JP4033062B2 - 転がり軸受 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素を搬送するポンプの羽根車の回転軸を回転可能に支持し、超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素雰囲気中に配置される転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素を搬送する超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素ポンプは、超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素が優れた洗浄効果を有しているなどの点から、洗浄装置などに使用されている。従来、このポンプでは、軸受として、すべり軸受が使用されていた。
【０００３】
また、半導体の洗浄装置に使用される転がり軸受として、外輪、内輪、これらの間に配置された複数の玉、および玉を保持する保持器がすべてエンジニアリングプラスチック製とされているものが知られている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２８３１６９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
すべり軸受は、頻繁にオン・オフが繰り返される洗浄装置の洗浄液搬送用ポンプのような使用条件では、直接接触による寿命低下の問題があり、長期間安定して使用することができないという問題があった。そこで、すべり軸受に代えて転がり軸受を使用することが考えられるが、超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素雰囲気中に配置される転がり軸受では、粘度の低い超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素が潤滑剤を兼ねることになるので、耐摩耗性の低下を防ぐことが課題となる。
【０００６】
また、超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素を搬送するポンプが半導体洗浄装置で使用される場合には、耐摩耗性だけでなく、耐食性にも優れていることが必要となる。耐食性の点からは、特許文献１に記載のエンジニアリングプラスチック製の転がり軸受を使用することが好ましいが、この場合には、耐荷重性能などの機械的特性が軸受鋼製などの一般の転がり軸受と比較して著しく劣ることとなり、比較的大きいアキシャル荷重が作用する箇所や、回転軸が高速回転する箇所での使用は難しいという問題がある。
【０００７】
この発明の目的は、超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素ポンプの軸受として、すべり軸受に代えて使用可能でかつ耐摩耗性および耐食性に優れた転がり軸受を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明による転がり軸受は、外輪、内輪、これらの間に配置された複数の転動体、および転動体を保持する保持器を有しており、超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素を搬送するポンプの羽根車の回転軸を回転可能に支持して超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素雰囲気中に配置される転がり軸受であって、前記超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素は、転がり軸受の潤滑剤として作用するものであって、転動体、内輪および外輪がセラミックスで形成されており、保持器は、ＰＥＥＫ、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリフッ化ビニリデンおよびＰＴＦＥの少なくとも１つを主成分としたエンジニアリングプラスチックで形成され、前記エンジニアリングプラスチックは、不可避的に存在する不純物以外の添加物を含有しないものであることを特徴とするものである。
【０００９】
第２の発明による転がり軸受は、外輪、内輪、これらの間に配置された複数の転動体、および転動体を保持する保持器を有しており、超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素を搬送するポンプの羽根車の回転軸を回転可能に支持して超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素雰囲気中に配置される転がり軸受であって、前記超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素は、転がり軸受の潤滑剤として作用するものであって、転動体、内輪および外輪がセラミックスで形成されており、保持器は、ＰＥＥＫを主成分としたエンジニアリングプラスチックで形成され、前記エンジニアリングプラスチックは、不可避的に存在する不純物以外の添加物を含有しないものであることを特徴とするものである。
【００１０】
エンジニアリングプラスチックは、２種類以上の樹脂を混合して得られたものであってもよいが、不可避的に存在する不純物以外の添加物は含有されないものとする。したがって、強化繊維や、カーボン粒子、二硫化モリブデン、グラファイトなどの潤滑剤等を混合したプラスチックは、この発明のエンジニアリングプラスチックには含まれない。
【００１１】
第１および第２の発明の転がり軸受によると、転動体、内輪および外輪がセラミックスで形成されているので、ステンレス鋼製や耐食合金製のものに比べて、機械特性がほぼ同等で耐摩耗性に優れているとともに、エンジニアリングプラスチックに比べて、耐食性がほぼ同等で機械特性に優れている。しかも、保持器がエンジニアリングプラスチックで形成されていることによって、高い耐食性と低発塵性能が確保される。こうして、転がり軸受の耐久性の低下が防止されるとともに、腐食性の溶媒を含みかつ高い清浄性が要求される条件下での使用が可能となり、例えば、この転がり軸受を半導体洗浄装置に使用しても、良好な洗浄力を維持しかつ継続使用が可能となる。
【００１２】
エンジニアリングプラスチックは、ＰＥＥＫ（polyether ether keton）、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリフッ化ビニリデンおよびＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の少なくとも１つを主成分としたものとされる。
【００１３】
上記発明において、好ましくは、ポンプがキャンドモータポンプで、回転軸がキャンドモータのロータとされる。具体的には、キャンドモータポンプは、超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素の吸込口および吐出口を回転軸方向に直列配置した筒状ケーシングと、このケーシング内面に沿って配置される円筒状ステータと、ステータに相対回転可能に収容されるロータとを備え、ステータとロータとの対向面間が超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素の経路とされており、転がり軸受の内輪がロータに、転がり軸受の外輪がステータに取り付けられる。
【００１４】
本発明の転がり軸受は、汚染原因となる潤滑剤の使用が禁止されている半導体洗浄装置の洗浄液（溶媒）とされる超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素の搬送用ポンプ用としてより好適である。超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素は、純水に比べて、拡散性が強く、常圧で瞬時に蒸発し、レジスト倒壊が起こらずしかも付着痕跡が残らないなどの利点を有しており、より高い洗浄効果を得ることができる。この種の洗浄装置では、洗浄力をより高めるために、超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素にふっ酸などが共溶媒として加えられる。
【００１５】
転がり軸受を形成するセラミックスとしては、ジルコニア系、炭化ケイ素、アルミナおよび窒化ケイ素などが例示されるが、このうち、炭化ケイ素およびアルミナは、強度不足で摩耗粉が発生する懸念があり、また、ジルコニア系セラミックスは、温度等の雰囲気が変化すると、相転移を起こしてく脆化する懸念があり、結局、機械的特性に優れ、かつ、化学的に安定な窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）またはサイアロンが最適である。
【００１６】
不可避的に存在する不純物以外の添加物含有しないエンジニアリングプラスチック製の保持器は、耐食性が高くかつ汚染原因となる含有物質を含まないので、上記転がり軸受は、ポンプが半導体洗浄用超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素を搬送する場合に、より好適である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。以下の説明において、上下は、図の上下をいうものとする。
【００１８】
図１に示すポンプ(1)は、超臨界二酸化炭素を搬送するキャンドモータポンプであり、ケーシング(2)と、ケーシング(2)内に配置された配置された円筒状ステータ(3)と、ステータ(3)の内側に相対回転可能に配置されたロータ(4)と、ロータ(4)の下端部に設けられた羽根車(5)とを備え、ステータ(3)とロータ(4)との対向面間(G)が被搬送超臨界二酸化炭素の経路とされている。
【００１９】
ケーシング(2)は、円筒状の本体(2a)と、本体(2a)の下端部に設けられかつ羽根車(5)を収容するとともに超臨界二酸化炭素の吸込口(6)を有する吸込み部(2b)と、本体(2a)の上端部に設けられ超臨界二酸化炭素の吐出口(7)を有する吐出部(2c)とからなる。吸込口(6)および吐出口(7)は、回転軸方向に直列配置され、ステータ(3)は、本体(2a)内面に沿って配置されている。
【００２０】
ケーシング(2)の吸込み部(2b)とロータ(4)下端部との間およびケーシング(2)の吐出部(2c)とロータ(4)上端部との間に、ロータ(4)を回転支持するこの発明の転がり軸受(11)(11)がそれぞれ配置されている。
【００２１】
キャンドモータポンプ(1)は、洗浄装置に使用され、３３．１℃以上でかつ７２．５気圧以上とされた超臨界二酸化炭素洗浄液を揚液として、高速回転（回転速度：３００００〜６００００ｒｐｍ）で使用される。吸込口(6)から導入された超臨界二酸化炭素洗浄液は、下部軸受(11)を通過して、ロータ(4)とステータ(3)との間の洗浄液経路(G)に流入し、上部軸受(11)を通過した後、吐出口(7)から送出される。
【００２２】
上部および下部の軸受(11)は、転がり軸受の１種である斜接玉軸受であり、外輪、内輪、これらの間に配置された複数の転動体としての玉、および玉を保持する保持器を有している。
【００２３】
外輪、内輪および玉は、すべて窒化ケイ素製とされており、保持器は、スーパーエンジニアリングプラスチックの１種であるＰＥＥＫ（polyether ether keton）のみで形成されている。
【００２４】
なお、上記各実施形態において、外輪、内輪および玉をすべてサイアロン製としても、窒化ケイ素製の場合と同じ効果を得ることができる。また、保持器は、ＰＥＥＫ製のほかに、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリフッ化ビニリデンまたはＰＴＦＥ製としてもよい。ＰＥＥＫ、ポリイミド等のスーパーエンジニアリングプラスチックは、強度が高く、特に好ましい。また、超臨界二酸化炭素ポンプにつき例示したが、上記転がり軸受(11)は液体二酸化炭素ポンプにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、この発明の転がり軸受およびこれが使用される一例としての超臨界二酸化炭素ポンプを示す縦断面図である。
【符号の説明】
(11) 転がり軸受

Claims (4)

1. 外輪、内輪、これらの間に配置された複数の転動体、および転動体を保持する保持器を有しており、超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素を搬送するポンプの羽根車の回転軸を回転可能に支持して超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素雰囲気中に配置される転がり軸受であって、
   前記超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素は、転がり軸受の潤滑剤として作用するものであって、転動体、内輪および外輪がセラミックスで形成されており、保持器は、ＰＥＥＫ、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリフッ化ビニリデンおよびＰＴＦＥの少なくとも１つを主成分としたエンジニアリングプラスチックで形成され、前記エンジニアリングプラスチックは、不可避的に存在する不純物以外の添加物を含有しないものであることを特徴とする転がり軸受。
2. 外輪、内輪、これらの間に配置された複数の転動体、および転動体を保持する保持器を有しており、超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素を搬送するポンプの羽根車の回転軸を回転可能に支持して超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素雰囲気中に配置される転がり軸受であって、
   前記超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素は、転がり軸受の潤滑剤として作用するものであって、転動体、内輪および外輪がセラミックスで形成されており、保持器は、ＰＥＥＫを主成分としたエンジニアリングプラスチックで形成され、前記エンジニアリングプラスチックは、不可避的に存在する不純物以外の添加物を含有しないものであることを特徴とする転がり軸受。
3. 前記セラミックスが窒化ケイ素製およびサイアロン製のいずれか一方であることを特徴とする請求項１または２の転がり軸受。
4. ポンプが半導体洗浄用超臨界二酸化炭素あるいは液体二酸化炭素を搬送するものである請求項１ないし３のいずれか１項の転がり軸受。

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