JP2003074557A

JP2003074557A - 摺動部材

Info

Publication number: JP2003074557A
Application number: JP2001268361A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Saito; 剛齋藤; Hiroyuki Ito; 裕之伊藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2003-03-12

Abstract

(57)【要約】【課題】真空環境下においても発塵量及びアウトガス
量が少なく、耐久性に優れた摺動部材を提供する。【解決手段】軸方向に延びる断面矩形の案内軸１０
と、軸方向に移動可能に案内軸１０に組み付けられた横
断面形状が略コ字状のスライダ１１と、で構成された直
線導入機において、相互にすべり接触する案内軸１０の
外面１０ａとスライダ１１の内面１１ａとを、官能基を
有する含フッ素重合体とＰＦＰＥとを含有する潤滑膜Ｌ
で被覆した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空環境下におい
て好適に使用される低発塵，低アウトガスで耐久性に優
れたすべり軸受等の摺動部材に係り、特に、半導体製造
装置や液晶製造装置等に好適に使用される摺動部材に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置の直線導入機やロボット
アーム等に使用されているすべり軸受は真空環境下にお
いて使用されるため、潤滑剤にグリースを用いると、グ
リースの油分の蒸発やグリース自体の飛散等によって、
潤滑機能の劣化や使用環境の汚染といった不都合が発生
するおそれがある。

【０００３】そのため、上記のようなすべり軸受におい
ては、軸受の摺動面に固体潤滑剤を被覆することにより
潤滑が行われる場合が多く、使用条件等によっては無潤
滑で使用される場合もあった。固体潤滑剤としては、ポ
リテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）系の高分子材料
や二硫化モリブデン等が使用されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような固体潤滑剤からなるコーティング膜では、互いに
摺動することによってコーティング膜が僅かずつ剥離，
欠落して、発塵を生じることがあるという問題があっ
た。しかも、前述のようにコーティング膜の剥離や欠落
が発生すると、摺動面での潤滑作用が低下する。その結
果、金属同士が接触することとなって凝着しやすくなっ
たり、前記摺動面での摩耗が促進されたりするので、す
べり軸受の寿命が低下するという問題点も併せて有して
いた。

【０００５】そこで、本発明は、上記のような従来技術
が有する問題点を解決し、真空環境下においても発塵量
及びアウトガス量が少なく、耐久性に優れた摺動部材を
提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発
明の摺動部材は、相手部材と相対的にすべり接触する摺
動部材において、前記相手部材とすべり接触する摺動面
を、官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリ
エーテル（ＰＦＰＥ）とを含有する潤滑膜で覆ったこと
を特徴とする。

【０００７】このような構成であれば、真空環境下にお
いても発塵量及びアウトガス量が少なく、且つ耐久性に
優れていて長寿命である。本発明の摺動部材において
は、官能基を有する含フッ素重合体とＰＦＰＥとを含有
する潤滑膜を潤滑剤として、摺動面を潤滑膜で覆うこと
により潤滑を行っている。

【０００８】潤滑膜は、上記のように官能基を有する含
フッ素重合体とＰＦＰＥとを含有しているので、流動性
を有している。よって、比較的大きな荷重が作用するよ
うな場合や相手部材との相対的なすべり接触の速度が速
い場合でも、従来の固体潤滑剤のコーティング膜のよう
にすべり接触によって剥離や欠落が生じにくいので、発
塵量が少なく、半導体製造装置等に使用される摺動部材
のような、パーティクルを極端に嫌う環境下において使
用される摺動部材に適用可能である。

【０００９】また、含フッ素重合体だけでなくＰＦＰＥ
が配合されているため低アウトガスである。よって、特
にウェハの処理プロセスのような、有機物による汚染を
極端に嫌う用途に適している。さらに、比較的大きな荷
重が作用するような場合でも、摺動面において金属同士
が無潤滑で接触する状態となりにくく、摺動面に常に潤
滑剤が付着している状態が維持される。よって、摺動面
において凝着や摩耗が起こる可能性が低いので、耐久性
に優れ且つ低発塵である。

【００１０】なお、本発明の摺動部材における潤滑膜
は、前述のように官能基を有する含フッ素重合体とＰＦ
ＰＥとを含有しているものであるが、前記両者を混合し
たもので潤滑膜を形成してもよいし、官能基を有する含
フッ素重合体の層とＰＦＰＥの層とからなる二層構造と
してもよい。後者の場合には、官能基を有する含フッ素
重合体の層を摺動面に設け、その上にＰＦＰＥの層を設
けた二層構造とする必要がある。そうすれば、下層の含
フッ素重合体と上層のＰＦＰＥとの濡れ性が良好である
ため、ＰＦＰＥが薄く均一に被覆され、すべり接触によ
ってＰＦＰＥが飛散しにくい（低発塵である）。金属面
に直接ＰＦＰＥを被覆すると、金属とＰＦＰＥとの濡れ
性が悪いので、ＰＦＰＥを均一に被覆することが困難で
ある。

【００１１】潤滑膜の膜厚は０．３〜２．０μｍとする
ことが好ましい。０．３μｍ未満では潤滑性が不十分と
なり、摺動部材の耐久性に問題が生じるおそれがある。
また、２．０μｍを超えると潤滑性は十分となるが、発
塵量が多くなるという問題が生じるおそれがある。ただ
し、膜厚が薄いほど発塵量が少なくなる傾向があること
を考慮すると、潤滑膜の膜厚は０．３μｍに近い方が好
ましい。

【００１２】また、本発明の摺動部材の素材は特に限定
されるものではないが、炭素鋼，ステンレス鋼，アルミ
ニウム合金，チタン合金，セラミックス，サーメット等
を好適に使用することができる。これらの素材に対し
て、熱処理やメッキ処理，物理蒸着法（ＰＶＤ），化学
蒸着法（ＣＶＤ）等の処理を施せば、表面が硬化して耐
摩耗性が向上するのでより好ましい。

【００１３】熱処理としては、通常の焼入れ・焼戻し処
理，窒化処理，浸炭処理，浸炭窒化処理等があげられ
る。また、メッキとしては、無電解ニッケルメッキ，硬
質クロムメッキ等があげられる。さらに、ＰＶＤ，ＣＶ
Ｄにより形成する被膜としては、Ｔｉ系硬質膜（Ｔｉ
Ｎ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣ，ＴｉＡｌＮ），ＣｒＮ，ダイヤ
モンド，ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等があ
げられる。

【００１４】アルミ合金においては、陽極酸化による表
面硬化も効果的に使用できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明に係る摺動部材の実施の形
態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本
発明に係る摺動部材の一実施形態である直線導入機の構
成を示す一部を破断して示した正面図である。この、直
線導入機は、軸方向に延びる断面矩形の案内軸１０と、
軸方向に移動可能に案内軸１０に組み付けられた横断面
形状が略コ字状のスライダ１１と、で構成されている。
そして、相互にすべり接触する案内軸１０の外面１０ａ
とスライダ１１の内面１１ａとには、官能基を有する含
フッ素重合体とＰＦＰＥとの混合物からなる潤滑膜Ｌが
被覆されている。

【００１６】また、図２は、本発明に係る摺動部材の別
の実施形態であるジャーナル軸受の構成を示す一部を破
断して示した正面図である。このジャーナル軸受は円筒
形の軸受本体２０で構成されていて、軸受本体２０を貫
通する回転軸２１を回転自在に支持している。そして、
相手部材である回転軸２１の外周面とすべり接触する軸
受本体２０の内周面２０ａ（摺動面）には、官能基を有
する含フッ素重合体とＰＦＰＥとの混合物からなる潤滑
膜Ｌが被覆されている。

【００１７】官能基を有する含フッ素重合体としては、
フルオロポリエーテル重合体や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として
は、下記の化１で示される繰り返し単位を有する、数平
均分子量が１０００〜５００００の重合体があげられ
る。なお、このフルオロポリエーテル重合体は、少なく
とも一方の分子末端に、後述する官能基を有している。

【００１８】

【化１】

【００１９】また、ポリフルオロアルキル重合体として
は、下記の化２に示すものがあげられる。化２のＹは金
属に対して親和性の高い官能基であり、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，エステル基等が
好ましい。ポリフルオロアルキル重合体としては、化２
の他、例えば、化３，４に示すものも好適に使用するこ
とができる。

【００２０】

【化２】

【００２１】

【化３】

【００２２】

【化４】

【００２３】このような官能基は、潤滑膜Ｌが摺動部材
の表面に被覆された際に摺動部材を構成する金属と結合
するので、摺動部材の表面と強く結合した潤滑膜Ｌが形
成される。なお、一つの分子に官能基を複数有する含フ
ッ素重合体の場合は、そのうち少なくとも一つが金属と
結合していればよい。前記含フッ素重合体は、上に例示
したものを単独で用いてもよいし２種以上を併用しても
よい。２種以上を併用する場合は、その官能基同士が反
応して金属と結合する官能基が減少することがないよう
に、その組合せを選択することが好ましい。

【００２４】このような官能基を有する含フッ素重合体
の具体例としては、例えば、デュポン社製のクライトッ
クス１５７ＦＳＬ，１５７ＦＳＭ，１５７ＦＳＨ、ダイ
キン工業社製のデムナム変性品ＳＡ，ＳＨ，ＳＹ−３、
アウジモント社製のフォンブリンＺＤＥＡＬ，ＺＤ
ＩＡＣ，ＺＤＩＳＣＯ，ＺＤＯＬ，ＺＤＯＬＴＸ
２０００等があげられる。

【００２５】また、ＰＦＰＥの種類は特に限定されるも
のではないが、アウトガスを低く抑えるためには、でき
るだけ蒸気圧の低いものを使用することが好ましい。具
体的には、デュポン社製のクライトックス１４３ＡＢ，
１４３ＡＣ，１４３ＡＤ、アウジモント社製のフォンブ
リンＹＨＶＡＣ１８／８，２５／９，４０／１１，１４
０／１３，Ｚ２５，Ｚ６０、ダイキン工業社製のＳ−６
５，Ｓ−１００，Ｓ−２００があげられる。

【００２６】次に、摺動部材の摺動面に潤滑膜Ｌを形成
する方法の一例を説明する。官能基を有する含フッ素重
合体とＰＦＰＥとの混合物で摺動部材の摺動面を覆う方
法は、特に限定されるものではなく、例えば、摺動部材
の摺動面に前記混合物を塗布又は噴霧する方法や、摺動
部材を前記混合物に浸漬する方法等がよく採用される。

【００２７】官能基を有する含フッ素重合体とＰＦＰＥ
との混合物の一例をあげると、ＰＦＰＥとしてダイキン
工業社製Ｓ−２００を用い、これに官能基を有する含フ
ッ素重合体としてデュポン社製のクライトックス１５７
ＦＳＨを５％添加し、これをフッ素系の溶剤（例えば、
旭化学工業社製ＡＫ２２５）で２％に希釈したもの等が
好適である。

【００２８】次に、前記混合物を塗布した摺動部材の全
体を常温乾燥させた後、恒温槽等に入れ１００〜２００
℃で３０分間熱処理を施すことによって、摺動部材の摺
動面に潤滑膜Ｌを形成させる。なお、このような潤滑膜
Ｌを設ける処理は、必要に応じて数回繰り返してもよ
く、潤滑膜Ｌを最終的に、例えば０．３〜２．０μｍの
膜厚に形成する。この膜厚は、官能基を有する含フッ素
重合体及びＰＦＰＥの前記フッ素系の溶剤への溶解濃度
によって制御することも可能である。

【００２９】このような方法により、摺動部材の摺動面
に潤滑膜Ｌを好適な膜厚で形成することができる。ま
た、前述のように熱処理によって溶剤を除去しておけ
ば、摺動部材の作動時に不要な発塵が発生することがな
い。特に、最終の熱処理によって、使用環境での発塵や
アウトガスを抑制できる。

【００３０】なお、官能基を有する含フッ素重合体は、
一般に蒸気圧がＰＦＰＥに比べて高いので、アウトガス
に対する要求が厳しい場合は、含フッ素重合体とＰＦＰ
Ｅの合計量に対する含フッ素重合体の量を１〜３０質量
％とすることが好ましい。また、官能基を有する含フッ
素重合体をフッ素系の溶剤で希釈したものを先に被覆
し、恒温槽等で加熱して摺動部材の母材である金属に前
記含フッ素重合体が有する官能基を反応させて、金属と
結合した官能基を有する含フッ素重合体の層を形成し、
その後にＰＦＰＥをフッ素系の溶剤で希釈したものを被
覆して、前記官能基を有する含フッ素重合体の層の上に
ＰＦＰＥの層を形成して、潤滑膜Ｌを二層構造としても
よい。

【００３１】以上説明したように、本実施形態の摺動部
材は流動性を有する潤滑膜Ｌを備えていて、比較的大き
な荷重がかかるような場合でも、従来の固体潤滑剤等の
コーティング膜のようにすべり接触することによる負荷
により剥離や欠落が生じる可能性が低いので、発塵量が
少なく、半導体製造装置等に使用される摺動部材のよう
なパーティクルを極端に嫌う環境下において使用される
摺動部材に適用可能である（半導体製品の歩留まり向上
に寄与する）。

【００３２】また、摺動面において金属同士が無潤滑で
接触する状態となりにくく、摺動面に常に潤滑剤が付着
している状態が維持される。よって、摺動面において凝
着や摩耗が起こる可能性が低いので、耐久性に優れ且つ
低発塵である。〔摩擦試験〕次に、上記と同様の潤滑膜を被覆した試験
片を用いて二円筒スラストカラー型すべり摩擦試験を行
い、真空中における耐久性と発塵性とを評価した。

【００３３】試験片３０は図３に示すような円筒形で、
ＳＵＪ２製である。そして、相手材３１との摺動面（図
３においては下端面）に上記と同様の潤滑膜が、種類及
び膜厚を種々変更して被覆してある。このような試験片
３０を円筒の軸を中心に回転させて相手材３１の上面と
すべり接触させ、回転トルクが急上昇するまでの総回転
数で耐久性を評価した。また、回転を開始してから３０
分間の発塵量で発塵性を評価した。なお、回転時のアキ
シアル荷重は９．８Ｎ、回転速度は３００ｒｐｍ、温度
は２５℃、真空度は１０^-4Ｐａである。

【００３４】試験結果を潤滑膜の種類及び膜厚とともに
表１に示す。なお、耐久性，発塵性ともに、従来のＰＴ
ＦＥ被膜を潤滑膜とした比較例２の耐久性，発塵性を
１．０とした場合の相対値で示してある。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１から分かるように、実施例１〜３の試
験片は優れた耐久性及び発塵性を有していた。それに対
して、比較例１の試験片は、潤滑膜がＰＦＰＥのみで構
成されているので、耐久性が劣っていた。また、比較例
２の試験片は、耐久性，発塵性がともに劣っていた。さ
らに、潤滑膜（ＦＳＨ＋ＰＦＰＥ）の膜厚と耐久性，発
塵性との相関を示した図４のグラフ（耐久性，発塵性の
値は、比較例２のそれを１．０とした場合の相対値で示
してある）から、膜厚が０．３μｍ以上の場合に耐久性
が優れていることが分かる。また、膜厚０．３μｍ以上
の範囲では、膜厚に比例して耐久性が向上していること
が分かる。

【００３７】さらに、膜厚が小さいほど発塵性が良好と
なる傾向があり、膜厚が２．０μｍ以下の場合に発塵量
が少なく、２．０μｍを超えると急激に発塵量が増加す
ることが分かる。これらの結果から、潤滑膜の膜厚は
０．３〜２．０μｍが好ましいことが分かる。

【００３８】なお、本実施形態は本発明の一例を示した
ものであって、本発明は本実施形態に限定されるもので
はない。例えば、本実施形態においては、摺動部材の例
として直線導入機及びジャーナル軸受をあげて説明した
が、本発明は他の種々の摺動部材に対して適用すること
ができる。例えば、他のすべり軸受，転がり軸受，ボー
ルねじ等の転動装置を構成する摺動部材である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の摺動部材
は、相手部材とすべり接触する摺動面を、官能基を有す
る含フッ素重合体とＰＦＰＥとを含有する潤滑膜で覆っ
たので、真空環境下においても発塵量及びアウトガス量
が少なく、耐久性に優れていて長寿命である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る摺動部材の一実施形態である直線
導入機の構成を示す一部を破断して示した正面図であ
る。

【図２】本発明に係る摺動部材の別の実施形態であるジ
ャーナル軸受の構成を示す一部を破断して示した正面図
である。

【図３】二円筒スラストカラー型すべり摩擦試験の方法
を説明する概念図である。

【図４】潤滑膜の膜厚と耐久性及び発塵性との相関を示
すグラフである。

【符号の説明】

１０案内軸１０ａ外面１１スライダ１１ａ内面２０軸受本体２０ａ内周面Ｌ潤滑膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相手部材と相対的にすべり接触する摺動
部材において、前記相手部材とすべり接触する摺動面
を、官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリ
エーテル（ＰＦＰＥ）とを含有する潤滑膜で覆ったこと
を特徴とする摺動部材。
【請求項２】前記潤滑膜の膜厚を０．３〜２．０μｍ
としたことを特徴とする請求項１記載の摺動部材。