JP2999222B2 - Rolling bearing for vacuum and method of forming coating layer - Google Patents
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Description
本発明は特に半導体製造装置などに使用される真空用
転がり軸受ならびに真空用転がり軸受の潤滑を行うため
のコーティング層の形成方法に関する。The present invention particularly relates to a rolling bearing for vacuum used in semiconductor manufacturing equipment and the like, and a method of forming a coating layer for lubricating the rolling bearing for vacuum.
従来、真空用転がり軸受にはたとえばAgやMoS2等の固
体潤滑剤が用いられている。これは、通常の転がり軸受
に使用される潤滑油やグリースでは、油分が蒸発したり
して、潤滑性能が劣化したり、使用環境を汚染したりす
るおそれがあったからである。Conventionally, a solid lubricant such as the vacuum rolling bearing such as Ag or MoS 2 is used. This is because the lubricating oil or grease used in a normal rolling bearing may evaporate the oil component, deteriorate the lubricating performance, or pollute the use environment.
しかしながら、Agを固体潤滑剤として用いた真空用転
がり軸受は、準備工程、加工工程の終了後あるいは補修
時に大気雰囲気にさらされると、Agが酸化に伴って潤滑
性を失うために、軸受の寿命が短くなるという欠点があ
る。また、真空雰囲気のみでの使用であってもその雰囲
気中で腐食性ガスが使用される場合には、Agは耐食性に
劣るため、転がり軸受の軌道部までが腐食される問題が
あり、この点においても、軸受の短寿命化を招いてい
る。 また、MoS2の場合には、摩耗粉が発生して、雰囲気を
汚すという欠点がある。 そこで、本発明の目的は、大気雰囲気と真空雰囲気と
における使用においても潤滑性能が劣化せず、耐食性に
も優れ、したがって長寿命となり、しかも摩耗粉の発生
が殆んどなく真空雰囲気を汚すことのない真空用転がり
軸受を提供することにある。However, when rolling bearings for vacuum using Ag as a solid lubricant are exposed to the atmosphere after the preparation process, machining process, or during repair, Ag loses lubricity due to oxidation and the bearing life is shortened. Has the disadvantage of being shorter. In addition, even when used only in a vacuum atmosphere, when a corrosive gas is used in that atmosphere, Ag has poor corrosion resistance, so that there is a problem that the raceway of the rolling bearing is corroded. In this case, the life of the bearing is shortened. In the case of MoS 2 is abrasion powder is generated, there is a disadvantage that dirty atmosphere. Therefore, an object of the present invention is to provide a lubricating performance which is not deteriorated even in use in an air atmosphere and a vacuum atmosphere, has excellent corrosion resistance, and therefore has a long service life, and furthermore, the vacuum atmosphere is contaminated with almost no generation of wear powder. It is an object of the present invention to provide a rolling bearing for vacuum without using.
上記目的を達成するために、本発明の真空用転がり軸
受は、耐食性材料でなる軌道輪、転動体および保持器を
有し、少なくとも軌道部に、ポリテトラフルオロエチレ
ンと有機バインダーとしてのポリアミドイミドまたはポ
リイミドとからなるコーティング硬化層を有することを
特徴としている。 また、この発明のコーティング層形成方法は、被コー
ティング部材を脱脂する工程と、上記被コーティング部
材の被コーティング部分以外の部分をマスクで被覆する
工程と、上記被コーティング部分を所定の表面粗さを有
するまでサンドブラストを施す工程と、脱砂工程と、上
記被コーティング部分に、ポリテトラフルオロエチレン
と有機バインダーとを溶剤で溶かした流動体を複数回ス
プレーしてボンデットフィルム状にコーティングする工
程と、上記マスクを除去する工程と、上記被コーティン
グ部材を焼き付け、硬化させる工程とを有する方法によ
って形成することを特徴としている。 上記有機バインダーはポリアミドイミドであるのが望
ましい。In order to achieve the above object, the rolling bearing for vacuum of the present invention has a raceway, a rolling element and a retainer made of a corrosion-resistant material, at least in a raceway portion, polytetrafluoroethylene and polyamideimide as an organic binder or It is characterized by having a coating cured layer made of polyimide. The method of forming a coating layer according to the present invention further includes a step of degreasing the member to be coated, a step of covering a portion other than the portion to be coated of the member to be coated with a mask, and a step of adjusting the surface to be coated to a predetermined surface roughness. A step of applying sandblasting until having, a desalting step, and a step of spraying a fluid obtained by dissolving polytetrafluoroethylene and an organic binder with a solvent a plurality of times to coat the bonded portion in a bond film shape, It is formed by a method including a step of removing the mask and a step of baking and curing the member to be coated. Preferably, the organic binder is a polyamideimide.
本発明の真空用転がり軸受のコーティング層の成分で
あるポリテトラフルオロエチレンは耐薬品性、耐摩耗性
等に非常にすぐれた樹脂で、自己潤滑性を有し、大気雰
囲気で使用されても酸化による潤滑性能の劣化がなく、
また腐食性ガスのある真空雰囲気で使用されても非常に
腐食されにくい。したがって、このコーティング層を有
する軌道部分等は上述のごとき使用条件下での使用に対
しても摩耗したり腐食したりする度合が極めて小さく、
したがってこの発明の真空用転がり軸受は長寿命とな
る。 また、この発明の真空用転がり軸受のコーティング層
は、成分の１つである有機バインダーによって、軌道部
等に強力に接着されており、またポリテトラフルオロエ
チレン同士も互いに強固に接着されているため、コーテ
ィング層の剥離が殆んど生じず、また、万一剥離が生じ
ても、再度軌道部への付着が容易に行なわれるので、摩
耗粉の発生は殆んどなく、したがって、真空雰囲気を汚
すことがない。 なお、上記コーティング層を上述の方法で形成した場
合には、スパッタリングとか粉体塗装方法などの方法に
比して、均一膜厚の制御が簡単にでき、しかもコーティ
ング層の軌道部分等の被コーティング部材に対する付着
強度を高めることができる。また、極小軸受や小型軸受
などの小形でかつ複雑な形状のものにも均一なコーティ
ング膜を形成することができる。Polytetrafluoroethylene, a component of the coating layer of the rolling bearing for vacuum of the present invention, is a resin having excellent chemical resistance, wear resistance, etc., has self-lubricating properties, and is oxidized even when used in an air atmosphere. No deterioration in lubrication performance due to
Even when used in a vacuum atmosphere with corrosive gas, it is very hard to corrode. Therefore, the degree of wear and corrosion of the track portions and the like having this coating layer is extremely small even when used under the above-mentioned use conditions,
Therefore, the rolling bearing for vacuum of the present invention has a long life. Further, the coating layer of the rolling bearing for vacuum of the present invention is strongly bonded to the track portion and the like by the organic binder which is one of the components, and the polytetrafluoroethylene is also strongly bonded to each other. Almost no peeling of the coating layer occurs, and even if a peeling does occur, it is easily adhered to the raceway again, so that there is almost no generation of abrasion powder. It doesn't get dirty. When the above-mentioned coating layer is formed by the above-mentioned method, it is possible to easily control the uniform film thickness as compared with a method such as a sputtering method or a powder coating method, and to further coat the track portion of the coating layer. The adhesion strength to the member can be increased. Further, a uniform coating film can be formed even on a small and complicated shape such as an extremely small bearing or a small bearing.
以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。 第１図に本発明の一実施例である真空用転がり軸受を
示す。第１図において、１はステンレス製内輪、２はス
テンレス製外輪、３はステンレス製ボール、５はステン
レス製保持器である。これらステンレスは、例えばSUS4
40CやSUS630などである。ステンレス製にすることによ
り無潤滑下での腐食を防いでいる。上記内輪１の軌道部
1aを含む外周面、上記外輪２の軌道部2aを含む内周面、
および上記保持器５のポケット表面には、それぞれコー
ティング層６が形成されている。上記コーティング層６
は、上記内外輪1,2の外周面および内周面においては３
〜５μｍの膜厚を、また保持器５においては８μｍ±３
μｍの膜厚を有し、その成分は、ポリテトラフルオロエ
チレン（以下、PTFEと言う。）75〜90wt％とポリアミド
イミド25〜10wt％からなる。ポリアミドイミドはPTFE粉
末のバインダーとして作用し、また、被コーティング面
への接着性を向上させる。 上記コーティング層６は以下の方法で形成されたもの
である。 まず、被コーティング部材である内輪１、外輪２お
よび保持器５のそれぞれを脱脂する。 次に、上記被コーティング部材の被コーティング部
分すなわち内輪１の外周面、外輪２の内周面、および保
持器５の表面以外の部分を図示しないマスクで被覆す
る。 次に、上記被コーティング部分にサンドブラストを
施すことによって、表面粗さを、Ra＝0.8、Rmax＝3S程
度とする。この処理を行う目的は、被コーティング面に
対するコーティング層の付着力を高めると共に、軌道面
が高面圧に耐えるようにすることである。 次に、上記サンドブラスト処理で使用したサンドを
除去する。 上記工程はコーティング層６形成のための前
処理というべきものである。 続いて、マスクで覆われていない上記被コーティン
グ面に、ポリテトラフルオロエチレンとポリアミドイミ
ドとを溶剤であるＮ−メチルピロリドンで溶かした流動
体を複数回スプレーすることによって、上記流動体を被
コーティング面に塗布する。この方法をボンデッドフィ
ルム法と言う。上記流動体の成分比は、ポリアミドイミ
ド粉末５％、PTFE粉末25％、Ｎ−メチルピロリドン70％
である。 第２図はこのボンデッドフィルム法による塗布工程を
説明する図である。この塗布方法はディスパージョン法
とも言われる方法で、溶剤を分散媒体として樹脂粉末等
を被コーティング面に塗布する方法である。本実施例に
おいては、この第２図に示すように、１回のスプレーに
よってPTFEおよびポリアミドイミドの粉末がまばらに被
コーティング面に付着し、それを数回繰り返すことによ
って、精度高く膜厚の制御が行え、均一なコーティング
層が形成される。 コーティング層の成分にポリアミドイミドを含ませる
のは、本来、PTFEは被コーティング面に付着しにくく、
この欠点を補うために、有機バインダーとしてポリアミ
ドイミドを使用するのである。有機バインダーとして
は、本実施例におけるポリアミドイミドの他に、ポリイ
ミドを使用することができる。このようなバインダーの
使用により、PTFEの被コーティング面への付着力を高め
ると共に、後の加熱・溶融処理を経ることによってPTFE
間の結合力を高めることができる。 次に、上記マスクを除去した後、上記内輪１、外輪
２、保持器５を180℃±10℃の温度で約90分、焼き付け
・硬化処理を行って、コーティング層６の形成工程を完
了する。 この焼き付け・硬化処理を施すことにより、高圧下で
は外側に逃げやすいというPTFE膜の性質を最小限に抑え
ることができる。 上記構成の真空用転がり軸受は、自己潤滑性を有する
PTFEが耐薬品性等に非常にすぐれているため、真空雰囲
気ばかりでなく大気雰囲気中でも高頻度に使用されて
も、酸化による潤滑性の劣化がなく、また、軌道面がPT
FEでコーティングされているため、腐食性ガスのある雰
囲気中で使用されても、腐食されないため、Ag等の固体
潤滑剤を使用していた従来の軸受の寿命に比して、寿命
を延ばすことができる。また、PTFEはポリアミドイミド
によってしっかりと付着しているため、MoS2のように摩
耗粉を発生させることがなく、真空雰囲気を汚すおそれ
もない。また、コーティング層６は内輪１の軌道面1aば
かりではなく外周面全体に形成しているので、肩部1bの
摩耗を防止できる。 上記構成の真空用転がり軸受を従来の固体潤滑剤を備
えた真空用転がり軸受とを、低速用スラスト荷重試験機
による試験を行い、大気、真空雰囲気中での寿命を調べ
た。その結果を次頁の表１に示す。 表１に示した試験結果からも明らかなように、本実施
例のPTFEコーティングを有する真空用転がり軸受は他の
軸受に比して、真空雰囲気においても真空雰囲気におい
ても格段に長い寿命を有することがわかる。 なお、上記実施例では、保持器５におけるコーティン
グ層６はポケット部分だけに形成したが、保持器をたと
えば軌道輪肩部で案内する場合には、コーティング層を
保持器の内周面や外周面にも形成するのが望ましい。こ
うすることにより、保持器の摩耗を防止できる。 上記実施例では、耐食性を考慮して軌道輪や玉をステ
ンレス製としているが、窒化珪素を主体としたセラミッ
クス製としてもよい。さらに、保持器をPTFEやナイロン
あるいはポリアセタールなどの合成樹脂で形成してもよ
い。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 shows a rolling bearing for vacuum according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a stainless steel inner ring, 2 is a stainless steel outer ring, 3 is a stainless steel ball, and 5 is a stainless steel retainer. These stainless steels are, for example, SUS4
40C and SUS630. The use of stainless steel prevents corrosion without lubrication. Track section of the inner ring 1
An outer peripheral surface including 1a, an inner peripheral surface including the raceway portion 2a of the outer ring 2,
A coating layer 6 is formed on each pocket surface of the retainer 5. The above coating layer 6
Is 3 on the outer and inner peripheral surfaces of the inner and outer rings 1 and 2.
５5 μm, and 8 μm ± 3 in the cage 5
It has a thickness of μm, and its components are composed of 75 to 90% by weight of polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as PTFE) and 25 to 10% by weight of polyamideimide. Polyamideimide acts as a binder for the PTFE powder and also improves the adhesion to the surface to be coated. The coating layer 6 is formed by the following method. First, the inner ring 1, the outer ring 2, and the retainer 5, which are members to be coated, are degreased. Next, the coated portion of the member to be coated, that is, the outer peripheral surface of the inner ring 1, the inner peripheral surface of the outer ring 2, and the portion other than the surface of the retainer 5 are covered with a mask (not shown). Next, the surface roughness is set to about Ra = 0.8 and Rmax = 3S by sandblasting the coated portion. The purpose of this treatment is to increase the adhesion of the coating layer to the surface to be coated and to make the raceway surface withstand high surface pressure. Next, the sand used in the above sandblasting is removed. The above process is to be a pretreatment for forming the coating layer 6. Subsequently, the fluid to be coated is coated by spraying a fluid obtained by dissolving polytetrafluoroethylene and polyamideimide in N-methylpyrrolidone, which is a solvent, a plurality of times on the surface to be coated which is not covered with the mask. Apply to surface. This method is called a bonded film method. The component ratio of the fluid is as follows: polyamideimide powder 5%, PTFE powder 25%, N-methylpyrrolidone 70%
It is. FIG. 2 is a view for explaining an application step by the bonded film method. This coating method is also called a dispersion method, and is a method of applying a resin powder or the like to a surface to be coated using a solvent as a dispersion medium. In this embodiment, as shown in FIG. 2, the powder of PTFE and polyamideimide adheres sparsely to the surface to be coated by one spray, and is repeated several times to control the film thickness with high accuracy. And a uniform coating layer is formed. Including polyamideimide as a component of the coating layer is because PTFE originally does not easily adhere to the surface to be coated,
In order to compensate for this disadvantage, polyamideimide is used as an organic binder. As the organic binder, polyimide can be used in addition to the polyamideimide in the present embodiment. The use of such a binder not only increases the adhesion of PTFE to the surface to be coated, but also increases the PTFE
The bonding force between them can be increased. Next, after removing the mask, the inner ring 1, the outer ring 2, and the retainer 5 are baked and cured at a temperature of 180 ° C. ± 10 ° C. for about 90 minutes to complete the process of forming the coating layer 6. . By performing this baking / hardening treatment, it is possible to minimize the property of the PTFE membrane that easily escapes to the outside under high pressure. The vacuum rolling bearing having the above configuration has a self-lubricating property.
Since PTFE has excellent chemical resistance, etc., it does not deteriorate in lubrication due to oxidation even if it is used frequently not only in vacuum atmosphere but also in air atmosphere.
Because it is coated with FE, it does not corrode even when used in an atmosphere with corrosive gas, so it has a longer life than conventional bearings that used solid lubricants such as Ag Can be. Further, since PTFE is firmly adhered to the polyamideimide, it does not generate abrasion powder unlike MoS 2 and does not pollute the vacuum atmosphere. Further, since the coating layer 6 is formed not only on the raceway surface 1a of the inner race 1 but also on the entire outer peripheral surface, wear of the shoulder portion 1b can be prevented. The vacuum rolling bearing having the above-described configuration and a conventional vacuum rolling bearing provided with a solid lubricant were tested by a low-speed thrust load tester, and the life in the air and vacuum atmosphere was examined. The results are shown in Table 1 on the next page. As is clear from the test results shown in Table 1, the rolling bearing for vacuum having a PTFE coating of the present example has a much longer life in a vacuum atmosphere and in a vacuum atmosphere than other bearings. I understand. In the above embodiment, the coating layer 6 of the cage 5 is formed only in the pocket portion. However, when the cage is guided by, for example, the shoulder of the bearing ring, the coating layer is formed on the inner circumferential surface or the outer circumferential surface of the cage. It is desirable to form it also. By doing so, wear of the cage can be prevented. In the above embodiment, the bearing rings and balls are made of stainless steel in consideration of corrosion resistance, but may be made of ceramics mainly composed of silicon nitride. Further, the retainer may be formed of a synthetic resin such as PTFE, nylon, or polyacetal.
以上より明らかなように、本発明の真空用転がり軸受
は、少なくとも軌道部に、優れた耐薬品性、自己潤滑性
等の特性を有するポリテトラフルオロエチレンと有機バ
インダーとしてのポリアミドイミドまたはポリイミドと
からなるコーティング硬化層を有しているので、大気雰
囲気で使用されても酸化による潤滑性能の劣化がなく、
また腐食性ガスのある真空雰囲気で使用されても非常に
腐食されにくい。したがって、本発明の真空用転がり軸
受は長寿命となる。 また、この発明の真空用転がり軸受のコーティング層
は成分の１つである有機バインダーによって軌道部等に
強力に接着されているため、コーティング層の剥離が生
じず、したがって、摩耗粉により真空雰囲気を汚すこと
がない。 また、この発明のコーティング層の形成方法によれ
ば、スパッタリングとか粉体塗装方法などの方法に比し
て、ポリテトラフルオロエチレンと有機バインダーから
なるコーティング層を形成するに際して、均一膜厚の制
御が簡単にでき、しかもコーティング層を軌道部分等の
被コーティング部材に対して強力に付着させるとともに
ポリテトラフルオロエチレン同士を互いに強固に接着さ
せることができる。したがって、この方法で形成された
コーティング層を有する真空用転がり軸受は、長期の使
用によっても、従来使用されていたMoS2とは異なり、摩
耗粉の発生がなく、真空雰囲気を汚すおそれがない。ま
た、極小軸受や小型軸受などの小さくて複雑な形状のも
のにコーティングが可能である。As is clear from the above, the rolling bearing for vacuum of the present invention, at least in the raceway portion, excellent chemical resistance, from polytetrafluoroethylene having properties such as self-lubricating properties and polyamideimide or polyimide as an organic binder. Since it has a coating hardened layer, there is no deterioration of lubrication performance due to oxidation even when used in air atmosphere,
Even when used in a vacuum atmosphere with corrosive gas, it is very hard to corrode. Therefore, the rolling bearing for vacuum of the present invention has a long life. Further, since the coating layer of the rolling bearing for vacuum of the present invention is strongly adhered to the track portion and the like by the organic binder which is one of the components, the coating layer does not peel off, and therefore, the vacuum atmosphere is reduced by abrasion powder. It doesn't get dirty. Further, according to the method of forming a coating layer of the present invention, when forming a coating layer composed of polytetrafluoroethylene and an organic binder, control of the uniform film thickness is reduced as compared with methods such as sputtering and powder coating. It can be made simple, and the coating layer can be strongly adhered to the member to be coated such as the track portion, and the polytetrafluoroethylene can be firmly adhered to each other. Thus, vacuum rolling bearing having a coating layer formed by this method, even by long-term use, unlike MoS 2 which has been conventionally used, there is no generation of abrasion powder, there is no risk of soiling the vacuum atmosphere. In addition, it is possible to coat small and complicated shapes such as extremely small bearings and small bearings.
第１図は本発明の真空用転がり軸受の一実施例の断面
図、第２図は本発明のコーティング層の形成の１工程で
あるボンデッドフィルム工程を説明する図である。 １……内輪、２……外輪、３……ボール、５……保持
器。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the rolling bearing for vacuum of the present invention, and FIG. 2 is a view for explaining a bonded film step which is one step of forming a coating layer of the present invention. 1 ... inner ring, 2 ... outer ring, 3 ... ball, 5 ... cage.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北村 和久 大阪府大阪市中央区南船場３丁目５番８ 号 光洋精工株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−185747（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−279963（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−61841（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−27122（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16C 33/32 F16C 33/44 F16C 33/62 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Kazuhisa Kitamura 3-5-8 Minamisenba, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Koyo Seiko Co., Ltd. (56) References JP-A-62-185747 (JP, A) Hei 1-279963 (JP, A) JP-A-48-61841 (JP, A) JP-A 1-227122 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F16C 33 / 32 F16C 33/44 F16C 33/62
Claims (3)
持器を有し、少なくとも軌道部に、ポリテトラフルオロ
エチレンと有機バインダーとしてのポリアミドイミドま
たはポリイミドとからなるコーティング硬化層を有する
真空用転がり軸受。1. A vacuum rolling device having a bearing ring, a rolling element and a retainer made of a corrosion-resistant material, and having a coating hardened layer made of polytetrafluoroethylene and polyamideimide or polyimide as an organic binder on at least a track portion. bearing.
コーティング層を形成するコーティング層形成方法であ
って、 被コーティング部材を脱脂する工程と、 上記被コーティング部材の被コーティング部分以外の部
分をマスクで被覆する工程と、 上記被コーティング部分を所定の表面粗さを有するまで
サンドブラストを施す工程と、 脱砂工程と、 上記被コーティング部分に、ポリテトラフルオロエチレ
ンと有機バインダーとを溶剤で溶かした流動体を複数回
スプレーしてボンデットフィルム状にコーティングする
工程と、 上記マスクを除去する工程と、 上記被コーティング部材を焼き付け、硬化させる工程と
を有するコーティング層形成方法。2. A coating layer forming method for forming a coating layer on a member to be coated of a rolling bearing for vacuum, comprising: a step of degreasing the member to be coated; and a mask excluding a portion to be coated of the member to be coated. A step of coating, a step of sandblasting the coated portion to have a predetermined surface roughness, a sand-removing step, and a fluid in which polytetrafluoroethylene and an organic binder are dissolved in the coated portion with a solvent. A plurality of times of spraying to form a bond film, a step of removing the mask, and a step of baking and curing the member to be coated.
において、上記有機バインダーはポリアミドイミドであ
るコーティング層形成方法。3. The method for forming a coating layer according to claim 2, wherein the organic binder is a polyamideimide.
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