JP3624981B2

JP3624981B2 - 転がり軸受および転がり軸受の製造方法

Info

Publication number: JP3624981B2
Application number: JP33309995A
Authority: JP
Inventors: 豊田　　泰; 一徳林田; 博明竹林
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1995-12-21
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2015-12-21
Also published as: JPH09177798A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受および転がり軸受の製造方法に係り、特にハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ）、ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）やレーザビームプリンタなどの情報機器に用いるのに好適な転がり軸受および転がり軸受の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述した情報機器などに用いる転がり軸受では、例えば鋼製の内・外輪、玉、合成樹脂製の冠形保持器などを組み合わせた構成のいわゆるミニチュアタイプの深溝型玉軸受を使用し、潤滑剤として、潤滑性に優れたフッ素系のグリースまたはオイルを使用するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、比較的高速回転で使用されるため、転動体の引きずり現象が起こることがあり、それに伴い転動体と軌道輪との間の潤滑剤が途切れやすくなり、転動体と軌道輪とが潤滑膜を介さない直接接触となることがある。この直接接触が起こると、転動体や軌道輪の軌道面が著しく摩耗、損傷して荒れやすくなり、振動や騒音の増大につながる。このような振動や騒音は、情報機器にとってきわめて有害で、問題となる。
【０００４】
したがって、本発明は、転がり軸受において、転動体と軌道輪との間の潤滑性を向上し、振動や騒音の発生を抑制することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の転がり軸受は、フッ素系の潤滑剤を用いるもので、少なくとも軌道輪の軌道面に、官能基を有する含フッ素重合体からなる潤滑薄膜が形成されている。
【０００６】
このような本発明では、官能基を有する含フッ素重合体からなる潤滑薄膜を軌道輪の軌道面に膜状に形成している。ところで、転動体の引きずり現象が発生すると、従来と同様にフッ素系のグリースやオイルなどの潤滑剤については転動体と軌道輪との接触部位からかきとられると考えられるが、軌道輪の軌道面に潤滑薄膜がいわば下地層として別に形成されているから、転動体と軌道輪とが潤滑薄膜を介する接触となって直接接触とならない。したがって、転動体や軌道輪の軌道面が摩耗、損傷せずに済むなど、荒れることがない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の転がり軸受は、少なくとも軌道輪の軌道面に、官能基を有する含フッ素重合体からなる潤滑薄膜が下地層として形成されているとともに、フッ素系のオイルまたはグリースを用いる。また、前記潤滑薄膜は、乾燥処理された潤滑薄膜である。また、本発明の転がり軸受の製造方法は、内・外輪、転動体および保持器を組み立てて転がり軸受を完成状態としてから、官能基を有する含フッ素重合体からなる潤滑油を膜状に、転動、摺動部に被覆する供給処理と、この供給処理された潤滑油を加熱することにより、潤滑油に含む溶媒を除去する乾燥処理と、この乾燥処理後に加熱し下地層としての潤滑薄膜とする仕上げ乾燥処理とを有し、前記仕上げ乾燥処理を施した潤滑薄膜に、フッ素系のオイルまたはグリースを供給する
【０００８】
図２に示すように、ＨＤＤ用スピンドルモータ５０において、ステータ５１が固定される軸５２に、ディスク５３が固定されるロータハブ５４が一対の転がり軸受Ａ，Ａを介して回転自在に支持されている。
【０００９】
転がり軸受Ａは、図１に示すように、内輪１と、外輪２と、球状の転動体３と、冠形の保持器４とを備える深溝型玉軸受とされている。この転がり軸受Ａにおいて、内・外輪１，２、転動体３および保持器４の転動、摺動部位には、潤滑薄膜５が被覆形成されている。なお、潤滑薄膜５は、少なくとも内・外輪１，２の軌道面のみに被覆形成すればよい。
【００１０】
内・外輪１，２および転動体３は、金属材料により形成されている。金属材料としては、例えばＪＩＳ規格ＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼などが挙げられる。耐食性が要求される場合には、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好ましい。また、軽荷重用途では、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４などのオーステナイト系ステンレス鋼とすることができる。なお、転動体３は、セラミックス材により形成することもできる。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（Ｙ_２Ｏ_３）およびアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、その他、適宜、窒化アルミ（ＡｌＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）を用いた窒化けい素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を主体とするものの他、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や炭化けい素（ＳｉＣ）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、窒化アルミ（ＡｌＮ）などを用いることができる。
【００１１】
保持器４は、ＳＰＣＣ材などの軟鋼の他、合成樹脂材料により形成される。合成樹脂材料としては、一般的なポリアミド樹脂（ナイロン６６）の他、耐熱性を有する熱可塑性樹脂、例えば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（ＰＥＥＫ）、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）、ナイロン４６などのエンジニアリングプラスチックスなども使用できる。保持器の形式としては、波型や冠型などが使用される。
【００１２】
潤滑薄膜５は、例えば官能基を有する含フッ素重合体からなり、この実施例では流動性を有する状態とされる。この含フッ素重合体としては、フルオロポリエーテル重合体またはポリフルオロアルキル重合体が好ましい。フルオロポリエーテル重合体は、−Ｃ_ＸＦ_２Ｘ−Ｏ− という一般式（Ｘは１〜４の整数）で示される単位を主要構造単位とし、いずれも数平均分子量が１０００〜５００００の重合体とするものが挙げられる。ポリフルオロアルキル重合体は、下記化学式１に示すものが挙げられる。また、前述の官能基は、金属に対して親和性の高いもの（例えばエポキシ基、アミノ基、カルボキシル基、水酸基、メルカプト基、イソシアネート基、スルフォン基またはエステル基など）が好ましく、例えば下記化学式２，３に示すものが挙げられる。このような含フッ素重合体は、単独で用いるか、または２種以上を併用して用いてもよい。その場合は、より耐摩耗性の優れた薄膜が得られるように、組み合わされた基が互いに反応して重合体をより高分子量化させるように配慮するのが望ましい。
【００１３】
【化１】

【００１４】
【化２】

【００１５】
【化３】

【００１６】
前述の薄膜５として、より詳しくは、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）あるいはその誘導体との混合物、具体的に例えばモンテカチーニ社の商品名フォンブリン（ＦＯＮＢＬＩＮ）Ｙスタンダード、フォンブリンエマルジョン（ＦＥ２０、ＥＭ０４など）またはフォンブリンＺ誘導体（ＦＯＮＢＬＩＮＺＤＥＡＬ、ＦＯＮＢＬＩＮＺＤＩＡＣ、ＦＯＮＢＬＩＮＺＤＩＳＯＣ、ＦＯＮＢＬＩＮＺＤＯＬ、ＦＯＮＢＬＩＮＺＤＯＬＴＸ２０００、ＦＯＮＢＬＩＮＺＴＥＴＲＡＯＬなど）が好適に用いられる。これら例示したものは、いずれも濃度が濃く、金属に対する親和性がきわめて悪いので、そのままでは膜状に付着させることが困難である。そのため、下記するような方法で形成するのが好ましい。
【００１７】
以上説明した転がり軸受Ａにおいて使用するフッ素系の潤滑剤としては、ＣＴＦＥ（三フッ化塩化エチレン）樹脂のオリゴマーや上述のＰＦＰＥなど分子内に塩素やエーテル結合を有するオイルが好適に用いられる。ＰＦＰＥとしては、上述のモンテカチーニ社の商品名：フォンブリンの他、ダイキン工業（株）製の商品名：デムナムやデュポン社の商品名：クライトックスなどがある。グリース状のものとしては、ＰＴＦＥ・フルオロカーボン油グリース、ＰＴＦＥ・フロロシリコーン油グリースやＰＴＦＥ・フッ素化ポリエーテル油グリースなどがある。これらは、一般に耐熱性、発塵性に優れているものの、金属に対する親和性がきわめて悪いので、転動体３の引きずり現象が発生すると、比較的簡単にかきとられてしまう。
【００１８】
次に、上述した潤滑薄膜５の形成方法の一例を説明する。
【００１９】
（ａ）内・外輪１，２、転動体３および保持器４をそれぞれ組み立てて転がり軸受Ａを完成状態としてから、この内・外輪１，２間で転動体３の存在する箇所において、用意した潤滑油をスポイドなどにより数滴、注入し、数回回転させることにより、潤滑油を膜状に内・外輪１，２、転動体３および保持器４の転動、摺動部位に被覆させる（供給処理）。この潤滑油の供給はスプレーより塗布してもよいし、また、潤滑油の貯溜槽に浸漬してもよい。ここで用意した潤滑油は、例えばフォンブリンエマルジョンＦＥ２０（フォンブリン濃度２０ｍａｓｓ％の）を適当な希釈溶媒でフォンブリン濃度を０．２５ｍａｓｓ％にまで希釈したものである。なお、前述の希釈溶媒は、メタノール溶液、アルコール溶液や水などの揮発性のものとすることができる。
【００２０】
（ｂ）前記潤滑油を塗布した転がり軸受Ａの全体を４０〜５０度で約３分間加熱し、潤滑油に含むメタノール溶液など溶媒を除去する（乾燥処理）。
【００２１】
（ｃ）この後、軸受使用環境での雰囲気温度を考慮して、例えば１２０〜１８０度で１５〜３０分間、加熱する（仕上げ乾燥処理）。
【００２２】
なお、（ａ）、（ｂ）は必要に応じて数回繰り返すようにしてもよく、最終的には、潤滑薄膜５の膜厚を例えば０．２μｍ以下に設定する。
【００２３】
このようにすれば、転がり軸受Ａの構成要素において互いに接触する部位に潤滑薄膜５を好適な膜厚で形成することができて、しかも、高温環境でも溶媒や油成分などの不要な発塵がなくなる。但し、使用潤滑油の性状、薄膜形成方法や生成後の膜厚などは、適宜に設定すればよい。また、潤滑薄膜５を内・外輪１，２の軌道面など局部的に被覆形成するには、不要箇所をマスキングしておき、軸受として組み立てる前に各単体を上記（ａ）で用意する潤滑油中に浸漬して、上記（ｂ）、（ｃ）を行えばよい。
【００２４】
このような発塵性および潤滑性に関して格段に優れる潤滑薄膜５を内・外輪１，２の軌道面に、いわば下地層として形成していれば、フッ素系のグリースやオイルが転動体３の引きずり現象に伴いかきとられたとしても、転動体３と内・外輪１，２とが潤滑薄膜５を介する接触となって直接接触となるのを阻止するので、転動体３や内・外輪１，２の軌道面が摩耗、損傷せずに済むなど、荒れなくなる。したがって、振動や騒音の発生を抑制できるようになる。しかも、潤滑薄膜５と使用するグリースやオイルとは、互いにフッ素系と同種であるために、潤滑薄膜５にグリースやオイルなどが付着しやすくなり、潤滑条件を良好なものとする。
【００２５】
ところで、本発明は上記実施例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。例えば、実施例では、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。また、本発明の転がり軸受は、上述したＨＤＤ用スピンドルモータの他にも、ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）やレーザビームプリンタなどのモータにも利用することができる。さらに、潤滑薄膜５としては、上述した流動性を有するものの他、下記するような固体状としたものを採用できる。
【００２６】
ここで、固体状の潤滑薄膜５としては、下記化学式４に示すように、側鎖にイソシアネート基を持つ含フッ素単量体を超高分子化して固体状とした重合体とされる。この重合体としては、フルオロポリエーテル重合体が好ましい。フルオロポリエーテル重合体は、−Ｃ_ＸＦ_２Ｘ−Ｏ− という一般式（Ｘは１〜４の整数）で示される単位を主要構造単位とし、いずれも平均分子量が数百万の重合体とするものが挙げられる。このような含フッ素重合体をベースとして、側鎖に官能基を持たない含フッ素単量体を添加して用いてもよい。前述の側鎖にイソシアネート基を持つ含フッ素単量体として、より詳しくは、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）の誘導体、具体的に例えばモンテカチーニ社の商品名フォンブリンＺ誘導体（ＦＯＮＢＬＩＮＺＤＩＳＯＣなど）が好適に用いられる。
【００２７】
【化４】

【００２８】
次に、上述した潤滑薄膜５の形成方法の一例を説明する。
【００２９】
（ａ）内・外輪１，２、転動体３および保持器４をそれぞれ個別に、用意した潤滑油中に浸漬するか、あるいはそれらを組み立てた完成状態の転がり軸受Ａを潤滑油中に浸漬して数回回転させることにより、内・外輪１，２、転動体３および保持器４の転動、摺動部位に潤滑油を膜状に付着させる（付着処理）。ここで用意する潤滑油は、例えばフォンブリンＺ誘導体（ＦＯＮＢＬＩＮＺＤＩＳＯＣ）を適当な希釈溶媒（フッ素系溶剤ＳＶ９０Ｄ）でフォンブリン濃度を１ｍａｓｓ％にまで希釈したものである。
【００３０】
（ｂ）前記潤滑油を膜状に付着した転がり軸受Ａの全体を４０〜５０℃で約１分間加熱し、潤滑油に含む溶媒を除去する（乾燥処理）。この時点では、潤滑油は、流動性を有している。
【００３１】
（ｃ）この後、軸受使用環境での雰囲気温度に応じて、例えば１００〜２００℃で２０時間、加熱する（仕上げ乾燥処理）。これにより、膜状の潤滑油を超高分子化し、固体状の潤滑薄膜５とする。
【００３２】
なお、（ａ）、（ｂ）は必要に応じて数回繰り返すようにしてもよく、最終的には、潤滑薄膜５の膜厚を例えば１μｍ以下に適宜設定する。
【００３３】
この場合、転がり軸受Ａの各構成要素の外表面の全面に潤滑薄膜５が形成される。しかも、潤滑薄膜５を超高分子化して、結合の強固な固体状としているから、溶剤や油成分による余分な発塵をほとんどなくせるようになるとともに、軸受構成要素間の転動、摺動動作に伴う発塵を抑制できるようになる。この他、固体状であるから、衝撃荷重に対し若干ながらも緩衝作用を発揮するので、耐衝撃性に優れるものとなる。
【００３４】
さらに、側鎖にイソシアネート基を持つ含フッ素単量体、例えばフォンブリンＺ誘導体（ＦＯＮＢＬＩＮＺＤＩＳＯＣなど）をベースとして、側鎖に官能基を持たない含フッ素単量体、例えば商品名フォンブリンＺ誘導体（ＦＯＮＢＬＩＮＺ−６０など）を添加した潤滑油を用いて潤滑薄膜を形成するようにしてもよい。この場合の形成方法も、上述した例と同様とする。この場合では、焼成後において、ベースの含フッ素単量体は互いに強固に結合して超高分子化するのであるが、このベースに対して添加する含フッ素単量体が結合しないので、固体状の潤滑薄膜５の内部において側鎖に官能基を持たない含フッ素単量体が、流動性を持つことになり、これが優れた潤滑作用を発揮することになる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の転がり軸受では、軌道輪の軌道面に発塵性および潤滑性に優れた潤滑薄膜を下地層として形成しているから、たとえフッ素系のグリースやオイルが転動体の引きずり現象によってかきとられたとしても、転動体および軌道輪の摩耗や損傷を長期間にわたって防止できるようになり、振動、騒音特性がほとんど劣化せずに済む。
【００３６】
したがって、例えば情報機器などで使用される場合において、長期間にわたって優れた性能を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかる転がり軸受の上半分の縦断面図
【図２】本発明の転がり軸受を用いたＨＤＤ用スピンドルモータを示す断面図
【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潤滑薄膜

Claims

少なくとも軌道輪の軌道面に、官能基を有する含フッ素重合体からなる潤滑薄膜が下地層として形成されているとともに、フッ素系のオイルまたはグリースを用いることを特徴とする転がり軸受。
前記潤滑薄膜は、乾燥処理された潤滑薄膜である請求項１に記載の転がり軸受。
内・外輪、転動体および保持器を組み立てて転がり軸受を完成状態としてから、
官能基を有する含フッ素重合体からなる潤滑油を膜状に、転動、摺動部に被覆する供給処理と、
この供給処理された潤滑油を加熱することにより、潤滑油に含む溶媒を除去する乾燥処理と、
この乾燥処理後に加熱し下地層としての潤滑薄膜とする仕上げ乾燥処理とを有し、
前記仕上げ乾燥処理を施した潤滑薄膜に、フッ素系のオイルまたはグリースを供給する、転がり軸受の製造方法。