JP2015224747A

JP2015224747A - 転動装置

Info

Publication number: JP2015224747A
Application number: JP2014110969A
Authority: JP
Inventors: 克菅原; Katsu Sugawara; 雄次郎戸田; Yujiro Toda
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2014-05-29
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2015-12-14

Abstract

【課題】転動装置の空間容積の３０％以上に、混和ちょう度が３００以上であるグリース組成物を封入することにより、転動装置からの発塵を抑制した転動装置を提供する。【解決手段】外方部材４と内方部材２と転動体５を有する転動装置において、混和ちょう度が３００以上であるグリース組成物を、転動装置内部の空間容積の３０％以上、封入した。グリース組成物は、基油と増ちょう剤と添加剤を含有し、基油は、合成炭化水素油およびエーテル油の少なくとも１種を含有し、増ちょう剤はリチウム石けんまたはウレア化合物の少なくとも１種を含有し、添加剤は、金属元素を含有しないことが好ましい。【選択図】図１

Description

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、発塵量が少ない転動装置に関する。

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。

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。
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。

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。
それに対して、特許文献１では、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を提供している。

特開平１１−１６６１９１号公報

しかしながら、特許文献１の技術であっても、発塵の面では改善の余地がある。
本発明では、転動装置の空間容積の３０％以上に、混和ちょう度が３００以上であるグリース組成物封入することにより、転動装置からの発塵を抑制した転動装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明による転動装置は、外方部材と内方部材と転動体を有する転動装置において混和ちょう度が３００以上であるグリース組成物を、転動装置内部の空間容積の３０％以上、封入したことを特徴とする。また、前記グリース組成物は、基油と増ちょう剤と添加剤を含有し、前記基油は、合成炭化水素油およびエーテル油の少なくとも１種を含有し、前記増ちょう剤はリチウム石けんまたはウレア化合物の少なくとも１種を含有し、前記添加剤は、金属元素を含有しないことが好ましい。なお、混和ちょう度は、ＪＩＳＫ２２２０に記載された方法にて測定する。

本発明のグリース組成物を封入した転動装置は、転動装置の空間容積の３０％以上に、混和ちょう度が３００以上であるグリース組成物封入することにより、転動装置からの発塵を抑制することができる。

本発明の転動装置（転がり軸受）の一例を示す断面図である。本発明の転動装置（ボールねじ）の一例を示す要部断面図である。発塵量評価装置の断面図である。グリース封入量と発塵量の関係図である。混和ちょう度と発塵量の関係図である。

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を有する内方部材である内輪２と、内周面に外輪軌道面３を有する外方部材である外輪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転動体としての玉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容積の３０％以上に、混和ちょう度が３００以上であるグリース組成物が封入される。

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溝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組成物をシールする。また、このシール部材２８とボールネジ軸１０、ボールナット２０及びボール３０とチューブ式循環路で囲まれた軸受空間容積の３０％以上にグリース組成物が封入される。

また、発塵量を抑制するためには、適切なやわらかさを有し、グリース組成物の混和ちょう度は３００以上であることが好ましい。

上記のような転動装置に封入されるグリース組成物は、以下の組成を有することが好ましい。
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５０質量％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。基油の動粘度は１０〜２５０ｍｍ^２／ｓ、特に３０〜１５０ｍｍ^２／ｓｅｃが望ましい。これは、１０ｍｍ^２／ｓｅｃ未満では高温で蒸発しやすく、２５０ｍｍ^２／ｓｅｃ以上では摩擦トルクの増大、発塵量の増加を起こす恐れがあるためである。

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組成物中の含有量は、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２〜３０質量％の範囲である。このウレア化合物はグリース組成物の高温特性、特に高温での機械的安定性を改善する効果があり、２質量％未満ではその効果が十分に得られないので、２質量％以上が好ましく、５質量％以上がより好ましい。一方、３０質量％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ので、３０質量％以下が好ましく、２０質量％以下がより好ましく、１０質量％以下が更に好ましい。

また、グリース組成物には、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ことが、好ましい。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。

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質量％以上であることが好ましい。これ未満では添加剤の効果が現れ難い恐れがある。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質量％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恐れがある。

本発明に使用されるグリース組成物は、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、グリース組成物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程度の混入量は本発明において許容範囲であると考えられる。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以下であることが好ましい。また、同様の理由でＣｌ，Ｐ．Ｓは２０ｐｐｍ以下であることが好ましい。

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。
図３に示すような発塵量評価装置内に、下記に示すような転動装置としての転がり軸受５０を２個セットし、表1に示すグリース組成物を封入し、駆動モータ６０で前記転がり軸受を回転させ、評価装置内に清浄な空気（ＦｒｅｓｈＡｉｒ）を流して、前記発塵評価装置から流れ出る空気１Ｌ（リットル）当りの発塵量（個／Ｌ）をパーティクルカウンターで測定することで発塵量の評価を行った。
使用軸受：シールド付き深溝玉軸受（型番６０８）
回転数:１２００、３０００ｍｉｎ^−１
試験環境：２５℃一定
また、前記グリース組成物は、基油と増ちょう剤と添加剤を含有し、前記基油は、合成炭化水素油を含有し、前記増ちょう剤はウレア化合物を含有し、前記添加剤は、金属元素を含有しない。なお、混和ちょう度は、ＪＩＳＫ２２２０に記載された方法にて測定した。

表1、図４，５に発塵量の測定結果を示す。比較例１、２と実施例１〜５は回転数１２００ｍｉｎ^−１，封入量を軸受の空間容積の３０％に固定し、混和ちょう度を調整し、発塵量の比較を行っている。混和ちょう度が２５０を超え、３００以上であると、グリース組成物を軟らかくするに連れ、発塵量が低減していくので、混和ちょう度は３００以上が好ましい。また、混和ちょう度はグリース組成物を傾けたときに流動しない、４２０以下であることが好ましい。

比較例３〜６と実施例６〜１１は、回転数３０００ｍｉｎ−１、混和ちょう度を４００に固定し、軸受内部のグリース量を調整し、発塵量の比較を行っている。グリース封入量が転動装置の空間容積の１〜２０％である比較例３〜６では、発塵量が多い。それに対して、グリース封入量が転動装置の空間容積の３０％以上である実施例６〜１１では、発塵量が少ないので、本発明では、グリース封入量を、転動装置の空間容積の３０％以上とする。また、３０〜７０％までは、グリース組成物を詰めれば詰めるほど、発塵量は低減していくが、７０％を超えると，軸受内部からグリース組成物が漏れ出て、発塵量の増加につながる恐れがあるので、７０％以下が好ましい。

なお、転動装置の一例としてとして転がり軸受である玉軸受を示したが、他の転がり軸受や直動装置等に、本発明の目的を損なわない程度であれば、適用でき、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

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ボールネジナット
２４ボールネジ溝
２８シール部材
３０ボール
４０チューブ式循環路
５０転がり軸受
６０駆動モータ

Claims

外方部材と内方部材と転動体を有する転動装置において、混和ちょう度が３００以上であるグリース組成物を、転動装置内部の空間容積の３０％以上、封入したことを特徴とする転動装置。
前記グリース組成物は、基油と増ちょう剤と添加剤を含有し、前記基油は、合成炭化水素油およびエーテル油の少なくとも１種を含有し、前記増ちょう剤はリチウム石けんまたはウレア化合物の少なくとも１種を含有し、前記添加剤は、金属元素を含有しないことを特徴とする請求項１に記載した転動装置。