JP4021532B2

JP4021532B2 - グリース及び転動装置

Info

Publication number: JP4021532B2
Application number: JP33194797A
Authority: JP
Inventors: 篤弘山本; 敦横内; 道治中; 敏明遠藤; 淳柴山
Original assignee: NSK Ltd; Kyodo Yushi Co Ltd
Current assignee: NSK Ltd; Kyodo Yushi Co Ltd
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2017-12-02
Also published as: JPH11166191A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は転がり軸受や直動装置等の転動装置に関し、特に、クリーンルーム、半導体製造装置、液晶パネル製造装置、ハードディスク製造装置等の、清浄な雰囲気が要求される箇所において好適に使用でき、低トルクで発塵量が少なく、優れた高温耐久性を有する転動装置に関する。また、本発明は前記転動装置に封入されるグリースに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、転がり軸受および直動装置等の転動装置においては、鉱油や合成炭化水素油（例えば、ポリαオレフィン油）等の潤滑油やグリース等の潤滑剤を循環したり、軸受内部に封入することにより、潤滑を行なっている。このような転動装置は、通常の使用条件下では問題無く使用されているが、高温、真空、高速環境下等においては、転動装置の作動に伴い潤滑油やグリースが転動装置の外部空間に飛散したり、蒸発によりガスを放出する等して転動装置の外部環境を汚染してしまう。
特に、クリーンルーム、半導体製造装置、液晶パネル製造装置、ハードディスク製造装置等のように清浄な環境を必要とする場合、転動装置からの発塵量が少ないことが重要である。また、半導体製造装置や液晶製造装置においては、封入グリースの増ちょう剤として金属石けんを使用すると、この石けん中の金属元素が製品に転移してその品質を大きく低下させる。
【０００３】
そこで、従来では、半導体製造装置や液晶製造装置などのクリーン環境下で使用される転動装置の潤滑には、優れた低揮発性を有し、しかも発塵量も比較的少ないという理由から、フッ素系グリースが多く使用されている。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油（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。
しかし、フッ素系グリースは、一般的に高粘度のＰＦＰＥが基油として用いられているため、トルクが大きく、また、鉱油や合成炭化水素油等を基油としたグリースに比べると流動性に乏しく、潤滑性能に劣る傾向にある。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易くなり、回転に支障を来たすようになる。直動装置は半導体製造装置や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、半導体製造装置や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、それに伴って転走面の摩耗及び摩耗・トルクが更に増大して発熱やモータ過負荷等のトラブルが発生し易くなっている。半導体製造装置や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、このような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まりに大きな損失を与える。
【０００４】
また、同じく、金属元素を含まない、ウレア化合物を増ちょう剤とするグリースも一般的に使用されている。ウレア系グリースは、フッ素系グリースに比べて流動性や潤滑性能に優れていることから、低トルクを実現できる。しかも、ウレア化合物はグリースの高温特性を改善する効果も有することから、清浄で、かつ高温に曝されるような環境下での使用に特に効果的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ウレア系グリースにあっても、基油と増ちょう剤に加えて各種の添加剤を含有する場合が殆どであり、これらもまた発塵源となっている。特に、これら添加剤の中には、金属化合物から形成されるものもあり、上記と同様に、その金属元素が塵芥となって外部環境を汚染する。本発明はこの点に着目したものであり、高温での機械的安定性、トルク性能、発塵特性に優れ、かつグリース中から金属元素を排除することで、製造品の歩留まりに悪影響を及ぼさない転動装置並びに前記転動装置に封入されるグリースを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、本発明に係る、４０℃における動粘度が３０〜１８０ｍｍ²／ｓｅｃであり、かつ合成炭化水素油及びエーテル油から選ばれる少なくとも１種が配合された基油と、ウレア化合物からなる増ちょう剤とを含み、更に非金属元素のみからなる添加剤をグリース全量の０．１〜１重量％配合してなり、金属元素の混入量が３０ｐｐｍ以下で、かつ、混和ちょう度が１９０〜２３０であることを特徴とするグリース並びに前記グリースを封入したことを特徴とする転動装置により達成される。
上記のグリースは、基油、増ちょう剤、更には添加剤にも金属元素を含まないために、金属元素が飛散することが無い。また、基油も流動特性や潤滑性能に優れ、かつ低発塵性を備えており、ウレア化合物はグリースの高温特性を改善する作用を有する。更に、発塵量を抑えるために混和ちょう度も規定されている。
従って、このグリースを封入した転動装置は半導体製造装置や液晶製造装置を始めとする清浄な環境が要求される装置に極めて好適である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の転動装置に関して図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係る転動装置自体の構造は特に制限されるものではなく、各種の転がり軸受や直動装置が対象となる。
例えば、図１に転がり軸受の一例として玉軸受を示すが、図示されるように、外周面に内輪軌道面１を有する内輪２と、内周面に外輪軌道面３を有する外輪４とを同心に配置し、内輪２の内輪軌道面１と外輪４の外輪軌道面３との間に配設した複数個の玉５，５を、保持器７で転動自在に保持して構成される。また、外輪４の軸方向両端部内周面にそれぞれ円輪状のシール部材６，６が固定されており、このシール部材６と内輪２、外輪４及び玉５とで囲まれた軸受空間にグリースが封入される。
【０００８】
また、図２に直動装置の一例としてボールねじ装置を示す。
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軸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、ボールネジ溝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１０の外周面及びボールネジ溝１２の面に摺接してボール転動空間に封入されたグリースをシールする。
【０００９】
上記したような転動装置に封入されるグリースは、以下の組成を有する。
基油は、優れた潤滑性能、トルク性能を有する合成油が望ましく、中でも優れた発塵性能を備える合成炭化水素油及びエーテル油の少なくとも１種を含む潤滑油が好ましい。合成炭化水素油としてはポリαオレフィン油等を、エーテル油としてはジアルキルジフェニルエーテル油、アルキルトリフェニルエーテル油、アルキルテトラフェニルエーテル油等を挙げることができる。
特に高温耐久性を考慮すると、アルキルジフェニルエーテルを必須成分（基油成分の５０ｗｔ％以上）とする潤滑油が望ましい。また、低温流動性の観点からは、合成炭化水素油が最も望ましい。
また、潤滑特性をより向上させるため、必要ならばエステル油を配合しても良い。配合するエステル油としては、ポリオールエステル油、芳香族エステル油が望ましい。このエステル油は、発塵特性を考慮すると、基油成分の５０ｗｔ％未満が望ましい。
基油の動粘度は３０〜１８０ｍｍ²／ｓ、特に３０〜１５０ｍｍ²／ｓｅｃが望ましい。これは、３０ｍｍ²／ｓｅｃ以下では高温で蒸発しやすく、１８０ｍｍ²／ｓｅｃ以上では摩擦トルクの増大、発塵量の増加を起こすためである。
【００１０】
増ちょう剤となるウレア化合物は、ジウレア、トリウレア、テトラウレア、ポリウレア等を挙げることができる。これらのウレア化合物は、その分子中に金属元素以外の異元素を含んでいてもよく、また金属原子を含まない置換基を有していてもよい。
このウレア化合物のグリース中の含有量は、グリース形態を形成し得る量であれば特に制限されるものではなく、概ね１０〜３０重量％の範囲である。このウレア化合物はグリースの高温特性、特に高温での機械的安定性を改善する効果があり、１０重量％未満ではその効果が十分に得られない。一方、３０重量％を越える含有量では発塵量の増大だけでなく、トルクの上昇、潤滑性能の劣化を起こすことがある。また、発塵量を抑制するためには、適切な固さが必要である。このため、グリースの混和ちょう度を１９０〜２３０とする。
【００１１】
また、グリースには金属元素を含まない化合物からなる添加剤が配合される。以下に添加剤の種類とその好的な化合物を例示するが、これらの化合物の中でも、硫黄や塩素、リンを含まないものが望ましい。添加剤は、防錆性の要求に答えるために防錆剤を添加することが好ましい。また、必要なら酸化防止剤、油性剤、金属不活性剤等を添加することができる。以下に本発明に使用することができる添加剤の一例を示す。
防錆剤としてはコハク酸等のカルボン酸及びその誘導体、ソルビタン等の非イオン界面活性剤を用いることができる。また、酸化防止剤としてはアミン系、フェノール系酸化防止剤、油性剤としては長鎖脂肪酸系油性剤、金属不活性剤としてはベンゾトリアゾール系金属不活性剤等を用いることができる。
【００１２】
上記の各添加剤はそれぞれ単独で、もしくは適宜組み合わせて使用される。
添加剤の配合量は、配合される各添加剤とも単体としてグリース全量の０．１重量％以上であり、これ未満では添加剤の効果が現れない。但し、単独使用及び併用する場合とも、総量でグリース全量の１重量％以下であることが望ましく、これを越えると発塵量が急増する。
【００１３】
本発明に使用されるグリースは、常法に従い、上記に挙げた基油に増ちょう剤及び添加剤を所定量配合し、混練機により混練することにより得られる。
尚、この混練に際して、グリースには混練機や搬送容器等から金属が混入することがある。また、原料中に不純物として金属元素が含まれる場合もある。しかし、工程中の管理を十分行えばその混入量は極く微量に抑えることができ、本発明の効果を損なうものではない。従って、金属元素のグリース中への混入量は、分析装置の検出限界以下であることが最も望ましいが、３０ｐｐｍ以下とする。但し、Ｌｉ，Ｎａ，Ａｌ，Ｃａ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂａ，Ｐｂは、本発明の技術分野を考慮すれば５ｐｐｍ以下であることが必要である。また、同様の理由でＣｌ，Ｐ，Ｓは２０ｐｐｍ以下であることが必要である。
【００１４】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に説明する。
増ちょう剤としてウレア化合物（実施例１〜９は脂環族、脂肪族混合ジウレア、実施例１０は脂肪族ジウレア）、防錆剤としてアルケニル琥珀酸誘導体並びに酸化防止剤としてアルキルジフェニルアミンを用い、それぞれを表１、表２に示す割合で基油に配合して実施例１〜１０のグリースを調製した。各グリースに関して原子吸光分析装置を用いて成分分析を行ったところ、金属元素は検出されなかった。
更に、これらの配合により、１２０℃、１０ｍｉｎの加熱試験でも有機物のガスの発生量は５０００ｗｔｐｐｍ未満と非常に汚染性の低いグリースであることも確認した。
また、比較のために、実施例と同様のウレア化合物及び添加剤を用い、それぞれを表３に示す割合で基油に配合して比較例１〜４のグリースを調製した。
尚、表中の基油のＰＡＯはポリαオレフィン油、ＡＤＥはアルキルジフェニルエーテル油、ＰＥＴはペンタエリスリトールエステル油を示す。
【００１５】
そして、各グリースを用いて発塵量測定及び防錆試験を行った。
発塵量の測定は、図３に示す装置を用いて行った。即ち、試験ボールねじ装置５０（φ：１５ｍｍ、ストローク：３００ｍｍ）にグリースを塗布し、５００ｒｐｍで回転させた。試験ボールねじ装置５０は、その両端が支持軸受６０により軸支されており、更にその一端はカップリング９０を介して駆動モータ８０に接続されている。また、この測定装置全体は密封された容器内に設置されており、試験ボールねじ装置５０の支持軸受６０および駆動モータ８０の軸には磁性流体シール７０を使用してこれらからの発塵を防止している。そして、試験装置内に清浄空気を流して、１ｃｆの体積の空気中に含まれる０．１１μｍ以上の発塵粒子数を光散乱式のパーティクルカウンターで測定し、４０時間後の値を表中に示した。
また、防錆試験は軸受材にグリースをプレーティングし、温度９０℃、湿度９５％で１００時間静置することを行い、目視により錆の発生の有無を判定した。錆の発生が認められる場合を「×」とし、認められない場合を「○」として表中に示した。
【００１６】
【表１】

【００１７】
【表２】

【００１８】
【表３】

【００１９】
実施例のグリースを封入したボールねじ装置は、比較例のグリースを封入したボールねじ装置に比べて、発塵量が少なく、また添加剤として配合した防錆剤の効果も現れている。
また、比較例１及び２から、添加剤を総量で１重量％を越える量を配合したグリースを封入したボールねじ装置は、発塵量が多く、添加剤の配合量の上限が確認された。また、比較例３及び４から、添加剤（この場合、防錆剤）単独で０．１重量％未満の配合量では、添加剤の効果が現れないことが確認された。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、流動特性や潤滑性能に優れ、金属元素が飛散することが無く低発塵性で、高温特性を改善したグリースを提供することができる。また、高温での機械的安定性、トルク性能、発塵特性に優れ、かつ製造品の歩留まりに悪影響を及ぼさない転動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の転動装置の一例である、転がり軸受を示す要部断面図である。
【図２】本発明の転動装置の他の例である、ボールねじ装置を示す要部断面図である。
【図３】実施例において用いた発塵量測定装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１内輪軌道面
２内輪
３外輪軌道面
４外輪
５玉
６シール部材
７保持器
１０ボールネジ軸
１２ボールネジ溝
２０ボールナット
２４ボールネジ軸
２８シール部材
３０ボール
４０チューブ式循環路
５０試験ボールねじ装置
６０支持軸受
７０磁性流体シール
８０駆動モータ
９０カップリング

Claims

４０℃における動粘度が３０〜１８０ｍｍ²／ｓｅｃであり、かつ合成炭化水素油及びエーテル油から選ばれる少なくとも１種が配合された基油と、ウレア化合物からなる増ちょう剤とを含み、更に非金属元素のみからなる添加剤をグリース全量の０．１〜１重量％配合してなり、金属元素の混入量が３０ｐｐｍ以下で、かつ、混和ちょう度が１９０〜２３０であることを特徴とするグリース。
Ｃｌ、Ｐ、Ｓのグリース中への混入量が２０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のグリース。
非金属元素のみからなる添加剤が、カルボン酸及びその誘導体、非イオン界面活性剤、アミン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、長鎖脂肪酸系油性剤、ベンゾトリアゾール系金属不活性剤、もしくはこれらを組み合わせてなる混合物であることを特徴とする請求項１または２記載のグリース。
請求項１〜３の何れか１項に記載のグリースを封入したことを特徴とする転動装置。