(57)【要約】  【課題】  低発塵性と高耐食性を兼ね備え、腐食雰囲気下でも長期に渡り使用することのできる転がり摺動部材および転動装置を提供する。  【解決手段】  内輪側軌道溝１ｕを有する軌道部材としての内輪１と、外輪側軌道溝２ｕを有する軌道部材としての外輪２と、これら内外輪の間に配置された複数の転動体（ボール３）とを備える転動装置（転がり軸受）において、転がり摺動面に、Ｎｉ−Ｐからなる耐食被膜５を形成するとともに、この耐食被膜５の表面に重ねて、ビスアリルナジイミドとポリテトラフルオロエチレンとからなる膜厚５μｍ以下の固体潤滑膜６を形成する。この固体潤滑膜６は平滑かつ強固で、軸受からの発塵を抑制することができる。また、使用経過に伴い腐食性ガスを透過し易くなってしまう固体潤滑膜６に代わり、この耐食被膜５が、被覆母材の転動部位または摺動部位の腐食を防止する。【選択図】  図１
2006046432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり摺動面に、ビスアリルナジイミドとポリテトラフルオロエチレンとからなる膜厚５μｍ以下の固体潤滑膜が形成された転がり摺動部材であって、
前記固体潤滑膜が、同じ領域にあらかじめ形成された耐食被膜の上に形成されていることを特徴とする転がり摺動部材。
【請求項２】
軌道部材とこの軌道部材の軌道面上を転動する転動体の少なくとも一方に、請求項１に記載の転がり摺動部材が用いられていることを特徴とする転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食性のガス雰囲気下等、特殊な環境下での使用においても発塵が少なく、長期に渡りその性能を維持することのできる転がり摺動部材とこれを用いた転動装置に関する。なお、「転がり摺動」とは、転がりまたはすべり、あるいはこれら両者が混在する接触状態を意味する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置等、所要の清浄度が要求される環境においては、装置類に用いられている転動装置の潤滑にグリース等の潤滑油を用いると、この油分が飛散や蒸発することによる潤滑機能の低下や使用環境の汚染といった不具合が発生する。従来、このような環境で使用される転動装置（転がり軸受，直動型軸受装置，ボールねじ装置等）の転がり摺動部材（軌道部材や転動体など）には、グリースの代わりに、軌道溝や転動体の表面（転がり摺動面）に金、銀、鉛、銅などの軟質金属、あるいはカーボンや二硫化モリブデン等の固体潤滑剤等をコーティングした転がり摺動部材が使用されている。
【０００３】
しかしながら、これら固体潤滑剤を用いた転がり摺動部材にも、摩耗による発塵が多いという欠点があった。そこで、発塵量を低減する方法として、これら転動体や軌道部材の転がり摺動面を、ビスアリルナジイミド構造のモノマー単位を有するポリイミド樹脂３〜５０重量％とポリアミドイミド樹脂５０〜９７重量％とから成る膜厚５〜１００μｍの熱硬化性合成樹脂成分および固体潤滑成分からなる潤滑被覆用組成物によって被覆した摺動部材が提案されている（特許文献１等を参照。）。
【０００４】
また、本出願人らも、特願２００３−１２０３８６号、特願２００３−１７７３８１号および特願２００３−１７７３８２号において、転がり摺動面となる各軌道溝の表面と転動体の表面の少なくとも一方に、ビスアリルナジイミドとポリテトラフルオロエチレンとからなる膜厚５μｍ以下の固体潤滑膜を形成した転がり軸受、直動型軸受装置およびボールねじを提案している。
【０００５】
これらの提案によれば、比較的低分子量（平均分子量１０００〜１００００程度）のポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略称する）と、フッ素樹脂との相溶性および機械的強度に優れるビスアリルナジイミド（以下、ＢＡＮＩと略称する）とを用いることにより、平滑で強固な固体潤滑薄膜を転がり摺動部材の表面に形成することができる。また、この樹脂性固体潤滑膜の膜厚を５μｍ以下とすることによって、潤滑に寄与しない被膜粒子が少ない均一な被膜とすることができ、もって発塵量を低減することが可能となる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−４７４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、半導体製造工程には、ドライエッチングプロセスやエキシマレーザー装置の周辺等、腐食性の高いガスに曝される場所もあり、このような腐食雰囲気下においては、種々の転動または摺動動作を伴う部位が、特に腐食を受け易いことが知られている。そのため、以上のようなＰＴＦＥとＢＡＮＩとからなる固体潤滑膜を備える転がり摺動部材においても、使用経過に伴い転動部位または摺動部位に腐食性成分が浸透してしまい、寿命が短くなってしまう場合があった。
【０００８】
本発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、低発塵性と高耐食性を兼ね備え、腐食雰囲気下でも長期に渡り使用することのできる転がり摺動部材および転動装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、転がり摺動面に、ビスアリルナジイミド（以下、ＢＡＮＩと略称する）とポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略称する）とからなる膜厚５μｍ以下の固体潤滑膜が形成された転がり摺動部材であって、前記固体潤滑膜が、同じ領域にあらかじめ形成された耐食被膜の上に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、転がり摺動部材の表面に下地として形成した耐食被膜と、その上に重ねて形成した樹脂製固体潤滑膜との相乗効果によって、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１１】
すなわち、請求項１に記載の発明によれば、使用経過に伴い腐食性ガスを透過し易くなってしまう樹脂製固体潤滑膜と、母材となる転がり摺動部材の表面との間に、この腐食性ガスの透過を阻止する耐食被膜を形成することにより、母材の転動部位または摺動部位における腐食を防止することができる。
【００１２】
また、樹脂製固体潤滑膜に含まれるＰＴＦＥの優れた潤滑性や転走部への転着性によって、良好な潤滑が維持されるとともに、単独では母材に対する密着力の弱いＰＴＦＥに、バインダーとしてのＢＡＮＩを添加することにより、均一で薄く、かつ、耐摩耗性に優れる固体潤滑膜を形成することができ、転がり摺動部材からの発塵を低減することが可能となる。
【００１３】
なお、本発明の転がり摺動部材は、接触面が相対的に転がり接触または摺動接触、あるいは両接触が混在する部材をいい、摺動部材や転動部材等が含まれる。転がり摺動部材の具体例としては、転がり軸受の軌道部材，転動体，保持器、あるいはカム，ギア，リンク，リンク連結ピン等があるが、本発明は、これらの形状・寸法を問わず任意の場所の転がり摺動面に適用することが可能である。
【００１４】
また、本発明の転がり摺動部材を具備した機構の例としては、転動装置である転がり軸受、直動型軸受装置、ボールねじ装置、あるいはすべり軸受，一方向クラッチ，チェーンなどが挙げられるが、この転動装置の場合は、軌道部材とこの軌道部材の軌道面上を転動する転動体の少なくとも一方に、請求項１に記載の転がり摺動部材を用いれば良い（請求項２）。
【００１５】
この構成によって、腐食雰囲気下において特に影響を受け易い転動部位の腐食が防止され、転動装置の寿命を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、低発塵性と高耐食性を兼ね備え、腐食雰囲気下でも長期に渡り使用することのできる転がり摺動部材および転動装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつこの発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の転がり摺動部材を用いた転動装置の一種である転がり軸受（第１実施形態）の構造を示す模式的断面図である。なお、この転がり軸受において、軌道輪、転動体および保持器の露出面に形成された被膜５，６は、その厚みを誇張して描かれている。
【００１８】
この転がり軸受は、内輪側軌道溝１ｕを有する軌道部材としての内輪１と、外輪側軌道溝２ｕを有する軌道部材としての外輪２と、これら内外輪の間の環状空間内に配置された複数の転動体（ボール３）を主体として構成されている。これらのボール３は、周方向に所定の間隔で形成されたポケットを複数有する保持器４によって、内外輪の軌道溝１ｕ，２ｕ間に転動自在に保持されている。
【００１９】
本実施形態における転がり軸受の特徴は、内輪１、外輪２、ボール３および保持器４のすべての露出面に、Ｎｉ−Ｐからなる耐食被膜５が形成されている点である。また、この耐食被膜５の表面には、ビスアリルナジイミド（ＢＡＮＩ）とポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とからなる膜厚５μｍ以下の固体潤滑膜６が形成されている。
【００２０】
次に、これら被膜５，６の構成の一例を説明する。
この実施形態における耐食被膜５は、いわゆる無電解ニッケル複合めっき膜と呼ばれるもので、Ｎｉ−Ｐを主体とし、これに硬質または潤滑性を有する不溶性微粒子を複合共析させた構造である。共析させる微粒子としては、ＳｉＣが好ましく、これが均一に分散されている。また、被膜５の膜厚は、例えば５〜５０μｍの範囲、好ましくは１０〜２０μｍに設定することができる。この耐食被膜５は、組成が緻密で腐食性成分が浸透しにくい構造である。
【００２１】
また、本実施形態における固体潤滑膜６は、転がり軸受を処理溶液へ浸漬することにより、この耐食被膜５の表面に積層して形成されている。この処理溶液は、メタノール（メチルアルコール）等を溶媒とし、この溶媒に対し例えば５ｗｔ％の割合で、上記のＢＡＮＩとＰＴＦＥ（樹脂の割合＝１：１）を分散・溶解させたものである。
【００２２】
固体潤滑膜６の形成は、先ず、耐食被膜５の形成後に組み立てられた完成状態の転がり軸受を、前記処理溶液に浸漬して数回回転させることにより、内輪１・外輪２・ボール３および保持器４の全面に液状膜を付着させる（付着処理）。その後、この処理溶液から引き上げた転がり軸受を、４０〜５０℃で約１分間加熱し、液状膜に含まれている溶媒を除去する（乾燥処理）。そして、液状膜が付着した転がり軸受を、１００〜２００℃において数十分間加熱することにより、強固な被膜が形成される（硬化処理）。
【００２３】
なお、本実施形態における固体潤滑膜６の膜厚は、好ましくは０．１〜５μｍ、更に好ましくは１〜２μｍである。また、この固体潤滑膜の表面粗さは、±１μｍとすることが望ましい。また、このように平滑で強固な固体潤滑膜を可能な限り薄く形成することにより、この転がり軸受は、低発塵性と長寿命とを両立させることができる。
【００２４】
さて、従来の転がり軸受は、腐食雰囲気下で使用した場合、ボール３の転動に伴う固体潤滑膜６の摩耗あるいは転着によって、内外輪の軌道溝１ｕ，２ｕ部位およびボール３の表面に腐食性ガスが浸透し、これらの領域の母材表面が特に腐食を受け易いとされてきた。しかしながら、以上のような構成の転がり軸受は、固体潤滑膜６の摩耗あるいは転着が起こった場合でも、その下地として形成された耐食被膜５が、これらの領域への腐食性ガスの浸透を阻止する。従って、本実施形態における転がり軸受は、腐食雰囲気下でも長期に渡り使用することができる。
【００２５】
なお、これらボール３の転動の影響を受けないその他の領域は、固体潤滑膜６と耐食被膜５の二重の被膜で覆われており、腐食性雰囲気下に置かれた場合でも、腐食性ガスに直接触れずに済むことは勿論である。
【００２６】
また、耐食被膜５は、例えばＨｖ硬さ７００〜１１００と高硬度となり、優れた耐摩耗性を発揮するとともに、その被覆対象となる母材に対する付着強度が高く、内外輪の軌道溝溝１ｕ，２ｕ部位の耐摩耗性を向上させるというメリットもある。
【００２７】
以上詳述した第１実施形態における転がり軸受の内輪１、外輪２およびボール３を形成する軸受材料には、ステンレス鋼、軸受鋼、あるいはセラミックス等を使用することができる。また、保持器４を形成する材料には、ステンレス鋼の他、黄銅、チタン材などが好適に用いられるが、合成樹脂材料とすることもできる。この合成樹脂材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ），エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）などのフッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ），ポリアミド（ＰＡ）などのエンジニアリングプラスチックなどの使用も可能である。これらの樹脂には、ガラス繊維等の強化繊維を添加してもよい。また、保持器４の形状も、特に限定されるものではなく、もみ抜き形、波系あるいは冠型でも良い。
【００２８】
また、以上の実施の形態においては、完成状態の転がり軸受を処理溶液に浸漬したが、軸受を構成する部材を１つずつ単品で付着処理を行ない、その後乾燥処理、硬化処理を行なった上で、軸受を組み立てても良い。
【００２９】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図２は、本発明の転がり摺動部材を用いた転動装置の一種である直動型軸受装置（第２実施形態）の構造を示す一部断面図であり、図３は軸直交方向の模式的断面図である。なお、図３において、各部材の表面に形成された被膜１４，１５は、その厚みを誇張して描かれている。
【００３０】
この直動型軸受装置は、軌道部材としてのガイドレール１１およびスライドユニット１２と、転動体としての多数のボール１３とを主体として構成されている。ガイドレール１１は、軸方向に伸びる略四角柱状部材であり、その両側面にはボール１３の案内溝となる断面略Ｖ字状の軌道溝１１ｖが形成されている。
【００３１】
スライドユニット１２は、ケーシング２１とこのケーシング２１を軸方向両側から挟み込む側板２２，２２とから形成されている。鞍状の断面を有するケーシング２１は、その内側側面の前記ガイドレール１１の軌道溝１１ｖに対向する位置に、断面略Ｖ字状の軌道溝２１ｖ，２１ｖが形成されているとともに、この軌道溝２１ｖの外側厚肉部には、ボール１３の直径より大径のリターン孔２１ｈ，２１ｈがそれぞれ形成されている。
【００３２】
また、側板２２，２２内には、ケーシング２１の軸方向端部に達したボール１３を、軌道溝２１ｖからリターン孔２１ｈ（あるいはその逆）に送るＵ字状のターン孔（図示省略）が設けられており、このターン孔と上記軌道溝１１ｖ，２１ｖおよびリターン孔２１ｈによって構成されるループ状軌道に、複数のボール１３が配置されている。また、これらのボール１３は、スライドユニット１２のスライド動作によって、このループ状軌道上を転動循環することとなる。
【００３３】
本実施形態における直動型軸受装置の特徴は、図３の模式的断面図に示すように、ガイドレール１１，ボール１３の全表面と、リターン孔２１ｈの内面を含むスライドユニット１２の表面に、Ｎｉ−Ｐからなる耐食被膜１４が形成されている点である。また、この耐食被膜１４の表面には、ビスアリルナジイミド（ＢＡＮＩ）とポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とからなる膜厚５μｍ以下の固体潤滑膜１５が形成されている。なお、これら耐食被膜１４と固体潤滑膜１５とは、第１実施形態に詳述したものと同様の方法を用いて形成することができる。
【００３４】
さて、従来の直動型軸受装置においても、腐食雰囲気下で使用した場合、ボール１３の転動に伴う固体潤滑膜１５の摩耗あるいは転着によって、軌道溝１１ｖ，２１ｖとリターン孔２１ｈによって構成されるループ状軌道およびボール１３の表面に腐食性ガスが浸透し、これらの領域の母材表面が腐食を受ける場合があった。
【００３５】
しかしながら、本実施形態における直動型軸受装置は、固体潤滑膜１５の摩耗あるいは転着が起こった場合でも、その下地として形成された耐食被膜１４が、これらの領域への腐食性ガスの浸透を阻止する。従って、この直動型軸受装置は、腐食雰囲気下でも長期に渡り使用することができる。
【００３６】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図４は、本発明の転がり摺動部材を用いた転動装置の一種であるボールねじ（第３実施形態）の構造を示す模式的断面図であり、図５は図４のＰ部拡大模式図である。なお、図５において、各部材の表面に形成された被膜３５，３６は、その厚みを誇張して描かれている。
【００３７】
このボールねじは、軌道部材としてのねじ軸３１とボールナット３２と、転動体としての多数のボール３３と、リターンチューブ３４とを主体として構成されている。ねじ軸３１の外周面３１ｘには、内側軌道溝３１ｕとなる螺旋状の溝が形成されているとともに、このねじ軸３１の周囲に配置されたボールナット３２の内周面３２ｙには、前記内側軌道溝３１に対向する螺旋状の外側軌道溝３２ｕが形成されている。
【００３８】
また、このボールナット３２外周の軸方向両端近傍には、外周面３２ｘから内周面３２ｙに貫通する孔３２ｈ，３２ｈが設けられており、ボールナット３２の外側には、これらの孔３２ｈ，３２ｈを接続するリターンチューブ３４が配設されている。このリターンチューブ３４は、ねじ軸３１とボールナット３２の相対回転により、いずれか一方のボールナット３２端部に達したボール３３を、他方のボールナット３２端部に循環させる機能を有する。
【００３９】
本実施形態におけるボールねじの特徴は、図５の拡大断面図に示すように、ねじ軸３１，ボールナット３２およびボール３３の全表面とリターンチューブ３４の内外面に、Ｎｉ−Ｐからなる耐食被膜３５が形成されている点である。また、この耐食被膜３５の表面には、ビスアリルナジイミド（ＢＡＮＩ）とポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とからなる膜厚５μｍ以下の固体潤滑膜３６が形成されている。なお、これら耐食被膜３５と固体潤滑膜３６とは、第１実施形態に詳述したものと同様の方法で形成されている。
【００４０】
一方、従来の構成のボールねじにおいては、腐食雰囲気下で使用した場合、ボール３３の転動に伴う固体潤滑膜３６の摩耗あるいは転着によって、軌道溝３１ｕ，３２ｕ、孔３２ｈとリターンチューブ３４によって構成される循環軌道およびボール３３の表面に腐食性ガスが浸透し、これらの領域の母材表面が腐食を受ける場合があった。
【００４１】
しかしながら、本実施形態におけるボールねじは、固体潤滑膜３６の摩耗あるいは転着が起こった場合でも、その下地として形成された耐食被膜３５が、これらの領域への腐食性ガスの浸透を阻止する。従って、このボールねじは、腐食雰囲気下でも長期に渡り使用することができる。
【００４２】
なお、以上３つの実施形態において固体潤滑膜形成のバインダーに使用されるビスアリルナジイミド（ＢｉｓＡｌｌｙｌＮａｄｉｃ  Ｉｍｉｄｅ）は、一般式（１）で表されるモノマー単位を有するポリイミド樹脂である。
【００４３】
【化１】
2006046432.tif 000003
一般式（１）中のＲは脂肪族系または芳香族系の２価の炭化水素連結基を表す。このような２価の炭化水素連結基Ｒとしては、例えばＣ２〜Ｃ２０アルキレン基、Ｃ５〜Ｃ８シクロアルキレン基、Ｃ６〜Ｃ１２芳香族基、−Ａａ−Ｃ６Ｈ４−Ａ’（ａは０または１で、ＡおよびＡ’はそれぞれ独立してＣ１〜Ｃ４のアルキレン基を示す）で表されるアルキレン・フェニレン基、−Ｃ６Ｈ４−Ｔ−Ｃ６Ｈ４−（Ｔは、メチレン基，エチリデン基，プロピリデン基を示す）で表される基等が挙げられる。中でも、下記式（２）、（３）、（４）で表される２価の炭化水素連結基が好ましい。
【化２】
2006046432.tif 000004
【００４４】
ＢＡＮＩの好適な具体例としては、上記一般式（１）においてＲが式（３）の構造のモノマー単位を有するポリイミド樹脂（丸善石油化学社製の「ＢＡＮＩ−Ｈ（商品名）」）あるいは、一般式（１）においてＲが式（４）の構造のモノマー単位を有するポリイミド樹脂（丸善石油化学社製の「ＢＡＮＩ−Ｘ（商品名）」）を挙げることができる。
【００４５】
また、これら固体潤滑膜の形成に用いられるＰＴＦＥは、薄く均一な被膜を得るために、平均粒子径３μｍ以下（平均分子量１０００〜１００００）のポリマーを使用することが好ましく、更に好ましくは、平均粒子径１μｍのポリマーを用いる。なお、これらＢＡＮＩとＰＴＦＥとを溶解させる溶媒には、脂肪族アルコール，脂肪族炭化水素を除く殆どの有機溶剤を使用することが可能であるとともに、この固体潤滑膜は、必ずしも軸受の露出面全体に形成する必要はなく、マスキング等を使用することにより、各部材の摺動または転動に関与する部位、すなわち各軌道部材の軌道溝部位と転動体の表面の両方、あるいはどちらか一方にのみ設けても良い。
【００４６】
また、これらの実施形態においては、固体潤滑膜の下地として形成する耐食被膜の例として、Ｎｉ−ＰにＳｉＣを複合共析させた被膜を挙げたが、本発明における耐食被膜の構成はこの例に限定されるものではなく、Ｎｉ−Ｂ−ＳｉＣ等、その他の構成でも良い。この耐食被膜を形成する方法も特に限定されるものではなく、例えばＮｉ−Ｐめっき膜やＮｉ−Ｗめっき膜を形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の転がり摺動部材を用いた転がり軸受（第１実施形態）の構造を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の転がり摺動部材を用いた直動型軸受装置（第２実施形態）の構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の転がり摺動部材を用いた直動型軸受装置（第２実施形態）の構造を示す軸直交方向の模式的断面図である。
【図４】本発明の転がり摺動部材を用いたボールねじ（第３実施形態）の構造を示す軸方向断面図である。
【図５】図４のＰ部拡大図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    内輪
１ｕ  軌道溝
２    外輪
２ｕ  軌道溝
３    ボール
４    保持器
５    耐食被膜
６    固体潤滑膜
１１  ガイドレール
１１ｖ  軌道溝
１２  スライドユニット
１３  ボール
１４  耐食被膜
１５  固体潤滑膜
２１  ケーシング
２１ｖ  軌道溝
２１ｈ  リターン孔
２２  側板
３１  ねじ軸
３１ｕ  軌道溝
３２  ボールナット
３２ｕ  軌道溝
３３  ボール
３４  リターンチューブ
３５  耐食被膜
３６  固体潤滑膜
【図１】
2006046432.tif 000005
【図２】
2006046432.tif 000006
【図３】
2006046432.tif 000007
【図４】
2006046432.tif 000008
【図５】
2006046432.tif 000009