1.前言

近年來信息產(chǎn)業(yè)得到驚人的發(fā)展，半導(dǎo)體、液晶制造行業(yè)的滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌和軸承的使用量急劇增加。在這些產(chǎn)品的制造設(shè)備中滾珠絲杠和軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)潤滑脂會(huì)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(jià)值，因此需要開發(fā)新型清潔用潤滑脂的要求越來越強(qiáng)烈。

現(xiàn)在不僅僅在真空環(huán)境，常壓環(huán)境下使用的半導(dǎo)體、液晶顯示器制造設(shè)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(dá)超負(fù)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(shí)間內(nèi)會(huì)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(shí)LG2潤滑脂的實(shí)用性能。。

2.LG2潤滑脂的組成與代表性能

與LG2潤滑脂進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)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(shí)使用鋰基皂石作為增稠劑。通過大量實(shí)驗(yàn)，最終確定了最佳配方，在嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)條件下實(shí)現(xiàn)了低產(chǎn)塵性。

同時(shí)，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(cè)量方式和測(cè)量方法

滾珠絲杠的產(chǎn)塵量測(cè)量裝置如圖1所示，旋轉(zhuǎn)軸承的產(chǎn)塵量測(cè)定裝置如圖2所示。滾珠絲杠使用聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)，因?yàn)檠b配了磁性流體密封圈，所以只會(huì)測(cè)量來自滾珠絲杠的產(chǎn)塵顆粒。使用軸徑15mm，導(dǎo)程10mm的滾珠絲杠，在使用有機(jī)溶劑清洗干燥后，螺母內(nèi)部填充2.2ml潤滑脂。測(cè)量裝置放置于在25℃環(huán)境下恒溫的清潔工作臺(tái)內(nèi)，在1000rpm行程210mm的條件運(yùn)行，使用散射粒子計(jì)數(shù)器進(jìn)行測(cè)試。直線導(dǎo)軌使用幾乎一樣的測(cè)試裝置，直線導(dǎo)軌使用的是小型直線導(dǎo)軌（LU09），線速度為110mm/s，行程為23mm.

運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承使用皮帶輪進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，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(zhuǎn)產(chǎn)生的粒子像滾珠絲杠產(chǎn)生的一樣通過粒子計(jì)數(shù)器進(jìn)行測(cè)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(shí)間增加也有產(chǎn)塵量增加的趨勢(shì)。與之相對(duì)的，LG2潤滑脂隨著運(yùn)行時(shí)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(shì)。

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(shí)，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(dǎo)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(jié)果。

3.4來自滾動(dòng)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(nèi)徑5mm、外徑13mm、寬度4mm）在3600rpm下運(yùn)轉(zhuǎn)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?yàn)槟蛩叵禎櫥谑惺蹪櫥挟a(chǎn)塵量相對(duì)較少，針對(duì)上述EA2潤滑脂與尿素系潤滑脂構(gòu)造不同的酸性尿素系潤滑脂G進(jìn)行了試探性評(píng)價(jià)。同樣在相同的軸承，5400rpm下運(yùn)轉(zhuǎn)250小時(shí)，如圖7顯示，尿素系潤滑脂G在運(yùn)轉(zhuǎn)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(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)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(zhì)的鑒定

關(guān)于在球軸承695W實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)塵量最多的酸性油-鋰基潤滑脂，進(jìn)行了產(chǎn)塵物質(zhì)的調(diào)查。圖9顯示了產(chǎn)塵物質(zhì)的紅外線吸收光譜。在粒子計(jì)數(shù)器前安裝一塊金屬板，對(duì)金屬板上面附著的物質(zhì)進(jìn)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(zhì)為潤滑脂的成分。

3.7環(huán)境溫度對(duì)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(yùn)轉(zhuǎn)。運(yùn)轉(zhuǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的產(chǎn)塵量測(cè)試結(jié)果如圖11所示。

同時(shí)，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(cè)試結(jié)果如圖12所示。運(yùn)轉(zhuǎn)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(duì)的，離心力的影響也很大。

4.動(dòng)摩擦力矩性能

4.1動(dòng)摩擦力矩測(cè)試方法

軸徑25mm、導(dǎo)程5.08mm，將雙螺母滾珠絲杠內(nèi)封入5ml潤滑脂，將轉(zhuǎn)速逐漸增大至500rpm，在螺母安裝力矩傳感器，進(jìn)而測(cè)試動(dòng)摩擦力矩。

4.2滾珠絲杠動(dòng)摩擦力矩的測(cè)試結(jié)果

LG2潤滑脂與氟素系潤滑脂C的動(dòng)摩擦力矩測(cè)試結(jié)果如圖13所示。與LG2潤滑脂相比機(jī)油粘度約8倍的氟素系潤滑脂C隨著運(yùn)轉(zhuǎn)速度的增加，動(dòng)摩擦力矩顯著增加。然而對(duì)LG2潤滑脂在500rpm下動(dòng)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(shí)驗(yàn)方法

將軸徑14mm、導(dǎo)程5mm的滾珠絲杠內(nèi)封入1.5ml潤滑脂，在轉(zhuǎn)速為2400rpm，軸向載荷為280N的條件下進(jìn)行耐久實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)后的軸向間隙測(cè)量，可以掌握磨損情況。

5.2滾珠絲杠的耐久實(shí)驗(yàn)結(jié)果

封入LG2潤滑脂與氟素系潤滑脂C的滾珠絲杠耐久實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖14所示。氟素系潤滑脂C在滾珠絲杠運(yùn)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(yùn)行3500KM后沒有磨損痕跡，未見任何異常。

5.3直線導(dǎo)軌耐久實(shí)驗(yàn)方法

直線導(dǎo)軌（LS20）的滑塊內(nèi)填滿潤滑脂，施加1.37KN預(yù)緊，以線速度30m/min，行程500mm的條件運(yùn)行。使用推拉力計(jì)測(cè)量動(dòng)摩擦力矩。

5.4直線導(dǎo)軌的耐久實(shí)驗(yàn)結(jié)果

LG2潤滑脂、EA2潤滑脂及氟素系潤滑脂C封入直線導(dǎo)軌進(jìn)行耐久實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如圖15所示。氟素系潤滑脂C在運(yùn)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(yùn)行10000KM后，幾乎沒有發(fā)生磨損，同時(shí)未見剛度問題。

6.防銹性能

6.1防銹實(shí)驗(yàn)方法

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

6.2防銹實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)

(1) LG2潤滑脂通常用于半導(dǎo)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(dǎo)軌，旋轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhuǎn)速的升高、增大，潤滑脂產(chǎn)塵量急劇增大。考慮到低產(chǎn)塵性的維持，LG2的使用溫度界限為70℃

參考文獻(xiàn)

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