(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミドアロイ（ＰＡＩ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）のなかから選ばれる１つに対して、直径が２μｍ以下のチタン酸カリウムウィスカーを５〜３０ｗｔ％、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を１０〜３０ｗｔ％添加した材料を用いて射出成形されてなり、真空環境で使用される軸受に用いられる、ことを特徴とする軸受用保持器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂製の軸受用保持器に関する。この保持器は、特に、真空環境で使用される転がり軸受に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、半導体製造装置の真空チャンバ内などに用いる転がり軸受では、無潤滑での使用とする必要があるので、潤滑作用を有する保持器を用いるようになっている。
【０００３】
この保持器については、潤滑性に優れていて軸受寿命を延ばすだけでなく、発塵性、アウトガス特性も優れていることが要求される。そこで、現在のところ、本願出願人は、上記保持器として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を素材としたものを用いるようにしている。なお、ＰＴＦＥは、射出成形できないので、削り出し加工により製作している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、保持器を削り出し加工により製作しているために、製造に手間がかかり、高価になることが指摘される。
【０００５】
ところで、従来から射出成形が可能な樹脂材としていろいろな熱可塑性樹脂があるが、いずれも、潤滑成分となる摩耗粉の発生が多いなど発塵性において不十分であるとともに、真空条件でのガスの放出量が多いなどアウトガス特性が不十分である。ここに改良の余地がある。
【０００６】
このような事情に鑑み、本発明は、樹脂製の軸受用保持器において、射出成形により量産できて、しかも、潤滑性に優れていて長寿命化を図りながら、発塵性ならびにアウトガス特性の向上を図ることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の軸受用保持器は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミドアロイ（ＰＡＩ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）のなかから選ばれる１つに対して、直径が２μｍ以下のチタン酸カリウムウィスカーを５〜３０ｗｔ％、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を１０〜３０ｗｔ％添加した材料を用いて射出成形されてなり、真空環境で使用される軸受に用いられる。
【０００９】
要するに、本発明では、保持器を射出成形で製作するために、熱可塑性樹脂を用いるのであるが、この熱可塑性樹脂についてアウトガス特性に優れたものを母材としたうえで、強度と潤滑性を高めるための添加物および添加量を特定している。これにより、真空環境を阻害することなく、長期にわたって潤滑作用を発揮するようになる。
【００１０】
特に、チタン酸カリウムウィスカなどの強化短繊維については、母材となる熱可塑性樹脂全体の強度を高める性質を有していながら、繊維の硬度が他の一般的な強化繊維（例えばガラス繊維や炭素繊維）と比べて低いため接触する相手部材（軸受の転動体や軌道輪）を傷つけず発塵原因となりにくい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細について、図面に示す実施形態を参照して説明する。
【００１２】
図１ないし図４に本発明の一実施形態を示している。図１は、樹脂製の軸受用保持器の斜視図、図２は、図１の保持器を用いた転がり軸受の上半分の縦断面図、図３は、強化短繊維別の発塵試験の結果を示すグラフ、図４は、ＰＴＦＥ添加量別の発塵試験の結果を示すグラフである。
【００１３】
まず、本発明の保持器の使用対象とする転がり軸受の構成を説明する。図２に示す転がり軸受は、アンギュラ玉軸受であり、内輪１と、外輪２と、複数の玉からなる転動体３と、樹脂製の保持器４とを備えている。図示例の転がり軸受では、保持器４を外輪２の内周面により案内する外輪案内形式になっている。
【００１４】
内輪１の外周面において一方側の肩部には、カウンタボア５が設けられている。このカウンタボア５は、内輪１の軌道溝に転動体３の引っ掛かり代を残す状態にテーパ状に面取りされることで形成されている。外輪２は、内周面の軸方向中央に軌道溝を有する形状である。
【００１５】
保持器４は、いわゆる冠形保持器と呼ばれるものであり、その円周等配の数カ所には径方向に貫通されるとともに軸方向一方に開放されたポケット６・・・が設けられている。
【００１６】
この保持器４は、熱可塑性樹脂に対して直径が２μｍ以下の強化短繊維を５〜３０ｗｔ％、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を５〜３０ｗｔ％添加した材料を用いて射出成形される。
【００１７】
熱可塑性樹脂としては、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミドアロイ（ＰＡＩ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）のなかのいずれか１つが挙げられる。
【００１８】
なお、上記ポリアミドイミドアロイ（ＰＡＩ）としては、例えば三菱ガス化学株式会社製の商品名ＡＩポリマーを、また、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）としては、例えば三井化学株式会社製の商品名オーラムを好適に用いることができる。さらに、強化短繊維としては、チタン酸カリウムウィスカーが挙げられる。
【００１９】
ここで、上述したアウトガス特性に優れた熱可塑性樹脂に対して、その強度と潤滑性を高めるための添加物および添加量を特定した理由について以下で説明する。
【００２０】
つまり、強化短繊維や潤滑成分の添加については、転がり軸受に組み込んだ状態での実働試験における発塵量に基づいて決定している。ここでは、転がり軸受として、ＪＩＳ呼び番号６０８とし、保持器４の組成については、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を母材としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を１０ｗｔ％添加して混練するとともに溶融させた状態としてから、チタン酸カリウムウィスカーを２０ｗｔ％添加したものとし、それを所要の成型金型に注入することにより製作している。また、発塵測定装置としては、レーザー光散乱方式パーティクルカウンターを用いている。
【００２１】
まず、上記強化短繊維について、チタン酸カリウムウィスカーを選定した理由について図３を用いて説明する。
【００２２】
ここでは、上述した組成の保持器４を用いたものを実施例とし、その組成のうち、強化繊維を炭素繊維にしたものを比較例としている。
【００２３】
結果としては、図３に示すように、実施例のものは、比較例のものに比べて発塵量が３０％も少なくなった。
【００２４】
このようなことから、チタン酸カリウムウィスカーは、母材となる熱可塑性樹脂全体の強度を高める性質を有していながら、繊維の硬度が他の一般的な強化繊維（例えばガラス繊維や炭素繊維）と比べて低いため接触する相手部材（軸受の転動体３や内・外輪１，２）を傷つけず発塵原因となりにくい。
【００２５】
次に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を選択したのは、摩耗粉の転移による潤滑作用が優れていることによるが、その配分量を５〜３０ｗｔ％に設定した根拠について説明する。
【００２６】
まず、上限値については、母材となる熱可塑性樹脂に対する混練のしやすさ、つまり射出成形での成型性を考慮して決定しており、それが３０ｗｔ％であった。
【００２７】
一方、下限値については、転がり軸受に組み込んだ状態での実働試験における発塵量に基づいて決定している。この試験は、上述した試験と同様とし、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の添加量のみを変えている。
【００２８】
つまり、図４のグラフに示すように、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の配分量を２ｗｔ％以下にすると、発塵量が著しく増えるが、それを基点として増加させると、徐々に発塵量が低下する。ここで、１０ｗｔ％以上にすると、２ｗｔ％以下にした場合に対して発塵量が半減する。そして、５ｗｔ％に設定すると、発塵量は１０ｗｔ％以上にした場合と２ｗｔ％以下にした場合との中間となる。
【００２９】
このようなことから、下限値としては１０ｗｔ％以上にするのが最も好ましいのであるが、使用環境の条件などによっては、５ｗｔ％でも十分な場合があることを考慮し、余裕を持たせて５ｗｔ％に決定した。
【００３０】
図３での縦軸についてｒａｔｅ１００とは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の添加を０％としたときの発塵レベルのことである。また、図４での縦軸についてｒａｔｅ１００とは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の添加％に対するμの変化のことで、０％を１００としている。
【００３１】
以上説明したように、上述したような組成の保持器４であれば、射出成形により量産できて、しかも、潤滑性に優れていて長寿命化を達成できるとともに、発塵性ならびにアウトガス特性においても優れたものにできる。したがって、このような保持器４を備えた転がり軸受であれば、真空環境などにおいて好適に使用することができる。
【００３２】
なお、本発明は上述した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。
【００３３】
（１）上記実施形態では、転がり軸受をアンギュラ玉軸受とした例を挙げているが、軸受形式は特に限定されるものではなく、例えば深溝玉軸受などの玉軸受の他に、円筒ころ軸受、針状ころ軸受、円錐ころ軸受、球面ころ軸受などとすることができる。これらの軸受形式に応じて、保持器４のタイプとしては、いわゆる冠形やもみ抜き型などいろいろなタイプのものが使用され、いずれのタイプにも本発明を適用できる。
【００３４】
（２）上記実施形態の転がり軸受は、半導体製造装置の他、例えば自動車エンジンの過給機、ガスタービン、工作機械などに用いることができる。特に、上記転がり軸受を高温、高速回転で使用する場合には、内・外輪１，２および転動体３について、高炭素クロム軸受鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２など）の他、下記するような耐熱材料あるいはセラミックスで形成するのが好ましい。上記耐熱材料としては、マルテンサイト系ステンレス鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ，ＳＵＳ４２０Ｃなど）、耐熱・耐食合金（ＡＩＳＩ規格Ｍ−５０、ＪＩＳ規格高速度工具鋼ＳＫＨ４など）、特開平３−２５３５４２号公報などに示される耐熱軸受用鋼などの金属が挙げられ、必要に応じて適当な硬化処理（焼入れ、焼戻しなど）が施される。前述の耐熱軸受用鋼は、具体的に、Ｃ（０．８ｗｔ％以上、１．５ｗｔ％以下）、Ｓｉ（０．５ｗｔ％以上、２．０ｗｔ％以下）、Ｍｎ（０．３ｗｔ％以上、２．０ｗｔ％以下）、Ｃｒ（１．３ｗｔ％以上、２．１ｗｔ％以下）、Ｍｏ（０．３ｗｔ％以上、１．０ｗｔ％以下）を有し、ＳｉとＭｏの合計が１．０ｗｔ％以上を満足する範囲で含有し、残部は鉄および不可避不純物の組成になるものである。セラミックスとしては、窒化けい素（Ｓｉ3Ｎ4）を主体とし、それに焼結助剤として、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）を混合したものや、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や炭化けい素（ＳｉＣ）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、窒化アルミ（ＡｌＮ）などを用いたものが挙げられる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の発明に係る樹脂製の軸受用保持器では、射出成形により量産できて、しかも低発塵性、低アウトガス特性、長寿命を達成することができる。したがって、安価で優れた性能の樹脂製の軸受用保持器を提供できるようになる。
【００３６】
チタン酸カリウムウィスカーを添加していることにより、強度や潤滑性を向上するうえで有利になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る軸受用保持器の斜視図
【図２】図１の保持器を備える転がり軸受の縦断面図
【図３】強化短繊維別の発塵試験の結果を示すグラフ
【図４】ＰＴＦＥ添加量別の発塵試験の結果を示すグラフ
【符号の説明】
１    内輪
２    外輪
３    転動体
４    保持器
【図１】
0003811599.tif 000002
【図２】
0003811599.tif 000003
【図３】
0003811599.tif 000004
【図４】
0003811599.tif 000005