(57)【要約】  転がり案内装置１６０は、軌道部材としての軌道レール１６１と、その軌道レール１６１にボール１６２を介して移動自在に取り付けられた移動体１６３とを備えている。そして、ボール１６２に対しては、閉鎖磁界不均衡マグネトロンスパッタリング装置（ＣＵＭＳ装置）による固体潤滑膜が形成されている。この固体潤滑膜は、膜の最表面において低い摩擦係数を有するとともに、内部の繰り返し応力に耐え、且つ、密着力の高いものである。かかる固体潤滑膜は、膜の内部や境界部から破壊することがなく、膜表面から最小の速度で摩耗していくので、信頼性の高い理想的な固体潤滑機能を発揮することができ、このような密着性および耐摩耗性の向上した固体潤滑膜を転がり案内装置に適用することによって、悪潤滑環境や高温真空状態、あるいはオイルフリー等の特殊環境下で使用可能な転がり案内装置を提供することが可能となる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道部材と、
前記軌道部材に複数の転動体を介して移動自在に取り付けられる移動体と、
を有し、
前記複数の転動体が、前記軌道部材と前記移動体との間に形成された負荷転走路と、その負荷転走路の一端と他端とを結ぶように前記移動体に形成された無負荷転走路とから構成される無限循環路に設置される転がり案内装置において、
前記複数の転動体、前記負荷転走路又は前記無負荷転走路の少なくとも１つの表面に対して、層状結晶化合物に金属原子を導入した固体潤滑膜が形成されることを特徴とする転がり案内装置。
【請求項２】
請求項１に記載の転がり案内装置において、
前記固体潤滑膜は、閉鎖磁界不均衡マグネトロンスパッタリング法により成膜されることを特徴とする転がり案内装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の転がり案内装置において、
前記層状結晶化合物は、ＭｏＳ２、ＷＳ２又はグラファイトの少なくとも１化合物を含み、
前記金属原子は、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、アルミ（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ケイ素（Ｓｉ）又はホウ素（Ｂ）の少なくとも１元素を含むことを特徴とする転がり案内装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の転がり案内装置において、
前記固体潤滑膜は、膜厚が０．５〜３μｍの範囲内であることを特徴とする転がり案内装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の転がり案内装置において、
前記固体潤滑膜における前記金属原子の含有率が、２０％以下であることを特徴とする転がり案内装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の転がり案内装置において、
前記固体潤滑膜は、ロックウェルのダイヤモンド圧子を用いたスクラッチ試験で臨界密着力が４０Ｎ以上であることを特徴とする転がり案内装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の転がり案内装置において、
前記固体潤滑膜は、ビッカース硬さ（Ｈｖ）が５００以上であり、且つ、１×１０−３Ｔｏｒｒ以下の真空中で硬さＨＲＣ５５以上の鋼材との摩擦係数が０．０７以下であることを特徴とする転がり案内装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の転がり案内装置において、
前記複数の転動体の間には、前記転動体および前記固体潤滑膜よりも柔らかいスペーサ部材が設置されており、
かかるスペーサ部材は、前記転動体の径以下の径を持つスペーサボール又はリテーナであることを特徴とする転がり案内装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり案内装置に係り、特に、転動体や負荷転走路あるいは無負荷転走路の表面に対して、層状結晶化合物に金属原子を導入した固体潤滑膜が形成される転がり案内装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、転がり軸受などの転がり摺動部材では、転動体の転がり摩擦や滑り摩擦を減少させ、軸受の耐久性を向上させるために、グリース等の液状潤滑剤を供給することが行われてきた。しかし、液状潤滑材を用いる手法では、潤滑剤の蒸気が環境の汚染源となるため、転がり摺動部材を半導体製造設備などの高い清浄度が要求される密封真空下で使用する場合に、問題があった。【０００３】
そこで、このような特殊な環境下で使用される転がり摺動部材の転動面に対しては、ダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記す）膜を形成することによって、かかる部材の耐久性や寿命を向上させることが行われている。このＤＬＣ膜は、既知のＰＶＤ（物理的蒸着）法やＣＶＤ（化学的蒸着）法によって成膜されるものであり、表面がダイヤモンドに準ずる硬さ（１０ＧＰａ以上の塑性変形硬さ）を有するとともに、摩擦係数が０．２以下と摺動抵抗値が小さいので、新たな耐摩耗性皮膜として注目されているものである（例えば、下記特許文献１〜５参照）。【０００４】
【特許文献１】特開平０９−１４４７６４号公報
【特許文献２】特開２０００−１３６８２８号公報
【特許文献３】特開２０００−２０５２７７号公報
【特許文献４】特開２０００−２０５２７９号公報
【特許文献５】特開２０００−２０５２８０号公報
【特許文献６】英国特許第２，３０３，３８０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のＰＶＤ（物理的蒸着）法やＣＶＤ（化学的蒸着）法によって成膜されるＤＬＣ膜は、膜の密着性および耐摩耗性の点で不十分であり、さらなる改善が必要である。具体的には、ＤＬＣ膜は、自己の硬さに比べて強度が非常に低いため、摺動運動が支配的な部分については有効に使用されてきたが、転がり運動に対しては膜の内側から破壊して剥離してしまうので、これまで転動部材に使用されることはほとんどなく、７００ＭＰａ以下の極めて小さい面圧下での使用に限られていた。また、ＰＶＤ法によるＤＬＣ膜は、真空中において耐摩耗性が悪化するという不具合も有していた。【０００６】
さらに、貧潤滑を含む悪潤滑環境や高温真空状態、グリース等潤滑剤が使用できない状態などの特殊環境下で使用される転がり案内装置に対しては、密着性および耐摩耗性を改善し、耐久性の向上や長寿命化を実現する固体潤滑膜の適用が求められていた。【０００７】
特に、直線案内装置やボールスプライン装置、ボールねじ装置等の転がり案内装置においては、無限循環路に設置される複数のボールが負荷転走路から無負荷転走路に移動する際に、力学的な不連続部や衝突部が存在するので、このような部位で発生する面圧や転がり摺動運動に耐え得る固体潤滑膜の適用が不可欠であった。【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、これまで行われてきた液状潤滑剤およびＰＶＤ（物理的蒸着）法やＣＶＤ（化学的蒸着）法によって成膜したＤＬＣ膜と比較して、密着性および耐摩耗性の向上した固体潤滑膜を直線案内装置やボールスプライン装置、ボールねじ装置等の転がり案内装置に適用し、耐摩耗性と転がり運動による疲労強度を高めた転がり案内装置を提供することにある。さらに、悪潤滑環境や高温真空状態、あるいはオイルフリー等の特殊環境下で、十分な面圧を有し、転がり摺動運動に耐え得る転がり案内装置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】
【０００９】
本発明に係る転がり案内装置は、軌道部材と、前記軌道部材に複数の転動体を介して移動自在に取り付けられる移動体と、を有し、前記複数の転動体が、前記軌道部材と前記移動体との間に形成された負荷転走路と、その負荷転走路の一端と他端とを結ぶように前記移動体に形成された無負荷転走路とから構成される無限循環路に設置される転がり案内装置であって、前記複数の転動体、前記負荷転走路又は前記無負荷転走路の少なくとも１つの表面に対して、層状結晶化合物に金属原子を導入した固体潤滑膜が形成されることを特徴とする。【００１０】
本発明に係る転がり案内装置において、前記固体潤滑膜は、閉鎖磁界不均衡マグネトロンスパッタリング法により成膜されることが好適である。【００１１】
また、本発明に係る転がり案内装置において、前記層状結晶化合物は、ＭｏＳ２、ＷＳ２又はグラファイトの少なくとも１化合物を含み、前記金属原子は、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、アルミ（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ケイ素（Ｓｉ）又はホウ素（Ｂ）の少なくとも１元素を含むこととすることができる。【００１２】
さらに、本発明に係る転がり案内装置において、前記固体潤滑膜は、膜厚が０．５〜３μｍの範囲内であることが好適である。【００１３】
またさらに、本発明に係る転がり案内装置では、前記固体潤滑膜における前記金属原子の含有率が、２０％以下であることが好適である。【００１４】
さらにまた、本発明に係る転がり案内装置において、前記固体潤滑膜は、ロックウェルのダイヤモンド圧子を用いたスクラッチ試験で臨界密着力が４０Ｎ以上であることが好適である。【００１５】
また、本発明に係る転がり案内装置において、前記固体潤滑膜は、ビッカース硬さ（Ｈｖ）が５００以上であり、且つ、１×１０−３Ｔｏｒｒ以下の真空中で硬さＨＲＣ５５以上の鋼材との摩擦係数が０．０７以下であることが好適である。【００１６】
さらに、本発明に係る転がり案内装置において、前記複数の転動体の間には、前記転動体および前記固体潤滑膜よりも柔らかいスペーサ部材が設置されており、かかるスペーサ部材は、前記転動体の径以下の径を持つスペーサボール又はリテーナであることとすることができる。【００１７】
なお、上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、これまで行われてきた液状潤滑剤およびＰＶＤ（物理的蒸着）法やＣＶＤ（化学的蒸着）法によって成膜したＤＬＣ膜と比較して、密着性および耐摩耗性の向上した固体潤滑膜を転がり案内装置に適用することができるので、耐摩耗性と転がり運動による疲労強度を高めた転がり案内装置を提供することができる。また、悪潤滑環境や高温真空状態、あるいはオイルフリー等の特殊環境下で、十分な面圧を有し、転がり摺動運動に耐え得る転がり案内装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本実施形態で用いられる一般的なＣＵＭＳ装置の上面を示す概略図である。
【図２】図２は、本実施形態で用いられる一般的なＣＵＭＳ装置の側面を示す概略図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る固体潤滑膜を製造するために用いたティーア、コーティングズ、リミテッド社製のＣＵＭＳ装置を説明するための図である。
【図４】図４は、多層膜に形成された場合の本実施形態に係る固体潤滑膜の膜構造を示す図である。
【図５】図５は、混合膜（アモルファス膜）に形成された場合の本実施形態に係る固体潤滑膜の膜構造を示す図である。
【図６】図６は、無潤滑耐久試験でＬＭガイドに適用された負荷サイクルを示す図である。
【図７】図７は、無潤滑耐久試験で用いられた無潤滑耐久試験機の概略構成を示す外観側面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、無潤滑耐久試験機に設置されるＬＭガイドの概略構成を説明するための外観斜視部分断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａで示されるＬＭガイドが有する無限循環路の構造を説明するための縦断面図である。
【図９】図９は、無潤滑耐久試験の試験結果を棒グラフで表現した図である。
【図１０】図１０は、発塵試験で用いられた発塵試験装置の概略構成を示す外観上面図である。
【図１１】図１１は、発塵試験の試験結果を棒グラフで表現した図である。
【図１２】図１２は、本実施形態に係る固体潤滑膜が使用される直線型の転がり案内装置の軌道レールと直交する方向の断面を示す図である。
【図１３】図１３は、本実施形態に係る固体潤滑膜が使用される直線型の転がり案内装置の平面を示す図である。
【図１４】図１４は、図１２および図１３に例示される直線型の転がり案内装置に用いられるスペーサ部材の具体的な形状を示す図である。
【図１５】図１５は、図１２に示した直線型の転がり案内装置の変形例を示す図である。
【図１６】図１６は、図１３に示した直線型の転がり案内装置の変形例を示す図である。
【図１７】図１７は、本実施形態に係る固体潤滑膜が適用可能な４条の無限循環路を有する直線型の転がり案内装置を示す図である。
【図１８】図１８は、本実施形態に係るスペーサ部材の多様な変形例の一形態を示す図である。
【図１９】図１９は、図１８に示したスペーサ部材の別の挿入形態を示す図である。
【図２０】図２０は、本実施形態に係るスペーサ部材の多様な変形例のさらに別の形態を示す図である。
【図２１】図２１は、図２０に示したスペーサ部材の変形例を示す図である。
【図２２】図２２は、本実施形態に係る固体潤滑膜が使用されるボールねじ装置の一形態を示す図である。
【図２３】図２３は、本実施形態に係る固体潤滑膜が使用されるボールねじ装置の別の形態を示す図である。
【図２４】図２４は、本実施形態に係る固体潤滑膜が使用されるボールねじ装置のさらに別の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ  マグネトロン、１１  外側リング磁石、１２  内側コア磁石、１３  被処理体、１４  キャリア、１５  モータ、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ  ターゲット、２０  不活性ガス制御ループ、２１  高速電磁弁、２２  発光モニタ、２３  光電子増倍管、４０  多層膜、４２  境界密着層、５０  混合膜（アモルファス膜）、Ｂ  磁界線、Ｃ  作業空間、α  ＭｏＳ２の割合がチタン（Ｔｉ）に比べて多い層、β  αと反対にチタン（Ｔｉ）の方が多い層、６０  無潤滑耐久試験機、６１  基台、６２  櫓、６３  バネ、６４  ロードセル、６５  モータ、７０  ＬＭガイド、７１  軌道レール、７１ａ  ボール転走溝、７２  移動ブロック、７２ａ  負荷ボール転走溝、７３  ボール、７４  無限循環路、７５  スペーサボール、８０  発塵試験装置、８１  モータ、８２  運動案内装置、８２ａ  ボールねじ、８２ｂ  移動ブロック、８３  構造部材、８５  アクリルケース、８６  パーティクルカウンタ、１６０  転がり案内装置、１６１  軌道レール、１６１ａ，１６４ａ  負荷転走溝、１６１ｂ  ボルト取付孔、１６２  ボール、１６３  移動体、１６４  ブロック本体、１６４ｂ  ブロック本体上面、１６４ｃ  雌ねじ、１６５  型成形体、１６５ａ  ボール案内部、１６５ｂ  ボール保持部、１６６  側蓋、１６６ａ  ボール案内溝、１６７  負荷転走路、１６８  戻し路、１６９  方向転換路、１７０  無負荷転走路、１７１  無限循環路、１７２  案内溝、１８０，２０２  スペーサ部材、１８１  間座部、１８２  腕部、１８５  スペーサボール、１８６  リテーナ、１８７  スペーサ、１８８  帯状部材、１９０  ボールねじ装置、１９１  ねじ軸、１９１ａ，１９３ａ  負荷転走溝、１９２  ナット、１９２ａ  フランジ、１９３  ナット本体、１９４  蓋体、１９５  負荷転走路、１９６  戻し路、１９７  リターンピース、１９８  カバー、１９９  方向転換路、２００  無負荷転走路、２０１  無限循環路、２１０  リターンパイプ、２２０  デフレクタ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。【００２２】
さらに、本実施形態では、ティーア、コーティングズ、リミテッド社製の閉鎖磁界不均衡マグネトロンスパッタリング装置（以下、ＣＵＭＳ装置と記す）を用いて、転がり案内装置に用いられる転動体としてのボールの表面に対して、固体潤滑膜としての薄膜を成膜する場合を例示して説明する。この装置を採用するのは、通常の非平衡マグネトロンスパッタリング（ＵＢＭＳ：登録商標）法と比較して、高密度のプラズマを得ることができ、イオン電流密度も５倍以上と高くなるので、転がり案内装置に適用可能な固体潤滑膜を得ることができるからである。【００２３】
なお、本明細書における「転がり案内装置」は、上記ボールを有するものに限られず、例えば、工作機械などに用いられる転がり軸受全般や真空中で使用される無潤滑軸受、リニアガイドや直線案内装置、ボールスプライン装置、ボールねじ装置等のような、あらゆる転動・摺動動作を伴う装置を含むものである。【００２４】
［ＣＵＭＳ装置の構成］
まず、本実施形態に係る転がり案内装置に適用される固体潤滑膜の成膜に用いられるＣＵＭＳ装置について、図面を用いて説明する。図１は、本実施形態で用いられる一般的なＣＵＭＳ装置の上面を示す概略図である。また、図２は、本実施形態で用いられる一般的なＣＵＭＳ装置の側面を示す概略図である。【００２５】
図１および図２に例示されるＣＵＭＳ装置は、４個のマグネトロン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを有しており、これら４個のマグネトロン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、それぞれ外側リング磁石１１と、中央に位置する内側コア磁石１２とを備えている。４個のマグネトロン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、成膜対象となる被処理体１３を適切な位置に配置するための配置手段であるキャリア１４を中心にして設置されている。キャリア１４は、矢印Ａの方向に一つの軸を中心として回転するように構成されており、この回転は、例えばモータ１５などの駆動機構によって実現することができる。【００２６】
図１および図２に示すＣＵＭＳ装置では、マグネトロン１０ｂおよび１０ｄの外側リング磁石１１はＳ極であり、それらの内側コア磁石１２はＮ極となっている。一方、マグネトロン１０ａおよび１０ｃの外側リング磁石１１はＮ極であり、それらの内側コア磁石１２はＳ極で構成されている。このような構成とすることによって、４個のマグネトロン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの磁界線Ｂは連続的なバリアを形成し、マグネトロンプラズマから拡散する電子を捕獲することができる。つまり、磁界線Ｂは、キャリア１４を取り囲むように作業空間Ｃを限定することができるので、電磁的に閉鎖した状態で被処理体１３に対して成膜を施すことができる。したがって、図１および図２に示すＣＵＭＳ装置によれば、低電圧で高密度のプラズマを発生させることが可能となり、通常の非平衡マグネトロンスパッタリング（ＵＢＭＳ：登録商標）装置では不可能であった、良質の薄膜形成が実現する。なお、磁界線Ｂによって形成される作業空間Ｃは、その範囲を任意に設定することが可能であり、キャリア１４の軸方向の上下端に限定されるものではない。【００２７】
また、４個のマグネトロン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄには、スパッタリングの供給材料となるターゲット１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが設置されている。これらのターゲット１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、キャリア１４に面した磁石１１，１２の極面を覆うように配置されている。なお、各マグネトロン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、図示しない軟鉄製裏板を有しているので、各マグネトロン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄで内側磁性回路が完結している。【００２８】
以上の説明から分かるように、本実施形態に係るＣＵＭＳ装置によれば、ターゲット１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄからスパッタリングされた物質が付着するように対向配置された被処理体１３を、非平衡磁場発生手段として配置される磁石１１，１２によって作り出された非平衡磁場内に閉じ込めることができる。したがって、ＣＵＭＳ装置は、電磁的に閉鎖された作業空間Ｃにおいて被処理体１３に成膜を実施することが可能である。この様な構成とするのは、電磁的に閉鎖された空間内にあるターゲット１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄの表面に意図的に非平衡磁場を発生させることで、低電圧で高密度のプラズマを発生させることが可能となり、被処理体１３に良質の薄膜を形成することができるからである。【００２９】
なお、ＣＵＭＳ装置を使用するときには、例えばアルゴンなどの不活性ガスがこの装置の室内に供給される。不活性ガスの供給は、図２に示すような不活性ガス制御ループ２０によって行うことができる。不活性ガス制御ループ２０は、高速電磁弁２１と発光モニタ２２、光電子増倍管２３を備えており、室内における不活性ガスの状態を常に監視することによって、好適な作業環境を維持できるようになっている。そのような室内でマグネトロン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに電位差を持った電圧が印加されることになるのであるが、この電位差によって電子が加速されてガスをイオン化し、より多くの電子およびアルゴンイオンを発生させることができる。そして、室内に存在するアルゴンイオンが供給材料のターゲット１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを爆撃し、供給材料の固体潤滑膜を製造するのである。【００３０】
［固体潤滑膜の成膜方法］
Ａ．ＣＵＭＳ装置の設定条件
次に、上述したＣＵＭＳ装置を用いて本実施形態に係る転がり案内装置に適用される固体潤滑膜を製造するための具体的な方法について説明する。スパッタリングを行うためのＣＵＭＳ装置としては、図３に示す、中央に回転するキャリア１４を備えたティーア、コーティングズ、リミテッド社製のＣＵＭＳ装置（特許文献６：１９９６年にティーア、コーティングズ、リミテッド社に与えられた英国特許第２，３０３，３８０号明細書参照）を用いた。かかる装置を用いた閉鎖磁界不均衡マグネトロンスパッタリング法による成膜手段を採用すれば、低電圧にて高いイオン電流のスパッタリングが可能となるので、比較的短時間に均質で高密度の成膜が可能となる。【００３１】
図３に示すキャリア１４には、被処理体１３を固定するジグ３０が設置されており、このジグ３０は、単純な回転だけでなく、自公転できるようになっている。したがって、ジグ３０に取り付けられる被処理体１３は、転がり部材として重要な膜厚と膜質を均一にする固体潤滑膜を成膜されることが可能となっている。【００３２】
ここで、本実施形態で用いられるＣＵＭＳ装置に特徴的な点として、キャリア１４を取り囲むように設置されるターゲット１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄの内の１つであるターゲット１６ｂに、チタン（Ｔｉ）が採用されていることが挙げられる。そして、他のターゲット１６ａ，１６ｃ，１６ｄについては、ＭｏＳ２が配置されている。このような構成とするのは、スパッタリングされるための複数のターゲット１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄの少なくとも１つを活性化金属であるチタン（Ｔｉ）等の金属原子によって構成し、他のターゲットをＭｏＳ２等の層状結晶化合物によって構成することにより、層状結晶化合物に金属原子が導入され、層間の強度が向上するからである。また、本実施形態では、比較的短時間に均質で高密度の成膜が可能となる閉鎖磁界不均衡マグネトロンスパッタリング法による成膜手段を採用しているので、得られる固体潤滑膜は、膜の最表面における低摩擦係数を実現するとともに、内部の繰り返し応力に耐えることができ、且つ、密着力の高いものとなる。したがって、このような固体潤滑膜は、膜の内部や境界部から破壊することがないので、転がり案内装置に適用した場合には、膜表面から最小の速度で摩耗していくという信頼性の高い理想的な状態が実現するのである。【００３３】
層状結晶化合物に導入される金属原子には、活性化金属であるチタン（Ｔｉ）の他、タングステン（Ｗ）、アルミ（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ケイ素（Ｓｉ）又はホウ素（Ｂ）等を採用することができる。これらの金属原子は、単独あるいは組み合わせて使用することができる。【００３４】
また、本実施形態では、ターゲット１６ａ，１６ｃ，１６ｄにＭｏＳ２を用いたが、これは、ＭｏＳ２がよく知られた固体潤滑だからである。ただし、ターゲット材はＭｏＳ２のみに制約されるものではなく、他のターゲット材を適用することも可能である。例えば、ＷＳ２やグラファイトなど、結晶が層状構造を持っている化合物を採用することが好ましい。【００３５】
なお、本実施形態に係るＣＵＭＳ装置では、上記以外のターゲットを追加して配置することも可能である。つまり、ターゲットの数に制限は無く、ターゲットの１つに、第３の材料を配置して、図４に例示するような境界密着層４２や多層膜４０、あるいは図５に例示するような混合膜５０に添加して、固体潤滑としての密着性や潤滑性、さらには膜強度等を向上させることもできる。なお、密着性を向上させるためには、チタン（Ｔｉ）の他、タングステン（Ｗ）、アルミ（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ケイ素（Ｓｉ）、あるいはホウ素（Ｂ）などをターゲット材として使用するのが好ましい。【００３６】
Ｂ．ＣＵＭＳ装置の動作手順
続いて、ＣＵＭＳ装置の動作手順を説明する。まず、スパッタリングを行う装置室内を５〜６×１０−６Ｔｏｒｒの真空に引き、その後、成膜する被処理体１３の表面を清浄化する。また、装置室内の水分、有害な硫化水素等を除去してアルゴンガスを導入し、さらに装置室内を１×１０−３Ｔｏｒｒにした上で、キャリア１４上に−３５０Ｖのパルス電圧を１５分間かけてチタン（Ｔｉ）のみをスパッタリングし、下地の上に０．１〜０．３μｍの金属Ｔｉ層（境界密着層４２）を生成する。これにより、固体潤滑膜自身の脆化を防ぐことができ、固体潤滑としての機能を発揮する良好な膜を成膜することができる。【００３７】
引続き、キャリア１４へのパルス電圧を−３０Ｖにしてスパッタによる成膜を行う。このときの電流値は、各ターゲットで０．２〜１．０Ａ程度であるが、ＭｏＳ２のスパッタリング量を時間とともにだんだん増加させ、チタン（Ｔｉ）の含有率は最終的に膜全体の２０％以下となるようにする。このときの真空度は、約５ｍＴｏｒｒに制御されている。【００３８】
これらの条件は、膜の特性や生産性などによって変更することができる。膜厚は、０．１μｍ〜１０μｍまで制御可能であるが、本実施形態に係る転がり案内装置に適用するためには、膜厚は０．５〜３μｍの範囲内に納めることが望ましい。これは、固体潤滑膜の膜厚が３μｍを超えると膜内部の応力の増加によって転がり寿命が低下するためであり、膜厚０．５μｍ未満の場合には、固体潤滑膜本来の強度に到達できないからである。なお、本実施形態では、約１μｍ程度の均一な膜を作成するために、上述した条件で７０分のスパッタを行った。なお、厚い膜を得るためには、このスパッタ時間を長くすればよい。【００３９】
キャリア１４に取り付けられたジグ３０の回転速度は、多層膜４０の層間の距離、あるいは混合膜５０を製作するために、自由に設定することが可能であるが、３〜１０回転／分が好ましく、本実施形態では５回転／分とした。【００４０】
［成膜された固体潤滑膜の構造］
次に、以上のような方法によって成膜された固体潤滑膜の構造について説明する。本実施形態では、多数選択可能なターゲットの中で、図３に示すような４つのターゲット１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを用いて成膜された多層膜４０と混合膜（アモルファス膜）５０について、その膜の固体潤滑の構造について説明する。多層膜４０は、チタン（Ｔｉ）層単層と、チタン（Ｔｉ）とＭｏＳ２の混合層の２層構造として成膜されている。一方、混合膜５０は、チタン（Ｔｉ）とＭｏＳ２を同時にスパッタし、もはや明確な結晶構造をもたないアモルファス状に成膜されたものである。両者とも活性化金属であるチタン（Ｔｉ）を境界密着層４２として有している。なお、図４は、多層膜４０に形成された場合の本実施形態に係る固体潤滑膜の膜構造を示す図であり、図５は、混合膜（アモルファス膜）５０に形成された場合の本実施形態に係る固体潤滑膜の膜構造を示す図である。【００４１】
成膜される膜の構造としては、ＭｏＳ２の割合がチタン（Ｔｉ）に比べて多い層αと反対にチタン（Ｔｉ）の方が多い層βがα／β／α／β／…／β／αのように多層になった多層膜４０（図４参照）と、もはや層の構造が明確でなくなり、明確な結晶構造を持たないアモルファス状の混合膜（アモルファス膜）５０（図５参照）などを得ることが可能である。これらの膜構造は、キャリア１４の回転数、各ターゲットに与えられるエネルギー、キャリア１４への電圧、ターゲットのシャッターなどを調整することによって得ることができる。【００４２】
なお、ここで説明したα層およびβ層については、さまざまな元素の割合やバリエーションの設定が可能である。材料の成分が自由に調整できるので、それぞれの元素の濃度を任意に変化させて、傾斜層や傾斜膜をつくることも可能である。【００４３】
［成膜された固体潤滑膜の特性］
以上のようにして成膜された固体潤滑膜の特性について調査した。本調査では、面粗度Ｒａ０．０３以下で、材質ＳＫＨ５１（高速度工具鋼）製の板状テストピースを用意し、上述した成膜方法と同条件で固体潤滑膜を成膜した。まず、このテストピースに対してボールオンディスク耐久試験を実施した。摩擦転走円直径は８ｍｍ、試験用ボールの直径５ｍｍ、材質ＷＣ−Ｃｏ ６％で、試験摩擦発生部の線スピードは２００ｍｍ／秒であった。その結果、試験荷重１ｋｇ、３．８ｋｇ、７．６ｋｇという３段階のレベルでの比摩耗率の計測値は、いずれも７×１０−１７ｍ３／Ｎｍ以下であり、１×１０−３Ｔｏｒｒ以下の真空中で硬さＨＲＣ５５以上の鋼材との摩擦係数は０．０７以下であった。特に、試験荷重７．６ｋｇのレベルで７×１０−１７ｍ３／Ｎｍ以下の比摩耗率を得られたという本調査の結果は、本実施形態に係る固体潤滑膜が非常に優れた膜であることを示している。【００４４】
また、上記テストピースに対してロックウェルのダイヤモンド圧子を用いたスクラッチ試験を行ったところ、本実施形態に係る固体潤滑膜が４０Ｎ以上の臨界密着力を有することを確認した。また、本実施形態に係る固体潤滑膜のビッカース硬さ（Ｈｖ）を測定したところ、５００以上であることを確認した。【００４５】
［無潤滑耐久試験による評価］
次に、本実施形態に係る固体潤滑膜と従来技術であるＤＬＣ膜との耐久性能を比較するために、無潤滑耐久試験による評価を行った。この無潤滑耐久試験は、表１に示す条件によって行われたものであり、実験室内の常温環境下に設置されたオイルフリー低荷重耐久試験機を用い、この試験機に対してＬＭガイドをセットして行った。ＬＭガイドは、構成部材に対して本実施形態に係る固体潤滑膜と従来技術であるＤＬＣ膜を成膜したものを用意し、軌道レールに対して移動ブロックを繰り返し往復運動させることによって両者の耐久性能を比較することとした。なお、ＬＭガイドに実行させた往復運動は、図６において示す負荷サイクル図の運動パターンにしたがって行われ、具体的には、ストローク１５０ｍｍ、直線運動時の速度２５０ｍｍ／ｓ、折り返し時の加減速度０．２５Ｇ、ドウェル時間０．２ｓとし、常時負荷される負荷荷重０．０３Ｃ（１６２Ｎ）および０．０６Ｃ（３２４Ｎ）という２条件について調査が行われた。【００４６】
【表１】
2006035947.tif 000002
【００４７】
使用した無潤滑耐久試験機６０は、図７に示すような構成を有するものである。試験対象となるＬＭガイド７０は、軌道レール７１が無潤滑耐久試験機６０の基台６１に固定設置されている。軌道レール７１上には、往復運動自在な３つの移動ブロック７２が設置されており、両端に位置する２つの移動ブロック７２には門型の櫓６２が組まれている。この櫓６２には、鉛直下方向に負荷力を及ぼすことができるバネ６３が設置されており、このバネ６３はロードセル６４を介して中央に位置する移動ブロック７２と接続している。ロードセル６４は、バネ６３の負荷荷重を電圧の変化として測定することができるので、荷重の表示、記録、制御を通じて安定した負荷荷重を実現することができるようになっている。なお、図７では基台６１等に隠れて見えないが、ＬＭガイド７０の横には軌道レール７１と平行方向に運動案内可能なボールねじが設置されている。このボールねじは、モータ６５によってその回転運動が制御されるとともに、門型の櫓６２をねじ軸方向に往復運動できるように櫓６２と接続している。したがって、ボールねじの回転運動に応じて門型の櫓６２が移動することにより、移動ブロック７２の制御された往復運動が実現している。【００４８】
なお、無潤滑耐久試験機６０に設置されるＬＭガイド７０は、図８Ａおよび図８Ｂに示されるような概略構成を備えている。すなわち、ＬＭガイド７０は、長手方向に向かって形成されたボール転走溝７１ａを有する軌道レール７１と、そのボール転走溝７１ａに対応する負荷ボール転走溝７２ａを有するとともに多数のボール７３を介して軌道レール７１に装着される移動ブロック７２とから構成されている。また、ボール転走溝７１ａと負荷ボール転走溝７２ａとによって無限循環路７４が形成されており、多数のボール７３は、この無限循環路７４内を無限循環可能に配列収容されている。このような構成を有することによって、ＬＭガイド７０を構成する軌道レール７１と移動ブロック７２は、ボール７３の転がりによって自在に相対運動することが可能となっている。【００４９】
そして、試験対象となる本実施形態に係る固体潤滑膜については、多数のボール７３の表面に成膜することとした。なお、今回の無潤滑耐久試験に用いられるＬＭガイド７０では、ボール７３の２つおきに四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）から成るスペーサボール７５が設置されている。【００５０】
一方、比較対象となるＤＬＣ膜は、ボール表面に高面圧下での転がりに耐える高い密着性を持たせるように成膜することが現在の技術では不可能であるため、ボール７３から負荷を受けるボール転走溝７１ａと負荷ボール転走溝７２ａとに成膜することとした。なお、ボール７３とスペーサボール７５の配置条件については、上述した固体潤滑膜の場合と同じである。【００５１】
以上説明した条件および方法による無潤滑耐久試験の結果を表２に示す。本実施形態に係る固体潤滑膜については、試験品No.1〜No.8まで８個のサンプルを用意した。ただし、これらの成膜条件はまったく同じであり、先に説明した装置および方法によって、ＭｏＳ２にチタン（Ｔｉ）が導入された固体潤滑膜が成膜されている。また、無潤滑耐久試験の評価は、摩耗粉が少しでも発生した時点で耐久寿命に到達したものと判断し、それまでに軌道レール７１上を移動した移動ブロック７２の走行距離を計測することによって行った。【００５２】
【表２】
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【００５３】
表２からも明らかな通り、本実施形態に係る固体潤滑膜は、負荷荷重０．０３Ｃ（１６２Ｎ）における走行可能距離が最短でも５８７ｋｍあり、同一荷重で評価したＤＬＣ膜の走行可能距離２６ｋｍを大幅に上回った。また、負荷荷重が倍の条件である０．０６Ｃ（３２４Ｎ）の場合にも、本実施形態に係る固体潤滑膜は、走行可能距離１７３〜１９８ｋｍを記録し、半分の負荷荷重しか受けていないＤＬＣ膜の走行可能距離を６．６〜７．６倍も上回る結果を得た。なお、図９は、表２で示した試験結果を棒グラフで表現したものであるが、このように無潤滑耐久試験結果を視覚化することによって、あらためて本実施形態に係る固体潤滑膜の優位性が確認できる。【００５４】
以上のような良好な試験結果を得た理由について解析すると、今回試験した固体潤滑膜は、膜自体の硬さがビッカース硬さ（Ｈｖ）で７５０前後であり、相手材と同程度の硬度（焼入れ、焼戻し鋼でＨｖ８００程度）を有することによって相手材を攻撃せず、また、膜自身もゆっくりと摩耗したと思われる。一方、ＤＬＣ膜の硬さは、通常Ｈｖで１５００〜４０００程度であり、鋼材（相手材）の転がり摩耗率が大きいために、早期破損が発生したものと予想される。【００５５】
なお、繰り返しになるが、今回の無潤滑耐久試験を行うに当たっては、なるべく同一条件で試験および評価を行うため、発明者らは、ＤＬＣ膜をボール表面に密着性を持たせた状態で成膜することができる技術が存在しないか調査した。しかしながら、ボールに対してＤＬＣ膜を安定して成膜する技術は現時点では存在せず、本実施形態に係る固体潤滑膜のようにボールに対して安定して成膜を行うことは不可能であることが明らかとなった。この事実からも、本実施形態に係る固体潤滑膜が非常に画期的な技術であることが解る。本実施形態に係る固体潤滑膜は、転がり案内装置における耐摩耗性と転がり運動による疲労強度を高めることが可能な画期的な技術であり、本発明の実現によって初めて、悪潤滑環境や高温真空状態、あるいはオイルフリー等の特殊環境下で、十分な面圧を有し、転がり摺動運動に耐え得る転がり案内装置を提供することが可能となる。【００５６】
［発塵試験による評価］
さらに、発明者らは、本実施形態に係る固体潤滑膜の発塵に対する性能特性を調査するために、発塵試験を行った。この発塵試験では、ボールに対して本実施形態に係る固体潤滑膜を成膜したＬＭガイドと、このＬＭガイドと同一形状のＬＭガイドであって固体潤滑膜を成膜せずに真空グリースを使用したものとを比較した。【００５７】
また、本発塵試験は、図１０に示す発塵試験装置８０を用いて行った。発塵試験装置８０には、先に図８Ａおよび図８Ｂを用いて説明したＬＭガイド７０と同じものがセットされており、さらに、ＬＭガイド７０と平行するように運動案内装置８２が設置されている。この運動案内装置８２は、モータ８１と接続するボールねじ８２ａと、ボールねじ８２ａの回転運動に伴って往復運動可能な移動ブロック８２ｂとを備えている。そして、移動ブロック８２ｂとＬＭガイド７０の移動ブロック７２とはＬ字形の構造部材８３によって接続されているので、ＬＭガイド７０が有する移動ブロック７２は、モータ８１を制御することによって所望の動作を行えるようになっている。【００５８】
ＬＭガイド７０の周囲は、外部からの塵芥を排除してＬＭガイド７０のみからの発塵量を測定できるように、アクリルケース８５によって覆われている。アクリルケース８５には、パーティクルカウンタ８６が接続されており、アクリルケース８５内の発塵量を測定できるようになっている。【００５９】
そして、今回の発塵試験は、表３に示す条件によって行った。発塵試験の具体的な動作条件は、ストローク２００ｍｍ、直線運動時の速度２５０ｍｍ／ｓ、折り返し時の加減速度２．５４８ｍ／ｓ２（０．２６Ｇ）、ドウェル時間０．０８ｓである。また、アクリルケース８５の容量は１６１６ｃｍ２となっており、清浄な空気供給量が１リットル／２１０ｓ（０．３リットル／ｍｉｎ）との条件下で０．１μｍ以上の粒子径を有する粉塵を５０Ｈｒにわたって測定した。ただし、真空グリースを使用したＬＭガイドについては、試験中の発塵量増大によって、測定時間１５Ｈｒの結果を採用した。【００６０】
【表３】
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【００６１】
以上のような条件によって行った発塵試験の結果を以下に示す。表４は、パーティクル・サイズ（μｍ）ごとの発塵量について、本実施形態に係る固体潤滑膜の場合と真空グリースを用いた場合の結果をまとめたものである。なお、表４において、上表は発塵量の最大値を示しており、下表は発塵量の平均値を示している。【００６２】
【表４】
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【００６３】
この表４から、本実施形態に係る固体潤滑膜が耐発塵性に対する良好な特性を有していることが解る。特に、発塵し易い小さな粒径の発塵量が、最大値で４個／リットル（２１０ｓ）、平均値で０．１２個／リットル（２１０ｓ）と良好な値を示しており、真空グリースの場合と比較することによって、その耐発塵性の高さがはっきりする。なお、図１１は、表４の下表で示した試験結果を棒グラフで表現したものであるが、このように発塵試験結果を視覚化することによって、あらためて本実施形態に係る固体潤滑膜の優位性が確認できた。【００６４】
［直線型の転がり案内装置への適用例］
図１２および図１３は、本実施形態に係る固体潤滑膜が使用される転がり案内装置の一形態を示している。この転がり案内装置１６０は、軌道部材としての軌道レール１６１と、その軌道レール１６１に転動体としてのボール１６２…を介して移動自在に取り付けられた移動体１６３とを備えている。【００６５】
軌道レール１６１は概略矩形の断面を有する長尺の部材であり、その両側面にはボール１６２を受け入れ可能な負荷転走溝１６１ａ…が左右一条ずつ軌道レール１６１の全長に亘って形成されている。軌道レール１６１には、その長手方向に適宜間隔をおいて複数のボルト取付孔１６１ｂが形成されている。これらボルト取付孔１６１ｂに螺着されるボルト（不図示）により、軌道レール１６１が所定の取付面、例えば工作機械のベッドの上面に固定される。なお、図示の軌道レール１６１は直線状であるが、曲線状のレールが使用されることもある。【００６６】
移動体１６３は、鋼等の強度の高い材料にて構成されたブロック本体１６４と、そのブロック本体１６４をインサート部品として一体に射出成形された合成樹脂製の型成形体１６５と、その型成形体１６５の両端にボルト（不図示）にて固定される側蓋１６６，１６６とを備えている。この合成樹脂には、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又はポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）の少なくとも１つを採用することが望ましい。なお、型成形体１６５をブロック本体１６４とは別体に成形して、その後の工程で両者を組み合わせる場合もある。また、移動体１６３は、樹脂を含まない、鋼に孔を空けた構造のブロックとして構成することも可能である。【００６７】
ブロック本体１６４には、負荷転走溝１６１ａ，１６１ａとそれぞれ対向する２条の負荷転走溝１６４ａ，１６４ａが設けられている。これら負荷転走溝１６１ａ，１６４ａの組み合わせにより、軌道レール１６１と移動体１６３との間に２条の負荷転走路１６７，１６７が形成される。ブロック本体１６４の上面１６４ｂには複数（図１３では４本）の雌ねじ１６４ｃ…が形成される。これらの雌ねじ１６４ｃを利用して、移動体１６３が所定の取付面、例えば工作機械のサドルやテーブルの下面に固定される。【００６８】
型成形体１６５には各負荷転走路１６７，１６７と並行して延びる２条の戻し路１６８，１６８が形成される。型成形体１６５の両端面には、負荷転走溝１６４ａと戻し路１６８との間でアーチ状に突出するボール案内部１６５ａ…（図１３では一端面側の一つのみ示す）が形成される。側蓋１６６にはボール案内部１６５ａに対応してアーチ状に陥没するボール案内溝１６６ａが形成される。【００６９】
側蓋１６６を型成形体１６５に固定することにより、ボール案内部１６５ａとボール案内溝１６６ａとが組み合わされ、それらの間に負荷転走路１６７と戻し路１６８とを結ぶＵ字状の方向転換路１６９が形成される。戻し路１６８と方向転換路１６９とによってボール１６２の無負荷転走路１７０が構成され、その無負荷転走路１７０と負荷転走路１６７との組み合わせによって無限循環路１７１が構成される。無限循環路１７１の断面形状および寸法は、負荷転走路１６７においてボール１６２と同一径の円形断面を描くように、無負荷転走路１７０においてボール１６２よりも幾らか大きい直径の円形断面を描くようにそれぞれ設定されている。【００７０】
図１３に示したように、型成形体１６５には、移動体１６３が軌道レール１６１から抜き取られた際の負荷転走路１６７からのボール１６２の脱落を防止するために、負荷転走溝１６４ａを挟むように一対のボール保持部１６５ｂ，１６５ｂが形成されており、負荷転走路１６７における案内溝１７２はこれらボール保持部１６５ｂ，１６５ｂに形成されている。なお、戻し路１６８においては、型成形体１６５に対して一体に案内溝１７２が形成され、方向転換路１６９においてはボール案内部１６５ａとボール案内溝１６６ａとの間に案内溝１７２が形成されている。【００７１】
そして、本実施形態では、転動体としてのボール１６２…に対して、上述したＣＵＭＳ装置による固体潤滑膜が形成されている。この固体潤滑膜は、図４又は図５に示すような膜構造を有しており、膜の最表面において低い摩擦係数を有するとともに、内部の繰り返し応力に耐え、且つ、密着力の高いものである。かかる固体潤滑膜は、膜の内部や境界部から破壊することがなく、膜表面から最小の速度で摩耗していくという膜としては信頼性の高い理想的な状態を実現することができるので、図１２および図１３に示すような転がり案内装置に適用することによって、貧潤滑を含む悪潤滑環境や高温真空状態、グリース等潤滑剤が使用できない状態などの特殊環境下での転がり案内装置の使用が可能となるのである。【００７２】
なお、ＣＵＭＳ装置による固体潤滑膜の形成対象は、転動体としてのボール１６２…に限られるものではなく、負荷転走路１６７や無負荷転走路１７０等の転がり圧力・摺動圧力を受ける部材の少なくとも１つの表面に対して適用することが可能である。ちなみに、本実施形態で転動体としてのボール１６２…のみに固体潤滑膜の形成を行ったのは、ＣＵＭＳ装置による固体潤滑膜の形成が容易に実施できるからである。【００７３】
さらに、上述した転がり案内装置のボール１６２…間には、ボール１６２…等の転動体や固体潤滑膜よりも柔らかいスペーサ部材を設置することが可能である。このスペーサ部材は、具体的には転動体であるボール１６２…の径以下の径を持つスペーサボールやリテーナを採用することができる。このようなスペーサ部材は、ボール１６２…同士の干渉および衝突や、ボールの脱落を防止できるとともに、ボール１６２…の整列運動を実現し、さらにはスペーサ部材の自己潤滑性と固体潤滑膜との複合潤滑効果も相まって、転がり案内装置の耐摩耗性を大きく改良できるという効果を発揮するものである。【００７４】
スペーサ部材の具体的な形状としては、図１２および図１３に例示され、さらに図１４により詳細に示されるような、間座部１８１と腕部１８２，１８２とから成るようなスペーサ部材１８０を採用することが可能である。【００７５】
なお、図１２、図１３および図１４に示す転がり案内装置では、スペーサ部材１８０が腕部１８２，１８２を有する場合を例示したが、もちろん図１５および図１６において例示するように、間座部１８１のみでスペーサ部材を構成することも可能である。また、図１２、図１３および図１４では、２条の無限循環路１７１を有する転がり案内装置を例示して説明したが、図１７において示すような、４条の無限循環路を有する転がり案内装置であっても、本実施形態に係る固体潤滑膜を適用することが、もちろん可能である。【００７６】
さらに、スペーサ部材は、図１８に例示するような、ボール１６２…の径以下の径を持つスペーサボール１８５として構成することも可能であり、さらには、図２０に例示するようなリテーナ１８６として構成することもできる。【００７７】
ちなみに、スペーサボール１８５の挿入個数は、図１８に示されるような１個のボール１６２に対して１個のスペーサボール１８５を挿入することもできるし、図１９において例示されるように、２個のボール１６２に対して１個の割合でスペーサボール１８５を挿入することもできる。このスペーサボール１８５の挿入個数については、少なくとも１個以上挿入され、そして、望ましくはボール１６２が必ずスペーサボール１８５に挟まれるようにすることが望ましい。したがって、ボール１６２の個数をＸ、スペーサボール１８５の個数をＹ、としたときに、
１≦Ｙ≦（Ｘ＋１）
なる関係式が成り立つように、スペーサボール１８５を挿入することが望ましい。【００７８】
一方、図２０に示すリテーナ１８６は、ボール１６２…間に介在される複数のスペーサ１８７…と、このスペーサ１８７…の両側縁を一連に連結する帯状部材１８８とを備えている。スペーサ１８７…は円筒状に形成され、その円筒の外径はボール１６２…の直径よりも小さく設定されている。各スペーサ１８７…の軸線方向の両端には、ボール１６２に対応してこのボール１６２の半径と略等しい曲率半径の曲面状凹部が形成されている。スペーサ１８７…をボール１６２…の間に配置すると、スペーサ１８７…の軸線はボール１６２…の中心を結ぶ線上に位置するようになっている。スペーサ１８７…は、ボール１６２…同士の距離が必要最小限の間隔となるように、軸線方向の長さが薄く設定されている。【００７９】
帯状部材１８８については厚みが一定であり、スペーサ１８７の側面の両側に接続されている（図２０においては、片側のみを示している）。この帯状部材１８８は、方向転換路１６９にも柔軟に対応できるように可撓性を有している。【００８０】
ただし、この帯状部材１８８については、図２１において示されるように、省略することも可能であり、スペーサ部材をスペーサ１８７…のみで構成することも可能である。このように、帯状部材１８８を省略したスペーサ部材であっても、図２０に示すリテーナ１８６と同様の効果を発揮することが可能である。【００８１】
上述したスペーサ部材の材質としては、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又はポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）の少なくとも１つが含まれる樹脂によって構成されることが望ましい。そして、スペーサ部材は、これらの内から選択される樹脂単体あるいは複合樹脂を素材とし、射出成形等によって一体に形成される。【００８２】
上記樹脂のうち、特に、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）には自己潤滑性があり、固体潤滑としても汎用されていることから、本実施形態に係る転がり案内装置に適用することが好適である。これは、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）が、その構造上から非常に低い摩擦係数を有し、さらに、相手摩擦面に移着膜を形成して潤滑性を発揮することになるからである。さらに、耐摩耗性向上のため、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）と炭素材、あるいは、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）と炭素繊維、非晶質炭素、ガラス、セラミック、その他の樹脂との複合材を、スペーサあるいはリテーナとして使用することも可能である。【００８３】
また、本実施形態に係る固体潤滑膜の上に、さらに薄い四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）移着膜を形成すると、この移着膜は、金属原子が導入されたＭｏＳ２あるいはＷＳ２の膜の表面エネルギーを低下させ、鋼およびセラミックスとの摩擦係数を下げることができる。したがって、比摩耗率や発塵率をも大きく低下させることが可能となる。【００８４】
［ボールねじ装置への適用例］
本実施形態に係る固体潤滑膜が使用される転がり案内装置については、図２２に示すようなボールねじ装置として構成することも可能である。図２２は、本実施形態に係る固体潤滑膜が使用されるボールねじ装置の一形態を示す図である。【００８５】
図２２に示すように、ボールねじ装置１９０は、軌道部材としてのねじ軸１９１と、そのねじ軸１９１に複数の転動体であるボール１６２…を介して移動自在に取り付けられる移動体としてのナット１９２とを有している。ねじ軸１９１の外周には、ねじ軸１９１の廻りに螺旋状に延びる２条の負荷転走溝１９１ａ，１９１ａが形成されている。【００８６】
ナット１９２は、鋼等の強度の高い材料にて構成されたナット本体１９３と、その両端に装着される蓋体１９４，１９４とを備えている。ナット本体１９３の外周には、ナット１９２をその相手部品に対して取り付けるためのフランジ１９２ａが形成されている。ナット本体１９３の内周には、負荷転走溝１９１ａ，１９１ａとそれぞれ対向して螺旋状に延びる２条の負荷転走溝１９３ａ、１９３ａが形成されている。これら負荷転走溝１９１ａ，１９３ａの組み合わせによって、螺旋状の２条の負荷転走路１９５，１９５が形成される。【００８７】
ナット本体１９３の内部には、ナット本体１９３を軸方向に貫く２本の戻し路１９６，１９６が形成されている。蓋体１９４は、リターンピース１９７とその外側に被せられるカバー１９８とを有しており、左右のリターンピース１９７にはそれぞれ戻し路１９６と負荷転走路１９５とを結ぶ方向転換路１９９，１９９が形成されている。戻し路１９６，１９６と方向転換路１９９，１９９との組み合わせによってボール１６２の無負荷転走路２００，２００が構成され、それら無負荷転走路２００，２００と負荷転走路１９５，１９５との組み合わせによって２条の無限循環路２０１，２０１が構成される。【００８８】
そして、本実施形態では、転動体としてのボール１６２…に対して、上述したＣＵＭＳ装置による固体潤滑膜が形成されている。この固体潤滑膜は、図４又は図５に示すような膜構造を有しており、膜の最表面における低い摩擦係数を有するとともに、内部の繰り返し応力に耐え、且つ、密着力の高いものである。かかる固体潤滑膜は、膜の内部や境界部から破壊することがなく、膜表面から最小の速度で摩耗していくという膜としては理想的な状態を実現することができるので、図２２において例示するようなボールねじ装置１９０に適用することによって、貧潤滑を含む悪潤滑環境や高温真空状態、グリース等潤滑剤が使用できない状態などの特殊環境下での転がり案内装置の使用が可能となるのである。【００８９】
なお、ＣＵＭＳ装置による固体潤滑膜の形成対象は、転動体としてのボール１６２…に限られるものではなく、負荷転走路１９５や無負荷転走路２００等の転がり圧力・摺動圧力を受ける部材の少なくとも１つの表面に対して適用することが可能である。ちなみに、本実施形態で転動体としてのボール１６２…のみに固体潤滑膜の形成を行ったのは、ＣＵＭＳ装置による固体潤滑膜の形成が容易に実施できるからである。【００９０】
さらに、ボールねじ装置１９０のボール１６２…間には、ボール１６２…等の転動体や固体潤滑膜よりも柔らかいスペーサ部材２０２を設置することが可能である。このスペーサ部材２０２については、上述した直線型の転がり案内装置１６０の場合と同様に、転動体であるボール１６２…の径以下の径を持つスペーサボールやリテーナを採用することができる。このようなスペーサ部材２０２は、ボール１６２…同士の干渉やボール１６２…の脱落を防止できるとともに、ボール１６２…の整列運動を実現し、さらにはスペーサ部材２０２の自己潤滑性と固体潤滑膜との複合潤滑効果も相まって、転がり案内装置の耐摩耗性を大きく改良できるという効果を発揮するものである。なお、スペーサ部材２０２の形状および材質についても、上述した直線型の転がり案内装置１６０の場合と同様であるので、説明を省略する。【００９１】
なお、本実施形態に係るボールねじ装置１９０は、図２２に示したような、ナット本体１９３の両端に別部品のリターンピース１９７を装着して方向転換路１９９を構成するものに限られない。例えば、図２３に示すような、リターンパイプ２１０，２１０をナット本体１９３に装着し、それらのリターンパイプ２１０の内部に形成される無負荷転走路と、負荷転走路１９５とによって無限循環路を構成するものや、図２４に示すような、複数（図では２つのみ示す）のデフレクタ２２０…をナット本体１９３に装着し、それらのデフレクタ２２０に形成される無負荷転走路と、負荷転走路１９５とによって無限循環路を構成するような構造のボールねじ装置であっても良い。このように、ボール１６２…を異なる構造で循環させるボールねじ装置に対しても（例えば、図２３におけるリターンパイプ２１０や図２４におけるデフレクタ２２０などにも）、本実施形態に係る固体潤滑膜を適用すれば、上述した転がり案内装置１６０やボールねじ装置１９０と同様の好適な効果が得られる。【００９２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。例えば、本実施形態に係る固体潤滑膜は、ＭｏＳ２やＷＳ２、グラファイトによって構成される層状結晶化合物に対して金属原子を導入する場合について説明したが、層状結晶化合物には、ダイヤモンド状炭素やダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）の適用も可能である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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