JP3006631B2 - 半導体製造設備用転がり軸受 - Google Patents

半導体製造設備用転がり軸受

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JP3006631B2
JP3006631B2 JP3136083A JP13608391A JP3006631B2 JP 3006631 B2 JP3006631 B2 JP 3006631B2 JP 3136083 A JP3136083 A JP 3136083A JP 13608391 A JP13608391 A JP 13608391A JP 3006631 B2 JP3006631 B2 JP 3006631B2
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隆宏 水谷
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体製造設備にお
いて使用される転がり軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に転がり軸受は内・外輪と転動体と
の間および転動体と保持器との間にグリース等の潤滑剤
を供給して転がり摩擦や滑り摩擦を減少させ、軸受の耐
久性を向上させるようにしている。
【0003】ところで、転がり軸受を真空中で使用する
場合、グリース等の蒸気圧の高い潤滑剤は雰囲気中に蒸
発してしまうため使用に耐えない。また、転がり軸受を
半導体製造設備等の高い清浄度が要求される密封真空下
で使用する場合、潤滑剤の蒸気が環境の汚染源となるた
め、グリース等の流体潤滑剤を使用することができな
い。そのため、このような環境下で使用される転がり軸
受には蒸気圧の低い固体潤滑剤が必要になる。現在、転
がり軸受の固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン等の
層状物質系、金、銀、鉛等の軟質金属系、PTFE、ポ
リイミド等の高分子系の潤滑剤が広く使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】近年、半導体製造分野
では半導体の集積度が増すにつれて導電パターンの線幅
が微細化しており、軸受から排出される固体潤滑剤の摩
耗粉がパターン上に付着して導電回路を短絡させるおそ
れがあることから、導電性のある軟質金属系の固体潤滑
剤が敬遠される傾向にある。一方、二硫化モリブデン、
PTFE(ポリマー)等の固体潤滑剤は導電性をもたな
いが、これらは転着性に乏しく、しかも耐摩耗性が低い
ため、耐久性の点で軟質金属よりも劣る。
【0005】また、最近の半導体製造設備では、真空中
で使用できるのみならず、大気・真空両用、低発塵、耐
食、などの機能を持つ軸受が必要とされるようになって
きた。すなわち、半導体製造工程で真空軸受が使用され
るのは主にウェーハ処理工程である。この工程で使われ
る装置は生産性の向上のためインライン化される傾向が
あり、ウェーハの搬送装置には大気と真空の両環境下で
運転できる軸受が必要になってきている。また、半導体
の高集積化は必然的に装置からの発塵の抑制を要求して
いる。さらに、使用個所によっては耐蝕性や耐熱性も要
求される。たとえばインライン形式の半導体製造設備で
は腐食性のガスを用いSiO2をエッチングする工程や酸素
ガスを使った酸化膜形成工程がある。これらの工程のガ
ス濃度は希薄ではあるが腐食性が高い。このため、潤滑
被膜の耐蝕性は当然必要であるが、軸受基材の耐蝕性も
必要になる。
【0006】そこで、この発明の目的は、低発塵で、特
に半導体製造分野での使用に適した転がり軸受を提供す
ることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】 この発明の特徴は、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、「P
TFEテロマー」と称する。)を被膜処理するとともに
150℃以上で加熱して焼き付けすることにより潤滑被
膜を形成し、かつ、少なくとも転動体をセラミックス製
としたことにある。
【0008】
【作用】従来転がり軸受の固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。したがって、このPT
FEテロマーを用いて、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
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。
【0009】セラミックスは自己潤滑性を有し摩耗が少
ないことから発塵量は少ないが、PTFEテロマーから
なる潤滑被膜を設けることによって低発塵性が一層向上
する。また、セラミックスは耐蝕性および耐熱性を有す
るため、セラミックスとPTFEテロマー被膜を併用す
れば、耐蝕性、耐熱性とともに低発塵性に対する要求を
同時に満足することができる。
【0010】
【実施例】この発明の実施例を示す図1において、転が
り軸受は、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P
TFEテロマーの潤滑被膜1a、2a、3aが形成されてい
る。これらの潤滑被膜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−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。なお、本実施例では内・外輪1、2
の転走面および転動体3の表面に潤滑被膜を形成するよ
うにしたが、潤滑被膜は少なくとも転動体の表面に形成
すればよい。また、図面では内・外輪1、2の外表面全
体に潤滑被膜1a、2aが形成されているが、嵌合面等の、
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。さらに、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。
【0011】被膜処理方法は概略次のとおりである。
脱脂、洗浄、被膜処理(スプレー吹付、液体へ浸
漬)、焼き付け(150℃以上で加熱)、完了。
【0012】なお、処理対象は、内・外輪、鋼球単体あ
るいは完成品の場合のどちらでも可能である。
【0013】図2および図3に、内・外輪の基材がSU
S440Cで、ボールの基材がセラミックス(Si34
のシールなし深溝玉軸受について行なった発塵量の測定
結果を示す。図2がPTFEテロマー被膜がある場合、
図3が被膜処理なしの場合であり、それぞれ横軸は時間
(h)、縦軸は相対発塵量(count/min)を表してい
る。試験条件は次のとおり。回転数:50rpm、スラ
スト荷重:10N、真空度:<10-6Torr、温度:室
温。なお、発塵測定のサンプリングタイムは1分とし、
発塵個数が10個/分を越えた場合は試験を中止した。ま
た、試験軸受の摩擦トルクが駆動トルク(3×10-2Nm)
を越えた場合も試験を中止した。
【0014】これらの測定結果から明らかなとおり、被
膜処理をしてないものの場合は約70時間に達した時点で
急激に発塵量が増加しているのに対し、PTFEテロマ
ー被膜を設けたものは、長時間使用しても発塵量が使用
時間の経過とともに増加するようなことはない。これ
は、PTFEテロマー被膜の場合、軸受の滑り面で大き
な剪断を受けても二硫化モリブデンや軟質金属のように
微細粉にならず、軸受外部への発塵をほとんど零に抑え
られるためと考えられる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、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1×103〜3×1
03のポリテトラフルオロエチレン(PTFEテロマー)
からなる潤滑被膜を形成し、かつ、少なくとも転動体を
セラミックス製としたものであるから、次のような効果
を奏する。
【0016】すなわち、PTFEテロマーを固体潤滑剤
として用いることにより、非導電性で、かつ潤滑性およ
び耐久性に優れた固体潤滑被膜が得られる。したがっ
て、転がり摩擦または滑り摩擦を生ずる部位にこのPT
FEテロマーからなる潤滑被膜を形成した転がり軸受
は、従来のPTFE固体潤滑剤を使用したものに比べて
耐久性が大幅に向上する。しかも、既述のようにPTF
Eテロマーからなる潤滑被膜は、低発塵性、大気・
真空両用可能、低トルク(MoS2スパッタ被膜と同程
度)、耐熱性(被膜の軟化点は320℃以上であ
る。)、耐蝕性(被膜は酸やアルカリに侵されな
い。)、といった諸特性を備えているので、特に半導体
製造分野で使用される転がり軸受の潤滑に用いるとき顕
著な効果を発揮するものである。
【0017】とくに、PTFEテロマー被膜は真空中の
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。
【0018】また、少なくとも転動体をセラミックス製
としたことにより、耐久性、低発塵性に加えて耐蝕性、
耐熱性といった特性が付加される。セラミックスは自己
潤滑性を有し摩耗が少ないことから発塵量は少ないが、
PTFEテロマーからなる潤滑被膜を設けることによっ
て低発塵性が一層向上する。したがって、セラミックス
とPTFEテロマー被膜を併用した転がり軸受は、耐蝕
性、耐熱性とともに低発塵性が要求される半導体製造製
造設備用に使用するときとりわけその有利さを発揮す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示す転がり軸受の断面図で
ある。
【図2】PTFEテロマー被膜がある場合の発塵量の測
定結果を示す図である。
【図3】被膜なしの場合の発塵量の測定結果を示す図で
ある。
【符号の説明】
1 内輪 2 外輪 3 転動体 1a、2a、3a 潤滑被膜(PTFEテロマー)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−112820(JP,A) 特開 平3−119095(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16C 33/58 F16C 33/32 F16C 33/66

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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
    レンを被膜処理するとともに150℃以上で加熱して焼
    き付けすることにより潤滑被膜を形成し、かつ、少なく
    とも転動体をセラミックス製としたことを特徴とする半
    導体製造設備用転がり軸受。
JP3136083A 1991-06-07 1991-06-07 半導体製造設備用転がり軸受 Expired - Lifetime JP3006631B2 (ja)

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