JP2010121764A

JP2010121764A - 分離型アンギュラ玉軸受及び組合せアンギュラ玉軸受

Info

Publication number: JP2010121764A
Application number: JP2008298244A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nakamura; 寛幸中村
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-06-03

Abstract

【課題】真空環境での使用でも、低発塵で耐久性があり、長寿命、高メンテナンス性を有する低コストの分離型アンギュラ玉軸受及び組合せアンギュラ玉軸受を提供する。
【解決手段】分離型アンギュラ玉軸受１が外輪２と内輪３との間に、複数の転動体６を転動可能に保持する保持器７を備えてなるものであって、外輪２と内輪３は、片端側に外輪２が内周面に１条の外輪周方向溝１０、内輪３が外周面に１条の内輪周方向溝１３を有し、保持器７は、樹脂材料で略円環状に形成されてなり、該保持器７の片端側の外周面と内周面には、外輪周方向溝１０、または内輪周方向溝１３に嵌合して溝方向の移動を可能にする周方向凸部２１を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空環境での使用に好適な分離型アンギュラ玉軸受及び組合せアンギュラ玉軸受に関する。

光学フィルタ等における機能薄膜の形成にはクリーンな真空環境が必要で、特にカメラ等の撮像機器の高精細化に伴い、成膜環境をクリーンな真空環境とする要求は強いものとなっている。このため、成膜に用いる真空蒸着装置などの真空成膜装置においても、その発塵源の１つである回転部分、例えば軸受からの発塵が問題となっており、軸受における発塵を最小限にするための検討が進められ、また低発塵化と共に、長寿命化、高メンテナンス性の検討も同時に進められている状況にある。

そして、従来の真空環境下で使用する軸受としては、例えば引用文献１に示されたものがある。引用文献１のものは、アンギュラ玉軸受の保持器を、例えば、鉄系や銅系の焼結合金等の金属、フェノール樹脂やポリイミド樹脂等の耐熱性樹脂、及び窒化珪素や酸化アルミニウム、炭化珪素等のセラミックスでなる多孔質体で形成し、イオン性液体を含浸させたものとすることで、真空環境下で長寿命とすることが出来るとしている。

しかし、引用文献１のものでは、保持器にイオン性液体を含浸させることからコストが高くなり、また樹脂材料を用いた多孔質体により保持器を形成した場合には、耐久性を十分にもたせることが困難である。
特開２００７−１３９１２７号公報

上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは、真空環境において使用した場合においても、塵埃の発生が少なく、耐久性があって長寿命であると共に、メンテナンスもやり易く、比較的低コストである分離型アンギュラ玉軸受及び組合せアンギュラ玉軸受を提供することにある。

本発明の分離型アンギュラ玉軸受及び組合せアンギュラ玉軸受は、
分離型アンギュラ玉軸受が、外輪と内輪との間に、複数の転動体を転動可能に保持する保持器を備えてなる分離型アンギュラ玉軸受であって、前記外輪と前記内輪は、片端側に前記外輪が内周面、前記内輪が外周面にそれぞれ１条の周方向溝を有し、前記保持器は、樹脂材料で略円環状に形成されてなり、該保持器の片端側の外周面と内周面には、前記外輪と前記内輪の前記周方向溝に嵌合して溝方向の移動を可能にする周方向凸部を有していることを特徴とするものであり、
さらに、前記保持器は、片端側に底部、他端側に挿入口を設けて前記転動体を１つずつ保持する複数の保持凹所が形成されていることを特徴とするものであり、
さらに、前記保持器は、形状がＣ形状であることを特徴とするものであり、
さらに、前記保持器を形成する樹脂材料が、ふっ素樹脂であることを特徴とするものである。

また、組合せアンギュラ玉軸受が、
前記分離型アンギュラ玉軸受を、２個他端側端面同士を当接させるように組み合わせたことを特徴とするものであり、
さらに、前記分離型アンギュラ玉軸受を、２個片端側端面同士を当接させるように組み合わせたことを特徴とするものである。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、真空環境下での使用においても、低発塵で耐久性があり、長寿命であると共に高メンテナンス性を有し、低コストである等の効果を有する。

以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

先ず分離型アンギュラ玉軸受の実施形態を図１乃至図６により説明する。図１は平面図であり、図２は縦断面図であり、図３は保持器の平面図であり、図４は図３におけるＡ−Ａ矢方向視の断面図であり、図５は本実施形態に係る真空スパッタリング装置の縦断面図であり、図６は図５におけるアンギュラ玉軸受部の縦断面図である。

図１乃至図６において、分離型アンギュラ玉軸受１は、外輪２と内輪３の周方向に形成された対向する外輪転動面４と内輪転動面５の間に、複数個の球形の転動体６を保持器７により１つずつ略等間隔に保持し、周方向に転動可能に設けて構成されている。転動体６は、例えば軸受鋼と呼ばれる鉄鋼等の鉄鋼、または非鉄金属、ガラスやセラミックスのような非金属などの高硬度材料で形成され、極めて平滑な表面を有するものとなっている。さらに転動体６の表面には、転動が円滑に行なわれる表面を得るために、必要に応じ、銀や二硫化モリブデンなどのコーティングが施されている。

また、外輪２及び内輪３は、例えば鉄鋼、または非鉄金属、樹脂材料などでの高硬度材料、あるいは焼入れなどの硬化処理を施すことで高硬度になし得る材料で形成され、各転動面４，５等の表面は極めて平滑な表面を有するものとなっている。さらに、転動が円滑に行なわれる表面を得るために、同様に、必要に応じて、特に各転動面４，５等の表面に銀や二硫化モリブデンなどのコーティングが施されている。

外輪２の内周面に形成された外輪転動面４は、片端側の回転軸方向に平行な第１周面８と、第１周面８の他端側に形成された外輪回転中心軸の半径方向から所定角度θ（接触角）を持って縮径方向に傾く第２周面９とで構成されている。さらに、外輪２の内周面には、第１周面８の片端側に外輪周方向溝１０が刻設されている。

一方、内輪３の外周面に形成された内輪転動面５は、他端側の回転軸方向に平行な第３周面１１と、第３周面１１の片端側に形成された内輪回転中心軸の半径方向から所定角度θ（接触角）を持って縮径方向に傾く第４周面１２とで構成されている。さらに、内輪３の第４周面１２よりも外方側となる片端側の外周面には、外輪周方向溝１０に対向する位置に内輪周方向溝１３が刻設されている。

また、転動体６を保持する保持器７は、自己潤滑性を有する樹脂材料、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のふっ素樹脂により形成されており、その形状は、対向する外輪転動面４と内輪転動面５の間の円環状空間に遊嵌される略円環状のＣ形状となっている。そして、Ｃ形状の切れ目部分の寸法、すなわち、両端間の間隔１４は、例えば当該玉軸受１を組立、分解をする際の作業性等を損なわず、また当該玉軸受１を使用する温度環境において、転動体６の転動に伴う保持器７の周方向の動きに悪影響を与えることがなく、回転中の振動、変形を緩和する適正寸法となっている。

さらに、保持器７には、片端側に底部１５、他端側に転動体６を挿入する挿入口１６を有し、また外周面側に外周開口１７、内周面側に内周開口１８を有し、保持した転動体６の転動が円滑に行われるよう転動体６の直径より若干大きい部分円筒内面１９を備えた保持凹所２０が略等間隔で複数形成されている。これにより、各保持凹所２０に、複数個の転動体６が１つずつ、微小隙間を設けるようにして転動可能に保持される。そして、転動体６は、外周開口１７及び内周開口１８を介して一部分が保持器７外に露出し、外輪２の外輪転動面４と内輪３の内輪転動面５に接触するようにして転動する。

またさらに、保持器７の片端側の外周面と内周面には、それぞれ対応する外輪２の片端側の外輪周方向溝１０、または内輪３の片端側の内輪周方向溝１３に嵌合して外輪２と内輪３とを組合わせると共に、保持器７の転動体６の転動に伴う溝方向（周方向）の移動を可能にする周方向凸部２１が突設されている。なお、周方向凸部２１の先端部分は、外輪周方向溝１０や内輪周方向溝１３への着脱が容易となるよう面取りされている。また保持器７は、１つのＣ形状のものに限るものでなく、複数個の部分円環状をなすＣ形状のものを、適正間隔を設けて略円環状に配置し、構成するようにしてもよい。また保持器７は、切れ目部分を有さない略円環状であってもよい。

また、軸受の組立については、例えば、共に片端側を下にした内輪３と保持器７を、内輪３の内輪周方向溝１３に保持器７を弾性変形させて内周面の周方向凸部２１を嵌合させることで組み合わせ、さらに、保持器７の保持凹所２０のそれぞれに転動体６を１つずつ保持させる。その後、外輪２を、その片端側から保持器７に保持された転動体６に被せるように嵌め入れ、外輪２の外輪周方向溝１０と保持器７の外周面の周方向凸部２１を嵌合させるようにして行われる。分解については、組立とは逆の工程をとることにより行うことができる。なお、内輪３を回転軸に嵌着した状態での組立、分解も、同様の工程で行うことができる。

そして、このように構成された分離型アンギュラ玉軸受１は、転動体６を保持する保持器７を、自己潤滑性を有する樹脂材料、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のふっ素樹脂により形成し、潤滑剤等を用いていないので、該玉軸受１の回転に伴った摩耗粉等の塵埃の発生が少なく、耐久性が高く、真空環境でも長寿命であると共に、低コストとすることができる。

また、保持器７の外周面と内周面に周方向凸部２１を設け、この周方向凸部２１に嵌合する外輪周方向溝１０と内輪周方向溝１３を外輪２と内輪３にそれぞれ設けるようにしたので、保持器７を単に弾性変形させることで、周方向凸部２１と各周方向溝１０，１３を容易に嵌合させたり、外したりすることができ、該玉軸受１の組立、分解が容易となり、高メンテナンス性を実現することができる。

さらに、周方向凸部２１と各周方向溝１０，１３によりシール部３３が形成されることから、転動体６が転動する部分で摩耗粉等の塵埃が発生しても、塵埃の拡散が抑制でき、使用環境の汚染を防止することができる。またさらに、外輪２の内周面の他端側が縮径方向に傾く第２周面９によって形成されているので、他端側の開口面積が小さくなり、転動部分で発生した塵埃の外への拡散を少なくすることができる。

また、このような分離型アンギュラ玉軸受１は、例えば、図５に示す真空成膜装置である真空スパッタリング装置２２のアンギュラ玉軸受部２３に用いられる。

真空スパッタリング装置２２は、内部を所定真空度に減圧可能にした真空チャンバ２４と、真空チャンバ２４内に配置したターゲット２５と、同じく真空チャンバ２４内に上下方向の軸を中心に回転可能に設けられ、被成膜材の基板等２６を円筒表面に複数保持し、回転軸２７が端面から延出する円筒状の基板ホルダ２８と、基板ホルダ２８を所定回転速度で回転するよう回転駆動する駆動機構２９と、ターゲット２５と基板等２６を所定温度に加熱し、保持する不図示の加熱機構を備えている。なお、基板ホルダ２８は、その略全重量が、真空チャンバ２４の下部に設けられた支持ベース３０上に固定されたスラスト軸受３１により支えられている。

また支持ベース３０には、分離型アンギュラ玉軸受１を取付軸部材３２で支持ベース３０に取着するように構成したアンギュラ玉軸受部２３が、基板ホルダ２８の下端面から延出する回転軸２７の回りに複数設けられている。アンギュラ玉軸受部２３は、分離型アンギュラ玉軸受１の外輪２が回転軸２７の外面に接触するように設けられていて、基板ホルダ２８の回転に伴う回転軸２７の下端側部分での軸振れ等を規制し、基板ホルダ２８の安定回転を実現するようにしている。

そして、このような真空スパッタリング装置２２では、真空チャンバ２４内を所定真空度に減圧した状態で加熱機構によってターゲット２５と基板等２６を所定温度に加熱し、この状態を維持しながら基板ホルダ２８を回転させると、基板ホルダ２８に保持された複数の基板等２６は、周回しながらターゲット２５の前方に位置した際に、成膜表面をターゲット２５に向ける。このとき放電により、基板等２６へのターゲット２５によるスパッタリングが行なわれ、また基板ホルダ２８を所定時間回転させることで、基板等２６の表面への所定膜厚の成膜がなされる。

このように真空環境での発塵も少ない分離型アンギュラ玉軸受１を用いたアンギュラ玉軸受部２３を設けることで、真空スパッタリング装置２２の真空チャンバ２４内の清浄性が確保でき、長時間の成膜作業を行うことができることになって、塵埃付着による製品歩留の低下を防ぐことができる。また分離型アンギュラ玉軸受１が、長寿命であり、分解、組立が容易な高メンテナンス性を有するものであるから、必要に応じて行なう軸受交換に要する時間が短くて済み、真空スパッタリング装置２２の稼働率を向上させることができる。また分離型アンギュラ玉軸受１は、真空スパッタリング装置に限らず、真空環境を備えた各種装置で好適に用いることが可能である。

次に、組合せアンギュラ玉軸受の第１の実施形態を図７の縦断面図により説明する。なお、本実施形態は、上記の分離型アンギュラ玉軸受１を２つ組み合わせたものであるため、同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。

図７において、組合せアンギュラ玉軸受４１は、２個の同一形状の分離型アンギュラ玉軸受１を、その他端側端面同士を当接させ、同軸中心となるように組み合わせて構成されている。これにより、組合せアンギュラ玉軸受４１は、その両端が２つの分離型アンギュラ玉軸受１の各片端側により形成されるので、組合せアンギュラ玉軸受４１の両端に周方向凸部２１と各周方向溝１０，１３により形成されるシール部３３が設けられることになる。

その結果、組合せアンギュラ玉軸受４１は、上記の分離型アンギュラ玉軸受１と同様の効果を有すると共に、よりシール性の高いものとなり、摩耗粉等の塵埃が該玉軸受４１外に拡散するのを抑制することができる。

次に、組合せアンギュラ玉軸受の第２の実施形態を図８の縦断面図により説明する。なお、本実施形態も、上記の分離型アンギュラ玉軸受１を２つ組み合わせたものであるため、同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。

図８において、組合せアンギュラ玉軸受４２は、２個の同一形状の分離型アンギュラ玉軸受１を、その片端側端面同士を当接させ、同軸中心となるように組み合わせて構成されている。これにより、組合せアンギュラ玉軸受４２は、その両端が２つの分離型アンギュラ玉軸受１の各他端側により形成されるので、外輪２の第２周面９によって開口面積が小さく形成されたものとなる。

そのため、組合せアンギュラ玉軸受４２は、上記の組合せアンギュラ玉軸受４１よりも転動部分で発生した塵埃の外への拡散を抑制する効果は少ないものの、開口面積が小さいため、外への拡散が少ないものとなる。

真空スパッタリング装置など真空環境下の使用において、低発塵で耐久性があり、長寿命であると共に高メンテナンス性を有し、低コストである分離型アンギュラ玉軸受として適用できる。

本発明の分離型アンギュラ玉軸受の実施形態を示す平面図である。本発明の分離型アンギュラ玉軸受の実施形態を示す縦断面図である。本発明の分離型アンギュラ玉軸受の実施形態における保持器の平面図である。図３におけるＡ−Ａ矢方向視の断面図である。本発明の分離型アンギュラ玉軸受の実施形態に係る真空スパッタリング装置の縦断面図である。図５におけるアンギュラ玉軸受部の縦断面図である。本発明の組合せアンギュラ玉軸受の第１の実施形態を示す縦断面図である。本発明の組合せアンギュラ玉軸受の第２の実施形態を示す縦断面図である。

符号の説明

１…分離型アンギュラ玉軸受
２…外輪
３…内輪
６…転動体
７…保持器
１０…外輪周方向溝
１３…内輪周方向溝
１５…底部
１６…挿入口
２０…保持凹所
２１…周方向凸部
４１，４２…組合せアンギュラ玉軸受

Claims

外輪と内輪との間に、複数の転動体を転動可能に保持する保持器を備えてなる分離型アンギュラ玉軸受であって、
前記外輪と前記内輪は、片端側に前記外輪が内周面、前記内輪が外周面にそれぞれ１条の周方向溝を有し、前記保持器は、樹脂材料で略円環状に形成されてなり、該保持器の片端側の外周面と内周面には、前記外輪と前記内輪の前記周方向溝に嵌合して溝方向の移動を可能にする周方向凸部を有していることを特徴とする分離型アンギュラ玉軸受。
前記保持器は、片端側に底部、他端側に挿入口を設けて前記転動体を１つずつ保持する複数の保持凹所が形成されていることを特徴とする請求項１記載の分離型アンギュラ玉軸受。
前記保持器は、形状がＣ形状であることを特徴とする請求項１記載の分離型アンギュラ玉軸受。
前記保持器を形成する樹脂材料が、ふっ素樹脂であることを特徴とする請求項１記載の分離型アンギュラ玉軸受。
請求項1および請求項2記載の分離型アンギュラ玉軸受を、２個他端側端面同士を当接させるように組み合わせたことを特徴とする組合せアンギュラ玉軸受。
請求項1および請求項2記載の分離型アンギュラ玉軸受を、２個片端側端面同士を当接させるように組み合わせたことを特徴とする組合せアンギュラ玉軸受。