JP3795146B2 - 直動型軸受および直動型軸受の潤滑膜形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直動型軸受および直動型軸受の潤滑膜形成方法に係り、特に通常のグリースやオイルの使用ができない真空環境、清浄環境および腐食環境等で用いるのに好適な直動型軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前述の環境として、例えば半導体製造装置内部に配設される搬送系などが挙げられるが、このような環境では、直動型軸受の潤滑剤としてグリースを用いていると、グリースの油分が蒸発することにより、潤滑機能の劣化や使用環境の汚染といった不具合が発生する。
【０００３】
このような場合、従来では、主として、軸状のレールや筒状の移動体の軌道面あるいは転動体の表面などの少なくともいずれかに、金、銀、鉛、銅などの軟質金属、カーボンや二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤を膜状にコーティングすることが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の固体潤滑剤からなるコーティング膜では、このコーティング膜が転動体の転動、摺動動作に伴い僅かずつ剥がれるなど、発塵状況がグリース使用時に比べると低レベルになるものの、特に清浄環境では不適合となるレベルである。特に、高荷重条件においては発塵量が増大する。
【０００５】
また、本願出願人は、バインダーにふっ素系樹脂を混合した固体潤滑剤を直動型軸受の構成要素にコーティングすることを行っており、この場合には、先の従来例よりも発塵を桁違いに減らせるようになる。
【０００６】
しかしながら、このコーティング膜でも、比較的大きなラジアル荷重がかかる状況において、剥離や欠落の他、摩耗による発塵が著しく増加し、発塵寿命が短くなる。しかも、前述のようなコーティング膜の剥離、欠落が発生すると、直動型軸受の転動、摺動部位での潤滑作用が低下して、金属どうしの接触となるなど凝着しやすくなる他、各構成要素の摩耗が促進されるなど、寿命という点において問題がある。また、腐食性ガスがある環境では、前述のようにコーティング膜の剥離、欠落箇所の各構成要素が腐食されることになる。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、直動型軸受において、発塵の抑制および潤滑性の向上を図り、長寿命を達成できるようにすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の直動型軸受は、軸状のレールと、それにスライド可能に取り付けられる移動体と、レールと移動体との間に配置されてそれらの相対的なスライド動作に伴い転動循環される複数の転動体とを備えるもので、直動型軸受の構成要素の少なくとも転動、摺動部位に、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜が形成され、前記固体膜に末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない流動可能な含ふっ素重合体が分散添加され、前記流動可能な含ふっ素重合体が官能基を有していないものである。
【０００９】
本発明の第２の直動型軸受は、軸状のレールと、それにスライド可能に取り付けられる移動体と、レールと移動体との間に配置されてそれらの相対的なスライド動作に伴い転動循環される複数の転動体とを備えるもので、前記レールおよび移動体が金属で形成され、少なくともレールおよび移動体の軌道面に、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜が形成され、前記固体膜に末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない流動可能な含ふっ素重合体が分散添加され、前記流動可能な含ふっ素重合体が官能基を有していないものである。
【００１０】
本発明の第３の直動型軸受は、軸状のレールと、それにスライド可能に取り付けられる移動体とを備えるもので、直動型軸受の構成要素の少なくとも摺動部位に、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜が形成され、前記固体膜に末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない流動可能な含ふっ素重合体が分散添加され、前記流動可能な含ふっ素重合体が官能基を有していないものである。
【００１１】
なお、前述の固体膜は、３次元の網状構造を有するものとするのが好ましい。
【００１２】
本発明の直動型軸受の潤滑膜形成方法は、官能基としてイソシアネート基を有する含ふっ素重合体を溶媒中に希釈してなる溶液に、官能基を有しない含ふっ素重合体を加えた溶液を用いて、直動型軸受の構成要素の少なくとも転動、摺動部位に、液状膜を付着させる工程と、前記付着した液状膜を硬化させることにより、官能基を有しない含ふっ素重合体を流動性を有したまま分散させた網状構造の末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜を形成する工程とを含むものである。
【００１３】
このような本発明では、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素高分子化合物は、分子間が密に詰まって結合した固体膜であるから、直動型軸受の各構成要素間での転動、摺接時において、剥離や摩耗が発生しにくくなるとともに、転動、摺動抵抗が軽減されることになる。
【００１４】
特に、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜が、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない官能基なし含ふっ素重合体を流動可能な状態で分散添加しているため、この末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない官能基を有していない流動可能な含ふっ素重合体が、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜から滲み出て潤滑作用に寄与する。
【００１５】
前述の含ふっ素重合体としては、官能基なしのパーフルオロポリエーテルなどの含ふっ素重合体とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図１ないし図１１に示す実施例に基づいて説明する。図１ないし図８は本発明の一実施例にかかる直動型玉軸受を示しており、図１は、縦断面図、図２は、図１の横断面図、図３は、レールの横断面図、図４は、図１の直動型軸受に被覆形成した末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜の構造を模式的に表した構造図、図５は、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜の硬化前の状態での性状分析結果を示すグラフ、図６は、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜の硬化後の状態での性状分析結果を示すグラフ、図７は、同直動型軸受の発塵量測定に用いる試験装置の概略図、図８は、同直動型軸受のトルク寿命に関する試験結果を示すグラフである。
【００１７】
図中、Ａは直動型玉軸受、１は円筒形の軸からなるレール、２は円筒部材からなる移動体、３はプレス製の保持器、４はボール、５は保持筒である。
【００１８】
レール１は、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ製でなり、その外周面の円周六箇所に軸方向に沿う直線状の溝６が全長に及んで設けられている。
【００１９】
移動体２は、同じくＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ製でなり、その内周面の軸方向中間領域の円周六箇所にはレール１の近接する溝６に径方向で対向するようにそれぞれ負荷循環ボール列および無負荷循環ボール列用の軌道溝９１，９２が設けられている。
【００２０】
保持器３は、ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４製でなり、移動体２の内周面の一部に沿うように湾曲加工された円筒形状をなす。その両端部分は、保持筒５により支持されている。中央領域に各々六条の横長の環状溝３１，３２が対称的に設けられている。環状溝３１の直線部分は底が貫通されて底無しとされて負荷循環ボール列４１用とされている。環状溝３２は底有りとされて無負荷循環ボール列４２用とされている。
【００２１】
前述のレール１側と移動体２側の対向する二つの直線状の溝６，９１がそれぞれ対となって合計六本の負荷用ボール転送路１２を構成している。このボール転送路１２に存在するボール４群は、保持器３の環状溝３１の底無し直線部に位置する。また、移動体２の溝９２と保持器３の環状溝３２の底有り部とが対となって合計六本の無負荷用ボール循環路１３を構成している。これら、六本のボール転送路１２それぞれとそれに近い側に隣り合う六本のボール循環路１３それぞれとが一本ずつ連通連結されていて、それでボール循環回路を構成している。このため、レール１と移動体２との相対的な軸方向スライド動作に伴って、このボール転送路１２とボール循環路１３との間でボール４群が転動循環されるようになっている。
【００２２】
ところで、レール１の溝６と移動体２の溝９１の横断面は、サーキュレータアーク状に形成されるが、その他、ゴチックアーチ状でもよい。この場合、溝の横断面は、それぞれＶ字形状に形成されていて、対向する一対の溝６，９１でボール４が四点接触支持されるようになる。この溝６，９１それぞれの二つの斜面はそれぞれ緩やかな曲面に形成される。なお、レール１の溝６それぞれにボール４をあてがった状態でのボール４群の外接円径と、移動体２の溝９１それぞれにボール４をあてがった状態でのボール４群の内接円径との差を調整して所定の予圧を付加することにより、一対の溝６，９１でボール４を四点接触支持させるようにされる。
【００２３】
前述のレール１、移動体２およびボール４は、耐食性材料により形成されている。この耐食性材料としては、例えば上述のＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃなどのマルテンサイト系ステンレス鋼の他、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ６３０などの析出硬化型ステンレス鋼に適当な硬化熱処理を施した金属材などが挙げられる。また、軽荷重用途では、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４などのオーステナイト系ステンレス鋼でもよい。
【００２４】
なお、レール１、移動体２およびボール４に関する耐食性材料としては金属材の他にもセラミックス材とすることができる。このセラミックス材としては、焼結助剤として、イットリア（Ｙ2Ｏ3）およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、その他、適宜、窒化アルミ（ＡｌＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）を用いた窒化けい素（Ｓｉ3Ｎ4）を主体とするものの他、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や炭化けい素（ＳｉＣ）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、窒化アルミ（ＡｌＮ）などを用いることができる。また、保持器３は、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４の他、黄銅、チタン材などが好適に用いられるが、合成樹脂材料とすることもできる。この合成樹脂材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略称する）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）などのふっ素系樹脂やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ナイロン４６などのエンジニアリングプラスチックスなどの使用も可能である。これらの樹脂にはガラス繊維などの強化繊維が添加されていてもよい。
【００２５】
これらの直動型玉軸受Ａの各構成要素の転動、摺動部位には、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６が形成されている。但し、図には、固体膜１６をボール４だけに形成したように例示しているが、レール１の溝６、移動体２の溝９１、保持器３の環状溝３２の表面や外表面にも形成される。
【００２６】
末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６は、−ＣXＦ2X−Ｏ−という一般式（Ｘは１〜４の整数）で示される単位を主要構造単位とし、いずれも平均分子量が数百万以上で硬化反応により分子間が結合された３次元の網状構造を有している。３次元の網状構造とは、化学構造上の表現であって、膜の断面が網状になっているのではなく、分子間が網状のように連続してつながって密に詰まった均質な構造になっていることを意味している。このような重合体としては、下記化学式１に示すような末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体を用いて、化学構造を変化させたものとすることができる。前述の末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体としては、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）の誘導体、具体的に例えばモンテカチーニ社の商品名フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOCなど）が好適に用いられる。
【００２７】
【化１】
【００２８】
次に、前述の末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６の形成方法の一例を説明する。
（ａ） 末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６を得るための溶液を用意し、この溶液中にレール１、移動体２、保持器３およびボール４をそれぞれ個別に、用意した潤滑油中に浸漬するか、あるいはそれらを組み立てた完成状態の直動型玉軸受Ａを潤滑油中に浸漬して数回回転させることにより、レール１、移動体２、保持器３およびボール４の転動、摺動部位に液状膜を付着させる（付着処理）。ここで用意する溶液は、末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）〕を希釈溶媒（ふっ素系溶剤ＳＶ９０Ｄ）で含ふっ素重合体の濃度を１ｍａｓｓ％にまで希釈したものとする。
（ｂ） 液状膜を付着した直動型玉軸受Ａの全体を、４０〜５０℃で約１分間加熱し、液状膜に含む溶媒を除去する（乾燥処理）。この時点では、液状膜のままであり、流動性を有している。
（ｃ） この後、例えば１００〜２００℃で２０時間、加熱する（硬化処理）。これにより、液状膜の化学構造が変化することにより硬化反応して末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６が得られる。ちなみに、この硬化処理では、液状膜に存在している官能基付き含ふっ素重合体の個々について、下記化学式２〜５に示すような４種の硬化反応でもって末端のイソシアネート（ＮＣＯ）が消失し、各官能基付き含ふっ素重合体が互いに結合することにより３次元の網状構造となる。結合は、化学式２，３に示すような硬化反応でもって、図４（ａ）に模式的に示すように直線的に架橋するとともに、化学式４，５に示すような硬化反応でもって、図４（ｂ）に模式的に示すように３次元方向で架橋する。
【００２９】
【化２】
【００３０】
【化３】
【００３１】
【化４】
【００３２】
【化５】
【００３３】
このようにすれば、直動型玉軸受Ａの構成要素において互いに接触する部位に末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６を好適な膜厚で形成することができる。なお、（ａ）、（ｂ）は必要に応じて数回繰り返すようにしてもよく、最終的には、用途に応じて、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６の膜厚を例えば０．１〜３μｍの範囲で適宜に設定することができる。
【００３４】
ここで、（ａ）で用意した溶液を濃縮乾燥しただけの状態（流動性がある状態）と、（ａ）で用意した溶液をステンレス鋼板などの試料に付着して硬化した状態とについて、その性状を分析したので説明する。
【００３５】
前者は、ＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換−赤外分光、液膜法）で分析している。その結果は、図５のグラフに示すように、ふっ素系のピーク以外にＮＨ（３３００ｃｍ-1）、Ｎ＝Ｃ＝Ｏ（２２７９ｃｍ-1）、ＮＨＣ＝Ｏ（１７１２ｃｍ-1，１５４６ｃｍ-1）、ベンゼン（１６００ｃｍ-1）などのピークが見られ、ベンゼン環、ＮＨＣ＝Ｏ結合、イソシアネートが官能基として存在していることが確認できる。ここでは、薄膜と厚膜との場合についてそれぞれ調べているが、膜厚に関係なく分析が行えた。後者は、ＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換−赤外分光、高感度反射法）で分析している。その結果は、図６のグラフに示すように、ベンゼン環やＮＨＣ＝Ｏ結合のピークが見られるが、イソシアネートのピークが見られない。つまり、これらの結果に基づき、上記化学式２〜５に示す硬化反応による官能基の化学構造変化が確認される。
【００３６】
以上説明した末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６は、それ自体３次元の網状構造をもって、被覆対象上に緻密に被覆されるとともに自己潤滑性を有するため、直動型軸受の各構成要素間の転動、摺動動作に伴う摩耗、剥離といった発塵を抑制できるようになり、直動型軸受の各構成要素どうしの直接的な接触を回避できるようになる。
【００３７】
ところで、本発明の実施例として、上記で説明した末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６について、分子間が結合した３次元の網状構造中に、フルオロポリエーテルなどの末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない官能基なし含ふっ素重合体を流動可能に分散添加した構造とする。この場合、具体的に、上記での形成方法の（ａ）の付着処理において、用意する溶液を、末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体〔例えば商品名フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOCなど）〕と、含ふっ素化合物として官能基なし含ふっ素重合体〔例えば商品名フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z-60など）〕とを所定の割合で混合したものとすればよい。このため、（ｃ）の硬化処理において、官能基なし含ふっ素重合体が、官能基付き含ふっ素重合体と結合しないので、これが、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６の内部において流動可能となり、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６から滲み出るなどして潤滑作用を発揮することになる。
【００３８】
そして、上述した末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６についての大気環境での発塵寿命、真空環境でのトルク寿命を調べているので、説明する。ここでは、実施例、参考例１〜３、比較例の計５つを挙げている。
【００３９】
実施例、参考例１〜３では、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜をレール、移動体、保持器、ボールの全表面に形成しており、膜厚は、１μｍに設定している。
【００４０】
参考例１の末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜は、末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）〕のみを用いて得ている。
【００４１】
参考例２の末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜は、末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）〕に対して、末端が水酸基（−ＯＨ）の官能基付き含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DOL）〕を添加して得ている。
【００４２】
実施例の末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜は、末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）〕に対して、官能基なし含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z-60）〕を添加して得ている。
【００４３】
参考例３の末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜は、末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）〕に対して、末端が水酸基の官能基付き含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DOL）〕と、官能基なし含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z-60）〕とを添加して得ている。
【００４４】
比較例は、レール、移動体、保持器、ボールの全表面にコーティング膜を形成したものとする。このコーティング膜は、熱硬化性合成樹脂（ポリイミド）からなるバインダー中にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を分散混合したものであり、膜厚は１μｍとしている。このコーティング膜は、比較的硬質で緻密な熱硬化性合成樹脂が海状となり、不均質なポリテトラフルオロエチレンが島状に点在する構造となっており、両者の結合が弱い状態になっている。
【００４５】
試験は、図７に示す装置を用いている。図中、６０は試験用直動型玉軸受、６１はレール、６２はケース、６３はパーティクルモニタ、６４は負荷用重り、Ｍ1およびＭ2は負荷用重り駆動用のモータである。
【００４６】
試験条件は、下記のとおり。
【００４７】
・往復速度 ：２０〜３０ｍｍ／ｓ
・荷重 ：ラジアル荷重（２５Ｎ，５０Ｎ，１００Ｎ）
・ストローク：１００ｍｍ
・雰囲気 ：大気、クリーンベンチ内（クラス１０）
真空（２．６×１０-4Ｐａ以下）
・環境温度 ：室温
・計測条件 ：粒子径０．１μｍ以上の発塵粒子数
試験に用いた直動型玉軸受は、光洋精工（株）製型番ＳＥＳＤＭ１０ＳＴ５である。
【００４８】
(I) 発塵寿命試験では、雰囲気を大気、環境温度を室温、ラジアル荷重を１００Ｎとしている。発塵寿命試験では、総発塵量が１０００個／０．１ｃｆ以上となる状況を、連続１０回測定した時点までの時間を計測し運動距離に換算している。なお、測定は１０分間隔とする。参考例１のフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）の濃度を１ｍａｓｓ％とし、参考例２は、ベースとなるフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）の濃度を１ｍａｓｓ％、添加するフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DOL）の濃度を０．２５ｍａｓｓ％、実施例は、ベースとなるフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）の濃度を１ｍａｓｓ％、添加するフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z-60）の濃度を０．２５ｍａｓｓ％、参考例３は、ベースとなるフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）の濃度を１ｍａｓｓ％、添加するフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DOL）およびフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z-60）の濃度を合わせて０．２５ｍａｓｓ％とする。
【００４９】
結果としては、比較例で１０ｋｍ、参考例１で１５ｋｍ、参考例２で３０ｋｍ、実施例で６０ｋｍ、参考例３で５８ｋｍとなり、寿命が長い順に実施例、参考例３、参考例２、参考例１、比較例となる。つまり、参考例１のようにフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）のみを用いて得た末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜でも比較例に比べて優れるが、参考例２，３のようにベースとなるフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）に対して側鎖に官能基を持つフォンブリンＺ誘導体や、実施例の官能基を持たないフォンブリンＺ誘導体を添加して得た末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜の方が参考例１よりもさらに優れるのである。
【００５０】
つまり、実施例及び参考例１，参考例２，参考例３の末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６では、３次元の網状構造で密に詰まった均質膜になっているから、直動型玉軸受Ａの各構成要素間での転動、摺動時において、剥離や摩耗が発生しにくくなるのである。
【００５１】
ちなみに、実施例，参考例３において、ラジアル荷重を５０Ｎにした場合だと発塵寿命は各々１００ｋｍ、９５ｋｍ、また、２５Ｎにした場合だと発塵寿命は各々３００ｋｍ、２９５ｋｍにと大幅に向上する。参考例２や１についても実施例，参考例３の場合と同様の比率で向上する。一方、比較例において、ラジアル荷重を５０Ｎにした場合だと発塵寿命は２０ｋｍにと向上するものの、実施例に比べると、かなり低いレベルとなる。
【００５２】
以上の結果より、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６としては、フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）のみを用いて形成するよりも、何らかの潤滑油を添加するのが好ましいことが分かった。添加する潤滑油については、上記結果より、官能基を持たないフォンブリンＺ誘導体が最も好ましいことも分かった。
【００５３】
そこで、添加量について検討する。ベースとなるフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）の濃度を１ｍａｓｓ％として、添加するフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z-60）の濃度を０．２５ｍａｓｓ％、０．５ｍａｓｓ％として、発塵寿命（ラジアル荷重１００Ｎ）を調べた。結果的には、０．２５ｍａｓｓ％で６０ｋｍ、０．５ｍａｓｓ％で４０ｋｍとなり、０．２５ｍａｓｓ％が適当であると考えられる。但し、添加量については、上限、下限に余裕を持たせて、ベースとなるフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）の濃度１ｍａｓｓ％に対して、添加するフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z-60）の濃度０．１〜０．７５ｍａｓｓ％の範囲とすることができる。また、ベースとなるフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）の濃度は、１〜１０ｍａｓｓ％の範囲とすることができる。この場合、ベースとなるフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）の濃度を例えば上限の５ｍａｓｓ％とする場合には、添加するフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z-60）の濃度も０．５〜２．５ｍａｓｓ％の範囲として、両方の比率を常に一定に設定するのがよい。但し、ベースの濃度は濃くするにつれて発塵寿命が低下する傾向となる。
【００５４】
(II) トルク寿命試験では、雰囲気を真空、環境温度を室温とし、ラジアル荷重を２５Ｎ、５０Ｎとしている。ここでは、実施例と比較例とを調べている。図８のグラフに示すように、実施例では、５０ｋｍで打ち切っているが、ラジアル荷重２５Ｎでトルク０．０１〜０．０２Ｎ・ｍ、ラジアル荷重５０Ｎで０．０２〜０．０３Ｎ・ｍと軽減できたが、比較例では、ラジアル荷重２５Ｎでトルク０．０２〜０．０３Ｎ・ｍ、ラジアル荷重５０Ｎでトルク０．０４〜０．０５Ｎ・ｍとなる。このように、実施例のものは比較例に比べてトルクを約１／２と、かなり軽減できるようになる。
【００５５】
このように、トルク寿命は、比較例に比べて格段に優れた結果となった。これはつまり、ベースとなる成分に対して添加する成分が結合しないから、この添加した成分が流動性を有することになり、それによって潤滑作用を発揮するために、トルク軽減に効果をもたらすものと考えられる。
【００５６】
なお、本発明は上記実施例のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
（１） 上記実施例で説明した直動型玉軸受の他の種類、例えば図９および図１０に示すように、角状レール１に跨がった鞍型移動体２を備えた、いわゆる直動ガイドなどの直動型軸受にも本発明を適用できる。また、図１１に示すように、転動体を備えないタイプについても、本発明を適用できる。これらについても、固体膜１６の形成位置は、少なくとも転動部位や摺動部位とすればよい。
（２） 上記実施例において（ｃ）の硬化処理については、加熱に代えて、紫外線、赤外線、γ線、電子線などの電磁波（光）のエネルギーを利用することができる。
（３） 上記実施例において（ｂ）の乾燥処理は、省略してもよい。
（４） 上記実施例では、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜であって、前記固体膜に末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない流動可能な含ふっ素重合体が分散添加され、前記流動可能な含ふっ素重合体が官能基を有していない固体膜１６をレール１、移動体２、保持器３およびボール４のすべてに形成しているが、レール１、移動体２、保持器３だけあるいはボール４だけに形成することができる。
（５） 上記実施例では、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜であって、前記固体膜に末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない流動可能な含ふっ素重合体が分散添加され、前記流動可能な含ふっ素重合体が官能基を有していない固体膜１６を被覆対象の外表面にも形成しているが、レール１の溝６、移動体２の溝９１、保持器３の環状溝３２だけに形成することができる。この場合には、不要箇所をマスキングしておいて、直動型軸受として組み立てる前に各単体を上記（ａ）で用意する溶液中に浸漬して、適宜硬化させるようにすればよい。但し、外表面にも固体膜１６を形成していれば、耐食性環境での使用においても腐食防止効果が強くなり、別途、腐食防止処理を施さなくて済む。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の直動型軸受では、従来のコーティング膜に比べて剥離、欠落、摩耗が抑制できるとともに、転動、摺動抵抗を軽減できる末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜であって、前記固体膜に末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない流動可能な含ふっ素重合体が分散添加され、前記流動可能な含ふっ素重合体が官能基を有していない固体膜を用いているから、発塵寿命と潤滑性を向上できるようになり、動作安定性および寿命の向上に貢献できる。
【００５８】
したがって、例えば半導体製造過程のように高精度な加工が要求されるところに本発明の直動型軸受を用いると、清浄雰囲気を阻害しにくくなるので、半導体製造品の歩留まり向上に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例にかかる直動型玉軸受の縦断面図
【図２】 図１の横断面図
【図３】 レールの横断面図
【図４】 図１の直動型軸受に被覆形成した末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜の構造を模式的に表した構造図
【図５】 末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜の硬化前の状態での性状分析結果を示すグラフ
【図６】 末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜の硬化後の状態での性状分析結果を示すグラフ
【図７】 同直動型軸受の発塵量測定に用いる試験装置の概略図
【図８】 同直動型軸受のトルク寿命に関する試験結果を示すグラフ
【図９】 本発明の他の実施例にかかる直動ガイドの斜視図
【図１０】 図９の横断面図
【図１１】 本発明のさらに他の実施例の直動ガイドの横断面図
【符号の説明】
Ａ 直動型玉軸受
１ レール
２ 移動体
３ 保持器
４ ボール
６ 軸の溝
９１ 移動体の溝
３１ 保持器の環状溝
１２ ボール転送路
１３ ボール循環路
１６ 含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、直動型軸受および直動型軸受の潤滑膜形成方法に係り、特に通常のグリースやオイルの使用ができない真空環境、清浄環境および腐食環境等で用いるのに好適な直動型軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前述の環境として、例えば半導体製造装置内部に配設される搬送系などが挙げられるが、このような環境では、直動型軸受の潤滑剤としてグリースを用いていると、グリースの油分が蒸発することにより、潤滑機能の劣化や使用環境の汚染といった不具合が発生する。
【０００３】
このような場合、従来では、主として、軸状のレールや筒状の移動体の軌道面あるいは転動体の表面などの少なくともいずれかに、金、銀、鉛、銅などの軟質金属、カーボンや二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤を膜状にコーティングすることが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の固体潤滑剤からなるコーティング膜では、このコーティング膜が転動体の転動、摺動動作に伴い僅かずつ剥がれるなど、発塵状況がグリース使用時に比べると低レベルになるものの、特に清浄環境では不適合となるレベルである。特に、高荷重条件においては発塵量が増大する。
【０００５】
また、本願出願人は、バインダーにふっ素系樹脂を混合した固体潤滑剤を直動型軸受の構成要素にコーティングすることを行っており、この場合には、先の従来例よりも発塵を桁違いに減らせるようになる。
【０００６】
しかしながら、このコーティング膜でも、比較的大きなラジアル荷重がかかる状況において、剥離や欠落の他、摩耗による発塵が著しく増加し、発塵寿命が短くなる。しかも、前述のようなコーティング膜の剥離、欠落が発生すると、直動型軸受の転動、摺動部位での潤滑作用が低下して、金属どうしの接触となるなど凝着しやすくなる他、各構成要素の摩耗が促進されるなど、寿命という点において問題がある。また、腐食性ガスがある環境では、前述のようにコーティング膜の剥離、欠落箇所の各構成要素が腐食されることになる。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、直動型軸受において、発塵の抑制および潤滑性の向上を図り、長寿命を達成できるようにすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の直動型軸受は、軸状のレールと、それにスライド可能に取り付けられる移動体と、レールと移動体との間に配置されてそれらの相対的なスライド動作に伴い転動循環される複数の転動体とを備えるもので、直動型軸受の構成要素の少なくとも転動、摺動部位に、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜が形成され、前記固体膜に末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない流動可能な含ふっ素重合体が分散添加され、前記流動可能な含ふっ素重合体が官能基を有していないものである。
【０００９】
本発明の第２の直動型軸受は、軸状のレールと、それにスライド可能に取り付けられる移動体と、レールと移動体との間に配置されてそれらの相対的なスライド動作に伴い転動循環される複数の転動体とを備えるもので、前記レールおよび移動体が金属で形成され、少なくともレールおよび移動体の軌道面に、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜が形成され、前記固体膜に末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない流動可能な含ふっ素重合体が分散添加され、前記流動可能な含ふっ素重合体が官能基を有していないものである。
【００１０】
本発明の第３の直動型軸受は、軸状のレールと、それにスライド可能に取り付けられる移動体とを備えるもので、直動型軸受の構成要素の少なくとも摺動部位に、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜が形成され、前記固体膜に末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない流動可能な含ふっ素重合体が分散添加され、前記流動可能な含ふっ素重合体が官能基を有していないものである。
【００１１】
なお、前述の固体膜は、３次元の網状構造を有するものとするのが好ましい。
【００１２】
本発明の直動型軸受の潤滑膜形成方法は、官能基としてイソシアネート基を有する含ふっ素重合体を溶媒中に希釈してなる溶液に、官能基を有しない含ふっ素重合体を加えた溶液を用いて、直動型軸受の構成要素の少なくとも転動、摺動部位に、液状膜を付着させる工程と、前記付着した液状膜を硬化させることにより、官能基を有しない含ふっ素重合体を流動性を有したまま分散させた網状構造の末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜を形成する工程とを含むものである。
【００１３】
このような本発明では、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素高分子化合物は、分子間が密に詰まって結合した固体膜であるから、直動型軸受の各構成要素間での転動、摺接時において、剥離や摩耗が発生しにくくなるとともに、転動、摺動抵抗が軽減されることになる。
【００１４】
特に、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜が、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない官能基なし含ふっ素重合体を流動可能な状態で分散添加しているため、この末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない官能基を有していない流動可能な含ふっ素重合体が、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜から滲み出て潤滑作用に寄与する。
【００１５】
前述の含ふっ素重合体としては、官能基なしのパーフルオロポリエーテルなどの含ふっ素重合体とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図１ないし図１１に示す実施例に基づいて説明する。図１ないし図８は本発明の一実施例にかかる直動型玉軸受を示しており、図１は、縦断面図、図２は、図１の横断面図、図３は、レールの横断面図、図４は、図１の直動型軸受に被覆形成した末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜の構造を模式的に表した構造図、図５は、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜の硬化前の状態での性状分析結果を示すグラフ、図６は、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜の硬化後の状態での性状分析結果を示すグラフ、図７は、同直動型軸受の発塵量測定に用いる試験装置の概略図、図８は、同直動型軸受のトルク寿命に関する試験結果を示すグラフである。
【００１７】
図中、Ａは直動型玉軸受、１は円筒形の軸からなるレール、２は円筒部材からなる移動体、３はプレス製の保持器、４はボール、５は保持筒である。
【００１８】
レール１は、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ製でなり、その外周面の円周六箇所に軸方向に沿う直線状の溝６が全長に及んで設けられている。
【００１９】
移動体２は、同じくＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃ製でなり、その内周面の軸方向中間領域の円周六箇所にはレール１の近接する溝６に径方向で対向するようにそれぞれ負荷循環ボール列および無負荷循環ボール列用の軌道溝９１，９２が設けられている。
【００２０】
保持器３は、ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４製でなり、移動体２の内周面の一部に沿うように湾曲加工された円筒形状をなす。その両端部分は、保持筒５により支持されている。中央領域に各々六条の横長の環状溝３１，３２が対称的に設けられている。環状溝３１の直線部分は底が貫通されて底無しとされて負荷循環ボール列４１用とされている。環状溝３２は底有りとされて無負荷循環ボール列４２用とされている。
【００２１】
前述のレール１側と移動体２側の対向する二つの直線状の溝６，９１がそれぞれ対となって合計六本の負荷用ボール転送路１２を構成している。このボール転送路１２に存在するボール４群は、保持器３の環状溝３１の底無し直線部に位置する。また、移動体２の溝９２と保持器３の環状溝３２の底有り部とが対となって合計六本の無負荷用ボール循環路１３を構成している。これら、六本のボール転送路１２それぞれとそれに近い側に隣り合う六本のボール循環路１３それぞれとが一本ずつ連通連結されていて、それでボール循環回路を構成している。このため、レール１と移動体２との相対的な軸方向スライド動作に伴って、このボール転送路１２とボール循環路１３との間でボール４群が転動循環されるようになっている。
【００２２】
ところで、レール１の溝６と移動体２の溝９１の横断面は、サーキュレータアーク状に形成されるが、その他、ゴチックアーチ状でもよい。この場合、溝の横断面は、それぞれＶ字形状に形成されていて、対向する一対の溝６，９１でボール４が四点接触支持されるようになる。この溝６，９１それぞれの二つの斜面はそれぞれ緩やかな曲面に形成される。なお、レール１の溝６それぞれにボール４をあてがった状態でのボール４群の外接円径と、移動体２の溝９１それぞれにボール４をあてがった状態でのボール４群の内接円径との差を調整して所定の予圧を付加することにより、一対の溝６，９１でボール４を四点接触支持させるようにされる。
【００２３】
前述のレール１、移動体２およびボール４は、耐食性材料により形成されている。この耐食性材料としては、例えば上述のＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃなどのマルテンサイト系ステンレス鋼の他、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ６３０などの析出硬化型ステンレス鋼に適当な硬化熱処理を施した金属材などが挙げられる。また、軽荷重用途では、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４などのオーステナイト系ステンレス鋼でもよい。
【００２４】
なお、レール１、移動体２およびボール４に関する耐食性材料としては金属材の他にもセラミックス材とすることができる。このセラミックス材としては、焼結助剤として、イットリア（Ｙ2Ｏ3）およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、その他、適宜、窒化アルミ（ＡｌＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）を用いた窒化けい素（Ｓｉ3Ｎ4）を主体とするものの他、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や炭化けい素（ＳｉＣ）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、窒化アルミ（ＡｌＮ）などを用いることができる。また、保持器３は、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４の他、黄銅、チタン材などが好適に用いられるが、合成樹脂材料とすることもできる。この合成樹脂材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略称する）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）などのふっ素系樹脂やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ナイロン４６などのエンジニアリングプラスチックスなどの使用も可能である。これらの樹脂にはガラス繊維などの強化繊維が添加されていてもよい。
【００２５】
これらの直動型玉軸受Ａの各構成要素の転動、摺動部位には、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６が形成されている。但し、図には、固体膜１６をボール４だけに形成したように例示しているが、レール１の溝６、移動体２の溝９１、保持器３の環状溝３２の表面や外表面にも形成される。
【００２６】
末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６は、−ＣXＦ2X−Ｏ−という一般式（Ｘは１〜４の整数）で示される単位を主要構造単位とし、いずれも平均分子量が数百万以上で硬化反応により分子間が結合された３次元の網状構造を有している。３次元の網状構造とは、化学構造上の表現であって、膜の断面が網状になっているのではなく、分子間が網状のように連続してつながって密に詰まった均質な構造になっていることを意味している。このような重合体としては、下記化学式１に示すような末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体を用いて、化学構造を変化させたものとすることができる。前述の末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体としては、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）の誘導体、具体的に例えばモンテカチーニ社の商品名フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOCなど）が好適に用いられる。
【００２７】
【化１】
次に、前述の末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６の形成方法の一例を説明する。
（ａ） 末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６を得るための溶液を用意し、この溶液中にレール１、移動体２、保持器３およびボール４をそれぞれ個別に、用意した潤滑油中に浸漬するか、あるいはそれらを組み立てた完成状態の直動型玉軸受Ａを潤滑油中に浸漬して数回回転させることにより、レール１、移動体２、保持器３およびボール４の転動、摺動部位に液状膜を付着させる（付着処理）。ここで用意する溶液は、末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）〕を希釈溶媒（ふっ素系溶剤ＳＶ９０Ｄ）で含ふっ素重合体の濃度を１ｍａｓｓ％にまで希釈したものとする。
（ｂ） 液状膜を付着した直動型玉軸受Ａの全体を、４０〜５０℃で約１分間加熱し、液状膜に含む溶媒を除去する（乾燥処理）。この時点では、液状膜のままであり、流動性を有している。
（ｃ） この後、例えば１００〜２００℃で２０時間、加熱する（硬化処理）。これにより、液状膜の化学構造が変化することにより硬化反応して末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６が得られる。ちなみに、この硬化処理では、液状膜に存在している官能基付き含ふっ素重合体の個々について、下記化学式２〜５に示すような４種の硬化反応でもって末端のイソシアネート（ＮＣＯ）が消失し、各官能基付き含ふっ素重合体が互いに結合することにより３次元の網状構造となる。結合は、化学式２，３に示すような硬化反応でもって、図４（ａ）に模式的に示すように直線的に架橋するとともに、化学式４，５に示すような硬化反応でもって、図４（ｂ）に模式的に示すように３次元方向で架橋する。
【００２９】
【化２】
【化３】
【化４】
【化５】
このようにすれば、直動型玉軸受Ａの構成要素において互いに接触する部位に末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６を好適な膜厚で形成することができる。なお、（ａ）、（ｂ）は必要に応じて数回繰り返すようにしてもよく、最終的には、用途に応じて、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６の膜厚を例えば０．１〜３μｍの範囲で適宜に設定することができる。
【００３４】
ここで、（ａ）で用意した溶液を濃縮乾燥しただけの状態（流動性がある状態）と、（ａ）で用意した溶液をステンレス鋼板などの試料に付着して硬化した状態とについて、その性状を分析したので説明する。
【００３５】
前者は、ＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換−赤外分光、液膜法）で分析している。その結果は、図５のグラフに示すように、ふっ素系のピーク以外にＮＨ（３３００ｃｍ-1）、Ｎ＝Ｃ＝Ｏ（２２７９ｃｍ-1）、ＮＨＣ＝Ｏ（１７１２ｃｍ-1，１５４６ｃｍ-1）、ベンゼン（１６００ｃｍ-1）などのピークが見られ、ベンゼン環、ＮＨＣ＝Ｏ結合、イソシアネートが官能基として存在していることが確認できる。ここでは、薄膜と厚膜との場合についてそれぞれ調べているが、膜厚に関係なく分析が行えた。後者は、ＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換−赤外分光、高感度反射法）で分析している。その結果は、図６のグラフに示すように、ベンゼン環やＮＨＣ＝Ｏ結合のピークが見られるが、イソシアネートのピークが見られない。つまり、これらの結果に基づき、上記化学式２〜５に示す硬化反応による官能基の化学構造変化が確認される。
【００３６】
以上説明した末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６は、それ自体３次元の網状構造をもって、被覆対象上に緻密に被覆されるとともに自己潤滑性を有するため、直動型軸受の各構成要素間の転動、摺動動作に伴う摩耗、剥離といった発塵を抑制できるようになり、直動型軸受の各構成要素どうしの直接的な接触を回避できるようになる。
【００３７】
ところで、本発明の実施例として、上記で説明した末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６について、分子間が結合した３次元の網状構造中に、フルオロポリエーテルなどの末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない官能基なし含ふっ素重合体を流動可能に分散添加した構造とする。この場合、具体的に、上記での形成方法の（ａ）の付着処理において、用意する溶液を、末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体〔例えば商品名フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOCなど）〕と、含ふっ素化合物として官能基なし含ふっ素重合体〔例えば商品名フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z-60など）〕とを所定の割合で混合したものとすればよい。このため、（ｃ）の硬化処理において、官能基なし含ふっ素重合体が、官能基付き含ふっ素重合体と結合しないので、これが、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６の内部において流動可能となり、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６から滲み出るなどして潤滑作用を発揮することになる。
【００３８】
そして、上述した末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６についての大気環境での発塵寿命、真空環境でのトルク寿命を調べているので、説明する。ここでは、実施例、参考例１〜３、比較例の計５つを挙げている。
【００３９】
実施例、参考例１〜３では、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜をレール、移動体、保持器、ボールの全表面に形成しており、膜厚は、１μｍに設定している。
【００４０】
参考例１の末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜は、末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）〕のみを用いて得ている。
【００４１】
参考例２の末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜は、末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）〕に対して、末端が水酸基（−ＯＨ）の官能基付き含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DOL）〕を添加して得ている。
【００４２】
実施例の末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜は、末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）〕に対して、官能基なし含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z-60）〕を添加して得ている。
【００４３】
参考例３の末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜は、末端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）〕に対して、末端が水酸基の官能基付き含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DOL）〕と、官能基なし含ふっ素重合体〔フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z-60）〕とを添加して得ている。
【００４４】
比較例は、レール、移動体、保持器、ボールの全表面にコーティング膜を形成したものとする。このコーティング膜は、熱硬化性合成樹脂（ポリイミド）からなるバインダー中にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を分散混合したものであり、膜厚は１μｍとしている。このコーティング膜は、比較的硬質で緻密な熱硬化性合成樹脂が海状となり、不均質なポリテトラフルオロエチレンが島状に点在する構造となっており、両者の結合が弱い状態になっている。
【００４５】
試験は、図７に示す装置を用いている。図中、６０は試験用直動型玉軸受、６１はレール、６２はケース、６３はパーティクルモニタ、６４は負荷用重り、Ｍ1およびＭ2は負荷用重り駆動用のモータである。
【００４６】
試験条件は、下記のとおり。
【００４７】
・往復速度 ：２０〜３０ｍｍ／ｓ
・荷重 ：ラジアル荷重（２５Ｎ，５０Ｎ，１００Ｎ）
・ストローク：１００ｍｍ
・雰囲気 ：大気、クリーンベンチ内（クラス１０）
真空（２．６×１０-4Ｐａ以下）
・環境温度 ：室温
・計測条件 ：粒子径０．１μｍ以上の発塵粒子数
試験に用いた直動型玉軸受は、光洋精工（株）製型番ＳＥＳＤＭ１０ＳＴ５である。
【００４８】
(I) 発塵寿命試験では、雰囲気を大気、環境温度を室温、ラジアル荷重を１００Ｎとしている。発塵寿命試験では、総発塵量が１０００個／０．１ｃｆ以上となる状況を、連続１０回測定した時点までの時間を計測し運動距離に換算している。なお、測定は１０分間隔とする。参考例１のフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）の濃度を１ｍａｓｓ％とし、参考例２は、ベースとなるフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）の濃度を１ｍａｓｓ％、添加するフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DOL）の濃度を０．２５ｍａｓｓ％、実施例は、ベースとなるフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）の濃度を１ｍａｓｓ％、添加するフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z-60）の濃度を０．２５ｍａｓｓ％、参考例３は、ベースとなるフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）の濃度を１ｍａｓｓ％、添加するフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DOL）およびフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z-60）の濃度を合わせて０．２５ｍａｓｓ％とする。
【００４９】
結果としては、比較例で１０ｋｍ、参考例１で１５ｋｍ、参考例２で３０ｋｍ、実施例で６０ｋｍ、参考例３で５８ｋｍとなり、寿命が長い順に実施例、参考例３、参考例２、参考例１、比較例となる。つまり、参考例１のようにフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）のみを用いて得た末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜でも比較例に比べて優れるが、参考例２，３のようにベースとなるフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）に対して側鎖に官能基を持つフォンブリンＺ誘導体や、実施例の官能基を持たないフォンブリンＺ誘導体を添加して得た末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜の方が参考例１よりもさらに優れるのである。
【００５０】
つまり、実施例及び参考例１，参考例２，参考例３の末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６では、３次元の網状構造で密に詰まった均質膜になっているから、直動型玉軸受Ａの各構成要素間での転動、摺動時において、剥離や摩耗が発生しにくくなるのである。
【００５１】
ちなみに、実施例，参考例３において、ラジアル荷重を５０Ｎにした場合だと発塵寿命は各々１００ｋｍ、９５ｋｍ、また、２５Ｎにした場合だと発塵寿命は各々３００ｋｍ、２９５ｋｍにと大幅に向上する。参考例２や１についても実施例，参考例３の場合と同様の比率で向上する。一方、比較例において、ラジアル荷重を５０Ｎにした場合だと発塵寿命は２０ｋｍにと向上するものの、実施例に比べると、かなり低いレベルとなる。
【００５２】
以上の結果より、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜１６としては、フォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）のみを用いて形成するよりも、何らかの潤滑油を添加するのが好ましいことが分かった。添加する潤滑油については、上記結果より、官能基を持たないフォンブリンＺ誘導体が最も好ましいことも分かった。
【００５３】
そこで、添加量について検討する。ベースとなるフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）の濃度を１ｍａｓｓ％として、添加するフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z-60）の濃度を０．２５ｍａｓｓ％、０．５ｍａｓｓ％として、発塵寿命（ラジアル荷重１００Ｎ）を調べた。結果的には、０．２５ｍａｓｓ％で６０ｋｍ、０．５ｍａｓｓ％で４０ｋｍとなり、０．２５ｍａｓｓ％が適当であると考えられる。但し、添加量については、上限、下限に余裕を持たせて、ベースとなるフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）の濃度１ｍａｓｓ％に対して、添加するフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z-60）の濃度０．１〜０．７５ｍａｓｓ％の範囲とすることができる。また、ベースとなるフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）の濃度は、１〜１０ｍａｓｓ％の範囲とすることができる。この場合、ベースとなるフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z DISOC）の濃度を例えば上限の５ｍａｓｓ％とする場合には、添加するフォンブリンＺ誘導体（FONBLIN Z-60）の濃度も０．５〜２．５ｍａｓｓ％の範囲として、両方の比率を常に一定に設定するのがよい。但し、ベースの濃度は濃くするにつれて発塵寿命が低下する傾向となる。
【００５４】
(II) トルク寿命試験では、雰囲気を真空、環境温度を室温とし、ラジアル荷重を２５Ｎ、５０Ｎとしている。ここでは、実施例と比較例とを調べている。図８のグラフに示すように、実施例では、５０ｋｍで打ち切っているが、ラジアル荷重２５Ｎでトルク０．０１〜０．０２Ｎ・ｍ、ラジアル荷重５０Ｎで０．０２〜０．０３Ｎ・ｍと軽減できたが、比較例では、ラジアル荷重２５Ｎでトルク０．０２〜０．０３Ｎ・ｍ、ラジアル荷重５０Ｎでトルク０．０４〜０．０５Ｎ・ｍとなる。このように、実施例のものは比較例に比べてトルクを約１／２と、かなり軽減できるようになる。
【００５５】
このように、トルク寿命は、比較例に比べて格段に優れた結果となった。これはつまり、ベースとなる成分に対して添加する成分が結合しないから、この添加した成分が流動性を有することになり、それによって潤滑作用を発揮するために、トルク軽減に効果をもたらすものと考えられる。
【００５６】
なお、本発明は上記実施例のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
（１） 上記実施例で説明した直動型玉軸受の他の種類、例えば図９および図１０に示すように、角状レール１に跨がった鞍型移動体２を備えた、いわゆる直動ガイドなどの直動型軸受にも本発明を適用できる。また、図１１に示すように、転動体を備えないタイプについても、本発明を適用できる。これらについても、固体膜１６の形成位置は、少なくとも転動部位や摺動部位とすればよい。
（２） 上記実施例において（ｃ）の硬化処理については、加熱に代えて、紫外線、赤外線、γ線、電子線などの電磁波（光）のエネルギーを利用することができる。
（３） 上記実施例において（ｂ）の乾燥処理は、省略してもよい。
（４） 上記実施例では、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜であって、前記固体膜に末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない流動可能な含ふっ素重合体が分散添加され、前記流動可能な含ふっ素重合体が官能基を有していない固体膜１６をレール１、移動体２、保持器３およびボール４のすべてに形成しているが、レール１、移動体２、保持器３だけあるいはボール４だけに形成することができる。
（５） 上記実施例では、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜であって、前記固体膜に末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない流動可能な含ふっ素重合体が分散添加され、前記流動可能な含ふっ素重合体が官能基を有していない固体膜１６を被覆対象の外表面にも形成しているが、レール１の溝６、移動体２の溝９１、保持器３の環状溝３２だけに形成することができる。この場合には、不要箇所をマスキングしておいて、直動型軸受として組み立てる前に各単体を上記（ａ）で用意する溶液中に浸漬して、適宜硬化させるようにすればよい。但し、外表面にも固体膜１６を形成していれば、耐食性環境での使用においても腐食防止効果が強くなり、別途、腐食防止処理を施さなくて済む。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の直動型軸受では、従来のコーティング膜に比べて剥離、欠落、摩耗が抑制できるとともに、転動、摺動抵抗を軽減できる末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜であって、前記固体膜に末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない流動可能な含ふっ素重合体が分散添加され、前記流動可能な含ふっ素重合体が官能基を有していない固体膜を用いているから、発塵寿命と潤滑性を向上できるようになり、動作安定性および寿命の向上に貢献できる。
【００５８】
したがって、例えば半導体製造過程のように高精度な加工が要求されるところに本発明の直動型軸受を用いると、清浄雰囲気を阻害しにくくなるので、半導体製造品の歩留まり向上に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例にかかる直動型玉軸受の縦断面図
【図２】 図１の横断面図
【図３】 レールの横断面図
【図４】 図１の直動型軸受に被覆形成した末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜の構造を模式的に表した構造図
【図５】 末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜の硬化前の状態での性状分析結果を示すグラフ
【図６】 末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜の硬化後の状態での性状分析結果を示すグラフ
【図７】 同直動型軸受の発塵量測定に用いる試験装置の概略図
【図８】 同直動型軸受のトルク寿命に関する試験結果を示すグラフ
【図９】 本発明の他の実施例にかかる直動ガイドの斜視図
【図１０】 図９の横断面図
【図１１】 本発明のさらに他の実施例の直動ガイドの横断面図
【符号の説明】
Ａ 直動型玉軸受
１ レール
２ 移動体
３ 保持器
４ ボール
６ 軸の溝
９１ 移動体の溝
３１ 保持器の環状溝
１２ ボール転送路
１３ ボール循環路
１６ 含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜
Claims (5)
- 軸状のレールと、それにスライド可能に取り付けられる移動体と、レールと移動体との間に配置されてそれらの相対的なスライド動作に伴い転動循環される複数の転動体とを備える直動型軸受であって、
直動型軸受の構成要素の少なくとも転動、摺動部位に、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜が形成され、
前記固体膜に末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない流動可能な含ふっ素重合体が分散添加され、前記流動可能な含ふっ素重合体が官能基を有していない、ことを特徴とする直動型軸受。 - 軸状のレールと、それにスライド可能に取り付けられる移動体と、レールと移動体との間に配置されてそれらの相対的なスライド動作に伴い転動循環される複数の転動体とを備える直動型軸受であって、
前記レールおよび移動体が金属で形成され、少なくともレールおよび移動体の軌道面に、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜が形成され、
前記固体膜に末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない流動可能な含ふっ素重合体が分散添加され、前記流動可能な含ふっ素重合体が官能基を有していない、ことを特徴とする直動型軸受。 - 軸状のレールと、それにスライド可能に取り付けられる移動体とを備える直動型軸受であって、
直動型軸受の構成要素の少なくとも摺動部位に、末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜が形成され、
前記固体膜に末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体と結合しない流動可能な含ふっ素重合体が分散添加され、前記流動可能な含ふっ素重合体が官能基を有していない、ことを特徴とする直動型軸受。 - 前記固体膜は、３次元の網状構造を有している、請求項１ないし３のいずれかに記載の直動型軸受。
- 官能基としてイソシアネート基を有する含ふっ素重合体を溶媒中に希釈してなる溶液に、官能基を有しない含ふっ素重合体を加えた溶液を用いて、直動型軸受の構成要素の少なくとも転動、摺動部位に、液状膜を付着させる工程と、
前記付着した液状膜を硬化させることにより、官能基を有しない含ふっ素重合体を流動性を有したまま分散させた網状構造の末端がイソシアネート官能基付き含ふっ素重合体を硬化処理したことで形成された含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする直動型軸受の潤滑膜形成方法。
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