JPH10311340A - 軸受の製造方法および軸受 - Google Patents

軸受の製造方法および軸受

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JPH10311340A JP9119183A JP11918397A JPH10311340A JP H10311340 A JPH10311340 A JP H10311340A JP 9119183 A JP9119183 A JP 9119183A JP 11918397 A JP11918397 A JP 11918397A JP H10311340 A JPH10311340 A JP H10311340A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 転動体表面、軌道の表面または保持器の表面
への潤滑剤の付着力を増大させた軸受の製造方法および
軸受を提供する。 【解決手段】 転動体であるボール４の表面６、内輪２
の軌道面７および外輪３の軌道面８の酸素濃度を弗化膜
置換法あるいはイオンボンバード法によって２ppm／mm2
以下にし、上記表面６,７,８の酸化物を除去する。酸化
物を除去した後、上記表面６,７,８に銀または鉛などの
固体潤滑剤をコーティングする。酸化物を除去した表面
６,７,８は潤滑剤の付着性が良いことから、潤滑剤の破
断が生じにくくなり、軸受の寿命が延びる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば半導体製
造装置等のように高真空の下、あるいは高温の下に使用
される軸受の製造方法および軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、軸受は、真空、高温、低温とい
った厳しい条件下で使用される場合、固体潤滑剤が用い
られている。この固体潤滑剤は、軟金属系と層状物質系
と高分子系に大別され、さらに、軟金属系は金、銀、
鉛、層状物質系はＭoＳ2、グラファイト、高分子系はＰ
ＴＦＥ(テフロン)、ナイロン、ポリイミドなどに細分化
されている。特に、軸受を使用する機器が高真空や高低
温で使用される場合には、軟金属系の固体潤滑剤が使用
されており、高温用としては耐久性の点で優れている銀
が使用され、一方、超低温用としては潤滑性を失うこと
のない鉛が使用されている。また、固体潤滑剤が使用さ
れる場合、固体潤滑剤の厚みが厚すぎると転動体の転が
りを妨げ、逆に薄過ぎると潤滑剤が破断する。したがっ
て、潤滑剤の厚みは適切な厚さに調整される。
【０００３】しかし、潤滑剤の厚さが適切であっても、
潤滑される面への潤滑剤の付着力が弱いと、潤滑剤が破
断しやすくなって軸受の寿命が短くなる。このため、軸
受の性能を判断する上で、コーティングされた潤滑剤の
潤滑される面への付着力が、軸受の寿命を判断する上で
極めて重要な要素になる。
【０００４】図２(a)は、従来の転動体であるボール４
の部分断面図である。ボール４に対する潤滑剤１２の付
着力を向上させるため、ボール４を有機溶剤等で洗浄し
て油脂等の汚染物(図示せず)を除去した後、そのボール
４の表面に潤滑剤１２を塗布している。このように、従
来の高真空や高低温で使用される軸受は、軌道(図示せ
ず)またはボール４に対する潤滑剤１２の付着力を増大
するために、ボール４の表面、軌道の表面または保持器
(図示せず)の表面を有機溶剤等で洗浄した後、上記表面
に銀、鉛等の固体潤滑剤をコーティングして製造されて
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の軸受の製造方法では、油脂等は有機溶剤でボール４
や軌道等の表面から比較的容易に除去されるが、酸化物
１１を表面から除去するのは極めて困難である。このよ
うに、酸化物１１が除去されずに残存すると、この酸化
物１１の存在のために潤滑剤１２の付着性が悪くなると
いう問題が生じる。潤滑剤１２の付着性が悪くなると、
ボール４が回転して間に潤滑剤１２の膜が破れるという
現象が早期に現れる。そして、潤滑剤１２の膜が破断す
ると、破断した箇所で、ボール４が内輪、外輪または保
持器と直接接触するために、軸受の転がり運動性能が著
しく損なわれて、軸受の寿命が短くなるという問題が生
じる。
【０００６】そこで、本発明の目的は、転動体表面、軌
道の表面または保持器の表面への潤滑剤の付着力を増大
させた軸受の製造方法および軸受を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の軸受の製造方法は、転動体の表
面、軌道の表面または保持器(使用する場合)の表面のう
ちの少なくとも一つを酸素濃度が所定の値以下になるよ
うに清浄処理した後、上記清浄処理した表面に潤滑剤を
コーティングすることを特徴としている。
【０００８】このように、請求項１の発明の軸受の製造
方法は、転動体の表面、軌道の表面または保持器の表面
のうちの少なくとも一つを酸素濃度が所定の値以下にな
るように清浄処理し、この清浄処理した表面に潤滑剤を
コーティングしている。したがって、上記潤滑剤は上記
酸素濃度が所定の値以下の表面に強固に付着する。した
がって、この製造方法で造られた軸受は寿命が長くな
る。
【０００９】請求項２の発明の軸受の製造方法は、請求
項１に記載の軸受において、上記所定の値は２ppm／mm2
であることを特徴としている。
【００１０】請求項２の発明の軸受の製造方法によれ
ば、上記酸素濃度の値が２ppm／mm2以下である表面に潤
滑剤をコーティングする。このように、上記酸素濃度が
２ppm／mm2以下になると、潤滑剤が強固に表面に付着し
て軸受の寿命が最高になることが実験により分かった。
【００１１】請求項３の発明の軸受は、転動体、軌道ま
たは保持器(使用する場合)のうちの少なくとも一つは、
酸素濃度が２ppm／mm2以下の表面部を有し、この表面部
に潤滑剤をコーティングしたことを特徴としている。
【００１２】このように、請求項３の発明の軸受では、
転動体、軌道または保持器のうちの少なくとも一つが、
酸素濃度が２ppm／mm2以下の表面部に潤滑剤をコーティ
ングしているので、潤滑剤は上記表面部に強固に付着す
る。したがって、この軸受の寿命が長くなる。なお、酸
素濃度が２ppm／mm2に近付くにつれて軸受の寿命が長く
なるが、２ppm／mm2以下では、寿命は最大のまま余り変
化しないことが実験により分かった。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
により詳細に説明する。
【００１４】図１は転がり軸受１の部分断面を示す。こ
の転がり軸受１は、金属製内輪２と、金属製外輪３と、
この内輪２と外輪３のと間に配置された転動体としての
鋼製ボール４と、これらのボール４を保持するプラスチ
ック製保持器５とを備えている。
【００１５】金属製の上記ボール４の表面６と、内輪２
の軌道面７と、外輪３の軌道面８と、保持器５のポケッ
トに面する表面９には、次のようにして、潤滑剤をコー
ティングする。
【００１６】まず、図１の状態に組み付ける前に、ボー
ル４、内輪２、外輪３および保持器５を有機溶剤などで
洗浄して油性の汚染物を予め除去する。
【００１７】その後、金属製の上記ボール４、内輪２お
よび外輪３の表面から酸化物を弗化膜置換によって除去
する。
【００１８】この弗化膜置換法では、まず、ボール４、
内輪２および外輪３を加熱炉中に入れ３００〜５００℃
に昇温する。次に、この温度を保持しつつ、加熱炉の中
に弗素系のガスを導入し、ボール４、内輪２および外輪
３を０.５〜１時間程加熱する。これによって、ボール
４、内輪２、外輪３の表面の主に酸化物からなる不働態
膜が弗化膜に変化する。次に、弗素系のガスを真空排気
した後、５００〜７００℃に加熱して、Ｈ2ガスを吹き
込むと、弗化膜がＨ2と反応して弗化膜が分解除去され
る。このようにして、ボール４、内輪２、外輪３の表面
の弗化膜を除去、すなわち、金属表面の酸化物を除去す
ると、活性化した金属素地が表面に現れる。
【００１９】続いて、上述の弗化膜置換法によって酸化
物が除去されたボール４、内輪２、外輪３の表面には、
銀または鉛などの固体潤滑剤をコーティングする。上記
ボール４には、図２(b)に示すように、酸化物のない金
属素地に潤滑剤１２が強固に固着する。上記内輪、外輪
にも同様に強固に潤滑剤が固着する。一方、保持器５の
ポケットに面する表面９にも潤滑剤をコーティングす
る。
【００２０】このように弗化膜置換法によって酸化物が
除去されたボール４の表面に対する潤滑剤１２の付着性
を定量化するために、真空４球式試験を行なった。この
試験では、潤滑剤の付着性と金属表面の酸化物の量との
関係を調べるために、トルク寿命と表面酸化物濃度との
関係とを試験した。
【００２１】この時の試験条件は、表１に示すものであ
る。
【００２２】表１ 真空４球式試験の試験条件 鋼球直径: １／４インチ (６.３５mm) 鋼球材質: ステンレス鋼 ＳＵＳ４４０Ｃ 潤滑剤: ０.３μm厚の銀 圧力: ６×１０-4Ｐa 荷重: １９６Ｎ 回転速度: １３２rpm (０.０２５m／s) 温度: 室温 この試験には、表２が示すように、金属表面の酸化物の
量がそれぞれ異なるＡ〜Ｅの５種類の試験用鋼球を、各
々４個つづ、上述した製法で造った。なお、金属表面の
酸化物の量として、表面酸素濃度を用いた。
【００２３】表２ 鋼球の表面酸素濃度 Ａ鋼球 １.５ ppm／ｍｍ２ Ｂ鋼球 ２．２ ppm／mm2 Ｃ鋼球 ２.９ ppm／mm2 Ｄ鋼球 ４.３ ppm／mm2 Ｅ鋼球 ５.１ ppm／mm2 上記Ａ〜Ｅの各々について鋼球４個のうち、３個は互い
に接触した状態で図示しない試験装置に固定され、残り
の１個は駆動軸に固定されて、上記の固定された３個の
鋼球の上から負荷を加えた。駆動軸を回転させることに
よって、３個の固定鋼球と１個の駆動鋼球との間に生じ
る摩擦力を、歪ゲージで検出した。
【００２４】図３は、この試験の結果である表面酸素濃
度とトルク寿命比との関係を示す。図に示すように、表
面酸素濃度が１.５と２.２ppm／mm2であるＡ鋼球とＢ鋼
球は、トルク寿命比がそれぞれ約０.８８と０.８６であ
るのに対して、表面酸素濃度が２.９ppm／mm2のＣ鋼球
では約０.６８である。すなわち、Ｂ鋼球を境にしてト
ルク寿命比が急に降下している。さらに、Ｄ鋼球では降
下し続け、表面酸素濃度が５.１ppm／mm2のＥ鋼球では
トルク寿命比は約０.３５まで低下している。
【００２５】以上のことから、表面酸素濃度が２ppm／m
m2以下であれば、トルク寿命比が約０.８７以上という
十分に大きな値になり、潤滑剤の表面への付着性がよい
ことが分かる。なお、上記表面酸素濃度が２ppm／mm2以
下であれば、寿命は、図３から分かるように、殆んど変
わらなかった。
【００２６】なお、上記実施の形態では、酸化物などの
汚染物を弗化膜置換法によって除去したが、この弗化膜
置換法の代わりに他の表面酸化物除去方法を使用しても
よい。例えば、０.１〜１Ｐaのアルゴンあるいは活性雰
囲気中でグロー放電を維持しながら、負の高電圧にバイ
アスした導電性物質はイオンによってクリーニングされ
ることを利用したイオンボンバード法を使用してもよ
い。
【００２７】上記実施の形態では、ボールの表面と内外
輪の軌道面から酸化物を除去して、潤滑剤をコーティン
グしたが、金属製保持器の場合は、保持器のポケットの
表面から酸化物を除去して、その表面に潤滑剤をコーテ
ィングしてもよい。本発明は保持器を使用しない軸受の
場合も適用できることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】以上から明らかなように、請求項１の軸
受の製造方法は、転動体の表面、軌道の表面または保持
器の表面のうちの少なくとも一つを酸素濃度が所定の値
以下になるように清浄処理した後、上記清浄処理した表
面に潤滑剤をコーティングしているので、上記潤滑剤は
上記酸素濃度が所定の値以下の表面に強固に付着し、こ
の製造方法で造られた軸受は寿命が長くなる。
【００２９】請求項２の軸受の製造方法は、酸素濃度が
２ppm／mm2以下の上記表面に潤滑剤をコーティングする
ので、潤滑剤は表面に強固に付着して、極めて長くする
ことができる。
【００３０】請求項３の軸受は、転動体、軌道または保
持器のうちの少なくとも一つは、酸素濃度が２ppm／mm2
以下の表面部を有し、この表面部に潤滑剤をコーティン
グしているので、潤滑剤は上記表面部に強固に付着し、
この軸受の寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の転がり軸受の部分断面図である。
【図２】 図２(a)は従来のボールの表面に酸化物が存
在するボールの部分断面図を示し、図２(b)は本発明の
酸化物が除去されたボールの部分断面図を示す。
【図３】 本発明のボールの表面酸素濃度とトルク寿命
比との関係を示す。
【符号の説明】
１…軸受、 ４…ボール、 ５…保持器、 ６…ボール
の表面、７,８…軌道面、 ９…保持器の表面、 １２
…潤滑剤。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥田 康一 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 転動体の表面、軌道の表面または保持器
    の表面のうちの少なくとも一つを酸素濃度が所定の値以
    下になるように清浄処理した後、上記清浄処理した表面
    に潤滑剤をコーティングすることを特徴とする軸受の製
    造方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の軸受において、上記所
    定の値は２ppm／mm2であることを特徴とする軸受の製造
    方法。
  3. 【請求項３】 転動体、軌道または保持器のうちの少な
    くとも一つは、酸素濃度が２ppm／mm2以下の表面部を有
    し、この表面部に潤滑剤をコーティングしたことを特徴
    とする軸受。
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