JP2004156737A

JP2004156737A - Linear drive actuator

Info

Publication number: JP2004156737A
Application number: JP2002324199A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Tomizuka; 靖史冨塚
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2004-06-03

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a linear drive actuator having excellent durability, restricted in generation of dust and appropriate to be used in the vacuum environment. <P>SOLUTION: This linear drive actuator provided with an inside member 1 having a raceway surface 1a in the periphery thereof, an outside member 2 arranged outside the inside member 1 and having a raceway surface 2a facing the raceway surface 1a, and a plurality of rolling bodies 4 arranged between both the raceway surfaces 1a and 2a freely to roll is used in the condition that at least one load of a load and a preload is applied. A diamond-like carbon film is provided in at least one of the raceway surface 2a of the outside member 2 and the rolling bodies 4. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置内の搬送系及び位置決め装置や、液晶，半導体製造設備のスパッタリング装置、プラズマＣＶＤ装置、イオン注入装置等において使用されるボールねじやリニアガイド等の直動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空環境下において使用される直動装置の潤滑剤としてグリースを使用すると、グリースの油分の蒸発やグリース自体の飛散等により、潤滑性能の劣化や使用環境の汚染等の不都合が生じる場合があるため、グリースを使用する代わりに、金、銀、鉛等の軟質金属や、カーボン、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を膜状にコーティングすることにより潤滑性を付与していた。
【０００３】
しかし、固体潤滑剤は自己犠牲的であるため、僅かずつ剥離、欠落し、発塵を生じるため、半導体製造装置等に使用されるリニアガイドのように、パーティクルを極端に嫌う環境下において使用される直動装置に適用することは困難であった。
最近では、このような固体潤滑剤に代わり、耐摩耗性に優れたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜が用いられるようになり、膜が剥離、欠落し、発塵を生じるという問題は解決しつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、発塵を極端に嫌う真空環境下では、ＤＬＣ膜を成膜したままだと、表面粗さが制御されていないため、初期摩耗による微量の摩耗粉の発生が問題となってくる。また、真空用潤滑剤は流勧性が乏しいために摩耗粉が溜まり、軌道面にダメージを与える等の問題も起こる。
【０００５】
更に、真空用潤滑剤は、アウトガス、発塵を避けるために必要最低限の量しか添付されない。そのために、転動体同士が擦れ合うと、潤滑剤が剥ぎ取られ潤滑切れの原因になったり、摺動部表面の表面粗さが小さくなると、潤滑剤の保持力が低下して寿命が短くなるという問題もある。
そのため、特に、真空用直動装置では、ＤＬＣ膜の成膜後に表面粗さを制御することが重要となってくる。また、転動体同士の擦れ合いをなくして潤滑切れを防止したり、摺動部表面の濡れ性の向上を図り、潤滑剤の保持力を高める必要がある。
【０００６】
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、真空環境下で好適に使用される低発塵で耐久性に優れた直動装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を内面に有して前記内方部材の外側に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配置された複数の転動体とを備えた直動装置において、
荷重及び予圧荷重の内の少なくとも一つの荷重がかかる条件下で使用され、前記内方部材の軌道面、前記外方部材の軌道面及び前記転動体の内の少なくとも一つにダイヤモンドライクカーボン膜が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記ダイヤモンドライクカーボン膜が、試運転によるなじみ現象によって表面粗さＲａが０．２μｍ以下に設定されているか、成膜時の表面粗さの２／３以下に設定されていることを特徴とする。これにより、運転開始時に起こる初期摩粍がなくなり、発塵が起こりにくくなる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記複数の転動体の各転動体間に樹脂製のスペーサが介装されていることを特徴とする。これにより、運転中に転動体同士の擦れ合いが無くなり、潤滑剤が剥ぎ取られるのが防止されて潤滑切れが起きにくくなる。
スベーサに使用される樹脂の材料としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリイミド（ＩＰ）などが好ましい。また、ＰＥＥＫ、ＥＴＦＥ、ＩＰにセラミックス繊維を加えて強度が補強されている方が更に好ましい。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記内方部材の軌道面、前記外方部材の軌道面、前記転動体及び前記スペーサの内の少なくとも一つに有機溶剤による洗浄後にドライ精密洗浄を施したことを特徴とする。これにより、潤滑剤の濡れ性が向上される。
ドライ精密洗浄としては、アルゴンイオンによるイオンボンバード、大気プラズマ洗浄、オゾン洗浄、紫外線洗浄などが挙げられる。これらは、洗浄する部材表面に分子結合を切る程の高いエネルギーを加えることで、有機溶剤洗浄では除去しきれなかった有機物を酸化し、揮発物質に変化させることにより効率良く除去する方法である。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記内方部材の軌道面、前記外方部材の軌道面、前記転動体、前記スペーサ及び前記両軌道面間を転動する転動体を無限循環させるべく前記外方部材に設けられた循環部品の内の少なくとも一つに官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）とを含有する潤滑膜を設けたことを特徴とする。
【００１２】
前記潤滑膜は、上記のように官能基を有する含フッ素重合体とＰＦＰＥとを含有しているので、流動性を有している。よって、外方部材に比較的大きな荷重がかかるような場合でも、従来の固体潤滑剤のコーティング等のように、転動体が転動することによる負荷により剥離や欠落が生じる可能性が低いので、発塵量が少なく、半導体製造装置等に使用される直動装量のような、発塵を極端に嫌う環境下において使用される用途において好適であり、耐久性に優れている。
【００１３】
なお、直動装置としては、ボールねじ、リニアガイド等が挙げられる。ボールねじの場合、内方部材はねじ軸、外方部材はナットを指す。また、リニアガイドの場合、内方部材は案内レール、外方部材はスライダを指す。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。図１は本発明に係る直動装置の第１の実施の形態であるリニアガイドの全体斜視図、図２は図１に示したリニアガイドの断面図、図３はスライダの転動溝軌道面の表面粗さと試運転距離との関係を示すグラフ図、図４は発塵量比とスライダの転動溝軌道面の表面粗さとの関係を示すグラフ図である。
【００１５】
図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施の形態であるリニアガイドは、軸方向に延びる案内レール（内方部材）１と、該案内レール１上に軸方向に相対移動可能に跨架されたスライダ（外方部材）２とを備える。
案内レール１の両側面にはそれぞれ軸方向に延びる転動体転動溝（軌道面）１ａが形成されており、スライダ２の両内側面にはそれぞれ転動体転動溝１ａに対向する転動体転動溝（軌道面）２ａが形成されている。
【００１６】
そして、これらの向き合った両転動体転動溝１ａ，２ａの間には転動体としての多数のボール４が転動自在に装填され、このボール４の転動を介してスライダ２が案内レール１上を軸方向に沿って相対移動できるようになっている。
また、スライダ２内には軸方向に貫通する転動体通路２ｂが形成されていると共に、スライダ２の前後両端にはそれぞれ循環部品としての一対のエンドキャップ３がねじ等を介して固定されている。このエンドキャップ３に上記両転動体転動溝１ａ，２ａ間と上記転動体通路２ｂとを連通する半円弧状に湾曲した転動体循環部（図示せず）を形成することにより、ボール４の無限循環軌道を構成している。なお、図２中の符号５は上列のボール４を保持する保持器である。
【００１７】
ここで、本第１の実施の形態では、上記構成のリニアガイドとして、日本精工株式会社製のＬＳ１５ＡＬを用い、案内レール１、スライダ２、ボール４にＳＵＳ４４０Ｃを使用すると共に、スライダ２の転動体転動溝（軌道面）２ａに次の方法でダイヤモンドライクカーボンの成膜処理を施した。
成膜処理は、（株）神戸製鋼所社製のアンバランスドマグネトロンスパッタリング装置５０４（以降はＵＢＭＳ装置と記す）で行った。ＵＢＭＳ装置内にスライダ２を設置してターボ分子ポンプで該装置内を排気し、真空度を２．０×１０^−５Ｐａとした。アルゴンプラズマによるスパッタリングを用いて、スライダ２の転動溝２ａにボンバード処理を１５分間施した。
【００１８】
クロム（Ｃｒ）、カーボン（Ｃ）をターゲットとし、スライダ２の転動溝２ａに、まず、クロムをスパッタリングし、クロム層を形成した。次に、クロムのスパッタ効率を徐々に減少させながら、カーボンのスパッタ効率を徐々に増加させた。更に、クロムのスパッタリングを終了し、カーボンのスパッタ効率を保持しながら、ダイヤモンドライクカーボンの膜厚が２．２μｍとなるまで成膜した。
【００１９】
次に、スライダ２の転動溝２ａのダイヤモンドライクカーボン膜の成膜時の表面粗さＲａを計測してリニアガイドを組み立て、ラジアル方向に１００Ｎの荷重をかけ、速度３０ｍ／ｓで走行距離５ｋｍ試運転した。試運転後に、再びスライダ２の転動溝２ａの表面粗さＲａを計測した。
図３に、スライダ２の転動溝２ａの表面粗さＲａが成膜時に０．３５μｍであったリニアガイドを走行距離５ｋｍ試運転した後の該転動溝２ａの表面粗さを示す。図から試運転の走行距離１ｋｍ以上でスライダ２の転動溝２ａの表面粗さＲａが０．２μｍ以下の値が得られるのが判る。
【００２０】
次に、試運転後の案内レール１、スライダ２、エンドキャップ３を有機洗浄し、試運転に使用していない新品のボール４を使用して、官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）とを含有する潤滑膜を案内レール１、スライダ２、エンドキャップ３、ボール４の全てに設け、リニアガイドの組立て後に発塵試験をした。
【００２１】
発塵試験は試運転してスライダ２の転動溝２ａの表面粗さＲａを０．０５〜０．３５μｍに制御したリニアガイドを用い、スライダ２にラジアル荷重１７０Ｎを負荷し、速度３０ｍ／ｓ、真空度２．０×１０^−５Ｐａの雰囲気で１０００ｋｍ走行させた。
図４は試運転後のスライダ２の転動溝２ａの表面粗さＲａが０．２μｍ以下で発塵したパーティクルの量を測定しながら耐久寿命試験を行った結果である。発塵量は試運転後のスライダ２の転動溝２ａの表面粗さがＲａ＝０．２μｍのときを１とした時の比で表した。図から表面粗さＲａが０．２μｍを超えると発塵量も多くなるのが判る。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施の形態を図５〜図７を参照して説明する。図５は本発明に係る直動装置の第２の実施の形態であるボールねじの平面図、図６はスペーサを説明するための断面図、図７は実施例及び比較例における耐久試験結果を示すグラフ図である。
図５及び図６を参照して、本発明の第２の実施の形態であるボールねじは、外周面にねじ溝（軌道面）６ａを有して軸方向に延びるねじ軸（内方部材）６に、内周面に前記ねじ溝６ａに対応するねじ溝（軌道面）７ａを有するナット（外方部材）７が嵌合されており、ナット７のねじ溝７ａとねじ軸６のねじ溝６ａとは互いに対向して両者の間に螺旋状の負荷軌道を形成している。該負荷軌道には転動体としての多数のボール９が転動可能に装填されており、また、多数のボール９の各ボール９間の全てには樹脂製のスペーサ１０が介装されている。
【００２３】
そして、ねじ軸６（又はナット７）の回転により、ナット７（又はねじ軸６）がボール９の転動を介して軸方向に移動するようになっている。
また、ナット７の外周面には循環部品の一例としての略コ字状の循環チューブ８が取り付けられており、これにより、両ねじ溝６ａ，７ａ間の負荷軌道に沿って公転するボール９を該負荷軌道の途中から循環チューブ８で掬い上げて元の負荷軌道に戻してボール９を無限循環させるようにしている。
【００２４】
ここで、本第２の実施の形態では、上記構成のボールねじとして、日本精工株式会社製の軸径１５ｍｍ、リード１０ｍｍのものを用い、ねじ軸６、ナット７及びボール９の素材にＳＵＳ４４０Ｃを使用すると共に、ねじ軸６のねじ溝９ａに上記第１の実施の形態と同様の方法でダイヤモンドライクカーボンの成膜処理を施した。
【００２５】
次に、ねじ軸６のねじ溝６ａの成膜時の表面粗さＲａを計測してボールねじを組み立て、軸方向に１００Ｎのアキシャル荷重をかけて１０００ｍｉｎ^−１で１×１０^５回転試運転した。試運転後に、再びねじ軸６のねじ溝６ａの表面粗さＲａを計測したところ、成膜時の表面粗さＲａが０．３μｍであったものが試運転後には表面粗さＲａ＝０．０６μｍであった。
【００２６】
次に、試運転後に、ねじ軸６、ナット７、試運転に使用してない新品のボール９及び循環チューブ７を有機溶剤洗浄し、官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）とを含有する潤滑膜を設けたボールねじを実施例１とした。
次に、実施例１の有機溶剤洗浄後の工程で、ねじ軸６、ナット７、ボール９、循環チューブ７に大気プラズマ洗浄を施して官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）とを含有する潤滑膜を設けたボールねじを実施例２とした。
【００２７】
また、試運転後にねじ軸６、ナット７、試運転に使用してない新品のボール９、循環チューブ７、セラミックス繊維で補強されたＰＥＥＫのスペーサ１０を有機溶剤で洗浄した後、ねじ軸６、ナット７、ボール９、循環チューブ７、スペーサ１０に官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）とを含有する潤滑膜を設け、全てのボール９間にスペーサ１０を挿入して組み立てたボールねじを実施例３とした。
【００２８】
更に、ねじ軸６、ナット７、試運転に使用してない新品のボール９、循環チューブ７、セラミックス繊維で補強されたＰＥＥＫのスペーサ１０を有機溶剤で洗浄した後、大気プラズマ洗浄を施し、ねじ軸６、ナット７、ボール９、循環チューブ７、スペーサ１０に官能基を有する含フッ素重合体とパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）とを含有する潤滑膜を設け、全てのボール９間にスペーサ１０を挿入して組み立てたボールねじを実施例４とした。なお、試運転を行わず、大気プラズマ洗浄なし、潤滑膜あり、及びスペーサを設けないボールねじを比較例１とした。
【００２９】
耐久寿命試験は２０００ｍｉｎ^−１、真空度２．０×１０^−５Ｐａの雰囲気で行い、ナット７の温度を測定し、温度が急上昇した時点を寿命とした。本第２の実施の形態での実施例１〜４、比較例１を表１に示す。
【００３０】
【表１】

【００３１】
また、耐久寿命試験の結果を図７に示す。図から、試運転のなじみ現象による軌道面の表面粗さＲａの制御、大気プラズマ洗浄、全てのボール間に樹脂からなるスペーサを挿入することは、それぞれ長寿命化に効果があることか判る。
このことから、リニアガイドやボールねじ等の直動装置を試運転し、軌道面に成膜されたダイヤモンドライクカーボンをなじみ現象で表面粗さＲａを０．２μｍ以下又は２／３以下に設定すること、大気プラズマなどのドライ精密洗浄を軌道面に施すこと、全ての転動体間に樹脂からなるスペーサを挿入することは、発塵を抑えるのに好適であると同時に直動装置の長寿命化にも効果的である。
【００３２】
なお、上記各実施の形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。例えば、試運転に使用したボールは他の鉄鋼製のボール或いはセラミックボールでも好適に適用でき、試運転の適度な走行距離はボールの材質に依存する。
【００３３】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、真空環境下で好適に使用される低発塵で耐久性に優れた直動装置を提供することことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る直動装置の第１の実施の形態であるリニアガイドの全体斜視図である。
【図２】図１に示したリニアガイドの断面図である。
【図３】スライダの転動溝軌道面の表面粗さと試運転距離との関係を示すグラフ図であある。
【図４】発塵量比とスライダの転動溝軌道面の表面粗さとの関係を示すグラフ図である。
【図５】本発明に係る直動装置の第２の実施の形態であるボールねじの平面図である。
【図６】スペーサを説明するための断面図である。
【図７】実施例及び比較例における耐久試験結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１…案内レール（内方部材）
１ａ…転動溝（軌道面）
２…スライダ（外方部材）
２ａ…転動溝（軌道面）
２ｂ…ボール循環穴
３…エンドキャップ（循環部品）
４…ボール（転動体）
５…保持器
６…ねじ軸（内方部材）
６ａ…ねじ溝（軌道面）
７…ナット（外方部材）
７ａ…ねじ溝（軌道面）
８…循環チューブ（循環部品）
９…ボール（転動体）
１０…スペーサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a linear motion device such as a ball screw and a linear guide used in a transport system and a positioning device in a semiconductor manufacturing apparatus, a sputtering apparatus, a plasma CVD apparatus, and an ion implantation apparatus of a liquid crystal and semiconductor manufacturing facility.
[0002]
[Prior art]
If grease is used as a lubricant for a linear motion device used in a vacuum environment, problems such as deterioration of lubrication performance and contamination of the use environment may occur due to evaporation of grease oil and scattering of the grease itself. Instead of using grease, lubricity is imparted by coating a soft metal such as gold, silver and lead, or a solid lubricant such as carbon and molybdenum disulfide in a film form.
[0003]
However, since solid lubricants are self-sacrificing, they peel off, chip off, and generate dust little by little, so they are used in environments where particles are extremely disliked, such as linear guides used in semiconductor manufacturing equipment. However, it has been difficult to apply it to a linear motion device.
Recently, instead of such a solid lubricant, a diamond-like carbon (DLC) film having excellent wear resistance has been used, and the problem of peeling, chipping, and dust generation of the film is being solved. .
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a vacuum environment in which dust generation is extremely disfavored, since the surface roughness is not controlled when the DLC film is formed, the generation of a small amount of abrasion powder due to the initial abrasion becomes a problem. Further, since the vacuum lubricant has poor flowability, abrasion powder accumulates, causing problems such as damaging the raceway surface.
[0005]
Further, a vacuum lubricant is attached only in a minimum amount necessary to avoid outgassing and dust generation. Therefore, when the rolling elements rub against each other, the lubricant is peeled off and causes the lubrication run out. There are also problems.
Therefore, it is particularly important to control the surface roughness after the DLC film is formed in the linear motion device for vacuum. In addition, it is necessary to prevent lubrication between the rolling elements to prevent running out of lubrication, to improve the wettability of the sliding portion surface, and to increase the holding force of the lubricant.
[0006]
The present invention has been made to solve such inconvenience, and an object of the present invention is to provide a linear motion device which is preferably used in a vacuum environment and has low dusting and excellent durability.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes an inner member having a raceway surface on an outer surface, and a raceway surface facing the raceway surface of the inner member on the inner surface, the inner member having a raceway surface. An outer member disposed on the outside, and a linear motion device including a plurality of rolling elements rotatably disposed between the two raceway surfaces,
Used under conditions where at least one of the load and the preload is applied, the raceway surface of the inner member, the raceway surface of the outer member and at least one of the rolling elements have a diamond-like carbon film. It is characterized by being provided.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the diamond-like carbon film has a surface roughness Ra of 0.2 μm or less due to a running-in phenomenon caused by a test run, or has a surface roughness of 2/20 of the surface roughness at the time of film formation. It is characterized by being set to 3 or less. As a result, the initial abrasion that occurs at the start of operation is eliminated, and dust is less likely to occur.
[0009]
The invention according to claim 3 is characterized in that, in

claim

1 or 2, a spacer made of resin is interposed between the rolling elements of the plurality of rolling elements. This eliminates friction between the rolling elements during operation, prevents the lubricant from being peeled off, and reduces the possibility of running out of lubrication.
As a resin material used for the spacer, polyether ether ketone (PEEK), ethylene tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polyimide (IP) and the like are preferable. It is more preferable that the strength is reinforced by adding ceramic fibers to PEEK, ETFE, and IP.
[0010]
The invention according to claim 4 is the method according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one of the raceway surface of the inner member, the raceway surface of the outer member, the rolling element, and the spacer is organic. It is characterized by performing dry precision cleaning after cleaning with a solvent. Thereby, the wettability of the lubricant is improved.
Examples of dry precision cleaning include ion bombardment with argon ions, atmospheric plasma cleaning, ozone cleaning, and ultraviolet cleaning. In these methods, a high energy enough to break molecular bonds is applied to the surface of a member to be cleaned, thereby oxidizing organic substances that cannot be completely removed by the organic solvent cleaning and changing the organic substances into volatile substances to efficiently remove the organic substances.
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the raceway surface of the inner member, the raceway surface of the outer member, the rolling element, the spacer, and the space between the two raceway surfaces. A lubricating film containing a fluoropolymer having a functional group and perfluoropolyether (PFPE) is provided on at least one of the circulating parts provided on the outer member so that the moving rolling element is circulated infinitely. It is characterized by having.
[0012]
Since the lubricating film contains the fluorinated polymer having a functional group and PFPE as described above, it has fluidity. Therefore, even when a relatively large load is applied to the outer member, as in the case of a conventional solid lubricant coating or the like, there is a low possibility that peeling or chipping occurs due to the load caused by rolling of the rolling element. The amount of dust generation is small, and it is suitable for use in an environment where dust generation is extremely unlikely, such as the amount of linear motion used in semiconductor manufacturing equipment, and has excellent durability.
[0013]
Note that examples of the linear motion device include a ball screw and a linear guide. In the case of a ball screw, the inner member indicates a screw shaft, and the outer member indicates a nut. In the case of a linear guide, the inner member indicates a guide rail, and the outer member indicates a slider.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall perspective view of a linear guide which is a first embodiment of a linear motion device according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the linear guide shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the surface roughness and the test run distance of the slider, and FIG.
[0015]
1 and 2, a linear guide according to a first embodiment of the present invention includes a guide rail (inner member) 1 extending in an axial direction and a relative movement on the guide rail 1 in an axial direction. And a slider (outer member) 2 that is straddled as possible.
Rolling member rolling grooves (track surfaces) 1a extending in the axial direction are formed on both side surfaces of the guide rail 1, and rolling member rolling surfaces opposed to the rolling member rolling grooves 1a are formed on both inner side surfaces of the slider 2, respectively. A moving groove (track surface) 2a is formed.
[0016]
A large number of balls 4 as rolling elements are rotatably loaded between the opposed rolling

element rolling grooves

1a and 2a, and the slider 2 moves the guide rail 1 through the rolling of the balls 4. The upper part can be relatively moved along the axial direction.
A rolling element passage 2b penetrating in the axial direction is formed in the slider 2, and a pair of end caps 3 as circulating components are fixed to both front and rear ends of the slider 2 via screws or the like. . By forming a rolling element circulating portion (not shown) which is curved in a semicircular arc and communicates between the two rolling

element rolling grooves

1a and 2a and the rolling element passage 2b in the end cap 3, the ball 4 is formed. It constitutes an infinite circulation orbit. Reference numeral 5 in FIG. 2 denotes a retainer that holds the upper row of balls 4.
[0017]
In the first embodiment, LS15AL manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd. is used as the linear guide having the above configuration, and SUS440C is used for the guide rail 1, the slider 2 and the ball 4, and the rolling element of the slider 2 is used. The rolling groove (track surface) 2a was subjected to a diamond-like carbon film forming process by the following method.
The film forming process was performed by an unbalanced magnetron sputtering device 504 (hereinafter, referred to as a UBMS device) manufactured by Kobe Steel Ltd. The slider 2 was installed in the UBMS apparatus, and the inside of the apparatus was evacuated with a turbo molecular pump, and the degree of vacuum was set to 2.0 × 10 ⁻⁵ Pa. The rolling groove 2a of the slider 2 was bombarded for 15 minutes by sputtering using argon plasma.
[0018]
Using chromium (Cr) and carbon (C) as targets, chromium was first sputtered into the rolling grooves 2a of the slider 2 to form a chromium layer. Next, the sputtering efficiency of carbon was gradually increased while the sputtering efficiency of chromium was gradually reduced. Further, the sputtering of chromium was terminated, and a film was formed until the film thickness of diamond-like carbon became 2.2 μm while maintaining the sputtering efficiency of carbon.
[0019]
Next, a linear guide was assembled by measuring the surface roughness Ra of the rolling groove 2a of the slider 2 during the formation of the diamond-like carbon film, a load of 100 N was applied in the radial direction, and the traveling distance was 5 km at a speed of 30 m / s. Trial run. After the test operation, the surface roughness Ra of the rolling groove 2a of the slider 2 was measured again.
FIG. 3 shows the surface roughness of the rolling groove 2a of the slider 2 after the linear guide whose surface roughness Ra was 0.35 μm at the time of film formation was run for a running distance of 5 km. It can be seen from the figure that a surface roughness Ra of the rolling groove 2a of the slider 2 of 0.2 μm or less can be obtained when the running distance of the test run is 1 km or more.
[0020]
Next, the guide rail 1, the slider 2, and the end cap 3 after the test operation are organically washed, and a new ball 4 not used for the test operation is used to obtain a fluoropolymer having a functional group and a perfluoropolyether ( A lubricating film containing PFPE) was provided on all of the guide rail 1, slider 2, end cap 3, and ball 4, and a dust generation test was performed after assembling the linear guide.
[0021]
In the dust generation test, a linear guide in which the surface roughness Ra of the rolling groove 2a of the slider 2 was controlled to 0.05 to 0.35 μm by trial operation was applied, a radial load of 170N was applied to the slider 2, and the speed was 30 m / s. It traveled 1000 km in an atmosphere of a degree of vacuum 2.0 × 10 ⁻⁵ Pa.
FIG. 4 shows the results of a durability life test while measuring the amount of particles generated when the surface roughness Ra of the rolling grooves 2a of the slider 2 after the test operation is 0.2 μm or less. The amount of dust generation was represented by a ratio when the surface roughness of the rolling groove 2a of the slider 2 after the test operation was Ra = 0.2 μm, assuming that it was 1. From the figure, it can be seen that when the surface roughness Ra exceeds 0.2 μm, the amount of dust generation increases.
[0022]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a plan view of a ball screw which is a second embodiment of the linear motion device according to the present invention, FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a spacer, and FIG. 7 shows endurance test results in Examples and Comparative Examples. FIG.
Referring to FIGS. 5 and 6, a ball screw according to the second embodiment of the present invention has a screw groove (track surface) 6a on the outer peripheral surface and a screw shaft (inner member) extending in the axial direction. 6, a nut (outer member) 7 having a thread groove (track surface) 7a corresponding to the thread groove 6a on the inner peripheral surface thereof is fitted, and the thread groove 7a of the nut 7 and the thread groove of the screw shaft 6 are fitted. 6a is opposed to each other and forms a spiral load track between them. A large number of balls 9 as rolling elements are rollably mounted on the load track, and a resin spacer 10 is interposed between all the balls 9 of the large number of balls 9.
[0023]
The rotation of the screw shaft 6 (or the nut 7) causes the nut 7 (or the screw shaft 6) to move in the axial direction through the rolling of the ball 9.
A substantially U-shaped circulating tube 8 as an example of a circulating component is attached to the outer peripheral surface of the nut 7, whereby the ball 9 revolving along the load trajectory between the two

screw grooves

6a, 7a is provided. The ball 9 is circulated indefinitely by being scooped up by the circulation tube 8 from the middle of the load track and returned to the original load track.
[0024]
Here, in the second embodiment, a ball screw having a shaft diameter of 15 mm and a lead of 10 mm manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd. is used as the ball screw having the above configuration, and SUS440C is used as a material for the screw shaft 6, the nut 7 and the ball 9. Along with the use, a diamond-like carbon film was formed on the screw groove 9a of the screw shaft 6 in the same manner as in the first embodiment.
[0025]
Next, assembling the ball screw by measuring the surface roughness Ra at the time of film formation of the thread groove 6a of the

screw shaft

6, and 1 × 10 ⁵ rotates commissioning at 1000min ^-1 over an axial load of 100N in the axial direction. After the test operation, when the surface roughness Ra of the screw groove 6a of the screw shaft 6 was measured again, the surface roughness Ra at the time of film formation was 0.3 μm, but after the test operation, the surface roughness Ra was 0.06 μm. there were.
[0026]
Next, after the test operation, the screw shaft 6, the nut 7, the new ball 9 and the circulation tube 7 not used in the test operation are washed with an organic solvent, and the fluoropolymer having a functional group and the perfluoropolyether (PFPE) are washed. Example 1 was a ball screw provided with a lubricating film containing.
Next, in the step after the organic solvent cleaning in Example 1, the screw shaft 6, the nut 7, the ball 9, and the circulation tube 7 are subjected to atmospheric plasma cleaning to perform a fluorine-containing polymer having a functional group and a perfluoropolyether (PFPE). Example 2) A ball screw provided with a lubricating film containing
[0027]
After the test operation, the screw shaft 6, the nut 7, the new ball 9 not used in the test operation, the circulation tube 7, and the PEEK spacer 10 reinforced with ceramic fibers are washed with an organic solvent. A lubricating film containing a fluoropolymer having a functional group and perfluoropolyether (PFPE) was provided on the ball 9, the circulation tube 7, and the spacer 10, and the spacer 10 was inserted between all the balls 9 to assemble. Example 3 was a ball screw.
[0028]
Further, the screw shaft 6, the nut 7, the new ball 9 not used in the test operation, the circulation tube 7, and the PEEK spacer 10 reinforced with ceramic fibers are washed with an organic solvent, and then subjected to atmospheric plasma cleaning. 6, a lubricating film containing a fluoropolymer having a functional group and a perfluoropolyether (PFPE) is provided on the nut 7, the ball 9, the circulation tube 7, and the spacer 10, and the spacer 10 is inserted between all the balls 9. The ball screw assembled as described above was used as Example 4. In addition, the ball screw which did not perform a trial run, did not perform atmospheric plasma cleaning, had a lubricating film, and did not provide a spacer was set as the comparative example 1.
[0029]
The durability life test was performed in an atmosphere of 2000 min ^-1 and a degree of vacuum of 2.0 × 10 ⁻⁵ Pa, and the temperature of the nut 7 was measured. Table 1 shows Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 in the second embodiment.
[0030]
[Table 1]

[0031]
FIG. 7 shows the results of the durability life test. From the figure, it can be seen that the control of the surface roughness Ra of the raceway surface due to the familiarity of the trial operation, the atmospheric plasma cleaning, and the insertion of the spacer made of resin between all the balls are effective in extending the life.
For this reason, a trial operation of a linear motion device such as a linear guide or a ball screw is performed, and the surface roughness Ra is set to 0.2 μm or less or 2/3 or less by a phenomenon in which the diamond-like carbon formed on the raceway surface is adapted. Applying dry precision cleaning such as atmospheric plasma to the raceway surface and inserting a spacer made of resin between all the rolling elements is suitable for suppressing dust generation and at the same time extending the life of the linear motion device. Is also effective.
[0032]
The above embodiments are merely examples of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. For example, the ball used for the test operation can be suitably applied to other steel balls or ceramic balls, and an appropriate mileage of the test operation depends on the material of the ball.
[0033]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a linear motion device that is preferably used in a vacuum environment and has low dust generation and excellent durability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall perspective view of a linear guide that is a first embodiment of a linear motion device according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the linear guide shown in FIG.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a surface roughness of a raceway surface of a rolling groove of a slider and a test operation distance.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the dust generation ratio and the surface roughness of the raceway surface of the slider.
FIG. 5 is a plan view of a ball screw which is a second embodiment of the linear motion device according to the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a spacer.
FIG. 7 is a graph showing durability test results in Examples and Comparative Examples.
[Explanation of symbols]
1. Guide rail (inner member)
1a: Rolling groove (track surface)
2 ... Slider (outer member)
2a: Rolling groove (track surface)
2b: Ball circulation hole 3: End cap (circulation part)
4: Ball (rolling element)
5 Cage 6 Screw shaft (inner member)
6a ... thread groove (track surface)
7 Nut (outer member)
7a ... thread groove (track surface)
8 ... Circulation tube (circulation parts)
9 Ball (rolling element)
10 ... spacer

Claims

An inner member having a raceway surface on an outer surface, an outer member having a raceway surface facing the raceway surface of the inner member on the inner surface, and disposed outside the inner member, and between the two raceways. In a linear motion device having a plurality of rolling elements arranged to be freely rotatable,
Used under conditions where at least one of the load and the preload is applied, the raceway surface of the inner member, the raceway surface of the outer member and at least one of the rolling elements have a diamond-like carbon film. A linear motion device, which is provided.

The diamond-like carbon film has a surface roughness Ra set to 0.2 μm or less or a 2/3 or less surface roughness at the time of film formation due to a running-in phenomenon caused by a test run. Item 6. The linear motion device according to Item 1.

The linear motion device according to claim 1, wherein a resin spacer is interposed between the rolling elements of the plurality of rolling elements.

4. A dry precision cleaning is performed on at least one of the raceway surface of the inner member, the raceway surface of the outer member, the rolling elements, and the spacers. 3. The linear motion device according to claim 1.

The raceway surface of the inner member, the raceway surface of the outer member, the rolling elements, the spacer, and a circulating component provided on the outer member to infinitely circulate the rolling elements rolling between the two raceway surfaces. A lubricating film containing a fluoropolymer having a functional group in at least one of the above and perfluoropolyether (PFPE) is provided. Motion device.