CN102027102A - 高速轴承用润滑脂 - Google Patents

Abstract

本发明提供：充分对应于dmN值170万以上的高速旋转，工作机械的小型化及运行经费的降低成为可能的高速轴承用润滑脂。在以脲类化合物作为增稠剂的脲润滑脂中，配合分子内具有酰胺键的复合酰胺锂皂作为增稠剂的非脲润滑脂而成的高速轴承用润滑脂，上述脲类化合物是多异氰酸酯成分与单胺成分反应得到的，该单胺成分是相对全部单胺含有脂肪族单胺46摩尔％以上的单胺成分。

Description

高速轴承用润滑脂

技术领域

本发明涉及支承工作机械主轴(Spindle)等高速旋转轴的滚动轴承中使用的高速轴承用润滑脂。

背景技术

工作机械的主轴，为了提高加工效率，优选高速旋转的主轴，在该轴承中采用各种润滑技术。作为适于高速旋转主轴的润滑方法，例如，已知有油雾润滑、空气油雾润滑、喷射润滑等方法。然而，这些润滑方法，必需有压缩空气或给油装置等附属设备，这是工作机械的原始成本及运行成本升高的原因之一。反之，润滑脂润滑，由于维修的必要性少，可以说是优选的润滑方法。例如，作为支承以2000～8000rpm或其以上的高速旋转的旋转轴的高速滚动轴承，可以举出支承工作机械主轴(Spindle)等用的角接触球轴承或圆筒状滚动轴承等。

如图2所示，角接触球轴承11，除径向负重外，可以从一方向加以轴向负重，连结钢球14与内轮12及外轮13接触点的直线，对径向具有角度(接触角)α。在内轮12及外轮13与钢球14形成的轴承空间中封入润滑脂。作为这种角接触球轴承，或圆筒状滚动轴承等构成的高速滚动轴承中使用的润滑脂，采用不必进行给油等维修、不污染周围环境、稠度可调节的润滑脂是优选的。

下面，把主轴用滚动轴承等高速轴承用润滑脂要求的润滑特性与问题点加以汇总示出。

(a)为了有限延长长寿命性滚动轴承的润滑寿命，如下列(i)～(iii)所述，必需达到：润滑剂(润滑脂或其基油)难以从滚动轴承泄漏，以及润滑脂的耐热性优良，以及可形成润滑所心要的油膜厚度。

(i)当滚动轴承高速运行时，通过离心力，如滚动轴承内的润滑脂或润滑脂向轴承外部流出，或润滑脂中的基油被分离流出，则难以在对润滑贡献大的滚道面附近停留，易形成润滑不良。为了防止这种情况发生，在滚动轴承上对应安装密封板等密封部件，但当因轴承的结构而不能安装时，则即使安装密封部件也有时不能完全密封润滑剂或润滑脂。

有人认为，当为不高速运行的滚动轴承时，通过滚动体或保持器的运动，从摩擦部分挤出的多余润滑脂，通过旋转条件，轴承内部产生的某种程度回流，再度有助于润滑。然而，在处于高速旋转的工作机械等旋转轴支承用滚动轴承中，由于轴承内部发生的风压妨碍该回流而易引起润滑不良。因此，采用高速旋转的滚动轴承时，仅少量润滑脂有助于润滑，故润滑脂的性质特别重要。另外，高速轴承用润滑脂，必需是即使少量润滑脂也可保持润滑性能。

(ii)当运行条件高速化时，轴承的滚道面局部发热达到高温，此时，耐热性差的润滑脂发生热老化，润滑脂的寿命显著缩短。针对该问题，尝试使用有耐热性的增稠剂或基油，或添加抗氧剂。但是，这种尝试仍未使耐久性充分提高。

(iii)使润滑性(油膜厚度)提高的现有润滑脂，当基油粘度提高时，剪断摩擦阻力上升，旋转力矩增加，发热量增大，为了抑制它们，基油粘度要抑制在低值。因此，在伴随着高速运行而温度上升时，处于低粘度的润滑油油膜变薄，往往引起滑动摩耗。

(b)关于低力矩性(温度上升的抑制性)，现有的高速轴承用润滑脂，如上所述，基油粘度要抑制在低值，但存在的问题是，当轴承在高速旋转时，因温度上升而粘度显著降低，不能形成润滑所必要厚度的油膜。

(c)关于低振动性，有时取决于润滑脂的增调剂的种类而使轴承的振动增大。即，采用含有形成大而硬的凝聚体的增稠剂的润滑脂进行润滑的滚动轴承的振动加大。

因此，现有的润滑脂，当在高速滚动轴承中使用时，产生轴承的长寿命性、低力矩性及低振动性等所要物性无法满足的问题。作为对策，有提出配合脲化合物的润滑脂(参照专利文献1～专利文献3)，但用于得到更高速性能还是不能充分满足。

例如，专利文献3公开：含有40℃的运动粘度为15mm²/sec以上40mm²/sec以下的基油、与含量占润滑脂组合物9质量％以上14质量％以下的二脲化合物的增调剂，混合稠度为220以上320以下的润滑脂组合物。然而，即使在上述润滑脂组合物中，仍难以减少润滑脂的封入量，不能充分对应轴承的高速旋转，工作机械的小型化或运行经费的削减困难。

另外，近年来，各种滚动轴承的使用状态变得严酷，节距圆直径dm(mm)与转数N(rpm)的乘积dmN值在170万以上的高速旋转时使用的主轴用滚动轴承等也在增多。伴随着这种轴承旋转速度的高速化，采用现有的润滑脂，难以全部满足轴承所要求的性能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2000-169872号公报

专利文献2：特开2003-83341号公报

专利文献3：特开2006-29473号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明是针对该问题提出的，本发明的目的是提供：即使少的润滑脂封入量，也可以充分对应于，例如节距圆直径dm(mm)与转数N(rpm)的乘积dmN值在170万以上的高速旋转，工作机械的小型化及运行经费的削减可能的高速轴承用润滑脂。

用于解决课题的手段

本发明的高速轴承用润滑脂，其是在以脲类化合物作为增稠剂的脲润滑脂中，配合分子内具有酰胺键的复合酰胺锂皂作为增稠剂的非脲润滑脂而构成的高速轴承用润滑脂，其特征在于，上述脲类化合物是多异氰酸酯成分与单胺成分反应得到的，该单胺成分是相对全部单胺含有脂肪族单胺46摩尔％以上的单胺成分。

上述非脲润滑脂，其特征在于，相对上述全部润滑脂的配合比为10重量％～80重量％。

上述复合酰胺锂皂，其特征在于，相对上述全部非脲润滑脂的配合比为3重量％～40重量％。

上述脲润滑脂及上述非脲润滑脂中使用的基油，其特征在于为40℃的运动粘度在10mm²/sec～40mm²/sec的基油。

上述脲润滑脂及上述非脲润滑脂中使用的基油，其特征在于，为选自合成烃油、酯油及烷基二苯醚油的至少1种。

上述高速轴承用润滑脂，其特征在于，作为添加剂添加选自有机钼化合物及有机锌化合物的至少1种。

上述多异氰酸酯成分，其特征在于，为芳香族二异氰酸酯。特别是，其特征在于，上述芳香族二异氰酸酯为4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯。

上述脂肪族单胺，其特征在于，为辛胺。

上述分子内具有酰胺键的复合酰胺锂皂，其特征在于，为N烷基取代的单酰胺酸的锂盐。特别是，其特征在于，上述N烷基取代的单酰胺酸的锂盐为由下式(1)表示的锂盐：

发明效果

本发明的高速轴承用润滑脂，其是在以规定的脲类化合物作为增稠剂的脲润滑脂中，配合分子内具有酰胺键的复合酰胺锂皂作为增稠剂的非脲润滑脂而成的，即使润滑脂的封入量少，也能保持封入该润滑脂的滚动轴承的耐负荷性又能在高速旋转下对轨道面的油供给能力优良。

构成脲类化合物的单胺成分，由于相对全部单胺含有脂肪族单胺46摩尔％以上，针对高速下的剪切力，增稠剂不容易破坏，通过增稠剂纤维的毛细管现象向滚道面稳定供给润滑脂中的油分。

附图说明

图1为本发明的封入了高速轴承用润滑脂的角接触球轴承的纵断面图。

图2为角接触球轴承的断面图。

符号的说明

1、11  角接触球轴承

2、12  内轮

3、13  外轮

4、14  滚动体(钢球)

5      保持器

6      密封部件

7      润滑脂槽

8      润滑脂

具体实施方式

作为本发明的封入了高速轴承用润滑脂的高速轴承之一例，可以举出图1所示的角接触球轴承。图1为本发明的封入了高速轴承用润滑脂的角接触球轴承的纵断面图。

该角接触球轴承1是，如图1所示，在内轮2与外轮3之间，采用保持器5保持滚动体4的轴承空间，用外轮3的内周面上设置的止动沟上固定的密封部件6加以密封的轴承。本发明的高速轴承用润滑脂8，在由内轮2与外轮3与滚动体4形成的轴承空间内，至少在滚动体4的周围封入。角接触球轴承1中，在外轮3的内径面上形成圆周沟状的润滑脂槽7，物理性地防止润滑脂的泄漏。连结滚动体4与内轮2及外轮3的接触点的直线相对径向有接触角β，可以在径向负重与一方向的轴向负重。另外，滚动体4也可用氮化硅或碳化硅等陶瓷制造。

本发明的高速轴承用润滑脂，在封入轴承时，封入轴承空隙部容积的1体积％以上、小于10体积％的量是优选的。当小于1体积％时，润滑所必需的润滑脂量不足而枯竭，耐久性恶化。当在10体积％以上时，通过搅拌因力矩增加而发热，耐久性不能提高，另外，成本增加，环境上也不优选。

作为可以封入本发明的高速轴承用润滑脂的高速轴承，除图1所示的角接触球轴承外，还可以举出深槽球轴承、圆筒滚珠轴承、圆形滚珠轴承、自动调心滚珠轴承、针状滚珠轴承、推力圆筒滚珠轴承、推力圆锥形滚珠轴承、推力针状滚珠轴承、推力自动调心滚珠轴承等。

在本发明中，脲润滑脂及非脲润滑脂中可以使用的基油，优选采用40℃的运动粘度(下面仅用运动粘度表示)为10～40mm²/sec的润滑油。特别是运动粘度为18～30mm²/sec的润滑油是更优选的。当运动粘度小于10mm²/sec时，粘度过低，得不到充分的耐负重性。另外，当运动粘度大于40mm²/sec时，伴随着高速旋转，向轨道面供油不足，过早达到轴承寿命。

作为上述脲润滑脂及非脲润滑脂的基油种类，可以举出合成烃油、酯油、烷基二苯醚油、矿物油、GTL油等。这些基油可单独使用或2种以上组合使用。其中，使用合成烃油、酯油及烷基二苯醚油是优选的。

另外，合成烃油、酯油、烷基二苯醚油，各自的运动粘度为10～40mm²/sec是优选的。当制成处于该范围的混合油时，运动粘度的范围也可以是上述10～40mm²/sec。作为混合油，以合成烃油作为必需成分是优选的，另外，合成烃油比酯油或烷基二苯醚油以重量比例计为相同重量或更高是优选的。

作为合成烃油，例如，可以举出正石蜡油、异石蜡油、聚异戊二烯、聚异丁烯、1-癸烯低聚物、1-癸烯与乙烯共低聚物等聚-α-烯烃等。

作为酯油，例如，可以举出癸二酸二丁酯、二-2-乙基癸二酸己酯、己二酸二辛酯、己二酸二异癸酯、二(己二酸三癸酯)、二(酒石酸三癸酯)、甲基·乙酰基二壬酯等二酯油，三苯六酸三辛酯、三苯六酸三癸酯、焦苯四酸三辛酯等芳香族酯油，三羟甲基丙烷辛酸酯、三羟甲基丙烷壬酸酯、季戊四醇-2-乙基己酸酯、季戊四醇壬酸酯等多元醇酯油，碳酸酯油等。

作为烷基二苯醚油，可以举出一烷基二苯醚、二烷基二苯醚、多烷基二苯醚等。

作为矿物油，把从原油得到的润滑油，通过减压蒸馏、油剂脱砾石、溶剂提取、氢解、溶剂脱蜡、硫酸洗涤、白土精制、氢化精制等加以精制后使用。

本发明中的脲润滑脂，是往上述基油中配合作为增稠剂的脲类化合物而成的润滑脂。本发明中使用的脲类化合物(脲类增稠剂)，是多异氰酸酯成分与单胺成分反应得到的。

作为上述多异氰酸酯成分，可以举出亚苯基二异氰酸酯、亚甲苯基二异氰酸酯、二苯基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、八癸烷二异氰酸酯、癸烷二异氰酸酯、己烷二异氰酸酯等。其中，芳香族二异氰酸酯是优选的。另外，可以使用二胺与对该二胺的摩尔比过剩的二异氰酸酯反应得到的多异氰酸酯。作为二胺，可以举出乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺、辛二胺、亚苯基二胺、甲苯基二胺、二甲苯基二胺、二氨基二苯基甲烷等。

上述单胺成分，脂肪族单胺相对全部单胺含有46摩尔％以上，优选含有脂肪族单胺80摩尔％以上的单胺成分。通过含有46摩尔％以上，增稠剂的剪切稳定性强，即使在高速下也不容易破坏，通过增稠剂的毛细管现象，润滑剂中的基油可供给滚道部。作为构成上述单胺成分的脂肪族单胺以外的单胺，可以举出脂环式单胺、芳香族单胺。

作为脂肪族单胺，可以举出己胺、辛胺、癸胺、十二胺、十六胺、十八胺、硬脂胺、油胺，其中，辛胺是优选的。作为脂环式单胺。可以举出环己胺等。作为芳香族单胺，可以举出苯胺、对-甲苯胺，其中，采用苯胺是优选的。

本发明中的脲类增稠剂，相对全部脲润滑脂以3～20重量％的比例配合是优选的。特别是5～16重量％的配合量是优选的。当配合量小于3重量％时，基油的保持能力不充分，特别是在旋转初期，一时大量油分发生分离，引起润滑脂泄漏，轴承的耐久寿命缩短。另外，当配合量大于20重量％时，基油的量相对变少，油供给性不充分，早期引起润滑不足，同样轴承的耐久寿命变短。

本发明中的非脲类润滑脂，是不含脲类化合物，上述基油中配合作为增稠剂的复合酰胺锂皂而成的金属复合皂类润滑脂。

本发明中使用的复合酰胺锂皂，是从脂肪族二羧酸、脂肪族单胺、氢氧化锂等合成的，特别是分子内具有酰胺键的复合酰胺锂皂。以复合酰胺锂皂作为增稠剂的非脲类润滑脂的市售商品，可以举出协同油脂社制造的パルマツクスRBG。

本发明中的复合酰胺锂皂，相对全部非脲类润滑脂，以3～40重量％的比例配合是优选的。当配合量小于3重量％时，润滑脂为软质，通过剪切，易从轴承泄漏。另外，当配合量大于40重量％时，润滑脂中的油分少，油供给性有变差的担心。

本发明的高速轴承用润滑脂中的非脲润滑脂，相对润滑脂总量以10～80重量％的比例配合是优选的。特别是达到20～50重量％的配合量是优选的。作为非脲润滑脂，当配合量小于10重量％时，向滚道部的油供给性变差。另外，当配合量大于80重量％时，在高速下增稠剂的纤维易被破坏，基油不能通过增稠剂的毛细管现象供给滚道部。

另外，在本发明中，在脲润滑脂与非脲润滑脂的混合润滑脂中，可根据需要含有公知的润滑脂用添加剂。作为此添加剂，例如，可以举出有机锌化合物、胺类、酚类化合物等抗氧剂，苯并三唑等金属钝化剂，聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯等粘度指数提高剂，二硫化钼、石墨等固体润滑剂，金属硫酸盐、多元醇酯等防锈剂，有机钼化合物等摩擦降低剂，酯、醇等油性剂，磷类化合物等摩耗防止剂等。这些可单独使用或2种以上组合添加。

这些添加剂中，有机锌化合物与有机钼化合物，耐高压性优良，即使在向滚道面供油不足的状态下也具有防止烧结的效果。

这些添加剂的含量，个别的相对润滑脂总量达到0.05重量％以上，全部添加剂量相对润滑脂总量达到0.15～10重量％的范围是优选的。特别是当合计量大于10重量％时，不可期待伴随着含量增加的效果，或者，其他成分的含量相对变少，这些添加剂在润滑脂中发生凝聚，还招致力矩上升等不理想的现象发生。

实施例

下面举出实施例，进一步说明本发明，但本发明又不受其任何限定。

<脲润滑脂的配制>

脲润滑脂U1～U7

在表1所示基油的半量中，以表1所示的比例溶解4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(日本ポリウレタン工业社制造的ミリオネ-トMT，下面用MDI表示)，在剩余的半量基油中溶解单胺达到MDI的2倍当量。各种配合比例及种类示于表1。边搅拌溶解了MDI的溶液边添加溶解了单胺的溶液后，于100℃～120℃连续搅拌30分钟使反应，得到在基油中生成二脲化合物的脲润滑脂试样。

<非脲润滑脂的配制>

非脲润滑脂NU1～NU4

在表1所示基油中，作为增稠剂，配合含复合酰胺锂皂的混合物(N烷基取代的单酰胺酸锂盐(参照下式(1)、二元酸的锂盐、与N烷基取代的二酰胺的混合物)，得到非脲润滑脂试样。各种配合比例及种类如表1所示。

[表1]

1)新日铁化学社制：シンフル一ド601(40℃时的运动粘度30mm²/sec)

2)千叶特殊品化学社制：レオル一ブDOS(40℃时的运动粘度12mm²/sec)

3)松村石油研究所制：モレスコハイル一ブLB15(40℃时的运动粘度15mm²/sec)

4)バラフイン系(40℃时的运动粘度30.7mm²/sec)

5)日本聚氨酯工业社制：ミリオネ一トMT

6)N烷基取代单酰胺酸锂盐、二元酸锂盐、N烷基取代二酰胺的混合物

实施例1～实施例12

把上述脲润滑脂与非脲润滑脂按表2所示的比例进行混合，得到润滑脂试样。还有，在实施例11中，把二硫代磷酸锌及二硫代碳酸钼，相对上述脲润滑脂与非脲润滑脂的混合润滑脂100重量％，分别添加2重量％。把得到的润滑脂试样供给下列离心油分离试验及采用深槽球轴承(6204)的常温高速润滑脂试验，测定离心分离油度及润滑脂寿命时间。实施例1、实施例4、实施例6、实施例9、实施例11及实施例12，采用下列角接触球轴承实施常温高速润滑脂试验。这些测定结果一并示于表2。

<离心油分离试验>

采用离心分离机，把50g润滑脂放入离心分离管，于40℃用23000G加速度施加7小时的离心分离油度依下式求出。当离心分离油度达到20重量％时，油的供给能力充分。

(离心分离油度、重量％)＝(1-试验前的增稠剂浓度/试验后的增稠剂浓度)×100

<常温高速润滑脂试验一深槽球轴承(6204)>

往深槽球轴承(6204)中，把润滑脂试样以滚道面为目标封入0.14g(轴承全部空间容积的约3体积％)，进行非接触密封，制成试验轴承。在试验轴承上，施加轴向负重670N与径向负重67N，于常温环境下，以15000rpm的旋转速度加以旋旋，把达到烧结的时间作为润滑脂寿命时间加以测定。在该试验中，润滑脂寿命时间达到1000小时以上，耐久性优良。在该耐久试验中，轴承的节矩圆直径(mm)与旋转数(rpm)的乘积dmN值为52万。

<常温高速润滑脂试验-角接触球轴承>

角接触球轴承(外径150mm×内径100mm，内外轮SUJ 2，滚动体13/32英寸氮化硅球)，把润滑脂试样以滚道面为目标封入3.0g(轴承全部空间容积的约10体积％)，进行非接触密封，制成试验轴承。该试验轴承，在加压1.8GPa下，采用外筒冷却把轴承加以冷却，把轴承外轮边保持在50℃以下，边以14500rpm的旋转速度加以旋旋，把达到烧结的时间作为润滑脂寿命时间加以测定。在该耐久试验中，轴承的节矩圆直径(mm)与旋转数(rpm)的乘积dmN值为185万。

比较例1～比较例10

把表2所示的脲润滑脂或非脲润滑脂作为润滑脂试样。对该润滑脂试样，测定与实施例1同样的项目。比较例1及比较例7，采用上述角接触球轴承实施常温高速润滑脂试验。这些测定结果一并示于表2。

[表2]

1)二硫代磷酸锌(アデカ社制：キクル一ブZ112)

2)单丁烷二硫代碳酸酯(アデカ社制：キクル一ブ165)

如表2所示，本发明的润滑脂，已知优选(1)配合了脲润滑脂与非脲润滑脂的润滑脂，脲润滑脂的增稠剂为多异氰酸酯成分与单胺成分反应得到的，单胺成分是相对全部单胺含有脂肪族单胺46摩尔％以上的单胺成分，(2)以复合酰胺皂作为增稠剂的非脲润滑脂相对全部润滑脂的配合比在10～80重量％，(3)基油的运动粘度为10～40mm²/sec。

产业上利用的可能性

本发明的高速轴承用润滑脂，是所定的脲润滑脂，与以复合酰胺锂皂作为增稠剂的非脲润滑脂加以配合的润滑脂，故可以提高高速旋转下的轴承耐久寿命。因此，作为车床、钻床、镗床、铣床、切削床、研磨床、超精加工床、抛光床等在高速下滑动、旋转的工作机械的主轴支承部中安装的滚动轴承里封入的高速轴承用润滑脂是合适的。然而，与油空气润滑法等连续供给润滑油的方式不同，由于封入润滑脂后使用，故运行成本的降低、节省空间也是可能的。

Claims (11)

1.高速轴承用润滑脂，其是在以脲类化合物作为增稠剂的脲润滑脂中，配合分子内具有酰胺键的复合酰胺锂皂作为增稠剂的非脲润滑脂而成的高速轴承用润滑脂，其特征在于，上述脲类化合物是多异氰酸酯成分与单胺成分反应得到的，该单胺成分为相对全部单胺含有脂肪族单胺46摩尔％以上的单胺成分。

2.按照权利要求1所述的高速轴承用润滑脂，其特征在于，上述非脲润滑脂，相对上述全部润滑脂的配合比为10～80重量％。

3.按照权利要求1所述的高速轴承用润滑脂，其特征在于，上述复合酰胺锂皂，相对上述全部非脲润滑脂的配合比为3～40重量％。

4.按照权利要求1所述的高速轴承用润滑脂，其特征在于，上述脲润滑脂及上述非脲润滑脂中使用的基油是40℃的运动粘度为10～40mm²/sec的基油。

5.按照权利要求1所述的高速轴承用润滑脂，其特征在于，上述脲润滑脂及上述非脲润滑脂中使用的基油是选自合成烃油、酯油及烷基二苯醚油的至少1种油。

6.按照权利要求1所述的高速轴承用润滑脂，其特征在于，上述高速轴承用润滑脂添加了选自有机钼化合物及有机锌化合物的至少1种作为添加剂。

7.按照权利要求1所述的高速轴承用润滑脂，其特征在于，上述多异氰酸酯成分为芳香族二异氰酸酯。

8.按照权利要求7所述的高速轴承用润滑脂，其特征在于，上述芳香族二异氰酸酯为4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯。

9.按照权利要求1所述的高速轴承用润滑脂，其特征在于，上述脂肪族单胺为辛胺。

10.按照权利要求1所述的高速轴承用润滑脂，其特征在于，上述分子内具有酰胺键的复合酰胺锂皂为N烷基取代单酰胺酸的锂盐。

11.按照权利要求10所述的高速轴承用润滑脂，其特征在于，上述N烷基取代单酰胺酸的锂盐为由下式(1)表示的锂盐：

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