JP2008274984A - 搬送ローラおよびこれを備えた真空搬送装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】搬送部の被案内面に外周面を接触させて回転することにより前記搬送部を案内する搬送ローラにおいて、搬送部の被案内面が搬送ローラに衝突した時の耐久性を改善する。
【解決手段】搬送ローラ1を以下の方法で作製する。図2のミルポット内に窒化珪素製のボール5を複数個入れるとともに、円柱体44に搬送ローラ1を外嵌して遊星ボールミルを作動させ、ボール5に、ミルポット内に発生する公転に伴う遠心力と自転に伴う遠心力を付与することで、ボール5を搬送ローラ1の外周面に衝突させて外周面の表層部に残留応力を導入するボールミル工程を行った後に、仕上げ研磨加工を行う。
【選択図】図2
【解決手段】搬送ローラ1を以下の方法で作製する。図2のミルポット内に窒化珪素製のボール5を複数個入れるとともに、円柱体44に搬送ローラ1を外嵌して遊星ボールミルを作動させ、ボール5に、ミルポット内に発生する公転に伴う遠心力と自転に伴う遠心力を付与することで、ボール5を搬送ローラ1の外周面に衝突させて外周面の表層部に残留応力を導入するボールミル工程を行った後に、仕上げ研磨加工を行う。
【選択図】図2
Description
本発明は、搬送部の被案内面に筒状体の外周面を接触させて回転することにより前記搬送部を案内する搬送ローラと、これを備えた真空搬送装置に関する。
液晶ディスプレイパネル、半導体装置、太陽電池パネル、ハードディスク装置等を製造する設備の一部として、スパッタリング装置、プラズマCVD装置、イオン注入装置等の真空処理装置がある。そして、これらの真空処理装置は、基板等の被処理品を真空状態で搬送する真空搬送装置を備えている。
前記真空処理装置の一例として、基板が設置された搬送部をガスプラズマの放電領域を通過させて、前記基板に膜を形成するインライン真空成膜装置がある。この装置は、前記搬送部の被案内面を搬送ローラで案内する真空搬送装置を備えている。
前記真空処理装置の一例として、基板が設置された搬送部をガスプラズマの放電領域を通過させて、前記基板に膜を形成するインライン真空成膜装置がある。この装置は、前記搬送部の被案内面を搬送ローラで案内する真空搬送装置を備えている。
この真空搬送装置の搬送ローラとしては、従来、ステンレス鋼(主にSUS440C)製で、焼き入れ・焼き戻し処理が施されたものが使用されている。また、この搬送ローラを回転自在に支持する転がり軸受としては、ステンレス鋼(主にSUS440C)製でフッ素系グリースで潤滑されたものが使用されている。
ところで、液晶ディスプレイパネル、半導体装置、太陽電池パネル、ハードディスク装置等は、表面に微細な粒子(異物)が付着することで機能が損なわれる。そのため、近年、これらの装置の小型化および集積化が進むにつれて、製品としての歩留まりを向上させるために、清浄度の高い環境で製造することが求められている。
ところで、液晶ディスプレイパネル、半導体装置、太陽電池パネル、ハードディスク装置等は、表面に微細な粒子(異物)が付着することで機能が損なわれる。そのため、近年、これらの装置の小型化および集積化が進むにつれて、製品としての歩留まりを向上させるために、清浄度の高い環境で製造することが求められている。
また、これらの製品を製造する設備のメンテナンスに係る費用を低減すること(メンテナンスフリーにするか、メンテナンス周期を長くすること)が、製品の製造コストの低減に繋がる。そのため、液晶ディスプレイパネル、半導体装置、太陽電池パネル、ハードディスク装置等の製造コストを低減することを目的として、前述の真空処理装置および真空搬送装置の耐久性を向上することが要求されている。
この要求に応えるための技術として本出願人は、真空搬送装置の搬送ローラの外周面にDLC膜を設け、この搬送ローラを支持する転がり軸受の軌道面に潤滑膜を設けることを提案した(下記の特許文献1参照)。また、この搬送ローラの搬送部の被案内面に接触させる外周面を含む部分を、セラミックス材料で形成することを提案した(下記の特許文献2参照)。これらの提案によれば、真空搬送装置の発塵低減と耐久性向上に一定の効果があるが、更なる改善の余地がある。
例えば、ディスクメディアの真空搬送装置は、図1に示すように、ディスクメディアDを取り付ける台車4の下部にレール4aが固定され、搬送ローラ1は、このレール(被案内面)4aに外周面を接触させて回転することにより台車(搬送部)4を案内する。
例えば、ディスクメディアの真空搬送装置は、図1に示すように、ディスクメディアDを取り付ける台車4の下部にレール4aが固定され、搬送ローラ1は、このレール(被案内面)4aに外周面を接触させて回転することにより台車(搬送部)4を案内する。
この台車4が、図示されない駆動装置によって、例えば図1の紙面の右から左に送られる場合、先ず、2個あるうちの右側の搬送ローラ1aにレール4aが接触することで、右側の搬送ローラ1aが回転を開始する。次に、左側に移動した台車のレールがさらに左側の搬送ローラ1bと接触することで、左側の搬送ローラ1bが回転を開始する。そして、台車の進行速度と搬送ローラの回転速度が同じになった時点で搬送ローラの回転が安定する。この安定回転となった後の耐久性は前述の提案の方法で改善されるが、レールと搬送ローラの接触開始時に、搬送ローラにレールからの衝撃力が加わる。前述の提案の方法では、この時の耐衝撃性の向上が不充分であり、さらに耐久性を改善する必要がある。
下記の特許文献3には、セラミックス製品の表面強靱化方法として、硬さが、Hv(ビッカース硬さ)で500以上、且つ、対象となるセラミックス製品のHvに50を足した値以下であり、平均粒子サイズが0.1μm〜200μmであり、表面が凸曲面の微粒子からなる噴射材(ショット)を用いて、セラミックス製品の表面に均一に分布した直線状の転位組織を形成する方法が記載されている。
また、下記の特許文献4には、駆動力によって回転する公転軸を中心として回転する公転回転アームと、垂直から前記公転軸側へ傾斜した自転軸を介して前記公転回転アームに自転自在に支持されているミルポットと、前記公転軸の周りの全周に亘って前記公転回転アームの上方に固定して配置され、前記公転回転アームの回転に伴って公転する前記ミルポットの外周面が接触して前記ミルポットに自転を生じさせる外周ポット受けと、を有することを特徴とする遊星ボールミルが記載されている。
特開2005−23965号公報
特開2006−153187号公報
特開2004−136372号公報
特開2006−43578号公報
本発明の課題は、搬送部の被案内面に外周面を接触させて回転することにより前記搬送部を案内する搬送ローラにおいて、搬送部の被案内面が搬送ローラに衝突した時の耐久性を改善することである。
上記課題を解決するために、本発明は、搬送部の被案内面に外周面を接触させて回転することにより前記搬送部を案内する搬送ローラにおいて、セラミックス材料で形成され、前記外周面の表層部に絶対値で50MPa以上1500MPa以下の圧縮残留応力が導入されていることを特徴とする搬送ローラを提供する。「絶対値で50MPa以上1500MPa以下の圧縮残留応力」は「−1500MPa以上−50MPa以下の残留応力」に相当する。「−」の残留応力は圧縮残留応力であることを意味する。
本発明の搬送ローラによれば、搬送部の被案内面に接触させて回転する外周面の表層部に、絶対値で50MPa以上1500MPa以下の圧縮残留応力が導入されているため、このような圧縮残留応力が導入されていないセラミックス製搬送ローラと比較して、搬送部の被案内面が搬送ローラに衝突した時の耐久性に優れたものとなる。
本発明の搬送ローラは、遊星ボールミルのミルポット内に、複数個のセラミックス製ボールと外周面が露出した搬送ローラを入れて遊星ボールミルを作動させ、前記ボールに、ミルポット内に発生する公転に伴う遠心力と自転に伴う遠心力を付与することで、前記ボールを前記搬送ローラの外周面に衝突させてその表層部に残留応力を導入するボールミル工程を行った後に、仕上げ研磨加工を行って得ることができる。
本発明の搬送ローラは、遊星ボールミルのミルポット内に、複数個のセラミックス製ボールと外周面が露出した搬送ローラを入れて遊星ボールミルを作動させ、前記ボールに、ミルポット内に発生する公転に伴う遠心力と自転に伴う遠心力を付与することで、前記ボールを前記搬送ローラの外周面に衝突させてその表層部に残留応力を導入するボールミル工程を行った後に、仕上げ研磨加工を行って得ることができる。
前記ボールミル工程を、ミルポット内に、搬送ローラを外嵌する円柱体を回転可能に設けた遊星ボールミル(搬送ローラ回転支持装置をミルポット内に備えた遊星ボールミル)を用い、前記円柱体に搬送ローラを外嵌して遊星ボールミルを作動させることで行って得ることが好ましい。
前記ボールミル工程は、例えば、特許文献3に記載の遊星ボールミルのミルポット内に、搬送ローラを外嵌する円柱体を回転可能に設けたものを使用して行うことができる。
前記ボールミル工程は、例えば、特許文献3に記載の遊星ボールミルのミルポット内に、搬送ローラを外嵌する円柱体を回転可能に設けたものを使用して行うことができる。
なお、前記ボールミル工程を、搬送ローラ回転支持装置を備えない通常のミルポットで行う場合は、搬送ローラを、外周面が露出し、端面と内面がボールの衝突から保護された状態で、ミルポット内に入れる必要がある。また、搬送ローラがミルポットの内壁に衝突しないように、遊星ボールミルの回転速度や処理時間などをより綿密に調整する必要がある。
ミルポットの材質としては、ステンレススチール製で、メノー、アルミナ、ジルコニア、クロム鋼、または窒化珪素からなる内張り材が設けてあるものが挙げられる。ミルポットの内張り材は、処理されるセラミック製ボールと同じ材質であることが好ましい。
遊星ボールミルの作動条件としては、公転速度:300rpm以上1000rpm以下(より好ましくは500rpm以上700rpm以下)、自転速度:600rpm以上2000rpm以下(より好ましくは1000rpm以上1400rpm以下)で、回転時間:1時間以上8時間以下(より好ましくは3時間以上5時間以下)が好ましい。
遊星ボールミルの作動条件としては、公転速度:300rpm以上1000rpm以下(より好ましくは500rpm以上700rpm以下)、自転速度:600rpm以上2000rpm以下(より好ましくは1000rpm以上1400rpm以下)で、回転時間:1時間以上8時間以下(より好ましくは3時間以上5時間以下)が好ましい。
また、ミルポット内へ入れるセラミックス製ボールの量は、最密充填量(ミルポットに最も密に充填した場合に入る量)の50%以上90%以下であることが好ましい。最密充填量の50%未満であると、衝突エネルギーが大きいためボールミル工程の処理時間を短くできるが、ポット内でのセラミック製ボールの動きが激しくなりすぎるため均一な表面が得られにくい。最密充填量の90%を超えると、ポット内でセラミック製ボールの動ける範囲が小さくなるため衝突回数は増えるが、衝突エネルギーが小さくなって処理に時間がかかるようになる。最密充填量の50%以上90%以下とすることで、衝突回数と衝突エネルギーのバランスがとれて効果的に処理できるようになる。より好ましい範囲は、最密充填量の70%以上90%以下である。
前記仕上げ研磨加工は、ボールラップ盤による加工、バレル加工等の一般的な方法で行うことができる。
このようなボールミル工程と仕上げ研磨工程からなる方法以外で、「表層部に絶対値で50MPa以上1500MPa以下の圧縮残留応力が導入されたセラミックス製搬送ローラ」を得る方法としては、ショットブラスト処理による方法がある。
ショットブラスト処理は、被処理物の表面に噴射材を噴射する処理であるが、処理時の環境温度は常温であることが好ましく、噴射材は窒化ケイ素よりも硬さが低く且つ表面が凸曲面でエッジを有していない微粒子(例えばアルミナ粒子)であることが好ましい。
このようなボールミル工程と仕上げ研磨工程からなる方法以外で、「表層部に絶対値で50MPa以上1500MPa以下の圧縮残留応力が導入されたセラミックス製搬送ローラ」を得る方法としては、ショットブラスト処理による方法がある。
ショットブラスト処理は、被処理物の表面に噴射材を噴射する処理であるが、処理時の環境温度は常温であることが好ましく、噴射材は窒化ケイ素よりも硬さが低く且つ表面が凸曲面でエッジを有していない微粒子(例えばアルミナ粒子)であることが好ましい。
また、ショットブラスト処理前後の被処理物の表面粗さRaの変化が、0.02μm未満であることが好ましい。表面粗さRaの変化が0.02μm以上となると、ショットブラスト処理の効果が不十分となるおそれがある。また、被処理物の表面粗さはできるだけ小さい方が好ましい。さらに、表面粗さRaの変化が0.02μm未満となるようなショットブラスト処理であれば、処理による寸法変化も小さいため好ましい。なお、ショットブラスト処理の後にバレル処理やホーニング処理を施して、表面粗さを良好にしてもよい。
表面粗さRaの変化が0.02μm未満となるようにするためには、ショットブラスト処理の条件を以下のように設定することが好ましい。
噴射材の平均粒径:50μm以上100μm以下
噴射圧:0.1MPa以上0.6MPa以下(より好ましくは0.2MPa以上0.5MPa以下)
噴射速度:30m/s以上90m/s以下
噴射量:200g/min以上800g/min以下
このような条件でショットブラスト処理を施せば、圧縮残留応力をより好ましい値である150MPa以上1500MPa以下で導入することができる。
噴射材の平均粒径:50μm以上100μm以下
噴射圧:0.1MPa以上0.6MPa以下(より好ましくは0.2MPa以上0.5MPa以下)
噴射速度:30m/s以上90m/s以下
噴射量:200g/min以上800g/min以下
このような条件でショットブラスト処理を施せば、圧縮残留応力をより好ましい値である150MPa以上1500MPa以下で導入することができる。
本発明はまた、本発明の搬送ローラと、前記搬送ローラを軸に対して回転自在に支持する転がり軸受と、前記搬送ローラの外周面に接触させる被案内面を備えた搬送部と、を備え、内部を真空にして使用する真空搬送装置において、前記転がり軸受の軌道面に、以下の3種の潤滑被膜(DFO潤滑被膜)のいずれか一つが形成されていることを特徴とする真空搬送装置を提供する。
(1)官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテルとを含有する潤滑被膜
(2)官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテルとフッ素樹脂とを含有する潤滑被膜
(3)アルキル化シクロペンタン又はポリフェニルエーテルを主成分とする潤滑油とフッ素樹脂とを含有する潤滑被膜
(2)官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテルとフッ素樹脂とを含有する潤滑被膜
(3)アルキル化シクロペンタン又はポリフェニルエーテルを主成分とする潤滑油とフッ素樹脂とを含有する潤滑被膜
本発明の真空搬送装置によれば、搬送ローラを軸に対して回転自在に支持する転がり軸受の軌道面にDFO潤滑被膜が形成されているため、フッ素油やフッ素系グリースを用いた場合と比較して、良好な潤滑性能を確保しながらガス放出量を少なくでき、転がり軸受の耐久性も良好となる。
なお、本発明の真空搬送装置は、搬送ローラが転がり軸受に外嵌される場合と、転がり軸受の外輪の外周部分が搬送ローラをなす場合がある。
なお、本発明の真空搬送装置は、搬送ローラが転がり軸受に外嵌される場合と、転がり軸受の外輪の外周部分が搬送ローラをなす場合がある。
本発明の搬送ローラによれば、搬送部の被案内面が搬送ローラに衝突した時の耐久性に優れたものとなる。
本発明の真空搬送装置によれば、搬送ローラの耐久性が高く、転がり軸受の潤滑性能を良好にしながら、高い清浄度を確保できる。
本発明の真空搬送装置によれば、搬送ローラの耐久性が高く、転がり軸受の潤滑性能を良好にしながら、高い清浄度を確保できる。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に相当する真空搬送装置を示す正面図(a)と、その部分断面図(b)である。
この真空搬送装置は、搬送ローラ1と、転がり軸受2と、真空搬送装置内の壁から水平に延びる回転軸3と、ディスクメディアDを取り付ける台車(搬送部)4と、を備えている。搬送ローラ1は、転がり軸受2により回転軸3に対して回転自在に支持されている。台車4の下部にレール(被案内面)4aが固定されている。搬送ローラ1は、レール4aに外周面を接触させて回転することにより台車4を案内する。
図1は、本発明の一実施形態に相当する真空搬送装置を示す正面図(a)と、その部分断面図(b)である。
この真空搬送装置は、搬送ローラ1と、転がり軸受2と、真空搬送装置内の壁から水平に延びる回転軸3と、ディスクメディアDを取り付ける台車(搬送部)4と、を備えている。搬送ローラ1は、転がり軸受2により回転軸3に対して回転自在に支持されている。台車4の下部にレール(被案内面)4aが固定されている。搬送ローラ1は、レール4aに外周面を接触させて回転することにより台車4を案内する。
この搬送ローラ1は、窒化珪素(セラミックス材料)で形成され、外周面の表層部に絶対値で50MPa以上1500MPa以下の圧縮残留応力が導入されたものである。また、転がり軸受2の軌道面には、フッ素グリースよりもガス放出量が少ないDFO潤滑被膜が形成されている。
したがって、この真空搬送装置によれば、台車4レール4aが搬送ローラ1a,1bに衝突した時の耐久性が改善されるとともに、転がり軸受2の潤滑剤からのガス放出量が少ないため、ディスクメディアDの歩留まりが高く、メンテナンスに係る費用を低減することができる。
したがって、この真空搬送装置によれば、台車4レール4aが搬送ローラ1a,1bに衝突した時の耐久性が改善されるとともに、転がり軸受2の潤滑剤からのガス放出量が少ないため、ディスクメディアDの歩留まりが高く、メンテナンスに係る費用を低減することができる。
この搬送ローラ1は、図2に示すミルポットを備えた遊星ボールミルを用いたボールミル工程と、仕上げ研磨加工を行うことで得られる。
図2のミルポット40は、4個の搬送ローラ1を同時に処理できるものであって、ミルポット40の底面に、4個のハウジング41が、ミルポット40の自転円と同心の円に沿って等間隔に固定されている。また、各ハウジング41に、転がり軸受42を介して回転軸43が取り付けられ、この回転軸43の上部に、搬送ローラ1を外嵌する円柱体44が軸をずらして一体化されている。
図2のミルポット40は、4個の搬送ローラ1を同時に処理できるものであって、ミルポット40の底面に、4個のハウジング41が、ミルポット40の自転円と同心の円に沿って等間隔に固定されている。また、各ハウジング41に、転がり軸受42を介して回転軸43が取り付けられ、この回転軸43の上部に、搬送ローラ1を外嵌する円柱体44が軸をずらして一体化されている。
遊星ボールミルの駆動により、このミルポット40は、図2(b)に矢印で示すように自転しながら、図示されない軸を中心に公転する。これに伴って、円柱体44が慣性力により相対的に回転するため、これに外嵌された搬送ローラ1はランダムに向きを変えながら回転する。
よって、このミルポット内40にボール5を入れて遊星ボールミルを駆動すると、ボール5に、ミルポット40内に発生する公転に伴う遠心力と自転に伴う遠心力が付与されて、ボール5がミルポット40内を跳ね回って、ランダムに向きを変えながら回転する搬送ローラ1の外周面に衝突する。その結果、搬送ローラ1の外周面の表層部に圧縮残留応力が導入される。
よって、このミルポット内40にボール5を入れて遊星ボールミルを駆動すると、ボール5に、ミルポット40内に発生する公転に伴う遠心力と自転に伴う遠心力が付与されて、ボール5がミルポット40内を跳ね回って、ランダムに向きを変えながら回転する搬送ローラ1の外周面に衝突する。その結果、搬送ローラ1の外周面の表層部に圧縮残留応力が導入される。
〔第1実施例〕
この実施例では、図2のミルポット40内に、表面粗さ(Ra)が0.002μmでHv1500の直径4.768mmの窒化珪素製ボール5を、ミルポット40の最密充填量の50体積%となる量だけ入れ、各円柱体44に表面粗さ(Ra)が0.002μmでHv1500の窒化珪素製の搬送ローラ1を外嵌して、遊星ボールミルを下記の条件で7時間作動させた。
この実施例では、図2のミルポット40内に、表面粗さ(Ra)が0.002μmでHv1500の直径4.768mmの窒化珪素製ボール5を、ミルポット40の最密充填量の50体積%となる量だけ入れ、各円柱体44に表面粗さ(Ra)が0.002μmでHv1500の窒化珪素製の搬送ローラ1を外嵌して、遊星ボールミルを下記の条件で7時間作動させた。
公転速度:500rpm(No. 1−1)、300rpm(No. 1−2)
自転速度:1000rpm(No. 1−1)、600rpm(No. 1−2)
回転時間:7時間(No. 1−1)、4時間(No. 1−2)
このボールミル工程を行った後に、円柱体44から搬送ローラ1を外し、ボールラップ盤で仕上げ研磨工程を行い、搬送ローラ1の表層部を3μmの厚さで除去した。また、ボール5についてもボールラップ盤で仕上げ研磨工程を行い、表層部を3μmの厚さで除去して直径4.762mmとした。
自転速度:1000rpm(No. 1−1)、600rpm(No. 1−2)
回転時間:7時間(No. 1−1)、4時間(No. 1−2)
このボールミル工程を行った後に、円柱体44から搬送ローラ1を外し、ボールラップ盤で仕上げ研磨工程を行い、搬送ローラ1の表層部を3μmの厚さで除去した。また、ボール5についてもボールラップ盤で仕上げ研磨工程を行い、表層部を3μmの厚さで除去して直径4.762mmとした。
このようにして得られた4個の搬送ローラ1のうちの2個(No. 1−1、No. 1−2)と、Hv1500の窒化珪素製の搬送ローラ1であって、ボールミル工程を行わない以外は同じ方法で得られたもの(No. 1−3、No. 1−4)について、その耐久性を、図3の耐久試験装置を用いて調べた。
図3の試験装置は、段61aが付いたカム61と、カム61の回転軸62と、直動装置63と、バネ64とで構成されている。バネ64は、その上端が壁面から垂直に延びる部材に固定され、下端に直動装置63が固定されている。この直動装置63から垂直に延びる回転軸3に転がり軸受2を介して搬送ローラ1を取り付け、カム61の周面に搬送ローラ1の外周面が常に接触するようにして、回転軸62の駆動によりカム61を回転する。
図3の試験装置は、段61aが付いたカム61と、カム61の回転軸62と、直動装置63と、バネ64とで構成されている。バネ64は、その上端が壁面から垂直に延びる部材に固定され、下端に直動装置63が固定されている。この直動装置63から垂直に延びる回転軸3に転がり軸受2を介して搬送ローラ1を取り付け、カム61の周面に搬送ローラ1の外周面が常に接触するようにして、回転軸62の駆動によりカム61を回転する。
カム61の図3(a)に示す矢印方向への回転に伴って、搬送ローラ1は図3(a)の状態からカム61により押し下げられながら回転し、カム61の段61aの位置が通り過ぎた時に搬送ローラ1の外周面に衝撃が加わる。
この試験装置を用い、真空、常温の環境で、1分間に150回の回転速度で搬送ローラ1を回転させ、500万回の時点と1000万回の時点で、走行跡の表面粗さ(最大高さ)を測定した。その結果を図4にグラフで示す。
この試験装置を用い、真空、常温の環境で、1分間に150回の回転速度で搬送ローラ1を回転させ、500万回の時点と1000万回の時点で、走行跡の表面粗さ(最大高さ)を測定した。その結果を図4にグラフで示す。
なお、仕上げ研磨後の表面粗さを、Hv1500の窒化珪素製で、10mm×10mm×厚さ5mmの板状試験片を用いて測定した。すなわち、No. 1−1と1−2では、この試験片の表面に対して、上述のNo. 1−1と1−2と同じ方法でボールミル工程と仕上研磨工程を行ったものを用いた。No. 1−3と1−4ではこの試験片をそのまま用いた。
また、Hv1500の窒化珪素製のビッカース硬さ測定用試験片に対して、上述のNo. 1−1と1−2と同じ方法でボールミル工程と仕上研磨工程を行ったものを用いて、ビッカース硬さを測定したところ、No. 1−1では1590、No. 1−2では1570であった。No. 1−3と1−4は処理を行っていないので1500のままである。
また、Hv1500の窒化珪素製のビッカース硬さ測定用試験片に対して、上述のNo. 1−1と1−2と同じ方法でボールミル工程と仕上研磨工程を行ったものを用いて、ビッカース硬さを測定したところ、No. 1−1では1590、No. 1−2では1570であった。No. 1−3と1−4は処理を行っていないので1500のままである。
また、No. 1−1〜1−4のボールミル工程と仕上研磨工程を行った試験片を用いて、破壊靱性値を測定したところ、No. 1−1では18MPa・√m、No. 1−2では13MPa・√m、No. 1−3とNo. 1−4では6MPa・√mであった。破壊靱性値は、ダイヤモンド圧子の押し込み条件を196N、20秒とし、発生した圧痕とクラックの大きさを測定し、その測定値から求めた。
また、破壊靱性値を試験片の表面から各深さ位置で測定したところ、破壊靱性値が一定の値に収束する位置(強靱化深さ)はNo. 1−1で40μm、No. 1−2で30μmであり、No. 1−3と1−4の破壊靱性値は深さ方向で一定であった。
また、No. 1−1〜1−4の玉5の圧縮残留応力をX線回折により測定したところ、圧縮残留応力の絶対値で、No. 1−1では1200MPa、No. 1−2では300MPa、No. 1−3と1−4では20MPaであった。搬送ローラ1の圧縮残留応力も玉5と同じになっていると推定される。
これらの結果を下記の表1にまとめて示す。
また、No. 1−1〜1−4の玉5の圧縮残留応力をX線回折により測定したところ、圧縮残留応力の絶対値で、No. 1−1では1200MPa、No. 1−2では300MPa、No. 1−3と1−4では20MPaであった。搬送ローラ1の圧縮残留応力も玉5と同じになっていると推定される。
これらの結果を下記の表1にまとめて示す。
図4のグラフから、本発明の実施例に相当するNo. 1−1と1−2の搬送ローラ1は、1000万回回転後の走行跡の表面粗さが5〜6μmであったのに対して、比較例に相当するNo. 1−3と1−4の搬送ローラ1は9μm程度と大きく、No. 1−1と1−2の搬送ローラ1は耐摩耗性に優れていることが分かる。
〔第2実施例〕
まず、窒化ケイ素(Hv1500)製の試験片(幅10mm,長さ10mm,厚さ5mm)に、平均粒径100μmのアルミナ粒子(Hv1300)を噴射材として用いたショットブラスト処理を施して、それによる強靱化,高硬度化,及び表面粗さRaの変化の度合いをそれぞれ評価した。
ショットブラスト処理の条件及び評価結果を表2に示す。なお、破壊靱性値は、「JIS R 1607」に規定された方法により測定した。
まず、窒化ケイ素(Hv1500)製の試験片(幅10mm,長さ10mm,厚さ5mm)に、平均粒径100μmのアルミナ粒子(Hv1300)を噴射材として用いたショットブラスト処理を施して、それによる強靱化,高硬度化,及び表面粗さRaの変化の度合いをそれぞれ評価した。
ショットブラスト処理の条件及び評価結果を表2に示す。なお、破壊靱性値は、「JIS R 1607」に規定された方法により測定した。
また、窒化珪素製試験片のX線回折によるピークの半値幅を測定して、破壊靱性値との関係を調べたところ図5のグラフが得られた。X線回折の条件は、CrKα線、電圧40kV、電流40mA、無歪回折角2θ0 =125.40°(β−Si3 N4 (411))、コリメータレンズ直径1mm、測定時間120秒である。
圧縮残留応力の絶対値はX線回折ピークの半値幅に比例するため、図5のグラフから破壊靱性値が高いほど圧縮残留応力の絶対値が大きいことが分かる。
圧縮残留応力の絶対値はX線回折ピークの半値幅に比例するため、図5のグラフから破壊靱性値が高いほど圧縮残留応力の絶対値が大きいことが分かる。
No. 2−1と2−2は、ショットブラスト処理が施され、圧縮残留応力が絶対値で50MPa以上1500MPa以下の範囲内となっている。そして、ショットブラスト処理が施されていないNo. 2−3の数値から分かるように、ショットブラスト処理によりビッカース硬さ及び破壊靱性値が上昇している。
No. 2−4は、ショットブラスト処理は施されているものの、圧縮残留応力が絶対値で50MPa未満であるので、ショットブラスト処理の効果が現れておらず、ビッカース硬さ及び破壊靱性値が変化しなかった。また、No. 2−5は、ショットブラスト処理は施されているものの、圧縮残留応力が絶対値で1500MPaを超えるので、破壊靱性値の測定の際に大きなクラックが発生して試験片が破損した。
No. 2−4は、ショットブラスト処理は施されているものの、圧縮残留応力が絶対値で50MPa未満であるので、ショットブラスト処理の効果が現れておらず、ビッカース硬さ及び破壊靱性値が変化しなかった。また、No. 2−5は、ショットブラスト処理は施されているものの、圧縮残留応力が絶対値で1500MPaを超えるので、破壊靱性値の測定の際に大きなクラックが発生して試験片が破損した。
次に、図1の搬送ローラ1をHv1500の窒化珪素で形成したものと、これに対してNo. 2−1、2−2、2−4と同じ方法で処理を行ったものについて、その耐久性を、第1実施例と同じ条件で図3の耐久試験装置を用いて調べた。その結果を図6にグラフで示す。
図6のグラフから、本発明の実施例に相当するNo. 2−1と2−2の搬送ローラ1は、1000万回回転後の走行跡の表面粗さが6〜7μmであったのに対して、比較例に相当するNo. 2−3と2−4の搬送ローラ1は9μm程度と大きく、No. 2−1と2−2の搬送ローラ1は耐摩耗性に優れていることが分かる。
図6のグラフから、本発明の実施例に相当するNo. 2−1と2−2の搬送ローラ1は、1000万回回転後の走行跡の表面粗さが6〜7μmであったのに対して、比較例に相当するNo. 2−3と2−4の搬送ローラ1は9μm程度と大きく、No. 2−1と2−2の搬送ローラ1は耐摩耗性に優れていることが分かる。
〔転がり軸受の潤滑被膜(フッ素油被膜)について〕
図7の試験装置で潤滑剤のガス放出性について調べた。この装置は、オリフィス71を介して左右に分けられた第1の真空槽72および第2の真空槽73と、ターボポンプ74と補助ポンプ75とヒータ76と各真空槽72,73に設けた真空計77,78とからなる。ヒータ76は、第1の真空槽72に設けた転がり軸受2を置く台79を加熱する。
図7の試験装置で潤滑剤のガス放出性について調べた。この装置は、オリフィス71を介して左右に分けられた第1の真空槽72および第2の真空槽73と、ターボポンプ74と補助ポンプ75とヒータ76と各真空槽72,73に設けた真空計77,78とからなる。ヒータ76は、第1の真空槽72に設けた転がり軸受2を置く台79を加熱する。
ヒータ76により第1の真空槽72内に設置した転がり軸受2を100℃に加熱し、ターボポンプ74と補助ポンプ75で、第2の真空槽73の圧力P2を8×10-6Paとなるようにする。転がり軸受2から放出されたガスはオリフィス71を通過して、第2の真空槽73に移動する。第1の真空槽72の真空計77で測定された圧力P1と、第2の真空槽73の真空計78で測定された圧力P2から下記の(1)式により、オリフィス71を通過したガス量Qが算出できる。Cはオリフィス71のコンダクタンスである。
Q=C(P1−P2)‥‥(1)
Q=C(P1−P2)‥‥(1)
この装置を使用して、転がり軸受2の軌道面にフッ素油の被膜を、0.5g/m2 、1.0g/m2 、1.5g/m2 、2.0g/m2 、3.0g/m2 、5.0g/m2 、10.0g/m2 、15.0g/m2 の各量となるように形成した場合の、100℃での放出ガス量を測定した。その結果を図8のグラフに曲線Aで示す。図8のグラフの直線Bは、転がり軸受2の軸受空間にフッ素グリースを充填して、図7の装置を用いて放出ガスを測定した場合の結果を示す。
このグラフから、フッ素油被膜量が12g/m2 以上になると、フッ素油被膜からの放出ガス量がフッ素グリースの場合の放出ガス量より多くなる。よって、フッ素油被膜量は10g/m2 以下とすることが好ましい。
また、転がり軸受2の軌道面に0.5g/m2 、1.0g/m2 、1.5g/m2 のフッ素油被膜を形成して、回転試験を行った。試験条件は、軸受姿勢:水平軸、回転速度:150min-1、温度:100℃、圧力環境:真空であり、軸受トルクが初期値の2倍を超えた時の総回転数を寿命とした。また、総回転数が1.0×107 を超えても軸受トルクが初期値の2倍を超えない場合は、その時点で試験を打ち切った。
また、転がり軸受2の軌道面に0.5g/m2 、1.0g/m2 、1.5g/m2 のフッ素油被膜を形成して、回転試験を行った。試験条件は、軸受姿勢:水平軸、回転速度:150min-1、温度:100℃、圧力環境:真空であり、軸受トルクが初期値の2倍を超えた時の総回転数を寿命とした。また、総回転数が1.0×107 を超えても軸受トルクが初期値の2倍を超えない場合は、その時点で試験を打ち切った。
その結果も図8に「△」で示してある。図8において矢印は試験打ち切りを意味し、フッ素油被膜量が1.0g/m2 以上で、良好な耐久性が得られることが分かる。
これらの結果から、フッ素油被膜量は1.0g/m2 以上10g/m2 以下とすることが好ましい。
これらの結果から、フッ素油被膜量は1.0g/m2 以上10g/m2 以下とすることが好ましい。
〔転がり軸受の潤滑被膜(DFO被膜)について〕
転がり軸受2の軌道面に2.0g/m2 のDFO被膜を形成して、上記と同じ方法で100℃での放出ガス量を測定したところ、PFPE基油で2.1×10-8Pa・m3 /sであり、MAC基油で1.3×10-8Pa・m3 /sであり、2.0g/m2 のフッ素油被膜を形成した場合の3.0×10-8Pa・m3 /sよりも放出ガス量が少なかった。
転がり軸受2の軌道面に2.0g/m2 のDFO被膜を形成して、上記と同じ方法で100℃での放出ガス量を測定したところ、PFPE基油で2.1×10-8Pa・m3 /sであり、MAC基油で1.3×10-8Pa・m3 /sであり、2.0g/m2 のフッ素油被膜を形成した場合の3.0×10-8Pa・m3 /sよりも放出ガス量が少なかった。
また、これらの各転がり軸受を縦軸の回転試験機に取り付けて、回転方向を1回ごとに逆向きにして寿命を調べた。試験条件は、回転速度:150min-1、温度:100℃、圧力環境:真空であり、軸受トルクが初期値の2倍を超えた時の総サイクル数を寿命とした。また、総サイクル数が5×106 を超えても軸受トルクが初期値の2倍を超えない場合は、その時点で試験を打ち切った。
その結果を図9のグラフに示す。この結果から、転がり軸受の潤滑被膜をDFO被膜とした方がフッ素油被膜とした場合よりも耐久性に優れていることが分かる。
その結果を図9のグラフに示す。この結果から、転がり軸受の潤滑被膜をDFO被膜とした方がフッ素油被膜とした場合よりも耐久性に優れていることが分かる。
〔搬送ローラの形状について〕
図10および11に示すように、搬送ローラ1の外周面を凸状に形成し、レール4aを凹状に形成することにより、レール4aが搬送ローラ1から外れにくくなる。図10の例では、搬送ローラ1の凸部11のアールの曲率をレール4aの凹部4bのアールの曲率よりも小さくしている。図11の例では、搬送ローラ1の凸部11をアール状とし、レール4aの凹部4bをV字状としている。
図10および11に示すように、搬送ローラ1の外周面を凸状に形成し、レール4aを凹状に形成することにより、レール4aが搬送ローラ1から外れにくくなる。図10の例では、搬送ローラ1の凸部11のアールの曲率をレール4aの凹部4bのアールの曲率よりも小さくしている。図11の例では、搬送ローラ1の凸部11をアール状とし、レール4aの凹部4bをV字状としている。
なお、この実施形態では、搬送ローラ1が転がり軸受2とは別体で、搬送ローラ1が転がり軸受の外輪に外嵌されている例について説明しているが、図12に示すように、転がり軸受2の外輪21を搬送ローラとする場合もあり、その場合は、外輪21の外周面の表層部に、絶対値で50MPa以上1500MPa以下の圧縮残留応力を導入する。
1 搬送ローラ
11 搬送ローラの凸部
2 転がり軸受
3 回転軸
D ディスクメディア
4 台車(搬送部)
4a レール(被案内面)
4b レールの凹部
40 ミルポット
41 ハウジング
42 転がり軸受
43 回転軸
44 搬送ローラを外嵌する円柱体
5 ボール
61a 段
61 カム
62 カムの回転軸
63 直動装置
64 バネ
71 オリフィス
72 第1の真空槽
73 第2の真空槽
74 ターボポンプ
75 補助ポンプ
76 ヒータ
77,78真空計
79 転がり軸受を置く台
11 搬送ローラの凸部
2 転がり軸受
3 回転軸
D ディスクメディア
4 台車(搬送部)
4a レール(被案内面)
4b レールの凹部
40 ミルポット
41 ハウジング
42 転がり軸受
43 回転軸
44 搬送ローラを外嵌する円柱体
5 ボール
61a 段
61 カム
62 カムの回転軸
63 直動装置
64 バネ
71 オリフィス
72 第1の真空槽
73 第2の真空槽
74 ターボポンプ
75 補助ポンプ
76 ヒータ
77,78真空計
79 転がり軸受を置く台
Claims (4)
- 搬送部の被案内面に外周面を接触させて回転することにより前記搬送部を案内する搬送ローラにおいて、
セラミックス材料で形成され、前記外周面の表層部に絶対値で50MPa以上1500MPa以下の圧縮残留応力が導入されていることを特徴とする搬送ローラ。 - 遊星ボールミルのミルポット内に、複数個のセラミックス製ボールと外周面が露出した搬送ローラを入れて遊星ボールミルを作動させ、前記ボールに、ミルポット内に発生する公転に伴う遠心力と自転に伴う遠心力を付与することで、前記ボールを前記搬送ローラの外周面に衝突させてその表層部に残留応力を導入するボールミル工程を行った後に、仕上げ研磨加工を行って得られたものである請求項1記載の搬送ローラ。
- 請求項2のボールミル工程を、ミルポット内に、搬送ローラを外嵌する円柱体を回転可能に設けた遊星ボールミルを用い、前記円柱体に搬送ローラを外嵌して遊星ボールミルを作動させることで行って得られた請求項1記載の搬送ローラ。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の搬送ローラと、前記搬送ローラを軸に対して回転自在に支持する転がり軸受と、前記搬送ローラの外周面に接触させる被案内面を備えた搬送部と、を備え、内部を真空にして使用する真空搬送装置において、
前記転がり軸受の軌道面に、以下の3種の潤滑被膜のいずれか一つが形成されていることを特徴とする真空搬送装置。
(1)官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテルとを含有する潤滑被膜
(2)官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテルとフッ素樹脂とを含有する潤滑被膜
(3)アルキル化シクロペンタン又はポリフェニルエーテルを主成分とする潤滑油とフッ素樹脂とを含有する潤滑被膜
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007115970A JP2008274984A (ja) | 2007-04-25 | 2007-04-25 | 搬送ローラおよびこれを備えた真空搬送装置 |
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ID=40053200
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JP2007115970A Pending JP2008274984A (ja) | 2007-04-25 | 2007-04-25 | 搬送ローラおよびこれを備えた真空搬送装置 |
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Country | Link |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010190399A (ja) * | 2009-02-20 | 2010-09-02 | Nsk Ltd | 転がり軸受 |
JP2010190398A (ja) * | 2009-02-20 | 2010-09-02 | Nsk Ltd | 転がり軸受 |
JP2011047500A (ja) * | 2009-08-28 | 2011-03-10 | Nsk Ltd | 転がり軸受 |
JP2013100919A (ja) * | 2013-02-15 | 2013-05-23 | Nsk Ltd | 転がり軸受、搬送ロボット及びフィルム搬送装置 |
-
2007
- 2007-04-25 JP JP2007115970A patent/JP2008274984A/ja active Pending
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