転がり案内装置
【課題】従来技術と比較して長寿命化を実現した新たな転がり案内装置を提供する。
【解決手段】転がり案内装置１０は、軌道レール１１と、軌道レールに複数のボール１３を介して移動自在に取り付けられる移動体２１とを有しており、複数のボール１３は、軌道レール１１とボール１３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移動体２１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３３に設置されている。このような転がり案内装置１０において、無負荷転走路のみに対して、固体潤滑剤からなる微粒子を噴射することによって衝突固着された固体潤滑膜が形成されている。なお、上記固体潤滑膜は、無負荷転走路の一部の領域に対して膜厚が０．５μｍ〜３μｍの範囲内となるように形成されることが好ましい。
【解決手段】転がり案内装置１０は、軌道レール１１と、軌道レールに複数のボール１３を介して移動自在に取り付けられる移動体２１とを有しており、複数のボール１３は、軌道レール１１とボール１３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移動体２１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３３に設置されている。このような転がり案内装置１０において、無負荷転走路のみに対して、固体潤滑剤からなる微粒子を噴射することによって衝突固着された固体潤滑膜が形成されている。なお、上記固体潤滑膜は、無負荷転走路の一部の領域に対して膜厚が０．５μｍ〜３μｍの範囲内となるように形成されることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり案内装置に係り、特に、従来技術に比べて長寿命化を実現した新たな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】
ただし、上述のＰＶＤ法やＣＶＤ法によって成膜されるＤＬＣ膜は、膜の密着性及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。具体的に説明すると、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。
【０００５】
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、密着性及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。
【０００６】
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。
【０００７】
そして、従来の転がり案内装置にあっては、スパッタリング法やブラスト法を利用して固体潤滑膜を転動体転走路に形成し、転がり案内装置の長寿命化を図ろうとする技術が創案されている（例えば、下記特許文献６参照）。
【０００８】
【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】特開２００４−６０７４２号公報
【特許文献７】特開２００２−１６１３７１号公報
【特許文献８】特開２００６−９６８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の固体潤滑膜の形成方法は、転がり案内装置における転動体転走路のすべての領域に対して固体潤滑膜を形成するという思想に基づき創案されたものである。そして、ブラスト法を利用して固体潤滑膜を形成する場合には、その膜厚寸法が０．５μｍ以下と非常に薄いものとなってしまうので、長寿命化を図るには膜厚の面から限界が存在していた。
【００１０】
また、従来の方法で形成された固体潤滑膜は、転動体の転がり走行にともなって膜の摩耗が発生してしまう可能性があり、このような膜の摩耗は、転がり案内装置自体の精度誤差を生じさせる原因ともなっていた。
【００１１】
一方、スパッタリング法を利用して固体潤滑膜を形成する場合には、０．５μｍ〜３μｍ程度の膜厚を実現することが可能である。しかしながら、従来技術のように、転動体転走路のすべての経路に対して固体潤滑膜を形成した場合には、局所的に固体潤滑膜の剥離が発生した際に転動体の転がり精度が悪化することとなり、ほとんどの箇所で固体潤滑膜が健全であっても僅かな場所の不具合によって転がり案内装置の交換を要してしまうという事態に至ることになる。また、特にスパッタリング法は被膜形成コストが高いので、トータルコストの面からも、さらなる転がり案内装置の長寿命化を安価に実現することのできる固体潤滑膜の形成手法が求められていた。さらに、移動体や循環路のような複雑形状を有する部品に対しては、通常のスパッタリング法で均一に高密着性及び高耐摩耗性を兼ね備える被膜を形成することが困難である。
【００１２】
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、従来技術とはまったく異なる技術思想に基づいて形成される固体潤滑膜を用いることによって、従来技術と比較して長寿命化を実現した新たな転がり案内装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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、前記無限循環路の少なくとも一部の領域に対して、固体潤滑剤からなる微粒子を噴射することによって衝突固着された固体潤滑膜が形成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る別の転がり案内装置は、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、前記無負荷転走路のみに対して、固体潤滑剤からなる微粒子を噴射することによって衝突固着された固体潤滑膜が形成されることを特徴とする。
【００１５】
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、前記無負荷転走路の一部の領域に対して膜厚が０．５μｍ〜３μｍの範囲内となるように形成されることが好適である。
【００１６】
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、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）、二硫化タングステン（ＷＳ2）、窒化ホウ素（ＢＮ）、フッ素樹脂のいずれか１種又は数種からなる固体潤滑剤によって構成することができる。
【００１７】
さらに、本発明に係る転がり案内装置において、前記固体潤滑膜には金属原子を導入することができ、該金属原子は、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、アルミ（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ケイ素（Ｓｉ）又は炭素（Ｃ）の少なくとも１元素を含むこととすることができる。
【００１８】
またさらに、本発明に係る転がり案内装置は、前記移動体における前記固体潤滑膜が形成される箇所が、金属粉末射出成形法により製造されたものであることが好適である。
【００１９】
さらにまた、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、前記転動体よりも柔らかく、且つ、前記転動体の径以下の径を持つスペーサボールを設置することができる。
【００２０】
上記本発明に係る転がり案内装置において、前記スペーサボールは、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）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）又は非晶質状炭素の少なくとも１種を含む材料によって構成することができる。
【００２１】
また、本発明に係る転がり案内装置において、前記転動体又は前記負荷転走路の表面には、真空蒸着、スパッタリング法又はショットピーニング法による硬質被膜を形成することができる。
【００２２】
さらに、本発明に係る転がり案内装置において、前記硬質被膜が、ＭｏＳ2、ＷＳ2又は非晶質炭素を主成分とする硬質耐摩耗固体潤滑被膜であることとすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、これまで行われてきた転動体転走路のすべての経路に対して固体潤滑膜を形成するという従来技術と比較して、長寿命化を実現したまったく新しい転がり案内装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
なお、本明細書における「転がり案内装置」は、複数の転動体が負荷転走路と無負荷転走路とから構成される無限循環路内に設置されて無限に循環する構成を有するものを想定しており、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。
【００２６】
［直線型の転がり案内装置への適用例］
図１は、本実施形態に係る転がり案内装置の全体構成を説明するための部分破断斜視図である。また、図２は、本実施形態に係る転がり案内装置の移動体の構造を説明するための縦断面側面図である。この転がり案内装置１０は、軌道部材としての軌道レール１１と、その軌道レール１１に転動体としてのボール１３…を介して移動自在に取り付けられる移動体２１とを備えている。
【００２７】
軌道レール１１は、概略矩形の断面を有する長尺の部材であり、その両側面及び上面には、ボール１３を転走させることができる負荷転走溝１１ａ…が軌道レール１１の全長に亘って形成されている。なお、図１において例示する転がり案内装置１０の場合には、軌道レール１１の両側面に対して１条ずつ、上面に対して２条、合計４条の負荷転走溝１１ａ…が形成されている。軌道レール１１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１１ｂが形成されており、これらボルト取付孔１１ｂに螺着されるボルト（不図示）により、軌道レール１１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１１は直線状であるが、一定の曲率を持つ曲線状のレールが使用されることもある。
【００２８】
移動体２１は、鋼等の強度の高い材料にて構成されたブロック本体２２と、金属粉末射出成形法により製造された金属からなる一対の側蓋２３，２３とから構成されている。一対の側蓋２３，２３は、例えばステンレス鋼粉末等の金属粉末と、バインダーとを混合・混練させた上で、この混合物を造粒・粉砕して金型内に射出成形し、脱脂・焼結・仕上げ処理などの工程を経て完成した部材である。なお、このような工程に準じた製法により製造される多孔質金属焼結材を、側蓋２３に採用することもできる。この多孔質金属焼結材は、有機潤滑剤を含浸させて利用することができる部材である。このようにして形成された一対の側蓋２３，２３は、ブロック本体２２の両端にボルト２４にて固定され、移動体２１が完成している。
【００２９】
ブロック本体２２には、軌道レール１１に形成された負荷転走溝１１ａとそれぞれ対向する４条の負荷転走溝２２ａが設けられている。これら負荷転走溝１１ａ，２２ａの組み合わせにより、軌道レール１１と移動体２１との間に４条の負荷転走路３１が形成される。なお、ブロック本体２２の上面には複数（図１では６本）の雌ねじ２２ｂ…が形成されている。これらの雌ねじ２２ｂを利用して、移動体２１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。
【００３０】
ブロック本体２２には、各負荷転走路３１と並行して延びる４条の戻し路２２ｃが形成されている。また、ブロック本体２２の両端面には、負荷転走溝２２ａと戻し路２２ｃとの間でアーチ状に突出する一対のボール案内部２２ｄ，２２ｄ（図２参照）が形成されている。さらに、側蓋２３には、ボール案内部２２ｄに対応してアーチ状に陥没するボール案内溝２３ａが形成されている。
【００３１】
側蓋２３をブロック本体２２に固定することにより、ボール案内部２２ｄとボール案内溝２３ａとが組み合わされ、それらの間に負荷転走路３１と戻し路２２ｃとを結ぶＵ字状の方向転換路２３ｂが形成される。戻し路２２ｃと方向転換路２３ｂとによってボール１３の無負荷転走路３２が構成され、その無負荷転走路３２と負荷転走路３１との組み合わせによって無限循環路３３が構成される。無限循環路３３の断面形状及び寸法は、負荷転走路３１においてボール１３と同一径の円形断面を描くように、無負荷転走路３２においてボール１３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。
【００３２】
図１に示したように、複数のボール１３…の間には、ボール１３よりも柔らかく、且つ、ボール１３の径以下の径を持つスペーサボール１５が設置されている。このスペーサボール１５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）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）又は非晶質状炭素の少なくとも１種を含む材料によって構成することが可能である。
【００３３】
そして、本実施形態に係る転がり案内装置１０では、一対の側蓋２３，２３のボール案内溝２３ａのみに対して、固体潤滑膜が形成されている。この固体潤滑膜は、固体潤滑剤からなる微粒子を噴射することによって衝突固着されたものであり、膜厚が０．５μｍ〜３μｍの範囲内となるように形成されることを特徴としている。また、固体潤滑膜は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）、二硫化タングステン（ＷＳ2）、窒化ホウ素（ＢＮ）、フッ素樹脂のいずれか１種又は数種からなる固体潤滑剤によって構成することができる。以下、本実施形態に係る固体潤滑膜の具体的な形成方法を説明する。
【００３４】
本実施形態に係る固体潤滑膜の形成方法は、既知のショットピーニング装置により潤滑性被膜となる微粒子の粒体を、側蓋２３のボール案内溝２３ａ表面に噴射することにより、無負荷転走路３２の一部の領域のみに潤滑性被膜を形成するものである。
【００３５】
噴射される固体潤滑剤の微粒子は、層間滑り等により低摩擦を実現する層状化合物や、剪断され易い性質を有する固体等、摩擦を低下し得る性質を有する材質を選択して使用することが好適であり、本実施形態にあっては二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）を使用した。その粒径は、５μｍ〜５０μｍの範囲のものが好ましく、例えば上記特許文献７等で開示されるような従来の母相金属に導入される固体潤滑剤と比較して、適用される粒径が著しく小さいものである。
【００３６】
本実施形態で用いられるショットピーニング装置は、エアを用いた直圧式のショット装置であるが、その噴射方式については、サイホン式のブラスト装置、或いは他の型式のブラスト装置を使用することができる。また、エア以外の圧縮ガスを使用して噴射するものであっても良い。
【００３７】
微粒子は、１００ｍ／ｓ以上の噴射速度にて噴射される。噴射された微粒子は、ボール案内溝２３ａ表面への衝突前後の速度変化により、熱エネルギーを生じることになる。このエネルギーの変換は微粒子が衝突した変形部分のみで行われるので、微粒子及びボール案内溝２３ａの表面付近で局部的に温度上昇が起こる。また、この温度上昇は、微粒子の衝突前の速度に比例するので、微粒子の噴射速度を高速にすると、微粒子及びボール案内溝２３ａの表面の温度を上昇させることができる。このようなメカニズムによって、微粒子はボール案内溝２３ａの表面に活性吸着されて拡散・浸透すると考えられており、ボール案内溝２３ａの表面には、固体潤滑剤からなる潤滑性被膜が形成される。
【００３８】
また特に、本実施形態では、側蓋２３を金属粉末射出成形法により製造しているので、このことも好適な作用を生み出している。すなわち、金属粉末射出成形法により製造した部材を転動体の転走面に用いる場合には、面粗度が通常Ｒａ１．０以上と若干劣るので、凹凸やバリ等の転動体の転走に不具合をもたらす形状を改善する必要がある。しかしながら、上述したショット又はブラスト法を用いた固体潤滑膜を金属粉末射出成形法により製造した部材に形成した場合には、表面の凹部にも固体潤滑剤が密着良く入り込むことになり、部材と固体潤滑剤との密着性が非常に良くなる。また、このようにして形成された固体潤滑膜の面粗度は、ショット又はブラストの効果によってＲａ０．６以下に抑えることができるので、転走面として非常に好適に用いることが可能となるのである。
【００３９】
なお、金属粉末射出成形法を用いることによって、たとえ複雑な形状の側蓋２３であっても非常に安価に製造することができるので、金属粉末射出成形法の採用は、コスト面からも効果的である。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態に係る転がり案内装置１０は、側蓋２３のボール案内溝２３ａという無負荷転走路３２の一部の領域のみに潤滑性被膜が形成されている。そして、かかる構成を備えることによって、本実施形態に係る転がり案内装置１０は、従来の転がり案内装置と比較して長寿命化を実現している。この長寿命化を実現したメカニズムとしては、無限循環路３３内を複数のボール１３…とスペーサボール１５が循環する際に、金属又はセラミックス等の固体潤滑膜より硬い材質で形成されるボール１３が固体潤滑膜を適度に削り取り、ボール１３の表面に薄い固体潤滑剤の膜が形成されていることが考えられる。また、スペーサボール１５については、ボール１３よりも柔らかい材質で作られているので、スペーサボール１５自体も僅かに摩耗することによって自己潤滑性を発揮する。そして、側蓋２３のボール案内溝２３ａに形成された固体潤滑膜に由来する固体潤滑剤と、スペーサボール１５に由来する固体潤滑剤が複合潤滑剤として機能し、しかもこの複合潤滑剤は、ボール１３とスペーサボール１５の循環にしたがって無限循環路３３の全域に行き渡ることになる。つまり、本実施形態に係る転がり案内装置１０では、複合された固体潤滑剤の供給がボール１３の循環に伴って常に効率良く行われることになるので、従来技術と比較して転がり案内装置の長寿命化を実現することができているのである。
【００４１】
なお、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ず、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、上述した本実施形態に係る転がり案内装置１０では、側蓋２３のボール案内溝２３ａという無負荷転走路３２の一部の領域のみに潤滑性被膜を形成した場合を例示して説明したが、無負荷転走路３２の全域に対して本実施形態に係る固体潤滑膜を形成することも好適である。図１及び図２に示された戻し路２２ｃに対してショット又はブラスト法を適用することには困難をともなうが、ブロック本体２２の形状を変形したりショット又はブラスト法を変更したりすることによって無負荷転走路３２の全域に固体潤滑膜を形成することができれば、負荷転走路３１に供給される固体潤滑剤の量が増加するので、かかる構成は寿命を延ばす方向に作用する。
【００４２】
さらに、転がり案内装置の要求精度が許される範囲内であれば、負荷転走路３１を含む領域に対しても、上述したショット又はブラスト法による固体潤滑膜の形成を行うことができる。
【００４３】
また、上述した固体潤滑膜には金属原子を導入することが可能であり、この金属原子には、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、アルミ（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ケイ素（Ｓｉ）又は炭素（Ｃ）の少なくとも１元素を含むことができる。
【００４４】
さらに、上述した実施形態では、ボール１３又は負荷転走路３１の表面には特に表面処理を行っていなかったが、例えば本発明の第３発明者が創案に関わった閉鎖磁界不均衡マグネトロンスパッタ装置を用いて転がり摺動部材に固体潤滑膜を成膜する手法（上記特許文献８参照）を用いることによって、ボール１３又は負荷転走路３１の表面に対して硬質被膜を形成することも好適である。このような構成であっても、本実施形態で説明した無負荷転走路３２の一部の領域のみに形成される固体潤滑膜は、上記と同様の作用効果を発揮することができる。ボール１３又は負荷転走路３１の表面にスパッタリング法による硬質被膜を形成することによってボール１３又は負荷転走路３１の寿命が延び、さらなる長寿命化を実現した転がり案内装置を提供することが可能となる。
【００４５】
なお、上記したボール１３又は負荷転走路３１の表面に対する硬質被膜の形成手法については、閉鎖磁界不均衡マグネトロンスパッタ装置を用いたスパッタリング法だけでなく、真空蒸着やショットピーニング法といった手法を用いることも可能である。
【００４６】
さらに、上記したボール１３又は負荷転走路３１の表面に形成される硬質被膜については、例えばＭｏＳ2、ＷＳ2又は非晶質炭素を主成分とする硬質耐摩耗固体潤滑被膜を採用することが好適である。
【００４７】
またさらに、ボール１３とスペーサボール１５の設置個数については、適宜任意の組み合わせを選択可能である。すなわち、図１及び図２に示されるように、２個のボール１３に対して１個の割合でスペーサボール１５を挿入してもよいし、他の組み合わせを採用することもできる。このスペーサボール１５の挿入個数については、ボール１３の個数をＸ、スペーサボール１５の個数をＹ、としたときに、
Ｙ≦Ｘ
なる関係式が成り立つように、スペーサボール１５を挿入することが望ましい。
【００４８】
［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の効果を確認するために、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、ＴＨＫ株式会社製のＨＳＲ１５Ｒを使用し、側蓋２３の循環路（ボール案内溝２３ａ）に対して本実施形態に係る固体潤滑膜を形成したものと形成していないもの、及びそれぞれの条件に加えてボール１３だけのものとスペーサボール１５を導入したもの、ボール１３に対する表面処理が行われたものと行われていないもの等を用意し、移動ブロックに対して軌道レール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３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２５０ｍｍ、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０．１ｓとし、常時負荷される負荷荷重２５０Ｎという条件にて調査が行われた。
【００４９】
【表１】
【００５０】
使用した無潤滑耐久試験機４０は、図４に示すような構成を有するものである。ここで、図４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図であり、図中（ａ）は試験機の側面を、図中（ｂ）は試験機の正面を示している。
【００５１】
試験対象となるＬＭガイド５０は、軌道レール５１が無潤滑耐久試験機４０の基台４１上にある稼動台に固定設置されている。軌道レール５１上には、軌道レール５１に対して相対的に往復運動自在な状態で移動ブロック５２が設置されており、この移動ブロック５２の周囲には門型の櫓４２が組まれている。この櫓４２には、鉛直下方向に負荷力を及ぼすことができる加圧機構（不図示）が設置されており、ロードセル４４を介して中央に位置する移動ブロック５２と接続している。ロードセル４４は、加圧機構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４に示す試験機では基台４１等に隠れて見えないが、ＬＭガイド５０の横には軌道レール５１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４５によってその回転運動が制御されるとともに、稼動台上の軌道レール５１をねじ軸方向に往復運動できるように構成されている。したがって、ボールねじの回転運動に応じて軌道レール５１の制御された往復運動が実現している。
【００５２】
なお、無潤滑耐久試験機４０に設置されるＬＭガイド５０は、図１及び図２に示されるような概略構成を備えている。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、側蓋２３のボール案内溝２３ａ表面のみに成膜されている。なお、今回の無潤滑耐久試験に用いられる本発明に係るＬＭガイド５０では、硬質固体潤滑負荷ボール１３の２つおきに四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）からなるスペーサボール１５が設置されているものと、ステンレスボール１３の２つおきに四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）からなるスペーサボール１５が設置されているものとが用意されている。
【００５３】
一方、比較対象となる装置は、固体潤滑膜が形成されていないものを用意した。なお、スペーサボール１５に関する条件変更については、スペーサボール１５がないもの２パターンと、ボール１３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１５が設置されているもの１パターンとを用意した。
【００５４】
以上説明した条件及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、本発明を適用した試験品としてＮｏ．１，Ｎｏ．２の２個のサンプルを用意し、従来技術との比較のためにＮｏ．３〜Ｎｏ．５の３つの試験品を用意した。なお、発明試験品の成膜条件はまったく同じであり、先に説明した装置及び方法によって、ＭｏＳ2からなる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、転がり抵抗値が上昇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５１上を相対移動した移動ブロック５２の走行距離を計測することによって行った。
【００５５】
【表２】
【００５６】
表２からも明らかな通り、本実施形態に係る転がり案内装置は、比較装置と比べて明らかな長寿命化を実現している。特に、上記結果からは、ＭｏＳ2からなる固体潤滑膜と硬質固体潤滑負荷ボール１３と四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）からなるスペーサボール１５とを組み合わせて用いることにより、より長寿命化を実現できることが明らかとなった。これは、繰り返しになるが、側蓋２３のボール案内溝２３ａに形成されたＭｏＳ2からなる固体潤滑膜に由来する固体潤滑剤と、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）からなるスペーサボール１５に由来する固体潤滑剤とが、複合潤滑剤として機能することによる効果であると考えられる。また、ボール１３とスペーサボール１５の循環にしたがって、無限循環路３３の全域に亘って適量の複合固体潤滑剤が供給されることになるので、このことも従来技術と比較して長寿命化を実現できた要因であると考えられる。
【００５７】
なお、本試験で用いた硬質固体潤滑負荷ボール１３は、上記特許文献８に記載された閉鎖磁界不均衡マグネトロンスパッタ装置を用いることによってボール表面に硬質固体潤滑被膜が形成されたものであり、本試験の結果から、ＭｏＳ2からなる固体潤滑膜及び四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）からなるスペーサボール１５との良好な相性が確認された。
【００５８】
［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形成される転がり案内装置については、図５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５は、本実施形態に係る固体潤滑膜が形成されるボールねじ装置の一形態を示す図である。
【００５９】
図５に示すように、ボールねじ装置６０は、軌道部材としてのねじ軸６１と、そのねじ軸６１に複数の転動体であるボール６２…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６３とを有している。ボール６２…の間には、スペーサボール６５が設置されており、自己潤滑機能を発揮している。また、ねじ軸６１の外周には、ねじ軸６１の廻りに螺旋状に延びる負荷転走溝６１ａが形成されている。
【００６０】
一方、ナット６３の内周面には、ねじ軸６１の負荷転走溝６１ａに対応した負荷転走溝６３ａが形成されており、これら負荷転走溝６１ａ，６３ａが協働することによって負荷転走路が形成されている。さらに、ナット６３には、負荷転走路の一端側と他端側とをつなぐことによって複数のボール６２…を無限循環できるように、リターンパイプ６６が設置されている。
【００６１】
そして、ボール６２の無負荷域となるリターンパイプ６６に対して上述した本実施形態に係る固体潤滑膜を形成することにより、ボールねじ装置６０の長寿命化を図ることができる。
【００６２】
なお、本発明の適用範囲は、図５に示したような、リターンパイプ６６をナット６３に装着し、リターンパイプ６６内の無負荷転走路と負荷転走路とによって形成される無限循環路内をボール６２が無限循環する形態のものには限られない。
【００６３】
例えば、図６に例示するように、無負荷転走路をデフレクタ７６によって構成する形態のボールねじ装置７０であっても適用可能である。この場合には、デフレクタ７６のボール転走面に対して本実施形態に係る固体潤滑膜を形成すれば、上述した転がり案内装置１０やボールねじ装置６０と同様の好適な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本実施形態に係る転がり案内装置の全体構成を説明するための部分破断斜視図である。
【図２】本実施形態に係る転がり案内装置の移動体の構造を説明するための縦断面側面図である。
【図３】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４】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図であり、図中（ａ）は試験機の側面を、図中（ｂ）は試験機の正面を示している。
【図５】本実施形態に係る固体潤滑膜が形成されるボールねじ装置の一形態を例示する図である。
【図６】本実施形態に係る固体潤滑膜が形成されるボールねじ装置の別の形態を例示する図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 転がり案内装置、１１ 軌道レール、１１ａ 負荷転走溝、１１ｂ ボルト取付孔、１３ ボール、１５ スペーサボール、２１ 移動体、２２ ブロック本体、２２ａ 負荷転走溝、２２ｂ 雌ねじ、２２ｃ 戻し路、２２ｄ ボール案内部、２３ 側蓋、２３ａ ボール案内溝、２３ｂ 方向転換路、２４ ボルト、３１ 負荷転走路、３２ 無負荷転走路、３３ 無限循環路、４０ 無潤滑耐久試験機、４１ 基台、４２ 櫓、４４ ロードセル、４５ モータ、５０ ＬＭガイド、５１ 軌道レール、５２ 移動ブロック、６０ ボールねじ装置、６１ ねじ軸、６１ａ 負荷転走溝、６２ ボール、６３ ナット、６３ａ 負荷転走溝、６５ スペーサボール、６６ リターンパイプ、７０ ボールねじ装置、７６ デフレクタ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり案内装置に係り、特に、従来技術に比べて長寿命化を実現した新たな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】
ただし、上述のＰＶＤ法やＣＶＤ法によって成膜されるＤＬＣ膜は、膜の密着性及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。具体的に説明すると、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。
【０００５】
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、密着性及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。
【０００６】
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。
【０００７】
そして、従来の転がり案内装置にあっては、スパッタリング法やブラスト法を利用して固体潤滑膜を転動体転走路に形成し、転がり案内装置の長寿命化を図ろうとする技術が創案されている（例えば、下記特許文献６参照）。
【０００８】
【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】特開２００４−６０７４２号公報
【特許文献７】特開２００２−１６１３７１号公報
【特許文献８】特開２００６−９６８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の固体潤滑膜の形成方法は、転がり案内装置における転動体転走路のすべての領域に対して固体潤滑膜を形成するという思想に基づき創案されたものである。そして、ブラスト法を利用して固体潤滑膜を形成する場合には、その膜厚寸法が０．５μｍ以下と非常に薄いものとなってしまうので、長寿命化を図るには膜厚の面から限界が存在していた。
【００１０】
また、従来の方法で形成された固体潤滑膜は、転動体の転がり走行にともなって膜の摩耗が発生してしまう可能性があり、このような膜の摩耗は、転がり案内装置自体の精度誤差を生じさせる原因ともなっていた。
【００１１】
一方、スパッタリング法を利用して固体潤滑膜を形成する場合には、０．５μｍ〜３μｍ程度の膜厚を実現することが可能である。しかしながら、従来技術のように、転動体転走路のすべての経路に対して固体潤滑膜を形成した場合には、局所的に固体潤滑膜の剥離が発生した際に転動体の転がり精度が悪化することとなり、ほとんどの箇所で固体潤滑膜が健全であっても僅かな場所の不具合によって転がり案内装置の交換を要してしまうという事態に至ることになる。また、特にスパッタリング法は被膜形成コストが高いので、トータルコストの面からも、さらなる転がり案内装置の長寿命化を安価に実現することのできる固体潤滑膜の形成手法が求められていた。さらに、移動体や循環路のような複雑形状を有する部品に対しては、通常のスパッタリング法で均一に高密着性及び高耐摩耗性を兼ね備える被膜を形成することが困難である。
【００１２】
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、従来技術とはまったく異なる技術思想に基づいて形成される固体潤滑膜を用いることによって、従来技術と比較して長寿命化を実現した新たな転がり案内装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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、前記無限循環路の少なくとも一部の領域に対して、固体潤滑剤からなる微粒子を噴射することによって衝突固着された固体潤滑膜が形成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る別の転がり案内装置は、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、前記無負荷転走路のみに対して、固体潤滑剤からなる微粒子を噴射することによって衝突固着された固体潤滑膜が形成されることを特徴とする。
【００１５】
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、前記無負荷転走路の一部の領域に対して膜厚が０．５μｍ〜３μｍの範囲内となるように形成されることが好適である。
【００１６】
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、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）、二硫化タングステン（ＷＳ2）、窒化ホウ素（ＢＮ）、フッ素樹脂のいずれか１種又は数種からなる固体潤滑剤によって構成することができる。
【００１７】
さらに、本発明に係る転がり案内装置において、前記固体潤滑膜には金属原子を導入することができ、該金属原子は、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、アルミ（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ケイ素（Ｓｉ）又は炭素（Ｃ）の少なくとも１元素を含むこととすることができる。
【００１８】
またさらに、本発明に係る転がり案内装置は、前記移動体における前記固体潤滑膜が形成される箇所が、金属粉末射出成形法により製造されたものであることが好適である。
【００１９】
さらにまた、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、前記転動体よりも柔らかく、且つ、前記転動体の径以下の径を持つスペーサボールを設置することができる。
【００２０】
上記本発明に係る転がり案内装置において、前記スペーサボールは、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）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）又は非晶質状炭素の少なくとも１種を含む材料によって構成することができる。
【００２１】
また、本発明に係る転がり案内装置において、前記転動体又は前記負荷転走路の表面には、真空蒸着、スパッタリング法又はショットピーニング法による硬質被膜を形成することができる。
【００２２】
さらに、本発明に係る転がり案内装置において、前記硬質被膜が、ＭｏＳ2、ＷＳ2又は非晶質炭素を主成分とする硬質耐摩耗固体潤滑被膜であることとすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、これまで行われてきた転動体転走路のすべての経路に対して固体潤滑膜を形成するという従来技術と比較して、長寿命化を実現したまったく新しい転がり案内装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
なお、本明細書における「転がり案内装置」は、複数の転動体が負荷転走路と無負荷転走路とから構成される無限循環路内に設置されて無限に循環する構成を有するものを想定しており、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。
【００２６】
［直線型の転がり案内装置への適用例］
図１は、本実施形態に係る転がり案内装置の全体構成を説明するための部分破断斜視図である。また、図２は、本実施形態に係る転がり案内装置の移動体の構造を説明するための縦断面側面図である。この転がり案内装置１０は、軌道部材としての軌道レール１１と、その軌道レール１１に転動体としてのボール１３…を介して移動自在に取り付けられる移動体２１とを備えている。
【００２７】
軌道レール１１は、概略矩形の断面を有する長尺の部材であり、その両側面及び上面には、ボール１３を転走させることができる負荷転走溝１１ａ…が軌道レール１１の全長に亘って形成されている。なお、図１において例示する転がり案内装置１０の場合には、軌道レール１１の両側面に対して１条ずつ、上面に対して２条、合計４条の負荷転走溝１１ａ…が形成されている。軌道レール１１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１１ｂが形成されており、これらボルト取付孔１１ｂに螺着されるボルト（不図示）により、軌道レール１１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１１は直線状であるが、一定の曲率を持つ曲線状のレールが使用されることもある。
【００２８】
移動体２１は、鋼等の強度の高い材料にて構成されたブロック本体２２と、金属粉末射出成形法により製造された金属からなる一対の側蓋２３，２３とから構成されている。一対の側蓋２３，２３は、例えばステンレス鋼粉末等の金属粉末と、バインダーとを混合・混練させた上で、この混合物を造粒・粉砕して金型内に射出成形し、脱脂・焼結・仕上げ処理などの工程を経て完成した部材である。なお、このような工程に準じた製法により製造される多孔質金属焼結材を、側蓋２３に採用することもできる。この多孔質金属焼結材は、有機潤滑剤を含浸させて利用することができる部材である。このようにして形成された一対の側蓋２３，２３は、ブロック本体２２の両端にボルト２４にて固定され、移動体２１が完成している。
【００２９】
ブロック本体２２には、軌道レール１１に形成された負荷転走溝１１ａとそれぞれ対向する４条の負荷転走溝２２ａが設けられている。これら負荷転走溝１１ａ，２２ａの組み合わせにより、軌道レール１１と移動体２１との間に４条の負荷転走路３１が形成される。なお、ブロック本体２２の上面には複数（図１では６本）の雌ねじ２２ｂ…が形成されている。これらの雌ねじ２２ｂを利用して、移動体２１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。
【００３０】
ブロック本体２２には、各負荷転走路３１と並行して延びる４条の戻し路２２ｃが形成されている。また、ブロック本体２２の両端面には、負荷転走溝２２ａと戻し路２２ｃとの間でアーチ状に突出する一対のボール案内部２２ｄ，２２ｄ（図２参照）が形成されている。さらに、側蓋２３には、ボール案内部２２ｄに対応してアーチ状に陥没するボール案内溝２３ａが形成されている。
【００３１】
側蓋２３をブロック本体２２に固定することにより、ボール案内部２２ｄとボール案内溝２３ａとが組み合わされ、それらの間に負荷転走路３１と戻し路２２ｃとを結ぶＵ字状の方向転換路２３ｂが形成される。戻し路２２ｃと方向転換路２３ｂとによってボール１３の無負荷転走路３２が構成され、その無負荷転走路３２と負荷転走路３１との組み合わせによって無限循環路３３が構成される。無限循環路３３の断面形状及び寸法は、負荷転走路３１においてボール１３と同一径の円形断面を描くように、無負荷転走路３２においてボール１３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。
【００３２】
図１に示したように、複数のボール１３…の間には、ボール１３よりも柔らかく、且つ、ボール１３の径以下の径を持つスペーサボール１５が設置されている。このスペーサボール１５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）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）又は非晶質状炭素の少なくとも１種を含む材料によって構成することが可能である。
【００３３】
そして、本実施形態に係る転がり案内装置１０では、一対の側蓋２３，２３のボール案内溝２３ａのみに対して、固体潤滑膜が形成されている。この固体潤滑膜は、固体潤滑剤からなる微粒子を噴射することによって衝突固着されたものであり、膜厚が０．５μｍ〜３μｍの範囲内となるように形成されることを特徴としている。また、固体潤滑膜は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）、二硫化タングステン（ＷＳ2）、窒化ホウ素（ＢＮ）、フッ素樹脂のいずれか１種又は数種からなる固体潤滑剤によって構成することができる。以下、本実施形態に係る固体潤滑膜の具体的な形成方法を説明する。
【００３４】
本実施形態に係る固体潤滑膜の形成方法は、既知のショットピーニング装置により潤滑性被膜となる微粒子の粒体を、側蓋２３のボール案内溝２３ａ表面に噴射することにより、無負荷転走路３２の一部の領域のみに潤滑性被膜を形成するものである。
【００３５】
噴射される固体潤滑剤の微粒子は、層間滑り等により低摩擦を実現する層状化合物や、剪断され易い性質を有する固体等、摩擦を低下し得る性質を有する材質を選択して使用することが好適であり、本実施形態にあっては二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）を使用した。その粒径は、５μｍ〜５０μｍの範囲のものが好ましく、例えば上記特許文献７等で開示されるような従来の母相金属に導入される固体潤滑剤と比較して、適用される粒径が著しく小さいものである。
【００３６】
本実施形態で用いられるショットピーニング装置は、エアを用いた直圧式のショット装置であるが、その噴射方式については、サイホン式のブラスト装置、或いは他の型式のブラスト装置を使用することができる。また、エア以外の圧縮ガスを使用して噴射するものであっても良い。
【００３７】
微粒子は、１００ｍ／ｓ以上の噴射速度にて噴射される。噴射された微粒子は、ボール案内溝２３ａ表面への衝突前後の速度変化により、熱エネルギーを生じることになる。このエネルギーの変換は微粒子が衝突した変形部分のみで行われるので、微粒子及びボール案内溝２３ａの表面付近で局部的に温度上昇が起こる。また、この温度上昇は、微粒子の衝突前の速度に比例するので、微粒子の噴射速度を高速にすると、微粒子及びボール案内溝２３ａの表面の温度を上昇させることができる。このようなメカニズムによって、微粒子はボール案内溝２３ａの表面に活性吸着されて拡散・浸透すると考えられており、ボール案内溝２３ａの表面には、固体潤滑剤からなる潤滑性被膜が形成される。
【００３８】
また特に、本実施形態では、側蓋２３を金属粉末射出成形法により製造しているので、このことも好適な作用を生み出している。すなわち、金属粉末射出成形法により製造した部材を転動体の転走面に用いる場合には、面粗度が通常Ｒａ１．０以上と若干劣るので、凹凸やバリ等の転動体の転走に不具合をもたらす形状を改善する必要がある。しかしながら、上述したショット又はブラスト法を用いた固体潤滑膜を金属粉末射出成形法により製造した部材に形成した場合には、表面の凹部にも固体潤滑剤が密着良く入り込むことになり、部材と固体潤滑剤との密着性が非常に良くなる。また、このようにして形成された固体潤滑膜の面粗度は、ショット又はブラストの効果によってＲａ０．６以下に抑えることができるので、転走面として非常に好適に用いることが可能となるのである。
【００３９】
なお、金属粉末射出成形法を用いることによって、たとえ複雑な形状の側蓋２３であっても非常に安価に製造することができるので、金属粉末射出成形法の採用は、コスト面からも効果的である。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態に係る転がり案内装置１０は、側蓋２３のボール案内溝２３ａという無負荷転走路３２の一部の領域のみに潤滑性被膜が形成されている。そして、かかる構成を備えることによって、本実施形態に係る転がり案内装置１０は、従来の転がり案内装置と比較して長寿命化を実現している。この長寿命化を実現したメカニズムとしては、無限循環路３３内を複数のボール１３…とスペーサボール１５が循環する際に、金属又はセラミックス等の固体潤滑膜より硬い材質で形成されるボール１３が固体潤滑膜を適度に削り取り、ボール１３の表面に薄い固体潤滑剤の膜が形成されていることが考えられる。また、スペーサボール１５については、ボール１３よりも柔らかい材質で作られているので、スペーサボール１５自体も僅かに摩耗することによって自己潤滑性を発揮する。そして、側蓋２３のボール案内溝２３ａに形成された固体潤滑膜に由来する固体潤滑剤と、スペーサボール１５に由来する固体潤滑剤が複合潤滑剤として機能し、しかもこの複合潤滑剤は、ボール１３とスペーサボール１５の循環にしたがって無限循環路３３の全域に行き渡ることになる。つまり、本実施形態に係る転がり案内装置１０では、複合された固体潤滑剤の供給がボール１３の循環に伴って常に効率良く行われることになるので、従来技術と比較して転がり案内装置の長寿命化を実現することができているのである。
【００４１】
なお、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ず、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、上述した本実施形態に係る転がり案内装置１０では、側蓋２３のボール案内溝２３ａという無負荷転走路３２の一部の領域のみに潤滑性被膜を形成した場合を例示して説明したが、無負荷転走路３２の全域に対して本実施形態に係る固体潤滑膜を形成することも好適である。図１及び図２に示された戻し路２２ｃに対してショット又はブラスト法を適用することには困難をともなうが、ブロック本体２２の形状を変形したりショット又はブラスト法を変更したりすることによって無負荷転走路３２の全域に固体潤滑膜を形成することができれば、負荷転走路３１に供給される固体潤滑剤の量が増加するので、かかる構成は寿命を延ばす方向に作用する。
【００４２】
さらに、転がり案内装置の要求精度が許される範囲内であれば、負荷転走路３１を含む領域に対しても、上述したショット又はブラスト法による固体潤滑膜の形成を行うことができる。
【００４３】
また、上述した固体潤滑膜には金属原子を導入することが可能であり、この金属原子には、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、アルミ（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ケイ素（Ｓｉ）又は炭素（Ｃ）の少なくとも１元素を含むことができる。
【００４４】
さらに、上述した実施形態では、ボール１３又は負荷転走路３１の表面には特に表面処理を行っていなかったが、例えば本発明の第３発明者が創案に関わった閉鎖磁界不均衡マグネトロンスパッタ装置を用いて転がり摺動部材に固体潤滑膜を成膜する手法（上記特許文献８参照）を用いることによって、ボール１３又は負荷転走路３１の表面に対して硬質被膜を形成することも好適である。このような構成であっても、本実施形態で説明した無負荷転走路３２の一部の領域のみに形成される固体潤滑膜は、上記と同様の作用効果を発揮することができる。ボール１３又は負荷転走路３１の表面にスパッタリング法による硬質被膜を形成することによってボール１３又は負荷転走路３１の寿命が延び、さらなる長寿命化を実現した転がり案内装置を提供することが可能となる。
【００４５】
なお、上記したボール１３又は負荷転走路３１の表面に対する硬質被膜の形成手法については、閉鎖磁界不均衡マグネトロンスパッタ装置を用いたスパッタリング法だけでなく、真空蒸着やショットピーニング法といった手法を用いることも可能である。
【００４６】
さらに、上記したボール１３又は負荷転走路３１の表面に形成される硬質被膜については、例えばＭｏＳ2、ＷＳ2又は非晶質炭素を主成分とする硬質耐摩耗固体潤滑被膜を採用することが好適である。
【００４７】
またさらに、ボール１３とスペーサボール１５の設置個数については、適宜任意の組み合わせを選択可能である。すなわち、図１及び図２に示されるように、２個のボール１３に対して１個の割合でスペーサボール１５を挿入してもよいし、他の組み合わせを採用することもできる。このスペーサボール１５の挿入個数については、ボール１３の個数をＸ、スペーサボール１５の個数をＹ、としたときに、
Ｙ≦Ｘ
なる関係式が成り立つように、スペーサボール１５を挿入することが望ましい。
【００４８】
［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の効果を確認するために、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、ＴＨＫ株式会社製のＨＳＲ１５Ｒを使用し、側蓋２３の循環路（ボール案内溝２３ａ）に対して本実施形態に係る固体潤滑膜を形成したものと形成していないもの、及びそれぞれの条件に加えてボール１３だけのものとスペーサボール１５を導入したもの、ボール１３に対する表面処理が行われたものと行われていないもの等を用意し、移動ブロックに対して軌道レール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３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２５０ｍｍ、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０．１ｓとし、常時負荷される負荷荷重２５０Ｎという条件にて調査が行われた。
【００４９】
【表１】
【００５０】
使用した無潤滑耐久試験機４０は、図４に示すような構成を有するものである。ここで、図４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図であり、図中（ａ）は試験機の側面を、図中（ｂ）は試験機の正面を示している。
【００５１】
試験対象となるＬＭガイド５０は、軌道レール５１が無潤滑耐久試験機４０の基台４１上にある稼動台に固定設置されている。軌道レール５１上には、軌道レール５１に対して相対的に往復運動自在な状態で移動ブロック５２が設置されており、この移動ブロック５２の周囲には門型の櫓４２が組まれている。この櫓４２には、鉛直下方向に負荷力を及ぼすことができる加圧機構（不図示）が設置されており、ロードセル４４を介して中央に位置する移動ブロック５２と接続している。ロードセル４４は、加圧機構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４に示す試験機では基台４１等に隠れて見えないが、ＬＭガイド５０の横には軌道レール５１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４５によってその回転運動が制御されるとともに、稼動台上の軌道レール５１をねじ軸方向に往復運動できるように構成されている。したがって、ボールねじの回転運動に応じて軌道レール５１の制御された往復運動が実現している。
【００５２】
なお、無潤滑耐久試験機４０に設置されるＬＭガイド５０は、図１及び図２に示されるような概略構成を備えている。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、側蓋２３のボール案内溝２３ａ表面のみに成膜されている。なお、今回の無潤滑耐久試験に用いられる本発明に係るＬＭガイド５０では、硬質固体潤滑負荷ボール１３の２つおきに四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）からなるスペーサボール１５が設置されているものと、ステンレスボール１３の２つおきに四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）からなるスペーサボール１５が設置されているものとが用意されている。
【００５３】
一方、比較対象となる装置は、固体潤滑膜が形成されていないものを用意した。なお、スペーサボール１５に関する条件変更については、スペーサボール１５がないもの２パターンと、ボール１３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１５が設置されているもの１パターンとを用意した。
【００５４】
以上説明した条件及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、本発明を適用した試験品としてＮｏ．１，Ｎｏ．２の２個のサンプルを用意し、従来技術との比較のためにＮｏ．３〜Ｎｏ．５の３つの試験品を用意した。なお、発明試験品の成膜条件はまったく同じであり、先に説明した装置及び方法によって、ＭｏＳ2からなる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、転がり抵抗値が上昇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５１上を相対移動した移動ブロック５２の走行距離を計測することによって行った。
【００５５】
【表２】
【００５６】
表２からも明らかな通り、本実施形態に係る転がり案内装置は、比較装置と比べて明らかな長寿命化を実現している。特に、上記結果からは、ＭｏＳ2からなる固体潤滑膜と硬質固体潤滑負荷ボール１３と四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）からなるスペーサボール１５とを組み合わせて用いることにより、より長寿命化を実現できることが明らかとなった。これは、繰り返しになるが、側蓋２３のボール案内溝２３ａに形成されたＭｏＳ2からなる固体潤滑膜に由来する固体潤滑剤と、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）からなるスペーサボール１５に由来する固体潤滑剤とが、複合潤滑剤として機能することによる効果であると考えられる。また、ボール１３とスペーサボール１５の循環にしたがって、無限循環路３３の全域に亘って適量の複合固体潤滑剤が供給されることになるので、このことも従来技術と比較して長寿命化を実現できた要因であると考えられる。
【００５７】
なお、本試験で用いた硬質固体潤滑負荷ボール１３は、上記特許文献８に記載された閉鎖磁界不均衡マグネトロンスパッタ装置を用いることによってボール表面に硬質固体潤滑被膜が形成されたものであり、本試験の結果から、ＭｏＳ2からなる固体潤滑膜及び四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）からなるスペーサボール１５との良好な相性が確認された。
【００５８】
［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形成される転がり案内装置については、図５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５は、本実施形態に係る固体潤滑膜が形成されるボールねじ装置の一形態を示す図である。
【００５９】
図５に示すように、ボールねじ装置６０は、軌道部材としてのねじ軸６１と、そのねじ軸６１に複数の転動体であるボール６２…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６３とを有している。ボール６２…の間には、スペーサボール６５が設置されており、自己潤滑機能を発揮している。また、ねじ軸６１の外周には、ねじ軸６１の廻りに螺旋状に延びる負荷転走溝６１ａが形成されている。
【００６０】
一方、ナット６３の内周面には、ねじ軸６１の負荷転走溝６１ａに対応した負荷転走溝６３ａが形成されており、これら負荷転走溝６１ａ，６３ａが協働することによって負荷転走路が形成されている。さらに、ナット６３には、負荷転走路の一端側と他端側とをつなぐことによって複数のボール６２…を無限循環できるように、リターンパイプ６６が設置されている。
【００６１】
そして、ボール６２の無負荷域となるリターンパイプ６６に対して上述した本実施形態に係る固体潤滑膜を形成することにより、ボールねじ装置６０の長寿命化を図ることができる。
【００６２】
なお、本発明の適用範囲は、図５に示したような、リターンパイプ６６をナット６３に装着し、リターンパイプ６６内の無負荷転走路と負荷転走路とによって形成される無限循環路内をボール６２が無限循環する形態のものには限られない。
【００６３】
例えば、図６に例示するように、無負荷転走路をデフレクタ７６によって構成する形態のボールねじ装置７０であっても適用可能である。この場合には、デフレクタ７６のボール転走面に対して本実施形態に係る固体潤滑膜を形成すれば、上述した転がり案内装置１０やボールねじ装置６０と同様の好適な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本実施形態に係る転がり案内装置の全体構成を説明するための部分破断斜視図である。
【図２】本実施形態に係る転がり案内装置の移動体の構造を説明するための縦断面側面図である。
【図３】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４】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図であり、図中（ａ）は試験機の側面を、図中（ｂ）は試験機の正面を示している。
【図５】本実施形態に係る固体潤滑膜が形成されるボールねじ装置の一形態を例示する図である。
【図６】本実施形態に係る固体潤滑膜が形成されるボールねじ装置の別の形態を例示する図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 転がり案内装置、１１ 軌道レール、１１ａ 負荷転走溝、１１ｂ ボルト取付孔、１３ ボール、１５ スペーサボール、２１ 移動体、２２ ブロック本体、２２ａ 負荷転走溝、２２ｂ 雌ねじ、２２ｃ 戻し路、２２ｄ ボール案内部、２３ 側蓋、２３ａ ボール案内溝、２３ｂ 方向転換路、２４ ボルト、３１ 負荷転走路、３２ 無負荷転走路、３３ 無限循環路、４０ 無潤滑耐久試験機、４１ 基台、４２ 櫓、４４ ロードセル、４５ モータ、５０ ＬＭガイド、５１ 軌道レール、５２ 移動ブロック、６０ ボールねじ装置、６１ ねじ軸、６１ａ 負荷転走溝、６２ ボール、６３ ナット、６３ａ 負荷転走溝、６５ スペーサボール、６６ リターンパイプ、７０ ボールねじ装置、７６ デフレクタ。
【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、
前記無限循環路の少なくとも一部の領域に対して、固体潤滑剤からなる微粒子を噴射することによって衝突固着され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】
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、
前記無負荷転走路のみに対して、固体潤滑剤からなる微粒子を噴射することによって衝突固着され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３】
請求項２に記載の転がり案内装置において、
前記固体潤滑膜は、前記無負荷転走路の一部の領域に対して膜厚が０．５μｍ〜３μｍの範囲内となるように形成される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、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）、二硫化タングステン（ＷＳ2）、窒化ホウ素（ＢＮ）、フッ素樹脂のいずれか１種又は数種からなる固体潤滑剤によって構成され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、
前記固体潤滑膜には金属原子を導入することができ、該金属原子は、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、アルミ（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ケイ素（Ｓｉ）又は炭素（Ｃ）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、
前記移動体における前記固体潤滑膜が形成される箇所が、金属粉末射出成形法により製造されたもの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、
前記複数の転動体の間には、前記転動体よりも柔らかく、且つ、前記転動体の径以下の径を持つスペーサボールが設置されることを特徴とする転がり案内装置。
【請求項８】
請求項７に記載の転がり案内装置において、
前記スペーサボールは、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）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）又は非晶質状炭素の少なくとも１種を含む材料によって構成されることを特徴とする転がり案内装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の転がり案内装置において、
前記転動体又は前記負荷転走路の表面には、真空蒸着、スパッタリング法又はショットピーニング法により硬質被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１０】
請求項９に記載の転がり案内装置において、
前記硬質被膜が、ＭｏＳ2、ＷＳ2又は非晶質炭素を主成分とする硬質耐摩耗固体潤滑被膜であることを特徴とする転がり案内装置。
【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、
前記無限循環路の少なくとも一部の領域に対して、固体潤滑剤からなる微粒子を噴射することによって衝突固着され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】
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、
前記無負荷転走路のみに対して、固体潤滑剤からなる微粒子を噴射することによって衝突固着され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３】
請求項２に記載の転がり案内装置において、
前記固体潤滑膜は、前記無負荷転走路の一部の領域に対して膜厚が０．５μｍ〜３μｍの範囲内となるように形成される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、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）、二硫化タングステン（ＷＳ2）、窒化ホウ素（ＢＮ）、フッ素樹脂のいずれか１種又は数種からなる固体潤滑剤によって構成され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、
前記固体潤滑膜には金属原子を導入することができ、該金属原子は、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、アルミ（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ケイ素（Ｓｉ）又は炭素（Ｃ）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、
前記移動体における前記固体潤滑膜が形成される箇所が、金属粉末射出成形法により製造されたもの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、
前記複数の転動体の間には、前記転動体よりも柔らかく、且つ、前記転動体の径以下の径を持つスペーサボールが設置されることを特徴とする転がり案内装置。
【請求項８】
請求項７に記載の転がり案内装置において、
前記スペーサボールは、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）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）又は非晶質状炭素の少なくとも１種を含む材料によって構成されることを特徴とする転がり案内装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の転がり案内装置において、
前記転動体又は前記負荷転走路の表面には、真空蒸着、スパッタリング法又はショットピーニング法により硬質被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１０】
請求項９に記載の転がり案内装置において、
前記硬質被膜が、ＭｏＳ2、ＷＳ2又は非晶質炭素を主成分とする硬質耐摩耗固体潤滑被膜であることを特徴とする転がり案内装置。
【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２００８−２３２２６７（Ｐ２００８−２３２２６７Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７２６８９（Ｐ２００７−７２６８９）
【出願日】平成１９年３月２０日（２００７．３．２０）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２０日（２００７．３．２０）
【出願人】（３９００２９８０５）ＴＨＫ株式会社 (420)
【Ｆターム（参考）】
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