JPH09177798A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【解決手段】フッ素系の潤滑剤を用いる転がり軸受Ａに
おいて、少なくとも内・外輪１，２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５が形成され
ている。潤滑薄膜５は、フッ素系のグリースやオイルの
いわば下地層となるから、転動体３の引きずり現象が発
生してグリースやオイルがかきとられたとしても、転動
体３と内・外輪１，２との直接接触を防止し、これらの
摩耗や損傷を阻止する。

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】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図１および
図２に示す実施例に基づいて説明する。図１および図２
は本発明の一実施例にかかり、図１は、転がり軸受の上
半分の縦断面図、図２は、ＨＤＤ用スピンドルモータを
示す断面図である。

【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Ｊ
ＩＳ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ＳＵ
Ｓ４４０Ｃ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（Ｙ₂Ｏ₃）およびアルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃）、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。

【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１０
００〜５００００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（FONBLIN Z DEAL、FONBLIN Z DIAC、FONBLIN
Z DISOC、FONBLIN Z DOL、FONBLIN Z DOLTX2000、FONBL
IN Z TETRAOL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ＨＤ
Ｄ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（FONBLIN Z DISOC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（FONB
LIN Z DISOC）を適当な希釈溶媒（フッ素系溶剤ＳＶ９
０Ｄ）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（FONBLIN
Z DISOC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
（FONBLIN Z-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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フッ素系の潤滑剤を用いる転がり軸受で
   あって、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、こ
   とを特徴とする転がり軸受。