(57)【要約】【課題】  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ボールネジを提供する。【解決手段】  本発明のボールネジは、ネジ軸１と、複数の転動体２と、ナット３と、前記転動体２を循環させるための循環路４とを備えている。そして、前記循環路４に、潤滑剤が真空含浸された多孔質体から構成されてなる筒体２１を挿入するようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋溝を外周面に有するネジ軸と、前記ネジ軸に沿って移動自在に配置され、そのネジ軸の螺旋溝に対応する螺旋溝を内周面に有するナットと、前記ネジ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝との間に転動自在に配置された複数の転動体と、前記ネジ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝との間で前記複数の転動体を循環させるための循環路とを備えたボールネジであって、
前記循環路に、潤滑剤が真空含浸された多孔質体から構成されてなる筒体が挿入されていることを特徴とするボールネジ。
【請求項２】
螺旋溝を外周面に有するネジ軸と、前記ネジ軸に沿って移動自在に配置され、そのネジ軸の螺旋溝に対応する螺旋溝を内周面に有するナットと、前記ネジ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝との間に転動自在に配置された複数の転動体と、前記ネジ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝との間で前記複数の転動体を循環させるための循環路とを備えたボールネジであって、
前記循環路に、潤滑剤が含浸された多孔質体から構成されてなる筒体が挿入されており、かつ、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ていることを特徴とするボールネジ。
【請求項３】
前記ネジ軸の転動体接触面、前記ナットの転動体接触面及び前記転動体の表面のうちの少なくとも一つに、官能基を有するフッ素系高分子薄膜が形成されている請求項１または２記載のボールネジ。
【請求項４】
前記潤滑剤の２０℃における蒸気圧が、１０−９ｔｏｒｒ以下に設定されている請求項１〜３のいずれか一項に記載のボールネジ。
【請求項５】
前記潤滑剤が、フッ素系オイルである請求項１〜４のいずれか一項に記載のボールネジ。
【請求項６】
前記多孔質体が、フッ素樹脂により形成されてなる請求項１〜５のいずれか一項に記載のボールネジ。
【請求項７】
前記官能基を有するフッ素系高分子薄膜が、ゲル状の薄膜である請求項３記載のボールネジ。
【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ボールネジに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体製造装置内の位置決め手段などには、ボールネジが用いられている。このボールネジは、高温真空環境下で使用される場合があり、ネジ軸と、そのネジ軸に外装されるナットと、ネジ軸とナットの双方に設けられた螺旋溝に沿って転動する複数の転動体と、この転動体が循環する循環路とを備えており、複数の転動体が上記ネジ軸及びナットの螺旋溝に沿って転動し循環路を介して循環することで、ネジ軸の軸回りの回転運動をナットの軸方向の直線運動に変換することができる。
【０００３】
このようなボールネジでは、ボールがネジ軸の軸回りの力と軸方向の力とを受けながら転動するので、ボールと両螺旋溝との間において転がり接触と滑り接触の双方が生じる。このため、長期にわたり安定して転動体を転動させるためには、潤滑をいかにして行うかが重要となる。
このようななか、接触面にフッ素系高分子成分からなる固形膜を被膜形成し、さらにその固形膜の表面にフッ素系油成分からなる油膜を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、油膜から供給されるフッ素系油成分が微粒子となって発塵成分となりやすく、特にクリーンルーム化が要求される半導体製造装置などに適用するのが難しいという問題がある。また、螺旋溝の表面上に固形膜を介して油膜を形成しているので、螺旋溝表面に直接油膜を形成する場合に比べ、油膜の剥離は生じにくいものの、長期にわたりボールネジを使用すると、やはり油膜が剥離してしまい、さらなる長寿命化の要求に応えるのは難しいという問題もある。
【０００５】
一方、スライダが複数のボールを介してトラックレールに沿って直線運動をする直動軸受では、ボールが通過する通路孔内に、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）により含浸し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２参照）。しかし、上記の技術では、潤滑剤を浸漬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、この技術をボールネジに転用したとしても、低発塵性や潤滑性の面で充分では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。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２０５２７８号公報（第２頁、第３頁、第１図）
【特許文献２】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】
【０００７】
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ボールネジの提供をその目的とする。また、耐熱性にも優れたボールネジの提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１のボールネジは、螺旋溝を外周面に有するネジ軸と、前記ネジ軸に沿って移動自在に配置され、そのネジ軸の螺旋溝に対応する螺旋溝を内周面に有するナットと、前記ネジ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝との間に転動自在に配置された複数の転動体と、前記ネジ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝との間で前記複数の転動体を循環させるための循環路とを備えたボールネジであって、前記循環路に、潤滑剤が真空含浸された多孔質体から構成されてなる筒体が挿入されていることを特徴としている。
上記の構成によれば、潤滑剤が真空含浸された多孔質体から構成された筒体が循環路に挿入されているので、転動体が筒体中を転動している際に、真空含浸により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。
【０００９】
本発明の第２のボールネジは、螺旋溝を外周面に有するネジ軸と、前記ネジ軸に沿って移動自在に配置され、そのネジ軸の螺旋溝に対応する螺旋溝を内周面に有するナットと、前記ネジ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝との間に転動自在に配置された複数の転動体と、前記ネジ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝との間で前記複数の転動体を循環させるための循環路とを備えたボールネジであって、前記循環路に、潤滑剤が含浸された多孔質体から構成されてなる筒体が挿入されており、かつ、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ていることを特徴としている。
上記の構成によれば、所定の気孔率の多孔質体に所定の含浸率で潤滑剤を含浸させた筒体が循環路内に挿入されているので、転動体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、循環路に挿入されて転動体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。
【００１０】
上記第１、第２のボールネジにおいて、前記ネジ軸の転動体接触面、前記ナットの転動体接触面及び前記転動体の表面のうちの少なくとも一つに、官能基を有するフッ素系高分子薄膜が形成されているのが好ましい。この場合、転動体とネジ軸またはナットとの接触に際し、前記フッ素系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転動体を転動させることができる。特に、前記フッ素系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場合には、この官能基が金属製のネジ軸等とフッ素系高分子薄膜との密着性を高めるとともに、転動体表面に供給された潤滑剤との密着性も高ま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、転動体の循環により、前記筒体に含浸保持された潤滑剤をフッ素系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直動軸受を使用することができるという利点を有する。
【００１１】
また、上記第１、第２のボールネジにおいて、前記潤滑剤の２０℃における蒸気圧が、１０−９ｔｏｒｒ以下に設定されているのが好ましい。この場合、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のボールネジにおいて、前記潤滑剤が、フッ素系オイルであるのが好ましい。この場合、耐熱性を向上させることができる。
また、上記第１、第２のボールネジにおいて、前記多孔質体が、フッ素樹脂により形成されてなるのが好ましい。この場合、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系オイルで、前記多孔質体がフッ素樹脂で形成されている場合には、フッ素系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、耐熱性にも優れたボールネジになるという利点を有する。
【００１２】
さらに、上記第１、第２のボールネジにおいて、前記官能基を有するフッ素系高分子薄膜が、ゲル状の薄膜であるのが好ましい。この場合、硬質の薄膜ではないので、その表面を転動体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】
【００１３】
本発明のボールネジによれば、長期にわたり安定して転動体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系オイルを含浸させている筒体を用いる場合には、耐熱性にも優れたボールネジ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】
【００１４】
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、本発明のボールネジの一実施形態を示す一部縦断面図である。このボールネジは、例えば半導体製造装置内の位置決め手段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、ネジ軸１と、複数のボール（転動体）２と、前記ネジ軸１に複数のボール２を介して移動自在に配置されたナット３と、このナット３に連結され、複数のボール２が循環するサーキュレータチューブ（循環路）４とを備えて構成されている。
【００１５】
ネジ軸１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、その外周面に螺旋溝１ａが形成されている。この螺旋溝１ａは、断面が凹形状（例えばゴシックアーチ状、円弧状）の溝が所定ピッチの螺旋状に形成されてなるものであり、複数のボール２が脱落することなく転動できるようになっている。また、ネジ軸１には、図示しない駆動装置が連結されており、軸回りに回転するよう構成されている。
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。
【００１６】
ナット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、その内周面に前記ネジ軸１の螺旋溝１ａに対応した螺旋溝３ａが形成されている。この螺旋溝３ａは、ネジ軸１の螺旋溝１ａと同様、断面が凹形状（例えばゴシックアーチ状、円弧状）の溝が所定ピッチの螺旋状に形成されてなるものであり、複数のボール２が脱落することなく転動できるようになっている。そして、複数のボール２が螺旋溝１ａ、３ａ間を転動することにより、前記ネジ軸１の回転運動がナット３の直線運動に変換され、ナット３はネジ軸１の軸方向に移動することができる。
【００１７】
サーキュレータチューブ４は、ネジ軸１の軸回りの回転運動により転動するボール２を循環させるためのものであり、ナット２の外方側に取り付けられている。このサーキュレータチューブ４は、例えば断面略円形状で、中央部分が軸方向に平行に配置され、両端部分は折り曲げられてナット３を貫通しており、ネジ軸１の螺旋溝１ａとナット３の螺旋溝３ａとの間で転動するボール２を循環させることができるように構成されている。
【００１８】
そして、サーキュレータチューブ４内には、その内周面に沿って、このサーキュレターチューブ４とは別体の筒体２１が挿入されている。この筒体２１は、その外径が前記サーキュレターチューブ４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、前記サーキュレターチューブ４内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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
上記のような多孔質体の孔内に充填される潤滑剤としては、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の範囲内のフッ素系オイルが好適に用いられる。フッ素系オイルは耐熱性（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ボールネジとして好適である。
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ボールネジ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。
【００２２】
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。
【００２３】
上記筒体２１を備えたボールネジにおいて、ネジ軸１及びナット３の全表面には、非常に薄い、官能基を有するフッ素系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、上記ネジ軸１の螺旋溝１ａの表面（転動体接触面）を含めネジ軸１の全表面、上記ナット３の螺旋溝３ａの表面（転動体接触面）を含めナット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系高分子薄膜１１が形成されている。このフッ素系高分子薄膜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。このようなフッ素系高分子薄膜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。
【００２４】
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、ネジ軸１、ナット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。
【００２５】
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。
【００２６】
【化１】
2005114066.tif 000003
【００２７】
【化２】
2005114066.tif 000004
【００２８】
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。
【００２９】
上記フッ素系高分子薄膜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ネジ軸、ナットを浸漬して数回回転する。これにより、ネジ軸、ナット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）のフッ素系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。
【００３０】
上記のように構成された本形態に係るボールネジは、ボール２が循環する循環路４内に、気孔率が１０〜３０％の範囲内の多孔質体に真空含浸により含浸率が９０〜１００％と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、ネジ軸１の螺旋溝１ａ及びナット３の螺旋溝３ａの表面に官能基を有するフッ素系高分子薄膜１１が形成されているので、このフッ素系高分子薄膜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。特に、フッ素系高分子薄膜１１の官能基が金属と接着性を有する官能基である場合には、金属製のネジ軸１等とフッ素系高分子薄膜１１との密着性が高くなり、フッ素系高分子薄膜１１が剥離しにくいという利点がある。また、フッ素系高分子薄膜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場合には、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系高分子薄膜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系オイルを含浸させている場合には、フッ素系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を有する。さらに、本形態では、ナット３がネジ軸１の軸方向に移動する際にそのナット３とネジ軸１とが接触しても、その接触面を含めてナット３とネジ軸１の全表面にフッ素系高分子薄膜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。
【００３１】
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、複数に分割されて循環路４に挿入されていてもよい。また、官能基を有するフッ素系高分子薄膜１１は、ボール２の表面に形成されていてもよい。さらに、本発明のボールネジは、高温真空環境下で使用される半導体製造装置の位置決め手段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】
【００３２】
【図１】本発明のボールネジの一実施形態を示す一部縦断面図である。
【図２】図１の破線Ａで囲まれた部分を示す断面図である。
【図３】図１の破線Ｂで囲まれた部分を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  ネジ軸
２  ボール（転動体）
３  ナット
４  循環路
１１  官能基を有するフッ素系高分子薄膜
２１  筒体
【図１】
2005114066.tif 000005
【図２】
2005114066.tif 000006
【図３】
2005114066.tif 000007