(57)【要約】【課題】低トルクであるとともに、長期間にわたって高剛性を維持したまま作動可能なリニアガイド装置を提供する。【解決手段】リニアガイド装置は、転動体転動溝１０を有する案内レール１と、転動体転動溝１１を有するスライダ２と、両転動体転動溝１０，１１の間に転動自在に配された転動体３と、を備えている。そして、エステル油及びポリα−オレフィン油の少なくとも一方からなる基油と、リチウム石けんからなる増ちょう剤と、二硫化モリブデンからなる摩擦低減剤と、ジチオカルバミン酸モリブデン及びジチオリン酸モリブデンの少なくとも一方からなる耐摩耗剤と、を含有するとともに、混和ちょう度が２５０以上３２０以下であるグリース組成物を備えている。基油の４０℃における動粘度は１５ｍｍ2 ／ｓ以上４０ｍｍ2 ／ｓ以下であり、摩擦低減剤及び耐摩耗剤の各含有量は、グリース組成物全体の０．５質量％以上５質量％以下である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動体軌道を外面に有し軸方向に延びる案内レールと、該案内レールの転動体軌道に対向する転動体軌道を有するとともに前記軸方向に相対移動可能に前記案内レールに取り付けられたスライダと、前記両転動体軌道の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備えるリニアガイド装置において、
エステル油及びポリα−オレフィン油の少なくとも一方からなる基油と、リチウム石けんからなる増ちょう剤と、二硫化モリブデンからなる摩擦低減剤と、ジチオカルバミン酸モリブデン及びジチオリン酸モリブデンの少なくとも一方からなる耐摩耗剤と、を含有するとともに、混和ちょう度が２５０以上３２０以下であるグリース組成物を備え、
前記基油の４０℃における動粘度は１５ｍｍ2 ／ｓ以上４０ｍｍ2 ／ｓ以下であり、前記摩擦低減剤及び前記耐摩耗剤のそれぞれの含有量は、前記グリース組成物全体の０．５質量％以上５質量％以下であることを特徴とするリニアガイド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリニアガイド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なリニアガイド装置は、転動体転動溝を外面に有し軸方向に延びる案内レールと、その案内レールに組み付けられたスライダと、を備えている。スライダは、スライダ本体とその両端部に取り付けられたエンドキャップとからなり、スライダ本体はその両袖部の内側面に案内レールの転動体転動溝に対向する転動体転動溝を有するとともに、袖部の肉厚部分を軸方向に貫通する転動体戻し路を有している。一方、エンドキャップは、スライダ本体の転動体転動溝とこれに平行な転動体戻し路とを連通させる湾曲路を有しており、これらの転動体転動溝と転動体戻し路と両端の湾曲路とで転動体の循環路が形成されている。そして、この転動体循環路内には、例えば鋼球からなる多数の転動体が装填されている。
【０００３】
案内レールに組み付けられたスライダは、対向する両転動体転動溝内の転動体の転動を介して案内レールに沿って滑らかに移動し、その移動中、転動体はスライダ内の転動体循環路を無限に循環するようになっている。そして、転動体循環路内には、グリースニップルからグリース，潤滑油等の潤滑剤が供給され、転動する転動体の潤滑が行われる。
このようなリニアガイド装置には、正確な位置決め精度を得るために、高剛性で低トルクであることが望まれている。そこで、従来から、リニアガイド装置の剛性を高めるべく、転動体としてオーバーサイズのボールを使用して予圧を大きくする手段や、転動体と転動体転動溝の径の比を１に近づける手段等が採用されている。ただし、技術的には、剛性の向上と低トルク化とは相反するものであることから、剛性とトルクとの両方が使用者のニーズに合うように、リニアガイド装置が設計される。
【特許文献１】特開平９−１９６０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、半導体製造装置や液晶製造装置の高性能化に伴い、これらの装置において位置決め装置として使用されるリニアガイド装置は、特に高剛性且つ低トルクであることが要望される傾向にある。特に、ステッパの露光パターンの精度は、ステージを案内するリニアカイド装置の性能に直接的に依存する。
しかしながら、従来のように転動体と転動体転動溝との相対的な大きさを調整するだけでは、使用に伴う摩耗の発生によって、いずれは剛性が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、低トルクであるとともに、長期間にわたって高剛性を維持したまま作動可能なリニアガイド装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１のリニアガイド装置は、転動体軌道を外面に有し軸方向に延びる案内レールと、該案内レールの転動体軌道に対向する転動体軌道を有するとともに前記軸方向に相対移動可能に前記案内レールに取り付けられたスライダと、前記両転動体軌道の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備えるリニアガイド装置において、エステル油及びポリα−オレフィン油の少なくとも一方からなる基油と、リチウム石けんからなる増ちょう剤と、二硫化モリブデンからなる摩擦低減剤と、ジチオカルバミン酸モリブデン及びジチオリン酸モリブデンの少なくとも一方からなる耐摩耗剤と、を含有するとともに、混和ちょう度が２５０以上３２０以下であるグリース組成物を備え、前記基油の４０℃における動粘度は１５ｍｍ2 ／ｓ以上４０ｍｍ2 ／ｓ以下であり、前記摩擦低減剤及び前記耐摩耗剤のそれぞれの含有量は、前記グリース組成物全体の０．５質量％以上５質量％以下であることを特徴とする。
【０００７】
グリース組成物の混和ちょう度が２５０未満であると、グリース組成物が硬すぎるため、リニアガイド装置の起動トルクが増大する。また、３２０超過であると、グリース組成物が軟らかすぎるためリニアガイド装置から漏洩するおそれがある。
基油は、低温下におけるリニアガイド装置の性能を良好なものとするためには、エステル油及びポリα−オレフィン油の少なくとも一方が好ましい。そして、基油の４０℃における動粘度は１５ｍｍ2 ／ｓ以上４０ｍｍ2 ／ｓ以下が好ましい。１５ｍｍ2 ／ｓ未満であると、油膜形成能が不十分となり、耐摩耗性が損なわれるおそれがある。一方、４０ｍｍ2 ／ｓ超過であると、グリース組成物の粘性抵抗が大きくなるため、リニアガイド装置のトルクが大きくなる場合がある。
【０００８】
二硫化モリブデンの含有量は、グリース組成物全体の０．５質量％以上５質量％以下であることが好ましい。０．５質量％未満であると、摩擦低減効果が不十分となるおそれがあり、５質量％超過であると、固体粉末である二硫化モリブデンによりグリース組成物が硬くなってしまうおそれがある。二硫化モリブデンの含有量を５質量％超過とするために、増ちょう剤の含有量を低減して混和ちょう度を調整することも考えられるが、グリース組成物にせん断力が作用した際に軟化しやすくなるので、グリース組成物のリニアガイド装置からの漏洩量が増大するおそれがある。
【０００９】
耐摩耗剤（ジチオカルバミン酸モリブデン，ジチオリン酸モリブデン）の含有量も、グリース組成物全体の０．５質量％以上５質量％以下であることが好ましい。０．５質量％未満であると、耐摩耗性が不十分となるおそれがあり、５質量％超過であると、耐摩耗剤により腐食摩耗を起こすおそれがある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のリニアガイド装置は、前述のようなグリース組成物を備えているので、低トルクであるとともに、長期間にわたって高剛性を維持したまま作動可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係るリニアガイド装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係るリニアガイド装置の一実施形態を示す斜視図であり、図２は、図１のリニアガイド装置を軸方向から見た正面図（ただし、エンドキャップを省略して図示してある）である。
軸方向に延びる横断面形状が略角形の案内レール１上に、横断面形状が略コ字状のスライダ２が軸方向に相対移動可能に組み付けられている。この案内レール１の上面１ａと両側面１ｂ，１ｂとが交差する稜線部には、軸方向に延びる断面ほぼ１／４円弧形状の凹溝からなる転動体転動溝１０，１０が形成され、また、案内レール１の両側面１ｂ，１ｂの中間位置には、軸方向に延びる断面ほぼ半円形の凹溝からなる転動体転動溝１０，１０が形成されている。なお、転動体転動溝１０の溝底には、スライダ２を案内レール１に組み付けない状態において転動体３の脱落を防ぐ保持器４のための逃げ溝２０が、軸方向に形成されている。
【００１２】
また、スライダ２は、スライダ本体２Ａと、その軸方向両端部に着脱可能に取り付けられたエンドキャップ２Ｂ，２Ｂと、で構成されており、さらに、スライダ２の両端部（各エンドキャップ２Ｂの端面）には、案内レール１とスライダ２との間の隙間の開口をシールするサイドシール５，５が装着されている。
スライダ本体２Ａの両袖部６，６の内側面の角部及び中央部には、案内レール１の転動体転動溝１０，１０，１０，１０に対向する断面ほぼ半円形の転動体転動溝１１，１１，１１，１１が形成されている。
【００１３】
そして、案内レール１の転動体転動溝１０，１０，１０，１０と両袖部６，６の転動体転動溝１１，１１，１１，１１とで、断面ほぼ円形の転動体転動路１４，１４，１４，１４が形成されていて、これらの転動体転動路１４は軸方向に延びている。なお、転動体転動溝１０，１１が、本発明の構成要件である転動体軌道に相当する。また、案内レール１及びスライダ２が備える転動体転動溝１０，１１の数は片側二列に限らず、例えば片側一列又は三列以上などであってもよい。
【００１４】
さらにまた、スライダ２は、スライダ本体２Ａの袖部６，６の肉厚部分の上部及び下部に、転動体転動路１４と平行をなして軸方向に貫通する断面円形の貫通孔からなる転動体戻し路１３，１３，１３，１３を備えている。
一方、エンドキャップ２Ｂは樹脂材料の射出成形品であり、断面形状がほぼコ字状に形成されている。そして、スライダ本体２Ａとの当接面（裏面）には、図３に示すように、斜めに傾斜した半円状の上凹部５１と下凹部５２とが、両袖分部６，６の上下に形成されるとともに、半円状の両凹部５１，５２の中心部を横断して半円柱状の凹溝５３が設けてある。
【００１５】
そして、その半円柱状の凹溝５３には、樹脂材料を射出成形して得た半円筒状のリターンガイド５５（図４を参照）が嵌合される。なお、図５は、リターンガイド５５が装着されたエンドキャップ２Ｂの斜視図である。このリターンガイド５５の外径面の中央部には、転動体３の案内面となる断面円弧状の凹溝５６が半円状に形成され、また、リターンガイド５５の内径側の凹部５７は潤滑剤通路であり、その凹部５７から外径側の凹溝５６に抜ける貫通孔５７Ａが給油孔として形成されている。そして、この給油孔を通してグリースニップル２１からグリース，潤滑油等の潤滑剤が供給され、転動体３の潤滑が行われるようになっている。
【００１６】
このようなリターンガイド５５を半円柱状の凹溝５３に組み込むことにより、エンドキャップ２Ｂの裏面に断面円形の半ドーナツ状の湾曲路３０が上下二段に形成される（図６を参照）。このエンドキャップ２Ｂをスライダ本体２Ａに取り付けると、湾曲路３０，３０によって、転動体転動路１４，１４と転動体戻し路１３，１３とが連通される。
これら転動体転動路１４，１４と転動体戻し路１３，１３と両端の湾曲路３０とで、略環状の転動体循環路が形成され、この転動体循環路内には、例えば鋼球からなる多数の転動体（ボール）３が転動自在に装填されている。
【００１７】
案内レール１に組みつけられたスライダ２が案内レール１に沿って軸方向に移動すると、転動体転動路１４内に装填されている転動体３は、転動体転動路１４内を転動しつつ案内レール１に対してスライダ２と同方向に移動する。そして、転動体３が転動体転動路１４の一端に達すると、エンドキャップ２Ｂ内に備えられた後述する転動体掬いあげ突部５９によって転動体転動路１４からすくい上げられ、湾曲路３０へ送られる。
【００１８】
湾曲路３０に入った転動体３はＵターンして転動体戻し路１３に導入され、転動体戻し路１３を通って反対側の湾曲路３０に至る。ここで再びＵターンして転動体転動路１４に戻り、このような転動体循環路内の循環を無限に繰り返す。
なお、エンドキャップ２Ｂにおいて、転動体３を案内する湾曲路３０の内側端部には半円状に突出させた転動体掬いあげ突部５９が形成され、その鋭角の先端が案内レール１の転動体転動溝１０の溝底に近接するように配されている。下段の転動体掬いあげ突部５９には、後述する保持器４の取付溝５９ａと取付穴５９ｂとが設けてある。
【００１９】
また、エンドキャップ２Ｂの表側のグリースニップル２１から注入された潤滑剤が、エンドキャップ２Ｂの裏面の給油溝６０を通りリターンガイド５５の内径側の凹部５７から貫通孔５７Ａを経て、湾曲路３０内へ送り込まれるようになっている。さらに、エンドキャップ２Ｂの裏面の給油溝６０の下方には、後述する保持器６１の取付け穴６１ａが形成してある。
【００２０】
スライダ２の上段の転動体転動路１４及び下段の転動体転動路１４にそれぞれ装填された転動体３は、スライダ２を案内レール１に組み付けない状態では脱落してしまう。よって、これを防止するために、射出成形された樹脂材料製の保持器が用いられている。
下段の転動体転動路１４内の転動体脱落防止用の保持器４は、断面形状が角形状の保持器で、その長手方向の両端側は転動体３を滑らかに案内するため弓なりに湾曲され、端末には取付け部が形成されている。装着は、エンドキャップ２Ｂの転動体掬いあげ突部５９に形成された保持器取付け穴５９ｂに前記取付け部を差し込んで行われる。スライダ２を案内レール１に組みつけた状態では、保持器４は案内レール１の保持器用の逃げ溝２０内に収容され、案内レール１とは干渉しない。
【００２１】
これに対して、上段の転動体転動路１４内の転動体脱落防止用の保持器６１は、ほぼ長方形の枠形状である。この保持器６１は、両外側縁にほぼ１／４円弧状の転動体保持面６３が形成され、長手方向の両端には係止突部６４が突設されている。装着は、エンドキャップ２Ｂの裏面の取付け穴６１ａに係止突部６４を差し込むことにより行われる。これにより保持器６１はエンドキャップ２Ｂに支持されて、案内レール１の上面１ａとこれに向き合うスライダ本体２Ａの内面との間の空間に収容され、転動体３を転動体保持面６３と転動体転動溝１１の溝面とで挟持して保持する。
【００２２】
このようなリニアガイド装置には、転動する転動体の潤滑を行うグリース組成物が使用されている。このグリース組成物は、基油と増ちょう剤と添加剤とを含有しており、その混和ちょう度は２５０以上３２０以下である。基油は、エステル油及びポリα−オレフィン油の少なくとも一方からなり、４０℃における動粘度が１５ｍｍ2 ／ｓ以上４０ｍｍ2 ／ｓ以下である。また、増ちょう剤はリチウム石けんである。
【００２３】
さらに、添加剤として、摩擦低減剤及び耐摩耗剤が添加されている。摩擦低減剤は二硫化モリブデンであり、その含有量はグリース組成物全体の０．５質量％以上５質量％以下である。また、耐摩耗剤としてジチオカルバミン酸モリブデン（以降はＭｏＤＴＣと記す）及びジチオリン酸モリブデン（以降はＭｏＤＴＰと記す）の少なくとも一方が使用されており、その含有量はグリース組成物全体の０．５質量％以上５質量％以下である。
【００２４】
このようなグリース組成物で潤滑されているので、本実施形態のリニアガイド装置は、転動体３や転動体転動溝１０，１１の磨耗が抑制され、長期間にわたって高剛性を維持したまま作動可能である。そして、高剛性と低トルクを両立することができる。よって、本実施形態のリニアガイド装置は、各種機器，装置類における位置決め装置として好適である。
【００２５】
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、転動体はボールに限定されるものではなく、ころであってもよい。また、横断面形状が略角形の案内レールに横断面形状が略コ字状のスライダが組み付けられているタイプに限らず、横断面形状が略コ字状の案内レールの内側に横断面形状が略角形のスライダが転動体を介して嵌合されているタイプでもよい。
【００２６】
さらに、このようなグリース組成物は、リニアガイド装置に限らず、ボールねじやローラガイドのような直動装置全般に好適に適用することができ、前述と同様の効果が得られる。
【００２７】
〔実施例〕
以下に、さらに具体的な実施例を示して、本発明を説明する。前述した本実施形態のリニアガイド装置とほぼ同様の構成を有するリニアガイド装置について、耐摩耗性と初期の動摩擦力との評価を行った。なお、リニアガイド装置の転動体はＳＵＪ２製である。そして、その直径は、案内レールの転動体転動溝とこれに対向するスライダの転動体転動溝との間に形成される転動体転動路（図２における符号１４）の直径に対して、一定量のオーバーサイズとなる大きさとし、評価に用いる全てのリニアガイド装置の予圧量が一定となるように転動体の直径を調整した。
【００２８】
まず、リニアガイド装置に使用したグリース組成物について、表１，２を参照しながら説明する。
実施例１〜６のグリース組成物は、増ちょう剤がリチウム石けんで、基油がエステル油又はポリα−オレフィン油（表１，２においては、ポリα−オレフィン油をＰＡＯと記してある）である。そして、摩擦低減剤として二硫化モリブデンが０．５質量％又は５．０質量％含有されており、耐摩耗剤としてＭｏＤＴＰ又はＭｏＤＴＣが０．５質量％又は５．０質量％含有されている。
【００２９】
比較例１〜３のグリース組成物は、増ちょう剤がリチウム石けんで、基油がエステル油である。そして、比較例１のグリース組成物については、摩擦低減剤と耐摩耗剤は添加されていない。比較例２，３のグリース組成物については、摩擦低減剤として二硫化モリブデンが０．５質量％又は５．０質量％添加してあり、耐摩耗剤は添加されていない。なお、全てのグリース組成物の混和ちょう度は２８０である。
【００３０】
【表１】
2006046372.tif 000003
【００３１】
【表２】
2006046372.tif 000004
【００３２】
次に、耐摩耗性と初期の動摩擦力との評価方法について説明する。前述のグリース組成物で潤滑されたリニアガイド装置を長時間にわたって連続して作動させ、スライダの走行開始時点及び走行距離が１０００ｋｍに達した時点での動トルクを、リニアガイド装置トルク測定器を用いて測定した。トルク測定器による動トルクの測定方法は、以下の通りである。前記トルク測定器の中央部にスライダ駆動用ボールねじを配置し、そのボールねじのねじ軸をステッピングモータで回転させてナットを駆動し、その駆動力をロードセルを介してスライダに伝達して案内レール上を走行させた。そして、走行時のスライダの軸方向の動トルクを、前記ロードセルにより測定した。結果を表１，２に示す。
【００３３】
また、スライダを１０００ｋｍ走行させた後に、案内レールの転動体転動溝の溝面の表面粗さを測定し、走行前の表面粗さと比較することにより、耐摩耗性を評価した。走行前後の表面粗さＲｓの比（［走行後の表面粗さ］／［走行前の表面粗さ］）を表１，２に示す。
耐摩耗性の評価結果から、実施例１〜６のリニアガイド装置は、比較例１〜３のリニアガイド装置と比べて走行前後での表面粗さの変化が極めて小さいことが分かる。すなわち、実施例１〜６のリニアガイド装置は耐摩耗性が優れていて、なじみによる摩耗が少なく、摩耗の進行に伴う剛性の低下が少ない。そのため、実施例１〜６のリニアガイド装置は、比較例１〜３のリニアガイド装置と比べて、剛性を維持したまま初期の動摩擦力が軽減された。
【００３４】
このように、リニアガイド装置の駆動時の摩耗が少なく、同量の予圧を付与しても動トルクは極めて低く、しかも予圧量の低下が抑制されるため、リニアガイド装置の剛性が長期間にわたって維持され、さらに位置決め精度が極めて高い。
また、実施例１〜４と比較例１〜３との比較から、二硫化モリブデンはリニアガイド装置の低トルク性能に寄与しており、ＭｏＤＴＰ及びＭｏＤＴＣは耐摩耗性能の向上に主に寄与していると判断できる。二硫化モリブデンは、摺動面において固体潤滑剤として低摩擦で劈開することによって、摩擦を低減し、リニアガイド装置の低トルク化を実現すると考えられる。また、ＭｏＤＴＰ及びＭｏＤＴＣは、摺動面においてフリクションポリマーを形成することによって、耐摩耗性を向上させると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るリニアガイド装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１のリニアガイド装置を軸方向から見た正面図である。
【図３】リターンガイドを省略してエンドキャップの裏面を示した図である。
【図４】リターンガイドの正面図である。
【図５】リターンガイドを装着した状態のエンドキャップの斜視図である。
【図６】図２のエンドキャップ付近の部分のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      案内レール
２      スライダ
３      転動体
１０      転動体転動溝
１１      転動体転動溝
【図１】
2006046372.tif 000005
【図２】
2006046372.tif 000006
【図３】
2006046372.tif 000007
【図４】
2006046372.tif 000008
【図５】
2006046372.tif 000009
【図６】
2006046372.tif 000010