JP2002266875A

JP2002266875A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2002266875A
Application number: JP2001062350A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Kondo; 博光近藤; Hiroshi Yamada; 博山田; Mitsuo Sasabe; 光男笹部
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2002-09-18

Abstract

(57)【要約】【課題】転動面にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴ
ＦＥ）の潤滑被膜のみを有する転がり軸受と同等の低発
塵性を維持しながら、高い耐久性を発揮する転がり軸受
を提供する。【解決手段】軌道面の表面にポリテトラフルオロエチ
レンからなる潤滑被膜２を形成し、かつ軸受内に、グリ
ースの基油成分４、例えば、パーフルオロポリエーテル
油（ＰＦＰＥ）やシクロペンタン油を封入することによ
り、せん断によるＰＴＦＥの潤滑被膜２の破断粉が生じ
た場合に、この破断粉とグリースの基油成分４とが混じ
り合うようにして、転がり摩擦面に局部的なグリースが
形成されるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、半導体や液晶パ
ネルの製造装置における基板搬送機構部等、クリーン度
が管理された場所で使用して好適な転がり軸受に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体や液晶パネルの製造装置の基板搬
送機構部等、クリーン度が管理された環境に設置される
転がり軸受の場合、潤滑剤としては、発塵が少ない、金
属被膜である銀イオンプレーティング膜を用いることが
多い。ところが、銀イオンプレーティング膜は、真空中
ではなく、大気中において使用すると、金属被膜の銀
（Ａｇ）が酸化して酸化銀になるため、潤滑性が劣り、
発塵が多くなるという問題がある。

【０００３】ところで、転がり軸受の潤滑剤としては、
一般的には、グリースが広く使用されている。グリース
は、潤滑作用をする基油に、それを半固形状に保持する
ための増稠剤、および、油の性質を改善するための添加
剤を混合したものである。

【０００４】ところが、グリースは、大気・真空の両方
での耐久性は優れているものの、クリーン度、いわゆる
発塵性が非常に悪いため、クリーン度が要求される半導
体や液晶パネルの製造設備といった用途には使用するこ
とができない。

【０００５】このため、特に、半導体や液晶パネルの製
造設備に代表される密封真空下で使用する潤滑剤とし
て、真空グリースと呼ばれているものがある。

【０００６】従来、この種の真空グリースとして、例え
ば、蒸気圧の低いパーフルオロポリエーテル（以下、Ｐ
ＦＰＥという）を基油とし、これにフッ素系化合物であ
るポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥとい
う）を増稠剤として混合したものがある。この種の真空
グリースは、一般に、真空機器用軸受の潤滑剤として使
用されている固体潤滑剤、例えば、金、銀、二硫化モリ
ブデン、ＰＴＦＥ等の潤滑被膜に比べると、潤滑性の点
では優れているが、やはり低発塵性の点では劣ってい
る。

【０００７】したがって、真空グリースを封入した軸受
は、良好な耐久性を示すものの、発塵量がＰＴＦＥ等の
固体潤滑剤よりも多いので、特に、クリーン度が要求さ
れる環境では、使用することができない。

【０００８】このため、近年、半導体製造分野では半導
体の集積度が増すにつれて回路パターンの線幅が微細化
しており、軸受から排出されるパーティクルがパターン
上に付着すると種々の弊害を引き起こす可能性があるこ
とから、軸受の特性として、特に、低発塵性が要求され
る場合には、浸漬処理により、ＰＴＦＥ被膜処理を行っ
たウルトラクリーン軸受と呼ばれる、グリースや潤滑油
を使用しないものを用いるのが一般的である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現行の
ウルトラクリーン軸受と呼ばれている軸受は、低発塵性
と共に、大気・真空両用で優れた性能を示すものである
が、耐久性の点では、フッ素系のグリースを封入した軸
受に及ばない。

【００１０】ところで、半導体や液晶パネルの製造設備
において真に高い清浄度が要求されるのはウェーハの近
傍部分であり、ウェーハから離れた部分にあっては清浄
度の基準が、ウェーハの近傍部分に比べ、若干緩和され
る傾向にある。したがって、このような清浄度の基準が
若干緩和される環境下で使用される軸受の場合では、ウ
ェーハの近傍部分で使用される軸受ほどの高い低発塵性
は必ずしも必要ではなく、むしろ耐久性の方が重要な特
性の一つになっている。勿論、一般使用の軸受に比べる
と、高い低発塵性は必要である。

【００１１】そこで、この発明は、ウルトラクリーン軸
受と同程度の低発塵性を示し、ウルトラクリーン軸受よ
りも耐久性に優れた転がり軸受を提供しようとするもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、外輪の軌道
面と内輪の軌道面の間に、荷重を負荷する複数の転動体
を介在させた転がり軸受において、上記軌道面の表面に
ＰＴＦＥからなる潤滑被膜を形成し、上記軸受内に、グ
リースの基油成分を封入したものである。

【００１３】上記潤滑被膜を形成するＰＴＦＥとして
は、平均分子量が５０００以下の低分子量のものが好ま
しい。

【００１４】上記基油成分としては、フッ素系グリース
の基油成分であるＰＦＰＥ油等のフッ素系油や、炭化水
素系グリースの基油成分であるシクロペンタン油等の炭
化水素系油を使用することができる。また、上記ＰＴＦ
Ｅからなる潤滑被膜の上層に真空乾燥した潤滑油でコー
ティング膜又は薄膜を形成することもできる。

【００１５】

【作用】軌道面の表面にＰＴＦＥの潤滑被膜のみを設け
た場合には、転がり摩擦によるせん断でＰＴＦＥの潤滑
被膜が徐々に破断して、潤滑被膜自体が発塵となり消耗
していくが、この発明では、表面にグリースの基油成分
を存在させることにより、せん断による潤骨被膜の破断
粉とグリースの基油成分とが混じり合って、転がり摩擦
面に局部的なグリースを形成することができる。したが
って、せん断によるＰＴＦＥの潤滑被膜の破断粉が生じ
ても、破断粉が外部に排出され難くなるとともに、長期
に亘って高い潤滑性能を維持する。

【００１６】また、この発明によると、ＰＴＦＥの潤滑
被膜の破断粉により、グリース状の部分が形成されるの
で、はじめから増ちょう材（ＰＴＦＥ）と基油（ＰＦＰ
Ｅ）とからなるグリースを封入した場合よりも、発塵量
を、はるかに少なくすることができる。

【００１７】特に、グリースの基油成分として、フッ素
系グリースの基油成分であるＰＦＰＥ油を使用した場合
には、フッ素系化合物であるＰＴＦＥの潤滑被膜との親
和性が良好で、ＰＴＦＥの潤滑被膜の破断粉との間でグ
リース化し易くなる。ＰＦＰＥ油の具体例としては、商
品名Ｂｒａｙｃｏ８１５Ｚ、フォンブリンＺ２５等を使
用することができる。

【００１８】また、軌道面の表面にＰＴＦＥの潤滑被膜
のみがある場合よりも、グリースの基油成分が存在する
ことにより、金属音を含まず、ごろごろ感のない滑らか
な回転調子が得られる。

【００１９】さらに、往復運動するような場所で使用す
るような場合には、その速度の変曲点が最も潤滑状態が
過酷になるが、この発明によれば、変曲点への潤滑もス
ムーズに行える。

【００２０】以上の作用を概念図で表すと、図１〜図３
のようになる。

【００２１】まず、潤滑の初期段階においては、図１
（ａ）、（ｂ）に示すように、軌道面１の表面に存在す
るＰＴＦＥの潤滑被膜２は、点在し、軌道面（内輪１）
の表面に固着している。

【００２２】その後の過渡期においては、図２に示すよ
うに、軌道面表面に固着したＰＴＦＥの潤滑被膜２の一
部が、せん断により離脱し、その一部がＰＴＦＥの潤滑
被膜２に再付着する。

【００２３】続いて、安定期になると、図３に示すよう
に、せん断により、離脱したＰＴＦＥ被膜２の一部は発
塵となるが、ＰＴＦＥ被膜２への再付着により、付着し
たＰＴＦＥの潤滑被膜２と基油成分４とが混じり合っ
て、局部的にグリース状になり、長期にわたって潤滑作
用が生じる。また、ＰＴＦＥの潤滑被膜２を軌道面（内
輪１）の母材界面からせん断するエネルギーより、ＰＴ
ＦＥの潤滑被膜２内でせん断する方が小さなエネルギー
であるから、ＰＴＦＥの潤滑被膜２が母材界面から根こ
そぎ除去されるようなことはない。

【００２４】上記ＰＴＦＥの潤滑被膜２は、サブミクロ
ンであり、図１（ａ）（ｂ）の概念図に示すように、軌
道面の面積比率で６０％程度覆う程度であればよい。し
たがって、潤滑被膜２を覆う基油成分４の厚みは、１μ
ｍ〜５μｍ、最低で約１μｍあれば十分である。

【００２５】ＰＴＦＥ処理を施した後、その上層に潤滑
油を真空乾燥して軌道面にコーティング膜または薄膜を
形成しておくと、従来の真空グリースに比べて、潤滑油
の蒸発や飛散を少なくすることができる。さらに、潤滑
油は運動する接触面の中に入りやすく、油膜の形成とＰ
ＴＦＥ被膜との補修性が良いため、低トルク化及び低発
塵性も得られる。

【００２６】

【実施の形態】以下、この発明を密封型の深溝玉軸受
（ＳＥＢ０８Ｊ１ＵＣ３）に適用して、発塵性（大気、
真空）、耐久性（真空）について試験した結果を示す。
この軸受は、内輪１、外輪５、内・外輪１、５間に介在
する複数のボール３を円周等間隔に保持する保持器６、
および、外輪５の両端内径部に装着された例えばＳＵＳ
３０４製のシールド板７によって構成される。そして、
内・外輪１、５の転走面およびボール３の表面には、Ｐ
ＴＦＥ、例えば平均分子量が５０００以下のＰＴＦＥの
潤滑被膜２が形成され、軸受内にはフッ素系の真空グリ
ースの基油成分４、具体的にはＰＦＰＥ油（フォンブリ
ンＺ２５）が封入されている。

【００２７】上記ＰＴＦＥの潤滑被膜２は、低分子量Ｐ
ＴＦＥ（例えば、デュポン社製バイダックスＡＲ）を、
浸漬により付着させたものである。低分子量ＰＴＦＥ
は、従来から、軸受の固体潤滑剤として一般に用いられ
ている平均分子量が１×１０⁵以上のもの、主として、
１×１０⁶〜１×１０⁷のものである。低分子量ＰＴＦＥ
は、一般のＰＴＦＥに比べ剪断強度が著しく小さく、ま
た、転着性に優れている。そのため、低分子量ＰＴＦＥ
は、それ自体優れた潤滑性、低発塵性を有する。

【００２８】潤滑被膜２を形成するＰＴＦＥとしては、
上記バイダックスＡＲの他、バイダックス１０００（い
ずれもデュポン社製）、ＭＰ１２００、ＭＰ１３００
（いずれも三井フロロケミカル社製）、ルブロンＤ−１
（ダイキンエ業社製）等がある。なお、被膜の平均厚さ
は０．６μｍ程度であるが、図４ではこれをかなり誇張
して描いている。また、図４では内・外輪１、５の外表
面のうち嵌合面等に潤滑被膜２が形成されていないが、
これは、マスキングによって被膜処理を施さない、ある
いは、最終製品となる前に除去したものである。

【００２９】低分子量ＰＴＦＥの被膜コーティング法と
しては、上述した浸漬法の他にスプレー法等があるが、
スプレー法によれば、低分子量ＰＴＦＥの分散液を噴霧
状にして皮膜形成面に吹き付けるため、潤滑被膜は、図
１に示すように、点在し易い。ＰＴＦＥ被膜２は、軸受
内に封入された真空グリースの基油成分４によって覆わ
れている。

【００３０】また、ＰＴＦＥ処理を施した後、その上層
に潤滑油を真空乾燥して軌道面にコーティング膜または
薄膜を形成する方法としては、代替フロンで希釈（１０
〜２００倍）した潤滑油をＰＴＦＥ被膜表面に注入して
おき、真空乾燥（例えば、温度１００℃、２時間）させ
て、コーティング膜または薄膜を形成させている。この
ように、希釈してから乾燥することにより、極めて微量
な潤滑油の注入工程を容易にすることができる。従来の
封入方法である加熱処理させてコーティング膜または薄
膜を形成させる方法と比較して、真空乾燥させる方法が
より低コスト化を可能にする。また、下層に形成してあ
るＰＴＦＥ被膜との親和性は、液状の場合と同様に維持
されるため、剥離、離脱し難くなる。図５（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に、この被膜形成の状態を示す。図５
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の符号８は、真空乾燥した潤滑
油のコーティング膜または薄膜を示している。

【００３１】図６は、この発明に係る上記構成の転がり
軸受（グリースの基油成分＋ＰＴＦＥの潤滑被膜）２
個、軸受Ａ（基油の膜厚１μｍ）、軸受Ｂ（基油の膜厚
５μｍ）と、転動面にＰＴＦＥの潤滑被膜を形成し、そ
の上層に真空乾燥した潤滑油のコーティング膜（膜厚１
μ程度）を有する軸受Ｃ、転動面にＰＴＦＥの潤滑被膜
のみを有する軸受Ｄ（いわゆるウルトラクリーン軸受）
とについて大気中で行った発塵試験の結果を示す。発塵
試験は、温度：室温、回転数：５００ｒｐｍ、スラスト
荷重：２９．４Ｎの条件下で試験軸受を回転させ、試験
軸受の直下に配置した発塵検出器により発塵量（２４時
間の総個数）を測った。

【００３２】図６に示すように、この発明に係る軸受
Ａ、軸受Ｂ、軸受Ｃの発塵量は、転動面にＰＴＦＥの潤
滑被膜のみを有するいわゆるウルトラクリーン軸受であ
る、軸受Ｄと比較して大差なく、低発塵性と言える水準
にあることが確認できた。次に、図７は、上記軸受Ａ、
軸受Ｂ、軸受Ｃ、軸受Ｄについて真空中で行った発塵試
験の結果を示す。発塵試験は、真空度：１０^-6Ｔｏｒｒ
以下、温度：室温、回転数：２００ｒｐｍ、スラスト荷
重：２９．４Ｎの条件下で試験軸受を回転させ、試験軸
受の直下に配置した発塵検出器により発塵量（７０時間
の総個数）を測った。

【００３３】図７に示すように、この発明に係る軸受
Ａ、軸受Ｂ、軸受Ｃの発塵量は、真空中においても、転
動面にＰＴＦＥの潤滑被膜のみを有するいわゆるウルト
ラクリーン軸受である、軸受Ｄと比較して大差なく、低
発塵性と言える水準にあることが確認できた。

【００３４】図８は、上記軸受Ａ、軸受Ｂ、軸受Ｃ、軸
受Ｄついて行った耐久性試験の結果を示す。耐久性試験
は、軸を支承させた２個の試験軸受を、室温、真空度１
０^-6Ｔｏｒｒ以下、スラスト荷重２９．４Ｎ、回転数２
５００ｒｐｍの条件下に回転させ、試験軸受の摩擦トル
クの総和が１０^-2Ｎｍに達した時点を寿命とした。

【００３５】図８に示すように、軸受Ａ、軸受Ｂ、軸受
Ｃは、軸受Ｄに比べ約２倍の耐久性を示した。耐久性に
ついては、大気中においても、同様の結果が得られるこ
とが推測できる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る転
がり軸受は、転動面にＰＴＦＥの潤滑被膜のみを有する
いわゆるウルトラクリーン軸受と同等の低発塵性を維持
しながら、ウルトラクリーン軸受よりも高い耐久性を示
す。したがって、この発明に係る転がり軸受は、特に、
発塵性よりも、耐久性がより重視されるような場所、例
えば、ウェーハから離れた部分等、半導体や液晶パネル
の製造設備において清浄度の基準が若干緩和されるよう
な環境に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はこの発明に係る転がり軸受の転動面の
潤滑の初期段階を模式的に表した断面図、（ｂ）その平
面図である。

【図２】潤滑の過渡期における状態を示す図１（ａ）の
断面図である。

【図３】潤滑の安定期における状態を示す図１（ａ）の
断面図である。

【図４】この発明に係る転がり軸受の全体断面図であ
る。

【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はこの発明に係る転が
り軸受の別な実施形態を示し、（ａ）は転動面の潤滑の
初期段階を模式的に表した断面図、（ｂ）は潤滑の過渡
期における状態を示す断面図、潤滑の安定期における状
態を示す断面図である。

【図６】大気中における発塵試験の結果を示す図であ
る。

【図７】真空中における発塵試験の結果を示す図であ
る。

【図８】耐久性試験の結果を示す図である。

【符号の説明】

１内輪２ＰＴＦＥ被膜３ボール４基油５外輪６保持器７シールド板８コーティング膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者笹部光男大阪府大阪市西区京町堀１丁目３番17号エヌテイエヌ株式会社内Ｆターム(参考） 3J101 AA02 AA32 AA42 AA52 AA62 BA53 BA54 BA70 CA12 DA05 EA53 EA63 FA32 FA60 GA55

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外輪の軌道面と内輪の軌道面の間に、荷
重を負荷する複数の転動体を介在させた転がり軸受にお
いて、上記軌道面の表面にポリテトラフルオロエチレン
からなる潤滑被膜を形成し、上記軸受内に、グリースの
基油成分を封入させたことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】上記潤滑被膜を形成するポリテトラフル
オロエチレンの平均分子量が５０００以下である請求項
１記載の転がり軸受。
【請求項３】上記グリースの基油成分がパーフルオロ
ポリエーテル油であることを特徴とする請求項１又は２
記載の転がり軸受。
【請求項４】上記グリースの基油成分がシクロペンタ
ン油であることを特徴とする請求項１又は２記載の転が
り軸受。
【請求項５】上記基油成分の膜厚が、１μｍ〜５μｍ
である請求項１〜４のいずれかの項に記載の転がり軸
受。
【請求項６】外輪の軌道面と内輪の軌道面の間に、荷
重を負荷する複数の転動体を介在させた転がり軸受にお
いて、上記軌道面の表面にポリテトラフルオロエチレン
からなる潤滑被膜を形成し、上記潤滑被膜の上層に真空
乾燥した潤滑油でコーティング膜又は薄膜を形成したこ
とを特徴とする転がり軸受。
【請求項７】クリーン度が管理された環境に設置され
た装置に用いられる請求項１〜６のいずれかの項に記載
の転がり軸受。