JP4281948B2

JP4281948B2 - Manufacturing method of rolling bearing

Info

Publication number: JP4281948B2
Application number: JP2003120386A
Authority: JP
Inventors: 豊田　　泰
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: JP2004324771A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空中やクリーンルーム内など特殊な環境下での使用においても発塵が少なく、長期に渡りその性能を維持することのできる転がり軸受の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置等、所要の清浄度が要求される環境においては、装置類に用いられている転がり軸受の潤滑にグリース等の潤滑油を用いると、この油分が飛散や蒸発することによる潤滑機能の低下や使用環境の汚染といった不具合が発生する。従来、このような環境で使用される転がり軸受には、グリースの代わりに、軌道溝や転動体の表面（転動部位）に金、銀、鉛、銅などの軟質金属、あるいはカーボンや二硫化モリブデン等の固体潤滑剤等をコーティングした軸受が使用されている。
【０００３】
しかしながら、これら固体潤滑剤を用いた転がり軸受にも、摩耗による発塵が多いという欠点があった。そこで、本出願人らは、発塵の少ない転がり軸受として、転動部位にポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略称する）と有機バインダーとからなる被膜（固体潤滑膜）を有する転がり軸受を提案している（特許文献１を参照）。
【０００４】
この固体潤滑膜は、ＰＴＦＥとバインダーとなる樹脂を有機溶媒中に分散・混合させた溶液を、軸受部材の軌道溝や転動体の表面に、スプレー等を用いて塗布し、その後加熱処理を行なうことによって硬化させたものである。有機バインダーには、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性合成樹脂が使用される。
【０００５】
この手法は、ＰＴＦＥの優れた潤滑性や転走部への転着性を利用したものであって、軸受の転走部に形成された被膜あるいは転がり運動によって転着した被膜粒子によって軸受の潤滑が維持される。また、単独では軸受部材（軸受材料）に対する密着力の弱いＰＴＦＥに、バインダーを添加することにより、ＰＴＦＥの被コーティング面への密着力を高めるとともに、後述する加熱処理を経ることによってＰＴＦＥ間の結合力が高まり、この軸受からの発塵を低減することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−４６２１９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＰＴＦＥを用いた固体潤滑膜は、従来スプレー（吹き付け）によるコーティングが主流であり、その被膜を均質なものとするため、ある程度（具体的には、５μｍ〜数十μｍ）の膜厚が必要とされている。しかしながら、この手法によって形成された固体潤滑膜は、膜厚が厚いため、潤滑に寄与しない被膜粒子が発塵量を増加させてしまうという問題があった。
【０００８】
また、スプレー法で膜厚５μｍ以下の被膜を形成しようとした場合、膜厚のばらつきが大きく、まったくコーティングされていない領域や極端に厚い箇所が混在して潤滑が不十分になったり、被膜の欠落やはく離等によって発塵量が増加してしまう恐れがある。
【０００９】
本発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、発塵量が極めて少なく、クリーンルーム等の特殊な環境下でも長期に渡り安定して使用することのできる転がり軸受の製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
半導体製造工程においては、製造環境の清浄度が製品の歩留まり（ひいては製造コスト）に影響するため、このような特殊な環境で使用される軸受は、更なる低発塵化が求められている。また、半導体製造装置のみならず、製品の製造に使用する装置類に用いられる軸受は、工程の稼働率向上のために、メンテナンスフリーで、かつ、寿命が長いことが望まれている。
【００１１】
このような要望に応えるため、本願の発明者らは、固体潤滑膜を形成した転がり軸受の発塵量を左右する因子について、種々研究を重ねてきた。そして、固体潤滑膜の膜厚のばらつきが発塵量に大きく関与していることに注目し、ＰＴＦＥを固定化するのに最適なバインダー種を検討した結果、ビスアリルナジイミド（以下、ＢＡＮＩと略称する）を用いることによって、均一で薄く、かつ、耐摩耗性に優れる固体潤滑膜が形成可能であることを見出した。
【００１２】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、請求項１に記載の発明は、軌道溝を有する内輪および外輪と、これら内外輪の軌道溝間に転動自在に配置された複数の転動体とを備える転がり軸受の各軌道溝表面と転動体表面の少なくとも一方に、ビスアリルナジイミドとポリテトラフルオロエチレンとをメタノール溶媒に分散・溶解させた処理溶液を付着させて液状膜を形成する工程と、前記液状膜が形成された転がり軸受を加熱する加熱工程とにより、前記処理溶液を塗布した表面に、ビスアリルナジイミドとポリテトラフルオロエチレンとからなる膜厚５μｍ以下の固体潤滑膜を形成することを特徴とする転がり軸受の製造方法である。すなわち、本発明によれば、内輪と外輪と、複数の転動体とを備える転がり軸受において、各軌道溝の表面と転動体の表面の少なくとも一方に、ビスアリルナジイミドとポリテトラフルオロエチレンとからなる膜厚５μｍ以下の固体潤滑膜を形成することにより、特殊な環境下での使用においても発塵が少なく、かつ、寿命の長い転がり軸受とすることができる。
【００１３】
本発明において固体潤滑膜形成のバインダーに使用されるビスアリルナジイミド（ＢｉｓＡｌｌｙｌＮａｄｉｃＩｍｉｄｅ）は、一般式（１）で表されるモノマー単位を有するポリイミド樹脂である。
【００１４】
【化１】

【００１５】
一般式（１）中のＲは脂肪族系または芳香族系の２価の炭化水素連結基を表す。このような２価の炭化水素連結基Ｒとしては、例えばＣ₂〜Ｃ₂₀アルキレン基、Ｃ₅〜Ｃ₈シクロアルキレン基、Ｃ₆〜Ｃ₁₂芳香族基、−Ａａ−Ｃ₆Ｈ₄−Ａ’（ａは０または１で、ＡおよびＡ’はそれぞれ独立してＣ₁〜Ｃ₄のアルキレン基を示す）で表されるアルキレン・フェニレン基、−Ｃ₆Ｈ₄−Ｔ−Ｃ₆Ｈ₄−（Ｔは、メチレン基，エチリデン基，プロピリデン基を示す）で表される基等が挙げられる。中でも、下記式（２）、（３）、（４）で表される２価の炭化水素連結基が好ましい。
【００１６】
【化２】

【００１７】
このＢＡＮＩは、熱硬化性イミド樹脂の一種であり、以下のような特徴を備えている。イ．硬化前のＢＡＮＩは、脂肪族アルコール，脂肪族炭化水素を除く殆どの有機溶剤に可溶で、特に、汎用溶剤に高い溶解性を示す。ロ．フッ素樹脂を含む多くの樹脂との相溶性に優れる。ハ．溶液状態での貯蔵安定性に優れる。ニ．金属だけでなく、エンジニアリングプラスチックへの密着性も良好。ホ．硬化後のＢＡＮＩは、ガラス転移点が３００℃以上と高い耐熱性を示し、機械的特性（曲げ強さ，弾性率，硬度，破壊靭性値等）にも優れる。
【００１８】
また、固体潤滑膜の形成に用いられるＰＴＦＥは、一般に、平均分子量数十万から数百万のポリマーまたは２５００以下のテルマーのいずれかで、粒子径が１０〜２０μｍのものが広く用いられている。しかしながら、本発明に使用されるＰＴＦＥは、薄く均一な被膜を得るために、平均粒子径３μｍ以下（平均分子量１０００〜１００００）のポリマーを使用することが好ましく、更に好ましくは、平均粒子径１μｍのポリマーを用いる。
【００１９】
本発明における固体潤滑膜の膜厚は、好ましくは０．１〜５μｍ、更に好ましくは１〜２μｍである。また、この固体潤滑膜の表面粗さは、±１μｍとすることが望ましい。このように平滑で強固な固体潤滑膜を可能な限り薄く形成することにより、この転がり軸受は、低発塵性と長寿命とを両立させることができる。
【００２０】
なお、この固体潤滑膜の塗布方法は、特に限定されるものではないが、例えば、溶媒に所要量のＢＡＮＩとＰＴＦＥを溶解させた処理溶液中に、被コーティング部材を浸漬（ディッピング）する方法が好適である。また、この方法は、固体潤滑膜の膜厚を、溶媒に溶解させたＢＡＮＩおよびＰＴＦＥの濃度によって、容易に調節することができるというメリットもある。
【００２１】
また、この固体潤滑膜の下地層として、同じ領域の各部材表面に、あらかじめ硬質な被膜を別途形成しておくこともできる。この硬質被膜は、軸受転走面の耐摩耗性を向上させ、転がり軸受の更なる長寿命化を図ることができる。
【００２２】
なお、前記加熱工程が、前記液状膜からメタノールを除去する乾燥処理と、メタノールを除去した膜を硬化させるために加熱する硬化処理と、からなる構成を好適に採用することができる（請求項２）。また、前記硬化処理における加熱温度は、１００〜２００℃とすることが望ましい（請求項３）。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつこの発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態における転がり軸受の構造を示す模式的断面図である。なお、この転がり軸受において、軌道輪、転動体および保持器の露出面に形成された固体潤滑膜５は、その厚みを誇張して描かれている。
【００２４】
この転がり軸受は、外周面１ｙに内輪側軌道溝１ｕが形成された内輪１と、内周面２ｘに外輪側軌道溝２ｕが形成された外輪２と、これら内外輪の間の環状空間内に配置された複数のボール３を主体として構成されている。これらのボール３は、周方向に所定の間隔で形成されたポケットを複数有する保持器４によって、内外輪の軌道溝１ｕ，２ｕ間に転動自在に保持されている。
【００２５】
これら内輪１、外輪２およびボール３を形成する軸受材料には、ステンレス鋼、軸受鋼、あるいはセラミックス等を使用することができる。また、保持器４を形成する材料には、ステンレス鋼の他、黄銅、チタン材などが好適に用いられるが、合成樹脂材料とすることもできる。この合成樹脂材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ），エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）などのフッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ），ポリアミド（ＰＡ）などのエンジニアリングプラスチックなどの使用も可能である。これらの樹脂には、ガラス繊維等の強化繊維を添加してもよい。また、保持器４の形状も、特に限定されるものではなく、もみ抜き形、波系あるいは冠型でも良い。
【００２６】
本実施の形態における転がり軸受の特徴は、内輪１、外輪２、ボール３および保持器４のすべての露出面に、ビスアリルナジイミド（ＢＡＮＩ）とポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とからなる膜厚５μｍ以下の被膜５が形成されている点である。この被膜５は、その成分であるＰＴＦＥの潤滑作用によって、固体潤滑膜として機能する。
【００２７】
次に、この固体潤滑膜の形成方法の一例を説明する。
固体潤滑膜を形成するＢＡＮＩとＰＴＦＥを溶解させる溶媒には、メタノール（メチルアルコール）が好適に使用される。まず、この溶媒に対し例えば５ｗｔ％の割合で、上記のＢＡＮＩとＰＴＦＥ（樹脂の割合＝１：１）を分散・溶解させ、これらの樹脂を軸受に付着させるための処理溶液とする。そして、組み立てられた完成状態の転がり軸受を、この処理溶液に浸漬して数回回転させることにより、内輪１・外輪２・ボール３および保持器４の全面に液状膜を付着させる（付着処理）。その後、この処理溶液から引き上げた転がり軸受を、４０〜５０℃で約１分間加熱し、液状膜に含まれている溶媒を除去する（乾燥処理）。そして、液状膜が付着した転がり軸受を、１００〜２００℃において数十分間加熱することにより、強固な被膜が形成される（硬化処理）。
【００２８】
バインダーであるＢＡＮＩの特徴は、溶媒に対する溶解性の高さと、薄膜状で硬化させる場合、比較的温和な条件で硬化させることができる点である。従って、このＢＡＮＩを用いることによって、非常に薄く均一で強固な被膜を、容易に形成することが可能になった。
【００２９】
また、本実施の形態におけるＢＡＮＩの好適な具体例としては、以下の一般式（１）においてＲが式（３）の構造のモノマー単位を有するポリイミド樹脂（丸善石油化学社製の「ＢＡＮＩ−Ｈ（商品名）」）あるいは、一般式（１）においてＲが式（４）の構造のモノマー単位を有するポリイミド樹脂（丸善石油化学社製の「ＢＡＮＩ−Ｘ（商品名）」）を挙げることができる。
【００３０】
【化３】

【００３１】
【化４】

【００３２】
以上の方法により、平均膜厚＝１μｍ、表面粗さＲａ＝０．５μｍの被膜５（固体潤滑膜）を、転がり軸受の露出面全面に形成することができた。
【００３３】
なお、以上の実施の形態においては、完成状態の転がり軸受を処理溶液に浸漬したが、軸受を構成する部材を１つずつ単品で付着処理を行ない、その後乾燥処理、硬化処理を行なった上で、軸受を組み立てても良い。
【００３４】
また、この固体潤滑膜は、必ずしも軸受の露出面全体に形成する必要はなく、マスキング等を使用することにより、軸受の転動部位、すなわち各軌道輪の軌道溝１ｕ，２ｕ部位とボール３の表面の両方、あるいはどちらか一方にのみ設けても良い。
【００３５】
更にまた、これら固体潤滑膜が形成される各部材の表面には、あらかじめ硬質な被膜を別途形成しておいても良い。この硬質被膜の具体例としては、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜，ＴｉＣ（炭化チタン）膜，ＴｉＮ（窒化チタン）膜あるいはＴｉＣＮ膜等が好ましい。
【００３６】
この硬質被膜の好適な膜厚は、０．１〜５μｍ程度であり、ＰＶＤ（物理的蒸着）法またはＣＶＤ（化学的蒸着）法等により、前記固体潤滑膜が形成される領域あるいは各部材の全表面に、容易に形成することが可能である。また、この硬質被膜は、前記固体潤滑膜の下地層として、軸受転走面の耐摩耗性を向上させ、転がり軸受の更なる長寿命化を図ることができる。
【００３７】
次に、以上の実施の形態における転がり軸受の効果を確認すべく、実際に発塵量とトルク寿命を測定した実験結果について述べる。なお、試料の作製に用いた転がり軸受は、呼び番号６０８（φ８×φ２２×７）で、内外輪とボールとは、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃのステンレス鋼製、保持器（波形タイプ）は、ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４のステンレス鋼製である。
【００３８】
まず、発塵量の測定方法について説明する。
図２は、軸受からの発塵量を測定する装置の概略を示す説明図である。この図中の符号１１はハウジングであり、集塵管２２を備えたカバー（アクリル製）２１内に配置されている。このハウジング１１には、供試体となる２個の転がり軸受１２ａ，１２ｂが装着されており、モータ等の駆動源に連結された回転軸１４に嵌め入れられた状態で、コイルばね１３によりアキシャル（スラスト）方向の荷重が与えられている。また、集塵管２２は、発塵個数計測装置（パーティクルカウンター）２３に接続されており、その計測結果が計測結果記録機（レコーダ）２４に記録されるようになっている。なお、図中の符号２５は磁性流体シールであり、測定装置全体がクリーンベンチ内に置かれ、図示上方からクリーンエアーが常に供給される構造となっている。
【００３９】
発塵量試験条件
雰囲気：大気中、クリーンベンチ内（クラス１０）
環境温度：室温
荷重：アキシャル荷重（１００Ｎ）
回転速度：２００ｒｐｍ
測定間隔：回転開始後、１０分間隔
測定回数：各試料につき３回
発塵量は、粒子径０．１μｍ以上の塵について記録したもので、測定３回の平均値である。
【００４０】
発塵量の測定は、本実施の形態に記載の固体潤滑膜形成方法により、固体潤滑膜の膜厚を変えて作製した５つの試料（各々２個の転がり軸受）について行なった。
実施例１：ＢＡＮＩとＰＴＦＥからなる固体潤滑膜が、
膜厚１μｍ以下に形成された転がり軸受を使用。
実施例２：ＢＡＮＩとＰＴＦＥからなる固体潤滑膜が、
膜厚１〜３μｍに形成された転がり軸受を使用。
実施例３：ＢＡＮＩとＰＴＦＥからなる固体潤滑膜が、
膜厚３〜５μｍに形成された転がり軸受を使用。
比較例１：ＢＡＮＩとＰＴＦＥからなる固体潤滑膜が、
膜厚５〜１０μｍに形成された転がり軸受を使用。
比較例２：ＢＡＮＩとＰＴＦＥからなる固体潤滑膜が、
膜厚１０μｍ以上に形成された転がり軸受を使用。
【００４１】
これらの試料の発塵量を比較したグラフを図３に示す。このグラフは、膜厚１μｍ以下の固体潤滑膜が形成された「実施例１」の発塵量を基準として、その他の試料の発塵レベルを比較したものである。
【００４２】
このグラフから明らかなように、固体潤滑膜の膜厚を５μｍ以下とすることにより、膜厚の軸受に比べ、発塵量を大幅に低減できることが見てとれる。特に、膜厚を「１μｍ以下」あるいは「１〜３μｍ」に形成することによって、極めて発塵量の少ない転がり軸受とすることが可能である。
【００４３】
次に、軸受のトルク寿命の測定方法について説明する。
図４は、トルク寿命を測定する装置の概略を示す説明図である。この図中の符号３１はハウジングであり、このハウジング３１内には、供試体となる２個の転がり軸受３２ａ，３２ｂが装着されている。これら転がり軸受３２ａ，３２ｂは、その内周にモータ等の駆動源に連結された回転軸３４が嵌め入れられており、コイルばね３３によりアキシャル（スラスト）方向の荷重が与えられている。また、ハウジング３１の一端は、ベースプレート４２に固定されたトルク板４１に接続されており、回転軸３４の回転により発生した回転トルクが、ハウジング３１を介してトルク板４１に伝達され、ストレインゲージ４３によって検出されるようになっている。
【００４４】
トルク寿命試験条件
雰囲気：大気および真空（５×１０^-5Ｐａ）
環境温度：室温
荷重：アキシャル荷重（１００Ｎ）
回転速度：２００ｒｐｍ
なお、回転開始後、トルク値が初期値の３倍となった時点で、固体潤滑膜が消失したと判断し、試験を終了した。また、測定は、試験開始から終了までの経過時間を記録した。
【００４５】
トルク寿命の測定は、本発明の固体潤滑膜を有する転がり軸受と、従来法による固体潤滑膜を有する転がり軸受（各々２個の転がり軸受）について行なった。
実施例４：本発明の実施の形態に記載の方法により、ＢＡＮＩとＰＴＦＥから
なる膜厚１μｍの固体潤滑膜が形成された転がり軸受を使用。
比較例３：従来のスプレー塗布（ボンデッドフィルム法）により、ポリアミド
イミドとＰＴＦＥとからなる膜厚１０μｍの固体潤滑膜が形成された
転がり軸受を使用。
【００４６】
これらの試料のトルク寿命を比較したグラフを図５に示す。このグラフは、大気雰囲気における「比較例３」のトルク寿命を基準として、その他の条件におけるトルク寿命レベルを比較したものである。
【００４７】
このグラフから明らかなように、本発明の固体潤滑膜を有する実施例４は、従来の固体潤滑膜を有する比較例３に比べ、トルク寿命が大幅に向上していることが分かる。しかも、比較例３は、大気中における寿命に比べ真空中における寿命が低下しているのに対し、実施例４は、真空中における寿命が大気中における寿命を上回っている。従って、本実施の形態における転がり軸受は、真空中やクリーンルーム内など特殊な環境下での使用においても発塵が少なく、長期に渡りその性能を維持することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、転がり軸受の転動部位に、ビスアリルナジイミドとポリテトラフルオロエチレンからなる厚さ５μｍ以下の薄膜を形成することにより、この軸受からの発塵を低減できるとともに、トルク寿命を向上させることができる。従って、この転がり軸受は、真空中やクリーンルーム内など特殊な環境下でも、長期に渡り安定して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における転がり軸受の構造を示す模式図である。
【図２】転がり軸受からの発塵量を測定する装置の概略を示す説明図である。
【図３】転がり軸受からの発塵量の比較結果を示すグラフである。
【図４】転がり軸受のトルク寿命を測定する装置の概略を示す説明図である。
【図５】転がり軸受のトルク寿命の比較結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１内輪
１ｕ内輪側軌道溝
１ｙ外周面
２外輪
２ｕ外輪側軌道溝
２ｘ内周面
３ボール
４保持器
５被膜（固体潤滑膜）
１１ハウジング
１２ａ，１２ｂ転がり軸受
１３コイルばね
１４回転軸
２１カバー
２２集塵管
２３パーティクルカウンター
２４レコーダ
３１ハウジング
３２ａ，３２ｂ転がり軸受
３３コイルばね
３４回転軸
４１トルク板
４２ベースプレート
４３ストレインゲージ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention has less dust generation even in special environments such as vacuum and clean room, a method of manufacturing a rolling bearings capable of maintaining its performance for a long time.
[0002]
[Prior art]
In an environment where required cleanliness is required, such as in semiconductor manufacturing equipment, when lubricating oil such as grease is used to lubricate rolling bearings used in equipment, the lubrication function due to scattering and evaporation of this oil content Problems such as degradation and contamination of the usage environment occur. Conventionally, in rolling bearings used in such an environment, instead of grease, a soft metal such as gold, silver, lead, copper, carbon or disulfide is used on the surface of the raceway groove or rolling element (rolling part). Bearings coated with a solid lubricant such as molybdenum are used.
[0003]
However, rolling bearings using these solid lubricants also have the disadvantage that much dust is generated due to wear. Therefore, the present applicants have proposed a rolling bearing having a coating (solid lubricating film) made of polytetrafluoroethylene (hereinafter abbreviated as PTFE) and an organic binder at the rolling site as a rolling bearing with less dust generation. (See Patent Document 1).
[0004]
In this solid lubricating film, a solution in which PTFE and a resin serving as a binder are dispersed and mixed in an organic solvent is applied to the raceway groove of the bearing member and the surface of the rolling element using a spray or the like, and then subjected to heat treatment. It is hardened by. For the organic binder, for example, a thermosetting synthetic resin such as a polyimide resin, a polyamideimide resin, an epoxy resin, or a phenol resin is used.
[0005]
This method utilizes the excellent lubricity of PTFE and the transferability to the rolling part, and the lubrication of the bearing is performed by the film formed on the rolling part of the bearing or the film particles transferred by the rolling motion. Is maintained. In addition, by adding a binder to PTFE having a weak adhesion to a bearing member (bearing material) alone, the adhesion between the PTFE and the coated surface is increased, and the PTFE is bonded by a heat treatment described later. The force is increased, and dust generation from this bearing can be reduced.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-4-46219
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the solid lubricating film using PTFE has been conventionally coated by spraying (spraying), and in order to make the film homogeneous, the film thickness to a certain extent (specifically, 5 μm to several tens of μm) can be obtained. is needed. However, since the solid lubricating film formed by this method has a large film thickness, there is a problem that the coating particles that do not contribute to lubrication increase the amount of dust generation.
[0008]
In addition, when trying to form a film with a film thickness of 5 μm or less by the spray method, the film thickness varies widely, and there is insufficient lubrication due to a mixture of uncoated areas or extremely thick parts. There is a risk that the amount of dust generation may increase due to missing or peeling.
[0009]
The present invention has been made in order to address the challenges above, dust generation is extremely small, a manufacturing method of it rolling bearings be also used stably for a long period of time in a special environment such as a clean room The purpose is to provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the semiconductor manufacturing process, since the cleanliness of the manufacturing environment affects the product yield (and thus the manufacturing cost), the bearing used in such a special environment is required to further reduce dust generation. Further, bearings used not only for semiconductor manufacturing apparatuses but also for apparatuses used for manufacturing products are desired to be maintenance-free and have a long life in order to improve the operation rate of the process.
[0011]
In order to meet such demands, the inventors of the present application have made various studies on factors that influence the amount of dust generated by a rolling bearing formed with a solid lubricating film. Then, focusing on the fact that the variation in the thickness of the solid lubricating film is greatly related to the amount of dust generation, and as a result of studying the optimum binder species for immobilizing PTFE, bisallyl nadiimide (hereinafter referred to as BANI) It was found that a solid lubricating film that is uniform, thin, and excellent in wear resistance can be formed by using (abbreviated).
[0012]
The present invention is state, and are such which has been made based on the findings, the invention according to claim 1, the inner ring and the outer ring having a raceway groove, rollably disposed between the raceway groove of the outer ring A treatment solution in which bisallylnadiimide and polytetrafluoroethylene are dispersed and dissolved in a methanol solvent is attached to at least one of each raceway groove surface and rolling element surface of a rolling bearing provided with a plurality of rolling elements. A film having a thickness of 5 μm or less composed of bisallylnadiimide and polytetrafluoroethylene is formed on the surface coated with the treatment solution by a step of forming a film and a heating step of heating the rolling bearing on which the liquid film is formed. Ru manufacturing method der of the rolling bearing, which comprises forming a solid lubricating film. That is, according to the present invention, in a rolling bearing comprising an inner ring, an outer ring, and a plurality of rolling elements, at least one of the surface of each raceway groove and the surface of the rolling elements is formed from bisallyl nadiimide and polytetrafluoroethylene. By forming a solid lubricating film having a film thickness of 5 μm or less, it is possible to provide a rolling bearing that generates little dust and has a long life even when used in a special environment.
[0013]
In the present invention, bisallyl nadiimide used as a binder for forming a solid lubricating film is a polyimide resin having a monomer unit represented by the general formula (1).
[0014]
[Chemical 1]

[0015]
R in the general formula (1) represents an aliphatic or aromatic divalent hydrocarbon linking group. Examples of such divalent hydrocarbon linking group R, for example, C ₂ -C ₂₀ alkylene group, C ₅ -C ₈ cycloalkylene group, C ₆ -C ₁₂ aromatic group, -Aa-C ₆ H ₄ -A '(a 0 or 1, a and a' are each independently an alkylene group of C ₁ -C ₄₎ alkylene-phenylene group represented _{_{by, -C 6 H 4 -T-C}} 6 H 4 A group represented by-(T represents a methylene group, an ethylidene group, or a propylidene group); Among these, divalent hydrocarbon linking groups represented by the following formulas (2), (3), and (4) are preferable.
[0016]
[Chemical formula 2]

[0017]
This BANI is a kind of thermosetting imide resin and has the following characteristics. I. BANI before curing is soluble in most organic solvents except aliphatic alcohols and aliphatic hydrocarbons, and particularly shows high solubility in general-purpose solvents. B. Excellent compatibility with many resins including fluororesins. C. Excellent storage stability in solution. D. Good adhesion to not only metals but also engineering plastics. E. BANI after curing exhibits high heat resistance with a glass transition point of 300 ° C. or higher, and is excellent in mechanical properties (bending strength, elastic modulus, hardness, fracture toughness value, etc.).
[0018]
In general, PTFE used for forming a solid lubricating film is a polymer having an average molecular weight of several hundred thousand to several million or a telmer having a particle size of 10 to 20 μm, and having a particle diameter of 10 to 20 μm. . However, the PTFE used in the present invention preferably uses a polymer having an average particle size of 3 μm or less (average molecular weight 1000 to 10,000), more preferably an average particle size of 1 μm, in order to obtain a thin and uniform film. Use polymer.
[0019]
The thickness of the solid lubricating film in the present invention is preferably 0.1 to 5 μm, more preferably 1 to 2 μm. The surface roughness of the solid lubricating film is preferably ± 1 μm. Thus, by forming a smooth and strong solid lubricating film as thin as possible, this rolling bearing can achieve both low dust generation and long life.
[0020]
The method for applying the solid lubricant film is not particularly limited. For example, there is a method in which a member to be coated is dipped in a processing solution in which a required amount of BANI and PTFE are dissolved in a solvent. Is preferred. This method also has an advantage that the thickness of the solid lubricating film can be easily adjusted by the concentration of BANI and PTFE dissolved in a solvent.
[0021]
Further, a hard film can be separately formed in advance on the surface of each member in the same region as the base layer of the solid lubricating film. This hard coating can improve the wear resistance of the bearing rolling surface and further extend the life of the rolling bearing.
[0022]
In addition, the said heating process can employ | adopt suitably the structure which consists of the drying process which removes methanol from the said liquid film | membrane, and the hardening process heated in order to harden | cure the film | membrane from which the methanol was removed (Claim 2). ). Moreover, it is desirable that the heating temperature in the curing process is 100 to 200 ° C. (Claim 3).
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a rolling bearing according to an embodiment of the present invention. In this rolling bearing, the solid lubricating film 5 formed on the exposed surfaces of the race, the rolling element and the cage is drawn with exaggerated thickness.
[0024]
This rolling bearing has an inner ring 1 with an inner ring side raceway groove 1u formed on the outer peripheral surface 1y, an outer ring 2 with an outer ring side raceway groove 2u formed on the inner peripheral surface 2x, and an annular space between these inner and outer rings. A plurality of balls 3 arranged are mainly used. These balls 3 are rotatably held between

raceway grooves

1u and 2u of the inner and outer rings by a cage 4 having a plurality of pockets formed at predetermined intervals in the circumferential direction.
[0025]
Stainless steel, bearing steel, ceramics, or the like can be used as a bearing material for forming the inner ring 1, the outer ring 2 and the ball 3. In addition to stainless steel, brass, titanium, or the like is preferably used as a material for forming the cage 4, but a synthetic resin material can also be used. As this synthetic resin material, for example, fluororesins such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and ethylenetetrafluoroethylene (ETFE), engineering plastics such as polyetheretherketone (PEEK) and polyamide (PA) can be used. is there. Reinforcing fibers such as glass fibers may be added to these resins. Further, the shape of the cage 4 is not particularly limited, and may be a hollow shape, a wave system, or a crown shape.
[0026]
The rolling bearing according to the present embodiment is characterized by a film thickness composed of bisallylnadiimide (BANI) and polytetrafluoroethylene (PTFE) on all exposed surfaces of the inner ring 1, the outer ring 2, the ball 3 and the cage 4. The point is that a film 5 of 5 μm or less is formed. The coating 5 functions as a solid lubricating film by the lubricating action of PTFE which is a component thereof.
[0027]
Next, an example of a method for forming this solid lubricating film will be described.
Methanol (methyl alcohol) is preferably used as the solvent for dissolving BANI and PTFE forming the solid lubricating film. First, for example, the BANI and PTFE (resin ratio = 1: 1) are dispersed and dissolved in the solvent at a ratio of 5 wt%, for example, to obtain a treatment solution for adhering these resins to the bearing. Then, the assembled rolling bearing is immersed in this treatment solution and rotated several times to adhere a liquid film to the entire surface of the inner ring 1, outer ring 2, ball 3 and cage 4 (adhesion treatment). . Thereafter, the rolling bearing pulled up from the treatment solution is heated at 40 to 50 ° C. for about 1 minute to remove the solvent contained in the liquid film (drying treatment). Then, the rolling bearing to which the liquid film is attached is heated for several tens of minutes at 100 to 200 ° C. to form a strong coating (curing treatment).
[0028]
The feature of BANI as a binder is that it has high solubility in a solvent and can be cured under relatively mild conditions when cured in a thin film form. Therefore, by using this BANI, it has become possible to easily form a very thin, uniform and strong film.
[0029]
Moreover, as a suitable specific example of BANI in this Embodiment, R in the following general formula (1) is a polyimide resin having a monomer unit having a structure of formula (3) (“BANI-H manufactured by Maruzen Petrochemical Co., Ltd.). (Trade name) ") or a polyimide resin (" BANI-X (trade name) "manufactured by Maruzen Petrochemical Co., Ltd.) having a monomer unit having the structure of formula (4) in the general formula (1). it can.
[0030]
[Chemical 3]

[0031]
[Formula 4]

[0032]
By the above method, the film 5 (solid lubricating film) having an average film thickness = 1 μm and a surface roughness Ra = 0.5 μm could be formed on the entire exposed surface of the rolling bearing.
[0033]
In the above embodiment, the rolling bearing in a completed state is immersed in the processing solution. However, after the adhesion treatment is performed for each member constituting the bearing one by one, and then the drying treatment and the curing treatment are performed. A bearing may be assembled.
[0034]
Further, the solid lubricating film is not necessarily formed on the entire exposed surface of the bearing. By using masking or the like, the rolling part of the bearing, that is, the

raceway groove

1u, 2u part of each bearing ring and the ball 3 It may be provided on both or only one of the surfaces.
[0035]
Furthermore, a hard film may be separately formed on the surface of each member on which these solid lubricating films are formed. Specific examples of the hard coating are preferably a DLC (diamond-like carbon) film, a TiC (titanium carbide) film, a TiN (titanium nitride) film, or a TiCN film.
[0036]
The suitable thickness of the hard coating is about 0.1 to 5 μm, and the region or each member where the solid lubricating film is formed by PVD (physical vapor deposition) method or CVD (chemical vapor deposition) method or the like. It can be easily formed on the entire surface. Moreover, this hard coating can improve the wear resistance of the bearing rolling surface as an underlayer of the solid lubricating film, and can further extend the life of the rolling bearing.
[0037]
Next, in order to confirm the effect of the rolling bearing in the above embodiment, the experimental results of actually measuring the dust generation amount and the torque life will be described. The rolling bearing used for the preparation of the sample is a nominal number 608 (φ8 × φ22 × 7), the inner and outer rings and balls are made of JIS standard SUS440C stainless steel, and the cage (corrugated type) is JIS standard SUS304. Made of stainless steel.
[0038]
First, a method for measuring the amount of dust generation will be described.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of an apparatus for measuring the amount of dust generated from the bearing. Reference numeral 11 in this figure denotes a housing, which is disposed in a cover (made of acrylic) 21 having a dust collection tube 22. Two rolling

bearings

12a and 12b, which are specimens, are mounted on the housing 11, and are axially (coiled) by a coil spring 13 while being fitted into a rotating shaft 14 connected to a drive source such as a motor. (Thrust) direction load is applied. The dust collection tube 22 is connected to a dust generation number measuring device (particle counter) 23, and the measurement result is recorded in a measurement result recorder (recorder) 24. Reference numeral 25 in the figure denotes a magnetic fluid seal, which has a structure in which the entire measuring device is placed in a clean bench, and clean air is always supplied from above.
[0039]
Dust generation test condition atmosphere: in the air, in a clean bench (Class 10)
Environmental temperature: Room temperature load: Axial load (100N)
Rotation speed: 200rpm
Measurement interval: 10 minutes after the start of rotation Measurement frequency: Three times for each sample The dust generation amount is recorded for dust having a particle diameter of 0.1 μm or more, and is an average value of three measurements.
[0040]
The amount of dust generation was measured for five samples (two rolling bearings each) prepared by changing the film thickness of the solid lubricant film by the solid lubricant film forming method described in the present embodiment.
Example 1: A solid lubricating film composed of BANI and PTFE
Uses a rolling bearing with a film thickness of 1 μm or less.
Example 2: A solid lubricating film composed of BANI and PTFE
Uses a rolling bearing with a thickness of 1 to 3 μm.
Example 3: A solid lubricating film composed of BANI and PTFE
Uses a rolling bearing with a thickness of 3 to 5 μm.
Comparative Example 1: A solid lubricating film composed of BANI and PTFE
Uses a rolling bearing with a thickness of 5 to 10 μm.
Comparative Example 2: A solid lubricating film made of BANI and PTFE
Uses a rolling bearing with a film thickness of 10 μm or more.
[0041]
A graph comparing the dust generation amounts of these samples is shown in FIG. This graph compares the dust generation levels of other samples with reference to the dust generation amount of “Example 1” in which a solid lubricant film having a thickness of 1 μm or less is formed.
[0042]
As is apparent from this graph, it can be seen that by setting the thickness of the solid lubricating film to 5 μm or less, the amount of dust generation can be significantly reduced as compared with a bearing having a thickness. In particular, by forming the film thickness to be “1 μm or less” or “1 to 3 μm”, it is possible to provide a rolling bearing with an extremely small amount of dust generation.
[0043]
Next, a method for measuring the torque life of the bearing will be described.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an outline of an apparatus for measuring the torque life. Reference numeral 31 in this figure denotes a housing, and two rolling

bearings

32a and 32b serving as specimens are mounted in the housing 31. These rolling

bearings

32 a and 32 b are fitted with a rotating shaft 34 connected to a driving source such as a motor on the inner periphery thereof, and a load in the axial (thrust) direction is given by a coil spring 33. One end of the housing 31 is connected to a torque plate 41 fixed to the base plate 42, and the rotational torque generated by the rotation of the rotary shaft 34 is transmitted to the torque plate 41 through the housing 31, and the strain gauge 43 Is to be detected.
[0044]
Torque life test condition atmosphere: air and vacuum (5 × 10 ^-5 Pa)
Environmental temperature: Room temperature load: Axial load (100N)
Rotation speed: 200rpm
When the torque value became three times the initial value after the start of rotation, it was determined that the solid lubricating film had disappeared, and the test was terminated. In the measurement, the elapsed time from the start to the end of the test was recorded.
[0045]
The torque life was measured for the rolling bearing having the solid lubricating film of the present invention and the rolling bearing having the solid lubricating film according to the conventional method (two rolling bearings each).
Example 4: From BANI and PTFE by the method described in the embodiment of the present invention.
Use a rolling bearing with a 1 μm thick solid lubricant film.
Comparative Example 3: Polyamide by conventional spray coating (bonded film method)
A solid lubricant film made of imide and PTFE and having a thickness of 10 μm was formed.
Uses rolling bearings.
[0046]
A graph comparing the torque life of these samples is shown in FIG. This graph compares the torque life level under other conditions with the torque life of “Comparative Example 3” in the air atmosphere as a reference.
[0047]
As is apparent from this graph, it can be seen that Example 4 having the solid lubricating film of the present invention has a significantly improved torque life compared to Comparative Example 3 having the conventional solid lubricating film. Moreover, in Comparative Example 3, the lifetime in vacuum is lower than that in the atmosphere, while in Example 4, the lifetime in vacuum exceeds the lifetime in the atmosphere. Therefore, the rolling bearing according to the present embodiment generates little dust even when used in a special environment such as in a vacuum or in a clean room, and can maintain its performance over a long period of time.
[0048]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, by forming a thin film having a thickness of 5 μm or less made of bisallylnadiimide and polytetrafluoroethylene at the rolling site of the rolling bearing, dust generation from this bearing is achieved. Can be reduced and the torque life can be improved. Therefore, this rolling bearing can be used stably for a long time even in a special environment such as in a vacuum or in a clean room.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a rolling bearing in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of an apparatus for measuring the amount of dust generated from a rolling bearing.
FIG. 3 is a graph showing a comparison result of the amount of dust generated from a rolling bearing.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an outline of an apparatus for measuring the torque life of a rolling bearing.
FIG. 5 is a graph showing a comparison result of torque life of rolling bearings.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inner ring 1u Inner ring side raceway groove 1y Outer peripheral surface 2 Outer ring 2u Outer ring side raceway groove 2x Inner peripheral surface 3 Ball 4 Cage 5 Film (solid lubricating film)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11

Housing

12a, 12b Rolling bearing 13 Coil spring 14 Rotating shaft 21 Cover 22 Dust collection tube 23 Particle counter 24 Recorder 31

Housing

32a, 32b Rolling bearing 33 Coil spring 34 Rotating shaft 41 Torque plate 42 Base plate 43 Strain gauge

Claims

軌道溝を有する内輪および外輪と、これら内外輪の軌道溝間に転動自在に配置された複数の転動体とを備える転がり軸受の各軌道溝表面と転動体表面の少なくとも一方に、ビスアリルナジイミドとポリテトラフルオロエチレンとをメタノール溶媒に分散・溶解させた処理溶液を付着させて液状膜を形成する工程と、前記液状膜が形成された転がり軸受を加熱する加熱工程とにより、前記処理溶液を塗布した表面に、ビスアリルナジイミドとポリテトラフルオロエチレンとからなる膜厚５μｍ以下の固体潤滑膜を形成することを特徴とする転がり軸受の製造方法。An inner ring and an outer ring having trajectories Michimizo, at least one of the raceway grooves table surface of the rolling bearing and a plurality of rolling elements rollably disposed between the raceway groove and the rolling body surface plane of the outer ring A liquid film is formed by attaching a treatment solution in which bisallylnadiimide and polytetrafluoroethylene are dispersed and dissolved in a methanol solvent, and a heating process of heating the rolling bearing on which the liquid film is formed. the surface coated with the treatment solution, bisallylnadiimide in the method of manufacturing the rolling bearing, characterized that you forming polytetrafluoroethylene comprising a thickness 5μm or less of the solid lubricant film.

前記加熱工程が、前記液状膜からメタノールを除去する乾燥処理と、メタノールを除去した膜を硬化させるために加熱する硬化処理と、からなることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受の製造方法。2. The rolling bearing according to claim 1, wherein the heating step includes a drying process for removing methanol from the liquid film and a curing process for heating to cure the film from which methanol has been removed. Method.

前記硬化処理における加熱温度が１００〜２００℃であることを特徴とする請求項２に記載の転がり軸受の製造方法。The method for manufacturing a rolling bearing according to claim 2, wherein a heating temperature in the curing treatment is 100 to 200 ° C.