(57)【要約】【課題】耐久性に優れ、使用環境を汚染することがない直動案内装置を提供する。【解決手段】軸方向に延びる軌道面または軌道溝を外面に有する案内レールと、前記案内レールの軌道面に対向する軌道面または軌道溝を有し、案内レール上を直進運動するスライダと、前記案内レールの軌道面または軌道溝と前記スライダの軌道面または軌道溝との間に転動自在に配設される複数の転動体とを備える直動案内装置において、前記案内レールの軌道面、前記スライダの軌道面または軌道溝及び前記転動体の転動面の少なくとも一つを、官能基を有する含フッ素重合体及びパーフルオロポリエーテルを含む潤滑膜、または官能基を有する含フッ素重合体を下層とし、パーフルオロポリエーテルを上層とする２層構成の潤滑膜で被覆した直動案内装置。【選択図】　　　図４
2004019922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延びる軌道面または軌道溝を外面に有する案内レールと、前記案内レールの軌道面に対向する軌道面または軌道溝を有し、案内レール上を直進運動するスライダと、前記案内レールの軌道面または軌道溝と前記スライダの軌道面または軌道溝との間に転動自在に配設される複数の転動体とを備える直動案内装置において、
前記案内レールの軌道面、前記スライダの軌道面または軌道溝及び前記転動体の転動面の少なくとも一つを、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との混合物からなる潤滑膜で被覆したことを特徴とする直動案内装置。
【請求項２】
軸方向に延びる軌道面または軌道溝を外面に有する案内レールと、前記案内レールの軌道面に対向する軌道面または軌道溝を有し、案内レール上を直進運動するスライダと、前記案内レールの軌道面または軌道溝と前記スライダの軌道面または軌道溝との間に転動自在に配設される複数の転動体とを備える直動案内装置において、
前記案内レールの軌道面、前記スライダの軌道面または軌道溝及び前記転動体の転動面の少なくとも一つを、官能基を有する含フッ素重合体からなる被膜を下層とし、パーフルオロポリエーテルからなる被膜を上層とする潤滑膜で被覆したことを特徴とする直動案内装置。
【請求項３】
前記潤滑膜の膜厚が、０．３〜２．０μｍであることを特徴とする請求項１または２記載の直動案内装置。
【請求項４】
前記案内レールの軌道面または軌道溝、前記スライダの軌道面または軌道溝及び前記転動体の転動面の少なくとも一つが、硬質層を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の直動案内装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばリニアボールベアリング、ボールガイド、ローラパック等の直動案内装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、直動案内装置の一つであるリニアボールベアリング１の全体構造を示す斜視図であるが、丸棒状で、その外周面に軸方向に延びる軌道面（図示せず）が形成された案内レール２と、案内レール２に外嵌される筒状のスライダ３とを主たる構成部材として備えている。スライダ３の内部は、図２（案内レール２と直交する断面図）及び図３（案内レール２の長手方向に沿った一部欠切側面図）に示すように、案内内レール２と対向する、例えば断面正五角形状（図２）の軌道面４が形成されており、隣接する角部同士で長楕円状の転動体循環溝５（図３）を形成している。また、転動体循環溝５には、複数のボール６，６が数珠状に連なって収容されており、案内レール２の外周面に配設された保持器７はボール６，６の循環及び脱落防止のための溝を形成している。
【０００３】
このようなリニアボールベアリング１では、スライダ３が案内レール２の長手方向に沿った矢印Ａ方向に直進運動すると、ボール６、６が転動体循環溝５を転動しながら矢印Ｂ方向に循環する。このボール６，６の転動を円滑に行うために、通常は、転動体循環溝５にグリースを充填したり、ボール６，６の表面や転動体循環溝５の表面に潤滑油を塗布する等して潤滑している。
【０００４】
しかし、これらのグリースや潤滑油は、稼動による温度上昇に伴ってグリース中の基油や塗布した潤滑油が蒸発し、潤滑不良に陥ったり、蒸発した基油や潤滑油が外部環境を汚染する。特に半導体製造装置のような清浄環境及び真空環境では、蒸発した基油や潤滑油による外部環境の汚染は深刻な問題となるため、リニアボールベアリング１の潤滑には、シリコングリースやフッ素グリースのような低蒸気圧・低発塵性グリースを用いたり、シリコンオイルやフッ素オイル等の低蒸気圧オイルを塗布している。しかし、半導体素子の高密度化に伴って、清純度及び真空度をより高める要求が強く、同時にリニアボールベアリング１もより高速で運転される傾向にあり、従来のシリコングリースやフッ素グリース、あるいはシリコンオイルやフッ素オイルでは対応しきれない状況になりつつある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、耐久性に優れ、使用環境を汚染することがない直動案内装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、下記に示す直動案内装置を提供する。
（１）軸方向に延びる軌道面または軌道溝を外面に有する案内レールと、前記案内レールの軌道面に対向する軌道面または軌道溝を有し、案内レール上を直進運動するスライダと、前記案内レールの軌道面または軌道溝と前記スライダの軌道面または軌道溝との間に転動自在に配設される複数の転動体とを備える直動案内装置において、
前記案内レールの軌道面、前記スライダの軌道面または軌道溝及び前記転動体の転動面の少なくとも一つを、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との混合物からなる潤滑膜で被覆したことを特徴とする直動案内装置。
（２）軸方向に延びる軌道面または軌道溝を外面に有する案内レールと、前記案内レールの軌道面に対向する軌道面または軌道溝を有し、案内レール上を直進運動するスライダと、前記案内レールの軌道面または軌道溝と前記スライダの軌道面または軌道溝との間に転動自在に配設される複数の転動体とを備える直動案内装置において、
前記案内レールの軌道面、前記スライダの軌道面または軌道溝及び前記転動体の転動面の少なくとも一つを、官能基を有する含フッ素重合体からなる被膜を下層とし、パーフルオロポリエーテルからなる被膜を上層とする潤滑膜で被覆したことを特徴とする直動案内装置。
【０００７】
官能基を有する含フッ素重合体及びパーフルオロポリエーテルはともに、高い流動性を備えている。そのため、案内レールとスライダとの間に大きな荷重が作用しても、転動体の負荷による潤滑膜の剥離や欠落を生じる可能性が低く、発塵が少なくなる。また、金属同士が無潤滑で直接接触することが無くなり、凝着や摩耗も回避されるため耐久性が向上する。更に、パーフルオロポリエーテルを含むために、潤滑膜は低アウトガスとなる。このように、本発明の直動案内装置は、外部環境を汚染することがなく、また耐久性にも優れたものとなり、清浄環境や真空環境での使用に特に適している。
【０００８】
また、官能基を有する含フッ素重合体からなる被膜と、パーフルオロポリエーテルからなる被膜との２層構成の潤滑膜では、官能基を有する含フッ素重合体からなる下層が、金属材料からなる案内レールやスライダ、転動体との濡れ性が高いため、結果として潤滑膜でこれら金属材料の表面を均質に被覆することができるようになる。更に、官能基を有する含フッ素重合体からなる下層は、上層のパーフルオロポリエーテルとの濡れ性も高く、パーフルオロポリエーテルを薄く均一に形成できるため、低発塵を実現する。
【０００９】
尚、上記において、潤滑膜の膜厚は０．３〜２．０μｍが好ましく、更に、案内レールの軌道面または軌道溝、スライダの軌道面または軌道溝及び転動体の転動面の少なくとも一つが、硬質層を有することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照しつつ本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００１１】
（第１の実施形態：リニアボールベアリング）
本発明の第１実施形態に係るリニアボールベアリングとして、上記した図１〜図３に示したリニアボールベアリング１を例示することができる。即ち、リニアボールベアリング１は、丸棒状で外周面に軌道面が形成された案内レール２と、スライダ３とを備え、スライダ３の内部に形成された軌道面４の転動体循環溝５には、保持器７を介して複数のボール６，６が数珠状に連なって収容されている。
【００１２】
案内レール２やスライダ３、ボール６、保持器７は、耐蝕材料で形成されることが好ましい。案内レール２及びスライダ３の形成材料としては、例えばＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼やフェライト系ステンレス鋼に熱硬化処理を施したものや、ＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレス鋼、表面硬化処理したＳＵＳ３１６等のオーステナイト系ステンレス鋼が挙げられる。ボール６の形成材料としては、例えば前述したステンレス鋼；窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）等のセラミックス；超硬合金のサーメットが挙げられる。保持器７の形成材料としては、例えば前述したステンレス鋼、樹脂材料が挙げられ、樹脂材料の中でも特にフッ素樹脂、フェノール樹脂、ピーク樹脂及び全芳香族系ポリイミド樹脂（ベスペル）はガスの発生が少なく、望ましい。
【００１３】
図４は、スライダ３の内部の一部を拡大して示す断面図であるが、本発明のリニアボールベアリング１では、案内レール２の軌道面、スライダ３の軌道面、ボール６の表面、保持器７の表面の少なくとも一つ、好ましくは図示されるようにこれらの全てに、潤滑膜１１が形成される。この潤滑膜１１には、官能基を有する含フッ素重合体及びパーフルオロポリエーテルが含まれる。
【００１４】
官能基を有する含フッ素重合体としては、フルオロポリエーテル重合体やポリフルオロアルキル重合体が好ましい。
【００１５】
また、パーフルオロポリエーテルの種類は特に制限されるものではないが、アウトガスを低く抑えるためには、できるだけ蒸気圧の低いものを使用することが好ましい。
【００１６】
潤滑膜１１は、上記の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との混合物とすることもできるし、官能基を有する含フッ素重合体からなる被膜を下層とし、その上にパーフルオロポリエーテルからなる被膜を積層した２層膜とすることもできる。尚、潤滑膜１１を混合物で形成する場合は、官能基を有する含フッ素重合体は一般に蒸気圧がパーフルオロポリエーテルに比べて高いので、アウトガスを抑えるために、含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテルの合計量に対する含フッ素重合体の量を１〜３０質量％とすることが好ましい。
【００１７】
また、潤滑膜１１の膜厚は、混合物及び２層膜の場合とも、０．３〜２．０μｍとすることが好ましい。潤滑膜１１の膜厚が０．３μｍ未満の場合には、潤滑性が不充分となり、直動案内装置１の耐久性が低下するおそれがある。また、潤滑膜１１の膜厚が２．０μｍを超えると、潤滑膜１１の剥離が起こりやすくなり、発塵量が増すおそれがある。尚、２層膜とする場合には、官能基を有する含フッ素重合体からなる下層と、パーフルオロポリエーテルからなる上層とをほぼ同じ膜厚とすることが好ましい。
【００１８】
潤滑膜１１の成膜方法は、官能基を有する含フッ素重合体を溶解した溶液と、パーフルオロポリエーテルを溶解した溶液とを調製し、両液を混合して、もしくは別々に、案内レール２の軌道面、スライダ３の軌道面、ボール６の表面、保持器７の表面に塗工すればよい。
【００１９】
また、案内レール２の軌道面、スライダ３の軌道面、ボール６の表面、保持器７の表面には、硬質層１２が形成されることがより好ましい。これにより、耐摩耗性、耐焼付き性、耐凝着性が向上して耐久性がより良好となる。更に、摩耗により新生面が露出した金属表面は触媒的な作用を有しているため、パーフルオロポリエーテルを分解してアウトガスが発生する場合があるが、これらの表面に金属化合物等からなる硬質層１２が形成されていれば、前述のような不具合が生じ難くアウトガスの発生を抑制できる。
【００２０】
硬質層１２としては、例えば無電解ニッケルメッキ、セラミックカニゼン、カニボロン等のメッキ膜；グラファイトライクカーボン（ＧＬＣ）、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の炭素膜；フッ素重合硬質膜（ＦＨＣ）；炭化ケイ素（ＳｉＣ）膜；窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）、窒化チタンクロム（ＴｉＣｒＮ）等のチタン膜及び窒化クロム（ＣｒＮ）膜が挙げられる。また、硬質層１２は、いわゆる溶射で形成された膜であってもよい。そのときの溶射材料としては、例えばセラミックス、サーメット、炭化物等が挙げられる。中でも、Ｃｒ３Ｃ２、ＴｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３、Ｃｏ−ＷＣ、（Ｎｉ−Ｃｒ）−Ｃｒ３Ｃ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｃ３、Ｃｒ２Ｃ３−ＳｉＯ−ＴｉＯ２及び（Ｃｏ−ＷＣ）−（Ｎｉ−Ａｌ）が好ましい。
【００２１】
上記のリニアボールベアリング１は、従来と同様に作動するが、転動体還流溝５内を循環するボール６，６は、潤滑膜１１による良好な潤滑作用を受けて円滑に転動する。その際、潤滑膜１１は、低蒸気圧材料である含フッ素重合体及びパーフルオロポリエーテルからなり、しかも薄く成膜されていることから、低発塵、低アウトガスとなり、使用環境を汚染することはない。また、硬質膜１２を付加することにより、耐摩耗性、耐焼付き性、耐凝着性が向上して耐久性がより良好となる。更に、パーフルオロポリエーテルが分解ガスしてアウトガスが発生するのを抑制できる。
【００２２】
（第２の実施形態：ボールガイド）
次に、本発明の第２実施形態としてボールガイドを例示する。図５はボールガイドの一例を案内レールの長手方向に沿って示す断面図であり、図６は案内レールと直交する断面図、図７は図６の一部を拡大した図である。尚、以下の説明において、第１の実施形態と同様な機能や効果を発揮する構成には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２３】
ボールガイド１３は、外周面に軌道溝（図示せず）を有する丸棒状の案内レール２と、案内レール２に外嵌される円筒形のスライダ１４とを備える。スライダ１４の内側には案内レール２と対向して軌道面１５が形成されており、この軌道面１５と案内レール２との隙間に、保持器１６が配設される。保持器１６には、スライダ１４のほぼ全長にわたり円形状に開口するポケット１７が、周方向に等間隔で複数個形成されており、ボール６，６は各ポケット１７に転動自在に収容される。これら案内レール２やスライダ１４、ボール６、保持器１６は、第１実施形態と同質の材料から形成される。
【００２４】
また、図７に示すように、ボールガイド１３の案内レール２の軌道面、スライダ１４の軌道面１５、ボール６の表面、保持器１６のポケット周端面（ボール６との対向面）には、潤滑膜１１及び硬質層１２が形成されている。これら潤滑膜１１及び硬質層１２は、第１実施形態の対応部材と同様の材料で、同様にして形成されればよい。
【００２５】
上記のボールガイド１３は、ボール６の転動に伴って案内レール２の軌道面に沿ってスライダ１４が直進する。その際、潤滑膜１１及び硬質層１２は、第１実施形態と同様に機能して良好な潤滑を維持し、また使用環境を汚染することもない。
【００２６】
（第３の実施形態：リニアローラベアリング）
次に、本発明の第３実施形態としてリニアローラベアリングを例示する。図８はリニアローラベアリングの一例を案内レールの長手方向に沿って示す断面図であり、図９は案内レールと直交する断面図、図１０は図９の一部を拡大した図である。尚、以下の説明において、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様な機能や効果を発揮する構成には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
リニアローラベアリング１８は、案内レール１９と、案内レール１９上に載置された直方体状のスライダ２０とを備える。案内レール１９は丸棒状で、外周面の一部が長手方向に全長にわたり欠切されて平面が形成されており、この平面が案内面２１となってスライダ２０のローラ２６が載置される。スライダ２０の内部には、案内面２１の全幅よりも若干広い幅で、案内レール１９と直交する断面形状が矩形（図９）で、側面形状がオーバル状（図８）の循環溝２２が凹設されており、案内レール１９の案内面２１と対向する面が軌道面２３とされている。循環溝２２には、複数の転動体であるローラ２６が配置される。ローラ２６は、一対の円柱部材２７が車軸２８で結合されて構成されている。また、ローラ２６の車軸２８は、案内レール１９を平行に延びる棒状の保持器２９により循環溝２２の案内面２３に向かって押圧されており、ローラ２６の脱輪を防止している。これら案内レール１９やスライダ２０及びローラ２６は、第１実施形態及び第２実施形態のそれぞれの対応部材と同質の材料で形成される。尚、スライダ２０の相手材は案内レール１９である必要はなく、転動面を有する平面であればよく、板状の部材もあり得る。
【００２８】
また、図１０に示されるように、案内レール１９の案内面２１、スライダ２０の軌道面２３、ローラ２６の表面には、潤滑膜１１及び硬質層１２が形成される。潤滑膜１１及び硬質層１２は、図示は省略するが、保持器２９の表面、循環溝２２の側壁にも形成することができる。これら潤滑膜１１及び硬質層１２は、第１実施形態及び第２実施形態と同様の材質で、同様にして形成されればよい。
【００２９】
上記のリニアローラベアリング１８は、ローラ２６の転動に伴って案内レール１９に沿いつつスライダ２０が直進する。ローラ２６は、スライダ２０の直進移動に応じて、循環溝２２を循環する。その際、ローラ２６の表面と、スライダ２０の軌道面２３及び案内レール１９の案内面２１とが転がり接触するが、潤滑膜１１及び硬質層１２の作用により、良好な潤滑が維持され、また使用環境の汚染もない。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、耐久性に優れ、使用環境を汚染することがない直動案内装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態であるリニアボールベアリングの一例を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１の案内レールと直交する面における断面図である。
【図３】図１のスライダの一部を切欠して示す図である。
【図４】図３の部分拡大図である。
【図５】本発明の第２実施形態であるボールガイドの一例を概略的に示す部分断面図である。
【図６】図５の案内レールと直交する面における断面図である。
【図７】図６の部分拡大図である。
【図８】本発明の第３実施形態であるリニアローラベアリングの一例を示す部分断面図である。
【図９】図８の案内レールと直交する面における断面図である。
【図１０】図９の部分拡大図である。
【符号の説明】
１　リニアボールベアリング
２　案内レール
３　スライダ
６　ボール
７　保持器
１１　潤滑膜
１２　硬質層
１３　ボールガイド
１４　スライダ
１６　保持器
１７　ポケット
１８　リニアローラベアリング
１９　案内レール
２０　スライダ
２１　案内面
２２　循環溝
２３　軌道面
２６　ローラ
２９　保持器
【図１】
2004019922.tif 000003
【図２】
2004019922.tif 000004
【図３】
2004019922.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004019922.tif 000009
【図８】
2004019922.tif 000010
【図９】
2004019922.tif 000011
【図１０】
2004019922.tif 000012