JP3811599B2 - 軸受用保持器 - Google Patents
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Description
【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
Claims (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。
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