在本期中，将为您讲解用于真空环境的滚珠轴承 。
在真空中使用时的关键点在于，实施能够应用于真空环境的润滑措施，同时确保载荷在滚珠轴承当量动态载荷的3%以内，只有这样才能保证设备寿命。
真空用滚珠轴承的结构与通常在大气中使用的采用润滑脂等润滑剂的滚珠轴承相同，不过润滑剂是采用能够在真空环境中使用的润滑剂及其供给方法。其构成部件由外圈、内圈以及配置于两者之间的滚动体滚珠及其保持架组成。保持器具有使滚动体沿圆周方向排列的功能，且具有与滚动体相接触的结构。其滚珠轴承虽然为开放型，但为了保持润滑剂，在轴向两侧安装有金属板，从而成为密封/防尘型滚珠轴承。
真空用深沟球轴承的基本构造与大气环境中使用的滚珠轴承几乎相同，而保持架的结构和提供固体润滑剂的隔圈的存在，则是其与在大气环境中使用的滚珠轴承之间的不同之处。具体而言，在滚珠轴承内的滚动体之间设置有用于供给固体润滑剂的隔圈，从而形成能够通过滚珠轴承的旋转向滚动面供给这一固体润滑剂的结构。
用于真空用滚珠轴承的润滑剂，其使用压力由蒸气压决定，脂状润滑剂通常不会用于低压真空环境。润滑油的种类与特征如表1所示。
表1.真空用固体润滑剂的种类与特性
分类 | 层状结构材料 | 软质金属 | 高分子材料 |
润滑剂 | 二硫化钼 石墨、氮化硼 | 金、银、铅、铟 | PTFE（四氟乙烯） |
特性 | MOS2可在-200～650℃的温度范围内使用 请注意，石墨的润滑特性会因吸附气体而发生变化。 | 以薄膜和复合材料的形式使用，除活性气体外，Au的摩擦性能还会受到惰性气体的影响。Ag,Hg常在真空中使用 | 一般来说，高分子材料的摩擦磨损特性不易受到环境的影响。PTFE即使在低温下也具有润滑性，聚酰亚胺可在50～350℃范围内使用，而聚酰胺可在室温～250℃的范围内使用。 |
显示了以二硫化钼为代表的层状物质、以银为代表的软金属、以PTFE（氟树脂）为代表的高分子材料。二硫化钼是一种典型的真空润滑剂，也用于润滑在高温下使用的螺丝等。表2中是使用油脂润滑剂、固体润滑剂以及陶瓷的真空用滚珠轴承一览表。
表2.真空用轴承的润滑剂及其特征/用途
润滑剂 | 特征 | 用途 | 结构*1 | |
脂润滑 | 氟类 | 封入适量适用于真空环境的KDL润滑脂（氟类）。此外，由于产生的粉尘量少，所以也适用于无尘环境。采用脂润滑，具有优良的润滑可靠性。但是不能在低压环境中使用。 | 半导体制造设备、液晶制造设备、搬运机器人、真空泵 | |
树脂 | 固体润滑材料与 | 由固体润滑剂和氟基高分子材料制成的固体润滑轴承。作为保持架材料，使用耐热性优异的PEEK树脂（聚醚醚酮）为基础的树脂材料，在高温下也能发挥出稳定的性能。 | 纸盒制造设备、液晶清洗装置 |
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固体润滑 | 二硫化钼润滑 | 这是一种带有二硫化钼涂层的固体润滑轴承。在耐载荷能力和润滑性方面优于聚合物润滑。 | 半导体制造设备、转炉、液晶制造设备、真空蒸镀设备、涡轮分子泵 |
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二硫化钨 | 这是一种使用二硫化钨的固体润滑轴承。耐热性和耐载荷性优越。滚珠由含有二硫化钨的隔板以相等的间隔保持，而不使用保持架。 | 半导体制造设备、液晶制造设备、真空蒸镀设备、PDP制造设备 |
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银 | 这是一种固体润滑轴承，在滚动体上镀有银离子镀层。由于排放的气体较少，因此适用于超高真空用途。 | 半导体制造设备、液晶制造设备、真空蒸镀设备、真空电机、医疗器械 |
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材料 | 陶瓷 | 滚动体使用陶瓷，外圈和内圈使用SUS440C。滚动体及内外圈均使用陶瓷。适合用于超高真空、高温环境。 | 半导体制造设备、涡轮分子泵 | - |
图片出处
*1 名古屋轴承株式会社《特殊环境专用轴承：真空用轴承》
陶瓷滚珠轴承 是在低压力条件下使用（表中最下层）。这种滚珠轴承因为其重量轻（钢的1/3）和高杨氏模量（钢的3倍）的优点，还可用作为加工中心主轴用的高速旋转轴承和高温轴承等。
如表2结构项目中的图中所示，真空用球轴承的外圈和内圈之间装有不锈钢防尘盖，采用了固体润滑剂不易飞散到轴承外部的结构。
在真空环境中使用这种滚珠轴承时，设计人员必须在进行轴承选型时确定轴承尺寸。在进行这一作业时，其设计基准是轴承的寿命。常规轴承的寿命是由一个称为DN值的数字所决定，而这一数值是负载载荷与转数的乘积，由轴承制造商与轴承寿命的实验公式一起提供。该数据中显示的负载载荷是轴承额定动载荷的百分之几的数值。内径为φ20mm的轴承的额定动载荷为7,900N，如果真空轴承所支撑的基本额定动载荷为3%，则该数值为237N。
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关联类别
Ø 球轴承
Ø 滚子轴承
Ø 陶瓷轴承
Ø 轴承组件
Ø 滚珠
Ø 螺钉、螺栓
Ø 润滑脂
