專利名稱：滾動軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及滾動軸承，特別涉及適于供清洗/化學(xué)拋光裝置使用的滾動軸承，所述裝置用于使?jié)L動軸承與清洗和化學(xué)拋光用的腐蝕性氟化物化合物進(jìn)行接觸的環(huán)境中。
背景技術(shù)：
一般地，例如在半導(dǎo)體制造設(shè)備中的晶片清洗和化學(xué)拋光步驟中，將腐蝕性氟化物化合物諸如氫氟酸用作清洗劑或表面處理劑。例如，在化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)裝置中，當(dāng)在晶片上噴淋氫氟酸時通過旋轉(zhuǎn)刷清洗并拋光晶片表面。
在這樣一種清洗裝置的傳送單元和旋轉(zhuǎn)刷中使用的或與其一起使用的滾動軸承由耐腐蝕材料制成。例如，采用由不銹鋼制成的軸承環(huán)、滾動元件和保持器(日本專利公布2003-139147A)。
另一方面，在用于需要改善的耐熱性的自動電子附屬備件中，將氟潤滑脂密封在用于這樣附屬備件滾動軸承中，并且采用由氟橡膠制成的接觸密封用于密封內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間的間隙(日本專利公布2004-150477A)。
通過將全氟聚醚油與用于增稠的氟樹脂顆粒形成的增稠劑例如聚四氟乙烯(以下PTFE)混合而制造以上提到的耐熱氟潤滑脂。
這樣的氟潤滑脂對于多種溶劑是穩(wěn)定的。因而它們適于作為用在清洗裝置中的滾動軸承的潤滑脂。
但是如果將這樣的氟潤滑脂密封在常規(guī)滾動軸承中，所述滾動軸承具有由不銹鋼制成的軸承環(huán)、滾動元件和保持器，則在那里作為基油混合的全氟聚醚(PFPE)與邊界潤滑狀態(tài)中金屬材料的不銹鋼反應(yīng)，以致在醚基的位置斷開PFPE的主鏈并且產(chǎn)生具有?；姆?RF-COF)。所述氟化物是一種具有極高腐蝕性并作為分解催化劑作用在作為基油的PFPE上的路易斯酸，以致所述氟潤滑脂將快速分解并流走，因而引起所述滾動軸承的金屬磨損。
通過這類腐蝕機(jī)理，由不銹鋼制成并具有密封在那里的氟潤滑脂的滾動軸承趨向于在短時間內(nèi)隨著內(nèi)部磨損的迅速進(jìn)行而達(dá)到壽命終點(diǎn)。
同樣，甚至由不銹鋼制成并且不含有氟潤滑脂的滾動軸承在使用條件下腐蝕并產(chǎn)生金屬的磨損粉末，在所述使用條件下它們暴露于作為清洗或拋光試劑的氫氟酸。所述金屬磨損粉末滲入到所述軸承的滾動部分，引起邊界潤滑和由此產(chǎn)生的異常軸承磨損。
本發(fā)明的目的是提供由一種不銹鋼制成的滾動軸承，其在存在氫氟酸或氟潤滑脂的高度腐蝕性使用條件下可以抑制由金屬腐蝕粉末滲入到所述軸承滾動面和內(nèi)部磨損迅速進(jìn)行導(dǎo)致的邊界潤滑，并且它即使在金屬腐蝕環(huán)境中也是高度耐磨的并具有長壽命。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種包含全部由不銹鋼制成的軸承環(huán)、滾動元件和保持器的滾動軸承，一種密封在所述滾動軸承中的固化潤滑油，所述固化潤滑油是通過熱固化潤滑油或潤滑脂和熱塑性樹脂或熱固性樹脂的混合物而獲得，和用于密封所述固化潤滑油的由氟橡膠制成的接觸密封。
用本發(fā)明的滾動軸承，因?yàn)閮?nèi)環(huán)和外環(huán)之間的間隙是通過由氟橡膠制成的接觸密封而密封的，所以所述密封不會受與金屬腐蝕劑諸如氫氟酸接觸的影響，因而可靠地防止它的滲透。
同樣，因?yàn)橥ㄟ^熱固化潤滑油或潤滑脂和熱塑性樹脂或熱固性樹脂的混合物而獲得的固化潤滑油是密封在所述滾動軸承中，即使所述潤滑油或潤滑脂含有全氟聚醚，并且產(chǎn)生在邊界潤滑中的滾動軸承中的腐蝕性氟化物引起金屬腐蝕并產(chǎn)生磨損粉末，所以將要容納所述金屬磨損粉末好象被埋置(embedded)在所述熱固化的固化潤滑油中。這防止它滲透到滾動面(所述滾動元件的表面和滾動元件接觸的內(nèi)環(huán)和外環(huán)表面)上，以致異常磨損不會發(fā)生。
同樣，即使全氟聚醚(PFPE)與金屬反應(yīng)并且產(chǎn)生金屬氟化物，也僅有滲出到固化潤滑油表面上的部分潤滑油可能分解，但是容納在內(nèi)部的潤滑油不會分解。因此，將保持用正常潤滑油供給所述滾動面并且凝固的潤滑油將繼續(xù)正常起作用。
如上所述，因?yàn)楸３衷诠袒瘽櫥椭械恼麄€潤滑脂不同時分解或流走，所以本發(fā)明的滾動軸承可以作為耐腐蝕的滾動軸承工作，即使用在金屬腐蝕環(huán)境中，所述滾動軸承具有比常規(guī)的這類軸承更長的壽命。
為了提供這樣一種長壽命的滾動軸承，優(yōu)選使用的滾動元件由具有優(yōu)秀的耐腐蝕性的陶瓷材料制成，因?yàn)楫a(chǎn)生的少量金屬腐蝕粉末促進(jìn)更長的壽命。
同樣，這樣一種結(jié)構(gòu)的滾動軸承非常適于和清洗/化學(xué)拋光裝置一起使用，其中將它們暴露于腐蝕性氟化物諸如氫氟酸。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)槭峭ㄟ^由氟橡膠制成的接觸密封將固化潤滑油密封在所述軸承中，通過將潤滑油或潤滑脂和熱塑性樹脂或熱固性樹脂的混合物熱固化而獲得所述固化潤滑油，所以如果將不銹鋼制成的滾動軸承用在存在氫氟酸或氟潤滑脂的腐蝕性的使用條件中，則金屬腐蝕粉末不會滲入所述滾動面中并且將在不分解的情況下保持供給正常的潤滑油，因而防止異常磨損或內(nèi)部磨損的迅速進(jìn)行。
由于這些優(yōu)勢，即使與利用腐蝕性氟化物的清洗/化學(xué)拋光裝置一起使用，本發(fā)明的滾動軸承可以作為長壽命滾動軸承工作。


從下列根據(jù)附圖進(jìn)行的描述，本發(fā)明的其它特征和目的將變得明顯，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的滾動軸承除去它的密封的平面圖；和圖2是同樣的一部分的放大的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個實(shí)施方案將根據(jù)附圖描述如下。
如圖1和2所示，所述實(shí)施方案是具有固化潤滑油1的深凹槽球軸承，將所述固化潤滑油1涂覆于保持器2的兩個軸向側(cè)面并熱固化。特別是，它包含作為軸承環(huán)的內(nèi)環(huán)3和外環(huán)4、滾動元件5和保持器2，其全部由不銹鋼制成，并且含有通過將潤滑脂和熱塑性樹脂的混合物熱固化而制成的固化潤滑油1并且通過氟橡膠制成的接觸密封7密封。
所述組件的材料詳細(xì)地描述如下。所述固化潤滑油1是通過將潤滑油或潤滑脂與樹脂粉末混合而獲得的半-固體的潤滑組合物。將它涂覆于保持器2的兩個軸向側(cè)面(即，用于等距離間隔滾動元件5的部分的兩側(cè)，顯示在圖2中1a和1b)并且熱固化以便保持在位置中。
用于本發(fā)明的固化潤滑油中含有的潤滑劑可以是潤滑油或潤滑脂。作為所述潤滑油，可以使用礦物油、合成烴油、聚烷撐二醇油、合成雙酯潤滑油、多羥基酯油、磷酸酯油、聚苯醚油、硅氧烷油、全氟聚醚油等?？梢允褂萌魏我阎臐櫥汀?br> 所述全氟聚醚油是通過對于脂肪族烴聚醚的氫原子取代成氟原子而獲得的化合物。可商購的全氟聚醚油包括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)。
所述潤滑脂可以是通過使用皂或非皂增稠劑將基油增稠而獲得的一種。不特別限制基油和增稠劑的種類。增稠劑和基油的組合包括鋰皂-合成二酯潤滑脂、鋰皂-礦物油潤滑脂、鉀皂-礦物油潤滑脂、鋁皂-礦物油潤滑脂、鋰皂-二酯礦物油潤滑脂、非皂增稠劑-合成雙酯潤滑油脂、非皂增稠劑-礦物油潤滑脂、非皂增稠劑-多羥基酯潤滑油、鋰皂-多羥基酯潤滑油、和鋰皂-硅油潤滑脂。同樣，可以使用利用全氟聚醚油作為基油和氟樹脂顆粒作為增稠劑的潤滑脂。
通過將金屬皂或非皂(氟樹脂顆粒、雙脲、聚脲等)增稠劑加入到上述作為基油的潤滑油以調(diào)節(jié)粘度而獲得的潤滑脂或潤滑油可以在加入極壓添加劑或其它添加劑后使用。
作為用于使?jié)櫥湍潭@得本發(fā)明的固化潤滑油的樹脂材料粉末，可以使用熱塑性樹脂粉末諸如超高分子量聚烯烴樹脂。
作為所述熱塑性樹脂粉末，可以使用任何已知的熱塑性樹脂的粉末。這樣的熱塑性樹脂包括超高分子量聚烯烴粉末、聚酰胺樹脂(尼龍)、聚縮醛樹脂、甲基間丙烯酸樹脂、丙烯酸-苯乙烯共聚物樹脂、聚苯乙烯、ABS樹脂、氯乙烯樹脂、聚偏二氟乙烯、聚碳酸酯、氟化物樹脂、醋酸纖維素、和賽璐珞。
超高分子量聚烯烴樹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。依據(jù)通過粘度方法測量的平均分子量，各自粉末的分子量應(yīng)當(dāng)是1×106至5×106。在這樣一種分子量范圍中的聚烯烴在剛性和油可保留性方面優(yōu)于低分子量聚烯烴并且當(dāng)加熱到高溫時幾乎不流動。同樣，至于熱塑性樹脂粉末的平均粒度，當(dāng)采用10至30μm的粉末時獲得了有利結(jié)果。
雖然取決于所述組合物的所需油分離、韌性、和硬度，但是所述固化潤滑油中熱塑性樹脂的含量優(yōu)選95至1重量％。因此，熱塑性樹脂諸如超高分子量聚烯烴的含量越高，在預(yù)定溫度分散并保留之后的凝膠變得越硬。
作為用作本發(fā)明中使用的固化潤滑油材料的熱固性樹脂粉末的樹脂，可以使用酚醛樹脂、尿素樹脂、蜜胺樹脂、聚氨酯樹脂、聚酯樹脂、二芳基鄰苯二甲酸酯樹脂、和環(huán)氧樹脂。
作為熱固性樹脂，使用它的還未固化的材料粉末并且將其與潤滑油或潤滑脂混合。不限制混合比，但是將它們在例如5至95重量％的范圍內(nèi)混合在一起。將上述熱固性樹脂粉末或熱塑性樹脂粉末與潤滑油或潤滑脂混合成均一的糊劑、與油未分開的半固態(tài)、并且將所述混合物點(diǎn)填充(spot packed)在所述軸承中，或完全填充在所述軸承中的整個空間。在點(diǎn)填充中，優(yōu)選涂覆到保持器部分的至少兩側(cè)，用于保持所述滾動元件之間的空間，將它們保持包裹的然后加熱。
接觸密封7是具有用氟橡膠覆蓋的芯8的環(huán)形的彈性構(gòu)件。將它安裝在具有其密封邊緣的外環(huán)4的安裝槽9，它是彈性構(gòu)件的一部分并且具有傾斜的內(nèi)部外周，與內(nèi)環(huán)3的密封接觸表面滑動(slidal)接觸。
作為用于所述接觸密封的氟橡膠，可以使用含有四氟乙烯-丙烯2-單元共聚物的可硫化氟橡膠、含有偏二氟乙烯-四氟乙烯-丙烯3-單元共聚物的可硫化氟橡膠、或含有四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚3-單元共聚物的可硫化氟橡膠。
作為四氟乙烯-丙烯2-單元共聚物，Asahi Glass Co.，Ltd.的AFLAS150系列和AFLAS 100系列是商業(yè)上可獲得的。
偏二氟乙烯-四氟乙烯-丙烯3-單元共聚物是市場上可買到的，由Sumitomo 3M Limited制造的名為BRE LJ-298005，Asahi Glass Co.，Ltd.的AFLAS SP和AFLAS MZ 201。
作為四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚3-單元共聚物，可以引用由DuPont制造的Kalrez。
通過利用硫化助劑(vulcanizing assistant)和有機(jī)過氧化物硫化上述這類氟聚合物，所述硫化助劑諸如三芳基異氰脲酸酯、和三芳基氰脲酸酯，所述有機(jī)過氧化物諸如α，α-雙-叔-丁過氧基-二異丙苯、2，5-二甲基-2，5-二-丁過氧基己烷，并且顯示橡膠彈性。
同樣，在硫化上述氟聚合物以前，可以根據(jù)需要加入無機(jī)填料諸如炭黑、硅石、硅酸、和硅藻土，金屬氧化物諸如氧化鋅和氧化鎂，抗老化劑諸如辛基化的二苯胺和N-苯基-1-萘胺或其它添加劑。
如圖1和2所示的具有接觸密封的深槽球軸承(內(nèi)徑10mm，外徑26mm，寬度8mm)制造如下即，由不銹鋼(SUS440C)制成內(nèi)環(huán)和外環(huán)，由氮化硅陶瓷(Si3N4)制成所述滾動元件，并且由不銹鋼(SUS304)制成所述保持器。對于所述固化潤滑油，使用含有聚乙烯樹脂粉末的鋰-礦物油潤滑脂。將通過NTN制造并具有軟化溫度約為80℃和固化溫度約為130℃的一般用途Polylube LP03點(diǎn)填充在所述軸承中的保持器的兩個軸向側(cè)面上，并且熱固化。然后，通過氟橡膠的接觸密封將外環(huán)和內(nèi)環(huán)之間的間隙密封。通過如此處理獲得本發(fā)明的滾動軸承。將所述滾動軸承在對應(yīng)于實(shí)際使用條件的條件下進(jìn)行下列耐久性試驗(yàn)。
(耐久性試驗(yàn))將負(fù)荷Fa＝10N(預(yù)載荷)施加到具有所述接觸密封的深-槽球軸承，同時對著它們噴淋氫氟酸。將旋轉(zhuǎn)速度在30秒內(nèi)從0增加至1000rpm，然后減少至零并在另一個30秒內(nèi)停止。假如這個步驟代表一周期，則將它重復(fù)500000循環(huán)以確定所述軸承的壽命。
對于壽命的判斷，依據(jù)徑向內(nèi)部間隙的相對加寬評價所述軸承內(nèi)部的磨損程度。當(dāng)徑向內(nèi)部間隙加寬至10倍的初始間隙時，判斷所述軸承已經(jīng)終止了它的壽命。如有必要，繼續(xù)所述測試直到500000循環(huán)。所述結(jié)果顯示在表1中。
除徑向內(nèi)部間隙之外，對于內(nèi)環(huán)和外環(huán)的腐蝕、所述滾動元件的腐蝕、通過接觸密封的密封評價所述軸承，四個級別的潤滑脂的惡化，所述四個級別即最好的◎、良好○、尚可△、和不能通過的×。評價結(jié)果顯示在表1中。
表1 [比較例1]以下列方式制造具有由低碳鋼制成的非接觸密封的深槽球軸承(SPCC)(內(nèi)徑10mm，外徑26mm，寬度8mm)。內(nèi)環(huán)、外環(huán)和滾動元件由軸承鋼(SUJ2)制成并且所述保持器由低碳鋼(SPCC)制成，并且將礦物油潤滑脂(用作增稠劑的鋰皂)密封作為潤滑劑。在如上述相同條件下測試獲得的滾動軸承的耐久性。所述結(jié)果顯示在表1中。
以下列方式制造具有由丁腈橡膠制成的接觸密封的深槽球軸承(內(nèi)徑10mm，外徑26mm，寬度8mm)制成。內(nèi)環(huán)、外環(huán)和滾動元件由軸承鋼(SUJ2)制成并且所述保持器由低碳鋼(SPCC)制成，并且將礦物油潤滑脂(用作增稠劑的鋰皂)密封作為潤滑劑。在如上述相同條件下測試獲得的滾動軸承的耐久性。所述結(jié)果顯示在表1中。
以下列方式制造具有由氟橡膠制成的接觸密封的深槽球軸承(內(nèi)徑10mm，外徑26mm，寬度8mm)制成。內(nèi)環(huán)、外環(huán)和滾動元件由不銹鋼(SUS440C)制成并且所述保持器由不銹鋼(SUS304)制成，并且將氟潤滑脂(用作增稠劑的PTFE粉末)密封作為潤滑劑。在如上述相同條件下測試獲得的滾動軸承的耐久性。所述結(jié)果顯示在表1中。
以下列方式制造具有由氟橡膠制成的接觸密封的深槽球軸承(內(nèi)徑10mm，外徑26mm，寬度8mm)制成。內(nèi)環(huán)和外環(huán)由不銹鋼(SUS440C)制成并且滾動元件由陶瓷材料(Si3N4)制成并且所述保持器由不銹鋼(SUS304)制成，并且將氟潤滑脂(用作增稠劑的PTFE粉末)密封作為潤滑劑。在如上述相同條件下測試獲得的滾動軸承的耐久性。所述結(jié)果顯示在表1中。
從表1清楚看出，至于比較例1，氫氟酸侵入所述軸承并且徑向內(nèi)部間隙加寬10倍或以上并且所述評價在全部其它要點(diǎn)中是不能通過的。
至于比較例2，由丁腈橡膠制成的接觸密封被氫氟酸腐蝕，其侵入到所述軸承中，以致徑向內(nèi)部間隙加寬10倍或以上。
至于比較例3，與比較例1和2比較，對于徑向內(nèi)部間隙加寬直到十倍所需的時間更長，但是觀察到內(nèi)環(huán)、外環(huán)、滾道、和滾動元件的腐蝕和磨損。
至于比較例4，在內(nèi)環(huán)和外環(huán)的滾道上觀察到腐蝕和磨損。未在所述滾動元件上觀察到這樣的磨損，但是由磨蝕產(chǎn)生的金屬粉末進(jìn)入所述滾動面，由此使?jié)L動元件不能轉(zhuǎn)動。
另一方面，在實(shí)施例1中，甚至在所述耐久性試驗(yàn)中的500000循環(huán)以后，觀察到所述徑向內(nèi)部間隙的很少增加并且繼續(xù)良好的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種滾動軸承，所述滾動軸承包括全部由不銹鋼制成的軸承環(huán)、滾動元件和保持器，密封在所述滾動軸承中的固化潤滑油，和用于將所述固化潤滑油密封在所述滾動軸承中的由氟橡膠制成的接觸密封，所述固化潤滑油通過將潤滑油或潤滑脂和熱塑性樹脂或熱固性樹脂的混合物熱固化而制造。
2.權(quán)利要求1的滾動軸承，其中所述潤滑油或潤滑脂含有全氟聚醚。
3.權(quán)利要求1的滾動軸承，其中所述滾動元件由陶瓷材料制成。
4.權(quán)利要求2的滾動軸承，其中所述滾動元件由陶瓷材料制成。
5.權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)的滾動軸承，所述滾動軸承供清洗/化學(xué)拋光裝置使用并與腐蝕性氟化物進(jìn)行接觸。
6.權(quán)利要求5的滾動軸承，其中所述腐蝕性氟化物是氫氟酸。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種由不銹鋼制成的滾動軸承，將其用在氫氟酸或氟潤滑脂存在的條件下，可以防止由于金屬腐蝕粉末侵入所述軸承的滾動面造成的邊界潤滑、和內(nèi)部磨損的迅速推進(jìn)，并且它是高度耐磨的并且即使在金屬腐蝕環(huán)境中使用也具有長壽命。提出了一種深槽滾動軸承，所述滾動軸承包含全部由不銹鋼制成的軸承環(huán)(內(nèi)環(huán)和外環(huán))、滾動元件和保持器，和密封在所述滾動軸承中的固化潤滑油。通過將含有全氟聚醚的潤滑油或潤滑脂和熱塑性樹脂的混合物熱固化而制造所述固化潤滑油。由氟橡膠制成的接觸密封將所述固化潤滑油密封。即使通過全氟聚醚或氫氟酸的作用產(chǎn)生金屬磨蝕粉末，它也會保持埋置在所述固化潤滑油中，以致不會發(fā)生異常磨損。
文檔編號F16C33/30GK101055003SQ200710092090
公開日2007年10月17日 申請日期2007年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日
發(fā)明者田中秀明, 中島良一 申請人:Ntn株式會社