JP2006242234A

JP2006242234A - 転動装置

Info

Publication number: JP2006242234A
Application number: JP2005056530A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Saito; 剛齋藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-03-01
Filing date: 2005-03-01
Publication date: 2006-09-14

Abstract

【課題】真空中や高温環境下においても潤滑性を保つこと。
【解決手段】外輪１１と内輪１２との間に複数の転動体（玉）１３が挿入され、外輪１１と内輪１２は、各転動体１３を介して相対変位可能に配置され、外輪１１と内輪１２のうち各転動体１３との接触面を軌道面として、各転動体１３が、波形の保持器１４に保持されながら転動するようになっている。そして、軌道面には、イオン性液体を含有する潤滑剤１５が塗布または封入され、イオン性液体には、粒径が０．１μｍ以下の微粒子が添加されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受、直動型軸受およびボールねじ装置などの直動装置に係り、特に、高温環境下で潤滑剤の劣化や蒸発による潤滑剤の減量を嫌う転動装置や真空中での蒸発による有機汚染を嫌う転動装置に関する。

転がり軸受、直動型軸受およびボールねじ装置などの直動装置を例えば、半導体製造装置内部に配設される搬送系などのような高真空環境下で使用する場合、低発塵性、動作円滑性、高耐久性などが要求される。

そこで、従来では、転がり軸受、直動型軸受およびボールねじ装置に用いられる転動体の転がり接触部位に、フッ素オイルを基油としたグリースを封入・塗布することが行われている。

また、転動体の転がり接触部位となる軌道面に、分子構造中に官能基を有する含フッ素重合体を付着するようにしたものが提案されている（特許文献１、２、３参照）。これらによれば、潤滑油中の官能基と軌道面表面の原子鎖との結合によって強く吸着させることで低発塵性と耐久性を実現している。

さらに、０．３〜２μｍの官能基を有する含フッ素重合体とパーフロロポリエーテル（ＰＦＰＥ）からなる潤滑膜が被膜されたボールねじ、直動案内、転がり軸受が提案されている（特許文献４、５、６参照）。これらは、特許文献１〜３のものよりもアウトガス性、耐久性を向上させるために、含フッ素重合体からなる膜の上に、官能基のないフッ素油を被膜し、耐久性と発塵性を両立させるために、膜厚自体も０．３〜２μｍとしている。
特開平８−２４０２２３号公報特開平８−２２６５１６号公報特開平８−２２６４４６号公報特開２００１−２５４８０３号公報特開２００２−３５７２２１号公報特開２００２−３５７２２５号公報

ところで、グリースを使用する場合には、外部飛散を抑制するために、従来技術では、グリース封入量の少量化で対応しているが、潤滑作用の不足や耐久性の低下を余儀なくされる。

この場合、フッ素系高分子固体潤滑剤をコーティングすることも考えられるが、比較的大きなアキシャル荷重がかかる状況下においては、剥離や欠落の他、磨耗による発塵が多くなるなど、耐久性が不十分となる。

すなわち、特許文献１〜３に記載されているように、転動体の転がり接触部位となる軌道面に、分子構造中に官能基を有する含フッ素重合体を付着する方法を採用しても、下地に化学的に付着している分子は−分子層であり、余分の官能基を有するフッ素油は、化学的には付着していないので、潤滑作用の不足や耐久性の低下を招くことになる。

一方、特許文献４〜６に記載されている方法を採用するにも、一般に、官能基を有するフッ素油は、官能基のないフッ素油と比較して蒸気圧が大きいため、アウトガスによる有機汚染に対する要求が厳しい環境下では使用できない。

本発明は、真空中や高温環境下においても潤滑性を保つことができる転動装置を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明は、同心状の位置関係を有する２つの支持部材の間に複数の転動体を挿入し、前記各支持部材を各転動体を介して相対変位可能に配置し、前記各支持部材のうち前記各転動体との接触面を軌道面として前記各転動体が転動する転動装置において、前記軌道面に、イオン性液体を含有する潤滑剤を塗布または封入してなることを特徴とする転動装置を構成したものである。

前記した転動装置を構成するに際しては、前記イオン性液体に粒径が０．１μｍ以下の微粒子を添加してなることが望ましい。

イオン性液体に関して：
例えば、食塩のような無機塩は、Ｎａ⁺とＣｌ^-といったイオンから構成されているが、この陽イオンや陰イオンを有機イオンに置き換えてみると、一般的に有機イオンは無機イオンよりもイオン半径が大きいため、その静電相互作用が弱まり、室温付近で液体として振舞うようになる。このように、室温付近で液体の有機塩をイオン性液体（常温溶融塩）と呼んでいる。一般的に陽イオンとしては、ピリジニウムイオンやイミダゾリウムイオンといった芳香族系、トリメチルヘキシルアンモニウムイオンといった脂肪族系、陰イオンとしてはＮＯ₃ ^-、ＣＨ₃ＣＯ₂ ^-、ＢＦ₄ ^-、（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ^-、ＣＦ₃ＣＯ₂ ^-、ＣＦ₃ＳＯ₂ ^-といったフッ素系陰イオンなどがある。

入手可能なイオン性液体としては、以下のものがある。

関東化学（株）
Ｃ₈Ｈ₂₀ＯＮＢＦ₄、Ｃ₁₀Ｈ₂₀Ｏ₅Ｎ₂Ｓ₂Ｆ₆
広栄化学工業（株）
（１）ピリジン系イオン性液体・・・１Ｌ−Ｐ２、１Ｌ−Ｐ１１
（２）脂環式アミン系イオン性液体・・・１Ｌ−Ｃ１、１Ｌ−Ｃ３、１Ｌ−Ｃ５
（３）脂肪族アミン系イオン性液体・・・１Ｌ−Ａ１、１Ｌ−Ａ２、１Ｌ−Ａ３、１Ｌ−Ａ４、１Ｌ−Ａ５
微粒子としては、特に限定されるものではないが、潤滑性に優れたものとして、例えば、二硫化モリブテン、二硫化タングステン、グラファイト、クラスターダイヤモンド、フラーレン、ナノカーボン、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンオニオン、フッ素樹脂をはじめ、それ自体は潤滑性がないシリカ、マグネシア、チタニア、イットリアなどがある。

潤滑剤にイオン性液体を含有するものを用いると、イオン性液体はもともと塩であるため、真空中や高温環境下においても蒸発したり、その性質が変化したりしないので、潤滑性が劣化したり、変質したりすることはない。従って、真空中や高温環境下においても潤滑性を保つことができ、耐摩耗性、焼き付き性を向上させることができる。

本発明によれば、真空中や高温環境下においても、耐摩耗性および焼き付き性の向上を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、転がり軸受の一実施例を示す断面図である。図１において、転がり軸受１０は、転動装置の一要素として、同心状の位置関係を有する２つの支持部材として、外輪１１、内輪１２を備えており、外輪１１と内輪１２との間に複数の転動体（玉）１３が挿入されている。外輪１１と内輪１２は、各転動体１３を介して相対変位可能に配置され、外輪１１と内輪１２のうち各転動体１３との接触面を軌道面として、各転動体１３が、波形の保持器１４に保持されながら転動するようになっている。そして、軌道面には、イオン性液体を含有する潤滑剤１５が塗布または封入されている。イオン性液体には、粒径が０．１μｍ以下の微粒子が添加されている。

外輪１１、内輪１２、転動体１３、保持器１４は、一般的に軸受用として使用されているＳＵＪ２などの金属材で形成される他、例えば、耐食性を有する金属材料で形成される。この種の金属材料としては、例えば、ＪＩＳ規格４４０Ｃなどのマルテンサイト系ステンレス鋼、ＪＩＳ規格ＳＵＳ６３０などの析出硬型ステンレス鋼に適当に硬化熱処理を施した金属材料などが挙げられる。また、軽荷重用途では、例えば、ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などのオーステナイト系ステンレス鋼やチタン合金に表面硬化処理を施したものでもよい。

潤滑剤１５を軌道面に付着するに際しては、外輪１１、内輪１２、転動体１３および保持器１４をそれぞれ組み立てて転がり軸受１０を完成状態としてから、脱脂洗浄後、外輪１１と内輪１２間で転動体１３の存在する箇所において、用意した潤滑剤１５を分注器やスポイトなどにより必要量だけ注入し、外輪１１または内輪１２を数回回転させることにより、潤滑剤１５を外輪１１、内輪１２、転動体１３および保持器１４の転動、摺動部位や軌道面に塗布、被覆させる。この潤滑剤１５の供給は、スプレーによって塗布してもよいし、潤滑剤１５の貯蔵槽に浸漬してもよい。ここで用いる潤滑剤１５は、イオン性液体をアルコールやアセトンで希釈したものである。この後、潤滑剤１５を塗布した転がり軸受１０の全体を１００〜２００℃で約３０分間加熱し、潤滑剤１５に含まれる希釈溶媒（アルコールやアセトン）を除去する。

外輪１１、内輪１２の軌道面などに、イオン性液体を含有する潤滑剤を塗布または封入するに際しては、軌道面の表面粗さや転動体１３の表面粗さを規定し、それらの接触状態を管理した上で、それらに必要最小限の潤滑剤１５を付着させる形態としている。

この場合、外輪１１、内輪１２、転動体１３および保持器１４相互の接触部位において、必要最小限の潤滑剤１５のみが潤滑に寄与するため、余分な潤滑油の飛散などによる発塵を防止でき、また、蒸気圧の低いイオン性液体を使用しているため、アウトガスの発生がほとんどなくなる。

本実施例によれば、転がり軸受１０の軌道面に、真空中や高温環境下においても蒸発したり、その性質が変化したりしないイオン性液体を潤滑剤に使用しているため、アウトガスによる有機汚染を防止でき、また超微粒子を添加しているため、潤滑性、焼き付き性および耐摩耗性の向上を図ることができる。

次に、本発明の第２に実施例を図２に従って説明する。本実施例は、直動案内軸受装置３０として、断面円弧状の転動体転動溝３１ａを両側面に有する角形の案内レール３１と、軸方向に相対移動可能に案内レール３１に組み付けられた横断面形状が略コ字状のスライダ３２とを備えている。スライダ３２の内側両側面には、案内レール３１の転動体転動溝３１ａに対向する断面円弧状の負荷転動体溝３２ａが形成されており、案内レール３１の転動体転動溝３１ａとスライダ３２の負荷転動体転動溝３２ａとから、断面略円形の転動体転動路３４が形成されている。

さらに、スライダ３２は、両側の肉厚部分の上部及び下部に、軸方向に貫通する断面円形の貫通孔からなる転動体戻し路３５を計４本備えている。スライダ３２の軸方向両端に備えられたエンドキャップ（図示せず）には、転動体転動路３４とこれに平行な転動体戻し路３５とを連通させる湾曲部（図示せず）を有しており、これら転動体転動路３４と転動体戻し路３５と両端の湾曲部とで、転動体の循環路（軌道面）が形成されている。この転動体の循環路内には、例えば、鋼球からなる多数の転動体３３が転動自在に装着されている。

案内レール３１に組み付けたスライダ３２は、転動体転動路３４内の転動体３３の転動を介して案内レール３１に沿って滑らかに移動し、その移動中、転動体３３は、スライダ３２内の循環路を転動しつつ無限循環する。

このような直動案内軸受装置３０は、案内レール３１の転動体転動溝３１ａと転動体３３との接触面、スライダ３２の負荷転動体転動溝３２ａと転動体との接触面、及び転動体３３の転動面に、イオン性液体を含有する潤滑剤が塗布または封入されおり、イオン性液体には、粒径が０．１μｍ以下の微粒子が添加されている。

本実施例によれば、案内レール３１の転動体転動溝３１ａと転動体３３との接触面、スライダ３２の負荷転動体転動溝３２ａと転動体との接触面、及び転動体３３の転動面（軌道面）に、真空中や高温環境下においても蒸発したり、その性質が変化したりしないイオン性液体の潤滑剤が塗布されているため、アウトガスによる有機汚染を防止でき、また超微粒子を添加しているため、潤滑性、焼き付き性および耐摩耗性の向上を図ることができる。

次に、本発明の第３実施例を図３に従って説明する。本実施例は、直動型玉軸受４０として、円筒形の軸からなるレール４１と、円筒部材からなる移動体４２と、プレス製の保持器４３と、転動体としてのボール４４と、保持筒４５とを備えて構成されている。レール４１は、その外周面の円周六箇所に軸方向に沿う直線状の溝（図示せず）が負荷用ボール転送路（軌道面）として全長に亘って形成されている。移動体４２は、その内周面の軸方向中間領域の円周六箇所にレール４１の溝に径方向で対向するように、軌道溝（図示せず）が形成されている。保持器４３は、移動体４２の内周面の一部を沿うように湾曲加工された円筒形状に形成され、その両端部分が、保持筒４５によって支持され、中央領域に無負荷用ボール転送路としての環状溝が形成されている。そして、負荷用ボール転送路と無負荷用ボール転送路との間でボール４４が転動循環されるようになっているとともに、レール４１の溝、移動体４２の溝、保持器４３の環状溝、ボール４４の表面には、イオン性液体を含有する潤滑剤が塗布されている。このイオン性液体には、粒径が０．１μｍ以下の微粒子が添加されている。

本実施例によれば、レール４１の溝、移動体４２の溝、保持器４３の環状溝、ボール４４の表面には、真空中や高温環境下においても蒸発したり、その性質が変化したりしないイオン性液体の潤滑剤が塗布されているため、アウトガスによる有機汚染を防止でき、また超微粒子を添加しているため、潤滑性、焼き付き性および耐摩耗性の向上を図ることができる。

次に、本発明の第４実施例を図４に従って説明する。本実施例は、ボールねじ５０として、ねじ軸５１と、ナット５２と、ボール（転動体）５３と、サーキュレータチューブ５４を備えている。

ねじ軸５１は、その外周面に螺旋溝５１ａが形成されている。ナット５２は、ねじ軸５１に外嵌されており、その内周面にねじ軸５１の螺旋溝５１ａに対応する螺旋溝５２ａが形成されている。複数のボール５３は、ねじ軸５１の螺旋溝５１ａとナット５２の螺旋溝５２ａとの間に転動自在に介装されている。サーキュレータチューブ５４は、ねじ軸５１またはナット５２のいずれか一方の回転により、両螺旋溝５１ａ、５２ａ間に介装されるボール５３を転動循環させるためのもので、ナット５２に取り付けられている。ねじ軸５１の螺旋溝５１ａとナット５２の螺旋溝５２ａの断面形状は、略Ｖ字形に形成されている。

そして、ねじ軸５１の外周面（軌道面）、ナット５２の内周面（軌道面）、ボール５３の表面およびサーキュレータチューブ５４の内面には、イオン性液体を含有する潤滑剤が塗布されている。このイオン性液体には、粒径が０．１μｍ以下の微粒子が添加されている。

本実施例によれば、ねじ軸５１の外周面（軌道面）、ナット５２の内周面（軌道面）、ボール５３の表面およびサーキュレータチューブ５４の内面には、真空中や高温環境下においても蒸発したり、その性質が変化したりしないイオン性液体の潤滑剤が塗布されているため、アウトガスによる有機汚染を防止でき、また超微粒子を添加しているため、潤滑性、焼き付き性および耐摩耗性の向上を図ることができる。

本発明の第１実施例を示す転がり軸受の断面図である。本発明の第２実施例を示す直動案内軸受装置の断面図である。本発明の第３実施例を示す直動型玉軸受の断面図である。本発明の第４実施例を示すボールねじの断面図である。

符号の説明

１１外輪
１２内輪
１３転動体
１４保持器
１５潤滑剤
３１案内レール
３２スライダ
３４転動路
４１レール
４２移動体
４３保持器
４４ボール
５１ねじ軸
５２ナット
５３ボール

Claims

同心状の位置関係を有する２つの支持部材の間に複数の転動体を挿入し、前記各支持部材を各転動体を介して相対変位可能に配置し、前記各支持部材のうち前記各転動体との接触面を軌道面として前記各転動体が転動する転動装置において、前記軌道面に、イオン性液体を含有する潤滑剤を塗布または封入してなることを特徴とする転動装置。
請求項１に記載の転動装置において、前記イオン性液体に粒径が０．１μｍ以下の微粒子を添加してなることを特徴とする転動装置。