(57)【要約】      （修正有）【課題】清浄雰囲気下での使用に適したグリース組成物を提供すること、特に、半導体製造装置等清浄雰囲気下で使用される機械において適用可能な低蒸発性のグリース組成物を提供する。【解決手段】芳香族エステル油を主成分とした基油を含有する清浄雰囲気用グリース組成物である。本発明のグリース組成物の基油は芳香族エステルか、あるいはこれを主成分として含有した混合油である。芳香族エステルは、芳香族化合物にエステル基が結合しているものであり、例えば、芳香族ジカルボン酸エステル、芳香族トリカルボン酸エステル、芳香族テトラカルボン酸エステルの少なくとも一種が好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
芳香族エステル油を主成分とした基油を含有する清浄雰囲気用グリース組成物。
【請求項２】
導電性付与成分が含有されてなる請求項１記載の組成物。
【請求項３】
請求項１又は２記載の組成物を使用した転動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、清浄雰囲気用グリース組成物及びこれを用いた転動装置に係わり、詳しくは、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に要求される清浄雰囲気での使用に適したグリース組成物及びこれを用いた転動装置に関するものである。
【従来の技術】
常温から低温の大気圧で使用される半導製造装置用の転動装置には、鉱油や合成炭化水素を基油とし、リチウム石けんやウレア化合物を増ちょう剤としたグリースが潤滑剤として使用されている。高温もしくは真空状態で使用される転動装置には、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂を増ちょう剤とし、フッ素油を基油としたグリースが使用されている。高真空が必要となる雰囲気の転動装置には、金属をプレーチングした固体潤滑が使用されている。半導体製造装置は静電気の帯電や放電を嫌う場合が多く、したがって、導電性付与剤が添加された導電性グリースが転動装置に使用されている。
【０００２】
例えば、特開２００２−３１０１６８号公報（特許文献１）には、半導体製造装置や液晶製造時の成膜工程のような清浄室内でも使用可能な導電性転がり軸受に、鉱油、合成炭化水素油、エステル油、エーテル油、グリコール油またはアルキルシクロペンタン系油などのシクロペンタン油その他の周知の基油が使用されていることが示されている。
【特許文献１】特開２００２−３１０１６８号公報
【発明が解決しようとする課題】
鉱油や合成炭化水素油を基油としたグリースは大気下で使用可能ではあるが、真空雰囲気では蒸発性が高いために好適ではない。前記特許文献１にて開示された、基油としての鉱油、合成炭化水素油、シクロペンタン油も同様な問題を持っており、半導体製造設備や液晶製造工程の成膜時に使用される清浄雰囲気での使用に適し、かつ導電性のグリースは、特許文献１には開示されていない。なお、特許文献１には、エーテル油が基油として使用できることが記載されているが、芳香族エーテル油については記載されていない。
【０００３】
フッ素油を基油としたグリースは一般にトルクが大きいため余計な動力を必要する。さらに、境界潤滑性に難点があり、転動装置のメンテナンスの周期を比較的短くしなければならない場合が多い。金属プレーチングなどの固体潤滑では、メンテナンス周期はフッ素グリースより短周期で行なう必要がある。また、フッ素グリースや金属プレーチングは非常に高価でもある。
【０００４】
本発明は、清浄雰囲気下での使用に適したグリース組成物を提供することを目的とするものである。本発明の他の目的は、半導体製造装置等清浄雰囲気下で使用される機械において適用可能な低蒸発性のグリース組成物を提供することにある。本発明の他の目的は、低トルク駆動を可能とする清浄雰囲気用グリース組成物を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、転動装置のメンテナンス性を向上させた清浄雰囲気用グリース組成物を提供することにある。さらに本発明の目的は、低蒸発、低漏洩性、かつ長寿命であり、大気圧から真空まで連続的な使用に好適であり、さらに、低コストのグリース組成物を提供することにある。さらに本発明は、清浄雰囲気下で使用でき、かつ導電性に優れることにより半導体製造装置用の転動装置に適用可能なグリースを提供することを目的とする。本発明のさらに他の目的は、これらグリースによって潤滑される転動装置、例えば、転がり軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
本発明者が鋭意検討したところ、芳香族エステル油が既述の目的を達成する上で好適であることを見出した。本発明はこの知見に基づいて得られ、芳香族エステル油を主成分とした基油を含有したグリース組成物及びこれが潤滑剤として使用された転動装置であることを特徴とする。
【０００５】
基油として、低蒸発性、耐久性に優れる芳香族エステルを基油に含有させることにより、大気圧から真空条件下で使用される転動装置に適用でき、かつ長寿のグリース組成物が提供される。
【０００６】
芳香族エステルは、ペンゼン油のような合成炭化水素油やフッ素油に比べ、境界潤滑性に優れ、長寿命でもあり、よってこれをグリース基油とすることにより、長寿命のグリースが得られ、グリース適用装置のメンテナンス周期を延長させることが可能となる。また、フッ素油やペンゼン油に比較してコスト的にも有利である。
【０００７】
本発明のグリース組成物の基油は芳香族エステルか、あるいはこれを主成分として含有した混合油である。芳香族エステルは、芳香族化合物にエステル基が結合しているものであり、例えば、化学式１の芳香族ジカルボン酸エステル、化学式２の芳香族トリカルボン酸エステル、化学式３の芳香族テトラカルボン酸エステルの少なくとも一種が好ましい。
【０００８】
【化１】
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【０００９】
【化２】
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【００１０】
【化３】
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（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、飽和又は不飽和の直鎖又は分岐の炭化水素基であり、互いに同一であっても異なるものであってもよい。これらの炭化水素基としては、その炭素数が４−１４のものが好ましく、またアルキルが好ましい。）
本発明のグリース組成物に使用される芳香族エステル油として好適なものは、グリースの耐熱性、耐酸化性、耐摩擦性を向上し得る点から、芳香族トリカルボン酸エステルである。芳香族トリカルボン酸エステルのなかでも、化学式２で示されるＲの炭素数が６〜１２のものがより好ましい。なお、好適な芳香族トリカルボン酸エステルとして、旭電化工業からは「アデカプルーバー」シリーズ、花王からは「トリメックス」シリーズが市販されている。
【００１１】
本発明のグリース組成物に使用される芳香族エステルとして好適な具体例は、トリメリット酸エステルやピロメリット酸エステルである。特に、耐熱性や低温での流動性の点で、化学式４に示すトリメリット酸エステルが好ましく挙げられる。
【００１２】
【化４】
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このようなトリメリット酸エステルは、市販品を用いることもできる。具体的には、「トリメリックスＴ−０８」、「同Ｎ−０８」（以上、花王株式会社製）、「アデカプルーバーＴ−４５」、「同Ｔ−９０」、「同ＰＴ−５０」、「同ＰＴ−１００」、「ＵＮＩＱＥＭＡ  ＥＭＫＡＲＡＴＥ８１３０」、「同ＥＭＫＡＲＡＴＥ９１３０」、「同ＥＭＫＡＲＡＴＥ８０３０」、「同ＥＭＫＡＲＡＴＥ１３２０」（以上、旭電化工業株式会社製）等が好適に用いられる。化学式５で示されるピロメリット酸エステルは、市販品を用いることもできる。具体的には、「アデカプルーバーＬＸ−１８９１」、「同ＬＸ−１８９２」（以上、旭電化工業株式会社製）等が好適に用いられる。
【００１３】
【化５】
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既述のように、芳香族エステル油に、その効果を損なわない範囲で、公知の基油成分が含有されても良い。例えば、ペンゼン油やエーテル油あるいはシラハイドロカーボン油等との混合油を基油とすることもできる。
【００１４】
芳香族エステルは、基油に主成分として含有される。主成分とは他成分との比較において、含有比率が高いことであり、好適には、芳香族エステル油の含有率は基油の５０質量％である。芳香族エステルを含む基油の４０℃での動粘度の好適値は、３０〜２００ｍｍ２／ｓである。３０ｍｍ２／ｓ未満では蒸発傾向が出て、一方、２００ｍｍ２／ｓを超えるとトルク性能を満足させ難くなる。さらに好ましくは、４５〜１３５ｍｍ２／ｓである。
【００１５】
グリース組成物の混和ちょう度としては２００〜２５０であることが好ましい。混和ちょう度とは日本工業規格（ＪＩＳ）Ｋ２２２０にて測定した値をいう。混和ちょう度が２００未満であると転がり軸受に封入した際にグリース組成物が硬すぎてトルク安定性が十分でなくなり、２５０を超過するとグリース組成物が柔らかすぎて軸受の外部へ漏洩する場合もある。
【００１６】
本発明のグリースが静電気の帯電放電を嫌う箇所に使用される場合には、導電性付与剤、例えばカーボンブラック，カーボンナノチューブ，フラーレン等が添加されることが好適である。これにより、グリース組成物に導電性を付与することができ、静電気の帯電放電を防止できる。カーボンブラックは、各種の導電付与剤のなかでもコスト的に有利である。
【００１７】
転動装置としては、リニアガイドやボールねじ等の直動案内装置や転がり軸受があげられる。本発明の転動装置はそれらに限定されるものではないが、特に転がり軸受が好適である。
【００１８】
増ちょう剤としては、前記混和ちょう度を得られるものであれば、特に制限はないが、トルク安定性、高温性能等を考慮すると、リチウム石けん、リチウム複合石けん、ウレア化合物が好適である。
【００１９】
増ちょう剤の含有量は、前記混和ちょう度が得られる範囲であれば特に制限はないが、通常グリース組成物全体の５〜３５質量％である。５質量％未満であると、増ちょう剤が少なすぎてグリース形成がし難くなってしまう。３５質量％超であると、基油の量が少なくなるため、潤滑性が十分でなくなる可能性がある。
【００２０】
リチウム石けんの具体的例としては、ステアリン酸リチウム、１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムが好適である。ウレア化合物としては、モノアミンとジイソシアネートから合成されるジウレア化合物が好適である。
【００２１】
本発明のグリース組成物には、各種性能を向上させるため、必要に応じ種々の公知の添加剤を混合することを妨げない。例えば、アミノ系、フェノール系、硫黄系、ジチオリン酸亜鉛等の酸化防止剤、石油スルフォン酸塩、カルシウムスルフォネート、ソルビタンエステル等の防錆剤、モリブデン系、リン系の極圧剤、脂肪酸、動植物油等の油性向上剤、ベンゾトリアゾールの金属不活性化剤等が挙げられる。これらは単独、又は２種類以上組み合わせ用いることができる。なお、これらの添加剤の添加量は、本発明の目的を損ない範囲であればよい。
【００２２】
導電性付与剤としてのカーボンブラックは、粒径が２μｍ以下のものが好適である。粒径が２μｍ以上では異物としての影響が大きく、転がり軸受の軌道面や玉を損傷するおそれがある。好ましくは、アクゾ社の「ケッチェンブラックＥＣ」（一次粒径４０ｎｍ）が使用できる。
【００２３】
カーボンブラックの添加量は、特に制限はないが１〜１５質量％が好ましい。１％未満では、導電性や導電安定性が劣る可能性がある。カーボンブラックにも増ちょう性があるので１５質量％を越えると、グリースが硬くなりすぎてしまう．より好ましくは、１質量％以上添加し、上限は増ちょう剤であるリチウム石けんやジウレア化合物の含有率を超えないようにする。これにより、長期に渡る安定した良好な導電性が得られる。
【００２４】
本発明において「清浄雰囲気」とは、基油が雰囲気へ蒸発することが嫌われる環境をいい、例えば、クリーンルームをいう。本発明において「低蒸発性」とは、例えば、基油の蒸発とグリース及びグリース成分の微少粒子としての飛散を含んだ概念である。
【００２５】
【実施例】
表１、２に示す配合割合で、基油、増ちょう剤、添加剤を混合してグリース（実施例／比較例）を作成し、各種試験を行った。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
【表２】
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ＥＭＫＡＲＡＴＥ  ７９３０，８０３０，１０３０の３種を元に調整して、動粘度（＠４０℃）が４６．０ｍｍ２／ｓ，９０．９ｍｍ２／ｓ，１４０．０ｍｍ２／Ｓの芳香族トリカルボン酸エステル１乃至３を得た。
【００２８】
ペンゼン油１は、動粘度が１０６ｍｍ２／Ｓ（４０℃）の合成シクロペンタン油であり、ペンゼン油２は、動粘度が６ｍｍ２／ｓ（４０℃）の合成シクロペンタン油である。カーボンブラックはケッチェンブラックＥＣ（アクゾ製）である。増ちょう剤は、１２−ヒドロキシステアリン酸リチウム（堺化学製）を用いた。すべてのグリースに酸化防止剤（イルガノックスＬ５７チバガイギー社）１％、防錆剤（ＮＡＳＵＬ  ＢＳＮ  ＫＩＮＧ社）０．９％、腐食防止剤（イルガメット３９  チバガイギー社）０．１％を添加した。グリースは、まず、ベースグリースを作成後、添加剤を添加し、さらに減圧下（１Ｔｏｒｒ以下、５０℃）、ニ一ダで４時間撹拝して脱気した。その後、３本ロールミルに３回通して試験グリースとした。
【００２９】
（軸受回転試験）
下記条件で回転試験を行い、試験前後の軸受重量差からグリース漏れ率を求め、以下の区分により評価した。漏れが少ない方が、装置や環境の汚染も少なく清浄雰囲気用に適しており、さらに、グリースの漏れが少ない方が、軸受の回転寿命が長い。
漏れ率０．１質量％未満…◎
漏れ率０．１％以上０．５％未満…○
漏れ率０．５％以上１％未満…△
漏れ率１％以上…×
試験条件試験転がり軸受：６９５ＶＶ（内径５ｍｍ、外径１３ｃｍ、幅５ｍｍ：非接触シール付）
グリース封入量：１２ｍｇ
回転数：１８００ｒｐｍ
予圧荷重：１４．７Ｎ
試験時間：２０時間
時間雰囲気温度：１００℃
（アウトガス評価試験）
図１に示すアウトガス評価装置を用いてアウトガス性を評価した。評価方法は、先ず、密閉ガラス容器３３０に、直径６３．５ｍｍの鋼板３３１とともに、１０ｍＬの試験グリース３３３を入れたシャーレ３３２を収容し、真空圧送機で排気して所定の真空度に維持する。
【００３０】
次いで、密封ガラス容器３３０ごと恒温槽３３５に入れ、１００℃又は１４０℃にて１０日間静置した後、鋼板３３１の表面を目視による観察を行い、油による滲みの有無を確認した。○以上を合格とした。鋼板表面に油の滲み全く無し…◎、鋼板表面に油の滲みが僅かに有り…○、鋼板表面に油の滲み多少有り・・△、鋼板表面に明らかな油の滲み有り…×。
【００３１】
以上の試験結果を表１及び表２に示した。芳香族エステルを主成分として含有する基油からなるグリースは低蒸発性及び低漏洩性であり、清浄雰囲気に使用されるのに適していることが分かる。
【００３２】
（導電性評価試験）
図２には抵抗値測定装置が示されている。図２中、符号１は測定対象の玉軸受を表し、その内１ａに取付けられた軸部材２をモータ３によって回転駆動することによって、軸受１を回転するように構成されている。そして、内輪１ａと一体となっている部材２と外輪１ｂとの間に、定電圧電源４によって所定の定電圧が印加されるともに、当該定電圧電源４と並列に抵抗測定装置５が接続されている。抵抗測定装置５は、測定した電圧値（アナログ値）をＡ／Ｄ変換回路６に出力する。Ａ／Ｄ変換回路６は、予め設定されたサンプリング周期でデジタル値に変換し、変換したデジタル信号を演算処理装置７に出力する。
【００３３】
本実施形態では、サンプリング周期として５０ｋＨｚ（サンプリング時間間隔＝０．０２ｍｓ）に設定してある。演算処理装置７は最大抵抗値演算部７Ａと閾値処理部７Ｂと、波数カウント部７Ｃとを備える。大抵抗値演算部７Ａは、入力したデジタル信号に基づき最大抵抗値を演算する。閾値処理部７Ｂは、入力したデジタル信号について所定閾値で閾値処理を行い、雑音を除去する。
【００３４】
波数カウント部７は、閾値処理部７Ｂからのパルスカウントについて、経時的なパルス値の増減変化によって、所定時間単位毎の変動回数つまり波山の波数をカウントし、その位時間当たりの波数の平均値を求める。また演算処理装置７は、求めた最大抵値及び単位時間当たりの波数の平均値を表示装置８に出力する。
【００３５】
本実施形態では、上記波数をカウントする単位時間を０．３２８秒に設定してある。表示装置８はディスプレイなどから構成され、演処理装置７が求めた最大抵抗値及び単位時間当たりの波数の平均値を表示する。
【００３６】
次に、上記構成の装置を使用した、玉軸受１の抵抗値評価の方法について説明する。モータ３を駆動して軸部材２つまり内輪１ａを所定回速度で回転させた状態で、定電圧電源４から軸受１の内外輪１ａ、１Ｂ間に所定定電圧を印加する。このとき、内外輪１ａ、１ｂ間に電流が流れるが、スパークによって電圧が変動する。
【００３７】
その電圧が抵抗測定装置５で測定され、続いてＡ／Ｄ変換回路６によってデジタル値に変換され、そのデジタル信号に基づいて、演算理装置７が、最大抵抗値及び所定単位時間当たりの波数を求め、その値が表示装置８に表示される。
【００３８】
実施例８のグリースを２５０ｍｇ封入した軸受（型番６０８、内径８ｍｍ、外径２２ｍｍ、幅７ｍｍ）を用意し、上記構成の装置を使用して、回転中の内外輪１ａ、１Ｂ間の抵抗値（最大値）を２００時間毎に測定した。測定条件を以下に示す。
軸部材２の回転数：１５０ｒｐｍ
軸受１に与えるラジアル荷重（Ｆｒ）：１９．６Ｎ
回転時間：１０００時間
印加電圧：６．２Ｖ
最大電流：１００μＡ
雰囲気温度：２５℃
雰囲気湿度：５０％ＲＨ
そして、サンプリング周期は５０ｋＨｚ、０．３２８秒で行った。結果を図３に示した。１０００時間経過しても実施例のグリースは安定した導電性を保っていることが分かる。１０００時間後の抵抗値が１００キロオーム以下であれば、軸受を通して接地をすることにより、静電気の帯電放電を効果的に防止できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、グリースの基油に芳香族エステルが主成分として含有されているために、グリース組成物を清浄雰囲気下で使用することが可能となる。さらに、導電性付与成分が含有されることにより、半導体製造装置用の転動装置に使用可能なグリース組成物を提供することができる。さらに、これらグリース組成物を転動装置の潤滑剤として使用することにより、清浄雰囲気下での使用に好適な転動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アウトガス評価装置の概要を示す斜視図。
【図２】導電性評価装置の概要を示す機能ブロック図。
【図３】グリース組成物が適用された玉軸受の導電性特性図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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