(57)【要約】【課題】半導体等の製造工程において、軸受けは真空雰囲気で使用される場合があり、一般に玉軸受けが用いられていたが、構造特性から双方向の高負荷に耐えうることは困難であった。また従来のクロスローラ軸受けは、過酷な環境下では接触箇所が固着する現象や発塵等の不具合が生じる。【解決手段】このクロスローラ軸受けは、ローラの天井部及び底部と内輪及び外輪のＶ溝と直接接触することがないため、接触箇所が固着する現象や発塵等の不具合が低減される。これにより、真空雰囲気中においてもクロスローラ軸受けを使用可能となった。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径にＶ溝を有する内輪と、内径にＶ溝を有する外輪と、内輪と外輪とのＶ溝にスペーサリテーナを介して交互に交差して配置するローラとからなるクロスローラ軸受けにおいて、
前記ローラの天井部と底部とにスペーサを備えて、このスペーサを介してＶ溝と接して備えることを特徴とするクロスローラ軸受け。
【請求項２】
前記スペーサリテーナと前記スペーサとが一体であり、その形状がコ字状であることを特徴とする請求項１記載のクロスローラ軸受け。
【請求項３】
前記内輪または前記外輪が、回動軸線と垂直な面で二分割されるものであって、かつ、二分割される内輪又は外輪にフランジをそれぞれ備えることを特徴とする請求項１または２記載のクロスローラ軸受け。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子・光学機器、半導体、液晶ディスプレイ、食品、薬品等の製造する環境において用いられる軸受けに関するものであり、特に大気中のみならず真空中、若しくは不活性ガス、腐食性ガス中等において、産業ロボットや加工装置や産業機械全般の回動箇所を回動可能に支持するために用いられる軸受けに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に産業機械の回動箇所を支持する軸受けには、玉軸受けとクロスローラ軸受け等がある。玉軸受けは外輪と内輪の間に転動体として複数の玉部材を備えて、この玉部材を保持器（スペーサリテーナ）で一定間隔を隔てて保持する転がり軸受けである。クロスローラ軸受けは転動体として円筒形状のローラを備えて、この隣接するローラの回動軸が直交するように交互に交差させて保持器（スペーサリテーナ）を介して配列したアンギュラコンタクトの転がり軸受けである。
【０００３】
上述したいずれの軸受けにおいても、転動体と、外輪及び内輪又は保持器とが接触する軸受け面や案内面などの接触部分には、摩擦抵抗や摩耗を減少させるために潤滑剤を供給する必要がある。この潤滑剤としては、個体潤滑剤、半個体潤滑剤（グリース）、液体潤滑剤等があり、用途や環境によって使い分けられる。
【０００４】
上記軸受けの軸受け面や案内面に潤滑剤を供給する潤滑法としては、潤滑給油、集中給油、重力注油、滴下注油、噴霧給油、グリース潤滑などがあり、ここでは軸受けの回動部にグリース潤滑剤を塗布する潤滑法、個体潤滑剤をコーティングする潤滑法、転動体や保持器に液体潤滑剤を含浸する潤滑法について以下に説明する。
【０００５】
上記回動部にグリース潤滑剤を塗布する潤滑法は、転動体や保持器が外輪及び内輪と接触する箇所にグリースを直接塗布するものであり、少量で、長期間無給油で潤滑可能であり多くの軸受けで用いられている。
【０００６】
上記固定潤滑剤をコーティングする潤滑法は、材料としてマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）等を使用する転動部、保持器、外輪並びに内輪に、特殊フッ素高分子（クリーンプロ）、銀（Ａｇ）、ＰＴＦＥ、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）等をコーティングするものであり、特に半導体製造装置等で低発塵、低アウトガス特性が要求される雰囲気中において適用されている。
【０００７】
上記転動体や保持器に液体潤滑剤を含浸する潤滑法は、転動体、保持器を液体潤滑剤等に浸しておくことで潤滑剤を含浸させる方法であり、含浸した潤滑剤は時を経る毎に染み出て潤滑を行うものである。
【０００８】
また、転動体を回動可能に保持する前記保持器の形状は、軸受けの種類によって異なる。図６に示す特許文献１（図２）は従来のクロスローラ軸受けを示す断面図である。このクロスローラ軸受けは、内輪１０の外径及び二分割できる外輪１１、１２の内径にＶ溝を有しており、このＶ溝１４、１５にスペーサリテーナ１７（保持器）を介してローラ１３（転動体）を隣り合うローラ１３に対して交差させた向きに配置して備えるものである。
【０００９】
図７に示す特許文献１（図６）のスペーサリテーナ１７は、隣り合う双方のローラ１３の回動軸に対してほぼ垂直方向に中心軸を有する管形状の部材であって、このスペーサリテーナ１７は、ローラ１３の側面の曲率半径より若干大きい曲率半径を有する凹曲面１７１、１７２を有するものである。このスペーサリテーナ１７は油溜用貫通孔１７６を有しており、この油溜用貫通孔１７６にグリースを塗布してスペーサリテーナ１７とローラ１３との摩擦を軽減している。
【００１０】
このクロスローラ軸受けは、ローラ１３の側面が内輪１０の外径と外輪１１、１２の内径とのＶ溝と接触する。これにより、内輪１０または外輪１１、１２が回動することによりローラ１３が転がりながらアキシアル荷重及びラジアル荷重を支持することができる。このような構造をしているため、クロスローラ軸受けは、一般に、外輪を回動軸方向の一定圧力で挟み込んで、産業機械等の回動部分に取り付ける必要がある。このため取り付ける荷重（取り付けるネジのトルク）管理が可能なブラケットが必要となる。
【００１１】
そのほか、上述した軸受けを真空雰囲気中で用いた場合に、マルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）製の外輪及び内輪に対して近似材料を用いた転動体を使用すれば、その接触箇所に固着する現象が生じるため、転動体をセラミック製等の異種材料により作成して用いたり、転動体表面にフッ素油焼付けをしたり、二硫化モリブデン皮膜をコーティングしたりしたものを用いている。
【特許文献１】実開昭５９−１９２８号公報
【特許文献２】実公平０６−２５７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
近年、上記製造環境において、さらに高度な清浄度が要求されている。しかも、これらの製品を製造する環境は例えば大気、真空、高圧、高温、または、腐食ガス雰囲気中等の多種多様な環境である。このような環境下においても軸受けからの発塵、放出ガスが少ないことが要求されている。
【００１３】
上記個体潤滑した転動体にコーティングした軸受けは、大きな荷重や衝撃を受けた際に、転動体と外輪等と接触箇所に局部圧力がかかってコーティングが剥離して発塵する等、耐荷重性、耐摩耗性、潤滑剤の供給性に劣っている。
【００１４】
また、上記半個体潤滑剤を塗布した軸受けを真空雰囲気中、例えば１０−６Ｐａの環境下において使用した際に、グリースが揮発して、つまりアウトガス（放出ガス）が発生して雰囲気内の気圧が所定の圧力（真空度）に達しない不具合が生じる。
【００１５】
また、近年の半導体等の製造工程において、軸受けは真空雰囲気で使用される場合があり、従来、玉軸受けが用いられていた。しかし、一般に玉軸受けは、その構造特性からラジアル荷重若しくはアキシアル荷重の何れか一方向にかかる高荷重を受けること可能であるが、双方向の高負荷に耐えうることは困難であり、クロスローラ軸受けに比べて耐荷重性に劣るものである。この問題を解決するにはラジアル荷重を受けるための玉軸受けとアキシアル荷重を受けるための玉軸受けを一組として備える必要があり、設計が複雑になるほか、この軸受けを備える装置全体が大きくなる不具合が生じる。
【００１６】
さらに、上記課題を解決するためにクロスローラ軸受けを使用すれば大きな負荷を受けることが可能であり、また、装置全体が大きくなる不具合も解消される。しかし、クロスローラ軸受けは、スペーサリテーナを介して転動体であるローラが回動して外輪等を回動可能に支持しているため、円柱形状であるローラの天井部と底部が外輪等のＶ溝と常に面で接触することとなり、上記過酷な環境下では外輪とローラが近似材料であれば固着現象が起こり、動作不良を引き起こす原因となっていた。そこで、ローラを外輪等と異なる材質、例えばセラミック等に代えて用いればこの問題は解消されるが、金属製の外輪等とセラミック製の転動体が接触することとなり、発塵する不具合やコストの増加する不具合が生じる。
【００１７】
従来のクロスローラ軸受けは、回動軸又は基台に押さえつける部材（ブラケット）により所定の圧力で押圧されて取り付けられるために、ブラケットを別途設計して用意する必要がある。また、ブラケットの取り付けの際に人為的な誤差や、ブラケット寸法の加工誤差等により軸受けの回動軸線が所望する方向とならず、回動軸の振動等や摩耗が生じて、発塵する不具合が生じる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のクロスローラ軸受けは、外径にＶ溝を有する内輪と、内径にＶ溝を有して外輪と、内輪と外輪とのＶ溝にスペーサリテーナを介して交互に交差して配置するローラとからなるクロスローラ軸受けであって、前記ローラの天井部と底部とにスペーサを備えて、この潤滑部材を介してＶ溝と接して備えるものである。なお、スペーサはそれ自体が固体潤滑剤であってもよく、樹脂等に液体潤滑剤を含浸したものであってもよい。また、スペーサは、ローラの天井それぞれ個別に取り付けても、スペーサリテーナとスペーサとが一体であり、かつ、その形状がコ字状であってもよい。
【００１９】
このクロスローラ軸受けの各部材において、スペーサリテーナの材質は、フッ素系樹脂やＰＥＥＫ樹脂、グラファイト等であり、外輪及び内輪並びにローラの材質は、耐食性や耐磨耗性を考慮してオーステナイト系、マルテンサイト系等のステンレス、セラミックス、特殊チタン合金等の公知の材質を選択して使用することができる。上述したようにローラの天井部及び底部が直接Ｖ溝に接触することがなく、これにより、真空雰囲気中で固着現象を起こすことはないため、内輪及び外輪とローラが同じ材質とすることができる。
【００２０】
また、本発明のクロスローラ軸受けの前記内輪または前記外輪が、回動軸線と垂直な面で二分割されるものであってもよく、この場合、二分割される内輪又は外輪にフランジをそれぞれ備えるものであってもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のクロスローラ軸受けは、ローラの天井部及び底部と内輪及び外輪のＶ溝と直接接触することがないため、接触箇所が固着する現象や発塵等の不具合が低減される。これにより、真空雰囲気中においてもクロスローラ軸受けを使用可能となった。
【００２２】
真空雰囲気中でクロスローラ軸受けが使用可能となった効果について、玉軸受けとの比較により以下に説明する。一般に転動体が一点で支持である玉軸受けに比べて、転動体が線で支持する本発明のクロスローラ軸受けは、転動体に局部荷重がかかりにくく耐荷重性に優れるため、転動体に剥離等の不具合が生じにくいことから、高度な清浄度を必要とする真空雰囲気中でも塵埃やアウトガスを発生することなく使用することができる。
【００２３】
また、玉軸受けはラジアル荷重とアキシアル荷重いずれか一方の荷重を受けることは可能であるのに対して、クロスローラ軸受けはその双方の荷重を同時に受けることができるものであることにより、省スペース化によりコスト軽減を図ることが要望されている真空雰囲気中において、その要望にかなうものである。
【００２４】
その他、本発明のクロスローラ軸受けは、内輪または外輪にフランジを備えることで取り付けを容易とすることができるほか、従来必要であった外輪等を回動軸に取り付けるためのブラケット（軸受けを押さえて取り付けるための部材）を別途用意することなく、取り付け、取り外しが容易であるほか、人為的な取り付け誤差、ミスを軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、本発明のクロスローラ軸受け１を示す一部切り欠き斜視図である。図中符号２は内輪であり、図中点線で示す回動軸３の外径に嵌合して取り付けられる。符号４は外輪であり、基台５の上部にブラケット６に一定圧力で押さえられて備える。このブラケット６は基台５との一定微少距離を隔てると共に、トルク管理されたネジ７により取り付けられる。符号８、９はローラであり、ローラ８とローラ９とは回動軸の回動軸線に対して４５°異なる方向に傾いており、ローラ８とローラ９とは互いに９０°交差してスペーサリテーナ１０を介して備える。これらのローラ８、９及びスペーサリテーナ１０は内輪のＶ溝１１と外輪のＶ溝１２とが形成する空間に備えられている。また、このクロスローラ軸受け１のスペーサリテーナ１０は、フッ素樹脂で成形されており、内輪２及び外輪４並びにローラは、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）である。
【００２６】
図２の本発明のクロスローラ軸受けは、ローラ８の回動軸線１３が点線で示す回動軸３の回動軸線と平行する方向であり、ローラ９の回動軸線１４はローラ８の回動軸線１３と直交して備える以外は図１のクロスローラ軸受けと同様である。
【００２７】
図３は図１及び図２のクロスローラ軸受けのローラ８、９とスペーサリテーナ１０を示す平面図である。このスペーサリテーナ１０は、コ字形状をしており、その凹部１０ａとローラ８若しくは９の何れか一方の側面８ａ、９ａと、天井部８ｂ、９ｂと、底部８ｃ、９ｃと接触して備える。このスペーサリテーナ１０の凹部１０ａはローラの側面８ａの曲率半径より大きい曲率半径を有する曲面となっている。また、図中符号の１０ｂは、ローラ８の回動軸線に対して９０°傾けた回動軸線を有するローラ９とスペーサリテーナ１０が接触する面（スペーサリテーナの端面１０ｂ）であり、スペーサリテーナの凹部１０ａと同様にスペーサリテーナの端面１０ｂはローラの側面９ａの曲率半径より大きな曲率半径を有している。なお、この実施例では、ローラ８とローラ９とは回動軸線１３、１４の向きが９０°異なる以外、つまり形状、材質等は全く同じである。
【００２８】
図４のローラ８（９）は、図３と異なる形状を有するものを示す。図４（ａ）は、円柱形状のローラ８（９）の天井部８ｂ（９ｂ）と底部８ｃ（９ｃ）に取付孔１５をそれぞれ備える。図中１６はスペーサであり、このスペーサ１６はローラ８（９）と接触する面に突起部１７を有している。この突起部１７をローラ８（９）の取付孔１５に挿入することで、ローラ８（９）にスペーサ１６を取り付けることができる。なお、このローラ８（９）の天井ローラ８ｂ（９ｂ）と底部ローラ８ｃ（９ｃ）に隣接する図中点線で示す部材は、ローラ８（９）に取り付け後のスペーサ１６を示す。
【００２９】
図４（ｂ）のローラ８（９）は管形状をしており、スペーサ１６は先端が半球形状である棒部材である。このスペーサ１６の高さはローラ８（９）より高いことから、図中符号１５の取付孔にスペーサ１６を挿入すればローラ８（９）の天井部８ｂ（９ｂ）と底部８ｃ（９ｃ）からスペーサ１６の一部が突出して備える。なお、このローラ８（９）の天井ローラ８ｂ（９ｂ）と底部ローラ８ｃ（９ｃ）に隣接する図中点線で示す部材は、ローラ８（９）に押圧して取り付けした後のスペーサ１６を示す。
【００３０】
図５のクロスローラ軸受け１は、図中の上下方向で二分割される外輪４を備えている。この輪形状を有する（上側）外輪１８と（下側）外輪１９の外周側面にはそれぞれ（上側）フランジ２０と（下側）フランジ２１を備える。このフランジ２０とフランジ２１との間には微少の隙間Ｔだけ隔てて備える。これは、クロスローラ軸受け１を基台５に取り付ける場合には、フランジ２０、２１にそれぞれ備えるネジ穴２２にネジを挿入して、トルクレンチ等により押圧する荷重を所定の値となるようトルク管理して取り付けるためである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のクロスローラ軸受けを示す一部切り欠き斜視図である。
【図２】本発明のクロスローラ軸受けを示す一部切り欠き斜視図である。
【図３】本発明のクロスローラ軸受けのスペーサリテーナを示す平面図である。
【図４】図３とは異なるスペーサリテーナを示す平面図である。
【図５】外輪にフランジを備える本発明のクロスローラ軸受けを示す垂直断面図である。
【図６】特許文献１の図２の軸受けを示す断面図である。
【図７】特許文献１の図６のスペーサリテーナを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１          クロスローラ軸受け
２          内輪
３          回動軸
４          外輪
５          基台
６          ブラケット
７          ネジ
８、９      ローラ
８ａ、９ａ  ローラの側部
８ｂ、９ｂ  ローラの天井部
８ｃ、９ｃ  ローラの底部
１０        スペーサリテーナ
１０ａ      スペーサリテーナの凹部
１０ｂ      スペーサリテーナの端面
１１        内輪のＶ溝
１２        外輪のＶ溝
１３        （ローラ８の）回動軸線
１４        （ローラ９の）回動軸線
１５        取付孔
１６        スペーサ
１７        突起部
１８        （上側）外輪
１９        （下側）外輪
２０        （上側）フランジ
２１        （下側）フランジ
２２        ネジ穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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