JP5841129B2 - グリース組成物、および該グリース組成物で潤滑された運動案内装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、これらの低発塵グリースについても耐荷重性という点については、難がある場合があった。
このような背景から、良好な低発塵性と耐荷重性を備えたグリース組成物の研究開発も行われている。特許文献4では、低発塵性に加えて耐荷重性も考慮に入れ、基油として40℃における動粘度が60〜320mm2/sのポリ−α−オレフィンを用い、増ちょう剤として水酸基を有さない炭素数10〜22の脂肪酸リチウム塩を用いたグリース組成物が提案されているが、このグリース組成物においても耐荷重性には更なる改善の余地があった。
本発明は上記のような問題を解決するものであり、クリーンルームなどのクリーン環境で使用するのに十分な低発塵性を有し、かつ、大型化したクリーンロボットに組み込まれる運動案内装置を潤滑するのに十分な耐荷重性を有するグリース組成物を提供するものである。
基油と増ちょう剤と極圧剤を含有するクリーン環境用グリース組成物であって、
前記基油の40℃における動粘度が100〜300mm2/sであり、
前記増ちょう剤として、リチウムコンプレックス石けんを含み、
前記増ちょう剤の含有量が、前記組成物全量に対して10〜40質量%であるクリーン環境用グリース組成物。
本実施形態のクリーン環境用グリース組成物(以下、本実施形態のグリース組成物あるいは単にグリース組成物ともいう)では、含有される基油の40℃における動粘度が100〜300mm2/s(cSt)である。基油の40℃における動粘度が100mm2/s未満であると、耐荷重性が低下するとともに低発塵性を十分に発揮できないことがある。一方、基油の40℃における動粘度が300mm2/sを超えると、微往復条件下での耐摩耗性が低下し、フレッチング摩耗が大きくなるおそれがある。また、グリース組成物中の基油の40℃における動粘度がこのような範囲にあることで、低発塵性と高い耐荷重性を得ることができる。
基油の40℃における動粘度は115〜290mm2/sであることがより好ましく、150〜260mm2/sであることが特に好ましい。
一方、本実施形態のクリーン環境用グリース組成物は、含有される基油の100℃における動粘度が13〜41mm2/sであることが、耐荷重性を良好にするだけでなく、耐摩耗性及び低発塵性を確保する観点からも好ましい。基油の100℃における動粘度は15〜39mm2/sであることがより好ましく、18〜35mm2/sであることが特に好ましい。
本発明のグリース組成物に含有される基油は、40℃及び100℃における動粘度が上記範囲となるように、後述する基油の複数を組み合わせて用いることができる。
なお、基油の40℃及び100℃における基油の動粘度は、JIS K 2283で定められた方法により求めることができる。
このような基油をグリース組成物全量に対して、40〜95質量%含有することが好ましく、60〜90質量%含有することが、リチウムコンプレックス石けんの含有量を本発明で規定する特定範囲に調整する観点から好ましい。
例えば、ポリブテン、1−オクテンオリゴマー、1−デセンオリゴマー、1−ドデセンオリゴマー等のポリ−α−オレフィン(PAO)又はこれらの水素化物(α−オレフィン共重合体を含む)及び,1−デセンとエチレンのコオリゴマーのような炭化水素系合成油が挙げられる。
ポリ−α−オレフィンは、発塵が少ないうえに、温度変化に対する組成物の粘度変化が小さく、広範囲な温度に対して特性が変化しにくいので基油として好ましい。
本実施形態のクリーン環境用グリース組成物には、基油の全量に対して上記炭化水素系合成油が50質量%以上含有されていることが好ましく、55質量%以上配合されていることがより好ましく、60質量%以上配合されていることが特に好ましい。
また、鉱油としては、従来公知の種々のものが使用可能であり、例えば、パラフィン系鉱油、中間基系鉱油、ナフテン系鉱油等が挙げられる。この中でもパラフィン分を80質量%以上含有するパラフィン系鉱油が好ましく用いられる。
動物油としては、鯨油、スクワランなどが挙げられる。
植物油としては、従来公知の種々のものが使用可能であり、例えば、菜種油、コーン油、ひまわり油、ひまし油などが挙げられる。
上記の基油の中では、パラフィン分が80質量%以上の鉱物油、炭化水素系合成油、エステル油及びアルキルフェニルエーテルからなる群から選ばれる1以上が、本発明の効果をよりよく奏することや、潤滑性を確保する観点から好ましい。
本実施形態のグリース組成物において、基油を例えば高粘度のものと低粘度のものの2種類を用いる場合、40℃における動粘度が350〜1600mm2/sの高粘度基油を基油全量に対して25〜80質量%、好ましくは35〜75質量%、特に好ましくは60〜75質量%含有させ、残りを40℃における動粘度が350mm2/s未満、より好ましくは10〜200mm2/s、特に好ましくは25〜100mm2/sの低粘度基油とする態様が挙げられる。
このように、本実施形態のグリース組成物における基油が、特に40℃の動粘度が350〜1600mm2/sの高粘度の基油と、350mm2/s未満の低粘度の基油の混合によって得られ、基油全体の25質量%以上が高粘度の基油である態様とすることで、本実施形態のグリース組成物の混和ちょう度を後述する好適な範囲に制御できるばかりでなく、そのような混和ちょう度の範囲において従来では高含有量で含有させることが難しかったリチウムコンプレックス石けんの含有量を高めることができる。
本実施形態のクリーン環境用グリース組成物は、増ちょう剤として、リチウムコンプレックス石けんを含む。
リチウムコンプレックス石けんは、(1)脂肪酸及び(2)コンプレックス化剤と、水酸化リチウムとの反応によって得られるものである。
本実施形態におけるリチウムコンプレックス石けんを構成する脂肪酸としては、ヒドロキシカルボン酸やモノカルボン酸が挙げられる。本実施形態のグリース組成物では、リチウムコンプレックス石けんを構成する脂肪酸の50質量%以上が、ヒドロキシカルボン酸であることが好ましい。リチウムコンプレックス石けんを構成する脂肪酸の50質量%以上がヒドロキシカルボン酸であることで、発塵性と耐荷重性がより良好になる。
上記リチウムコンプレックス石けんを構成する脂肪酸における、ヒドロキシカルボン酸の含有量は、80質量%以上であることがより好ましく、100質量%であることが特に好ましい。
前記ヒドロキシカルボン酸としては、炭素数12〜22のモノヒドロキシカルボン酸が挙げられる。前記モノカルボン酸としては、炭素数12〜22のモノカルボン酸が挙げられる。
一方、コンプレックス化剤は、炭素数6〜16の脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸及びサリチル酸から選ばれた物質であることが好ましい。このような組み合わせで用いることで、本実施形態のグリース組成物の低発塵性と高耐荷重性に寄与する。
これらは、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
この中でも、前記リチウムコンプレックス石けんを構成する脂肪酸として12−ヒドロキシステアリン酸を用い、コンプレックス化剤として、炭素数が6〜10の脂肪族ジカルボン酸を用いることが、本発明の効果を奏する上で特に好ましい。
コンプレックス化剤として用いられるカルボン酸として炭素数12〜22のモノヒドロキシカルボン酸から選ばれたカルボン酸を選択する場合、そのカルボン酸に対して重量比で好ましくは0.1〜5.0、さらに好ましくは0.2〜2.5となる量が用いられる。
コンプレックス石けんを選択する場合、コンプレックス化剤として用いられるカルボン酸は、コンプレックス化剤として用いないカルボン酸(脂肪酸)に対して重量比で好ましくは0.1〜5.0、さらに好ましくは0.2〜2.5が用いられる。
なお、本実施形態のグリース組成物には、増ちょう剤としてリチウムコンプレックス石けんを含有させるが、このリチウムコンプレックス石けんを構成する脂肪酸成分とコンプレックス化剤の総量を増ちょう剤としてのリチウムコンプレックス石けんの含有量として算出する。その他の石けん系の増ちょう剤を含有させる場合にも同様にして含有量を計算する。
この中でも、有機金属化合物からなる極圧剤が好ましく用いられ、摩擦低減効果と摩耗防止効果を得る観点から、モリブデンジチオカーバメート、モリブデンジチオホスフェート、亜鉛ジチオカーバメート及び亜鉛ジチオホスフェートとからなる群から選ばれる1以上を組み合わせて用いることがより好ましい。
極圧剤の含有量は、低発塵性を保つ観点から、グリース組成物全量に対して、10.0質量%以下であることが好ましく、6.0質量%以下であることがより好ましい。一方、極圧剤としての効果を発揮させる観点から、極圧剤の含有量は0.1質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましい。
このような添加剤としては、例えば、酸化防止剤(例えば、p,p’−ジオクチルジフェニルアミンのようなアルキル化ジフェニルアミン、フェニル−α−ナフチルアミン、アルキル化−α−ナフチルアミン等のアミン系酸化防止剤、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、4,4’−メチレンビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノール)等のフェノール系酸化防止剤等)、防錆剤(例えば、カルシウムスルホネートのような金属スルホネート、ラノリン系誘導体、亜硝酸ナトリウム、こはく酸エステル、脂肪酸亜鉛、アミン類、ソルビタンモノオレエート)、構造安定剤、金属不活性化剤(例えば、ベンゾトリアゾール)、摩耗低減剤(例えば、リン酸エステル、ジチオカルバミン酸エステル)、および固体潤滑剤(例えば、ポリイミド、PTFE、黒鉛、金属酸化物、窒化硼素、メラミンシアヌレート、二硫化モリブデン)が例示される。
添加剤は、単独で用いてもよいし、2種以上の混合物としても用いてもよい。本発明のグリース組成物が極圧剤以外の添加剤を含有する場合、その含有量は0.3質量%〜10.0質量%であることが好ましい。
本実施形態のグリース組成物は、当該技術分野で通常用いられる手法を用いて作製してよいが、増ちょう剤としてリチウムコンプレックス石けんを高含有量で含有させるために、例えば、次のような工程を含む方法が挙げられる。
例えば、(1)基油と脂肪酸とを混合し、これを水酸化リチウム水溶液と反応させる第一の反応工程と、(2)(1)で得られた反応物にコンプレックス化剤を加えて混合し、これと水酸化リチウム水溶液とを反応させる第二の反応工程と、(3)(2)で得られる反応物を加熱撹拌後,残りの基油を加えて冷却する工程、さらに得られたグリースを、ロールミルやコロイドミルを用いて均質にする仕上げ工程を含む方法が挙げられる。
この他の方法として、(1)基油の一部と脂肪酸及びコンプレックス化剤とを混合し、この混合物と水酸化リチウム水溶液を一度で反応させる工程、(2)(1)で得られる反応物を加熱撹拌後,残りの基油を加えて冷却する工程、さらに、(3)得られたグリースを、ロールミルやコロイドミルを用いて均質にする仕上げ工程を含む方法が挙げられる。
なお、リチウムコンプレックス石けんの生成時に、脂肪酸及びコンプレックス化剤と、水酸化リチウムとを反応させる際に用いる基油の40℃における動粘度が、250mm2/s以上となるように調整されたものであることが、リチウムコンプレックス石けんの含有量を本願発明で規定する特定の範囲に調整する上で好ましい。なお、この際の基油の40℃における動粘度は300mm2/s以上であることがより好ましく、350mm2/s以上であることが特に好ましい。
本実施形態のグリース組成物は、25℃におけるちょう度(混和ちょう度)が、200〜400であることが油飛散を抑制する観点から好ましく、220〜350であることがより好ましく,250〜340であることが特に好ましい。この混和ちょう度が大きくなりすぎると油飛散が多くなり、一方小さくなりすぎると、トルクや摺動抵抗が大きくなることで、グリース本来の機能が発揮されなくなる。
このちょう度はJIS K 2220で定められた方法を用いることにより測定できる。
グリース組成物のちょう度は、上記で説明した増ちょう剤の含有量を調節することにより調整できるが、その含有量は、増ちょう剤として含有させるリチウムコンプレックス石けんを反応により生成させる際に用いる基油として、上記のように高粘度と低粘度のものを併用することによって調整できる。
また、本実施形態のグリース組成物は、滴点が200℃以上であることが高速・高加速の条件下でのグリースの飛散が生じにくくさせるために好ましく、220℃以上であることがより好ましく、240℃以上であることが特に好ましい。一方、グリース組成物の滴点は1000℃以下であることが好ましい。
グリース組成物の滴点についてはJIS K2220:2003に準拠して測定できる。
本発明でいうクリーン環境とは、ISO14644−1で定義されるクリーンルームにおいて、清浄度のクラスがクラス3以上(クラスの数値が小さく清浄度が高い)の環境を意味する。このようなクリーン環境としては、例えば、半導体や電子機器、精密機器などの製造に使用され、空気中を浮遊する塵埃などの物質が制御されているインダストリアルクリーンルームが挙げられる。本実施形態のグリース組成物はこのようなクリーン環境で使用される。
(実施例1)
(1)表1に示す量の、高粘度基油(PAO−A)、12−ヒドロキシステアリン酸、アゼライン酸および防錆剤を反応釜中で、撹拌しながら95℃に加熱した。
(2)そして、表1に示す量の、水酸化リチウム(水和物)を、その5倍量(質量比)の水に溶解させた。この水溶液を(1)の溶液に配合し、加熱混合した。混合物の温度が195℃に達した後、5分間保持した。
(3)次に、低粘度基油(PAO−B)を配合した後、50℃/時間で60℃まで冷却し、表1、2に示した量の酸化防止剤、極圧剤を添加混合した。
(4)さらに、室温まで自然放冷した後、3本ロール装置を用いて仕上げ処理を行って実施例1のグリース組成物を得た。
(1)表1に示す量のPAO−C、12−ヒドロキシステアリン酸、ステアリン酸及び防錆剤を反応釜に入れ、95℃で加熱溶解させた。
(2)表1に示す量の水酸化リチウム(1水和物)を、その5倍量(質量比)の水に溶解させた。この水溶液を(1)の溶液に配合し、加熱混合した。混合物の温度が205℃に達した後、5分間保持した。
(3)次に、鉱物油−Aを配合した後、50℃/時間で60℃まで冷却し、表1に示した量の酸化防止剤を添加混合した。
(4)さらに、室温まで自然放冷した後、3本ロール装置を用いて仕上げ処理を行って比較例1のグリース組成物を得た。
(1)鉱物油−Bを50質量%、12−ヒドロキシステアリン酸11質量%及び防錆剤を反応釜に入れ、95℃で加熱溶解させた。
(2)表1に示す量の水酸化リチウム(1水和物)1質量%を、水酸化リチウムの5倍量(質量比)の水に溶解させた。この水溶液を(1)の溶液に添加して反応し、加熱混合した。混合物の温度が205℃に達した後、5分間保持した。
(3)次に、鉱物油−Bの残量(21.3質量%)及び鉱物油−Cを添加した後、50℃/1時間の速度で60℃まで冷却し、酸化防止剤を添加混合した。
(4)さらに、室温まで自然放冷した後、3本ロール装置を用いて仕上げ処理を行って、比較例2のグリース組成物を得た。
(1)表1に示す量の鉱物油−B、12−ヒドロキシステアリン酸及び防錆剤を反応釜に入れ、95℃で加熱溶解させた。
(2)表1に示す量の水酸化リチウム(1水和物)を、その5倍量(質量比)の水に溶解させた。この水溶液を(1)の溶液に配合し、加熱混合した。混合物の温度が205℃に達した後、5分間保持した。
(3)次に、鉱物油−Cを配合した後、50℃/時間で60℃まで冷却し、表1に示した量の酸化防止剤及び極圧剤を添加混合した。
(4)さらに、室温まで自然放冷した後、3本ロール装置を用いて仕上げ処理を行って比較例3のグリース組成物を得た。
発塵試験はボールねじを備えるリニアガイド(THK社製)が設置されている発塵試験装置を用いて行った。ボールねじの軸径は25mm、リード径は5mm、精度 C0のものを使用した。グリース組成物の封入量は6cc/ナットとした。発塵量測定には、実施例1のグリース組成物と、比較例1のグリース組成物とを供した。結果を図1−1及び図1−2に示す。これらの結果は、実施例1のものについては後述するレベル2、比較例1については、レベル4を示した。
発塵試験装置:測定機器としてパーティクルカウンター(KC−01D;リオン株式会社製)とレコーダ(GL−200;グラフテック株式会社製)を備えるダウンフロー式発塵試験装置を用いた。
上記発塵試験装置内にクリーンエアー(温度23±1℃、清浄度:JISクラス2)をダウンフロー方式により供給する。
なお、開口部の流速を0.25m/sとし、サンプリング空気量を0.5L/minとする。
<発塵試験装置の運転条件>
クリーンエアーを、ボールねじより飛散した油分等(発塵)を巻き込みながら上記パーティクルカウンターへ流速0.25mL/sで流入させた。このときのボールねじの動作条件は、速度(1)100mm/s(1200min−1)または(2)300mm/s(3600min−1)、加速度2.94m/s2(0.3G)、ストローク200mmとした。動作パターンは、速度(1)100mm/sの場合、ストローク3往復後、3分間停止の繰り返し動作とし、(2)300mm/sの場合、15秒駆動、180秒停止の繰り返し動作とした。
<パーティクルの測定条件>
サンプリング時間を75秒とし、吸引量を1Lとし、120秒停止を繰り返し、24時間または75時間の測定を行った。
ASTM D2596で規定される方法に従い、実施例1、比較例1〜3の各グリース組成物について四球式耐荷重試験を行い、最大非焼付荷重(LNL)、融着荷重(WL)及び荷重摩耗指数(LWI)の測定を行った。結果を表1に示す。
同様に、ASTM D2266に準拠して、実施例1、比較例1〜3の各グリース組成物について、四球式耐摩耗試験を行い、ASTM D4170に準拠して、フレッチング摩耗試験を行った。結果をそれぞれ表1に示す。
レベル1:JISクラス3相当
レベル2:JISクラス4相当
レベル3:JISクラス5相当
レベル4:クリーン環境では使用できないレベル
すなわち、図2に示されているように、リニアガイドは軌道軸として設置される軌道レール(1)と、軌道レールに多数の転動体として設置されるボール(3)を介して往復運動自在に取り付けられた移動部材としての移動ブロック(2)と、を備えて構成されている。
軌道レールは、その長手方向と直行する断面が概略矩形状であり、上面から下面にベースにボルトで取り付けるためのボルト穴が設けられる。また、上面と両側面からなるコーナー部近傍には、コーナー部を挟むように二条の転動体転走溝(1a、1b)が軌道レールの長手方向全長に渡って合計4条形成されている。
一方、移動ブロックは金属材料からなる移動ブロック本体と移動ブロック本体部における移動方向の両端面に対して設置される樹脂材料からなる一対の蓋体(5)から構成されている。
移動ブロック本体には軌道レールの転動体転走溝とそれぞれ対応する位置に負荷転動体転走溝(2a、2b、4a、4b)が設けられている。軌道レールの転動体転走溝と移動ブロック本体部に形成された負荷転動体転走溝とによって負荷転動体転走路が形成され、この通路に導入された複数のボールは負荷を受けながら転走することになる。また、移動ブロック本体部は負荷転動体転走溝と平行に延びる無負荷転動体転走路を備えている。さらに、一対の蓋体のそれぞれには各無負荷転動体転走路と各負荷転動体転走路とを結ぶ方向転換路が設けられている。1つの負荷転動体転走路および無負荷転動体転走路とそれらを結ぶ一対の方向転換路との組み合わせによって、1つの無限循環路が構成されることとなる。
そして、複数のボールが負荷転動体転走路と無負荷転動体転走路と一対の方向転換路とから構成される無限循環路に無限循環可能に設置されることにより、移動ブロックの軌道レールに対する相対的な往復運動が可能となっている。
国際公開第2009/020075A1号パンフレットに記載されている上記防塵機構付きリニアアクチュエータに吸引口がさらに設置されているリニアアクチュエータに本実施形態のグリース組成物を適用した場合には、従来と同様のクリーン度を維持しながら、従来の吸引量を削減できる。
本実施形態のグリース組成物で潤滑されるクロスローラーリングとしては、例えば特開平11−245128号公報に記載されているものが挙げられる。具体的には、図4に記載される、外輪(21)と、外輪に対して相対的に回転可能な内輪(20)と、前記外輪に形成された外輪側ローラー転走部、及び前記内輪に形成された内輪側ローラー転走部との間のローラー循環路に、ローラーの回転軸が交差するように収容された複数のローラー(22)とを備える態様が挙げられる。
このようなクロスローラーリングにおいて、上記外輪側ローラー転走部と内輪側ローラー転送部はそれぞれ略90°のV字形状を有する溝であり、隣接するローラー間はリテーナ(23)で介装されている態様が挙げられる。この態様では、1個のリングにラジアル荷重、アキシャル荷重及びモーメント荷重などのあらゆる方向の荷重を負荷できることから、高負荷のかかる大型化した装置に好適に用いることができる。
クロスローラーリングへの本実施形態のグリース組成物の付与は、グリースガン等を使用する方法を用いることができ、リテーナ自体に本実施形態のグリース組成物を浸漬する方法を用いることもできる。
精密テーブル装置としては、特開平11−245128号公報に記載の2軸平行・1軸旋回テーブル装置が例示できる。該2軸平行・1軸旋回テーブル装置には、図5に示されるように、基台(24)に対してテーブル(25)を同一姿勢で互いに交差する2軸方向に相対的に平行運動可能に支持するための2軸平行運動案内部(27)と、2軸平行運動案内部(27)に基台(24)とは反対側で装着されてテーブル(25)を回転可能に支持する旋回運動案内部(27)を有する運動案内機構が備えられている。該運動案内機構において、2軸平行運動案内部として上述したリニアガイドが用いられ、旋回運動案内部(27)に上記クロスローラーリングが組み込まれている態様が、高剛性を得る観点から例示できる。
回転駆動装置としては、例えば、特開2010−84842号公報に記載のものが例示できる。
Claims (10)
- 基油と増ちょう剤と極圧剤を含有するクリーン環境用グリース組成物であって、
前記基油の40℃における動粘度が100〜300mm2/sであり、
前記増ちょう剤として、リチウムコンプレックス石けんを含み、
前記増ちょう剤の含有量が、前記組成物全量に対して17〜40質量%であり、
前記基油の全量に対して、炭化水素系合成油を50質量%以上含有し、
前記極圧剤が、モリブデンジチオカーバメート、モリブデンジチオホスフェート及び亜鉛ジチオホスフェートからなる群から選ばれる1以上を含む、
クリーン環境用グリース組成物。 - 前記リチウムコンプレックス石けんを構成する脂肪酸成分の50質量%以上が、ヒドロキシカルボン酸である、請求項1に記載のクリーン環境用グリース組成物。
- 前記グリースの混和ちょう度が、200〜400である、請求項1または2に記載のクリーン環境用グリース組成物。
- 前記増ちょう剤の含有量が、前記組成物全量に対して17〜35質量%である請求項1〜3のいずれか1項に記載のクリーン環境用グリース組成物。
- 前記基油が、40℃における動粘度が350〜1600mm2/sの高粘度の基油と、350mm2/s未満の低粘度の基油の混合物であり、基油全体の25質量%以上が、前記高粘度の基油である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のクリーン環境用グリース組成物。
- 前記リチウムコンプレックス石けんが、その生成時に、40℃における動粘度が250mm2/s以上となるように調整された基油の中で、脂肪酸及びコンプレックス化剤と、水酸化リチウムとの反応を行うことにより得られる、請求項1〜5のいずれか1項に記載のクリーン環境用グリース組成物。
- さらに酸化防止剤を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載のクリーン環境用グリース組成物。
- さらに防錆剤を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載のクリーン環境用グリース組成物。
- 前記極圧剤の含有量が、グリース組成物全量に対して、0.1質量%以上、10.0質量%以下である、請求項1〜8のいずれか一項に記載のクリーン環境用グリース組成物。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載のクリーン環境用グリース組成物で潤滑されている運動案内装置。
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