JP4748069B2 - 直動装置 - Google Patents
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Description
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、発塵性,アウトガス性,耐荷重性,及び耐久性に優れる直動装置を提供することを課題とする。
ここで、オイルプレーティング処理とは、前記案内部材の軌道面、前記可動部材の軌道面、又は、前記転動体の転動面に、潤滑剤の薄膜を付着させるための処理である。例えば、後述するように、希釈した潤滑剤を前記転動面等に付着させ、熱処理により希釈溶剤を除去することにより、本発明に係る潤滑膜を形成することができる。このようなオイルプレーティング処理により形成された潤滑膜は、高真空下においてもアウトガスが生じにくく、周辺環境を汚染しにくい。
微細で非晶質なフッ素樹脂は、潤滑油が含浸してゲル状に膨潤する。その結果、軌道面や転動面における潤滑油の保持性が向上し、潤滑寿命が向上する。潤滑剤中のフッ素樹脂の割合が少ないと、フッ素樹脂が潤滑膜中に均等に分散されにくくなり、直動装置の耐久性を向上させる効果が乏しくなるおそれがあるため、潤滑剤中のフッ素樹脂の割合は1質量%以上とすることが好ましく、5質量%以上とすることがより好ましい。ただし、潤滑剤中のフッ素樹脂の割合が多すぎると、フッ素樹脂の膨潤が不十分となり、直動装置の駆動時に不十分な膨潤状態のフッ素樹脂が転動体の円滑な転動を阻害するおそれがある。よって、潤滑剤中のフッ素樹脂の割合は20質量%以下とすることが好ましい。
ダイヤモンドライクカーボン被膜により、軌道面や転動面に極微細な凹凸が形成されるため(ポーラス構造)、潤滑剤の保持性が向上して直動装置の耐久性が向上する。
平均分子量が小さい潤滑油は、流動性に優れているため潤滑性が高い。その反面、蒸気圧が高いために、真空下においては揮発しやすい。しかしながら、アルキル化シクロペンタンは、分子量が小さくても環状の分子構造の作用により蒸気圧が低いため好ましく、特に、高度に精製されたアルキル化シクロペンタンがより好ましい。このようなアルキル化シクロペンタンの中で、平均分子量が2000以下であるにもかかわらず20℃における蒸気圧が1×10-5Pa以下のものは、高真空下においても優れた流動性を有している。また、蒸発速度も小さいため、長期間にわたって潤滑油の揮発が抑制される。その結果、直動装置が長寿命となる。
前述したように、微細で非晶質なフッ素樹脂は、潤滑油が含浸してゲル状に膨潤する。その結果、軌道面や転動面における潤滑油の保持性が向上し、潤滑寿命が向上する。ただし、フッ素樹脂の粒径が大きいと、直動装置に対して異物として作用するおそれがあるため、安定した駆動が妨げられ、動摩擦力に異常変動が生じるおそれがある。また、フッ素樹脂の密度が大きいと結晶質となり、潤滑油が含浸しにくくなって、潤滑性が低下するおそれがある。
さらに、本発明に係る請求項6の直動装置は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の直動装置において、前記案内部材,前記可動部材,及び前記転動体の少なくとも1つを、ステンレス鋼で構成したことを特徴とする。
このような構成であれば、防錆が困難な真空下においても直動装置の耐食性が優れている。
このような構成であれば、防錆が困難な真空下においても直動装置の耐食性が優れている。また、半導体製造装置にも好適に使用可能であり、微細加工を行うのに適した半導体製造装置とすることができる。さらに、リニアモータに使用した場合に、磁化が抑制される。
〔第一実施形態〕
図1は、本発明に係る直動装置の一実施形態である直動案内装置を示す斜視図であり、図2は、図1の直動案内装置を軸方向から見た正面図(ただし、エンドキャップを省略して図示している)である。
この案内レール1の上面と両側面1a,1aとが交差する稜線部には、軸方向に延びる断面ほぼ1/4円弧形状の凹溝からなる転動体転動溝10,10が形成され、また、案内レール1の両側面1a,1aの中間位置には、軸方向に延びる断面ほぼ半円形の凹溝からなる転動体転動溝10,10が形成されている。この転動体転動溝10の内面が、後述する転動体3が転動する軌道面を形成している。
さらに、スライダ本体2Aの両袖部6,6の内側面の角部には、案内レール1の転動体転動溝10,10に対向する断面ほぼ半円形の転動体転動溝11,11が形成され、両袖部6,6の内側面の中央部には、案内レール1の転動体転動溝10,10に対向する断面ほぼ半円形の転動体転動溝11,11が形成されている。この転動体転動溝11の内面が、後述する転動体3が転動する軌道面を形成している。
一方、図示はされていないが、断面略コ字状のエンドキャップ2B,2Bは、スライダ本体2Aとの当接面(裏面)に、転動体転動路14とこれに平行な転動体戻し路13とを連通させる半ドーナッツ状の湾曲路を有しており、これら転動体転動路14と転動体戻し路13と両端の湾曲路とで、略環状の転動体循環路が形成されている。この転動体循環路内には、例えば鋼球からなる多数の転動体(ボール)3が転動自在に装填されている。
湾曲路に入った転動体3はUターンして転動体戻し路13に導入され、転動体戻し路13を通って反対側の湾曲路に至る。ここで再びUターンして転動体転動路14に戻り、このような転動体循環路内の循環を無限に繰り返す。
さらに、フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE),四フッ化エチレンパーフルオロビニルエーテル共重合体(PFA),フッ化エチレンプロピレン共重合体(FEP)等を好適に使用できるが、粒径が10μm以下で密度が3g/cm3 以下であることが好ましい。
図3は、本発明に係る直動装置の一実施形態であるボールねじの断面図である。ボールねじは、断面円弧状の螺旋状のねじ溝21aを外周面に有するねじ軸21と、ねじ軸21のねじ溝21aに対向する断面円弧状の螺旋状のねじ溝22aを内周面に有しねじ軸21に螺合される円筒状のナット22と、ねじ軸21のねじ溝21aとナット22のねじ溝22aとで形成される断面ほぼ円形の螺旋状のボール転動路26に転動自在に装填された多数のボール23と、を備えている。なお、ねじ軸21が本発明の構成要件である案内部材に相当し、ナット22が本発明の構成要件である可動部材に相当する。また、ねじ溝21a,22aの内面が、ボール23が転動する軌道面を形成している。
このようなボールねじのねじ溝21aの内面,ねじ溝22aの内面,ボール23の表面(転動面)の少なくとも1つには、潤滑剤からなる潤滑膜(図示せず)がオイルプレーティング処理により形成されている。この潤滑剤は、20℃における蒸気圧が1×10-5Pa以下の炭化水素油系の潤滑油と、分子構造中に官能基を含む潤滑油と、フッ素樹脂と、を含有しており、潤滑剤中の分子構造中に官能基を含む潤滑油の割合は18質量%以上36質量%以下である。なお、潤滑剤中のフッ素樹脂の割合は、1質量%以上20質量%以下とすることが好ましい。
以下に、さらに具体的な実施例を示して、本発明を説明する。前述の第一実施形態の直動案内装置とほぼ同様の構成を有する直動案内装置について、その耐久性と摺動特性とを評価した。
直動案内装置は、案内レール及びスライダがSUS440C相当のステンレス鋼、転動体(直径2.778mm)がSUS440C、エンドキャップ(湾曲路)がSUS316相当のステンレス鋼で構成されており、予圧によって負荷が与えられている。
図4のグラフから、分子構造中に官能基を含む潤滑油の含有量が18質量%以上36質量%以下であると、長寿命であることが分かる。
Qc:チャンバーのアウトガス速度(Pa・m3 /s)
C :オリフィスのコンダクタンス(定数)(m3 /s)
P1:分析室チャンバー圧力(Pa)
P2:試料室チャンバー圧力(Pa)
図6から分かるように、本発明に係る潤滑膜を備えた実施例は、比較例A,Bよりもアウトガス性が良好であった。
2 スライダ
2A スライダ本体
2B エンドキャップ
3 転動体
10 転動体転動溝
11 転動体転動溝
21 ねじ軸
21a ねじ溝
22 ナット
22a ねじ溝
23 ボール
Claims (7)
- 軌道面を有し軸方向に延びる案内部材と、前記案内部材の軌道面に対向する軌道面を有するとともに前記両軌道面の間に転動自在に配された複数の転動体の転動を介して軸方向に直線移動可能に前記案内部材に支持された可動部材と、を備える直動装置において、
前記案内部材の軌道面,前記可動部材の軌道面,及び前記転動体の転動面の少なくとも1つに、オイルプレーティング処理により、20℃における蒸気圧が1×10-5Pa以下の炭化水素油系の潤滑油と、分子構造中にエポキシ基,アミノ基,カルボキシル基,ヒドロキシル基,メルカプト基,スルフォン基,及びエステル基のうち少なくとも1種の官能基を含む合成油と、フッ素樹脂とを含有する潤滑剤からなる潤滑膜を形成するとともに、前記潤滑剤中の前記合成油の割合を18質量%以上36質量%以下としたことを特徴とする直動装置。 - 前記潤滑剤中の前記フッ素樹脂の割合を1質量%以上20質量%以下としたことを特徴とする請求項1に記載の直動装置。
- 前記潤滑膜の下層にダイヤモンドライクカーボン被膜を形成したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の直動装置。
- 前記炭化水素油系の潤滑油を平均分子量2000以下のアルキル化シクロペンタンとしたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の直動装置。
- 前記フッ素樹脂は、粒径が10μm以下で密度が3g/cm3 以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の直動装置。
- 前記案内部材,前記可動部材,及び前記転動体の少なくとも1つを、ステンレス鋼で構成したことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の直動装置。
- 前記案内部材,前記可動部材,及び前記転動体の少なくとも1つを、非磁性材で構成したことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の直動装置。
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