クリーン環境用ウルトラクリーン軸受

NTN TECHNICAL REVIEW No.74（2006）
[ 製品紹介 ]
クリーン環境用ウルトラクリーン軸受
Ultra-Clean Bearing for Clean Environments
中 島 良 一* Ryouichi NAKAJIMA
本 多 正 明* Masaaki HONDA
NTN製「ウルトラクリーン軸受」は，半導体・液晶パネル製造装置や
真空蒸着装置等のクリーン環境用途に使用されている．今般，クリー
ン・真空環境における高温，高荷重条件下での長寿命化要求に応える
ため，ウルトラクリーンＮＣ軸受，ウルトラクリーンＷＢ軸受を開発
したので紹介する．
NTN manufactures Ultra-Clean bearings for clean environments used for a semiconductor and LCD
panel fabrication equipments, vacuum evaporation systems, etc.
NTN developed Ultra-Clean NC bearing and Ultra-Clean WB bearing by the demand of a long-life
under high temperature and heavy load conditions.
1．はじめに
半導体・液晶パネル製造装置や真空蒸着装置等に使
用される軸受には低発塵性が要求され，近年装置のメ
ンテナンス期間延長に伴い，高温，高荷重条件下での
耐久性向上が求められている．今回，独自開発の特殊
潤滑方法を用いることにより，高面圧条件下で，真空
長寿命のウルトラクリーンNC軸受，高温長寿命のウ
ルトラクリーンWB軸受を，開発したので以下に紹介
する．
図1 ウルトラクリーンNC軸受
Ultra-Clean NC bearing
NC：Network Cell
微小細孔の連結
［
2．ウルトラクリーンNC軸受の紹介（図1）
］
潤滑方法として，低蒸気圧オイルを含浸させた独自
開発の多孔質樹脂保持器（図2）を採用した．
従来の含油樹脂保持器は，樹脂を焼結した仕様のた
め，潤滑油を含浸するための気孔率は最大で20%で
気孔部
あった．新型含油多孔質樹脂保持器は，特殊製法によ
り35%以上の気孔率を達成したことで，潤滑油を従
×400
図2 多孔質樹脂製保持器外観
Porous resin cage
来品より多く含浸でき，長期間潤滑剤を供給すること
により，従来のウルトラクリーン軸受に対して，低発
塵性を維持しながら高荷重下での長寿命を実現した．
*産機商品本部 産機技術部
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クリーン環境用ウルトラクリーン軸受
2. 1 各種性能評価
50
回転トルク mN・m
2. 1. 1 発塵特性評価
表1に示すように，試験軸受を150時間回転させ，
その間の発塵個数を測定する．図3に示すように，ウ
ルトラクリーンNC軸受の発塵個数は，従来品（真空
用低発塵グリース封入タイプ，特殊PTFE被膜タイプ）
と同等の結果となった．
40
30
20
10
0
ウルトラ
クリーン
NC軸受
表1 発塵特性評価条件
Test conditions of dust generation
特殊
PTFE被膜
タイプ
図4 回転トルク測定結果
Results of rotating torque
深溝玉軸受（#608）φ8×φ22×7 mm
試験軸受
真空用低発塵
グリース封入
タイプ
10-5Pa
真空度
回転速度
50 min-1
0.2μｍ以上
測定粒子径
スラスト荷重
9.8N
温 度
常温
時 間
150時間
2. 1. 3 耐久性評価
表3に示すように，スラスト荷重3水準にて評価し
た．図5に示すように，ウルトラクリーンＮＣ軸受は，
いずれの荷重条件下においても従来品より長寿命であ
1000
ることが確認できた．特に高荷重条件下ではその差は
発塵個数 個
顕著であり，従来品の約10倍以上である．
100
表3 耐久性試験条件
Test conditions of endurance test
10
深溝玉軸受（#608）φ8×φ22×7 mm
試験軸受
10-5Pa
真空度
1
ウルトラ
クリーン
NC軸受
真空用低発塵
グリース封入
タイプ
回転速度
特殊
PTFE被膜
タイプ
500 min-1
常温
温 度
196N，686N，981N
スラスト荷重
急激なトルク上昇が見られた時点
寿命判定
図3 発塵特性
Results of dust generation test
ウルトラクリーンNC軸受
2. 1. 2 回転トルク
真空低発塵グリース封入軸受
特殊PTFE被膜タイプ
表2に示すように，回転トルクを評価した．結果，
10000
図4に示すようにウルトラクリーンNC軸受は，従来
品
（特殊PTFE被膜タイプ）
と比較して低トルクである．
真空度
回転速度
温 度
スラスト荷重
試験打ち切り
試験打ち切り
寿 命 h
1000
表2 試験条件
Test conditions
試験軸受
試験打ち切り
100
10
深溝玉軸受（#608）φ8×φ22×7 mm
10-5Pa
1
196N
500 min-1
常温
686N
図5 耐久性試験結果
Results of endurance test
196N
-77-
981N
NTN TECHNICAL REVIEW No.74（2006）
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回転トルク mN・m
3．ウルトラクリーンＷＢ軸受の紹介（図6）
二硫化タングステン(以下WS2)の潤滑性に着目し，
転動体の１個をWS2製(図7)とした．軸受内部の潤滑
は，WS2製転動体が転がることでWS2が転走面に転
写され，固体潤滑剤の役割を果たす．また，WS 2の
耐熱温度が400℃であり，従来品の特殊PTFE被膜よ
20
15
5
0
りも耐熱性に優れており，真空蒸着装置，スパッタリ
ウルトラ
クリーン
WB軸受
ング装置等の真空・高温条件での使用に適している．
特殊
PTFE被膜
タイプ
図8 回転トルク測定結果
Results of rotating torque
WS2製転動体
3. 1. 2 耐久性
1 高温(300℃)耐久性試験
試験条件を表5，試験結果を図9に示す．ウルトラ
クリーンＷＢ軸受の寿命は，従来品(特殊PTFE被膜タ
イプ)と比較して約5倍以上である．
［
図6 ウルトラクリーンＷＢ軸受
Ultra-Clean WB bearing
WB：WS2 Ball
二硫化タングステンボールでの潤滑
表5 試験条件
Test conditions
］
試験軸受
深溝玉軸受（#608）φ8×φ22×7 mm
10-5Pa
真空度
回転速度
1,550 min-1
温 度
300℃
9.8N
スラスト荷重
寿命判定
急激なトルク上昇が見られた時点
10000
図7 WS2製転動体
WS2 ball
試験打ち切り
耐久時間 h
1000
3. 1 各種性能評価
3. 1. 1 回転トルク
表4に示すように，真空中におけるウルトラクリー
100
10
ンＷＢ軸受の回転トルクを評価した．結果，図8に示
1
すように従来品（特殊PTFE被膜タイプ）より低トル
クである．
表4 回転トルク測定条件
Test conditions of rotating torque
試験軸受
真空度
回転速度
温 度
スラスト荷重
ウルトラ
クリーン
WB軸受
特殊
PTFE被膜
タイプ
図9 高温耐久性試験結果
Results of high temperature endurance test
深溝玉軸受（#608）φ8×φ22×7 mm
10-5Pa
500 min-1
常温
196N
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クリーン環境用ウルトラクリーン軸受
2 高荷重耐久性試験
表6 試験条件
Test conditions
試験条件を表6，試験結果を図10に示す．ウルト
ラクリーンＷＢ軸受の寿命は，従来品(特殊PTFE被膜
試験軸受
タイプ)と比較して約9倍以上である．
真空度
深溝玉軸受(#608)φ8×φ22×7 mm
10-5Pa
回転速度
500 min-1
温 度
4．まとめ
常温
256 N
スラスト荷重
寿命判定
急激なトルク上昇が見られた時点
パソコン，薄型テレビに代表されるフラットパネル
ディスプレイを使用した製品は，急速に普及しており，
100000
これらの製造装置に使用されるクリーン環境仕様軸受
試験打ち切り
10000
耐久時間 h
の需要も旺盛である．従来のウルトラクリーン軸受の
高機能品である，ウルトラクリーンＮＣ軸受及びウル
トラクリーンＷＢ軸受の開発により，これらの装置に
要求される特性（低発塵性，耐真空性，高耐久性，耐
熱性）を満足できるものと考える．新商品をウルトラ
1000
100
10
クリーン軸受シリーズにラインナップし（表7参照），
1
今後も市場ニーズに合致した製品の開発を行い，各種
ウルトラ
クリーン
WB軸受
真空装置のメンテナンス期間の延長，省エネルギ化に
貢献していきたい．
特殊
PTFE被膜
タイプ
図10 高荷重耐久試験結果
Results of heavy load endurance test
表7 ウルトラクリーン軸受シリーズの性能表
Performance of Ultra-Clean bearing series
潤滑方法
適用温度範囲（℃）
適用真空範囲（Pa）
ウルトラ
クリーン軸受
ウルトラ
クリーン軸受
特殊PTFE被膜
∼+260
-6
10 ∼大気
真空用
低発塵グリース
ウルトラクリーン
NC軸受
多孔質樹脂保持器
＋
低蒸気圧オイル
ウルトラクリーン
WB軸受
二硫化
タングステン
(WS2)
∼+200
∼+150
∼+400
-5
10 ∼大気
-5
10 ∼大気
10-5∼大気
耐荷重性
△
◎
◎
◎
低トルク性
○
△
◎
◎
発塵性
◎
◎
◎
△
耐食性
△
△
△
△
◎：最適 ○：良好 △：使用可
執筆者近影
中島 良一
本多 正明
産機商品本部
産機技術部
産機商品本部
産機技術部
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