動体３については、セラミックス材により形
成することができる。このセラミックス材としては、焼
結助剤として、イットリア（Ｙ₂Ｏ₃）およびアルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）、その他、適宜、窒化アルミ（ＡｌＮ）、
酸化チタン（ＴｉＯ₂）、スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）を
用いた窒化けい素（Ｓｉ₃Ｎ₄）を主体とするものの他、
アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）や炭化けい素（ＳｉＣ）、ジルコ
ニア（ＺｒＯ₂）、窒化アルミ（ＡｌＮ）などを用いる
ことができる。また、保持器４については、合成樹脂材
料により形成することができる。その場合、保持器４の
形状については冠形やもみ抜き形とするのが好ましい。
この合成樹脂材料としては、耐熱性を有する熱可塑性樹
脂、例えば５〜１０ｗｔ％のＰＴＦＥ（ポリテトラフル
オロエチレン）および１０〜２０ｗｔ％のグラファイト
が充填されたＴＰＩ（熱可塑性ポリイミド）樹脂の他、
ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略称す
る）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）な
どのふっ素系樹脂やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥ
ＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリ
エーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルニトリル
（ＰＥＮ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ナイロン４
６などのエンジニアリングプラスチックスなどが挙げら
れる。これらの樹脂には、適宜、ガラス繊維などの強化
繊維が添加されてもよい。

【００２３】（５） 上記実施形態では、転がり軸受Ａ
として密封装置を持たない開放形のものを例示している
が、密封装置を装着したものとしてもよい。

【００２４】

【発明の効果】請求項１および２の発明にかかる転がり
軸受では、軌道輪と転動体との接触部位に平滑なダイヤ
モンドライクカーボン膜を形成することにより、軌道輪
と転動体との転動、摺動時の摩擦係数を低減できるよう
にしており、それにより回転トルクの安定化ならびに耐
摩耗性を向上できるようになるなど、長寿命化に貢献で
きるようになる。

【００２５】特に、請求項２の発明のように、元来硬質
なダイヤモンドライクカーボン膜の硬度を所要レベル以
上に高めていれば、回転トルクのさらなる安定化ならび
に耐摩耗性のさらなる向上を達成できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる転がり軸受の上半
分の縦断面図

【図２】本発明の他の実施形態にかかる転がり軸受の上
半分の縦断面図

【図３】本発明のさらに他の実施形態にかかる転がり軸
受の上半分の縦断面図

【図４】ＤＬＣ膜の表面粗さと摩擦係数との相関を示す
グラフ

【図５】ＤＬＣ膜の摩擦係数の測定方法を示す図

【符号の説明】

Ａ 転がり軸受 １ 内輪 ２ 外輪 ３ 転動体 ４ 保持器 ５ ＤＬＣ膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J101 AA02 AA32 AA42 AA54 AA62 BA10 BA50 BA53 BA54 BA70 DA05 EA05 EA06 EA31 EA33 EA34 EA36 EA37 EA42 EA43 EA44 EA47 EA53 EA78 FA08 FA31 FA60 GA57

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軌道輪の軌道面あるいは転動体表面の少な
   くともいずれかに、ダイヤモンドライクカーボン膜が形
   成されており、このダイヤモンドライクカーボン膜の表
   面粗さが、Ｒａ（中心線平均粗さ）で０．００５μｍ以
   下に設定されている、ことを特徴とする転がり軸受。
2. 【請求項２】請求項１に記載の転がり軸受において、前
   記ダイヤモンドライクカーボン膜の硬度が、Ｈｖ（ビッ
   カース硬さ試験）で２０００以上に設定されている、こ
   とを特徴とする転がり軸受。