JP2005207541A - リニアガイド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スライダとレールの間に蓄積された熱を更に効果的に放熱することができ、高真空の下においても十分な放熱効果が得られるリニアガイド装置を提供する。
【解決手段】レール転動体ガイド面を有するレールと、レール転動体ガイド面と対向するスライダ転動体ガイド面を有する鞍状のスライダと、レール転動体ガイド面とスライダ転動体ガイド面とにより形成される負荷路を転動する転動体とを備えたリニアガイド装置において、レールおよびスライダの少なくとも一方の外表面の一部に放熱性被膜を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、産業機械や工作機械、半導体製造装置等の機械装置や測定機器の案内部に設けられ、テーブル等の移動台を直線的に移動させるためのリニアガイド装置に関する。

従来のリニアガイド装置は、鞍状のスライダに設けた戻し路と、スライダの両端部に取付けられたエンドキャップに設けた方向転換路と、レールに設けたレール転動体ガイド面とスライダに設けたスライダ転動体ガイド面とを対向させて形成した負荷路とを連結した循環路により転動体を循環させ、負荷路を転動する転動体によりスライダがレールを直線的に往復移動するように構成し、エンドキャップの外側に設けたサイドシールに近接してポリエチレン等のポリオレフィン系合成樹脂と潤滑剤と熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の個体潤滑剤とからなる混合物を所定の形状に成形した潤滑剤供給部材を配置し、この潤滑剤供給部材の熱伝導による放熱効果により運転に伴う発熱を効果的に外部に放熱してレールと摺接する潤滑剤供給部材のスライダの移動に伴う摺動発熱による潤滑剤供給部材の熱変形や樹脂成分の軟化、摺動抵抗の増加、機械的強度の低下、潤滑剤の過度の放出を防止している。（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１６８２４７号公報（主に第２頁段落００９−第３頁段落００２１、第１図）

近年、機械装置等の生産性の向上のためにスライダの走行速度が高速化し、これに伴う摺動発熱が増加してスライダとレールの間に更に多くの熱が蓄積される傾向にある。
しかしながら、上述した従来の技術においては、潤滑剤供給部材に混合した高い熱伝導性を有する個体潤滑剤の放熱効果により冷却を行っているため、スライダとレールの間に更に多く蓄積された熱を十分に放熱できない恐れがあるという問題がある。

また、半導体製造装置等のように高真空の下で使用されるリニアガイド装置では、熱伝達による放熱が不十分となり、十分な冷却効果が期待できないという問題がある。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、スライダとレールの間に蓄積された熱を更に効果的に放熱することができ、高真空の下においても十分な放熱効果が得られるリニアガイド装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、レール転動体ガイド面を有するレールと、前記レール転動体ガイド面と対向するスライダ転動体ガイド面を有する鞍状のスライダと、前記レール転動体ガイド面とスライダ転動体ガイド面とにより形成される負荷路を転動する転動体とを備えたリニアガイド装置において、前記レールおよび前記スライダの少なくとも一方の外表面の一部に放熱性被膜を形成したことを特徴とする。

これにより、本発明は、摺動発熱によるリニアガイド装置内部の熱を真空中、空気中を問わずに効果的に外部に放熱することができるという効果が得られる。

以下に、図面を参照して本発明によるリニアガイド装置の実施例について説明する。

図１は実施例のリニアガイド装置を示す斜視図である。
１はリニアガイド装置である。
２はリニアガイド装置１のレールであり、合金鋼等の鋼材で製作された略四角状の断面形状を有する長尺の棒状部材である。
３ａ、３ｂはレール２の転動体ガイド面（レール転動体ガイド面という。）であり、レール２の両方の側面の長手方向に沿って形成される。

４はスライダであり、合金鋼等の鋼材で製作された略コの字状の断面形状を有する鞍状部材であって、その上面４ａには機械装置等の移動台等がボルト等により締結されるねじ穴が設けられ、その両側の袖部４ｂの内側面にはレール転動体ガイド面３ａ、３ｂと対向して図示しないスライダ４の転動体ガイド面（スライダ転動体ガイド面という。）が形成されている。

また、袖部４ｂの厚肉部には、レール２の軸方向に袖部４ｂを貫通する図示しない戻り路が設けられる。
本実施例のレール転動体ガイド面３ａ、３ｂおよびスライダ転動体ガイド面は、転動体としてのボールを転動させるために略円弧状の断面形状を有する溝として形成され、その転動面は略円弧状の円弧面として形成される。

上記の対向配置されたスライダ転動体ガイド面とレール転動体ガイド面３ａ、３ｂとの間には転動体が転動し、レール２を移動するスライダ４の荷重を支える負荷路が形成される。
５はエンドキャップであり、金属材料や樹脂材料等で略コの字状の断面形状に製作され、スライダ４の移動方向の前後端に配置される。

また、エンドキャップ５には負荷路とスライダ４の袖部４ｂに設けられた戻り路とをそれぞれ接続するための湾曲した通路である方向転換路が設けられている。
両方のエンドキャップ５の外側には、エンドキャップ５に近い側から補強板６、潤滑剤供給部材７、サイドシール８が順に重ね合わされてボルト等によりスライダ４に締結される。

サイドシール８は、合金鋼等の板材で製作された芯金とこの芯金に天然ゴム、合成ゴム等の弾性材料で一体に形成したシールゴムとで構成され、シールゴムのレール２側にはレール２の外形形状に合わせてリップ部が設けられており、このリップ部がレール２に摺接して接触式シールを構成している。
潤滑剤供給部材７は、ポリエチレン等のポリオレフィン系合成樹脂等の樹脂材料と、ポリα−オレフィン油等のパラフィン炭化水素油等の潤滑剤と、熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上（例えば黒鉛）の個体潤滑剤とからなる混合物をエンドキャップ５と略同形状に成形し、レール転動体ガイド面３ａ、３ｂと摺接するように形成される。

９はグリースニップルである。
１１は放熱性被膜であり、図１に網掛けで示すようにレール２やスライダ４の外表面（外部から視認できる表面をいう。）の一部に施された熱放射性に優れた被膜であって、高放射性被膜処理を施した薄板の貼付もしくは高放射性塗料の塗膜により形成される。
高放射性被膜処理を施した薄板は、「コーベホーネツ」（神戸製鋼所株式会社の登録商標）や「住友ハイコート吸熱型」（住友金属工業株式会社の商品名）、「高吸熱性鋼板」（新日本製鐵株式会社の商品名）、「エコフロンティアコートＺ１」（ＪＥＦスチール株式会社の商品名）等である。

熱放射性塗料は、「オキツモクールテック」（株式会社オキツモの商品名）等である。
上記の高放射性被膜処理を施した薄板によりレール２やスライダ４の外表面に放熱性被膜１１を形成する場合は、薄板を貼付部位の形状に加工し、被膜処理を施した面を外側にしてレール２やスライダ４の外表面に貼付する。この場合に用いる接着剤は高熱伝導性の接着剤を用いるとよい。

また、高放射性塗料によりレール２やスライダ４の外表面に放熱性被膜１１を形成する場合は、塗膜を形成しない面をマスキングした後にディップコートやスプレー等のコーティング方法によりレール２やスライダ４の外表面に高放射性塗料を塗布して塗膜を形成する。これにより簡便に熱放射性被膜１１を形成することができる。
上記した負荷路と、その両側のエンドキャップ５の方向転換路と、両側の方向転換路を接続する戻り路とが連結されて循環路が形成され、この循環路を循環する転動体が負荷路であるにレール転動体ガイド面３ａ、３ｂとスライダ転動体ガイド面との間を転動してスライダ４に加えられた負荷を往復動自在に支持する。

この循環路は、スライダ４の反対側の袖部４ｂにおいても同様に形成され、これによりスライダ４がレール２に直線往復運動可能に支持される。
上記の構成の作用について説明する。
一般に、熱の伝導メカニズムは熱伝導、対流伝導、熱放射の３つがある。熱放射は物体の表面からその温度により放射される電磁波により熱が移動する現象であり、その熱放射の度合いを示す指数として放射率が用いられる。

放射率は、λ＝４．５〜２５μｍの波長領域において表面の分光反射率から算出される指標であり、熱放射スペクトル分布において絶対温度２９３Ｋとした場合の絶対値であって、次式で表される。

〔数式１〕

ここに、αは放射率、Ｇ（λ）はプランクの熱放射スペクトル分布において絶対温度２９３Ｋとした場合の相対値、Ｒ（λ）は分光反射率である。
この放射率は１に近づくほど放熱効果が大きくなり、高い熱放射性を有する放熱性被膜１１の特長として熱が電磁波で伝導されるので、放熱特性は母材の材質に依存せず、表面状態にのみ依存する。このため使用環境が真空中、空気中を問わずに放熱することが可能になり、真空中において使用されるリニアガイド装置１の内部の熱を外部に放熱する方法として最適である。

このような放熱特性を評価するために、以下に示すリニアガイド走行試験を行った。
本試験に用いたリニアガイド装置１は図１に網掛けで示すスライダ４の上面４ａの袖部４ｂ部分を除く外表面（中央上面という。）に放熱性被膜１１を形成したもの、中央上面およびレール２のレール転動体ガイド面３ａ、３ｂとレール２の前後端面を除く外表面（レール面という。）に放熱性被膜１１を形成したもの、図２に網掛けで示すスライダ４の外表面の全てとレール２のレール転動体ガイド面３ａ、３ｂを除く外表面、つまりリニアガイド装置１の転動面を除く全ての外表面（全表面という。）に放熱性被膜１１を形成したものの３種類である。

そして、放熱性被膜１１は、コーベホーネツの薄板、オキツモクールテックのスプレー法による塗膜、４種類の樹脂材料の塗料による塗膜により上記のリニアガイド装置１の各表面に形成した。
このようにして準備したリニアガイド装置１と比較のための放熱性被膜１１を形成していない未被膜のリニアガイド装置１のスライダ４の両側に潤滑剤供給部材を各１個取付け、予圧１．４７Ｎ、送り速度５００ｍｍ／ｓで往復直線走行させながら、レール２の上面の同一部位の温度を測定してリニアガイド走行試験を行った。

試験に用いた放熱性被膜１１の放射率とリニアガイド走行試験の結果を表１に示す。

なお、表１の試験結果は、未被膜品との温度差で各供試品の温度低下を示している。
図３は、表１の試験結果を横軸を放射率、縦軸を温度差として示した各リニアガイド装置の放熱特性の比較グラフである。
図３から明らかなように、放射率が高いものほどレール２の上面温度が未被膜のものに対して低下し、放射率０．５以上の放熱性被膜１１を形成したリニアガイド装置１の温度低下はいずれの外表面に形成したものであっても放射率０．５未満のものに対して著しく温度が低下していることが判る。この傾向は放熱性被膜１１が覆う外表面の面積が大きいほど顕著になる。

なお、上記のリニアガイド走行試験においては、コーベホーネツ、オキツモクールテックについての試験結果を示したが、放熱性被膜１１は前記に限らず、上記に例示した各放熱性被膜１１であってもよい。要は放射率０．５以上の放熱性被膜１１であればどのようなものであっても同様の放熱効果が得られる。
以上説明したように、本実施例では、リニアガイド装置のレールおよびスライダの少なくとも一方の外表面の一部に放熱性被膜を形成したことによって、摺動発熱によるリニアガイド装置内部の熱を真空中、空気中を問わずに効果的に外部に放熱することができ、潤滑剤供給部材の熱変形や樹脂成分の軟化、摺動抵抗の増加、機械的強度の低下、潤滑剤の過度の放出を抑制することができる。

また、レールのレール転動体ガイド面を除く外表面と、スライダの外表面に放熱性被膜を形成するようにしたことによって、更に上記の効果を高めることができる。
更に、放熱性被膜の放射率を０．５以上としたことによって、上記の効果を安定して得ることができる。
更に、高放射性被膜処理を施した薄板の貼付もしくは高放射性塗料の塗膜により放熱性被膜を形成するようにしたことによって、転動面以外の全ての外表面に容易に放熱性被膜を形成することができ、フィン等の表面積を大きくするための加工や設計変更等が不要になり、早期に放熱性に優れたリニアガイド装置を実現することができると共に、リニアガイド装置の形状に依存することなく容易に放熱性被膜を形成することができ、リニアガイド装置の性能を長期に渡って良好に維持することができる。

なお、本実施例においては、転動体としてボールを用いたリニアガイド装置を例に説明したが、転動体としてころを用いたリニアガイド装置においても同様である。
この場合に、レール転動体ガイド面およびスライダ転動体ガイド面は傾斜面として形成し、その一部または全部をころの転動面として機能させる。
また、レールの上面を水平方向に設置する場合を例に説明したが、上面を垂直方向または上下を逆にして、もしくは傾斜させて設置する場合も同様である。

実施例のリニアガイド装置を示す斜視図 リニアガイド走行試験の全表面を示す斜視図 各リニアガイド装置の放熱特性の比較グラフ

符号の説明

１ リニアガイド装置
２ レール
３ａ、３ｂ レール転動体ガイド面
４ スライダ
４ａ 上面
４ｂ 袖部
５ エンドキャップ
６ 補強板
７ 潤滑剤供給部材
８ サイドシール
９ グリースニップル

Claims (3)

1. レール転動体ガイド面を有するレールと、前記レール転動体ガイド面と対向するスライダ転動体ガイド面を有する鞍状のスライダと、前記レール転動体ガイド面とスライダ転動体ガイド面とにより形成される負荷路を転動する転動体とを備えたリニアガイド装置において、
   前記レールおよび前記スライダの少なくとも一方の外表面の一部に放熱性被膜を形成したことを特徴とするリニアガイド装置。
2. レール転動体ガイド面を有するレールと、前記レール転動体ガイド面と対向するスライダ転動体ガイド面を有する鞍状のスライダと、前記レール転動体ガイド面とスライダ転動体ガイド面とにより形成される負荷路を転動する転動体とを備えたリニアガイド装置において、
   前記レール転動体ガイド面を除くレールの外表面と、前記スライダの外表面に放熱性被膜を形成したことを特徴とするリニアガイド装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記放熱性被膜の放射率が、０．５以上であることを特徴とするリニアガイド装置。