JP2004331907A

JP2004331907A - 真空用グリース組成物及び転動装置

Info

Publication number: JP2004331907A
Application number: JP2003132897A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Miyajima; 裕俊宮島; Masahiko Yamazaki; 雅彦山崎
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】高真空且つ高温下においても使用可能な真空用グリース組成物、及び、高真空且つ高温下においても長寿命な転動装置を提供する。
【解決手段】玉軸受１０の軸受空間に、シラハイドロカーボン油を基油とし、ジウレアを増ちょう剤とする真空用グリース組成物Ｇを充填した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高真空且つ高温下での使用に好適なグリース組成物に関する。また、高真空且つ高温下においても長寿命な転動装置に係り、特に、ターボ分子ポンプのタービン翼支持用軸受等のような高速条件下で使用される転動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空下において使用される転がり軸受用の潤滑グリースとしては、従来はフッ素グリースが使用されていた。ここでフッ素グリースとは、例えば、基油としてパーフルオロアルキルエーテルやフルオロシリコーン等の潤滑油を用い、増ちょう剤としてポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂を用いたグリースのことである。
【０００３】
このようなフッ素グリースは、炭化水素系潤滑油を基油とするグリースよりも蒸気圧が遙かに低いので真空用途に適するが、その反面、潤滑性が劣っていた。また、軸受回転時の発熱も大きいため、高速回転する軸受や負荷荷重の大きい軸受を潤滑する用途には不向きであった。
一方、気体分子を排出することを目的とする機器は一般に真空ポンプと呼ばれているが、その中でもターボ分子ポンプは、タービン翼先端の回転速度を気体分子の運動速度よりも速くすることによって気体分子をかき出す方式の真空ポンプである。ターボ分子ポンプのタービン翼は、通常は毎分１万回転以上の速度で回転する。
【０００４】
このようなタービン翼の支持軸受部に通常のグリースで潤滑された転がり軸受を適用すると、タービン翼の支持軸受部は高真空に晒されるので、グリースの油分が激しく蒸発する。また、転がり軸受は回転時に大きく発熱し、しかも真空下では空冷による冷却が期待できず回転に伴う温度上昇が大気中よりも大きくなりやすいので、グリースの油分の蒸発がさらに助長される。よって、該転がり軸受に長寿命を期待することは難しい。
【０００５】
このような理由から、タービン翼の支持軸受部には磁気軸受が用いられているが、グリース潤滑された転がり軸受を用いることができれば、装置の簡略化，運転経費の削減等の大きなメリットが得られる。
このような背景から、ターボ分子ポンプのような高真空且つ高温下においても使用可能なグリースが種々検討され、例えば、特開２００２−９８１６０号公報にはターボ分子ポンプのタービン翼支持軸受に好適なグリースが開示されている。このグリースはアルキルシクロペンタン油を基油として用いたものであり、フッ素グリースに匹敵する低蒸気圧と、フッ素グリースよりも優れた潤滑性とを有するとともに、優れた耐熱性を有している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−９８１６０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報に記載のグリースは、ターボ分子ポンプのタービン翼支持軸受を長寿命とすることが可能であるが、さらなる長寿命化が可能な真空用グリースが望まれていた。また、ターボ分子ポンプは今後さらに小型化，高速化することが予想され、軸受使用温度はさらに高温化することを考えると、前記公報に記載のグリースよりも優れた耐熱性を有する真空用グリースが必要となると考えられる。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、高真空且つ高温下においても使用可能な真空用グリース組成物を提供することを課題とする。また、本発明は、高真空且つ高温下においても長寿命な転動装置を提供することを併せて課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明の真空用グリース組成物は、下記の化学式（Ｉ）で表されるシラハイドロカーボン油を基油として用いたことを特徴とする。
【０００９】
【化２】

【００１０】
なお、化学式（Ｉ）中のＲ_１，Ｒ_２，及びＲ_３は、相互に同種又は異種の炭化水素基であり、ｎは０〜２の整数である。
また、本発明の転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備える転動装置において、前記内方部材と前記外方部材との間に形成され前記転動体が配設された空隙部内に、請求項１に記載の真空用グリース組成物を充填したことを特徴とする。
【００１１】
前述のようなシラハイドロカーボン油は蒸気圧が極めて低いので、高真空且つ高温下においても蒸発損失が少ない。また、優れた耐熱性を有しているので、高温下においても熱劣化しにくい。よって、本発明の真空用グリース組成物は、高真空且つ高温下においても好適に使用可能であり、本発明の転動装置は、高真空且つ高温下においても長寿命である。なお、前述のようなシラハイドロカーボン油は、前記公報に記載のグリースに使用されたアルキルシクロペンタン油よりも、蒸気圧が低く且つ耐熱性が優れている。
【００１２】
なお、本発明は、種々の転動装置に適用することができ、例えば、転がり軸受，ボールねじ，リニアガイド装置，直動ベアリング等があげられる。
本発明における前記内方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には内輪、同じくボールねじの場合にはねじ軸、同じくリニアガイド装置の場合には案内レール、同じく直動ベアリングの場合には軸をそれぞれ意味する。また、前記外方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には外輪、同じくボールねじの場合にはナット、同じくリニアガイド装置の場合にはスライダ、同じく直動ベアリングの場合には外筒をそれぞれ意味する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る真空用グリース組成物及び転動装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る転動装置の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。この玉軸受１０は、内輪１と、外輪２と、内輪１と外輪２との間に転動自在に配設された複数の玉３と、複数の玉３を保持する保持器４と、外輪２に取り付けられた非接触形のシール５，５と、で構成されている。また、内輪１と外輪２とシール５，５とで囲まれた軸受空間（空隙部）には真空用グリース組成物Ｇが充填され、シール５により玉軸受１０内に密封されている。そして、このような真空用グリース組成物Ｇにより、前記両輪１，２の軌道面と玉３との接触面が潤滑されている。
【００１４】
この真空用グリース組成物Ｇは、８２質量％の基油と１８質量％の増ちょう剤とで構成されており、基油には前述の化学式（Ｉ）で表されるシラハイドロカーボン油、増ちょう剤にはウレア化合物が使用されている。このような真空用グリース組成物Ｇは、高真空且つ高温下においても蒸発損失が少なく、しかも優れた耐熱性を有しているシラハイドロカーボン油が基油として使用されているので、高真空且つ高温下においても好適に使用可能である。
【００１５】
よって、真空用グリース組成物Ｇが充填された玉軸受１０は、高真空且つ高温下においても長寿命であり、ターボ分子ポンプのタービン翼支持用軸受として好適に使用可能である。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１６】
例えば、真空用グリース組成物の基油の種類は、前述の化学式（Ｉ）で表されるシラハイドロカーボン油であれば特に限定されるものではない。例えば、化学式（Ｉ）中のＲ_１，Ｒ_２，及びＲ_３は、脂肪族炭化水素基，脂環式炭化水素基，芳香族炭化水素基等のいずれの炭化水素基でもよい。そして、１種のシラハイドロカーボン油を用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。また、本発明の目的が損なわれない程度の量であれば、シラハイドロカーボン油に他種の基油を混合してもよい。
【００１７】
また、増ちょう剤の種類はウレア化合物に限定されるものではなく、グリース組成物の増ちょう剤として一般的に使用されるものであれば、問題なく使用することができる。例えば、金属石けんや金属複合石けん等があげられる。
さらに、本発明の真空用グリース組成物には、その各種性能をさらに向上させるために、所望により種々の添加剤を添加してもよい。使用される添加剤としては、例えば、酸化防止剤，防錆剤，極圧剤，油性剤，及び金属不活性化剤等があげられ、これらは単独又は２種以上を混合して用いることができる。
【００１８】
また、本実施形態においては転動装置の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、本発明は、他の種類の様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。
【００１９】
また、本発明は、転がり軸受に限らず、他の種類の様々な転動装置に対して適用することができる。例えば、ボールねじ，リニアガイド装置，直動ベアリング等である。
次に、シラハイドロカーボン油を基油とする９種のグリース組成物（実施例１〜９）と、トリス（２−オクチルドデシル）シクロペンタンを基油とする２種のグリース組成物（比較例１，２）とを用意して、種々の評価を行った。これらの１１種のグリース組成物について、使用した増ちょう剤の種類，基油の種類，基油の８０℃における蒸気圧及び４０℃における動粘度を、表１にまとめて示す。なお、１１種のグリース組成物の混和ちょう度は、いずれも２８０〜２９０である。
【００２０】
【表１】

【００２１】
これらのグリース組成物を、日本精工株式会社製の単列アンギュラ玉軸受（呼び番号１０ＢＧＲ０２ＸＴ，内径１０ｍｍ，外径３０ｍｍ，幅９ｍｍ）の軸受空間に充填した。充填量は、軸受空間容積の１００体積％である。なお、このアンギュラ玉軸受は、窒化ケイ素製の転動体と樹脂製の保持器とを備えており、接触角は１５°である。
【００２２】
このアンギュラ玉軸受を簡易スピンドル（図示せず）に組み付けて２９．１Ｎの予圧を負荷した上、０．０２Ｐａの真空下でｄｍｎ１１０万という回転速度で回転させた。そして、回転中のアンギュラ玉軸受の外輪の温度とスピンドルのＧ値とを測定し、異常な昇温又は異常な振動が生じるまでの時間を耐久寿命として評価した。
【００２３】
また、上記と同様にｄｍｎ１１０万という回転速度で１０時間回転させ、異常な昇温又は異常な振動が生じなかったら回転速度を上げてさらに１０時間回転させた。そして、異常な昇温又は異常な振動が生じなかったら回転速度をさらに上げて１０時間回転させるという操作を繰り返し行って（すなわち、回転速度を段階的に上げていく）、異常な昇温又は異常な振動が生じた時の回転速度を最高回転速度として評価した。
前者の試験による耐久寿命及び外輪温度の評価結果と、後者の試験による最高回転速度の評価結果とを、表２に示す。なお、表２中の耐久寿命は、比較例２のグリース組成物を充填したアンギュラ玉軸受の耐久寿命を１とした場合の相対値で示してある。
【００２４】
【表２】

【００２５】
表２から、シラハイドロカーボン油を基油とする実施例１〜９のグリース組成物を充填したアンギュラ玉軸受は、アルキルシクロペンタン油を基油とする比較例１，２のグリース組成物を充填したアンギュラ玉軸受と比べて、耐久寿命が優れていることが分かる。また、実施例３と実施例８との比較、及び、実施例４と実施例９との比較から、増ちょう剤としてリチウム石けんを用いたグリース組成物はジウレアを用いたものと比べて、耐久寿命は若干劣るものの最高回転速度は優れていることが分かる。
【００２６】
実施例１〜７のグリース組成物を充填したアンギュラ玉軸受について、耐久寿命及び外輪温度を、基油の４０℃における動粘度をパラメータとしてグラフ化した（図２を参照）。図２のグラフから、基油の動粘度が１０５ｍｍ^２／ｓ以下であると耐久寿命が優れていることが分かる。また、外輪温度が７３．４℃以下であると耐久寿命が優れていることが分かる。実施例１，２のグリース組成物は基油の動粘度が大きく、軸受回転時の発熱が大きいため、耐久寿命が若干短くなったと考えられる。これらの結果から、シラハイドロカーボン油の４０℃における動粘度は、１０５ｍｍ^２／ｓ以下とすることが好ましいと言える。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の真空用グリース組成物は、高真空且つ高温下でも使用可能である。また、本発明の転動装置は、高真空且つ高温下でも長寿命である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る転動装置の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。
【図２】グリース組成物の基油の４０℃における動粘度と、軸受の耐久寿命及び外輪温度と、の相関を示すグラフである。
【符号の説明】
１内輪
２外輪
３玉
１０玉軸受
Ｇ真空用グリース組成物

Claims

下記の化学式（Ｉ）で表されるシラハイドロカーボン油を基油として用いたことを特徴とする真空用グリース組成物。

なお、化学式（Ｉ）中のＲ_１，Ｒ_２，及びＲ_３は、相互に同種又は異種の炭化水素基であり、ｎは０〜２の整数である。
外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備える転動装置において、前記内方部材と前記外方部材との間に形成され前記転動体が配設された空隙部内に、請求項１に記載の真空用グリース組成物を充填したことを特徴とする転動装置。