1.前言
近年來信息產業得到驚人的發展，半導體、液晶制造行業的滾珠絲杠、直線導軌和軸承的使用量急劇增加。在這些產品的制造設備中滾珠絲杠和軸承在運轉時潤滑脂會出現飛濺，如附著到晶體片產品上的話，就是使產品失去價值，因此需要開發新型清潔用潤滑脂的要求越來越強烈。
現在不僅僅在真空環境，常壓環境下使用的半導體、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，并且幾乎不配合防銹劑使用。
因此以下問題屢次被提出。
- (1) 摩擦力矩大，成為發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，短時間內會發生磨損。
- (3) 庫存品有生銹現象。
在此，NSK為了改善這些問題，開發了低產塵量、耐磨損，耐蝕性俱佳，且兼備低摩擦力矩的LG2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了低產塵性。
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.產塵性能
3.1產塵量的測量方式和測量方法
滾珠絲杠的產塵量測量裝置如圖1所示，旋轉軸承的產塵量測定裝置如圖2所示。滾珠絲杠使用聯軸器直接驅動，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，隨著軸承的旋轉產生的粒子像滾珠絲杠產生的一樣通過粒子計數器進行測試。
3.2來自于滾珠絲杠的潤滑脂產塵量
LG2潤滑脂與市售的潤滑脂產塵量的比較如圖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塵量更多。氟系潤滑脂C、F系列在市售的潤滑脂中產塵量較少，但隨著使用時間增加也有產塵量增加的趨勢。與之相對的，LG2潤滑脂隨著運行時間的增加，產塵量依舊很少。增稠劑較多的潤滑脂更具有難以產塵的趨勢。
滾珠絲杠在裝配、未裝配密封圈的條件下的產塵量如圖4所示。裝配密封圈時，產塵量減少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塵量
LG2潤滑脂與氟素潤滑脂C的產塵量比較如圖5所示，與滾珠絲杠相比具有很大的產塵性能差異，LG2展示了極好的結果。
3.4來自滾動軸承的發塵量
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下運轉的潤滑脂產塵量如圖6所示。與市售潤滑脂相比，LG2顯示出良好的低產塵量。在市售的潤滑脂中，酸性油-鋰基潤滑脂B產塵量格外多，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塵量，但再經過一段時間的運轉后產塵量急劇增大。
3.5產塵粒子的尺寸分布
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塵量隨之減少。所以產塵量的差異主要取決于小徑粒子的形成。
3.6產塵物質的鑒定
關于在球軸承695W實驗中產塵量最多的酸性油-鋰基潤滑脂，進行了產塵物質的調查。圖9顯示了產塵物質的紅外線吸收光譜。在粒子計數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，所以產塵物質為潤滑脂的成分。
3.7環境溫度對產塵及影響
LG2潤滑脂與易產塵的酸性油-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分鐘后產塵量如圖10所示。隨著兩者的溫度上升產塵量急劇上升。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量增加。不僅僅要考慮潤滑性，低產塵性的維持也要考慮，所以環境溫度為70度為使用臨界溫度。
3.8運轉速度的產塵及其影響
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塵量測試結果如圖11所示。
同時，封入氟素系潤滑脂F的滾珠絲杠在速度為100～1760rpm之間的產塵量的測試結果如圖12所示。運轉速度增大1倍，全部潤滑脂的產塵量均增大10倍。與潤滑脂產塵量相對的，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后出現磨損，軸向出現約為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后出現大量磨損，5000KM后端蓋出現破損。然而LG2、EA2潤滑脂在運行10000KM后，幾乎沒有發生磨損，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塵量更少，具有優異的耐磨損性、低摩擦力矩、耐蝕性。
(3) 產塵物質是潤滑脂成分，尺寸越小粒子越多。潤滑脂的產塵量差主要取決于由于小尺寸產塵粒子的生成難易程度。
(4) 隨著環境溫度、轉速的升高、增大，潤滑脂產塵量急劇增大。考慮到低產塵性的維持，LG2的使用溫度界限為70℃
參考文獻
1)三宅正二郎: “清潔環境用軸承”，精密工學會雜志，57(4)27 (1991)