【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は転がり軸受に関するもので、より詳しくは、グリースや油を嫌うクリーンおよび腐食環境に適する軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クリーン環境用として特開平５−２７２５４２号公報に記載された「ウルトラクリーン軸受」（エヌティエヌ株式会社製軸受の商品名）がある。ウルトラクリーン軸受は、転がり軸受を構成する部品のうち少なくとも転がり摩擦または滑り摩擦を生ずる表面に平均分子量が１×１０３ 〜３×１０３ のポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥテロマー」と称する。）からなる潤滑被膜を形成（「特殊ＰＴＦＥ処理」と呼ぶ）したものである。
【０００３】
従来転がり軸受の個体潤滑剤として使用されているＰＴＦＥは平均分子量が２×１０５ 〜３×１０５ のポリマーであるが、ＰＴＦＥテロマーは上記ポリマーに比べて剪断強度が著しく小さく、また軟らかいという特性をもつ。このため、ＰＴＦＥテロマーの摩耗粉は転着性に優れ、相手面の微小な凹部へも入り込んで潤滑被膜を形成するので、摩耗粉（パーティクル）が飛散しにくく低発塵である。また、剪断抵抗が小さいため摩擦係数が小さく、優れた潤滑性能を発揮する。
【０００４】
したがって、このＰＴＦＥテロマーを用いて転がり軸受の転がり摩擦または滑り摩擦を生ずる部位に固体潤滑被膜を形成させることにより、ＰＴＦＥテロマーの転着性のよさ、摩擦係数の低さから、潤滑性能の良好な潤滑被膜が長期にわたって維持される。さらに、ＰＴＦＥテロマーからなる固体潤滑被膜は真空中のみならず大気中においても優れた耐久性を備えており、半導体製造設備において各種製造装置間やクリーンルームとの間でウエーハを搬送するためのウエーハ駆動系で使用される転がり軸受のように真空中と大気中の両方で使用される場合にきわめて有利である。
【０００５】
深溝玉軸受に適用したウルトラクリーン軸受の構成を例示するならば、図３に示すように、内輪１、外輪２、内・外輪１，２間に介在する複数の転動体３、転動体３を円周方向等間隔に保持する保持器４といった軸受部品で構成される。そして、内・外輪１，２の転走面および転動体３の表面にはそれぞれＰＴＦＥテロマーの潤滑被膜１ａ，２ａ，３ａが形成されている。これらの固体潤滑被膜１ａ，２ａ，３ａは、ＰＴＦＥテロマー（日本アチソン製ＡＲＣ７）を、２５ｃｍ離れた位置から被膜形成面にスプレーして付着させたもので、この場合の平均被膜厚さは０．６μｍであったが、図では被膜厚さをかなり誇張してある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ウルトラクリーン軸受はＰＴＦＥの島状被膜のため、ハロゲン族の塩化水素等雰囲気では被膜の耐食効果は早期に消失し、母材（鉄系材料）の腐食をもたらすことがあった。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、腐食環境中であっても、耐食性を有し、かつ、クリーン性も具備する転がり軸受を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の転がり軸受は、内輪と、外輪と、内外輪間に介在する複数の転動体と、転動体を等間隔に保持する保持器とを有し、転動体が自己潤滑性を有する樹脂より形成され、かつ、その表面に微細なセラミックスが分散して植え込まれていることを特徴とするものである。
【０００９】
転動体に樹脂を用いるため、内・外輪、保持器（転動体案内）に鉄系材料を用いても、転動面等が異材接触になり（金属−金属接触とならず）、錆の発生が抑制される。さらに、自己潤滑樹脂製転動体の表面に微細なセラミックスを分散させて植え込んであるため、これが潤滑剤の過剰な摩耗を抑制し自己供給を適度に促し良好な耐久性も確保される。
【００１０】
転動体を形成する樹脂としては、フッ素樹脂（請求項２）、さらに好ましくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（請求項３）を用いることができる。
【００１１】
転動体に用い得る材料としては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦといったフッ素樹脂の他、ポリエチレン、ポリアセタール、ポリプロピレン、ポリエステル等が挙げられるが、ハロゲン族の塩化水素等雰囲気での耐食効果および潤滑向上につながる転着性に優れるため、特にＰＴＦＥ等のフッ素樹脂が望ましい。また、上記構成の軸受に特殊ＰＴＦＥ処理を施してもよい。
【００１２】
転動体を形成する樹脂の表面に植え込むセラミックスとしては炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いることができる（請求項３）。アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）その他のセラミックスも用いることができるが、炭化ケイ素が転動体（例えばＰＴＦＥ）の自己供給を最も適度に促すという点で有利である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１に、この発明を深溝玉軸受に適用した実施の形態を示す。なお、軸受の形式は図１に例示したような深溝玉軸受に限らず、広く転がり軸受一般に適用することができる。図示するように、転がり軸受１０は、内輪１２、外輪１４、内・外輪１２，１４間に介在する複数の転動体（ここでは玉）１６、転動体１６を等間隔に保持するための保持器１８を主要な構成要素としている。
【００１５】
内輪１２、外輪１４、保持器１８は鋼製である。一方、転動体１６はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で形成されており、表面には微細な炭化ケイ素（ＳｉＣ）が植え込まれている。
【００１６】
また、上記構成の転がり軸受１０に特殊ＰＴＦＥ処理を施してもよい。すなわち、内・外輪１２，１４の転走面および転動体１６の表面にそれぞれＰＴＦＥテロマーの潤滑被膜を形成させる。これらの固体潤滑被膜は、ＰＴＦＥテロマー（日本アチソン製ＡＲＣ７）を約２５ｃｍ離れた位置から被膜形成面にスプレーして付着させることができ、この場合の平均被膜厚さは０．６μｍである。なお、固体潤滑被膜は少なくとも転動体１６の表面に形成すればよい。また、内・外輪１２，１４の外表面全体に固体潤滑被膜を形成させるほか、嵌合面等の、固体潤滑被膜の不必要な部分については、マスキングによって被膜処理を施さない、あるいは、最終製品とする前に除去することも可能である。
【００１７】
上記構成の転がり軸受１０すなわち自己潤滑性を有する特殊ＰＴＦＥ転動体を組み込んだ軸受（実施例）と、サブミクロンの有限被膜を形成した軸受すなわちウルトラクリーン軸受（比較例）とについて、発塵試験を行った。試験条件と試験結果は表１に示すとおりである。試験結果としては、粒子径０．２μｍ以上の塵（相対発塵個数）を測定した。
【００１８】
【表１】
【００１９】
両者の発塵（潤滑剤の消耗）に有意の大差は認められず、すなわち、比較例軸受に比べ、実施例軸受は長期にわたる耐久性を確保することが分かる。ここで、表面に植え込まれたＳｉＣは転動によっても離脱せずにその状態を維持するため（図２参照）、ＰＴＦＥは本来の摩耗速度より小さくなり長期にわたる耐久性が得られる。
【００２０】
なお、ＰＴＦＥで形成した転動体（セラミックスを植え込んでないもの）を組み込んだ軸受について上記と同一の条件で発塵試験を実施したところ、発塵個数は７１０個と実施例軸受に比して５倍以上であった。これは、潤滑剤の供給源である転動体の寿命が１／５以下になることを意味しており、この結果からも実施例軸受が耐久性にすぐれることが分かる。
【００２１】
【発明の効果】
この発明によれば、転動体に樹脂を用いるため、内・外輪、保持器（転動体案内）に鉄系材料を用いても、転動面等が異材接触になり、金属−金属接触とならず、錆の発生が抑制される。
【００２２】
また、自己潤滑樹脂製転動体の表面に微細なセラミックスを分散させて植え込んであるため、これが潤滑剤の自己供給を適度に促し良好な耐久性も確保される。
【００２３】
さらに、転動体が絶縁性を有するため絶縁軸受としても利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す転がり軸受の部分断面図である。
【図２】転動体の模式図である。
【図３】従来の技術を示す転がり軸受の断面図である。
【符号の説明】
１０ 転がり軸受
１２ 内輪
１４ 外輪
１６ 転動体
１６ａ 樹脂
１６ｂ セラミックス
１８ 保持器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a rolling bearing, and more particularly, to a bearing suitable for a clean and corrosive environment that dislikes grease and oil.
[0002]
[Prior art]
For a clean environment, there is "Ultra Clean Bearing" (trade name of a bearing manufactured by NTN Corporation) described in JP-A-5-272542. Ultra clean bearings are made of polytetrafluoroethylene (hereinafter, referred to as “PTFE telomer”) having an average molecular weight of 1 × 10 3 to 3 × 10 3 on at least the surface of the parts constituting the rolling bearing that generates rolling friction or sliding friction. (Referred to as “special PTFE treatment”).
[0003]
PTFE conventionally used as a solid lubricant for rolling bearings is a polymer having an average molecular weight of 2 × 10 5 to 3 × 10 5, but the PTFE telomer has a characteristic that the shear strength is remarkably lower and softer than the above polymers. . For this reason, the abrasion powder of the PTFE telomer is excellent in transferability and penetrates into minute concave portions on the mating surface to form a lubricating film. Further, since the shear resistance is small, the coefficient of friction is small, and excellent lubrication performance is exhibited.
[0004]
Therefore, by forming a solid lubricating coating on the rolling bearing or sliding friction of a rolling bearing using the PTFE telomer, the lubricating performance of the PTFE telomer is improved due to the good transferability and low friction coefficient. The lubricating coating is maintained for a long time. In addition, the solid lubricating coating made of PTFE telomer has excellent durability not only in vacuum but also in the air, and is used in semiconductor manufacturing equipment to transfer wafers between various manufacturing equipments and clean rooms. It is very advantageous when used in both vacuum and air, such as rolling bearings used in systems.
[0005]
As an example of the configuration of an ultra clean bearing applied to a deep groove ball bearing, as shown in FIG. 3, a plurality of rolling elements 3 and rolling elements 3 interposed between an inner ring 1, an outer ring 2, and inner and outer rings 1 and 2 are formed. It is composed of a bearing component such as a retainer 4 that holds at equal intervals in the circumferential direction. Lubricating films 1a, 2a and 3a of PTFE telomer are formed on the rolling surfaces of the inner and outer rings 1 and 2 and the surface of the rolling element 3, respectively. These solid lubricating coatings 1a, 2a and 3a are obtained by spraying a PTFE telomer (ARC7 manufactured by Acheson Japan) on a coating surface from a position 25 cm away, and the average coating thickness in this case is 0.1 mm. Although the thickness was 6 μm, the film thickness is considerably exaggerated in the figure.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the ultra-clean bearing is a PTFE island coating, the corrosion resistance of the coating may be lost in an atmosphere such as a halogen group of hydrogen chloride at an early stage, resulting in corrosion of the base material (iron-based material).
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a rolling bearing having corrosion resistance and cleanliness even in a corrosive environment.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The rolling bearing of the present invention has an inner ring, an outer ring, a plurality of rolling elements interposed between the inner and outer rings, and a retainer for holding the rolling elements at equal intervals, wherein the rolling elements are made of a resin having self-lubricating properties. It is formed and has fine ceramics dispersed and implanted on its surface.
[0009]
Since resin is used for the rolling elements, even if an iron-based material is used for the inner and outer rings and the cage (rolling element guide), the rolling surfaces and the like come into contact with different materials (not metal-metal contact), and rust is generated. Is suppressed. Further, since fine ceramics are dispersed and implanted in the surface of the self-lubricating resin rolling element, this suppresses excessive wear of the lubricant, appropriately promotes self-supply, and secures good durability.
[0010]
As the resin forming the rolling elements, a fluororesin (claim 2), more preferably polytetrafluoroethylene (PTFE) (claim 3) can be used.
[0011]
Materials that can be used for the rolling elements include fluorine resins such as PTFE, PFA, FEP, ETFE, and PVDF, as well as polyethylene, polyacetal, polypropylene, and polyester. Fluororesin such as PTFE is particularly desirable because of excellent transferability that leads to improvement. Further, a special PTFE treatment may be applied to the bearing having the above configuration.
[0012]
Silicon carbide (SiC) can be used as the ceramic implanted on the surface of the resin forming the rolling elements (claim 3). Alumina (Al2O3), silicon nitride (Si3N4), and other ceramics can also be used, but are advantageous in that silicon carbide most appropriately promotes self-supply of rolling elements (for example, PTFE).
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 shows an embodiment in which the present invention is applied to a deep groove ball bearing. In addition, the type of the bearing is not limited to the deep groove ball bearing as illustrated in FIG. 1 and can be widely applied to rolling bearings in general. As shown in the figure, the rolling bearing 10 includes an inner ring 12, an outer ring 14, a plurality of rolling elements (here, balls) 16 interposed between the inner and outer rings 12, 14, and a cage for holding the rolling elements 16 at equal intervals. 18 is a main component.
[0015]
The inner ring 12, the outer ring 14, and the retainer 18 are made of steel. On the other hand, the rolling elements 16 are formed of polytetrafluoroethylene (PTFE), and fine silicon carbide (SiC) is implanted on the surface.
[0016]
Further, the rolling bearing 10 having the above configuration may be subjected to a special PTFE treatment. That is, a lubricating coating of PTFE telomer is formed on the rolling surfaces of the inner and outer rings 12 and 14 and the surface of the rolling elements 16 respectively. These solid lubricating coatings can be applied by spraying a PTFE telomer (ARC7, manufactured by Acheson Japan) onto the surface on which the coating is formed from a position about 25 cm away, and the average coating thickness in this case is 0.6 μm. Note that the solid lubricating film may be formed on at least the surface of the rolling element 16. Further, in addition to forming a solid lubricating film on the entire outer surfaces of the inner and outer rings 12, 14, unnecessary portions of the solid lubricating film, such as fitting surfaces, are not subjected to film treatment by masking, or a final product. It is also possible to remove it before doing.
[0017]
A dusting test was performed on the rolling bearing 10 having the above-described configuration, that is, a bearing incorporating a special PTFE rolling element having self-lubricating properties (Example), and a bearing having a finite submicron coating, that is, an Ultra Clean bearing (Comparative Example). went. Test conditions and test results are as shown in Table 1. As the test result, dust having a particle diameter of 0.2 μm or more (relative dust generation number) was measured.
[0018]
[Table 1]
[0019]
There is no significant difference in dust generation (lubricant consumption) between the two, that is, it can be seen that the example bearing secures long-term durability as compared with the comparative example bearing. Here, since the SiC implanted on the surface does not come off even by rolling and maintains its state (see FIG. 2), the PTFE has a lower wear rate than the original, and long-term durability can be obtained.
[0020]
In addition, when a dusting test was carried out under the same conditions as above for a bearing incorporating a rolling element (without implanting ceramics) formed of PTFE, the number of dusting was 710, which was five times that of the bearing of the example. That was all. This means that the life of the rolling element, which is the supply source of the lubricant, is reduced to 1/5 or less, and from this result, it can be seen that the example bearing has excellent durability.
[0021]
【The invention's effect】
According to the present invention, since a resin is used for the rolling elements, even if an iron-based material is used for the inner and outer races and the retainer (rolling element guide), the rolling surfaces and the like are in dissimilar material contact. And generation of rust is suppressed.
[0022]
In addition, since fine ceramics are dispersed and implanted on the surface of the self-lubricating resin rolling element, this appropriately promotes self-supply of the lubricant and ensures good durability.
[0023]
Further, since the rolling elements have insulating properties, they can be used as insulated bearings.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial sectional view of a rolling bearing showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a rolling element.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a rolling bearing showing a conventional technique.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 Rolling bearing 12 Inner ring 14 Outer ring 16 Rolling element 16a Resin 16b Ceramics 18 Cage
