WO2014020649A1 - 直動装置 - Google Patents

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rolling
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linear motion
grease
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和史 山本
大久保　努
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NSK Ltd
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    • F16C29/00—Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/08—Arrangements for covering or protecting the ways
    • F16C29/084—Arrangements for covering or protecting the ways fixed to the carriage or bearing body movable along the guide rail or track

Definitions

  • the present invention relates to a linear motion device such as a ball screw, a ball spline, or a linear guide used in a clean environment such as a semiconductor manufacturing device or a liquid crystal display panel manufacturing device.
  • a linear motion device such as a ball screw, a ball spline, or a linear guide used in a clean environment such as a semiconductor manufacturing device or a liquid crystal display panel manufacturing device.
  • This linear motion device such as a ball screw or linear guide has a raceway member having a rolling element rolling part on the outer peripheral surface and a loaded rolling element rolling part facing the rolling element rolling part on the inner peripheral surface.
  • a plurality of rolling elements movably loaded in a rolling element rolling path formed by a moving member that is movable relative to the member, and a rolling element rolling part and a load rolling element rolling part;
  • a rolling element circuit that forms an endless rolling element passage by communicating the starting point and the end point of the rolling element rolling path.
  • the ball screw is a screw shaft
  • the moving member is a nut
  • the rolling element is a ball.
  • the ball screw includes a screw shaft having a spiral ball rolling groove (rolling element rolling portion) on the outer peripheral surface, and a load ball rolling groove facing the ball rolling groove (rolling member rolling portion) of the screw shaft ( A spiral ball formed by a nut having an inner circumferential surface (loaded rolling element rolling part), a ball rolling groove (rolling element rolling part), and a loaded ball rolling groove (loaded rolling element rolling part). And a plurality of balls loaded in a rolling path (rolling element rolling path) so as to roll freely.
  • the ball screw is provided with a ball circulation path (rolling element circulation path) that forms an endless ball path (rolling element passage) by communicating the starting point and the end point of the ball rolling path.
  • the oil in the grease applied between the ball rolling path and the rolling elements is scattered as fine particles.
  • the scattered fine particles cause defects in products such as wafers and liquid crystal panels.
  • cleanliness, vacuum grease (fluid lubricant), solid lubricant, etc. are used when cleanliness is required, such as in semiconductor manufacturing equipment and liquid crystal panel manufacturing equipment. This suppresses the amount of fine particles (oil) generated from the lubricant in the ball and the ball contact portion.
  • the linear guide 101 shown in FIG. 7 has a rolling element circuit including a raceway member 102 having a rolling element rolling part 102a and a loaded rolling element rolling part (not shown) facing the rolling element rolling part 102a.
  • the moving member 103 that is movable relative to the track member 102, a plurality of rolling elements (not shown) arranged in the rolling element circulation path, and the moving member 103 are in contact with the track member 102.
  • the clearance seals 104 and 105 that close the gap between the track member 102 and the moving member 103 are provided.
  • the clearance seal 104 is attached to the end portion of the moving member 103 in the axial direction by an attaching screw 106.
  • the gap seal 104 attached to the axial end of the moving member 103 includes a plurality of thin plate-like first and second plates 107 and 108 that are alternately stacked, and the first and second plates 107 and 108. And a presser plate 109 to which is attached.
  • the first and second plates 107 and 213 constituting the clearance seal 104 move along the guide rail track member 102 while maintaining a slight gap without contacting the track member 102. Describing this gap, as shown in FIG. 8, the gap ⁇ between the second plate 218 and the track member 102 is larger than the gap ⁇ between the first plate 107 and the track member 102 and has an uneven shape.
  • the outer seal disposed on the outermost side of the nut 203 in the axial direction is the non-contact seal 206 and the grease pool spaces 208 and 209 are provided.
  • the grease pool space is provided using the outer seal as a contact seal.
  • dust generation due to wear of the contact seal is reduced.
  • the outer seal is a non-contact seal and no grease reservoir space is provided, dust generation due to the scattering of grease is reduced, and the lubrication performance is also improved.
  • the linear guide 101 shown in FIG. 7 and the ball screw 201 shown in FIG. 9 have the following problems. That is, in the case of the linear guide 101 shown in FIG. 7, the gap ⁇ between the first plate 107 and the track member 102 shown in FIG. Is set to 0.25 mm or less at the position closest to the track member 102. The smaller the gap ⁇ , the greater the resistance when gas flows through the passage. Therefore, it is desirable to set the target value of the gap ⁇ to about 0.05 to 0.06 mm or less. Yes.
  • the gap amount of 0.25 mm is very large. Further, it is desirable to set the target value of the clearance ⁇ to about 0.05 to 0.06 mm or less, but when the clearance between the seal unit and the raceway member is actually set to 0.05 mm or less. Depending on the attachment of the seal member (especially in the case of a ball screw), there is a high possibility that the seal member contacts the track member. When the seal member comes into contact with the raceway member, there is a problem in that fine particles are generated. Therefore, in consideration of processing tolerances of moving members and seal members, the gap between the seal member and the raceway member is actually 0.05 mm or more, and fine particles considered in the semiconductor field may leak to the outside. There is sex.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and the object thereof is to manufacture a semiconductor that can suppress as much as possible the amount of fine particles generated between the rolling element rolling path and the rolling element leaking out of the apparatus.
  • An object of the present invention is to provide a linear motion device suitable for a clean environment such as a device or a liquid crystal display panel manufacturing device.
  • a linear motion device includes a raceway member extending in the axial direction and having a rolling element rolling part on an outer peripheral surface, and a load rolling element facing the rolling element rolling part.
  • a plurality of rolling elements that are slidably loaded therein, a rolling element circulation path that forms an endless rolling element path by communicating a starting point and an end point of the rolling element rolling path, and an axial direction of the moving member
  • each of the pair of seal members is orthogonal to the axial direction of the track member while being attached to the moving member. 0.025 to 0.1 relative to the track member when cut along the direction. Is formed into a shape having a gap mm range, it is characterized in that the worked penetration 175 or more 250 or less grease between the rolling element rolling path and the rolling element.
  • each of the pair of seal members along the axial direction of the track member is 0.1 mm or more and less than 1.2 mm.
  • the material of each of the pair of seal members may be a resin material or a metal material.
  • each of the pair of seal members is configured by a plurality of seal bodies, and the plurality of seal bodies are formed along the axial direction of the moving member. You may arrange
  • each of the pair of seal members is attached to the moving member, and when the track member is cut along a direction orthogonal to the axial direction of the track member, In contrast, grease having a blending degree of 175 to 250 is applied between the rolling element rolling path and the rolling element, so that the gap is in the range of 0.025 to 0.15 mm.
  • a hard grease layer is formed between the race member and the seal member. For this reason, the gap between the seal member and the raceway member is extremely small as compared with the case where the seal member alone provides a gap with respect to the raceway member, and fine particles generated between the rolling element rolling path and the rolling element are reduced.
  • the inside of the moving member can be sealed, and the amount of fine particles generated between the rolling element rolling path and the rolling element can be suppressed as much as possible. For this reason, it can be set as the linear motion apparatus suitable for clean environments, such as a semiconductor manufacturing apparatus and a liquid crystal display panel manufacturing apparatus.
  • the amount of fine particles leaking out of the apparatus is decreased until the gap between the seal member and the raceway member reaches 0 to 0.025 mm, and the gap is reduced to 0. From 025 mm to 0.15 mm, the amount of fine particles leaking out of the apparatus is almost unchanged, and when the gap is larger than 0.15 mm, the amount of fine particles leaking out of the apparatus is almost proportional to the increase of the gap amount. The amount increases.
  • the linear motion device when the thickness of each of the pair of seal members along the axial direction of the track member is 0.1 mm or more and less than 1.2 mm, the linear motion device is a ball screw, and the track
  • the member is a screw shaft
  • the gap between the seal member and the groove bottom of the screw shaft can be maintained at an appropriate size, and the sealing member can be easily processed to ensure an appropriate rigidity and the sealing performance is stable.
  • the thickness of each seal member is greater than 1.2 mm, the gap between the seal member and the groove bottom of the screw shaft is greater than 0.15 mm.
  • the thickness of each seal member is less than 0.1 mm, it becomes difficult to process the seal member and its rigidity is lowered, and the sealing performance is not stable.
  • each of the pair of seal members is a resin material or a metal material
  • mechanical strength, heat resistance, wear resistance, chemical resistance, machinability and cost are considered.
  • a resin material or a metal material may be appropriately selected.
  • each of the pair of seal members is constituted by a plurality of seal bodies, and the plurality of seal bodies are formed along the axial direction of the movable member. If it arrange
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 in FIG. 1 (cut along a direction orthogonal to the axial direction of the track member). It is the figure which represented typically the clearance gap vicinity between a sealing member and a track member. It is a graph which shows the relationship between the gap
  • the difference in the gap amount between the seal member and the raceway member due to the difference in the thickness of the seal member is shown, (A) is a schematic diagram when the seal member is thick, and (B) is a schematic diagram when the seal member is thin. is there.
  • the attachment method of a sealing member is shown, (A) is sectional drawing when attaching a sealing member to a moving member with a retaining ring, (B) is sectional drawing when attaching a sealing member to a moving member with a set screw. It is a disassembled perspective view which shows the linear guide used in the vacuum environment of a prior art example. It is a figure which shows the state of the clearance gap between the sealing member and track member in the linear guide shown in FIG. It is sectional drawing which shows the ball screw which can be used in the clean environment of a prior art example.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the axial direction of a raceway member showing an embodiment of a linear motion device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 in FIG. 1 (cut along a direction orthogonal to the axial direction of the track member).
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the vicinity of the gap between the seal member and the raceway member.
  • a linear motion device 1 shown in FIG. 1 is a ball screw suitable for a clean environment such as a semiconductor manufacturing device or a liquid crystal display panel manufacturing device, and includes a raceway member (screw shaft) 2, a moving member (nut) 3, and a plurality of A rolling element (ball) 4 is provided.
  • the track member 2 has a cylindrical shape extending in the axial direction along the central axis CL, and a rolling element rolling part (rolling element rolling groove) 2a having a predetermined lead is formed on the outer peripheral surface 2b thereof. It is preferable not to provide relief at the groove bottom of the rolling element rolling part (rolling element rolling groove) 2a.
  • the moving member 3 has a substantially cylindrical shape, and the inner diameter thereof is larger than the outer diameter of the track member 2, and is externally fitted to the moving member 2 with a predetermined gap.
  • the inner circumferential surface of the moving member 3 has a lead equal to the rolling element rolling part 2a of the raceway member 2, and is a loaded rolling element rolling part (loaded rolling element rolling groove) facing the rolling element rolling part 2a. 3a is formed.
  • a rolling element rolling path 5 having a substantially circular cross section is formed by the rolling element rolling part 2 a of the track member 2 and the loaded rolling element rolling part 3 a of the moving member 3.
  • a plurality of rolling elements 4 are arranged in the rolling element rolling path 5 so as to be capable of rolling.
  • the moving member 3 is provided with a grease supply hole 3b for supplying grease to the rolling element rolling path 5.
  • the linear motion device 1 has a rolling element circulation path 6 that forms an endless rolling element path by communicating the starting point and the end point of the rolling element rolling path 5.
  • This rolling element circulation path 6 is formed inside the moving member 3 and is connected to a circular path 6a having a circular cross section extending linearly along the axial direction and a scooping member 6b provided at one end of the circulation path 6a in the axial direction.
  • the passage 6c is formed, and the passage 6c is formed in a scooping member 6b provided at the other axial end of the circulation path 6a.
  • a passage 6c formed in a scooping member 6b provided at one end of the circulation path 6a in the axial direction is connected to a starting point of the rolling element rolling path 5 and formed in a scooping member 6b provided at the other end in the axial direction of the circulation path 6a.
  • the made passage 6 c is connected to the end point of the rolling element rolling path 5.
  • a pair of seal members 7 are attached to both ends of the moving member 3 in the axial direction, and the pair of seal members 7 suppress dust generation from the inside of the moving member 3.
  • fine particles (particles) of the linear motion device 1 are generated when the lubricant (grease or oil) is wound up between the rolling element 4 and the rolling element rolling path 5 by friction when the rolling element 4 revolves.
  • How to seal the fine particles in the moving member 3 in the moving member 3 is indispensable for improving the cleanliness. In particular, it is important in a linear motion apparatus used in a clean environment such as a semiconductor manufacturing apparatus and a liquid crystal display panel manufacturing apparatus.
  • each seal member 7 is composed of one seal body, and is attached to the moving member 3 as shown in FIG. 2 along a direction orthogonal to the axial direction of the track member 2.
  • the track member 2 is formed in a shape having a gap ⁇ in the range of 0.025 to 0.15 mm. That is, each seal member 7 is formed in an annular shape, and has a through hole 7a through which the track member 2 penetrates. The through hole 7a is in a state where the seal member 7 is attached to the moving member 3,
  • the track member 2 When cut along a direction perpendicular to the axial direction of the track member 2, the track member 2 has a shape having a gap ⁇ in the range of 0.025 to 0.15 mm.
  • the gap ⁇ is either one of the raceway member 2 (in the case of FIG. It means the geometrically minimum distance to the corner.
  • the gap ⁇ between the seal member 7 and the track member 2 is 0.025 mm or more, the seal member 7 does not come into contact with the track member 2 and fine particles are not generated from the seal member 7 itself.
  • the gap ⁇ between the seal member 7 and the track member 2 is smaller than 0.025 mm, the possibility of the seal member 7 coming into contact with the track member 2 is high in consideration of processing accuracy and assembly accuracy of the seal member 7 and the like. When the seal member 7 comes into contact with the track member 2, fine particles may be generated thereby.
  • grease having a blending degree of 175 to 250 is applied between the rolling element rolling path 5 and the rolling element 4.
  • a clean grease or a vacuum grease is preferably used.
  • a hard grease layer (seal film) G is formed between the raceway member 2 and the seal member 7 as shown in FIG. As a result, the gap between the seal member 7 and the raceway member 2 is reduced by the amount of the grease layer G as shown in FIG. , ⁇ .
  • the fine particles generated between the rolling element rolling path 5 and the rolling element 4 can be sealed in the moving member 3, and the fine particles generated between the rolling element rolling path 5 and the rolling element 4 leak out of the apparatus.
  • the amount can be suppressed as much as possible. For this reason, it can be set as the linear motion apparatus 1 suitable for clean environments, such as a semiconductor manufacturing apparatus and a liquid crystal display panel manufacturing apparatus.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the amount of clearance between the seal member and the track member and the amount of fine particles leaking out of the apparatus.
  • FIG. 4 shows a case where the gap amount is set to 0 mm, 0.025 mm, 0.050 mm, 0.10 mm, 0.15 mm, 0.20 mm, 0.30 mm, and 0.50 mm using grease having a blending degree of 280.
  • the gap amount is set to 0 mm, 0.025 mm, 0.050 mm, 0.10 mm, 0.15 mm, 0.20 mm, 0.30 mm, 0.50 mm using a grease having a blending degree of 250.
  • the relationship between the gap amount and the amount of fine particles leaking out of the apparatus is shown.
  • the grease with a blending consistency of 280 has a larger amount of fine particles leaking out of the apparatus than the grease with a blending consistency of 250, and increasing the gap amount increases the amount of fine particles in proportion. Yes.
  • the amount of fine particles leaking out of the apparatus decreases until the gap amount reaches 0 to 0.025 mm, and the gap reaches a state of 0.025 mm to 0.15 mm.
  • the amount of fine particles leaking out of the apparatus is almost unchanged, and when the gap is larger than 0.15 mm, it leaks out of the apparatus almost in proportion to the increase in the gap amount, as in the case of grease having a blending consistency of 280.
  • each of the seal members 7 is 0.025 to 0.15 mm with respect to the track member 2 when the seal member 7 is cut with a cut surface perpendicular to the axial direction of the track member 2 while being attached to the moving member 3. It was formed in a shape having a gap ⁇ in the range.
  • FIG. 5 shows the difference in the gap amount between the seal member and the raceway member due to the difference in the thickness of the seal member, (A) is a schematic diagram when the seal member is thick, and (B) is when the seal member is thin FIG.
  • the rolling element rolling part (rolling element rolling groove) 2a of the raceway member 2 has a shape connected by two circular arcs having a curvature. Two arcs are connected.
  • the thickness t of the seal member 7 is set to 0.1 mm or more and less than 1.2 mm.
  • the linear motion device 1 is a ball screw and the raceway member 2 is a screw shaft
  • the gap between the seal member and the groove bottom of the screw shaft can be maintained at an appropriate size, and the seal member is processed. Is easy and secures moderate rigidity, and the sealing performance is stable.
  • the thickness t of each seal member 7 is greater than 1.2 mm, the gap between the seal member and the groove bottom of the screw shaft will be greater than 0.15 mm.
  • the thickness t of each seal member 7 is smaller than 0.1 mm, it becomes difficult to process the seal member and its rigidity is lowered, and the sealing performance is not stable.
  • each seal member 7 is a resin material or a metal material such as polyacetal which is excellent in mechanical strength, heat resistance, wear resistance, chemical resistance, machinability and cost.
  • the material of each seal member 7 is preferably a material excellent in non-water absorption and dimensional stability.
  • FIG. 6A and 6B show a method for attaching the seal member, wherein FIG. 6A is a cross-sectional view when the seal member is attached to the moving member by a retaining ring, and FIG. 6B is a cross-sectional view when the seal member is attached to the moving member by a set screw. is there.
  • the pair of seal members 7 are attached to both ends of the moving member 3 in the axial direction, and each seal member 7 is attached to the end of the moving member 3 in the axial direction.
  • it is fixed by a retaining ring 8 or fixed by a plurality of set screws 9 as shown in FIG. 6 (B).
  • the linear motion device 1 may be applied not only to a ball screw but also to a linear guide or a ball spline.
  • the track member is a guide rail
  • the moving member is a slider.
  • the raceway member is a cylindrical raceway member
  • the moving member is a ball spline nut.
  • each of the pair of seal members 7 is configured by a single seal body
  • the present invention is not limited thereto, and each of the pair of seal members 7 is configured by a plurality of seal bodies.
  • the plurality of seal bodies may be arranged along the axial direction of the moving member 2 at a pitch with an interval equal to or greater than the thickness of each seal body. In this case, the amount of fine particles generated between the rolling element rolling path 5 and the rolling element 4 can be further suppressed.

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Description

直動装置
　本発明は、半導体製造装置や液晶表示パネル製造装置等のクリーン環境に用いられるボールねじやボールスプライン、リニアガイド等の直動装置に関する。
　半導体のウエハーや液晶パネルは、超精密部品であることから非常に微細な塵埃等により不良となる。そのため、ウエハーや液晶パネルの製造ラインまたは製造ラインの各装置内は清浄度の高い空間にある。ところで、半導体製造装置や液晶パネル製造装置等の駆動部には、ボールねじやリニアガイドなどの直動装置が数多く使用されている。
　このボールねじやリニアガイドなどの直動装置は、転動体転走部を外周面に有する軌道部材と、転動体転走部に対向する負荷転動体転走部を内周面に有し、軌道部材に対して相対的に移動可能な移動部材と、転動体転走部と負荷転動体転走部とにより形成される転動体転走路内に転動自在に装填された複数の転動体と、転動体転走路の始点と終点とを連通させて無端状の転動体通路を形成する転動体循環路とを備えている。
　ボールねじを例に説明すると、軌道部材がねじ軸、移動部材がナット、転動体がボールとなる。ボールねじは、螺旋状のボール転走溝（転動体転走部）を外周面に有するねじ軸と、ねじ軸のボール転走溝（転動体転走部）と対向する負荷ボール転走溝（負荷転動体転走部）を内周面に有するナットと、ボール転走溝（転動体転走部）と負荷ボール転走溝（負荷転動体転走部）とにより形成される螺旋状のボール転走路（転動体転走路）内に転動自在に装填された複数のボールとを備えている。そして、ボールを介してねじ軸に螺合されているナットとねじ軸とを相対回転運動させると、ボールの転動を介してねじ軸とナットとが軸方向に相対移動するようになっている。そして、ボールねじには、ボール転走路の始点と終点とを連通させて無端状のボール通路（転動体通路）を形成するボール循環路（転動体循環路）が備えられている。
　ところで、このボールねじにおいて、ナットとねじ軸とが相対回転運動するときには、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転動するため、ボールとボール転走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、ボール同士が接触すると、隣接している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２倍となって大きな摩擦力を生じる。このため、グリースや油などの潤滑剤をボール転走路と転動体との間に塗布し、前記摩擦力の軽減を図ってきた。
　ここで、転動体の転がり運動によりボール転走路と転動体との間に塗布されたグリース中の油分が微粒子となり飛散する。この飛散した微粒子はウエハーや液晶パネルなどの製品にとって不良の原因となる。このため、半導体製造設備や液晶パネル製造装置等のような清浄度が必要とされる場合には、クリーン用のグリース、真空用のグリース（流体潤滑剤）や固体潤滑剤などが使用され、これにより、ボールとボール接触部にある潤滑剤から発生する微粒子（油分）の量を抑制している。
　しかしながら、近年、半導体分野ではハイスループット（高生産性）による高速搬送や更なる清浄度の要求が高まり、現状のクリーン用のグリース、真空用のグリースや固体潤滑剤などを用いる手段で当該微粒子の発生を抑制したとしてもその抑制量が不充分なものとなってきた。つまり、近年、半導体分野では高集積化が進み、導電パターンがますます微細化してきている。前工程（半導体の製造工程の中で、シリコンを切断し、ウエハーを製作する工程からウエハー中に、回路を形成し、その回路の通電パターンを検査するまでの工程）における半導体ウエハーや液晶パネル上への微粒子の付着は製品不具合の原因となりますます敬遠される。さらに、高集積化に加えて、スループット（生産性）の向上を目的としたウエハー搬送装置の高速化に伴う微粒子量の増加に対する対策が不可欠となっているのである。
　ここで、従来、真空環境で使用されるリニアガイドとして、例えば、図７に示すものが知られている（特許文献１参照）。
　図７に示すリニアガイド１０１は、転動体転走部１０２ａを有する軌道部材１０２と、転動体転走部１０２ａに対向する負荷転動体転走部（図示せず）を含む転動体循環路を有し、軌道部材１０２に対して相対的に移動可能な移動部材１０３と、転動体循環路に配列される複数の転動体（図示せず）と、移動部材１０３に設けられ、軌道部材１０２に接触することなく、軌道部材１０２と移動部材１０３との間の隙間を塞ぐすきまシール１０４，１０５とを備えている。すきまシール１０４は、取付ねじ１０６により移動部材１０３の軸方向端部に取り付けられる。
　そして、移動部材１０３の軸方向端部に取り付けられるすきまシール１０４は、交互に積層された薄板状の複数枚の第１及び第２プレート１０７，１０８と、これら第１及び第２プレート１０７，１０８が取り付けられる押えプレート１０９とで構成されている。すきまシール１０４を構成する第１及び第２プレート１０７，２１３は、軌道部材１０２に接触することなく、僅かな隙間を保ちながら案内レール軌道部材１０２に沿って移動する。この隙間について述べると、図８に示すように、第２プレート２１８と軌道部材１０２との隙間βは第１プレート１０７と軌道部材１０２との隙間αよりも大きく凹凸形状をなしている。このように、すきまシール１０４と軌道部材１０２との隙間を凹凸形状にすることにより、すきまシール１０４と軌道部材１０２との間を潤滑油が蒸発した気体が流れるとき、平面形状に形成する場合に比べてより大きな抵抗が生じることになり、直動案内装置内部の潤滑剤が気化し、リニアガイドの外部に漏れ出るのをより抑制することができる。
　また、従来、クリーン環境で使用可能なボールねじとして、例えば、図９に示すものも知られている（特許文献２参照）。
　図９に示すボールねじ２０１において、ナット２０３の凹部２０４内に、軸方向内側から順に、環状のスペーサ２０５、非接触シール２０６、環状のスペーサ２０５、非接触シール２０６を配置し、これらをボルト２０７で凹部２０４の端面２０４ａに固定する。これにより、隣り合う非接触シール２０６とスペーサ２０５とねじ軸２０２で囲まれた空間２０８と、内側の非接触シール２０６とスペーサ２０５と凹部２０４の端面２０４ａとで囲まれた空間２０９とが生じ、これら空間２０８，２０９がグリース溜まり空間となるものである。
　このように、軸方向でナット２０３の最も外側に配置される外側シールを非接触シール２０６とし、グリース溜まり空間２０８，２０９を設けたため、外側シールを接触シールとしてグリース溜まり空間を設けた場合と比較して、接触シールの摩耗による発塵が軽減される。また、外側シールを非接触シールとしてグリース溜まり空間を設けない場合と比較して、グリースの飛散による発塵が軽減され、潤滑性能も良好となる。
国際公開第２００６／０５４４３９号パンフレット 特開２０１０－１６９１１４号公報
　しかしながら、図７に示すリニアガイド１０１及び図９に示すボールねじ２０１にあっては、以下の問題点があった。
　即ち、図７に示すリニアガイド１０１の場合、すきまシール１０４を移動部材１０３に取り付けた状態で、図８に示す第１のプレート１０７と軌道部材１０２との間の隙間αは、第１プレート１０７が軌道部材１０２に最も接近した位置で０．２５ｍｍ以下に設定される、とされている。そして、隙間αは小さければ小さいほど、通路に気体が流れるときの抵抗が大きくなるので、隙間αの目標値を０．０５～０．０６ｍｍ程度あるいはそれ以下に設定するのが望ましい、とされている。
　しかし、半導体分野で考えられている微粒子の粒子径はサブミクロンというオーダーであるため、０．２５ｍｍの隙間量は非常に大きい。また、隙間αの目標値を０．０５～０．０６ｍｍ程度あるいはそれ以下に設定するのが望ましいとしているが、実際にシール単体と軌道部材との隙間を０．０５ｍｍあるいはそれ以下に設定すると、シール部材の取付けによっては（特にボールねじの場合）、シール部材が軌道部材に接触する可能性が高い。シール部材が軌道部材に接触すると、逆にそれによって微粒子が発生してしまうという問題がある。従って、移動部材やシール部材の加工上の公差を考慮すると、実際にはシール部材と軌道部材との隙間は０．０５ｍｍ以上となり、半導体分野で考えられている微粒子が外部に漏れ出てしまう可能性がある。
　また、図９に示すボールねじ２０１の場合、非接触シール２０６とねじ軸との隙間量がいかほどか明記されていない。このため、グリース溜まり空間２０８，２０９を設けたとしても、半導体分野で考えられている微粒子が外部に漏れ出てしまう可能性がある。
　従って、本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、転動体転走路と転動体との間で発生した微粒子が装置外に漏れ出る量を極力抑制できる、半導体製造装置や液晶表示パネル製造装置等のクリーン環境に好適な直動装置を提供することにある。
　上記課題を解決するため、本発明のある態様に係る直動装置は、軸方向に延び、転動体転走部を外周面に有する軌道部材と、前記転動体転走部に対向する負荷転動体転走部を内周面に有し、前記軌道部材に対して相対的に移動可能な移動部材と、前記転動体転走部と前記負荷転動体転走部とにより形成される転動体転走路内に転動自在に装填された複数の転動体と、前記転動体転走路の始点と終点とを連通させて無端状の転動体通路を形成する転動体循環路と、前記移動部材の軸方向両端に取り付けられた１対のシール部材とを備えた直動装置において、前記１対のシール部材の各々は、前記移動部材に取り付けられた状態で、前記軌道部材の軸方向に対して直交する方向に沿って切断した際に、前記軌道部材に対して０．０２５～０．１５ｍｍの範囲の隙間を有する形状に形成され、前記転動体転走路と前記転動体との間に混和ちょう度１７５以上２５０以下のグリースを塗布したことを特徴としている。
　また、この直動装置において、前記軌道部材の軸方向に沿う前記１対のシール部材の各々の厚さが、０．１ｍｍ以上１．２ｍｍ未満であることが好ましい。
　更に、この直動装置において、前記１対のシール部材の各々の材質が、樹脂材料又は金属材料であるとよい。
　加えて、この直動装置において、前記１対シール部材の各々が、複数枚のシール体で構成され、該複数枚のシール体が、前記移動部材の軸方向に沿って前記各シール体の厚さ以上の間隔をあけたピッチで配置されてもよい。
　本発明に係る直動装置によれば、１対のシール部材の各々は、移動部材に取り付けられた状態で、軌道部材の軸方向に対して直交する方向に沿って切断した際に、軌道部材に対して０．０２５～０．１５ｍｍの範囲の隙間を有する形状に形成され、転動体転走路と転動体との間に混和ちょう度１７５以上２５０以下のグリースを塗布したので、転動体を介して移動部材と軌道部材とが相対回転運動すると、軌道部材とシール部材との間に硬いグリース層（シール膜）が形成される。このため、シール部材単体で軌道部材に対して隙間を設ける場合と比較してシール部材と軌道部材との間の隙間が極めて小さくなり、転動体転走路と転動体との間に発生した微粒子を移動部材内に密封でき、転動体転走路と転動体との間で発生した微粒子が装置外に漏れ出る量を極力抑制できる。このため、半導体製造装置や液晶表示パネル製造装置等のクリーン環境に好適な直動装置とすることができる。
　グリースとして混和ちょう度が２５０よりも大きいものを使用すると、グリースが軟らかく、軌道部材とシール部材との間にグリース層（シール膜）が形成されづらい。このため、グリースとして混和ちょう度が２５０以下のものを使用する。一方、グリースとして混和ちょう度が１７５よりも小さいものを使用すると、グリースが硬すぎてしまい、軌道部材とシール部材との間にグリース層（シール膜）が形成されづらい。このため、グリースとして混和ちょう度が１７５以上のものを使用する。
　また、混和ちょう度１７５以上２５０以下のグリースを使用すると、シール部材と軌道部材との間の隙間が０から０．０２５ｍｍに至るまで装置外に漏れ出る微粒子の量が減少し、当該隙間が０．０２５ｍｍから０．１５ｍｍの状態までは装置外に漏れ出る微粒子の量がほぼ変動はなく、当該隙間が０．１５ｍｍよりも大きくなると隙間量の増加にほぼ比例して装置外に漏れ出る微粒子の量が増加する。このため、シール部材の各々を、移動部材に取り付けられた状態で、軌道部材の軸方向に直交する切断面で切断した際に、軌道部材に対して０．０２５～０．１５ｍｍの範囲の隙間を有する形状に形成した。なお、シール部材と軌道部材との間の隙間が０．０２５ｍｍよりも小さいと、シール部材等の加工精度や組立精度を考慮すると、シール部材が軌道部材に接触する可能性が高く、シール部材が軌道部材に接触すると、それによって微粒子が発生してしまうおそれがある。
　また、この直動装置において、前記軌道部材の軸方向に沿う前記１対のシール部材の各々の厚さが、０．１ｍｍ以上１．２ｍｍ未満であると、直動装置をボールねじとし、軌道部材をねじ軸とした場合に、シール部材とねじ軸の溝底との間の隙間を適切な大きさに維持できるとともに、シール部材の加工が容易で適度な剛性が確保できシール性も安定する。つまり、シール部材の各々の厚さが１．２ｍｍよりも厚いと、シール部材とねじ軸の溝底との間の隙間が０．１５ｍｍよりも大きくなってしまう。一方、シール部材の各々の厚さが０．１ｍｍよりも薄いと、シール部材の加工が困難になるとともに、その剛性も低下してしまい、シール性が安定しない。
　更に、この直動装置において、前記１対のシール部材の各々の材質が、樹脂材料又は金属材料であると、機械的強度、耐熱性、耐摩耗性、耐薬品性、機械加工性及びコスト面を考慮して、適宜、樹脂材料あるいは金属材料を選定すればよい。
　また、この直動装置において、前記１対のシール部材の各々が、複数枚のシール体で構成され、該複数枚のシール体が、前記移動部材の軸方向に沿って前記各シール体の厚さ以上の間隔をあけたピッチで配置されると、転動体転走路と転動体との間で発生した微粒子が装置外に漏れ出る量をより抑制することができる。
本発明に係る直動装置の実施形態を示す軌道部材の軸方向に沿って切断した断面図である。 図１における２－２線に沿って切断（軌道部材の軸方向に対して直交する方向に沿って切断）した状態の断面図である。 シール部材と軌道部材との間の隙間近辺を模式的に表した図である。 シール部材と軌道部材との間の隙間量と、装置外に漏れ出る微粒子の量との関係を示すグラフである。 シール部材の厚さの違いによるシール部材と軌道部材との間の隙間量の違いを示し、（Ａ）はシール部材が厚い場合の模式図、（Ｂ）はシール部材が薄い場合の模式図である。 シール部材の取付け方法を示し、（Ａ）はシール部材を止輪により移動部材に取り付ける場合の断面図、（Ｂ）はシール部材を止めねじにより移動部材に取り付ける場合の断面図である。 従来例の真空環境で使用されるリニアガイドを示す分解斜視図である。 図７に示すリニアガイドにおけるシール部材と軌道部材との間の隙間の状態を示す図である。 従来例のクリーン環境で使用可能なボールねじを示す断面図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る直動装置の実施形態を示す軌道部材の軸方向に沿って切断した断面図である。図２は、図１における２－２線に沿って切断（軌道部材の軸方向に対して直交する方向に沿って切断）した状態の断面図である。図３は、シール部材と軌道部材との間の隙間近辺を模式的に表した図である。
　図１に示す直動装置１は、半導体製造装置や液晶表示パネル製造装置等のクリーン環境に好適なボールねじであり、軌道部材（ねじ軸）２と、移動部材（ナット）３と、複数の転動体（ボール）４とを備えている。
　軌道部材２は、中心軸ＣＬに沿って軸方向に延びる円筒形状で、その外周面２ｂに、所定のリードを有する転動体転走部（転動体転走溝）２ａが形成されている。転動体転走部（転動体転走溝）２ａの溝底には、逃げを設けないことが好ましい。
　移動部材３は、略円筒状をなし、その内径は軌道部材２の外径よりも大きく形成されており、移動部材２に所定の間隙をもって外嵌している。移動部材３の内周面には、軌道部材２の転動体転走部２ａと等しいリードを有し、転動体転走部２ａに対向する負荷転動体転走部（負荷転動体転走溝）３ａが形成されている。そして、軌道部材２の転動体転走部２ａと移動部材３の負荷転動体転走部３ａとによって断面略円形状の転動体転走路５が形成されている。この転動体転走路５内に複数の転動体４が転動可能に充填配置されている。移動部材３には、転動体転走路５に給脂するための給脂穴３ｂが設けられている。
　また、直動装置１は、転動体転走路５の始点と終点とを連通させて無端状の転動体通路を形成する転動体循環路６を有している。この転動体循環路６は、移動部材３の内部に形成され、軸方向に沿って直線状に延びる断面円形状の循環路６ａと、循環路６ａの軸方向一端に設けられたすくい上げ部材６ｂに形成された通路６ｃと、循環路６ａの軸方向他端に設けられたすくい上げ部材６ｂに形成された通路６ｃとからなっている。循環路６ａの軸方向一端に設けられたすくい上げ部材６ｂに形成された通路６ｃは、転動体転走路５の始点に接続され、循環路６ａの軸方向他端に設けられたすくい上げ部材６ｂに形成された通路６ｃは、転動体転走路５の終点に接続される。この転動体循環路６により、転動体転走路５の終点に向かって転がってくる転動体４を軌道部材２の径方向にすくい上げ、さらに、軌道部材２のねじ山を乗り越えさせ、転動体転走路５の始点に戻すことで転動体４を循環可能になっている。そして、この転動体転走路５及び転動体循環路６によって軌道部材２の外側に略無限循環路が形成される。これにより、移動部材３に対す軌道部材２の相対的な回転に伴って、複数の転動体４が無限循環路内を無限循環することによって、移動部材３が軌道部材２に対して軌道部材２の軸方向に直線運動することが可能となる。
　また、移動部材３の軸方向両端には、１対のシール部材７が取り付けられ、この１対のシール部材７により移動部材３の内部からの発塵を抑制している。特に、直動装置１の微粒子（パーティクル）は、転動体４と転動体転走路５との間で、転動体４が公転するときの摩擦で潤滑剤（グリースや油）が巻き上げられることにより発生する。移動部材３内の微粒子をいかに移動部材３内に密封するかが清浄度向上には欠かせない。特に、半導体製造装置や液晶表示パネル製造装置等のクリーン環境に使用される直動装置においては重要である。
　ここで、各シール部材７は、１枚のシール体で構成され、図２に示すように、移動部材３に取り付けられた状態で、軌道部材２の軸方向に対して直交する方向に沿って切断した際に、軌道部材２に対して０．０２５～０．１５ｍｍの範囲の隙間δを有する形状に形成されている。即ち、各シール部材７は、円環状に形成され、内部には軌道部材２が貫通する貫通孔７ａを有し、この貫通孔７ａは、シール部材７が移動部材３に取り付けられた状態で、軌道部材２の軸方向に対して直交する方向に沿って切断した際に、軌道部材２に対して０．０２５～０．１５ｍｍの範囲の隙間δを有する形状となっている。
　ここで、前記隙間δは、図３に示すように、軌道部材２（図３の場合は、軌道部材２の転動体転走部２ａの溝面）からシール部材７の先端のどちらか一方の隅角部までの距離のうち幾何学的に最小となる距離を意味する。
　このように、シール部材７と軌道部材２との間の隙間δが０．０２５ｍｍ以上なので、シール部材７が軌道部材２に接触せず、シール部材７自身からの微粒子は発生しない。シール部材７と軌道部材２との間の隙間δが０．０２５ｍｍよりも小さいと、シール部材７等の加工精度や組立精度を考慮すると、シール部材７が軌道部材２に接触する可能性が高く、シール部材７が軌道部材２に接触すると、それによって微粒子が発生してしまうおそれがある。
　また、直動装置１において、転動体転走路５と転動体４との間に混和ちょう度１７５以上２５０以下のグリースが塗布されている。このグリースは、例えば、クリーン用のグリースあるいは真空用のグリースを用いるのが好適である。このように、転動体転走路５と転動体４との間に混和ちょう度１７５以上２５０以下のグリースを塗布すると、転動体４を介して移動部材３と軌道部材２とが相対回転運動した際に、図３に示すように、軌道部材２とシール部材７との間に硬いグリース層（シール膜）Ｇが形成される。これにより、シール部材７単体で軌道部材２に対して隙間δを設ける場合と比較してシール部材７と軌道部材２との間の隙間が図３に示すようにグリース層Ｇの分だけ小さくなり、Δとなる。これにより、転動体転走路５と転動体４との間に発生した微粒子を移動部材３内に密封でき、転動体転走路５と転動体４との間で発生した微粒子が装置外に漏れ出る量を極力抑制できる。このため、半導体製造装置や液晶表示パネル製造装置等のクリーン環境に好適な直動装置１とすることができる。
　グリースとして混和ちょう度が２５０よりも大きいものを使用すると、グリースが軟らかく、軌道部材２とシール部材７との間にグリース層（シール膜）Ｇが形成されづらい。このため、グリースとして混和ちょう度が２５０以下のものを使用する。一方、グリースとして混和ちょう度が１７５よりも小さいものを使用すると、グリースが硬すぎてしまい、軌道部材とシール部材との間にグリース層（シール膜）が形成されづらい。このため、グリースとして混和ちょう度が１７５以上のものを使用する。
　次に、シール部材７と軌道部材２との間の隙間δ量と、装置外に漏れ出る微粒子の量との関係を、図４を参照して説明する。図４は、シール部材と軌道部材との間の隙間量と、装置外に漏れ出る微粒子の量との関係を示すグラフである。
　図４には、混和ちょう度２８０のグリースを用いて当該隙間量を０ｍｍ、０．０２５ｍｍ、０．０５０ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．３０ｍｍ、０．５０ｍｍにした場合と、混和ちょう度２５０のグリースを用いて当該隙間量を０ｍｍ、０．０２５ｍｍ、０．０５０ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．３０ｍｍ、０．５０ｍｍにした場合の、当該隙間量と装置外に漏れ出る微粒子の量との関係が示されている。
　図４を参照すると、混和ちょう度２８０のグリースでは、混和ちょう度２５０のグリースよりも装置外に漏れ出る微粒子の量が多く、当該隙間量を大きくすると、比例して微粒子の量が増加している。これに対して、混和ちょう度２５０のグリースでは、当該隙間量が０から０．０２５ｍｍに至るまで装置外に漏れ出る微粒子の量が減少し、当該隙間が０．０２５ｍｍから０．１５ｍｍの状態までは装置外に漏れ出る微粒子の量がほぼ変動はなく、当該隙間が０．１５ｍｍよりも大きくなると、混和ちょう度２８０のグリースと同様に、隙間量の増加にほぼ比例して装置外に漏れ出る微粒子の量が増加している。この傾向は、混和ちょう度２５０のグリースのみならず、混和ちょう度１７５以上２５０以下のグリースを用いた場合も同様の結果が得られている。このため、シール部材７の各々を、移動部材３に取り付けられた状態で、軌道部材２の軸方向に直交する切断面で切断した際に、軌道部材２に対して０．０２５～０．１５ｍｍの範囲の隙間δを有する形状に形成した。
　次に、軌道部材２の軸方向に沿う各シール部材７の厚さｔ（図３参照）について、図５を参照して説明する。図５は、シール部材の厚さの違いによるシール部材と軌道部材との間の隙間量の違いを示し、（Ａ）はシール部材が厚い場合の模式図、（Ｂ）はシール部材が薄い場合の模式図である。
　図５（Ａ）及び図５（Ｂ）において、軌道部材２の転動体転走部（転動体転走溝）２ａは、曲率を持った２つの円弧で繋いだ形状であり、溝底で２つの円弧が繋がれている。シール部材７の厚さｔを図５（Ａ）に示すように厚くしてｔ１とすると、シール部材７と転動体転走部２ａとの接触を回避するため、シール部材７と溝底までの距離が長くなり、シール部材７と軌道部材２との間の隙間量がδ１と大きくなる。一方、シール部材の厚さｔを図５（Ｂ）に示すように薄くしてｔ２とすると、シール部材７の加工が困難になるとともに剛性が弱くなりシール性が安定しない。このため、シール部材７の厚さｔを０．１ｍｍ以上１．２ｍｍ未満とした。これにより、直動装置１をボールねじとし、軌道部材２をねじ軸とした場合に、シール部材とねじ軸の溝底との間の隙間を適切な大きさに維持できるとともに、シール部材の加工が容易で適度な剛性が確保できシール性も安定する。シール部材７の各々の厚さｔが１．２ｍｍよりも厚いと、シール部材とねじ軸の溝底との間の隙間が０．１５ｍｍよりも大きくなってしまう。一方、シール部材７の各々の厚さｔが０．１ｍｍよりも薄いと、シール部材の加工が困難になるとともに、その剛性も低下してしまい、シール性が安定しない。
　また、各シール部材７の材質は、機械的強度、耐熱性、耐摩耗性、耐薬品性、機械加工性及びコスト面で優れたポリアセタールなどの樹脂材料または金属材料を使用する。各シール部材７の材質は、非吸水性や寸法安定性に優れたものが好ましい。
　次に、各シール部材７の移動部材３への取付け方法について図６を参照して説明する。図６は、シール部材の取付け方法を示し、（Ａ）はシール部材を止輪により移動部材に取り付ける場合の断面図、（Ｂ）はシール部材を止めねじにより移動部材に取り付ける場合の断面図である。
　図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、１対のシール部材７は、移動部材３の軸方向両端部に取り付けられ、各シール部材７は移動部材３の軸方向端部に、図６（Ａ）に示すように、止輪８で固定されるか、あるいは図６（Ｂ）に示すように、複数の止めねじ９により固定される。
　以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
　例えば、直動装置１としては、ボールねじのみならず、リニアガイドやボールスプライン等に適用してもよい。リニアガイドに適用した場合には、軌道部材は案内レール、移動部材はスライダである。また、ボールスプラインに適用した場合には、軌道部材は円筒形状の軌道部材が用いられ、移動部材にはボールスプラインナットが用いられる。
　また、１対のシール部材７の各々が１枚のシール体で構成されている例について説明したが、これに限定されず、１対のシール部材７の各々が、複数枚のシール体で構成され、該複数枚のシール体を、移動部材２の軸方向に沿って各シール体の厚さ以上の間隔をあけたピッチで配置してもよい。この場合、転動体転走路５と転動体４との間で発生した微粒子が装置外に漏れ出る量をより抑制することができる。
　１　直動装置
　２　軌道部材
　２ａ　転動体転走部
　２ｂ　軌道部材の外周面
　３　移動部材
　３ａ　負荷転動体転走部
　３ｂ　給脂穴
　４　転動体
　５　転動体転走路
　６　転動体循環路
　６ａ　循環路
　６ｂ　すく上げ部材
　６ｃ通路
　７　シール部材
　７ａ　貫通孔
　８　止輪
　９　止めねじ
　δ　隙間
　ｔ　シール部材の厚さ
　Ｇ　グリース層

Claims (4)

  1. 　軸方向に延び、転動体転走部を外周面に有する軌道部材と、前記転動体転走部に対向する負荷転動体転走部を内周面に有し、前記軌道部材に対して相対的に移動可能な移動部材と、前記転動体転走部と前記負荷転動体転走部とにより形成される転動体転走路内に転動自在に装填された複数の転動体と、前記転動体転走路の始点と終点とを連通させて無端状の転動体通路を形成する転動体循環路と、前記移動部材の軸方向両端に取り付けられた１対のシール部材とを備えた直動装置において、
    　前記１対のシール部材の各々は、前記移動部材に取り付けられた状態で、前記軌道部材の軸方向に対して直交する方向に沿って切断した際に、前記軌道部材に対して０．０２５～０．１５ｍｍの範囲の隙間を有する形状に形成され、前記転動体転走路と前記転動体との間に混和ちょう度１７５以上２５０以下のグリースを塗布したことを特徴とする直動装置。
  2. 　前記軌道部材の軸方向に沿う前記１対のシール部材の各々の厚さが、０．１ｍｍ以上１．２ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１記載の直動装置。
  3. 　前記１対のシール部材の各々の材質が、樹脂材料又は金属材料であることを特徴とする請求項１又は２記載の直動装置。
  4. 　前記１対シール部材の各々が、複数枚のシール体で構成され、該複数枚のシール体が、前記移動部材の軸方向に沿って前記各シール体の厚さ以上の間隔をあけたピッチで配置されることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の直動装置。
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