(57)【要約】【課題】  セパレータを備えているにもかかわらず長期間にわたって安定的な駆動が可能な転動装置を提供する。【解決手段】  リニアガイド装置１００は案内レール１，スライダ２，及び複数のボール３を備えており、各ボール３の間には磁歪材料で構成されたセパレータ８が介装されている。【選択図】    図１
2005076678.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有し前記内方部材の外方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、前記各転動体の間に介装されたセパレータと、を備える転動装置において、前記セパレータの少なくとも一つを磁歪材料で構成したことを特徴とする転動装置。
【請求項２】
前記内方部材，前記外方部材，及び前記転動体のうち少なくとも一つを、非磁性としたことを特徴とする請求項１に記載の転動装置。
【請求項３】
列をなして配された前記複数の転動体の配列方向に沿う方向の歪みが、前記磁歪材料で構成されたセパレータに生じるように、前記セパレータに磁界を印加する磁界印加手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転動装置。
【請求項４】
前記磁界印加手段は、前記転動体が通る通路に巻き付けられたコイルを備えていることを特徴とする請求項３に記載の転動装置。
【請求項５】
前記磁歪材料は、Ｔｂx Ｄｙ1-x Ｆｅy なる式で表される化合物を主成分とし、前記式中のｘは０．３以上０．４以下の数であり、ｙは１．９以上２．１以下の数であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用機械等に使用される転動装置（例えばリニアガイド装置，ボールねじ等）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールねじにおいては、転動体が転動するナットの軌道面及びねじ軸の軌道面に、グリース等の潤滑剤を供給することにより転がり摩擦を減少させて、耐久性（寿命）を向上させている。ところが、このような転動装置を、例えば半導体製造装置や液晶パネル製造装置等において真空下で使用すると、潤滑剤の蒸気が周辺環境を汚染するおそれがあるという問題点があった。
【０００３】
このため、真空下で使用される転動装置には、低蒸気圧の潤滑油や固体潤滑剤等が潤滑剤として用いられていた。固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン等の層状物質、金，銀，鉛等の軟質金属系固体潤滑剤、及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の高分子固体潤滑剤などがあげられる。ところが、これらの固体潤滑剤はガスの発生を抑制することは可能であるものの、固体潤滑剤自身の摩耗により摩耗粉（パーティクル）を発生させるので、摩耗粉が半導体素子のパターン上に付着して回路を短絡させるという不都合が生じるおそれがあった。
【０００４】
このようなことから、例えば特開２００１−２４８７０８号公報には、緻密な窒化層を軌道面に備えるとともに、官能基を有する含フッ素重合体とパーフロロポリエーテル（ＰＦＰＥ）とからなる潤滑剤で、軌道面が被覆された転動装置が提案されている。また、特開２００１−７２９８７号公報には、２０℃における蒸気圧が１．３×１０-9Ｐａ以下であるアルキル化シクロペンタンを主成分とする潤滑剤で、軌道面を被覆した転動装置が提案されている。このような転動装置によれば、潤滑剤の使用量が必要最小限に抑えられ、且つ周辺環境の汚染が抑制される。
【０００５】
しかしながら、このように潤滑剤からのパーティクルの発生を抑制するために潤滑剤の使用量を削減すると、転動装置の構成部材から摩耗粉が発生しやすくなってしまう。特に、転動体同士の接触部では、各転動体の転がり方向が逆となる、いわゆる逆滑り状態となるため、摩耗粉の発生が促進される傾向にある。
そこで、転動体同士の直接的な接触を防いで逆滑り状態が生じることを回避するために、隣接する転動体間にセパレータ（保持ピース）を介装し、このセパレータを転動体の転動に伴って移動させる方法が提案されている。このセパレータは、例えば略円柱形状であり、その円柱の両底面に転動体を保持する凹面が形成されている。また、セパレータは、非強化又は適当な補強材を含有する樹脂組成物の成形体で構成されており、この樹脂組成物の原料である樹脂としては、例えば６６ナイロン等のポリアミド樹脂がよく採用されている。
【特許文献１】特開２００１−２４８７０８号公報
【特許文献２】特開２００１−７２９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的な転動装置においては、転動体を円滑に循環させるために、複数の転動体からなる転動体列に列方向の微小な隙間が設けてある。この隙間が過小であると、転動体が円滑に回転できずに滑りが発生したり、転動体の通路内で転動体が引っ掛かる等の問題が発生して、転動装置の寿命や安定的な駆動に悪影響を及ぼすおそれがある。一方、隙間が過大であると、転動装置の耐荷重性能が低下したり、振動の発生原因となる等の問題が生じるおそれがある。このため、この隙間の大きさは、１μｍ以下のオーダで管理される。
【０００７】
しかしながら、前述のように転動体間にセパレータが介装されていると、樹脂製セパレータの形状誤差や、転動装置の駆動時に生じるセパレータの弾性変形等が原因で、前記隙間の設定が困難になるため、前記隙間の大きさの管理が非常に難しくなるという問題があった。したがって、セパレータを備える転動装置においては、安定的な駆動を実現するために、特別な形状のセパレータを用いるなどの改善が必要であった。
【０００８】
また、長期間にわたって安定的な駆動を実現するためには、前記隙間の大きさを常に一定に管理することが望ましいが、セパレータを備える転動装置では、内部摩擦等によるセパレータの微小摩耗にしたがって前記隙間の大きさが増大し、前記隙間の大きさが過大になるとセパレータの傾きや倒れによる振動発生及びロックの可能性があるので、長期間にわたる安定的な駆動の実現は容易ではなかった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、セパレータを備えているにもかかわらず長期間にわたって安定的な駆動が可能な転動装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の転動装置は、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有し前記内方部材の外方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、前記各転動体の間に介装されたセパレータと、を備える転動装置において、前記セパレータの少なくとも一つを磁歪材料で構成したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る請求項２の転動装置は、請求項１に記載の転動装置において、前記内方部材，前記外方部材，及び前記転動体のうち少なくとも一つを、非磁性としたことを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項３の転動装置は、請求項１又は請求項２に記載の転動装置において、列をなして配された前記複数の転動体の配列方向に沿う方向の歪みが、前記磁歪材料で構成されたセパレータに生じるように、前記セパレータに磁界を印加する磁界印加手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明に係る請求項４の転動装置は、請求項３に記載の転動装置において、前記磁界印加手段は、前記転動体が通る通路に巻き付けられたコイルを備えていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項５の転動装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の転動装置において、前記磁歪材料は、Ｔｂx Ｄｙ1-x Ｆｅy なる式で表される化合物を主成分とし、前記式中のｘは０．３以上０．４以下の数であり、ｙは１．９以上２．１以下の数であることを特徴とする。
【００１２】
磁歪材料とは、磁界が印加されると歪みが生じる性質を有する材料であり、代表的なものとしてはＦｅ，Ｎｉ等があげられる。このような磁歪材料でセパレータを構成すれば、外部から磁界を印加することによりセパレータを変形させて、複数の転動体からなる転動体列に設けてある列方向の微小な隙間の大きさを調整することが可能である。よって、前記隙間の大きさを常に一定に制御することができるので、本発明の転動装置は、長期間にわたって安定的な駆動が可能である。
【００１３】
磁歪材料の中でも、磁界が印加された際に生じる歪みの大きさが特に大きい超磁歪材料を用いることが好ましい。そうすれば、セパレータが小型であっても、前記隙間の大きさを大きく変化させることが可能となる。超磁歪材料としては、例えば、希土類元素と鉄とを含有する材料があげられる。両者の比率は、希土類元素：鉄＝１：２（モル比）であることが好ましく、代表例としてはＴｂ0.3 Ｄｙ0.7 Ｆｅ2 があげられる。
【００１４】
なお、本発明は種々の転動装置に適用することができる。例えば、転がり軸受，ボールねじ，リニアガイド装置，直動ベアリング等である。
また、本発明における前記内方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には内輪、同じくボールねじの場合にはねじ軸、同じくリニアガイド装置の場合には案内レール、同じく直動ベアリングの場合には軸をそれぞれ意味する。また、前記外方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には外輪、同じくボールねじの場合にはナット、同じくリニアガイド装置の場合にはスライダ、同じく直動ベアリングの場合には外筒をそれぞれ意味する。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の転動装置は、各転動体の間に介装されたセパレータの少なくとも一つを磁歪材料で構成したので、セパレータを備えているにもかかわらず長期間にわたって安定的な駆動が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る転動装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
〔第一実施形態〕
図１は、本発明に係る転動装置の一実施形態であるリニアガイド装置の構造を示す斜視図である。ただし、該斜視図においては、要部を破断して示してある。また、図２は、図１のリニアガイド装置を軸方向から見た正面図である。ただし、該正面図においては、エンドキャップを省略して示してある。さらに、図３は、図１のセパレータ及びボールの拡大図である。
【００１７】
図１のリニアガイド装置１００は、軸方向に延びる断面略角形の案内レール（内方部材）１と、この案内レール１に組み付けられた断面略コ字状のスライダ（外方部材）２と、案内レール１の両側面に備えられた合計４列の第一ボール軌道溝（軌道面）１ａ，１ａ，…とスライダ２の両袖部内側に備えられた合計４列の第二ボール軌道溝（軌道面）２ａ，２ａ，…とで形成されたボール転動路６内に転動自在に配設された複数のボール（転動体）３と、で構成されている。
【００１８】
また、スライダ２には、その軸方向の両端部にエンドキャップ４，４がエンドキャップ固定ボルト４ａによって着脱自在に取り付けられている。このエンドキャップ４内には、ボール転動路６の一端から転動してくるボール３を他端に戻すボール循環路７とボール転動路６とを連通させる略Ｕ字状のボール戻し通路（図示せず）が備えられており、ボール３がボール循環路７を経てボール転動路６を繰返し転動できるようになっている。そして、ボール３のボール転動路６に沿う転がり運動を介して、スライダ２が案内レール１の長手方向（図１におけるＸ方向）に直線運動を行うようになっている。
【００１９】
このリニアガイド装置１００においては、隣接する各ボール３の間にセパレータ８が介装されており、各ボール３の間の競り合いが抑制されるようになっている。このセパレータ８は、図３の（ａ）に示すように略円柱形状を有しており、セパレータ８の損傷を抑制するために、円柱の両底面の縁部には面取りが施してある。なお、ボール３との接触面である両底面は、図３の（ａ）に示すように平面状であっても差し支えないが、図３の（ｂ）に示すように凹面状であってもよい。凹面状であるとボール３との接触面積が大きくなるので、接触面圧が軽減される。この凹面の断面形状は、円弧状でもよいし、ゴシックアーチ形状（中心の異なる２つの同一円弧を組合せた略Ｖ字状）でもよい。
【００２０】
また、このセパレータ８は超磁歪材料で構成されている。超磁歪材料の種類は特に限定されるものではなく、市販のものを使用可能であるが、Ｔｂx Ｄｙ1-x Ｆｅy なる式で表される化合物（ｘは０．３以上０．４以下であり、ｙは１．９以上２．１以下である）が好ましい。また、単結晶のものでも焼結体のものでも構わないが、成形性，コスト等を考慮すると、例えば特開２００２−１２９２７４号公報に開示されているような、粉末焼結法によって得られるものが好ましい。
【００２１】
ただし、焼結体の磁歪材料を用いる場合は、その空孔率は１０％以下であることが好ましく、特にリニアガイド装置を信頼性部品として用いる場合には、その空孔率は５％以下であることが好ましい。空孔率が１０％超過であると、内部酸化が生じやすいため磁歪材料の機能が劣化するおそれがある。また、空孔は応力集中源となって磁歪材料の強度を著しく低下させるため、空孔の最大径は５００μｍ以下が好ましく、２００μｍ以下がより好ましい。
【００２２】
さらに、セパレータ８は、コイル９（磁界印加手段）を使って外部から印加される磁界によって、円柱の軸方向に伸縮するようになっていて、このことによって複数のボール３からなる転動体列に設けてある列方向の微小な隙間の大きさを制御できるようになっている。よって、前記隙間の大きさを常に一定に制御することができるので、リニアガイド装置１００は、長期間にわたって安定的な駆動が可能である。
【００２３】
なお、多数のセパレータ８のうち少なくとも一つが磁歪材料で構成されていれば、その他のセパレータは磁歪材料でない材料で構成されていても前記隙間の大きさを制御できるが、隙間の大きさの調整範囲を大きくするためには、磁歪材料で構成されたセパレータの数は多い方が好ましい。前述の磁歪材料でない材料の種類は特に限定されるものではないが、ポリイミド樹脂（ＰＩ樹脂）又はポリエーテルテーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹脂）が好ましい。ＰＩ樹脂には、主鎖にイミド結合及びアミド結合を含むポリアミドイミド樹脂も含まれるが、本発明においては、主鎖にイミド結合のみを有するものが耐熱性に優れているため好ましい。また、ＰＥＥＫ樹脂は、炭素繊維等の繊維状充填材で強化されたものが好ましい。これらの樹脂には、成形性や摺動特性を向上させるために、ポリ四フッ化エチレン樹脂，グラファイト，二硫化モリブデン，及び窒化ホウ素等の固体潤滑剤を添加してもよい。
【００２４】
次に、前述のコイル９について、図２を用いてさらに説明する。リニアガイド装置１００においては磁界を印加することによってセパレータ８に歪みを生じさせて、前記隙間の大きさを調整するようになっているが、調整可能な前記隙間の大きさを最大とするためには、列をなすボール３の配列方向（すなわち、セパレータ８の配列方向）に磁界を印加することが好ましい。よって、ボール３の配列方向の磁界をセパレータ８に印加できるように、コイル９を設置してある。
【００２５】
すなわち、リニアガイド装置１００においては、コイル９がボール循環路７に巻き付けてあり、ボール３の約半数がコイル９により生じた磁界に曝されるようになっている。コイル９に電流を流すと、発生した磁界内に存在するセパレータ８に歪みが生じ（セパレータ８の軸方向に伸びる）、転動体列に設けてある列方向の隙間の大きさが減少する。コイル９の取り付け箇所については、ボール循環路７が好ましいが、磁気的な制約の範囲内であれば、案内レール１にコイルを巻き付けて、案内レール１の周囲に磁界を形成してもよい。コイル９をスライダ２全体に巻き付けると、スライダ２に取り付ける装置のサイズや機能が制限されるため好ましくない。
【００２６】
なお、ボール３が帯磁してリニアガイド装置１００の機能へ悪影響を及ぼすことを抑制するため、ボール３は非磁性材料で構成することが好ましい。また、案内レール１やスライダ２も非磁性材料で構成することがより好ましい。非磁性材料としては、例えば、窒化ケイ素，炭化ケイ素，ジルコニア，アルミナ等のセラミックや、タングステンカーバイド系の超硬合金や、チタンカーバイド系のサーメット等があげられる。
【００２７】
〔第二実施形態〕
図４は、本発明に係る転動装置の別の実施形態であるボールねじの構造を示す断面図である。
図４のボールねじ２００は、外周面に螺旋状の第一ねじ溝（軌道面）１１ａを有するねじ軸（内方部材）１１と、この第一ねじ軸１１ａと対向する第二ねじ溝（軌道面）１２ａを内周面に有するナット（外方部材）１２と、第一ねじ軸１１ａと第二ねじ溝１２ａとの間に形成されたボール転動路に転動自在に配設された複数のボール（転動体）１３と、で構成されている。
【００２８】
また、このボール転動路の一端には、転動してくるボール１３をすくい上げて他端に送るリターンチューブ（ボール循環路）１７が、チューブ押さえ１７ａによって固定されている。さらに、ナット１２の軸方向一端には、ナット１２をテーブル等に固定するためのフランジ１５が形成されており、このフランジ１５とねじ軸１１との間、及び、ナット１２の軸方向他端とねじ軸１１との間は、防塵用シール１６で閉塞されている。
そして、このボールねじ２００は、複数のボール１３の転動を介して、ねじ軸１１とナット１２とを相対回転させることによって、ねじ軸１１とナット１２とが軸方向に相対移動するようになっている。
【００２９】
このボールねじ２００においては、隣接する各ボール１３の間に第一実施形態と同様の磁歪材料で構成されたセパレータ１８が介装されており、各ボール１３の間の競り合いが抑制されるようになっている。そして、第一実施形態と同様に、コイル１９を使って外部から印加される磁界によって、セパレータ１８は円柱の軸方向に伸縮するようになっていて、このことによって複数のボール１３からなる転動体列に設けてある列方向の微小な隙間の大きさを制御できるようになっている。よって、前記隙間の大きさを常に一定に制御することができるので、ボールねじ２００は、長期間にわたって安定的な駆動が可能である。
【００３０】
コイル１９は、調整可能な前記隙間の大きさを最大とするために、列をなすボール１３の配列方向（すなわち、セパレータ１８の配列方向）の磁界をセパレータ１８に印加できるように設置されている。
すなわち、ボールねじ２００においては、ナット１２の円周方向と垂直に巻かれているリング状のコイル１９が、ナット１２の径方向外方に取り付けられている。該コイル１９は、ボール１３の配列方向と平行に取り付けられているため、コイル１９に電流を流すとボール１３の配列方向と平行の磁界が発生する。取り付けるコイル１９の個数は、１個でも十分であるが複数（例えば４個）でもよく、複数取り付ける場合は均等な間隔をおいて取り付けるとよい。
【００３１】
このようなリニアガイド装置１００やボールねじ２００を用いれば、例えば転動装置の消費エネルギーの低減や駆動時の振動の抑制を実現することができる。すなわち、転動装置を駆動するモータの電流値から読み取った動摩擦力の情報を、セパレータに磁界を印加するコイルに流す電流へフィードバックすると、モータの電流値の変動に応じて前記隙間の大きさを調整することができる。そうすれば、モータ電流を常に最小にすることができるので、消費エネルギーの低減につながる。また、ボール循環路内の転動体の引っ掛かり等による振動の発生をセンサによって感知すれば、前記隙間の大きさを調整することによって、その振動を最小に抑制することが可能である。
【００３２】
なお、これらの実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては転動装置としてリニアガイド装置及びボールねじを例示して説明したが、本発明の転動装置は、他の様々な種類の転動装置に対して適用することができる。例えば、転がり軸受，直動ベアリング等の他の転動装置にも好適に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る転動装置の一実施形態であるリニアガイド装置の構造を示す斜視図である。
【図２】図１のリニアガイド装置の正面図である。
【図３】図１のセパレータ及びボールの拡大図である。
【図４】本発明に係る転動装置の別の実施形態であるボールねじの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１        案内レール
１ａ      第一ボール軌道溝
２        スライダ
２ａ      第二ボール軌道溝
３        ボール
７        ボール循環路
８        セパレータ
９        コイル
１１        ねじ軸
１１ａ      第一ねじ溝
１２        ナット
１２ａ      第二ねじ溝
１３        ボール
１８        セパレータ
１９        コイル
１００        リニアガイド装置
２００        ボールねじ
【図１】
2005076678.tif 000003
【図２】
2005076678.tif 000004
【図３】
2005076678.tif 000005
【図４】
2005076678.tif 000006