(57)【要約】【課題】転動体との間に介在させた潤滑油を確実に保持して転動体との摩耗特性を良好とする直動装置用セパレータを提供する。【解決手段】互いに対向する軌道面を有する第１部材と第２部材との間に転動自在に配置される複数の転動体２，２間に介装され、転動体との対向面に転動体の転動面を受ける保持面１ａを備えた直動装置用セパレータ１であって、保持面１ａの全域に、微細な線状溝が縞状に延在する微細周期構造４を形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する軌道面を有する第１部材と第２部材との間に転動自在に配置される複数の転動体間に介装され、前記転動体との対向面に前記転動体の転動面を受ける保持面を備えた直動装置用セパレータにおいて、
少なくとも前記保持面の全域に、微細な線状溝が縞状に延在する微細周期構造を形成したことを特徴とする直動装置用セパレータ。
【請求項２】
前記微細周期構造を構成する前記線状溝は、溝幅を７００〜９００ｎｍとし、溝深さを５０〜４００ｎｍとしていることを特徴とする請求項１記載の直動装置用セパレータ。
【請求項３】
セパレータ製造用金型の前記保持面を形成する金型面に、パルス幅１ｐｓ以上５ｐｓ以下の短パルスレーザーを照射することで微細な線状溝が縞状に延在する縞状構造を形成し、この縞状構造を前記保持面に転写することで前記微細周期構造を形成してなることを特徴とする請求項１又は２記載の直動装置用セパレータ。
【請求項４】
互いに対向する軌道面を有する第１部材と第２部材との間に転動自在に配置される複数の転動体間に介装され、前記転動体との対向面に前記転動体の転動面を受ける保持面を備えた直動装置用セパレータにおいて、
少なくとも前記保持面に、所定の面積率で微小凹凸を形成したことを特徴とする直動装置用セパレータ。
【請求項５】
前記面積率を５〜５０％としたことを特徴とする請求項４記載の直動装置用セパレータ。
【請求項６】
前記保持面に、固体潤滑剤からなる被膜が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の直動装置用セパレータ。
【請求項７】
互いに対向する軌道面を有する第１部材及び第２部材と、当該第１部材及び第２部材の間に転動自在に配置される複数の転動体と、当該複数の転動体間に介装され、前記転動体の転動面を保持する保持面を有するセパレータとを備え、前記転動体が転動することにより、前記第１部材及び前記第２部材のうち一方が他方に対して相対的に直動する直動装置において、
前記セパレータは、請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の直動装置用セパレータであることを特徴とする直動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直動装置（例えば、ボールねじ、リニアガイド、リニアボールベアリング）において複数の転動体間に介装されるセパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンタの工作機械や産業用ロボット等の機械装置では、回転運動を直線運動に変換させたり、ワークテーブル等の直線運動を円滑に行わせたりするために、ボールやローラを転動体として備える直動装置が多く用いられている。
直動装置の一例であるボールねじは、外周面にねじ溝（軌道面）が形成されたねじ軸と、内周面にねじ溝（軌道面）が形成されたナットと、これらのねじ溝間に形成されるボール転動路に転動自在に配置される複数のボール（転動体）と、ナットの外周面に形成されて、ボール転動路の一端側から他端側にボールを循環させる循環通路（例えば、チューブやコマ）と、を備えており、ボールが転動することにより、ナットがねじ軸に対して相対的に直動するようになっている。
【０００３】
このようなボールねじでは、作動時の摩擦損失がほとんど無視できることから、駆動効率が極めて高く、また、ねじ軸とナットとの相対回転時に摺動を伴わないことから、構成部品の摩擦が極めて少ないという利点がある。一方、ボールねじでは、隣接するボール同士が接触して、その接触面ではボールの転動速度の２倍の速度で相対滑りが生じるため、ボールねじの駆動速度が速くなると、ボールの表面が比較的短時間で許容限度以上に摩耗したり、摩擦熱によりボールの表面やねじ溝に焼付きが生じたりする場合がある。そこで、ボールとこのボールよりも若干小径のスペーサーボールとを交互に配置し、スペーサーボールをボールと逆方向に回転させることで、上述した相対滑りを抑制する技術が提案されている。
【０００４】
しかしながら、スペーサーボールを配置したボールねじでは、ボールの表面の摩耗や焼付きは防止できるようになるが、スペーサーボールを介装した分、ボールの個数が約半分になることから、各ボールが受ける軸方向荷重が約２倍になり、ボールねじの許容荷重及び剛性が、スペーサーボールを介装しない場合と比べて約半分になる。よって、ボールねじの高速駆動を円滑に行うためには、ナットの軸方向寸法を大きくしてボールの個数を増やす必要があり、製品コストの上昇や機械装置全体の大型化を招いたり、ナットの慣性質量の増大により起動時や停止時の制御が困難になったりする場合がある。また、ボールねじを高速駆動した場合には、起動時や停止時等にボールとスペーサーボールとが衝突するため、ボールの表面に圧痕や剥離等の摩耗が生じたり、駆動騒音が生じたりする場合もある。
【０００５】
そこで、許容荷重を大幅に低減することなく、ボールの表面の摩耗や駆動騒音を生じ難くするための方法として、特許文献１，２では、複数のボール間に、これらのボールの転動面を保持する保持面を備えたセパレータを介装する方法が提案されている。
ところで、特許文献１では、ボールと接触するセパレータの保持面に複数の突起や窪みを分散形成することで、ボールとの摩耗特性を良好とするようにしている。
【０００６】
また、特許文献２では、セパレータの保持面に、ショット加工によって固体潤滑剤を噴射固着させて固体潤滑被膜を設け、ボールとの摩耗特性を良好とするようにしている。
【特許文献１】特開２０００−１９９５５６号公報
【特許文献２】特開２００７−２１８３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の技術は、セパレータの保持面に形成した突起が少数の場合や、突起の形状が鋭利である場合にはボールとの接触面圧が高くなって突起が摩耗するおそれがある。また、セパレータの保持面に形成した窪みの数が多すぎる場合も、ボールとの接触面圧が高くなって摩耗が促進するおそれがある。
また、特許文献２の技術では、固体潤滑被膜がセパレータの保持面の表層のみに存在するため、ボールとの摩擦により固体潤滑剤がすぐに剥がれてしまうおそれがある。
【０００８】
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、転動体との間に介在させた潤滑油を確実に保持して転動体との摩耗特性を良好とすることができる直動装置用セパレータ及び直動装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、互いに対向する軌道面を有する第１部材と第２部材との間に転動自在に配置される複数の転動体間に介装され、前記転動体との対向面に前記転動体の転動面を受ける保持面を備えた直動装置用セパレータにおいて、少なくとも前記保持面の全域に、微細な線状溝が縞状に延在する微細周期構造を形成した。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の直動装置用セパレータにおいて、前記微細周期構造を構成する前記線状溝は、溝幅を７００〜９００ｎｍとし、溝深さを５０〜４００ｎｍとした。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の直動装置用セパレータにおいて、セパレータ製造用金型の前記保持面を形成する金型面に、パルス幅１ｐｓ以上５ｐｓ以下の短パルスレーザーを照射することで微細な線状溝が縞状に延在する縞状構造を形成し、この縞状構造を前記保持面に転写することで前記微細周期構造を形成した直動装置用セパレータである。
【００１１】
また、請求項４記載の発明は、互いに対向する軌道面を有する第１部材と第２部材との間に転動自在に配置される複数の転動体間に介装され、前記転動体との対向面に前記転動体の転動面を受ける保持面を備えた直動装置用セパレータにおいて、少なくとも前記保持面に、所定の面積率で微小凹凸を形成した。
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の直動装置用セパレータにおいて、前記面積率を５〜５０％とした。
【００１２】
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の直動装置用セパレータにおいて、前記保持面に固体潤滑剤からなる被膜を設けた。
さらに、請求項７記載の発明は、互いに対向する軌道面を有する第１部材及び第２部材と、当該第１部材及び第２部材の間に転動自在に配置される複数の転動体と、当該複数の転動体間に介装され、前記転動体の転動面を保持する保持面を有するセパレータとを備え、前記転動体が転動することにより、前記第１部材及び前記第２部材のうち一方が他方に対して相対的に直動する直動装置において、前記セパレータは、請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の直動装置用セパレータである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る直動装置用セパレータによると、少なくとも転動体と接触する保持面に潤滑油溜まりが形成され、安定して潤滑油を供給することができるので、転動体との接触面圧が高い保持面の摩耗を生じ難くすることができる。
また、本発明に係る直動装置によると、転動体との接触面圧が高い保持面の摩耗が生じ難い直動装置用セパレータを備えているので、高温・高負荷下で短ストローク往復運動を行う等、潤滑油膜が形成され難い条件下で使用された場合であっても、耐久性を有する直動装置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、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態と称する。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１実施形態の直動装置用セパレータ）
図１は本発明に係る第１実施形態の直動装置用セパレータ（以下、セパレータと称する。）１の一例を示す斜視図であり、図２はセパレータ１の要部を拡大して示したものである。
【００１５】
本実施形態のセパレータ１は、例えばナイロン６６等の合成樹脂を素材とした略円柱形状であり、この円柱の両底面にボール（転動体）２の表面（転動面）を保持する凹面（保持面）１ａが形成されている。この凹面１ａは、保持するボール２の半径ｒよりも大きな曲率半径Ｒを有するゴシックアーチ形状となっている。このような凹面１ａを有することにより、セパレータ１をなす円柱の最大長さＬに対して、中央部の厚みｔが小さくなるため、複数のボール２を配置できるとともに、ボール２とセパレータ１との接触面積が小さくなり、摺動抵抗を低減できる。
【００１６】
凹面１ａを含むセパレータ１の全表面には、図２に示すように、微細な線状溝３が縞状に延在する微細周期構造４が形成されている。各線状溝３は、溝幅Ｈが７００〜９００ｎｍとし、溝深さＬが５０〜４００ｎｍとして形成されている。この微細周期構造４の線状溝３が延在する方向は、ボール２の転がり方向と直交する方向、或いは平行となる方向である。
【００１７】
ここで、各線状溝３の溝深さＬが５０ｎｍ未満であると線状溝３内に潤滑油が保持されず、溝深さＬが４００ｎｍを超えると線状溝３内の潤滑油が凹面１ａを含む全表面に流れ難くなる。また、線状溝３の溝幅Ｈが７００ｎｍ未満であると線状溝３内に潤滑油が保持されず、溝幅Ｈが９００ｎｍを超えると線状溝３内の潤滑油が凹面１ａを含む全表面に流れ難くなる。
【００１８】
したがって、本実施形態のセパレータ１によれば、凹面１ａを含む全表面に、微細な線状溝３が縞状に延在する微細周期構造４が形成されており、多数の線状溝３内を潤滑油溜まりとして安定して潤滑油を供給することができるので、少なくともボール２との接触面圧が高い凹面１ａの摩耗を生じ難くすることができる。
【００１９】
（第１実施形態の直動装置用セパレータの製造）
本実施形態のセパレータ１は、セパレータ製造用金型（不図示）を使用して溶融した合成樹脂を射出成形することにより形成される。
すなわち、セパレータ製造用金型の凹面１ａを含むセパレータ１の全表面を形成する金型面には、フェムト秒レーザのようなパルス幅１ｐｓ以上５ｐｓ以下の短パルスレーザーを照射することで、溝幅Ｈが７００〜９００ｎｍであり、溝深さＬが５０〜４００ｎｍとした微細な金型線状溝が縞状に延在する微細周期構造が形成されている。なお、金型線状溝は、前述した微細な線状溝３の形状に対応している。また、パルス幅１ｐｓ以上５ｐｓ以下の短パルスレーザーレーザーを照射して金型面に微細周期構造を形成する際には、バリが生成したり、短パルスレーザーで除去されたものが飛散してパーティクルとしてセパレータ製造用金型の外周面に堆積したりする場合がある。このため、レーザークリーニング等によりセパレータ製造用金型の外周面に発生したバリやパーティクルを除去してもよい。
【００２０】
上記のように、セパレータ製造用金型の金型面に、パルス幅１ｐｓ以上５ｐｓ以下の短パルスレーザーの照射により微細周期構造を形成することで、ナノメートルオーダーで高精度に金型線状溝を形成することができる。
そして、上記のように形成されたセパレータ製造用金型を用いてセパレータ１を製造する際には、セパレータ製造用金型のキャビティ内に溶融樹脂（ナイロン６６）を射出し、セパレータ製造用金型の金型面に形成した微細な金型線状溝が縞状に延在する微細周期構造を、凹面１ａを含むセパレータ１の全表面に転写成形することで、製造されたセパレータ１には微細な線状溝３が縞状に延在する微細周期構造４が形成される。
【００２１】
したがって、本実施形態のセパレータ製造用金型を用いてセパレータ１を製造することで、少なくとも凹面１ａに、微細な線状溝３が縞状に延在する微細周期構造４を高精度に形成することができる。
なお、第１実施形態では、凹面１ａを含むセパレータ１の全表面に微細周期構造４を形成したが、セパレータ製造用金型の金型面に照射する短パルスレーザーの照射領域を特定することで、セパレータ１の凹面１ａのみに微細周期構造４を形成してもよい。
【００２２】
（直動装置用セパレータを組み込んだ直動装置）
ここで、前述したセパレータ１を組み込む直動装置としては、図３から図７に示すものが挙げられる。
図３から図５は直動装置としてもボールねじを示すものであり、図３はボールねじの正面図であり、図４は図３のＡ−Ａ線矢視図であり、図５は図４の要部を示す図である。
本実施形態のボールねじ１０は、外周面に螺旋状のねじ溝 (軌道面)１１ａを有するねじ軸（第１部材）１１と、内周面に螺旋状のねじ溝(軌道面)１２ａを有するナット（第２部材）１２と、これらのねじ溝１１ａ,１２ａ間に形成されるボール転動路に転動自在に配置される複数のボール（転動体）２と、ボール２間に介装される複数のセパレータ１（図１及び図２で示したセパレータ）とを備えている。
【００２３】
ナット１２の外周面には、切り欠き部１２Ａが設けられている。この切り欠き部１２Ａには、ボール転動路の一端側から他端側にボールを循環させるリターンチューブ１３がチューブ押さえ１４により固定されている。
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が設けられている。また、フランジ１５とねじ軸１１との間、及び、ナット１２の軸方向他端部とねじ軸１１との間は、防塵用シール１６で閉塞されている。そして、ボール２が転動することにより、ナット１２がねじ軸１１に対して相対的に直動するようになっている。
【００２４】
また、図６は、直動装置としてリニアガイド２０を示すものである。
本実施形態のリニアガイド２０は、断面が略矩形状の案内レール（第１部材）２１と、この案内レール２１の長手方向に移動可能で、且つ、横断面が略コ字状のスライダ（第２部材）２２と、案内レール２１に設けられたボール転動溝２１ａとスライダ２２に設けられたボール転動溝２２ａとで形成されたボール転動路に転動自在に配置された複数のボール（転動体）２と、このボール２の間に介装された複数のセパレータ１とを備えている。
【００２５】
スライダ２２には、その軸方向両端部に、エンドキャップ２３がエンドキャップ固定ボルト２３ａにより着脱自在に設けられている。このエンドキャップ２３内には、ボール転動路の一端側から他端側にボール２を循環させるボール戻し路が設けられており、このボール戻り路は略Ｕ字状のボール通路孔を介してボール転動路と連結されている。そして、ボール２が転動することにより、スライダ２２が案内レール２１に対して相対的に直動するようになっている。
【００２６】
さらに、図７は、直動装置としてリニアボールベアリング３０を示すものである。
本実施形態のリニアボールベアリング３０は、リニアシャフト（第１部材）３１に外嵌させることで使用され、外筒（第２部材）３２と、外筒３２の内周面に止め輪３３により固定された円筒状の保持器３４と、保持器３４の周面に軸方向に延びる長円状に設けられたボール転動溝に転動自在に配置された複数のボール（転動体）２と、これらのボール２間に介装された複数のセパレータ１とを備えている。
【００２７】
保持器３４の内周面側のボール転動溝には切り欠き部３４ａが設けられており、ボール２は、この切り欠き部３４ａにおいて保持器３４の内周面より突出した状態で存在する。そして、ボール２が転動することにより、外筒３２がリニアシャフト３１に対して相対的に直動するようになっている。
したがって、図３から図７で示した直動装置１０，２０，３０に、上述した凹面１ａを含む全表面に微細な線状溝３が縞状に延在する微細周期構造４が形成されたセパレータ１を組み込むことにより、ボール２との接触面圧が高いセパレータ１の凹面１ａの摩耗を生じ難くすることができ、高温・高負荷下で短ストローク往復運動を行う等、潤滑油膜が形成され難い条件下で使用された場合であっても、直動装置に必要な耐久性を得ることができる。
【００２８】
（第２実施形態の直動装置用セパレータ）
次に、図８は第２実施形態のセパレータ１の要部を示すものである。なお、図１で示したセパレータ１と同一構成部分には同一符号を付して説明は省略する。
本実施形態のセパレータ１の凹面１ａを含む全表面には、多数の微小突起（微小凹凸）５が形成されている。この微小突起５は、例えば凹面１ａ全体に対する面積率が５〜５０％となるように形成されているとともに、凹面１ａ以外の表面も、それら表面に対する面積率が５〜５０％となるように形成されている。そして、各微小突起５は、直径Ｄ１は１〜１００μｍ、突起高さＴ１は５〜５００μｍとなるように形成されている。
【００２９】
ここで、微小突起５の直径Ｄ１が１μｍ未満であると微小突起５間に潤滑油が保持されず、微小突起５の直径Ｄ１が１００μｍを超えると微小突起５間の潤滑油が凹面１ａを含む全表面に流れ難くなる。また、微小突起５の突起高さＴ１が５μｍ未満であると微小突起５間に潤滑油が保持されず、突起高さＴ１が５００μｍを超えると微小突起５間の潤滑油が凹面１ａを含む全表面に流れ難くなる。
【００３０】
したがって、本実施形態のセパレータ１によれば、凹面１ａを含む全表面に、多数の微小突起５が形成されており、多数の微小突起５の間を潤滑油溜まりとして安定して潤滑油を供給することができるので、少なくともボール２との接触面圧が高い凹面１ａの摩耗を生じ難くすることができる。
【００３１】
（第２実施形態の直動装置用セパレータの製造）
本実施形態のセパレータ１は、セパレータ製造用金型（不図示）を使用して溶融した合成樹脂（例えばナイロン６６）を射出成形することにより形成される。
すなわち、セパレータ製造用金型の凹面１ａを含むセパレータ１の全表面を形成する金型面には、フォトグラフィを用いてパターニングを行い、その上から成膜を行うことで微小な穴が形成される。なお、微小な穴は、前述した微小突起５と同形状の穴である。
そして、上記のように形成されたセパレータ製造用金型を用いてセパレータ１を製造する際には、セパレータ製造用金型のキャビティ内に溶融樹脂（ナイロン６６）を射出し、セパレータ製造用金型の金型面に形成した微小な穴を、凹面１ａを含むセパレータ１の全表面に転写成形することで、製造されたセパレータ１には微小突起５が形成される。
【００３２】
したがって、本実施形態のセパレータ製造用金型を用いてセパレータ１を製造することで、少なくとも凹面１ａに、多数の微小突起５を高精度に形成することができる。
なお、セパレータ製造用金型の凹面１ａを含むセパレータ１の全表面を形成する金型面に、精密機械加工により微小な穴を形成してもよい。
そして、図３から図７で示した直動装置１０，２０，３０に、本実施形態の凹面１ａを含む全表面に微小突起５を形成したセパレータ１を組み込むことにより、ボール２との接触面圧が高いセパレータ１の凹面１ａの摩耗を生じ難くすることができ、高温・高負荷下で短ストローク往復運動を行う等、潤滑油膜が形成され難い条件下で使用された場合であっても、直動装置に必要な耐久性を得ることができる
なお、本実施形態では、凹面１ａを含むセパレータ１の全表面に微小突起５を形成したが、セパレータ製造用金型の金型面にパターニングする領域を特定することで、セパレータ１の凹面１ａのみに微小突起５を形成してもよい。
【００３３】
（第３実施形態の直動装置用セパレータ）
次に、図９は第３実施形態のセパレータ１の要部を示すものである。
本実施形態のセパレータ１の凹面１ａを含む全表面には、多数の微小穴（微小凹凸）６が形成されている。この微小穴６は、例えば凹面１ａ全体に対する面積率が５〜５０％となるように形成されているとともに、凹面１ａ以外の表面も、それら表面に対する面積率が５〜５０％となるように形成されている。そして、各微小穴６は、穴直径Ｄ２が１〜１００μｍ、穴深さＴ２が５〜５００μｍとなるように形成されている。
【００３４】
ここで、微小穴６の穴直径Ｄ２が１μｍ未満であると微小穴６内に潤滑油が保持されず、微小穴６の穴直径Ｄ２が１００μｍを超えると微小穴６内の潤滑油が凹面１ａを含む全表面に流れ難くなる。また、微小穴６の穴深さＴ２が５μｍ未満であると微小穴６内に潤滑油が保持されず、穴深さＴ２が５００μｍを超えると微小穴６内の潤滑油が凹面１ａを含む全表面に流れ難くなる。
【００３５】
したがって、本実施形態のセパレータ１によれば、凹面１ａを含む全表面に、多数の微小穴６が形成されており、多数の微小穴６内を潤滑油溜まりとして安定して潤滑油を供給することができるので、少なくともボール２との接触面圧が高い凹面１ａの摩耗を生じ難くすることができる。
【００３６】
（第３実施形態の直動装置用セパレータの製造）
本実施形態のセパレータ１も、セパレータ製造用金型（不図示）を使用して溶融した合成樹脂（例えばナイロン６６）を射出成形することにより形成される。
すなわち、セパレータ製造用金型の凹面１ａを含むセパレータ１の全表面を形成する金型面には、フォトグラフィを用いてパターニングを行い、その上から成膜を行うことで微小な突起が形成される。なお、微小な突起は、前述した微小穴５と同形状の突起である。
そして、上記のように形成されたセパレータ製造用金型を用いてセパレータ１を製造する際には、セパレータ製造用金型のキャビティ内に溶融樹脂（ナイロン６６）を射出し、セパレータ製造用金型の金型面に形成した微小な突起を、凹面１ａを含むセパレータ１の全表面に転写成形することで、製造されたセパレータ１には微小穴６が形成される。
【００３７】
したがって、本実施形態のセパレータ製造用金型を用いてセパレータ１を製造することで、少なくとも凹面１ａに、多数の微小穴６を高精度に形成することができる。
なお、セパレータ製造用金型の凹面１ａを含むセパレータ１の全表面を形成する金型面に、精密機械加工により微小な突起を形成してもよい。
そして、図３から図７で示した直動装置１０，２０，３０に、本実施形態の凹面１ａを含む全表面に微小穴６を形成したセパレータ１を組み込むことにより、ボール２との接触面圧が高いセパレータ１の凹面１ａの摩耗を生じ難くすることができ、高温・高負荷下で短ストローク往復運動を行う等、潤滑油膜が形成され難い条件下で使用された場合であっても、直動装置に必要な耐久性を得ることができる
また、本実施形態では、凹面１ａを含むセパレータ１の全表面に微小穴６を形成したが、セパレータ製造用金型の金型面にパターニングする領域を特定することで、セパレータ１の凹面１ａのみに微小穴６を形成してもよい。
【００３８】
（第４実施形態の直動装置用セパレータ）
さらに、図１０は第４実施形態のセパレータ１の要部を示すものである。
セパレータ１の凹面１ａを含む全表面には、第２実施形態と同様に、微細な線状溝３が縞状に延在する微細周期構造４が形成されている。
そして、本実施形態は、微細周期構造４上に、ショットピーニング加工によって固体潤滑剤からなる被膜７が形成されている。固体潤滑剤としては、二硫化モリブデンが使用されている。
【００３９】
図１０に示すように、微細周期構造４上に形成された被膜７は、線状溝３の内面及び隣接する線状溝３，３の間の表面にも一様に形成されている。
したがって、本実施形態のセパレータ１によれば、凹面１ａを含む全表面に形成した微細な線状溝３内を潤滑油溜まりとして安定して潤滑油を供給することができるとともに、潤滑油が枯渇する場合には、線状溝３の内面に形成されている被膜（固体潤滑剤）７が放出されるので、ボール２との接触面圧が高い凹面１ａの摩耗をさらに生じ難くすることができる。
【００４０】
なお、図示しないが、図８で示した微小突起５が形成されているセパレータ１の凹面１ａを含む全表面上に、ショットピーニング加工によって固体潤滑剤からなる被膜を形成しても、図９で示した微小穴６が形成されているセパレータ１の凹面１ａを含む全表面上に、ショットピーニング加工によって固体潤滑剤からなる被膜を形成しても、本実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４１】
また、本実施形態のセパレータ１、或いは、微小突起５が形成されている凹面１ａを含む全表面上に、ショットピーニング加工によって固体潤滑剤からなる被膜を形成したセパレータ１、さらには、微小穴６が形成されている凹面１ａを含む全表面上に、ショットピーニング加工によって固体潤滑剤からなる被膜を形成したセパレータ１を、図３から図７で示した直動装置１０，２０，３０に組み込むことにより、ボール２との接触面圧が高いセパレータ１の凹面１ａの摩耗をさらに生じ難くすることができ、高温・高負荷下で短ストローク往復運動を行う等、潤滑油膜が形成され難い条件下で使用された場合であっても、直動装置に必要な耐久性を得ることができる
【実施例】
【００４２】
以下、本発明の効果を実施例に基づいて検証した結果について説明する。
本実施形態では、ＪＩＳ  Ｂ  １１９２に規定された呼び番号Ｃ５のボールねじ（ねじ軸径：２５ｍｍ，リード：１０ｍｍ，ねじ軸全長：５００ｍｍ，ボール径：４．７６２ｍｍ）を、以下に示す手順で作製した。
本実施形態では、８種類のセパレータＡ〜Ｈを以下に示す手順で作製した。これらセパレータＡ〜Ｈは、上述したセパレータ１と同様の構成とし、その外径寸法は転動体の直径の０．８倍とした。
【００４３】
セパレータＡは、セパレータ製造用金型の凹面１ａを含むセパレータ１の全表面を形成する金型面に、フェムト秒レーザのようなパルス幅１ｐｓ以上５ｐｓ以下の短パルスレーザーを照射することで、溝幅Ｈが７００〜９００ｎｍであり、溝深さＬを５０〜４００ｎｍとした微細な線状溝３が縞状に延在する微細周期構造４を形成したセパレータである。また、微細周期構造４は、ボール２の転がり方向と直交する方向、又は平行する方向の二種類を用意した。
【００４４】
セパレータＢは、微細な線状溝３が縞状に延在する微細周期構造４を形成した凹面１ａを含むセパレータ１の全表面上に、ショットピーニング加工により二硫化モリブデンからなる固体潤滑剤の被膜７を形成したセパレータである。なお、ショットピーニング加工は、噴射圧力噴射圧力０．２〜０．５ＭＰａで、噴射時間１０分で行った。
セパレータＣは、セパレータ製造用金型の凹面１ａを含むセパレータ１の全表面を形成する金型面に、フォトグラフィを用いてパターニングを行い、その上から成膜を行うことで微小な突起を形成し、それを使用して射出成形することで、穴直径Ｄ２が１〜１００μｍ、穴深さＴ２が５〜５００μｍの多数の微小穴６を表面に形成したセパレータである。
【００４５】
セパレータＤは、セパレータＣにショットピーニング加工により二硫化モリブデンからなる固体潤滑剤の被膜７を形成したセパレータである。
セパレータＥは、セパレータ製造用金型の凹面１ａを含むセパレータ１の全表面を形成する金型面に、フォトグラフィを用いてパターニングを行い、その上から成膜を行うことで微小な穴を形成し、それを使用して射出成形することで、直径Ｄ１が１〜１００μｍ、突起高さＴ１が５〜５００μｍの多数の微小突起５を表面に形成したセパレータである。
【００４６】
セパレータＦは、セパレータＥにショットピーニング加工により二硫化モリブデンからなる固体潤滑剤の被膜７を形成したセパレータである。
また、本実施形態との比較のために、表面形状の凹凸や固体潤滑剤被膜などを形成していないセパレータＧと、表面形状に凹凸が存在せず、ショットピーニング加工により二硫化モリブデンからなる固体潤滑剤の被膜を形成したセパレータＨを用意した。
【００４７】
ここで、面積率は、以下に示す手順で測定した。まず、ＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザ）を用いて、セパレータの表面の観察を２０００倍で３０視野分行った。次に、セパレータの表面の２００μｍ四方を１０００倍に拡大し、固体潤滑被膜が形成される前の元素特性Ｘ線強度の１０倍以上のＸ線強度が検出された部分を固体潤滑材が存在する領域として判定した。そして、３０視野分の結果を画像解析して、固体潤滑被膜をなす固体潤滑材の面積率の平均値を算出した。
【００４８】
ボールは、高炭素クロム軸受鋼２種（ＳＵＪ２）からなる素材を所定形状に加工した後、混合ガス（ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス）が導入された炉内において、８４０℃で３時間加熱保持することによる浸炭窒化処理と、油焼入れ処理と、１８０〜２００℃で２時間加熱保持することによる焼戻し処理とを施して、粗加工を行った。これにより、ボールの転動面をなす表層部（表面から５０μｍまでの部分）において、残留オーステナイト量を１５〜４０％とし、硬さをＨＲＣ６２〜６７（Ｈｖ７４６〜９００）とした。次に、ボールの転動面にタンブラ−加工を行って、ＪＩＳに規定された等級Ｇ２０に相当するまで仕上げ加工を行った。
【００４９】
そして、セパレータＡ〜Ｆを用いて、ボールねじ、ナット、ボール、及びセパレータの寿命試験用サンプルを用いて、ボールねじを組み立てた。この時、ボール転動路内の総隙間は０よりも大きく、且つ、最後尾にあたる１個のセパレータを除去したと仮定した時に先頭のボールと最後尾のボールとの隙間が、セパレータの外径寸法の０．８倍よりも小さくなるように設定した。
【００５０】
このボールねじを、以下に示すように潤滑油膜が形成され難い条件下（膜パラメータが３以下）で運転させることで、ボールねじの寿命試験を行った。この寿命試験は、理論寿命時間の３倍を上限としてボールねじを運転させることで行い、ナットの試験温度が初期温度に比べて１０℃上昇した時点で、又は、振動値が初期振動値に比べて３倍以上となった時点で、ボールねじの運転を停止させた。そして、ボールねじの運転を停止させるまでの時間を寿命として測定した。また、この寿命試験では、各実施例で１０回ずつ行って、ワイブル分布関数に基づくＬ１０寿命を算出した。そして、この結果を、セパレータＧを用いたＮｏ．１７の結果を１とした時の比で、表１に併せて示した。
【００５１】
＜寿命試験条件＞
試験機：日本精工株式会社製ボールねじ耐久寿命試験機
荷重：アキシャル荷重５８００Ｎ（Ｐ／Ｃ＝０．５）
回転速度：２００ｍｉｎ-1
ストローク：６０ｍｍ
潤滑材：鉱油系グリース
試験温度：１００℃
【００５２】
【表１】
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【００５３】
表１に示すように、セパレータの表面に微細周期構造。微小穴、微小突起を形成したＮｏ．１〜Ｎｏ．１６では、比較例のＮｏ．１７，Ｎｏ．１８と比べて、寿命が大幅に伸びている。
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１６のうち、特に微小穴をセパレータの表面に形成したものが、他のセパレータよりも寿命が長い。これは、微小穴が油溜まりとして機能し、潤滑油が枯渇した場合でもセパレータが潤滑油供給体となって長時間安定した潤滑ができるためである。特に、面積率が２０％であるＮｏ．６が最も寿命が長い。
【００５４】
また、微小穴を形成し、且つ固体潤滑剤の被膜を形成したＮｏ．８〜Ｎｏ．１０ではさらに寿命が長くなる。これは、微小穴の中に固体潤滑剤が充填されているので、潤滑油が枯渇して潤滑剤の膜が形成されにくい条件下でも固体潤滑剤が微小穴から放出され、潤滑剤が安定した潤滑をもたらすためである。
【００５５】
以上の結果から、セパレータの少なくともボールと接触する表面に、面積率で２０％の割合で微小穴が形成されており。その微小穴の内面に固体潤滑剤の被膜が形成されたセパレータを用いることにより、潤滑剤の膜が形成され難い条件下で使用された場合であっても、ボールねじの寿命を長くできることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る直動装置用セパレータの一例を示す断面図である。
【図２】直動装置用セパレータの表面の第１実施形態の構造を示す図である。
【図３】本発明に係る直動装置としてボールねじを示す正面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線矢視図である。
【図５】図３における転動体とセパレータとの係合状態を示す図である。
【図６】本発明に係る直動装置としてリニアガイド示す一部断面斜視図である。
【図７】本発明に係る直動装置としてニリアボールベアリング示す斜視図である。
【図８】直動装置用セパレータの表面の第２実施形態の構造を示す図である。
【図９】直動装置用セパレータの表面の第３実施形態の構造を示す図である。
【図１０】直動装置用セパレータの表面の第４実施形態の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…セパレータ、１ａ…凹面（保持面）、２…ボール（転動体）、３…線状溝、４…微細周期構造、５…微小突起（微小凹凸）、６…微小穴（微小凹凸）、７…被膜（固体潤滑剤からなる被膜）、１０，２０，３０…直動装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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