JPH0621192A

JPH0621192A - 半導体製造設備用転がり軸受

Info

Publication number: JPH0621192A
Application number: JP17272292A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Kondo; 博光近藤; Hiroshi Yamada; 博山田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1994-01-28

Abstract

(57)【要約】【目的】腐食性雰囲気下で使用するのに適した半導体
製造設備用転がり軸受を提供する。【構成】内・外輪１、２および転動体３は、それぞ
れ、Ｎｉ３０〜３５％、Ｃｒ１９〜２３％、Ｆｅ残部の
鉄基合金で形成されている。これら軸受部品の母材表層
１ｂ、２ｂ、３ｂはＭｏあるいはＢ元素のイオン注入に
よってマトリックス強化され、その上層に、結晶性のＰ
ＴＦＥからなる潤滑皮膜１ａ、２ａ、３ａが形成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造設備に使用
される転がり軸受に関し、特に腐食性雰囲気下での使用
に適したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造設備に使用される軸受は、高
い清浄度が要求される密封真空下で運転されるため、そ
の潤滑には、一般に、二硫化モリブデン等の層状物質、
金、銀、鉛等の軟質金属、ＰＴＦＥ、ポリイミド等の高
分子材料などの固体潤滑剤が用いられている。

【０００３】ところで、近年、半導体製造分野では半導
体の集積度が増すにつれて回路パターンの線幅が微細化
しており、軸受から排出される固体潤滑剤の摩耗粉がパ
ターン上に付着すると種々の弊害を引き起こす可能性が
あることから、固体潤滑剤の特性として、本来の潤滑性
・耐久性の他に、特に低発塵性を要求するようになって
きている。

【０００４】このような現状に鑑み、本出願人は、転が
り軸受を構成する部品のうち少なくとも転がり摩擦また
は滑り摩擦を生ずる表面に、低分子量のポリテトラフル
オロエチレン（以下、簡単のため、低分子量ＰＴＦＥと
略記する。）を用いて潤滑被膜を形成することにより、
潤滑性、耐久性、低発塵性等に優れた潤滑皮膜を得るこ
とができることを特願平３−１９０１５０号等において
示した。これらの効果は、低分子量ＰＴＦＥが、従来よ
り固体潤滑剤として用いられている高分子量のＰＴＦＥ
に比べて、剪断強度が著しく小く、また、転着性に優れ
ていることによるものであった。さらに、本出願人は連
続した島状分布の固体潤滑皮膜を形成した半導体製造設
備用転がり軸受について出願し（実願平３−４９９４６
号等）、この出願において、ＰＴＦＥの固体潤滑皮膜を
島状分布とすることにより、軸受の低発塵性がさらに向
上することを示した。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体のエ
ッチング工程やＣＶＤ（化学蒸着）皮膜処理工程では、
シラン系、フッ素系、塩素系などの反応ガスを使用する
ため、処理装置に組込まれた軸受がこれら腐食性を有す
る反応ガスに接触する可能性がある。例えば、ＣＶＤ装
置においては、軸受は反応槽に使用されることは殆どな
く主にバッファ槽に使用されるので、反応ガスと直接接
触することはないが、槽間でウェーハのやりとりをする
際に、反応ガスが反応槽からバッファ槽に流入し、軸受
に接触する場合がある。したがって、このような雰囲気
下で使用される軸受には、特に耐蝕性が要求される。

【０００６】元来、低分子量ＰＴＦＥ自体も化学的に安
定したものであるが、潤滑皮膜が剥離・転着を繰り返す
際に膜厚さが減少する時があり、このような場合、薄く
なった皮膜部分から腐食性ガス等が浸透して母材を侵す
ことがある。また、潤滑皮膜を島状に分布させた場合で
は、島と島との間の皮膜部分はもともと薄く、この部分
から腐食性ガス等が浸透しやすい。

【０００７】そこで、本発明の目的は、半導体製造設備
用転がり軸受において、特に腐食性雰囲気下で使用する
のに適し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】本発明では、転がり軸受
を構成する部品のうち少なくとも内輪と外輪とをＮｉ３
０〜３５％、Ｃｒ１９〜２３％、Ｆｅ残部の鉄基合金で
形成し、かつ、この転がり軸受を構成する部品のうち少
なくとも転がり摩擦または滑り摩擦を生ずる表面に、結
晶性のポリテトラフルオロエチレンからなる潤滑皮膜を
形成した。

【０００９】また、上記鉄基合金で形成した部品のうち
少なくとも転がり摩擦または滑り摩擦を生ずる母材表層
を、ＭｏあるいはＢによりマトリックス強化した。

【００１０】さらに、転動体をセラミックで形成した。

【００１１】

【作用】Ｎｉを３０〜３５％含有する鉄基合金は良好な
耐蝕性を有する。したがって、腐食性雰囲気下において
も、母材に腐食が生じにくい。

【００１２】母材表層をＭｏでマトリックス強化するこ
とにより、孔食を抑止する効果が得られ、耐蝕性がさら
に改善される。

【００１３】母材表層をＢでマトリックス強化すること
により、キャビテーション侵食を抑止する効果が得ら
れ、耐蝕性がさらに改善される。

【００１４】ここで、マトリックス強化とは、母材表層
のマトリックス組織にＭｏあるいはＢ元素が入り込んだ
状態を言う。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１６】図１に示す実施例は、本発明を深溝玉軸受
に適用したものである。この転がり軸受は、内輪１、外
輪２、内・外輪１、２間に介在する複数の転動体３、転
動体３を円周等間隔に保持する保持器４といった軸受部
品で構成される。内・外輪１、２および転動体３は、そ
れぞれ、Ｎｉ３０〜３５％、Ｃｒ１９〜２３％、Ｆｅ残
部の鉄基合金で形成され、それらの表面には結晶性のＰ
ＴＦＥからなる潤滑皮膜１ａ、２ａ、３ａが形成されて
いる。これらの潤滑皮膜１ａ、２ａ、３ａは、例えば、
低分子量ＰＴＦＥ（日本アチソン製ＡＲＣ７等）を２５
ｃｍ離れた位置から被膜形成面にスプレーして付着させ
たもので、その平均被膜暑さは０．６μｍ程度である。
結晶性のＰＴＦＥからなる潤滑被膜は、いわゆるスパッ
タリング処理皮膜のようにＰＴＦＥ分子が必要以上に細
分化さていないので、ＰＴＦＥ本来の潤滑性能等の特性
が維持されている。結晶性のＰＴＦＥ被膜をコーティン
グする方法としては上記スプレー法の他、浸漬法等があ
る。

【００１７】この転がり軸受は、内・外輪１、２および
転動体３がＮｉ３０〜３５％、Ｃｒ１９〜２３％、Ｆｅ
残部の鉄基合金で形成されているため、良好な耐蝕性を
有し、シラン等の反応性ガスを用いる雰囲気下でも腐食
が生じず、耐久性、低発塵性等といった本来の特性を長
期にわたって発揮する。尚、ＰＴＦＥとして、バイダッ
クスＡＲ（デュポン社製）、ＭＰ１２００、ＭＰ１３０
０（いずれも三井フロロケミカル社製）を用いても同様
の効果が得られる。

【００１８】ところで、シランよりもさらに反応性の強
い塩素ガス、フッ素ガス、あるいはこれらの混合ガス等
を用いる雰囲気下では、さらに強い耐蝕性が必要になる
場合がある。図２に示す転がり軸受は、このような場合
を考慮し、耐蝕性のさらなる改善を図ったものである。
この転がり軸受は、上記鉄基合金で形成された内・外輪
１、２および転動体３の母材表層１ｂ、２ｂ、３ｂにＭ
ｏあるいはＢ元素をイオン注入したものである。母材表
層１ｂ、２ｂ、３ｂは、ＭｏあるいはＢ元素によりマト
リックス強化され、母材元素とＭｏあるいはＢ元素との
混合層状をなしている。ただ、マトリックス強化された
母材表層と母材とは、同図に示すような明確な界面をも
っているわけではない。イオン注入法は、公知なよう
に、注入したい元素をイオン化することによって一定の
エネルギーに加速して母材表面に打ち込む方法である
が、ＣＶＤ法等と違って本質的に非熱平衡プロセスであ
り低温処理が可能なこと、打ち込まれたイオンが母材の
マトリックス組織に入り込み強固な密着性が得られると
いった特徴がある。例えば、Ｍｏをイオン注入した場合
では孔食を抑止する効果が得られ、耐蝕性がさらに改善
される。また、Ｂをイオン注入した場合では、キャビテ
ーション侵食を抑止する効果が得られ、耐蝕性がさらに
改善される。ＭｏあるいはＢを母材表層１ｂ、２ｂ、３
ｂにイオン注入し、深さ０．３μｍまで改質した場合で
は、イオン注入しない場合に比べて、発錆時間が共に２
倍以上遅延することが実験により確認されている。マト
リックス強化する手段はイオン注入法に限らず、例え
ば、母材の製鋼時に、ＭｏあるいはＢを含有させるよう
にしても良い。

【００１９】図３、図４、図５は、図２に示す構成の軸
受について行なった発塵試験の結果を示す。図３はＡＲ
Ｃ７（平均分子量３０００）、図４はバイダックスＡＲ
（平均分子量５０００）、図５はＭＰ１２００（平均分
子量２０万）を用いて潤滑被膜を形成した場合の結果で
ある。試験条件は、回転数：５０ｒｐｍ、スラスト荷
重：１ｋｇｆ、真空度：１０^-7Ｔｏｒｒである。いずれ
も、良好な低発塵性を示している。ＭＰ１３００（平均
分子量３０万）を用いて潤滑被膜を形成した場合は、図
５に示すＭＰ１２００の場合とほぼ同様の低発塵性を示
した。

【００２０】尚、以上説明した実施例では、内・外輪
１、２の転走面および転動体３の表面に潤滑皮膜を形成
してあるが、潤滑皮膜は少なくとも転動体３の表面に形
成すれば良い。また、図１ａおよび図２ａでは内・外輪
１、２の外表面全体に潤滑皮膜１ａ、２ａが形成されて
いるが、図１ｂおよび図２ｂに示すように、嵌合面等の
潤滑皮膜が本来不要な部分については、マスキングによ
って皮膜処理を施さない、あるいは、最終製品となる前
に除去するようにすると良い。また、母材表層のマトリ
ックス強化は、少なくとも内・外輪１、２の転走面につ
いて行なえば良い。また、転動体３をセラミックで形成
すると、軸受の耐蝕性は一層向上する。さらに、軸受の
形式は、図１および図２に示すような深溝玉軸受に限ら
ず、広く転がり軸受一般に適用することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の転がり軸
受は、この軸受を構成する部品のうち少なくとも内輪と
外輪とをＮｉ３０〜３５％、Ｃｒ１９〜２３％、Ｆｅ残
部の鉄基合金で形成し、かつ、この軸受を構成する部品
のうち少なくとも転がり摩擦または滑り摩擦を生ずる表
面に、結晶性のポリテトラフルオロエチレンからなる潤
滑皮膜を形成したものであるから、腐食性雰囲気下で使
用された場合でも腐食が生じにくく、その優れた低発塵
性、大気・真空両用性、低トルク性（二硫化モリブデン
のスパッタリング皮膜と同程度）、耐熱性（潤滑皮膜の
軟化点は３２０^oＣ以上）等を長期にわたって発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる深溝玉軸受を示す断面
図（ａ）、嵌合面等の潤滑皮膜を除去等した状態を示す
断面図（図ｂ）である。

【図２】本発明の他の実施例に係わる深溝玉軸受を示す
断面図（ａ）、嵌合面等の潤滑皮膜を除去等した状態を
示す断面図（図ｂ）である。

【図３】発塵試験の結果を示す図である。

【図４】発塵試験の結果を示す図である。

【図５】発塵試験の結果を示す図である。

【符号の説明】

１内輪１ａ潤滑皮膜１ｂ母材表層２外輪２ａ潤滑皮膜２ｂ母材表層３転動体３ａ潤滑皮膜３ｂ母材表層４保持器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転がり軸受を構成する部品のうち少なく
とも内輪と外輪とをＮｉ３０〜３５％、Ｃｒ１９〜２３
％、Ｆｅ残部の鉄基合金で形成し、かつ、この転がり軸
受を構成する部品のうち少なくとも転がり摩擦または滑
り摩擦を生ずる表面に、結晶性のポリテトラフルオロエ
チレンからなる潤滑皮膜を形成したことを特徴とする半
導体製造設備用転がり軸受。
【請求項２】上記鉄基合金で形成した部品のうち少な
くとも転がり摩擦または滑り摩擦を生ずる母材表層が、
Ｍｏによりマトリックス強化された請求項１の半導体製
造設備用転がり軸受。
【請求項３】上記鉄基合金で形成した部品のうち少な
くとも転がり摩擦または滑り摩擦を生ずる母材表層が、
Ｂによりマトリックス強化された請求項１の半導体製造
設備用転がり軸受。
【請求項４】転動体がセラミックで形成された請求項
１、２、３または４の半導体製造設備用転がり軸受。