(57)【要約】【課題】半導体製造装置や液晶表示装置等の真空雰囲気で使用される機器に用いられ、導電性、低アウトガス、低発塵および耐久性を全て兼ね備えた導電性の転がり軸受を提供する。【解決手段】内輪１および外輪２、内・外輪１、２の軌道面１ａ、２ａ間に介在する複数の球３、球３を円周等間隔に保持する保持器４で構成され、保持器が樹脂製保持器で、複数の球３の中で少なくとも１個はカーボン製の球３ａで構成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪および外輪と、この内外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体を保持する保持器とを備えた転がり軸受であって、
前記保持器が樹脂製保持器であり、前記複数の転動体のうち少なくとも１個がカーボン製の転動体であることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記樹脂製保持器の樹脂材はフッ素系樹脂材であることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記樹脂製保持器の樹脂材は導電性を有する樹脂材であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記転がり軸受が真空雰囲気で使用される機器に用いられることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は転がり軸受に関し、特に、スパッタリング装置や蒸着装置などの真空雰囲気で使用される機器に用いられる導電性の転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置や液晶表示装置においては、有機または無機の薄膜形成処理を行なう製造工程が必要とされる。被膜形成処理にはスパッタリング装置や蒸着装置などの表面処理装置が用いられ、インライン型では真空処理室内に可動部があるため、可動部に設けられている転がり軸受に電荷が溜まると異常放電の原因となり、安定した被膜処理ができなくなってしまう。従って、このような用途に使用される転がり軸受には、導電性が不可欠であり、耐久性も求められる。
従来、導電性が必要とされる真空用軸受として、転動体であるベアリングの表面に鉛などの軟質金属をコーティングした第１層と、二硫化モリブデンなどの層状構造物をコーティングした第２層とを有する軸受装置が知られている（特許文献１参照）。
また、転動体を軸受荷重を負荷する負荷ボールと、軸受荷重を負荷しない非負荷ボールとで構成し、非負荷ボールの表面に銀（Ａｇ）のイオンプレーティング被膜等の軟質金属被膜を施し、負荷ボールの表面にポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略称）等のフッ素樹脂をコーティングした軸受が知られている（特許文献２〜４参照）。
また、カーボンを球状またはころ状の転動体に焼成する工程を有する転がり軸受の製造方法が知られている（特許文献５参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２８５７３号公報（段落［０００７］および［０００８］）
【特許文献２】
特開平７−９１４４９号公報（段落［００１７］）
【特許文献３】
特開平７−９１４５０号公報（段落［００１５］）
【特許文献４】
特開平７−９１４５１号公報（段落［００１４］）
【特許文献５】
特公平７−９２５０号公報（特許請求の範囲）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体基板の集積度が高くなるにつれて、半導体製造装置で使用される機器に対して低アウトガス、低発塵等の特性も要求されるようになってきた。
鉛等の軟質金属と二硫化モリブデン等の層状構造物を組合わせた軸受は、耐久性が充分ではなく、発塵特性は考慮されていないという問題がある。
転動体に銀被膜等を施した従来の軸受は、導電性に優れ、かつ、アウトガスの発生も少ないが、発塵性に劣っている。また、固体潤滑剤の補給がなく、銀の被膜が剥がれると寿命に至るため、耐久性が充分とは言えないという問題がある。また、ＰＴＦＥを転動体の表面にコーティングした軸受は、被膜が薄いと導電性がありアウトガスも少ないが、軟質金属被膜を施した軸受と同様に発塵特性や耐久性が充分ではない。
【０００５】
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、半導体製造装置や液晶表示装置等の真空雰囲気で使用される機器に用いられ、導電性、低アウトガス、低発塵および耐久性を全て兼ね備えた導電性の転がり軸受の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る転がり軸受は、内輪および外輪と、この内外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体を保持する保持器とを備え、この保持器が樹脂製保持器であり、複数の転動体のうち少なくとも１個がカーボン製の転動体であることを特徴とする。
また、上記樹脂製保持器の樹脂材がフッ素系樹脂材であることを特徴とする。本発明において、フッ素系樹脂材とはフッ素樹脂を主成分とする樹脂材、フッ素樹脂が配合された樹脂材をいう。
また、上記樹脂製保持器の樹脂材が導電性を有する樹脂材であることを特徴とする。本発明において、導電性を有するとは樹脂材の体積抵抗率が１×１０9Ω・ｃｍ以下であることをいう。
また、本発明に係る転がり軸受は真空雰囲気で使用される機器に用いられることを特徴とする。
【０００７】
転がり軸受における複数の転動体のうち少なくとも１個をカーボン製の転動体とすることにより、導電性のあるカーボン製転動体が内外輪と接触するので導電性転がり軸受とすることができる。
また、保持器の樹脂材をフッ素系樹脂材とすることにより、フッ素樹脂が転移により固体潤滑剤成分として補給されるため、耐久性に優れている。さらに、フッ素樹脂転移膜生成による導電性の低下をカーボン製の転動体から補給されるカーボン成分により抑制することができるので、導電性を長期にわたって保持することができる。
また、樹脂製保持器からの固体潤滑成分の転移で潤滑するのであらかじめ固体潤滑被膜を施した転がり軸受に比べると発塵特性に優れており、潤滑にバインダー等を使用しないのでアウトガスの発生も少ない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る転がり軸受の一例を図１に示す。図１は転動体が球である深溝玉軸受の円周方向部分断面図である。
深溝玉軸受は、内輪１および外輪２、内・外輪１、２の軌道面１ａ、２ａ間に介在する複数の球３、球３を円周等間隔に保持する保持器４で構成されている。内輪１および外輪２は鉄系材料、例えばＳＵＳ４４０Ｃ材等に耐熱処理を施した材料で、保持器は樹脂製保持器でそれぞれ構成されている。また、複数の球３はＳＵＳ４４０Ｃの材料で構成され、その中で少なくとも１個はカーボン製の球３ａで構成されている。
【０００９】
樹脂製保持器の材料としては、高真空雰囲気でアウトガスの発生が少ない樹脂材料であれば使用できる。例えば、ＰＴＦＥ、パーフルオロアルコキシ樹脂（以下、ＰＦＡと略称）、エチレンテトラフルオロエチレン（以下、ＥＴＦＥと略称）等のフッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（以下、ＰＥＥＫと略称）、ポリイミド樹脂（以下、ＰＩと略称）等を例示できる。
【００１０】
上記樹脂材料の中で好ましい材料としてはフッ素樹脂が挙げられる。フッ素樹脂は、樹脂の主成分が固体潤滑成分として、特に真空雰囲気で転移しやすいためである。フッ素樹脂の中でも固体潤滑成分として転移しやすいＰＴＦＥが好ましい。フッ素樹脂が転移することにより、発塵を抑えることができる。また、射出成形できるＰＦＡ、ＥＴＦＥ等の熱可塑性は成形性に優れるため好ましい。
フッ素樹脂以外の樹脂である場合は、ＰＥＥＫあるいはＰＩにフッ素樹脂を配合することが好ましい。フッ素樹脂を配合する場合、フッ素樹脂以外の樹脂１００重量部に対してフッ素系樹脂を１〜５０重量部配合することが好ましい。１重量部未満であると樹脂の転移が不十分となり、５０重量部をこえると樹脂の成形性が劣る。
【００１１】
上記樹脂材料は、導電性を有する樹脂材であることが好ましい。導電性の付与はあらかじめ導電性付与剤を配合することで得られる。導電性付与剤としては、グラファイト、ケッチェンブラックなどの炭素系導電性付与剤が挙げられる。炭素系導電性付与剤の配合割合は、導電性樹脂材として体積抵抗率が１×１０9Ω・ｃｍ以下、好ましくは１×１０2Ω・ｃｍ以下となる量である。具体的には樹脂材１００重量部に対して０．１〜１０重量部配合することが好ましい。
【００１２】
樹脂製保持器の樹脂材は、その機械的強度を補強するために、必要に応じて、繊維状充填材や各種ウイスカ、無機物等の補強材を配合できる。補強材は一種類または二種類以上を複合して使用できる。
補強剤として具体的には、繊維状充填材ではＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、ミルドファイバー、ガラス繊維、チタン酸カリウム繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維、黄銅、アルミニウム、亜鉛等の金属繊維等の無機繊維、アラミド繊維に代表されるような有機繊維等を示すことができる。
【００１３】
ウイスカとしては炭化ケイ素ウイスカ、窒化ケイ素ウイスカ、チタン酸カリウムウイスカ、ホウ酸アルミニウムウイスカ、酸化亜鉛ウイスカ、硫酸マグネシウムウイスカ、マグネシウムウイスカ、ホウ酸マグネシウムウイスカ、二ホウ化チタンウイスカ、炭酸カルシウムウイスカ、グラファイトウイスカ、ビスマス系ウイスカ、酸化マグネシウムウイスカ、窒化アルミニウムウイスライトやマグネシウムパイロボレート等のセラミックスウイスカ等が挙げられる。
【００１４】
無機物としてはガラスビーズ、ウオラストナイト、マイカ、タルク、カオリン、二酸化ケイ素、クレイ、アスベスト、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、シリカ、ケイソウ土、カーボランダム等が挙げられる。その他にアルミニウムや亜鉛のフレーク等が挙げられる。
また、上記補強材をエポキシ系、アミノ系等のシランカップリング剤で処理したものも好適に用いることができる。
また、本発明の趣旨を害さない範囲において、二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の層状潤滑剤や酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、難燃剤、帯電防止剤、結晶核剤、結晶化促進剤等の各種の添加剤を配合することができる。
【００１５】
本発明に係る転がり軸受において、複数の転動体のうち少なくとも１個がカーボン製の転動体である。カーボン製の転動体は、ガラス状カーボンを原料とし、焼成、研磨等して作製でき、機械的強度や耐摩耗性に優れる。なお、転がり軸受に荷重が負荷された際に割れが生じないようにカーボン製転動体以外の他の転動体よりもわずかに径の小さいカーボン製転動体を使用することが好ましい。
【００１６】
本発明に係る転がり軸受は、樹脂製保持器と少なくとも１個のカーボン製転動体を含む転動体とを組み合わせて構成されるが、その組み合わせとしては、導電性樹脂を用いた樹脂製保持器とカーボン製転動体との組み合わせが耐久性、低発塵性に優れ最も好ましく、次いで樹脂製保持器とカーボン製転動体との組み合わせが好ましい。
【００１７】
本発明に係る転がり軸受は、上記樹脂製保持器と少なくとも１個のカーボン製転動体とを含む転動体を用いて作製された保持器付きの転がり軸受であり、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受に代表されるラジアル玉軸受、スラスト玉軸受、さらにはころ軸受にも適用できる。
特に、無潤滑化が可能となるので低アウトガス性に優れ、真空雰囲気下で使用される機器に好適に用いることができる。
【００１８】
【実施例】
実施例１〜実施例３、比較例１〜比較例４
実施例１で用いた保持器材料は、ＰＴＦＥに対して２５重量％のガラス繊維と２５重量％の金属モリブデンを配合したものであり、非導電性の樹脂である。実施例２、実施例３および比較例１、比較例２で用いた保持器材料は、ＰＴＦＥに対してケッチェンブラックを５．７重量％添加した導電性樹脂である。これらの樹脂材から２種類の保持器（内輪案内型、ボール案内型）を機械加工にて作製した。比較例３、比較例４ではＳＵＳ３０４製の爪曲げ保持器を使用した。
【００１９】
各保持器を深溝玉軸受６０８（内径８ｍｍ、外径２２ｍｍ、幅７ｍｍ）に組込んだ。各実施例では、全部で７個ある鋼球製の転動体のうちの１個にカーボン球を使用した。カーボン球の径は、鋼球の径：４ｍｍに対してわずかに小さい５／３２インチ径（３．９６８ｍｍ）とした。
各比較例では、鋼球に銀（Ａｇ）のイオンプレーティングを施した軸受（比較例３）およびＰＴＦＥ分散液に浸漬することにより、ＰＴＦＥ被膜のコーティングを行なった軸受（比較例４）も評価した。
【００２０】
試験用軸受を図２に示した高真空軸受耐久試験機により運転し、各経過時間での電気抵抗を図３に示した通電軸受抵抗測定機により測定した。試験は、最長１００時間までとし、電気抵抗が１００ＫΩをこえた場合に導電性が悪化したものと判定して停止した。表１に電気抵抗値の経時変化を示す。
また、図４に示す真空発塵試験機により発塵特性を評価し、図２に示す高真空軸受耐久試験機により軸受の耐久性を評価した。以下に試験法の詳細を、表２に各々の試験結果をそれぞれ示す。
【００２１】
高真空軸受耐久試験：
試験装置の概略を図２に示す。２個の試験軸受５によって支持される内部ロータ６を外部ロータ７の駆動により回転させる磁気励起方式である。試験軸受５へのスラスト荷重の負荷は、スプリング９で与えられ、試験軸受５の摩擦トルクは、内部ロータ６と外部ロータ７との速度比により測定する。８はヒータ、１０は磁石、１１はホールＩＣ、１２は永久磁石である。
運転条件は、回転速度２５００ｒｐｍ、スラスト荷重１０Ｎ、室温、真空度１×１０-4Ｐａ以下とし、耐久試験時の寿命判定は、２個の試験軸受５の摩擦トルクが１×１０-2Ｎ・ｍに達したときとした。
【００２２】
通電軸受抵抗測定試験：
試験装置の概略を図３に示す。試験装置を横置きにして（縦軸として使用）、軸受５にスラスト荷重を負荷し、スリップリング１３を介して軸受の電気抵抗を測定した。
測定条件は、印加電圧６．８Ｖ、制御抵抗６８ＫΩ、回転速度５０ｒｐｍ、スラスト荷重３．５Ｎとした。
【００２３】
真空発塵試験：
試験装置の概略を図４に示す。スプリング１６によりスラスト荷重を与えられた２個の試験軸受５を組込んだスピンドルを回転導入機１４を介して駆動用モータ１５で回転させ、発塵測定センサー１７により発塵個数を測定した。１８は回転検出センサーである。
測定条件は、回転速度５０ｒｐｍ、スラスト荷重１０Ｎ、室温、真空度１×１０-4Ｐａ以下、測定時間１５０時間とし、測定可能な粒子径は０．２μｍをこえる粒子である。
【００２４】
【表１】
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【表２】
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【００２５】
表１および表２の結果から明らかなように、本発明に係る転がり軸受は、電気抵抗値の上昇が抑制されており、発塵量が少なく、かつ耐久性にも優れている。特に導電性樹脂製保持器とカーボン転動体を組合わせた場合の効果は大きく、保持器形式によらず１００時間以上にわたって低い電気抵抗値を維持している。
これに対し、導電性樹脂のみ使用し、カーボン転動体を使用しない場合には、低発塵性、耐久性には優れるが、導電性が短時間で悪化してしまう。さらに銀（Ａｇ）のイオンプレーティング処理軸受では、発塵特性、耐久性とも劣っており、ＰＴＦＥ分散液で処理した軸受でも耐久性が充分ではない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係る転がり軸受は、転動体を保持する保持器が樹脂製保持器であり、特に導電性樹脂を用いた保持器であり、複数の転動体のうち少なくとも１個がカーボン製の転動体であるので、長期にわたって導電性を維持することができる。また、アウトガスの発生が少なく、発塵量が少なく、かつ耐久性に優れており、真空中で使用される導電性軸受として優れた性能を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】深溝玉軸受の円周方向部分断面図である。
【図２】高真空軸受耐久試験機の概要図である。
【図３】通電軸受抵抗測定試験機の概要図である。
【図４】真空発塵試験機の概要図である。
【符号の説明】
１  内輪
２  外輪
３  球
４  保持器
【図１】
2004197785.tif 000005
【図２】
2004197785.tif 000006
【図３】
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【図４】
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