摩擦駆動装置
【課題】 オイルレスで高いトラクション性能と高耐久性を得ることができるようにする。
【解決手段】 駆動ローラ３と、その外周面を所要の予圧力を付した状態で接触させるスライドバー２とを備えて、駆動ローラ３の回転駆動によりスライドバー２を相対移動できるようにしてある摩擦駆動装置にて、駆動ローラ３の外周面と、スライドバー２における駆動ローラ接触面の双方に、クロムナイトライド層１８，１９を設ける。回転駆動する駆動ローラ３の外周面とスライドバー２との接触部にて、クロムナイトライド層１８，１９を介した両者の接触面圧を高く設定することで高いトラクション性能を得ると共に、クロムナイトライド層１８，１９同士の転がりすべりを行わせることで、駆動ローラ３及びスライドバー２の摩耗量を共に低減させる。
【解決手段】 駆動ローラ３と、その外周面を所要の予圧力を付した状態で接触させるスライドバー２とを備えて、駆動ローラ３の回転駆動によりスライドバー２を相対移動できるようにしてある摩擦駆動装置にて、駆動ローラ３の外周面と、スライドバー２における駆動ローラ接触面の双方に、クロムナイトライド層１８，１９を設ける。回転駆動する駆動ローラ３の外周面とスライドバー２との接触部にて、クロムナイトライド層１８，１９を介した両者の接触面圧を高く設定することで高いトラクション性能を得ると共に、クロムナイトライド層１８，１９同士の転がりすべりを行わせることで、駆動ローラ３及びスライドバー２の摩耗量を共に低減させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動ローラとバックアップローラとの間に挟んで配置したスライドバーを、上記駆動ローラの回転駆動により相対的に移動させる機構を備えた摩擦駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体関連の製造、検査等の精密な位置決めを行う精密機械では、搬送ステージ（搬送テーブル）等の移動体を該機械の固定部に対して移動させるときに、移動体の精密な位置決め、たとえば、μｍオーダー以下の精度での位置決めを行うことが要求されることがある。
【０００３】
そのために、上記のような精密機械における移動体を移動させると共に該移動体の精密な位置決めを行うことができ且つ長ストローク化を図ることを可能にするための駆動装置として、図５及び図６に示す如き摩擦駆動装置が提案されている。
【０００４】
すなわち、図５及び図６に示した摩擦駆動装置は、搬送テーブル１の移動方向に延びるスライドバー２を備え、且つ上記搬送テーブル１側に、上記スライドバー２の一側面に接触させる一側面側ローラ３と、該一側面側ローラ３に対するテーブル移動方向の前後両側位置で上記スライドバー２の他側面に接触させる複数の他側面側ローラ４と、上記一側面側ローラ３及び他側面側ローラ４のすべて、又は、いずれかをテーブル移動方向と直角の方向に個別に変位させるためのピエゾアクチュエータ等の変位機構５と、上記一側面側及び他側面側の各ローラ３，４のうちのいずれか１つのローラ３にたわみ継手６を介し連結して、該ローラ３を駆動ローラ３として回転駆動させるための駆動モータ７とを設けた構成としてある。
【０００５】
以上の構成としてある摩擦駆動装置によれば、上記各変位機構５により上記駆動ローラ３を上記スライドバー２の一側面に、又、他の各ローラ４をバックアップローラ４として上記スライドバー２の他側面にそれぞれ所要の予圧力を付して押し当てた状態にて、上記駆動モータ７の正逆転駆動により上記駆動ローラ３を回転駆動させることで、上記駆動ローラ３と上記スライドバー２との接触面に作用する摩擦を利用して、上記移動体としての搬送テーブル１を上記スライドバー２の長手方向に移動させることできるようにしてある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
上記摩擦駆動装置では、その機構上、上記駆動ローラ３とスライドバー２との接触部は、転がりすべり部となるため、上記駆動ローラ３の回転量の制御による上記移動体としての搬送テーブル１の位置決めを精密に行わせたり、上記駆動ローラ３の回転駆動による上記搬送テーブル１の移動を高効率で行わせるためには、上記転がりすべり部におけるトラクション性能が高いほど望ましい。
【０００７】
ところで、一般に、転がりすべり部のトラクション性能を表す推力Ｆ［Ｎ］は、トラクション係数μと予圧力（面圧）Ｐ［Ｎ］との積、すなわち、
Ｆ＝μ・Ｐ
で決まる。
【０００８】
このことに鑑みて、従来一般的に使用されてきているローラを使用した形式の駆動装置では、トラクション性能を高めるために、ローラ及び該ローラに接する部材との接触面圧を１０００〜２０００ＭＰａと高く設定するようにしてあり、この際、上記ローラ及び該ローラに接する部材の耐摩耗性の向上を狙って、両者の接触部にトラクションオイルやグリス等の油を使用することが広く行われてきている。
【０００９】
なお、本出願人は、先の出願（特願２００８−１４５３２１）において、摩擦駆動装置等における転がりすべりを行う２つの部材間のトラクション係数を精密に計測できると共に、耐久性検証試験をも行うことができる試験装置として、図７に示す如きトラクション計測用試験装置を提案している。
【００１０】
上記図７に示したトラクション計測用試験装置は、円筒状の駆動側試験片８を着脱可能に取り付けた駆動側回転軸９に、ＡＣサーボモータ１０の出力側が連結してある。又、上記駆動側試験片８の側方に配置する円筒状の負荷側試験片１１を着脱可能に取り付けた負荷側回転軸１２に、トルク計１３と負荷トルク可変型のブレーキ装置１４を連結すると共に、該負荷側回転軸１２の所要個所にロータリーエンコーダ１５を装備させてある。更に、上記駆動側回転軸９に取り付けた駆動側試験片８の外周面を、負荷側回転軸１２に取り付けた負荷側試験片１１の外周面に、使用する錘１７の質量に応じた予圧力を付した状態で押し付けて面接触させるための予圧力付与手段１６を備えてなる構成としてある。
【００１１】
以上の構成としてあるトラクション計測用試験装置によれば、上記予圧力付与手段１６で使用する錘１７の質量を所要質量に調整することで、上記駆動側試験片８と負荷側試験片１１とを所要の予圧力を付して押し付けた状態とした後、上記ＡＣサーボモータ１０により上記駆動側回転軸９と一体に駆動側試験片８を一定の回転数で回転駆動させて、該駆動側試験片８と面接触している負荷側試験片１１に回転駆動力を伝達させて、該負荷側試験片１１を負荷側回転軸１２と一体に回転させる。
【００１２】
この状態にて、上記駆動側と従動側となる負荷側の各試験片８と１１同士の間のトラクション係数を計測する場合は、上記負荷側回転軸１２に接続してある負荷トルク可変型のブレーキ装置１４の負荷を徐々に増大させ、この際、得られるデータを基に、トラクション係数μとすべり率λとを、以下の式により計測する。
μ＝Ｔｂ／（Ｐ・Ｒｂ）
λ＝｛（Ｎｍ−Ｎｂ）／Ｎｍ｝×１００
ここで、
Ｔｂ：負荷側トルク［Ｎ・ｍ］
Ｐ ：与圧力［Ｎ］
Ｒｂ：負荷側ローラ径［ｍ］
Ｎｍ：駆動側回転数［ｒｐｍ］
Ｎｂ：負荷側回転数［ｒｐｍ］
である。
【００１３】
その後、縦軸に上記トラクション係数μを、横軸に上記すべり率λをプロットすることで、図８に示す如きトラクションカーブを得ることができ、該トラクションカーブにおける線形限界点Ｘに達する値として、すべりが殆どない状態で動力を伝達することが可能となるトラクション係数の値を求めることができるようにしてある。
【００１４】
一方、上記各試験片８及び１１の耐久性検証試験を行う場合には、上記と同様にしてＡＣサーボモータ１０により上記駆動側回転軸９と一体に駆動側試験片８を一定回転数で回転駆動させ、該駆動側試験片８と面接触している負荷側試験片１１へ回転駆動力を伝達させて、該負荷側試験片１１を負荷側回転軸１２と一体に回転させるようにした後、上記トルク計１３により負荷側トルクを常時監視し、該トルク計１３によって計測される負荷側トルクが所要の値で一定になるように、上記負荷トルク可変型のブレーキ装置１４をフィードバック制御することで、負荷一定運転を行わせるようにし、この負荷一定運転を所要期間、たとえば、２週間程度継続させる。その後、上記駆動側と負荷側の各試験片８及び１１について、それぞれ摩耗体積Ｖ［ｍ３］と、負荷側回転数より求めた転走距離Ｌ［ｍ］とから、摩耗特性を示す摩耗体積比α［ｍ３／ｍ］を、以下の式により求めることができるようにしてある。
α＝Ｖ／Ｌ
【００１５】
【特許文献１】特開２００８−１０３６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところが、従来一般的に使用されてきているローラを使用した形式の駆動装置のように、ローラと該ローラに接する部材の接触部に油を使用する装置構成は、クリーン環境や真空環境には不向きであり、しかも、摩擦駆動の特徴である高精度の位置決め能力を十分には生かしきれていないというのが実状である。
【００１７】
すなわち、油を使用しているためにトラクション係数が小さくなり、そのため、搬送推力が小さくなってしまう。又、油を使用しているためにすべり率が大きくなり、そのために、超精密位置決めには不向きとなってしまう。
【００１８】
そこで、本出願人は、摩擦駆動装置を用いた超精密位置決めを実現できるように、オイルレスで高いトラクション性能を得ることができ、且つ耐摩耗性を高めて長寿命化を図ることができるようにするための工夫、研究を重ねた結果、摩擦駆動装置における駆動ローラと該駆動ローラに接蝕させる部材に所要の表面処理を行なうことで、転がりすべり部にて高いトラクション性能と高い耐久性をオイルレスで得ることができることを見出して本発明をなした。
【００１９】
したがって、本発明の目的とするところは、オイルレスで高いトラクション性能と、高い耐久性を得ることができる摩擦駆動装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、駆動ローラの外周面を所要の予圧力を付した状態でスライドバーに接触させ、上記駆動ローラの回転駆動により上記スライドバーを駆動ローラに対して相対移動させることができるようにしてある摩擦駆動装置において、上記駆動ローラの外周面と、上記スライドバーにおける駆動ローラ接触面のいずれか一方又は双方に、クロムナイトライド層を設けてなる構成とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の摩擦駆動装置によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
（１）駆動ローラの外周面を所要の予圧力を付した状態でスライドバーに接触させ、上記駆動ローラの回転駆動により上記スライドバーを駆動ローラに対して相対移動させることができるようにしてある摩擦駆動装置において、上記駆動ローラの外周面と、上記スライドバーにおける駆動ローラ接触面のいずれか一方又は双方に、クロムナイトライド層を設けてなる構成としてあるので、駆動ローラの回転駆動時には、該駆動ローラとスライドバーとの間に高いトラクション性能を得ることができ、しかも、オイルレスとすることができるため、すべり率を少なくすることができて、上記駆動ローラの回転制御による超精密位置決めの実施に有利なものとすることができる。
（２）更に、オイルレスで使用しても、上記駆動ローラとスライドバーとの接触部を耐久性の高いものとすることができるため、摩擦駆動装置の長寿命化を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は本発明の摩擦駆動装置の実施の一形態を示すもので、図５及び図６に示したと同様の構成としてある摩擦駆動装置において、駆動ローラ３の外周面にクロムナイトライド（ＣｒＮ）のコーティング層１８を設け、更に、上記駆動ローラ３の外周面を接触させるスライドバー２における駆動ローラ接触面に、クロムナイトライドのコーティング層１９を設けた構成とする。
【００２４】
以下において、上記駆動ローラ３の外周面、及び、スライドバー２における駆動ローラ接触面にクロムナイトライドのコーティング層１８，１９を設ける理由について詳述する。
【００２５】
先ず、図５及び図６に示したと同様の摩擦駆動装置における駆動ローラ３及びスライドバー２使用し得る材料として、鉄系のベアリング材料であるＳＵＪ２、ステンレス系のベアリング材料であるＳＵＳ４４０Ｃ、高強度耐食用鋼として用いられる析出硬化性ステンレスの高珪素合金であるシリコロイ（登録商標）Ａ２及びシリコロイ（登録商標）ＸＶＩ、超硬合金として用いられるタングステンカーバイトであるＷＣ−５０ＮｉＣｒ及びＷＣ−１２Ｃｏ、無電解Ｎｉメッキであるカニゼン（登録商標）メッキ、複合メッキであるセラミックカニゼン（登録商標）メッキ、高硬度で焼き付きやかじりの少ないコーティングとして広く用いられているチタンナイトライド（ＴｉＮ）、上記チタンナイトライドよりは硬度が劣るが潤滑性に優れたコーティングとして用いられているクロムナイトライド（ＣｒＮ）について検討するために、本出願人が先の出願で提案している図７に示した如きトラクション計測用試験装置を用いて、駆動側試験片８と負荷側試験片１１の外周面を、以下の表１に示すような材料の組み合わせとした試料１〜試料１２のそれぞれについて、トラクション係数μとすべり率λを算出し、算出されたトラクション係数μとすべり率λをプロットすることで得られる図８と同様のトラクションカーブを基に、線形限界となる点Ｘでのトラクション係数μを各々求めて評価した（評価手順の詳細は特願２００８−１４５３２１参照）。
【表１】
【００２６】
その結果を図２に示す。なお、図２では各試料で得られたトラクション係数μの値の比が示してある。
【００２７】
次いで、上記試料１〜試料１２の材料の組み合わせによる駆動側試験片８と負荷側試験片１１を用いて、図７に示したトラクション計測用試験装置を用いて、耐久性検証試験を行い、負荷側試験片１１の回転換算で所定の回転数、たとえば、１０７回転させた場合における駆動側試験片８と負荷側試験片１１の減った質量をそれぞれ体積換算することで、摩耗量を求めた。
【００２８】
その結果を図３に示す。なお、図３には、試料２、試料４、試料７、試料１０、試料１１、試料１２のみが示してあるが、これ以外の試料は、いずれも上記所定の回転数に達する以前に各試験片８，１１の被膜が破壊されたり、大きなかじりが生じる等、上記所定の回転数に到達する耐久性が得られなかったものであるため、記載を省略してある。
【００２９】
図３にて斜線のハッチングを付したものは、図５及び図６に示した摩擦駆動装置における駆動ローラ３に相当する駆動側試験片８の摩耗量を、又、ドットのハッチングを付したものは、図５及び図６に示した摩擦駆動装置におけるスライドバー２に相当する負荷側試験片１１の摩耗量を、白抜きのものは各試験片８，１１の合計の摩耗量をそれぞれ示してある。
【００３０】
したがって、上記図２と図３の結果より、試料１２のように、駆動側試験片８と負荷側試験片１１の表面の材料をクロムナイトライド（ＣｒＮ）とすると、トラクション係数μは、試料２のように駆動側試験片８と負荷側試験片１１の材料を共にＳＵＳ４４０Ｃとする場合に比して、約半分程度となるが、試料１２の場合の摩耗量は他の試料に比べて圧倒的に少ないことが判明した。
【００３１】
更に、図示してないが、上記試料１２の材料の組み合わせの駆動側試験片８と負荷側試験片１１について、図７に示したトラクション計測用試験装置を用いて、予圧力付与手段１６で使用する錘１７の重量を変更することで、各試験片８と１１同士の接触面圧を変更して摩耗量の変化について検証する試験を行ったところ、トラクション性能を示す推力は面圧の増加に対してほぼ線形的に増加するが、摩耗料は１０００ＭＰａを超える付近から急激に増加することが分かり、このことから上記試料１２の材料の組み合わせの場合、許容面圧は１０００ＭＰａ付近であることが判明した。
【００３２】
そこで、本出願人は、トラクション係数μは比較的小さいが、上記許容面圧の結果から明らかなように予圧力を大きく取れるために搬送推力を大きくでき、しかも、耐久性に優れたものとするために、図１に示したように、摩擦駆動装置における駆動ローラ３の外周面、及び、スライドバー２における駆動ローラ接触面の双方に、クロムナイトライドのコーティング層１８，１９を設ける構成を採用することとした。
【００３３】
以上の構成としてある本発明の摩擦駆動装置によれば、上記駆動ローラ３の回転駆動時には、該駆動ローラ３とスライドバー２との間にオイルレスで高いトラクション性能を得ることができるため、すべり率を少なくすることができて、上記駆動ローラの回転数の精密な制御による超精密位置決めに有利なものとすることができる。
【００３４】
しかも、上記のようにオイルレスで使用しても、上記駆動ローラ３とスライドバー２との接触部に設けてあるクロムナイトライドのコーティング層１８，１９を耐久性の高いものとすることができるため、摩擦駆動装置の長寿命化を図ることが可能になる。
【００３５】
なお、図３における試料１１の結果から、駆動側試験片８の外周面をクロムナイトライドとする一方、負荷側試験片１１をＳＵＳ４４０Ｃとした場合であっても、上記各試験片８，１１の双方の外周面をクロムナイトライドとした試料１２に次いで良好な耐磨耗性が得られることが分かると共に、試料２の結果との比較により、駆動側試験片８の摩耗が減るだけではなく、負荷側試験片１１の摩耗も大幅に減少していることが分かる。
【００３６】
以上の点から、上記図１の実施の形態では、摩擦駆動装置における駆動ローラ３の外周面、及び、スライドバー２における駆動ローラ接触面の双方に、クロムナイトライドのコーティング層１８，１９を設ける構成としたが、図４（イ）に示すように、摩擦駆動装置における駆動ローラ３の外周面に、クロムナイトライドのコーティング層１８を設ける一方、スライドバー２をＳＵＳ４４０Ｃ製として該スライドバー２の駆動ローラ接触面におけるコーティング層を省略してもよい。
【００３７】
以上の構成とすれば、上記図１の実施の形態と同様の効果に加えて、長尺のスライドバー２の表面処理を省略できるようになるため、実用時のコスト面で有利な構成とすることができる。
【００３８】
更に、上記したように、図３における試料１１の結果と試料２の結果との比較から、駆動側試験片８と負荷側試験片１のうち、一方の試験片８の外周面をクロムナイトライドとすることで、該一方の試験片８の摩耗のみならず、他方の試験片１１の摩耗も大幅に減少させることができることから、図４（ロ）に示すように、摩擦駆動装置における駆動ローラ３をＳＵＳ４４０Ｃ製として外周面のコーティング層を省略する一方、スライドバー２における駆動ローラ接触面に、クロムナイトライドのコーティング層１９を設けた構成としてもよい。
【００３９】
上記構成においても、上記図１の実施の形態と同様の効果が期待できる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、駆動ローラ３をスライドバー２に所要の予圧力を付して接触させた状態で、上記駆動ローラ３を回転駆動することで、上記スライドバー２に対して相対的に移動させるようにしてある形式の摩擦駆動装置であれば、図５及び図６に示した以外の形式の摩擦駆動装置に適用してもよい。
【００４１】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の摩擦駆動装置の実施の一形態を示すもので、スライドバーの長手方向の一方より見た概略切断側面図である。
【図２】駆動側試験片と負荷側試験片の外周面を種々の材料に変化させた場合に得られるトラクション係数の比較を示す図である。
【図３】駆動側試験片と負荷側試験片の外周面を種々の材料に変化させた場合に生じる摩耗量の比較を示す図である。
【図４】（イ）（ロ）はそれぞれ本発明の実施の他の形態を示す図１に対応した図である。
【図５】従来提案されている摩擦駆動装置を示す概略切断平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ方向矢視図である。
【図７】本出願人が先の出願で提案しているトラクション計測用試験装置を示す概略斜視図である。
【図８】図７の試験装置によって得られるトラクション係数μを縦軸に、すべり率λを横軸にプロットして得たトラクションカーブを示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
２ スライドバー
３ 駆動ローラ
１８ クロムナイトライドのコーティング層
１９ クロムナイトライドのコーティング層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動ローラとバックアップローラとの間に挟んで配置したスライドバーを、上記駆動ローラの回転駆動により相対的に移動させる機構を備えた摩擦駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体関連の製造、検査等の精密な位置決めを行う精密機械では、搬送ステージ（搬送テーブル）等の移動体を該機械の固定部に対して移動させるときに、移動体の精密な位置決め、たとえば、μｍオーダー以下の精度での位置決めを行うことが要求されることがある。
【０００３】
そのために、上記のような精密機械における移動体を移動させると共に該移動体の精密な位置決めを行うことができ且つ長ストローク化を図ることを可能にするための駆動装置として、図５及び図６に示す如き摩擦駆動装置が提案されている。
【０００４】
すなわち、図５及び図６に示した摩擦駆動装置は、搬送テーブル１の移動方向に延びるスライドバー２を備え、且つ上記搬送テーブル１側に、上記スライドバー２の一側面に接触させる一側面側ローラ３と、該一側面側ローラ３に対するテーブル移動方向の前後両側位置で上記スライドバー２の他側面に接触させる複数の他側面側ローラ４と、上記一側面側ローラ３及び他側面側ローラ４のすべて、又は、いずれかをテーブル移動方向と直角の方向に個別に変位させるためのピエゾアクチュエータ等の変位機構５と、上記一側面側及び他側面側の各ローラ３，４のうちのいずれか１つのローラ３にたわみ継手６を介し連結して、該ローラ３を駆動ローラ３として回転駆動させるための駆動モータ７とを設けた構成としてある。
【０００５】
以上の構成としてある摩擦駆動装置によれば、上記各変位機構５により上記駆動ローラ３を上記スライドバー２の一側面に、又、他の各ローラ４をバックアップローラ４として上記スライドバー２の他側面にそれぞれ所要の予圧力を付して押し当てた状態にて、上記駆動モータ７の正逆転駆動により上記駆動ローラ３を回転駆動させることで、上記駆動ローラ３と上記スライドバー２との接触面に作用する摩擦を利用して、上記移動体としての搬送テーブル１を上記スライドバー２の長手方向に移動させることできるようにしてある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
上記摩擦駆動装置では、その機構上、上記駆動ローラ３とスライドバー２との接触部は、転がりすべり部となるため、上記駆動ローラ３の回転量の制御による上記移動体としての搬送テーブル１の位置決めを精密に行わせたり、上記駆動ローラ３の回転駆動による上記搬送テーブル１の移動を高効率で行わせるためには、上記転がりすべり部におけるトラクション性能が高いほど望ましい。
【０００７】
ところで、一般に、転がりすべり部のトラクション性能を表す推力Ｆ［Ｎ］は、トラクション係数μと予圧力（面圧）Ｐ［Ｎ］との積、すなわち、
Ｆ＝μ・Ｐ
で決まる。
【０００８】
このことに鑑みて、従来一般的に使用されてきているローラを使用した形式の駆動装置では、トラクション性能を高めるために、ローラ及び該ローラに接する部材との接触面圧を１０００〜２０００ＭＰａと高く設定するようにしてあり、この際、上記ローラ及び該ローラに接する部材の耐摩耗性の向上を狙って、両者の接触部にトラクションオイルやグリス等の油を使用することが広く行われてきている。
【０００９】
なお、本出願人は、先の出願（特願２００８−１４５３２１）において、摩擦駆動装置等における転がりすべりを行う２つの部材間のトラクション係数を精密に計測できると共に、耐久性検証試験をも行うことができる試験装置として、図７に示す如きトラクション計測用試験装置を提案している。
【００１０】
上記図７に示したトラクション計測用試験装置は、円筒状の駆動側試験片８を着脱可能に取り付けた駆動側回転軸９に、ＡＣサーボモータ１０の出力側が連結してある。又、上記駆動側試験片８の側方に配置する円筒状の負荷側試験片１１を着脱可能に取り付けた負荷側回転軸１２に、トルク計１３と負荷トルク可変型のブレーキ装置１４を連結すると共に、該負荷側回転軸１２の所要個所にロータリーエンコーダ１５を装備させてある。更に、上記駆動側回転軸９に取り付けた駆動側試験片８の外周面を、負荷側回転軸１２に取り付けた負荷側試験片１１の外周面に、使用する錘１７の質量に応じた予圧力を付した状態で押し付けて面接触させるための予圧力付与手段１６を備えてなる構成としてある。
【００１１】
以上の構成としてあるトラクション計測用試験装置によれば、上記予圧力付与手段１６で使用する錘１７の質量を所要質量に調整することで、上記駆動側試験片８と負荷側試験片１１とを所要の予圧力を付して押し付けた状態とした後、上記ＡＣサーボモータ１０により上記駆動側回転軸９と一体に駆動側試験片８を一定の回転数で回転駆動させて、該駆動側試験片８と面接触している負荷側試験片１１に回転駆動力を伝達させて、該負荷側試験片１１を負荷側回転軸１２と一体に回転させる。
【００１２】
この状態にて、上記駆動側と従動側となる負荷側の各試験片８と１１同士の間のトラクション係数を計測する場合は、上記負荷側回転軸１２に接続してある負荷トルク可変型のブレーキ装置１４の負荷を徐々に増大させ、この際、得られるデータを基に、トラクション係数μとすべり率λとを、以下の式により計測する。
μ＝Ｔｂ／（Ｐ・Ｒｂ）
λ＝｛（Ｎｍ−Ｎｂ）／Ｎｍ｝×１００
ここで、
Ｔｂ：負荷側トルク［Ｎ・ｍ］
Ｐ ：与圧力［Ｎ］
Ｒｂ：負荷側ローラ径［ｍ］
Ｎｍ：駆動側回転数［ｒｐｍ］
Ｎｂ：負荷側回転数［ｒｐｍ］
である。
【００１３】
その後、縦軸に上記トラクション係数μを、横軸に上記すべり率λをプロットすることで、図８に示す如きトラクションカーブを得ることができ、該トラクションカーブにおける線形限界点Ｘに達する値として、すべりが殆どない状態で動力を伝達することが可能となるトラクション係数の値を求めることができるようにしてある。
【００１４】
一方、上記各試験片８及び１１の耐久性検証試験を行う場合には、上記と同様にしてＡＣサーボモータ１０により上記駆動側回転軸９と一体に駆動側試験片８を一定回転数で回転駆動させ、該駆動側試験片８と面接触している負荷側試験片１１へ回転駆動力を伝達させて、該負荷側試験片１１を負荷側回転軸１２と一体に回転させるようにした後、上記トルク計１３により負荷側トルクを常時監視し、該トルク計１３によって計測される負荷側トルクが所要の値で一定になるように、上記負荷トルク可変型のブレーキ装置１４をフィードバック制御することで、負荷一定運転を行わせるようにし、この負荷一定運転を所要期間、たとえば、２週間程度継続させる。その後、上記駆動側と負荷側の各試験片８及び１１について、それぞれ摩耗体積Ｖ［ｍ３］と、負荷側回転数より求めた転走距離Ｌ［ｍ］とから、摩耗特性を示す摩耗体積比α［ｍ３／ｍ］を、以下の式により求めることができるようにしてある。
α＝Ｖ／Ｌ
【００１５】
【特許文献１】特開２００８−１０３６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところが、従来一般的に使用されてきているローラを使用した形式の駆動装置のように、ローラと該ローラに接する部材の接触部に油を使用する装置構成は、クリーン環境や真空環境には不向きであり、しかも、摩擦駆動の特徴である高精度の位置決め能力を十分には生かしきれていないというのが実状である。
【００１７】
すなわち、油を使用しているためにトラクション係数が小さくなり、そのため、搬送推力が小さくなってしまう。又、油を使用しているためにすべり率が大きくなり、そのために、超精密位置決めには不向きとなってしまう。
【００１８】
そこで、本出願人は、摩擦駆動装置を用いた超精密位置決めを実現できるように、オイルレスで高いトラクション性能を得ることができ、且つ耐摩耗性を高めて長寿命化を図ることができるようにするための工夫、研究を重ねた結果、摩擦駆動装置における駆動ローラと該駆動ローラに接蝕させる部材に所要の表面処理を行なうことで、転がりすべり部にて高いトラクション性能と高い耐久性をオイルレスで得ることができることを見出して本発明をなした。
【００１９】
したがって、本発明の目的とするところは、オイルレスで高いトラクション性能と、高い耐久性を得ることができる摩擦駆動装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、駆動ローラの外周面を所要の予圧力を付した状態でスライドバーに接触させ、上記駆動ローラの回転駆動により上記スライドバーを駆動ローラに対して相対移動させることができるようにしてある摩擦駆動装置において、上記駆動ローラの外周面と、上記スライドバーにおける駆動ローラ接触面のいずれか一方又は双方に、クロムナイトライド層を設けてなる構成とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の摩擦駆動装置によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
（１）駆動ローラの外周面を所要の予圧力を付した状態でスライドバーに接触させ、上記駆動ローラの回転駆動により上記スライドバーを駆動ローラに対して相対移動させることができるようにしてある摩擦駆動装置において、上記駆動ローラの外周面と、上記スライドバーにおける駆動ローラ接触面のいずれか一方又は双方に、クロムナイトライド層を設けてなる構成としてあるので、駆動ローラの回転駆動時には、該駆動ローラとスライドバーとの間に高いトラクション性能を得ることができ、しかも、オイルレスとすることができるため、すべり率を少なくすることができて、上記駆動ローラの回転制御による超精密位置決めの実施に有利なものとすることができる。
（２）更に、オイルレスで使用しても、上記駆動ローラとスライドバーとの接触部を耐久性の高いものとすることができるため、摩擦駆動装置の長寿命化を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は本発明の摩擦駆動装置の実施の一形態を示すもので、図５及び図６に示したと同様の構成としてある摩擦駆動装置において、駆動ローラ３の外周面にクロムナイトライド（ＣｒＮ）のコーティング層１８を設け、更に、上記駆動ローラ３の外周面を接触させるスライドバー２における駆動ローラ接触面に、クロムナイトライドのコーティング層１９を設けた構成とする。
【００２４】
以下において、上記駆動ローラ３の外周面、及び、スライドバー２における駆動ローラ接触面にクロムナイトライドのコーティング層１８，１９を設ける理由について詳述する。
【００２５】
先ず、図５及び図６に示したと同様の摩擦駆動装置における駆動ローラ３及びスライドバー２使用し得る材料として、鉄系のベアリング材料であるＳＵＪ２、ステンレス系のベアリング材料であるＳＵＳ４４０Ｃ、高強度耐食用鋼として用いられる析出硬化性ステンレスの高珪素合金であるシリコロイ（登録商標）Ａ２及びシリコロイ（登録商標）ＸＶＩ、超硬合金として用いられるタングステンカーバイトであるＷＣ−５０ＮｉＣｒ及びＷＣ−１２Ｃｏ、無電解Ｎｉメッキであるカニゼン（登録商標）メッキ、複合メッキであるセラミックカニゼン（登録商標）メッキ、高硬度で焼き付きやかじりの少ないコーティングとして広く用いられているチタンナイトライド（ＴｉＮ）、上記チタンナイトライドよりは硬度が劣るが潤滑性に優れたコーティングとして用いられているクロムナイトライド（ＣｒＮ）について検討するために、本出願人が先の出願で提案している図７に示した如きトラクション計測用試験装置を用いて、駆動側試験片８と負荷側試験片１１の外周面を、以下の表１に示すような材料の組み合わせとした試料１〜試料１２のそれぞれについて、トラクション係数μとすべり率λを算出し、算出されたトラクション係数μとすべり率λをプロットすることで得られる図８と同様のトラクションカーブを基に、線形限界となる点Ｘでのトラクション係数μを各々求めて評価した（評価手順の詳細は特願２００８−１４５３２１参照）。
【表１】
【００２６】
その結果を図２に示す。なお、図２では各試料で得られたトラクション係数μの値の比が示してある。
【００２７】
次いで、上記試料１〜試料１２の材料の組み合わせによる駆動側試験片８と負荷側試験片１１を用いて、図７に示したトラクション計測用試験装置を用いて、耐久性検証試験を行い、負荷側試験片１１の回転換算で所定の回転数、たとえば、１０７回転させた場合における駆動側試験片８と負荷側試験片１１の減った質量をそれぞれ体積換算することで、摩耗量を求めた。
【００２８】
その結果を図３に示す。なお、図３には、試料２、試料４、試料７、試料１０、試料１１、試料１２のみが示してあるが、これ以外の試料は、いずれも上記所定の回転数に達する以前に各試験片８，１１の被膜が破壊されたり、大きなかじりが生じる等、上記所定の回転数に到達する耐久性が得られなかったものであるため、記載を省略してある。
【００２９】
図３にて斜線のハッチングを付したものは、図５及び図６に示した摩擦駆動装置における駆動ローラ３に相当する駆動側試験片８の摩耗量を、又、ドットのハッチングを付したものは、図５及び図６に示した摩擦駆動装置におけるスライドバー２に相当する負荷側試験片１１の摩耗量を、白抜きのものは各試験片８，１１の合計の摩耗量をそれぞれ示してある。
【００３０】
したがって、上記図２と図３の結果より、試料１２のように、駆動側試験片８と負荷側試験片１１の表面の材料をクロムナイトライド（ＣｒＮ）とすると、トラクション係数μは、試料２のように駆動側試験片８と負荷側試験片１１の材料を共にＳＵＳ４４０Ｃとする場合に比して、約半分程度となるが、試料１２の場合の摩耗量は他の試料に比べて圧倒的に少ないことが判明した。
【００３１】
更に、図示してないが、上記試料１２の材料の組み合わせの駆動側試験片８と負荷側試験片１１について、図７に示したトラクション計測用試験装置を用いて、予圧力付与手段１６で使用する錘１７の重量を変更することで、各試験片８と１１同士の接触面圧を変更して摩耗量の変化について検証する試験を行ったところ、トラクション性能を示す推力は面圧の増加に対してほぼ線形的に増加するが、摩耗料は１０００ＭＰａを超える付近から急激に増加することが分かり、このことから上記試料１２の材料の組み合わせの場合、許容面圧は１０００ＭＰａ付近であることが判明した。
【００３２】
そこで、本出願人は、トラクション係数μは比較的小さいが、上記許容面圧の結果から明らかなように予圧力を大きく取れるために搬送推力を大きくでき、しかも、耐久性に優れたものとするために、図１に示したように、摩擦駆動装置における駆動ローラ３の外周面、及び、スライドバー２における駆動ローラ接触面の双方に、クロムナイトライドのコーティング層１８，１９を設ける構成を採用することとした。
【００３３】
以上の構成としてある本発明の摩擦駆動装置によれば、上記駆動ローラ３の回転駆動時には、該駆動ローラ３とスライドバー２との間にオイルレスで高いトラクション性能を得ることができるため、すべり率を少なくすることができて、上記駆動ローラの回転数の精密な制御による超精密位置決めに有利なものとすることができる。
【００３４】
しかも、上記のようにオイルレスで使用しても、上記駆動ローラ３とスライドバー２との接触部に設けてあるクロムナイトライドのコーティング層１８，１９を耐久性の高いものとすることができるため、摩擦駆動装置の長寿命化を図ることが可能になる。
【００３５】
なお、図３における試料１１の結果から、駆動側試験片８の外周面をクロムナイトライドとする一方、負荷側試験片１１をＳＵＳ４４０Ｃとした場合であっても、上記各試験片８，１１の双方の外周面をクロムナイトライドとした試料１２に次いで良好な耐磨耗性が得られることが分かると共に、試料２の結果との比較により、駆動側試験片８の摩耗が減るだけではなく、負荷側試験片１１の摩耗も大幅に減少していることが分かる。
【００３６】
以上の点から、上記図１の実施の形態では、摩擦駆動装置における駆動ローラ３の外周面、及び、スライドバー２における駆動ローラ接触面の双方に、クロムナイトライドのコーティング層１８，１９を設ける構成としたが、図４（イ）に示すように、摩擦駆動装置における駆動ローラ３の外周面に、クロムナイトライドのコーティング層１８を設ける一方、スライドバー２をＳＵＳ４４０Ｃ製として該スライドバー２の駆動ローラ接触面におけるコーティング層を省略してもよい。
【００３７】
以上の構成とすれば、上記図１の実施の形態と同様の効果に加えて、長尺のスライドバー２の表面処理を省略できるようになるため、実用時のコスト面で有利な構成とすることができる。
【００３８】
更に、上記したように、図３における試料１１の結果と試料２の結果との比較から、駆動側試験片８と負荷側試験片１のうち、一方の試験片８の外周面をクロムナイトライドとすることで、該一方の試験片８の摩耗のみならず、他方の試験片１１の摩耗も大幅に減少させることができることから、図４（ロ）に示すように、摩擦駆動装置における駆動ローラ３をＳＵＳ４４０Ｃ製として外周面のコーティング層を省略する一方、スライドバー２における駆動ローラ接触面に、クロムナイトライドのコーティング層１９を設けた構成としてもよい。
【００３９】
上記構成においても、上記図１の実施の形態と同様の効果が期待できる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、駆動ローラ３をスライドバー２に所要の予圧力を付して接触させた状態で、上記駆動ローラ３を回転駆動することで、上記スライドバー２に対して相対的に移動させるようにしてある形式の摩擦駆動装置であれば、図５及び図６に示した以外の形式の摩擦駆動装置に適用してもよい。
【００４１】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の摩擦駆動装置の実施の一形態を示すもので、スライドバーの長手方向の一方より見た概略切断側面図である。
【図２】駆動側試験片と負荷側試験片の外周面を種々の材料に変化させた場合に得られるトラクション係数の比較を示す図である。
【図３】駆動側試験片と負荷側試験片の外周面を種々の材料に変化させた場合に生じる摩耗量の比較を示す図である。
【図４】（イ）（ロ）はそれぞれ本発明の実施の他の形態を示す図１に対応した図である。
【図５】従来提案されている摩擦駆動装置を示す概略切断平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ方向矢視図である。
【図７】本出願人が先の出願で提案しているトラクション計測用試験装置を示す概略斜視図である。
【図８】図７の試験装置によって得られるトラクション係数μを縦軸に、すべり率λを横軸にプロットして得たトラクションカーブを示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
２ スライドバー
３ 駆動ローラ
１８ クロムナイトライドのコーティング層
１９ クロムナイトライドのコーティング層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動ローラの外周面を所要の予圧力を付した状態でスライドバーに接触させ、上記駆動ローラの回転駆動により上記スライドバーを駆動ローラに対して相対移動させることができるようにしてある摩擦駆動装置において、上記駆動ローラの外周面と、上記スライドバーにおける駆動ローラ接触面のいずれか一方又は双方に、クロムナイトライド層を設けてなる構成を有することを特徴とする摩擦駆動装置。
【請求項１】
駆動ローラの外周面を所要の予圧力を付した状態でスライドバーに接触させ、上記駆動ローラの回転駆動により上記スライドバーを駆動ローラに対して相対移動させることができるようにしてある摩擦駆動装置において、上記駆動ローラの外周面と、上記スライドバーにおける駆動ローラ接触面のいずれか一方又は双方に、クロムナイトライド層を設けてなる構成を有することを特徴とする摩擦駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２９３７５７（Ｐ２００９−２９３７５７Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５０１５５（Ｐ２００８−１５０１５５）
【出願日】平成２０年６月９日（２００８．６．９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月９日（２００８．６．９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]