滚动轴承的制作方法

专利名称：滚动轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及滚动轴承，特别涉及适于供清洗/化学抛光装置使用的滚动轴承，所述装置用于使滚动轴承与清洗和化学抛光用的腐蚀性氟化物化合物进行接触的环境中。
背景技术：
一般地，例如在半导体制造设备中的晶片清洗和化学抛光步骤中，将腐蚀性氟化物化合物诸如氢氟酸用作清洗剂或表面处理剂。例如，在化学机械抛光(CMP)装置中，当在晶片上喷淋氢氟酸时通过旋转刷清洗并抛光晶片表面。
在这样一种清洗装置的传送单元和旋转刷中使用的或与其一起使用的滚动轴承由耐腐蚀材料制成。例如，采用由不锈钢制成的轴承环、滚动元件和保持器(日本专利公布2003-139147A)。
另一方面，在用于需要改善的耐热性的自动电子附属备件中，将氟润滑脂密封在用于这样附属备件滚动轴承中，并且采用由氟橡胶制成的接触密封用于密封内环和外环之间的间隙(日本专利公布2004-150477A)。
通过将全氟聚醚油与用于增稠的氟树脂颗粒形成的增稠剂例如聚四氟乙烯(以下PTFE)混合而制造以上提到的耐热氟润滑脂。
这样的氟润滑脂对于多种溶剂是稳定的。因而它们适于作为用在清洗装置中的滚动轴承的润滑脂。
但是如果将这样的氟润滑脂密封在常规滚动轴承中，所述滚动轴承具有由不锈钢制成的轴承环、滚动元件和保持器，则在那里作为基油混合的全氟聚醚(PFPE)与边界润滑状态中金属材料的不锈钢反应，以致在醚基的位置断开PFPE的主链并且产生具有酰基的氟化物(RF-COF)。所述氟化物是一种具有极高腐蚀性并作为分解催化剂作用在作为基油的PFPE上的路易斯酸，以致所述氟润滑脂将快速分解并流走，因而引起所述滚动轴承的金属磨损。
通过这类腐蚀机理，由不锈钢制成并具有密封在那里的氟润滑脂的滚动轴承趋向于在短时间内随着内部磨损的迅速进行而达到寿命终点。
同样，甚至由不锈钢制成并且不含有氟润滑脂的滚动轴承在使用条件下腐蚀并产生金属的磨损粉末，在所述使用条件下它们暴露于作为清洗或抛光试剂的氢氟酸。所述金属磨损粉末渗入到所述轴承的滚动部分，引起边界润滑和由此产生的异常轴承磨损。
本发明的目的是提供由一种不锈钢制成的滚动轴承，其在存在氢氟酸或氟润滑脂的高度腐蚀性使用条件下可以抑制由金属腐蚀粉末渗入到所述轴承滚动面和内部磨损迅速进行导致的边界润滑，并且它即使在金属腐蚀环境中也是高度耐磨的并具有长寿命。

发明内容
根据本发明，提供了一种包含全部由不锈钢制成的轴承环、滚动元件和保持器的滚动轴承，一种密封在所述滚动轴承中的固化润滑油，所述固化润滑油是通过热固化润滑油或润滑脂和热塑性树脂或热固性树脂的混合物而获得，和用于密封所述固化润滑油的由氟橡胶制成的接触密封。
用本发明的滚动轴承，因为内环和外环之间的间隙是通过由氟橡胶制成的接触密封而密封的，所以所述密封不会受与金属腐蚀剂诸如氢氟酸接触的影响，因而可靠地防止它的渗透。
同样，因为通过热固化润滑油或润滑脂和热塑性树脂或热固性树脂的混合物而获得的固化润滑油是密封在所述滚动轴承中，即使所述润滑油或润滑脂含有全氟聚醚，并且产生在边界润滑中的滚动轴承中的腐蚀性氟化物引起金属腐蚀并产生磨损粉末，所以将要容纳所述金属磨损粉末好象被埋置(embedded)在所述热固化的固化润滑油中。这防止它渗透到滚动面(所述滚动元件的表面和滚动元件接触的内环和外环表面)上，以致异常磨损不会发生。
同样，即使全氟聚醚(PFPE)与金属反应并且产生金属氟化物，也仅有渗出到固化润滑油表面上的部分润滑油可能分解，但是容纳在内部的润滑油不会分解。因此，将保持用正常润滑油供给所述滚动面并且凝固的润滑油将继续正常起作用。
如上所述，因为保持在固化润滑油中的整个润滑脂不同时分解或流走，所以本发明的滚动轴承可以作为耐腐蚀的滚动轴承工作，即使用在金属腐蚀环境中，所述滚动轴承具有比常规的这类轴承更长的寿命。
为了提供这样一种长寿命的滚动轴承，优选使用的滚动元件由具有优秀的耐腐蚀性的陶瓷材料制成，因为产生的少量金属腐蚀粉末促进更长的寿命。
同样，这样一种结构的滚动轴承非常适于和清洗/化学抛光装置一起使用，其中将它们暴露于腐蚀性氟化物诸如氢氟酸。
根据本发明，因为是通过由氟橡胶制成的接触密封将固化润滑油密封在所述轴承中，通过将润滑油或润滑脂和热塑性树脂或热固性树脂的混合物热固化而获得所述固化润滑油，所以如果将不锈钢制成的滚动轴承用在存在氢氟酸或氟润滑脂的腐蚀性的使用条件中，则金属腐蚀粉末不会渗入所述滚动面中并且将在不分解的情况下保持供给正常的润滑油，因而防止异常磨损或内部磨损的迅速进行。
由于这些优势，即使与利用腐蚀性氟化物的清洗/化学抛光装置一起使用，本发明的滚动轴承可以作为长寿命滚动轴承工作。


从下列根据附图进行的描述，本发明的其它特征和目的将变得明显，其中图1是根据本发明的滚动轴承除去它的密封的平面图；和图2是同样的一部分的放大的剖视图。
具体实施例方式
本发明的一个实施方案将根据附图描述如下。
如图1和2所示，所述实施方案是具有固化润滑油1的深凹槽球轴承，将所述固化润滑油1涂覆于保持器2的两个轴向侧面并热固化。特别是，它包含作为轴承环的内环3和外环4、滚动元件5和保持器2，其全部由不锈钢制成，并且含有通过将润滑脂和热塑性树脂的混合物热固化而制成的固化润滑油1并且通过氟橡胶制成的接触密封7密封。
所述组件的材料详细地描述如下。所述固化润滑油1是通过将润滑油或润滑脂与树脂粉末混合而获得的半-固体的润滑组合物。将它涂覆于保持器2的两个轴向侧面(即，用于等距离间隔滚动元件5的部分的两侧，显示在图2中1a和1b)并且热固化以便保持在位置中。
用于本发明的固化润滑油中含有的润滑剂可以是润滑油或润滑脂。作为所述润滑油，可以使用矿物油、合成烃油、聚烷撑二醇油、合成双酯润滑油、多羟基酯油、磷酸酯油、聚苯醚油、硅氧烷油、全氟聚醚油等。可以使用任何已知的润滑油。
所述全氟聚醚油是通过对于脂肪族烃聚醚的氢原子取代成氟原子而获得的化合物。可商购的全氟聚醚油包括Fomblin Y(由Montedison制造)、Krytox(由DuPont制造)、Barrierta J油(由Kluber制造)、FomblinZ(由Montedison制造)、Fomblin M(由Montedison制造)和Demnum(由Daikin制造)。
所述润滑脂可以是通过使用皂或非皂增稠剂将基油增稠而获得的一种。不特别限制基油和增稠剂的种类。增稠剂和基油的组合包括锂皂-合成二酯润滑脂、锂皂-矿物油润滑脂、钾皂-矿物油润滑脂、铝皂-矿物油润滑脂、锂皂-二酯矿物油润滑脂、非皂增稠剂-合成双酯润滑油脂、非皂增稠剂-矿物油润滑脂、非皂增稠剂-多羟基酯润滑油、锂皂-多羟基酯润滑油、和锂皂-硅油润滑脂。同样，可以使用利用全氟聚醚油作为基油和氟树脂颗粒作为增稠剂的润滑脂。
通过将金属皂或非皂(氟树脂颗粒、双脲、聚脲等)增稠剂加入到上述作为基油的润滑油以调节粘度而获得的润滑脂或润滑油可以在加入极压添加剂或其它添加剂后使用。
作为用于使润滑油凝固而获得本发明的固化润滑油的树脂材料粉末，可以使用热塑性树脂粉末诸如超高分子量聚烯烃树脂。
作为所述热塑性树脂粉末，可以使用任何已知的热塑性树脂的粉末。这样的热塑性树脂包括超高分子量聚烯烃粉末、聚酰胺树脂(尼龙)、聚缩醛树脂、甲基间丙烯酸树脂、丙烯酸-苯乙烯共聚物树脂、聚苯乙烯、ABS树脂、氯乙烯树脂、聚偏二氟乙烯、聚碳酸酯、氟化物树脂、醋酸纤维素、和赛璐珞。
超高分子量聚烯烃树脂粉末可以是超高分子量聚乙烯、超高分子量聚丙烯、超高分子量聚丁烯或其共聚物的粉末。依据通过粘度方法测量的平均分子量，各自粉末的分子量应当是1×106至5×106。在这样一种分子量范围中的聚烯烃在刚性和油可保留性方面优于低分子量聚烯烃并且当加热到高温时几乎不流动。同样，至于热塑性树脂粉末的平均粒度，当采用10至30μm的粉末时获得了有利结果。
虽然取决于所述组合物的所需油分离、韧性、和硬度，但是所述固化润滑油中热塑性树脂的含量优选95至1重量％。因此，热塑性树脂诸如超高分子量聚烯烃的含量越高，在预定温度分散并保留之后的凝胶变得越硬。
作为用作本发明中使用的固化润滑油材料的热固性树脂粉末的树脂，可以使用酚醛树脂、尿素树脂、蜜胺树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、二芳基邻苯二甲酸酯树脂、和环氧树脂。
作为热固性树脂，使用它的还未固化的材料粉末并且将其与润滑油或润滑脂混合。不限制混合比，但是将它们在例如5至95重量％的范围内混合在一起。将上述热固性树脂粉末或热塑性树脂粉末与润滑油或润滑脂混合成均一的糊剂、与油未分开的半固态、并且将所述混合物点填充(spot packed)在所述轴承中，或完全填充在所述轴承中的整个空间。在点填充中，优选涂覆到保持器部分的至少两侧，用于保持所述滚动元件之间的空间，将它们保持包裹的然后加热。
接触密封7是具有用氟橡胶覆盖的芯8的环形的弹性构件。将它安装在具有其密封边缘的外环4的安装槽9，它是弹性构件的一部分并且具有倾斜的内部外周，与内环3的密封接触表面滑动(slidal)接触。
作为用于所述接触密封的氟橡胶，可以使用含有四氟乙烯-丙烯2-单元共聚物的可硫化氟橡胶、含有偏二氟乙烯-四氟乙烯-丙烯3-单元共聚物的可硫化氟橡胶、或含有四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚3-单元共聚物的可硫化氟橡胶。
作为四氟乙烯-丙烯2-单元共聚物，Asahi Glass Co.，Ltd.的AFLAS150系列和AFLAS 100系列是商业上可获得的。
偏二氟乙烯-四氟乙烯-丙烯3-单元共聚物是市场上可买到的，由Sumitomo 3M Limited制造的名为BRE LJ-298005，Asahi Glass Co.，Ltd.的AFLAS SP和AFLAS MZ 201。
作为四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚3-单元共聚物，可以引用由DuPont制造的Kalrez。
通过利用硫化助剂(vulcanizing assistant)和有机过氧化物硫化上述这类氟聚合物，所述硫化助剂诸如三芳基异氰脲酸酯、和三芳基氰脲酸酯，所述有机过氧化物诸如α，α-双-叔-丁过氧基-二异丙苯、2，5-二甲基-2，5-二-丁过氧基己烷，并且显示橡胶弹性。
同样，在硫化上述氟聚合物以前，可以根据需要加入无机填料诸如炭黑、硅石、硅酸、和硅藻土，金属氧化物诸如氧化锌和氧化镁，抗老化剂诸如辛基化的二苯胺和N-苯基-1-萘胺或其它添加剂。
如图1和2所示的具有接触密封的深槽球轴承(内径10mm，外径26mm，宽度8mm)制造如下即，由不锈钢(SUS440C)制成内环和外环，由氮化硅陶瓷(Si3N4)制成所述滚动元件，并且由不锈钢(SUS304)制成所述保持器。对于所述固化润滑油，使用含有聚乙烯树脂粉末的锂-矿物油润滑脂。将通过NTN制造并具有软化温度约为80℃和固化温度约为130℃的一般用途Polylube LP03点填充在所述轴承中的保持器的两个轴向侧面上，并且热固化。然后，通过氟橡胶的接触密封将外环和内环之间的间隙密封。通过如此处理获得本发明的滚动轴承。将所述滚动轴承在对应于实际使用条件的条件下进行下列耐久性试验。
(耐久性试验)将负荷Fa＝10N(预载荷)施加到具有所述接触密封的深-槽球轴承，同时对着它们喷淋氢氟酸。将旋转速度在30秒内从0增加至1000rpm，然后减少至零并在另一个30秒内停止。假如这个步骤代表一周期，则将它重复500000循环以确定所述轴承的寿命。
对于寿命的判断，依据径向内部间隙的相对加宽评价所述轴承内部的磨损程度。当径向内部间隙加宽至10倍的初始间隙时，判断所述轴承已经终止了它的寿命。如有必要，继续所述测试直到500000循环。所述结果显示在表1中。
除径向内部间隙之外，对于内环和外环的腐蚀、所述滚动元件的腐蚀、通过接触密封的密封评价所述轴承，四个级别的润滑脂的恶化，所述四个级别即最好的◎、良好○、尚可△、和不能通过的×。评价结果显示在表1中。
表1 [比较例1]以下列方式制造具有由低碳钢制成的非接触密封的深槽球轴承(SPCC)(内径10mm，外径26mm，宽度8mm)。内环、外环和滚动元件由轴承钢(SUJ2)制成并且所述保持器由低碳钢(SPCC)制成，并且将矿物油润滑脂(用作增稠剂的锂皂)密封作为润滑剂。在如上述相同条件下测试获得的滚动轴承的耐久性。所述结果显示在表1中。
以下列方式制造具有由丁腈橡胶制成的接触密封的深槽球轴承(内径10mm，外径26mm，宽度8mm)制成。内环、外环和滚动元件由轴承钢(SUJ2)制成并且所述保持器由低碳钢(SPCC)制成，并且将矿物油润滑脂(用作增稠剂的锂皂)密封作为润滑剂。在如上述相同条件下测试获得的滚动轴承的耐久性。所述结果显示在表1中。
以下列方式制造具有由氟橡胶制成的接触密封的深槽球轴承(内径10mm，外径26mm，宽度8mm)制成。内环、外环和滚动元件由不锈钢(SUS440C)制成并且所述保持器由不锈钢(SUS304)制成，并且将氟润滑脂(用作增稠剂的PTFE粉末)密封作为润滑剂。在如上述相同条件下测试获得的滚动轴承的耐久性。所述结果显示在表1中。
以下列方式制造具有由氟橡胶制成的接触密封的深槽球轴承(内径10mm，外径26mm，宽度8mm)制成。内环和外环由不锈钢(SUS440C)制成并且滚动元件由陶瓷材料(Si3N4)制成并且所述保持器由不锈钢(SUS304)制成，并且将氟润滑脂(用作增稠剂的PTFE粉末)密封作为润滑剂。在如上述相同条件下测试获得的滚动轴承的耐久性。所述结果显示在表1中。
从表1清楚看出，至于比较例1，氢氟酸侵入所述轴承并且径向内部间隙加宽10倍或以上并且所述评价在全部其它要点中是不能通过的。
至于比较例2，由丁腈橡胶制成的接触密封被氢氟酸腐蚀，其侵入到所述轴承中，以致径向内部间隙加宽10倍或以上。
至于比较例3，与比较例1和2比较，对于径向内部间隙加宽直到十倍所需的时间更长，但是观察到内环、外环、滚道、和滚动元件的腐蚀和磨损。
至于比较例4，在内环和外环的滚道上观察到腐蚀和磨损。未在所述滚动元件上观察到这样的磨损，但是由磨蚀产生的金属粉末进入所述滚动面，由此使滚动元件不能转动。
另一方面，在实施例1中，甚至在所述耐久性试验中的500000循环以后，观察到所述径向内部间隙的很少增加并且继续良好的旋转状态。
权利要求
1.一种滚动轴承，所述滚动轴承包括全部由不锈钢制成的轴承环、滚动元件和保持器，密封在所述滚动轴承中的固化润滑油，和用于将所述固化润滑油密封在所述滚动轴承中的由氟橡胶制成的接触密封，所述固化润滑油通过将润滑油或润滑脂和热塑性树脂或热固性树脂的混合物热固化而制造。
2.权利要求1的滚动轴承，其中所述润滑油或润滑脂含有全氟聚醚。
3.权利要求1的滚动轴承，其中所述滚动元件由陶瓷材料制成。
4.权利要求2的滚动轴承，其中所述滚动元件由陶瓷材料制成。
5.权利要求1至4中任何一项的滚动轴承，所述滚动轴承供清洗/化学抛光装置使用并与腐蚀性氟化物进行接触。
6.权利要求5的滚动轴承，其中所述腐蚀性氟化物是氢氟酸。
全文摘要
本发明提供了一种由不锈钢制成的滚动轴承，将其用在氢氟酸或氟润滑脂存在的条件下，可以防止由于金属腐蚀粉末侵入所述轴承的滚动面造成的边界润滑、和内部磨损的迅速推进，并且它是高度耐磨的并且即使在金属腐蚀环境中使用也具有长寿命。提出了一种深槽滚动轴承，所述滚动轴承包含全部由不锈钢制成的轴承环(内环和外环)、滚动元件和保持器，和密封在所述滚动轴承中的固化润滑油。通过将含有全氟聚醚的润滑油或润滑脂和热塑性树脂的混合物热固化而制造所述固化润滑油。由氟橡胶制成的接触密封将所述固化润滑油密封。即使通过全氟聚醚或氢氟酸的作用产生金属磨蚀粉末，它也会保持埋置在所述固化润滑油中，以致不会发生异常磨损。
文档编号F16C33/30GK101055003SQ200710092090
公开日2007年10月17日 申请日期2007年4月6日 优先权日2006年4月13日
发明者田中秀明, 中岛良一 申请人:Ntn株式会社