JP2016094574A - グリース組成物及び転動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グリースからのマイクロサイズからナノサイズの発塵の発生を抑えることにより、製品の品質や歩留まりに悪影響を及ぼさない転動装置を提供する。
【解決手段】合成炭化水素油及び鉱油の少なくとも一方を含む基油と、トリレンジイソシアネートを５０〜１００質量％の割合で含むイソシアネートと、脂肪族アミンとの反応生成物であるウレア化合物からなる増ちょう剤とを含み、かつ、ＮＬＧＩちょう度グレードでＮｏ．３〜４であるグリース組成物。
【選択図】図２

Description

本発明は、低発塵性のグリース組成物及び前記グリース組成物を封入した転動装置に関する。

転がり軸受や直動装置等の転動装置では、ポリαオレフィン等の合成炭化水素油や鉱油等からなる潤滑油や、これらの潤滑油を基油とするグリースを供給したり、封入したりして潤滑されている。これらの転動装置は、通常の使用条件下では問題無く使用することができるが、高温、真空、高速環境下等においては、転動装置の作動に伴う振動により潤滑油やグリースが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することがある。特に半導体製造装置、液晶パネル製造装置、電子部品機器のように空気中の浮遊微小粒子が所定の清浄度レベル以下に管理されたクリーンルームで使用される転動装置には、潤滑グリースからの飛沫が発生しないように低発塵性のグリースを使用した低発塵性の転動装置が使用される。また、グリースの増ちょう剤として金属石けんを使用したものも多く（例えば特許文献１、２参照）、その場合は石けん中の金属元素が製品に転移して品質を大きく低下させるおそれがある。

そのため、従来では、半導体製造装置等のクリーン環境で使用される転動装置の潤滑には、優れた低発塵性を有し、しかも発塵量が比較的少ないという理由から、フッ素系グリースも多く使用されている（と問えば、特許文献３参照）。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（ＰＦＰＥ）からなる基油に、ポリテトラフルオロエチレン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、一般に高粘度のＰＦＰＥが基油に用いられるため、トルクが大きく、また、鉱油や合成炭化水素油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。そのため、トルク低減のためにグリースの封入量を減らすことが行われているが、潤滑不足による転走面の摩耗が起こりやすくなり、回転に支障を来すことが懸念される。直動装置は半導体製造装置等において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、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やすくなる。半導体製造装置等で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、同じく増ちょう剤に金属元素を含まないグリースとして、ウレア化合物を増ちょう剤とするグリースも使用されている（例えば、特許文献４参照）。この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ることから、低トルクを実現することができる。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、かつ高温に晒される環境下での使用に特に効果的である。しかし、ウレア系グリースは他の添加剤を添加する場合が殆どであり、添加剤が発塵源になることもある。金属化合物からなる添加剤を含む場合、金属石けんを増ちょう剤とするグリースと同様に、金属元素により外部環境が汚染されるおそれがある。

特許第４８６４１８８号公報 特開２０００−１９２０７０号公報 特開２００５−３６１３３号公報 特開平１１−１６６１９１号公報

クリーン用グリースとして、現在では上記した石けん系グリース、フッ素系グリース及びウレア系グリースを、その用途や要求に応じて使用している。しかし、半導体素子等の微細化が進み、現在では回路幅が４５ｎｍから３２ｎｍの製品の量産化が求められており、将来的には最少回路幅が２２ｎｍまで微細化される予定であるため、現在では問題になっていないような問題が顕在化してくることが予測される。そこで本発明は、グリースからのマイクロサイズからナノサイズの発塵の発生を抑えることにより、製品の品質や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を目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、下記のグリース組成物及び転動装置を提供する。
（１）基油が、合成炭化水素油及び鉱油の少なくとも一方を含み、
増ちょう剤が、トリレンジイソシアネートを５０〜１００質量％の割合で含むイソシアネートと、脂肪族アミンとの反応生成物であるウレア化合物であり、かつ、
ちょう度が、ＮＬＧＩちょう度グレードでＮｏ．３〜４であることを特徴とするグリース組成物。
（２）下記式１で定義される値が４０〜６４であることを特徴とする上記（１）記載のグリース組成物。
式１＝［イソシアネートにおけるトリレンジイソシアネートの割合（質量％）×３
＋基油における合成炭化水素油の割合（質量％）］×グリース組成物における
増ちょう剤の割合（質量％）×ＮＬＧＩちょう度グレード／１０００
（３）内方部材と、外方部材と転動体とを含み、かつ、上記（１）または（２）記載のグリース組成部物を封入したことを特徴とする転動装置。

本発明おグリース組成物は、潤滑性に優れるとともに、低トルクで低発塵性でもあり、クリーン用グリースとして好適である。また、このグリース組成物を封入した本発明の転動装置もまた長寿命で、低トルクであり、低発塵性で外部環境を汚染することもなく、半導体製造装置等に好適である。

実施例で使用した発塵量評価装置の構造を示す概略図である。 イソシアネート成分におけるＴＤＩの割合と発塵量との関係を示すグラフである。 式１の値とトルクとの関係を示すグラフである。 式１の値と発塵量との関係を示すグラフである。

以下、本発明に関して詳細に説明する。

（グリース組成物）
本発明のグリース組成物では、基油として合成炭化水素油及び鉱油の少なくとも一方を含む。好ましくは、合成炭化水素油単独、または合成炭化水素油と鉱油との混合油である。また、基油は、潤滑性能に加えて、蒸発性や低トルク等を考慮すると、４０℃における動粘度が２０〜２００ｍｍ^２／ｓであることが好ましい。

尚、合成炭化水素油には制限はなく、例えば、炭化水素系油、芳香族系油、エステル系油、エーテル系油が挙げられる。炭化水素系油としては、ノルマルパラフィン、イソパラフィン、ポリブテン、ポリイソブチレン、１−デセンオリゴマー、１−デセンとエチレンオリゴマー等のポリα−オレフィンまたはこれらの水素化物が挙げられる。芳香族系油としては、モノアルキルベンゼンやジアルキルベンゼン等のアルキルベンゼン、モノアルキルナフタレンやジアルキルナフタレン等のアルキルナフタレン等が挙げられる。エステル系油としては、ジブチルセバケート、ジ−２−エチルヘキシルセバケート、ジオクチルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジトリデシルグルタレート、メチル・アセチルシノレート等のジエステル油、トリオクチルトリメリテート、トリデシルトリメリテート、テトラオクチルピロメリテート等の芳香族エステル油、トリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、ペンタエリスリトール−２−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールベラルゴネート等のポリオールエステル油、多価アルコールと二塩基酸・一塩基酸の混合脂肪酸とのオリゴエステルであるコンプレックスエステル油等が挙げられる。エーテル系油としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールモノエーテル、ポリプロピレングリコールモノエーテル等のポリグリコール、モノアルキルトリフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテル、ジアルキルジフェニルエーテル、ペンタフェニルエーテル、テトラフェニルエーテル、モノアルキルテトラフェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテル等のフェニルエーテル油等が挙げられる。

また、鉱油としては、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油が挙げられ、特に減圧蒸留、油剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精製、水素化精製等を適宜組み合わせて精製したものが好ましい。

増ちょう剤には、トリレンジイソシアネートを５０〜１００質量％の割合で含むイソシアネートと、脂肪族アミンとの反応生成物であるウレア化合物を用いる。脂肪族アミンとしては、炭素数が６〜２４の直鎖の炭化水素基を有するものが好ましい。混合使用可能なイソシアネート類としては、ジフェニルメタンジイソシアネート等が挙げられる。ウレア化合物は、金属石けん類のように金属元素が製品に転移して品質を低下させることもない。また、増ちょう剤量は、グリース全量の２５〜５０質量％が好ましい。

グリース組成物には、添加剤を添加してもよいが、添加剤が発塵源になることがあるため、その使用を極力抑えることが好ましく、特に金属化合物からなる添加剤の使用を避けるようにする。

また、グリース組成物のちょう度は、ＮＬＧＩちょう度グレードでＮｏ．３〜４であり、このようなちょう度に調整することにより、低発塵となる。

グリース組成物の調製方法は、一般的なウレア系グリースと同様で構わず、基油中でイソシアネートと脂肪族アミンとを反応させればよい。

（転動装置）
本発明において転動装置は、上記のグリース組成物を封入したものであれば、その種類や構造には制限はなく、従来から半導体製造装置等に使用されている転がり軸受や直動装置に広く適用することができる。

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が、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

（実施例１〜８、比較例１〜４）
表１に示すように、基油としてポリαオレフィン（ＰＡＯ）または鉱油を用い、増ちょう剤のイソシアネート成分としてトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）またはジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）を用い、アミン成分としてオクチルアミンまたはステアリルアミンを用い、基油中でイソシアネート成分とアミン成分とを反応させてウレア化合物を合成し、試験グリースとした。また、試験グリースのちょう度を、表１に示すＮＬＧＩちょう度グレートに調整した。そして、試験グリースを下記に示す（１）軸受発塵量評価試験、（２）耐摩耗試験及び（３）トルク試験に供した。

（１）軸受発塵量評価試験
図１に示す試験装置は、密封ハウジング内で一対の試験軸受によりモータの回転軸を支持し、ハウジング内に清浄空気を供給しながら試験軸受を回転させ、試験軸受から発生した塵芥を粒子カウンターに送って計数する構成になっている。試験条件は以下の通りであり、試験軸受からの２０ｎｍ以上の塵芥の数（発塵量）を求める。結果を表１、並びにイソシアネート中のＴＤＩの割合と発塵量との関係をグラフ化して示す。
・試験軸受：シール付き深溝玉軸受（６０８Ｔ１ＸＺＺ１ＭＣ４ＥＲ）
・回転数：３０００ｍｉｎ^−１
・試験環境：２５℃一定
・グリース封入量：１６０ｍｇ
・粒子カウンター：２０ｎｍ以上の塵芥を検出

（２）耐摩耗試験
本試験は、シェル式のすべり四球試験機により行った。試験機では、固定試験球及び回転試験球ともに１／２インチの鋼球を使用した。試験グリースは試験球の上部に塗布し、垂直荷重を４９Ｎ（５ｋｇ）、回転数を１０００ｍｉｎ^−１、温度を常温より成り行きとして試験を行った。そして、試験後の下部固定球３個の摩耗痕径を計測し、その平均値を求めた。結果を表１に示す。

（３）トルク試験
単列深溝玉軸受（内径２５ｍｍ、外径６２ｍｍ、幅１７ｍｍ）に、試験グリースを０．６ｇ封入し、回転数１２０００ｍｉｎ^−１、荷重Ｆｒ＝２９．４Ｎ（３ｋｇ）、Ｆａ＝２９４Ｎ（３０ｋｇ）、室温にて回転させてトルクを測定した。結果を表１に示す。

表１から、本発明に従う実施例は、何れも発塵量が少なく、耐摩耗性にも優れ、低トルクである。これに対し、比較例は、ちょう度がＮＬＧＩちょう度グレートが２で、本願発明の範囲外であることから、発塵量が格段に多く、摩耗痕径が２倍〜３倍程度大きくなっており、トルクも２倍近く大きくなっている。

また、上記の結果から、イソシアネートにおけるＴＤＩの割合、基油における合成炭化水素油（ＰＡＯ）の割合及びＮＬＧＩちょう度グレードが、発塵量やトルク、摩耗痕径と相関があり、下記式１の関係にあることを見出した。そして、実施例では式１の値が４０〜６４の範囲にあり、比較例では４０を大きく下回っていた。表１に式１の値を併記するとともに、図３に式１の値とトルクとの関係、図４に式１の値と発塵量との関係をそれぞれグラフ化して示す。
式１＝［イソシアネートにおけるトリレンジイソシアネートの割合（質量％）×３
＋基油における合成炭化水素油の割合（質量％）］×グリース組成物における
増ちょう剤の割合（質量％）×ＮＬＧＩちょう度グレード／１０００

図３及び図４に示すように、式１の値が４０〜６４の範囲では、低発塵で低トルクであることがわかる。

Claims (3)

1. 基油が、合成炭化水素油及び鉱油の少なくとも一方を含み、
   増ちょう剤が、トリレンジイソシアネートを５０〜１００質量％の割合で含むイソシアネートと、脂肪族アミンとの反応生成物であるウレア化合物であり、かつ、
   ちょう度が、ＮＬＧＩちょう度グレードでＮｏ．３〜４であることを特徴とするグリース組成物。
2. 下記式１で定義される値が４０〜６４であることを特徴とする請求項１記載のグリース組成物。
   式１＝［イソシアネートにおけるトリレンジイソシアネートの割合（質量％）×３
   ＋基油における合成炭化水素油の割合（質量％）］×グリース組成物における
   増ちょう剤の割合（質量％）×ＮＬＧＩちょう度グレード／１０００
3. 内方部材と、外方部材と転動体とを含み、かつ、請求項１または２記載のグリース組成部物を封入したことを特徴とする転動装置。

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