CN1993560A - 薄壁轴承 - Google Patents
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Abstract
一种薄壁轴承,其具有薄壁轴承的保持器(4),该保持器形成为沿内圈(1)和外圈(2)弯曲的由树脂制的板状部件(5、5)构成的分段型保持器。该保持器(4)具有在轴方向端部开口并以自由滚动的方式将滚珠(3)保持的匣部(6),在位于相邻的匣部(6、6)间的柱(10)的中央部上形成在轴方向上延伸且在匣部(6)的开口部(7)所在的一侧的轴方向端部上开口的狭缝状的贯通孔(14)。这样,该薄壁轴承在润滑性上是优良的。
Description
技术领域
本发明涉及薄壁轴承。
技术背景
薄壁轴承用于半导体制造装置用的机器手等,该机器手通常在真空环境下使用,所以薄壁轴承也是真空用的规格。例如,内圈和外圈由SUS440C等马氏体类不锈钢构成,滚动体由SUS440C等马氏体类不锈钢或氮化硅、碳化硅等陶瓷构成,保持器由黄铜、SUS304、SUS316等构成。并且,作为润滑剂使用含氟润滑脂,特别是在避讳外气发生这样的环境下,具有官能团的含氟聚合物和氟油的润滑被膜、或以烷基化环庚烷或聚乙烯醚为主成分的润滑被膜是合适的。
另外,薄壁轴承是指内径比厚度大的轴承,本发明中以满足下式的滚动轴承为薄壁轴承。另外,下式中D为外径、d为内径。
(D-d)/d≤0.187
作为这样的薄壁轴承的保持器一般当将滚动体装入内外圈间后再安装保持器,所以使用在轴方向的端部具有用于将滚动体(滚珠)102插入匣部103的开口部104的环形的保持器101(参照图7~9)。开口部104的开口宽度比滚动体102的直径小,设有所谓的卡扣量(パチン分),将滚动体102插入匣部103中时,由滚动体102将开口部104弹性地挤开而通过开口部104(参照图8)。插入后开口部104弹性恢复到原来的状态(参照图9)。插入匣部103后的滚动体102要从保持器101脱离,滚动体102需弹性挤开开口部104而经其通过,所以本来滚动体102并非会轻易从保持器101脱离。
但是,薄壁轴承的情况下,保持器是金属制的时候滚动体容易从保持器的匣部脱离,所以为抑制此情况而多采用树脂制的保持器。以下说明保持器是金属制时滚动体容易从保持器的匣部脱离的原因。
薄壁轴承由于轴承的厚度薄,所以与一般的轴承相比则滚动体的直径小。但是,由于需要由该直径小的滚动体承受负载,所以需要大量的滚动体。轴承旋转中各滚动体通常处于各种运动状态,间或会出现多个滚动体夹住它们中间存在的保持器,从两侧相互压住的状态。此时,通过运动的滚动体保持器压向内外轮,但互压的滚动体数多,则压在内外圈上滑动的部分变多。这样,滑动摩擦力变大,保持器不能追从滚动体的公转,会出现滚动体从匣部脱离,保持器从轴承拨起的现象。
在树脂制的保持器中,保持器即使不能追从滚动体的公转,由于局部变形而吸收能量,所以与金属制的保持器相比,不易发生滚动体从匣部脱离,保持器从轴承拨起的现象。
这样,薄壁轴承多采用树脂制的保持器,但是会有以下这样的问题。即,树脂制的保持器通过注射成形而制得,种类和大小不同的薄壁轴承大量存在,对各轴承都制造模具从成本上看是不可能采用的。
因此,为解决这样的问题采用以下这样的手段。即,将具有以自由滚动的方式可保持滚动体的匣部203的树脂制的板状部件201沿内圈和外圈弯曲,将该弯曲的板状部件201的多个沿内圈和外圈排列,这并列成环形的多个板状部件201具有与图7所示那样的环形保持器具有同等的作用(参照图10)。另外,也可将长条的一个板状部件301弯成环形而构成保持器这样构成保持器(参照图11)。另外,在以后的说明中,图10、图11所示的多个板状部件并列成环状构成的保持器、以及将一个板状部件弯成环状构成的保持器记作“分段型保持器”。
根据这样的手段,通过注射成形或压缩成形制作一种板状部件,只要适合于薄壁轴承的种类和大小等而采用合适的个数的板状部件即可,而不必对各轴承制作模具,在成本上是有利的。另外,也可通过注射成形或压缩成形来制作长条的带状部件,并将其切断而制得前面说到的板状部件。
如图12(上图是保持器的立体图,下图是保持器从轴方向的开口部404所在的一侧看的端面图)所示可知,位于相邻的保持器403间的柱410,由于卡扣量,而随着朝向位于开口部404所在的一侧的轴方向端部而变宽。保持器401成形后从模具取出,则该变宽部分412反冲跳回,变宽部分412的圆周方向端部412a会向保持器401的径方向突出而变形(以后的说明中,这样突出变形的部分也记作“突出变形部分”)。
这是变宽部分412残存的拉伸应力使圆周方向端部412a、412a相互相互牵引而产生的。特别是,分段型保持器的情况下,由于板状部件放入模具中进行加热而弯曲,所以容易产生变宽部分的跳回。
薄壁轴承旋转中,保持器的外径面相对外圈滑动,但是跳回会使变宽部分的圆周方向端部发生变形,则突出变形部相对外圈滑动而磨耗,产生磨耗粉末。并且,产生的磨耗粉末吸收润滑剂的基油,所以薄壁轴承的润滑性会降低。
另外,使用分段型保持器的情况下,如图13所示,薄壁轴承旋转时,板状部件421的圆周方向端部与内圈422或外圈423接触滑动。板状部件421的圆轴方向端部上有角部,由于该角部与内圈422或外圈423接触,所以面压高,板状部件421的圆周方向端部容易磨耗产生磨耗粉末。产生的磨耗粉末吸收润滑剂的基油,所以薄壁轴承的润滑性会降低。
因此,本发明能够解决上述那样的以往技术中存在的问题,提供润滑性良好的薄壁轴承。
发明内容
为解决上述问题,本发明由以下结构构成。即,本发明的薄壁轴承具有:内圈、外圈、以自由滚动的方式配于所述内圈和所述外圈之间的多个滚动体、以及具有在轴方向端部开口并以自由滚动的方式保持所述滚动体的匣部的树脂制的保持器,并满足式:(D-d)/d≤0.187,其中D为轴承外径、d为轴承内径,其特征在于,在所述保持器的柱上设置贯通孔。
优选地,所述贯通孔是狭缝状。另外,优选地,所述贯通孔是在轴方向端部开口的孔或在轴方向端部不开口的中空孔。
另外,优选地,所述保持器由沿所述内圈和所述外圈配成环形的一个以上的板状部件构成。优选地,所述板状部件的圆周方向端部上设置倒角部。优选地,所述板状部件使其两板面分别朝向所述内圈和所述外圈配置,所述倒角部以所述板状部件的厚度朝向所述圆周方向端部逐渐变薄的方式形成。优选地,所述倒角部是曲面状或平面状。
另外,优选地,所述板状部件的圆周方向端面和所述倒角部的边界上形成的角部不与所述内圈和所述外圈接触,形成在所述板状部件的板面和所述倒角部的边界上的角部或所述倒角部与所述内圈或所述外圈接触。
另外,优选地,用以下3种润滑被膜的任一种来覆盖所述内圈的轨道面、所述外圈的轨道面、以及所述滚动体的滚动面的至少一个:
(1)含有具有官能团的含氟聚合物和全氟聚醚的润滑被膜;
(2)含有具有官能团的含氟聚合物和全氟聚醚以及氟树脂的润滑被膜;
(3)含有以烷基化环戊烷或聚苯醚为主要成分的润滑油和氟树脂的润滑被膜。
本发明的薄壁轴承具有:内圈、外圈、以自由滚动的方式配于所述内圈和所述外圈之间的多个滚动体、以及具有以自由滚动的方式保持所述滚动体的匣部的保持器,由沿所述内圈和所述外圈配置成环状的1个以上的树脂制的板状部件构成所述保持器,并且满足式:(D-d)/d≤0.187,其中D为轴承外径、d为轴承内径,其特征在于,在所述板状部件的圆周方向端部上设置倒角部。
优选地,所述板状部件使其两板面分别朝向所述内圈和所述外圈配置,所述倒角部以所述板状部件的厚度朝向所述圆周方向端部逐渐变薄的方式形成。另外,优选地,所述倒角部是曲面状或平面状。
另外,优选地,所述板状部件的圆周方向端面和所述倒角部的边界上形成的角部不与所述内圈和所述外圈接触,形成在所述板状部件的板面和所述倒角部的边界上的角部或所述倒角部与所述内圈或所述外圈接触。
另外,优选地,用以下3种润滑被膜的任一种来覆盖所述内圈的轨道面、所述外圈的轨道面、以及所述滚动体的滚动面的至少一个:
(1)含有具有官能团的含氟聚合物和全氟聚醚的润滑被膜;
(2)含有具有官能团的含氟聚合物和全氟聚醚以及氟树脂的润滑被膜;
(3)含有以烷基化环戊烷或聚苯醚为主要成分的润滑油和氟树脂的润滑被膜。
附图说明
图1是第一实施方式的薄壁轴承的结构说明正面图。
图2是板状部件的结构立体图。
图3是保持器的柱附近部分的说明立体图和端面图。
图4是贯通孔为中空孔的保持器的立体图。
图5是板状部件上形成的平面状的倒角部的图。
图6是板状部件上形成的曲面状的倒角部的图。
图7是用于薄壁轴承的一般的保持器的立体图。
图8是将滚动体从保持器的开口部插入匣部的状态图。
图9是滚动体插入保持器的匣部的状态图。
图10是以往的分段型保持器的立体图。
图11是以往的分段型保持器的立体图。
图12是说明以往的保持器的柱附近部分的立体图和端面图。
图13是薄壁轴承旋转时板状部件的圆周方向端部的角部与内圈和外圈接触的状态图。
图14是说明第二实施方式的薄壁轴承的结构正面图。
图15是板状部件的结构立体图。
图16是板状部件上形成的平面状的倒角部的图。
图17是板状部件上形成的曲面状的倒角部的图。
图18是第三实施方式的一例即滚动轴承的说明立体图。
图19是说明平板状部件的立体图。
图20是说明平板状部件的长度方向上长度L和厚度t之间的关系式的说明图。
图21是以往的滚动轴承使用的保持器的立体图。
图22是将滚动体从保持器的开口部插入匣部的状态立体图。
图23是将滚动体插入保持器的匣部的状态立体图。
图24是以往的其他实施例的保持器的说明图。
图25是以往的其他实施例的保持器的说明图。
图26是表示第四实施方式的薄壁滚动轴承的纵剖面图。
图27是说明评价生尘性的装置的结构的概略图。
图28是表示生尘性的评价结果的图表。
图29是形成润滑膜的第五实施方式的A的滚动轴承的剖面图。
图30是表示第五实施方式的A的润滑膜的形成状态的放大模式图。
图31(a)是说明轴承旋转试验机的图,(b)是表示生尘量试验结果的图表。
图32(a)是表示外气速度试验装置的图,(b)是表示外气速度试验的结果的图表。
图33是表示扭矩耐久试验的结果的图表。
图34是适用本发明的线性引导装置的说明图。
图35是适用本发明的线性轴承的说明图。
图36是适用本发明的滚珠丝杠装置的说明图。
图37是形成润滑膜的第五实施方式的B的滚动轴承的剖面图。
图38是表示第五实施方式的B的润滑膜的形成状态的放大模式图。
图39是表示生尘量试验结果的图表。
图40是扭矩耐久试验结果的图表。
图41是表示作为第六实施方式的滚动支持装置的一例的线性引导器的图。
图42是表示作为第六实施方式的滚动支持装置的一例的线性引导器的图。
图43是表示作为第六实施方式的滚动支持装置的一例的滚珠丝杠的图。
图44是表示作为第六实施方式的滚动支持装置的一例的线性衬套的图。
图45是表示作为第六实施方式的滚动支持装置的一例真空运送装置的图。
图46是表示图45所示的真空运送装置使用的第二滚动轴承的图。
图47是表示2圆筒试验机的图。
图48是表示作为第七实施方式的滚动轴承的一例的角接触滚珠轴承的结构的局部纵剖面图。
具体实施方式
〔第一实施方式〕
参照附图说明本发明的薄壁轴承的实施方式。图1是本实施方式的薄壁轴承的结构的正面图。图2是板状部件的结构的立体图。
图1的薄壁轴承具有:内圈1、外圈2、自由滚动地配于内圈1和外圈2之间的多个滚珠3(仅表示一部分)、自由滚动地保持滚珠3的保持器4、润滑油、润滑脂等润滑剂(未图示)。内径d和外径D满足下式:
(D-d)/d≤0.187
该保持器4是分段型保持器,由具有可将滚珠3自由滚动地保持的匣部6且沿内圈1和外圈2弯曲的由多个(图中的例子是8个)树脂制的板状部件5、5。。。构成。即两板面分别朝向内圈1和外圈2配置,沿内圈1和外圈2并列成环状的板状部件5、5。。。与由一体的环状部件构成的保持器具有同等的功能。
另外,板状部件5的圆周方向长度和使用个数不做特别限定,全部的板状部件5、5。。。的圆周方向长度之和与薄壁轴承的圆周方向长度大致相等,以滚珠3几乎都能保持在匣部6内的方式设定圆周方向长度和使用个数即可。只要满足上述条件,板状部件5的使用个数可以是1个(即可以是图11所示的那样的)。另外,本实施方式的薄壁轴承上代替分段型保持器而也可以采用1个环状部件构成的环状保持器。
在板状部件5的轴方向的端部上设有用于将滚珠3插入匣部6的开口部7。该开口部7的开口宽度比滚珠3的直径小,设有所谓卡扣量,将滚珠3插入匣部6时,由滚珠3弹性地挤开开口部7,通过开口部7。插入滚珠3后,开口部7弹性恢复到原来的状态。
另外,如图3(上图是保持器的立体图,下图是从轴方向的开口部7所在侧看的保持器的端面图)所示可清楚,位于相邻的匣部6、6间的柱10因卡扣量而随着朝向开口部7所在的一侧的轴方向端部而宽度变宽(变宽部分12)。并且,柱10的中央部上形成狭缝状(细长)的贯通孔14,该贯通孔沿轴方向延伸且在开口部7所在的一侧的轴方向端部开口。
制造保持器4时,树脂成形后将保持器4从模具取出,则变宽部分12跳回,会出现变宽部分12的圆周方向端部12a、12a向保持器4的径方向外侧突出而变形的情况。特别是,则分段型保持器的情况下,将板状部件5放入模具中加热而弯曲,所以比一体的环状部件构成的保持器容易出现变宽部分12的跳回。
但是,本实施方式的保持器4的情况下,通过在柱10上设置贯通孔14,从而残留在变宽部分12上的拉伸应力由于贯通孔14而分段,圆周方向端部12a、12a不互相互拉伸,所以不会出现变宽部分12的跳回。这样,几乎不会出现突出变形部分(图3的端面图),所以能够抑制变宽部分12的圆周方向端部12a的磨耗产生磨耗粉末,结果,容易维持薄壁轴承的优良的润滑性。
另外,贯通孔14的形状不限定于狭缝状,也可以是圆形、椭圆形、矩形等其他形状。另外,如图4所示,也可以是贯通孔14在轴方向端部不开口的中空孔。另外,若是图3那样的在轴方向端部开口的贯通孔14的情况下,则贯通孔14的开口部形成角部,该角部与平坦部相比容易因内圈1和外圈2间的滑动而产生磨耗。如图4所示若贯通孔14为中空孔则不形成角部,所以更难以产生磨耗。
另外,板状部件5的圆周方向两端部上实施倒角加工,除去大致直角的角部,板状部件5的圆周方向端面5a和板面5b之间形成倒角部5c(参照图5)。该倒角部5c是平面状,通过形成倒角部5c,从而板状部件5的厚度朝向圆周方向端部逐渐变薄。并且,通过调节板状部件5的弯曲程度,从而当薄壁轴承旋转时,在板状部件5的圆周方向端面5a和倒角部5c的边界上形成的角部不与内圈1和外圈2接触,在板状部件5的板面5b和倒角部5c的边界形成的角部或倒角部5c与内圈1或外圈2接触。另外,如图6所示,倒角部5c也可以是曲面状。
这样,板状部件5和内圈1或外圈2的接触部成钝角角部,则面压低,板状部件5的圆周方向端部难以磨损。并且,倒角部5c是曲面状,则面压更低。结果,磨耗粉末的产生量变少,所以磨耗粉末吸收的润滑剂的基油的量也变少,润滑性不容易降低。另外,由于存在倒角部5c,从而板状部件5与内圈1或外圈2的接触部上容易进入润滑剂的基油,所以更不易产生磨耗。
另外,倒角部5c是平面状的情况下,如图5所示,优选为,倒角部5c的延长线和圆周方向端面5a所成的角度是45°以上不到90° (即倒角部5c和圆周方向端面5a所成的角度90°以上不到135°)。这样的结构的话,则板状部件5的板面5b和倒角部5c的边界形成的角部的角度更加钝角化,所以板状部件5与内圈1或外圈2的接触部的面压更加低,板状部件5的圆周方向端部更不易磨耗。而且,板状部件5的圆周方向端部与内圈或外圈2之间的间隙变小,所以板状部件5与内圈1或外圈2的接触部更容易进入润滑剂的基油。
该板状部件5可通过注入成形、压缩成形等惯用的树脂成形法制造。另外,也可以通过由注入成形或压缩成形制造长条的带状部件,并将其切断,而制得板状部件5。以这样的方法制造保持器,则薄壁轴承的制造成本降低。
板状部件5的树脂材料的种类不做特别限定,多采用柔软性好的尼龙66等聚酰亚胺树脂。另外,从低漏气(アウトガス)性来看,也可以使用聚四氟乙烯等氟树脂、聚醚醚酮。此外,在高温条件下使用薄壁轴承时,可以使用耐磨损性优异的聚醚醚酮、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂等。
这样的本实施方式的薄壁轴承可适用于半导体制造装置用的机械手等。上述机械手通常在真空环境下使用,所以用于薄壁轴承的润滑剂优选具有低漏气性的高真空环境用的润滑剂。以下3种润滑被膜(以后记作DFO润滑剂)由于具有比氟润滑脂低的漏气性,因此适合本实施方式的薄壁轴承。
(1)含有具有官能团的含氟聚合物和全氟聚醚的润滑被膜。
(2)含有具有官能团的含氟聚合物和全氟聚醚以及氟树脂的润滑被膜。
(3)含有以烷基化环戊烷或聚苯醚为主要成分的润滑油和氟树脂的润滑被膜。
使用该DFO润滑剂,由于润滑剂的薄膜的润滑,所以润滑性比氟类润滑脂等润泽性地封入轴承内的情况低。这样,用于以往的利用树脂制分段型保持器的薄壁轴承,则突出变形部分和板状部件的圆周方向端部容易磨耗,由磨耗粉末使润滑性进一步降低。因此,采用以往的树脂制保持器(特别是分段型保持器)的薄壁轴承通过采用DFO润滑剂困难重重。但是,本实施方式的薄壁轴承如前所述不易生成磨耗粉末,所以采用DFO润滑剂没有问题。
这里,对DFO润滑剂进行说明。DFO润滑剂是含有含氟聚合物和氟油(例如全氟聚醚油(PFPE))的润滑剂,其具有极高的粘性,所述含氟聚合物具有对金属的亲和性高的官能团。具有官能团的含复聚合物,由于官能团的作用而极为强烈地吸附在金属表面。另一方面,氟油分子也具有例如即使暂时被分离也会马上再附着的性质,难以逸散。因此,低漏气性优异。
作为具有官能团的含氟聚合物,优选全氟聚醚聚合物或多氟代烷基聚合物。作为全氟聚醚聚合物,可以举出,具有下述化1表示的重复单元并且数均分子量为1000~50000的聚合物。另外,这些全氟聚醚聚合物至少在分子的一个末端具有后述的官能团。
〔化1〕
-CXF2X-O-(X为1~4的整数)
另外,作为多氟代烷基聚合物,可以举出下述式2表示的物质。化2中的Y为对金属的亲和性高的官能团,例如,优选环氧基、氨基、羧基、羟基、巯基、异氰酸酯基、磺基、酯基等。作为多氟代烷基聚合物除了化2所示物质以外,还可以合适地使用化3、4所示的物质。
[化2]
CF3(CF2)7-Y,H(CF2)6-Y,CF2Cl(CF2)11-Y
(CF3)2CF(CF2)7-Y,CF2ClCF3CF(CF2)7-Y
[化3]
C6F13COOH,C8F17C2H4OH,C8F17C2H4SH,
C10F21CONHC2H4OH,C10F21SO3H,
〔化4〕
这样的官能团当DFO润滑剂覆盖在内圈和外圈的表面上时,与构成内圈和外圈的金属结合,所以形成与内圈和外圈的表面强结合的润滑膜。另外,一个分子上具有多个官能团的含氟聚合体的情况下,其中至少一个与金属结合即可。上述含氟聚合体可以单独使用上面例示的结构,也可以并用两种以上。并用两种以上的情况下优选采用其组合以使不会有该官能团之间反应而与金属结合的官能团减少的情况。
这样的具有官能团的含氟聚合体具体例如:デユポン社製クライトツクス157FSL、157FSM、ダイキン工業社製デムナム变性品SA、SH、SY-3,アウジモント社製フオンブリン ZDEAL、ZDIAC、ZDISCO、ZDOLTXX2000等。
另外,PFPE这样的氟油的种类不做特别限定,为抑制降低漏气性,尽量优选蒸气压力低的。具体地,デユポン社製クライトツクス143AB、143AC、143AD,アウジモント社製フオンブリンYHVAC18/8、25/9、40/11、140/13、Z25/Z60,ダイキン工業社製S-65、S-100、S-200等。
含有具有官能团的含氟聚合体和PFPE这样的氟油的DFO润滑剂具体例如,作为PFPE采用ダイキン工業社製S-200,作为在此中具有官能团的含氟聚合体添加5%的デユポン社製クライトツクス157FSH,其以氟类溶剂(例如旭化学工業社製AK225)稀释成2%的产物等。
另外,如果再添加氟树脂的粉末,可以使DFO润滑剂进一步减尘(低発塵)。另外,如使用以烷基化环戊烷或聚苯醚为主要成分的润滑油代替氟油,可以使薄壁轴承进一步延长寿命。作为烷基化环戊烷可以举出例如,三(2-辛基十二烷基)环戊烷。
这样的DFO润滑剂可以封入薄壁轴承的内圈和外圈之间形成的轴承内部空间使用,但优选在覆盖在内圈、外圈的轨道面上后通过加热、减压等干燥而形成润滑膜。
〔第二实施方式〕
参照附图说明本发明的薄壁轴承的实施方式。图14是本实施方式的薄壁轴承的结构的正面图。图15是板状部件的结构的立体图。另外,第二实施方式参照的各图中,与第一实施方式参照的各图相同或相当的部分使用与第一实施方式的情况相同的附图标记。
图14的薄壁轴承具有:内圈1、外圈2、自由滚动地配于内圈1和外圈2之间的多个滚珠3(仅表示一部分)、自由滚动地保持滚珠3的保持器4、润滑油、润滑脂等润滑剂(未图示)。内径d和外径D满足下式:
(D-d)/d≤0.187
该保持器4是分段型保持器,由具有可将滚珠3自由滚动地保持的匣部6且沿内圈1和外圈2弯曲的由多个(图中的例子是8个)树脂制的板状部件5、5。。。构成。即两板面分别朝向内圈1和外圈2配置,沿内圈1和外圈2并列成环状的板状部件5、5。。。与环状部件的保持器具有同等的功能。另外,板状部件5的圆周方向长度和使用个数不做特别限定,全部的板状部件5、5。。。的圆周方向长度之和与薄壁轴承的圆周方向长度大致相等,以滚珠3几乎都能保持在匣部6内的方式设定圆周方向长度和使用个数即可。只要满足上述条件的,板状部件5的使用个数可以是1个(即可以是图11所示的那样的)。
板状部件5的轴方向的端部上设有用于将滚珠3插入匣部6的开口部7。该开口部7的开口宽度比滚珠3的直径小,设有所谓卡扣量,将滚珠3插入匣部6时,由滚珠3弹性地挤开开口部7,通过开口部7。插入滚珠3后,开口部7弹性恢复原来的状态。
另外,板状部件5的圆周方向两端部上实施倒角加工,除去大致直角的角部,板状部件5的圆周方向端面5a和板面5b之间形成倒角部5c(参照图16)。该倒角部5c是平面状,通过形成倒角部5c,从而板状部件5的厚度朝向圆周方向端部逐渐变薄。并且,通过调节板状部件5的弯曲程度,从而当薄壁轴承旋转时,在板状部件5的圆周方向端面5a和倒角部5c的边界上形成的角部不与内圈1和外圈2接触,在板状部件5的板面5b和倒角部5c的边界形成的角部或倒角部5c与内圈1或外圈2接触。另外,如图17所示,倒角部5c也可以是曲面状。
这样,板状部件5和内圈1或外圈2的接触部成钝角角部,则面压低,板状部件5的圆周方向端部难以磨损。并且,倒角部5c是曲面状,则面压更低。结果,磨耗粉末的产生量变少,所以磨耗粉末吸收的润滑剂的基油的量也变少,润滑性不容易降低。另外,由于存在倒角部5c,从而板状部件5与内圈1或外圈2的接触部上容易进入润滑剂的基油,所以更不易产生磨耗。
另外,倒角部5c是平面状的情况下,如图16所示,优选为,倒角部5c的延长线和圆周方向端面5a所成的角度是45°以上不到90°(即倒角部5c和圆周方向端面5a所成的角度90°以上不到135°)。这样的结构的话,则板状部件5的板面5b和倒角部5c的边界形成的角部的角度更加钝角化,所以板状部件5与内圈1或外圈2的接触部的面压更加低,板状部件5的圆周方向端部更不易磨耗。而且,板状部件5的圆周方向端部与内圈或外圈2之间的间隙变小,所以板状部件5与内圈1或外圈2的接触部更容易进入润滑剂的基油。
该板状部件5可通过注入成形、压缩成形等惯用的树脂成形法制造。另外,也可以通过由注入成形或压缩成形制造长条的带状部件,并将其切断,而制得板状部件5。以这样的方法制造保持器4,则薄壁轴承的制造成本降低。
板状部件5的树脂材料的种类不做特别限定,多采用柔软性好的尼龙66等聚酰亚胺树脂。另外,从低漏气(アウトガス)性来看,也可以使用聚四氟乙烯等氟树脂、聚醚醚酮。此外,在高温条件下使用薄壁轴承时,可以使用耐磨损性优异的聚醚醚酮、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂等。
这样的本实施方式的薄壁轴承可适用于半导体制造装置用的机械手等。上述机械手通常在真空环境下使用,所以用于薄壁轴承的润滑剂优选具有低漏气性的高真空环境用的润滑剂。以下3种润滑被膜(以后记作DFO润滑剂)由于具有比氟润滑脂低的漏气性,因此适合本实施方式的薄壁轴承。
(1)含有具有官能团的含氟聚合物和全氟聚醚的润滑被膜
(2)含有具有官能团的含氟聚合物和全氟聚醚以及氟树脂的润滑被膜
(3)含有以烷基化环戊烷或聚苯醚为主要成分的润滑油和氟树脂的润滑被膜
使用该DFO润滑剂,由于润滑剂的薄膜的润滑,所以润滑性比氟类润滑脂等润泽性地封入轴承内的情况低。这样,用于以往的利用树脂制分段型保持器的薄壁轴承,则板状部件的圆周方向端部容易磨耗,因磨耗粉末而润滑性进一步降低。因此,采用以往的树脂制保持器的薄壁轴承中采用DFO润滑剂困难重重。但是,本实施方式的薄壁轴承如前所述不易生成磨耗粉末,所以采用DFO润滑剂没有问题。
这里,对DFO润滑剂进行说明。DFO润滑剂是具有对金属亲和性高的官能团的含氟聚合物和氟油(例如全氟聚醚油(PFPE))的润滑剂,其具有极高的粘性,具有官能团的含复聚合物,由于官能团的作用而极为强烈地吸附在金属表面。另一方面,氟油分子也具有例如即使暂时被分离也会马上再附着的性质,难以逸散。因此,低漏气性优异。
作为具有官能团的含氟聚合物,优选全氟聚醚聚合物或多氟代烷基聚合物。作为全氟聚醚聚合物,可以举出,具有下述化5表示的重复单元并且数均分子量为1000~50000的聚合物。另外,这些全氟聚醚聚合物至少在分子的一个末端具有后述的官能团。
〔化5〕
-CXF2X-O- (X为1~4的整数)
另外,作为多氟代烷基聚合物,可以举出下述式6表示的物质。化6中的Y为对金属的亲和性高的官能团,例如,优选环氧基、氨基、羧基、羟基、巯基、异氰酸酯基、磺基、酯基等。作为多氟代烷基聚合物除了化6所示物质以外,还可以合适地使用化7、8所示的物质。
〔化6〕
CF3(CF2)7-Y,H(CF2)6-Y,CF2Cl(CF2)11-Y
(CF3)2CF(CF2)7-Y,CF2ClCF3CF(CF2)7-Y
〔化7〕
C6F13COOH,C8F17C2H4OH,C8F17C2H4SH,
C10F21CONHC2H4OH,C10F21SO3H,
[化8]
这样的官能团当DFO润滑剂覆盖在内圈和外圈的表面上时,与构成内圈和外圈的金属结合,所以形成与内圈和外圈的表面强结合的润滑膜。另外,一个分子上具有多个官能团的含氟聚合体的情况下,其中至少一个与金属结合即可。上述含氟聚合体可以单独使用上面的例示的结构,也可以并用两种以上。并用两种以上的情况下优选采用其组合以使不会有该官能团之间反应而与金属结合的官能团减少的情况。
这样的具有官能团的含氟聚合体具体例如:デユポン社製クライトツクス157FSL、157FSM、ダイキン工業社製デムナム変性品SA、SH、SY-3,アウジモント社製フオンブリンZDEAL、ZDIAC、ZDISCO、ZDOLTXX2000等。
另外,PFPE这样的氟油的种类不做特别限定,为抑制降低漏气性,尽量优选蒸气压力低的。具体地,デユポン社製クライトツクス143AB、143AC、143AD,アウジモント社製フオンブリンYHVAC18/8、25/9、40/11、140/13、Z25、Z60,ダイキン工業社製S-65、S-100、S-200等。
含有具有官能团的含氟聚合体和PFPE这样的氟油的DFO润滑剂具体例如,作为PFPE采用ダイキン工業社製S-200,作为在此中具有官能团的含氟聚合体添加5%的デユポン社製クライトツクス157FSH,其以氟类溶剂(例如旭化学工業社製AK225)稀释成2%的产物等。
另外,如果再添加氟树脂的粉末,可以使DFO润滑剂进一步减尘(低発塵)。另外,如使用以烷基化环戊烷或聚苯醚为主要成分的润滑油代替氟油,可以使薄壁轴承进一步延长寿命。作为烷基化环戊烷可以举出例如,三(2-辛基十二烷基)环戊烷。
这样的DFO润滑剂可以封入薄壁轴承的内圈和外圈之间形成的轴承内部空间使用,但优选在覆盖在内圈、外圈的轨道面上后通过加热、减压等干燥而形成润滑膜。
〔第三实施方式〕
本实施方式涉及例如用于半导体制造装置等的滚动轴承,特别是涉及在润滑差(贫瘠)的环境下使用的薄壁的滚动轴承。
首先,说明贫瘠润滑和薄壁的滚动轴承。贫瘠是指没有浪费、油少。贫瘠润滑是指以极微量的必要最小限度的润滑剂(油或润滑脂)仅对轴承的轨道面进行润滑的方法。润滑剂少,所以滚动体在润滑剂中行进时的抵抗力产生的温度上升小,温度引起的机械精度的不准确变少。另外,一般在轴承旋转中、由滚动体的通过而使润滑剂散开飞散,污染周边环境,在贫瘠润滑的情况下,润滑膜本来就非常薄,所以飞散的润滑剂量也是微量的,对环境的污染少。
作为贫瘠润滑的具体例例如:油涂附(オイルプレ一テイング)、润滑脂涂附(グリ一スプレ一テイング)这样涂敷润滑剂的方式(DFO润滑也是其一种)、油气润滑或油雾润滑等这样在轴承旋转中供给润滑剂的方式、MoS2的喷溅、含聚四氟乙烯(PTFE)的复合镀敷、含PTFE树脂涂布等在轨道面上生成固定润滑膜的方式、含PTFE的树脂保持器、滚动体和滚动体之间装填的MoS2的树脂部件等这样含有润滑剂的部件相对滚动体滑动,使润滑剂滚动移动的方式等。
接着,薄壁的滚动轴承是轴承剖面近于正方形,与轴承的厚度尺寸相比轴承内径尺寸大,所谓ケイドン型即属此。日本精工株式会社制的N系列薄壁轴承的目录记载的NBX形的内径最小的NBX2504的轴承厚度和内径的比大约0.187,内径最大的NBX101625中是0.025,所以用该数值定义,则薄壁的滚动轴承定义为轴承厚度尺寸轴承和轴承内径尺寸之比0.187以下的轴承。
在这样的薄壁的滚动轴承上采用保持器的情况下,一般,在内外圈间装入滚动体后安装保持器,所以如图21和图22所示,采用在轴方向的端部上具有用于将滚动体(滚珠)502插入匣部503的开口部504的环状的保持器501。另外,在此所谓的“厚度”是指轴承的内外径尺寸差的一半的值。
上述开口部504上设置卡扣量,滚动体502插入匣部503时,如图22所示,由滚动体502而使开口部504弹性挤开而通过开口504,从而将该滚动体502插入匣部503,插入后开口部504弹性恢复到原来的位置(参照图23)。要将插入匣部503的滚动体502从保持器501拆下,需再次由滚动体502弹性挤开开口部504而经此通过。本来,该结构下滚动体502是不容易从保持器501脱离的。保持器501的材质是金属制,通常多为黄铜或不锈钢。
但是,上述以往的薄壁滚动轴承中,在贫瘠润滑环境下使用的情况下存在以下问题。即,保持器的外径部和内径部在轴承旋转中会相对外圈和内圈滑动,存在润泽的润滑脂的富裕(良好)的润滑环境下,由相对外圈和内圈的滑动而保持器不会大量磨耗。其磨耗粉末进入轨道面和滚动体间,轴承的旋转性能会显著降低。
另外,薄壁的滚动轴承受到轴承厚度薄的制约,所以与一般的轴承的情况下相比,滚动体直径占轴承内径的大小的比率小是常见的,从该小径的滚动体受到负载的必要看,装填在内外圈间的滚动体的数量一定要多。例如,φ200mm左右的内径尺寸的薄壁的滚动轴承填充80个以上的滚动体,所以轴承旋转中、各个滚动体处于各种各样的运动状态中,经由保持器相互靠压,出现拥挤的状况。
这种情况下,富裕的润滑环境下,在滚动体和保持器匣部间即使发生滑动,磨损系数小,所以来自滚动体的力使保持器向旋转方向以外的方向压动的情况少,但是在贫瘠的润滑环境下,滚动体和保持器匣部间的磨损系数小,所以来自滚动体的力会使保持器也向旋转方向以外的方向压动。
并且,根据情况,保持器整体受到的来自滚动体的力的合力作用于将保持器从滚动体脱离的方向上,该力会有超过相当于1~2个保持器匣部的卡扣量的弹性力的力的情况,这时从1~2个保持器匣部脱离出滚动体。于是,一个一个地传递,滚动体从保持器匣部脱离开来,最终保持器的半周的程度脱离,跳出轴承外。因此,为杜绝这样的情况,考虑用树脂制的保持器。
在贫瘠的润滑下采用树脂制的保持器,则由于树脂的弹性和柔软性来自滚动体的力不会使保持器整体向旋转方向以外的方向变位,能防止保持器的一部分跳出轴承外的缺陷,另外,即使保持器相对内外圈滑动,由于面压小,所以能够防止保持器大量磨耗。
但是,要将树脂保持器制成环形,首先需用注入成形来成形出环状部件,按照轴承的规格号而制造注入成形模具,成本上受到大的负担。实际上也有在最贫瘠的润滑DFO润滑下真空环境下的半导体制造装置用的薄壁滚动轴承这样制造个数上有限制的型号,全部制造出其成形模具是困难的。
因此,作为次选方案,采用下面的方法。首先,如图24所示,准备具有可滚动地保持滚动体的多个匣部503的长条的带状的保持器用部件506。该保持器用部件506由注入成形或压缩成形制得。该保持器用部件506若用于例如保持器的节距圆直径大约200mm的轴承,则准备大约200mm的外径尺寸的内模和比该内模直径大出保持器的厚度的量的外模,内模和外模间形成的间隙中填充保持器用部件506。填充的保持器用部件506的长度通过与轴承的尺寸匹配而在规定的位置切断而被调整。
接着,在将保持器用部件506填充在内模和外模的间的状态下根据以对应于树脂的种类而规定的退火温度保持规定的时间。例如树脂是尼龙66的情况下以150℃保持30min,PEEK的情况下以230℃保持3hr。该退火工序叫做热固定,由该热固定而将保持器用部件506成形为环状,从模具中取出也能保持其形状不变,而用作环状的保持器507。
另外,轴承的尺寸大,以1根保持器用部件506周长不够的情况下,如图25所示,通过将未切断的1根保持器用部件506和例如切断成的一半长的保持器用部件506a组合等而多种步调来调整长度,从而对于比1根保持器用部件506周长长的保持器也能够对应。薄壁的滚动轴承一般内径不同,即使这样只要是同系列其轴承厚度就相等,保持器也是能调整周长即可在系列内全部适用。该保持器用部件506进行热固定而形成环状的保持器的方法,即使型号不同,只要有热固定用的内模和外模,对系列内的全部型号可利用相同的保持器用部件,因此,没有必要对各型号分别制造注入成形模具,有利于成本的控制。
但是,如以往的那样,将保持器用部件506热固定而形成环形的保持器的方法中,保持器用部件506的材料是PEEK等的情况下,需以最低230℃保持3hr,而且实际上,内模和外模间保持保持器用部件506的工序前,到该温度之前的升温和保持工序后的渐冷等是必要的。因此,完成1批工序需要8hr以上,非常浪费劳力和电力、时间,有成本高的问题。另外,带状的保持器用部件506通过热固定而弯曲,所以高温下轴承使用时有保持器因跳回而变形,或经时变形的可能性,另外,带状的保持器用部件506弯曲而使匣部503和开口部504向外侧扩展变形。
本发明解决了这样的问题,提供这样的滚动轴承,即,即使在贫瘠润滑环境下使用的情况下,也能够防止保持器的一部分跳出轴承外,并且能防止保持器大量磨耗,对于系列内的全部型号轴承能够利用同样的平板状部件构成保持器。另外,还提供这样的轴承,即不需要保持器的弯曲工序而实现低成本化,并防止保持器和保持器匣部的变形。
为实现上述目的,本发明的滚动轴承的结构中,在外圈和内圈间经由保持器在轴方向可滚动地配设多个滚动体,将具有可滚动地保持上述滚动体的匣部的树脂制的平板状部件在周方向配设多个而构成上述保持器。
在此,优选地,上述平板状部件的长度方向的长度设为L、该平板状部件的厚度为t,上述外圈的内径尺寸设为D、上述内圈的内径尺寸设为d的情况下,满足关系:
t<0.5(D2-L2)1/2-0.5d。
另外,润滑方式优选DFO润滑。本发明所谓的DFO润滑是指在由油涂附得到的薄膜中含有具有吸附性的润滑成分和固体润滑剂的任一者或两者兼有,具体地,例如日本特许公开公报2001年地254803号记载的方法。作为基础剂的油和润滑成分和固体润滑剂的组合、或者通过膜厚而得的多种方式。例如,氟油作为基油,含有PTFE粉末的DFO;环戊烷(烃油)作为基油的通称长寿命DFO;以氟油作为基油、含有PTFE粉末的通称低生尘DFO等。
根据本发明,将具有可滚动地保持滚动体的匣部的树脂制的平板状部件在周方向配置多个而构成保持器,所以在贫瘠的润滑环境下使用的情况下,来自滚动体的力由于树脂的弹性和柔软性而不会使构成保持器的平板状部件向旋转方向以外的方向变位,可防止保持器的一部分跳出轴承外,而且构成保持器的树脂制的平板状部件和内外圈间发生滑动,由于面压变小,所以能够防止平板状部件大量磨耗。
另外,由于树脂制的平板状部件在周方向配置多个而构成保持器,所以对于系列内的全部的型号的轴承都能够利用相同的平板状部件而构成保持器,并且不需要用于弯曲平板状部件的热固定工序,由此,能够降低低成本化。另外,不需要用于将平板状部件弯曲成圆弧的热固定工序,所以高温下的轴承使用时,平板状部件不会由跳回变形或经时变形,并且能防止因弯曲而使匣部在外侧扩展变形。
另外,上述平板状部件的长度方向的长度设为L、该平板状部件的厚度为t,上述外圈的内径尺寸设为D、上述内圈的内径尺寸设为d的情况下,满足关系:
t<0.5(D2-L2)1/2-0.5d。
从而,使1个平板状部件相对外圈和内圈不会同时在3处滑动,所以平板状部件不会产生磨耗。
以下,参照附图说明本发明的实施方式的一例。图18是本发明的实施方式的一例的滚动轴承的说明立体图。图19是说明平板状部件的立体图。图20是在平板状部件的长度方向上长度L和厚度t之间的关系式的说明图。另外,该实施方式中,采用已经说明的贫瘠润滑环境下使用的薄壁(例如轴承厚度尺寸和轴承内径尺寸的比0.187以下)的滚动轴承。
作为本发明的实施方式的一例的滚动轴承510中,如图18和图19所示,将配置在外圈511和内圈512间的多个滚动体(未图示,该实施方式中是滚珠)可滚动地保持在周方向上的保持器513,通过将具有可滚动地保持该滚动体的匣部514的树脂制的平板状部件515在周方向配置多个而形成。平板状部件515如图19所示,在宽度方向的一侧面上设有用于将滚动体插入匣部514的开口部516,其与该匣部514连通,开口部516上设有卡扣量。并且,由滚动体将开口部516弹性挤开而通过该开口部516,从而将滚动体插入匣部514,插入后开口部516弹性恢复到原来位置。
另外,平板状部件515以埋入外圈511和内圈512间的间隙的整个周方向的方式配置多个,由此,确保必要的滚动体的个数。另外,在平板状部件515的长度方向上的两端部上形成与匣部514的圆同一R的圆弧517,在周方向相邻的各平板状部件515间配置1个滚动体,在平板状部件515的长度方向的两端形成的圆弧517起到作为滚动体的匣部的作用。
作为平板状部件515的树脂材料例如使用尼龙或PEEK等,但是除此之外,也可以列举苯酚树脂、环氧树脂、PES、PPS、PEI、PAI等。另外,该实施方式中,平板状部件515的长度方向的长度设为L、该平板状部件515的厚度为t,外圈511的内径尺寸设为D、内圈512的内径尺寸设为d的情况下,满足关系:
t<0.5(D2-L2)1/2-0.5d。
1个平板状部件15相对外圈11和内圈12不会同时在3点滑动。
详述,参照图20,外圈511和内圈512间配置的1个平板保持器513其两端部与外圈511的内径面接触配置,中央部与内圈512的外径面接触配置,则下式(1)成立。
(D/2)2=(L/2)2+(t+(d/2))2......(1)
整理(1)式,则成下式(2)、(3)。
(D)2-(L)2=4(t+(d/2))2......(2)
(D2-L2)1/2=2(t+(d/2))
=2t+d ......(3)
因此,t=0.5((D2-L2)1/2-d),1个平板状部件515对外圈511和内圈512不同时在3点滑动的条件如下式(4)。
t<0.5((D2-L2)1/2-d)=0.5(D2-L2)1/2-0.5d......(4)即,式(4)中,t若比右边小,则1个平板状部件515相对外圈511和内圈512不会同时在3点滑动。即,1个平板状部件515不会受到相对外圈511和内圈512同时在3点滑动而产生的弯曲,构成保持器513的多个平板状部件515在外圈511和内圈512间的间隙里总是不以3点接触而移动。由此,平板状部件515不产生磨耗。
这样的实施方式中,与金属相比硬度低,刚性也低的树脂制的平板状部件515在外圈511和内圈512间的间隙中在周方向上配置多个而构成保持器513,所以即使在真空环境下使用的半导体制造装置用的薄壁滚动轴承中使用保持器513,而且润滑方法采用最贫瘠的润滑即DFO润滑的情况下,来自滚动体的力由树脂的弹性和柔软性而不会使构成保持器513的平板状部件515在旋转方向以外的方向变位,能防止保持器513的一部分跳出轴承外。而且,构成保持器513的树脂制的平板状部件515和外圈511和内圈512间即使产生滑动,由于面压变小,也能够防止平板状部件515大量磨耗。
另外,树脂制的平板状部件515在周方向配置多个而构成保持器513,所以也不需要按照各型号而准备注入成形模具,对系列内的全部型号的轴承能够利用相同的平板状部件515而构成保持器513。另外,不需要用于弯曲平板状部件515的热固定工序。由此,能够实现保持器513的低成本化。特别是,采用最贫瘠的润滑即DFO润滑来进行润滑的滚动轴承,而且用于真空环境下的半导体制造装置的薄壁滚动轴承这样制造个数有限制的型号的滚动轴承上也可以适用保持器513。
另外,由于不需要用于弯曲平板状部件515成圆弧状的热固定工序,所以高温下使用轴承时,平板状部件515不会因跳回而变形或经时变形,并且能防止因弯曲而使匣部514或开口部516向外侧扩展变形。另外,上述平板状部件515的长度方向的长度设为L、该平板状部件515的厚度为t,上述外圈511的内径尺寸设为D、上述内圈512的内径尺寸设为d的情况下,满足关系:
t<0.5(D2-L2)1/2-0.5d。
从而,使1个平板状部件515相对外圈511和内圈512不会同时在3处滑动,所以平板状部件不会产生磨耗。结果,平板状部件515不会产生弯曲应力,而能在周方向上在外圈511和内圈512的间隙中移动,由此,能使平板状部件515不产生磨耗。
另外,本发明不限定于本实施方式,在不脱离本发明的宗旨的范围内可以适宜地作变更。例如,上述实施方式中,贫瘠的润滑环境下使用的薄壁的滚动轴承作为例子被采用,但是不限定于此。根据情况,也作富裕的润滑环境下使用的滚动轴承也可以适用本发明,另外,不限定于薄壁的滚动轴承,通常的滚动轴承也可适用本发明。其他,在本实施方式中例示的外圈、内圈、滚动体、保持器、匣部、平板状部件和润滑手段等结构只要能够适用于本发明即可任意变更选用,而不做限定。
〔第四实施方式〕
本实施方式涉及薄壁滚动轴承,也有与第一~第三实施方式的轴承具有相关性的部分。
以往,半导体关联装置或机器手等使用的薄壁轴承多为开放型,一部分也使用密封型等。另外,薄壁轴承是指轴承剖面比α是0.2以下的结构。轴承剖面比α由下式定义。
α=(D-d)/(2×DPW)
其中,上述数学式中D为轴承外径、d为轴承内径、DPW为轴承的滚动体的中心径。
这样的薄壁滚动轴承的润滑中主要采用润滑脂,但是开放型的薄壁滚动轴承的情况下,会有在轨道上存在的润滑脂当轴承旋转时由保持器或滚动体而从轴承内部挤出,或因离心力而泄漏的情况。另外,密封型的薄壁滚动轴承的情况下,也存在润滑脂从密封唇口和内圈的外径面间泄漏的情况。
因此,日本特许公开公报2003年第329049号中公开了通过将固体润滑剂封入内部而解决上述问题,作为维修自由的薄壁滚动轴承。
但是,在使用通过烧结以聚烯烃为主成分的高分子材料和润滑油的润滑物制成的润滑剂的情况下,润滑剂不易泄漏,但是润滑剂成分的绝对量多,所以存在容易大量生成漏气的缺陷。另外,固体状的润滑剂的情况下,润滑剂与滚动体或轨道面滑动接触,从而供给润滑油,但是这样的滑动接触伴随着生尘量增加的问题。
二硫化钼(MoS2)、石墨、六方晶氮化硼(h-BN)、氟化石墨等固体润滑剂构成的润滑膜覆盖在轨道面上的情况下,漏气少,但是容易产生磨耗,耐久性不充分。
因此,本发明解决上述这样的以往技术具有的问题,提供生尘和漏气都困难,并且也不易产生润滑剂的泄漏,耐久性优良,可自由维修的薄壁滚动轴承。
为解决上述课题,本发明由以下结构构成。即,本发明的薄壁滚动轴承具有内圈、外圈、自由滚动地配置在上述内圈和外圈之间的多个滚动体。轴承剖面在0.2以下的薄壁滚动轴承中,上述内圈的轨道面和上述外圈的轨道面的至少一个上覆盖由氟油、烷基化环戊烷、聚苯醚、以及酯油中的至少一种的基油中混合了氟树脂的构成的润滑膜。
具有这样的润滑膜,则滚动体的滚动动作时金属间的接触被抑制,同时能发挥低生尘性和稳定的润滑性。即,润滑膜由在基油中混合氟树脂的润滑剂构成,所以轨道面上润滑油(基油)不会枯竭,而能够发挥稳定的润滑性。而且,剩余的润滑油(基油)被氟树脂捕获,所以生尘量低,润滑剂也不易泄漏。另外,氟树脂优选粉末状。
另外,上述润滑膜的膜厚优选0.1μm以上10μm以下。为减少生尘量和漏气量,润滑膜的膜厚优选小的,但是为优化薄壁滚动轴承的耐久性,膜厚优选大的。考虑两者的平衡,则优选润滑膜膜厚是0.1μm以上、10μm以下。
本发明的薄壁滚动轴承不易出现生尘和漏气,并且润滑剂也不易漏出,耐久性优良。
参照附图详细说明本发明的薄壁滚动轴承的实施方式。图26是本发明的薄壁滚动轴承的一实施方式的纵剖面图。
图26的薄壁滚动轴承601具有:在外周面具有轨道面611a的内圈611、在内周面具有相对轨道面611a的轨道面612a的外圈612、在两轨道面611a、612a间自由滚动配置的多个滚动体(滚珠)613、在内圈611和外圈612间保持多个滚动体613的保持器614。另外,该薄壁滚动轴承601由前面式子表示的轴承剖面比α为0.2以下。
进而,两轨道面611a、612a的至少一个上覆盖润滑膜(未图示),所述润滑膜包含在含有氟油、烷基化环戊烷、聚苯醚、以及酯油中的至少一种的基油中混合了氟树脂的润滑剂。
本实施方式的薄壁滚动轴承601由上述的润滑膜润滑,所以即使不具有密封部件等也不易生尘或出现漏气,并且润滑剂也不易漏出。另外,耐久性优良、可维修自由化。这样,真空环境下,清洁环境下也都可使用。另外,与使用润滑脂进行润滑的情况相比,轴承的旋转阻抗极小,所以能够得到高精度的旋转性能。
另外,内圈的轨道面、外圈的轨道面、滚动体的滚动面、以及保持器的滑动部位上优选形成必要最小限的润滑膜。这样,能够抑制多余的润滑油(基油)飞散等造成的生尘。另外,使用蒸气压低的润滑油(基油)能够抑制漏气的发生。
氟树脂种类不做特别限定,可以优选优选聚四氟乙烯(以下记作PTFE)、四氟乙烯·全氟烷基乙烯醚共聚物(PFA)、四氟乙烯·乙烯共聚物(ETFE)、四氟乙烯·六氟乙烯共聚物(FEP)、聚氯三氟乙烯(PCTFE),其中,最为优选PTFE。
另外,氟树脂更优选粉末状,其粒径优选从亚微量级到微量级。另外,该润滑膜的膜厚不做特别限定,考虑抑制生尘与漏气和轴承的耐久性的平衡,优选0.1μm以上10μm以下。
下面说明基油。作为氟油例如全氟聚醚聚合物或多氟代烷基聚合物。也可含有它们的衍生物(具有官能团)。
作为全氟聚醚聚合物,可以举出,具有下述化9表示的重复单元的聚合物。并且,其数均分子量优选1000以上且50000以下。作为氟化聚醚聚合物的衍生物,优选在上述氟化聚醚聚合物上结合对金属亲和性高的官能团。作为官能团的例子,可以举出,环氧基团、氨基、羧基、羟基、巯基、磺基、酯基。
〔化9〕
-CXF2X-O- (X为1~4的整数)
另外,作为多氟代烷基聚合物,可以举出下述式10表示的物质。化10中的Y为如上相同的对金属的亲和性高的官能团。〔化10〕
〔化10〕
CF3(CF2)7-Y,H(CF2)6-Y,CF2Cl(CF2)11-Y
(CF3)2CF(CF2)7-Y,CF2ClCF3CF(CF2)7-Y
作为多氟代烷基聚合物,除式10表示的物质,例如还可适用下式化11、12所示的物质。
[化11]
C6F13COOH,C8F17C2H4OH,C8F17C2H4SH,
C10F21CONHC2H4OH,C10F21SO3H,
〔化12〕
这样的具有官能团的氟油的市场上销售品的例子如:デユポン社製クライトツクス157FSL、157FSM、157FSH、ダイキン工業社製デムナム変性品SA、SH、SY-3、SP、ソルベイソレクシス株式会社製フオンブリンZ DEAL、Z DLAC、Z DISCO、Z DOL TX 2OO等。
另外,作为全氟聚醚聚合物的一种的全氟聚醚油(PFPE),可以使用市场销售品,例如,ダイキン工業社製S-65、S-100、S-200、ソルベイソレクシス株式会社製フオンブリンZ-25、Z-60、40/11、デユポン社製クライトツクス16140等。
另外,作为烷基化环戊烷,可以举出,例如,三(2-辛基十二烷基)环戊烷(例如,Nye Lubricants公司制造的Synthetic Oil 2001A)、三正辛基环戊烷、四正辛基环戊烷、五正辛基环戊烷、三正壬基环戊烷、五正壬基环戊烷、五正癸基环戊烷、五正十二烷基环戊烷、四-2-乙基己基环戊烷。这样的烷基化环戊烷由于在真空中蒸汽压也很低,因此,即使在真空中使用本发明的薄壁滚动轴承,基油也不易蒸发并且产气性低。
另外,作为聚苯醚,可以举出,例如,四苯醚、五苯醚、烷基二苯醚、单烷基三苯醚、三烷基四苯醚、二烷基四苯醚等。这样的聚苯醚由于蒸气压低,耐热性优异,因此,在真空中或高温环境下也可以使用本发明的薄壁滚动轴承。
另外,酯化油例如Nye Lubricants社制Nye Torr5101。
内圈611、外圈612、滚动体613以及保持器614都可使用作为轴承用材料一般使用的金属材料。例如可以举出,例如,对JIS标准SUS440C等马氏体类不锈钢或JIS标准SUS630等析出硬化型不锈钢这样的耐腐蚀性金属材料进行适当的硬化热处理而得到的材料。另外,如果是轻负重用途,优选对JIS标准SUS304、SUS3 16等奥氏体类不锈钢或钛合金实施表面硬化处理得到的的材料。
另外,保持器614可以合适地使用上述金属材料、以及黄铜、钛等,也可以使用树脂材料。作为树脂材料,可以举出,例如,PTFE、ETFE等氟树脂或聚醚醚酮树脂(PEEK)、聚苯硫醚树脂(PPS)、聚醚砜树脂(PES)、聚酰胺树脂等工程塑料。
这样的树脂材料可含有使机械强度、耐热性、尺寸稳定性等提高的纤维状填充材料。纤维状填充材料种类不做特别限定,例如:可以举出,例如,硼酸铵晶须、钛酸钾晶须、碳晶须、芳族聚酰胺纤维、芳香族聚酰亚胺纤维、液晶性聚酯纤维、石墨晶须、玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅晶须、氮化硅晶须、氧化铝晶须、氮化铝晶须、硅灰石。
保持器的种类不做特别限定,可为波形保持器、冠形保持器、切制保持器等。另外,也可以不设置保持器614。
另外,本实施方式表示的是本发明的一例,本发明不限定于该实施方式。例如,本实施方式中作为薄壁滚动轴承例示了深沟滚珠轴承,但是本发明也可适用于其他各种滚动轴承。例如,角接触滚珠轴承、自动对心滚珠轴承、圆筒滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承、自动对心滚子轴承等径向型滚动轴承、或推力滚子轴承等推力型滚动轴承。
〔实施例〕
以下表示实施例,进一步说明本发明。准备与上述的薄壁滚动轴承601大致相同的结构的滚动轴承(实施例)、和密封氟润滑脂的以往的薄壁滚动轴承(比较例),比较各自的生尘性。另外,实施例和比较例的薄壁滚动轴承是日本精工株式会社制被叫序号NBX15206(内径d:152.4mm、外径D:165.1mm、宽度:6.35mm、滚动体的中心径DPW:158.75mm)。
首先,说明实施例的薄壁滚动轴承。内圈、外圈、滚动体以及保持器组合而成滚动轴承,进行脱脂清洗。然后,将后述的润滑剂由吸管等提供到滚动体附近,使滚动轴承滚动数圈,在内圈的轨道面、外圈的轨道面、滚动体的滚动面、以及保持器的滑动部位涂敷润滑剂。另外,涂附润滑剂的方法不限定于上述的涂敷法,也可以用溅射、浸渍法。
涂敷了润滑剂的滚动轴承在100~140℃下加热30分钟,除去含于润滑剂中的稀释溶剂,则内圈轨道面、外圈轨道面、滚动体的滚动面和保持器的滑动部位上形成由润滑剂构成的润滑膜。另外,优选烘焙处理,使漏气量进一步降低。烘焙处理条件例如压力10Pa以下、温度100℃以上、处理时间4小时以上。
接着,说明用于实施例的薄壁滚动轴承的润滑剂。润滑剂混合60质量份的三(2-辛基十二烷基)环戊烷(例如,Nye Lubricants公司制造的SyntheticOil 2001A)和40质量份的粒径1μm以下的PTFE粉末,再将该1质量份该混合物与99质量份的アサヒクリンAK-225(旭硝子株式会社制造)等稀释溶剂混合。另外,作为PTFE粉末,使用在溶剂中分散了PTFE粉末的分散物(杜邦公司制造的ドライフイルムRA/IPA),使用PTFE粉末的量为上述数值的量的PTFE粉末分散物。
接着,说明生尘性的评价方法。将实施例和比较例的薄壁滚动轴承装入图27所示的装置中,在下面的条件下驱动运转24小时,测定其间发生的生尘量。另外,图27中的附图标记621是试验轴承、附图标记622是轴、附图标记623是力矩负载用重块、附图标记624是轴向负载用盘簧。
轴向负载:18N
力矩负载:1N·m
致动器的摆动角度:-60°~+60°
致动器的摆动速度:40循环/min
试验结果如图28图表所示。另外,图表所示的生尘量的数值由当以实施例的薄壁滚动轴承的生尘量为1的情况下的相对值表示。从图表可知,实施例的薄壁滚动轴承与密封氟润滑脂的比较例的薄壁滚动轴承相比,生尘量1/20这样极低的低生尘性。
本发明的薄壁滚动轴承在真空环境下、清洁环境下也都可适用,所以可适用于半导体制造设备、液晶面板制造设备、硬件制造设备等运送装置、运送机器手。
〔第五实施方式〕
本发明涉及滚动装置,特别是对滚动部位实施润滑的滚动装置。另外,也有与第一至第四实施方式的轴承具有相关性的部分。
滚动轴承、线性引导器、线性轴承、以及滚珠丝杠装置等滚动装置例如用于半导体制造装置内部配设的运送系统装置中。这样的真空环境下或无尘室等清洁气体环境中(以下也记作“真空环境下等”)使用的滚动装置中需要动作润滑性、高耐久性等外,还需要低生尘性。
因此,以往通过在滚动装置的滚动部位涂敷密封润滑剂,从而防止滚动体和与滚动体接触的部位的磨耗,保证动作的润滑性。另外,在用于生尘等导致的污染几乎不被允许的上述真空环境下等使用的滚动装置中,使用以发挥性极低的氟类润滑油为基油的氟类润滑油的氟润滑剂,抑制向滚动装置外部飞散或蒸发的润滑剂的量。
日本特许公开公报2001年第173667号和日本特许公开公报昭和62年第246621号表示了使用这样的氟类润滑剂的滚动装置的例子。这些滚动装置中,润滑部位附着氟类润滑剂,形成该氟类润滑剂构成的润滑膜。另外,作为氟类润滑剂使用分子结构中具有官能团并且与轴承材料亲和性高的氟类润滑剂能够形成对轴承材料强固吸附的润滑膜,实现低生尘性和耐久性。
另外,作为氟类润滑剂的一例,日本特许公开公报平成1年第284542号表示了含有作为基油的氟类润滑油、和作为含有作为基油的氟类润滑油、作为增稠剂的聚四氟乙烯的氟类润滑脂。另外,日本特许公开公报2003年第13974号以及日本特许公开公报2002年第357225号表示了密封氟类润滑脂使用的滚动装置的例子。另外,日本特许公开公报平成5年第240257号表示了主要含有的使用主要含有该聚四氟乙烯为主的氟类固体润滑剂的滚动轴承。
但是,使用上述氟类润滑脂的情况下,为抑制外部飞散而需使氟类润滑脂的用量少,但是这种情况下,会出现润滑作用的不足和耐久性的低下。对此,也可考虑用上述氟类高分子固体润滑剂对滚动部位涂布,在比较大的轴向分子的状况下,固体润滑剂产生剥离或脱落,磨耗导致的生尘增多,所以耐久性和低生尘性这点上不充分。
另外,如上所述,提案有通过附着在分子结构中具有官能团的氟类润滑油而提高低生尘性、耐久性的方法,但是,化学地附着在轴承材料等的分子为一分子层,具有多余的官能团的氟类润滑油,并不化学附着在轴承材料等上的分子是一个分子层,而多余的具有官能团的氟类润滑油并不是化学附着的。但是一般具有官能团的氟类润滑油比不具有官能团的氟类润滑油蒸气压高。因此,由于未化学附着的多余的氟类润滑油蒸发,因此容易产生漏气。另外,多余的氟类润滑油也作为生尘粒子而排出,所以为在几乎不允许漏气或生尘造成的有机污染的环境下使用,需要可进一步高度抑制漏气和生尘的对策。这点上若如果不存在多余的氟类润滑油而仅仅是一个分子层,上述漏气等问题消失,但是耐久性不充分又突显出来。
本发明是鉴于上述问题而研发的,目的在于提供在真空环境下适用,从装置产生的尘埃、漏气少,具有优良的耐久性的滚动装置。
本发明的滚动装置具有:外表面具有轨道面的内侧部件、具有相对于该内侧部件的轨道面的轨道面并配置在上述内侧部件的外侧的外侧部件、滚动自由地配置在上述两轨道面间的多个滚动体。上述外侧部件的轨道面和上述内侧部件的轨道面与上述滚动体的滚动面中至少一个通过油涂附处理而形成20℃下蒸气压1×10-5Pa以下的润滑油和含有氟树脂的润滑剂构成的润滑膜。
在此,油涂附处理是指对上述外侧部件的轨道面、上述内侧部件的轨道面或上述滚动体的滚动面上附着薄膜的处理。例如后述,将稀释的润滑剂附着在上述滚动面等上,通过热处理除去稀释溶剂,从而可形成本发明的润滑膜。
本发明锐意研究的结果,发现在低生尘化的实现上,对润滑油添加氟树脂是有效的。以含有20℃下蒸气压1×10-5Pa以下的润滑油和氟树脂的润滑剂构成润滑膜,则轨道面总是被提供有润滑剂,轨道面和滚动面不直接接触,并且,多余的润滑油被氟树脂捕获,所以能够以低生尘和低漏气来稳定维持润滑功能。另外,保持与固体润滑膜不同的流动性,所以则固体润滑膜中产生的剥离、脱落、磨耗带来的生尘得以抑制。另外,通过油涂附处理形成润滑膜,所以与通常的润滑脂润滑等相比旋转阻抗极小,所以得到高精度的旋转性能。
如上所述,本发明的润滑油优选20℃下蒸气压1×10-5Pa以下的润滑油,蒸气压越低,漏气越少。另一方面,20℃下蒸气压若超过1×10-5Pa,则即使添加氟树脂,也能够充分得到漏气抑制的效果。另外,以往不得不通过使润滑膜形成得薄一些对生尘和漏气进行抑制,但是本发明中通过氟树脂的添加得到生尘和漏气的抑制效果,所以能够使润滑膜形成得厚一些,因此也能够提高耐久性。即,润滑膜优选形成到能够分别覆盖要形成上述润滑膜的面的粗糙的粗糙凸起的程度。原因是,若将润滑膜形成得比这更薄,则一部分的上述粗糙凸起容易暴露,成为接触的对象侧的油膜容易刮落的边界润滑状态,容易产生局部烧结等,耐久性不充分。相反若形成得过厚,则多余的润滑剂容易飞散,所以生尘和漏气的抑制效果降低。这样的润滑膜的厚度调整,在例如后述的油涂附处理中,通过对在要形成润滑膜的面上附着的润滑剂的稀释溶液的稀释浓度进行调节而进行的。
另外,作为氟树脂,除可采用含聚四氟乙烯(PTFE)外,还可适用四氟化乙烯-全氟乙烯醚共聚物(PFA)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)等。
本发明的滚动装置中,上述润滑油优选氟类润滑油。作为润滑油若使用氟类润滑油,则挥发性极低,所以漏气少。另外,本发明的滚动装置中,上述润滑剂中的上述氟树脂的含量优选5质量%以上40质量%以下。氟树脂的含量小于5质量%的情况下生尘抑制效果差,大于40质量%的情况下润滑油的含量低导致润滑性差。更优选,10质量%以上30质量%以下。
另外,在本发明的滚动装置中,上述氟类润滑油优选由分子结构中不含官能团的氟类润滑油10质量%以上98质量%以下和分子结构中含官能团的氟类润滑油90质量%以下2质量%以上构成。
这样,作为氟类润滑油使用对构成上述轨道面等的材料亲和性高、分子结构中含有官能团的氟类润滑油,形成对轨道面等强固附着的润滑膜,从而能够提高耐久性和生尘抑制效果。另一方面,分子结构中具有官能团的氟类润滑油一般蒸气压高、容易出现漏气,所以能够维持由对材料的强固附着引发的效果,并同时优选进行漏气量的含量的调节以使其与所使用的环境的条件对应。
即,对润滑剂添加氟树脂,从而比以往能够抑制漏气,但是在漏气抑制要求更苛刻的环境下,优选上述那样的组成、即上述氟类润滑油优选由分子结构中不含官能团的氟类润滑油10质量%以上98质量%以下和分子结构中含官能团的氟类润滑油90质量%以下2质量%以上构成。
另外,更优选地,在漏气抑制要求更加苛刻的环境下,优选上述氟类润滑油优选由分子结构中不含官能团的氟类热氧化50质量%以上98质量%以下和分子结构中含官能团的氟类润滑油50质量%以下2质量%以上构成。另外,更优选地,当漏气抑制要求再进一步苛刻的环境下,氟类润滑油仅使用分子结构中不具有官能团的氟类润滑油,通过添加氟树脂来抑制漏气。
另外,本发明的滚动装置中,上述润滑油优选含有烷基化环戊烷或聚苯醚为主要成分。由于含有烷基化环戊烷或聚苯醚为主要成分的润滑油在20℃下的蒸气压为1×10-5Pa以下,因此,即使在真空中也具有抑制漏气的效果。除此以外,这些烃类润滑油与氟类润滑油相比,润滑性优异,可以延长转动装置的寿命。
另外,本发明的滚动装置中,上述润滑剂中的上述氟树脂的含量优选5质量%以上60质量%以下。氟树脂的含量低于5质量%时生尘抑制效果差,高于60质量%时润滑油的含量低故润滑性差,转矩增加。更优选地,5质量%以上40质量%以下。
另外,在本发明的滚动装置中,上述润滑膜优选通过将上述润滑剂0.5质量%以上10质量%以下和稀释溶剂99.5质量%以下90质量%以上构成的润滑剂稀释溶液附着在要形成该润滑膜的面上,在50℃以上250℃以下加热15分钟以上300分钟以下,除去上述稀释溶剂而形成。
通过这样的油涂附处理可形成发挥上述功能、效果的润滑膜。这种情况下,润滑剂的含量低于0.5质量%时,上述轨道面和滚动面上附着的润滑膜过薄,如上所述,耐久性不充分。另一方面,若超过10质量%,则润滑剂稀释溶液发黏,对均匀性的附着和作业性都有坏的影响,并且润滑膜过厚又导致上述那样地恶化生尘和漏气的抑制效果。
另外,关于加热温度和加热时间,若超过上述的上限温度和上限加热时间,则构成润滑膜的润滑剂的润滑性恶化,另外,成为内侧部件和外侧部件的轨道面和滚动体的滚动面的硬度降低和尺寸变化的原因。相反,若设定为很低的温度和很短的加热时间,则稀释溶剂不能完全除去。因此,实际的油涂附处理时,上述的范围内并根据所用的稀释溶剂的种类和含量来设定对除去该稀释溶剂来说充分的加热温度和加热时间。另外,也要考虑构成轨道面等的材料,例如使用淬火和/或回火处理过的钢时,设定为不会导致上述硬度降低以及尺寸变化的加热温度以及加热时间。
在此,作为上述润滑剂稀释溶液的附着方法例如涂敷、喷雾等。或者,也可使用在上述润滑剂稀释溶液中浸渍后拿出的方法。这种情况下,可以浸渍组装后的滚动装置,也可以浸渍滚动装置的零件形成润滑膜后组装。
另外,上述稀释溶液作为润滑油和氟树脂两者的溶剂使用,具体例如:可以举出,代替氟隆类的稀释溶剂、全氟碳(PFC)、氟类非活性溶液的ノベツク(住友スリ一エム株式会社制造)、バ一トレル(杜邦株式会社制造)、以及カルデン(アウジモン株式会社制造)等。使用烃类润滑油时,可以使用己烷等作为稀释溶剂。
另外,本发明的滚动装置中,优选地,上述外侧部件的轨道面和上述内侧部件的轨道面的中心线平均粗糙度Ra分别是0.02μm以上0.2μm以下,上述滚动体的滚动面的中心线平均粗糙度Ra是0.002μm以上0.01μm以下。
设定在这样的表面粗糙度,能够抑制接触面的面压,提高耐久性。同时,设定为这样的表面粗糙度,能够将润滑膜控制在少量上,而防止多余的润滑油飞散,也能够提高生尘和漏气的抑制效果。
另外,本发明的滚动装置能用于真空或无尘室中。本发明的滚动装置的生尘量和漏气量非常低,所以在真空中或精密机械制造工厂等无尘室等使用很合适。
如以上详述,根据本发明的滚动装置,通过形成润滑油和含有氟树脂的润滑剂构成的润滑膜,能够维持高度的旋转性能,并能够抑制生尘和漏气,同时耐久性也优良。
接着,参照附图说明本发明的实施方式。另外,以下的说明中参照的各图中,与第五实施方式的其他图等同的部分使用同一附图标记。
〔第五实施方式的A〕
图29是使用氟类润滑油和含有氟树脂的润滑剂(氟类润滑剂)并实施油涂附的滚动轴承(滚动装置)710的、作为滚动体的滚珠713的一部分被剖断表示的剖面图。滚动轴承710具有外圈(外侧部件)712、内圈(内侧部件)711、滚珠713、冲压加工制造的波形保持器714。
更具体地,外圈712、内圈711、滚珠713以及保持器714除由一般作为轴承用使用的金属材料形成外,例如可由具有耐蚀性的金属材料形成。作为这种金属材料例如:JIS规格SUJ2等轴承钢、JIS规格SUS440C等马氏体类不锈钢、JIS规格SUSUS630等析出固化型不锈钢、以及对这些金属材料进行渗碳处理、氮化处理、类钻碳(diamond like carbon)的被膜处理等适当的硬化热处理等而得的材料。
这些硬化热处理得到的硬质膜中类钻碳膜由于具有类钻碳高硬度、自身不磨损、并且不磨损对象材料的性质,所以特别优选。另外,也适用含有金属元素的形态的类钻碳。
硬质膜的成膜方法不做特别限定,但是能够用溅射、等离子体CVD、离子涂附等方法成膜。硬质膜是类钻碳膜的情况下,作为溅射的一种的非平衡型溅射法是合适的。
硬质膜的膜厚优选0.5μm以上10μm以下。硬质膜的膜厚不到0.5μm,不发挥耐磨耗性。另一方面,硬质膜的膜厚若超过10μm,硬质膜自身的内部应力会剖断硬质膜,并且成膜成本上也不理想。特别是,硬质膜是类钻碳膜的情况下,膜厚1μm以上10μm以下更合适。
另外,轨道圈、滚动体SUJ2、不锈钢等钢制的情况下,该钢制的底层和类钻碳膜间设置由Cr、W、Ti、Si、Ni、Fe等中的至少一种金属构成的中间层。或者,也可以设置由上述金属和碳形成的、朝向最表层的类钻碳膜碳浓度增加的倾斜中间层。该中间层、倾斜中间层的厚度优选0.1μm以上5μm以下。
另外,滚动轴承用于轻负载时,例如可使用JIS规格SUS304、SUS316等奥氏体类不锈钢、钛合金上进行表面硬化处理的材料作为金属材料。另外,滚珠713除上述金属材料,也可采用氮化硅、氧化铝、氧化锆等陶瓷材料。
上述列举的金属材料和陶瓷材料中,优选使用具有耐蚀性的材料。特别是优选,外圈712和内圈711使用马氏体类不锈钢,滚珠713使用马氏体类不锈钢和陶瓷。理由是:通常为使滚动轴承具有耐蚀性,采取在润滑剂中添加防锈剂的方法。但是,该防锈剂比构成本发明的润滑膜的氟类润滑剂的成分容易蒸发,所以防锈剂的添加成为生尘、漏气增加的主要原因。因此,内圈711、外圈712等使用耐蚀性的材料,则能够实现耐蚀性、并能够降低润滑剂的使用量,所以也能够实现本发明的目的即抑制生尘和漏气。
另外,保持器714除上述金属材料外,可适用黄铜、钛材料等,但是也可适用合成树脂材料。作为该合成树脂材料例如,可以使用PTFE、乙烯-四氟乙烯(ETFE)等氟树脂、或聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜(PES)、尼龙46等工程塑料等。也可以在这些合成树脂材料中添加玻璃纤维等强化纤维。保持器714的形式除波形外,也可是冠形、切制型(もみ抜き形)。
并且,本实施方式的滚动轴承710中,在外圈712与713的接触面(轨道面)、内圈711与滚珠713的接触面(轨道面)、以及滚珠713的滚动面上通过油涂附处理形成氟类润滑剂形成的润滑膜715。图30是对外圈712的轨道面、内圈711的轨道面、或者滚珠713的滚动面形成润滑膜的状态的放大模式图。图30所示的滚动轴承710上以超过要形成润滑膜715的面D的粗糙度的山顶线(该图中,点划线B所示)的程度(到该图中实线E所示的位置)而形成润滑膜715。这样,能以粗糙的凸起部分各不漏出的程度由润滑膜覆盖面D,从而提高耐久性。另外,润滑膜715,如图3所示优选与轨道面等连续形成,但是也可以不连续,例如是岛状。
另外,本实施方式的滚动轴承710的外圈712的轨道面、以及内圈711的轨道面的中心线平均粗糙度Ra分别设定为0.02μm以上0.2μm以下,滚珠713的滚动面的中心线平均粗糙度Ra设定为0.002μm以上0.01μm以下。设定为这样的表面粗糙度能够控制要形成的润滑膜715的量,提高抑制生尘的效果。形成润滑膜715的氟类润滑剂含有作为氟树脂的PTFE粉末、和氟类润滑油,即所谓的凝胶状。
作为氟类润滑油,例如,可以使用氟化聚醚聚合物或多氟代烷基聚合物。作为该氟化聚醚聚合物,可以举出,以-CXF2X-O-的通式(X为1~4的整数)表示单元为主要重复单元的聚合物,并且,数均分子量为1000~50000。另外,多氟代烷基聚合物用式R1-(CF2)n-R2(n为自然数)表示,作为R1和R2,可以举出,下述化13表示的物质。另外,R1和R2可以相同,也可以不同。
[化13]
CF3-,H-,CF2Cl-,
另外,除了可以向氟类润滑油中添加分子结构中不具有官能团的物质以外,还可以添加一定量的分子结构中具有官能团的物质。关于该官能团,优选对金属的亲和性高者,例如,环氧基、氨基、羧基、羟基、巯基、磺基或酯基等,作为分子结构中具有官能团的氟类润滑油的例子,可以举出,下述化14、15表示的物质。
〔化14〕
C6F13COOH,C8F17C2H4OH,C8F17C2H4SH,
C10F21CONHC2H4OH,C10F21SO3H,
[化15]
作为上述氟类润滑油,更为详细地讲,可以优选使用全氟化聚醚(PFPE)或与其衍生物的混合物,例如,アウジモン株式会社制造的フオンブリン(FONBLIN)Yスタンダ一ド、フオンブリンエマルジヨン(FE 20、EM 04等)或フオンブリンZ衍生物(FONBLIN Z DEAL,FONBLIN ZDIAC,FONBLIN Z DISOC,FONBLIN Z DOL,FONBLIN ZDOLTX2000,FONBLIN Z TETRAOL等)。
作为氟树脂,除PTFE以外,还可以使用四氟化乙烯-全氟乙烯醚共聚物(PFA)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)等。
以上述的氟类润滑油和上述PTFE粉末混合而得的物质作为氟类润滑剂。但是,上述例示的在氟类润滑油中混合PTFE粉末后就这样不再加工的话,无论如何浓度都高,所以优选用后述的那样适当的稀释溶剂稀释的氟类润滑剂稀释溶液用于油涂附处理。
接着,说明油涂附处理的一例。首先,外圈712、内圈711、滚珠713以及保持器714各自组合,滚动轴承710成完成状态后,脱脂洗净后在该外圈712和内圈711间存在滚珠713的部位由吸管等注入必要量的准备好的氟类润滑剂稀释溶液。之后,将滚动轴承710旋转数次,使氟类润滑剂稀释溶液附着在外圈712、内圈171、滚珠713、以及保持器714的滚动部位、滑动部位。该氟类润滑剂稀释溶液的供给可由涂敷进行,也可由利用喷嘴操作的喷雾机械能。或者,也可以通过将还组装后的滚动轴承710在氟类润滑剂稀释溶液的储存槽中浸渍后拿出,来供给氟类润滑剂稀释溶液。
在此准备的氟类润滑油例如由フオンブリンZ 25(分子结构中不含有官能团的氟类润滑油)90质量%、和フオンブリンZ DOL(分子结构中含有官能团的氟类润滑油)10质量%构成。另外,附着的氟类润滑剂稀释溶液是通过调节混合氟类润滑油80质量%和粒径1μm以下的PTFE粉末20质量%而得的氟类润滑剂,用稀释溶剂アサヒクリンAK-225(旭硝子株式会社制)稀释到其为1质量%为止而得的稀释溶剂。
之后,将附着氟类润滑剂稀释溶液的滚动轴承710全部在120~140℃下加热大约30分钟,除去附着的氟类润滑剂稀释溶液中含有的稀释溶剂。这样,就能形成氟类润滑剂形成的润滑膜。在此,关于上述的实施方式,由于进行了生尘量试验、漏气速度试验、以及粒径耐久试验所以进行说明。生尘量试验、漏气速度试验、以及力矩耐久试验的比较例中,形成并使用分子结构中含有官能团的氟类润滑油、具体地形成使用仅由末端具有羟基的含氟聚合物(FONBLIN Z DIAC)构成的氟类润滑剂。稀释溶剂、油涂附处理方法、滚动轴承的结构等其他条件与上述相同。另外,实施例和比较例中用于油涂附处理的氟类润滑剂稀释溶液的稀释浓度都是1%。
另外,试验轴承是日本精工株式会社制被叫序号608。另外,内圈和外圈的轨道面的表面粗糙度Ra设定为0.05μm,滚珠的表面粗糙度Ra设定为0.005μm,通过上述的油涂附处理形成润滑膜。
首先,说明生尘量试验。图31(a)中表示进行生尘量试验时使用的轴承旋转试验机(日本精工株式会社制)。试验轴承750的内圈750a安装在轴承旋转试验机的主轴(spindle shaft)(SUS440C制)751上。这时,对试验轴承750的轴向负载可由弹簧755调节。
并且,主轴751的一端上设有磁性流体密封组件756,主轴751上经由带轮757、传送带758、带轮759、以及磁性流体密封组件756而传来电动机754的旋转力矩。另一方面,试验轴承750的外圈750b经由外壳752与微量负载变换器760连接,因此,可用微量负载变换器760测定试验轴承750的力矩。
另外,试验轴承750被容器761和隔壁762包围,其空间内的底部连接在激光漫射型粒子计数器764。另一方面,该被包围的空间的上部经由滤清器764设置空气导入口765。并且,从空气导入口765对容器761和隔壁762包围的空间内以规定流量供给清洁的空气,而由空气导入口765向粒子加速器763生成气流,所以用粒子计数器763检测试验轴承750产生的磨耗粉末的量。
试验轴承750的旋转速度1000rpm、负载50N这样的试验条件下机械能生尘量试验结果如图31(b)所示,本实施方式的生尘量与比较例相比生尘量(个/立方米)极低,为其1/10以下。接着,说明漏气速度试验(吞吐量法)。图32(a)表示本试验用到的漏气速度评价试验装置。
漏气速度评价试验装置中,收纳试验轴承790的试料室792、以及连接碳分子泵796和旋转泵797的分析室791通过具有直径R为2~3mm的圆形剖面的孔洞793连通。并且,由碳分子泵796和旋转泵797吸引分析室791内的气体,则分析室791的气压比试料室792内低,所以试料室792内的气体通过孔洞793而流入分析室791内。另外,该图中的分析室791还设置四重极质量分析计798,可分析流入试料室792产生的,流入到分析室791的气体的种类。
从该试料室792向分析室791流入气体的状态下,由试料室792和分析室791分别设置的离子计794、795测定气压,测定来自试验轴承790的漏气发生速度(漏气速度)。漏气速度由下式求得。
Qb=C(P2-P1)-Qc......(1)
在此,式(1)中的各值如下:
Qb:试验轴承的漏气速度(Pa·m3/s)
Qc:腔室的漏气速度(Pa·m3/s)
C:孔洞的导电率(常数)(m3/s)
P1:分析室腔室压力(Pa)
P2:试料室腔室压力(Pa)
另外,上述腔室的漏气速度Qc是试料室792不收纳试验轴承790时测定的漏气速度,根据气压的测定值由下式求得。
Qc=C(P2′-P1′)......式(2)
在此,P1′、P2′分别是不收纳试验轴承790时测定的分析室腔室压力和试料室腔室压力。
另外,关于漏气速度试验结果,如图32(b)所示,本实施方式与比较例相比极低至其大约1/5。另外,图32所示的漏气速度以比较例的漏气速度为1时的相对值表示。
接着再说明力矩耐久试验。在力矩耐久试验中,与上述生尘量试验相同,使用图31(a)所示的轴承旋转试验机(日本精工株式会社制)。以旋转速度1000rpm、负载50N来驱动试验轴承750,经过规定时间后的试验轴承750的力矩用微量负载变换器760来测定。该力矩耐久试验(大气中)的结果,如图33所示,比较例中当试验开始超过100小时的时刻附近力矩值最显著,但本实施方式中即使超过500小时,也保持低力矩值,而几乎不会变化地继续。
另外,本发明不仅限于上述实施方式,也可作这种应用和变形。例如,本实施方式中,深沟滚珠轴承中采用本发明,但是气体轴承形式的滚动轴承也可采用本发明。另外,滚动轴承外,也同样可以使用图34和35所示的线性引导装置、线性轴承等直式轴承、图36所示的滚珠丝杠装置等。
图34时省略端盖表示线性引导装置(滚动装置)720的正面图。线性引导装置720(日本精工株式会社制被叫序号:LS20AL)具有:两侧面轴方向具有剖面圆弧状的滚动体滚动槽721a的方形引导轨(内侧部件)721、和跨设在引导轨721上可沿轴方向相对移动的横剖面形状大致コ字形的滑块(外侧部件)722。
在滑块722的内侧两侧面上设有与引导轨721的滚动体滚动槽721a相对的剖面圆环状的滚动体滚动槽722a。在由引导轨721的滚动体滚动槽721a和滑块722的滚动体滚动槽722a形成的剖面大致圆形的直线状的滚珠滚动空间中滚动自由地装填作为滚动体的多个滚珠723(仅表示一部分)。
这样的线性引导装置720的引导轨721的滚动体滚动槽721a和滚珠723的接触面、以及滑块722的滚动体滚动槽722a和滚珠723的接触面相当于上述实施方式的滚动轴承710的内外圈的轨道面,线性引导装置720的滚珠723相当于上述实施方式的的滚动轴承710的滚珠713。因此,这些滚动体滚动721a、722a以及滚珠723表面粗糙度分别与上述实施方式设定相同,另外,根据上述方法,分别形成同样的润滑膜(未图示)。因此,线性引导装置720生尘少、漏气少、耐久性优良。
另外,图35所示的线性轴承730具有:轴(内侧部件)731、配置在轴731的外侧的外筒(外侧部件)732、自由滚动地装填在轴731的外周面731a和外筒732的内径面732a间的多个滚珠733。轴731或外筒732在其轴线方向上随滚珠733的滚动而相对移动。另外,限位工具734用于阻止随滚珠733的滚动下移动一定距离以上。
这样的轭线性轴承730的轴731的外周面731a以及外筒732的内径面732a相当于上述实施方式的滚动轴承710的内外圈轨道面,线性轴承730的滚珠733相当于上述实施方式的滚动轴承710的滚珠713。因此,该外周面731a、内径面732a、以及滚珠733表面粗糙度与上述实施方式分别设定得相同,另外,根据上述方法分别形成同样的润滑膜(未图示)。因此,线性轴承730生尘少、漏气少、耐久性优良。
另外,图36所示的滚珠丝杠装置740具有:外周面具有螺旋状的轨道槽的丝杠轴(内侧部件)741、内周面具有螺旋状的轨道面的螺帽(外侧部件)742、自由滚动地装填在该两轨道面槽间的多个滚珠(滚动体)743,通过丝杠轴741或螺帽742的任一方的旋转动作,在丝杠轴741的轴线方向上一方直线相对移动。另外,滚珠743在丝杠轴741的轨道槽741a和螺帽742的轨道槽742b间滚动后,通过附设与螺帽742上的循环套744循环。
这样的滚珠丝杠装置740的丝杠轴741的轨道槽以及螺帽742的轨道槽的表面相当于上述实施方式的滚动轴承710的内外圈711、712的轨道面,另外,滚珠丝杠装置740的滚珠743相当于上述实施方式的滚动轴承710的滚珠713。因此,该丝杠轴741的轨道槽、螺帽742的轨道槽以及滚珠743表面粗糙度与上述实施方式设定得相同,另外根据上述的方法分别形成同样的润滑油(未图示)。因此,滚珠丝杠装置740生尘少、漏气少、耐久性优良。
〔第五实施方式的B〕
与第五实施方式的A不同的地方是本发明的构成润滑膜的润滑油代替氟类润滑油而使用碳氢类润滑油。以下,围绕该碳氢类润滑油和含有该润滑油的润滑剂的油涂附进行说明。
图37是使用含有碳氢类润滑油和氟类树脂的润滑剂进行油涂附处理的滚动轴承(滚动装置)770的、作为滚动体的滚珠773的一部分由虚线表示的剖面图。第五实施方式的B的滚动轴承770是与图29所示的滚动轴承710大致相同的结构,仅仅是润滑膜775的构成材料、以及润滑膜775的附着状态下不同。另外,附图标记771是内圈、772是外圈、773是滚珠、744是保持器。
图38是润滑膜775相对外圈772的轨道面、内圈771的轨道面或滚珠773的滚动面的形成状态的放大模式图。图38(a)表示外圈722(内圈771)的轨道面、图38(b)表示滚珠773的滚动面。
如该图所示,本实施方式中,形成润滑膜775直到与要形成润滑膜775的面的粗糙凸起的山顶线同等程度的位置。为提高耐久性而如第五实施方式的A所示优选以超过粗糙凸起的山顶线的程度用润滑膜覆盖轨道面等,如本实施方式所示,可将润滑膜形成直至与上述山顶线同等程度的位置。这种情况下润滑膜775连续形成在轨道面等上,也可以不连续,例如形成岛状。
另外,本实施方式的滚动轴承770的外圈772的轨道面以及内圈771的轨道面的中心线平均粗糙度Ra分别是0.02μm以上0.2μm以下,更优选0.02μm以上0.08μm以下。滚珠713的滚动面的中心线平均粗糙度Ra是0.002μm以上0.01μm以下,更优选0.002μm以上0.005μm以下。
形成该润滑膜775的润滑剂是含有氟树脂粉末、含有烷基化环戊烷或聚苯醚为主要成分的润滑油,成为所谓的凝胶状。
作为烷基化环戊烷,可以举出,三(2-辛基十二烷基)环戊烷。另外,作为三(2-辛基十二烷基)环戊烷,例如,市售的Nye Lubricants公司制造的Synthetic Oil 2001A(商品名)。另外,三正辛基环戊烷、四正辛基环戊烷、五正辛基环戊烷、三正壬基环戊烷、五正壬基环戊烷、五正癸基环戊烷、五正十二烷基环戊烷、四-2-乙基己基环戊烷等烷基化环戊烷的蒸气压在20℃下低至1×10-5Pa以下(例如,1×10-7Pa~1×10-8Pa),因此,可以作为润滑油使用。如果使用这样的烷基化环戊烷,本发明的转动装置即使在真空中使用,润滑剂也基本上不会蒸发。
作为聚苯醚,可以使用株式会社松村石油研究所制造的苯醚型合成油,其中,优选使用五苯醚、四苯醚、单烷基四苯醚、二烷基四苯醚、单烷基三苯醚、烷基四苯醚。这些聚苯醚由于蒸气压低,耐热性优异,因此,即使在真空中或高温环境下使用,漏气也好少。
接着,说明本实施方式的润滑剂的油涂附处理的一例。首先,分别组合外圈772、内圈771、滚珠773以及保持器774而形成滚动轴承770的完成状态,然后,脱脂洗净后,该外圈772和内圈771间滚珠773所在的位置,通过吸管注入必要量的准备好的润滑剂的稀释溶液。之后,通过旋转滚动轴承770规定次数,从而使稀释溶液附着在外圈772、内圈771、滚珠773以及保持器774的滚动部位、滑动部位。该稀释剂的供给通过涂布进行,也可以用喷嘴进行喷雾进行。或者,通过稀释溶液的储存槽中组装的滚动轴承770浸渍后拿出,进行稀释溶液的供给。
在此准备的润滑剂例如是NyeLubicants社制的Synthetic Oil 2001A(商品名)60质量%、粒径1μm以下的PTFE粉末40质量%构成的。该润滑剂的稀释溶液通过己烷或アサヒクリンAK-255(旭硝子株式会社制)等的稀释溶剂稀释到润滑剂达到1质量%而得的。作为氟树脂使用子溶剂中分散PTFE而得的デユポン社製ドライフイルム(干膜)RA/IPA。
之后,将附着稀释溶液的滚动轴承770整个以100~140℃加热大约30分钟,除去含于附着的稀释溶液中的稀释溶液。这样,可形成由本实施方式的润滑剂构成的润滑膜。
在此,关于上述的第五实施方式的B,由于进行了生尘量试验和力矩耐久试验故在此说明。关于生尘量试验、以及力矩耐久试验的比较例,形成并使用分子结构中具有官能团的氟类润滑油,具体地仅由在末端具有羟基的含氟聚合物(FONBLIN Z DIAC)构成的润滑剂。稀释溶剂的种类、油涂附处理方法、滚动轴承的结构等其他条件在第五实施方式的B与前述相同。实施例和比较例中用于油涂附处理的稀释溶液的稀释浓度都是1%。
另外,试验轴承是日本精工株式会社制被叫序号608(内径8mm、外径22mm、宽度7mm)。另外,内圈和外圈的轨道面的表面粗糙度Ra和滚珠的表面粗糙度Ra分别设定为0.05μm和0.005μm。各面上通过上述的油涂附处理形成润滑膜。关于上述试验轴承的生尘量试验使用与上述第五实施方式的A的生尘量试验用的轴承旋转试验机(参照图31(a))相同的试验机,由与第五实施方式的A的生尘量试验相同的方法进行。另外,试验条件也相同,试验轴承75的旋转速度是1000rpm,负载是50N。
试验结果如图39的图表所示。如该图所示,本实施方式的生尘量(个/m3)与比较例相比极低,是其1/10以下。
接着,说明进行关于上述试验轴承进行的力矩耐久试验。该力矩耐久试验中,与上述生尘量试验一样也使用图31(a)所示的轴承旋转试验机,以旋转速度1000rpm、负载50N来驱动试验轴承750,经过规定时间后的试验轴承750的力矩用微小负载变换器760测定。试验结果如图40的图表所示。
如该图所示,比较例在自试验开始超过100小时左右力矩值显著变高,但是,本实施方式中即使超过500小时也保持低的力矩值,几乎不变化而继续。
另外,本发明不限定于上述第五实施方式的B,可以做各种应用和变形。例如,第五实施方式的A中也提到地,深沟滚珠轴承以外的轴承形式的滚动轴承、除滚动轴承外,图34和图35所示的线性引导装置和线性轴承等直动型轴承或图36所示的滚珠丝杠装置等也同样适用本发明。
〔第六实施方式〕
本实施方式涉及滚动轴承、滚珠丝杠、线性引导装置等滚动支持装置以及真空传送装置。另外,本实施方式的无机类硬质膜也可作为上述的第一到第五实施方式的DFO润滑膜等润滑膜的基底适用。
作为线性引导装置的用途例如液晶显示屏、半导体装置、太阳能板、硬盘装置等制造设备的一部分的喷溅装置、等离子体CVD装置、离子注入装置等内部呈真空状态使用的装置、清洁环境下使用的装置等。这样的用途的线性引导装置中,作为引导轨和滑块使用不锈钢(主要是SUS440C)形成的表面进行淬火以及回火处理的材料,作为润滑剂使用氟类润滑脂。
液晶显示屏、半导体装置、太阳电池板、硬盘装置等产品性能会因其表面附着微细的离子(异物)而受损。近年来,这些装置的小型化和集成化的猛进发展下,为提高成品率,需要在清洁度更高的环境下制造。另外,为提高产品的生产性,随着运送装置用的线性引导装置的高速化,本来到目前为止还不算构成严重问题的微细离子现在其缺憾变得显著。另外,除了成品率的提高,为降低产品成本,随着装置本身的维修自由化、维修周期的长期化,这些装置用的线性引导装置的耐久性也被要求。
为解决这样的问题,日本特许公开公报2003年第314572号中提案有这样的结构:在旋转导入机用轴承的内圈轨道面、外圈轨道面以及滚动体滚动面的至少一个上形成由金属化合物等构成的硬质膜。该硬质膜由含有官能团的含氟聚合物和含有PFPE的润滑膜覆盖,从而使轴承具有低生尘性、润滑性以及耐久性。
但是,上述的公开公报中记载的轴承中,没有言及硬质膜和润滑膜的粘接性。润滑膜从硬质膜剥离,则低生尘性、润滑性和耐久性劣化。因此,上述的公开公报上记载的轴承在真空环境下或清洁环境下适用的点上仍有改进的余地。
因此,本发明第一课题是提供能够提高硬质膜和润滑膜的粘接性,从而在真空环境下和清洁环境下适用的滚动支持装置。另外,本发明第二课题是降低用于真空环境下的真空运送装置的生尘,并提高其润滑性和耐久性。
为解决这样的课题,本发明的滚动支持装置具备具有相对配置的轨道面的第一部件和第二部件、以及配置在该第一部件和第二部件间的第三部件,通过上述第三部件的滚动或滑动,而使上述第一部件和第二部件的其一相对于另一个作相对运动。上述第一部件和第二部件的两轨道面中至少一个由金属形成,该轨道面上通过喷镀方法形成无机类硬质膜,该无机类硬质膜由润滑膜覆盖,并且上述无机类硬质膜的气孔率是0.5体积%以上10.0体积%以下。
由此,无机类硬质膜上的气孔起到润滑材料溜驻和锚固(加强材料)的作用,所以能够提高无机类硬质膜和润滑膜的粘结性。在此,无机类硬质膜的气孔率若不到0.5体积%,则无机类硬质膜的气孔不能有效起到润滑材料驻溜和锚固的作用;若气孔率超过10.0体积%,则无机类硬质膜自身容易剥落。无机类硬质膜的气孔率的优选范围是1.0体积%以上8.0体积%以下,更优选的范围是3.0体积%以上5.0体积%以下。
另外,作为喷镀的种类例如可选用等离子体喷镀法、气体喷镀法、弧焊喷镀法、火焰喷镀法、超声波焰喷镀法、爆发喷镀法、以及减压等离子体喷镀法等。喷镀材料的种类例如可以举出,灰氧化铝、白氧化铝、氧化钛、氧化铬、氧化铝氧化钛、尖晶石、模来石、氧化锆-氧化钇、氧化锆-氧化镁、氧化锆-氧化钙、氧化锆-模来石、氧化锆-二氧化硅以及钴蓝等微粒。另外,作为其他喷镀材料,可以举出,单独或组合使用碳化钒、碳化铬、碳化钨、碳化钨-钴-铬、碳化钨-钴、碳化硼、碳化锆、硼化钛、硼化钼、硼化锆、碳化钛-镍、氮化钛、氮化锆、碳化硅以及氮化硅等。
在此,喷镀形成的无机类硬质膜的表面粗糙度变大,其表面起到研磨材料的作用,使对象部件磨耗。因此,优选在喷镀形成无机类硬质膜后进行研磨等机械加工,使无机类硬质膜的粗糙度为规定值以下。例如,在滚动支持装置是滚动轴承、线性引导装置、滚珠丝杠以及线性衬套等的情况下,这两个轨道面中至少一个上形成的无机类硬质膜的表面粗糙度(Ra)优选0.2μm以下。
另外,形成上述第一部件和第二部件的两轨道面的至少一个的金属的种类例如“SUS440C”“合金成分C:0.65质量%、Cr:13质量%的钢材”以及“合金成分C:0.45质量%、Cr:13质量%、N:0.14质量%的钢材”等马氏体类不锈钢、“SUS304”和“SUS316”等奥氏体类钢材、“SUS630”等析出固化型不锈钢等。另外,优选将这些钢构成的原材加工成规定形状后,进行硬化热处理及扩散处理,使表面硬化。
在本发明的滚动支持装置中,上述无机类硬质膜优选由超硬合金、金属陶瓷以及陶瓷的至少一个构成。另外,本发明的滚动支持装置中,优选上述无机类硬质膜的厚度是0.05mm以上1mm以下。该无机类硬质膜的厚度若不到0.05mm,则滚动支持装置不具有耐磨耗性。另一方面,无机类硬质膜的厚度若超过1mm,则无机类硬质膜自身的内部应力会使无机类硬质膜破断,并且成膜成本变高。无机类硬质膜的厚度的优选范围是0.1mm以上0.5mm以下。
另外,本发明的滚动支持装置中,上述润滑膜优选由25℃的蒸气压是1×10-5Pa以下的润滑油构成。作为这样的润滑油的种类例如采用氟油、可以举出,氟油、聚苯醚油、烷基化环戊烷、含硅碳氢化合物油以及酯油。这样,即使在真空环境下使用滚动支持装置,构成润滑膜的润滑油也不会气化,所以润滑膜能够长时间保持在无机类硬质膜的上面。
另外,作为可以在本发明中使用的氟油,可以举出,氟化聚醚、多氟烷基、以及在其上具有官能团的物质等。作为氟化聚醚,可以举出,以-CXF2X-O-的通式(X为1~4的整数)表示单元为主要重复单元的聚合物,并且,数均分子量为1000~50000。
另外,作为多氟代烷基,可以举出下述式的化16表示的物质。用化16表示的Y是对金属的亲和性高的官能团,例如,优选环氧基、氨基、羧基、羟基、巯基、磺基或酯基等。作为多氟代烷基除化16表示的物质以外,还可以举出,下述化17和化18表示的物质。
〔化16〕
CF3(CF2)7-Y,H(CF2)6-Y,CF2Cl(CF2)11-Y
(CF3)2CF(CF2)7-Y,CF2ClCF3CF(CF2)7-Y
〔化17〕
C6F13COOH,C8F17C2H4OH,C8F17C2H4SH,
C10F21CONHC2H4OH,C10F21SO3H,
[化18]
具有上述官能团的氟油的具体例如:デユポン社製的クライトツクス157FSL、157FSM、157FSH或ダイキン工業社製的デムナム変形品SA、SH、SY-3、SP或モンテカチ一ニ社製的フオンブリンZ-DEAL、Z-DIAC、Z-DISCO、Z-DOL、Z-DOLTX2000等。
另外,作为氟代聚醚的一种的全氟代聚醚(PFPE)的具体例子,...(商品名)...。作为可以在本发明中使用的聚苯醚油,可以使用株式会社松村石油研究所制造的
五苯醚、四苯醚、单烷基四苯醚、二烷基四苯醚、单烷基三苯醚、烷基四苯醚。这些聚苯醚由于蒸气压低,具有优异的耐热性,因此,即使在真空中或高温环境下也可以合适地使用。
作为可以在本发明中使用的烷基化环戊烷,可以举出,例如,三(2-辛基十二烷基)环戊烷等。作为该三(2-辛基十二烷基)环戊烷的具体例子,可以举出,Nye Lubricants公司制造的Synthetic Oil 2001A。另外,作为烷基化环戊烷的其他例子,可以举出,三正辛基环戊烷、四正辛基环戊烷、五正辛基环戊烷、三正壬基环戊烷、五正壬基环戊烷、五正癸基环戊烷、五正十二烷基环戊烷以及四-2-乙基己基环戊烷等。由于这些烷基化环戊烷的蒸气压低,因此,即使在真空环境下也可以合适地使用。
作为可以在本发明中使用的含硅碳氢化合物油,可以举出,以通式19表示的单元为主要重复单元的聚合物。化19表示的R1~R3为相互同种类或不同种类的烃基,n表示0~2的整数。作为含硅碳氢化合物油的具体例子,可以举出,下述化20表示的物质。
〔化19〕
[化20]
(n-C12H25)2Si[C8H16Si(n-C12H25)3]2,
Si[C3H6Si(n-C6H13)3]4,
n-C8H17Si[C3H6Si(n-C12H25)3]3
本发明使用的脂油例如Nye Lubicants社制的商品名NyeTorr5101等。
另外,本发明的滚动支持装置中,上述润滑油优选含有氟树脂构成的粒子(粒径0.3~5μm)。这样,由氟树脂构成的粒子捕获会成为生尘的原因的多余的润滑油,所以能够降低滚动支持装置的生尘。本发明使用的氟树脂例如采用可以举出,聚四氟乙烯(PTPE)、四氟化乙烯-全氟乙烯醚共聚物(PFA)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)等。
在此,润滑膜的形成方法例如用氟类溶剂稀释或混合氟油而得规定浓度后,在添加了PTFE粉末的溶液中浸渍形成有润滑膜的部件而拿出的方法。另外,也可采用将上述溶液的规定量注入滚动支持装置内部后,使滚动支持装置运转的方法。另外,润滑膜的厚度可以由溶液的浓度或注入量等的设定任意控制。另外,形成润滑膜后为了除去易挥发的成分,优选进行真空干燥。
另外,本发明的滚动支持装置中,上述润滑膜的厚度是0.1μm以上10μm以下。该润滑膜的厚度若不到0.1μm,则不能得到润滑效果。另一方面,润滑膜的厚度若超过10μm,则润滑膜的抵抗会使力矩增大,或生尘增加。润滑膜的厚度的优选范围是0.2μm以上5μm以下。
本发明还提供这样的真空运送装置,其具有:设有被引导面的运送部、在该被引导面中滑动而引导上述运送部的运送辊、支持该运送辊可相对上述被引导面滑动的滚动轴承,其中,上述被引导面和相对其滑动的上述运送辊的滑动面中至少一个由金属形成,该被引导面和滑动面上通过喷镀形成无机类硬质膜,该无机类硬质膜由润滑膜覆盖,上述无机类硬质膜的气孔率为0.5体积%以上10.0体积%以下,并且,上述滚动轴承的轨道面由上述润滑膜覆盖。
另外,该真空运送装置中,上述被引导面和运送辊的滑动面中至少一个上形成的无机类硬质膜与上述滚动支持装置使用的无机类硬质膜相同,优选由超硬合金、金属陶瓷以及陶瓷中至少一个形成,并且其厚度优选0.05μm以上1μm以下。另外,该无机类硬质膜的表面粗糙度(Ra)优选1.6μm以下,更优选0.8μm以下,更加优选0.4μm以下。
另外,覆盖上述被引导面和运送辊的滑动面中至少一个上形成的无机类硬质膜的润滑膜与上述滚动支持装置使用的润滑膜相同,优选由25℃下蒸气压为1×10-5Pa以下的润滑油形成,其厚度为0.1μm以上10μm以下。这时,该润滑油与上述的滚动支持装置使用的润滑油相同,优选优选氟油、聚苯醚油、烷基化环戊烷、含硅碳氢化合物油以及酯油的至少之一,更加优选含有由氟树脂构成的粒子。
另外,本发明中“滚动支持装置”是指滚动轴承、滚珠丝杠、滚动式线性引导装置、滑动式线性引导装置、线性衬套等。在此,滚动支持装置是滚动轴承的情况下,第一部件和第二部件是指内圈和外圈,第三部件是指滚动体。另外,滚动支持装置是滚珠丝杠的情况下,第一部件和第二部件是指丝杠轴和螺帽,第三部件是指滚动体。另外,滚动支持装置是滚动式线性引导装置的情况下,第一部件和第二部件是指引导轨和滑块,第三部件是指滚动体。另外,滚动支持装置是滑动式线性引导装置的情况下,第一部件和第二部件是指引导轨和滑块,第三部件是指滑动体。另外,滚动支持装置是线性衬套的情况下,第一部件和第二部件是指轨道轴和外筒,第三部件是指滚动体。
根据本发明的滚动支持装置,第一部件和第二部件的两轨道面中至少一个上由喷镀形成气孔率确定的无机类硬质膜,进而由润滑膜覆盖该无机类硬质膜,从而提高无机类硬质膜和润滑膜的粘结性。这样,本发明的滚动支持装置其生尘降低,润滑性和耐久性提高,所以在真空环境下和清洁环境下也能够适用。
另外,根据本发明的真空运送装置,运送部上设置的被引导面和相对其滑动的运送辊的滑动面中至少一个上通过喷镀形成气孔率确定的无机类硬质膜,进而由润滑膜覆盖该无机类硬质膜,从而提高无机类硬质膜和润滑膜的粘结性。这样,本发明的真空运送装置其生尘降低,润滑性和耐久性提高。
以下,参照附图说明第六实施方式。
〔第六实施方式的A〕
图41是表示本发明的滚动支持装置的一例的线性引导装置的图。该线性引导装置810,如图41所示,具有引导轨(第一部件)811、滑块(第二部件)812、多个滚珠(第三部件)813。并且,该多个滚珠813通过在形成在引导轨811上的轨道槽(轨道面)811a和形成在滑块812上的轨道槽(轨道面)812a之间滚动,从而使滑块812沿引导轨811直线运动。
本实施方式中,首先,引导轨811和滑块812通过将SUS440C构成的原材加工成规定形状后进行淬火和退火处理而制得。接着,在形成在引导轨811上的轨道槽(轨道面)811a和形成在滑块812上的轨道槽(轨道面)812a的两者上通过高速火焰喷镀法形成气孔率1~8体积%、厚度0.15mm的由WC-12%Co合金构成的硬质膜(无机类硬质膜)。
接着,将硬质膜的表面粗糙度(Ra)研磨成0.1μm。接着,以覆盖该硬质膜的方式,用浸渍法形成厚度1μm的由含10%粒径0.3~5μm的PTFE的氟油构成的润滑膜。然后,用这样得到的引导轨811以及滑块812和氮化硅制的滚珠813组装线性引导装置。本实施方式制,作为滚动支持装置说明了滚动式线性引导装置,但是本发明如图42所示,在形成于引导轨(第一部件)821上的轨道面821a和形成在滑块(第二部件)822上的轨道面822a之间配设滑动体(第三部件)823的滑动式线性引导装置820。
另外,本发明也可适用于图43所示的、在丝杠轴(第一部件)831上形成的轨道槽(轨道面)831a和在螺帽(第二部件)832上形成的轨道槽(轨道面)832a间配置滚珠(第三部件)833,螺帽832沿丝杠轴831直线运动的滚珠丝杠830的滚珠丝杠830。另外,本发明也可适用于图44所示的、在轨道轴(第一部件)841上形成的轨道槽(轨道面)841a和在外筒(第二部件)842上形成的轨道槽(轨道面)842间配置滚珠(第三部件)843,外筒842沿轨道轴841直线运动的线性衬套840。
〔第六实施方式的B〕
图45是本发明的滚动支持装置的一例的真空运送装置。该真空运送装置,如图45所示,具有运送部850、运送辊860、第一滚动轴承870、第二滚动轴承880。该真空运送装置中,将设有基板850a的运送部850向与图45的纸面垂直的方向运送,通过气体等离子体的放电区域,从而在基板850a上成膜。
运送部850由大致C字形形状并在该C字形的内侧配置运送辊860的运送辊配置部851、延伸到C字形的上侧并形成配置基板850a的凹部852a的基板配置部852构成。在运送辊配置部851的C字形的内侧上部形成环状的运送辊860的外周面860A滑动的槽部(被引导面)850A。另外,运送辊配置部851的C字形的底部两端面(被引导面)850B、850C由第二滚动轴承880的外圈外周面880A引导。
第一滚动轴承870具有内圈871、外圈872以及滚珠873。该第一滚动轴承870的外圈外周面870A上嵌合运送辊860的内周面860B。该第一滚动轴承870支承运送辊860,以使运送辊860的外周面860A可滑动地引导被引导面850A。第二滚动轴承880,如图46所示,具有内圈881、外圈882、滚珠883、保持器884、以及遮蔽板885。该第二滚动轴承880的外圈外周面880A起到引导运送部850的运送辊的作用。
即,该真空运送装置中,运送辊860的外周面860A在设于运送部850上的被引导面850A上滑动,并且在设于运送部850上的被引导面850B、850C中引导第二滚动轴承880的外圈外周面880A,从而将运送部850运送。本实施方式中,运送部850、运送辊860、第一滚动轴承870的内圈871以及外圈872、第二滚动轴承880的内圈881以及外圈882通过将由SUS440C构成的原材加工成规定形状后进行淬火或退火处理而制得。另外,第一滚动轴承870的滚珠873和第二滚动轴承880的滚珠883由氮化硅构成的原材制得,第二滚动轴承880的保持器884由SUSU304构成的原材制得。
接着,运送部850的被引导面850A、850B、850C和运送辊860的外周面860A、第二滚动轴承880的外圈外周面880A上通过高速火焰喷镀来形成气孔率1~8体积%、厚度0.1mm的WC-12%Co合金构成的硬质膜后,将硬质膜的表面粗糙度(Ra)研磨成1.6μm。之后,以覆盖硬质膜的方式,用浸渍法以1μm的厚度形成含10%粒径0.3~5μm的PTFE粉末的氟油构成的润滑膜。另外,第二滚动轴承880的内圈轨道面881a和外圈轨道面882a上用浸渍法以1μm的厚度形成含10%PTFE粉末的氟油构成的润滑膜。然后,用这样得到的运送部850、运送辊860、第一滚动轴承870以及第二滚动轴承880来组装真空运送装置。
以下,根据本发明的实施例和比较例来验证本发明的效果。
〔第一实施例〕
首先,将由SUS440C构成的原材加工成规定形状后进行淬火和退火处理,制得日本精工株式会社的线性引导装置LS15AL(轨道宽度15mm、轨道长度400mm)用的引导轨和滑块。
接着,在表1所示的No.1~10中,引导轨和滑块的两轨道槽中至少一个上形成硬质膜和润滑膜。具体地,首先,在这些轨道槽上通过高速火焰喷镀法在气孔率0.4~10.1体积%的范围内形成厚度0.1mm(100μm)的WC-12%Co合金构成的硬质膜。之后,研磨硬质膜的表面使其表面粗糙度(Ra)形成0.2μm以下。接着,以覆盖这些硬质膜的表面的方式,用浸渍法以1μm(0.001mm)的厚度来形成氟油构成的润滑膜或含10%的粒径1~2μm的PTFE粉末的氟油构成的润滑膜。
另一方面,在表1所示的No.11中,引导轨和滑块的两轨道槽的两者上以1μm的厚度用浸渍法形成含10%的粒径1~2μm的PTFE粉末的氟油构成的润滑膜。用这样得到的引导轨和滑块和表1所示的原材构成的滚珠来组装线性引导装置。然后,假定在真空环境(1×10-4Pa)下适用这样线性引导装置,进行耐久试验。该耐久试验中,进行直线运动直到引导轨或滑块的任一个的轨道槽上出现损伤,以自试验开始到出现损伤为止的运动时间为耐久寿命。以No.11的耐久寿命为1,则其结果如表1所示。
〔表1〕
No. | 线性引导装置 | 耐久试验结果(比) | 备考 | ||||||||
引导轨 | 滑块 | 滚珠 | |||||||||
硬质膜 | 润滑膜 | 硬质膜 | 润滑膜 | 原材 | |||||||
原材 | 气孔率(vol%) | 原材 | PTFE有无 | 原材 | 气孔率(vol%) | 原材 | PTFE | ||||
1 | WC-12%Co | 3.0 | 氟油 | 有 | WC-12%Co | 3.0 | 氟油 | 有 | 氮化硅 | 3.3 | 发明例 |
2 | 3.0 | 有 | 3.0 | 有 | SUS44OC | 2.6 | |||||
3 | 3.0 | 有 | - | - | - | - | 氮化硅 | 2.4 | |||
4 | - | - | - | - | WC-12%Co | 3.0 | 氟油 | 有 | 2.8 | ||
5 | WC-12%Co | 3.0 | 氟油 | 无 | 3.0 | 无 | 2.8 | ||||
6 | 3.0 | 无 | 3.0 | 无 | SUS44OC | 2.3 | |||||
7 | 3.0 | 无 | - | - | - | - | 氮化硅 | 2.0 | |||
8 | - | - | - | - | WC-12%Co | 3.0 | 氟油 | 无 | 2.4 | ||
9 | WC-12%Co | 0.4 | 氟油 | 有 | 0.4 | 有 | 氮化硅 | 0.8 | 比较例 | ||
10 | 10.1 | 有 | 10.1 | 有 | 0.3 | ||||||
11 | - | 氟油 | 有 | - | - | 氟油 | 有 | SUS44OC | 1 |
如表1所示,引导轨和滑块的两轨道槽的至少一个上形成本发明的结构(成膜方法、气孔率)的硬质膜和润滑膜的No.1~8与形成本发明的结构外的硬质膜和润滑膜的No.9、10相比,耐久寿命长。
No.1~8中No.1和No.5、No.2和No.6、No.3和No.7、以及No.4和No.8都是仅改变润滑膜的种类的实施例。从这些结果看,形成含有PTFE粉末的氟油构成的润滑膜A的实施例比由不含有PTFE粉末的氟油构成的润滑膜B的实施例耐久寿命长。
另一方面,在形成气孔率比本发明的范围少的硬质膜的No.9中,硬质膜中存在的气孔不能有效发挥作为润滑驻溜和锚固的作用,所以耐久寿命短。另外,在形成气孔率比本发明的范围多的硬质膜的No.10中,由于硬质膜自身被剥落,所以耐久寿命短。根据以上的结果,在引导轨和滑块的两轨道槽中至少一个上形成本发明的结构中的硬质膜和润滑膜,则即使在真空环境下使用线性引导装置,也能够得到长的耐久寿命。
〔第二实施例〕
首先,通过将SUS440C构成的原材加工成轨道形状后进行淬火和退火处理而制得表2中所示的各结构的圆筒辊(外径50mm)和球面辊(外径50mm、球面的曲率半径R=100mm)。在此,圆筒辊是假定真空运送装置用运送部的被引导面的结构,球面辊是假定真空运送装置用运送辊的滑动面的结构。
接着,在表2所示的No.21~25中,圆筒辊和球面辊的两外周面中至少一个上形成硬质膜和润滑膜。具体地,首先在这些外周面上以0.1mm(100μm)的厚度由高速火焰喷镀法在气孔率0.4~10.1体积%的范围内形成WC-12%Co合金构成的硬质膜。接着,研磨硬质膜的表面,从而使其表面粗糙度(Ra)当是圆筒辊的情况下形成1.6μm,当是球面辊的情况下是0.4μm以下。接着,以覆盖这些硬质膜的方式用浸渍法以1μm(0.001mm)的厚度形成氟油构成的润滑膜或含10%的PTFE粉末的氟油构成的润滑膜。
在这样得到的圆筒辊中圆筒辊和球面辊的各外周面上组装上日本精工株式会社的单列深沟球轴承#6201(外径28mm、内径12mm、宽度10mm)。在此,深沟球轴承的内圈、外圈、以及滚动体都由SUS440C形成的原材制得,保持器由SUS304形成的原材制得。另外,内圈和外圈的两轨道面上用浸渍法以0.6μm的厚度形成氟油构成的润滑膜。
接着,如图47所示,圆筒辊A和球面辊B以这两外周面接触的方式使各轴吻合配置,组装二圆筒试验机。然后,各结构的圆筒辊A和球面辊B在以下的条件下旋转,进行生尘试验。该生尘试验通过粒子计数器测定0.2μm以上的粒子的生尘数量,以从试验开始到0.2μm以上的粒子的生尘数量达到100个/分的时间为生尘寿命。以No.26的生尘寿命为1则其结果示于图2。
〔生尘试验条件〕
气体环境:真空环境(1×10-4Pa)
温度:室温
负载:100N
旋转速度:(圆筒辊)200min-1
(球面辊)190min-1
圆筒辊和球面辊的滑动率:10%
〔表2〕
No. | 圆筒辊的结构 | 球面辊的结构 | 生尘试验结果(比) | 备考 | ||||||
硬质膜 | 润滑膜 | 硬质膜 | 润滑膜 | |||||||
原材 | 气孔率(vol%) | 原材 | PTFE有无 | 原材 | 气孔率(vol%) | 原材 | PTFE有无 | |||
21 | WC-12%Co | 3.0 | 氟油 | 有 | WC-12%Co | 3.0 | 氟油 | 有 | 3.2 | 发明例 |
22 | 3.0 | 3.0 | 无 | 2.8 | ||||||
23 | - | - | - | - | 3.0 | 有 | 2.2 | |||
24 | WC-12%Co | 0.4 | 氟油 | 有 | 0.4 | 氟油 | 有 | 1.2 | 实施例 | |
25 | 10.1 | 有 | 10.1 | 有 | 0.2 | |||||
26 | - | - | - | - | - | - | - | - | 1 |
如表2所示,圆筒辊和球面辊的两外周面中至少一个上形成本发明的结构(成膜方法、气孔率)的硬质膜和润滑膜的No.21~23与形成本发明的结构外的硬质膜和润滑膜的No.24、25相比,生尘寿命长。另外,从仅是润滑膜的种类不同的No.21和No.22的结果来看,形成由含PTFE粉末构成的润滑膜A的No.21比由不含有PTFE粉末的氟油构成的润滑膜B的No.22生尘寿命长。
另一方面,在形成气孔率比本发明的范围少的硬质膜的No.24中,硬质膜中存在的气孔不能有效起到作为然后驻溜和锚固的作用,所以生尘寿命短。另外,在形成气孔率比本发明的范围多的硬质膜的No.25中,由于硬质膜自身被剥落,所以生尘寿命短。根据以上的结果,在与No.21~23的圆筒辊同样的结构中形成真空运送装置用运送部的被引导面,在与No.21~23的球面辊同样的结构中形成真空运送装置用运送辊的滑动面,从而能够达到长的真空运送装置的生尘寿命。
〔第七实施方式〕
本发明涉及滚动轴承及其制造方法。另外,前述的第一~第六实施方式中,涉及作为在形成DFO润滑膜等润滑膜的部分上实施的前处理的合适的洗净方法。
从半导体制造装置的部分等发挥碳氢化合物等,则使半导体晶片污染,使生产成品率降低,所以在用于半导体制造装置等中的滚动轴承上要求碳氢化合物等的挥发量少。因此,近年来,由于减少附着在滚动轴承上的碳氢化合物等的挥发成分、对轴承表面进行清洁净化,所以正强化利用有机溶剂的洗净和等离子体洗净等。
但是,在利用有机溶剂的洗净中,要达到完全除去附着在滚动轴承上的加工油、防锈油等中进入表面的微细的粗糙凸起中的成分的程度是困难的。另外,用于洗净的有机溶剂也不会从滚动轴承完全除去。
因此,在滚动轴承的表面上残留大量加工油、防锈油、有机溶剂等碳氢化合物,用于半导体制造装置时,会从滚动轴承挥发,污染半导体晶片。
因此,本发明要解决上述这样的以外技术中的问题点,提供挥发成分的挥发量少的滚动轴承和这样的滚动轴承的制造方法。
为解决这样的课题,本发明由以下的结构构成。即,本发明的滚动轴承具有内圈、外圈、滚动自如地配置在上述内圈和外圈之间的多个滚动体。附着在表面上的碳数25以下的碳氢化合物的量为0.5ng/mm2。
另外,本发明的滚动轴承的制造方法中,当制造具有内圈、外圈、滚动自如地配置在上述内圈和外圈之间的多个滚动体的滚动轴承时,组装上述内圈、外圈、和含有滚动体的轴承部件结束后,由有机溶剂、碱、以及酸中至少一种来洗净,进而用固有电阻5MΩ·cm以上的纯水洗净。
本发明者,为解决前述的课题而进行了锐意的研究发现:碳氢化合物有碳数越小,越易挥发,碳数越大,越难挥发的倾向。具有对半导体晶片有坏影响等挥发性的碳氢化合物是碳数25以下的碳氢化合物。并且发现若滚动轴承的表面上附着的碳数25以下的碳氢化合物的量若是0.5ng/mm2以下,则不易影响半导体晶片。
另外还发现,通过用固有电阻5MΩ·cm以上的纯水作为洗净剂使用进行洗净,能除去在滚动轴承上附着的进入到表面的微细粗糙凸起中的油分,并且油分的洗净用的有机溶剂、碱、酸等洗净剂也被除去。
本发明的滚动轴承挥发成分的挥发量少。另外,根据本发明的滚动轴承的制造方法,能够制造挥发成分的挥发量少的滚动轴承。
参照附图说明本发明的滚动轴承及其制造方法的实施方式。图48是表示本发明的滚动轴承的一实施方式的角接触球轴承的结构的局部纵剖面图。图48的角接触球轴承具有:外周面具有轨道面901a的内圈901、内周面具有轨道面902a的外圈902、以自由滚动的方式配置在两轨道面901a、902a间的多个滚动体903,在两轨道面901a、902a间保持滚动体903的保持器904、在形成于内圈901和外圈902间的内设滚动体903的空隙部905内配置的润滑剂(未图示)。
该角接触球轴承是通过分别组装作为轴承部件的内圈901、外圈902、滚动体903、以及保持器904后,进行油分等的洗净,上述润滑剂填充在空隙部905内而得的。该洗净分两阶段进行。首先,在一次洗净中,使用使用石油醚、白色煤油、氟隆替代洗净油、己烷等烃类有机溶剂,除去附着在滚动轴承的表面(即轴承部件的表面)上的加工油、防锈油等油分。另外,也可以代替有机溶剂使用酸或碱。
在该一次洗净中,有可能不能完全洗净到洗掉附着在滚动轴承的表面的油分中进入表面的微细的粗糙凸起中的部分的程度。另外,一次洗净中使用的有机溶剂有可能残存在滚动轴承中。在此,在二次洗净中,用固有电阻5MΩ·cm以上的纯水来除去残留的油分和有机溶剂。固有电阻5MΩ·cm以上的纯水不但洗净性优良,而且也不必担心使用后的纯水本身对滚动轴承造成污染。
另外,作为润滑剂使用润滑脂组成物或润滑油,其基油使用不易挥发的。作为不易挥发的基油例如碳数26以上(更优选碳数30以上)的碳氢化合物。具体地,碳数26以上(更优选碳数30以上)的可以举出,...烷基环戊烷、氟油、酯油、醚油等。另外,润滑剂为润滑脂组合物时,可以使用聚四氟乙烯树脂、聚氨酯树脂、金属皂等作为增稠剂。
本实施方式的角接触球轴承由于实施了这样的洗净,所以附着在滚动轴承的表面上的碳数25以下的碳氢化合物的量成0.5ng/mm2以下。另外,由于使用具有上述那样的基油的润滑剂,所以几乎没有来自润滑剂的挥发成分。这样,从滚动轴承挥发的挥发成分的量少,所以用于半导体制造装置的情况下,不会对半导体晶片造成影响。
另外,滚动轴承等滚动装置的轨道面等这样的需要润滑的部分上通过油涂附处理、润滑脂涂附处理等形成润滑剂构成的润滑膜的情况下,优选在形成润滑膜前对被处理部分进行洗净,但优选用上述那样的洗净方法洗净被处理部分。这样,由于被处理部件被清洗得极度清洁,所以对润滑膜的形成是理想的。
另外,本实施例是表示本发明的一个例子,本发明不限定于此实施方式。例如,本实施方式中作为滚动轴承举例了角接触球轴承,但是本发明也对其他各种滚动轴承也使用。例如,深沟球轴承、自动对心球轴承球轴承、圆筒滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承、自动对心滚子轴承等径向型轴承、或推力球轴承、推力滚子轴承等推力型滚动轴承。
〔实施例〕
以下,表示实施例,进一步具体地说明本发明。除了洗净方法以及润滑剂的种类不同外,准备于前述的图48的角接触球轴承相同的结构的4种角接触球轴承(参照表3),测定碳数25以下的碳氢化合物的挥发量。
〔表3〕
洗净剂 | 润滑剂的种类 | 附着量2) | |||
一次洗净 | 二次洗净1) | ||||
实施例 | 1 | 碱 | 纯水(6MΩ·cm) | 润滑脂A | 0.45 |
2 | 有机溶剂 | 纯水(10MΩ·cm) | 润滑脂A | 0.40 | |
比较例 | 1 | 有机溶剂 | 纯水(4.5MΩ·cm) | 润滑脂A | 0.60 |
2 | 碱 | 纯水(6MΩ·cm) | 润滑脂B | 5以上 |
1)括弧内的数值是使用后的纯水的固有电阻。
2)是角接触球轴承的表面上附着的碳数25以下的碳氢化合物的量,单位是ng/mm2。
测定方法如下:日本分析工业株式会社制的漏气捕集装置HM-04II的容器内放入角接触球轴承,加热到200℃,并且以流量20ml/min供给净化气体,使挥发成分挥发60分钟。然后,捕集含有挥发成分的净化气体,用气体色谱表进行分析,测定碳数25以下的碳氢化合物的量。另外,作为标准试料使用(碳数14)。
并且,检测出的碳数25以下的碳氢化合物假定全部是在角接触球轴承的表面上附着,算出单位面积上的附着量(单位ng/mm2)。结果如表3。在此,实施例1、2以及比较例1的轴承用的润滑剂是ソルベイソレクシス株式会社制的真空用氟润滑脂YVAC3。表3中表示润滑脂A。另外,比较例2的轴承用的润滑剂是日本精工株式会社制的大气压用氟润滑脂KPM,表3中表示润滑脂B。
如表3可知,实施例1、2的轴承中,用碱或有机溶剂作洗净剂进行一次洗净后,用固有电阻5MΩ·cm以上的纯水为洗净剂进行二次洗净,而且使用以碳数26以上的碳氢化合物为基油的润滑剂,所以附着在轴承表面上的碳数25以下的碳氢化合物的量是0.5ng/mm2以下。
相对于此,比较例1的轴承虽然采用以碳数26以上的碳氢化合物为基油的润滑剂,然而采用固有电阻不到5MΩ·cm的纯水为洗净剂进行二次洗净,所以附着在轴承表面上的碳数25以下的碳氢化合物的量超过0.5ng/mm2。另外,比较例2的轴承虽然采用固有电阻5MΩ·cm以上的纯水为洗净剂进行二次洗净,但由于具有使用含有碳数25以下的碳氢化合物的基油的润滑剂,所以附着在轴承表面上的碳数25以下的碳氢化合物的量超过0.5ng/mm2。
本发明的滚动轴承可很好地适用于要求挥发成分的挥发量少的半导体制造装置等中。
产业上的实用性
本发明的薄壁轴承能够很好地适用于半导体制造装置用的机器手等。
Claims (16)
1.一种薄壁轴承,其具有:内圈、外圈、以自由滚动的方式配于所述内圈和所述外圈之间的多个滚动体、以及具有在轴方向端部开口并以自由滚动的方式保持所述滚动体的匣部的树脂制的保持器,并满足式:(D-d)/d≤0.187,其中D为轴承外径、d为轴承内径,其特征在于,在所述保持器的柱上设置贯通孔。
2.如权利要求1所述的薄壁轴承,其特征在于,所述贯通孔是狭缝状。
3.如权利要求1或2所述的薄壁轴承,其特征在于,所述贯通孔是在轴方向端部开口的孔或在轴方向端部不开口的中空孔。
4.如权利要求1~3任一项所述的薄壁轴承,其特征在于,所述保持器由沿所述内圈和所述外圈配成环形的一个以上的板状部件构成。
5.如权利要求4所述的薄壁轴承,其特征在于,所述板状部件的圆周方向端部上设置倒角部。
6.如权利要求5所述的薄壁轴承,其特征在于,所述板状部件使其两板面分别朝向所述内圈和所述外圈配置,所述倒角部以所述板状部件的厚度朝向所述圆周方向端部逐渐变薄的方式形成。
7.如权利要求6所述的薄壁轴承,其特征在于,所述倒角部是曲面状。
8.如权利要求6所述的薄壁轴承,其特征在于,所述倒角部是平面状。
9.如权利要求8所述的薄壁轴承,其特征在于,所述板状部件的圆周方向端面和所述倒角部的边界上形成的角部不与所述内圈和所述外圈接触,形成在所述板状部件的板面和所述倒角部的边界上的角部或所述倒角部或所述倒角部与所述内圈或所述外圈接触。
10.如权利要求1~9任一项所述的薄壁轴承,其特征在于,用以下3种润滑被膜的任一种来覆盖所述内圈的轨道面、所述外圈的轨道面、以及所述滚动体的滚动面的至少一个:
(1)含有具有官能团的含氟聚合物和全氟聚醚的润滑被膜;
(2)含有具有官能团的含氟聚合物和全氟聚醚以及氟树脂的润滑被膜;
(3)含有以烷基化环戊烷或聚苯醚为主要成分的润滑油和氟树脂的润滑被膜。
11.一种薄壁轴承,其具有:内圈、外圈、以自由滚动的方式配于所述内圈和所述外圈之间的多个滚动体、以及具有以自由滚动的方式保持所述滚动体的匣部的保持器,由沿所述内圈和所述外圈配置成环状的1个以上的树脂制的板状部件构成所述保持器,并且满足式:(D-d)/d≤0.187,其中D为轴承外径、d为轴承内径,其特征在于,在所述板状部件的圆周方向端部上设置倒角部。
12.如权利要求11所述的薄壁轴承,其特征在于,所述板状部件使其两板面分别朝向所述内圈和所述外圈配置,所述倒角部以所述板状部件的厚度朝向所述圆周方向端部逐渐变薄的方式形成。
13.如权利要求12所述的薄壁轴承,其特征在于,所述倒角部是曲面状。
14.如权利要求12所述的薄壁轴承,其特征在于,所述倒角部是平面状。
15.如权利要求14所述的薄壁轴承,其特征在于,所述板状部件的圆周方向端面和所述倒角部的边界上形成的角部不与所述内圈和所述外圈接触,形成在所述板状部件的板面和所述倒角部的边界上的角部或所述倒角部或所述倒角部与所述内圈或所述外圈接触。
16.如权利要求11~15任一项所述的薄壁轴承,其特征在于,用以下3种润滑被膜的任一种来覆盖所述内圈的轨道面、所述外圈的轨道面、以及所述滚动体的滚动面的至少一个:
(1)含有具有官能团的含氟聚合物和全氟聚醚的润滑被膜;
(2)含有具有官能团的含氟聚合物和全氟聚醚以及氟树脂的润滑被膜;
(3)含有以烷基化环戊烷或聚苯醚为主要成分的润滑油和氟树脂的润滑被膜。
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