JP2005172056A

JP2005172056A - 非磁性転がり軸受

Info

Publication number: JP2005172056A
Application number: JP2003410191A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamada; 博山田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2003-12-09
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】低コストで十分な耐久寿命と低発塵性を確保できる非磁性転がり軸受を提供することである。
【解決手段】内輪１と外輪２をＣｒ：３０〜４５質量％、Ａｌ：１．５〜５質量％、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金で形成して、その硬度をＨＲＣ５５以上とするとともに、ボール３の表面に潤滑性の優れたＰＴＦＥの樹脂皮膜３ａを形成することにより、低コストで十分な耐久寿命と低発塵性を確保できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造設備等に使用される非磁性転がり軸受に関する。

半導体製造設備の電子ビーム描画装置に使用される移動テーブルや搬送装置等の転がり軸受には、偏向電極による電子ビームの走査に残留磁気の悪影響が生じないように、内輪、外輪、転動体および保持器の各部品を非磁性材料で形成した非磁性転がり軸受が用いられている。また、この種の半導体製造設備用の非磁性転がり軸受は、密封真空下で使用されるので、その潤滑には固体潤滑剤が用いられていた。

近年、半導体の集積度が増すにつれて、電子ビーム描画装置で描画される回路パターンの線幅が微細化しており、軸受から発生する固体潤滑剤の微小な摩耗粉が描画の外乱とならないように、固体潤滑剤の替りに、内外輪の軌道面および転動体の転動面のうち、少なくとも転動体の転動面に、潤滑性の優れたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる樹脂皮膜を形成して、潤滑性と低発塵性を確保した非磁性転がり軸受もある（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載の非磁性転がり軸受では、内外輪の形成材料としてオーステナイト系Ｍｎ−Ｃｒ合金鋼を推奨し、セラミックス、さらに、軽荷重であればＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼も用いることができるとしている。なお、転動体の形成材料としてはセラミックスを推奨し、保持器の形成材料としてはオーステナイト系ステンレス鋼や高分子材料を推奨している。

特許第３０２１９０２号公報（第１−３頁、第１図）

上述した特許文献１に記載の内外輪をオーステナイト系Ｍｎ−Ｃｒ合金鋼で形成した非磁性転がり軸受は、一般的なオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４で形成したものよりは寿命を延長できるが、硬度がＨＲＣ４５〜５０と低いので、未だ十分な耐久寿命を確保できない問題がある。また、ＰＴＦＥの樹脂皮膜を転動体の転動面にのみ形成して、内外輪の軌道面には形成しない場合は、低発塵性を十分に確保できない。

なお、十分な耐久寿命と低発塵性を確保するためには、内外輪をセラミックスで形成すればよいが、内外輪は転動体に較べて形状が複雑で寸法が大きいので、非常に高価なものとなる問題がある。

そこで、本発明の課題は、低コストで十分な耐久寿命と低発塵性を確保できる非磁性転がり軸受を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は、内輪、外輪、転動体および保持器を非磁性材料で形成した非磁性転がり軸受において、前記内輪と外輪を、Ｃｒ：３０〜４５質量％、Ａｌ：１．５〜５質量％、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金で形成して、その硬度をＨＲＣ５５以上とし、前記内輪の軌道面、外輪の軌道面、および転動体の転動面のうち、少なくとも転動体の転動面にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる樹脂皮膜を形成した構成を採用した。

すなわち、内輪と外輪を、Ｃｒ：３０〜４５質量％、Ａｌ：１．５〜５質量％、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金で形成して、その硬度をＨＲＣ５５以上とすることにより、十分な耐久寿命を確保するとともに、内外輪の軌道面および転動体の転動面のうち、少なくとも転動体の転動面に、潤滑性の優れたＰＴＦＥからなる樹脂皮膜を形成することにより、低コストで潤滑性と低発塵性を確保できるようにした。

前記樹脂皮膜を形成するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の平均分子量は、４００００±５０００とするのが好ましい。特許文献１に記載のものでは、ＰＴＦＥの平均分子量を５０００以下とすることにより低発塵性の優れた潤滑皮膜を形成できるとしているが、本発明者は、さらに実験的検討を進めた結果、ＰＴＦＥの平均分子量が４００００±５０００の領域で、より低発塵性の優れた潤滑皮膜を形成できることを確認した。

前記転動体をセラミックスで形成することにより、万が一、ＰＴＦＥの樹脂皮膜が消滅しても、内外輪との金属同士の接触をなくして、スミアリング等の表面損傷を防止することができる。

前記保持器をオーステナイト系ステンレス鋼または高分子材料で形成することにより、保持器を安価に形成することができる。

本発明の非磁性転がり軸受は、内輪と外輪を、Ｃｒ：３０〜４５質量％、Ａｌ：１．５〜５質量％、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金で形成して、その硬度をＨＲＣ５５以上とするとともに、内外輪の軌道面および転動体の転動面のうち、少なくとも転動体の転動面にＰＴＦＥからなる樹脂皮膜を形成するようにしたので、低コストで潤滑性と低発塵性を確保することができる。

前記樹脂皮膜を形成するＰＴＦＥの平均分子量は、４００００±５０００とすることにより、低発塵性をより向上させることができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この非磁性転がり軸受は、図１に示すように、内輪１と外輪２の軌道面間に、転動体としての複数のボール３が保持器４で保持された玉軸受であり、内輪１と外輪２がＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金で形成され、各ボール３はセラミックス（Ｓｉ₃Ｎ₄）で形成されて、その表面（転動面）にＰＴＦＥの樹脂皮膜３ａが形成されており、保持器４はオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４で形成されている。保持器４はポリイミド樹脂等の高分子材料で形成してもよい。

前記内輪１と外輪２を形成するＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金は、Ｃｒ：３０〜４５質量％、Ａｌ：１．５〜５質量％、残部が実質的にＮｉからなるものであり、不可避的不純物元素として若干のＳｉ、Ｍｎ等を含む。内輪１と外輪２は、それぞれ旋削加工後に熱処理されてから仕上げ研削加工を施されており、その硬度はＨＲＣ５５以上とされている。

前記セラミックスで形成された各ボール３は、平均分子量が約４００００（分子量レンジ３５０００〜７００００）のＰＴＦＥを分散させた処理液に浸漬されて、この平均分子量が約４００００のＰＴＦＥにより樹脂皮膜３ａを形成されている。

上述した実施形態では、ボールのみにＰＴＦＥの樹脂皮膜を形成したが、内外輪の軌道面にもＰＴＦＥの樹脂皮膜を形成してもよい。また、本発明に係る非磁性転がり軸受は、ころ軸受等の他の転がり軸受にも適用することができる。

実施例として、図１に示した、内外輪を、Ｃｒ：４０質量％、Ａｌ：３質量％、残部が実質的にＮｉからなり、その硬度をＨＲＣ５８〜６１としたＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金で形成し、セラミックスで形成した各ボールの表面に平均分子量が約４００００のＰＴＦＥ樹脂皮膜を形成した非磁性転がり軸受を用意した。また、比較例として、特許文献１の実施例に記載された内外輪をオーステナイト系Ｍｎ−Ｃｒ合金鋼で形成し、セラミックス（Ｓｉ₃Ｎ₄）で形成した各ボールの表面に平均分子量が５０００以下のＰＴＦＥ樹脂皮膜を形成した非磁性転がり軸受（比較例１）と、内外輪および各ボールをセラミックス（Ｓｉ₃Ｎ₄）で形成した非磁性転がり軸受（比較例２）も用意した。実施例および各比較例の非磁性転がり軸受は、いずれも外径２２ｍｍ、幅７ｍｍのミニチュア玉軸受である。

上述した実施例と各比較例の非磁性転がり軸受について、いずれも真空中での耐久寿命試験と発塵測定試験を行った。各試験の概要と試験結果を以下に示す。

（１）耐久寿命試験
高真空軸受耐久寿命試験機の回転軸に試験用軸受を取り付け、アキシアル荷重を負荷しながら回転軸を回転させ、その摩擦トルクの変化を測定した。各試験用軸受のサンプル数は３個とし、耐久寿命は摩擦トルクの和が６×１０^-3Ｎ・ｍに達するまでの時間で評価した。試験条件は以下の通りである。
・アキシアル荷重：９．８１Ｎ
・回転速度：２５００ｒｐｍ
・真空度：１０^-6Ｔｏｒｒ

上記耐久寿命試験の結果を表１に示す。実施例および各比較例の耐久寿命は、３個のサンプルの平均値で表示した。内外輪をＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金で形成し、セラミックス製ボールの表面に平均分子量が約４００００のＰＴＦＥ樹脂皮膜を形成した実施例のものは、内外輪をオーステナイト系Ｍｎ−Ｃｒ合金鋼で形成し、セラミックス製ボールの表面に平均分子量が５０００以下のＰＴＦＥ樹脂皮膜を形成した比較例１の約１．７倍で、内外輪およびボールをセラミックスで形成した比較例２と同等の優れた耐久寿命を示している。

（２）発塵測定試験
真空発塵測定試験機の回転軸に試験用軸受を取り付けて、アキシアル荷重を負荷しながら所定時間負荷運転し、粒子径が０．２０μmを超えるものの総発塵個数を測定した。各試験用軸受のサンプル数は２個とした。試験条件は以下の通りである。
・アキシアル荷重：９．８１Ｎ
・回転速度：５０ｒｐｍ
・運転時間：１５０時間
・真空度：１０^-6Ｔｏｒｒ

上記発塵測定試験の結果を表１に併せて示す。この試験でも、実施例のものは、内外輪およびボールをセラミックスで形成した比較例２と同等以上の優れた低発塵性を示している。一方、比較例１のものは、ボールのみにＰＴＦＥ樹脂皮膜を形成しただけでは、総発塵個数が実施例や比較例２のものの約１．５倍となっている。

非磁性転がり軸受の実施形態を示す一部省略縦断面図

符号の説明

１内輪
２外輪
３ボール
３ａ樹脂皮膜
４保持器

Claims

内輪、外輪、転動体および保持器を非磁性材料で形成した非磁性転がり軸受において、前記内輪と外輪を、Ｃｒ：３０〜４５質量％、Ａｌ：１．５〜５質量％、残部が実質的にＮｉからなるＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金で形成して、その硬度をＨＲＣ５５以上とし、前記内輪の軌道面、外輪の軌道面、および転動体の転動面のうち、少なくとも転動体の転動面にポリテトラフルオロエチレンからなる樹脂皮膜を形成したことを特徴とする非磁性転がり軸受。
前記樹脂皮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を４００００±５０００とした請求項１に記載の非磁性転がり軸受。
前記転動体をセラミックスで形成した請求項１または２に記載の非磁性転がり軸受。
前記保持器をオーステナイト系ステンレス鋼または高分子材料で形成した請求項１乃至３のいずれかに記載の非磁性転がり軸受。