(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の転動体であるボールと、前記複数のボールが転動する条溝が形成された案内軸と、前記ボールを介して前記案内軸に沿って直動自在に支持され、前記ボールが通過する通路孔を有する移動部材と、前記移動部材の前記通路孔に挿入された断面が円形の中空円筒状の筒体とを備えた高温真空環境下で用いられる直動軸受であって、
前記筒体は潤滑剤が気孔内に真空含浸された多孔質体から構成され、
前記案内軸及び前記移動部材は、金属材料であるＳＵＳ４４０Ｃで構成され、
前記案内軸のボール接触面及び前記移動部材のボール接触面には、前記金属材料及び前記潤滑剤と接着性の高い官能基を有するフルオロポリエーテル化合物又はポリフルオロアルキル化合物からなる膜厚が０．１〜０．４μｍのゲル状のフッ素高分子薄膜が形成されており、
前記多孔質体は、四フッ化エチレン重合体と気孔形成剤とを含む成形用組成物を中空円筒状に押出成形して得られた気孔を有する押出成形品の前記四フッ化エチレン重合体による多孔質体であり、
前記多孔質体の気孔率が１０〜３０％の範囲内に設定されているとともに、前記多孔質の気孔内への前記潤滑剤の含浸率が前記多孔質体内部の空間容積に対し９０〜１００％の範囲内に設定され、
前記潤滑剤は、２０℃における動粘度が５００〜１０００ｃＳｔで、２０℃における蒸気圧が１０-12〜１０-9ｔｏｒｒのフッ素オイルで構成されており、
前記ボールが前記筒体内を通過して、この筒体に含浸保持された前記潤滑剤としての前記フッ素オイルが前記ボールに供給され、かつ前記ボールが前記案内軸の前記条溝を転走する度に、前記ボールに供給された前記フッ素オイルが前記フッ素高分子薄膜に補給されるようにしたことを特徴とする直動軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体製造装置、液晶製造装置に組み付けて用いられる直動軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体製造装置内の搬送系などには、直動軸受が用いられている。この直動軸受は、高温真空環境下で使用される場合があり、複数の転動体と、前記複数の転動体が転動する条溝が形成された案内軸と、前記転動体によって案内軸に直動自在に支持された移動部材とを備えており、移動部材及びこの部材に連結された可動部品が案内軸に沿って移動するのを支承することができる。このような直動軸受では、複数の転動体が案内軸などと接触して転動するので、長期にわたり安定して使用するためには良好な潤滑性が要求されている。また、最近では、メンテナンスフリーの実現が要求されており、特に半導体製造装置においてはクリーンルーム化も要求されていることから、低発塵性を備えた直動軸受に対する要望は強い。
このようななか、移動部材の内部に設けられた転動体の通路孔内に、超高分子量のポリエチレン微粒子を焼結させて得た多孔質体の孔内に潤滑剤を浸漬（ディッピング）により含浸させてなるスリーブを挿入する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−８２４６９号公報（第７頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の技術では、潤滑剤を浸漬（ディッピング）により含浸させているので、スリーブの内外周面に潤滑剤が付着してしまったり、多孔質体への潤滑剤の含浸が不充分になってしまったりする。このため、このようなスリーブを用いた直動軸受では、特に真空環境下での使用において、良好な低発塵性や潤滑性を確保できないという問題がある。また、上記の技術では、ポリエチレンを用いているので、耐熱性が低いという問題もある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、長期にわたり安定して潤滑剤の供給が可能で、しかも発塵が有効に抑制された直動軸受の提供をその目的とする。また、耐熱性にも優れた直動軸受の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の直動軸受は、複数の転動体であるボールと、前記複数のボールが転動する条溝が形成された案内軸と、前記ボールを介して前記案内軸に沿って直動自在に支持され、前記ボールが通過する通路孔を有する移動部材と、前記移動部材の前記通路孔に挿入された断面が円形の中空円筒状の筒体とを備えた高温真空環境下で用いられる直動軸受であって、
前記筒体は潤滑剤が気孔内に真空含浸された多孔質体から構成され、
前記案内軸及び前記移動部材は、金属材料であるＳＵＳ４４０Ｃで構成され、
前記案内軸のボール接触面及び前記移動部材のボール接触面には、前記金属材料及び前記潤滑剤と接着性の高い官能基を有するフルオロポリエーテル化合物又はポリフルオロアルキル化合物からなる膜厚が０．１〜０．４μｍのゲル状のフッ素高分子薄膜が形成されており、
前記多孔質体は、四フッ化エチレン重合体と気孔形成剤とを含む成形用組成物を中空円筒状に押出成形して得られた気孔を有する押出成形品の前記四フッ化エチレン重合体による多孔質体であり、
前記多孔質体の気孔率が１０〜３０％の範囲内に設定されているとともに、前記多孔質の気孔内への前記潤滑剤の含浸率が前記多孔質体内部の空間容積に対し９０〜１００％の範囲内に設定され、
前記潤滑剤は、２０℃における動粘度が５００〜１０００ｃＳｔで、２０℃における蒸気圧が１０-12〜１０-9ｔｏｒｒのフッ素オイルで構成されており、
前記ボールが前記筒体内を通過して、この筒体に含浸保持された前記潤滑剤としての前記フッ素オイルが前記ボールに供給され、かつ前記ボールが前記案内軸の前記条溝を転走する度に、前記ボールに供給された前記フッ素オイルが前記フッ素高分子薄膜に補給されるようにしたことを特徴としている。
上記の構成によれば、潤滑剤が気孔内に真空含浸された多孔質体から構成された断面が円形の中空円筒状の筒体が通路孔に挿入されているので、転動体であるボールが筒体中を転動している際に、真空含浸により気孔内に適量の潤滑剤を保持した筒体から微量の潤滑剤を滲みださせることができる。また、潤滑剤の滲みだしは、多孔質体の毛細管現象により行われるので、潤滑剤供給過多とならず、余剰の潤滑剤が発塵（飛散）してしまうといったことも有効に抑制される。
【０００７】
また、気孔率が１０〜３０％の範囲内である多孔質体に、前記多孔質の気孔内への前記潤滑剤の含浸率が前記多孔質体内部の空間容積に対し９０〜１００％の範囲内で潤滑剤を含浸させた断面が円形の中空円筒状の筒体が通路孔に挿入されているので、ボールが筒体中を転動している際に、適量の潤滑剤を保持した筒体の気孔から微量の潤滑剤を滲みださせることができる。また、潤滑剤の滲みだしは、多孔質体の毛細管現象により行われるので、潤滑剤供給過多とならず、余剰の潤滑剤が発塵（飛散）してしまうといったことも有効に抑制される。さらに、上記筒体は、移動部材の通路孔に挿入されてボールが転動するのに充分な機械的強度を備え、しかも適量の潤滑剤を含浸保持しているという利点を有する。
【０００８】
上記直動軸受において、前記案内軸のボール接触面及び前記移動部材のボール接触面には、前記金属材料及び前記潤滑剤と接着性の高い官能基を有するフルオロポリエーテル化合物又はポリフルオロアルキル化合物からなる膜厚が０．１〜０．４μｍのゲル状のフッ素高分子薄膜が形成されており、ボールと案内軸または移動部材との接触に際し、前記フッ素高分子薄膜からも潤滑剤が供給されるので、長期にわたり安定してボールを転動させることができる。前記案内軸及び前記移動部材は、金属材料であるＳＵＳ４４０Ｃで構成され、かつ前記フッ素高分子薄膜の官能基が、金属及び潤滑剤と接着性を有する官能基であるので、この官能基が金属製の案内軸等とフッ素高分子薄膜との密着性を高めるとともに、ボール表面に供給された潤滑剤との密着性も高めるために潤滑剤が発塵（飛散）するのを一層抑制することができる。また、ボールの循環により、前記筒体に含浸保持された潤滑剤をフッ素高分子薄膜に補給することもできるので、より一層、長期にわたり安定してボールを転動させることができるという利点を有する。
【０００９】
また、上記直動軸受において、前記潤滑剤の２０℃における動粘度が５００〜１０００ｃＳｔで、２０℃における蒸気圧が、１０-9ｔｏｒｒ以下に設定されているので、アウトガスを抑制することができる。
さらに、上記第１、第２の直動軸受において、前記潤滑剤が、フッ素オイルであるので、耐熱性を向上させることができる。
また、上記直動軸受において、前記多孔質体が、四フッ化エチレン重合体により形成されているので、耐熱性を向上させることができるとともに、発塵寿命を向上させることができる。また、前記潤滑剤がフッ素オイルで、前記多孔質体が四フッ化エチレン重合体で形成されているので、フッ素オイルが四フッ化エチレン重合体に馴染みやすいために気孔内への含浸率を高くしやすいとともに、耐熱性にも優れた直動軸受になるという利点を有する。
【００１０】
さらに、上記直動軸受において、前記金属材料及び前記潤滑剤と接着性の高い官能基を有するフッ素高分子薄膜が、ゲル状の薄膜であり、硬質の薄膜ではないので、その表面をボールが転動しても摩耗粉が発生しにくいという利点がある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の直動軸受によれば、長期にわたり安定してボールに潤滑剤を供給でき、しかも発塵を有効に抑制することができる。また、フッ素樹脂により形成された多孔質体にフッ素オイルを含浸させている筒体を用いる場合には、耐熱性にも優れた直動軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の直動軸受の一実施形態を示す横断面図であり、図２は縦断面図である。この直動軸受は、例えば半導体製造装置内の搬送系に組み込まれて高温真空環境下で用いられるものであり、トラックレール（案内軸）１と、複数のボール（転動体）２と、これらボール２を介してトラックレール１に沿って直動自在に支持されたスライダ（移動部材）３とを備えて構成されている。
【００１３】
トラックレール１は、例えばＳＵＳ４４０、ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３０４等の金属材料により形成された断面略矩形状の棒状体であり、その左右両側面に条溝１ａ、１ａが長手方向（軸方向）に沿って延設されている。この条溝１ａ、１ａは、例えば断面半円形状に形成されており、ボール２が脱落することなくスライダ３がトラックレール１に沿って移動することができるようになっている。
ボール２は、例えばＳＵＳ４４０、ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３０４等の金属材料により真球状に形成されたものである。そして、全てのボール２は、実質的に同一の大きさに形成されている。
【００１４】
スライダ３は、例えばＳＵＳ４４０、ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３０４等の金属材料を用いて形成されたものであり、ケーシング３ａと、このケーシング３ａの両端側（図２の左右側方側）にそれぞれ着脱可能に取り付けられた側板３ｂ、３ｂとを備えている。ケーシング３ａには、トラックレール１の長手方向と平行な方向に延設された前記ボール２が循環する通路孔３ｃが設けられている。また、側板３ｂ、３ｂには、前記トラックレール１の条溝１ａ、１ａと上記通路孔３ｃとの間でボール２が行き来できるように、半円状に湾曲した通路孔３ｄ、３ｄがそれぞれに設けられている。ケーシング３ａの通路孔３ｃは、側板の通路孔３ｄ、３ｄよりも若干大きく形成されており、筒体２１を挿入してもボール２が循環できるようになっている。
【００１５】
そして、上記ケーシング３ａの通路孔３ｃ、３ｃ内には、その内周面に沿って、このケーシング３ａとは別体の筒体２１が挿入されている。この筒体２１は、その外径が前記通路孔３ｃ、３ｃの内径と実質的に同じで、その内径が前記ボール２の直径と殆ど同じかそれよりも若干大きく設定されている。なお、筒体２１は、前記ケーシング３ａの通路孔３ｃ、３ｃに挿入できるとともに、前記ボール２が転動できるのであれば、特に制限はないが、通常、中空円筒状（断面が円形）に形成される。
【００１６】
上記筒体２１は、例えば中空円筒状に成形された多孔質体と、この多孔質体の孔内に充填された潤滑剤とから構成されている。ここで、多孔質体の気孔率は、１０〜３０％の範囲内に設定されている。１０％未満であると、潤滑剤を充填するための空間容積が少なすぎて、その空間容積に潤滑剤を充填しても充分に潤滑作用を発揮できないおそれがあるからである。逆に、３０％を超えると、機械的強度が不足したり、ボール２への潤滑剤の供給量が多くなりすぎて発塵を有効に抑制できないおそれがあるからである。また、多孔質体中の孔の大きさは、気孔径が平均で数１０μｍ程度が好ましく、さらに好ましくは３０〜７０μｍである。さらに、潤滑剤の充填率は、前記多孔質体内部の空間容積に対し９０〜１００％の範囲内に設定されている。潤滑剤の充填率が小さいと、長期にわたり安定して潤滑剤を供給することができないおそれがあるからである。
【００１７】
上記多孔質体は、例えば合成樹脂と公知の気孔形成剤とを含む成形用組成物を準備し、これを筒状に押出成形することにより製造することができる。合成樹脂としては、四フッ化エチレン重合体等のフッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等を用いることができる。なかでも、フッ素樹脂を用いて得た多孔質体は、耐熱性（例えば２６０℃）を備えるとともに、潤滑剤が枯渇した場合でもボールとの接触により生じた摩耗粉がボールに付着することで潤滑切れを有効に抑制することができるという利点がある。なお、上記多孔質体は、例えば超高分子量の合成樹脂微粒子を押し固めた状態で所定の金型に充填し加熱成形することによっても製造することができるが、このようにして得られた多孔質焼結樹脂体は、押出成形品に比べ機械的強度に劣るので、押出成形により製造するのが好適である。
【００１８】
上記のような多孔質体の孔内に充填される潤滑剤は、動粘度（２０℃）が５００〜１０００ｃＳｔの範囲内で、かつ蒸気圧（２０℃）が１０-9ｔｏｒｒ以下、好ましくは１０−１２〜１０-9の範囲内のフッ素オイルである。フッ素オイルは耐熱性（例えば３００℃）や化学的安定性に優れているため、特に高温環境下で使用される半導体製造装置用の直動軸受として好適である。
なお、潤滑剤の蒸気圧（２０℃）が１０-9ｔｏｒｒを超えると、潤滑剤が容易に揮発してしまい、長期にわたり安定して直動軸受を使用できないおそれがある。また、潤滑剤の動粘度（２０℃）が５００ｃＳｔ未満であると、ボール２表面に適切な厚みの液膜（油膜）が形成されなかったり、形成された液膜（油膜）が維持されなかったりして、潤滑剤が飛散したり、潤滑剤が微粒子となって発塵したりするおそれがある。逆に、１０００ｃＳｔを超えると、多孔質体からボール２表面に適量の潤滑剤が供給されにくく、充分な潤滑作用を得られないおそれがある。
【００１９】
上記筒体２１は、前記多孔質体に潤滑剤を真空含浸することにより製造することができる。詳細には、前記多孔質体を真空含浸装置に導入して減圧し、潤滑剤を添加することで含浸させる方法、あるいは前記潤滑剤の浴中に多孔質体を浸漬し、そのまま減圧して含浸させる方法により製造することができる。多孔質体への潤滑剤の含浸方法として、真空含浸を採用すると、多孔質体の孔内への含浸率を容易に高めることができるという利点がある。なお、真空含浸の条件は、多孔質体の気孔率、潤滑剤の種類等に応じて適宜に設定されるが、前記多孔質体内部の空間全てが潤滑剤で満たされる条件で真空含浸を行うことが好ましい。
【００２０】
上記筒体２１を備えた直動軸受において、トラックレール１及びスライダ３の全表面には、非常に薄い、官能基を有するフッ素高分子薄膜が形成されている。詳細には、図３及び図４に示すように、上記トラックレール１の条溝１ａ、１ａの表面（ボール接触面）を含めトラックレール１の全表面、上記条溝１ａ、１ａと対向するケーシング３ａの表面（ボール接触面）３ｅ、３ｅ及び側板３ｂ、３ｂの表面を含めスライダ３の全表面には、膜厚がサブミクロンオーダの、官能基を有するフッ素高分子薄膜１１が形成されている。このフッ素高分子薄膜１１は、三次元網目構造体状で、摩擦抵抗が極めて小さく、ボール２の転動により摩耗粉が発生しにくい程度の流動性を示すゲル状薄膜である。このようなフッ素高分子薄膜１１は、例えばフルオロポリエーテル化合物、ポリフルオロアルキル化合物等のフッ素原子を複数有する化合物を１種又は２種以上用いて形成することができる。ここで、フルオロポリエーテル化合物は、−ＣxＦ2x−Ｏ−（Ｘは１〜４の整数）で表される構造単位を有する化合物であり、その数平均分子量（Ｍｎ）が１，０００〜５０，０００程度のものである。また、ポリフルオロアルキル化合物は、アルキル基中の複数の水素原子がフッ素原子に置換されたフルオロアルキル基を有する化合物であり、その数平均分子量（Ｍｎ）が１，０００〜５０，０００程度のものである。
【００２１】
上記フルオロポリエーテル化合物、ポリフルオロアルキル化合物等のフッ素原子を複数有する化合物は、トラックレール１、スライダ３の構成材料である金属や上記潤滑剤と接着性の高い官能基を１種又は２種以上有していることが好ましい。このような官能基としては、アルコール基、エポキシ基、アミノ基、カルボキシル基、水酸基、メルカプト基、イソシアネート基、スルフォン基、エステル基等があげられる。
【００２２】
上記フルオロポリエーテル化合物のうち好適なものとしては、下記の化学式（ａ１）〜（ａ１０）で表される化合物があげられる。また、上記ポリフルオロアルキル化合物のうち好適なものとしては、下記の化学式（ｂ１）〜（ｂ１３）で表される化合物があげられる。
【００２３】
【化１】
0004670113.tif 000002
【００２４】
【化２】
0004670113.tif 000003
【００２５】
さらに具体的には、モンテカチーニ社製のフォンブリンＹスタンダード、フォンブリンエマルジョン（ＦＥ２０、ＥＭＯ４等）、フォンブリンＺ誘導体(FONBLIN Z DEAL、FONBLIN Z DIAC、FONBLIN Z DISOC、FONBLIN Z DOL、FONBLIN Z DOLTX2000、FONBLIN Z TETRAOL等)が好適に用いられる。また、動粘度（２０℃）が１０００〜２２００ｃＳｔの範囲内のものが好ましい。
【００２６】
上記フッ素高分子薄膜１１は、例えばつぎのようにして形成することができる。すなわち、まず、前記フッ素原子を複数有する化合物を溶媒中に分散させたコーティング液を調製する。ここで、コーティング液の濃度は、１０重量％以下、好ましくは５〜１０重量％という低濃度に設定されている。つづいて、得られたコーティング液を装填した浸漬槽中にトラックレール、スライダを浸漬して数回回転する。これにより、トラックレール、スライダの表面にコーティング液膜を形成する。なお、浸漬に限らず、スプレー塗布等によりコーティング液膜を形成してもよい。また、コーティング液膜を特定の部位のみに形成したい場合には、マスキング等を施してから、浸漬、スプレー塗布等を行えばよい。さらに、コーティング液膜を形成したい部位に対し、例えば微量注入可能な注射器を用いてコーティング液膜を形成するようにしてもよい。その後、例えば４０〜５０℃で３分間加熱することにより、コーティング液膜中の溶媒を除去する。つづいて、例えば８０〜１８０℃の温度で１５〜７０分間、加熱する。こうして、膜厚がサブミクロンオーダ（好適には０．１〜０．４μｍ、例えば０．２μｍ）のフッ素高分子薄膜を形成することができる。なお、所望の膜厚にすべく、上記した一連の製膜工程を複数回行うようにしてもよい。
【００２７】
上記のように構成された本形態に係る直動軸受は、ボール２が循環する通路孔３ｃ内に、気孔率が１０〜３０％の範囲内で気孔を有する多孔質体の前記気孔に真空含浸により含浸率が９０〜１００％という高い含浸率で潤滑剤を含浸させた多孔質体からなる筒体２１が挿入されているので、ボール２が筒体２１内を転動中に当該筒体２１を構成する多孔質体の毛細管現象により潤滑剤が滲みだして、ボール２に微量の潤滑剤を供給することができる。また、潤滑剤が多く供給されるために余剰の潤滑剤が発塵（飛散）してしまうといったことも有効に抑制することができる。さらに、トラックレール１の条溝１ａ、１ａ及びこの条溝１ａ、１ａと対向するケーシング３ａの表面に官能基を有するフッ素高分子薄膜１１が形成されているので、このフッ素高分子薄膜１１からも潤滑剤が供給され、長期にわたり安定してボール２を転動させることができる。フッ素高分子薄膜１１の官能基が金属と接着性を有する官能基であるので、金属製のトラックレール１等とフッ素高分子薄膜１１との密着性が高くなり、フッ素高分子薄膜１１が剥離しにくいという利点がある。また、フッ素高分子薄膜１１の表面に筒体２１に含浸保持された潤滑剤と接着性のある官能基が露出しているので、潤滑剤の発塵（飛散）を有効に抑制することができる。さらに、ボール２の循環により、筒体２１に含浸保持された潤滑剤をフッ素高分子薄膜１１に補給することもできるので、より一層、長期にわたり安定してボール２を転動させることができる。また、フッ素樹脂製の多孔質体にフッ素オイルを含浸させているので、フッ素オイルがフッ素樹脂に馴染みやすいために含浸率を高くしやすいとともに、耐熱性（２００℃以上）にも優れるという利点がある。さらに、本形態では、スライダ３がトラックレール１に沿って移動する際にそのトラックレール１とスライダ３とが接触したとしても、その接触面を含めてトラックレール１とスライダ３の全表面にフッ素高分子薄膜１１が形成されているので、ボール２との接触以外の接触に起因する発塵や摩耗をも有効に抑制することができるという利点もある。
【００２８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、筒体２１は、複数に分割されてケーシング３ａの通路孔３ｃに挿入されていてもよい。また、官能基を有するフッ素高分子薄膜１１は、ボール２の表面に形成されていてもよい。さらに、本発明の直動軸受は、高温真空環境下で使用される半導体製造装置の搬送系以外にも用いることができるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の直動軸受の一実施形態を示す横断面図である。
【図２】本発明の直動軸受の一実施形態を示す縦断面図である。
【図３】図１の破線Ａで囲まれた部分の拡大断面図である。
【図４】図１の破線Ｂで囲まれた部分の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    トラックレール（案内軸）
１ａ  条溝
２    ボール（転動体）
３    スライダ（移動部材）
３ａ  ケーシング
３ｂ  側板
３ｃ  ケーシングの通路孔
３ｄ  側板の通路孔
１１  官能基を有するフッ素高分子薄膜
２１  筒体
【図１】
0004670113.tif 000004
【図２】
0004670113.tif 000005
【図３】
0004670113.tif 000006
【図４】
0004670113.tif 000007