1.前言

近年來信息產(chǎn)業(yè)得到驚人的發(fā)展，半導體、液晶制造行業(yè)的滾珠絲杠、直線導軌和軸承的使用量急劇增加。在這些產(chǎn)品的制造設備中滾珠絲杠和軸承在運轉時潤滑脂會出現(xiàn)飛濺，如附著到晶體片產(chǎn)品上的話，就是使產(chǎn)品失去價值，因此需要開發(fā)新型清潔用潤滑脂的要求越來越強烈。

現(xiàn)在不僅僅在真空環(huán)境，常壓環(huán)境下使用的半導體、液晶顯示器制造設備的滾珠絲杠和軸承大多都使用蒸發(fā)量少的真空用氟素系潤滑脂。但是，一般的氟素系潤滑脂都使用高粘度的基油，并且?guī)缀醪慌浜戏冷P劑使用。

因此以下問題屢次被提出。

• (1) 摩擦力矩大，成為發(fā)熱和馬達超負荷的問題原因
• (2) 與礦物油和合成油潤滑脂相比耐磨損性差，短時間內會發(fā)生磨損。
• (3) 庫存品有生銹現(xiàn)象。

在此，NSK為了改善這些問題，開發(fā)了低產(chǎn)塵量、耐磨損，耐蝕性俱佳，且兼?zhèn)涞湍Σ亮氐腖G2潤滑脂。

在此通過與市售的其他潤滑脂比較，來介紹滾珠絲杠和軸承等使用時LG2潤滑脂的實用性能。。

2.LG2潤滑脂的組成與代表性能

與LG2潤滑脂進行對比試驗的市售潤滑脂組成與代表性能如圖1所示，LG2潤滑脂的基油是礦物油與合成碳化水素油的混合物，同時使用鋰基皂石作為增稠劑。通過大量實驗，最終確定了最佳配方，在嚴格的實驗條件下實現(xiàn)了低產(chǎn)塵性。

同時，留心注意添加劑的配合，避免重金屬等有害元素的影響。

3.產(chǎn)塵性能

3.1產(chǎn)塵量的測量方式和測量方法

滾珠絲杠的產(chǎn)塵量測量裝置如圖1所示，旋轉軸承的產(chǎn)塵量測定裝置如圖2所示。滾珠絲杠使用聯(lián)軸器直接驅動，因為裝配了磁性流體密封圈，所以只會測量來自滾珠絲杠的產(chǎn)塵顆粒。使用軸徑15mm，導程10mm的滾珠絲杠，在使用有機溶劑清洗干燥后，螺母內部填充2.2ml潤滑脂。測量裝置放置于在25℃環(huán)境下恒溫的清潔工作臺內，在1000rpm行程210mm的條件運行，使用散射粒子計數(shù)器進行測試。直線導軌使用幾乎一樣的測試裝置，直線導軌使用的是小型直線導軌（LU09），線速度為110mm/s，行程為23mm.

運轉的軸承使用皮帶輪進行驅動，裝配有磁性流體密封圈并放置于清潔箱中。以一定流量通入空氣，隨著軸承的旋轉產(chǎn)生的粒子像滾珠絲杠產(chǎn)生的一樣通過粒子計數(shù)器進行測試。

3.2來自于滾珠絲杠的潤滑脂產(chǎn)塵量

LG2潤滑脂與市售的潤滑脂產(chǎn)塵量的比較如圖3所示，礦物油鋰基潤滑脂A與酸性礦物油鋰基潤滑脂的產(chǎn)塵量更多。氟系潤滑脂C、F系列在市售的潤滑脂中產(chǎn)塵量較少，但隨著使用時間增加也有產(chǎn)塵量增加的趨勢。與之相對的，LG2潤滑脂隨著運行時間的增加，產(chǎn)塵量依舊很少。增稠劑較多的潤滑脂更具有難以產(chǎn)塵的趨勢。

滾珠絲杠在裝配、未裝配密封圈的條件下的產(chǎn)塵量如圖4所示。裝配密封圈時，產(chǎn)塵量減少10%，因此配有密封圈的情況下有很好的清潔效果。

3.3來自直線導軌的潤滑脂產(chǎn)塵量

LG2潤滑脂與氟素潤滑脂C的產(chǎn)塵量比較如圖5所示，與滾珠絲杠相比具有很大的產(chǎn)塵性能差異，LG2展示了極好的結果。

3.4來自滾動軸承的發(fā)塵量

附有非接觸式橡膠密封圈的小型軸承695W（內徑5mm、外徑13mm、寬度4mm）在3600rpm下運轉的潤滑脂產(chǎn)塵量如圖6所示。與市售潤滑脂相比，LG2顯示出良好的低產(chǎn)塵量。在市售的潤滑脂中，酸性油-鋰基潤滑脂B產(chǎn)塵量格外多，礦物油鋰基潤滑脂A，合成炭化水系尿素系EA2潤滑脂產(chǎn)塵量逐漸減少。氟素系潤滑脂隨著品牌名稱的不同而具有較大差異（市售C、D潤滑脂）。因為尿素系潤滑脂在市售潤滑脂中產(chǎn)塵量相對較少，針對上述EA2潤滑脂與尿素系潤滑脂構造不同的酸性尿素系潤滑脂G進行了試探性評價。同樣在相同的軸承，5400rpm下運轉250小時，如圖7顯示，尿素系潤滑脂G在運轉初期與LG2潤滑脂顯示出相同的產(chǎn)塵量，但再經(jīng)過一段時間的運轉后產(chǎn)塵量急劇增大。

3.5產(chǎn)塵粒子的尺寸分布

使用695W球軸承在3600rpm下運轉20分鐘后的潤滑脂產(chǎn)塵粒子尺寸分布如圖8所示。不論哪種潤滑脂，小尺寸的粒子均特別多，隨著粒子尺寸變大產(chǎn)塵量隨之減少。所以產(chǎn)塵量的差異主要取決于小徑粒子的形成。

3.6產(chǎn)塵物質的鑒定

關于在球軸承695W實驗中產(chǎn)塵量最多的酸性油-鋰基潤滑脂，進行了產(chǎn)塵物質的調查。圖9顯示了產(chǎn)塵物質的紅外線吸收光譜。在粒子計數(shù)器前安裝一塊金屬板，對金屬板上面附著的物質進行FT-IR分析。從光譜表可以明確鋰皂石羥基的吸收峰與酸性油羥基的吸收封，所以產(chǎn)塵物質為潤滑脂的成分。

3.7環(huán)境溫度對產(chǎn)塵及影響

LG2潤滑脂與易產(chǎn)塵的酸性油-鋰基皂石潤滑脂B封入上述相同的球軸承，在3600rpm,70°C下運轉。運轉20分鐘后產(chǎn)塵量如圖10所示。隨著兩者的溫度上升產(chǎn)塵量急劇上升。LG2潤滑脂為礦物油與合成炭化水素油的混合物，由于粘度低，隨著溫度的升高蒸發(fā)量增加。不僅僅要考慮潤滑性，低產(chǎn)塵性的維持也要考慮，所以環(huán)境溫度為70度為使用臨界溫度。

3.8運轉速度的產(chǎn)塵及其影響

封入LG2潤滑脂和氟素系潤滑脂D的球軸承695W，分別在1800、3600、5400轉條件下運轉時的產(chǎn)塵量測試結果如圖11所示。

同時，封入氟素系潤滑脂F(xiàn)的滾珠絲杠在速度為100～1760rpm之間的產(chǎn)塵量的測試結果如圖12所示。運轉速度增大1倍，全部潤滑脂的產(chǎn)塵量均增大10倍。與潤滑脂產(chǎn)塵量相對的，離心力的影響也很大。

4.動摩擦力矩性能

4.1動摩擦力矩測試方法

軸徑25mm、導程5.08mm，將雙螺母滾珠絲杠內封入5ml潤滑脂，將轉速逐漸增大至500rpm，在螺母安裝力矩傳感器，進而測試動摩擦力矩。

4.2滾珠絲杠動摩擦力矩的測試結果

LG2潤滑脂與氟素系潤滑脂C的動摩擦力矩測試結果如圖13所示。與LG2潤滑脂相比機油粘度約8倍的氟素系潤滑脂C隨著運轉速度的增加，動摩擦力矩顯著增加。然而對LG2潤滑脂在500rpm下動摩擦力矩幾乎沒有增加。

5.耐久性、耐磨損性

5.1滾珠絲杠的耐久實驗方法

將軸徑14mm、導程5mm的滾珠絲杠內封入1.5ml潤滑脂，在轉速為2400rpm，軸向載荷為280N的條件下進行耐久實驗。實驗后的軸向間隙測量，可以掌握磨損情況。

5.2滾珠絲杠的耐久實驗結果

封入LG2潤滑脂與氟素系潤滑脂C的滾珠絲杠耐久實驗結果如圖14所示。氟素系潤滑脂C在滾珠絲杠運行3500KM后出現(xiàn)磨損，軸向出現(xiàn)約為12μm的間隙。然后LG2潤滑脂在運行3500KM后沒有磨損痕跡，未見任何異常。

5.3直線導軌耐久實驗方法

直線導軌（LS20）的滑塊內填滿潤滑脂，施加1.37KN預緊，以線速度30m/min，行程500mm的條件運行。使用推拉力計測量動摩擦力矩。

5.4直線導軌的耐久實驗結果

LG2潤滑脂、EA2潤滑脂及氟素系潤滑脂C封入直線導軌進行耐久實驗的結果如圖15所示。氟素系潤滑脂C在運行3000KM后出現(xiàn)大量磨損，5000KM后端蓋出現(xiàn)破損。然而LG2、EA2潤滑脂在運行10000KM后，幾乎沒有發(fā)生磨損，同時未見剛度問題。

6.防銹性能

6.1防銹實驗方法

將滲碳鋼（SCM420H）滾珠絲杠涂抹約10μm厚潤滑脂，在相對濕度95%，環(huán)境溫度70℃條件下放置96小時，觀察實驗后生銹情況。

6.2防銹實驗結果

如照片1所示，盡管氟素系潤滑脂C在配合防銹劑的情況下，滾珠絲杠表面依舊出現(xiàn)了大量紅色銹跡。然而，涂抹了LG2潤滑脂的滾珠絲杠表面沒有出現(xiàn)任何銹跡。

7.總結

(1) LG2潤滑脂通常用于半導體或液晶制造等常溫常壓環(huán)境下使用的滾珠絲杠、直線導軌，旋轉軸承。

(2) LG2潤滑脂與其他市售潤滑脂相比產(chǎn)塵量更少，具有優(yōu)異的耐磨損性、低摩擦力矩、耐蝕性。

(3) 產(chǎn)塵物質是潤滑脂成分，尺寸越小粒子越多。潤滑脂的產(chǎn)塵量差主要取決于由于小尺寸產(chǎn)塵粒子的生成難易程度。

(4) 隨著環(huán)境溫度、轉速的升高、增大，潤滑脂產(chǎn)塵量急劇增大?？紤]到低產(chǎn)塵性的維持，LG2的使用溫度界限為70℃

參考文獻

1)三宅正二郎: “清潔環(huán)境用軸承”，精密工學會雜志，57(4)27 (1991)