(57)【要約】【課題】真空環境下で好適に使用される低発塵で耐久性に優れた直動装置を提供する。【解決手段】外面に軌道面１ａを有する内方部材１と、該軌道面１ａに対向する軌道面２ａを内面に有して内方部材１の外側に配置された外方部材２と、前記両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配置された複数の転動体４とを備えた直動装置において、荷重及び予圧荷重の内の少なくとも一つの荷重がかかる条件下で使用され、前記内方部材１の軌道面１ａ、前記外方部材２の軌道面２ａ及び前記転動体４の内の少なくとも一つにダイヤモンドライクカーボン膜が設けられている。【選択図】      図２
2004156737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を内面に有して前記内方部材の外側に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配置された複数の転動体とを備えた直動装置において、
荷重及び予圧荷重の内の少なくとも一つの荷重がかかる条件下で使用され、前記内方部材の軌道面、前記外方部材の軌道面及び前記転動体の内の少なくとも一つにダイヤモンドライクカーボン膜が設けられていることを特徴とする直動装置。
【請求項２】
前記ダイヤモンドライクカーボン膜が、試運転によるなじみ現象によって表面粗さＲａが０．２μｍ以下に設定されているか、成膜時の表面粗さの２／３以下に設定されていることを特徴とする請求項１記載の直動装置。
【請求項３】
前記複数の転動体の各転動体間に樹脂製のスペーサが介装されていることを特徴とする請求項１又は２記載の直動装置。
【請求項４】
前記内方部材の軌道面、前記外方部材の軌道面、前記転動体及び前記スペーサの内の少なくとも一つにドライ精密洗浄を施したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の直動装置。
【請求項５】
前記内方部材の軌道面、前記外方部材の軌道面、前記転動体、前記スペーサ及び前記両軌道面間を転動する転動体を無限循環させるべく前記外方部材に設けられた循環部品の内の少なくとも一つに官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）とを含有する潤滑膜を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の直動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置内の搬送系及び位置決め装置や、液晶，半導体製造設備のスパッタリング装置、プラズマＣＶＤ装置、イオン注入装置等において使用されるボールねじやリニアガイド等の直動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空環境下において使用される直動装置の潤滑剤としてグリースを使用すると、グリースの油分の蒸発やグリース自体の飛散等により、潤滑性能の劣化や使用環境の汚染等の不都合が生じる場合があるため、グリースを使用する代わりに、金、銀、鉛等の軟質金属や、カーボン、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を膜状にコーティングすることにより潤滑性を付与していた。
【０００３】
しかし、固体潤滑剤は自己犠牲的であるため、僅かずつ剥離、欠落し、発塵を生じるため、半導体製造装置等に使用されるリニアガイドのように、パーティクルを極端に嫌う環境下において使用される直動装置に適用することは困難であった。
最近では、このような固体潤滑剤に代わり、耐摩耗性に優れたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜が用いられるようになり、膜が剥離、欠落し、発塵を生じるという問題は解決しつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、発塵を極端に嫌う真空環境下では、ＤＬＣ膜を成膜したままだと、表面粗さが制御されていないため、初期摩耗による微量の摩耗粉の発生が問題となってくる。また、真空用潤滑剤は流勧性が乏しいために摩耗粉が溜まり、軌道面にダメージを与える等の問題も起こる。
【０００５】
更に、真空用潤滑剤は、アウトガス、発塵を避けるために必要最低限の量しか添付されない。そのために、転動体同士が擦れ合うと、潤滑剤が剥ぎ取られ潤滑切れの原因になったり、摺動部表面の表面粗さが小さくなると、潤滑剤の保持力が低下して寿命が短くなるという問題もある。
そのため、特に、真空用直動装置では、ＤＬＣ膜の成膜後に表面粗さを制御することが重要となってくる。また、転動体同士の擦れ合いをなくして潤滑切れを防止したり、摺動部表面の濡れ性の向上を図り、潤滑剤の保持力を高める必要がある。
【０００６】
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、真空環境下で好適に使用される低発塵で耐久性に優れた直動装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を内面に有して前記内方部材の外側に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配置された複数の転動体とを備えた直動装置において、
荷重及び予圧荷重の内の少なくとも一つの荷重がかかる条件下で使用され、前記内方部材の軌道面、前記外方部材の軌道面及び前記転動体の内の少なくとも一つにダイヤモンドライクカーボン膜が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記ダイヤモンドライクカーボン膜が、試運転によるなじみ現象によって表面粗さＲａが０．２μｍ以下に設定されているか、成膜時の表面粗さの２／３以下に設定されていることを特徴とする。これにより、運転開始時に起こる初期摩粍がなくなり、発塵が起こりにくくなる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記複数の転動体の各転動体間に樹脂製のスペーサが介装されていることを特徴とする。これにより、運転中に転動体同士の擦れ合いが無くなり、潤滑剤が剥ぎ取られるのが防止されて潤滑切れが起きにくくなる。
スベーサに使用される樹脂の材料としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリイミド（ＩＰ）などが好ましい。また、ＰＥＥＫ、ＥＴＦＥ、ＩＰにセラミックス繊維を加えて強度が補強されている方が更に好ましい。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記内方部材の軌道面、前記外方部材の軌道面、前記転動体及び前記スペーサの内の少なくとも一つに有機溶剤による洗浄後にドライ精密洗浄を施したことを特徴とする。これにより、潤滑剤の濡れ性が向上される。
ドライ精密洗浄としては、アルゴンイオンによるイオンボンバード、大気プラズマ洗浄、オゾン洗浄、紫外線洗浄などが挙げられる。これらは、洗浄する部材表面に分子結合を切る程の高いエネルギーを加えることで、有機溶剤洗浄では除去しきれなかった有機物を酸化し、揮発物質に変化させることにより効率良く除去する方法である。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記内方部材の軌道面、前記外方部材の軌道面、前記転動体、前記スペーサ及び前記両軌道面間を転動する転動体を無限循環させるべく前記外方部材に設けられた循環部品の内の少なくとも一つに官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）とを含有する潤滑膜を設けたことを特徴とする。
【００１２】
前記潤滑膜は、上記のように官能基を有する含フッ素重合体とＰＦＰＥとを含有しているので、流動性を有している。よって、外方部材に比較的大きな荷重がかかるような場合でも、従来の固体潤滑剤のコーティング等のように、転動体が転動することによる負荷により剥離や欠落が生じる可能性が低いので、発塵量が少なく、半導体製造装置等に使用される直動装量のような、発塵を極端に嫌う環境下において使用される用途において好適であり、耐久性に優れている。
【００１３】
なお、直動装置としては、ボールねじ、リニアガイド等が挙げられる。ボールねじの場合、内方部材はねじ軸、外方部材はナットを指す。また、リニアガイドの場合、内方部材は案内レール、外方部材はスライダを指す。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。図１は本発明に係る直動装置の第１の実施の形態であるリニアガイドの全体斜視図、図２は図１に示したリニアガイドの断面図、図３はスライダの転動溝軌道面の表面粗さと試運転距離との関係を示すグラフ図、図４は発塵量比とスライダの転動溝軌道面の表面粗さとの関係を示すグラフ図である。
【００１５】
図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施の形態であるリニアガイドは、軸方向に延びる案内レール（内方部材）１と、該案内レール１上に軸方向に相対移動可能に跨架されたスライダ（外方部材）２とを備える。
案内レール１の両側面にはそれぞれ軸方向に延びる転動体転動溝（軌道面）１ａが形成されており、スライダ２の両内側面にはそれぞれ転動体転動溝１ａに対向する転動体転動溝（軌道面）２ａが形成されている。
【００１６】
そして、これらの向き合った両転動体転動溝１ａ，２ａの間には転動体としての多数のボール４が転動自在に装填され、このボール４の転動を介してスライダ２が案内レール１上を軸方向に沿って相対移動できるようになっている。
また、スライダ２内には軸方向に貫通する転動体通路２ｂが形成されていると共に、スライダ２の前後両端にはそれぞれ循環部品としての一対のエンドキャップ３がねじ等を介して固定されている。このエンドキャップ３に上記両転動体転動溝１ａ，２ａ間と上記転動体通路２ｂとを連通する半円弧状に湾曲した転動体循環部（図示せず）を形成することにより、ボール４の無限循環軌道を構成している。なお、図２中の符号５は上列のボール４を保持する保持器である。
【００１７】
ここで、本第１の実施の形態では、上記構成のリニアガイドとして、日本精工株式会社製のＬＳ１５ＡＬを用い、案内レール１、スライダ２、ボール４にＳＵＳ４４０Ｃを使用すると共に、スライダ２の転動体転動溝（軌道面）２ａに次の方法でダイヤモンドライクカーボンの成膜処理を施した。
成膜処理は、（株）神戸製鋼所社製のアンバランスドマグネトロンスパッタリング装置５０４（以降はＵＢＭＳ装置と記す）で行った。ＵＢＭＳ装置内にスライダ２を設置してターボ分子ポンプで該装置内を排気し、真空度を２．０×１０−５Ｐａとした。アルゴンプラズマによるスパッタリングを用いて、スライダ２の転動溝２ａにボンバード処理を１５分間施した。
【００１８】
クロム（Ｃｒ）、カーボン（Ｃ）をターゲットとし、スライダ２の転動溝２ａに、まず、クロムをスパッタリングし、クロム層を形成した。次に、クロムのスパッタ効率を徐々に減少させながら、カーボンのスパッタ効率を徐々に増加させた。更に、クロムのスパッタリングを終了し、カーボンのスパッタ効率を保持しながら、ダイヤモンドライクカーボンの膜厚が２．２μｍとなるまで成膜した。
【００１９】
次に、スライダ２の転動溝２ａのダイヤモンドライクカーボン膜の成膜時の表面粗さＲａを計測してリニアガイドを組み立て、ラジアル方向に１００Ｎの荷重をかけ、速度３０ｍ／ｓで走行距離５ｋｍ試運転した。試運転後に、再びスライダ２の転動溝２ａの表面粗さＲａを計測した。
図３に、スライダ２の転動溝２ａの表面粗さＲａが成膜時に０．３５μｍであったリニアガイドを走行距離５ｋｍ試運転した後の該転動溝２ａの表面粗さを示す。図から試運転の走行距離１ｋｍ以上でスライダ２の転動溝２ａの表面粗さＲａが０．２μｍ以下の値が得られるのが判る。
【００２０】
次に、試運転後の案内レール１、スライダ２、エンドキャップ３を有機洗浄し、試運転に使用していない新品のボール４を使用して、官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）とを含有する潤滑膜を案内レール１、スライダ２、エンドキャップ３、ボール４の全てに設け、リニアガイドの組立て後に発塵試験をした。
【００２１】
発塵試験は試運転してスライダ２の転動溝２ａの表面粗さＲａを０．０５〜０．３５μｍに制御したリニアガイドを用い、スライダ２にラジアル荷重１７０Ｎを負荷し、速度３０ｍ／ｓ、真空度２．０×１０−５Ｐａの雰囲気で１０００ｋｍ走行させた。
図４は試運転後のスライダ２の転動溝２ａの表面粗さＲａが０．２μｍ以下で発塵したパーティクルの量を測定しながら耐久寿命試験を行った結果である。発塵量は試運転後のスライダ２の転動溝２ａの表面粗さがＲａ＝０．２μｍのときを１とした時の比で表した。図から表面粗さＲａが０．２μｍを超えると発塵量も多くなるのが判る。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施の形態を図５〜図７を参照して説明する。図５は本発明に係る直動装置の第２の実施の形態であるボールねじの平面図、図６はスペーサを説明するための断面図、図７は実施例及び比較例における耐久試験結果を示すグラフ図である。
図５及び図６を参照して、本発明の第２の実施の形態であるボールねじは、外周面にねじ溝（軌道面）６ａを有して軸方向に延びるねじ軸（内方部材）６に、内周面に前記ねじ溝６ａに対応するねじ溝（軌道面）７ａを有するナット（外方部材）７が嵌合されており、ナット７のねじ溝７ａとねじ軸６のねじ溝６ａとは互いに対向して両者の間に螺旋状の負荷軌道を形成している。該負荷軌道には転動体としての多数のボール９が転動可能に装填されており、また、多数のボール９の各ボール９間の全てには樹脂製のスペーサ１０が介装されている。
【００２３】
そして、ねじ軸６（又はナット７）の回転により、ナット７（又はねじ軸６）がボール９の転動を介して軸方向に移動するようになっている。
また、ナット７の外周面には循環部品の一例としての略コ字状の循環チューブ８が取り付けられており、これにより、両ねじ溝６ａ，７ａ間の負荷軌道に沿って公転するボール９を該負荷軌道の途中から循環チューブ８で掬い上げて元の負荷軌道に戻してボール９を無限循環させるようにしている。
【００２４】
ここで、本第２の実施の形態では、上記構成のボールねじとして、日本精工株式会社製の軸径１５ｍｍ、リード１０ｍｍのものを用い、ねじ軸６、ナット７及びボール９の素材にＳＵＳ４４０Ｃを使用すると共に、ねじ軸６のねじ溝９ａに上記第１の実施の形態と同様の方法でダイヤモンドライクカーボンの成膜処理を施した。
【００２５】
次に、ねじ軸６のねじ溝６ａの成膜時の表面粗さＲａを計測してボールねじを組み立て、軸方向に１００Ｎのアキシャル荷重をかけて１０００ｍｉｎ−１で１×１０５  回転試運転した。試運転後に、再びねじ軸６のねじ溝６ａの表面粗さＲａを計測したところ、成膜時の表面粗さＲａが０．３μｍであったものが試運転後には表面粗さＲａ＝０．０６μｍであった。
【００２６】
次に、試運転後に、ねじ軸６、ナット７、試運転に使用してない新品のボール９及び循環チューブ７を有機溶剤洗浄し、官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）とを含有する潤滑膜を設けたボールねじを実施例１とした。
次に、実施例１の有機溶剤洗浄後の工程で、ねじ軸６、ナット７、ボール９、循環チューブ７に大気プラズマ洗浄を施して官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）とを含有する潤滑膜を設けたボールねじを実施例２とした。
【００２７】
また、試運転後にねじ軸６、ナット７、試運転に使用してない新品のボール９、循環チューブ７、セラミックス繊維で補強されたＰＥＥＫのスペーサ１０を有機溶剤で洗浄した後、ねじ軸６、ナット７、ボール９、循環チューブ７、スペーサ１０に官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）とを含有する潤滑膜を設け、全てのボール９間にスペーサ１０を挿入して組み立てたボールねじを実施例３とした。
【００２８】
更に、ねじ軸６、ナット７、試運転に使用してない新品のボール９、循環チューブ７、セラミックス繊維で補強されたＰＥＥＫのスペーサ１０を有機溶剤で洗浄した後、大気プラズマ洗浄を施し、ねじ軸６、ナット７、ボール９、循環チューブ７、スペーサ１０に官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）とを含有する潤滑膜を設け、全てのボール９間にスペーサ１０を挿入して組み立てたボールねじを実施例４とした。なお、試運転を行わず、大気プラズマ洗浄なし、潤滑膜あり、及びスペーサを設けないボールねじを比較例１とした。
【００２９】
耐久寿命試験は２０００ｍｉｎ−１、真空度２．０×１０−５Ｐａの雰囲気で行い、ナット７の温度を測定し、温度が急上昇した時点を寿命とした。本第２の実施の形態での実施例１〜４、比較例１を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2004156737.tif 000003
【００３１】
また、耐久寿命試験の結果を図７に示す。図から、試運転のなじみ現象による軌道面の表面粗さＲａの制御、大気プラズマ洗浄、全てのボール間に樹脂からなるスペーサを挿入することは、それぞれ長寿命化に効果があることか判る。
このことから、リニアガイドやボールねじ等の直動装置を試運転し、軌道面に成膜されたダイヤモンドライクカーボンをなじみ現象で表面粗さＲａを０．２μｍ以下又は２／３以下に設定すること、大気プラズマなどのドライ精密洗浄を軌道面に施すこと、全ての転動体間に樹脂からなるスペーサを挿入することは、発塵を抑えるのに好適であると同時に直動装置の長寿命化にも効果的である。
【００３２】
なお、上記各実施の形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。例えば、試運転に使用したボールは他の鉄鋼製のボール或いはセラミックボールでも好適に適用でき、試運転の適度な走行距離はボールの材質に依存する。
【００３３】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、真空環境下で好適に使用される低発塵で耐久性に優れた直動装置を提供することことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る直動装置の第１の実施の形態であるリニアガイドの全体斜視図である。
【図２】図１に示したリニアガイドの断面図である。
【図３】スライダの転動溝軌道面の表面粗さと試運転距離との関係を示すグラフ図であある。
【図４】発塵量比とスライダの転動溝軌道面の表面粗さとの関係を示すグラフ図である。
【図５】本発明に係る直動装置の第２の実施の形態であるボールねじの平面図である。
【図６】スペーサを説明するための断面図である。
【図７】実施例及び比較例における耐久試験結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１…案内レール（内方部材）
１ａ…転動溝（軌道面）
２…スライダ（外方部材）
２ａ…転動溝（軌道面）
２ｂ…ボール循環穴
３…エンドキャップ（循環部品）
４…ボール（転動体）
５…保持器
６…ねじ軸（内方部材）
６ａ…ねじ溝（軌道面）
７…ナット（外方部材）
７ａ…ねじ溝（軌道面）
８…循環チューブ（循環部品）
９…ボール（転動体）
１０…スペーサ
【図１】
2004156737.tif 000004
【図２】
2004156737.tif 000005
【図３】
2004156737.tif 000006
【図４】
2004156737.tif 000007
【図５】
2004156737.tif 000008
【図６】
2004156737.tif 000009
【図７】
2004156737.tif 000010