直動装置
【課題】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。
【解決手段】直動案内装置は、転動体転動溝１０を有する案内レール１と、転動体転動溝１０に対向する転動体転動溝１１を有するスライダ２と、転動体転動溝１０，１１で形成される転動体転動路１４内に転動自在に装填された転動体３と、を備えている。転動体転動溝１０の内面，転動体転動溝１１の内面，転動体３の表面の少なくとも１つには、潤滑剤からなる潤滑膜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。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。
【解決手段】直動案内装置は、転動体転動溝１０を有する案内レール１と、転動体転動溝１０に対向する転動体転動溝１１を有するスライダ２と、転動体転動溝１０，１１で形成される転動体転動路１４内に転動自在に装填された転動体３と、を備えている。転動体転動溝１０の内面，転動体転動溝１１の内面，転動体３の表面の少なくとも１つには、潤滑剤からなる潤滑膜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。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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直動案内装置，ボールねじ等の直動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空下において使用される直動装置の潤滑剤としては、２０℃における蒸気圧が１×１０-5Ｐａ以下の潤滑油や該潤滑油を基油とするグリースが一般的である（特許文献１，２を参照）。また、前述のような潤滑油やグリースをフェルト，多孔質樹脂に含浸させたものや、樹脂と混合して固化させたものもある（特許文献３を参照）。さらに、直動装置の摺動面（軌道面や転動体の転動面）に、オイルプレーティング処理により、前述のような潤滑油及びフッ素樹脂を含有する潤滑剤からなる潤滑膜を形成する場合もある（特許文献４を参照）。
【特許文献１】特開２００１−１５２１７５号公報
【特許文献２】特開２００１−７２９８７号公報
【特許文献３】特開２００１−５９０９４号公報
【特許文献４】特開２００５−３６９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１，２において潤滑油又はグリースの基油としてフッ素油又は炭化水素油を使用した場合は、直動装置の耐荷重性や耐久性は優れているものの、発塵やアウトガスが問題となるおそれがあった。また、特許文献３においてフッ素油又は炭化水素油を使用した場合は、直動装置の耐荷重性や耐久性が不十分となるおそれや、発塵が問題となるおそれがあった。
【０００４】
さらに、特許文献４において２種類のフッ素油及びフッ素樹脂を含有する潤滑剤からなる潤滑膜を形成した場合は、発塵性やアウトガス性は問題ないが、直動装置の耐荷重性や耐久性が不十分となるおそれがあった。さらに、特許文献４において炭化水素油及びフッ素樹脂を含有する潤滑剤からなる潤滑膜を形成した場合は、直動装置の摺動面に対する潤滑膜の付着性が不十分となるおそれがあった。
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の直動装置は、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、分子構造中に官能基を含む潤滑油と、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分子構造中に官能基を含む潤滑油の割合を１８質量％以上３６質量％以下としたことを特徴とする。
【０００６】
分子構造中に官能基を含む潤滑油は、官能基の作用により、軌道面や転動面を構成する材料（金属等）に対する親和性が高いので、軌道面や転動面に強固に付着する潤滑膜が形成される。その結果、強固に付着した潤滑膜中の炭化水素油系の潤滑油及びフッ素樹脂（潤滑油が含浸している）の作用により、優れた耐久性と低発塵，低アウトガスが実現する。
【０００７】
分子構造中に官能基を含む潤滑油の潤滑剤中の割合は、１８質量％以上３６質量％以下とする必要がある。１８質量％未満であると、軌道面や転動面に付着する潤滑膜の量が少なくなり、その結果、耐久性に寄与する炭化水素油系の潤滑油の量が少なくなるため、直動装置の耐久性が不十分となるおそれがある。一方、３６質量％超過としても、軌道面や転動面に付着する潤滑膜の量が増加することは殆どなく、むしろ潤滑性が高くない分子構造中に官能基を含む潤滑油の割合が多すぎるために直動装置の耐久性が不十分となるおそれがある。
【０００８】
炭化水素油系の潤滑油の２０℃における蒸気圧は、低いほどアウトガスが少なく好ましい。２０℃における蒸気圧が１×１０-5Ｐａを超えると、低アウトガス性が損なわれるおそれがある。
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。
【０００９】
また、本発明に係る請求項２の直動装置は、請求項１に記載の直動装置において、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。
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。
【００１０】
また、本発明に係る請求項３の直動装置は、請求項１又は請求項２に記載の直動装置において、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。
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。
【００１１】
さらに、本発明に係る請求項４の直動装置は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の直動装置において、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。
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。
【００１２】
さらに、本発明に係る請求項５の直動装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の直動装置において、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。
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。
【００１３】
フッ素樹脂の粒径が１０μｍ以下で、密度が３ｇ／ｃｍ3 以下であれば、直動装置の駆動の安定性，摺動性，潤滑性が優れている。なお、フッ素樹脂が鱗片状である場合は、最大長さを粒径とする。
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。
【００１４】
さらに、本発明に係る請求項７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、非磁性材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。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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の直動装置は、発塵性，アウトガス性，耐荷重性，及び耐久性が優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る直動装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
〔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。
【００１７】
軸方向に延びる横断面略角形の案内レール１上に、横断面形状が略コ字状のスライダ２が軸方向に相対直線移動可能に取り付けられている。なお、案内レール１が本発明の構成要件である案内部材に相当し、スライダ２が本発明の構成要件である可動部材に相当する。
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。
【００１８】
また、スライダ２は、スライダ本体２Ａと、その軸方向両端部に着脱可能に取り付けられたエンドキャップ２Ｂ，２Ｂと、で構成されており、さらに、スライダ２の両端部（各エンドキャップ２Ｂの端面）には、案内レール１とスライダ２との間の隙間の開口をシールするサイドシール５，５が装着されている。
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。
【００１９】
そして、案内レール１の転動体転動溝１０，１０，１０，１０と両袖部６，６の転動体転動溝１１，１１，１１，１１とで、断面ほぼ円形の転動体転動路１４，１４，１４，１４が形成されていて、これらの転動体転動路１４は軸方向に延びている。なお、案内レール１及びスライダ２が備える転動体転動溝１０，１１の数は片側二列に限らず、例えば片側一列又は三列以上などであってもよい。
【００２０】
さらにまた、スライダ２は、スライダ本体２Ａの袖部６，６の肉厚部分の上部及び下部に、転動体転動路１４と平行をなして軸方向に貫通する断面円形の貫通孔からなる転動体戻し路１３，１３，１３，１３を備えている。
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。
【００２１】
案内レール１に組みつけられたスライダ２を案内レール１に沿って軸方向に移動させると、転動体転動路１４内に装填されている転動体３は、転動体転動路１４内を転動しつつ案内レール１に対してスライダ２と同方向に移動する。そして、転動体３が転動体転動路１４の一端に達すると、エンドキャップ２Ｂ内に備えられたタング部によって転動体転動路１４からすくい上げられ、湾曲路へ送られる。
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。
【００２２】
このような直動案内装置の転動体転動溝１０の内面，転動体転動溝１１の内面，転動体３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、潤滑剤中における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。
【００２３】
このような潤滑膜により、転動体３が転動する軌道面には潤滑剤が常に供給されて軌道面と転動面との直接的な接触が抑制される。また、余分な潤滑油は、フッ素樹脂に吸収されトラップされる。さらに、分子構造中に官能基を含む潤滑油により、軌道面や転動面に強固に付着する潤滑膜が形成される。その結果、高真空下においても低発塵及び低アウトガスが実現されるとともに、優れた潤滑性，耐荷重性，及び耐久性が得られる。
【００２４】
ここで、オイルプレーティング処理の一例を示す。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，分子構造中に官能基を含む潤滑油，及びフッ素樹脂を、ヘキサン等の溶剤で希釈し、転動体転動溝１０の内面，転動体転動溝１１の内面，転動体３の表面に薄く付着させる。付着の方法は、塗布，噴霧，浸漬等があげられる。そして、熱処理を施して溶剤を揮発させ焼き付けることにより、潤滑剤からなる潤滑膜が形成する。
【００２５】
熱処理の温度は、溶剤の沸点以上である必要がある。ただし、温度が高すぎると直動案内装置の精度低下を引き起こすおそれがあるため、案内レール１，スライダ２，及び転動体３を構成する母材の焼鈍し温度以下が好ましい。溶剤がヘキサンである場合は、６０℃以上の温度で３０分程度加熱すれば十分である。このようにして焼き付けられた潤滑膜は、分子構造中に官能基を含む潤滑油の作用により、金属表面に強固に付着している。
【００２６】
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の種類は、特に限定されるものではないが、アルキル化シクロペンタンが好ましく、平均分子量２０００以下のアルキル化シクロペンタンが特に好ましい。また、分子構造中に官能基を含む潤滑油としては、金属との親和性が高い官能基であるエポキシ基，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，エステル基等を含む合成油が好ましい。この合成油についても、２０℃における蒸気圧は１×１０-5Ｐａ以下であることが好ましい。
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。
【００２７】
さらに、案内レール１，スライダ２，及び転動体３の少なくとも１つは、ステンレス鋼で構成されていることが好ましい。ステンレス鋼としては、例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４４０Ｃや、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３０４があげられる。また、ステンレス鋼として焼結金属（ＭＩＭ）を用いてもよい。さらに、転動体３を循環させる転動体戻し路１３と湾曲路についてもステンレス鋼で構成し、オイルプレーティング処理により前記潤滑膜を形成すれば、転動体３が転動する前記転動体循環路全域において潤滑性が向上するので、直動案内装置の耐久性がより向上する。
【００２８】
さらに、案内レール１，スライダ２，及び転動体３の少なくとも１つは、非磁性材で構成してもよい。非磁性材としては、例えば、チタン合金があげられ、表面硬化処理を施されたものが好ましい。また、窒化ケイ素，アルミナ，部分安定化ジルコニア等のセラミックスでもよい。案内レール１，スライダ２，及び転動体３の全てを非磁性材で構成してもよいが、例えば耐久性及び高速性の観点から、転動体３のみを非磁性材で構成し、他はステンレス鋼で構成してもよい。転動体のみを異種材料で構成することにより、摩耗抑制効果が得られるとともに、比重が軽いため転動体３の衝突エネルギーが小さくなり、高速性が向上する。
【００２９】
なお、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てもよい。また、各転動体３の間にスペーサーを介装してもよい。そうすれば、転動体３同士の競り合いや摩耗が抑制され、直動案内装置の寿命が向上する。スペーサーとしては、転動体３よりも直径が１０〜３０μｍ小さいボールが好ましい。スペーサーの使用個数は、直動案内装置の使用条件によっても異なるが、１個又は２個の転動体３につき１個が好ましい。
【００３０】
〔第二実施形態〕
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。
【００３１】
また、ナット２２には略コ字状に屈曲したリターンチューブ２７が備えられていて、ボール転動路２６内のボール２３がリターンチューブ２７を通って循環されるようになっている。すなわち、ボール転動路２６内を転動するボール２３は、該ボール転動路２６内を移動しねじ軸２１の回りを複数回回ってから、ボール転動路２６の一端でリターンチューブ２７の一方の端部にすくい上げられる。すくい上げられたボール２３は、リターンチューブ２７の中を通って、リターンチューブ２７の他方の端部からボール転動路２６の他端に戻される。
【００３２】
そして、ボール２３を介してねじ軸２１に螺合されているナット２２と、ねじ軸２１とが、この多数のボール２３の転動を介して相対回転運動することにより、ねじ軸２１とナット２２とが軸方向に相対移動するようになっている。
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。
【００３３】
このような潤滑膜により、ボール２３が転動する軌道面には潤滑剤が常に供給されて軌道面と転動面との直接的な接触が抑制される。また、余分な潤滑油は、フッ素樹脂に吸収されトラップされる。さらに、分子構造中に官能基を含む潤滑油により、軌道面や転動面に強固に付着する潤滑膜が形成される。その結果、高真空下においても低発塵及び低アウトガスが実現されるとともに、優れた潤滑性，耐荷重性，及び耐久性が得られる。
【００３４】
オイルプレーティング処理の内容や、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，分子構造中に官能基を含む潤滑油，及びフッ素樹脂については、第一実施形態と同様であるので、その説明は省略する。また、案内レール１，スライダ２，及び転動体３の母材についても、第一実施形態と同様であるので、その説明は省略する。さらに、第一実施形態と同様に、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てもよいし、各ボール２３の間にスペーサーを介装してもよい。
【００３５】
〔実施例〕
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。
【００３６】
また、案内レールの軌道面，スライダの軌道面，転動体の転動面，転動体戻し路及び湾曲路の内面に、それぞれオイルプレーティング処理による潤滑膜が形成されている。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しては、アルキル化シクロペンタン（Ｎｙｅ Ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓ社製のＮｙｅ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｏｉｌ ２００１）を使用し、分子構造中に官能基を含む潤滑油としては、エステル基を含む合成油を使用し、フッ素樹脂としては、ＰＴＦＥパウダー（デュポン社製のドライフィルムＲＡ）を使用した。アルキル化シクロペンタン，エステル基を含む合成油，ＰＴＦＥパウダーの量比は、表１に示す通りである。
【００３７】
これらをヘキサンで５質量％の濃度に希釈し、得られた希釈液に前述の各部品を浸漬した。そして、希釈液から前述の各部品を取り出し、０．１Ｐａの減圧下で８０℃で３０分間加熱して、ヘキサンを蒸発させて、潤滑膜を形成した。なお、ヘキサンは上記両油を均一にプレーティングするための溶剤であるので、希釈濃度は上記の数値に限定されるものではない。
【００３８】
【表１】
【００３９】
耐久性の評価は、以下のようにして行った。転動体と軌道面との間の最大接触面圧が１．５ＧＰａになるような負荷荷重を予圧によって付与した上、３×１０-4Ｐａの減圧下、速度０．５ｍ／ｓで直動案内装置を駆動し、その際のスライダの動摩擦力及びナットのトルクを測定した。そして、動摩擦力又はナットのトルクが駆動開始時と比べて２倍となった時点で寿命とした。
【００４０】
結果を図４に示す。なお、図４のグラフに示した寿命の数値は、寿命に達するまでのスライダ又はナットの走行距離が１００ｋｍである場合の寿命を１とした相対値である。例えば、寿命が１０である場合は、寿命に達するまでのスライダ又はナットの走行距離が１０００ｋｍである。
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。
【００４１】
次に、摺動特性の評価方法について説明する。潤滑剤中のＰＴＦＥパウダーの量比が異なる点以外は、耐久性の評価に用いた直動案内装置の装置No. Ｅと同様の構成の直動案内装置を用い、スライダを速度０．５ｍ／ｓで走行させた際の摺動特性を評価した。なお、潤滑剤中のＰＴＦＥパウダーの量比は表２に示す通りとし、エステル基を含む合成油の量比は１８質量％に固定して、ＰＴＦＥパウダーの量比に応じてアルキル化シクロペンタンの量比を増減させた。
【００４２】
【表２】
【００４３】
摺動特性の評価結果を表２に示す。摺動特性は、直動案内装置を駆動した際に装置の機能に問題が生じるか否かで判定した。表２の結果から、ＰＴＦＥパウダーの量が多すぎると、潤滑膜が形成されている案内レールの軌道面，スライダの軌道面，転動体の転動面，転動体戻し路及び湾曲路の内面の摩擦力が大きくなり摺動特性が悪化するため、転動体転動路，転動体戻し路，湾曲路からなる転動体循環路内で転動体の詰まりが断続的に生じ、直動案内装置の機能に問題が生じることが分かる。よって、ＰＴＦＥパウダーの量は、２０質量％以下であることが好ましい。
【００４４】
ただし、表２には示していないが、ＰＴＦＥパウダーの量が０質量％であると、直動案内装置の耐久性に問題が生じる。ＰＴＦＥパウダーの量が１質量％未満であると、ＰＴＦＥパウダーが潤滑膜中に均等に分散されにくくなり、直動案内装置の耐久性を向上させる効果が乏しくなる場合があるため、ＰＴＦＥパウダーの量比は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。
【００４５】
次に、アウトガス性の評価方法について説明する。アウトガス性の評価は、図５に示すようなアウトガス速度評価試験装置を用いて行った。試料９０が収容される試料室９２と、ターボ分子ポンプ９６及びロータリーポンプ９７が接続された分析室９１とが、直径Ｒが２〜３ｍｍの円形の断面を有するオリフィス９３により連通している。そして、ターボ分子ポンプ９６及びロータリーポンプ９７によって分析室９１内の気体を吸引すると、分析室９１の気圧は試料室９２内よりも低くなるので、試料室９２内の気体がオリフィス９３を通って分析室９１内へ流れ込む。なお、分析室９１には、四重極質量分析計９８も設置されており、試料室９２で発生し分析室９１に流入した気体の種類を分析可能になっている。
【００４６】
この試料室９２から分析室９１へ気体が流れ込む状態において、試料室９２及び分析室９１にそれぞれ設置されたイオンゲージ９４，９５により気圧を測定して、試料９０からのアウトガスの発生速度（アウトガス速度）を測定する。アウトガス速度は、Ｑｂ＝Ｃ（Ｐ２−Ｐ１）−Ｑｃなる式によって求められる。ここで、式中の各値は、以下の通りである。
【００４７】
Ｑｂ：試料のアウトガス速度（Ｐａ・ｍ3 ／ｓ）
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）
【００４８】
なお、チャンバーのアウトガス速度Ｑｃは、試料室９２に試料９０を収容しない時に測定されるアウトガス速度であり、気圧の測定値に基づいてＱｃ＝Ｃ（Ｐ２’−Ｐ１’）なる式により求められるものである。ここで、Ｐ１’，Ｐ２’は、それぞれ試料９０を収容しない時に測定される分析室チャンバー圧力及び試料室チャンバー圧力である。
【００４９】
各温度でアウトガス性の評価を行った結果を、図６のグラフに示す。なお、評価した試料は、以下の通りである。まず、実施例は、前述の装置No. Ｅに用いた潤滑剤からなる潤滑膜をオイルプレーティング処理によって形成した金属片を試料とした。また、比較例Ａは、フッ素油及びフッ素樹脂を含有する潤滑剤からなる潤滑膜をオイルプレーティング処理によって形成した金属片を試料とした。フッ素油としては、ダイキン工業株式会社製のフッ素系高性能オイルＳ−２００を用い、フッ素樹脂としては、デュポン株式会社製のクライトックスＦＳＨを用いた。さらに、比較例Ｂは、フッ素グリース（ダイキン工業株式会社製のデムナムＬ２００）を塗布した金属片を試料とした。さらに、図６中の「ＢＧ」とはバックグラウンドのことであり、試料を用いずにアウトガス性の評価を行った場合の結果である。
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。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】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の構造を示す斜視図である。
【図２】図１の直動案内装置を軸方向から見た正面図である。
【図３】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構造を示す断面図である。
【図４】直動案内装置の耐久性の評価結果を示すグラフである。
【図５】アウトガス速度評価試験装置の構造を説明する図である。
【図６】アウトガス性の評価結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
１ 案内レール
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直動案内装置，ボールねじ等の直動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空下において使用される直動装置の潤滑剤としては、２０℃における蒸気圧が１×１０-5Ｐａ以下の潤滑油や該潤滑油を基油とするグリースが一般的である（特許文献１，２を参照）。また、前述のような潤滑油やグリースをフェルト，多孔質樹脂に含浸させたものや、樹脂と混合して固化させたものもある（特許文献３を参照）。さらに、直動装置の摺動面（軌道面や転動体の転動面）に、オイルプレーティング処理により、前述のような潤滑油及びフッ素樹脂を含有する潤滑剤からなる潤滑膜を形成する場合もある（特許文献４を参照）。
【特許文献１】特開２００１−１５２１７５号公報
【特許文献２】特開２００１−７２９８７号公報
【特許文献３】特開２００１−５９０９４号公報
【特許文献４】特開２００５−３６９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１，２において潤滑油又はグリースの基油としてフッ素油又は炭化水素油を使用した場合は、直動装置の耐荷重性や耐久性は優れているものの、発塵やアウトガスが問題となるおそれがあった。また、特許文献３においてフッ素油又は炭化水素油を使用した場合は、直動装置の耐荷重性や耐久性が不十分となるおそれや、発塵が問題となるおそれがあった。
【０００４】
さらに、特許文献４において２種類のフッ素油及びフッ素樹脂を含有する潤滑剤からなる潤滑膜を形成した場合は、発塵性やアウトガス性は問題ないが、直動装置の耐荷重性や耐久性が不十分となるおそれがあった。さらに、特許文献４において炭化水素油及びフッ素樹脂を含有する潤滑剤からなる潤滑膜を形成した場合は、直動装置の摺動面に対する潤滑膜の付着性が不十分となるおそれがあった。
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の直動装置は、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、分子構造中に官能基を含む潤滑油と、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分子構造中に官能基を含む潤滑油の割合を１８質量％以上３６質量％以下としたことを特徴とする。
【０００６】
分子構造中に官能基を含む潤滑油は、官能基の作用により、軌道面や転動面を構成する材料（金属等）に対する親和性が高いので、軌道面や転動面に強固に付着する潤滑膜が形成される。その結果、強固に付着した潤滑膜中の炭化水素油系の潤滑油及びフッ素樹脂（潤滑油が含浸している）の作用により、優れた耐久性と低発塵，低アウトガスが実現する。
【０００７】
分子構造中に官能基を含む潤滑油の潤滑剤中の割合は、１８質量％以上３６質量％以下とする必要がある。１８質量％未満であると、軌道面や転動面に付着する潤滑膜の量が少なくなり、その結果、耐久性に寄与する炭化水素油系の潤滑油の量が少なくなるため、直動装置の耐久性が不十分となるおそれがある。一方、３６質量％超過としても、軌道面や転動面に付着する潤滑膜の量が増加することは殆どなく、むしろ潤滑性が高くない分子構造中に官能基を含む潤滑油の割合が多すぎるために直動装置の耐久性が不十分となるおそれがある。
【０００８】
炭化水素油系の潤滑油の２０℃における蒸気圧は、低いほどアウトガスが少なく好ましい。２０℃における蒸気圧が１×１０-5Ｐａを超えると、低アウトガス性が損なわれるおそれがある。
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。
【０００９】
また、本発明に係る請求項２の直動装置は、請求項１に記載の直動装置において、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。
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。
【００１０】
また、本発明に係る請求項３の直動装置は、請求項１又は請求項２に記載の直動装置において、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。
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。
【００１１】
さらに、本発明に係る請求項４の直動装置は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の直動装置において、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。
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。
【００１２】
さらに、本発明に係る請求項５の直動装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の直動装置において、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。
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。
【００１３】
フッ素樹脂の粒径が１０μｍ以下で、密度が３ｇ／ｃｍ3 以下であれば、直動装置の駆動の安定性，摺動性，潤滑性が優れている。なお、フッ素樹脂が鱗片状である場合は、最大長さを粒径とする。
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。
【００１４】
さらに、本発明に係る請求項７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、非磁性材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。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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の直動装置は、発塵性，アウトガス性，耐荷重性，及び耐久性が優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る直動装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
〔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。
【００１７】
軸方向に延びる横断面略角形の案内レール１上に、横断面形状が略コ字状のスライダ２が軸方向に相対直線移動可能に取り付けられている。なお、案内レール１が本発明の構成要件である案内部材に相当し、スライダ２が本発明の構成要件である可動部材に相当する。
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。
【００１８】
また、スライダ２は、スライダ本体２Ａと、その軸方向両端部に着脱可能に取り付けられたエンドキャップ２Ｂ，２Ｂと、で構成されており、さらに、スライダ２の両端部（各エンドキャップ２Ｂの端面）には、案内レール１とスライダ２との間の隙間の開口をシールするサイドシール５，５が装着されている。
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。
【００１９】
そして、案内レール１の転動体転動溝１０，１０，１０，１０と両袖部６，６の転動体転動溝１１，１１，１１，１１とで、断面ほぼ円形の転動体転動路１４，１４，１４，１４が形成されていて、これらの転動体転動路１４は軸方向に延びている。なお、案内レール１及びスライダ２が備える転動体転動溝１０，１１の数は片側二列に限らず、例えば片側一列又は三列以上などであってもよい。
【００２０】
さらにまた、スライダ２は、スライダ本体２Ａの袖部６，６の肉厚部分の上部及び下部に、転動体転動路１４と平行をなして軸方向に貫通する断面円形の貫通孔からなる転動体戻し路１３，１３，１３，１３を備えている。
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。
【００２１】
案内レール１に組みつけられたスライダ２を案内レール１に沿って軸方向に移動させると、転動体転動路１４内に装填されている転動体３は、転動体転動路１４内を転動しつつ案内レール１に対してスライダ２と同方向に移動する。そして、転動体３が転動体転動路１４の一端に達すると、エンドキャップ２Ｂ内に備えられたタング部によって転動体転動路１４からすくい上げられ、湾曲路へ送られる。
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。
【００２２】
このような直動案内装置の転動体転動溝１０の内面，転動体転動溝１１の内面，転動体３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、潤滑剤中における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。
【００２３】
このような潤滑膜により、転動体３が転動する軌道面には潤滑剤が常に供給されて軌道面と転動面との直接的な接触が抑制される。また、余分な潤滑油は、フッ素樹脂に吸収されトラップされる。さらに、分子構造中に官能基を含む潤滑油により、軌道面や転動面に強固に付着する潤滑膜が形成される。その結果、高真空下においても低発塵及び低アウトガスが実現されるとともに、優れた潤滑性，耐荷重性，及び耐久性が得られる。
【００２４】
ここで、オイルプレーティング処理の一例を示す。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，分子構造中に官能基を含む潤滑油，及びフッ素樹脂を、ヘキサン等の溶剤で希釈し、転動体転動溝１０の内面，転動体転動溝１１の内面，転動体３の表面に薄く付着させる。付着の方法は、塗布，噴霧，浸漬等があげられる。そして、熱処理を施して溶剤を揮発させ焼き付けることにより、潤滑剤からなる潤滑膜が形成する。
【００２５】
熱処理の温度は、溶剤の沸点以上である必要がある。ただし、温度が高すぎると直動案内装置の精度低下を引き起こすおそれがあるため、案内レール１，スライダ２，及び転動体３を構成する母材の焼鈍し温度以下が好ましい。溶剤がヘキサンである場合は、６０℃以上の温度で３０分程度加熱すれば十分である。このようにして焼き付けられた潤滑膜は、分子構造中に官能基を含む潤滑油の作用により、金属表面に強固に付着している。
【００２６】
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の種類は、特に限定されるものではないが、アルキル化シクロペンタンが好ましく、平均分子量２０００以下のアルキル化シクロペンタンが特に好ましい。また、分子構造中に官能基を含む潤滑油としては、金属との親和性が高い官能基であるエポキシ基，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，エステル基等を含む合成油が好ましい。この合成油についても、２０℃における蒸気圧は１×１０-5Ｐａ以下であることが好ましい。
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。
【００２７】
さらに、案内レール１，スライダ２，及び転動体３の少なくとも１つは、ステンレス鋼で構成されていることが好ましい。ステンレス鋼としては、例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４４０Ｃや、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３０４があげられる。また、ステンレス鋼として焼結金属（ＭＩＭ）を用いてもよい。さらに、転動体３を循環させる転動体戻し路１３と湾曲路についてもステンレス鋼で構成し、オイルプレーティング処理により前記潤滑膜を形成すれば、転動体３が転動する前記転動体循環路全域において潤滑性が向上するので、直動案内装置の耐久性がより向上する。
【００２８】
さらに、案内レール１，スライダ２，及び転動体３の少なくとも１つは、非磁性材で構成してもよい。非磁性材としては、例えば、チタン合金があげられ、表面硬化処理を施されたものが好ましい。また、窒化ケイ素，アルミナ，部分安定化ジルコニア等のセラミックスでもよい。案内レール１，スライダ２，及び転動体３の全てを非磁性材で構成してもよいが、例えば耐久性及び高速性の観点から、転動体３のみを非磁性材で構成し、他はステンレス鋼で構成してもよい。転動体のみを異種材料で構成することにより、摩耗抑制効果が得られるとともに、比重が軽いため転動体３の衝突エネルギーが小さくなり、高速性が向上する。
【００２９】
なお、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てもよい。また、各転動体３の間にスペーサーを介装してもよい。そうすれば、転動体３同士の競り合いや摩耗が抑制され、直動案内装置の寿命が向上する。スペーサーとしては、転動体３よりも直径が１０〜３０μｍ小さいボールが好ましい。スペーサーの使用個数は、直動案内装置の使用条件によっても異なるが、１個又は２個の転動体３につき１個が好ましい。
【００３０】
〔第二実施形態〕
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。
【００３１】
また、ナット２２には略コ字状に屈曲したリターンチューブ２７が備えられていて、ボール転動路２６内のボール２３がリターンチューブ２７を通って循環されるようになっている。すなわち、ボール転動路２６内を転動するボール２３は、該ボール転動路２６内を移動しねじ軸２１の回りを複数回回ってから、ボール転動路２６の一端でリターンチューブ２７の一方の端部にすくい上げられる。すくい上げられたボール２３は、リターンチューブ２７の中を通って、リターンチューブ２７の他方の端部からボール転動路２６の他端に戻される。
【００３２】
そして、ボール２３を介してねじ軸２１に螺合されているナット２２と、ねじ軸２１とが、この多数のボール２３の転動を介して相対回転運動することにより、ねじ軸２１とナット２２とが軸方向に相対移動するようになっている。
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。
【００３３】
このような潤滑膜により、ボール２３が転動する軌道面には潤滑剤が常に供給されて軌道面と転動面との直接的な接触が抑制される。また、余分な潤滑油は、フッ素樹脂に吸収されトラップされる。さらに、分子構造中に官能基を含む潤滑油により、軌道面や転動面に強固に付着する潤滑膜が形成される。その結果、高真空下においても低発塵及び低アウトガスが実現されるとともに、優れた潤滑性，耐荷重性，及び耐久性が得られる。
【００３４】
オイルプレーティング処理の内容や、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，分子構造中に官能基を含む潤滑油，及びフッ素樹脂については、第一実施形態と同様であるので、その説明は省略する。また、案内レール１，スライダ２，及び転動体３の母材についても、第一実施形態と同様であるので、その説明は省略する。さらに、第一実施形態と同様に、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てもよいし、各ボール２３の間にスペーサーを介装してもよい。
【００３５】
〔実施例〕
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。
【００３６】
また、案内レールの軌道面，スライダの軌道面，転動体の転動面，転動体戻し路及び湾曲路の内面に、それぞれオイルプレーティング処理による潤滑膜が形成されている。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しては、アルキル化シクロペンタン（Ｎｙｅ Ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓ社製のＮｙｅ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｏｉｌ ２００１）を使用し、分子構造中に官能基を含む潤滑油としては、エステル基を含む合成油を使用し、フッ素樹脂としては、ＰＴＦＥパウダー（デュポン社製のドライフィルムＲＡ）を使用した。アルキル化シクロペンタン，エステル基を含む合成油，ＰＴＦＥパウダーの量比は、表１に示す通りである。
【００３７】
これらをヘキサンで５質量％の濃度に希釈し、得られた希釈液に前述の各部品を浸漬した。そして、希釈液から前述の各部品を取り出し、０．１Ｐａの減圧下で８０℃で３０分間加熱して、ヘキサンを蒸発させて、潤滑膜を形成した。なお、ヘキサンは上記両油を均一にプレーティングするための溶剤であるので、希釈濃度は上記の数値に限定されるものではない。
【００３８】
【表１】
【００３９】
耐久性の評価は、以下のようにして行った。転動体と軌道面との間の最大接触面圧が１．５ＧＰａになるような負荷荷重を予圧によって付与した上、３×１０-4Ｐａの減圧下、速度０．５ｍ／ｓで直動案内装置を駆動し、その際のスライダの動摩擦力及びナットのトルクを測定した。そして、動摩擦力又はナットのトルクが駆動開始時と比べて２倍となった時点で寿命とした。
【００４０】
結果を図４に示す。なお、図４のグラフに示した寿命の数値は、寿命に達するまでのスライダ又はナットの走行距離が１００ｋｍである場合の寿命を１とした相対値である。例えば、寿命が１０である場合は、寿命に達するまでのスライダ又はナットの走行距離が１０００ｋｍである。
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。
【００４１】
次に、摺動特性の評価方法について説明する。潤滑剤中のＰＴＦＥパウダーの量比が異なる点以外は、耐久性の評価に用いた直動案内装置の装置No. Ｅと同様の構成の直動案内装置を用い、スライダを速度０．５ｍ／ｓで走行させた際の摺動特性を評価した。なお、潤滑剤中のＰＴＦＥパウダーの量比は表２に示す通りとし、エステル基を含む合成油の量比は１８質量％に固定して、ＰＴＦＥパウダーの量比に応じてアルキル化シクロペンタンの量比を増減させた。
【００４２】
【表２】
【００４３】
摺動特性の評価結果を表２に示す。摺動特性は、直動案内装置を駆動した際に装置の機能に問題が生じるか否かで判定した。表２の結果から、ＰＴＦＥパウダーの量が多すぎると、潤滑膜が形成されている案内レールの軌道面，スライダの軌道面，転動体の転動面，転動体戻し路及び湾曲路の内面の摩擦力が大きくなり摺動特性が悪化するため、転動体転動路，転動体戻し路，湾曲路からなる転動体循環路内で転動体の詰まりが断続的に生じ、直動案内装置の機能に問題が生じることが分かる。よって、ＰＴＦＥパウダーの量は、２０質量％以下であることが好ましい。
【００４４】
ただし、表２には示していないが、ＰＴＦＥパウダーの量が０質量％であると、直動案内装置の耐久性に問題が生じる。ＰＴＦＥパウダーの量が１質量％未満であると、ＰＴＦＥパウダーが潤滑膜中に均等に分散されにくくなり、直動案内装置の耐久性を向上させる効果が乏しくなる場合があるため、ＰＴＦＥパウダーの量比は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。
【００４５】
次に、アウトガス性の評価方法について説明する。アウトガス性の評価は、図５に示すようなアウトガス速度評価試験装置を用いて行った。試料９０が収容される試料室９２と、ターボ分子ポンプ９６及びロータリーポンプ９７が接続された分析室９１とが、直径Ｒが２〜３ｍｍの円形の断面を有するオリフィス９３により連通している。そして、ターボ分子ポンプ９６及びロータリーポンプ９７によって分析室９１内の気体を吸引すると、分析室９１の気圧は試料室９２内よりも低くなるので、試料室９２内の気体がオリフィス９３を通って分析室９１内へ流れ込む。なお、分析室９１には、四重極質量分析計９８も設置されており、試料室９２で発生し分析室９１に流入した気体の種類を分析可能になっている。
【００４６】
この試料室９２から分析室９１へ気体が流れ込む状態において、試料室９２及び分析室９１にそれぞれ設置されたイオンゲージ９４，９５により気圧を測定して、試料９０からのアウトガスの発生速度（アウトガス速度）を測定する。アウトガス速度は、Ｑｂ＝Ｃ（Ｐ２−Ｐ１）−Ｑｃなる式によって求められる。ここで、式中の各値は、以下の通りである。
【００４７】
Ｑｂ：試料のアウトガス速度（Ｐａ・ｍ3 ／ｓ）
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）
【００４８】
なお、チャンバーのアウトガス速度Ｑｃは、試料室９２に試料９０を収容しない時に測定されるアウトガス速度であり、気圧の測定値に基づいてＱｃ＝Ｃ（Ｐ２’−Ｐ１’）なる式により求められるものである。ここで、Ｐ１’，Ｐ２’は、それぞれ試料９０を収容しない時に測定される分析室チャンバー圧力及び試料室チャンバー圧力である。
【００４９】
各温度でアウトガス性の評価を行った結果を、図６のグラフに示す。なお、評価した試料は、以下の通りである。まず、実施例は、前述の装置No. Ｅに用いた潤滑剤からなる潤滑膜をオイルプレーティング処理によって形成した金属片を試料とした。また、比較例Ａは、フッ素油及びフッ素樹脂を含有する潤滑剤からなる潤滑膜をオイルプレーティング処理によって形成した金属片を試料とした。フッ素油としては、ダイキン工業株式会社製のフッ素系高性能オイルＳ−２００を用い、フッ素樹脂としては、デュポン株式会社製のクライトックスＦＳＨを用いた。さらに、比較例Ｂは、フッ素グリース（ダイキン工業株式会社製のデムナムＬ２００）を塗布した金属片を試料とした。さらに、図６中の「ＢＧ」とはバックグラウンドのことであり、試料を用いずにアウトガス性の評価を行った場合の結果である。
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。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】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の構造を示す斜視図である。
【図２】図１の直動案内装置を軸方向から見た正面図である。
【図３】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構造を示す断面図である。
【図４】直動案内装置の耐久性の評価結果を示すグラフである。
【図５】アウトガス速度評価試験装置の構造を説明する図である。
【図６】アウトガス性の評価結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
１ 案内レール
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、分子構造中に官能基を含む潤滑油と、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分子構造中に官能基を含む潤滑油の割合を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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項１】
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、分子構造中に官能基を含む潤滑油と、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分子構造中に官能基を含む潤滑油の割合を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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１８５０４６（Ｐ２００８−１８５０４６Ａ）
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６３７４（Ｐ２００７−１６３７４）
【出願日】平成１９年１月２６日（２００７．１．２６）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２６日（２００７．１．２６）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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