【手続補正書】
【提出日】平成28年10月19日(2016.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】滑り直動ガイド及びその製造方法並びに製造装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械などに用いられる滑り直動ガイド及びその製造方法並びに製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械などに用いられる滑り直動ガイドは大きな荷重を支承しつつ滑らかに動作する必要がある。従来は摩擦係数の低い樹脂を用いることが多かったが、樹脂は磨耗が早く、交換のサイクルが短かった。また、金属製のガイドを用いる場合は、油溜りとなる溝を機械加工で形成していたので比較的大きな溝を少数設けることになり、十分な潤滑油膜を保持することが困難なことから油膜切れによる摺動抵抗の増加や焼き付き等の問題があった。
【０００３】
滑り直動ガイドの摺動抵抗を低減したり、焼き付きを防止するためには、摺動面に常に充分な油膜が形成されている必要がある。従来、摺動面の平面度と面当りの確保を目的として行われるきさげ加工でも、油溜りの作用によって摩擦係数の低減に効果があるとされるが、熟練作業者による手作業であることが多いため、生産効率の向上が困難であった。
【０００４】
このため、前記摺動面に油膜を形成するために、摺動面に油溜りとなる構造が形成された滑り直動ガイドが提案されている。また、このような油溜りとなる構造を形成するための表面加工方法が提案されている。例えば、特許文献１には、滑り直動ガイドの摺動面に液体噴流を衝突させ、この摺動面に析出している黒鉛粒子を除去することによって、摺動面に微小凹部を形成する技術が記載されている。また、特許文献２にはショットピーニングによって摺動面に油溜まりとなる微小凹部を形成する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−６９４４４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３３４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術によって摺動面の表面に微小な凹部を形成する場合には、形成される凹部の形状や大きさ、深さを制御することは困難である。また、特許文献１に記載の技術は、特殊な加工工程を要するため加工設備費が増大し、量産製品での採用はコストの面から難しい。また、特許文献２においても同様にショットピーニングで微小な凹部の大きさや配置を正確に制御することは困難である。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、加工設備費の増大を抑制しつつ、潤滑剤の供給量が少ない場合でも使用時の摺動抵抗が低い滑り直動ガイド、滑り直動ガイドの製造方法、滑り直動ガイドの製造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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る滑り直動ガイドは、固定側摺動面を有する固定側案内レールと、この固定側摺動面に相対する位置に移動側摺動面を備え、前記固定側案内レールに対して摺動自在に組み付けられた移動側部材と、を備える滑り直動ガイドであって、前記固定側摺動面と前記移動側摺動面との両方あるいは一方に、微小な凹部が一定の間隔で多数設けられていることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明に係る滑り直動ガイドにおいては、前記凹部は、開口部の直径が１０μｍ以上５０μｍ以下であり、深さが０．３μｍ以上５．０μｍ以下であり、隣り合う前記凹部同士の間隔が２０μｍ以上５００μｍ以下で設けられていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る滑り直動ガイドの製造方法は、固定側摺動面を有する固定側案内レールと、この固定側摺動面に相対する位置に移動側摺動面を備え、前記固定側案内レールに対して摺動自在に組み付けられた移動側部材と、を備える滑り直動ガイドの製造方法において、前記固定側摺動面と前記移動側摺動面との両方あるいは一方にナノ秒オーダーのパルスレーザ光を照射することによって、微小な凹部を一定の間隔で多数形成する工程を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様は、前記ナノ秒オーダーのパルスレーザ光を１パルス照射することによって１つの前記凹部を形成することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る滑り直動ガイドの製造装置は、上記滑り直動ガイドの製造方法を実施するための製造装置であって、前記滑り直動ガイドの固定側摺動面と移動側摺動面とのうちの何れか一方の摺動面を載置するためのステージと、前記ナノ秒オーダーのパルスレーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から出力された前記パルスレーザ光を偏向走査させるためのガルバノスキャナと、前記ガルバノスキャナによって偏向された前記パルスレーザ光を前記一方の摺動面に、この一方の摺動面上を一定速度で移動するように照射するｆθレンズと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、加工設備費の増大を抑制しつつ、潤滑剤の供給量が少ない低摺動速度域においても使用時の摺動抵抗を小さくできる滑り直動ガイド及びその製造方法並びに製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る滑り直動ガイドを備えた滑り直動案内装置の全体図である。
【図２】本発明の実施形態に係る滑り直動ガイドの全体図である。
【図３】摺動面の拡大図である。
【図４】凹部の拡大図である。
【図５】実施形態に係るレーザ加工機の構成を示す概略図である。
【図６】レーザのパルス周期を表すグラフである。
【図７】レーザ加工機による加工対象物ヘの加工状態を示す模式図である。
【図８】（ａ）は凹部の直径の分布を示すグラフであり、（ｂ）は凹部の深さ寸法の分布を示すグラフである。
【図９】逆Ｖ字形状の滑り直動ガイドを備えた滑り直動案内装置の全体図である。
【図１０】本発明の実施形態の変形例を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る滑り直動ガイド、滑り直動ガイドの製造方法、及び滑り直動ガイドの製造装置について図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る滑り直動ガイド１を備えた滑り直動案内装置２０の全体図である。滑り直動案内装置２０には、１列または２列以上の滑り直動ガイド１が設けられており、通常はそれらの内の１列は断面をＶ字形状としてガイドの移動方向及びそれと直交する方向の位置決め機能を持たせ、他のガイドは平板状として荷重を負担する機能のみを持たせる。Ｖ字形状については図１のようなＶ字形状とする場合や、図９のように逆Ｖ字形状とする場合があり、それぞれ必要に応じて選択する。
【００１７】
図２は、本実施形態に係る滑り直動ガイド１の全体図である。滑り直動ガイド１は、固定側摺動面２を有する固定側案内レール４と、この固定側摺動面２に相対する位置に移動側摺動面５を備え、前記固定側案内レール４に対して摺動自在に組み付けられた移動側部材６から構成される。固定側摺動面２と移動側摺動面５との間には通常、潤滑油または潤滑剤が配されている。固定側案内レール４は装置のフレームに取り付けられ、移動側部材６は工具スピンドル、ワークスピンドル等に取り付けられ、固定側案内レール４上を移動する。
【００１８】
図３は、固定側摺動面２の拡大図である。本実施形態に係る滑り直動ガイド１は固定側摺動面２及び移動側摺動面５に、油溜りとして機能する凹部２３が多数形成されている。図４は、凹部２３の拡大図である。各凹部２３は開口部が円形（略円形を含む）で、開口部の直径が１０μｍ以上５０μｍ以下、深さが０．３μｍ以上５．０μｍ以下に形成されている。また、隣り合う凹部２３と凹部２３との間隔は、２０．０μｍ以上５００．０μｍ以下の一定の間隔で形成されている。
【００１９】
多数の凹部２３は、開口部の直径が１０μｍ以上５０μｍ以下で、隣り合う凹部２３と凹部２３との間隔が２０．０μｍ以上５００．０μｍ以下の一定の間隔で形成されることにより、適度な油溜りを形成している。また、凹部２３の深さは、０．３μｍ未満であると、初期摩耗によって凹部２３でなくなる怖れがあり、５．０μｍを超えると、凹部２３に溜った潤滑油が平滑面に移動して油膜を形成する能力が小さくなる。したがって、凹部２３の深さは、最も浅いものでも０．３μｍ以上の深さを有し、最も深いものでも５．０μｍ以下の深さとなっていることが好ましい。
【００２０】
なお、凹部２３は、本実施形態のように固定側案内レール４の固定側摺動面２と移動側部材６の移動側摺動面５の両方に形成しても良いし、固定側摺動面２と移動側摺動面５とのうちのいずれか一方に形成しても良い。
【００２１】
固定側摺動面２と移動側摺動面５とのうちの一方、あるいは両方に油溜りとして機能する上記のような凹部２３を多数形成することにより、油膜パラメータΛを増加させ、摩擦係数を低減することができる。摩擦係数の低減により、低摺動速度域で支配的な滑り摩擦の低減に寄与する。なお、油膜パラメータΛとは、油膜厚さｈと表面粗さσとの比（Λ＝ｈ／σ）であり、油膜パラメータΛは値が大きいほど摺動抵抗を低減するために充分な油膜厚さｈがあるということになる。
【００２２】
このように、本実施形態に係る滑り直動ガイド１は、固定側摺動面２と移動側摺動面５とのうちの一方、あるいは両方に上記のような凹部２３を多数形成することにより、固定側摺動面２及び移動側摺動面５における油膜形成能力が高くなり、潤滑油供給量が少ない低摺動速度域においても使用時の摺動抵抗を低減することができる。また、固定側摺動面２及び移動側摺動面５に十分な油膜が形成されることによリ、焼き付きを防止することもできる。
【００２３】
次に、本実施形態に係る滑り直動ガイド１の製造方法および製造装置について説明する。本実施形態に係る滑り直動ガイド１の製造方法は、以下に説明する滑り直動ガイドの製造装置であるレーザ加工機を用いた加工工程を含む製造方法である。
【００２４】
固定側摺動面２と移動側摺動面５との何れか一方、あるいは両方に形成される凹部２３は、レーザ加工機によるレーザ光の照射によって形成される。図５は、本実施形態に係るレーザ加工機２５の構成を示す概略図である。
【００２５】
レーザ加工機２５は、パルス幅がナノ秒オーダーのレーザ光を照射するレーザマーカである。レーザ加工機２５は、ナノ秒オーダーのパルスレーザ光を発振するレーザ発振器２７と、２軸（Ｘ軸及びＹ軸、以下同様）式ガルバノスキャナ２９と、ｆθレンズ３１と、加工対象物３３、すなわち滑り直動ガイド１の固定側摺動面２または移動側摺動面５を載置固定するためのステージ３５とを備えている。２軸式ガルバノスキャナ２９は一対のガルバノミラー３７、３７を備えている。
【００２６】
ナノ秒オーダーのパルスレーザ光は、ピコ秒オーダーのパルスレーザ光よりも１パルス当たりの照射時間が長く、高出力である。したがって加工対象物３３に対して、１パルスのレーザ光照射で加工できる量が多い。一方、ナノ秒オーダーのパルスレーザ光は、ピコ秒オーダーのレーザ光で加工するよりも加工対象物３３に対する熱影響が大きいため、熱による影響が品質上問題のない範囲内での使用に限られる。
【００２７】
レーザ発振器２７から出力されたナノ秒オーダーのパルスレーザ光は、図５に示すように、光学系３９を介して２軸式ガルバノスキャナ２９のガルバノミラー３７、３７によって偏向走査され、ｆθレンズ３１に入射する。２軸式ガルバノスキャナ２９は、ガルバノミラー３７、３７を等角速度運動させることによってレーザ発振器２７から出力されたレーザ光の照射方向を偏向し、レーザ光を等角度で平面的に走査させる。ｆθレンズ３１に入射したレーザ光は加工対象物３３に照射される。このときｆθレンズ３１は、ガルバノスキャナ２９によってｆθレンズ３１ヘの入射角度が変わるレーザ光の等角速度運動を、加工対象物３３の加工面上を一定速度で走査するように変換する。すなわちレーザ光の等角速度運動を等速運動に変換する。さらに、ｆθレンズ３１は、加工対象物３３に照射されるレーザ光のスポット径の変動を抑える。
【００２８】
本実施形態においてはレーザ光を１パルス照射することにより凹部２３を１つ形成する。レーザ光が加工対象物３３の加工面上を一定速度で走査するようにガルバノスキャナ２９およびｆθレンズ３１によってレーザ光の照射方向を偏向させながら、所定の周期でナノ秒オーダーのレーザ光を照射する。そして１回のレーザ光の照射で１つの凹部２３が形成される。このように単パルス加工を行うことにより、凹部２３を１つ形成するために複数回のパルスを照射する多重パルス加工よりも短時間での加工が可能となっている。
【００２９】
加工対象物３３を載置するステージ３５は、固定側案内レール４の固定側摺動面２または移動側部材６の移動側摺動面５を上に向けて固定できるようになっている。ステージ３５は固定式でも良いし、あるいはレーザ光の照射方向を固定してステージ３５を２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）可動式としても良い。さらには、レーザ光の照射方向とステージ３５の両方を可動式とし、加工対象物３３に対するレーザ光の走査速度をより高速化し、加工時間を短縮することもできる。
【００３０】
図６はレーザ光のパルス周期を表すグラフであり、図７はレーザ加工機２５による加工対線物３３、すなわち固定側案内レール４の固定側摺動面２または移動側部材６の移動側摺動面５の加工状態を示す模式図である。隣り合って形成された凹部２３と凹部２３との中心間距離α（ｍｍ）は、レーザ光の走査速度Ｖ（ｍｍ／Ｓ）と繰り返し周波数ｆ（Ｈｚ）あるいはパルス周期Ｔ（ｓｅｃ）とによって定まり、これら走査速度Ｖと繰り返し周波数ｆとパルス周期Ｔとの関係は次式（１）あるいは（２）で表される。
(１)  α=Ｖ／ｆ
(２)  α=Ｖ×Ｔ
【００３１】
また、ガルバノスキャナ２９の加減速時にレーザ光を照射すると、形成される凹部２３の加工位置の間隔が変化してしまうため、ガルバノスキャナ２９の加減速時にはレーザ光は照射しない。ガルバノスキャナ２９及びレーザ発振器２７をこのような制御とすることにより、隣り合う凹部２３同士が一定間隔となる加工が行われることとなる。また、形成される凹部２３の深さはレーザ光のピークパワーに依存し、凹部２３の開口部の直径はレーザ光のスポット径以下の大きさとなる。
【００３２】
図８（ａ）は、レーザ加工機２５を用いて形成された凹部２３の直径の分布を示すグラフであり、（ｂ）は深さ寸法の分布を示すグラフである。図８（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係るレーザ加工機２５を用いて形成された多数の凹部２３は、直径も深さ寸法も比較的狭い範囲に分布しており、ばらつきのない安定した一定の形状で形成されている。
【００３３】
また、表１は、レーザ加工機２５を用いて凹部２３を形成した際のレーザ照射条件と形成された凹部２３の状態との関係を示している。表１に示すように、３通りの平均出力(６Ｗ、１６Ｗ、２０Ｗ）でレーザ光を照射すると、形成される凹部２３の深さが出力によって変化する。具体的には、レーザ光を平均出力１６Ｗで照射すると適切な深さで形成され、平均出力２０Ｗで照射すると適切な深さよりも深くなり、平均出力６Ｗで照射すると適切な深さよりも浅かった。すなわち、レーザ光の出力が大きければ凹部２３は深く形成され、出力が小さければ浅く形成される。このように、凹部２３の深さは、上述したようにレーザ光の出力の大きさに依存していることがわかる。なお、形成される凹部２３の直径は、何れの大きさの出力で形成しても、適切な大きさの範囲内に形成されている。
【表１】
2015086970.tif 000001
【００３４】
このように、本実施形態に係るレーザ加工機２５を用いれば、レーザ光の出力を調節することにより、形成される凹部２３の大きさ、深さを制御することができる。
【００３５】
このように本発明によれば、潤滑油や潤滑剤の供給量が少ない揚合でも、使用時の摺動抵抗が低い滑り直動ガイド、該滑りガイドの製造方法、該滑りガイドの製造装置を提供することができる。また凹部２３の加工にナノ秒オーダーのレーザ光を発振するレーザ発振器２７を用いるため、ピコ秒オーダーのレーザ発振器を用いる場合と比ベて加工設備費を低く抑えることができ生産性の向上を図ることができる。また、レーザ光の出力を調節することにより、形成される凹部２３の大きさ、深さを制御することができる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、適宜変更が可能である。例えば、上記実施形態では固定側案内レール４に固定側摺動面２を直接形成しているが、図１０に示すように固定側案内レール４に別体の固定側摺動部材８を取り付け、固定側摺動部材８の固定側摺動面９に本発明に係る凹部２３を形成しても良い。同様に移動側部材６にも別体の移動側摺動部材１０を取り付け、移動側摺動部材１０の移動側摺動面１１に凹部２３を形成しても良い。
【符号の説明】
【００３７】
１  滑り直動ガイド
２  固定側摺動面
４  固定側案内レール
５  移動側摺動面
６  移動側部材
８  固定側摺動部材
９  固定側摺動面
１０  移動側摺動部材
１１  移動側摺動面
２０  滑り直動案内装置
２３  凹部
２５  レーザ加工機
２７  レーザ発振器
２９  ガルバノスキャナ
３１  ｆθレンズ
３３  加工対象物
３５  ステージ
３７  ガルバノミラー
３９  光学系
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側摺動面を有する固定側案内レールと、この固定側摺動面に相対する位置に移動側摺動面を備え、前記固定側案内レールに対して摺動自在に組み付けられた移動側部材と、を備える滑り直動ガイドの製造方法において、前記固定側摺動面と前記移動側摺動面との両方あるいは一方にナノ秒オーダーのパルスレーザ光を照射することにより、微小な凹部を一定の間隔で形成する工程を含むことを特徴とする滑り直動ガイドの製造方怯。
【請求項２】
前記ナノ秒オーダーのパルスレーザ光を１パルス照射することによって１つの前記凹部を形成する、請求項１に記載の滑り直動ガイドの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の滑り直動ガイドの製造方法を実施するための滑り直動ガイドの製造装置であって、前記滑り直動ガイドの固定側摺動面と移動側摺動面とのうちの何れか一方の摺動面を載置するためのステージと、前記ナノ秒オーダーのパルスレーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から出力された前記パルスレーザ光を偏向走査させるためのガルバノスキャナと、前記ガルバノスキャナによって偏向された前記パルスレーザ光を前記一方の摺動面に、この一方の摺動面上を一定速度で移動するように照射するｆθレンズと、を備えたことを特徴とする滑り直動ガイドの製造装置。
【請求項４】
固定側摺動面を有する固定側案内レールと、この固定側摺動面に相対する位置に移動側摺動面を備え、前記固定側案内レールに対して摺動自在に組み付けられた移動側部材と、を備える滑り直動ガイドであって、前記固定側摺動面と前記移動側摺動面との両方あるいは一方に、微小な凹部が一定の間隔で設けられており、
前記凹部が、開口部の直径が１０μｍ以上５０μｍ以下であり、深さが０．３μｍ以上５．０μｍ以下であり、隣り合う前記凹部同士の間隔が２０μｍ以上５００μｍ以下で設けられていることを特徴とする滑り直動ガイド。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2015086970.tif 000002
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2015086970.tif 000003