JP5267196B2 - 転がり軸受、保持器、金型、搬送ロボット、及び半導体製造装置 - Google Patents
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Description
図11に示す4点接触玉軸受101は、ラジアル荷重と軸両方向のアキシャル荷重及びモーメント荷重を受けられる転がり軸受であって、外周面に内輪軌道面102aを有する内輪102と、内周面に外輪軌道面103aを有する外輪103と、内輪軌道面102aと外輪軌道面103aとの間に転動自在に設けられた複数個の転動体(ボール)104とを備えている。そして、複数個の転動体104は、樹脂製の保持器105により回転自在に保持されている。この保持器105には、複数個の転動体105を保持案内する複数のポケット105aが設けられ、各ポケット105aには、転動体104をポケット105a内に装填するための開口105bが設けられている。
図15に示す合成樹脂保持器の製造方法は、金型のキャビティ内に一つのゲート304を通して溶融樹脂を充填し、奇数個の転動体保持用のポケット302が柱状部303を挟んで円周等間隔に設けられている合成樹脂製の保持器301を射出成形する合成樹脂保持器の製造方法において、ゲート304を保持器301の柱状部303に対応する位置に臨ませて配置し、このゲート304を通過して二方向に分流した溶融樹脂のうち何れか一方の溶融樹脂の一部を、キャビティに連通させた樹脂溜め部305に流入させて、保持器301の中心を挟んでゲート304と対向するポケット302に隣接する柱状部303にて(ウェルドラインWにて)、分流した溶融樹脂どうしを合流させた後、保持器301と樹脂溜め部305に流入した樹脂とを分離させるようにしている。
即ち、図15及び図16に示す合成樹脂保持器の製造方法のいずれの場合においても、ゲート304,404の先端が、保持器301の外郭表面を構成するキャビティの外郭表面に面一に配置されている。このゲートの先端が保持器の外郭表面を構成するキャビティの外郭表面に面一に配置されている場合の問題点について、図17乃至図19を参照して説明する。
従って、本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、保持器のゲート部分を中心とした屈曲を抑制した保持器を備えた転がり軸受、保持器、金型、搬送ロボット、及び半導体製造装置を提供することにある。
また、本発明のうち請求項2に係る転がり軸受は、請求項1記載の転がり軸受において、前記合成樹脂材が、ポリエーテルエーテルケトンまたは芳香族ポリイミドであることを特徴としている。
(1)官能基を有するふっ素重合体とパーフルオロエーテルとを含有する潤滑被膜。
(2)上記(1)に記載の潤滑被膜にふっ素樹脂を添加した潤滑被膜。
(3)アルキル化シクロペンタンまたはポリフェニルエーテルを主成分とする潤滑油とふっ素樹脂とを含有する潤滑剤からなる潤滑被膜。
また、本発明のうち請求項4に係る搬送ロボットは、請求項1乃至3のうちいずれか一項に記載の転がり軸受を備えたことを特徴としている。
また、本発明のうち請求項5に係る半導体製造装置は、請求項1乃至3のうちいずれか一項に記載の転がり軸受を備えたことを特徴としている。
また、本発明のうち請求項6に係る保持器は、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、前記複数個の転動体を回転自在に保持する樹脂製の保持器とを備え、該保持器が、金型のキャビティ内にゲートを通して合成樹脂材を射出成形することによって製造される転がり軸受に用いられる保持器であって、前記転がり軸受が下記で定義される薄肉軸受である保持器において、前記ゲートが前記保持器の外郭表面を構成する前記キャビティの外郭表面から前記キャビティ内に突出しており、製造された前記保持器のゲート部分が外郭表面よりも内側に凹んでおり、前記キャビティ内に突出する前記ゲートが前記合成樹脂材を射出するエッジ部から前記キャビティの外郭表面に向けて外形が曲線となっていることを特徴とする保持器。
薄肉軸受の定義:軸受断面高さ/内径寸法<0.187となる転がり軸受。
更に、本発明のうち請求項7に係る金型は、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、前記複数個の転動体を回転自在に保持する樹脂製の保持器とを備え、該保持器が、金型のキャビティ内にゲートを通して合成樹脂材を射出成形することによって製造される転がり軸受に用いられる保持器の成形に使用される金型であって、前記転がり軸受が下記で定義される薄肉軸受である金型において、前記ゲートが前記保持器の外郭表面を構成する前記キャビティの外郭表面から前記キャビティ内に突出しており、製造された前記保持器のゲート部分が外郭表面よりも内側に凹んでおり、前記キャビティ内に突出する前記ゲートが前記合成樹脂材を射出するエッジ部から前記キャビティの外郭表面に向けて外形が曲線となっていることを特徴としている。
薄肉軸受の定義:軸受断面高さ/内径寸法<0.187となる転がり軸受。
図1に示す転がり軸受1は、外周面に内輪軌道面2aを有する内輪2と、内周面に外輪軌道面3aを有する外輪3と、内輪軌道面2aと外輪軌道面3aとの間に転動自在に設けられた複数個の転動体(ボール)4と、複数個の転動体4を回転自在に保持する樹脂製の保持器5とを備えている。この保持器5には、複数個の転動体4を保持案内する複数のポケット5aが設けられ、各ポケット5aには、転動体4をポケット5a内に装填するための開口5bが設けられている。また、内輪軌道面2a、外輪軌道面3aおよび転動体4の転動面には、潤滑量を管理したオイルまたはグリースによる潤滑被膜(図示せず)で潤滑されている。そして、製造された製品の保持器5のゲート部分6は、図1(A)、図1(B)に示すように、外郭部分よりも内側に凹んで構成されている。
図2に示すように、保持器5の形状を画定するキャビティ14は、金型11とこの金型11と対向する金型12によって画定され、一方の金型11に設けられたゲート13からキャビティ14内に合成樹脂材を射出成形することによって保持器5は製造される。ここで、金型11と金型12とは、保持器5の上下方向で合わされるようになっている。
次に、図4乃至図6を参照して保持器を板厚方向の側面(外径側面または内径側面)にゲートを配置して製造する製造方法を説明する。図2に示す製造方法においては、ゲート13が、保持器5の外郭表面(保持器5の上側面)を構成するキャビティ14の外郭表面15からキャビティ14内に突出するように構成されているのに対して、図5に示す製造方法においては、ゲート13が、保持器5の外郭表面(保持器5の板厚方向の側面)を構成するキャビティ14の外郭表面15からキャビティ14内に突出するように構成されている点で相違する。
軸受寸法:内径Φ203mm
圧力:1×10-4Pa
回転条件:揺動180度、40サイクル/min
試験荷重:アキシャル荷重のみ
潤滑:ふっ素オイル2.9g/m2塗布
温度:常温
保持器5をこれらの合成樹脂材とすれば、金属製のものに比べて以下の効果がある。つまり、合成樹脂材製の保持器5は、保持器自体が局所的に変形しやすいので、二個の転動体4によって保持器5の柱が挟まれて、内輪2や外輪3に押し付けられることがあっても、容易に変形して、内外輪2,3との摺動面圧を自動的に低下させることができる。それにより、金属製の保持器で発生する保持器の飛び出しや破損がなくなり、また、保持器の摩耗も少なくなる。
つまり、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)またはPI(芳香族ポリイミド)であれば、その融点が高く(例えばPEEKは343℃)、そのため、200℃程度まで使用可能である。加えてこれら樹脂材料は、低アウトガス性に優れているため、高温且つ高真空環境下であっても、放出ガス量が少なく環境を汚染しない。従って、高温高真空環境下で耐久性のある、低アウトガス性の優れる軸受を構築する上で好適である。
(1)官能基を有するふっ素重合体とパーフルオロエーテルとを含有する潤滑被膜。
(2)上記(1)に記載の潤滑被膜にふっ素樹脂を添加した潤滑被膜。
真空用軸受は、軸受自身が汚染源にならないように、低アウトガス性が要求されるものであるが、この真空用軸受である転がり軸受1は、十分にアウトガス性を維持したまま、潤滑不良を生じることのない潤滑量として、オイルまたはグリースによる潤滑被膜の厚みを1〜10g/m2の所定の薄膜潤滑としている。
まず、アウトガス試験を実施した。図7に、転がり軸受1の放出ガス量を測定するためのアウトガス試験装置の概略を示す。同図において、符号21は真空槽、22はオリフィス、23はヒータ、24はターボポンプ、25は補助ポンプ、26は第1真空計、27は第2真空計である。転がり軸受1(試料軸受)からのアウトガスは、この軸受に塗布されている(あるいは充填されている)潤滑剤からのものがほとんどである。
Q=C(P1−P2) (式1)
この測定方法によって、潤滑剤として塗布したふっ素オイルの被膜厚さをパラメータにして、放出ガス量の変化を調べた。この測定方法により、潤滑被膜の被膜厚さと放出ガス量との関係が求められる。結果を図8に示す。なお、測定条件は以下のとおりである。
潤滑剤:ふっ素オイル(塗布)
軸受装着状態:横置き、静置
温度:100℃
圧力:8×10-6Pa
図8に示す測定結果によると、潤滑剤としてふっ素オイルの被膜厚さが増加するほど、つまり潤滑剤の量が増えるほど、放出ガス量は大きくなる。そして、潤滑被膜の被膜厚さが12g/m2に達すると、真空用グリースを充填した時の放出ガス量と変わらなくなることがわかる。
潤滑剤:ふっ素オイル(塗布)
パラメータ:潤滑剤の被膜厚さ
軸受姿勢:垂直軸
回転速度:150min−1
温度:100℃
圧力環境:真空
終了条件:1.軸受トルクが初期値の2倍を超えた時。
2.あるいは、総回転数が107回転を超えた時(注)。
(注)107回転は、薄膜潤滑の薄肉軸受の走行距離として必要十分とされる回転数。
試験結果を上記図8に併せてプロットしたのが、同図中の符号△である。
潤滑被膜を、DFO潤滑による被膜として例について上記図7に示すアウトガス試験装置によって確認試験を行った。本実施例では、ふっ素オイルを塗布した例、DFO(PFPE基油)潤滑の例、およびDFO(MAC基油)潤滑によって確認試験を行った。結果を図9に示す。なお、試験条件は上述のアウトガス試験と同一である。ただし、潤滑被膜の厚さは、いずれも2g/m2とした。
同図に示すように、DFO潤滑による被膜は、ふっ素オイルを塗布した例に比べて、放出ガスの量が少なく、アウトガス性に優れていることがわかる。
従って、図9に示す結果と図10に示す結果とからDFO潤滑による軸受は、ふっ素オイルを塗布した潤滑被膜による軸受に比べて、低アウトガス性に優れていることに加えて、耐久性にも優れていることがわかる。
例えば、転動体4はボールの場合のみならず、ローラ(円筒ころ)であってもよい。
また、転がり軸受1は、真空環境下で使用される真空用軸受に限らず、種々の用途の転がり軸受に適用可能である。
2 内輪
2a 内輪軌道面
3 外輪
3a 外輪軌道面
4 転動体
5 保持器
5a ポケット
5b 開口
5c スカート部
6 ゲート部分
11,12 金型
13 ゲート
13a エッジ部
13b 曲線
14 キャビティ
15 キャビティの外郭表面
Claims (7)
- 外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、前記複数個の転動体を回転自在に保持する樹脂製の保持器とを備え、該保持器が、金型のキャビティ内にゲートを通して合成樹脂材を射出成形することによって製造される転がり軸受であって、該転がり軸受が下記で定義される薄肉軸受である転がり軸受において、
前記ゲートが前記保持器の外郭表面を構成する前記キャビティの外郭表面から前記キャビティ内に突出しており、製造された前記保持器のゲート部分が外郭表面よりも内側に凹んでおり、
前記キャビティ内に突出する前記ゲートが前記合成樹脂材を射出するエッジ部から前記キャビティの外郭表面に向けて外形が曲線となっていることを特徴とする転がり軸受。
薄肉軸受の定義:軸受断面高さ/内径寸法<0.187となる転がり軸受。 - 前記合成樹脂材が、ポリエーテルエーテルケトンまたは芳香族ポリイミドであることを特徴とする請求項1記載の転がり軸受。
- 前記内輪軌道面、前記外輪軌道面および前記転動体の転動面の少なくとも一つがオイルまたはグリースによる潤滑被膜で潤滑されており、前記潤滑被膜の厚みが1〜10g/m2であるか、または前記潤滑被膜が以下の(1)〜(3)の3種類のうちいずれかであるDFO潤滑による被膜であることを特徴とする請求項1又は2記載の転がり軸受。
(1)官能基を有するふっ素重合体とパーフルオロエーテルとを含有する潤滑被膜。
(2)上記(1)に記載の潤滑被膜にふっ素樹脂を添加した潤滑被膜。
(3)アルキル化シクロペンタンまたはポリフェニルエーテルを主成分とする潤滑油とふっ素樹脂とを含有する潤滑剤からなる潤滑被膜。 - 請求項1乃至3のうちいずれか一項に記載の転がり軸受を備えたことを特徴とする搬送ロボット。
- 請求項1乃至3のうちいずれか一項に記載の転がり軸受を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
- 外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、前記複数個の転動体を回転自在に保持する樹脂製の保持器とを備え、該保持器が、金型のキャビティ内にゲートを通して合成樹脂材を射出成形することによって製造される転がり軸受に用いられる保持器であって、前記転がり軸受が下記で定義される薄肉軸受である保持器において、
前記ゲートが前記保持器の外郭表面を構成する前記キャビティの外郭表面から前記キャビティ内に突出しており、製造された前記保持器のゲート部分が外郭表面よりも内側に凹んでおり、
前記キャビティ内に突出する前記ゲートが前記合成樹脂材を射出するエッジ部から前記キャビティの外郭表面に向けて外形が曲線となっていることを特徴とする保持器。
薄肉軸受の定義:軸受断面高さ/内径寸法<0.187となる転がり軸受。 - 外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、前記複数個の転動体を回転自在に保持する樹脂製の保持器とを備え、該保持器が、金型のキャビティ内にゲートを通して合成樹脂材を射出成形することによって製造される転がり軸受に用いられる保持器の成形に使用される金型であって、前記転がり軸受が下記で定義される薄肉軸受である金型において、
前記ゲートが前記保持器の外郭表面を構成する前記キャビティの外郭表面から前記キャビティ内に突出しており、製造された前記保持器のゲート部分が外郭表面よりも内側に凹んでおり、
前記キャビティ内に突出する前記ゲートが前記合成樹脂材を射出するエッジ部から前記キャビティの外郭表面に向けて外形が曲線となっていることを特徴とする金型。
薄肉軸受の定義:軸受断面高さ/内径寸法<0.187となる転がり軸受。
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