(57)【要約】【課題】  ステンレス鋼製の転がり軸受が、フッ化水素酸やフッ素系グリースの存在するような腐食性の高い使用条件において、金属腐食粉が転がり軸受の転動面へ侵入することによる境界潤滑、または内部摩耗の急速な進行を抑制できる転がり軸受とし、特に金属腐食性環境下で使用しても耐久性が高く長寿命の耐食性転がり軸受とすることである。【解決手段】  内輪３と外輪４とからなる軸受軌道輪、転動体５および保持器２をステンレス鋼材で形成し、かつ転がり軸受の内部にはパーフルオロポリエーテルを含有する潤滑油または潤滑グリースと熱可塑性樹脂との混合物を熱硬化した固形化潤滑油１を内蔵し、これをフッ素ゴム製の接触シール７で封入した深溝玉軸受とする。パーフルオロポリエーテルやフッ化水素酸に起因して金属摩耗粉が生じても固形化潤滑油に埋め込まれるように保持され、転動面に金属摩耗粉の進入が防止され、異常な摩耗が起こらない。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受軌道輪、転動体および保持器をステンレス鋼材で形成し、かつ転がり軸受の内部に潤滑油または潤滑グリースと熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂との混合物を熱硬化した固形化潤滑油を内蔵し、これをフッ素ゴム製の接触シールで封入してなる転がり軸受。
【請求項２】
潤滑油または潤滑グリースが、パーフルオロポリエーテルを含有する潤滑油または潤滑グリースである請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
転動体が、セラミックスで形成されている請求項１または２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受からなり、腐食性フッ化化合物に接する洗浄・化学研摩処理装置用の転がり軸受。
【請求項５】
腐食性フッ化化合物が、フッ化水素酸である請求項４に記載の洗浄・化学研摩処理装置用の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転がり軸受に関し、特に化学研摩や洗浄のために腐食性フッ化化合物に接する環境で用いられる洗浄・化学研摩処理装置用に適した転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体製造設備のウェハー洗浄工程や化学研摩工程などではフッ化水素酸（フッ酸とも略称される。）のような腐食性のフッ化化合物が洗浄剤や表面処理剤として使用されており、例えばＣＭＰ装置（Chemical Mechanical Polishing）では、フッ化水素酸をウェハーにシャワーのように浴びせながら回転ブラシで表面を洗浄および研摩する。
【０００３】
このような洗浄装置の搬送部や回転ブラシに使用されている転がり軸受は、耐腐食性のある素材で構成されており、例えばステンレス鋼製の軸受軌道輪、転動体および保持器が採用される（特許文献１）。
【０００４】
一方、耐熱性の改善が求められる自動車用の電装補機などにおいては、装置に用いる転がり軸受の内部に、フッ素系潤滑グリースを封入し、内・外輪の間隙を密封するフッ素ゴム製の接触シールが採用される（特許文献２）。
【０００５】
上記した耐熱性のフッ素系潤滑グリースは、パーフルオロポリエーテル油と、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略称する。）などのフッ素樹脂粒子からなる増ちょう剤とを混合して増ちょうさせたものである。
【０００６】
このようなフッ素系潤滑グリースは、各種溶剤に対して安定なものであるから、洗浄装置に用いられる転がり軸受用潤滑グリースとして適している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１３９１４７号公報
【特許文献２】特開２００３−１３９１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記した従来のステンレス鋼製の軸受軌道輪、転動体および保持器からなる転がり軸受に対し、フッ素系潤滑グリースを封入すると、基油として配合されているパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）が境界潤滑の状態で金属素材のステンレス鋼と反応し、ＰＦＰＥはエーテル基の部分で主鎖が切断されてアシル基を有するフッ化化合物（RF-COF）が生成される。このフッ化化合物は、ルイス酸の一種で極めて腐食性の高いものであり、基油のＰＦＰＥの分解触媒となってフッ素系潤滑グリースが急速に分解されて流出し、転がり軸受が金属摩耗を起こす原因になる。
【０００９】
このような腐食のメカニズムによってフッ素系潤滑グリースを封入したステンレス鋼製の転がり軸受は、内部摩耗が急速に進行して短期間で寿命に達する場合があった。
【００１０】
また、フッ素系潤滑グリースを使用しないステンレス鋼製転がり軸受でも、洗浄剤や研磨剤としてのフッ化水素酸と接する使用条件では腐食して金属摩耗粉が生じ、この金属摩耗粉が軸受転動部分に侵入して境界潤滑の原因となり、異常な軸受摩耗が起こるという問題点がある。
【００１１】
そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決して、ステンレス鋼製の転がり軸受が、フッ化水素酸やフッ素系グリースの存在するような腐食性の高い使用条件において、金属腐食粉が転がり軸受の転動面へ侵入することによる境界潤滑、または内部摩耗の急速な進行を抑制できる転がり軸受とし、特に金属腐食性環境下で使用しても耐久性が高く長寿命の耐食性転がり軸受とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、この発明においては、軸受軌道輪、転動体および保持器をステンレス鋼材で形成し、かつ転がり軸受の内部に潤滑油または潤滑グリースと熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂との混合物を熱硬化した固形化潤滑油を内蔵し、これをフッ素ゴム製の接触シールで封入してなる転がり軸受としたのである。
【００１３】
上記したように構成されるこの発明の転がり軸受は、内外輪の間隙をフッ素ゴム製の接触シールで封入しているので、フッ化水素酸などのような金属腐食性の薬剤に接してもシールが変質しないで、その侵入を確実に防止できる。
【００１４】
そして、転がり軸受の内部に潤滑油または潤滑グリースと熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂との混合物を熱硬化した固形化潤滑油を内蔵しているので、例えば潤滑油または潤滑グリースが、パーフルオロポリエーテルを含有する潤滑油または潤滑グリースであって、境界潤滑状態で転がり軸受の内部に生じた腐食性のフッ化物により金属腐食が起こり、これによって摩耗粉が生じたとしても、この金属摩耗粉は、熱硬化した固形化潤滑油に埋め込まれるように保持され、転動面（転動体の表面、および転動体が接触する内外輪の軌道面）に金属摩耗粉の進入が防止され、異常な摩耗が起こらない。
【００１５】
また、ＰＦＰＥが金属と反応して金属フッ化物が生じても、固形化潤滑油の表面に滲み出した潤滑油が一部で分解されるだけに止まり、内部に保持された潤滑油まで分解されることはなく、転動面には常に正常な潤滑油が供給されて、固形化潤滑油はその後も正常に機能する。
【００１６】
このように、固形化潤滑油に保持された全ての潤滑グリースが一時に分解されて流出してしまうことはないため、金属腐食性環境下で使用しても従来品より長寿命の耐腐食性転がり軸受となる。
【００１７】
このような長寿命の転がり軸受とするには、転動体が耐腐食性に優れたセラミックスで形成されていることが、より少ない金属腐食粉の生成量として長寿命化を促すので好ましい構成である。
【００１８】
また、上記構成の転がり軸受は、フッ化水素酸などの腐食性フッ化化合物に接する環境下で使用される洗浄・化学研摩処理装置用の転がり軸受として極めて適したものになる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明は、ステンレス鋼材製の転がり軸受の内部に潤滑油または潤滑グリースと熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂との混合物を熱硬化した固形化潤滑油を内蔵し、これをフッ素ゴム製接触シールで封入したので、ステンレス鋼製の転がり軸受が、フッ化水素酸やフッ素系グリースの存在下で境界潤滑する腐食性の使用条件においても金属腐食粉が転動面へ侵入せず、しかも正常な潤滑油が分解されること無く供給されて異常摩耗を防止でき、または内部摩耗の急速な進行を抑制できる転がり軸受となる利点がある。
【００２０】
また、上記の利点を有することから腐食性フッ化化合物に接する洗浄・化学研摩処理装置に使用しても長寿命の転がり軸受となる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
この発明の実施形態を以下に添付図面に基づいて説明する。
図１および図２に示すように、実施形態は、固形化潤滑油１を保持器２の軸方向両面に付着させて熱硬化させた深溝玉軸受であり、その材質として内輪３と外輪４とからなる軸受軌道輪、転動体５および保持器２をステンレス鋼材で形成し、かつ転がり軸受の内部には潤滑グリースと熱可塑性樹脂との混合物を熱硬化した固形化潤滑油１を内蔵し、これをフッ素ゴム製の接触シール７で封入した深溝玉軸受である。
【００２２】
各構成部品の材質などについて詳しく説明すると、この発明に用いる固形化潤滑油１は、潤滑油または潤滑グリースに樹脂粉末を混合した半固形状潤滑性組成物を保持器２の軸方向両側（転動体５の配置間隔を一定に保持する部分の両側、図２中の１ａ側および１ｂ側）に付着させ、それを加熱硬化して定位置に保持させたものである。
【００２３】
この発明における固形化潤滑油に含有されている潤滑剤は、潤滑油または潤滑グリースのいずれでもよく、潤滑油としては、鉱油、合成炭化水素油、ポリアルキレングリコール油、ジエステル油、ポリオールエステル油、リン酸エステル油、ポリフェニルエーテル油、シリコーン油、パーフルオロポリエーテル油などが挙げられ、周知の潤滑油を特に限定なく使用できる。
【００２４】
上記のパーフルオロポリエーテル油は、脂肪族炭化水素ポリエーテルの水素原子をフッ素原子で置換した化合物であり、市販品としてはフォンブリンＹ（モンテジソン社商品名）、クライトックス（デュポン社商品名）、バリエルタＪオイル（クリーバー社商品名）、フォンブリンＺ（モンテジソン社商品名）、フォンブリンＭ（モンテジソン社商品名）、デムナム（ダイキン社商品名）等を例示できる。
【００２５】
前記の潤滑グリースは、石けんまたは非石けんで増稠された潤滑グリースであり、その基油や増稠剤の種類は特に限定されるものでなく、増稠剤−基油系グリースの分類名称で種々の例（増ちょう剤−基油系）を挙げれば、リチウム石けん−ジエステル系グリース、リチウム石けん−鉱油系グリース、ナトリウム石けん−鉱油系グリース、アルミニウム石けん−鉱油系グリース、リチウム石けん−ジエステル鉱油系グリース、非石けん−ジエステル系グリース、非石けん−鉱油系グリース、非石けん−ポリオールエステル系グリース、リチウム石けん−ポリオールエステル系グリース、リチウム石けん−シリコーン油系グリースなどの各系のグリースが挙げられる。また、パーフルオロポリエーテル油を基油としてフッ素樹脂粒子を増ちょう剤とするグリースも使用することができる。
【００２６】
上記したような潤滑油を基油として金属石けん、非石けん（フッ素樹脂粒子、ジウレア、ベントン、ポリウレア等）の増稠剤を添加して適当な粘度にしたグリース、または潤滑油に必要に応じて極圧剤等の各種添加剤を添加して使用することもできる。
【００２７】
この発明に用いる固形化潤滑油の固形化のための樹脂原料粉末としては、超高分子量ポリオレフィン樹脂などの熱可塑性樹脂粉末が適用できる。
【００２８】
熱可塑性樹脂粉末は、周知の熱可塑性樹脂の粉末を限定することなく採用でき、例えば超高分子量ポリオレフィン粉末の他、ポリアミド樹脂（ナイロン）、ポリアセタール樹脂、メチルメタアクリル樹脂、アクリル−スチレン共重合樹脂、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリビニリデンフルオライド、ポリカーボネイト、フッ化樹脂、アセテートセルロース、セルロイドなどの熱可塑性樹脂を例示できる。
【００２９】
超高分子量ポリオレフィン粉末は、超高分子量ポリエチレン、超高分子量ポリプロピレン、超高分子量ポリブテンもしくはこれらの共重合体からなる粉末またはそれぞれ単独の粉末であってよく、各粉末の分子量は、粘度法により測定される平均分子量が１×１０6 〜５×１０6 である。このような平均分子量の範囲にあるポリオレフィンは、剛性及び保油性において低分子量のポリオレフィンより優れ、高温に加熱してもほとんど流動することはない。また、熱可塑性樹脂粉末の平均粒径は、１０〜３０μｍのものを採用して、好ましい結果を得ている。
【００３０】
熱可塑性樹脂の固形潤滑剤中の配合割合は９５〜１重量％であれば好ましく、その量は組成物の所望の離油度、粘り強さおよび硬さに依存する。したがって、超高分子量ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂の配合量が多い程、所定温度で分散保持させた後のゲルは硬くなる。
【００３１】
この発明に用いる固形化潤滑油の原料として使用する熱硬化性樹脂粉末の樹脂種としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。
【００３２】
熱硬化性樹脂は、その未硬化原料粉末を用いて潤滑油または潤滑グリースと混合するが、配合比率は特に限定されたものではなく、例えば５〜９５重量％の範囲で両者を配合する。上記した熱硬化性樹脂粉末または前記した熱可塑性樹脂粉末は、潤滑油または潤滑グリースと混合して全体が均一なペースト状で離油していない半固形状態とし、これを転がり軸受内部に部分充填(いわゆるスポットパック)し、または空隙全体に充填(いわゆるフルパック)する。スポットパックの際には、保持器の少なくとも転動体同士の間隔保持部の上下両面に付着させてこれを包むように保持させた後に加熱することが好ましい。
【００３３】
接触シール７は、心金８にフッ素ゴムを被覆したリング状の弾性体であり、外輪４の取付溝９に取付けられて、弾性体の一部からなる内周側の傾斜したシールリップが軸受内輪３のシール接触面に摺接するものである。
【００３４】
接触シールに用いるフッ素ゴムの例としては、テトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体を含む加硫可能なフッ素ゴム、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体を含む加硫可能なフッ素ゴム、またはテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル３元共重合体を含む加硫可能なフッ素ゴムなどが挙げられる。
【００３５】
テトラフルオロエチレン−プロピレン２元共重合体の市販品としては、旭硝子社製商品名のアフラス１５０シリーズ、アフラス１００シリーズ等が挙げられる。
【００３６】
フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−プロピレン３元共重合体の市販品としては、住友スリーエム社製商品名のＢＲＥ ＬＪ−２９８００５、旭硝子社製商品名のアフラスＳＰ、アフラスＭＺ２０１等が挙げられる。
【００３７】
テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル３元共重体としてはデュポン社製商品名のカルレッツが挙げられる。
【００３８】
上記したフッ素系重合体は、トリアリルイソシアヌレイト、トリアリルシアヌレイトなどの加硫助剤とともに、α、α−ビス−ｔ−ブチルパーオキシ−ジイソプロピルベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ−ｔ−ブチルパーオキシヘキサンなどの有機過酸化物を用いて加硫され、ゴム弾性を示す。
【００３９】
また、上記フッ素系重合体にカーボンブラック、シリカ、けい酸、珪藻土などの無機充填剤、酸化亜鉛、酸化マグネシウムなどの金属酸化物、オクチル化ジフェニルアミン、Ｎ−フェニル−１−ナフチルアミンなどの老化防止剤などの添加剤を必要に応じて配合して加硫できる。
【実施例１】
【００４０】
図１、２に示す接触シール付きの深溝玉軸受（内径φ１０ｍｍ、外径φ２６ｍｍ、幅８ｍｍ）を以下のように作製した。すなわち、内輪と外輪をステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）で形成し、転動体は窒化ケイ素系のセラミックス（Ｓｉ3Ｎ4）、保持器はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を使用して作製した。固形化潤滑油は、ポリエチレン樹脂粉末を含有したリチウム−鉱油系グリースを混合したものであり、軟化温度８０℃前後、硬化温度約１３０℃のＮＴＮ社製：一般用ポリルーブＬＰ０３を軸受内の保持器の軸方向両面にスポット充填して熱硬化させた。次いで、内輪と外輪の間隙をフッ素ゴム製の接触シールで密封し、転がり軸受を得た。
得られた転がり軸受に対し、実機に相当する条件で以下の耐久性確認試験を行なった。
【００４１】
［耐久性確認試験］
接触シール付きの深溝玉軸受にフッ化水素酸をシャワーにて浴びせかけながら、負荷荷重Ｆａ＝１０Ｎ（予圧荷重）をかけ、回転速度を０から１０００ｒｐｍまで３０秒間で加速し、その後は３０秒間かけて減速し、停止させる工程を１サイクルとし、これを５０万サイクルまで繰り返して寿命を判定した。
【００４２】
その判定は、軸受内部の摩耗の程度をラジアル内部隙間の相対的な拡大で評価し、初期隙間の１０倍に広がった時点で軸受の寿命になったと判定し、最長５０万サイクルまで調べ、結果を表１に示した。
【００４３】
ラジアル内部隙間以外の評価としては、内外輪の腐食、転動体の腐食、接触シールの密封性、グリースの劣化について、最良：◎印、良：○印、可：△印、不可：×印の４段階評価とし、各評価を表１中に併記した。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
［比較例１］
軟鋼（ＳＰＣＣ）製の非接触シール付きの深溝玉軸受（内径φ１０ｍｍ、外径φ２６ｍｍ、幅８ｍｍ）を以下のように作製した。すなわち、内輪、外輪および転動体を軸受鋼（ＳＵＪ２）で形成し、保持器は軟鋼（ＳＰＣＣ）を使用し、潤滑剤は、鉱油系グリース（増ちょう剤としてリチウム石鹸を使用したもの）を封入した。
得られた転がり軸受に対し、前記同様の条件で耐久性確認試験を行ない、その結果を表１中に併記した。
【００４６】
［比較例２］
ニトリルゴム製の接触シール付きの深溝玉軸受（内径φ１０ｍｍ、外径φ２６ｍｍ、幅８ｍｍ）を以下のように作製した。すなわち、内輪、外輪および転動体を軸受鋼（ＳＵＪ２）で形成し、保持器は軟鋼（ＳＰＣＣ）を使用し、潤滑剤は、鉱油系グリース（増ちょう剤としてリチウム石鹸を使用したもの）を封入した。
得られた転がり軸受に対し、前記同様の条件で耐久性確認試験を行ない、その結果を表１中に併記した。
【００４７】
［比較例３］
フッ素ゴム製の接触シール付きの深溝玉軸受（内径φ１０ｍｍ、外径φ２６ｍｍ、幅８ｍｍ）を以下のように作製した。すなわち、内輪、外輪および転動体をステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）で形成し、保持器はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を使用し、潤滑剤はフッ素グリース（増ちょう剤としてＰＴＦＥ粉末を使用したもの）を封入した。
得られた転がり軸受に対し、前記同様の条件で耐久性確認試験を行ない、その結果を表１中に併記した。
【００４８】
［比較例４］
フッ素ゴム製の接触シール付きの深溝玉軸受（内径φ１０ｍｍ、外径φ２６ｍｍ、幅８ｍｍ）を以下のように作製した。すなわち、内輪および外輪をステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）で形成し、転動体はセラミックス（Ｓｉ3Ｎ4）、保持器はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を使用し、潤滑剤はフッ素グリース（増ちょう剤としてはＰＴＦＥ粉末を使用したもの）を封入した。
得られた転がり軸受に対し、前記同様の条件で耐久性確認試験を行ない、その結果を表１中に併記した。
【００４９】
前掲の表１の結果からも明らかなように、比較例１は、フッ化水素酸が軸受内部に侵入し、早期にラジアル内部隙間が１０倍以上に広くなり、その他の評価も全て不可であった。比較例２は、ニトリルゴム製接触シールがフッ化水素酸に侵食され、軸受内部に侵入してラジアル内部隙間が１０倍以上に広くなった。
比較例３は、先の２例に比べてラジアル内部隙間が１０倍以上に広くなる時間は延びたが、フッ素グリースによる内輪、外輪、軌道面および転動体の腐食摩耗が生じた。
比較例４は、内輪と外輪の軌道面に腐食摩耗が生じ、転動体にはそのような摩耗がないが、摩耗により発生した金属粉が転動面に噛みこまれて回転不能となった。
【００５０】
一方、実施例１は、耐久性確認試験における５０万サイクル後もラジアル内部隙間の増加は極めて少なく、良好な回転状態が続いた。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態の転がり軸受のシールを除外して示す平面図
【図２】実施形態の転がり軸受の要部拡大断面図
【符号の説明】
【００５２】
１  固形化潤滑油
２  保持器
３  内輪
４  外輪
５  転動体
６  リベット
７  接触シール
８  心金
９  取付溝
【図１】
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【図２】
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