JP3539749B2

JP3539749B2 - 転がり要素

Info

Publication number: JP3539749B2
Application number: JP32654893A
Authority: JP
Inventors: 博光近藤; 克也渡辺; 博山田; 路芳石丸
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: JPH07180028A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、軸受構成部品等の転がり要素一般における耐食性確保手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体のエッチング処理工程やＣＶＤ（化学蒸着）処理工程では、シラン系、フッ素系、塩素系などの反応性ガスを使用する関係上、装置内部に組込まれる部品等の腐食が問題になる。特に、軸受構成部品等の転がり要素においては、転がり摩擦を生ずる表面（軌道面、転動体の転動面等）に腐食が生じると、機能低下、耐久性低下につながるので、腐食防止対策が極めて重要になる。腐食性雰囲気のレベルは同一の装置内部においても異なり、腐食雰囲気レベルの高い箇所に配置される場合は高ニッケル合金などを用いることによって対応が可能であり、また、腐食雰囲気レベルの比較的低い箇所に配置される場合はマルテンサイト系ステンレス鋼などを用いることによって対応が可能である。
【０００３】
ところで、同一の部品においても雰囲気中に露出している部分とそうでない部分とでは腐食の生じ方には当然に差異があり、腐食雰囲気レベルとしては比較的低度であっても、雰囲気中に露出している部分には腐食が進行しやすい。例えば、軸受を搬送台車の車輪として使用する場合（カムフォロアなど）を例に取ると、外輪の外径面はガイドレール上等を転動しながら走行するため、雰囲気中の腐食物質と直接接触する可能性があり、最も腐食が生じやすい。
【０００４】
以上のような理由から、従来、腐食雰囲気レベルの比較的低い箇所に転がり要素を使用するにあたり、これをマルテンサイト系ステンレス鋼で形成すると共に、転がり摩擦を生ずる表面のうち、最も腐食の生じやすい露出表面、上記の例で言うと、外輪の外径面にクロムをメッキ処理して耐食性の改善を図っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
クロムのコーティング層は耐食性、耐摩耗性に優れており、しかも、十分な耐食性を確保するために、５〜１０μｍ程度の比較的厚いコーティング層を形成する場合でも、メッキ処理により短時間で行なうことができるという利点がある。しかし、図４に拡大して示すように、クロムのメッキ層１２ｂにはピンホールＰの発生という問題があり、これが母材１２の表面に早期に発錆Ａを生じさせる要因となっていた。これは、ピンホールＰによって母材１２を覆わない部分ができるため、ピンホールＰから侵入した腐食物質によって母材１２が直接侵される場合のほか、ピンホールＰから侵入した水分によって母材金属（鉄系）とメッキ層１２ｂ（クロム）との間にガルバニック腐食（水分の付着により局部電池が形成され、電流が流れて腐食が起こる現象）が発生し、母材１２の腐食が促進されてしまうからである。このようなクロムのメッキ層１２ｂにおけるピンホールＰは、膜厚を比較的厚くした場合でも発生が不可避なので、結局のところ、メッキ層１２ｂを形成しただけでは、耐食性確保のための手段としては不十分であるといわざるをえない。
【０００６】
一方、クロムのコーティング法として、湿式法としてのメッキ法のほか、乾式法としてのイオンプレーティング法が考えられ、これによれば、緻密性、密着性に優れたコーティング層を形成することができるので、ピンホールの発生による問題は回避される。しかしながら、十分な耐食性を確保するためには、膜厚を比較的厚くする必要があり、これをイオンプレーティングのみで達成しようとする、多大な時間がかかり、作業性が悪く、コスト高になる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、クロムメッキ層におけるピンホール発生による問題点を解消し、腐食性雰囲気下において良好な耐食性、耐久性を有する転がり要素を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の転がり要素は、転がり要素の転がり摩擦を生ずる表面のうち、雰囲気中に露出した表面にクロム、クロム合金、クロムと炭素との化合物又は共析物、クロムと窒素との化合物又は共析物、クロムとりんとの化合物又は共析物、クロムといおうとの化合物又は共析物、クロムと酸素との化合物又は共析物、クロムとフッ素との化合物又は共析物の中から選択される金属材料からなる耐食被膜を形成し、雰囲気中に露出していない表面にＰＴＦＥからなる潤滑被膜を形成したものであって、この耐食被膜が、母材表面を覆う厚さ５〜１０μｍのメッキ層と、このメッキ層の上層に形成されたイオンプレーティング層とで構成されているものである。
【０００９】
さらに、上記耐食被膜の上層にＰＴＦＥからなる潤滑被膜を形成したものである。
【００１０】
【作用】
イオンプレーティング層は緻密性、密着性に優れ、メッキ層の表面を斑なく被覆する。クロムのメッキ層にはピンホールの発生があり、これが母材の早期腐食の要因となるが、この耐食被膜にあっては、イオンプレーティング層がメッキ層のピンホールの奥部にまで入り込んで母材表面を覆いこれを保護するので、ピンホールにおける母材腐食の問題は解消される。ピンホール以外の部分については、メッキ層が母材表面を覆い、母材表面を腐食性雰囲気から効果的に保護する。同時に、イオンプレーティング層がメッキ層の表面を覆い、メッキ層に対する一種のバリア層として機能するので、メッキ層の良好な耐食効果が長期にわたって維持される。
【００１１】
転がり要素の転がり摩擦を生ずる表面のうち、雰囲気中に露出した表面に上記耐食被膜を形成し、雰囲気中に露出していない表面にＰＴＦＥからなる潤滑被膜を形成することにより、真空中での使用が可能になる。一般に、真空中における転がり要素の潤滑には、二硫化モリブデン等の層状物質、金、銀、鉛等の軟質金属、ＰＴＦＥ、ポリイミド等の高分子材料などの固体潤滑剤が使用される場合が多いが、これらの中で層状物質や軟質金属は反応性ガスに侵され易いので、腐食性雰囲気下での使用には適さない。これに対し、ＰＴＦＥは化学的に安定した物質で反応性ガスにも比較的侵されにくい。そのため、ＰＴＦＥからなる潤滑被膜は、転がり摩擦を生ずる表面において良好な潤滑作用をなすと同時に、反応性ガスなどから母材表面を保護する作用をもなす。雰囲気中に露出していない部分は比較的腐食が生じにくく、そのため、ＰＴＦＥの潤滑被膜により十分な耐食効果を期待することができる。
【００１２】
耐食被膜の転がり摩擦による摩耗劣化が予想される場合には、耐食被膜の上層にＰＴＦＥの潤滑被膜を形成することにより、これを防止することができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明をカムフォロアに適用した実施例について説明する。
【００１４】
図１に示すカムフォロアは、半導体製造設備におけるエッチング処理装置やＣＶＤ処理装置等の真空機器に使用するのに適したものである。このカムフォロアは、頭部の外周に軌道面を形成したスタッド１と、内周に軌道面を形成した外輪２と、スタッド１・外輪１、２の軌道面間に介在する複数のころ３と、ころ３を円周等間隔に保持する保持器４とを主要な要素として構成されている。スタッド１の端部にはねじ部１ａが形成され、相手部材のネジ穴に締結してスタッド１を取付けることができるようになっている。保持器４は、スタッド１の端部に形成されたフランジ部１ｂと、スタッド１に圧入されたリング状の側板５とによっての軸方向の両側から抜止め規制される。
【００１５】
この実施例は、上記のようなカムフォロアにおいて、転がり要素すなわちスタッド１、外輪２、ころ３の転がり摩擦を生ずる表面のうち、雰囲気中に露出した外輪２の外径面（相手面例えばガイドレール上を転動する）にクロムからなる耐食被膜２ｂを形成し、雰囲気中に露出していないスタッド１の軌道面、外輪２の軌道面、および、ころ３の転動面にそれぞれ結晶性のＰＴＦＥからなる潤滑被膜１ａ、２ａ、３ａを形成したものである。さらに、この実施例では、上記転がり要素のうち、少なくとも外輪をＳＵＳ４４０Ｃで代表されるマルテンサイト系ステンレス鋼で形成してある。
【００１６】
図３に拡大して示すように、耐食被膜２ｂは、外輪２の外径面を覆うクロムのメッキ層２ｂ１と、メッキ層２ｂ１の表面を覆うイオンプレーティング層２ｂ２とからなる。メッキ層２ｂ１は、外輪２の外径面にクロムを電解メッキ等により５〜１０μｍ程度コーティング処理したものである。メッキ法によれば、この程度の比較的厚いコーティング層でも短時間でコーティング処理を行なうことができる。イオンプレーティング層２ｂ２は、メッキ層２ｂ１の表面にクロムをイオンプレーティングにより０．２μｍ程度コーティング処理したものである。このようなイオンプレーティング層２ｂ２は緻密性、密着性に優れ、メッキ層２ｂ１の表面を斑なく被覆する。イオンプレーティング層２ｂ２は０．２μｍ程度と薄膜であるため比較的短時間で処理可能であり、また、下地となるメッキ層２ｂ１が同種金属であるので、層境界における親和度が高く、密着性は特に良好である。
【００１７】
前述したように、クロムのメッキ層２ｂ１にはピンホールＰの発生があり、これが母材の早期腐食の要因となるが、この耐食被膜２ｂにあっては、イオンプレーティング層２ｂ２がメッキ層２ｂ１のピンホールＰの奥部にまで入り込んで母材表面を覆いこれを保護するので、ピンホールＰにおける母材腐食の問題は解消される。ピンホールＰ以外の部分については、メッキ層２ｂ１が母材表面を厚く覆い、母材表面を腐食性雰囲気から効果的に保護する。同時に、イオンプレーティング層２ｂ２がメッキ層２ｂ１の表面を覆い、メッキ層２ｂ１に対する一種のバリア層として機能するので、メッキ層２ｂ１の良好な耐食効果が長期にわたって維持される。
【００１８】
上記において、「結晶性のＰＴＦＥからなる潤滑被膜」とは、いわゆるスパッタリング被膜のようにＰＴＦＥの結晶構造（分子構造）が細分化されていないものをいい、例えば、ＰＴＦＥの処理液を被処理物にスプレーすることにより、あるいは、被処理物を処理液中に浸漬することにより形成することができる。このような潤滑被膜１ａ、２ａ、３ａは、ＰＴＦＥ本来の優れた潤滑性能を発揮し、転がり要素の耐久性を高める。同時に、ＰＴＦＥ自体も耐食性に優れた物質なので、転がり要素の表面を腐食物質から保護する。前述したように、半導体のエッチング処理工程等では、塩素系などの反応性ガスを使用するが、反応性ガスはそれ自体単独では母材を侵すことはなく、雰囲気中の水分と結合し酸を生成することにより、初めて母材表面を腐食させる。したがって、腐食雰囲気レベルの比較的低い箇所において、雰囲気中に露出していない部分は比較的腐食が生じにくく、そのため、ＰＴＦＥの潤滑被膜１ａ、２ａ、３ａにより、十分な耐食効果を期待することができる。尚、この実施例では、図６に示すように、潤滑被膜１ａ、２ａ、３ａを連続した島状分布にしてある。連続した島状分布の潤滑被膜は、例えば、ＰＴＦＥの処理液を被処理物にスプレーして島状に付着させたのち、有機溶剤により溶出して島同士を連続させたものであり、特に、発塵量を少なくすることができるという利点がある（詳細については、本出願人による特願平４−２０３５６７号等参照）。尚、耐食被膜２ｂの転がり摩擦による摩耗劣化が予想されるような場合には、耐食被膜２ｂの上層にさらに結晶性のＰＴＦＥからなる潤滑被膜を形成すると良い。
【００１９】
図２は、上記構成の耐食被膜２ｂを表面に形成した転がり要素について、耐食性の比較試験を行なった結果を示している。比較試験は、塩水噴霧試験（塩化ナトリウム濃度５％、噴霧量１〜２ｍｌ／ｈ、試験温度３５°Ｃ）にて行なった。同図上欄は図３に示すような耐食被膜２ｂ（Ｃｒメッキ＋Ｃｒイオンプレーティング）を形成したもの、中欄は図４に示すようなＣｒメッキ層１２ｂのみを形成したもの、下欄は図５に示すようなＣｒイオンプレーティング層１２ｂ２の上層にＣｒメッキ層１２ｂ１を形成したものについての結果である。Ｃｒメッキ層のみを形成したもの（図４）は２９０時間で錆の発生が認められたのに対し、耐食被膜２ｂを形成したもの（図３）は９００時間経過後も錆の発生が認められなかった。尚、Ｃｒイオンプレーティング層の上層にＣｒメッキ層を形成したもの（図５）は１７０時間で錆の発生が認められ、耐食性はＣｒメッキ層のみを形成したもの（図４）より劣っていた。これは、Ｃｒイオンプレーティング層１２ｂ２がＣｒメッキ層１２ｂ１の処理時にダメージを受け易いことが要因であると考えられる。
【００２０】
耐食層２ｂの形成材料は、クロムのみならず、クロム合金、クロムと炭素、窒素、りん、いおう、酸素、フッ素等との化合物又は共折物の中から選ぶことができる。
【００２１】
尚、本発明は、上述したカムフォロアに限らず、例えば、半導体製造設備におけるウェーハチャッキング用治具、腐食ガス噴出用部品、ゲートバルブ等における転がり要素一般に適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、以下に示す効果を有する。
【００２３】
（１）耐食被膜のイオンプレーティング層がメッキ層のピンホールの奥部にまで入り込んで母材表面を覆いこれを保護するので、ピンホールにおける母材腐食の問題が解消される。また、ピンホール以外の部分については、５〜１０μｍの厚さを有するメッキ層が母材表面を覆い、母材表面を腐食性雰囲気から効果的に保護する。同時に、イオンプレーティング層がメッキ層の表面を覆い、メッキ層に対する一種のバリア層として機能するので、メッキ層の良好な耐食効果が長期にわたって維持される。
【００２４】
（２）イオンプレーティング層が比較的薄膜であっても十分な耐食効果が得られるので、イオンプレーティングのみで厚膜のコーティング層を形成する場合に比べ、処理時間がきわめて短時間で足りる。
【００２５】
（３）転がり要素の転がり摩擦を生ずる表面のうち、雰囲気中に露出した表面に上記耐食被膜を形成し、雰囲気中に露出していない表面にＰＴＦＥからなる潤滑被膜を形成することにより、真空中での使用が可能になる。
【００２６】
（４）ＰＴＦＥからなる潤滑被膜は、転がり摩擦を生ずる表面において良好な潤滑作用をなすと同時に、反応性ガスなどから母材表面を保護する作用をもなす。雰囲気中に露出していない部分は比較的腐食が生じにくく、そのため、ＰＴＦＥの潤滑被膜により十分な耐食効果を期待することができる。
【００２７】
（５）耐食被膜の転がり摩擦による摩耗劣化が予想される場合には、耐食被膜の上層にＰＴＦＥの潤滑被膜を形成することにより、これを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す断面図である。
【図２】耐食性比較試験の結果を示す図である。
【図３】耐食被膜を模式的に示す拡大断面図である。
【図４】クロムのメッキ層を模式的に示す拡大断面図である。
【図５】クロムのイオンプレーティング層の上層にクロムのメッキ層を形成した場合を模式的に示す拡大断面図である。
【図６】ＰＴＦＥの潤滑被膜を模式的に示す拡大断面図である。
【符号の説明】
２ｂ耐食被膜
２ｂ１メッキ層
２ｂ２イオンプレーティング層
１ａ潤滑被膜
２ａ潤滑被膜
３ａ潤滑被膜

Claims

転がり要素の転がり摩擦を生ずる表面のうち、雰囲気中に露出した表面にクロム、クロム合金、クロムと炭素との化合物又は共析物、クロムと窒素との化合物又は共析物、クロムとりんとの化合物又は共析物、クロムといおうとの化合物又は共析物、クロムと酸素との化合物又は共析物、クロムとフッ素との化合物又は共析物の中から選択される金属材料からなる耐食被膜を形成し、雰囲気中に露出していない表面にＰＴＦＥからなる潤滑被膜を形成した転がり要素であって、上記耐食被膜が、母材表面を覆う厚さ５〜１０μｍのメッキ層と、このメッキ層の上層に形成されたイオンプレーティング層とで構成されていることを特徴とする転がり要素。
上記耐食被膜の上層にＰＴＦＥからなる潤滑被膜を形成したことを特徴とする請求項１の転がり要素。