專利名稱：滾動(dòng)引導(dǎo)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及滾動(dòng)引導(dǎo)裝置，特別涉及相對(duì)于滾動(dòng)體或負(fù)荷滾動(dòng)通道或者無(wú)負(fù)荷滾動(dòng)通道的表面形成固體潤(rùn)滑膜的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置，所述固體潤(rùn)滑膜在層狀結(jié)晶化合物內(nèi)導(dǎo)入了金屬原子。
背景技術(shù)：
例如，在滾動(dòng)軸承等滾動(dòng)滑動(dòng)部件中，為了減少滾動(dòng)體的滾動(dòng)摩擦或滑動(dòng)摩擦，提高軸承的耐久性，一直以來(lái)提供潤(rùn)滑脂等液狀潤(rùn)滑劑。但是，在使用液狀潤(rùn)滑材料的方法中，潤(rùn)滑劑的蒸氣成為環(huán)境的污染源，所以在半導(dǎo)體制造設(shè)備等要求高清潔度的密封真空下使用滾動(dòng)滑動(dòng)部件時(shí)存在問(wèn)題。
因此，對(duì)于在這樣的特殊環(huán)境下使用的滾動(dòng)滑動(dòng)部件的滾動(dòng)面，通過(guò)形成類金剛石碳(以下叫做DLC)膜，提高這些部件的耐久性和壽命。該DLC膜，是利用已知的PVD(物理蒸鍍)法或CVD(化學(xué)蒸鍍)法成膜的，表面具有以金剛石為標(biāo)準(zhǔn)的硬度(10GPa以上的塑性變形硬度)，并且摩擦系數(shù)在0.2以下滑動(dòng)阻力值小，所以作為新的耐磨耗性保護(hù)膜受到關(guān)注(例如參照下述專利文獻(xiàn)1～5)。
專利文獻(xiàn)1特開平09-144764號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開2000-136828號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3特開2000-205277號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4特開2000-205279號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5特開2000-205280號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6英國(guó)專利第2,303,380號(hào)說(shuō)明書但是，利用上述PVD(物理蒸鍍)法或CVD(化學(xué)蒸鍍)法而成膜的DLC膜，膜的緊貼性以及耐磨耗性不足，必須加以改善。具體地說(shuō)，DLC膜，與自己的硬度相比強(qiáng)度非常低，所以雖然可有效地用于以滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)為主的部分，但對(duì)滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)則會(huì)從膜的內(nèi)側(cè)破壞而剝離，所以以前幾乎沒(méi)有使用在滾動(dòng)部件上，僅限于在700MPa以下極小的面壓下的使用。又，基于PVD法形成的DLC膜存在在真空中耐磨耗性惡化的不良狀況。
并且，對(duì)于在包含潤(rùn)滑不足在內(nèi)的不良潤(rùn)滑環(huán)境或高溫真空狀態(tài)、或者不能使用潤(rùn)滑脂等潤(rùn)滑劑的狀態(tài)等特殊環(huán)境下使用的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置，要求使用改善了緊貼性以及耐磨耗性、并實(shí)現(xiàn)耐久性的提高或長(zhǎng)壽命化的固體潤(rùn)滑膜。
特別是在直線引導(dǎo)裝置或滾珠花鍵裝置、滾珠絲杠裝置等滾動(dòng)引導(dǎo)裝置上，設(shè)置在無(wú)限循環(huán)通道上的多個(gè)滾珠從負(fù)荷滾動(dòng)通道移動(dòng)到無(wú)負(fù)荷滾動(dòng)通道時(shí)，存在力學(xué)性的不連續(xù)部或沖撞部，所以必須使用可承受在這樣的部位上產(chǎn)生的面壓或滾動(dòng)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)的固體潤(rùn)滑膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這樣的課題而提出的，其目的在于提供一種滾動(dòng)引導(dǎo)裝置，將與以前的液狀潤(rùn)滑劑以及利用PVD(物理蒸鍍)法或CVD(化學(xué)蒸鍍)法而成膜的DLC膜相比提高了緊貼性以及耐磨耗性的固體潤(rùn)滑膜用于直線引導(dǎo)裝置或滾珠花鍵裝置、滾珠絲杠裝置等滾動(dòng)引導(dǎo)裝置上，從而提高了耐磨耗性和基于滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的疲勞強(qiáng)度。并且，目的在于提供在不良潤(rùn)滑環(huán)境或高溫真空狀態(tài)、或者無(wú)油等特殊環(huán)境下，具有充分的面壓且可承受滾動(dòng)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置。
本發(fā)明的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置，具有軌道部件、和經(jīng)由多個(gè)滾動(dòng)體移動(dòng)自如地安裝在上述軌道部件上的移動(dòng)體，上述多個(gè)滾動(dòng)體，設(shè)置在無(wú)限循環(huán)通道上，該無(wú)限循環(huán)通道包括形成在上述軌道部件與上述移動(dòng)體之間的負(fù)荷滾動(dòng)通道、和以連結(jié)該負(fù)荷滾動(dòng)通道的一端與另一端的方式形成在上述移動(dòng)體上的無(wú)負(fù)荷滾動(dòng)通道，其特征在于，對(duì)上述多個(gè)滾動(dòng)體、上述負(fù)荷滾動(dòng)通道或上述無(wú)負(fù)荷滾動(dòng)通道的至少一個(gè)的表面，形成在層狀結(jié)晶化合物中導(dǎo)入了金屬原子的固體潤(rùn)滑膜。
在本發(fā)明的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置中，上述固體潤(rùn)滑膜優(yōu)選利用封閉磁場(chǎng)不均衡磁控濺射法成膜。
又，在本發(fā)明的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置中，上述層狀結(jié)晶化合物，可包含MoS2、WS2或石墨的至少1種化合物，上述金屬原子，可包含鈦(Ti)、鎢(W)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、硅(Si)或硼(B)的至少1種元素。
并且，在本發(fā)明的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置中，上述固體潤(rùn)滑膜，優(yōu)選膜厚在0.5～3μm的范圍內(nèi)。
又，在本發(fā)明的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置中，上述固體潤(rùn)滑膜中的上述金屬原子的含有率優(yōu)選在20％以下。
又，在本發(fā)明的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置中，上述固體潤(rùn)滑膜，優(yōu)選在使用洛氏的金剛石壓頭的劃痕硬度試驗(yàn)中臨界緊貼力在40N以上。
又，在本發(fā)明的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置中，上述固體潤(rùn)滑膜，優(yōu)選維氏硬度(Hv)在500以上，且在1×10-3Torr以下的真空中與硬度HRC55以上的鋼材的摩擦系數(shù)在0.07以下。
并且，在本發(fā)明的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置中，在上述多個(gè)滾動(dòng)體之間，設(shè)置比上述滾動(dòng)體以及上述固體潤(rùn)滑膜柔軟的間隔部件，該間隔部件，可以是直徑比上述滾動(dòng)體的直徑小的間隔珠或保持件(retainer)。
另外，上述發(fā)明的概要沒(méi)有全部例舉本發(fā)明的必要特征，這些特征群的再組合(Sob-combination)也可成為發(fā)明。
如果根據(jù)本發(fā)明，則可將與以前的液狀潤(rùn)滑劑以及利用PVD(物理蒸鍍)法或CVD(化學(xué)蒸鍍)法而成膜的DLC膜相比緊貼性以及耐磨耗性提高了的固體潤(rùn)滑膜用于滾動(dòng)引導(dǎo)裝置，所以可提供提高了耐磨耗性和基于滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的疲勞強(qiáng)度的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置。又，可提供在不良潤(rùn)滑環(huán)境或高溫真空狀態(tài)、或者無(wú)油等特殊環(huán)境下具有充分的面壓，可承受滾動(dòng)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置。


圖1是表示本實(shí)施方式中使用的一般的CUMS裝置的上面的概要圖。
圖2是表示本實(shí)施方式中使用的一般的CUMS裝置的側(cè)面的概要圖。
圖3是用于說(shuō)明用于制造本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜的TEERCoatings Ltd公司制的CUMS裝置的圖。
圖4是表示形成為多層膜時(shí)的本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜的膜構(gòu)造的圖。
圖5是表示形成為混合膜(非晶形膜)時(shí)的本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜的膜構(gòu)造的圖。
圖6是表示在無(wú)潤(rùn)滑耐久試驗(yàn)中使用于LM導(dǎo)件的負(fù)荷周期的圖。
圖7是表示在無(wú)潤(rùn)滑耐久試驗(yàn)中使用的無(wú)潤(rùn)滑耐久試驗(yàn)機(jī)的簡(jiǎn)要構(gòu)成的外觀側(cè)視圖。
圖8A是用于說(shuō)明無(wú)潤(rùn)滑耐久試驗(yàn)機(jī)上設(shè)置的LM導(dǎo)件的簡(jiǎn)要構(gòu)成的外觀立體局部剖視圖。
圖8B是用于說(shuō)明圖8A所示的LM導(dǎo)件所具有的無(wú)限循環(huán)通道的構(gòu)造的縱剖視圖。
圖9是利用柱狀圖表示無(wú)潤(rùn)滑耐久試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果的圖。
圖10是表示發(fā)塵試驗(yàn)中使用的發(fā)塵試驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)要構(gòu)成的外觀俯視圖。
圖11是利用柱狀圖表示發(fā)塵試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果的圖。
圖12是表示使用了本實(shí)施方式所述的固體潤(rùn)滑膜的直線型滾動(dòng)引導(dǎo)裝置的于軌道導(dǎo)軌垂直方向的剖面的圖。
圖13是表示使用了本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜的直線型滾動(dòng)引導(dǎo)裝置的俯視面的圖。
圖14是表示在圖12以及圖13例示的直線型滾動(dòng)引導(dǎo)裝置中使用的間隔部件的具體形狀的圖。
圖15是表示圖12所示的直線型滾動(dòng)引導(dǎo)裝置的變形例的圖。
圖16是表示圖13所示的直線型滾動(dòng)引導(dǎo)裝置的變形例的圖。
圖17是表示具有可使用本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜的4條無(wú)限循環(huán)通道的直線型滾動(dòng)引導(dǎo)裝置的圖。
圖18是表示本實(shí)施方式的間隔部件的多種變形例的一種形式的圖。
圖19是表示圖18所示的間隔部件的另一插入形式的圖。
圖20是表示本實(shí)施方式的間隔部件的多種變形例的另一形式的圖。
圖21是表示圖20所示的間隔部件的變形例的圖。
圖22是表示使用了本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜的滾珠絲杠裝置的一種形式的圖。
圖23是表示使用了本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜的滾珠絲杠裝置的另一形式的圖。
圖24是表示使用本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜的滾珠絲杠裝置的又一形式的圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明10a、10b、10c、10d 磁控管11 外側(cè)環(huán)狀磁鐵12 內(nèi)側(cè)芯磁鐵13 被處理體14 托架15 馬達(dá)16a、16b、16c、16d 對(duì)陰極(target)20 惰性氣體控制回路21 高速電磁閥22 發(fā)電監(jiān)視器23 光電倍增管40 多層膜42 邊界緊貼層50 混合膜(非晶形膜)B 磁力線C 作業(yè)空間α MoS2的比例比鈦(Ti)多的層β 與α相反鈦(Ti)的比例多的層60 無(wú)潤(rùn)滑耐久試驗(yàn)機(jī)61 底座62 塔架(derrick)63 彈簧64 測(cè)力傳感器65 馬達(dá)70 LM導(dǎo)件71 軌道導(dǎo)軌71a 滾珠滾動(dòng)槽72 移動(dòng)塊72a 負(fù)荷滾珠滾動(dòng)槽
73 滾珠74 無(wú)限循環(huán)通道75 間隔珠80 發(fā)塵試驗(yàn)裝置81 馬達(dá)82 運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)裝置82a 滾珠絲杠82b 移動(dòng)塊83 構(gòu)造部件85 丙烯酸酯殼體86 顆粒計(jì)數(shù)器160 滾動(dòng)引導(dǎo)裝置161 軌道導(dǎo)軌161a、164a 負(fù)荷滾動(dòng)槽161b 螺紋安裝孔162 滾珠163 移動(dòng)體164 塊主體164b 塊主體上表面164c 內(nèi)螺紋165 模成形體165a 滾珠引導(dǎo)部165b 滾珠保持部166 側(cè)蓋166a 滾珠引導(dǎo)槽167 負(fù)荷滾動(dòng)通道168 返回通道169 方向轉(zhuǎn)換通道170 無(wú)負(fù)荷滾動(dòng)通道171 無(wú)限循環(huán)通道172 引導(dǎo)槽180、202 間隔部件
181 襯墊部182 臂部185 間隔珠186 保持件187 間隔件188 帶狀部件190 滾珠絲杠裝置191 絲杠軸191a、193a 負(fù)荷滾動(dòng)通道192 螺母192a 凸緣193 螺母主體194 蓋體195 負(fù)荷滾動(dòng)通道196 返回通道197 返回構(gòu)件198 套199 方向轉(zhuǎn)換通道200 無(wú)負(fù)荷滾動(dòng)通道201 無(wú)限循環(huán)通道210 返回管220 導(dǎo)向器(deflector)具體實(shí)施方式
以下，參照

用于實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。另外，以下的實(shí)施方式，不限制涉及各權(quán)利要求的發(fā)明，又，實(shí)施方式中說(shuō)明的特征的全部組合并不限定為是本發(fā)明的解決方案所必須的。
并且，在本實(shí)施方式中，例示使用TEER Coatings Ltd公司制的封閉磁場(chǎng)不均衡磁控濺射裝置(以下叫做CUMS裝置)對(duì)作為滾動(dòng)引導(dǎo)裝置上使用的滾動(dòng)體的滾珠的表面形成作為固體潤(rùn)滑膜的薄膜的情況來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。采用該裝置，是因?yàn)榕c通常的非平衡磁控濺射(UBMS注冊(cè)商標(biāo))法相比，可獲得高密度的等離子體，離子電流密度也高到5倍以上，所以可獲得能適用于滾動(dòng)引導(dǎo)裝置的固體潤(rùn)滑膜。
另外，本說(shuō)明書中的“滾動(dòng)引導(dǎo)裝置”，不限于具有上述滾珠的形式，而是包含例如工作設(shè)備等上使用的所有滾動(dòng)軸承或真空中使用的無(wú)潤(rùn)滑軸承、線性導(dǎo)件或直線引導(dǎo)裝置、滾珠花鍵裝置、滾珠絲杠裝置等所有伴有滾動(dòng)/滑動(dòng)動(dòng)作的裝置。
首先，根據(jù)

適用于本實(shí)施方式的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置的固體潤(rùn)滑膜的成膜所使用的CUMS裝置。圖1是表示本實(shí)施方式中使用的一般的CUMS裝置的上面的概要圖。又，圖2是表示本實(shí)施方式中使用的一般的CUMS裝置的側(cè)面的概要圖。
圖1以及圖2例示的CUMS裝置，具有4個(gè)磁控管10a、10b、10c、10d，這4個(gè)磁控管10a、10b、10c、10d，分別具有外側(cè)環(huán)狀磁鐵11、和位于中央的內(nèi)側(cè)芯磁鐵12。4個(gè)磁控管10a、10b、10c、10d，以托架14為中心而設(shè)置，該托架14是用于將成為成膜對(duì)象的被處理體13配置在適當(dāng)位置的配置機(jī)構(gòu)。托架14構(gòu)成為在箭頭A的方向以一個(gè)軸為中心轉(zhuǎn)動(dòng)，該轉(zhuǎn)動(dòng)可利用例如馬達(dá)15等驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
在圖1以及圖2所示的CUMS裝置上，磁控管10b以及10d的外側(cè)環(huán)狀磁鐵11是S極，它們的內(nèi)側(cè)芯磁鐵12構(gòu)成N極。另一方面，磁控管10a以及10c的外側(cè)環(huán)狀磁鐵11是N極，它們的內(nèi)側(cè)芯磁鐵12是S極。根據(jù)這樣的構(gòu)成，4個(gè)磁控管10a、10b、10c、10d的磁力線B形成連續(xù)的屏障，可捕獲從磁控等離子體擴(kuò)散的電子。即，磁力線B，由于可包圍托架14地限定作業(yè)空間C，所以可在電磁封閉的狀態(tài)下對(duì)被處理體13實(shí)施成膜。因此，如果根據(jù)圖1以及圖2所示的CUMS裝置，則可在低電壓下產(chǎn)生高密度的等離子體，實(shí)現(xiàn)在通常的非平衡磁控濺射(UBMS注冊(cè)商標(biāo))裝置中不可能形成的優(yōu)質(zhì)的薄膜。另外，由磁力線B形成的作業(yè)空間C，其范圍可任意設(shè)定，不限于托架14的軸向的上下端。
又，在4個(gè)磁控管10a、10b、10c、10d上，設(shè)置有作為濺射的供給材料的對(duì)陰極16a、16b、16c、16d。這些對(duì)陰極16a、16b、16c、16d，覆蓋與托架14面對(duì)的磁鐵11、12的極面地配置。另外，各磁控管10a、10b、10c、10d，由于具有未圖示的軟鐵制內(nèi)板，所以在各磁控管10a、10b、10c、10d中形成內(nèi)側(cè)磁回路。
如以上說(shuō)明可知，如果根據(jù)本實(shí)施方式的CUMS裝置，則可將被處理體13封閉在由作為非平衡磁場(chǎng)產(chǎn)生機(jī)構(gòu)而配置的磁鐵11、12所建立的非平衡磁場(chǎng)內(nèi)，而被處理體13對(duì)置配置，以便附著從對(duì)陰極16a、16b、16c、16d濺射的物質(zhì)。因此，CUMS裝置，可在電磁封閉的作業(yè)空間C中對(duì)被處理體13實(shí)施成膜。設(shè)計(jì)為這樣的構(gòu)成，是因?yàn)橥ㄟ^(guò)特意在處于電磁封閉的空間內(nèi)的對(duì)陰極16a、16b、16c、16d的表面產(chǎn)生非平衡磁場(chǎng)，而可利用低電壓產(chǎn)生高密度的等離子體，可在被處理體13上形成優(yōu)質(zhì)的薄膜。
另外，使用CUMS裝置時(shí)，向該裝置的室內(nèi)供給例如氬等惰性氣體。惰性氣體的供給，可利用圖2所示的惰性氣體控制回路20進(jìn)行。惰性氣體控制回路20具有高速電磁閥21和發(fā)光監(jiān)視器22、光電倍增管23，通過(guò)隨時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)的惰性氣體的狀態(tài)，可維持恰當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)環(huán)境。在這樣的室內(nèi)向磁控管10a、10b、10c、10d上施加具有電位差的電壓，可利用該電位差使電子加速而將氣體離子化，產(chǎn)生更多的電子以及氬離子。而且存在于室內(nèi)的氬離子轟擊供給材料的對(duì)陰極16a、16b、16c、16d，制造供給材料的固體潤(rùn)滑膜。
A.CUMS裝置的設(shè)定條件接著，說(shuō)明使用上述CUMS裝置制造用于本實(shí)施方式的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置的固體潤(rùn)滑膜的具體方法。作為用于進(jìn)行濺射的CUMS裝置，使用了圖3所示的在中央具有轉(zhuǎn)動(dòng)的托架14的TEER Coatings Ltd公司制的CUMS裝置(參照專利文獻(xiàn)61996年授予TEER Coatings Ltd公司的英國(guó)專利第2,303,380號(hào)說(shuō)明書)。如果采用使用了該裝置的封閉磁場(chǎng)不均衡磁控濺射法的成膜機(jī)構(gòu)，則可在低電壓下進(jìn)行高離子電流的濺射，所以可在比較短的時(shí)間進(jìn)行均質(zhì)且高密度的成膜。
在圖3所示的托架14上，設(shè)置有固定被處理體13的夾具30，該夾具30，不僅是單純的轉(zhuǎn)動(dòng)，而是可自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)。因此，安裝在夾具30上的被處理體13，可形成使作為滾動(dòng)部件而言十分重要的膜厚和膜質(zhì)均勻的固體潤(rùn)滑膜。
在此，作為本實(shí)施方式中使用的CUMS裝置的特征點(diǎn)，可舉出包圍托架14地設(shè)置的對(duì)陰極16a、16b、16c、16d內(nèi)的1個(gè)對(duì)陰極16b采用鈦(Ti)。而對(duì)其他的對(duì)陰極16a、16c、16d，配置MoS2。這樣構(gòu)成是因?yàn)橥ㄟ^(guò)利用作為活性金屬的鈦(Ti)等金屬原子構(gòu)成用于濺射的多個(gè)對(duì)陰極16a、16b、16c、16d的至少1個(gè)，并利用MoS2等層狀結(jié)晶化合物構(gòu)成其他對(duì)陰極，從而在層狀結(jié)晶化合物中導(dǎo)入金屬原子，提高層間的強(qiáng)度。又，在本實(shí)施方式中，由于采用了可在比較短的時(shí)間進(jìn)行均質(zhì)且高密度的成膜的基于封閉磁場(chǎng)不均衡磁控濺射法的成膜機(jī)構(gòu)，所以獲得的固體潤(rùn)滑膜實(shí)現(xiàn)了膜的最表面上的低摩擦系數(shù)，并且可承受內(nèi)部的反復(fù)應(yīng)力，且緊貼力高。因此，這樣的固體潤(rùn)滑膜，由于不會(huì)從膜的內(nèi)部或邊界部破壞，所以在用于滾動(dòng)引導(dǎo)裝置時(shí)，實(shí)現(xiàn)以最小的速度從膜表面磨耗的可靠性高的理想狀態(tài)。
導(dǎo)入層狀結(jié)晶化合物中的金屬原子，除作為活性金屬的鈦(Ti)以外，可采用鎢(W)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、硅(Si)或硼(B)等。這些金屬原子，可單獨(dú)或組合使用。
又，在本實(shí)施方式中，對(duì)陰極16a、16c、16d使用了MoS2，這是因?yàn)镸oS2是眾所周知的固體潤(rùn)滑材料。但是對(duì)陰極材料不限于MoS2，也可使用其他的對(duì)陰極材料。例如優(yōu)選使用WS2或石墨等結(jié)晶具有層狀構(gòu)造的化合物。
另外，在本實(shí)施方式的CUMS裝置中，也可追加配置上述以外的對(duì)陰極。即，在對(duì)陰極的數(shù)量上沒(méi)有限制，在對(duì)陰極的1個(gè)中配置第3材料，添加到圖4所示的邊界緊貼層42或多層膜40、或者圖5例示的混合膜50中，也可提高作為固體潤(rùn)滑的緊貼性、潤(rùn)滑性，以及膜強(qiáng)度等。另外，為了提高緊貼性，除鈦(Ti)以外，優(yōu)選使用鎢(W)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、硅(Si)或硼(B)等作為對(duì)陰極材料。
B.CUMS裝置的動(dòng)作順序下面說(shuō)明CUMS裝置的動(dòng)作順序。首先，將進(jìn)行濺射的裝置室內(nèi)抽到5～6×10-6Torr的真空，之后清潔成膜的被處理體13的表面。又，除去裝置室內(nèi)的水分、有害的硫化氫等而導(dǎo)入氬氣，并且使裝置室內(nèi)達(dá)到1×10-3Torr后，在托架14上施加15分鐘-350V的脈沖電壓而僅噴鍍鈦(Ti)，在基底之上生成0.1～0.3μm的金屬Ti層(邊界緊貼層42)。從而可防止固體潤(rùn)滑膜本身脆化，可形成發(fā)揮固體潤(rùn)滑功能的良好的膜。
接著將對(duì)托架14的脈沖電壓設(shè)為-30V而進(jìn)行基于濺射的成膜。這時(shí)的電流值，在各對(duì)陰極上是0.2～1.0A左右，但可使MoS2的濺射量隨時(shí)間逐漸增加，使鈦(Ti)的含有率最終達(dá)到膜整體的20％以下。此時(shí)的真空度控制為大約5mTorr。
這些條件可根據(jù)膜的特性或生產(chǎn)率等變更。膜厚可控制為0.1μm～10μm，但為了使用于本實(shí)施方式的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置，希望膜厚限制在0.5～3μm的范圍內(nèi)。這是因?yàn)楣腆w潤(rùn)滑膜的膜厚超過(guò)3μm時(shí)由于膜內(nèi)部應(yīng)力的增加而滾動(dòng)壽命下降，膜厚不到0.5μm時(shí)，不能達(dá)到固體潤(rùn)滑膜本來(lái)的強(qiáng)度。另外，在本實(shí)施方式中，為了制作約1μm左右的均勻的膜，在上述條件下進(jìn)行了70分鐘濺射。另外，為了得到厚的膜，延長(zhǎng)該濺射時(shí)間即可。
安裝在托架14上的夾具30的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，為了制作多層膜40的層間的距離或混合膜50，可自如設(shè)定，但優(yōu)選3～10轉(zhuǎn)/分，在本實(shí)施方式中設(shè)為5轉(zhuǎn)/分。
下面說(shuō)明利用以上的方法成膜的固體潤(rùn)滑膜的構(gòu)造。在本實(shí)施方式中，對(duì)在可選擇多個(gè)的對(duì)陰極中使用圖3所示的4個(gè)對(duì)陰極16a、16b、16c、16d而成膜的多層膜40和混合膜(非晶形膜)50，說(shuō)明該膜的固體潤(rùn)滑的構(gòu)造。多層膜40成膜為鈦(Ti)層單層、鈦(Ti)和MoS2的混合層的兩層構(gòu)造。另一方面，混合膜50，是同時(shí)濺射鈦(Ti)和MoS2，成膜為已經(jīng)不具有明確的結(jié)晶構(gòu)造的非晶形膜狀的膜。兩者都以作為活性金屬的鈦(Ti)作為邊界緊貼層42。另外，圖4是表示形成為多層膜40時(shí)的本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜的膜構(gòu)造的圖，圖5是表示形成為混合膜(非晶形膜)50時(shí)的本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜的膜構(gòu)造的圖。
作為形成的膜的構(gòu)造，可獲得MoS2的比例多于鈦(Ti)的層α與相反鈦(Ti)一方多的層β如α/β/α/β/…/β/α那樣構(gòu)成多層的多層膜40(參照?qǐng)D4)；層的構(gòu)造已經(jīng)不明確，不具有明確的結(jié)晶構(gòu)造的非晶形狀的混合膜(非晶形膜)50(參照?qǐng)D5)等。這些膜構(gòu)造可通過(guò)調(diào)整托架14的轉(zhuǎn)速、給予各對(duì)陰極的能量、對(duì)托架14的電壓、對(duì)陰極的遮擋等獲得。
另外，關(guān)于在此說(shuō)明的α層以及β層，可設(shè)定各種元素的比例或變化。由于材料的成分可自如調(diào)整，所以可使各元素的濃度任意變化，也可制作傾斜層或傾斜膜。
調(diào)查了以上那樣成膜的固體潤(rùn)滑膜的特性。在本調(diào)查中，準(zhǔn)備表面粗糙度Ra0.03以下，材質(zhì)SKH51(高速工具鋼)制的板狀試件，以與上述成膜方法相同的條件形成固體潤(rùn)滑膜。首先，對(duì)該試件實(shí)施了滾珠在圓盤上(ball-on-disc)的耐久試驗(yàn)。摩擦滾動(dòng)圓直徑是8mm，試驗(yàn)用滾珠的直徑是5mm，材質(zhì)是WC-Co6％，試驗(yàn)?zāi)Σ廉a(chǎn)生部的線速是200mm/秒。其結(jié)果，在試驗(yàn)負(fù)荷1kg、3.8kg、7.6kg的3階段的水平下的比磨耗率的測(cè)量值都在7×10-17m3/Nm以下，在1×10-3Torr以下的真空中與硬度HRC55以上的鋼材的摩擦系數(shù)在0.07以下。特別是在試驗(yàn)負(fù)荷7.6kg的水平下獲得7×10-17m3/Nm以下的比磨耗率的本調(diào)查的結(jié)果，表示本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜是非常優(yōu)良的膜。
又，對(duì)上述試件進(jìn)行了使用洛氏的金剛石壓頭的劃痕硬度試驗(yàn)，確認(rèn)了本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜具有40N以上的臨界緊貼力。又，測(cè)定了本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜的維氏硬度(Hv)，確認(rèn)了在500以上。
接著，為了比較本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜與現(xiàn)有技術(shù)的DLC膜的耐久性能，進(jìn)行了基于無(wú)潤(rùn)滑耐久試驗(yàn)的評(píng)價(jià)。該無(wú)潤(rùn)滑耐久試驗(yàn)，根據(jù)表1所示的條件進(jìn)行，使用設(shè)置在試驗(yàn)室內(nèi)的常溫環(huán)境下的無(wú)油低荷重耐久試驗(yàn)機(jī)，對(duì)該試驗(yàn)機(jī)安裝LM導(dǎo)件而進(jìn)行。LM導(dǎo)件，準(zhǔn)備了對(duì)構(gòu)成部件形成了本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜和現(xiàn)有技術(shù)的DLC膜的部件，通過(guò)使移動(dòng)塊相對(duì)于軌道導(dǎo)軌反復(fù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)而比較了兩者的耐久性能。另外，在LM導(dǎo)件上進(jìn)行的往復(fù)運(yùn)動(dòng)根據(jù)圖6所示負(fù)荷周期圖的運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行，具體地，設(shè)行程150mm、直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度250mm/s、折返時(shí)的加減速度0.25G、停頓時(shí)間0.2s，對(duì)始終擔(dān)負(fù)的負(fù)荷荷重0.03C(162N)及0.06C(324N)這兩個(gè)條件進(jìn)行了調(diào)查。

表1無(wú)潤(rùn)滑耐久試驗(yàn)的條件

使用的無(wú)潤(rùn)滑耐久試驗(yàn)機(jī)60具有圖7所示的構(gòu)成。構(gòu)成試驗(yàn)對(duì)象的LM導(dǎo)件70中，軌道導(dǎo)軌71固定設(shè)置在無(wú)潤(rùn)滑耐久試驗(yàn)機(jī)60的底座61上。在軌道導(dǎo)軌71上，設(shè)置往復(fù)運(yùn)動(dòng)自如的3個(gè)移動(dòng)塊72，在位于兩端的兩個(gè)移動(dòng)塊72上組裝門型的塔架62。在該塔架62上，設(shè)置可向鉛直下方向施加負(fù)荷力的彈簧63，該彈簧63通過(guò)測(cè)力傳感器64與位于中央的移動(dòng)塊72連接。測(cè)力傳感器64，因?yàn)榭蓪椈?3的負(fù)荷荷重轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓瘉?lái)測(cè)定，所以可通過(guò)荷重的顯示、記錄、控制而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的負(fù)荷荷重。另外，在圖7中隱藏在底座61等中看不見(jiàn)，但在LM導(dǎo)件70的旁邊設(shè)置可在與軌道導(dǎo)軌71平行的方向引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)的滾珠絲杠。該滾珠絲杠，利用馬達(dá)65控制其轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并且與塔架62連接，以便可使門型的塔架62在螺紋軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因此門型的塔架62根據(jù)滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)，由此實(shí)現(xiàn)移動(dòng)塊72的被控制的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
另外，設(shè)置在無(wú)潤(rùn)滑耐久試驗(yàn)機(jī)60上的LM導(dǎo)件70，具有圖8A以及圖8B所示的概要構(gòu)成。即，LM導(dǎo)件70，包括具有朝向縱長(zhǎng)方向形成的滾珠滾動(dòng)槽71a的軌道導(dǎo)軌71、具有與該滾珠滾動(dòng)槽71a對(duì)應(yīng)的負(fù)荷滾珠滾動(dòng)槽72a且通過(guò)多個(gè)滾珠73安裝在軌道導(dǎo)軌71上的移動(dòng)塊72。又，利用滾珠滾動(dòng)槽71a和負(fù)荷滾珠滾動(dòng)槽72a形成無(wú)限循環(huán)通道74，多個(gè)滾珠73可在該無(wú)限循環(huán)通道74內(nèi)無(wú)限循環(huán)地排列收納。通過(guò)具有這樣的構(gòu)成，構(gòu)成LM導(dǎo)件70的軌道導(dǎo)軌71與移動(dòng)塊72可利用滾珠73的滾動(dòng)而自如地相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
而且，對(duì)構(gòu)成試驗(yàn)對(duì)象的本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜，在多個(gè)滾珠73的表面成膜。另外，在這次無(wú)潤(rùn)滑耐久試驗(yàn)中使用的LM導(dǎo)件70中，每隔兩個(gè)滾珠73設(shè)置由四氟乙烯樹脂(PTFE)構(gòu)成的間隔珠75。
另一方面，成為比較對(duì)象的DLC膜，由于具有耐受高面壓下的滾動(dòng)的高緊貼性地在滾珠表面上成膜在現(xiàn)有技術(shù)中是不可能的，所以設(shè)計(jì)為在承受來(lái)自滾珠73的負(fù)荷的滾珠滾動(dòng)槽71a和負(fù)荷滾珠滾動(dòng)槽72a上成膜。另外，滾珠73和間隔珠75的配置條件與上述的固體潤(rùn)滑膜時(shí)一樣。
基于上述說(shuō)明的條件及方法的無(wú)潤(rùn)滑耐久試驗(yàn)的結(jié)果示于表2。關(guān)于本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜，準(zhǔn)備了試驗(yàn)品No.1～No.8的8個(gè)樣品。而它們的成膜條件完全一樣，利用前面說(shuō)明的裝置及方法，形成在MoS2中導(dǎo)入了鈦(Ti)的固體潤(rùn)滑膜。又，無(wú)潤(rùn)滑耐久試驗(yàn)的評(píng)價(jià)，通過(guò)在產(chǎn)生磨耗粉即使很少的時(shí)刻判斷達(dá)到耐久壽命，并測(cè)量此前在軌道導(dǎo)軌71上移動(dòng)的移動(dòng)塊72的行進(jìn)距離來(lái)進(jìn)行。
表2無(wú)潤(rùn)滑耐久試驗(yàn)的結(jié)果

如表2所表明那樣，本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜，負(fù)荷荷重0.03C(162N)時(shí)的可行進(jìn)距離最短也在587km，大大超過(guò)了在同一荷重下評(píng)價(jià)的DLC膜的可行進(jìn)距離26km。又，即便在負(fù)荷荷重增加一倍的條件的0.06C(324N)時(shí)，本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜，記錄可行進(jìn)距離為173～198km，得到超過(guò)為只承受一半負(fù)荷荷重的DLC膜的可行進(jìn)距離6.6～7.6倍的結(jié)果。另外，圖9是利用柱狀圖表示表2所示試驗(yàn)結(jié)果的圖，通過(guò)這樣將無(wú)潤(rùn)滑耐久試驗(yàn)結(jié)果視覺(jué)化，可再次確認(rèn)本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜的優(yōu)越性。
如果分析獲得以上良好試驗(yàn)結(jié)果的原因，則認(rèn)為本次試驗(yàn)的固體潤(rùn)滑膜，膜自身的硬度在維氏硬度(Hv)750左右，通過(guò)具有與對(duì)方材料(object material)同程度的硬度(淬火、回火鋼為Hv800左右)而不破壞對(duì)方材料，并且膜自身也磨耗緩慢。另一方面，DLC膜的硬度，通常是Hv1500～4000左右，由于鋼材(對(duì)方材料)的滾動(dòng)磨耗率大，所以推斷發(fā)生了早期磨耗。
另外，雖然反復(fù)進(jìn)行，但在進(jìn)行本次無(wú)潤(rùn)滑耐久試驗(yàn)時(shí)，盡可能在同一條件下進(jìn)行試驗(yàn)以及評(píng)價(jià)，所以發(fā)明者們調(diào)查了是否有可在具有緊貼性的狀態(tài)下使DLC膜在滾珠表面成膜的技術(shù)。但是，對(duì)滾珠穩(wěn)定形成DLC膜的技術(shù)現(xiàn)在還沒(méi)有，表明如本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜那樣對(duì)滾珠穩(wěn)定地實(shí)施成膜是不可能的。從該事實(shí)也了解到本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜是非常劃時(shí)代的技術(shù)。本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜，是可提高滾動(dòng)引導(dǎo)裝置上的耐磨耗性和基于滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的疲勞強(qiáng)度的劃時(shí)代的技術(shù)，以本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)為首，可提供在不良潤(rùn)滑環(huán)境或高溫真空狀態(tài)、或者無(wú)油等特殊環(huán)境下，具有充分的面壓，可耐滾動(dòng)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置。
并且，本發(fā)明者們?yōu)榱苏{(diào)查針對(duì)本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜的發(fā)塵的性能特點(diǎn)而進(jìn)行了發(fā)塵試驗(yàn)。在該發(fā)塵試驗(yàn)中，比較了對(duì)滾珠形成本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜的LM導(dǎo)件、和在與該LM導(dǎo)件同一形狀的LM導(dǎo)件上不形成固體潤(rùn)滑膜而使用真空潤(rùn)滑脂的情況。
又，本發(fā)塵試驗(yàn)，使用圖10所示發(fā)塵試驗(yàn)裝置80進(jìn)行。在發(fā)塵試驗(yàn)裝置80上，安裝與前面根據(jù)圖8A以及圖8B說(shuō)明過(guò)的LM導(dǎo)件70一樣的設(shè)備，并且與LM導(dǎo)件70平行地設(shè)置有運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)裝置82。該運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)裝置82具有與馬達(dá)81連接的滾珠絲杠82a、可伴隨滾珠絲杠82a的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)而往復(fù)運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)塊82b。而且，移動(dòng)塊82b和LM導(dǎo)件70的移動(dòng)塊72利用L字形的構(gòu)造部件83連接，所以LM導(dǎo)件70具有的移動(dòng)塊72可通過(guò)控制馬達(dá)81而進(jìn)行希望的動(dòng)作。
LM導(dǎo)件70的周圍，利用丙烯酸酯殼體85覆蓋，以便可排除來(lái)自外部的灰塵而測(cè)定僅來(lái)自LM導(dǎo)件70的發(fā)塵量。在丙烯酸酯殼體85上連接顆粒計(jì)數(shù)器86，從而可測(cè)定丙烯酸酯殼體85內(nèi)的發(fā)塵量。
而且本次的發(fā)塵試驗(yàn)根據(jù)表3所示的條件進(jìn)行。發(fā)塵試驗(yàn)的具體動(dòng)作條件是行程200mm、直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度250mm/s、折返時(shí)的加減速度2.548m/s2(0.26G)、停頓時(shí)間0.08s。又，在丙烯酸酯殼體85的容量為1616cm2、清潔的空氣供給量為1升/210s(0.3升/min)的條件下測(cè)定50Hr具有0.1μm以上的粒子直徑的粉塵。但關(guān)于使用了真空潤(rùn)滑脂的LM導(dǎo)件，由于試驗(yàn)中的發(fā)塵量增大，而采用了測(cè)定時(shí)間15Hr的結(jié)果。
表3發(fā)塵試驗(yàn)條件

根據(jù)以上條件進(jìn)行的發(fā)塵試驗(yàn)的結(jié)果表示如下。表4是關(guān)于各顆粒/尺寸(μm)的發(fā)塵量，匯集本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜時(shí)和使用了真空潤(rùn)滑脂時(shí)的結(jié)果。另外，在表4中，上表表示發(fā)塵量的最大值，下表表示發(fā)塵量的平均值。
表4發(fā)塵試驗(yàn)結(jié)果


從該表4了解到本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜具有對(duì)耐發(fā)塵性的良好特性。特別是易發(fā)塵的小粒徑的發(fā)塵量顯示為最大值4個(gè)/升(210s)、平均值0.1兩個(gè)/升(210s)的良好值，與真空潤(rùn)滑脂時(shí)比較顯然其耐發(fā)塵性強(qiáng)。另外，圖11是利用柱狀圖表示表4的下表所示的試驗(yàn)結(jié)果的圖，通過(guò)這樣將發(fā)塵試驗(yàn)結(jié)果視覺(jué)化，可再次確認(rèn)本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜的優(yōu)越性。
圖12以及圖13表示使用本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置的一形式。該滾動(dòng)引導(dǎo)裝置160具有作為軌道部件的軌道導(dǎo)軌161、經(jīng)由作為滾動(dòng)體的滾珠162…移動(dòng)自如地安裝在該軌道導(dǎo)軌161上的移動(dòng)體163。
軌道導(dǎo)軌161是具有大致矩形截面的縱長(zhǎng)部件，在其兩側(cè)面在軌道導(dǎo)軌161的全長(zhǎng)上左右各形成一條可承裝滾珠162的負(fù)荷滾動(dòng)槽161a…。在軌道導(dǎo)軌161上，在其縱長(zhǎng)方向隔適當(dāng)間隔地形成多個(gè)螺栓安裝孔161b。利用螺紋連接在這些螺紋安裝孔161b上的螺栓(未圖示)，軌道導(dǎo)軌161固定在既定的安裝面上，例如工作設(shè)備的底座的上表面。另外，圖示的軌道導(dǎo)軌161是直線狀，有時(shí)也使用曲線狀的軌道。
移動(dòng)體163，具有由鋼等強(qiáng)度高的材料構(gòu)成的塊主體164、將該塊主體164作為內(nèi)插件而一體注射成形的合成樹脂制的模成形體165、在該模成形體165的兩端被螺栓(未圖示)固定的側(cè)蓋166、166。該合成樹脂，希望采用四氟乙烯樹脂(PTFE)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚酯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚醚醚酮(PEEK)或聚醚砜(PES)的至少一種。另外，有時(shí)也將模成形體165與塊主體164分體成形，在之后的工序中組合兩者。又，移動(dòng)體163，也可不包含樹脂，而構(gòu)成為在鋼上打孔的構(gòu)造的塊。
在塊主體164上，設(shè)置有分別與負(fù)荷滾動(dòng)槽161a、161a對(duì)置的兩條負(fù)荷滾動(dòng)槽164a、164a。利用這些負(fù)荷滾動(dòng)槽161a、164a的組合，在軌道導(dǎo)軌161與移動(dòng)體163之間形成兩條負(fù)荷滾動(dòng)通道167、167。在塊主體164的上表面164b上形成多個(gè)(在圖13中是4個(gè))內(nèi)螺紋164c…。利用這些內(nèi)螺紋164c，移動(dòng)體163被固定在既定的安裝面上，例如工作設(shè)備的床鞍或操作臺(tái)的下表面。
在模成形體165上形成與各負(fù)荷滾動(dòng)通道167、167并行延伸的兩條返回通道168、168。在模成形體165的兩端面，在負(fù)荷滾動(dòng)槽164a與返回通道168之間形成拱狀突出的滾珠引導(dǎo)部165a…(在圖13中僅表示了一端面?zhèn)鹊囊粋€(gè))。在側(cè)蓋166上與滾珠引導(dǎo)部165a對(duì)應(yīng)形成拱狀凹陷的滾珠引導(dǎo)槽166a。
通過(guò)將側(cè)蓋166固定在模成形體165上，從而組合滾珠引導(dǎo)部165a與滾珠引導(dǎo)槽166a，在它們之間形成連接負(fù)荷滾動(dòng)通道167與返回通道168的U字形方向轉(zhuǎn)換通道169。利用返回通道168和方向轉(zhuǎn)換通道169構(gòu)成滾珠162的無(wú)負(fù)荷滾動(dòng)通道170，利用該無(wú)負(fù)荷滾動(dòng)通道170和負(fù)荷滾動(dòng)通道167的組合構(gòu)成無(wú)限循環(huán)通道171。無(wú)限循環(huán)通道171的截面形狀以及尺寸，分別設(shè)定為在負(fù)荷滾動(dòng)通道167上描繪成與滾珠162同一直徑的圓形截面，在無(wú)負(fù)荷滾動(dòng)通道170上描繪成稍微大于滾珠162的直徑的圓形截面。
如圖13所示，在模成形體165上，為了防止?jié)L珠162在從軌道導(dǎo)軌161抽出移動(dòng)體163時(shí)從負(fù)荷滾動(dòng)通道167上脫落，夾著負(fù)荷滾動(dòng)槽164a地形成一對(duì)滾珠保持部165b、165b，負(fù)荷滾動(dòng)通道167上的引導(dǎo)槽172在這些滾珠保持部165b、165b上形成。另外，在返回通道168上，相對(duì)模成形體165一體形成引導(dǎo)槽172，在方向轉(zhuǎn)換通道169上在滾珠引導(dǎo)部165a與滾珠引導(dǎo)槽166a之間形成引導(dǎo)槽172。
而且，在本實(shí)施方式中，對(duì)作為滾動(dòng)體的滾珠162…形成由上述CUMS裝置形成的固體潤(rùn)滑膜。該固體潤(rùn)滑膜，具有圖4或圖5所示的膜構(gòu)造，在膜的最表面具有低摩擦系數(shù)，并且是耐內(nèi)部的反復(fù)應(yīng)力且緊貼力高的膜。這樣的固體潤(rùn)滑膜，不會(huì)從膜的內(nèi)部或邊界部破損，作為自膜表面以最小的速度磨耗的膜可實(shí)現(xiàn)可靠性高的理想的狀態(tài)，所以通過(guò)使用在圖12以及圖13所示的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置中，含潤(rùn)滑不足在內(nèi)的不良潤(rùn)滑環(huán)境或高溫真空狀態(tài)、或者不能使用潤(rùn)滑脂等潤(rùn)滑劑的狀態(tài)等特殊環(huán)境下的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置的使用成為可能。
另外，基于CUMS裝置的固體潤(rùn)滑膜的形成對(duì)象，不限于作為滾動(dòng)體的滾珠162…，可用于負(fù)荷滾動(dòng)通道167或無(wú)負(fù)荷滾動(dòng)通道170等承受滾動(dòng)壓力/滑動(dòng)壓力的部件的至少1個(gè)的表面。在本實(shí)施方式中，僅在作為滾動(dòng)體的滾珠162…上形成固體潤(rùn)滑膜，是因?yàn)榭扇菀讓?shí)施基于CUMS裝置的固體潤(rùn)滑膜的形成。
并且，在上述滾動(dòng)引導(dǎo)裝置的滾珠162…之間，可設(shè)置比滾珠162…等滾動(dòng)體或固體潤(rùn)滑膜柔軟的間隔部件。該間隔部件具體地可采用直徑小于作為滾動(dòng)體的滾珠162…的直徑的間隔珠或保持件。這樣的間隔部件，可防止?jié)L珠162…相互間的干涉以及碰撞，或滾珠的脫落，并且可實(shí)現(xiàn)滾珠162…的排列運(yùn)動(dòng)，還可結(jié)合間隔部件的自潤(rùn)滑性和與固體潤(rùn)滑膜的復(fù)合潤(rùn)滑效果，發(fā)揮可大大改良滾動(dòng)引導(dǎo)裝置的耐磨耗性的效果。
作為間隔部件的具體形狀，可采用如圖12以及圖13中例示，且圖14更詳細(xì)所示的由襯墊部181和臂部182、182構(gòu)成的間隔部件180。
另外，在圖12、圖13以及圖14所示的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置中，例示了間隔部件180具有臂部182、182的情況，當(dāng)然也可如圖15以及圖16中例示那樣僅利用襯墊部181構(gòu)成間隔部件。又，在圖12、圖13以及圖14中，例示了具有兩條無(wú)限循環(huán)通道171的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置而進(jìn)行說(shuō)明，但即使是圖17中所示的具有4條無(wú)限循環(huán)通道171的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置，當(dāng)然也可使用本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜。
并且，間隔部件，也可構(gòu)成為圖18例示的直徑小于滾珠162…的直徑的間隔珠185，并且，也可構(gòu)成為圖20例示的保持件186。
間隔珠185的插入個(gè)數(shù)，也可如圖18所示那樣相對(duì)于1個(gè)滾珠162插入1個(gè)間隔珠185，或也可如圖19例示那樣以1個(gè)間隔珠對(duì)兩個(gè)滾珠162的比例插入間隔珠185。關(guān)于該間隔珠185的插入個(gè)數(shù)，希望插入至少1個(gè)以上，而且，希望使?jié)L珠162一定要被間隔珠185隔開。因此，設(shè)滾珠162的個(gè)數(shù)為X，間隔珠185的個(gè)數(shù)為Y時(shí)，希望以下述關(guān)系式成立的方式插入間隔珠185。
1≤Y≤(X+1)另一方面，圖20所示的保持件186，具有介于滾珠162…間的多個(gè)間隔件187…、將該間隔件187…的兩側(cè)緣一體地連結(jié)的帶狀部件188。間隔件187…形成圓筒狀，其圓筒的外徑設(shè)定得小于滾珠162…的直徑。在各間隔件187…的軸線方向兩端，對(duì)應(yīng)滾珠162而形成與該滾珠162的半徑大致相等的曲率半徑的曲面狀凹部。使得在將間隔件187…配置在滾珠162…之間時(shí)，間隔件187…的軸線位于連接滾珠162…的中心的線上。間隔件187…，軸線方向的長(zhǎng)度設(shè)定得薄，使得滾珠162…相互之間的距離達(dá)到必要最小限度的間隔。
關(guān)于帶狀部件188，厚度是一定的，連接在間隔件187的側(cè)面的兩側(cè)(圖20中，僅表示了單側(cè))。該帶狀部件188具有撓性從而可柔軟地對(duì)應(yīng)方向轉(zhuǎn)換通道169。
但該帶狀部件188，如圖21所示也可省略，也可僅利用間隔件187…構(gòu)成間隔部件。即使是這樣省略了帶狀部件188的間隔部件，也可發(fā)揮與圖20所示的保持件186同樣的效果。
作為上述間隔部件的材質(zhì)，希望由包含四氟乙烯樹脂(PTFE)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚酯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚醚醚酮(PEEK)或聚醚砜(PES)的至少一種的樹脂構(gòu)成。而且，間隔部件以從其中選擇的樹脂單體或復(fù)合樹脂為原材料，利用注射成形等一體形成。
上述樹脂中，特別是四氟乙烯樹脂(PTFE)具有自潤(rùn)滑性，作為固體潤(rùn)滑也得到廣泛應(yīng)用，所以優(yōu)選使用于本實(shí)施方式的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置。這是因?yàn)樗姆蚁渲?PTFE)從其構(gòu)造上具有非常低的摩擦系數(shù)，且在對(duì)方摩擦面上形成移附膜(transfer film)而發(fā)揮潤(rùn)滑性。并且，為了提高耐磨耗性，也可將四氟乙烯樹脂(PTFE)與碳素材料、或四氟乙烯樹脂(PTFE)與碳素纖維、非結(jié)晶碳素、玻璃、陶瓷、與其他的樹脂的復(fù)合材料用作間隔件或保持件。
又，若在本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜上，還形成薄的四氟乙烯樹脂(PTFE)移附膜，則該移附膜可使導(dǎo)入了金屬原子的MoS2或WS2的膜的表面能量下降，可降低與鋼以及陶瓷的摩擦系數(shù)。因此，也可大大降低比磨耗率或發(fā)塵率。
關(guān)于使用本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置，也可構(gòu)成為圖22所示的滾珠絲杠裝置。圖22是表示使用本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜的滾珠絲杠裝置的一種形式的圖。
如圖22所示，滾珠絲杠裝置190，具有作為軌道部件的絲杠軸191、作為經(jīng)由多個(gè)作為滾動(dòng)體的滾珠162…移動(dòng)自如地安裝在該絲杠軸191上的移動(dòng)體的螺母192。在絲杠軸191的外周，形成繞絲杠軸191螺旋狀延伸的兩條負(fù)荷滾動(dòng)槽191a、191a。
螺母192，具有利用鋼等強(qiáng)度高的材料構(gòu)成的螺母主體193、安裝在其兩端的蓋體194、194。在螺母主體193的外周，形成用于使螺母192相對(duì)其對(duì)方部件安裝的突緣192a。在螺母主體193的內(nèi)周，形成分別與負(fù)荷滾動(dòng)槽191a、191a對(duì)置而螺旋狀延伸的兩條負(fù)荷滾動(dòng)槽193a、193a。利用這些負(fù)荷滾動(dòng)槽191a、193a的組合，形成螺旋狀的兩條負(fù)荷滾動(dòng)通道195、195。
在螺母主體193的內(nèi)部，形成在軸向貫通螺母主體193的兩條返回通道196、196。蓋體194具有返回構(gòu)件197和覆蓋在其外側(cè)的套198，在左右的返回構(gòu)件197上形成有分別連接返回通道196與負(fù)荷滾動(dòng)通道195的方向轉(zhuǎn)換通道199、199。利用返回通道196、196與方向轉(zhuǎn)換通道199、199的組合構(gòu)成滾珠162的無(wú)負(fù)荷滾動(dòng)通道200、200，利用這些無(wú)負(fù)荷滾動(dòng)通道200、200與負(fù)荷滾動(dòng)通道195、195的組合構(gòu)成兩條無(wú)限循環(huán)通道201、201。
而且，在本實(shí)施方式中，對(duì)作為滾動(dòng)體的滾珠162…形成有利用上述CUMS裝置形成的固體潤(rùn)滑膜。該固體潤(rùn)滑膜，具有圖4或圖5所示的膜構(gòu)造，膜最表面上具有低摩擦系數(shù)，并且耐內(nèi)部的反復(fù)應(yīng)力且緊貼力高。這樣的固體潤(rùn)滑膜，由于不會(huì)從膜的內(nèi)部或邊界部破壞，可實(shí)現(xiàn)作為以最小的速度從膜表面磨耗的膜最理想的狀態(tài)，所以通過(guò)使用在圖22例示的滾珠絲杠裝置190中，在含潤(rùn)滑不足在內(nèi)的不良潤(rùn)滑環(huán)境或高溫真空狀態(tài)、或者不能使用潤(rùn)滑脂等潤(rùn)滑劑的狀態(tài)等特殊環(huán)境下的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置的使用成為可能。
另外，基于CUMS裝置的固體潤(rùn)滑膜的形成對(duì)象，不限于作為滾動(dòng)體的滾珠162…，可用于負(fù)荷滾動(dòng)通道195或無(wú)負(fù)荷滾動(dòng)通道200等承受滾動(dòng)壓力/滑動(dòng)壓力的部件的至少1個(gè)的表面。在本實(shí)施方式中，僅在作為滾動(dòng)體的滾珠162…上形成固體潤(rùn)滑膜，是因?yàn)榭扇菀椎貙?shí)施基于CUMS裝置的固體潤(rùn)滑膜的形成。
并且，在滾珠絲杠裝置190的滾珠162…之間，可設(shè)置比滾珠162…等滾動(dòng)體或固體潤(rùn)滑膜柔軟的間隔部件202。該間隔部件202，可與上述直線型的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置160時(shí)一樣，采用直徑小于作為滾動(dòng)體的滾珠162…的直徑的間隔珠或保持件。這樣的間隔部件202，可防止?jié)L珠162…相互間的干涉以及滾珠162…的脫落，并且可實(shí)現(xiàn)滾珠162…的排列運(yùn)動(dòng)，還可結(jié)合間隔部件202的自潤(rùn)滑性和與固體潤(rùn)滑膜的復(fù)合潤(rùn)滑效果，發(fā)揮可大大改良滾動(dòng)引導(dǎo)裝置的耐磨耗性的效果。另外，作為間隔部件202的形狀以及材質(zhì)，也可與上述直線型的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置160時(shí)一樣，所以省略說(shuō)明。
另外，本實(shí)施方式的滾珠絲杠裝置190，不限于圖22所示的在螺母主體193的兩端安裝另外部件的返回構(gòu)件197而構(gòu)成方向轉(zhuǎn)換通道199的形式。也可是下述構(gòu)造的滾珠絲杠裝置例如圖23所示的將返回管210、210安裝在螺母主體193上，而利用形成在這些返回管210的內(nèi)部的無(wú)負(fù)荷滾動(dòng)通道、和負(fù)荷滾動(dòng)通道195構(gòu)成無(wú)限循環(huán)通道的構(gòu)造，或圖24所示的將多個(gè)(圖中僅表示兩個(gè))導(dǎo)向器220…安裝在螺母主體193上，而利用形成在這些導(dǎo)向器220上的無(wú)負(fù)荷滾動(dòng)通道、和負(fù)荷滾動(dòng)通道195構(gòu)成無(wú)限循環(huán)通道的構(gòu)造。即使對(duì)于以不同的構(gòu)造使?jié)L珠162…循環(huán)的滾珠絲杠裝置(例如圖23中的返回管210或圖24中的導(dǎo)向器220等)，如果使用本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜，則可獲得與上述滾動(dòng)引導(dǎo)裝置160或滾珠絲杠裝置190一樣的良好的效果。
以上說(shuō)明了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述實(shí)施方式所述的范圍?？蓪?duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行多種變更或改進(jìn)。例如，本實(shí)施方式的固體潤(rùn)滑膜，說(shuō)明了對(duì)利用MoS2、WS2、石墨而構(gòu)成的層狀結(jié)晶化合物導(dǎo)入金屬原子的情況，但層狀結(jié)晶化合物也可使用金剛石狀碳或類金剛石碳(DLC)。經(jīng)過(guò)這樣變更或改進(jìn)的形式也包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍，這在權(quán)利要求范圍的記述中說(shuō)明。
權(quán)利要求
1.一種滾動(dòng)引導(dǎo)裝置，具有軌道部件、經(jīng)由多個(gè)滾動(dòng)體而移動(dòng)自如地安裝在上述軌道部件上的移動(dòng)體，上述多個(gè)滾動(dòng)體，設(shè)置在無(wú)限循環(huán)通道上，該無(wú)限循環(huán)通道包括形成在上述軌道部件與上述移動(dòng)體之間的負(fù)荷滾動(dòng)通道、和以連結(jié)該負(fù)荷滾動(dòng)通道的一端與另一端的方式形成在上述移動(dòng)體上的無(wú)負(fù)荷滾動(dòng)通道，其特征在于，對(duì)上述多個(gè)滾動(dòng)體、上述負(fù)荷滾動(dòng)通道或上述無(wú)負(fù)荷滾動(dòng)通道的至少一個(gè)的表面，形成在層狀結(jié)晶化合物中導(dǎo)入了金屬原子的固體潤(rùn)滑膜。
2.如權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置，其特征在于，上述固體潤(rùn)滑膜利用封閉磁場(chǎng)不均衡磁控濺射法而成膜。
3.如權(quán)利要求1或2所述的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置，其特征在于，上述層狀結(jié)晶化合物包含MoS2、WS2或石墨的至少1種化合物，上述金屬原子，包含鈦(Ti)、鎢(W)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鋯(Zr)、硅(Si)或硼(B)的至少1種元素。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置，其特征在于，上述固體潤(rùn)滑膜，膜厚在0.5～3μm的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置，其特征在于，上述固體潤(rùn)滑膜中的上述金屬原子的含有率在20％以下。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置，其特征在于，上述固體潤(rùn)滑膜，在使用洛氏的金剛石壓頭的劃痕硬度試驗(yàn)中臨界緊貼力在40N以上。
7.如權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置，其特征在于，上述固體潤(rùn)滑膜，維氏硬度(Hv)在500以上，且在1×10-3Torr以下的真空中與硬度HRC55以上的鋼材的摩擦系數(shù)在0.07以下。
8.如權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置，其特征在于，在上述多個(gè)滾動(dòng)體之間，設(shè)置比上述滾動(dòng)體以及上述固體潤(rùn)滑膜柔軟的間隔部件，該間隔部件，是直徑比上述滾動(dòng)體的直徑小的間隔珠或保持件。
全文摘要
滾動(dòng)引導(dǎo)裝置(160)，具有作為軌道部件的軌道導(dǎo)軌(161)、和經(jīng)由滾珠(162)移動(dòng)自如地安裝在該軌道導(dǎo)軌(161)上的移動(dòng)體(163)。而且對(duì)滾珠(162)形成由封閉磁場(chǎng)不均衡磁控濺射裝置(CUMS裝置)形成的固體潤(rùn)滑膜。該固體潤(rùn)滑膜，在膜的最表面具有低摩擦系數(shù)，并且耐內(nèi)部的反復(fù)應(yīng)力，且緊貼力高。這樣的固體潤(rùn)滑膜，不會(huì)從膜的內(nèi)部或邊界部破損，自膜表面以最小的速度磨耗，所以可發(fā)揮可靠性高的理想的固體潤(rùn)滑功能，通過(guò)將這樣的緊貼性以及耐磨耗性提高了的固體潤(rùn)滑膜用于滾動(dòng)引導(dǎo)裝置，可提供在不良潤(rùn)滑環(huán)境或高溫真空狀態(tài)、或者無(wú)油等特殊環(huán)境下可使用的滾動(dòng)引導(dǎo)裝置。
文檔編號(hào)F16H25/22GK101065589SQ20058004082
公開日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者山中茂, 楊宏 申請(qǐng)人:Thk株式會(huì)社