JPH09273552A

JPH09273552A - 直動装置

Info

Publication number: JPH09273552A
Application number: JP10477796A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Iso; 賢一磯; Hideki Koizumi; 秀樹小泉; Atsuhiro Yamamoto; 篤弘山本; Atsushi Yokouchi; 敦横内; Michiharu Naka; 道治中
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1996-04-03
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 1997-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】高速回転下における摩耗の増大を抑制した直
動装置を提供する。【解決手段】基油と増ちょう剤とを含み、かつ平均粒
径が２μｍ以下の無機化合物からなる微粒子を該グリー
ス組成物全量に対して０．１〜１０重量％含有するグリ
ース組成物を封入したことを特徴とする直動装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直動駆動装置であ
るボールねじ装置や、直動案内装置であるリニアガイド
装置などに代表される直動装置に関し、特に半導体・液
晶製造装置などにおいて高速回転で好適に使用できるよ
うに低摩耗性能を改良をしたものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体・液晶製造装置などのクリーン環
境下でボールねじ装置やリニアガイド装置などの直動装
置が使用される場合、直動装置からのグリースの発塵量
が少ないことが重要である。グリースの発塵粒子が周辺
機器に飛散し、汚損するとトラブル発生の原因となるた
めである。そのため、従来、半導体・液晶製造装置など
のクリーン環境下で使用される直動装置の潤滑には、優
れた低揮発性を有するフッ素系グリースが多く使用され
てきた。このフッ素系グリースは、代表的にはパーフル
オロポリエーテル（ＰＦＰＥ）からなる基油に、ポリテ
トラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる増ちょう剤
を配合したものである。また、本願出願人も先に、特願
平７−６９８８６号において、基油に鉱油および合成炭
化水素油を使用し、増ちょう剤にリチウム石けんを使用
してなるグリースを封入した低トルク性能を有するボー
ルねじ装置を提案している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のフッ素
系グリースは、一般的に高粘度のＰＴＦＥが基油として
用いられているため、トルクが大きい。また、フッ素系
グリースは、鉱油やポリαオレフィン（ＰＡＯ）等の合
成潤滑油を使用したグリースに比べると流動性に乏し
く、潤滑性能が劣る。このため、トルク低減の目的でグ
リースの封入量を減らすことが行われるが、今度は潤滑
不良による転走面の摩耗が起こり、回転に支障をきた
す。直動装置は半導体・液晶製造装置の位置決め用に使
用されることが多いが、このような転走面の摩耗は位置
決め精度の低下につながる。更に、半導体・液晶製造装
置に使用される直動装置は高速回転で作動される傾向に
あり、ボールねじ装置の摩耗及び摩擦・トルクが増大す
るために、発熱やモータ過負荷等のトラブル発生の原因
となっている。半導体・液晶製造装置においては、位置
決め精度は極めて重要な因子であり、潤滑不良による位
置決め精度の低下は製品の品質や歩留りに大きな損失を
与えるため、耐摩耗性能の改善が切望されている。

【０００４】本発明はこれらの問題点に着目してなされ
たものであり、特に高速回転下における摩耗の増大を抑
制した直動装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】グリースを封入した直動
装置においては、転走面に付着する僅かなグリースが潤
滑に寄与し、耐摩耗性能をほぼ決定付ける。そして、こ
の転走面に付着するグリースが、高速回転による発熱に
よりその基油分が消耗、蒸発したり、酸化劣化するなど
して硬化する結果、流動性が低下して潤滑不良に陥り、
摩耗に到る。本発明者等は直動装置の摩耗現象に関して
研究を重ねた結果、上記の現象を抑制するためにはグリ
ース中に無機系化合物からなる微粒子を分散させること
が効果的であることを見い出した。本発明は、上記知見
に基づくものである。即ち、上記の目的は、本発明の、
基油と増ちょう剤とを含み、かつ平均粒径が２μｍ以下
の無機化合物からなる微粒子を該グリース組成物全量に
対して０．１〜１０重量％含有するグリース組成物を封
入したことを特徴とする直動装置により達成される。

【０００６】本発明に係る直動装置においては、封入さ
れるグリース中に増ちょう剤と無機化合物からなる微粒
子とが絡み合った状態、もしくは前記微粒子単独で分散
しており、グリースのゲル構造の強化とともに、基油の
消耗や蒸発、酸化劣化などによりグリースが硬化して潤
滑が不十分となっても、金属接触が起こり難くなり、摩
耗が防止されるものと考えられる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の直動装置に関して
より詳細に説明する。図１は、本発明に係る直動装置の
一種であるボールねじ装置を示す一部断面図である。図
示されるように、ボールねじ装置は外周面にらせん状の
ボールネジ溝１２が形成されたボールネジ軸１０と、内
周面２２に上記ボールネジ溝１２に対向するらせん状の
ボールネジ溝２４が形成されたボールナット２０と、対
向する両ボールネジ溝間に転動自在に介装された多数の
ボール３０と、それらのボール３０を循環させるチュー
ブ式循環路４０とを備えている。チューブ式循環路４０
は外形略コ字状のチューブからなり、その両端部４２を
それぞれボールナット２０を両ボールネジ溝１２，２４
の接線方向に貫通するチューブ取付け孔２９からボール
ナット２０内のボール転動空間に差し込み、止め金４６
でボールナット２０の外面に固定されている。らせん状
のボール転動空間を転動するボール３０は、ボールねじ
溝１２，２４を複数回回って移動してから、チューブ式
循環路４０の一方の端部４２ですくい上げられてチュー
ブ式循環路４０の中を通り、他方の端部（図示せず）か
らボールナット２０内のボール転動空間に戻る循環を繰
り返すようになっている。ボールナット２０の両端の開
口部には円形の凹部２６が形成されており、これに嵌着
した円板状のシール部材２８の内周面がボールネジ軸１
０の外周面及びボールネジ溝１２の面に摺接して外部か
らボールナット２０内部に異物が入り込みボール３０の
スムーズな循環を阻害したり、ボール３０またはボール
ネジ溝１２が異常摩耗するのを防止したり、ボール転動
空間に封入されたグリースが外部に流出しないようにシ
ールする。かかる直動装置によれば、ボールネジ軸１０
とボールナット２０とはボール３０のころがりを介して
接触することになるので、ボールナット２０をボールネ
ジ軸１０に対して、小さい駆動力で相対的にらせん運動
させることができる。

【０００８】本発明の直動装置に封入されるグリース
は、下記の如く構成される。〔基油〕特に限定されず、通常、潤滑油の基油として使
用されている油は全て使用することができる。好ましく
は、低温流動性不足による起動トルクの増大や、高温で
油膜が形成され難いために起こる焼付きを避けるため
に、４０℃における動粘度が、好ましくは１０〜４００
ｍｍ²／ｓ、特に好ましくは２０〜２５０ｍｍ²／ｓ、
さらに好ましくは４０〜１５０ｍｍ²／ｓである基油が
望ましい。この動粘度は、通常ガラス式毛管式粘度計に
より測定した際の値を基準とすることができる。

【０００９】具体例としては、鉱油系、合成油系または
天然油系の潤滑基油などが挙げられる。前記鉱油系潤滑
基油としては、鉱油を減圧蒸留、溶剤脱れき、溶剤抽
出、水素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精製、水
素化精製等を、適宜組み合わせて精製したものを用いる
ことができる。前記合成油系潤滑基油としては、炭化水
素系油、芳香族系油、エステル系油、エーテル系油等が
挙げられる。前記炭化水素系油としては、ノルマルパラ
フィン、イソパラフィン、ポリブテン、ポリイソブチレ
ン、１−デセンオリゴマー、１−デセンとエチレンとの
コオリゴマーなどのポリ−α−オレフィンまたはこれら
の水素化物などが挙げられる。前記芳香族系油として
は、モノアルキルベンゼン、ジアルキルベンゼン、ポリ
アルキルベンゼンなどのアルキルベンゼン、あるいはモ
ノアルキルナフタレン、ジアルキルナフタレン、ポリア
ルキルナフタレンなどのアルキルナフタレンなどが挙げ
られる。前記エステル系油としては、ジブチルセバケー
ト、ジ−２−エチルヘキシルセバケート、ジオクチルア
ジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジ
ペート、ジトリデシルグルタレート、メチル・アセチル
リシノレートなどのジエステル、あるいはトリオクチル
トリメリテート、トリデシルトリメリテート、テトラオ
クチルピロメリテートなどの芳香族エステル油、さらに
はトリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロー
ルプロパンペラルゴネート、ペンタエリスリトール−２
−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールベラル
ゴネートなどのポリオールエステル、さらにまた、多価
アルコールと二塩基酸・一塩基酸の混合脂肪酸とのオリ
ゴエステルであるコンプレックスエステルなどが挙げら
れる。前記エーテル系油としては、ポリエチレングリコ
ール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコ
ールモノエーテル、ポリプロピレングリコールモノエー
テルなどのポリグリコール、あるいはモノアルキルトリ
フェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテル、ジア
ルキルジフェニルエーテル、ペンタフェニルエーテル、
テトラフェニルエーテル、モノアルキルテトラフェニル
エーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテルなどのフ
ェニルエーテルなどが挙げられる。その他の合成潤滑基
油としてはトリクレジルフォスフェート、シリコーン
油、パーフルオロアルキルエーテル油などが挙げられ
る。これらの基油は、単独または混合物として用いるこ
とができ、上述した好ましい動粘度に調整される。

【００１０】〔増ちょう剤〕本発明の直動装置の封入グ
リースに使用される増ちょう剤は特に制限されるもので
はなく、例えば金属石けんやウレア化合物を使用でき
る。金属石けんとしてはリチウム石けん、ナトリウム石
けんが最も好ましい。ウレア化合物としてはジウレア化
合物が好ましく、脂肪族系、脂環族系、芳香族系のいず
れも使用でき、またこれらを任意の割合で混合して使用
することもできる。また、増ちょう剤としてフッ素化合
物も使用することができる。これは、無機化合物微粒子
を含有させることにより、フッ素系グリースを使用して
もその封入量が少なくて済み、フッ素系グリースが抱え
ていた低流動性による潤滑不良（トルク上昇等）を改善
することができるためである。このフッ素化合物として
は、ＰＴＦＥ等を好適に使用することができる。但し、
フッ素化合物を増ちょう剤とする場合には、基油として
ＰＦＰＥ等のフッ素系のものを使用する。

【００１１】〔無機化合物からなる微粒子〕（組成）上述した通り、増ちょう剤が形成するゲル構造
を補強する材料となれば良く、特に制約はない。具体的
には、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＴｉＯ₂、ＰＺ
Ｔ、ＺｎＯ等の金属酸化物、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＺｒＮ、Ｃｒ
Ｎ、ＴｉＡｌＮ等の金属窒化物、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＷＣ
等の金属炭化物、ベントナイト、スメクタイト、雲母等
の（合成）粘土鉱物、ダイヤモンド等を挙げることがで
きる。また、ＭｏＳ₂、グラファイト、ＢＮ、ＷＳ₂等
の固体潤滑剤を挙げることができる。更に、これらは基
油やウレア系増ちょう剤との親和性を改善するため、表
面を親油性に改質したものを用いても良い。

【００１２】（粒子径）直動装置用グリースとして支障
をきたさない程度の粒径であるが、上述したように増ち
ょう剤繊維間に入り込む必要があることから、より小径
であることが望ましい。本発明においては、平均粒径と
して２μｍ以下であると概ね良好な摩耗防止効果が発現
することが確認された。ここで、平均粒径が２μｍより
も大きくなると、異物（ゴミ）として作用する粒子が多
くなり、転走面の摩耗を促進して早期損傷の原因とな
る。また、音響特性を悪くする場合がある。更に、潤滑
寿命を考慮すれば、用いる粒子径が転走面上に形成され
る油膜より小さいことが望ましく、実使用上における使
用条件下での油膜厚さは約０．２μｍであるため、より
好ましくはこれ以下の平均粒径である。また、形状は球
形に近いほど好ましいが、上記の平均粒径内であれば、
多面体（立方体や直方体等）や極端には針状でも構わな
い。

【００１３】〔グリース組成〕ボールねじ装置やリニア
ガイド装置に使用されることを考慮すれば、グリースの
混和ちょう度としてＮＬＧＩでＮｏ２からＮｏ４に調整
されることが望ましく、増ちょう剤量はグリース全量に
対して概ね１０〜３５ｗｔ％が配合される。これに対し
て無機化合物微粒子は、グリース全量に対して０．１〜
１０ｗｔ％が望ましい。無機化合物微粒子の濃度がこれ
より少ないと摩耗防止効果が現れ難く、これより多いと
分散性が悪くなり、音響特性の悪化やトルク上昇を招
く。さらに好ましくは、１〜８ｗｔ％である。

【００１４】〔その他の添加剤〕前記グリースは、無機
化合物微粒子と増ちょう剤とを基油に混合して形成され
るが、必要に応じて以下の添加剤を単独または複数組み
合わせて含有させても良い。その配合量は、全体として
グリース全量の２０ｗｔ％以下である。酸化防止剤：アミン系、フェノール系、イオウ系、ジチオリン酸亜鉛等。防錆剤：有石油スルホネート、ジノニルナフタレンスルホネート、ソルビタンエステル等。油性剤：脂肪酸、植物油等。金属不活性剤：ベンゾトリアゾール、亜硝酸ソーダ等。極圧添加剤：塩素系、イオウ系、リン系、ジチオリン酸亜鉛、有機モリブデン等。粘土指数向上剤：ポリメタクリレート、ポリイソブチレン、ポリスチレン等。

【００１５】〔製法〕グリースを調製するには、基油中
で増ちょう剤を反応させて得られるが、無機化合物微粒
子は、前記の反応時に配合することが好ましい。また、
予め増ちょう剤でグリースを得た後、無機化合物微粒子
を混合して得ることも可能である。ただし、ニーダやロ
ール等で無機化合物微粒子を添加した後十分攪拌し、均
一分散させる必要がある。この処理を行う時は、加熱す
るのも有効である。尚、上記製法において、無機化合物
微粒子以外の添加剤は、無機化合物微粒子と同時に添加
することが工程上好ましい。

【００１６】そして、例えば図１に示されるボールねじ
装置に前記グリースを封入して、本発明の直動装置が完
成する。ここで、本発明においては、無機化合物微粒子
の作用により、グリース封入量が少量であっても摩耗発
生を防止できるため、従来の封入量が多いことによるト
ルク上昇や発熱、モータ過負荷などの諸問題を解消する
ことができる。

【００１７】〔実施例〕以下に、実施例および比較例に
よりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらにより
なんら限定されるものではない。表１〜表３に示す如く
増ちょう剤、基油、無機化合物微粒子の種類と平均粒径
並びにそれぞれの添加量を変えて各種グリースを調製し
た。尚、表中の混和ちょう度は、ＪＩＳＫ２２２０
（５．３）により測定したものである。そして、直動装
置として図１に示すボールねじ装置（軸径２５ｍｍ、リ
ード１０ｍｍ）を用い、そのボールナット（２０）に１
０ｍｌ封入した。このボールねじ装置のボールネジ軸
（１０）をスピンドルにより１０００ｒｐｍで回転さ
せ、５００Ｋｍ走行後の軸方向すきま（摩耗によるすき
ま量の増加）を測定した。測定結果を表１〜３に併記す
る。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】表より、実施例はいずれも軸方向すきまが
少なく、耐摩耗性能が良好であるのに対して、比較例で
は耐摩耗性能に劣っているのがわかる。具体的には、同
一の基油及び増ちょう剤とからなる実施例１と比較例２
において、酸化マグネシウム微粒子を添加したことによ
り軸方向すきまが大幅に低減していることがわかる。同
様に、実施例９と比較例４では酸化アルミニウム微粒子
の有無、また実施例１２と比較例５では酸化チタン微粒
子の有無により軸方向すきまに差異が見られる。また、
実施例１１〜１４と比較例５〜７はフッ素系のグリース
であるが、無機化合物微粒子を添加することにより、軸
方向すきまが減少している。これらのことから、無機化
合物微粒子を添加することにより、耐摩耗性能が向上す
ることがわかる。

【００２２】同一種の基油、増ちょう剤及び無機化合物
微粒子を使用し、無機化合物微粒子の添加量が異なる実
施例１〜５と比較例１との比較から、無機化合物微粒子
の添加量の下限は０．１重量％、上限は１０重量％であ
ることがわかる。また、無機化合物微粒子の添加量が
１．０重量％と８．０重量％である実施例１、２は、軸
方向すきまが２μｍ以下で他の実施例と比較しても小さ
く、特に好ましい添加量が求められた。

【００２３】また、同一種の基油、増ちょう剤及び無機
化合物微粒子を使用し、無機化合物微粒子の平均粒径が
異なる実施例７、８及び１０と比較例３との比較から、
無機化合物微粒子の平均粒径が２μｍを超えると、耐磨
耗性能に劣ることがわかる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の直動装置
によれば、無機化合物からなる平均粒径２μｍ以下の微
粒子を０．１〜１０重量％含有するグリースを封入した
ことで、耐磨耗性能が格段に向上し、特に半導体・液晶
製造装置において高速回転での使用に十分に対応するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直動装置の全体斜視図（一部破断）で
ある。

【符号の説明】

１０ボールネジ軸１２，２４ボールネジ溝２０ボールナット３０ボール４０チューブ式循環路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者横内敦神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内 (72)発明者中道治神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基油と増ちょう剤とを含み、かつ平均粒
径が２μｍ以下の無機化合物からなる微粒子を該グリー
ス組成物全量に対して０．１〜１０重量％含有するグリ
ース組成物を封入したことを特徴とする直動装置。