【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はグリース等の流体潤滑剤が使用できない特殊環境（真空高温、ガス雰囲気、清浄環境等）下で使用され、かつ、比較的軽荷重で運転される転がり軸受に関し、たとえば水晶振動子製造装置のワーク反転機構部、半導体製造工程におけるスパッタリング装置のウェーハ搬送系、ガス流量計のタービン支持部用軸受等として利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、半導体製造の分野では半導体の集積度の増加に伴って回路パターンの線幅が微細化すると共に、層状構造化（二階建化）する傾向にあることから、スパッタリング工程等において、ウェーハをより高温状態（〜５００°Ｃ程度）で処理するようになってきている。そのため、ウェーハの搬送系等にある軸受が４００°Ｃ程度にまで温度上昇することが予測され、潤滑剤の高温劣化による潤滑性の低下、軸受部品の熱膨張による軸受内部すきまの過小、ハウジングの熱膨張による軌道輪のクリープ等、軸受の耐久性、低発塵性等の特性に好ましくない影響を与える現象の発生が懸念される。
【０００３】
現在、上記のような高温特殊環境下での使用に好適な転がり軸受がないのが実情である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２７９９７３号公報（段落番号０００８）
【０００５】
ところで、上記のような環境下において、軸受の潤滑性の低下が懸念されるのは次の理由による。すなわち、半導体製造設備のような清浄度の高い密封真空下で運転される軸受の潤滑剤としては、一般に、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥ）等の高分子材からなる固体潤滑剤を被膜処理して用いる場合が多いが、これら高分子材の耐熱温度が比較的低いので（たとえば、耐熱性に優れたＰＴＦＥでも３２０°Ｃ程度である）、軸受温度が固体潤滑剤の耐熱温度を超えることが予測される環境下では、潤滑剤としての機能を果たし得なくなる可能性があるからである。
【０００６】
本発明者らはポリイミド（ＰＩ）樹脂を適用した提案をしているが（特開平７−２７９９７３号公報参照）、その耐熱温度は３６０℃程度であり、使用条件の過酷化により使用できないケースが増えている。
【０００７】
また、軌道輪のクリープが懸念されるのは次の理由による。すなわち、半導体製造設備のウェーハ搬送系等に使用される軸受は、比較的軽荷重、低速回転で運転されるので、装着あるいは取外しの際の便宜を考慮し、ハウジングと外輪とのはめあいをすきまばめにしている場合が多い。そのため、ハウジングの熱膨張によって両者間のすきまが拡大し、これが外輪のクリープ発生の要因になるのである。軸受内部すきまの過小は、内輪および転動体の熱膨張に起因して発生する。
【０００８】
以上のように、高温特殊環境下で使用される軸受については、単に軸受部品自体の耐熱性を確保するだけでは不十分であり、潤滑性、軸受内部すきま、クリープといった要素も考慮して対策を講じる必要がある。また、使用初期時からスパッタリング装置のウエーハをひっかかりなく滑らかに搬送する必要がある。
【０００９】
本発明は、上記観点から、コスト性をも考慮しつつ、高温特殊環境下で使用するのに好適な転がり軸受を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の転がり軸受は、内輪と外輪のうち少なくとも外輪をポリベンズイミダゾール（以下、ＰＢＩという。）樹脂で形成したことを特徴とするものである。ＰＢＩ樹脂は耐熱性（４３０℃程度）、耐摩耗性に優れ、かつ、良好な自己潤滑性を有する高分子材であるので、転がり軸受の少なくとも外輪をＰＢＩ樹脂で形成することにより、耐熱性と潤滑性とを同時に確保することができる。ＰＴＦＥ等の潤滑剤の使用が不要であるため、潤滑剤の高温劣化による潤滑性低下の心配はない。また、軽荷重、低速回転での運転であれば、軌道輪をＰＢＩ樹脂で形成したものであっても、強度的には十分使用に耐え得る。
【００１１】
ＰＢＩ樹脂で形成した軌道輪の転走面を、表面粗さがＲａ２〜１０Ｓの旋削面としてもよい。ＰＢＩ樹脂は転着性があるので、転走面の表面粗さを粗くすることで、初期回転時に樹脂の表面が削り取られ、その削り取られた樹脂が転動体等に転着して潤滑作用をし、初期なじみ性がよくなる。
【００１２】
外輪は相手側固定部材に緩いはめあい（すきまばめ）をもって嵌合してもよい。外輪を相手側固定部材に緩いはめあいをもって嵌合することにより、運転時、外輪が熱膨張によって相手側固定部材とタイトになった場合でも適正な軸受内部すきまが確保される。
【００１３】
また、内輪と外輪との間に介在する複数の転動体をセラミック材で形成してもよい。内輪と外輪との間に介在する複数の転動体をセラミック材で形成することにより、セラミック材は鋼材等に比べて線膨張係数が小さいので、温度が上昇したときに軸受内部すきまが過小となるのをより効果的に防止することができる。
【００１４】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
本発明で用いるＰＢＩ樹脂は次の式で表される。
【００１６】
【化１】
上式で示されるＰＢＩとして具体的には、たとえば次のような重合体あるいは共重合体がある。
【００１７】
ポリ−２，２´−（ｍ−フェニレン）−５，５´−ジベンズイミダゾール；
ポリ−２，２´−（ジフェニレン−２´´，２´´´）−５，５´−ジベンズイミダゾール；
ポリ−２，２´−（ジフェニレン−４´´，４´´´）−５，５´−ジベンズイミダゾール；
ポリ−２，２´−（１´´，１´´，３´´−トリメチルインダニレン）−３´´，５´´−ｐ−フェニレン―５，５´―ジベンズイミダゾール；
２，２´−（ｍ−フェニレン）−５，５´−ジベンズイミダゾール／２，２´−（１´´，１´´，３´´−トリメチルインダニレン）−５´´，３´´−（ｐ−フェニレン）―５，５´―ジベンズイミダゾール共重合体；
２，２´−（ｍ−フェニレン）−５，５´−ジベンズイミダゾール／２，２´−ジフェニレン−２´´，２´´´―５，５´―ジベンズイミダゾール共重合体；
ポリ−２，２´−（フリレン−２´´，５´´）―５，５´―ジベンズイミダゾール；
ポリ−２，２´−（ナフタレン−１´´，６´´）―５，５´―ジベンズイミダゾール；
ポリ−２，２´−（ナフタレン−２´´，６´´）―５，５´―ジベンズイミダゾール；
ポリ−２，２´−アミレン―５，５´―ジベンズイミダゾール；
ポリ−２，２´−オクタメチレン−５，５´−ジベンズイミダゾール；
ポリ−２，２´−（ｍ−フェニレン）−ジベンズイミダゾール；
ポリ−２，２´−（ｍ−フェニレン）−５，５´−ジ（ベンズイミダゾール）エーテル；
ポリ−２，２´−（ｍ−フェニレン）−５，５´−ジ（ベンズイミダゾール）サルファイド；
ポリ−２，２´−（ｍ−フェニレン）−５，５´−ジ（ベンズイミダゾール）スルフォン；
ポリ−２，２´−（ｍ−フェニレン）−５，５´−ジ（ベンズイミダゾール）メタン；
ポリ−２，２´−（ｍ−フェニレン）−５，５´−ジ（ベンズイミダゾール）プロパン−２，２；
ポリエチレン−１，２，２，２´´−（ｍ−フェニレン）−５，５´´−ジ（ベンズイミダゾール）エチレン−１，２。ただし、エチレン基の二重結合は最終重合体中そのままである。好ましい重合体としては、ポリ−２，２´−（ｍ−フェニレン）−５，５´−ジベンズイミダゾールが挙げられる。
【００１８】
成形体としては、上記の化学構造を有する粉末状ポリマーを特開平１−９９８１８号公報や特開平１０−１５６８４７号公報等に開示された方法により成形した焼結体を用いることができる。
【００１９】
また、ＰＢＩに芳香族ポリエーテルケトン樹脂、具体的にはポリエーテルケトン樹脂（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン樹脂（ＰＥＫＥＫＫ）、特に好ましいものとしてＰＥＥＫなどの熱可塑性樹脂を配合することにより溶融流動性を付与した材料を射出成形したものを用いることもできる。ＰＥＥＫなどの熱可塑性樹脂の配合量は耐熱性と流動性のバランスを考慮して決定することができ、好ましい範囲としてはＰＢＩ：ＰＥＥＫ＝３０：７０〜７０：３０である。
【００２０】
なお、本発明においてはＰＢＩ樹脂、またはＰＢＩ樹脂／ＰＥＥＫ樹脂混合物に、本発明の効果を阻害しない範囲内で各種の添加剤を配合することもできる。たとえば、組成物の潤滑性をさらに改良するために、耐摩耗性の改良剤を配合してもよい。耐摩耗性改良剤の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、グラファイト、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、マイカ、タルク、ウォラストナイト、金属酸化物の粉末、硫酸カルシウムのウィスカ、二硫化モリブデン、リン酸塩、炭酸塩などを例示することができる。
【００２１】
また、繊維状の補強材として、ガラス繊維、ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、窒化ケイ素、窒化ホウ素、金属繊維、また、チタン酸カリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、ホウ酸アルミニウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウムなどのウィスカなどが挙げられる。また、導電性を付与するためにカーボン、カーボン／グラファイトを配合することもできる。
【００２２】
図１に、本発明を適用した深溝玉軸受を示す。この軸受は、半導体製造工程におけるスパッタリング装置のウェーハ搬送系に組み込まれるもので、図示されていない回転軸に嵌着される内輪１と、ハウジング２の嵌合面に緩いはめあいをもって嵌合される外輪３と、内・外輪１、３間に介在する複数の玉４と、玉４を円周方向に等間隔に保持する保持器５とで構成される。符号Ｓはハウジング２と外輪３との間の常温時のすきまを表し、同図ではこのすきまＳをかなり誇張して示してある。
【００２３】
内輪１と玉４はマルテンサイト系ステンレス鋼たとえばＳＵＳ４４０Ｃ材、保持器５はＳＵＳ３０４材などで形成され、外輪３はＰＢＩ樹脂で形成されている。一般に、ＰＢＩ樹脂は耐熱性、耐摩耗性に優れ、かつ、良好な自己潤滑性を有する高分子材である。
【００２４】
なお、半導体製造設備のウェーハ搬送系に使用される軸受は、一般に、軽荷重、低速回転で運転されるため、外輪３をＰＢＩ樹脂で形成したものであっても、強度的には十分使用に耐え得る。一方、このような運転条件に着目し、軌道輪のクリープ等による摩耗低減、発塵抑制を目的として、軌道輪をポリイミド樹脂で形成した事例もあるが、軸受温度が４００°Ｃ程度にもなることが予測される環境下での使用には耐えないと考えられる。
【００２５】
また、この軸受は、自己潤滑性を有するＰＢＩ樹脂からなる外輪３が潤滑剤供給源としての役割も果たすので、ＰＴＦＥ等の潤滑剤の使用が不要である。すなわち、玉４との接触によって外輪３の転走面から削り取られたＰＢＩ樹脂の潤滑粉が玉４の表面、内輪１の転走面、保持器５のポケット壁面にも転着して転着被膜を形成するので、内輪１と玉４、玉４と保持器５との間の潤滑も十分になされる。外輪の転走面を旋削面とし、その表面粗さをＲａ２〜１０Ｓにして粗くしておくと、転着しやすくなり、初期なじみ性が良くなる。したがって、この軸受にあっては、潤滑剤の高温劣化による潤滑性低下の心配はない。しかも、転着被膜を形成しない過剰な潤滑粉が発生するような場合であっても、外輪３がこの潤滑粉を吸着保持するように作用するので低発塵である。
【００２６】
さらに高温に晒される場合、上記構成中の少なくとも保持器５をＰＢＩ樹脂で形成すれば、内・外輪からの熱伝導が直接負荷されないために、潤滑性、低発塵性を確保することが可能となる。耐熱性に優れるＰＢＩ樹脂にＰＥＥＫなどの熱可塑性樹脂を配分して射出成形性を付与することにより、複雑な形状の保持器を製作することも可能となる。
【００２７】
さらに、この実施例では、軸受の装着・取外しを容易にするため、ハウジング２の嵌合面と外輪３の外径面とを緩いはめあいとし、両者間にすきまＳ（常温時）をもたせてあるが、軽荷重、低速回転での運転であるため、特に問題になることはない。また、ハウジング２と外輪３との線膨張係数が異なることから、運転時の熱膨張によってハウジング２と外輪３とがタイトになるため、外輪３のクリープも生じにくい。しかも、すきまＳを設けておくことにより、運転時、外輪３がハウジング２とタイトになった場合でも適正な軸受内部すきまが確保される。
【００２８】
図２に示す実施例は、内輪１と外輪３の双方をＰＢＩ樹脂で形成したものである。図１に示すものに比べて潤滑性が向上する。
【００２９】
図３に示す実施例は、内輪１と外輪３の双方をＰＢＩ樹脂で形成すると共に、保持器５をなくして総玉形式にしたものである。図２に示すものに比べて耐荷重性が向上する。なお、この実施例では、玉４を内・外輪１、３の転走面に挿入するための入れ溝１ａ、３ａを内輪１の外径面と外輪３の内径面の双方に設けてあるが、入れ溝１ａ、３ａの寸法が玉４に対して多少きつめでも内・外輪１、３の弾性変形によって玉４を容易に挿入することができる。しかも、挿入後の玉４の脱落防止も確実である。さらに、入れ溝１ａ、３ａの加工も容易である。
【００３０】
図４に示す実施例は、内輪１と外輪３の双方をカーボン添加のＰＢＩ樹脂で形成したものである。潤滑性がさらに向上するばかりでなく、カーボン添加のＰＢＩ樹脂は導電性があるため、通電性を必要とする箇所に使用することができるという利点がある。たとえば、図５に示すような光磁気ディスク基板（ポリカーボネート）１１の被膜処理に用いるスパッタリング装置において、光磁気ディスク基板１１の回転軸１２をハウジング１３に対し回転自在に支持する軸受Ａには、光磁気ディスク基板１１のチャージアップを防止するため通電性が必要とされる。また、軸受Ａの設置スペースが限定されているので大径薄肉の軸受を使用する必要があり、内・外輪をステンレス鋼材製としたのでは熱処理性、機械加工性など加工上の問題が多い。この実施例の軸受は、このような箇所に使用する軸受Ａとして最適である。ここでも、図３に示す構成に準じて総玉形式とすることにより、負荷容量増大、コスト低減を図ることが可能である。
【００３１】
図６に示す実施例は、玉４をセラミック材で形成したものである。セラミック材はステンレス鋼材に比べて線膨張係数が小さいので、玉４をセラミック材で形成することにより、温度上昇時に軸受内部すきまが過小となるのをより効果的に防止することができる。なお、運転時の温度が３００°Ｃ程度であれば、同図に示すように、射出成形ＰＢＩ樹脂を用い、少なくとも玉４の表面にＰＴＦＥからなる固体潤滑被膜４ａを形成することにより、潤滑性のさらなる向上を図ることができる。さらに内・外輪１、３の転走面にも固体潤滑被膜を形成してもよい。
【００３２】
水晶振動子製造装置のワーク反転機構部、ガス流量計のタービン支持部等に使用される軸受のように、より一層の高耐久性と低トルク性とが要求される場合には、外輪３、または、内輪１と外輪３の双方をＰＴＦＥ添加のＰＢＩ樹脂で形成するとよい。保持器形式にするか図３に示すような総玉形式にするかは使用条件によって決定する。ＰＴＦＥの添加量は機械構造材として高温下での強度低下を招かない程度で、かつ、転着被膜の形成が十分期待できる程度とする。ＰＢＩ樹脂の圧縮強度はＰＴＦＥの添加量が約３０ｗｔ％を超えると急激に低下する。一方、ＰＴＦＥ転着被膜はＰＴＦＥ添加量が０．５ｗｔ％を超えたあたりから形成され、潤滑性が良好になる。したがって、ＰＴＦＥの添加量は、重量比で０．５％〜３０％程度とするのが望ましい。ＰＴＦＥに代えてＭｏＳ２ 、黒鉛またはカーボンを添加してもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、内輪と外輪のうち少なくとも外輪をＰＢＩ樹脂で形成したので、真空高温、ガス雰囲気、清浄環境等の特殊環境下において、耐熱性、耐久性、低発塵性、耐クリープ性に優れた転がり軸受を提供することができる。
【００３４】
転走面の表面粗さを粗くすることで初期なじみ性を良くすることができる。
【００３５】
外輪を相手側固定部材に緩いはめあいをもって嵌合することにより、運転時の熱膨張によって外輪が相手側固定部材とタイトになった場合でも、軸受内部すきまの過小が生じにくく、最適な運転状態が維持される。
【００３６】
転動体をセラミック材で形成することにより、軸受温度上昇時の軸受内部すきまの過小をより効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例を示す転がり軸受の断面図である。
【図２】本発明の第二の実施例を示す転がり軸受の断面図である。
【図３】本発明の第三の実施例を示す転がり軸受の断面図である。
【図４】本発明の第四の実施例を示す転がり軸受の断面図である。
【図５】図４に示す転がり軸受の使用例を示す図である。
【図６】本発明の第五の実施例を示す転がり軸受の断面図である。
【符号の説明】
１ 内輪
２ ハウジング
３ 外輪
４ 玉
５ 保持器
Ｓ すきま[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a rolling bearing which is used in a special environment (vacuum high temperature, gas atmosphere, clean environment, etc.) where a fluid lubricant such as grease cannot be used, and is operated with a relatively light load. , A wafer transfer system of a sputtering apparatus in a semiconductor manufacturing process, a bearing for a turbine support of a gas flow meter, and the like.
[0002]
[Prior art]
For example, in the field of semiconductor manufacturing, the line width of a circuit pattern is becoming finer with the increase in the degree of integration of semiconductors, and the structure tends to have a layered structure (two-story structure). Processing has been started in a high temperature state (about 500 ° C.). Therefore, it is predicted that the temperature of the bearings in the wafer transfer system will rise to about 400 ° C, the lubricity will decrease due to high temperature deterioration of the lubricant, the internal clearance of the bearing will be too small due to the thermal expansion of the bearing parts, There is a concern that phenomena, such as creep of the raceway due to thermal expansion, that adversely affect the characteristics of the bearing, such as durability and low dust generation, may occur.
[0003]
At present, there is no rolling bearing suitable for use in a high-temperature special environment as described above.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-7-279973 (paragraph number 0008)
[0005]
By the way, under the above-mentioned environment, there is a concern that the lubricity of the bearing may be reduced for the following reasons. That is, as a lubricant for a bearing that is operated under a high vacuum with a high degree of cleanliness, such as a semiconductor manufacturing facility, a solid lubricant made of a polymer material such as polytetrafluoroethylene (hereinafter, PTFE) is generally subjected to coating treatment. However, since the heat resistance of these polymers is relatively low (for example, PTFE having excellent heat resistance is about 320 ° C.), the bearing temperature must exceed the heat resistance of the solid lubricant. This is because, in an environment where is expected, the function as a lubricant may not be achieved.
[0006]
The present inventors have proposed using a polyimide (PI) resin (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-279973), but its heat-resistant temperature is about 360 ° C., and there are cases where it cannot be used due to severe use conditions. is increasing.
[0007]
Also, there is concern about the creep of the bearing ring for the following reasons. In other words, since the bearings used in the wafer transfer system of semiconductor manufacturing equipment are operated with relatively light load and low speed rotation, the clearance between the housing and the outer ring should be tight in consideration of the convenience in mounting or dismounting. It is often the case. For this reason, the clearance between the two expands due to the thermal expansion of the housing, which causes the outer ring to creep. The under clearance of the bearing is generated due to thermal expansion of the inner ring and the rolling elements.
[0008]
As described above, for bearings used in high-temperature special environments, simply ensuring the heat resistance of the bearing parts themselves is not enough.Measures are taken taking into account factors such as lubricity, bearing internal clearance, and creep. Need to take. In addition, it is necessary to transport the wafer of the sputtering apparatus smoothly without being caught from the beginning of use.
[0009]
In view of the above, the present invention is intended to provide a rolling bearing suitable for use in a high-temperature special environment while considering cost performance.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The rolling bearing of the present invention is characterized in that at least the outer ring of the inner ring and the outer ring is formed of polybenzimidazole (hereinafter, referred to as PBI) resin. The PBI resin is a polymer material having excellent heat resistance (about 430 ° C.), abrasion resistance, and good self-lubricating properties. Therefore, by forming at least the outer ring of the rolling bearing with the PBI resin, heat resistance and heat resistance are improved. Lubricity can be ensured at the same time. Since there is no need to use a lubricant such as PTFE, there is no fear of a decrease in lubricity due to high-temperature deterioration of the lubricant. In addition, in the case of operation with light load and low speed rotation, even if the race is formed of PBI resin, it can sufficiently withstand use in terms of strength.
[0011]
The rolling surface of the bearing ring formed of PBI resin may be a turned surface having a surface roughness of Ra2 to 10S. Since the PBI resin has transferability, the surface of the rolling surface is roughened so that the surface of the resin is scraped off at the time of the initial rotation, and the cut off resin is transferred to rolling elements and the like to have a lubricating effect. And the initial adaptability is improved.
[0012]
The outer ring may be fitted to the mating fixing member with a loose fit (clearance fit). By fitting the outer race to the mating fixing member with a loose fit, an appropriate bearing internal clearance is ensured even when the outer race becomes tight with the mating fixing member due to thermal expansion during operation.
[0013]
Further, a plurality of rolling elements interposed between the inner ring and the outer ring may be formed of a ceramic material. By forming a plurality of rolling elements interposed between the inner ring and the outer ring with a ceramic material, the ceramic material has a smaller linear expansion coefficient than steel, etc., so when the temperature rises, the bearing internal clearance becomes too small. Can be more effectively prevented.
[0014]
Embodiment
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0015]
The PBI resin used in the present invention is represented by the following formula.
[0016]
Embedded image
[0017]
Poly-2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-dibenzimidazole;
Poly-2,2 '-(diphenylene-2 ", 2"')-5,5'-dibenzimidazole;
Poly-2,2 '-(diphenylene-4 ", 4"')-5,5'-dibenzimidazole;
Poly-2,2 '-(1 ", 1", 3 "-trimethylindanylene) -3", 5 "-p-phenylene-5,5'-dibenzimidazole;
2,2 ′-(m-phenylene) -5,5′-dibenzimidazole / 2,2 ′-(1 ″, 1 ″, 3 ″ -trimethylindanilen) -5 ″, 3 ′ '-(P-phenylene) -5,5'-dibenzimidazole copolymer;
2,2 ′-(m-phenylene) -5,5′-dibenzimidazole / 2,2′-diphenylene-2 ″, 2 ″ ″-5,5′-dibenzimidazole copolymer;
Poly-2,2 ′-(furylene-2 ″, 5 ″)-5,5′-dibenzimidazole;
Poly-2,2 ′-(naphthalene-1 ″, 6 ″)-5,5′-dibenzimidazole;
Poly-2,2 ′-(naphthalene-2 ″, 6 ″)-5,5′-dibenzimidazole;
Poly-2,2'-amylene-5,5'-dibenzimidazole;
Poly-2,2'-octamethylene-5,5'-dibenzimidazole;
Poly-2,2 '-(m-phenylene) -dibenzimidazole;
Poly-2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-di (benzimidazole) ether;
Poly-2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-di (benzimidazole) sulfide;
Poly-2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-di (benzimidazole) sulfone;
Poly-2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-di (benzimidazole) methane;
Poly-2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-di (benzimidazole) propane-2,2;
Polyethylene-1,2,2,2 "-(m-phenylene) -5,5" -di (benzimidazole) ethylene-1,2. However, the double bond of the ethylene group remains in the final polymer. Preferred polymers include poly-2,2 '-(m-phenylene) -5,5'-dibenzimidazole.
[0018]
As the compact, a sintered compact obtained by molding a powdery polymer having the above-mentioned chemical structure by the method disclosed in JP-A-1-99818, JP-A-10-156847, or the like can be used.
[0019]
In addition, aromatic polyetherketone resin, specifically, polyetherketone resin (PEK), polyetheretherketone resin (PEEK), polyetherketoneetherketoneketone resin (PEKEKK) may be added to PBI. A material obtained by injection molding a material imparted with melt fluidity by blending a thermoplastic resin can also be used. The blending amount of the thermoplastic resin such as PEEK can be determined in consideration of the balance between the heat resistance and the fluidity, and a preferable range is PBI: PEEK = 30: 70 to 70:30.
[0020]
In the present invention, various additives can be added to the PBI resin or the PBI resin / PEEK resin mixture as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, in order to further improve the lubricity of the composition, a wear resistance improver may be added. Specific examples of the wear resistance improver include polytetrafluoroethylene (PTFE), graphite, boron nitride, graphite fluoride, mica, talc, wollastonite, metal oxide powder, calcium sulfate whisker, and molybdenum disulfide. , Phosphates, carbonates and the like.
[0021]
Further, as a fibrous reinforcing material, glass fiber, pitch-based carbon fiber, PAN-based carbon fiber, alumina fiber, boron fiber, silicon carbide fiber, silicon nitride, boron nitride, metal fiber, potassium titanate, titanium oxide, Examples include whiskers such as zinc oxide, aluminum borate, calcium carbonate, and calcium sulfate. Further, carbon or carbon / graphite may be blended for imparting conductivity.
[0022]
FIG. 1 shows a deep groove ball bearing to which the present invention is applied. This bearing is incorporated in a wafer transfer system of a sputtering apparatus in a semiconductor manufacturing process, and an inner ring 1 fitted to a rotating shaft (not shown) and an outer ring fitted to a fitting surface of a housing 2 with a loose fit. 3, a plurality of balls 4 interposed between the inner and outer rings 1, 3 and a retainer 5 for holding the balls 4 at equal intervals in the circumferential direction. Reference symbol S represents a clearance between the housing 2 and the outer race 3 at normal temperature, and the clearance S is exaggerated in FIG.
[0023]
The inner ring 1 and the ball 4 are made of martensitic stainless steel, for example, SUS440C, the retainer 5 is made of SUS304, and the outer ring 3 is made of PBI resin. Generally, a PBI resin is a polymer material having excellent heat resistance and abrasion resistance and having good self-lubricating properties.
[0024]
In addition, since the bearing used for the wafer transfer system of the semiconductor manufacturing equipment is generally operated with a light load and a low speed rotation, even if the outer ring 3 is formed of the PBI resin, the bearing is sufficiently used. I can stand it. On the other hand, focusing on such operating conditions, there is a case where the bearing ring is formed of polyimide resin for the purpose of reducing wear due to creep or the like of the bearing ring and suppressing dust generation, but the bearing temperature becomes about 400 ° C. It is considered not to withstand use in an environment where it is expected that
[0025]
Further, in this bearing, the outer race 3 made of PBI resin having self-lubricating properties also serves as a lubricant supply source, so that it is not necessary to use a lubricant such as PTFE. That is, the lubricating powder of the PBI resin scraped from the rolling surface of the outer ring 3 due to the contact with the ball 4 is transferred to the surface of the ball 4, the rolling surface of the inner ring 1, and the pocket wall surface of the retainer 5 and transferred. Since the coating is formed, lubrication between the inner ring 1 and the ball 4 and between the ball 4 and the retainer 5 is sufficiently achieved. If the rolling surface of the outer ring is a turning surface and the surface roughness is set to be Ra2 to 10S to make it rough, the transfer becomes easy and the initial conformability is improved. Therefore, in this bearing, there is no fear that lubricity may be reduced due to high temperature deterioration of the lubricant. In addition, even when excessive lubricating powder that does not form a transfer film is generated, the outer ring 3 acts to adsorb and hold the lubricating powder, so that low dust is generated.
[0026]
When exposed to high temperatures, if at least the cage 5 in the above configuration is made of PBI resin, heat conduction from the inner and outer rings is not directly loaded, so that lubricity and low dust generation can be secured. It becomes. By distributing a thermoplastic resin such as PEEK to a PBI resin having excellent heat resistance to impart injection moldability, a cage having a complicated shape can be manufactured.
[0027]
Further, in this embodiment, the fitting surface of the housing 2 and the outer diameter surface of the outer ring 3 are loosely fitted to each other to facilitate mounting and dismounting of the bearing, and a clearance S (at room temperature) is provided between the two. However, since the operation is performed under light load and low speed rotation, there is no particular problem. Further, since the housing 2 and the outer ring 3 have different coefficients of linear expansion, the housing 2 and the outer ring 3 become tight due to thermal expansion during operation, so that the outer ring 3 is less likely to creep. Moreover, by providing the clearance S, an appropriate bearing internal clearance can be ensured even when the outer ring 3 becomes tight with the housing 2 during operation.
[0028]
In the embodiment shown in FIG. 2, both the inner race 1 and the outer race 3 are made of PBI resin. Lubricity is improved as compared with that shown in FIG.
[0029]
In the embodiment shown in FIG. 3, both the inner ring 1 and the outer ring 3 are formed of PBI resin, and the retainer 5 is eliminated to form a full ball. The load resistance is improved as compared with that shown in FIG. In this embodiment, the grooves 1a, 3a for inserting the balls 4 into the rolling surfaces of the inner and outer rings 1, 3 are provided on both the outer diameter surface of the inner ring 1 and the inner diameter surface of the outer ring 3. The balls 4 can be easily inserted by elastic deformation of the inner and outer rings 1 and 3 even if the dimensions of the grooves 1a and 3a are slightly tighter than the balls 4. In addition, it is possible to reliably prevent the ball 4 from dropping after the insertion. Further, machining of the grooves 1a, 3a is also easy.
[0030]
In the embodiment shown in FIG. 4, both the inner race 1 and the outer race 3 are formed of carbon-added PBI resin. Not only the lubricity is further improved, but also the carbon-added PBI resin has an advantage that it can be used in places requiring electrical conductivity because it has conductivity. For example, in a sputtering apparatus used for coating a magneto-optical disk substrate (polycarbonate) 11 as shown in FIG. 5, a bearing A that rotatably supports a rotating shaft 12 of the magneto-optical disk substrate 11 with respect to a housing 13 has an optical axis. Conductivity is required to prevent charge-up of the magnetic disk substrate 11. In addition, since the installation space for the bearing A is limited, it is necessary to use a large-diameter thin-walled bearing. If the inner and outer rings are made of stainless steel, there are many processing problems such as heat treatment and machinability. The bearing of this embodiment is most suitable as the bearing A used in such a location. Also in this case, by adopting the full ball type according to the configuration shown in FIG. 3, it is possible to increase the load capacity and reduce the cost.
[0031]
In the embodiment shown in FIG. 6, the ball 4 is formed of a ceramic material. Since the ceramic material has a smaller linear expansion coefficient than the stainless steel material, by forming the balls 4 from a ceramic material, it is possible to more effectively prevent the bearing internal clearance from becoming too small when the temperature rises. If the temperature during operation is about 300 ° C., as shown in the figure, a lubricating property is obtained by forming a solid lubricating film 4 a made of PTFE on at least the surface of the ball 4 using an injection-molded PBI resin. Can be further improved. Further, a solid lubricating film may be formed on the rolling surfaces of the inner and outer rings 1 and 3.
[0032]
When higher durability and lower torque are required, as in the case of a bearing used for a work reversing mechanism of a crystal oscillator manufacturing apparatus, a turbine support of a gas flow meter, or the like, the outer ring 3, Alternatively, both the inner ring 1 and the outer ring 3 may be formed of PTFE-added PBI resin. Whether to use the cage type or the full ball type as shown in FIG. 3 is determined according to the use conditions. The amount of PTFE to be added is such that the mechanical structure does not cause a decrease in strength at high temperatures and that the formation of a transfer film can be sufficiently expected. The compressive strength of the PBI resin rapidly decreases when the amount of PTFE added exceeds about 30 wt%. On the other hand, the PTFE transfer coating film is formed around the point where the PTFE addition amount exceeds 0.5 wt%, and the lubricity is improved. Therefore, it is desirable that the amount of PTFE added is about 0.5% to 30% by weight. MoS2, graphite or carbon may be added instead of PTFE.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, since at least the outer ring of the inner ring and the outer ring is formed of the PBI resin, heat resistance, durability, and low dust generation can be obtained under a special environment such as a vacuum high temperature, a gas atmosphere, and a clean environment. Thus, a rolling bearing having excellent creep resistance can be provided.
[0034]
The initial conformability can be improved by increasing the surface roughness of the rolling contact surface.
[0035]
By fitting the outer ring to the mating side fixing member with a loose fit, even if the outer ring becomes tight with the mating side fixing member due to thermal expansion during operation, the internal clearance of the bearing is unlikely to be too small, and the optimum operating condition is maintained. Will be maintained.
[0036]
By forming the rolling elements from a ceramic material, it is possible to more effectively prevent the bearing internal clearance from becoming too small when the bearing temperature rises.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a rolling bearing showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a rolling bearing showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a rolling bearing showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view of a rolling bearing showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view showing an example of use of the rolling bearing shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a sectional view of a rolling bearing according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Inner ring 2 Housing 3 Outer ring 4 Ball 5 Cage S Clearance
