(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空、高温、清浄雰囲気の環境で、オイルやグリースを使用せずに用いられる通電用途向け転がり軸受であって、
鋼製軌道輪の軌道面あるいは転動体表面の少なくともいずれかに、炭素を付着してなるダイヤモンドライクカーボン膜が形成されていて、転動体の転がり抵抗を低減し、回転トルクを安定させ通電性を確保すべくこのダイヤモンドライクカーボン膜は、膜厚０．１〜１μｍで、これを構成するグラファイト構造とダイヤモンド構造とが、このダイヤモンドライクカーボン膜の電気抵抗を１０−１〜１０６〔Ω・ｃｍ〕かつ、硬度８００〜３０００Ｈｖとなる比率に設定される、ことを特徴とする通電用途向転がり軸受。
【請求項２】
半導体成膜装置の搬送機構部用または成膜対象基板の回転支持部用に用いられる請求項１に記載の通電用途向転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば真空、高温、清浄雰囲気など一般的なオイルやグリースが使用できない環境で用いられる転がり軸受では、軌道輪や転動体の表面に対して、金、銀、銅、鉛などの軟質金属やグラファイトや二硫化モリブデンなどのような固体潤滑剤をコーティングしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した転がり軸受では、固体潤滑剤が比較的軟質であって表面粗さが粗いために、転動体の転がり抵抗が大きく回転トルクが不安定になることが指摘されるとともに、転動体の転動、摺動動作に伴い固体潤滑剤が摩耗しやすいなど短寿命であることが指摘される。
【０００４】
これに対して、本願出願人は、転がり軸受の固体潤滑剤として比較的硬質なダイヤモンドライクカーボン膜を考えている。このダイヤモンドライクカーボン膜については、現段階において耐摩耗性を重視して組成を天然ダイヤモンドに近づけるよう鋭意研究されている。ところが、このような耐摩耗性を重視した従来のダイヤモンドライクカーボン膜は、高い絶縁性をもつために、１０7Ω・ｃｍ以下の良好な通電性が要求されるような条件での使用に適していない。このような条件が要求される機器としては、例えば半導体成膜装置の搬送機構部や成膜対象基板の回転支持部などが挙げられる。
【０００５】
したがって、本発明は、使用用途別に耐摩耗性や通電性など異なる特性を有する転がり軸受の提供を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にかかる通電用途向転がり軸受は、真空、高温、清浄雰囲気の環境で、オイルやグリースを使用せずに用いられる通電用途向け転がり軸受であって、鋼製軌道輪の軌道面あるいは転動体表面の少なくともいずれかに、炭素を付着してなるダイヤモンドライクカーボン膜が形成されていて、転動体の転がり抵抗を低減し、回転トルクを安定させ通電性を確保すべくこのダイヤモンドライクカーボン膜は、膜厚０．１〜１μｍで、これを構成するグラファイト構造とダイヤモンド構造とが、このダイヤモンドライクカーボン膜の電気抵抗を１０−１〜１０６〔Ω・ｃｍ〕かつ、硬度８００〜３０００Ｈｖとなる比率に設定される。
【０００７】
請求項２にかかる通電用途向転がり軸受は、請求項１に記載の通電用途向転がり軸受において、半導体成膜装置の搬送機構部用または成膜対象基板の回転支持部用に用いられる。
【０００８】
以上、本発明では、軌道輪と転動体との間に従来からの固体潤滑剤に比べて耐摩耗性に優れたダイヤモンドライクカーボン膜を介在させているから、転動体の転がり抵抗が軽減されるとともに、膜そのものの摩耗が抑制されることになる。しかも、仮に、ダイヤモンドライクカーボン膜についてダイヤモンド構造の比率を比較的少なくなるように設定すれば、耐摩耗性が低下傾向となるものの通電性が高まり、また、ダイヤモンド構造の比率を比較的多くなるように設定すれば、耐摩耗性が増加して通電性が低下傾向となる。このようにダイヤモンドライクカーボン膜の組成を適宜設定することにより、転がり軸受の使用用途を拡大できるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明の一実施形態にかかる転がり軸受の上半分の縦断面図である。図中、Ａは転がり軸受の全体を示しており、深溝型玉軸受と呼ばれる形式を例示している。この転がり軸受Ａは、内輪１と、外輪２と、球状の転動体３と、波形の保持器４とを備えている。
【００１１】
上述した内・外輪１，２、転動体３ならびに保持器４は、各種の金属材で形成される。この金属材としては、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃなどのマルテンサイト系ステンレス鋼、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ６３０などの析出硬化型ステンレス鋼に適当な硬化熱処理を施した金属材などが、ＪＩＳ規格ＳＫＨ４などの高速度工具鋼などが挙げられる。
【００１２】
これらのうち、内輪１の外周面および外輪２の内周面には、ダイヤモンドライクカーボン（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ：ＤＬＣ）膜５が形成されている。このＤＬＣ膜５は、グラファイト構造（結合：ＳＰ2）とダイヤモンド構造（結合：ＳＰ3）とで構成され、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）法、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム形成法、イオン化蒸着法などにより形成することができる。
【００１３】
仮に、ＣＶＤ法でＤＬＣ膜５を形成する場合には、例えばＣ6Ｈ6などの炭素源またはこれに水素などを混合した混合ガスに、必要に応じてキャリアガスとして適量の不活性ガスを加え、これを１〜１０-3Ｔｏｒｒ程度で、２００〜１１００℃程度に加熱された対象部品に対して流通する。これにより、対象部品に炭素が付着されてＤＬＣ膜５が生成されることになる。このとき、ＤＬＣ膜５の膜厚は、例えば０．１〜１μｍ程度に管理される。また、ＤＬＣ膜５を対象部品に部分的に形成する場合には、適宜マスキングを施せばよい。
【００１４】
なお、ＤＬＣ膜５の形成対象となる母材を上述したような金属材とする場合には、母材そのものに含まれる炭素に対して上述したＤＬＣ膜５の炭素が結合することになり、母材に対してＤＬＣ膜５が強固に密着することになる。しかも、ＤＬＣ膜５を構成する炭素原子相互の結合力が強いので、ＤＬＣ膜５そのものの摩耗や損傷が発生しにくくなる。
【００１５】
ところで、この実施形態では、ＤＬＣ膜５を構成するグラファイト構造（結合：ＳＰ2）とダイヤモンド構造（結合：ＳＰ3）との比率を適宜特定することにより、電気抵抗を１０-1〜１０9〔Ω・ｃｍ〕の範囲に、また硬度をＨｖ（ビッカース硬さ試験）で８００〜５０００の範囲に設定する。
【００１６】
なお、ＤＬＣ膜を構成するグラファイト構造とダイヤモンド構造の比率は、ＤＬＣ膜形成時の成形雰囲気の圧力、温度、ガスの種類、印加電圧などを調整することで変えることができる。
【００１７】
また、ＤＬＣ膜の組成（グラファイト構造とダイヤモンド構造の比率）と、硬度の間には相関性があり、ダイヤモンド構造が占める割合が多くなると硬度が高くなり、グラファイト構造が多くなると硬度が低くなる。図４は、ＤＬＣ膜の硬度と比抵抗との関係を試験した結果であり、硬度（ビッカース硬度Ｈｖ）が低くなるほど、つまりグラファイト構造が多くなるほど、比抵抗が低くなっている。なお、本試験は、上述したようなＤＬＣ膜形成時の条件を種々変更して３種類の異なる組成のサンプルを作成し、それぞれについて、比抵抗とビッカース硬度を測定し得たものである。
【００１８】
以上説明した転がり軸受Ａでは、軸受構成要素の所要部位にＤＬＣ膜５を形成するのであるが、このＤＬＣ膜５の組成を適宜管理することにより電気抵抗や硬度など特性を可変できるようにしているから、使用用途に応じて転がり軸受Ａの通電性を高める形態や通電性に関係なく耐摩耗性を高める形態など、任意に設定することができる。
【００１９】
なお、本発明は上記実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【００２０】
（１）  上記実施形態では、軸受形式として深溝型玉軸受を引用しているが、その他の種類の転がり軸受に本発明を適用できる。
【００２１】
（２）  上記実施形態では、ＤＬＣ膜５を内・外輪１，２のみに形成しているが、図２に示すように転動体３のみに形成してもよいし、また、図３に示すように軸受構成要素１〜４のすべてに形成することができる。また、上記実施形態ではＤＬＣ膜５を内輪１の外周面と外輪２の内周面とに形成しているが、軌道面のみあるいは全外表面に形成することができる。また、保持器４にＤＬＣ膜５を形成する場合には、全表面に形成しても、あるいはポケット内面のみに形成してもよい。特に、ＤＬＣ膜５を軸受構成要素１〜４のすべてに形成した場合には、腐食環境での使用に十分耐え得るものにでき、そのため例えば母材を耐食性素材とせずに一般的な金属材などとして、コスト低減を図ることが可能になる。
【００２２】
（３）  上記実施形態での転がり軸受Ａにおいて、転動体３については、セラミックス材により形成することができる。このセラミックス材としては、焼結助剤として、イットリア（Ｙ2Ｏ3）およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、その他、適宜、窒化アルミ（ＡｌＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）を用いた窒化けい素（Ｓｉ3Ｎ4）を主体とするものの他、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や炭化けい素（ＳｉＣ）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、窒化アルミ（ＡｌＮ）などを用いることができる。また、保持器４については、合成樹脂材料により形成することができる。その場合、保持器４の形状については冠形やもみ抜き形とするのが好ましい。この合成樹脂材料としては、耐熱性を有する熱可塑性樹脂、例えば５〜１０ｗｔ％のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）および１０〜２０ｗｔ％のグラファイトが充填されたＴＰＩ（熱可塑性ポリイミド）樹脂の他、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略称する）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）などのふっ素系樹脂やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ナイロン４６などのエンジニアリングプラスチックスなどが挙げられる。これらの樹脂には、適宜、ガラス繊維などの強化繊維が添加されてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１および２の発明にかかる転がり軸受では、軌道輪と転動体との間に介在させるダイヤモンドライクカーボン膜の組成を適宜管理することにより電気抵抗や硬度など特性を可変できるようにしているから、使用用途に応じて転がり軸受Ａの通電性を高める形態や通電性に関係なく耐摩耗性を高める形態など、任意に設定することができる。例えばダイヤモンドライクカーボン膜の通電性を高める形態とした場合であれば、本発明の転がり軸受は、例えば半導体成膜装置の搬送系や成膜対象基板の回転支持部などに好適に用いることができ、また、ダイヤモンドライクカーボン膜の耐摩耗性を高める形態とした場合であれば、本発明の転がり軸受は、発塵性に優れたものにできるので、真空、高温、清浄雰囲気となる各種機器に好適に用いることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる転がり軸受の上半分の縦断面図
【図２】本発明の他の実施形態にかかる転がり軸受の上半分の縦断面図
【図３】本発明のさらに他の実施形態にかかる転がり軸受の上半分の縦断面図
【図４】ＤＬＣ膜の硬度と比抵抗との関係を示すグラフ
【符号の説明】
Ａ    転がり軸受
１    内輪
２    外輪
３    転動体
４    保持器
５    ＤＬＣ膜
【図１】
0003821976.tif 000002
【図２】
0003821976.tif 000003
【図３】
0003821976.tif 000004
【図４】
0003821976.tif 000005