JP5073986B2 - グリース組成物及び軸受 - Google Patents

Description

本発明は、グリース組成物及び軸受に関し、特に、真空環境下で使用される転がり軸受用として好適なグリース組成物及びこれを封入した軸受に関する。

半導体の製造は、一般に真空下で行われる場合が多い。従って、このような真空環境中で使用されるモータなどに使用される転がり軸受用の潤滑グリースには、蒸気圧が低く、蒸発により涸渇しない性能が求められる。
従来、このような真空環境中では、ＰＦＰＥ（パーフルオロアルキルポリエーテル）を基油としたグリースが使用されている。特にこの真空分野では、２次蒸留などを行い、蒸気圧を低くしたＰＦＰＥを基油としたグリースが使用されている。この蒸気圧を特に低くしたＰＦＰＥとしては、ソルベイ社製フォンブリン YHVAC140/13，同フォンブリンZ25，ダイキン社製デムナム S200が市販されており、これらを基油とし、ＰＴＦＥを増ちょう剤としたグリースが使われている（非特許文献１及び２）。
しかし、最近の長寿命化指向に対しては、上記の単に蒸気圧を低くしたＰＦＰＥを基油としたグリースを使用するだけでは、満足されなくなってきている。

この長寿命化に関しては、先ず厚い潤滑油膜を形成できることが求められる。これは転がり疲れ寿命の延長だけではなく、真空下で油膜が薄く金属表面が直接に接するようになると、空気中と異なり酸化皮膜の保護がないため、ただちに焼付いてしまう場合も少なくないためである。この油膜は、高速回転時より低速回転時の方が薄くなる。従って、グリースには第一に、低速回転条件下でも厚い油膜を形成できることが求められる。
油膜の厚膜化は、通常は、基油の動粘度を高くすることによりなされる。しかし、単に基油の動粘度を高くするだけでは、長寿命化に必要な、有効な油膜厚さを得ることができない。
また、同様に重要な性能として、潤滑中のグリース減量の小さいことが求められる。静的条件では蒸気圧のみを指標とできるが、潤滑条件ではトライボ化学反応により一部のＰＦＰＥが分解してしまうことが知られている。従って、転がり軸受の潤滑条件下でも、単に蒸発減量が小さいだけでなく、ＰＦＰＥの分解による減量も小さくすることが求められる。さらに寿命以外の要求特性として、低温性、すなわち、低温下でも充分低いトルクで回転させることができるという特性が求められる。

ソルベイ社：フォンブリングリースカタログ ダイキン社：月刊トライボロジ １９８８年２月号

従って、本発明の目的は、蒸気圧が低く、厚い油膜を形成することができ、潤滑中の減量が小さく、低温性に優れており、被潤滑物の寿命を延長することができるグリース組成物を提供することである。
本発明の他の目的は、上記グリース組成物を封入した軸受を提供することである。

本発明は以下に示すグリース組成物及びこれを封入した軸受を提供するものである。
１．増ちょう剤と基油を含むグリース組成物において、増ちょう剤として、１次粒径が０．１μｍ以下のポリテトラフルオロエチレンと１次粒径が０．１μｍ超０．５μｍ以下のポリテトラフルオロエチレンを含有することを特徴とするグリース組成物。
２．１次粒径が０．１μｍ以下のポリテトラフルオロエチレンと１次粒径が０．１μｍ超０．５μｍ以下のポリテトラフルオロエチレンの質量比が１０：９０〜９０：１０である上記１記載のグリース組成物。
３．基油がパーフルオロアルキルポリエーテルである上記１又は２記載のグリース組成物。
４．パーフルオロアルキルポリエーテルの分子構造が、枝分かれを持たない直鎖構造であり、かつ−ＯＣＦ₂−ユニット（アセタール結合）を持たないことを特徴とする上記３記載のグリース組成物。
５．基油の４０℃における動粘度が８０〜２５０ｍｍ²／ｓである上記４記載のグリース組成物。
６．真空環境下の転がり軸受に使用される上記３〜５のいずれか１項記載のグリース組成物。
７．上記１〜６のいずれか１項記載のグリース組成物を封入した転がり軸受。

本発明のグリース組成物は、蒸気圧が低く、厚い油膜を形成することができ、潤滑中の減量が小さく、低温性に優れている。このため、真空環境中で使用される被潤滑物の寿命を延長することができる。

本発明のグリース組成物は、増ちょう剤として粒径の異なる２種以上のＰＴＦＥを使用することを特徴とするものである。本発明に使用するＰＴＦＥのうち少なくとも１種は１次粒径が０．１μｍ以下であり、他の少なくとも１種は１次粒径が０．１μｍ超０．５μｍ以下である。
これらの粒径の異なる２種以上のＰＴＦＥを使用することにより、厚い油膜、例えば、０．１μｍ以上の厚みを有する油膜を形成することができる。その理由は明らかではないが、ＰＴＦＥ粒子が、ＥＨＬ油膜に入り込むためであると考えられる。この２種類のＰＴＦＥの使用による厚膜化は、大気圧条件下で確認されたものである。従って、この厚膜化による転がり疲れの寿命延長は、大気圧下でも使用できる技術であるといえる。

１次粒径が０．１μｍ以下のＰＴＦＥの市販品の例としては、住友３Ｍ社製のダイニオンＴＦ９２０７が挙げられる。
１次粒径が０．１μｍ超０．５μｍ以下のＰＴＦＥの市販品の例としては、ダイキン社製ルブロンＬ２，同Ｌ５Ｆ，三井デュポンフロロケミカル社製ＴＬＰ１０Ｆ−１，旭硝子製フルオンＬ１７０，Ｌ１７１などが挙げられる。
これらの２種のＰＴＦＥは、乳化重合法や懸濁重合法により合成できる。
１次粒径の測定法は、特に限定されないが、例えば、透過型電子顕微鏡により粒子を直接観察することにより、簡便かつ高精度で行うことができる。
１次粒径が０．１μｍ以下のポリテトラフルオロエチレンと１次粒径が０．１μｍ超０．５μｍ以下のポリテトラフルオロエチレンの質量比は、好ましくは１０：９０〜９０：１０、さらに好ましくは２０：８０〜９０：１０であり、最も好ましくは２５：７５〜９０：１０である。

本発明のグリース組成物の増ちょう剤としては、上記特定粒径のＰＴＦＥの他に、基油に分散し、これを半固体にできる粉体材料や、固体潤滑剤は全て増ちょう剤として使用できる。このような増ちょう剤としては、上記特定粒径のＰＴＦＥ以外のＰＴＦＥ、Ｌｉ石けんやＬｉコンプレックス石けんに代表される石けん系増ちょう剤、ジウレアに代表されるウレア系増ちょう剤、カーボンブラックなどに代表される有機系増ちょう剤、有機化クレイやシリカに代表される無機系増ちょう剤、二硫化モリブデンやグラファイト、ＭＣＡ、窒化ホウ素、フッ化黒鉛などの固体潤滑剤も使用可能である。
本発明のグリース組成物において増ちょう剤として使用される上記特定粒径のＰＴＦＥの量は通常はグリース組成物全体に対して、好ましくは１５〜４０質量％、さらに好ましくは２０〜４０質量％である。また、増ちょう剤全体に対して、好ましくは２０〜１００質量％、さらに好ましくは５０〜１００質量％である。

本発明のグリース組成物に使用する基油としては、ＰＦＰＥ、鉱油、エステル系合成油、合成炭化水素油、ポリグリコール系合成油、フェニルエーテル系合成油、シリコーン系合成油等が挙げられる。蒸気圧が低く、真空で使用できる点でＰＦＰＥやシクロペンタン油が好ましい。真空下での長寿命を実現するためには、ＰＦＰＥの中でも、下記の分子構造のものがさらに好ましい。
（１）枝分かれを持たない直鎖状の分子構造
（２）分子中に−ＣＦ₂Ｏ−ユニット（アセタール結合）を持たないもの
（１）の直鎖状のＰＦＰＥは、その立体障害が少ない構造から、流動性に優れる。すなわち、低温でも流動性を失わないことから、低温性に優れる（文献１：月間トライボロジー２，（１９８８）１５）。
（２）の−ＣＦ₂Ｏ−ユニットを持たないものは、−ＣＦ₂Ｏ−ユニットを持つものはフッ素の持つ電子吸引効果が不充分なため、他のＰＦＰＥより耐熱性や耐薬品性がやや弱く（文献１）、ＥＨＬ条件下で分解し易く、粘度低下し易いためである（文献２：日本トライボロジー学会トライボロジー会議予稿集（鳥取２００４−１１）３７７）。

分子構造が枝分かれを持たない直鎖構造で、かつ−ＣＦ₂Ｏ−ユニットを持たないＰＦＰＥの市販品の例としては、ダイキン社製デムナムシリーズが挙げられる。デムナムシリーズのうち、好ましいものは、蒸気圧が低い高粘度タイプのデムナムＳ−１００，Ｓ−２００であり、特に好ましいものは、デムナムＳ−２００である。
真空下の使用でなければ、基油は特に制限されない。
しかし、本発明のグリース組成物に使用する基油は、ＰＦＰＥを、好ましくは５０質量％以上、さらに好ましくは６０質量％以上含むものが望ましく、１００質量％のものが最も好ましい。
本発明のグリース組成物に使用する基油の４０℃における動粘度は、好ましくは８０〜２５０ｍｍ²／ｓ、さらに好ましくは１５０〜２５０ｍｍ²／ｓである。動粘度がこの範囲より低いと油膜厚さを大きくすることが困難になり、この範囲より高いと低温トルクが高くなる傾向がある。

本発明のグリース組成物には、通常のグリース組成物に使用される添加剤、例えば、酸化防止剤、錆止め剤、金属腐食防止剤、油性剤、耐摩耗剤、極圧剤、二硫化モリブデンやグラファイト等の固体潤滑剤などを含有させることができる。

本発明のグリース組成物が厚い油膜を形成できる理由は、次のように考えられる。
１次粒径が０．１μｍ以下のＰＴＦＥがＥＨＬ油膜に入り込み油膜を厚くする。そこで接触面を持ち上げると０．１μｍ超０．５μｍ以下のＰＴＦＥも入りやすくなり、さらに油膜を厚くする。
０．１μｍ以下のＰＴＦＥのみを使用すると、最初の持ち上げ効果しか発現しないため、充分な油膜厚さにはならない。また、０．１μｍ超０．５μｍ以下のＰＴＦＥのみを使用すると、粒子が大き過ぎて、最初の持ち上げ効果が発現せず、油膜は基油のみと同じであり、厚くならない。全て０．５μｍ以上の場合は、言うまでもなく、粒子が大き過ぎてＥＨＬ油膜に入り込みができない。

実施例
＜試験グリース＞
表１に示される基油（ＰＦＰＥ）に増ちよう剤（ＰＴＦＥ）を加え、よく攪拌し、３本ロールミルを通しグリースに仕上げた。
＜試験方法＞
・混和ちょう度 ：ＪＩＳ Ｋ２２２０ に規定される試験機，試験方怯
・油膜厚さ ：測定装置…光干渉式ＥＨＬ油膜厚さ測定装置
：測定条件…試験温度：６８℃，転がり速度：０．０１ｍ／ｓ，面圧０．５５ＧＰａ
・グリース減量速度：
測定方法…真空槽の中でグリースを充填した軸受を回転させ、定期的に質量を測定し、グリースの減量速度を算出する。
測定条件…軸受：６９０６
内外輪及び玉の材質：ＳＵＳ４４０Ｃ
グリース充填量：０．５ｇ
回転速度：±５０ｒｐｍ
アキシャル荷重：２１３Ｎ
揺動角：１８０°
雰囲気圧力：１０^-4Ｐａ台，温度：１００℃
質量測定：１００〜１５０ｈ毎
・低温トルク ：ＪＩＳ Ｋ２２２０に規定される試験機，試験方法(-40℃)
試験結果を表１に示す

実施例１、２のグリース組成物は、油膜厚さがいずれも０．１１μｍを超えている。実施例１は、基油として‐ＯＣＦ₂−を含有するＰＦＰＥを使用しているので、真空下のグリース減量が大きい。実施例２は、基油として側鎖構造のＰＦＰＥを使用しているので、低温性が劣る。
実施例３〜５のグリース組成物は、基油として直鎖構造を持ち、‐ＯＣＦ₂‐を持たないＰＦＰＥを使用し、ちょう度をＮｏ．２，Ｎｏ．１，Ｎｏ．３グレードとしたものである。油膜厚さは０．１１μｍを超え、グリース減量速度も１０^-4台であり、低温トルクも起動トルクが２００ｍＮ・ｍ以下と小さく、充分満足な性能を示している。
１次粒径が０．１μｍ以下のＰＴＦＥのみを使用した比較例１のグリース組成物では油膜厚さが小さい。
１次粒径が０．１μｍ超０．５μｍ以下のＰＴＦＥのみを使用した比較例２のグリース組成物では油膜厚さがさらに小さい。
比較例２において動粘度の高い基油を使用した比較例３のグリース組成物では、油膜厚さはやや大きくなるが、１次粒径が０．１μｍ以下のＰＴＦＥを使用していないため、実施例のグリース組成物の油膜厚さにははるかに及ばない。

PTFE A:住友3M社製造 ダイニオンTF9207 １次粒径0.1μm
PTFE B:ダイキン社製 ルブロンL2 １次粒径0.2μm
PTFE C:ダイキン社製 ルブロンL5F １次粒径0.2μm
PFPE A:ダイキン社製 デムナムS200
(直鎖,-CF₂O-なし)、動粘度:200mm²/s(40℃)、蒸気圧:1×10^-7Pa(50℃)
PFPE B:ソルベイ社製 フォンブリンZ25
(直鎖,-CF₂O-あり)、動粘度:159mm²/s(40℃)、蒸気圧:1×10^-9Pa(50℃)
PFPE C:ソルベイ社製 フォンブリンYHVAC140/13
(側鎖)、動粘度:400mm²/s(40℃)、蒸気圧:1×10^-8Pa(50℃)

Claims (6)

1. 増ちょう剤と基油を含むグリース組成物において、増ちょう剤として、１次粒径が０．１μｍ以下のポリテトラフルオロエチレンと１次粒径が０．１μｍ超０．５μｍ以下のポリテトラフルオロエチレンを含有し、基油の４０℃における動粘度が１５０〜２５０ｍｍ ² ／ｓであることを特徴とするグリース組成物。
2. １次粒径が０．１μｍ以下のポリテトラフルオロエチレンと１次粒径が０．１μｍ超０．５μｍ以下のポリテトラフルオロエチレンの質量比が１０：９０〜９０：１０である請求項１記載のグリース組成物。
3. 基油がパーフルオロアルキルポリエーテルである請求項１又は２記載のグリース組成物。
4. パーフルオロアルキルポリエーテルの分子構造が、枝分かれを持たない直鎖構造であり、かつ−ＯＣＦ₂−ユニット（アセタール結合）を持たないことを特徴とする請求項３記載のグリース組成物。
5. 真空環境下の転がり軸受に使用される請求項３又は４記載のグリース組成物。
6. 請求項１〜５のいずれか１項記載のグリース組成物を封入した転がり軸受。