JPH1162979A

JPH1162979A - リンク機構

Info

Publication number: JPH1162979A
Application number: JP23787797A
Authority: JP
Inventors: Toyohisa Yamamoto; 豊寿山本; Takeshi Saito; 剛斉藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1997-08-20
Filing date: 1997-08-20
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】塵埃の発生が少なくて半導体製造装置や液晶
パネル製造装置などの清浄な雰囲気を必要とする環境
下、真空環境下や腐食性雰囲気環境下でも使用すること
ができるリンク機構を提供する。【解決手段】少なくとも保持器２６の表面に無電解ニ
ッケル被膜２０を介してフッ素樹脂被膜２１が被膜され
ている軸受をリンク機構１に用いたもので、リンク機構
１は２つの帯状のリンク２，３を有し、それぞれの一端
部に形成された止め孔７には転がり軸受４，５が内嵌さ
れている。リンク２，３は転がり軸受４，５を介して揺
動自在に連結されている。転がり軸受４が内嵌されるリ
ンク２の表面にはその中心軸に対して同心円状の溝６が
形成されており、対向する他方のリンク３の表面との間
でラビリンス構造を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クリーンルーム，
半導体製造装置や液晶パネル製造装置など清浄な雰囲気
を必要とする環境下、あるいは真空，高温，腐食性雰囲
気環境下でも使用できる少なくとも２つのリンクの関節
部を有するリンク機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平５−６０１４３号公報や特
開平７−４２７４２号公報に示されるリンク機構は、２
つのリンクの各一端に形成された貫通孔のそれぞれに転
がり軸受を１つずつ内嵌し、両転がり軸受の内周部に１
本の軸の両端部分を内嵌する。

【０００３】転がり軸受としては、一般的な保持器を有
する深溝型玉軸受が用いられており、潤滑剤として通常
グリースが充填される。軸受の作動時にグリースが軸受
の外部に飛散したり、高温や真空環境下でグリースを使
用した場合、これらの蒸発によりガスが放出されるの
で、軸受外部の環境が汚染されてしまう。

【０００４】このため、クリーンルーム，半導体製造装
置，液晶パネル製造装置などのように清浄な環境を必要
とする場合や真空環境下では通常のグリースを用いて潤
滑を行う構造の軸受を使用することができない。

【０００５】清浄な環境を必要とする半導体製造装置、
液晶パネル製造装置などや真空環境下では、保持器に固
体潤滑剤などを混合した自己潤滑性を有する複合材を用
いた固体潤滑軸受や、軸受の各構成要素の表面に予め固
体潤滑剤からなる被膜を形成した固体潤滑軸受や、蒸気
圧が低くちょう度が小さいフッ素系グリースを用いて潤
滑する構造の軸受が使用されている。

【０００６】自己潤滑性を有する保持器を組み込んだ軸
受では、軸受の作動に伴って保持器と転動体が摺動する
と、保持器から転動体、内輪軌道、外輪軌道に移着して
形成される薄い固体潤滑膜により軸受の潤滑が行われ
る。また、固体潤滑被膜を形成した軸受では、予め軸受
の各構成要素の表面に形成された被膜がせん断、へき開
などを起こして母材の直接接触を防止することにより軸
受の潤滑が行われる。

【０００７】また一方、従来のリンク機構として特開平
５−１９１１７２号公報に示されるリンク機構の関節部
に用いられる転がり軸受は、セラミックスからなる玉で
かつ無潤滑である総玉形式の軸受構造を有する。

【０００８】また、近年、半導体素子を始めとする各種
電子素子では、高集積化や微細化などが進んでいる。こ
れに伴い、製造過程中に半導体素子などの表面に付着す
る微小なパーティクルが製品の性能、信頼性、歩留まり
などに及ぼす影響が増大している。このため、半導体製
造装置などのように清浄な環境を必要とする場所で使用
される搬送ロボットなどのリンク機構に対し、リンク機
構から外部に飛散する粒子およびガスなどが少ないこと
が要求され、その要求はますます高まる傾向にある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、固体潤
滑軸受を用いた従来のリンク機構では、いずれも保持器
や被膜などの摺動に伴って摺動部から摩耗粒子などが発
生し、脱落することは避けられない。しかも、２つのリ
ンクの互いに対向する表面は平面であるので、発生した
摩耗粒子などはこれら表面の隙間を通過するなどしてリ
ンク機構の外部に飛散してしまう。

【００１０】また、フッ素系グリースで潤滑する構造の
リンク機構でも、軸受の作動に伴ってグリースがせん断
され、遠心力により２つのリンクの互いに対向する表面
の隙間を通過してリンク機構の外部に飛散してしまう。

【００１１】さらに、転がり軸受としてクロスローラ型
を使用し、耐負荷荷重性や耐モーメント荷重性を向上し
たものが実用化されているが、クロスローラ型は玉軸受
と比較して小型化が難しく、しかも回転トルクが大きく
軸受の内部空間が小さく封入可能な潤滑剤量も制限され
てしまうので、潤滑特性に劣ってしまう。

【００１２】一方、セラミックスからなる玉でかつ無潤
滑である総玉形式の軸受構造を有する転がり軸受では、
塵挨の１つの原因となる潤滑剤がないので、作動初期に
発塵が少ないが、無潤滑であるので、作動時間とともに
軸受材料が摩耗し、発塵や回転トルクが急激に増加した
り、焼き付いてしまう場合がある。さらに、軸受材料の
摩耗により表面が荒れ、リンク機構の作動が滑らかでな
くなり、振動が発生したり、位置決め精度が低下したり
してウエハや液晶パネルなどのハンドリングに問題が生
じる。

【００１３】また、転がり軸受はリンクの各一端に形成
された貫通孔に内嵌されているので、転がり軸受の側面
が外部環境にむき出しにならないように貫通孔を塞ぐシ
ールプレートなどが必要である。

【００１４】このように、従来のリンク機構では、前述
した要求に十分に対応できていない状況にある。

【００１５】そこで、本発明は塵埃の発生が少なくて半
導体製造装置や液晶パネル製造装置などの清浄な雰囲気
を必要とする環境下、真空環境下や腐食性雰囲気環境下
でも使用することができるリンク機構を提供することを
目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のリンク機構は、少なくとも２つのリンクを揺動自在に
連結する関節部に転がり軸受を用いたリンク機構におい
て、転がり摩擦またはすべり摩擦が生じる前記転がり軸
受の表面のうち、少なくとも保持器の表面に無電解ニッ
ケル被膜を形成し、該無電解ニッケル被膜の上にフッ素
樹脂被膜が成膜されたことを特徴とする。これにより、
無電解ニッケル被膜の投錨効果によりフッ素樹脂被膜の
保持器などの表面に対する密着性が向上すると共に、過
度のフッ素樹脂の転移が防止され、発塵が抑制されると
ともに、長期にわたり優れた潤滑性が維持され、リンク
が長時間滑らかに作動し、初期の運動安定性や位置決め
精度などが長期間維持される。

【００１７】また、保持器の表面に形成される無電解ニ
ッケル被膜内にフッ素樹脂からなる粒子を含浸させるこ
とが好ましい。無電解ニッケル被膜には、通常、微細な
クラックや空孔が存在するが、これらの部分にフッ素樹
脂被膜の成膜と同時に、フッ素樹脂粒子を含浸すること
によりフッ素樹脂被膜と無電解ニッケル被膜との密着性
がより向上する。さらに、フッ素樹脂被膜が摩耗により
消失した後でも、含浸したフッ素樹脂粒子が潤滑剤とし
て機能するので、フッ素樹脂被膜単独の場合と比較して
潤滑寿命が延長される。しかも、無電解ニッケル被膜の
クラックや空孔がフッ素樹脂粒子により閉塞されている
ので、耐食性が向上し、錆による発塵を防止することが
できる。

【００１８】さらに、転がり軸受では、セラミックスで
形成された転動体と、表面に無電解ニッケル被膜を介し
てフッ素樹脂被膜が形成された転動体とが交互に配置さ
れていることが好ましい。この無電解ニッケル被膜内に
はフッ素樹脂からなる粒子が含浸されていることがより
好ましい。セラミックスとして、窒化ケイ素，炭化ケイ
素，サイアロン，部分安定化ジルコニア，アルミナ等を
使用することができる。これにより、無電解ニッケル被
膜を介してフッ素樹脂からなる被膜、さらにこのフッ素
樹脂からなる粒子が無電解ニッケル被膜内に含浸されて
いる被膜を表面に被膜することにより得られる前述した
効果に加え、互いにすべり接触、あるいは転がり接触す
る箇所の材料を各々異種材料で構成することができ、同
種の材料で構成した場合よりも凝着摩耗が低減されるの
で、これに起因する摩耗や発塵を防止することができ
る。さらに、総玉形式の転がり軸受では、保持器を有す
る深溝玉軸受と比較して転動体の個数を増加させること
ができる。

【００１９】また、転がり軸受では、荷重を負荷する負
荷転動体と、荷重を負荷しない非負荷転動体とが交互に
配置されており、前記非負荷転動体はポリイミドあるい
はフッ素樹脂系の高分子材料で形成されており、前記負
荷転動体の表面には無電解ニッケル被膜を介してフッ素
樹脂からなる被膜が形成されていることが好ましい。さ
らに、フッ素樹脂からなる粒子が無電解ニッケル被膜内
に含浸されていることがより好ましい。これにより、フ
ッ素樹脂被膜やフッ素樹脂粒子が消失した後もポリイミ
ドあるいはフッ素樹脂系の高分子からなる保持器が潤滑
剤の供給源となり、さらに潤滑寿命を延長することがで
きる。

【００２０】さらに、フッ素樹脂被膜が成膜された後、
熱処理を行うことが好ましい。これにより、ニッケルメ
ッキ被膜の硬さが増加し、耐摩耗性が向上し、表面に吸
着または結合したフッ素樹脂粒子の密着性が向上すると
共に、負荷荷重に対する接触面の変形量を減少すること
ができ、転がり軸受としての剛性が増加する。

【００２１】また、リンクの各一端に転がり軸受を内嵌
する止め孔が形成されていることが好ましい。シールプ
レートを省略することができ、密閉不良による塵埃の出
入りを無くすことができる。

【００２２】また一方、転がり軸受が内嵌された２つの
リンクの互いに非接触に対向する表面の少なくとも一方
に前記転がり軸受の中心軸に対して同心円状の溝が形成
され、対向する他方のリンク表面との間にラビリンス構
造を形成することが好ましい。

【００２３】さらに、他方のリンク表面に同心円状の溝
と一定の隙間を介して対向する同心円状の凸部が形成さ
れることがより好ましい。

【００２４】ラビリンス構造を有するリンク機構では、
リンク機構の作動時に摺動部などから発生した摩耗粒子
などが２つのリンクの互いに対向する表面間に形成され
る隙間を通過する際、効果的に捕獲されて保持され、リ
ンク機構の外部に飛散することが防止される。したがっ
て、関節部の軸受などから発生した摩耗粒子などがリン
ク機構の外部に飛散することを効果的に防止し、リンク
機構の外部の環境を汚染することがなく、半導体製造装
置や液晶パネル製造装置などのように清浄な雰囲気を必
要とする用途に好適に使用することができ、また、真空
環境下でも使用することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明のリンク機構の実施の形態
について説明する。図１はリンク機構の関節部の構造を
示す断面図である。図２は図１の関節部を分解して示す
斜視図である。リンク機構１は２つの帯状のリンク２，
３を有し、それぞれの一端部に形成された止め孔７には
転がり軸受４，５が内嵌されており、リンク２，３は転
がり軸受４，５を介して揺動自在に連結されている。

【００２６】転がり軸受４が内嵌されるリンク２の表面
には転がり軸受４の中心軸に対して同心円状の溝６が形
成されており、対向する他方のリンク３の表面との間で
ラビリンス構造を形成する。このラビリンス構造によっ
て、関節部の転がり軸受などから発生する摩耗粒子が捕
獲されて保持されるので、リンク機構の外部に摩耗粒子
が飛散することが防止される。

【００２７】リンク２，３の材質および形状は特に限定
されるものではなく、アルミニウム合金やチタン合金な
どの軽量合金を材質とすることによりリンクを軽量化で
きる。また、止め孔７に転がり軸受４，５を内嵌するこ
とにより、シールプレートを省略することができ，リン
ク機構を単純化することができる。

【００２８】止め孔７では転がり軸受４，５を介して軸
９の両端が回転自在に支持されており、転がり軸受４，
５では軸９の段部と止め輪１３とで内輪１１が軸９に取
り付けられている。また、外輪１２は止め孔７の開口側
に設けられた止め輪１４により開口部から抜け出ないよ
うにされている。

【００２９】また、転がり軸受４，５に一定の予圧を負
荷する場合、一方の転がり軸受４、５の外輪１２と一方
の止め輪１４との間に波ワッシャ１５が装着される。

【００３０】このようにリンク機構１の関節部に用いら
れる転がり軸受４，５では、内輪１１と外輪１２との間
に保持器２６を介して複数の転動体２７が円周等間隔に
回転自在に保持されている。

【００３１】本実施形態では、少なくとも保持器２６の
表面に無電解ニッケル被膜２０を介してフッ素樹脂被膜
２１が被膜されている。図３は保持器２６の表面部分を
拡大して示す断面図である。無電解ニッケル被膜２０の
膜厚は特に限定されるものではなく、実用上１〜１０μ
ｍ程度（好ましくは３〜１０μｍ、更に好ましくは３〜
５μｍ）であることが望ましい。また、無電解ニッケル
被膜２０の表面にはフッ素樹脂被膜２１と保持器２６と
の密着性を向上させるために、微細な凹凸が形成されて
いることが好ましい。

【００３２】無電解ニッケル被膜２０は次亜リン酸塩等
を還元剤として成膜した無電解ニッケル−リン（Ｎｉ−
Ｐ）被膜、水素化ホウ素ナトリウムやアルミボラン類等
を還元剤として成膜した無電解ニッケル−ボロン（Ｎｉ
−Ｂ）被膜、ヒドラジン等を還元剤として成膜した無電
解ニッケル（Ｎｉ− ）被膜であり、好ましくは無電解
ニッケル−リン（Ｎｉ−Ｐ）被膜である。

【００３３】無電解ニッケル被膜２０は、例えば保持器
２６を有機溶剤洗浄、酸処理、電解洗浄を施した後，電
解ニッケルメッキによりサブミクロン程度のニッケル膜
を形成し、ニッケルメッキ浴に浸積して無電解メッキす
ることにより成膜される。メッキ条件は通常の無電解ニ
ッケルメッキと同様の条件で構わず、例えば、ｐＨ４．
５から５．５に調整され，液温９０℃程度の酸性硫酸ニ
ッケル浴で還元剤として次亜リン酸ナトリウムを用いて
行われる。更に耐食性が要求される場合には無電解Ｎｉ
−Ｗに代えて電解Ｎｉ−Ｗ被膜を用いてもよい。

【００３４】Ｎｉ−Ｗ合金被膜の形成には、電解メッキ
法が好適である。電解メッキに用いるメッキ液は、ニッ
ケル塩及びタングステン酸塩と、それらの金属イオンと
安定した錯イオンを形成する有機錯化剤を含む。具体的
には、例えば、ニッケル塩として、硫酸ニッケル（Ｎｉ
ＳＯ₄・６Ｈ₂Ｏ）、タングステン酸塩としては、タング
ステン酸ナトリウム（Ｎａ₂ＷＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）、有機錯
化剤としてクエン酸もしくは酒石酸を重量比でおよそ
７：７：１０の割合で含有せしめ、ｐＨを中性〜弱酸性
に調整した水溶液である。電解メッキは、温度６０〜８
０℃、電流密度８〜１２Ａ／ｄｍ２で被メッキ物である
内輪または外輪を陰極として、電解メッキすることによ
り、タングステン含有比率が少なくとも３５重量％であ
るＮｉ−Ｗ合金の被膜が厚さ２〜３５μｍに形成するこ
とができる。

【００３５】Ｎｉ−Ｗ合金の被膜を一部のみ形成すれば
足りる場合は、当該被膜を形成しない部分をマスキング
してメッキを施せば良い。

【００３６】また，フッ素樹脂は特に限定されるもので
はなく、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥ
と略す），ポリトリフロロエチレン，ポリトリフロロク
ロロエチレン，ヘキサフロロプロピレン，ポリビニルフ
ロライド，ポリビニリデンフロライドの単独重合体また
は共重合体等の周知のフッ素樹脂が使用可能であるが、
中でもＰＴＦＥの単独重合体が好ましく、例えば、テフ
ロン（米国デュポン社）やボリフロン（ダイキン工業
（株））の登録商標名で販売されているフッ素樹脂を好
適に使用できる。

【００３７】フッ素樹脂被膜２１は、上記フッ素樹脂か
らなる粒子と適当なバインダおよび界面活性剤とを適当
な溶剤に分散した溶液中（水溶液，アルコール等）に浸
積することにより成膜される。また、フッ素樹脂被膜２
１の膜厚は特に限定されるものではないが、実用上０．
１μｍ以上（０．１〜１μｍ）であることが望ましい。
このようにして成膜されたフッ素樹脂被膜２１は、無電
解ニッケル被膜２０が介在することにより、保持器２６
の表面に直接成膜される場合と比較してより強固に保持
器２６に密着する。

【００３８】ところで、無電解ニッケル被膜２０には、
通常、図３に示すように微細なクラック２２や空孔（図
示省略）が存在する。このようなクラック２２や空孔
は、フッ素樹脂被膜２１と無電解ニッケル被膜２０との
付着性を低下させたり、腐食性雰囲気等が通過して保持
器２６の母材が腐食される原因となる。

【００３９】そこで、耐食性が要求される環境下では、
保持器２６の表面にセラミックス被膜を成膜し、その上
に無電解ニッケル被膜２０を介してフッ素樹脂被膜２１
を被膜すると、保持器２６の腐食を防止することができ
る。その際、セラミックス材料としては、窒化チタン，
炭窒化チタン，窒化クロム等が密着性に優れており、特
に好適に使用できる。このセラミックス被膜の膜厚は、
１〜１０μｍであることが望ましい。成膜方法として
は、真空蒸着法やスパッタリング，イオンプレーティン
グ，イオンミキシング，ＣＶＤ法等公知の成膜技術を採
用することができる。

【００４０】また、特に腐食性の高い環境下で使用する
場合には、内輪１１、外輪１２および転動体２７の全体
を、窒化ケイ素，炭化ケイ素，サイアロン，部分安定化
ジルコニア，アルミナ等のセラミックスで作製すること
により耐食性が更に向上される。

【００４１】一方、無電解ニッケル被膜２０に存在する
微細なクラック２２や空孔は、上記フッ素樹脂被膜２１
に加え、フッ素樹脂被膜２１を形成するフッ素樹脂の粒
子をクラック２２や空孔に含浸させることにより閉塞さ
せてしまうことがより好ましい。この含浸は、フッ素樹
脂粒子、界面活性剤およびバインダを溶媒に分散させた
溶液中（水溶液，アルコール等）に保持器２６を浸積す
ることで実現される。浸積時間は約１０〜２０分の範囲
である。ここで、バインダおよび溶媒はフッ素樹脂被膜
２１の成膜時に使用されるものと同一である。

【００４２】フッ素樹脂粒子の粒径は、無電解ニッケル
被膜２０のクラック２２や空孔の大きさを考慮して選択
される。無電解ニッケル被膜２０の場合、クラック２２
の大きさは幅２〜３μｍ、深さ２〜３μｍ程度であり、
これらのデータからフッ素樹脂粒子の好ましい粒径は
０．１〜１μｍの範囲である。

【００４３】また、フッ素樹脂粒子分散溶液の浸積時の
液温は３０〜８０゜Ｃが好ましく、保持器２６の浸積時
間は１０〜２０分であることが好ましい。上記条件によ
り、フッ素樹脂粒子の含浸と同時にフッ素樹脂被膜２１
が成膜される。尚、含浸の有無は、ＸＰＳ（Ｘ線分光
法）による深さ方向分析、具体的には、アルゴンイオン
エッチングにより表面を物理的に削り取りながらＸＰＳ
分析を行うことで判定される。

【００４４】含浸処理を施すことで、フッ素樹脂粒子が
無電解ニッケル被膜２０のクラック２２や空孔に入り込
み、フッ素樹脂被膜２１と無電解ニッケル被膜２０との
密着性がより向上する。さらに、フッ素樹脂被膜２１が
摩耗により消失した後でも、フッ素樹脂粒子が新たな潤
滑剤の供給源となり、フッ素樹脂被膜２１単独の場合と
比較して潤滑寿命が延長される。しかも、無電解ニッケ
ル被膜２０のクラック２２や空孔がフッ素樹脂の粒子に
より閉塞されているので、腐食性雰囲気等がクラック２
２や空孔を通過して保持器２６の母材が腐食することを
抑制できる。

【００４５】このように含浸処理を施すことにより、潤
滑性に加えて腐食性も向上するので、耐食性を必要とす
る環境下において転がり軸受４、５を構成する内輪１
１、外輪１２、転動体２７は、フッ素樹脂被膜２１単独
の転がり軸受と異なり、必ずしも全てセラミックス製
（その表面または全体）である必要はなく、少なくとも
一つがセラミックス製であれば優れた耐久性が得られ
る。このことは、材料コスト的に有利である。

【００４６】さらに、浸積後、２００〜３００℃の温度
で２〜５時間の熱処理を行うことにより、ニッケルメッ
キ被膜の硬さが増加する。これにより、被膜の耐摩耗性
が向上し、含浸により表面に吸着または結合したＰＴＦ
Ｅ粒子の密着性が向上する。また、ニッケルメッキ被膜
の硬さが増加することにより、負荷荷重に対する接触面
の変形量が減少し、転がり軸受としての剛性が増加する
ので、リンクの撓みや変位値を減少することができる。

【００４７】なお、転がり軸受では、従来の軸受と同様
に内輪および外輪の一方の両端部にシールド板を設置す
ることも可能である。また、シールド板と外輪とのはめ
あい面にゴム等の弾性体を挟んだり、接着剤等を充填し
てはめあい面間のすきまをなくすと、軸受内部で発生し
た摩耗粒子等が軸受外部に飛散することをさらに効果的
に防止する。

【００４８】また、転がり軸受４，５には保持器付き深
溝玉軸受に限らず、アンギュラ軸受，クロスローラ軸
受，総玉転がり軸受などを用いることができる。さら
に、転がり軸受４，５を内嵌する孔は止め孔でも貫通孔
でもよい。

【００４９】また、転がり軸受４、５を内嵌するため
に、リンク２、３の各一端部に止め孔が形成されている
が、止め孔の代わりに貫通孔に打ち抜いてシールプレー
トを用いて密封する方法も考えられるが、部品点数が多
くなることの他、リンクの揺動によるゆるみ防止、密閉
不良により塵埃の出入などの防止の点から止め孔のよう
な有底型にする方が好ましい。

【００５０】尚、リンク機構１の関節部における転がり
軸受４、５としては、前述した保持器付き深溝玉軸受に
限らず、総玉形式の転がり軸受であってもよい。この場
合、転動体の表面には無電解ニッケル被膜を介してフッ
素樹脂被膜が成膜され、さらにフッ素樹脂からなる粒子
が無電解ニッケル被膜内に含浸される（実施例５参
照）。

【００５１】これにより、無電解ニッケル被膜を介して
フッ素樹脂からなる被膜、さらにフッ素樹脂からなる粒
子が無電解ニッケル被膜内に含浸されている被膜を表面
に被膜することにより得られる前述した効果に加え、転
動体の個数を、従来の保持器を有する一般的な深溝玉軸
受と比較して増加させることができ、転がり軸受の許容
負荷荷重を向上できる。

【００５２】また、総玉形式の転がり軸受４、５として
は、セラミックスからなる転動体と、表面に無電解ニッ
ケル被膜を介してフッ素樹脂からなる被膜が成膜され、
さらにこのフッ素樹脂からなる粒子が無電解ニッケル被
膜内に含浸されている転動体とが交互に配置されたもの
でもよい（実施例６参照）。

【００５３】セラミックスとして、窒化ケイ素，炭化ケ
イ素，サイアロン，部分安定化ジルコニア，アルミナ等
を使用することができる。これにより、無電解ニッケル
被膜を介してフッ素樹脂からなる被膜、さらにこのフッ
素樹脂からなる粒子が無電解ニッケル被膜内に含浸され
ている被膜を表面に被膜することにより得られる前述し
た効果に加え、互いにすべり接触、あるいは転がり接触
する箇所の材料を各々異種材料で構成することができ、
同種の材料で構成した場合よりも凝着摩耗が低減される
ので、これに起因する摩耗や発塵を防止することができ
る。

【００５４】さらに、総玉形式の転がり軸受４、５とし
ては、ボリイミドあるいはフッ素樹脂系の高分子材料で
形成される転動体と、表面に無電解ニッケル被膜を介し
てフッ素樹脂からなる被膜が成膜され、さらにこのフッ
素樹脂からなる粒子が無電解ニッケル被膜内に含浸され
ている転動体とが交互に配置されたものでもよい（実施
例７参照）。

【００５５】これにより、無電解ニッケル被膜を介して
フッ素樹脂からなる被膜、さらにこのフッ素樹脂からな
る粒子が無電解ニッケル被膜内に含浸されている被膜表
面に被膜することにより得られる前述した効果に加え、
転動体の表面に形成されたフッ素樹脂被膜やフッ素樹脂
粒子が消失した後も、ポリイミドあるいはフッ素樹脂系
の高分子からなる転動体が潤滑剤の供給源となり、さら
に潤滑寿命を延長することができる。

【００５６】また一方、リンク２、３の対向する表面に
形成されるラビリンス構造は種々変形可能である。図４
は他の実施形態におけるリンク機構の要部を拡大して示
す断面図である。このリンク機構では、転がり軸受４が
内嵌されたリンク２の表面にその中心軸に対して同心円
状の溝１０６が２本形成されており、対向する他方のリ
ンク３の表面に溝１０６と同様の溝１０９が形成されて
いる。

【００５７】このラビリンス構造では、溝１０６および
溝１０９が対向するように配置されているので、関節部
の転がり軸受などから発生した摩耗粒子などは捕獲され
て保持され、リンク機構の外部に飛散することが効果的
に防止される。

【００５８】図５は他の実施形態におけるリンク機構の
要部を拡大して示す断面図である。このリンク機構で
は、転がり軸受４が内嵌されたリンク２の表面にその中
心軸に対して同心円状の溝２０６が２本形成されてお
り、対向する他方のリンク３の表面に溝２０６と異なる
半径の溝２０９が形成されている。

【００５９】このラビリンス構造では、溝２０６および
溝２０９が交互に配置されているので、関節部の転がり
軸受などから発生した摩耗粒子などは捕獲されて保持さ
れ、リンク機構の外部に飛散することが効果的に防止さ
れる。

【００６０】図６は他の実施形態におけるリンク機構の
要部を拡大して示す断面図である。このリンク機構で
は、転がり軸受５が内嵌されたリンク３の表面にその中
心軸に対して同心円状の溝３０６が１本形成されてお
り、対向する他方のリンク２の表面に凸部３１０が形成
されている。

【００６１】このラビリンス構造では、溝３０６および
凸部３１０が一定の隙間を介して非接触に対向するよう
に配置されているので、関節部の転がり軸受などから発
生した摩耗粒子などは捕獲されて保持され、リンク機構
の外部に飛散することが効果的に防止される。

【００６２】図７はリンク機構発塵試験装置の構成を概
略的に示す図である。このリンク機構発塵試験装置１３
では、試験リンク機構１におけるリンク２の一端はシャ
フト１５に固定されており、モータ１６により磁性流体
シール付き回転導入機１７およびシャフト１５を介して
揺動する。また、試験リンク機構１における他方のリン
ク３の先端は、外壁内側天井面にステンレス線１８で固
定されている。

【００６３】また、このリンク機構発塵試験装置１３は
クラス１００レベルのクリーンベンチ内に設置されてお
り、軸受の回転に伴って試験リンク機構１から発生する
塵埃はレーザ光散乱式のパーティクルカウンタ１９に導
かれ、発塵粒子の個数が計測される。

【００６４】このリンク機構発塵試験装置１３を用い
て、リンク機構から外部に飛散する粒子数を計測した際
の試験条件はつぎの通りである。・雰囲気：大気，常温・リンク：長さ８０ｍｍ，幅３０ｍｍ，厚さ
１０ｍｍ・関節部転がり軸受：型番６０８玉軸受（内輪：８ｍ
ｍ，外輪：２２ｍｍ，幅７ｍｍ）・転がり軸受の予圧：１９．６Ｎ・揺動角度：９０゜・揺動速度：６０Ｈｚ

【００６５】

【実施例】リンク機構の実施例を説明する。表１に実施
例１〜１７および比較例１、２を示す。

【００６６】

【表１】実施例１〜１７および比較例１、２では、リンク機構１
の関節部における転がり軸受４、５を構成する内輪１
１、外輪１２、保持器２６および転動体２７をそれぞれ
表１に示す材料で、リンク２，３をアルミニウム合金、
軸９をステンレス鋼で作製した。尚、実施例１〜１７お
よび比較例１、２では溝６が形成されていない。また無
電解ニッケル被膜は無電解ニッケル−リン（Ｎｉ−Ｐ）
被膜である。

【００６７】無電解ニッケル被膜を保持器に成膜する場
合は１０μｍの膜厚であり、転動体、内外輪に成膜する
場合には３μｍの膜厚である。実施例１では、ＰＴＦＥ
被膜はＰＴＦＥ粒子が分散した溶液に保持器２６を浸積
し、その後３００℃で３時間熱処理することにより１μ
ｍの膜厚に成膜された。

【００６８】一方、実施例２〜４では保持器２６の表面
に、実施例５〜７では転動体２７の表面に、各々実施例
２〜４の場合は、膜厚１０μｍ、実施例５〜７の場合
は、膜厚３μｍの無電解ニッケル被膜を介し、平均粒径
０．４μｍのＰＴＦＥ粒子をバインダとともに分散した
液温４０℃の溶液に２０分間浸積した後、３００℃で３
時間熱処理して膜厚１μｍのＰＴＦＥ被膜を成膜すると
共に、ＰＴＦＥ粒子を含浸させた。

【００６９】実施例３、４では、転動体を各々窒化ケイ
素（Ｓｉ₃Ｎ₄）および部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）
で作製した。

【００７０】実施例５〜７では、保持器のない総玉形式
の転がり軸受とし、実施例５では、全ての転動体の表面
に無電解ニッケル被膜を介してＰＴＦＥ被膜を成膜し、
かつＰＴＦＥ粒子を含浸した。

【００７１】実施例６および実施例７では、それぞれ窒
化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）およびＰＴＦＥからなる転動体
と、表面に無電解ニッケル被膜を介してＰＴＦＥ被膜が
成膜され、かつＰＴＦＥ粒子を含浸した転動体とを交互
に配置した。但し、実施例７ではＰＴＦＥからなる転動
体の直径は僅かに小さくした。

【００７２】また、実施例８では、転動体、保持器の表
面に無電解ニッケル被膜を介してＰＴＦＥ被膜が成膜さ
れ、かつＰＴＦＥ粒子を含浸した。実施例９では、ＰＴ
ＦＥからなる転動体と、表面に無電解ニッケル被膜を介
してＰＴＦＥ被膜が成膜され、かつＰＴＦＥ粒子を含浸
した転動体とを交互に配置すると共に、保持器の表面に
も無電解ニッケル被膜を介してＰＴＦＥ被膜が成膜さ
れ、かつＰＴＦＥ粒子を含浸した。

【００７３】実施例１０、１１では、それぞれ実施例
８、９の処理に加え、さらに内輪、外輪の表面にも無電
解ニッケル被膜を介してＰＴＦＥ被膜が成膜され、かつ
ＰＴＦＥ粒子を含浸した。

【００７４】実施例１２，１３，１４では、それぞれ実
施例２，３，４の処理を加え、さらに内輪、外輪の表面
にも無電解ニッケル被膜を介してＰＴＦＥ被膜が成膜さ
れ、かつＰＴＦＥ粒子を含浸した。

【００７５】実施例１５，１６，１７では、それぞれ実
施例５，６，７の処理に加え、さらに内輪、外輪の表面
にも無電解ニッケル被膜を介してＰＴＦＥ被膜が成膜さ
れ、かつＰＴＦＥ粒子を含浸した。

【００７６】一方、比較例１では保持器にＰＴＦＥ焼成
膜を被膜し、比較例２では保持器に銀被膜を施した。

【００７７】表１に併記された試験結果では、各転がり
軸受を用いたリンク機構からの発塵量は比較例１の発塵
量を１０００として相対値で表されている。実施例１〜
１１のリンク機構では、保持器にＰＴＦＥ焼成膜や銀被
膜が施された比較例１、２のリンク機構と比較して発塵
量が極めて少ないことがわかる。

【００７８】また、実施例８、９および１２〜１７で
は、フッ素樹脂の移着が不十分である回転初期に、保持
器だけに成膜されている実施例１〜４と比べて転動体あ
るいは内外輪に成膜されているので、転動体と軌道輪と
の金属接触を一層防止することができ、それだけ実施例
１〜７に比べて発塵量が少ないことが分かる。

【００７９】さらに、実施例１０、１１および１２〜１
７では、万一、いずれかのＰＴＦＥ膜が脱落しても、そ
の脱落膜を他の残っている膜に移着し、外部に塵として
出ることなく極めて防塵効果が高くなる。

【００８０】つぎに、転がり軸受４、５および軸９を共
通とし、リンク２、３の表面形状を表２に示すように作
製したリンク機構の実施例を説明する。

【００８１】

【表２】転がり軸受４、５は波形保持器付き深溝玉軸受であり、
リンク２、３はアルミニウム合金製とした。

【００８２】また、実施例１８〜２１および比較例３で
は、転がり軸受４、５の保持器２６（ＳＵＳ３０４）の
全表面に無電解ニッケル被膜を介してＰＴＦＥ被膜が成
膜され、かつＰＴＦＥ粒子を含浸させた。

【００８３】表２に併記された試験結果では、各リンク
機構からの発塵量は、表１の実施例２の発塵量を５０と
した相対値で表されている。実施例１８〜２１では、２
つのリンクの対向する表面が平面である比較例３と比較
して発塵量が極めて少ないことがわかる。

【００８４】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載のリンク機構に
よれば、少なくとも２つのリンクを揺動自在に連結する
関節部に転がり軸受を用いたリンク機構において、転が
り摩擦またはすべり摩擦が生じる前記転がり軸受の表面
のうち、少なくとも保持器の表面に無電解ニッケル被膜
を形成し、該無電解ニッケル被膜の上にフッ素樹脂被膜
が成膜されたので、無電解ニッケル被膜の投錨効果によ
りフッ素樹脂被膜の保持器などの表面に対する密着性が
向上すると共に、過度のフッ素樹脂の転移が防止され、
発塵が抑制されるとともに、長期にわたり優れた潤滑性
が維持され、リンクが長時間滑らかに作動し、初期の運
動安定性や位置決め精度などが長期間維持される。

【００８５】したがって、塵埃の発生が少なくて半導体
製造装置や液晶パネル製造装置などの清浄な雰囲気を必
要とする環境下、真空環境下や腐食性雰囲気環境下でも
使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】リンク機構の関節部の構造を示す断面図であ
る。

【図２】図１の関節部を分解して示す分解斜視図であ
る。

【図３】保持器２６の表面部分を拡大して示す断面図で
ある。

【図４】他の実施形態におけるリンク機構の要部を拡大
して示す断面図である。

【図５】他の実施形態におけるリンク機構の要部を拡大
して示す断面図である。

【図６】他の実施形態におけるリンク機構の要部を拡大
して示す断面図である。

【図７】リンク機構発塵試験装置の構成を概略的に示す
図である。

【符号の説明】

１リンク機構２、３リンク４、５転がり軸受６、１０６、２０６、３０６溝２０無電解ニッケル被膜２１フッ素樹脂被膜２６保持器２７転動体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つのリンクを揺動自在に連
結する関節部に転がり軸受を用いたリンク機構におい
て、転がり摩擦またはすべり摩擦が生じる前記転がり軸受の
表面のうち、少なくとも保持器の表面に無電解ニッケル
被膜を形成し、該無電解ニッケル被膜の上にフッ素樹脂被膜が成膜され
たことを特徴とするリンク機構。