JPH0617898A - 半導体製造設備用無潤滑ボールねじ - Google Patents

半導体製造設備用無潤滑ボールねじ

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JPH0617898A
JPH0617898A JP4173017A JP17301792A JPH0617898A JP H0617898 A JPH0617898 A JP H0617898A JP 4173017 A JP4173017 A JP 4173017A JP 17301792 A JP17301792 A JP 17301792A JP H0617898 A JPH0617898 A JP H0617898A
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JP
Japan
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ball
ball screw
spiral
semiconductor manufacturing
manufacturing equipment
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Pending
Application number
JP4173017A
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English (en)
Inventor
Masakazu Hirata
正和 平田
Masami Minami
政美 南
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Publication date
Application filed by NTN Corp, NTN Toyo Bearing Co Ltd filed Critical NTN Corp
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Publication of JPH0617898A publication Critical patent/JPH0617898A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H25/00Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20Screw mechanisms
    • F16H25/24Elements essential to such mechanisms, e.g. screws, nuts
    • F16H25/2418Screw seals, wipers, scrapers or the like
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H25/00Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20Screw mechanisms
    • F16H25/22Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F16H25/2204Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は半導体製造設備用の無潤滑のボール
ねじを、非導電性で、かつ低発塵性、高潤滑性、高耐久
性、高耐蝕性を有する固体潤滑機構を備えたものとす
る。 【構成】 外周面に螺旋状の内側軌道面1aを形成した
ねじ軸1と、内周面に螺旋状の外側軌道面2aを形成し
たボールナット2と、内・外側軌道面1a、2a間に形
成される螺旋状の空間に配された複数のボール3と、ボ
ール循環路を有するボールねじの、前記ボールナット2
の両端に、四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシ
エチレン共重合樹脂(PFA)からなり、コイルスプリ
ング7を外周に装着して縮径可能なC字状のシールリン
グ4を装着したボールねじとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、特に半導体製造設備
で使用される無潤滑ボールねじに関する。
【0002】
【従来の技術】ボールねじは、ねじ軸とねじ軸を挿通し
たボールナットとの間に形成される螺旋状のボール循環
路に複数のボールを配し、ボールの転動循環を介してね
じ軸とボールナットとの間で動力の伝達を行なうもので
あるが、ボールは回転方向と軸方向の合成力を受けて滑
りを伴いながらを転動するため、ボールとボール循環路
との接触部では転がり摩擦と滑り摩擦とが同時に生じ
る。また、ボール同士が衝突すると、隣接ボール同士の
回転方向が逆になるため、ボール間の相対滑り速度がボ
ール1個の時の2倍となって大きな摩擦力が生じる。こ
のような理由から、ボールねじにおいては特に潤滑剤の
選定が重要になる。
【0003】通常、ボールねじの潤滑剤としては、グリ
ース等の流体潤滑剤が使用されるが、半導体製造設備等
のように高い清浄度が必要とされる密封真空下で使用す
る場合、潤滑剤の蒸気が環境の汚染源となるため、グリ
ース等の流体潤滑剤を使用することができない。そのた
め、このような環境下では一般にボールねじ構成部材の
要部を固体潤滑被膜で被覆していた。このような固体潤
滑皮膜の材料としては、二硫化モリブデン等の層状物質
系、金、銀、鉛等の軟質金属系等が広く使用されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の半導体
製造分野における技術の急速な進歩により、半導体の集
積度が増すにつれて、導電パターンの線幅が微細化して
おり、これに伴って、導電パターン上へのパーティクル
の付着を極度に敬遠する傾向にある。
【0005】ここに、固体潤滑剤は、流体潤滑剤のよう
に蒸発によって環境を汚染する心配はないが、潤滑被膜
の摩耗・転着過程における発塵を考慮する必要がある。
例えば、軟質金属系の固体潤滑剤は、摩耗粉自体が導電
性を有するため、この摩耗粉が導電パターン上に付着す
ると導電パターンを短絡させてしまう恐れがある。二硫
化モリブデン等の層状物質系の固体潤滑剤は、導電性は
ないが、耐摩耗性に乏しく発塵量が多い。
【0006】さらに、最近の半導体製造設備では、真空
中で使用できるのみならず、大気・真空両用、耐蝕、耐
熱などの機能も必要とされるようになってきた。すなわ
ち、半導体製造設備でボールねじが使用されるのは主に
ウェーハ処理工程である。この工程で使用される装置は
生産性向上のためインライン化される傾向があり、ウェ
ーハの搬送装置には大気と真空の両環境下で運転できる
ボールねじが必要になってきている。また、使用される
箇所によっては耐蝕性や耐熱性も要求される。
【0007】そこで、この発明は上記したような問題点
を解決し、グリースやコーティングされた固体潤滑被膜
を有せず、みかけ上無潤滑のボールねじの固体潤滑機構
を、非導電性材料を用いて低発塵性、高潤滑性、高耐久
性、高耐蝕性といった特性を具備したものとし、しかも
これらの特性が大気・真空両環境下において発揮される
ようにして、半導体製造設備に適した無潤滑ボールねじ
とすることを課題としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、外周面に螺旋状の内側軌道面
を形成したねじ軸と、内周面に螺旋状の外側軌道面を形
成したボールナットと、前記内・外側軌道面間に形成さ
れる螺旋状の空間に配された複数のボールと、前記螺旋
状の空間を接続して一連のボール循環路を形成する循環
部材とを有する金属製ボールねじにおいて、前記ボール
ナットの両端にフッ素樹脂製のシールリングを内側軌道
面に密着させかつボールナットとねじ軸との隙間を密閉
するように取り付けた構成を採用したのである。
【0009】また、シールリングは、周の一部を半径方
向に切り欠いた縮径用クリアランスを有し、このクリア
ランスを縮める弾性部材を付設したものであってよい。
【0010】
【作用】この発明に係る半導体製造設備用無潤滑ボール
ねじは、フッ素樹脂からなるシールリングが内側軌道面
に密着して、この面にフッ素樹脂転移膜を少量ずつ連続
的に供給するので、フッ素樹脂特有の低摩擦係数の固体
潤滑が、被膜処理に比べて極めて持続性(耐久性)よく
行なわれる。このようなフッ素樹脂転移膜は、順次、ボ
ール表面、外側軌道面およびボール循環路へも転移によ
り供給されるが、供給量は少なくても潤滑の効率が良
く、しかも微小な凹凸へ入り込んだ皮膜を形成するの
で、転移粒子が飛散し難くすなわち低発塵である。ま
た、シールリングは、ボールナットとねじ軸の隙間を密
閉するので、前記粒子は外部へ飛散しない。
【0011】このシールリングは、使用により、その内
周面が徐々に摩耗して内径が広がるが、縮径用クリアラ
ンスを有して、弾性部材がこれを縮径させるので、シー
ル機能の低下が防止される。
【0012】
【実施例】この発明に用いるフッ素樹脂は、相手材に摺
接した際に、潤滑性転移膜を形成するものであれば、特
に限定することなく使用できるが、一例として挙げれ
ば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、四フッ
化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹
脂(PFA)、フッ化エチレン・プロピレンエーテル
(EPE)または四フッ化エチレン・六フッ化プロピレ
ン共重合樹脂(FEP)(以上、カッコ内は略号)等が
好ましい。
【0013】また、上記のフッ素樹脂は、圧縮成形、押
出成形等の手法にて、リング状に成形するが、成形され
たシールリングの耐摩耗性および耐クリープ性を向上さ
せるために、充填材を添加してもよい。
【0014】このような充填材としては、ガラス繊維、
炭素繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、芳香族ポリ
アミド繊維などの繊維材、チタン酸カリウムウィスカ、
シリコンカーバイドウィスカ、グラファイトウィスカ、
α−アルミナウィスカなどの無機ウィスカ、黒鉛、二硫
化モリブデン、ブロンズ、タルク、マイカ、炭酸カルシ
ウム、アルミナ、フッ化黒鉛、ケイ酸カルシウム、リン
酸カルシウム、シリカ、水酸化アルミニウム、チタン酸
カリウム、ガラスビーズ、カーボンビーズなどの無機充
填材が挙げられる。
【0015】なお、この発明の効果を害しない程度に、
フッ素樹脂と他の熱可塑性樹脂等をブレンドして所望の
物性を付与したシールリングとすることもできる。
【0016】この発明の実施例を以下、図面に基づいて
説明する。図1は、この発明をガイドプレート式のボー
ルねじに適用した第1実施例を示す。このボールねじ
は、外周面に螺旋状の内側軌道面1aを形成したねじ軸
1と、内周面に螺旋状の外側軌道面2aを形成したボー
ルナット2と、内・外側軌道面1a、2a間に形成され
る螺旋状の空間に配された複数のボール3と、螺旋状の
空間を接続して一連のボール循環路を形成する図外の循
環部材を有し、ボールナット2の両端には、PFAから
なるシールリング4を装着したものである。
【0017】図2に示すようにシールリング4は、外周
部分に周溝5を有し、また周の一部を一定幅で半径方向
に切り欠いた縮径用のクリアランス6を形成した端面C
字状の部材である。そして、シールリング4の周溝5に
は、環状のコイルスプリング7を伸ばした状態で装着し
て、クリアランス6を縮める方向に付勢している。この
ようなクリアランス6の縮径用弾性部材は、コイルスプ
リング7以外の例えばゴム等の公知の弾性部材であって
よい。また、シールリング4の内周面には、ねじ軸1の
外形に対応した雌ねじを形成し、密着面8としている。
【0018】上記したシールリング4は、ボールナット
2の両端面に軸心と同心円状に形成したリング状切り欠
き9に嵌め入れて固定する。
【0019】得られたボールねじについて、回転数40
0rpm、予圧量15kgf、真空度10-7Torr台、
室温の条件下にて、ボールねじを運転させ、寿命試験お
よび発塵試験を行ない、結果を表1に示した。なお、寿
命時間は初期トルクの5倍となるまでの試験開始からの
時間により評価した。
【0020】また、シールリング4の材料をPTFEと
する以外は、第1実施例と全く同様にして第2実施例の
ボールねじを製造し、前記同様の寿命試験および発塵試
験を行ない、この結果を表1中に併記した。
【0021】
【表1】
【0022】[比較例]シールリングに代えて内側軌道
面1a、外側軌道面2aおよびボール3表面に銀の潤滑
被膜を鍍金により形成する以外は第1実施例と全く同様
に組み立てたボールねじについて、実施例と全く同じ条
件下で寿命試験および発塵試験を行ない、この結果を表
1中に併記した。
【0023】表1の結果から明らかなように、比較例に
比べてこの発明の実施例1、2では、相対寿命は1.4
〜2倍以上、相対発塵量は10分の7から10分の1以
下であり、きわめて良好な耐久性、低発塵性を示した。
【0024】
【効果】この発明は、以上説明したようにフッ素樹脂か
らなるシールリングでもって低摩擦係数の転移膜を要部
に供給し、かつボールナットの両端を密封したので、半
導体製造分野で要求される特性、即ち非電導性で、か
つ、低発塵性、高潤滑性、高耐久性および高耐蝕性のあ
る特性を具備し、みかけ上無潤滑の半導体製造設備用ボ
ールねじとして最適のものであるということができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例を示す断面図
【図2】同上のシールリングを示す斜視図
【符号の説明】
1 ねじ軸 1a 内側軌道面 2 ボールナット 2a 外側軌道面 3 ボール 4 シールリング 6 クリアランス 7 コイルスプリング

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外周面に螺旋状の内側軌道面を形成した
    ねじ軸と、内周面に螺旋状の外側軌道面を形成したボー
    ルナットと、前記内・外側軌道面間に形成される螺旋状
    の空間に配された複数のボールと、前記螺旋状の空間を
    接続する一連のボール循環路を有する金属製ボールねじ
    において、 前記ボールナットの両端にフッ素樹脂製のシールリング
    を内側軌道面に密着させかつボールナットとねじ軸との
    隙間を密閉するよう取り付けたことを特徴とする半導体
    製造設備用無潤滑ボールねじ。
  2. 【請求項2】 前記シールリングは、周の一部を半径方
    向に切り欠いた縮径用クリアランスを有し、このクリア
    ランスを縮める弾性部材を付設したものである請求項1
    記載の半導体製造設備用無潤滑ボールねじ。
JP4173017A 1992-06-30 1992-06-30 半導体製造設備用無潤滑ボールねじ Pending JPH0617898A (ja)

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JP4173017A JPH0617898A (ja) 1992-06-30 1992-06-30 半導体製造設備用無潤滑ボールねじ

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ID=15952663

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JP4173017A Pending JPH0617898A (ja) 1992-06-30 1992-06-30 半導体製造設備用無潤滑ボールねじ

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JP (1) JPH0617898A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5722294A (en) * 1994-11-15 1998-03-03 Nsk Ltd. Seal member for use in ball screw apparatus
JP2000246761A (ja) * 1999-03-02 2000-09-12 Niigata Eng Co Ltd ボールネジ機構及びこれを用いた射出成形機
EP1477707A1 (en) * 2003-05-16 2004-11-17 Umbra Cuscinetti S.p.A. Ball screw
CN106641206A (zh) * 2015-11-02 2017-05-10 上银科技股份有限公司 具有自润装置的传动组件

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000246761A (ja) * 1999-03-02 2000-09-12 Niigata Eng Co Ltd ボールネジ機構及びこれを用いた射出成形機
EP1477707A1 (en) * 2003-05-16 2004-11-17 Umbra Cuscinetti S.p.A. Ball screw
CN106641206A (zh) * 2015-11-02 2017-05-10 上银科技股份有限公司 具有自润装置的传动组件

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