【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業機械等に使用される長寿命な転動装置（例えば直動案内装置，ボールねじ等）に係り、特に、クリーンルーム，半導体製造装置，液晶パネル製造装置，ハードディスク製造装置等のように清浄な環境が要求される用途に好適な転動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボールねじのような転動装置においては、特開平９−２７３５５２号公報や特開平８−１２８５１２号公報等に記載されているように、転動体が転動する内方部材及び外方部材の軌道面に、グリースや固体潤滑剤等の潤滑剤を供給することによって、耐久性（寿命）を向上させる方法が用いられている。
【０００３】
また、ボールねじのような転動装置においては、特開平１１−３１５８３５号公報や特開２００２−２０６６１７号公報等に記載されているように、低騒音化や長寿命化を実現させるために、隣接するボール間にセパレータ（保持ピース）を介装し、このセパレータをボールの転動に伴って移動させることによって、隣接するボール同士の競り合いを回避する方法も提案されている。このセパレータは、例えば略円柱形状を有し、その円柱の両底面にボールを保持する凹面が形成されている。また、セパレータは、非強化又は適当な補強材を含有する樹脂組成物の成形体で構成されており、この樹脂組成物の原料である樹脂としては例えば６６ナイロン等のポリアミド樹脂がよく採用されている。
【０００４】
一方、半導体素子をはじめとする各種デバイスにおいては、近年、高集積化，微細化等が進んでいる。これに伴い、製造過程中に半導体素子等の表面に付着する微細な粒子やガスが及ぼす製品の性能，信頼性，歩留まり等への悪影響が増大している。このため、半導体製造装置や液晶パネル製造装置等においては、使用される転動装置が長寿命であることに加えて、転動装置から外部に飛散する粒子やアウトガス等が少ないことが要求される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２７３５５２号公報
【特許文献２】
特開平８−１２８５１２号公報
【特許文献３】
特開平１１−３１５８３５号公報
【特許文献４】
特開２００２−２０６６１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、グリース等を用いた転動装置を、例えば半導体製造装置や液晶パネル製造装置等において真空下で使用すると、グリースの基油の蒸発やグリースの飛散によって周辺環境を汚染するおそれがあるという問題点があった。また、二硫化モリブデンや軟質金属の薄膜等からなる固体潤滑剤を用いた転動装置では、摩耗粉が生じやすいので、多量のパーティクルが発生して半導体素子のパターン上に付着し、回路を短絡させるという不具合が生じる場合があった。
【０００７】
さらに、セパレータを構成する樹脂組成物の原料であるポリアミド樹脂は、吸水性が高いためガスを放出するおそれがあった。また、使用される潤滑剤が微量である場合や無潤滑下では、ポリアミド樹脂は著しい摩耗を生じやすいので、転動装置が短期間で寿命に至ったり、転動装置の外部環境が摩耗粉により汚染される場合があった。
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、外部環境を汚染しにくく長寿命な転動装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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の転動装置は、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有し前記内方部材の外方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、前記各転動体の間に介装されたセパレータと、を備える転動装置において、前記セパレータを炭素系多孔質材料で構成したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る請求項２の転動装置は、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有し前記内方部材の外方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、前記各転動体の間に介装されたセパレータと、を備える転動装置において、前記セパレータを、粉末状の炭素系多孔質材料を含有する熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物で構成したことを特徴とする。
【００１０】
このような構成の転動装置は、セパレータが軽量であり（見かけ密度が小さいため）、耐摩耗性に優れ、温度変化による影響を受けにくく、且つセパレータとして十分な強度を有するため、長期間にわたって安定して作動する。
さらに、本発明に係る請求項３の転動装置は、請求項１又は請求項２に記載の転動装置において、前記炭素系多孔質材料に潤滑剤が含浸されていることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明に係る請求項４の転動装置は、請求項３に記載の転動装置において、前記潤滑剤は、アルキル化シクロペンタンを主成分とする潤滑油又は液体状フッ素化ポリマー油であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項５の転動装置は、請求項３に記載の転動装置において、前記潤滑剤はフッ素系グリースであることを特徴とする。
【００１２】
このような構成の転動装置は、炭素系多孔質材料の表面及び内部に存在する気孔に潤滑剤（潤滑油やグリース）が保持されているため、その潤滑剤がセパレータから軌道面や転動体に徐々に供給されることとなる。そのため、本発明の転動装置は、転動体とセパレータとの接触面に潤滑剤が供給されにくい場合や、潤滑剤の供給が一時的に遮断された場合でも、摩耗や焼付きが生じにくく、安定した作動性を有している。また、潤滑剤の供給が不要で、メンテナンスフリーとすることができる。さらに、前記気孔に潤滑剤が保持されているため、転動装置の作動時に潤滑剤が飛散しにくく、外部環境を汚染しにくい。
【００１３】
特に、アルキル化シクロペンタンを主成分とする潤滑油又は液体状フッ素化ポリマー油を潤滑剤として使用した場合には、これらの油は単分子膜程度の油膜厚さでも潤滑効果を有するとともに低蒸気圧であるので、真空下でも短期間で揮発することがなく、アウトガスも発生しにくい。さらに、前記油は耐熱性も優れているため、転がり軸受と比較して摩擦熱が大きい傾向を有するボールねじや直動案内装置等の転動装置においても問題なく適用することができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る請求項６の転動装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の転動装置において、前記内方部材，前記外方部材，及び前記転動体のうち少なくとも一つを、セラミックス，超硬合金，サーメット，及びステンレス鋼から選択されるいずれかの素材で構成したことを特徴とする。
このような構成の転動装置は、内方部材，外方部材，又は転動体とセパレータとが衝突した際のセパレータへの負荷が低く、且つ、凝着しにくいので、より長期間にわたって安定した作動性を保持できる。
【００１５】
なお、本発明は種々の転動装置に適用することができる。例えば、転がり軸受，ボールねじ，直動案内装置，直動ベアリング等である。
また、本発明における前記内方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には内輪、同じくボールねじの場合にはねじ軸、同じく直動案内装置の場合には案内レール、同じく直動ベアリングの場合には軸をそれぞれ意味する。また、前記外方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には外輪、同じくボールねじの場合にはナット、同じく直動案内装置の場合にはスライダ、同じく直動ベアリングの場合には外筒をそれぞれ意味する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る転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。まず、セパレータが炭素系多孔質材料で構成された転動装置の例を、第一及び第二実施形態に説明する。
〔第一実施形態〕
図１は、本発明に係る転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。ただし、該斜視図においては、要部を破断して示してある。また、図２は、図１のセパレータ及びボールの拡大断面図である。
【００１７】
図１の直動案内装置１００は、軸方向に延びる断面略角形の案内レール（内方部材）１と、この案内レール１に組み付けられた断面略コ字状のスライダ（外方部材）２と、案内レール１の両側面に備えられた合計４列の第一ボール軌道溝（軌道面）１ａ，１ａ，…とスライダ２の両袖部内側に備えられた合計４列の第二ボール軌道溝（軌道面）２ａ，２ａ，…とで形成されたボール転動路内に転動自在に配設された複数のボール（転動体）３と、で構成されている。
【００１８】
また、スライダ２には、その軸方向の両端部にエンドキャップ４，４がエンドキャップ固定ボルト４ａによって着脱自在に取り付けられている。このエンドキャップ４内には、前記ボール転動路の一端から転動してくるボール３を他端に戻すボール循環路と該ボール転動路とを連結させる略Ｕ字状のボール戻し通路が備えられており、ボール３がボール循環路を経てボール転動路を繰返し転動できるようになっている。そして、ボール３がボール転動路に沿って転がり運動をすることにより、スライダ２が案内レール１の長手方向（図１におけるＸ方向）に直線運動を行うようになっている。
【００１９】
この直動案内装置１００においては、隣接する各ボール３の間にセパレータ８が介装されており、各ボール３の間の競り合いが抑制されるようになっている。このセパレータ８は、その表面及び内部に多数の気孔を有する炭素系多孔質材料で構成されており、さらに潤滑剤が含浸されている。また、セパレータ８は図２に示すように略円柱形状を有し、その円柱の両底面には、ボール３を保持するための凹面８ａが形成されている。そして、この凹面８ａは、その断面がゴシックアーチ形状（中心の異なる２つの同一円弧を組合せた略Ｖ字状）をなしている。なお、図２においては、符号Ｏが前記同一円弧の中心を示しており、符号Ｏ’がボール３の中心を示している。
【００２０】
このような構成の直動案内装置１００は、セパレータ８が軽量であり（見かけ密度が小さいため）、耐摩耗性に優れ、温度変化による影響を受けにくく、且つセパレータとして十分な強度を有するため、長期間にわたって安定して作動する。また、セパレータ８に潤滑剤（潤滑油やグリース）が保持されているため、その潤滑剤がセパレータ８からボール転動路やボール３に徐々に供給されることとなる。
【００２１】
そのため、ボール３とセパレータ８との接触面に外部からの潤滑剤が供給されにくい場合や、外部からの潤滑剤の供給が一時的に遮断された場合でも、摩耗や焼付きが生じにくく、安定して作動する。また、外部からの潤滑剤の供給が不要で、メンテナンスフリーとすることができる。さらに、炭素系多孔質材料の気孔に潤滑剤が保持されているため、直動案内装置１００を常圧下又は真空下において作動させても、潤滑剤が飛散しにくく外部環境を汚染しにくい。
【００２２】
〔第二実施形態〕
図３は、本発明に係る転動装置の別の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３のボールねじ２００は、外周面に螺旋状の第一ねじ溝（軌道面）１１ａを有するねじ軸（内方部材）１１と、この第一ねじ軸１１ａと対向する第二ねじ溝（軌道面）１２ａを内周面に有するナット（外方部材）１２と、第一ねじ軸１１ａと第二ねじ溝１２ａとの間に形成されたボール転動路に転動自在に配設された複数のボール（転動体）１３と、で構成されている。
【００２３】
また、このボール転動路の一端には、転動してくるボール１３をすくい上げて他端に送るリターンチューブ（ボール循環路）１４が、チューブ押さえ１４ａによって固定されている。さらに、ナット１２の軸方向一端には、ナット１２をテーブル等に固定するためのフランジ１５が形成されており、このフランジ１５とねじ軸１１との間、及び、ナット１２の軸方向他端とねじ軸１１との間は、防塵用シール１６で閉塞されている。
【００２４】
そして、このボールねじ２００は、複数のボール１３の転動を介して、ねじ軸１１とナット１２とを相対回転させることによって、ねじ軸１１とナット１２とが軸方向に相対移動するようになっている。
このボールねじ２００においては、隣接する各ボール１３の間に第一実施形態と同様のセパレータ１８が介装されており、各ボール１３の間の競り合いが抑制されるようになっている。したがって、ボールねじ２００においては、前述の第一実施形態の直動案内装置１００と同様の効果が奏される。
【００２５】
次に、粉末状の炭素系多孔質材料を含有する熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物でセパレータが構成された転動装置の例を、第三及び第四実施形態に説明する。
〔第三実施形態〕
第三実施形態の直動案内装置は、粉末状の炭素系多孔質材料を含有する熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物でセパレータが構成されていることを除いては、第一実施形態の直動案内装置１００と全く同様の構成を有しており、全く同様の効果を奏する。よって、その詳細な説明は省略する。
【００２６】
〔第四実施形態〕
第四実施形態のボールねじは、粉末状の炭素系多孔質材料を含有する熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物でセパレータが構成されていることを除いては、第二実施形態のボールねじ２００と全く同様の構成を有しており、全く同様の効果を奏する。よって、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
なお、これらの実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態においては転動装置として直動案内装置やボールねじを例示して説明したが、本発明の転動装置は、他の様々な種類の転動装置に対して適用することができる。例えば、転がり軸受，直動ベアリング等の他の転動装置にも好適に適用可能である。
【００２８】
また前述のセパレータの凹面の断面形状はゴシックアーチ形状に限定されるものではなく、ボールの半径に近似する曲率半径を有するＲ形状や円錐状等としてもよい。さらに、セパレータは、ボールと対向する面の緑部に面取りが施されているものであっても差し支えない。
さらに、本発明において使用可能な炭素系多孔質材料の種類は、特に限定されるものではない。例えば、米ぬかから得られる脱脂ぬかを主原料とし、これと熱硬化性樹脂とを混練して加圧成形した成形体を乾燥した後、不活性ガス雰囲気中で焼成したものが使用可能である。あるいは、米ぬかから得られる脱脂ぬかと熱硬化性樹脂とを混練し、不活性ガス雰囲気中７００〜１０００℃で一次焼成した後に１００メッシュ以下に粉砕し、得られた炭化粉末と熱硬化性樹脂とをさらに混練し、２０〜３０ＭＰａの圧力で加圧成形した後、得られた成形体を不活性ガス雰囲気中１００〜１１００℃で熱処理したものも使用可能である。
【００２９】
脱脂ぬかの原料となる米ぬかを得る米の種類は、特に限定されるものではなく、日本産でも外国産でもよい。また、熱硬化性樹脂の種類も、熱により硬化するものであれば特に限定されるものではない。代表例としては、フェノール樹脂，ジアリールフタレート樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂，トリアジン樹脂等があげられ、特にフェノール樹脂が好適である。
【００３０】
さらに、前述の一次焼成及び熱処理において使用される不活性ガスの種類は特に限定されるものではない。例としては、ヘリウム，アルゴン，ネオン，窒素等があげられ、特に、窒素が好適である。
なお、本発明においては、炭素系多孔質材料は、成形後に１００℃以上の温度で脱水して使用することが望ましい。
【００３１】
一方、粉末状の炭素系多孔質材料を含有する熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物でセパレータを構成する場合には、粉末状の炭素系多孔質材料として、前述の炭素系多孔質材料を粉末状としたものを問題なく使用することができる。
また、熱可塑性樹脂の種類は特に限定されるものではないが、ポリエチレン樹脂（ＰＥ），ポリプロピレン樹脂（ＰＰ），ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ），ポリフェリレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）に代表されるポリアリーレンスルフィド樹脂，ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ），ＰＥＥＫとポリベンゾイミダゾールとのブレンド物（ＰＥＥＫ−ＰＢＩ），ポリエーテルニトリル樹脂（ＰＥＮ），芳香族ポリイミド樹脂（ＰＩ），熱可塑性ポリイミド樹脂（ＴＰＩ），ポリアミドイミド樹脂（ＰＡｌ），芳香族ポリエステル樹脂，及び各種含フッ素樹脂が好ましい。
【００３２】
この含フッ素樹脂の種類は特に限定されるものではなく、例えば、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ），テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ），ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ），テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ），ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ），クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等があげられる。
【００３３】
本発明における樹脂組成物には、潤滑特性を向上させるために固体潤滑剤を添加してもよい。そうすれば、内方部材，外方部材と転動体との接触点に発生する摩擦力が低減されるため、摩擦による発熱をより抑制することができ、その結果、より高速回転で作動させることができる。固体潤滑剤としては、四フッ化エチレン樹脂粉末（ＰＴＦＥ），黒鉛，六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ），フッ素雲母，メラミンシアヌレート（ＭＣＡ），層状の結晶構造を有するアミノ酸化合物（例えばＮ−ラウロ・Ｌ−リジン），フッ化黒鉛，フッ化ピッチ，二硫化モリブデン（ＭｏＳ２ ）等があげられ、その平均粒径は０．１〜６０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００３４】
平均粒径が０．１μｍ未満の粒径の小さい粒子では、母材である溶融成形可能な含フッ素樹脂と混合した際に凝集が起こり、粒子の分散が不均一になる場合がある。一方、６０μｍを超える粒径の大きい粒子では、成形体である樹脂組成物の表面の平滑性が低下するとともに、強度が低下するために、転動装置の寿命が短くなってしまう場合がある。
【００３５】
さらに、本発明における樹脂組成物には、機械的強度，耐熱性，寸法安定性などを向上させるために、繊維状充填材を配合してもよい。繊維状充填材の種類は特に限定されるものではないが、ホウ酸アルミニウムウィスカー，チタン酸カリウムウィスカー，カーボンウィスカー，アラミド繊維，芳香族ポリイミド繊維，液晶ポリエステル繊維，グラファイトウィスカー，ガラス繊維，炭素繊維，ボロン繊維，炭化ケイ素ウィスカー，窒化ケイ素ウィスカー，アルミナウィスカー，窒化アルミニウムウィスカー，ウォラストナイト等を例示できる。
【００３６】
ただし、繊維状充填材のアスペクト比は、３以上２００以下であることが好ましい。アスペクト比が３未満の繊維状充填材では、樹脂組成物の補強効果が十分に発揮されず、アスペクト比が２００を超えると混合時の均一分散が極めて困難となる。また、この繊維状充境材の繊維径は特に限定されるものではないが、平均繊維径が０．２μｍ以上３０μｍ以下であるものが好ましく、０．３μｍ以上５μｍ以下であるものがより好ましい。
【００３７】
この繊維状充填材には、母材である溶融成形可能な含フッ素樹脂との密着性を向上させたり、母材中に均一に分散させたりする目的で、シラン系，チタネート系のカップリング剤により表面処理を施してもよい。また、その他の目的に応じた表面処理を施してもよい。
これら粉末状の炭素系多孔質材料，熱可塑性樹脂，固体潤滑剤，繊維状充填材等の各種添加材を混合して樹脂組成物とする方法は特に限定されるものではなく、慣用の混合方法を問題なく採用することができる。例えば、各々の材料を別々に溶融混練することも可能であるし、また、予めこれらの材料をヘンシェルミキサー，タンブラー，リボンミキサー，ボールミル等の混合機で予備混合した後に、溶融混合機へ供給して混合することもできる。
【００３８】
溶融混合機としては、単軸又は２軸押出機，混練ロール，加圧ニーダ，バンバリーミキサー，ブラベンダープラストグラフ等の公知の溶融混練装置が使用できる。溶融混練する際の温度は特に限定されるものではないが、熱可塑性樹脂の溶融が十分進行し、且つ熱分解しない程度の温度範囲内で適宜選択する。
さらに、本発明においては、粉末状の炭素系多孔質材料を含有する熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物で構成されたセパレータの製造方法は特に限定されるものではないが、例えば、射出成形，圧縮成形，トランスファー成形等の通常の方法で成形することができる。
【００３９】
さらに、本発明の転動装置においては、セパレータ以外の部材（内方部材，外方部材，及び転動体）の材質は特に限定されるものではないが、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ等），チタン合金，窒化ケイ素等のセラミックス，超硬合金，及びサーメットが使用可能である。なお、これらの材質は、単独又は２種以上を適宜組み合わせて使用することができる。
【００４０】
セラミックスとしては、窒化ケイ素（Ｓｉ３ Ｎ４ ）系， ジルコニア（ＺｒＯ２ ）系， アルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）系， 炭化ケイ素（ＳｉＣ）系，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系，炭化ホウ素（Ｂ４ Ｃ）系， ホウ化チタン（ＴｉＢ２ ）系，窒化ホウ素（ＢＮ）系， 炭化チタン（ＴｉＣ）系， 窒化チタン（ＴｉＮ）系、又はこれらのうち２種以上を複合させたセラミック系複合材料などを例示できる。これらの中でも窒化ケイ素は、軽量で且つ高い破壊靱性値を有するので特に好ましい。このようなセラミックスには、比強度や破壊靱性などを向上させるために、繊維状充填材を配合することができる。繊維状充填材の種類は特に限定されるものではないが、炭化ケイ素ウィスカー，窒化ケイ素ウィスカー， アルミナウィスカー，窒化アルミニウムウィスカー等を例示できる。
【００４１】
また、超硬合金及びサーメットとは、周期律表のＩＶｂ族，Ｖｂ族，ＶＩｂ族に属する９種類の金属（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）の炭化物粉末と鉄，コバルト，ニッケル等の鉄族金属とを混合して焼結した合金である。
超硬合金としては、例えば、ＷＣ−Ｃｏ系，ＷＣ−Ｃｒ３ Ｃ２ −Ｃｏ系，ＷＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系，ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系，ＷＣ−ＮｂＣ−Ｃｏ系，ＷＣ−ＴａＣ−ＮｂＣ−Ｃｏ系，ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−ＮｂＣ−Ｃｏ系，ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系，ＷＣ−ＺｒＣ−Ｃｏ系，ＷＣ−ＴｉＣ−ＺｒＣ−Ｃｏ系，ＷＣ−ＴａＣ−ＶＣ−Ｃｏ系，ＷＣ−Ｃｒ３ Ｃ２ −Ｃｏ系，ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｒ３ Ｃ２ −Ｃｏ系，ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ系等があげられる。また、非磁性であり耐食性が優れているものとしては、例えば、ＷＣ−Ｎｉ系，ＷＣ−Ｃｒ３ Ｃ２ −Ｍｏ２ Ｃ−Ｎｉ系，ＷＣ−Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）−ＴａＣ系，ＷＣ−Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）系，Ｃｒ３ Ｃ２ −Ｎｉ系等があげられる。
【００４２】
サーメットとしては、例えば、ＴｉＣ−Ｎｉ系，ＴｉＣ−Ｍｏ−Ｎｉ系，ＴｉＣ−Ｃｏ系，ＴｉＣ−Ｍｏ２ Ｃ−Ｎｉ系，ＴｉＣ−Ｍｏ２ Ｃ−ＺｒＣ−Ｎｉ系，ＴｉＣ−Ｍｏ２ Ｃ−Ｃｏ系，Ｍｏ２ Ｃ−Ｎｉ系，Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）−Ｍｏ２ Ｃ−Ｎｉ系，ＴｉＣ−ＴｉＮ−Ｍｏ２ Ｃ−Ｎｉ系，ＴｉＣ−ＴｉＮ−Ｍｏ２ Ｃ−Ｃｏ系，ＴｉＣ−ＴｉＮ−Ｍｏ２ Ｃ−ＴａＣ−Ｎｉ系，ＴｉＣ−ＴｉＮ−Ｍｏ２ Ｃ−ＷＣ−ＴａＣ−Ｎｉ系，ＴｉＣ−ＷＣ−Ｎｉ系，Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）−ＷＣ−Ｎｉ系，ＴｉＣ−Ｍｏ系，Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）−Ｍｏ系，ホウ化物系（ＭｏＢ−Ｎｉ系，Ｂ４ Ｃ／（Ｗ，Ｍｏ）Ｂ２ 系等）等があげられる。
【００４３】
なお、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）−Ｍｏ２ Ｃ−Ｎｉ系，Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）−ＷＣ−Ｎｉ系，及びＴｉ（Ｃ，Ｎ）−Ｍｏ系はそれぞれ、ＴｉＣ−Ｍｏ２ Ｃ−Ｎｉ系，ＴｉＣ−ＷＣ−Ｎｉ系，及びＴｉＣ−Ｍｏ系を窒素ガス中で焼結したものである。
さらに、本発明において使用可能な潤滑剤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を主成分とする潤滑油，液体状フッ素化ポリマー油，又はフッ素系グリースが好適である。
【００４４】
アルキル化シクロペンタンを主成分とした潤滑油としては、例えば、トリ（２−オクチルドデシル）シクロペンタン，トリ−ｎ−オクチルシクロペンタン，テトラ−ｎ−オクチルシクロペンタン，ペンタ−ｎ−オクチルシクロペンタン，トリ−ｎ−ノニルシクロペンタン，ペンタ−ｎ−デシルシクロペンタン，ペンタ−ｎ−ドデシルシクロペンタン，テトラ−２−エチルヘキシルシクロペンタン等があげられる。
【００４５】
また、液体状フッ素化ポリマー油としては、例えば、パーフルオロポリエーテル（以下、ＰＦＰＥ油と記す），トリフルオロエチレンのテロマー，及びフルオロシリコーンポリマー等をあげることができる。
さらに、フッ素系グリースとしては、例えば、液体状フッ素化ポリマー油からなる基油と、固体状フッ素化ポリマーからなる増ちょう剤との混合物であるグリースが好適である。固体状フッ素化ポリマーの種類は特に限定されるものではないが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ），テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロペンとのコポリマー，テトラフルオロエチレンとパーフルオロプロピルビニルエーテルとのコポリマー，及びこれらポリマーの混合物等をあげることができる。
【００４６】
ここで、炭素系多孔質材料で構成されるセパレータ、及び、粉末状の炭素系多孔質材料を含有する熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物で構成されるセパレータに、潤滑剤を含浸させる方法は、特に限定されるものではない。ただし、炭素系多孔質材料の気孔内の空気や水分が容易に排除されるように、減圧雰囲気下で行うことが好ましい。また、含浸を効率よく行うために、加熱しながら行ってもよい。
【００４７】
以下に、炭素系多孔質材料でセパレータが構成された転動装置と、粉末状の炭素系多孔質材料を含有する熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物でセパレータが構成された転動装置とについて、さらに具体的な実施例を示す。
〔実施例〕
まず、炭素系多孔質材料でセパレータが構成された転動装置の実施例について説明する。
ねじ軸，ナット，転動体，及びセパレータが表１に示す材質で構成されたボールねじ（ねじ軸の直径：１５ｍｍ，リード：１０ｍｍ）を作製した。
【００４８】
【表１】
【００４９】
炭素系多孔質材料からなるセパレータは、以下のような方法で製作した。米ぬかから得られる脱脂ぬか９０ｇと液体状のフェノール樹脂（レゾール型）３０ｇとを、５０〜６０℃に加熱しながら混錬し、可塑性を有する均質な混合物を得た。この混合物を、ロータリーキルンを使って窒素雰囲気中９００℃で７０分間焼き上げた。得られた炭化焼成物を粉砕機で粉砕し、６０メッシュのふるいにかけて、粒径５０〜２００μｍの炭化粉末を得た。得られた炭化粉末９０ｇと固体状のフェノール樹脂（レゾール型）３０ｇとを１００〜１５０℃に加熱しながら混練し、可塑性を有する均質な混合物を得た。
【００５０】
次いで、この混合物をセパレータの金型（金型温度は１５５℃）に充填し、圧力２５ＭＰａで加圧成形した。金型から成形体を取り出し、窒素雰囲気中で昇温し、途中４９０℃で６０分間保持した後、９１０℃まで昇温して１１０分間焼結した。そして、４９０℃までは２〜３℃／分の冷却速度で温度を下げ、４９０℃以下では自然放冷した。このようにして製造した炭素系多孔質材料を用いて、図２に示すような断面ゴシックアーチ形状の凹面を有するセパレータを、機械加工により作製した。
【００５１】
また、炭素系多孔質材料に潤滑剤を含浸する場合には、ＰＦＰＥ油としてはＮＯＫクリューバー株式会社製バリエルタオイルＩＳ／Ｖを、フッ素系グリースとしてはダイキン工業株式会社製Ｌ２００を、潤滑剤としてそれぞれ用いた。なお、比較例１〜３に用いたポリアミド樹脂（ＰＡ６６）は、ＢＡＳＦジャパン株式会社製ウルトラミッドＡである。
【００５２】
このようにして製造したボールねじの耐久性及び発塵量を、図４に示す真空ボールねじ試験装置３００を用いて評価した。すなわち、真空槽２２の中に取り付けたボールねじ３０をＡＣサーボモータ２１により回転させて、ボールねじ３０がロックして作動不能となるまでの時間（寿命）を測定して、この寿命により耐久性を評価した。さらに、ボールねじ３０の下方に設置したレーザ光散乱型パーティクルカウンタ２７を用いて、回転時に発生した直径０．２１μｍ以上の発塵粒子の個数を測定した。発塵量の測定は、回転試験開始３０分後から３０分間隔で５回行い（１回のサンプリング時間は３分間）、５回の測定値の平均値を発塵量とした。
【００５３】
なお、図４中の符号２６はボールねじ３０のねじ軸、２５はボールねじ３０のナット、２３はアキシャル荷重を負荷する重り、２４はナット２５の回転止め、３０は磁性流体シールユニット、２９は真空槽２２の内部の観察用窓、２８は集塵ロートである。
回転試験条件を以下に示し、試験結果を表１に示す。なお、表１における耐久性及び発塵量の数値は、比較例１のボールねじの寿命及び発塵量を１とした場合の相対値で示してある。
【００５４】
回転速度 ：５５０ｍｉｎ−１
負荷荷重 ：４０Ｎ
ストローク：２００ｍｍ
雰囲気圧力：真空（１×１０−４Ｐａ以下）
雰囲気温度：常温
表１から分かるように、実施例１〜４のボールねじは、セパレータが炭素系多孔質材料で構成されているので、セパレータがポリアミド樹脂で構成された比較例１〜３のボールねじと比較して耐久性が優れており、しかも発塵量が少なかった。特に、実施例３のボールねじは、転動体がセラミックスで構成されているので、耐久性が非常に優れていた。
【００５５】
次に、粉末状の炭素系多孔質材料を含有する熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物でセパレータが構成された転動装置の実施例について説明する。
ねじ軸，ナット，転動体，及びセパレータが表２に示す材質で構成されたボールねじ（ねじ軸の直径：１５ｍｍ，リード：１０ｍｍ）を作製した。
【００５６】
【表２】
【００５７】
前記樹脂組成物からなるセパレータは、以下のような方法で製作した。米ぬかから得られる脱脂ぬか９０ｇと液体状のフェノール樹脂（レゾール型）３０ｇとを、５０〜６０℃に加熱しながら混錬し、可塑性を有する均質な混合物を得た。この混合物を、ロータリーキルンを使って窒素雰囲気中９００℃で７０分間焼き上げた。得られた炭化焼成物を粉砕機で粉砕し、６０メッシュのふるいにかけて、粒径５０〜２００μｍの炭化粉末（すなわち粉末状の炭素系多孔質材料）を得た。
【００５８】
この粉末状の炭素系多孔質材料と熱可塑性樹脂とを、ヘンシェルミキサーを用いて乾式混合した後、２軸押出機を用いて押し出して造粒した。なお、粉末状の炭素系多孔質材料と熱可塑性樹脂との混合比は、質量比で１：１である。このようにして得られたペレットを射出成形機に供給してリングを成形した後、図２に示すような断面ゴシックアーチ形状の凹面を有するセパレータを、機械加工により作製した。
【００５９】
また、炭素系多孔質材料に潤滑剤を含浸する場合には、ＰＦＰＥ油としてはＮＯＫクリューバー株式会社製バリエルタオイルＩＳ／Ｖを、フッ素系グリースとしてはダイキン工業株式会社製Ｌ２００を、潤滑剤としてそれぞれ用いた。
ここで、実施例１１〜１７及び比較例１〜３において使用した熱可塑性樹脂を、以下にまとめて示す。
【００６０】
・ＰＥ ：旭化成株式会社製サンテック−ＨＤＪ３１０
・ＰＯＭ ：ポリプラスチックス株式会社製ジュラコンＭ１４０
・ＰＶＤＦ：呉羽化学工業株式会社製クレハＫＦポリマーＴ−＃８５０
・ＰＰＳ ：フィリップスペトローリアム社製ポリフェニレンサルファイド樹脂ライトンＲ−６
・ＰＥＥＫ：ビクトレックス社製ポリエーテルエーテルケトン樹脂ビクトレックスＰＥＥＫ１５０Ｇ
・ＰＡ６６：ＢＡＳＦジャパン株式会社製ポリアミド樹脂ウルトラミッドＡ
このようにして製造したボールねじの耐久性及び発塵量を、図４に示す真空ボールねじ試験装置３００を用いた前述と同様の方法，条件により評価した。試験結果を表２に示す。なお、表２における耐久性及び発塵量の数値は、比較例１のボールねじの寿命及び発塵量を１とした場合の相対値で示してある。
【００６１】
表２から分かるように、実施例１１〜１７のボールねじは、粉末状の炭素系多孔質材料を含有する熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物でセパレータが構成されているので、セパレータがポリアミド樹脂で構成された比較例１〜３のボールねじと比較して耐久性が優れており、しかも発塵量が少なかった。特に、実施例３のボールねじは、転動体がセラミックスで構成されているので、耐久性が非常に優れていた。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の転動装置は、各転動体の間に介装されたセパレータを、炭素系多孔質材料、又は、粉末状の炭素系多孔質材料を含有する熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物で構成したので、外部環境を汚染しにくく長寿命である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る転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のセパレータ及びボールの拡大断面図である。
【図３】本発明に係る転動装置の別の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】真空ボールねじ試験装置の構造を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 案内レール
１ａ 第一ボール軌道溝
２ スライダ
２ａ 第二ボール軌道溝
３ ボール
８ セパレータ
１１ ねじ軸
１１ａ 第一ねじ溝
１２ ナット
１２ａ 第二ねじ溝
１３ ボール
１８ セパレータ
１００ 直動案内装置
２００ ボールねじ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a long-life rolling device (for example, a linear motion guide device, a ball screw, or the like) used for an industrial machine or the like, and particularly to a clean room, a semiconductor manufacturing device, a liquid crystal panel manufacturing device, a hard disk manufacturing device or the like. The present invention relates to a rolling device suitable for applications requiring a clean environment.
[0002]
[Prior art]
In a rolling device such as a ball screw, as described in JP-A-9-273552 and JP-A-8-128512, the trajectories of an inner member and an outer member on which rolling elements roll are described. A method of improving durability (life) by supplying a lubricant such as grease or a solid lubricant to the surface has been used.
[0003]
Further, in a rolling device such as a ball screw, as described in JP-A-11-315835 and JP-A-2002-206617, in order to realize low noise and long life, A method of avoiding a competition between adjacent balls by interposing a separator (holding piece) between adjacent balls and moving the separator as the balls roll is also proposed. This separator has, for example, a substantially columnar shape, and has concave surfaces for holding balls on both bottom surfaces of the column. Further, the separator is formed of a molded product of a resin composition containing a non-reinforced or appropriate reinforcing material, and as a resin as a raw material of the resin composition, for example, polyamide resin such as 66 nylon is often used. I have.
[0004]
On the other hand, in various devices such as semiconductor elements, in recent years, high integration, miniaturization, and the like have been advanced. Along with this, adverse effects on the performance, reliability, yield, and the like of products caused by fine particles and gas adhering to the surface of a semiconductor element or the like during a manufacturing process are increasing. For this reason, in a semiconductor manufacturing device, a liquid crystal panel manufacturing device, and the like, in addition to the long life of the rolling device used, it is required that the amount of particles or outgas scattered outside from the rolling device be small. .
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-9-273552
[Patent Document 2]
JP-A-8-128512
[Patent Document 3]
JP-A-11-315835
[Patent Document 4]
JP-A-2002-206617
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a rolling device using grease or the like is used under vacuum in, for example, a semiconductor manufacturing device or a liquid crystal panel manufacturing device, there is a problem that the surrounding environment may be polluted due to evaporation of grease base oil and scattering of grease. There was a point. In addition, in a rolling device using a solid lubricant composed of a thin film of molybdenum disulfide, a soft metal, or the like, since abrasion powder is easily generated, a large amount of particles are generated and adhere to a pattern of a semiconductor element, and a circuit is short-circuited. In some cases, there was a problem in that the
[0007]
Furthermore, the polyamide resin, which is a raw material of the resin composition constituting the separator, has a high water absorption, and may release gas. In addition, when a small amount of lubricant is used or when no lubricant is used, the polyamide resin is liable to wear significantly, so the rolling device will reach a short life and the external environment of the rolling device will be affected by abrasion powder. May be contaminated.
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a long-life rolling device that does not easily pollute the external environment.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the present invention has the following configuration. That is, the rolling device according to claim 1 of the present invention has an inner member having a raceway surface on an outer surface, and a raceway surface facing the raceway surface of the inner member, and is disposed outside the inner member. A rolling member comprising: a rolled outer member, a plurality of rolling elements arranged to be able to roll between the two raceway surfaces, and a separator interposed between the rolling elements. It is characterized by comprising a carbon-based porous material.
[0009]
The rolling device according to claim 2 of the present invention has an inner member having a raceway surface on an outer surface, and a raceway surface facing the raceway surface of the inner member, and is disposed outside the inner member. A rolling member comprising: a rolled outer member, a plurality of rolling elements arranged to be able to roll between the two raceway surfaces, and a separator interposed between the rolling elements. And a resin composition containing a thermoplastic resin containing a powdery carbon-based porous material as a main component.
[0010]
The rolling device having such a configuration has a lightweight separator (because of a small apparent density), excellent abrasion resistance, is less susceptible to temperature changes, and has sufficient strength as a separator for a long period of time. It works stably.
Further, a rolling device according to claim 3 of the present invention is the rolling device according to claim 1 or 2, wherein the carbon-based porous material is impregnated with a lubricant.
[0011]
Further, in the rolling device according to claim 4 of the present invention, in the rolling device according to claim 3, the lubricant is a lubricating oil containing alkylated cyclopentane as a main component or a liquid fluorinated polymer oil. There is a feature.
Further, a rolling device according to a fifth aspect of the present invention is the rolling device according to the third aspect, wherein the lubricant is a fluorine-based grease.
[0012]
In the rolling device having such a configuration, since a lubricant (lubricating oil or grease) is held in pores existing on the surface and inside of the carbon-based porous material, the lubricant flows from the separator to the raceway surface and the rolling element. Will be supplied gradually. Therefore, the rolling device of the present invention, when the lubricant is difficult to be supplied to the contact surface between the rolling element and the separator, or even when the supply of the lubricant is temporarily interrupted, abrasion and seizure hardly occur, Has stable operability. Further, it is not necessary to supply a lubricant, so that maintenance can be made free. Further, since the lubricant is held in the pores, the lubricant is hardly scattered when the rolling device is operated, and the external environment is hardly polluted.
[0013]
In particular, when an alkylated cyclopentane-based lubricating oil or a liquid fluorinated polymer oil is used as a lubricant, these oils have a lubricating effect even at an oil film thickness of about a monomolecular film and have low vapor. Since it is pressure, it does not volatilize in a short time even under vacuum, and outgas is hardly generated. Further, since the oil has excellent heat resistance, it can be applied to a rolling device such as a ball screw or a linear motion guide device having a tendency to generate a larger frictional heat than a rolling bearing without any problem.
[0014]
Further, a rolling device according to claim 6 of the present invention is the rolling device according to any one of claims 1 to 5, wherein at least one of the inner member, the outer member, and the rolling element. Is made of any material selected from ceramics, cemented carbide, cermet, and stainless steel.
The rolling device having such a configuration has a low load on the separator when the inner member, the outer member, or the rolling element collides with the separator, and is less likely to adhere to the separator. Operability can be maintained.
[0015]
Note that the present invention can be applied to various rolling devices. For example, rolling bearings, ball screws, linear motion guide devices, linear motion bearings, and the like.
In the present invention, the inner member is an inner ring when the rolling device is a rolling bearing, a screw shaft when the ball screw is the same, a guide rail when the linear motion guide device is the same, and a linear motion bearing. In the case of, each means an axis. In addition, the outer member is an outer ring when the rolling device is a rolling bearing, a nut when the ball screw is the same, a slider when the linear motion guide device is the same, and an outer when the linear motion bearing is the same. Each means a tube.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of a rolling device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, examples of a rolling device in which a separator is made of a carbon-based porous material will be described in first and second embodiments.
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a linear motion guide device which is an embodiment of the rolling device according to the present invention. However, in the perspective view, the essential parts are shown broken. FIG. 2 is an enlarged sectional view of the separator and the ball of FIG.
[0017]
The linear motion guide device 100 shown in FIG. 1 includes a guide rail (inner member) 1 extending in the axial direction and having a substantially rectangular cross section, and a slider (outer member) 2 having a substantially U-shaped cross section attached to the guide rail 1. , A total of four rows of first ball raceways (track surfaces) 1a, 1a,... Provided on both side surfaces of the guide rail 1, and a total of four rows of second ball raceways provided inside both sleeves of the slider 2. (Orbital surfaces) 2a, 2a,... And a plurality of balls (rolling elements) 3 which are arranged so as to roll freely in ball rolling paths.
[0018]
End caps 4 and 4 are detachably attached to the slider 2 at both axial ends thereof by end cap fixing bolts 4a. In the end cap 4, a ball circulation path for returning the ball 3 rolling from one end of the ball rolling path to the other end and a substantially U-shaped ball return path for connecting the ball rolling path are provided. The ball 3 is provided so that the ball 3 can repeatedly roll on the ball rolling path via the ball circulation path. When the ball 3 rolls along the ball rolling path, the slider 2 linearly moves in the longitudinal direction of the guide rail 1 (X direction in FIG. 1).
[0019]
In the linear motion guide device 100, the separators 8 are interposed between the adjacent balls 3 so that the competition between the balls 3 is suppressed. The separator 8 is made of a carbon-based porous material having a large number of pores on its surface and inside, and is further impregnated with a lubricant. The separator 8 has a substantially columnar shape as shown in FIG. 2, and has concave surfaces 8a for holding the balls 3 on both bottom surfaces of the column. The cross section of the concave surface 8a has a Gothic arch shape (substantially V shape combining two identical arcs having different centers). In FIG. 2, reference symbol O indicates the center of the same arc, and reference symbol O ′ indicates the center of the ball 3.
[0020]
In the linear motion guide device 100 having such a configuration, the separator 8 is lightweight (because the apparent density is small), has excellent wear resistance, is hardly affected by a temperature change, and has sufficient strength as a separator. It operates stably for a long time. Further, since a lubricant (lubricating oil or grease) is held in the separator 8, the lubricant is gradually supplied from the separator 8 to the ball rolling path or the ball 3.
[0021]
Therefore, even when the lubricant from the outside is difficult to be supplied to the contact surface between the ball 3 and the separator 8 or when the supply of the lubricant from the outside is temporarily interrupted, abrasion and seizing hardly occur and stable. It works. In addition, there is no need to supply a lubricant from the outside, and maintenance-free operation can be achieved. Further, since the lubricant is held in the pores of the carbon-based porous material, even when the linear motion guide device 100 is operated under normal pressure or under vacuum, the lubricant is not easily scattered and the external environment is not easily polluted.
[0022]
(Second embodiment)
FIG. 3 is a sectional view showing a structure of a ball screw which is another embodiment of the rolling device according to the present invention.
The ball screw 200 shown in FIG. 3 includes a screw shaft (inner member) 11 having a spiral first screw groove (track surface) 11a on an outer peripheral surface, and a second screw groove (track) facing the first screw shaft 11a. Nut (outer member) 12 having an inner peripheral surface 12a and a plurality of balls rotatably disposed on a ball rolling path formed between the first screw shaft 11a and the second screw groove 12a. (Rolling element) 13.
[0023]
At one end of the ball rolling path, a return tube (ball circulation path) 14 for picking up the rolling ball 13 and sending it to the other end is fixed by a tube holder 14a. Further, a flange 15 for fixing the nut 12 to a table or the like is formed at one axial end of the nut 12, between the flange 15 and the screw shaft 11, and at the other axial end of the nut 12. The space between the screw shaft 11 and the screw shaft 11 is closed by a dustproof seal 16.
[0024]
In the ball screw 200, the screw shaft 11 and the nut 12 are relatively rotated in the axial direction by relatively rotating the screw shaft 11 and the nut 12 through the rolling of the plurality of balls 13. ing.
In the ball screw 200, a separator 18 similar to that of the first embodiment is interposed between adjacent balls 13, so that a competition between the balls 13 is suppressed. Therefore, in the ball screw 200, the same effect as that of the linear motion guide device 100 of the first embodiment described above is exerted.
[0025]
Next, third and fourth embodiments will describe examples of a rolling device in which a separator is composed of a resin composition mainly containing a thermoplastic resin containing a powdery carbon-based porous material.
(Third embodiment)
The linear motion guide device of the third embodiment is the same as that of the first embodiment except that the separator is made of a resin composition containing a thermoplastic resin containing a powdery carbon-based porous material as a main component. Has the same configuration as that of the linear motion guide device 100, and has exactly the same effects. Therefore, the detailed description is omitted.
[0026]
(Fourth embodiment)
The ball screw of the second embodiment is the ball screw of the second embodiment, except that the separator is formed of a resin composition containing a thermoplastic resin containing a powdery carbon-based porous material as a main component. It has exactly the same configuration as the screw 200, and has exactly the same effect. Therefore, the detailed description is omitted.
[0027]
These embodiments are merely examples of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiments.
For example, in the present embodiment, a linear motion guide device and a ball screw have been described as examples of rolling devices, but the rolling device of the present invention can be applied to other various types of rolling devices. it can. For example, the present invention can be suitably applied to other rolling devices such as rolling bearings and linear motion bearings.
[0028]
Further, the cross-sectional shape of the concave surface of the separator is not limited to the Gothic arch shape, but may be an R shape or a conical shape having a radius of curvature close to the radius of the ball. Furthermore, the separator may be one in which a green portion facing the ball is chamfered.
Further, the type of the carbon-based porous material that can be used in the present invention is not particularly limited. For example, a degreased bran obtained from rice bran is used as a main raw material, a thermosetting resin is kneaded with the bran, and a molded body formed by pressure molding is dried, followed by firing in an inert gas atmosphere. Alternatively, a degreased bran obtained from rice bran and a thermosetting resin are kneaded, pulverized to 100 mesh or less after primary firing at 700 to 1000 ° C. in an inert gas atmosphere, and the resulting carbonized powder and thermosetting resin Can be further kneaded, press-molded at a pressure of 20 to 30 MPa, and then heat-treated at 100 to 1100 ° C. in an inert gas atmosphere.
[0029]
The type of rice from which the rice bran used as the raw material for the defatted bran is obtained is not particularly limited, and may be Japanese or foreign. The type of the thermosetting resin is not particularly limited as long as it is cured by heat. Representative examples include a phenol resin, a diaryl phthalate resin, an unsaturated polyester resin, an epoxy resin, a polyimide resin, a triazine resin and the like, and a phenol resin is particularly preferred.
[0030]
Further, the type of the inert gas used in the primary firing and the heat treatment is not particularly limited. Examples include helium, argon, neon, nitrogen, etc., with nitrogen being particularly preferred.
In the present invention, it is desirable that the carbon-based porous material be used after being dehydrated at a temperature of 100 ° C. or more after molding.
[0031]
On the other hand, when the separator is composed of a resin composition containing a thermoplastic resin containing a powdery carbon-based porous material as a main component, the above-described carbon-based porous material is used as the powdery carbon-based porous material. Can be used without any problem.
The type of the thermoplastic resin is not particularly limited, but a polyarylene sulfide represented by a polyethylene resin (PE), a polypropylene resin (PP), a polyacetal resin (POM), or a polyferylene sulfide resin (PPS) Resin, polyetheretherketone resin (PEEK), blend of PEEK and polybenzimidazole (PEEK-PBI), polyethernitrile resin (PEN), aromatic polyimide resin (PI), thermoplastic polyimide resin (TPI), Polyamideimide resin (PAl), aromatic polyester resin, and various fluorine-containing resins are preferred.
[0032]
The type of the fluorine-containing resin is not particularly limited. For example, tetrafluoroethylene / perfluoroalkylvinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene / ethylene copolymer (ETFE), polyvinylidene fluoride (PVDF) ), Tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), chlorotrifluoroethylene / ethylene copolymer (ECTFE) and the like.
[0033]
A solid lubricant may be added to the resin composition of the present invention in order to improve lubrication characteristics. By doing so, the frictional force generated at the contact point between the inner member and the outer member and the rolling element is reduced, so that heat generation due to friction can be further suppressed, and as a result, the motor can be operated at higher speed. Can be. Examples of the solid lubricant include tetrafluoroethylene resin powder (PTFE), graphite, hexagonal boron nitride (hBN), fluoromica, melamine cyanurate (MCA), and an amino acid compound having a layered crystal structure (for example, N-lauro. L-lysine), graphite fluoride, pitch fluoride, molybdenum disulfide (MoS2And the like, and the average particle size is preferably in the range of 0.1 to 60 μm.
[0034]
In the case of particles having a small average particle diameter of less than 0.1 μm, agglomeration occurs when mixed with a melt-moldable fluororesin as a base material, and dispersion of the particles may become non-uniform. On the other hand, in the case of particles having a large particle diameter exceeding 60 μm, the surface smoothness of the resin composition as a molded body is reduced and the strength is reduced, so that the life of the rolling device may be shortened.
[0035]
Further, a fibrous filler may be added to the resin composition of the present invention in order to improve mechanical strength, heat resistance, dimensional stability and the like. Although the type of the fibrous filler is not particularly limited, aluminum borate whiskers, potassium titanate whiskers, carbon whiskers, aramid fibers, aromatic polyimide fibers, liquid crystal polyester fibers, graphite whiskers, glass fibers, carbon fibers, Examples include boron fibers, silicon carbide whiskers, silicon nitride whiskers, alumina whiskers, aluminum nitride whiskers, and wollastonite.
[0036]
However, the aspect ratio of the fibrous filler is preferably 3 or more and 200 or less. With a fibrous filler having an aspect ratio of less than 3, the reinforcing effect of the resin composition is not sufficiently exhibited, and when the aspect ratio exceeds 200, uniform dispersion during mixing becomes extremely difficult. The fiber diameter of the fibrous material is not particularly limited, but preferably has an average fiber diameter of 0.2 μm or more and 30 μm or less, more preferably 0.3 μm or more and 5 μm or less.
[0037]
The fibrous filler has a silane-based or titanate-based coupling agent for the purpose of improving the adhesion to a melt-moldable fluorine-containing resin as a base material or uniformly dispersing it in the base material. For surface treatment. Further, surface treatment according to other purposes may be performed.
The method of mixing these powdery carbon-based porous materials, thermoplastic resins, solid lubricants, and various additives such as fibrous fillers into a resin composition is not particularly limited. Can be adopted without any problem. For example, each material can be melt-kneaded separately, or these materials are preliminarily mixed by a mixer such as a Henschel mixer, a tumbler, a ribbon mixer, and a ball mill, and then supplied to the melt mixer. Can also be mixed.
[0038]
As the melt mixer, a known melt kneader such as a single-screw or twin-screw extruder, a kneading roll, a pressure kneader, a Banbury mixer, and a Brabender plastograph can be used. The temperature at the time of melt-kneading is not particularly limited, but is appropriately selected within a temperature range in which the melting of the thermoplastic resin sufficiently proceeds and does not cause thermal decomposition.
Furthermore, in the present invention, a method for producing a separator composed of a resin composition containing a thermoplastic resin containing a powdery carbon-based porous material as a main component is not particularly limited. Molding can be performed by a usual method such as molding, compression molding, transfer molding and the like.
[0039]
Furthermore, in the rolling device of the present invention, the material of the members (the inner member, the outer member, and the rolling element) other than the separator is not particularly limited, but for example, stainless steel (SUS440C or the like), titanium alloy, or the like. , Silicon nitride and other ceramics, cemented carbides, and cermets can be used. These materials can be used alone or in combination of two or more.
[0040]
As ceramics, silicon nitride (Si3N4), Zirconia (ZrO)2) System, alumina (Al2O3) Type, silicon carbide (SiC) type, aluminum nitride (AlN) type, boron carbide (B4C), titanium boride (TiB)2) -Based, boron nitride (BN) -based, titanium carbide (TiC) -based, titanium nitride (TiN) -based, or a ceramic-based composite material obtained by combining two or more of these. Among these, silicon nitride is particularly preferred because it is lightweight and has a high fracture toughness value. A fibrous filler can be added to such ceramics in order to improve specific strength, fracture toughness, and the like. The type of the fibrous filler is not particularly limited, and examples thereof include silicon carbide whiskers, silicon nitride whiskers, alumina whiskers, and aluminum nitride whiskers.
[0041]
Cemented carbides and cermets are carbide powders of nine kinds of metals (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W) belonging to groups IVb, Vb and VIb of the periodic table. And an iron-based metal such as iron, cobalt, and nickel.
As the cemented carbide, for example, WC-Co type, WC-Cr3C2-Co, WC-TaC-Co, WC-TiC-Co, WC-NbC-Co, WC-TaC-NbC-Co, WC-TiC-TaC-NbC-Co, WC-TiC-TaC -Co, WC-ZrC-Co, WC-TiC-ZrC-Co, WC-TaC-VC-Co, WC-Cr3C2-Co-based, WC-TiC-Cr3C2-Co system, WC-TiC-TaC system and the like. Examples of non-magnetic materials having excellent corrosion resistance include WC-Ni, WC-Cr3C2-Mo2C-Ni, WC-Ti (C, N) -TaC, WC-Ti (C, N), Cr3C2—Ni-based and the like.
[0042]
Examples of the cermet include TiC-Ni, TiC-Mo-Ni, TiC-Co, and TiC-Mo.2C-Ni, TiC-Mo2C-ZrC-Ni, TiC-Mo2C-Co system, Mo2C-Ni-based, Ti (C, N) -Mo2C-Ni-based, TiC-TiN-Mo2C-Ni-based, TiC-TiN-Mo2C-Co system, TiC-TiN-Mo2C-TaC-Ni, TiC-TiN-Mo2C-WC-TaC-Ni system, TiC-WC-Ni system, Ti (C, N) -WC-Ni system, TiC-Mo system, Ti (C, N) -Mo system, boride system (MoB-Ni) System, B4C / (W, Mo) B2System).
[0043]
Note that Ti (C, N) -Mo2C—Ni, Ti (C, N) —WC—Ni, and Ti (C, N) —Mo are TiC—Mo, respectively.2C-Ni, TiC-WC-Ni and TiC-Mo are sintered in nitrogen gas.
Further, the kind of the lubricant that can be used in the present invention is not particularly limited, but a lubricating oil containing alkylated cyclopentane as a main component, a liquid fluorinated polymer oil, or a fluorinated grease is preferable.
[0044]
Lubricating oils containing alkylated cyclopentane as a main component include, for example, tri (2-octyldodecyl) cyclopentane, tri-n-octylcyclopentane, tetra-n-octylcyclopentane, penta-n-octylcyclopentane, Tri-n-nonylcyclopentane, penta-n-decylcyclopentane, penta-n-dodecylcyclopentane, tetra-2-ethylhexylcyclopentane and the like.
[0045]
Examples of the liquid fluorinated polymer oil include perfluoropolyether (hereinafter, referred to as PFPE oil), telomer of trifluoroethylene, and fluorosilicone polymer.
Further, as the fluorinated grease, for example, grease which is a mixture of a base oil composed of a liquid fluorinated polymer oil and a thickener composed of a solid fluorinated polymer is suitable. Although the kind of the solid fluorinated polymer is not particularly limited, polytetrafluoroethylene (PTFE), a copolymer of tetrafluoroethylene and hexafluoropropene, a copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoropropylvinylether, and Examples thereof include a mixture of polymers.
[0046]
Here, a lubricant is impregnated into a separator composed of a carbon-based porous material and a separator composed of a resin composition containing a thermoplastic resin containing a powdery carbon-based porous material as a main component. The method is not particularly limited. However, it is preferable to perform the treatment under a reduced pressure atmosphere so that air and moisture in the pores of the carbon-based porous material are easily removed. In addition, in order to perform the impregnation efficiently, the impregnation may be performed while heating.
[0047]
Hereinafter, a rolling device in which a separator is composed of a carbon-based porous material, and a rolling device in which a separator is composed of a resin composition mainly containing a thermoplastic resin containing a powdery carbon-based porous material With respect to and, more specific examples will be described.
〔Example〕
First, an embodiment of a rolling device in which a separator is made of a carbon-based porous material will be described.
A ball screw (screw shaft diameter: 15 mm, lead: 10 mm) in which the screw shaft, nut, rolling elements, and separator were made of the materials shown in Table 1 was produced.
[0048]
[Table 1]
[0049]
A separator made of a carbon-based porous material was manufactured by the following method. 90 g of defatted bran obtained from rice bran and 30 g of a liquid phenol resin (resole type) were kneaded while heating to 50 to 60 ° C. to obtain a homogeneous mixture having plasticity. The mixture was baked in a nitrogen atmosphere at 900 ° C. for 70 minutes using a rotary kiln. The obtained carbonized fired product was pulverized with a pulverizer and passed through a 60-mesh sieve to obtain a carbonized powder having a particle size of 50 to 200 μm. 90 g of the obtained carbonized powder and 30 g of a solid phenol resin (resole type) were kneaded while being heated to 100 to 150 ° C., to obtain a homogeneous mixture having plasticity.
[0050]
Next, this mixture was filled in a mold of a separator (mold temperature: 155 ° C.), and was molded under pressure at a pressure of 25 MPa. The molded body was taken out of the mold, heated in a nitrogen atmosphere, kept at 490 ° C. for 60 minutes, then heated to 910 ° C. and sintered for 110 minutes. Then, the temperature was lowered at a cooling rate of 2 to 3 ° C./min up to 490 ° C., and naturally cooled at 490 ° C. or less. Using the carbon-based porous material thus produced, a separator having a concave surface having a Gothic arch-shaped cross section as shown in FIG. 2 was produced by machining.
[0051]
When impregnating the carbon-based porous material with a lubricant, the PFPE oil is Varierta oil IS / V manufactured by NOK Cluever Co., and the fluorine-based grease is L200 manufactured by Daikin Industries, Ltd. Respectively. The polyamide resin (PA66) used in Comparative Examples 1 to 3 was Ultramid A manufactured by BASF Japan Ltd.
[0052]
The durability and the amount of generated dust of the ball screw thus manufactured were evaluated using a vacuum ball screw test apparatus 300 shown in FIG. That is, the ball screw 30 mounted in the vacuum chamber 22 is rotated by the AC servomotor 21 to measure the time (life) until the ball screw 30 locks and becomes inoperable. Was evaluated. Furthermore, the number of dust particles having a diameter of 0.21 μm or more generated during rotation was measured using a laser light scattering type particle counter 27 installed below the ball screw 30. The measurement of the amount of generated dust was performed five times at 30 minute intervals from 30 minutes after the start of the rotation test (one sampling time was 3 minutes), and the average value of the measured values of the five times was defined as the amount of generated dust.
[0053]
In FIG. 4, reference numeral 26 denotes a screw shaft of the ball screw 30, 25 denotes a nut of the ball screw 30, 23 denotes a weight for applying an axial load, 24 denotes a rotation stop of the nut 25, 30 denotes a magnetic fluid seal unit, and 29 denotes a magnetic fluid seal unit. An observation window inside the vacuum chamber 22 and a dust collecting funnel 28.
The rotation test conditions are shown below, and the test results are shown in Table 1. The values of the durability and the amount of dust in Table 1 are shown as relative values when the life and the amount of dust of the ball screw of Comparative Example 1 are 1.
[0054]
Rotation speed: 550 min-1
Load: 40N
Stroke: 200mm
Atmospheric pressure: vacuum (1 × 10-4Pa or less)
Ambient temperature: normal temperature
As can be seen from Table 1, the ball screws of Examples 1 to 4 were compared with the ball screws of Comparative Examples 1 to 3 in which the separator was formed of a polyamide resin because the separator was formed of a carbon-based porous material. And excellent durability, and the amount of generated dust was small. In particular, the ball screw of Example 3 was extremely excellent in durability because the rolling elements were made of ceramics.
[0055]
Next, an example of a rolling device in which a separator is formed of a resin composition containing a thermoplastic resin containing a powdery carbon-based porous material as a main component will be described.
A ball screw (screw shaft diameter: 15 mm, lead: 10 mm) in which the screw shaft, nut, rolling elements, and separator were made of the materials shown in Table 2 was produced.
[0056]
[Table 2]
[0057]
The separator made of the resin composition was manufactured by the following method. 90 g of defatted bran obtained from rice bran and 30 g of a liquid phenol resin (resole type) were kneaded while heating to 50 to 60 ° C. to obtain a homogeneous mixture having plasticity. The mixture was baked in a nitrogen atmosphere at 900 ° C. for 70 minutes using a rotary kiln. The obtained carbonized fired product was pulverized with a pulverizer and passed through a 60-mesh sieve to obtain a carbonized powder having a particle size of 50 to 200 μm (that is, a powdery carbon-based porous material).
[0058]
The powdery carbon-based porous material and the thermoplastic resin were dry-mixed using a Henschel mixer, and then extruded using a twin-screw extruder and granulated. The mixing ratio between the powdery carbon-based porous material and the thermoplastic resin is 1: 1 by mass. After the thus obtained pellets were supplied to an injection molding machine to form a ring, a separator having a concave surface having a Gothic arch-shaped cross section as shown in FIG. 2 was produced by machining.
[0059]
When impregnating the carbon-based porous material with a lubricant, the PFPE oil is Varierta Oil IS / V manufactured by NOK Cluever, and the fluorine-based grease is L200 manufactured by Daikin Industries, Ltd. Respectively.
Here, the thermoplastic resins used in Examples 11 to 17 and Comparative Examples 1 to 3 are collectively shown below.
[0060]
・ PE: Suntech-HDJ310 manufactured by Asahi Kasei Corporation
・ POM: Duracon M140 manufactured by Polyplastics Co., Ltd.
・ PVDF: Kureha KF Polymer T- # 850 manufactured by Kureha Chemical Industry Co., Ltd.
-PPS: Polyphenylene sulfide resin Ryton R-6 manufactured by Philippe Pertrolium
・ PEEK: Victrex polyetheretherketone resin Victrex PEEK150G
・ PA66: Polyamide resin Ultramid A manufactured by BASF Japan Ltd.
The durability and dust generation of the ball screw manufactured in this manner were evaluated by the same method and conditions as described above using the vacuum ball screw test apparatus 300 shown in FIG. Table 2 shows the test results. The values of the durability and the amount of dust in Table 2 are shown as relative values when the life and the amount of dust of the ball screw of Comparative Example 1 are set to 1.
[0061]
As can be seen from Table 2, the ball screws of Examples 11 to 17 are composed of a resin composition mainly composed of a thermoplastic resin containing a powdery carbon-based porous material. The durability was superior to the ball screws of Comparative Examples 1 to 3 made of polyamide resin, and the amount of generated dust was small. In particular, the ball screw of Example 3 was extremely excellent in durability because the rolling elements were made of ceramics.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, in the rolling device of the present invention, the separator interposed between the rolling elements is mainly made of a carbon-based porous material or a thermoplastic resin containing a powdery carbon-based porous material. Since it is composed of a resin composition as a component, it does not easily pollute the external environment and has a long life.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a structure of a linear motion guide device which is an embodiment of a rolling device according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged sectional view of a separator and a ball of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a structure of a ball screw which is another embodiment of the rolling device according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a structure of a vacuum ball screw test device.
[Explanation of symbols]
1 guide rail
1a First ball raceway
2 Slider
2a Second ball raceway
3 balls
8 Separator
11 Screw shaft
11a First thread groove
12 nuts
12a Second thread groove
13 balls
18 Separator
100 Linear motion guide device
200 Ball screw
