(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、しかも低発塵性に優れた転動装置を提供する。【解決手段】  本発明の転動装置は、複数の金属製転動体２と、前記転動体が転動する軌道面を有する第１の部材１と、前記第１の部材１の軌道面と対向する軌道面を有する第２の部材３と、前記複数の金属製転動体２間に配置される複数のセパレータ２２とを備えている。そして、前記セパレータ２２として、潤滑剤が真空含浸された多孔質状のカーボン体を用いるようにした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属製転動体と、前記転動体が転動する軌道面を有する第１の部材と、前記第１の部材の軌道面と対向する軌道面を有する第２の部材と、前記複数の金属製転動体間に配置される複数のセパレータとを備えた転動装置であって、
前記セパレータは、潤滑剤が真空含浸された多孔質状のカーボン体であることを特徴とする転動装置。
【請求項２】
複数の金属製転動体と、前記転動体が転動する軌道面を有する第１の部材と、前記第１の部材の軌道面と対向する軌道面を有する第２の部材と、前記複数の金属製転動体間に配置される複数のセパレータとを備えた転動装置であって、
前記セパレータは、潤滑剤が含浸された多孔質状のカーボン体であり、
かつ、前記多孔質状のカーボン体の気孔率が３〜５％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状のカーボン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転動装置。
【請求項３】
前記第１の部材の軌道面、第２の部材の軌道面及び前記金属製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記載の転動装置。
【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転動装置。
【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転動装置。
【請求項６】
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記載の転動装置。
【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、ボールネジ、転がり軸受などの転動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直動軸受、ボールネジ、転がり軸受などの転動装置には、潤滑切れを起こすと、複数の金属製転動体同士の金属接触により、凝着摩耗が発生するという問題がある。詳細には、図５に示すように、第１の部材３１と第２の部材３２との間に形成された通路３３に沿って転動体３４ａがその進行方向に向かって転動すると、隣接する転動体３４ｂとの接触面では互いに逆向きの力が作用することとなり、何ら有効な対策を採らなければ、凝着摩耗が発生するという問題がある。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。
【０００３】
このようななか、直動軸受においては、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）。また、ボールネジにおいては、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２参照）。さらに、玉軸受においては、隣接する転動体間に転動体よりも小径のカーボン球をセパレータとして配置する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、いずれの技術も低発塵性が不充分であるため、半導体製造装置などの清浄環境が要求される各種の装置には不適である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−８２４６９号公報（第７頁）
【特許文献２】特開２０００−２０５２７８号公報（第２頁、第３頁、第１図）
【特許文献３】特開平９−１６６１３３号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【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転動装置の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の転動装置は、複数の金属製転動体と、前記転動体が転動する軌道面を有する第１の部材と、前記第１の部材の軌道面と対向する軌道面を有する第２の部材と、前記複数の金属製転動体間に配置される複数のセパレータとを備えた転動装置であって、前記セパレータは、潤滑剤が真空含浸された多孔質状のカーボン体であることを特徴としている。
上記の構成によれば、複数の金属製転動体間に、多孔質状のカーボン体に潤滑剤が真空含浸されたセパレータを配置しているので、金属製転動体同士が直接金属接触するのを防止することができる。また、金属製転動体とセパレータとが転動している際に、真空含浸により適量の潤滑剤を保持したセパレータから微量の潤滑剤を滲みださせることができる。この潤滑剤の滲みだしは、多孔質状のカーボン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】
本発明の第２の転動装置は、複数の金属製転動体と、前記転動体が転動する軌道面を有する第１の部材と、前記第１の部材の軌道面と対向する軌道面を有する第２の部材と、前記複数の金属製転動体間に配置される複数のセパレータとを備えた転動装置であって、前記セパレータは、潤滑剤が含浸された多孔質状のカーボン体であり、かつ、前記多孔質状のカーボン体の気孔率が３〜５％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状のカーボン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、複数の金属製転動体間に、所定の気孔率の多孔質状のカーボン体に所定の含浸率で潤滑剤を含浸させたセパレータを配置しているので、金属製転動体同士が直接金属接触するのを防止することができる。また、金属製転動体とセパレータとが転動している際に、適量の潤滑剤を保持したセパレータから微量の潤滑剤を滲みださせることができる。この潤滑剤の滲みだしは、多孔質状のカーボン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、上記セパレータは、転動体とともに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】
上記第１、第２の転動装置において、前記第１の部材の軌道面、第２の部材の軌道面及び前記金属製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、金属製転動体と第１の部材または第２の部材との接触に際し、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第１の部材の軌道面、第２の部材の軌道面、転動体の表面とフッ素系高分子薄膜との密着性を高めるとともに、セパレータから供給される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、前記セパレータに含浸保持された潤滑剤を、セパレータ及び転動体の転動中に、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転動体を転動させることができる。
【０００９】
また、上記第１、第２の転動装置において、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の転動装置において、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の転動装置において、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】
【００１０】
本発明の転動装置によれば、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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（第１の部材）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（第２の部材）３とを備えて構成されている。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
そして、複数のボール２相互間には、複数のセパレータ２２が配置されている。詳細には、ボール２とセパレータ２２とが一つずつ交互に配置されている。
上記セパレータ２２は、例えば真球状に成形され前記ボール２よりも小径の多孔質状のカーボン球と、このカーボン球の孔内に充填された潤滑剤とから構成されている。セパレータ２２は、転動体であるボール２よりも小径とすることで、第１，第２の部材であるトラックレール１、スライダ３から直接大きな荷重を受けることがないため、破損しないようになっている。ここで、カーボン球の気孔率は、３〜５％の範囲に設定されている。３％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、５％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、カーボン球中の孔の大きさは、気孔径数が平均で数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、前記多孔質状のカーボン球内部の空間容積に対し９０〜１００％の範囲に設定されていることが好ましい。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。
【００１５】
上記多孔質状のカーボン球は、例えばカーボン粒子を所定の金型に充填し加熱成形することにより製造することができる。詳細には、カーボン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り製造することができる。これにより、カーボン球は、多孔質状となり、内部に潤滑剤を保持する空間を形成することができる。
【００１６】
上記のようなカーボン球の孔内に充填される潤滑剤としては、動粘度（２０℃）が１０００〜２２００ｃＳｔ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１０００ｃＳｔ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、２２００ｃＳｔを超えると、セパレータ２２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。
【００１７】
上記セパレータ２２は、前記多孔質状のカーボン球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、前記多孔質状のカーボン球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状のカーボン球を浸漬し、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。多孔質状のカーボン球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。
【００１８】
上記セパレータ２２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、上記トラックレール１の条溝１ａ、１ａの表面（軌道面）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（軌道面）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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
【化１】
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【００２２】
【化２】
2005098395.tif 000004
【００２３】
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。
【００２４】
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（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。
【００２５】
上記のように構成された本形態に係る直動軸受は、複数のボール２相互間にセパレータ２２が配置されているので、ボール２同士が直接接触するのを防止することができる。また、気孔率が３〜５％の範囲内の多孔質状のカーボン球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セパレータ２２が、ボール２の転動とともに転動しながら、ボール２に微量の潤滑剤を供給することができる。詳細には、セパレータ２２を構成する多孔質状のカーボン球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からも潤滑剤を供給することができ、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、金属製のトラックレール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の表面にカーボン体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の転動により、カーボン体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、本形態では、カーボン球やフッ素系高分子薄膜が保持する潤滑剤が枯渇したとしても、自己潤滑性を備えたカーボン球によって、さらにより一層、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という利点もある。
【００２６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものでない。例えば、多孔質状のカーボン体は、球状に限らず、ボール２相互間で転動できる形状であれば、いかなる形状であってもよい。また、本発明は、直動軸受に限らず、ボールネジ、転がり軸受などの複数の転動体が転動する各種の転動装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の転動装置の一種である直動軸受の一実施形態を示す横断面図である。
【図２】本発明の転動装置の一種である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。
【図５】転動体同士の接触を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    トラックレール（第１の部材）
１ａ  条溝
２    ボール（転動体）
３    スライダ（第２の部材）
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  フッ素系高分子薄膜
２２  セパレータ
【図１】
2005098395.tif 000005
【図２】
2005098395.tif 000006
【図３】
2005098395.tif 000007
【図４】
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【図５】
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