(57)【要約】【課題】  潤滑油を介在させなくても円滑な作動を維持するリニアベアリングを提供する。【解決手段】  軌道方向に延びるレール２１と、このレール２１にスライド自在に係合するスライドブロック３１とを備え、レール２１に対してスライドブロック３１が軌道方向に移動するリニアベアリング１において、レール２１とスライドブロック３１に互いに摺接するレール部２２とフォロワ部３２をそれぞれ形成し、レール部２２とフォロワ部３２の各表面に炭素を主成分としたアモルファス構造体からなるＤＬＣコーティング膜２９，３９をそれぞれ形成した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道方向に延びるレールと、このレールにスライド自在に係合するスライドブロックとを備え、レールに対してスライドブロックが軌道方向に移動するリニアベアリングにおいて、
前記レールと前記スライドブロックに互いに摺接するレール部とフォロワ部をそれぞれ形成し、このレール部とフォロワ部の少なくとも一方の表面に炭素を主成分としたアモルファス構造体からなるＤＬＣコーティング膜を形成したことを特徴とするリニアベアリング。
【請求項２】
前記レール部と前記フォロワ部の一方に前記ＤＬＣコーティング膜を形成し、他方を金属面としたことを特徴とする請求項１に記載のリニアベアリング。
【請求項３】
前記ＤＬＣコーティング膜は、前記レール部と前記フォロワ部の少なくとも一方の表面に金属ターゲットのみをスパッタしてボンド層を形成し、このボンド層上に金属ターゲットとグラファイトターゲットを同時にスパッタしかつターゲット出力を次第に変化させることにより中間層を形成し、この中間層上に金属ターゲットとグラファイトターゲットを同時にスパッタしかつターゲット出力を略一定にすることにより金属の比率を３〜１８％の範囲にしたトップ層を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載のリニアベアリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば工作機械のテーブルサドルやマシニングセンター等のスライド面、あるいは搬送装置の搬送面等にレール装置の一部として使用されるリニアベアリングの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のリニアベアリングとして、例えば特許文献１に開示されたものがある。このリニアベアリングは、レールにスライド自在に係合するベアリング本体としてのスライドブロックと、レールに接触して転走しながらスライドブロックの内外をスライドブロック長さ方向に循環する多数のボール等を備えている（詳細構造は例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−３３６６５号公報
【特許文献２】特開昭５５−７２９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のリニアベアリングにあっては、ボールに対するレールとスライドブロックの接触部が摩耗する可能性があるため、潤滑油の介在が不可欠であり、円滑な作動を維持することが難しい。
【０００４】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、潤滑油を介在させなくても円滑な作動を維持するリニアベアリングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、軌道方向に延びるレールと、このレールにスライド自在に係合するスライドブロックとを備え、レールに対してスライドブロックが軌道方向に移動するリニアベアリングに適用する。
【０００６】
そして、レールとスライドブロックに互いに摺接するレール部とフォロワ部をそれぞれ形成し、このレール部とフォロワ部の少なくとも一方の表面に炭素を主成分としたアモルファス構造体からなるＤＬＣコーティング膜を形成したことを特徴とするものとした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、リニアベアリングは互いに摺接するレール部とフォロワ部の少なくとも一方の表面にＤＬＣコーティング膜を形成する構造のため、摩擦係数が低い平滑なＤＬＣコーティング膜によって両者の摺接部に働く摩擦力を低減し、スライドブロックを移動させる力を小さく抑えられ、円滑な作動性を保つことができる。
【０００８】
リニアベアリングはレール部またはフォロワ部の軌道面に高硬度のＤＬＣコーティング膜を形成する構造のため、軌道面の形状が維持され、スライドブロックの軌道が変化することを抑えられる。これにより、リニアベアリングが工作機械のテーブルサドルやマシニングセンター等に用いられた場合、これら工作機械の加工精度を維持できる。
【０００９】
そして、リニアベアリングは摺動部分の摩耗が抑えられるため、摩耗粉の発生を抑制できる。さらに、リニアベアリング１は潤滑油を供給しなくても円滑な作動性が確保されるため、無給油状態で作動させることが可能となる。この結果、リニアベアリングは潤滑油から塵埃が発生することを回避し、例えばクリーンルーム内で使用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１に示すように、リニアベアリング１は、軌道方向に延びるレール２１と、このレール２１にスライド自在に係合するスライドブロック３１とを備え、レール２１に対してスライドブロック３１が軌道方向に移動する。
【００１２】
本実施形態では、レール２１は断面Ｖ字形の溝状に窪むレール部２２を有する一方、スライドブロック３１は同じく断面Ｖ字形に突出するフォロワ部３２を有し、レール部２２に対してフォロワ部３２が摺接する。
【００１３】
そして本発明の要旨とするところであるが、互いに摺接するレール部２２の表面とフォロワ部３２の表面に炭素を主成分としたアモルファス構造体からなるＤＬＣコーティング膜２９，３９をそれぞれ形成する。ＤＬＣコーティング膜２９，３９の厚さは、例えば数μ程度以下の寸法である。
【００１４】
ＤＬＣコーティング膜２９，３９は、アンバランスマグネトロンスパッタ法（以下、「ＵＢＭスパッタ法」と称する）によって形成される。
【００１５】
スパッタの原理は、図３に示すように、アルゴン等の不活性ガスを導入した真空中でターゲット４１を陰極として陽極の間でグロー放電させてプラズマを形成し、このプラズマ中のイオンをターゲット４１に衝突させてターゲット４１の原子を弾き飛ばし、この原子をターゲット４１と対向して配置されたレール２１またはスライドブロック３１上に堆積させて皮膜を形成するようになっている。
【００１６】
ＵＢＭスパッタ法は、スパッタ蒸発源１０にターゲット４１の中心部と周辺部で異なる磁気特性を有する磁石４２，４３が配置されて、プラズマを形成しつつ強力な磁石４２により発生する磁力線の一部がレール２１またはスライドブロック３１の近傍に達し、レール２１またはスライドブロック３１にバイアス電圧を印加することによって、ターゲット材４１を構成する物質がレール２１またはスライドブロック３１上に堆積される。
【００１７】
図４は、ＵＢＭスパッタ装置５０の基本構成を示す。真空チャンバ５１に４つのスパッタ蒸発源４０ａ〜４０ｄが設けられ、その中央に配置された自公転式ワークテーブル５６上にレール２１またはスライドブロック３１が置かれ、レール２１またはスライドブロック３１にコーティングが行われる。スパッタ蒸発源４０ａ〜４０ｄには皮膜材料となる平板状ターゲットが取り付けられる。真空チャンバ５１にはアルゴン等の不活性ガスとメタンガス等の炭化水素ガスが所定量充填される。
【００１８】
スパッタ蒸発源４０ａ，４０ｃにはターゲットとしてグラファイトを使用し、スパッタ蒸発源４０ｂ，４０ｄにはターゲットとして金属を使用する。
【００１９】
ＤＬＣコーティング膜２９，３９は、図２に示すように、ワークとしてレール２１またはスライドブロック３１の表面にニッケルメッキ層６１を形成し、このニッケルメッキ層６１の表面にボンド層６２、中間層６３、トップ層６４が順に積層して形成される。
【００２０】
図５は、上記ＤＬＣコーティング膜２９，３９を形成するのにあたって、ターゲット出力が変化する様子を示している。
【００２１】
ボンド層６２は、金属ターゲット４０ｂ，４０ｄのみをスパッタして、金属膜として形成される。このボンド層６２を形成するのにあたって、図５に示すように、スパッタ蒸発源４０ｂ，４０ｄの金属ターゲット出力を１００％とし、スパッタ蒸発源４０ａ，４０ｃのグラファイトターゲット出力を０％と一定にして、所定時間だけスパッタが行われる。
【００２２】
中間層６３は、スパッタ蒸発源４０ｂ，４０ｄの金属ターゲットとスパッタ蒸発源４０ａ，４０ｃのグラファイトターゲットを同時にスパッタし、ターゲット出力を次第に変化させて金属と炭素の傾斜組成膜として形成される。この中間層６３を形成するのにあたって、図５に示すように、スパッタ蒸発源４０ｂ，４０ｄの金属ターゲット出力を１００％から一次的に減少させる一方、スパッタ蒸発源４０ａ，４０ｃのグラファイトターゲット出力を０％から一次的に増加させて、所定時間だけスパッタが行われる。
【００２３】
トップ層６４は、スパッタ蒸発源４０ｂ，４０ｄの金属ターゲットとスパッタ蒸発源４０ａ，４０ｃのグラファイトターゲットを同時にスパッタし、ターゲット出力を略一定にしてスパッタ蒸発源４０ｂ，４０ｄの金属ターゲットとスパッタ蒸発源４０ａ，４０ｃのグラファイトターゲットのスパッタ率を所定範囲に保って、所定時間だけスパッタが行われる。
【００２４】
このトップ層６４を形成するのにあたって、図５に示すように、スパッタ蒸発源４０ｂ，４０ｄの金属ターゲット出力を１０％程度とし、スパッタ蒸発源４０ａ，４０ｃのグラファイトターゲット出力を９０％程度と一定にして、トップ層６４に含まれる金属の比率は３〜１８％の範囲に設定する。さらに望ましくは、トップ層６４に含まれる金属の比率を３〜１２％の範囲に設定する。
【００２５】
以上のように構成されて、次に作用について説明する。
【００２６】
ステンレス製のレール２１またはスライドブロック３１の表面にニッケルメッキ層６１を形成した後、金属の比率を１００％にしたボンド層６２を設けることにより、母材に対するＤＬＣコーティング膜２９，３９の結合強度を高められる。
【００２７】
金属の比率を１００％にしたボンド層６２上に金属の比率を次第に減らす金属と炭素の傾斜組成膜からなる中間層６３を設け、中間層６３の上に炭素を主成分とするトップ層６４を設けることにより、ＤＬＣコーティング膜２９，３９におけるトップ層６４の結合強度を高められる。
【００２８】
トップ層６４の金属の比率を３〜１８％の範囲に設定することにより、トップ層６４の密着性や靱性を高められ、高荷重によってレール２１またはスライドブロック３１が変形するような場合、割れや、剥離が生じることを防止できる。そして、トップ層６４の硬度の低下を抑えられ、耐摩耗性を確保できる。
【００２９】
図６にトップ層６４に含まれる金属の比率と靱性及び硬度の関係を示すように、金属の比率を３〜１８％の範囲に設定することにより、トップ層６４の靱性と硬度の両方を高められる。さらにトップ層６４に含まれる金属の比率を３〜１２％の範囲に設定することにより、トップ層６４の靱性と硬度の両方を著しく高められる。
【００３０】
これに対して従来は、トップ層に含まれる金属の比率が０％になっていたため、密着性や靱性が不足し、トップ層に割れや剥離が生じやすいという問題点があった。
【００３１】
この結果、高荷重を受けるレール２１またはスライドブロック３１の表面にＤＬＣコーティング膜２９，３９を形成しても、ＤＬＣコーティング膜２９，３９の割れや剥離が生じることを回避し、実用化が可能となる。
【００３２】
以上のように、リニアベアリング１は互いに摺接するレール部２２とフォロワ部３２の表面にＤＬＣコーティング膜２９，３９を形成する構造のため、摩擦係数が低い平滑なＤＬＣコーティング膜２９，３９によって両者の摺接部に働く摩擦力を低減し、スライドブロック３１を移動させる力を小さく抑えられ、円滑な作動性を保つことができる。
【００３３】
リニアベアリング１は互いに摺接するレール部２２とフォロワ部３２の表面に高硬度のＤＬＣコーティング膜２９，３９を形成する構造のため、レール部２２とフォロワ部３２の軌道面の形状が維持され、スライドブロック３１の軌道が変化することを抑えられる。これにより、リニアベアリング１が工作機械のテーブルサドルやマシニングセンター等に用いられた場合、これら工作機械の加工精度を維持できる。
【００３４】
そして、リニアベアリング１は摺動部分の摩耗が抑えられるため、摩耗粉の発生を抑制できる。さらに、リニアベアリング１は潤滑油を供給しなくても円滑な作動性が確保されるため、無給油状態で作動させることが可能となる。この結果、リニアベアリング１は潤滑油から塵埃が発生することを回避し、例えばクリーンルーム内で使用することが可能となる。
【００３５】
図７に示す他の実施形態では、レール２１は断面矩形をし、その上部をレール部２３とする。一方、スライドブロック３１は同じく断面矩形の溝状に窪むフォロワ部３３を有し、レール部２３に対してフォロワ部３３が摺接する。
【００３６】
そして、互いに摺接するレール部２３の表面とフォロワ部３３の表面にＤＬＣコーティング膜２９，３９をそれぞれ形成する。
【００３７】
この場合も、リニアベアリング１は互いに摺接するレール２１とスライドブロック３１の両表面にＤＬＣコーティング膜２９，３９を形成する構造のため、高い硬度を有するとともに摩擦係数が低い平滑なＤＬＣコーティング膜２９，３９によってレール部２３とフォロワ部３３の軌道面の形状が維持され、両者の摺接部に働く摩擦力を低減し、スライドブロック３１を移動させる力を小さく抑えられ、円滑な作動性を保つことができる。
【００３８】
図８に示す他の実施形態では、レール２１は断面矩形をし、その上面をレール部２４とする。一方、スライドブロック３１は断面矩形をし、その下面をフォロワ部３４とし、レール部２４に対してフォロワ部３４が摺接する。
【００３９】
そして、リニアベアリング１はレール部２４のみにＤＬＣコーティング膜２９を形成し、フォロワ部３４にＤＬＣコーティング膜を形成しない金属面とする。
【００４０】
この場合、高硬度のＤＬＣコーティング膜２９によってレール部２４の軌道面の形状が維持され、スライドブロック３１の軌道が変化することを抑えられる。これにより、リニアベアリング１が工作機械のテーブルサドルやマシニングセンター等に用いられた場合、これらの加工精度を維持できる。
【００４１】
そして、摩擦係数が低い平滑なＤＬＣコーティング膜２９によって金属表面のフォロワ部３４の摩耗が抑えられるとともに、スライドブロック３１を移動させる力を小さく抑えられ、円滑な作動性を保つことができる。
【００４２】
さらに、リニアベアリング１は潤滑油を供給しなくても円滑な作動性が確保されるため、無給油状態で作動させることが可能となる。この結果、リニアベアリング１には潤滑油から塵埃が発生することを回避し、例えばクリーンルーム内で使用することが可能となる。
【００４３】
図９に示す他の実施形態では、レール２１は断面Ｔ字形をし、その上部をレール部２５とする。一方、スライドブロック３１はレール部２５を囲む断面Ｃ字形をし、その下部をフォロワ部３５とし、レール部２５に対してフォロワ部３５が摺接する。
【００４４】
そして、リニアベアリング１はレール部２５のみにＤＬＣコーティング膜２９を形成し、フォロワ部３５にＤＬＣコーティング膜を形成しない金属面とする。
【００４５】
この場合、高硬度のＤＬＣコーティング膜２９によってレール部２４の軌道面の形状が維持され、スライドブロック３１の軌道が変化することを抑えられる。これにより、リニアベアリング１が工作機械のテーブルサドルやマシニングセンター等に用いられた場合、これらの加工精度を維持できる。
【００４６】
そして、摩擦係数が低い平滑なＤＬＣコーティング膜２９によって金属表面のフォロワ部３５の摩耗が抑えられるとともに、スライドブロック３１を移動させる力を小さく抑えられ、円滑な作動性を保つことができる。
【００４７】
さらに、リニアベアリング１は潤滑油を供給しなくても円滑な作動性が確保されるため、無給油状態で作動させることが可能となる。この結果、リニアベアリング１には潤滑油から塵埃が発生することを回避し、例えばクリーンルーム内で使用することが可能となる。
【００４８】
本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、例えば工作機械のテーブルサドルやマシニングセンター等のスライド面、あるいは搬送装置の搬送面等にレール装置の一部として使用されるものや、その他種々の機械に取り付けられるリニアベアリングに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態を示すリニアベアリングの断面図。
【図２】同じくＤＬＣコーティング膜の断面図。
【図３】同じくスパッタ法の原理を示す説明図。
【図４】同じくＵＢＭスパッタ装置の構成図。
【図５】同じくターゲット出力が変化する様子を示す特性図。
【図６】同じくトップ層に含まれる金属の比率と靱性及び硬度の関係を示す特性図。
【図７】本発明の他の実施形態を示すリニアベアリングの断面図。
【図８】本発明の他の実施形態を示すリニアベアリングの断面図。
【図９】本発明の他の実施形態を示すリニアベアリングの断面図。
【符号の説明】
【００５１】
１  リニアベアリング
２１  レール
２２  レール部
２９  ＤＬＣコーティング膜
３１  スライドブロック
３２  フォロワ部
３９  ＤＬＣコーティング膜
４０ａ〜４０ｄ  スパッタ蒸発源
５０  ＵＢＭスパッタ装置
６１  メッキ層
６２  ボンド層
６３  中間層
６４  トップ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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