(57)【要約】【課題】  長期間にわたり滑らかに安定して作動しかつトルク性能に優れた直動装置及びリテーニングピースを提供する。【解決手段】  軸方向に延びる案内レール１と、案内レール１に案内されて軸方向に相対移動するスライダ２と、案内レール１とスライダ２との間に介在しスライダ２の相対移動に伴って転動する複数のボールＢ，Ｂと、隣接するボールＢ，Ｂの間に介装されるリテーニングピース３０と、を備えるリニアガイド１０において、リテーニングピース３０を水熱合成されたセラミックスで構成する。これにより、リテーニングピース３０が耐摩耗性に優れているので、リニアガイド１０が長期間安定して滑らかに作動する。さらに、摩耗粉の発生によるリニアガイド１０のトルクの上昇が抑制される。【選択図】図２
2005114094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延びる案内部材と、前記案内部材に案内されて前記軸方向に相対移動する可動部材と、前記案内部材と前記可動部材との間に介在し該可動部材の相対移動に伴って転動する複数の転動体と、隣接する前記転動体の間に介装されるリテーニングピースと、を備える直動装置において、
前記リテーニングピースを、水熱合成されたセラミックスで構成したことを特徴とする直動装置。
【請求項２】
軸方向に延びる案内部材と、前記案内部材に案内されて前記軸方向に相対移動する可動部材と、前記案内部材と前記可動部材との間に介在し該可動部材の相対移動に伴って転動する複数の転動体と、を備える直動装置において、隣接する前記転動体の間に介装されるリテーニングピースであって、
水熱合成されたセラミックスで構成されていることを特徴とするリテーニングピース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直動装置及びリテーニングピースに関する。
【背景技術】
【０００２】
多数個の転動体の転がりを利用した直動装置としては、いわゆるリニアガイド、リニアボールベアリング等の直動案内軸受やボールねじ装置等があり、多くの産業機械の重要な機械要素として使用されている。これらの直動装置には、転動体の滑らかで安定した作動性や低騒音などの特性が共通して要求されている。そこで、こうした要求に応える手段として、転動体である負荷ボール間に、直径が若干小さいスペーサーボールを介装することが採用されている。しかし、スペーサーボールを介装させた場合には、負荷ボール間の間隔が長くなるので、必然的に直動装置の負荷容量や剛性の低下が避けられないという別の問題が生じている。
【０００３】
これに対して、最近ではスペーサーボールの代わりに、円筒体の両端面にボールを受ける球面状等の凹面を有するリテーニングピース（セパレータともいう）を、隣り合うボールの間に介装させる方法が用いられている（特許文献１参照）。このリテーニングピースで、ボール間の間隔を強制的に等しくし、ボール同士の競合いなどを抑制することにより、直動装置を滑らかに安定して作動させ、低騒音を実現している。これとともに、リテーニングピースを介装させた場合には、スペーサーボールを介装させる場合に比べてボール間の間隔を狭めることができるので、直動装置の負荷容量や剛性の低下を抑制することが可能である。
ところで、従来のリテーニングピースは、６６ナイロンや強化繊維入り６６ナイロン等の合成樹脂材料を用いて射出成形により形成されている。
【特許文献１】特開平１３−１９３７４０号公報
【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、従来の直動装置では、従来材で成形されたリテーニングピースがボールとの摩擦によって摩耗し、この摩耗粉の発生によってトルクが上昇することがあった。特に、半導体製造装置や液晶パネル製造装置などに取付けられている直動装置は、真空環境やクリーン環境で使用されるためフッ素系の潤滑剤が用いられているが、フッ素系の潤滑剤は汎用グリースよりもやや潤滑性が劣るので、リテーニングピースの摩耗の度合いがより大きくなる。また、摩耗の度合いがさらに進むと、リテーニングピースの強度が低下すると共に隣り合うボールの間隔が大きくなるため、リテーニングピースが転倒してボールに噛み込まれ、直動装置が駆動できなくなるおそれがあった。
【０００５】
さらに、従来材の６６ナイロンや強化繊維入り６６ナイロン等の合成樹脂材料で形成されたリテーニングピースは線膨張係数が大きく、直動装置の運転時に温度が上昇すると、リテーニングピースの膨脹が起き、トルク上昇や摩耗の増大という問題が生じやすくなる。
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、長期間にわたり滑らかに安定して作動し、かつ、優れたトルク性能を有する直動装置及びリテーニングピースを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１による直動装置は、軸方向に延びる案内部材と、前記案内部材に案内されて前記軸方向に相対移動する可動部材と、前記案内部材と前記可動部材との間に介在し該可動部材の相対移動に伴って転動する複数の転動体と、隣接する前記転動体の間に介装されるリテーニングピースと、を備える直動装置において、前記リテーニングピースを、水熱合成されたセラミックスで構成したことを特徴とする。
ここで、水熱合成とは、特に高温高圧の水の下に行われる物質の合成法及び結晶成長法であり、本発明におけるセラミックスは、水硬性粉体を含む水硬性組成物から水熱合成されるものである。
【０００７】
このような構成の直動装置であれば、リテーニングピースが耐摩耗性に優れているので、長期間にわたって滑らかに安定して作動し、低騒音であるとともに、リテーニングピースと転動体との接触により発生する摩耗粉が非常に微量であるため、これに起因するトルクの上昇も少ない。また、耐摩耗性に優れたリテーニングピースを備える直動装置であれば、潤滑性に劣るフッ素系の潤滑剤しか使用できない真空環境やクリーン環境、あるいは、境界潤滑になりやすい環境においても好適に使用可能であり、例えば半導体製造装置や液晶パネル製造装置などを構成することができる。
【０００８】
また、このような構成の直動装置は、リテーニングピースの線膨張係数が小さいため、運転時に温度が上昇しても、安定した作動性及び低騒音性を発揮するとともに、リテーニングピースの膨張や摩耗の増大によるトルクの上昇も抑制される。
さらに、本発明の直動装置は、リテーニングピースの曲げ弾性率が大きいので、運転中にリテーニングピースが転倒しても転動体によって噛み込むおそれが少ない。
【０００９】
また、本発明の直動装置は、リテーニングピースが軽量であるため駆動時におけるエネルギの効率も良く、リテーニングピースが不燃性かつ５００℃付近の温度にも耐える耐熱性を有するため高温条件下においても使用できる。さらにまた、セメント等の安価な材料から成形性良くリテーニングピースを形成できるため、直動装置を安価かつ多量に製造可能である。
本発明の請求項２によるリテーニングピースは、軸方向に延びる案内部材と、前記案内部材に案内されて前記軸方向に相対移動する可動部材と、前記案内部材と前記可動部材との間に介在し該可動部材の相対移動に伴って転動する複数の転動体と、を備える直動装置において、隣接する前記転動体の間に介装されるリテーニングピースであって、水熱合成されたセラミックスで構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の直動装置は、水熱合成されたセラミックスで構成したリテーニングピースを用いたので、長期間にわたって滑らかに安定して作動し、かつ、トルク性能に優れている。
本発明のリテーニングピースは、水熱合成したセラミックスで構成されるので、耐摩耗性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において参照する各図においては、他の図と同一又は相当する部分には同一の符号を付してある。
［リテーニングピースについて］
図１は本発明の直動装置に組み込まれるリテーニングピースの実施形態の断面図である。
図１のリテーニングピース３０は、ボールＢの直径より小さい外径の短円柱状に形成されている。その短円柱体の軸線方向の両端面にはボールＢの半径に近似した曲率半径を有する凹面が設けられており、隣接するボールＢ，Ｂの間に介装されたリテーニングピース３０は、該両凹面にて隣接するボールＢ，Ｂを受けるようになっている。これら両凹面の曲率中心は同一軸線Ｊ上にあり、したがって両凹面に挟まれた部分の肉厚は、軸線Ｊ上の両凹面の底部（同図で、貫通孔となっている）に挟まれた部分で最も薄くなっている。また、軸線Ｊ上においてはリテーニングピース３０を挟んでボールＢ同士が最も近接することとなり、リテーニングピース３０の両凹面の底部に挟まれた部分の肉厚はボール間距離と呼ばれる。このように、両凹面は、ボールＢとの摺動面であるため、摩耗が起こりやすくなっている。
【００１２】
次に、リテーニングピース３０の構成材料について説明する。本発明においてリテーニングピース３０は、水硬性組成物から水熱合成されたセラミックスで構成されている。
水硬性組成物は、本実施の形態においては、水硬性粉体、非水硬性粉体、加工性改良剤、及び、必要に応じて補強、増量、成形性改良、撥水等の目的で添加する種々の添加物からなっている。この水硬性組成物を加圧成形し、さらに水熱合成することによりセラミックス成形体とし、このセラミック成形体を必要に応じて機械加工及び表面処理することにより、リテーニングピースを形成する。
【００１３】
水硬性粉体は、水により硬化する粉体を指し、例えば、珪酸カルシウム化合物粉体、カルシウムアルミネート化合物粉体、カルシウムフルオロアルミネート化合物粉体、カルシウムサルファアルミネート化合物粉体、カルシウムアルミノフェライト化合物粉体、リン酸カルシウム化合物粉体、半水又は無水石膏粉体、自硬性を有する生石灰粉体、これら粉体の２種類以上の混合物粉体が例示でき、この代表例として、例えば、ポルトランドセメントのような粉体を挙げることができる。
【００１４】
非水硬性粉体は、単体では水と接触しても硬化することのない粉体を指すが、アルカリ性もしくは酸性状態、又は高圧蒸気雰囲気において、その成分が溶出し、他の既溶出成分と反応して生成物を形成する粉体も含む。このような非水硬性粉体を添加することによって、成形体の成形時の充填率を高め、得られる成形体の空隙率を減少することが可能となり、成形体の寸法安定性を向上することができる。非水硬性粉体の代表例としては、例えば、水酸化カルシウム粉末、二水石膏粉末、炭酸カルシウム粉末、スラグ粉末、フライアッシュ粉末、珪石粉末、粘土粉末、シリカフューム粉末等を挙げることができる。
【００１５】
加工性改良剤は、水硬性組成物から得られる成形体の成形性、脱型性、切削・研削性、研削精度の向上、特に切削・研削性、研削精度の向上に寄与する性質を有する材料を指す。すなわち、加工性改良剤を添加することによって、水硬性組成物からなる混合物は、加圧成形時において加工性改良剤が成形助剤としての役割を果たすため成形性が向上し、また、加工性改良剤によりセメント系硬化体のもろさが改良され、脱型時においては成形体は何ら損傷を受けることなく脱型されるようになり、ひいては作業性も向上する。さらに、水硬性組成物から得られる成形体は脆性材料であるため、概して切削の際には「亀裂型」メカニズムの切削状態を呈するが、加工性改良剤を添加することによって、材料の割れあるいは欠け（微視的な現象も含む）を防止できるようになる。そのため、水硬性組成物から得られた成形体の加工性を金属材料レベルまで改良することができ、旋盤等による切削加工、円筒研削機等による研削加工が金属材料と同等に行えるようになる。よって、所望の寸法に対してマイクロメートルオーダーの精密な加工が行えるようになる。
【００１６】
加工性改良剤としては、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニルアクリル共重合樹脂、酢酸ビニルとベオバ（登録商標）との共重合樹脂、酢酸ビニルマレート共重合樹脂、酢酸ビニルエチレン共重合樹脂、酢酸ビニルエチレン塩化ビニル共重合樹脂、アクリル共重合樹脂、アクリルスチレン共重合樹脂、アクリルシリコン共重合樹脂、少なくとも単量体として酢酸ビニルとベオバ（登録商標）とが重合した３元共重合樹脂、及び、エポキシ樹脂から選ばれた少なくとも１種類以上の樹脂からなる粉末もしくはエマルジョンを例示できる。
【００１７】
その他の添加物としては、機械的強度又は靭性ならびに衝撃抵抗性を向上させるために、樹脂、ガラス、カーボン、金属等からなる強化用繊維を、水硬性粉体と非水硬性粉体との混合粉体に添加することができる。また、成形性の改善剤として、公知のセラミック成形助剤を加えることができる。さらに、材料の硬化時の収縮等による寸法変化の抑制剤として、シリコンオイル等の水の吸収を小さくする撥水剤を添加することができる。
【００１８】
［直動装置について］
次に、上述のように水熱合成されたリテーニングピースが組み込まれた直動装置の例について、図２又は図３を参照して説明する。図２は、リテーニングピースが組み込まれたリニアガイドを説明する図であり、図３は、リテーニングピースが組み込まれたボールねじ装置を説明する図である。
図２のリニアガイド１０は、軸方向に延設された案内レール（案内部材）１と、その上に相対移動可能に跨架された断面コ字形のスライダ（可動部材）２と、を備えている。案内レール１の両側面にはそれぞれ軸方向にボール転動溝３が形成されており、スライダ２のスライダ本体２Ａには、その両袖部の内側面に、それぞれボール転動溝３に対向するボール転動溝５が形成されている。そして、これらの向き合った両ボール転動溝３，５の間に介在する多数の鋼製ボール（転動体）Ｂ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移動できるようになっている。
【００１９】
この移動につれて、案内レール１とスライダ２との間に介在するボールＢは転動してスライダ２の本体２Ａの端部に移動するが、スライダ２を軸方向に継続して移動させていくためには、これらのボールＢを無限に循環させる必要がある。そこで、スライダ本体２Ａの袖部内に更に軸方向に貫通するボール戻り通路としての直線状の貫通孔６を形成すると共に、スライダ本体２Ａの前後両端にエンドキャップ７を設けて、これに上記両ボール転動溝３，５と、貫通孔６とを連通する半ドーナツ状に湾曲したボール循環路８を形成することにより、ボール無限循環軌道９を構成している。
【００２０】
そして、各ボールＢの間には水熱合成されたリテーニングピース３０が介装されており、ボールＢとともにボール無限循環軌道９を循環する。
また、図３のボールねじ装置は、外周面に半円状ねじ溝１１ａを有して軸方向に延びるねじ軸１１に、内周面に半円状ねじ溝１２ａを有するナット１２が嵌合している。そして、ねじ軸１１及びナット１２の対向するねじ溝１１ａ，１２ａの間に充填された多数の鋼製ボール（転動体）Ｂの転動を介して、ねじ軸１１又はナット１２のいずれか一方の回転動作によりねじ軸１１の軸線方向に一方が直線的に相対移動可能になっている。
【００２１】
この移動につれて、ボールＢも両ねじ溝１１ａ，１２ａで形成される螺旋状通路内を転動しつつ移動するが、ナット１２を継続して移動させていくためには、これらのボールＢを無限循環させる必要がある。そこで、略Ｕ字形のボールチューブ１４と、ナット１２に設けられた一対の循環穴１７，１７と、によって、ボールＢを無限に循環させるためのボール循環経路１８が形成されている（図ではボール循環経路１８を２経路設けてある）。この循環穴１７，１７は、前記螺旋状通路に接線方向から連通するように設けられており、ナット１２の外面に開口している。この循環穴１７，１７の開口部には、ボールチューブ１４の両端部が挿入されており、一対の循環穴１７，１７が連結されている。これにより、前記螺旋状通路内を転動するボールＢが循環穴１７との連通部分に達すると、ボール循環経路１８に導入され他方の循環穴１７から再び前記螺旋状通路内に戻されるようになっている。
そして、各ボールＢの間には水熱合成されたリテーニングピース３０が介装されており、ボールＢとともに前記螺旋状経路及びボール循環経路１８内を移動する。
【００２２】
［実施例について］
上述のようにして水熱合成されたセラミックスでリテーニングピースを作製した実施例、及び、６６ナイロン又は強化繊維を３０質量％含有した６６ナイロンでリテーニングピースを作製した比較例について、その線膨張係数及び曲げ弾性率を表１に示す。
【００２３】
【表１】
2005114094.tif 000003
【００２４】
表１に示されるように、セラミックスは線膨張係数が４．０×１０−６［／℃］であり、６６ナイロンや強化繊維を３０質量％含有した６６ナイロンよりも１桁小さいため、直動装置の運転時に温度が上昇しても、リテーニングピースの膨脹がほとんど起こらず、トルク上昇や摩耗の増大が少ない。また、曲げ弾性率についても、比較例よりも実施例の方が大きいので、本実施例のリテーニングピースが介装された直動装置においては、運転中にリテーニングピースが転倒し、転動体がリテーニングピースを噛み込む事態を防止できる。
【００２５】
次に、本実施例のリテーニングピースを組み込まれたボールねじ装置の耐摩耗性試験について説明する。
耐摩耗性試験は、図４に示すように、真空槽４７内にボールねじ装置を取り付けて行った。図４に示すボールねじ装置は、ねじ軸４１に２つのナット４２が嵌合したダブルナット式であり、モータ４４の駆動によってねじ軸４１が回転するとナット４２が軸方向に直線的に移動し、これによりナット４２に取り付けられた直動案内４５を直線移動させるようになっている。耐摩耗性試験においては、コイルばね４３によりナット４２に荷重をかけ、面圧を１．０ＧＰａとなるように調整した。また、ボール循環経路には市販のフッ素グリースを封入し、回転速度を２０００ｒｐｍ、ストローク１８０ｍｍでナット４２を往復運動させ、真空度１０−５Ｐａ中で回転トルクをモニタリングしながら、ナット４２の走行距離が５００ｋｍになるまで試験した。
【００２６】
試験の前後において前記ボール間距離を測定し、その差分を摩耗量とした。その結果を図５に示す。図５には、実施例１の摩耗量を１とした場合における相対値が示されている。図５に示されるように、実施例１は、従来材を用いた比較例１、２に比べ、凹面の摩耗量比が１／１０以下であり、耐摩耗性が優れている。
また、試験中にモニタリングしたトルクを図６に示す。実施例１は試験始めから終わりまでトルクが安定しているのに対し、比較例１、２はナットの走行距離が増すに従ってトルクが上昇している。これは従来材を使用したリテーニングピースの凹面の摩耗量が大きくナット内にリテーニングピースからの摩耗粉が徐々に溜まるためである。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、真空環境下やクリーン環境下等、特に高温及び真空環境下において使用可能であり、例えば半導体製造装置・液晶パネル製造装置等に好適である。または、本発明は、宇宙環境下等において使用可能であり、例えば商業衛星などに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】直動装置に用いられるリテーニングピースを説明する図である。
【図２】リテーニングピースが組み込まれたリニアガイドを説明する図である。
【図３】リテーニングピースが組み込まれたボールねじ装置を説明する図である。
【図４】耐摩耗性試験の様子を説明する図である。
【図５】耐摩耗性試験において測定した摩耗量を表すグラフである。
【図６】耐摩耗性試験において測定したトルクの変化を表すグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１０          リニアガイド
１            案内レール
２            スライダ
３，５        ボール転動溝
６            貫通孔
７            エンドキャップ
８            ボール循環路
９            ボール無限循環軌道
２０          ボールねじ装置
１１          ねじ軸
１２          ナット
１１ａ，１２ａ       ねじ溝
１４          ボールチューブ
１７          循環穴
１８          ボール循環経路
３０          リテーニングピース
Ｂ            ボール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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