JP2004108440A

JP2004108440A - 直動装置

Info

Publication number: JP2004108440A
Application number: JP2002269913A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Iso; 磯　賢一
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-17
Also published as: JP4182333B2

Abstract

【課題】廉価で、低い発塵性と、優れたトルク寿命を有する直動装置を提供する。
【解決手段】外周面にボール転動溝を有する案内軸と、内周面に前記案内軸の前記ボール転動溝と対向してボール転動空間を形成するボール転動溝を有する可動体と、前記ボール転動空間に転動自在に収容される多数のボールと、前記ボール転動空間の一端でボールを掬い上げ該ボール転動空間の他端にボールを移動させるボール循環路を有するボール循環部材とを備える直動装置において、
パーフルオロポリエーテルを基油とし、ポリテトラフルオロエチレンを増ちょう剤とするフッ素系グリースと、フッ素系グリース以外のグリースとを混合したグリース組成物を封入したことを特徴とする直動装置。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直動駆動装置であるボールねじ装置や、直動案内装置であるリニアガイド装置等に代表される直動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、直動装置では、鉱油やポリα−オレフィン油等の潤滑油を基油とするグリースや、これら潤滑油を封入し、転動体並びに転動体と接触する部材の摩耗を防止している。このような潤滑剤を封入した直動装置は、通常の使用条件下では問題なく使用されるが、高温や真空、あるいは高速下で駆動される場合には、潤滑剤の直動装置外部への飛散や蒸発によるガスの発生を生じ、直動装置の外部環境を汚染してしまう。そのため、例えば、半導体製造装置、液晶パネル製造装置、ハードディスク製造装置のように高度な清浄環境を必要とする装置や、高温、真空下で使用される装置では、フッ素系グリースが直動装置の潤滑に多用されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
このフッ素系グリースは、液体フッ素化ポリマー油を基油とし、固体フッ素化ポリマー（フッ素樹脂）を増ちょう剤とするものであり、極めて揮発性が低く、直動装置の外部への飛散量（発塵量）も比較的少ないため、外部環境の汚染は比較的生じ難い。
【特許文献１】
特開平１３−７２９８７号公報（第２頁）
【特許文献２】
特開平１３−５９０９４号公報（第２頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、フッ素系グリースは、一方で鉱油やポリα−オレフィン油等を基油とするグリースに比べて流動性に乏しく、潤滑性能に劣るため、転動体及び転動体と接触する部材が摩耗しやすいという問題を抱えている。このような摩耗は、特に半導体製造装置等の位置決め装置に使用される直動装置では、位置決め精度が低下するため深刻な問題となる。
【０００５】
また、摩耗によって摩耗粉が発生し、これがグリース中に混入してトルクの増大や焼付きを比較的短時間で生じさせる。その結果、トルクの増大による発熱やモータへの過負荷等の問題が生じてしまう。
【０００６】
近年、半導体製造装置や液晶パネル製造装置、ハードディスク製造装置では、生産性向上のためにより高速で稼動されており、それに組み込まれる直動装置も高速の作動が要求されているが、上記のような発塵や、摩耗に起因するトルクの増大が従来以上に発生しやすくなっている。
【０００７】
更に、フッ素系グリースは高価であり、直動装置全体としても高価になるという問題もある。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、廉価であり、発塵量が少なく、優れたトルク寿命を有する直動装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、外周面にボール転動溝を有する案内軸と、内周面に前記案内軸の前記ボール転動溝と対向してボール転動空間を形成するボール転動溝を有する可動体と、前記ボール転動空間に転動自在に収容される多数のボールと、前記ボール転動空間の一端でボールを掬い上げ該ボール転動空間の他端にボールを移動させるボール循環路を有するボール循環部材とを備える直動装置において、パーフルオロポリエーテルを基油とし、ポリテトラフルオロエチレンを増ちょう剤とするフッ素系グリースと、フッ素系グリース以外のグリースとを混合したグリース組成物を封入したことを特徴とする直動装置を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
【００１１】
本発明において、直動装置自体の構成や構造は特に制限されるものではなく、例えば図１に一部断面図として示すようなボールねじ装置を例示することができる。図１示すボールねじ装置は、外周面にらせん状のボールねじ溝１２が形成されたボールねじ軸１０と、内周面２２に上記ボールねじ溝１２に対向するらせん状のボールねじ溝２４が形成されたボールナット２０と、対向する両ボールねじ溝間に転動自在に介装された多数のボール３０と、それらのボール３０を循環させるチューブ式循環路４０とを備えている。チューブ式循環路４０は外形略コ字状のチューブからなり、その両端部４２をそれぞれボールナット２０を両ボールねじ溝１２，２４の接線方向に貫通するチューブ取付け孔２９からボールナット２０内のボール転動空間に差し込み、止め金４６でボールナット２０の外面に固定されている。らせん状のボール転動空間を転動するボール３０は、ボールねじ溝１２，２４を複数回回って移動してから、チューブ式循環路４０の一方の端部４２ですくい上げられてチューブ式循環路４０の中を通り、他方の端部（図示せず）からボールナット２０内のボール転動空間に戻る循環を繰り返すようになっている。ボールナット２０の両端の開口部には円形の凹部２６が形成されており、これに嵌着した円板状のシール部材２８の内周面がボールねじ軸１０の外周面及びボールねじ溝１２の面に摺接して外部からボールナット２０内部に異物が入り込みボール３０のスムーズな循環を阻害したり、ボール３０またはボールねじ溝１２が異常摩耗するのを防止したり、ボール転動空間に封入されたグリースが外部に流出しないようにシールする。このようなボールねじ装置によれば、ボールねじ軸１０とボールナット２０とはボール３０の転がりを介して接触することになるので、ボールナット２０をボールねじ軸１０に対して、小さい駆動力で相対的にらせん運動させることができる。
【００１２】
封入されるグリースは、フッ素系グリースと、フッ素グリース系以外のグリースとを混合したグリース組成物である。以下に、フッ素系グリース及びフッ素系グリース以外のグリースについて説明する。
【００１３】
〔フッ素系グリース〕
フッ素系グリースとしては、パーフルオロポリエーテルを基油とし、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を増ちょう剤とするフッ素系グリースであれば、特に制限することなく用いることができ、従来から知られたものを適宜選択して用いることができる。
【００１４】
但し、パーフルオロポリエーテルとしては、低温流動性の不足による低温起動時の異音の発生や、高温で油膜が形成され難いために起こる焼付きを避けるために、４０℃における動粘度が２０〜４００ｍｍ^２／ｓ、特に３０〜２００ｍｍ^２／ｓのものが好ましい。また、ポリテトラフルオロエチレンの形状は制限されるものではなく、球形、多面体（立方体や直方体）、直端には針状でも構わない。これらポリテトラフルオロエチレンは単独で使用してもよいし、複数を組み合わせて使用してもよく、好ましくは混和ちょう度がＮＬＧＩに規定された等級でＮｏ．１〜３となるように配合される。
【００１５】
〔フッ素系グリース以外のグリース〕
フッ素系グリース以外のグリースとしては、鉱油やポリα−オレフィン等の合成油等の潤滑油を基油とし、金属コンプレックス石けん系やウレア系等の増ちょう剤を添加したグリース等を特に制限することなく用いることができる。
【００１６】
鉱油系潤滑油としては、鉱油を減圧蒸留、油剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精製、水素化精製等を適宜組み合わせて精製したものを用いることができる。また、合成油系潤滑油としては、炭化水素系油、芳香族系油、エステル系油、エーテル系油等が挙げられる。これらのうち、前記炭化水素系油としては、ノルマルパラフィン、イソパラフィン、ポリブテン、ポリイソブチレン、１−デセンオリゴマー、１−デセンとエチレンとのコオリゴマー等のポリ−α−オレフィンまたはこれらの水素化物等が挙げられる。前記芳香族系油としては、モノアルキルベンゼン、ジアルキルベンゼン等のアルキルベンゼン、あるいはモノアルキルナフタレン、ジアルキルナフタレン、ポリアルキルナフタレン等のアルキルナフタレン等が挙げられる。前記エステル系油としては、ジブチルセバケート、ジー２−エチルヘキシルセバケート、ジオクチルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジトリデシルグルタレート、メチル・アセチルシノレート等のジエステル油、あるいはトリオクチルトリメリテート、トリデシルトリメリテート、テトラオクチルピロメリテート等の芳香族エステル油、さらにはトリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、ペンタエリスリトール−２−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールベラルゴネート等のポリオールエステル油、さらにはまた、多価アルコールと二塩基酸・一塩基酸の混合脂肪酸とのオリゴエステルであるコンプレックスエステル油等が挙げられる。前記エーテル系油としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールモノエーテル、ポリプロピレングリコールモノエーテル等のポリグリコール、あるいはモノアルキルトリフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテル、ジアルキルジフェニルエーテル、ペンタフェニルエーテル、テトラフェニルエーテル、モノアルキルテトラフェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテル等のフェニルエーテル油等が挙げられる。
【００１７】
上記潤滑油からなる基油は、低温流動性不足による低温起動時の異音発生や、高温で油膜が形成され難いために起こる焼付きを避けるために、４０℃における動粘度が好ましくは１０〜４００ｍｍ^２／ｓ、より好ましくは２０〜２５０ｍｍ^２／ｓ、更に好ましくは４０〜１５０ｍｍ^２／ｓｅｃであることが望ましい。
【００１８】
また、増ちょう剤の金属コンプレックス石けん系増ちょう剤としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｂａ、Ｃａ等から選択される金属コンプレックス石けん、またはこれらの混合物が挙げられる。また、ウレア系増ちょう剤としては、ジウレア化合物、トリウレア化合物、テトラウレア化合物、ポリウレア化合物、またはこれらの混合物が挙げられる。これらの金属コンプレックス石けん系及びウレア系の増ちょう剤の中でも、耐熱性、音響性を考慮すると、ウレア系増ちょう剤を用いることが好ましい。
【００１９】
上記の潤滑油と増ちょう剤とは、好ましくは混和ちょう度がＮＬＧＩに規定された等級でＮｏ．１〜３となるように配合される。
【００２０】
〔グリース組成物の調製方法〕
本発明で用いるグリース組成物は、上記のフッ素系グリースと、フッ素系グリース以外のグリースとを混合して調製される。その際、フッ素系グリースと、フッ素グリース系以外のグリースとの混合割合は、重量比で、フッ素系グリース：フッ素系グリース以外のグリース＝２０〜８０：８０〜２０が好ましい。フッ素系グリース以外のグリースの混合割合が２０質量％未満であると、相対的に流動性に乏しいフッ素系グリースの比率が多く、コストの低減並びに低トルク化を十分に図ることができなくなり、更に潤滑性にも劣るようになる。一方、フッ素系グリース以外のグリースの混合割合が８０質量％を超えると、グリース組成物の揮発性が高くなり、発塵量が多くなる。
【００２１】
フッ素系グリースとフッ素系グリース以外のグリースとの混合方法は特に制限されることなく、例えばニーダー、ロールミル等の公知の混合手段を用いることができる。また、混合に際して加熱することも有効である。
【００２２】
また、調製されたグリース組成物は、混和ちょう度が、ＮＬＧＩに規定された等級でＮｏ．１〜３であることが好ましい。
【００２３】
〔添加剤〕
本発明で用いるグリース組成物には、さらに性能を高めるために、必要に応じて添加剤を添加してもよい。例えば、金属石けん、ベントン、シリカゲル等のゲル化剤；アミン系、フェノール系、イオウ系、ジチオリン酸亜鉛等の酸化防止剤；塩素系、イオウ系、リン系、ジチオリン酸亜鉛、有機モリブデン等の極圧剤；脂肪酸、動植物油等の油性剤；石油スルフォネート、ジノニルナフタレンスルフォネート、ソルビタンエステル等のさび止め剤；ベンゾトリアゾール、亜硝酸ソーダ等の金属不活性剤；ポリメタクリレート、ポリイソブチレン、ポリスチレン等の粘度指数向上剤等が挙げられ、これらを単独または２種以上組み合わせて添加することができる。この際、添加剤の添加量は、本発明の所望の目的を達成できる範囲であれば特に限定されるものではないが、通常グリース組成物中に２０質量％以下含有させることができる。
【００２４】
尚、添加剤を添加する場合は、フッ素系グリース以外のグリースを調製する際に、所定量を配合することが好ましい。また、添加剤の配合は、例えばニーダー、ロールミル等の公知の混合手段で添加剤を添加した後十分に攪拌し、添加剤を均一に分散させる必要がある。この際、加熱することも有効である。
【００２５】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００２６】
（実施例１〜５、比較例１〜３）
４０℃における動粘度が６０ｍｍ^２／ｓのパーフルオロポリエーテル油を基油とし、これにポリテトラフルオロエチレン粉末を加えて常法によりフッ素系グリースを得た。また、４０℃における動粘度が１００ｍｍ^２／ｓのエーテル油を基油とし、これにアミンとジイソシアネートとを加え、加熱しながら攪拌してウレア系グリースを得た。そして、フッ素系グリースとウレア系グリースとを表１に示す割合で混合して試験グリースを調製し、下記のトルク試験及び発塵量測定試験に供した。
【００２７】
【表１】

【００２８】
（トルク試験）
図２に示すように、調製した試験グリースを試験ボールねじ装置Ａ（日本精工（株）製「型番Ｗ２５０３ＳＡ−２Ｐ−Ｃ５Ｚ５」：軸径２５ｍｍ、リード５．０８ｍｍ）のボールナット２０に５ｍｌ封入し、ボールねじ軸１０をスピンドルＢにより５００ｍｉｎ^−１で回転させ、荷重検出器Ｃにより回転開始１０分後における動トルクを測定した。図４に測定結果を示すが、比較例１の試験グリースを封入したトルク値を１とする相対値で示してある。
【００２９】
（発塵量測定試験）
用いた発塵量測定装置の概略を図３に示す。この発塵量測定装置では、試験ボールねじ装置Ａのボールねじ軸１０は、カップリングＤを介してモーターＥで駆動され、軸受Ｆに磁性流体シールＧが装着されているため、ボールねじ装置Ａからの発塵粒子だけが測定されるようになっている。試験ボールねじ装置Ａとして、日本精工（株）製「Ｗ１５０３ＦＡ−３Ｐ−Ｃ５Ｚ１０」（軸径１５ｍｍ、リード１０ｍｍ）を使用し、ボールナット２０の空間部に調製した試験グリースを２．２ｍｌ封入した。そして、発塵量測定装置をクリーンベンチＨ内に設置し、１０００ｍｉｎ^−１でストローク２１０ｍｍ動かすとともに、クリーンベンチＨ内に給気管Ｉを通じて清浄空気を連続して供給し、その排気を排気管Ｊを通じて光散乱式のパーティクルカウンタ（図示省略）に導入して、粒径０．５μｍ以上の粒子数を測定した。測定結果を図４に示す。
【００３０】
図４から明らかなように、本発明に従い、特にフッ素系グリースとフッ素系グリース以外のグリースとを、フッ素系グリース：フッ素系グリース以外のグリース＝２０〜８０：８０〜２０の割合で混合することにより、発塵量の低減とトルク寿命の向上（トルクの低減）とを同時に図ることができる。
【００３１】
以上、本発明に関してボールねじを例示して説明したが、他の直動装置であるリニアガイド装置等でも同様の効果が得られる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、廉価で、低い発塵性と、優れたトルク寿命を有する直動装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の直動装置の一形態であるボールねじ装置を示す図である。
【図２】実施例においてトルク試験に用いたトルク測定装置の概略図であり、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）のｂｂ矢視図である。
【図３】実施例において発塵量測定試験に用いた発塵量測定装置の概略図である。
【図４】実施例、比較例におけるトルク測定結果および発塵量測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０　ボールねじ軸
１２　ボールねじ溝
２０　ボールナット
２４　ボールねじ溝
３０　ボール
４０　チューブ式循環路
Ａ　　ボールねじ装置
Ｂ　　スピンドル
Ｃ　　荷重検出器
Ｄ　　カップリング
Ｅ　　モーター
Ｆ　　軸受
Ｇ　　磁性流体シール
Ｈ　　クリーンベンチ
Ｉ　　給気管
Ｊ　　排気管

Claims

外周面にボール転動溝を有する案内軸と、内周面に前記案内軸の前記ボール転動溝と対向してボール転動空間を形成するボール転動溝を有する可動体と、前記ボール転動空間に転動自在に収容される多数のボールと、前記ボール転動空間の一端でボールを掬い上げ該ボール転動空間の他端にボールを移動させるボール循環路を有するボール循環部材とを備える直動装置において、
パーフルオロポリエーテルを基油とし、ポリテトラフルオロエチレンを増ちょう剤とするフッ素系グリースと、フッ素系グリース以外のグリースとを混合したグリース組成物を封入したことを特徴とする直動装置。