JP2005114066A - Ball screw - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば半導体製造装置、液晶製造装置に組み付けて用いられるボールネジに関する。 The present invention relates to a ball screw that is used in a semiconductor manufacturing apparatus or a liquid crystal manufacturing apparatus, for example.
従来から、半導体製造装置内の位置決め手段などには、ボールネジが用いられている。このボールネジは、高温真空環境下で使用される場合があり、ネジ軸と、そのネジ軸に外装されるナットと、ネジ軸とナットの双方に設けられた螺旋溝に沿って転動する複数の転動体と、この転動体が循環する循環路とを備えており、複数の転動体が上記ネジ軸及びナットの螺旋溝に沿って転動し循環路を介して循環することで、ネジ軸の軸回りの回転運動をナットの軸方向の直線運動に変換することができる。 Conventionally, a ball screw has been used as a positioning means in a semiconductor manufacturing apparatus. This ball screw may be used in a high-temperature vacuum environment, and a plurality of rollers that roll along a screw shaft, a nut that is externally mounted on the screw shaft, and a spiral groove that is provided on both the screw shaft and the nut. A rolling element and a circulation path through which the rolling element circulates, and the plurality of rolling elements roll along the spiral groove of the screw shaft and the nut and circulate through the circulation path, so that the screw shaft The rotational movement around the axis can be converted into the linear movement of the nut in the axial direction.
このようなボールネジでは、ボールがネジ軸の軸回りの力と軸方向の力とを受けながら転動するので、ボールと両螺旋溝との間において転がり接触と滑り接触の双方が生じる。このため、長期にわたり安定して転動体を転動させるためには、潤滑をいかにして行うかが重要となる。
このようななか、接触面にフッ素系高分子成分からなる固形膜を被膜形成し、さらにその固形膜の表面にフッ素系油成分からなる油膜を形成する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
In such a ball screw, since the ball rolls while receiving the force around the axis of the screw shaft and the axial force, both rolling contact and sliding contact occur between the ball and both spiral grooves. For this reason, in order to roll a rolling element stably over a long period of time, how to perform lubrication is important.
Under such circumstances, a technique has been proposed in which a solid film made of a fluorine-based polymer component is formed on the contact surface, and an oil film made of a fluorine-based oil component is further formed on the surface of the solid film (for example, Patent Document 1). reference).
しかしながら、特許文献1の技術では、油膜から供給されるフッ素系油成分が微粒子となって発塵成分となりやすく、特にクリーンルーム化が要求される半導体製造装置などに適用するのが難しいという問題がある。また、螺旋溝の表面上に固形膜を介して油膜を形成しているので、螺旋溝表面に直接油膜を形成する場合に比べ、油膜の剥離は生じにくいものの、長期にわたりボールネジを使用すると、やはり油膜が剥離してしまい、さらなる長寿命化の要求に応えるのは難しいという問題もある。 However, the technique of Patent Document 1 has a problem that the fluorine-based oil component supplied from the oil film tends to become fine particles and become a dust-generating component, and it is particularly difficult to apply to a semiconductor manufacturing apparatus or the like that requires a clean room. . In addition, since the oil film is formed on the surface of the spiral groove via a solid film, the oil film is less likely to peel compared to the case where the oil film is directly formed on the surface of the spiral groove, but when using a ball screw for a long time, There is also a problem that the oil film is peeled off and it is difficult to meet the demand for a longer life.
一方、スライダが複数のボールを介してトラックレールに沿って直線運動をする直動軸受では、ボールが通過する通路孔内に、超高分子量のポリエチレン微粒子を焼結させて得た多孔質体の孔内に潤滑剤を浸漬(ディッピング)により含浸してなるスリーブを挿入する技術が提案されている(例えば、特許文献2参照)。しかし、上記の技術では、潤滑剤を浸漬により含浸させているので、スリーブの内外周面に潤滑剤が付着してしまったり、多孔質体への潤滑剤の含浸が不充分になってしまったりする。このため、この技術をボールネジに転用したとしても、低発塵性や潤滑性の面で充分ではないという問題がある。また、上記の技術では、ポリエチレンを用いているので、耐熱性が低いという問題もある。 On the other hand, in a linear motion bearing in which a slider moves linearly along a track rail via a plurality of balls, a porous body obtained by sintering ultra-high molecular weight polyethylene fine particles into a passage hole through which the ball passes. A technique has been proposed in which a sleeve formed by dipping a lubricant into a hole is inserted (see, for example, Patent Document 2). However, in the above technique, since the lubricant is impregnated by dipping, the lubricant adheres to the inner and outer peripheral surfaces of the sleeve, or the porous body is insufficiently impregnated with the lubricant. To do. For this reason, even if this technique is diverted to a ball screw, there is a problem that it is not sufficient in terms of low dust generation and lubricity. Moreover, in said technique, since polyethylene is used, there also exists a problem that heat resistance is low.
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、長期にわたり安定して潤滑剤の供給が可能で、しかも発塵が有効に抑制されたボールネジの提供をその目的とする。また、耐熱性にも優れたボールネジの提供をその目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a ball screw capable of stably supplying a lubricant over a long period of time and effectively suppressing dust generation. Another object of the present invention is to provide a ball screw with excellent heat resistance.
本発明の第1のボールネジは、螺旋溝を外周面に有するネジ軸と、前記ネジ軸に沿って移動自在に配置され、そのネジ軸の螺旋溝に対応する螺旋溝を内周面に有するナットと、前記ネジ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝との間に転動自在に配置された複数の転動体と、前記ネジ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝との間で前記複数の転動体を循環させるための循環路とを備えたボールネジであって、前記循環路に、潤滑剤が真空含浸された多孔質体から構成されてなる筒体が挿入されていることを特徴としている。
上記の構成によれば、潤滑剤が真空含浸された多孔質体から構成された筒体が循環路に挿入されているので、転動体が筒体中を転動している際に、真空含浸により適量の潤滑剤を保持した筒体から微量の潤滑剤を滲みださせることができる。また、潤滑剤の滲みだしは、多孔質体の毛細管現象により行われるので、潤滑剤供給過多とならず、余剰の潤滑剤が発塵(飛散)してしまうといったことも有効に抑制される。
A first ball screw according to the present invention includes a screw shaft having a spiral groove on an outer peripheral surface, and a nut having a spiral groove corresponding to the spiral groove of the screw shaft on the inner peripheral surface. A plurality of rolling elements that are freely rollable between the spiral groove of the screw shaft and the spiral groove of the nut; and the plurality of rolling elements between the spiral groove of the screw shaft and the spiral groove of the nut. A ball screw provided with a circulation path for circulating the rolling elements, wherein a cylindrical body made of a porous body that is vacuum impregnated with a lubricant is inserted into the circulation path. .
According to the above configuration, since the cylindrical body composed of the porous body in which the lubricant is vacuum-impregnated is inserted into the circulation path, the vacuum impregnation is performed when the rolling element rolls in the cylindrical body. Thus, a trace amount of lubricant can be oozed out from the cylinder holding an appropriate amount of lubricant. Further, since the bleeding of the lubricant is caused by the capillary phenomenon of the porous body, the lubricant supply is not excessive, and the excessive lubricant is effectively prevented from generating dust (scattering).
本発明の第2のボールネジは、螺旋溝を外周面に有するネジ軸と、前記ネジ軸に沿って移動自在に配置され、そのネジ軸の螺旋溝に対応する螺旋溝を内周面に有するナットと、前記ネジ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝との間に転動自在に配置された複数の転動体と、前記ネジ軸の螺旋溝と前記ナットの螺旋溝との間で前記複数の転動体を循環させるための循環路とを備えたボールネジであって、前記循環路に、潤滑剤が含浸された多孔質体から構成されてなる筒体が挿入されており、かつ、前記多孔質体の気孔率が10〜30%の範囲内に設定されているとともに、前記潤滑剤の含浸率が、前記多孔質体内部の空間容積に対し90〜100%の範囲内に設定されていることを特徴としている。
上記の構成によれば、所定の気孔率の多孔質体に所定の含浸率で潤滑剤を含浸させた筒体が循環路内に挿入されているので、転動体が筒体中を転動している際に、適量の潤滑剤を保持した筒体から微量の潤滑剤を滲みださせることができる。また、潤滑剤の滲みだしは、多孔質体の毛細管現象により行われるので、潤滑剤供給過多とならず、余剰の潤滑剤が発塵(飛散)してしまうといったことも有効に抑制される。さらに、上記筒体は、循環路に挿入されて転動体が転動するのに充分な機械的強度を備え、しかも適量の潤滑剤を含浸保持しているという利点を有する。
A second ball screw according to the present invention includes a screw shaft having a spiral groove on the outer peripheral surface, and a nut that is arranged movably along the screw shaft and has a spiral groove corresponding to the spiral groove of the screw shaft on the inner peripheral surface. A plurality of rolling elements that are freely rollable between the spiral groove of the screw shaft and the spiral groove of the nut; and the plurality of rolling elements between the spiral groove of the screw shaft and the spiral groove of the nut. A ball screw provided with a circulation path for circulating the rolling elements, wherein a cylindrical body made of a porous body impregnated with a lubricant is inserted into the circulation path, and the porous The porosity of the body is set in the range of 10 to 30%, and the impregnation rate of the lubricant is set in the range of 90 to 100% with respect to the space volume inside the porous body. It is characterized by.
According to the above configuration, the cylindrical body in which the porous body having a predetermined porosity is impregnated with the lubricant at the predetermined impregnation rate is inserted into the circulation path, so that the rolling element rolls in the cylindrical body. In this case, a small amount of lubricant can be oozed out from the cylinder holding an appropriate amount of lubricant. Further, since the bleeding of the lubricant is caused by the capillary phenomenon of the porous body, the lubricant supply is not excessive, and the excessive lubricant is effectively prevented from generating dust (scattering). Further, the cylindrical body has an advantage that it has sufficient mechanical strength to be inserted into the circulation path and the rolling element rolls, and is impregnated with an appropriate amount of lubricant.
上記第1、第2のボールネジにおいて、前記ネジ軸の転動体接触面、前記ナットの転動体接触面及び前記転動体の表面のうちの少なくとも一つに、官能基を有するフッ素系高分子薄膜が形成されているのが好ましい。この場合、転動体とネジ軸またはナットとの接触に際し、前記フッ素系高分子薄膜からも潤滑剤が供給されるので、長期にわたり安定して転動体を転動させることができる。特に、前記フッ素系高分子薄膜の官能基が、金属及び潤滑剤と接着性を有する官能基である場合には、この官能基が金属製のネジ軸等とフッ素系高分子薄膜との密着性を高めるとともに、転動体表面に供給された潤滑剤との密着性も高まるために潤滑剤が発塵(飛散)するのを一層抑制することができる。また、転動体の循環により、前記筒体に含浸保持された潤滑剤をフッ素系高分子薄膜に補給することもできるので、より一層、長期にわたり安定して直動軸受を使用することができるという利点を有する。 In the first and second ball screws, a fluorine-based polymer thin film having a functional group is provided on at least one of the rolling element contact surface of the screw shaft, the rolling element contact surface of the nut, and the surface of the rolling element. Preferably it is formed. In this case, since the lubricant is also supplied from the fluoropolymer thin film when the rolling element contacts the screw shaft or the nut, the rolling element can be stably rolled over a long period of time. In particular, when the functional group of the fluorine-based polymer thin film is a functional group having adhesion to metals and lubricants, the functional group adheres to the metal screw shaft and the fluorine-based polymer thin film. And the adhesion to the lubricant supplied to the surface of the rolling element is also increased, so that the lubricant can be further prevented from dusting (scattering). Further, since the lubricant impregnated and held in the cylindrical body can be replenished to the fluoropolymer thin film by circulating the rolling elements, the linear motion bearing can be used more stably over a long period of time. Have advantages.
また、上記第1、第2のボールネジにおいて、前記潤滑剤の20℃における蒸気圧が、10−9torr以下に設定されているのが好ましい。この場合、アウトガスを抑制することができる。
さらに、上記第1、第2のボールネジにおいて、前記潤滑剤が、フッ素系オイルであるのが好ましい。この場合、耐熱性を向上させることができる。
また、上記第1、第2のボールネジにおいて、前記多孔質体が、フッ素樹脂により形成されてなるのが好ましい。この場合、耐熱性を向上させることができるとともに、発塵寿命を向上させることができる。また、前記潤滑剤がフッ素系オイルで、前記多孔質体がフッ素樹脂で形成されている場合には、フッ素系オイルがフッ素樹脂に馴染みやすいために含浸率を高くしやすいとともに、耐熱性にも優れたボールネジになるという利点を有する。
In the first and second ball screws, the lubricant preferably has a vapor pressure at 20 ° C. of 10 −9 torr or less. In this case, outgas can be suppressed.
Furthermore, in the first and second ball screws, the lubricant is preferably a fluorinated oil. In this case, heat resistance can be improved.
In the first and second ball screws, the porous body is preferably made of a fluororesin. In this case, the heat resistance can be improved and the dust generation life can be improved. In addition, when the lubricant is a fluorinated oil and the porous body is formed of a fluorinated resin, the fluorinated oil is easily adapted to the fluorinated resin, so that the impregnation rate is easily increased and the heat resistance is also improved. It has the advantage of becoming an excellent ball screw.
さらに、上記第1、第2のボールネジにおいて、前記官能基を有するフッ素系高分子薄膜が、ゲル状の薄膜であるのが好ましい。この場合、硬質の薄膜ではないので、その表面を転動体が転動しても摩耗粉が発生しにくいという利点がある。 Furthermore, in the first and second ball screws, it is preferable that the fluorine-based polymer thin film having the functional group is a gel-like thin film. In this case, since it is not a hard thin film, there is an advantage that even if the rolling element rolls on the surface, abrasion powder is hardly generated.
本発明のボールネジによれば、長期にわたり安定して転動体に潤滑剤を供給でき、しかも発塵を有効に抑制することができる。また、フッ素樹脂により形成された多孔質体にフッ素系オイルを含浸させている筒体を用いる場合には、耐熱性にも優れたボールネジを提供することができる。 According to the ball screw of the present invention, the lubricant can be stably supplied to the rolling elements over a long period of time, and dust generation can be effectively suppressed. Further, when a cylindrical body in which a porous body made of a fluororesin is impregnated with a fluorine-based oil is used, a ball screw excellent in heat resistance can be provided.
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明のボールネジの一実施形態を示す一部縦断面図である。このボールネジは、例えば半導体製造装置内の位置決め手段に組み込まれて高温真空環境下で用いられるものであり、ネジ軸1と、複数のボール(転動体)2と、前記ネジ軸1に複数のボール2を介して移動自在に配置されたナット3と、このナット3に連結され、複数のボール2が循環するサーキュレータチューブ(循環路)4とを備えて構成されている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view showing an embodiment of the ball screw of the present invention. This ball screw is, for example, incorporated in a positioning means in a semiconductor manufacturing apparatus and used in a high temperature vacuum environment, and includes a screw shaft 1, a plurality of balls (rolling elements) 2, and a plurality of balls on the screw shaft 1. 2 and a circulator tube (circulation path) 4 through which a plurality of
ネジ軸1は、例えばSUS440、SUS440C、SUS630、SUS304等の金属材料を用いて形成されたものであり、その外周面に螺旋溝1aが形成されている。この螺旋溝1aは、断面が凹形状(例えばゴシックアーチ状、円弧状)の溝が所定ピッチの螺旋状に形成されてなるものであり、複数のボール2が脱落することなく転動できるようになっている。また、ネジ軸1には、図示しない駆動装置が連結されており、軸回りに回転するよう構成されている。
ボール2は、例えばSUS440、SUS440C、SUS630、SUS304等の金属材料により真球状に形成されたものである。そして、全てのボール2は、実質的に同一の大きさに形成されている。
The screw shaft 1 is formed using, for example, a metal material such as SUS440, SUS440C, SUS630, or SUS304, and a spiral groove 1a is formed on the outer peripheral surface thereof. The spiral groove 1a is formed by forming a groove having a concave cross section (for example, Gothic arch shape, arc shape) in a spiral shape with a predetermined pitch so that a plurality of
The
ナット3は、例えばSUS440、SUS440C、SUS630、SUS304等の金属材料を用いて形成されたものであり、その内周面に前記ネジ軸1の螺旋溝1aに対応した螺旋溝3aが形成されている。この螺旋溝3aは、ネジ軸1の螺旋溝1aと同様、断面が凹形状(例えばゴシックアーチ状、円弧状)の溝が所定ピッチの螺旋状に形成されてなるものであり、複数のボール2が脱落することなく転動できるようになっている。そして、複数のボール2が螺旋溝1a、3a間を転動することにより、前記ネジ軸1の回転運動がナット3の直線運動に変換され、ナット3はネジ軸1の軸方向に移動することができる。
The
サーキュレータチューブ4は、ネジ軸1の軸回りの回転運動により転動するボール2を循環させるためのものであり、ナット2の外方側に取り付けられている。このサーキュレータチューブ4は、例えば断面略円形状で、中央部分が軸方向に平行に配置され、両端部分は折り曲げられてナット3を貫通しており、ネジ軸1の螺旋溝1aとナット3の螺旋溝3aとの間で転動するボール2を循環させることができるように構成されている。
The circulator tube 4 is used to circulate the
そして、サーキュレータチューブ4内には、その内周面に沿って、このサーキュレターチューブ4とは別体の筒体21が挿入されている。この筒体21は、その外径が前記サーキュレターチューブ4の内径と実質的に同じで、その内径が前記ボール2の直径と殆ど同じかそれよりも若干大きく設定されている。なお、筒体21は、前記サーキュレターチューブ4内に挿入できるとともに、前記ボール2が転動できるのであれば、特に制限はないが、通常、中空円筒状(断面が円形)に形成される。
A cylindrical body 21 separate from the circulator tube 4 is inserted into the circulator tube 4 along the inner peripheral surface thereof. The outer diameter of the cylindrical body 21 is substantially the same as the inner diameter of the circulator tube 4, and the inner diameter is set to be almost the same as or slightly larger than the diameter of the
上記筒体21は、例えば中空円筒状に成形された多孔質体と、この多孔質体の孔内に充填された潤滑剤とから構成されている。ここで、多孔質体の気孔率は、10〜30%の範囲内に設定されている。10%未満であると、潤滑剤を充填するための空間容積が少なすぎて、その空間容積に潤滑剤を充填しても充分に潤滑作用を発揮できないおそれがあるからである。逆に、30%を超えると、機械的強度が不足したり、ボール2への潤滑剤の供給量が多くなりすぎて発塵を有効に抑制できないおそれがあるからである。また、多孔質体中の孔の大きさは、気孔径が平均で数10μm程度が好ましく、さらに好ましくは30〜70μmである。さらに、潤滑剤の充填率は、前記多孔質体内部の空間容積に対し90〜100%の範囲内に設定されている。潤滑剤の充填率が小さいと、長期にわたり安定して潤滑剤を供給することができないおそれがあるからである。
The cylindrical body 21 is composed of, for example, a porous body formed into a hollow cylindrical shape and a lubricant filled in the pores of the porous body. Here, the porosity of the porous body is set within a range of 10 to 30%. This is because if it is less than 10%, the space volume for filling the lubricant is too small, and even if the space volume is filled with the lubricant, there is a possibility that a sufficient lubricating effect cannot be exhibited. On the other hand, if it exceeds 30%, the mechanical strength may be insufficient, or the amount of lubricant supplied to the
上記多孔質体は、例えば合成樹脂と公知の気孔形成剤とを含む成形用組成物を準備し、これを筒状に押出成形することにより製造することができる。合成樹脂としては、四フッ化エチレン重合体等のフッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等を用いることができる。なかでも、フッ素樹脂を用いて得た多孔質体は、耐熱性(例えば260℃)を備えるとともに、潤滑剤が枯渇した場合でもボールとの接触により生じた摩耗粉がボールに付着することで潤滑切れを有効に抑制することができるという利点がある。なお、上記多孔質体は、例えば超高分子量の合成樹脂微粒子を押し固めた状態で所定の金型に充填し加熱成形することによっても製造することができるが、このようにして得られた多孔質焼結樹脂体は、押出成形品に比べ機械的強度に劣るので、押出成形により製造するのが好適である。 The porous body can be produced, for example, by preparing a molding composition containing a synthetic resin and a known pore forming agent and extruding the composition into a cylinder. As the synthetic resin, a fluororesin such as a tetrafluoroethylene polymer, polyethylene, polypropylene, or the like can be used. In particular, a porous material obtained using a fluororesin has heat resistance (for example, 260 ° C.), and even when the lubricant is depleted, the porous body is lubricated by adhering abrasion powder generated by contact with the ball to the ball. There is an advantage that cutting can be effectively suppressed. The porous body can also be produced by filling a predetermined mold with heat-molded ultra-high molecular weight synthetic resin fine particles, for example, and heat-molding the porous body thus obtained. Since a quality sintered resin body is inferior in mechanical strength to an extruded product, it is preferable to produce it by extrusion molding.
上記のような多孔質体の孔内に充填される潤滑剤としては、動粘度(20℃)が500〜1000cStの範囲内で、かつ蒸気圧(20℃)が10−9torr以下、好ましくは10−12〜10−9の範囲内のフッ素系オイルが好適に用いられる。フッ素系オイルは耐熱性(例えば300℃)や化学的安定性に優れているため、特に高温環境下で使用される半導体製造装置用のボールネジとして好適である。
なお、潤滑剤の蒸気圧(20℃)が10−9torrを超えると、潤滑剤が容易に揮発してしまい、長期にわたり安定してボールネジを使用できないおそれがある。また、潤滑剤の動粘度(20℃)が500cSt未満であると、ボール2表面に適切な厚みの液膜(油膜)が形成されなかったり、形成された液膜(油膜)が維持されなかったりして、潤滑剤が飛散したり、潤滑剤が微粒子となって発塵したりするおそれがある。逆に、1000cStを超えると、多孔質体からボール2表面に適量の潤滑剤が供給されにくく、充分な潤滑作用を得られないおそれがある。
The lubricant filled in the pores of the porous body as described above has a kinematic viscosity (20 ° C.) in the range of 500 to 1000 cSt and a vapor pressure (20 ° C.) of 10 −9 torr or less, preferably A fluorine-based oil within a range of 10 −12 to 10 −9 is preferably used. Since the fluorinated oil is excellent in heat resistance (for example, 300 ° C.) and chemical stability, it is particularly suitable as a ball screw for a semiconductor manufacturing apparatus used in a high temperature environment.
When the vapor pressure (20 ° C.) of the lubricant exceeds 10 −9 torr, the lubricant easily volatilizes, and there is a possibility that the ball screw cannot be used stably over a long period of time. If the kinematic viscosity (20 ° C.) of the lubricant is less than 500 cSt, a liquid film (oil film) having an appropriate thickness may not be formed on the surface of the
上記筒体21は、前記多孔質体に潤滑剤を真空含浸することにより製造することができる。詳細には、前記多孔質体を真空含浸装置に導入して減圧し、潤滑剤を添加することで含浸させる方法、あるいは前記潤滑剤の浴中に多孔質体を浸漬し、そのまま減圧して含浸させる方法により製造することができる。多孔質体への潤滑剤の含浸方法として、真空含浸を採用すると、多孔質体の孔内への含浸率を容易に高めることができるという利点がある。なお、真空含浸の条件は、多孔質体の気孔率、潤滑剤の種類等に応じて適宜に設定されるが、前記多孔質体内部の空間全てが潤滑剤で満たされる条件で真空含浸を行うことが好ましい。 The cylinder 21 can be manufactured by vacuum impregnating the porous body with a lubricant. Specifically, the porous body is introduced into a vacuum impregnation apparatus and decompressed, and the impregnation is performed by adding a lubricant, or the porous body is immersed in the lubricant bath, and the pressure is reduced and impregnated as it is. It can manufacture by the method to make. Adopting vacuum impregnation as a method for impregnating the porous body with the lubricant has an advantage that the impregnation rate into the pores of the porous body can be easily increased. The conditions for vacuum impregnation are appropriately set according to the porosity of the porous body, the type of lubricant, etc., but the vacuum impregnation is performed under the condition that the entire space inside the porous body is filled with the lubricant. It is preferable.
上記筒体21を備えたボールネジにおいて、ネジ軸1及びナット3の全表面には、非常に薄い、官能基を有するフッ素系高分子薄膜が形成されている。詳細には、図3及び図4に示すように、上記ネジ軸1の螺旋溝1aの表面(転動体接触面)を含めネジ軸1の全表面、上記ナット3の螺旋溝3aの表面(転動体接触面)を含めナット3の全表面には、膜厚がサブミクロンオーダの、官能基を有するフッ素系高分子薄膜11が形成されている。このフッ素系高分子薄膜11は、三次元網目構造体状で、摩擦抵抗が極めて小さく、ボール2の転動により摩耗粉が発生しにくい程度の流動性を示すゲル状薄膜である。このようなフッ素系高分子薄膜11は、例えばフルオロポリエーテル化合物、ポリフルオロアルキル化合物等のフッ素原子を複数有する化合物を1種又は2種以上用いて形成することができる。ここで、フルオロポリエーテル化合物は、−CxF2x−O−(Xは1〜4の整数)で表される構造単位を有する化合物であり、その数平均分子量(Mn)が1,000〜50,000程度のものである。また、ポリフルオロアルキル化合物は、アルキル基中の複数の水素原子がフッ素原子に置換されたフルオロアルキル基を有する化合物であり、その数平均分子量(Mn)が1,000〜50,000程度のものである。
In the ball screw provided with the cylindrical body 21, a very thin fluoropolymer thin film having a functional group is formed on the entire surface of the screw shaft 1 and the
上記フルオロポリエーテル化合物、ポリフルオロアルキル化合物等のフッ素原子を複数有する化合物は、ネジ軸1、ナット3の構成材料である金属や上記潤滑剤と接着性の高い官能基を1種又は2種以上有していることが好ましい。このような官能基としては、アルコール基、エポキシ基、アミノ基、カルボキシル基、水酸基、メルカプト基、イソシアネート基、スルフォン基、エステル基等があげられる。
The compound having a plurality of fluorine atoms, such as the above-mentioned fluoropolyether compound and polyfluoroalkyl compound, is one or more kinds of functional groups having high adhesion to the metal and the lubricant that are the constituent materials of the screw shaft 1 and the
上記フルオロポリエーテル化合物のうち好適なものとしては、下記の化学式(a1)〜(a10)で表される化合物があげられる。また、上記ポリフルオロアルキル化合物のうち好適なものとしては、下記の化学式(b1)〜(b13)で表される化合物があげられる。 Preferred examples of the fluoropolyether compounds include compounds represented by the following chemical formulas (a1) to (a10). In addition, preferable examples of the polyfluoroalkyl compound include compounds represented by the following chemical formulas (b1) to (b13).
さらに具体的には、モンテカチーニ社製のフォンブリンYスタンダード、フォンブリンエマルジョン(FE20、EMO4等)、フォンブリンZ誘導体(FONBLIN Z DEAL、FONBLIN Z DIAC、FONBLIN Z DISOC、FONBLIN Z DOL、FONBLIN Z DOLTX2000、FONBLIN Z TETRAOL等)が好適に用いられる。また、動粘度(20℃)が1000〜2200cStの範囲内のものが好ましい。 More specifically, Fomblin Y Standard, Fomblin Emulsion (FE20, EMO4, etc.), Fomblin Z Derivatives (FONBLIN Z DEAC, FONBLIN Z DIAC, FONBLIN Z DISOC, FONBLIN Z DOL, FONBLIN Z DOLTX2000, manufactured by Montecatini, FONBLIN Z TETRAOL) is preferably used. Moreover, a thing with a kinematic viscosity (20 degreeC) in the range of 1000-2200cSt is preferable.
上記フッ素系高分子薄膜11は、例えばつぎのようにして形成することができる。すなわち、まず、前記フッ素原子を複数有する化合物を溶媒中に分散させたコーティング液を調製する。ここで、コーティング液の濃度は、10重量%以下、好ましくは5〜10重量%という低濃度に設定されている。つづいて、得られたコーティング液を装填した浸漬槽中にネジ軸、ナットを浸漬して数回回転する。これにより、ネジ軸、ナットの表面にコーティング液膜を形成する。なお、浸漬に限らず、スプレー塗布等によりコーティング液膜を形成してもよい。また、コーティング液膜を特定の部位のみに形成したい場合には、マスキング等を施してから、浸漬、スプレー塗布等を行えばよい。さらに、コーティング液膜を形成したい部位に対し、例えば微量注入可能な注射器を用いてコーティング液膜を形成するようにしてもよい。その後、例えば40〜50℃で3分間加熱することにより、コーティング液膜中の溶媒を除去する。つづいて、例えば80〜180℃の温度で15〜70分間、加熱する。こうして、膜厚がサブミクロンオーダ(好適には0.1〜0.4μm、例えば0.2μm)のフッ素系高分子薄膜を形成することができる。なお、所望の膜厚にすべく、上記した一連の製膜工程を複数回行うようにしてもよい。
The fluorine-based polymer
上記のように構成された本形態に係るボールネジは、ボール2が循環する循環路4内に、気孔率が10〜30%の範囲内の多孔質体に真空含浸により含浸率が90〜100%とという高い含浸率で潤滑剤を含浸させた多孔質体からなる筒体21が挿入されているので、ボール2が筒体21内を転動中に当該筒体21を構成する多孔質体の毛細管現象により潤滑剤が滲みだして、ボール2に微量の潤滑剤を供給することができる。また、潤滑剤が多く供給されるために余剰の潤滑剤が発塵(飛散)してしまうといったことも有効に抑制することができる。さらに、ネジ軸1の螺旋溝1a及びナット3の螺旋溝3aの表面に官能基を有するフッ素系高分子薄膜11が形成されているので、このフッ素系高分子薄膜11からも潤滑剤が供給され、長期にわたり安定してボール2を転動させることができる。特に、フッ素系高分子薄膜11の官能基が金属と接着性を有する官能基である場合には、金属製のネジ軸1等とフッ素系高分子薄膜11との密着性が高くなり、フッ素系高分子薄膜11が剥離しにくいという利点がある。また、フッ素系高分子薄膜11の表面に筒体21に含浸保持された潤滑剤と接着性のある官能基が露出している場合には、潤滑剤の発塵(飛散)を有効に抑制することができる。さらに、ボール2の循環により、筒体21に含浸保持された潤滑剤をフッ素系高分子薄膜11に補給することもできるので、より一層、長期にわたり安定してボール2を転動させることができる。また、フッ素樹脂製の多孔質体にフッ素系オイルを含浸させている場合には、フッ素系オイルがフッ素樹脂に馴染みやすいために含浸率を高くしやすいとともに、耐熱性(200℃以上)にも優れるという利点を有する。さらに、本形態では、ナット3がネジ軸1の軸方向に移動する際にそのナット3とネジ軸1とが接触しても、その接触面を含めてナット3とネジ軸1の全表面にフッ素系高分子薄膜11が形成されているので、ボール2との接触以外の接触に起因する発塵や摩耗をも有効に抑制することができるという利点もある。
The ball screw according to the present embodiment configured as described above has an impregnation rate of 90 to 100% by vacuum impregnation into a porous body having a porosity of 10 to 30% in the circulation path 4 through which the
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、筒体21は、複数に分割されて循環路4に挿入されていてもよい。また、官能基を有するフッ素系高分子薄膜11は、ボール2の表面に形成されていてもよい。さらに、本発明のボールネジは、高温真空環境下で使用される半導体製造装置の位置決め手段以外にも用いることができるのは勿論である。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the cylindrical body 21 may be divided into a plurality of parts and inserted into the circulation path 4. Further, the fluorine-based polymer
1 ネジ軸
2 ボール(転動体)
3 ナット
4 循環路
11 官能基を有するフッ素系高分子薄膜
21 筒体
1
3 Nut 4
Claims (7)
前記循環路に、潤滑剤が真空含浸された多孔質体から構成されてなる筒体が挿入されていることを特徴とするボールネジ。 A screw shaft having a spiral groove on the outer peripheral surface, a nut that is movably disposed along the screw shaft, and has a spiral groove on the inner peripheral surface corresponding to the spiral groove of the screw shaft, and a spiral groove of the screw shaft; A plurality of rolling elements which are arranged so as to roll between the spiral grooves of the nut, and a circulation path for circulating the plurality of rolling elements between the spiral grooves of the screw shaft and the spiral grooves of the nut; A ball screw with
A ball screw comprising a cylindrical body made of a porous body, which is vacuum-impregnated with a lubricant, is inserted into the circulation path.
前記循環路に、潤滑剤が含浸された多孔質体から構成されてなる筒体が挿入されており、かつ、前記多孔質体の気孔率が10〜30%の範囲内に設定されているとともに、前記潤滑剤の含浸率が前記多孔質体内部の空間容積に対し90〜100%の範囲内に設定されていることを特徴とするボールネジ。 A screw shaft having a spiral groove on the outer peripheral surface, a nut that is movably disposed along the screw shaft, and has a spiral groove on the inner peripheral surface corresponding to the spiral groove of the screw shaft, and a spiral groove of the screw shaft; A plurality of rolling elements which are arranged so as to roll between the spiral grooves of the nut, and a circulation path for circulating the plurality of rolling elements between the spiral grooves of the screw shaft and the spiral grooves of the nut; A ball screw with
A cylindrical body composed of a porous body impregnated with a lubricant is inserted into the circulation path, and the porosity of the porous body is set within a range of 10 to 30%. The ball screw is characterized in that an impregnation rate of the lubricant is set in a range of 90 to 100% with respect to a space volume inside the porous body.
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