JP2002195276A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸受使用中の騒音を低くするとともに、長期
間にわたって安定的に潤滑が可能な軸受を提供する。 【解決手段】 本発明の転がり軸受は、軌道輪または転
動体１４の少なくとも一方が鋼材からなり、鋼材である
軌道輪の軌道面または転動体表面の少なくとも一方にＡ
ｇからなる潤滑膜１６ＢとＰｂからなる潤滑膜１６Ａと
を積層して成膜し、Ａｇの潤滑膜１６Ｂの膜厚が０．１
〜０．２μｍであり、Ｐｂの潤滑膜の膜厚１６Ａが０．
１〜０．５μｍである。

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
し、詳しくは、回転陽極Ｘ線管、真空蒸着装置等の真
空、高温の環境下で使用される装置、あるいは宇宙空間
において使用される軸受に形成された潤滑膜に特徴を有
する転がり軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空、高温の環境下で使用される転がり
軸受においては、潤滑剤やグリース等が使用できないた
め、外輪および内輪等の軌道輪に形成され転動体と摺接
する軌道面、転動体表面、保持器の転動体を収納するポ
ケット面の少なくともいずれかに軟質金属からなる潤滑
膜を被覆することが知られている。こうした潤滑膜の軟
質金属としては、銀（以下Ａｇ）や鉛（以下Ｐｂ）が知
られている。例えば、ＡｇとＰｂとからなる潤滑膜を採
用した回転陽極Ｘ線管等の転がり軸受においては、雰囲
気温度が４００〜５００℃で使用された際に、Ａｇは固
体の状態で、Ｐｂは溶融した状態で潤滑作用を行なうよ
うになる。このような雰囲気温度では、溶融した状態で
潤滑作用を行なうＰｂはＡｇに比べ騒音面で優れてい
る。

【０００３】しかしながら、軸受を構成する部材を鋼材
とした場合には、溶融したＰｂの鋼材に対する濡れ性が
悪く、軌道輪の軌道面、転動体表面、保持器のポケット
面等の被覆箇所に溶融したＰｂが膜状に保持されにく
い。すると、軸受の使用経過にともなって、この被覆箇
所から溶融したＰｂが剥がれてしまい、転動体と摺接す
る軸受の摺接箇所に潤滑剤が供給されなくなるため、軸
受構成要素間での潤滑作用が低下し、鋼材同士が接触し
た際に凝着し易くなる。

【０００４】以上のような問題を解決するために特開平
７−１９００６７号公報には、内外輪および転動体が鋼
材から形成され、転動体の表面には、最下層にすず（Ｓ
ｎ）、中間層にＡｇ、最上層にＰｂの三層からなる潤滑
膜が被覆されている転がり軸受が提案されている。この
ような構成の転がり軸受においては、転がり軸受が高温
の雰囲気中で使用されると、最上層であるＰｂおよび最
下層であるＳｎが溶融混合した状態において、中間層で
あるＡｇが混在されることになる。この溶融混合した状
態では、ＡｇがＰｂ−Ｓｎ合金と鋼材との間のバインダ
ー（結合剤）となるため、溶融した潤滑剤が転動体の表
面や内外輪の軌道面に対しての適度な濡れ性を確保す
る。すなわち、転動体自身あるいは転動体から溶融混合
した潤滑剤が内外輪の軌道面へ転移されて、そこで膜状
に保持され易くなるので、転動体と内外輪の軌道面との
接触部位が安定的に潤滑される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た構成の転がり軸受においては、溶融したＰｂと鋼材と
のバインダーとして作用するＡｇによって、鋼材に対す
る溶融Ｐｂの濡れ性が向上しているとはいえ、軌道面と
転動体とは境界潤滑状態にあると考えられる。境界潤滑
状態では、軌道面と転動体との母材同士の接触が生じる
ため、母材の摩耗は避け難く、さらに、軸受の長時間の
使用に際して溶融したＰｂ等の潤滑剤が軌道面または転
動体の表面等の被覆部位から排除されてしまう場合があ
り、転がり軸受の寿命という点において問題がある。

【０００６】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、軸受使用中の騒音を低くするとともに、
長期間にわたって安定的に潤滑が可能な軸受を提供する
ことを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
の結果、転動体およびその転動体が接触する接触面に軟
質金属の潤滑膜が積層して成膜された転がり軸受におい
て、その軟質金属からなる潤滑膜の厚さを所定の範囲と
することで、真空、高温の環境下で使用される際に、良
好な潤滑を長時間にわたって持続できるとともに、使用
中の騒音を低くできることを見出した。

【０００８】すなわち、本発明の前記目的は、外輪と内
輪とからなる軌道輪の間に、転動体と、該転動体を保持
する保持器とを介挿した転がり軸受において、前記軌道
輪または前記転動体の少なくとも一方が鋼材からなり、
鋼材である軌道輪の軌道面または転動体表面の少なくと
も一方にＡｇからなる潤滑膜とＰｂからなる潤滑膜とを
積層して成膜し、前記Ａｇの潤滑膜の膜厚が０．１〜
０．２μｍであり、前記Ｐｂの潤滑膜の膜厚が０．１〜
０．５μｍであることを特徴とする転がり軸受によって
達成することができる。

【０００９】ここで、保持器としては、転動体を収納す
るポケットを周方向に間隔を隔てて有したものを例示で
きるが、互いに隣接する転動体の間に介挿されるスペー
サでもよい。ここで、鋼材としては、ＳＫＨ４、ＳＵＳ
４４０Ｃ、ＬＮＳ１２５、ＥＳ１（合金成分：０．４５
％Ｃ−１３％Ｃｒ−０．１４％Ｎ）のステンレスを例示
できるがこれらに限定されない。さらに、ＬＮＳ１２５
やＥＳ１のステンレスの場合は、下記に示す［式］を満
たすような合金成分のものは、巨大な共晶炭化物を生成
しないので好ましい。 ［式］Ｃ≦−０．０５Ｃｒ％＋１．４１ ここで、潤滑膜は、イオンプレーティングによって成膜
されていることが好ましい。また、Ａｇからなる潤滑膜
の膜厚は、Ｐｂからなる潤滑膜の膜厚よりも薄く成膜さ
れていることが好ましい。

【００１０】このような転がり軸受によれば、Ｐｂの融
点以下の雰囲気温度においては、軟質金属のＰｂからな
る層が潤滑膜として作用し、Ｐｂの融点より高い雰囲気
温度においては、Ｐｂからなる層が溶融し、軟質金属の
Ａｇからなる層が潤滑膜として作用する。すなわち、広
い温度範囲にわたって軸受の潤滑を良好にできるととも
に、軸受の接触部分の潤滑性を長期間にわたって維持で
きる。また、Ｐｂ被膜の膜厚を０．１〜０．５μｍ、Ａ
ｇ被膜の膜厚を０．１〜０．２μｍとしていることか
ら、Ａｇの膜厚をＰｂの膜厚よりも小さくすることで、
Ａｇの膜厚の増加に伴なう被膜の硬さの向上による、ト
ルクの変動や、音響の上昇を防止できる。すなわち、低
騒音の軸受を提供できる。さらに、Ｐｂの融点以下にお
いてもＰｂ単独では柔らかいため軌道面で排除され易い
が、Ａｇを添加することによって被膜がわずかに硬くな
るため、軌道面で排除されにくくなり、長寿命化が可能
となる。したがって、寿命の点から優れているＡｇと、
トルクの安定性や音響の点で優れているＰｂとをＰｂの
寿命を向上させながら音響をあまり上昇させないように
被膜の膜厚を設定している。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の第１実施形態で
あるアンギュラ型玉軸受（以下玉軸受）１０の断面図の
一部を示す。図１に示すように、玉軸受１０は、内輪１
１と外輪１２との間の保持器１３により保持され、玉軸
受１０の周方向に沿って等間隔に配置されている複数個
の転動体１４を有している。なお、本発明においては、
保持器１３を使用していない軸受であってもよい。内輪
１１には、当該内輪外周面の軸方向の両端部より間隔を
隔てた中央部分に転動体１４を収納する凹形状の溝とな
る軌道面１１Ａが形成されている。外輪１２には、当該
外輪内周面の軸方向の一方の端部より間隔を隔てた中央
部分に転動体１４を収納する溝と、この溝から他方の端
部へ向かって傾斜している傾斜面とからなる軌道面１２
Ａが形成されている。このとき、転動体１４と軌道面１
２Ａとの接触角度は、玉軸受１０の半径方向に対して接
触角度αとなっている。転動体１４の表面には、Ｐｂか
らなる潤滑膜と、Ａｇからなる潤滑膜とが形成されてい
る。このとき、玉軸受１０は、内径８ｍｍ、外径２２ｍ
ｍ、幅７ｍｍ、接触角度α３０°としている。

【００１２】図２に、図１に示した玉軸受１０に用いら
れる転動体１４の断面図を示す。図２に示す転動体１４
は、玉１５と、玉１５の表面１５Ａに成膜された潤滑膜
１６とを有している。潤滑膜１６は、上層１６Ａと下層
１６Ｂとの二層からなり、Ｐｂからなる上層１６Ａと、
Ａｇからなる下層１６Ｂとから構成されている。ここ
で、上層１６Ａの厚さは０．３μｍ、下層１６Ｂの厚さ
は０．１μｍとしている。

【００１３】本実施形態のこのような構成によれば、玉
軸受１０がＰｂの融点以下の雰囲気温度において使用さ
れている際には、転動体１４の上層１６ＡのＰｂが潤滑
膜として作用し、玉軸受１０の潤滑を良好なものとす
る。また、玉軸受１０がＰｂの融点より高い雰囲気温度
において使用される際には、上層１６ＡのＰｂが溶融
し、この溶融金属による潤滑とともに、軟質金属のＡｇ
からなる下層１６Ｂが潤滑膜として作用する。すなわ
ち、Ｐｂの融点３２７℃以下では、Ｐｂからなる上層１
６Ａが潤滑膜として作用し、Ｐｂの融点より高い温度で
は、Ａｇからなる下層１６Ｂが潤滑膜として作用する。
こうすることで、広い温度範囲にわたって玉軸受１０の
潤滑を良好にできるとともに、玉軸受１０の接触部分の
潤滑性を長期間にわたって維持できる。また、Ａｇの被
膜の膜厚をＰｂの膜厚よりも小さくすることで、Ａｇの
膜厚の増加に伴なう被膜の硬さの向上による、トルクの
変動や音響の上昇を防止することによって、玉軸受１０
の使用時の低騒音を達成できる。また、Ｐｂの融点以下
においてもＰｂ単独では柔らかいため軌道面で排除され
易いが、Ａｇを添加することによって被膜がわずかに硬
くなる。このため、Ｐｂからなる潤滑膜が転動体表面か
ら排除されにくくなり、玉軸受１０の長寿命化が可能と
なる。

【００１４】図３に、本発明の第２実施形態であるアン
ギュラ型玉軸受（以下玉軸受）２０（図示せず）に用い
られる転動体２４の断面図を示す。図３に示す転動体２
４は、玉１５と、玉１５の表面１５Ａに成膜された潤滑
膜２６とを有している。潤滑膜２６は、上層２６Ａと下
層２６Ｂとの二層からなり、Ａｇからなる上層２６Ａ
と、Ｐｂからなる下層２６Ｂとから構成されている。こ
こでは、上層２６Ａの厚さは０．１μｍ、下層２６Ｂの
厚さは０．３μｍとなっている。

【００１５】本実施形態のこのような構成によれば、玉
軸受２０がＰｂの融点以下の雰囲気温度において使用さ
れている際には、上層２６ＡのＡｇが潤滑膜として作用
し、玉軸受の潤滑を良好なものとする。また、玉軸受２
０がＰｂの融点より高い雰囲気温度において使用される
際には、下層２６ＢのＰｂが溶融状態となり、玉軸受２
０の作動中に上層２６ＡのＡｇは、玉１５の表面１５Ａ
から剥離して、転動体２４と摺接する玉軸受の摺接部分
に転写される。こうすることで、下層２６ＢのＰｂが溶
融した溶融金属による潤滑とともに、転動体２４と摺接
する玉軸受２０の摺接部分に転写された、軟質金属のＡ
ｇからなる上層２６Ａが潤滑膜として作用する。すなわ
ち、Ｐｂの融点３２７℃以下では、Ｐｂからなる上層が
潤滑膜として作用し、Ｐｂの融点より高い温度では、Ａ
ｇからなる下層が潤滑膜として作用する。こうすること
で、広い温度範囲にわたって軸受の潤滑を良好にできる
とともに、軸受の接触部分の潤滑性を長期間にわたって
維持できる。

【００１６】また、本実施形態のこのような構成によれ
ば、後述するイオンプレーティングによる転動体表面の
潤滑膜の成膜方法において有利である。すなわち、融点
の低いＰｂを先に蒸発させて転動体２４の下層２６Ｂと
し、Ｐｂよりも融点の高いＡｇを上層２６Ａとして下層
のＰｂの上に被覆することで、潤滑膜の成膜作業を１バ
ッチで処理することができる。すなわち、蒸着材料のＰ
ｂとＡｇを同じルツボに入れて電子ビームで蒸発させる
イオンプレーティングにおいて、融点の低いＰｂが先に
蒸発するからＰｂが先に母材となる転動体表面に被覆さ
れ、Ｐｂより融点の高いＡｇはＰｂの上層に被覆され
る。コストから考えればＰｂが下層でＡｇが上層とする
方が好ましい。なお、本実施形態の玉軸受２０におけ
る、図示しない上記以外の構成および作用・効果につい
ては、上述した本発明の第１実施形態の玉軸受１０と同
様である。

【００１７】図４に、上述した転動体１４，２４の表面
上に潤滑膜を成膜する方法である、イオンプレーティン
グを用いた成膜装置５０の概略図を示す。図４に示す成
膜装置５０は、真空槽５１、陽極電源５２に接続され、
蒸着原料５３の蒸気化と蒸着粒子のイオン化を行なうホ
ロカソードイオン銃および反応ガス供給手段５４、メッ
シュのかごに入った転動体のワーク５５、ワーク５５へ
バイアスを掛ける陰極電源５６を示す。

【００１８】上述した転動体１４，２４が製造されるに
は、先ず成膜装置５０の真空槽５１を１×１０^-4Ｐａ以
下に排気した後、Ａｒガスを導入し、陰極電源５６を作
動させる。すると、ワーク５５となる転動体の表面にグ
ロー放電が起こり、転動体表面の酸化被膜が除去される
（クリーニング）。次いで、所定時間クリーニングをし
た後、Ａｒガスの供給を止め、再び、高真空を保つ。つ
ぎに、蒸着ボート５３Ａに蒸着原料５３となるＰｂとＡ
ｇとを計量して所定の量を入れ、この蒸着原料５３をホ
ロカソードイオン銃５４からの電子ビームにより溶解す
る。このとき、陽極電源５２を作動させると、プラズマ
が発生する。そしてガス供給手段５３により反応ガスと
なるＡｒガスを導入する。つぎに、陰極電源５６を作動
させるとワーク５５にバイアスがかかり被処理物がコー
ティングされる。コーティング中は、被処理物を入れた
かごを図中Ａ方向に回転させる。こうすることで、上述
した第１実施形態と第２実施形態に記載した転動体１
４，２４が形成される。

【００１９】

【実施例】表１に、本発明の玉軸受と従来の玉軸受との
比較試験の結果を示す。以下に示す試験条件としては、
試験軸受を外径２２ｍｍ、内径８ｍｍ、幅７ｍｍ、接触
角度α＝３０°の単列アンギュラ玉軸受（図１参照）に
おいて、保持器を用いない形態とした。また、アキシア
ル荷重を３０Ｎ負荷し、回転速度１００００ｒｐｍ、試
験温度３００℃、真空度１×１０^-4Ｐａ以下とする。下
記に示す試験結果において、それぞれの実施例および比
較例では、内外輪および玉の材質を変更している。ま
た、比較例においては、玉の表面に成膜された被膜の上
層と下層の材質を変更している。実施例１では、内輪・
外輪の材質および玉の材質をＳＫＨ４とし、玉の表面に
成膜された被膜の上層をＡｇ（０．１μｍ）、下層をＰ
ｂ（０．３μｍ）としている。実施例２では、実施例１
において内輪・外輪の材質および玉の材質をＥＳ１に変
更している。実施例３では、実施例１において玉に成膜
された被膜の上層をＰｂ（０．３μｍ）、下層をＡｇ
（０．１μｍ）に変更している。比較例１では、内輪・
外輪の材質および玉の材質をＳＫＨ４とし、玉の表面に
成膜された被膜をＰｂ（０．３μｍ）単層としている。
なお、寿命は、比較例１であるＰｂ単層を玉に被覆した
軸受の寿命を１として示している。

【００２０】

【表１】

【００２１】以上のような試験結果から、比較例１に示
す玉軸受の寿命を１とした場合に、実施例１の玉軸受に
おいては寿命３．５、実施例２においては寿命３．７、
実施例３においては寿命３．１となった。このようなこ
とから、本発明の玉軸受は、従来の玉軸受に比べてその
寿命が約３倍から３．７倍にまで上昇していることが分
かる。したがって、本発明の玉軸受は、従来の玉軸受に
比べ長い寿命となっていることが分かる。

【００２２】なお、本発明は前述した実施形態に限定さ
れるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
本発明において、上述した実施形態においては、アンギ
ュラ型玉軸受の場合を説明したが、他の形式の転がり軸
受、例えば深溝玉軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受ま
たは球面ころ軸受であってもよい。また、本発明におけ
る転がり軸受としては、上述した実施例で使用されてい
る軸受のように保持器を有しないものであってもよい。
また、所定の膜厚を有するＡｇとＰｂとからなる潤滑膜
が成膜される箇所は、上述した実施形態に示すように転
動体表面に限定されることなく、転動体と摺接する軌道
輪の軌道面および保持器のポケット面等であってもよ
い。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の転がり軸
受によれば、転動体に成膜された潤滑膜において、Ｐｂ
からなる層の寿命を向上することで軸受使用中の騒音を
低くすることができ、Ｐｂの溶融後は、Ａｇからなる層
が潤滑膜として作用することで、広い範囲の雰囲気温度
において、長期間にわたって安定的に潤滑が可能な転が
り軸受を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である玉軸受１０の断面
図の一部を示す。

【図２】図１に示す玉軸受１０に使用される転動体１４
の断面図を示す。

【図３】本発明の第２実施形態である玉軸受２０に使用
される転動体２４の断面図を示す。

【図４】本発明の玉軸受１０，２０に使用される転動体
１４，２４の表面に形成される潤滑膜１６，２６を成膜
する成膜装置５０の概略図を示す。

【符号の説明】

１０，２０ アンギュラ型玉軸受（転がり軸受） １１ 内輪 １２ 外輪 １３ 保持器 １４，２４ 転動体 １５ 玉 １６，２６ 潤滑膜 １６Ａ，２６Ａ 上層 １６Ｂ，２６Ｂ 下層 α 接触角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J101 AA32 AA42 AA54 AA62 BA20 BA53 BA54 BA70 CA11 DA05 EA03 EA04 EA05 EA06 EA23 EA25 FA01 FA32 GA57 GA60

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外輪と内輪とからなる軌道輪の間に、転
   動体と、該転動体を保持する保持器とを介挿した転がり
   軸受において、 前記軌道輪または前記転動体の少なくとも一方が鋼材か
   らなり、鋼材である軌道輪の軌道面または転動体表面の
   少なくとも一方にＡｇからなる潤滑膜とＰｂからなる潤
   滑膜とを積層して成膜し、前記Ａｇの潤滑膜の膜厚が
   ０．１〜０．２μｍであり、前記Ｐｂの潤滑膜の膜厚が
   ０．１〜０．５μｍであることを特徴とする転がり軸
   受。