CN1307293C - 导电的润滑脂 - Google Patents

Abstract

公开了一种随着时间的推移导电性几乎不降低的导电润滑脂，其包括基础油、增稠剂、导电的固体粉末、至少一种磨损抑制剂、极压剂和油质剂，其中该导电固体粉末的添加量为0.1～10重量%，至少一种磨损抑制剂、极压剂和油质剂的添加量为0.1～10重量%。还公开了在高温下使用良好的滚珠轴承，包括一个内座圈和一个外座圈，以及在两个座圈之间自由旋转的多个滚珠，该导电润滑脂装填在这两个座圈之间所限定的空间中并将所述的很多滚珠固定于其中。

Description

导电的润滑脂

本申请是2001年11月29日提交的、申请号为01142511.3的国家申请的分案申请。

                           技术领域

本发明涉及一种导电的润滑脂，特别是那种导电性几乎不随时间的推移而降低的导电润滑脂。

本发明又涉及一种具有优异导电性并且该导电性几乎不随时间的推移而降低的导电润滑脂，特别是那种适用于各种滚动轴承同时降低内座圈与外座圈之间电阻的导电润滑脂。

本发明还涉及一种滚动轴承，如滚针轴承，特别是那种利用具有导电性的润滑脂作为润滑剂的滚动轴承。

本发明还进一步涉及一种外座圈与内座圈之间处于导电条件下滚动轴承，特别是那种很好地用于办公机械或信息设备如复印机、激光打印机或其它设备(硒鼓(sensitive drum)(固定件)，热辊支架)中高温部分的滚动轴承。

                               背景技术

在一般的信息设备中，例如在复印机中，可移动部件使用很多滚动轴承。在旋转过程中，滚道表面与滚动轴承的滚动件之间形成一层油膜，在二者之间提供一种非接触。在滚动轴承中，由于伴随旋转产生静电，因此可能引起这样的麻烦，即辐射噪声对复印机的拷贝图像造成失真和其它坏的影响。

为了防止这种麻烦，现有技术采取一种措施，即将导电的润滑脂装填在滚动轴承中，使内外轴承座圈和滚动件导电，并将内外轴承座圈之一接地，以除去滚动轴承的静电。

这一问题将参照附图中的图24进行解释。

图24的滚珠轴承121包括外座圈122，内座圈123，可旋转地排列于外座圈122与内座圈123之间的很多滚珠124，固定该很多滚珠124的笼(支

两个座圈122、123的滚道表面122a、123a与滚珠124之间的接触面被导电润滑脂127润滑，同时使外座圈122、内座圈123和滚珠124导电。此外，使外座圈122或内座圈123通过信息设备，如通过使用滚珠轴承121的复印机接地(未示出)，从而消除因滚珠轴承121的旋转而产生的静电。

举例来说，普通的导电润滑脂是添加了炭黑增稠剂和导电添加剂(见JP-B-63-24038)的润滑脂，这种导电润滑脂在使用期开始时具有优异的导电性(本文中所使用的术语“JP-B”是指已经审查过的日本专利申请)。

然而，使用炭黑的常规导电润滑脂的问题在于，在开始时具有优异的导电性，但随着时间的推移，导电性下降。

简而言之，尽管装填了导电润滑脂的滚动轴承在开始时(内外滚道表面和滚动件是导电的)具有优异的导电性，但是随着时间的推移导电性下降，因此滚动轴承的内外座圈之间的电阻值变得更大。(下文中称之为“轴承电阻值”)

迄今为止，一直以为这种现象的原因如下。导电润滑脂在开始时充分地存在于滚动件与滚动轴承座圈的滚道表面之间，并且导电润滑脂中的炭黑维持着滚道表面与滚动件之间的导电性，但是由于滚道表面与滚动件之间的相对运动，导电润滑脂被逐出接触面，另外，炭黑颗粒的链结构也被打破。因而，发生了导电性下降的问题，并且随着时间的推移，轴承电阻值变得越来越大。

而且，已经认识到，从接触面排出的导电润滑脂难于再次进入接触面，因为这类润滑脂的工作针入度低，而且导电添加剂是不溶于基础油的精细颗粒。

同时还认识到，从接触面排出的导电润滑脂难于再次进入接触面，因为导电添加剂是不溶于基础油的精细颗粒。

JP-A-1-307516公开了一种防止润滑脂导电性随时间的推移而降低的方法，即限制工作针入度和软化导电润滑脂以避免润滑脂硬化。(本文中所使用的术语“JP-A”是指未审查但已公开的日本专利申请)。如果单独用炭黑作为导电的精细粉末，则其作为增稠剂的能力赶不上公知的金属皂或脲化合物增稠剂，而且所得润滑脂的油分离度超过2％。

但是，本发明人进行了认真的研究并认识到，导电性(电阻值)随时间的推移而产生的变化是由下述因素造成的。

用含炭黑的常规导电润滑脂装填的滚动轴承(内径：8mm，外径：22mm，宽度：7mm的滚珠轴承)进行滚动试验(径向载荷：19.6N，转速：150rpm(min^-1)，旋转时间：500小时，试验温度：25℃)，旋转试验之后，用扫描型电子显微镜(SEM)和能量扩散分光仪(EDS)对该滚动轴承的滚道表面进行研究。作为实例，图13给出了内座圈滚道的SEM图像，而图14给出了EDS测量的曲线图。

由图13的SEM图像可以看出，在开始时内座圈滚道面中的基础面消失并出现磨损，从中认出滚道面上的磨损。在图14的EDS测量曲线图中看到氧峰，从中认出滚道面上的氧化膜。

从它们当中可以认识到，导电性随时间的推移而产生变化的原因在于滚道面上形成的氧化膜，这是因为导电润滑脂的润滑能力不足，而不是因为导电润滑脂的性能恶化。

也就是说，由于滚动件表面与滚道表面之间的金属接触，在滚道表面出现细小的损伤。在受损伤的部分，暴露出新表面，而且由于该新表面具有高活性，所以它立即被空气中的氧气氧化，形成氧化膜。这种氧化膜破坏了导电性，导致电阻值随着时间的推移而升高。

从EDS测量曲线图的峰可以看出，由于轴承旋转的影响，炭黑中所包含的少量组份在滚道表面形成了膜。与氧化膜类似，该少量组份的膜也降低了导电性，因此，电阻值随着时间的推移而升高。

这种现象对于相对作用的部件之间所使用的导电润滑脂而言也是常见的问题。

作为防止这种现象的方法，可以考虑使用高粘度的基础油，以确保形成油膜并防止金属接触，但是，油膜的变厚会不合乎需要地导致导电润滑脂的导电能力的降低。

本发明将要解决的就是上面提到的常规导电润滑脂的问题，因此，本发明的目的是提供一种导电性优异并且不随时间的推移而降低导电性的导电润滑脂。

办公机械如复印机、激光打印机或其它设备的热辊支架或固定件经常达到约200℃的高温。因此，这种部件的滚动轴承所使用的导电润滑脂，难于在长期的使用期限内保证足够的导电性，因为使用普通润滑剂作为基础油的导电润滑脂没有足够的耐热性。

通常，作为用作导电润滑脂基础油的润滑剂，可以采用如矿物油、聚α烯烃油、醚油或酯油，但是应用上这些基础油的温度限制至多为160℃。

因此，用于上面提到的那种高温部件上的滚动轴承，仍使用导电刷去除静电。

                         发明内容

本发明将要解决的是现有技术中包括的问题，而且本发明的一个目的是提供一种从室温至高温下均具有优异导电性能的滚动轴承。

(1)一种导电润滑脂，该导电润滑脂包括基础油，增稠剂，导电的固体粉末和至少一种磨损抑制剂、极压剂和油质剂，其中该导电固体粉末的添加量为润滑脂总重量的0.1～10％，而该至少一种磨损抑制剂、极压剂和油质剂的总添加量为润滑脂总重量的0.1～10％。

(2)如项(1)中所描述的导电润滑脂，其中所述的导电固体粉末为至少一种颗粒，该颗粒的主要成分为纤维碳、金属颗粒、金属化合物颗粒和碳纳米管。

(3)如项(2)中所描述的导电润滑脂，其中所述的其主要成分为纤维碳的颗粒为炭黑或乙炔黑。

(4)如项(3)中所描述的导电润滑脂，其中所述的增稠剂为金属皂或脲化合物，每种的添加量为润滑脂总重量的5～20％，而且增稠剂与导电的固体粉末的总量为润滑脂总重量的5.1～20.1％。

(5)如项(1)中所描述的导电润滑脂，其中所述的磨损抑制剂至少为正磷酸酯和亚磷酸酯中的一种。

(6)如项(1)中所描述的导电润滑脂，其中所述的极压剂至少为DTP(二硫代磷酸盐)金属化合物或DTC(二硫代氨基甲酸盐)金属化合物中的一种。

(7)如项(1)中所描述的导电润滑脂，其中所述的油质剂至少为琥珀酸酯、羧酸酐和链烯基琥珀酸酐中的一种。

(8)如项(1)中所描述的导电润滑脂，该导电润滑脂还包括平均直径为0.05～2μm的无机化合物精细颗粒，该颗粒的量为润滑脂总重量的0.05～7％。

(9)如项(1)中所描述的导电润滑脂，其中所述的基础油为矿物油、合成的烃油、酯油、氟油、醚油和聚乙二醇油中单独的一种或至少两种的混合物，其动力学粘度在40℃时为5mm²/s至120mm²/s。

(10)如项(1)中所描述的导电润滑脂，其中所述的基础油的添加量为润滑脂总重量的75～90％。

(11)如项(1)中所描述的导电润滑脂，其中该导电润滑脂在100℃24小时之后的油分离度为0.5～2重量％。

(12)如项(11)中所描述的导电润滑脂，其中所述的导电固体粉末的添加量为增稠剂与该导电固体粉末的总重量的0.2～0.9％。

(13)如项(1)中所描述的导电润滑脂，其中所述的增稠剂包括硅氧烷化合物和氟化合物中的至少一种作为主要成分，而且该润滑脂包含占润滑脂总重量0.2～10％量的炭黑，作为导电的固体粉末。

(14)如项(13)中所描述的导电润滑脂，其中所述的氟化合物为聚四氟乙烯或三氟乙烯。

(15)如项(13)中所描述的导电润滑脂，其中所述的硅氧烷化合物为细粉末二氧化硅、合成云母、云母或蒙脱石。

(16)如项(13)中所描述的导电润滑脂，该导电润滑脂还包括选自亚硝酸盐、苯并三唑、MgO、磺酸钙、氟代磷腈(fluorophosphazen)衍生物和MgS₂中的至少任意一种。

(17)如项(13)中所描述的导电润滑脂，其中所述炭黑的比表面积为250m²/g或更大。

(18)如项(13)中所描述的导电润滑脂，其中所述炭黑的DBP(邻苯二甲酸二丁酯)油吸附值为180ml/100g或更多。

(19)如项(13)中所描述的导电润滑脂，其中所述的基础油为直链或支链的全氟代烷基聚醚、其端基引入了羧基或异氰酸基的全氟代烷基聚醚、酯改性或醇改性的全氟代烷基聚醚，或者为氟油、硅氧烷油和氟代硅氧烷油中单独的一种或至少两种的混合物，并且其动力学粘度在40℃时为15mm²/s至500mm²/s。

(20)如项(2)中所描述的导电润滑脂，其中所述的导电固体粉末为直径1～24nm、长度0.5～30μm的碳纳米管。

(21)如项(20)中所描述的导电润滑脂，该导电润滑脂还包括作为导电添加剂的炭黑或乙炔黑为主要成分的碳颗粒，金、银、铜、锡、锌或铝的金属颗粒，或者氧化银、硫化铌或硝酸银的金属化合物颗粒。

(22)一种滚动装置，该装置包括一个外部元件、一个内部元件和很多可旋转地排列于所述外部元件与内部元件之间的滚动体，该装置还在内外元件与滚动体之间装填了导电润滑脂，所述的导电润滑脂包括基础油、增稠剂、导电的固体粉末、至少一种磨损抑制剂、极压剂和油质剂，其中该导电固体粉末的添加量为润滑脂总重量的0.1～10％，而该至少一种磨损抑制剂、极压剂和油质剂的总添加量为润滑脂总重量的0.1～10％。

(23)如项(22)中所述的滚动装置，该滚动装置还包括介于外部元件和内部元件之间的接触型密封件，所述的密封件是导电的。

(24)如项(22)中所述的滚动装置，其中该滚动装置为滚动轴承，该外部元件为外座圈，且该内部元件为内座圈。

(25)如项(22)中所述的滚动装置，其中该滚动装置为直线导向器，该外部元件为滑动器，且该内部元件为导轨。

(26)如项(22)中所述的滚动装置，其中该滚动装置为滚珠丝杠，该外部元件为球状螺母，且该内部元件为螺旋轴。

                          附图说明

图1是几种添加剂化学式的图；

图2是使用了本发明的导电润滑脂的滚珠轴承结构的横断面图；

图3是测量导电润滑脂阻值装置的示意图；

图4是滚珠轴承的旋转时间与轴承电阻最大值之间关系的曲线图；

图5是轴承电阻最大值与润滑脂中添加剂种类之间关系的图表；

图6是亚磷酸酯的添加量与轴承电阻最大值之间关系的曲线图；

图7是链烯基琥珀酸酐的添加量与轴承电阻最大值之间关系的曲线图；

图8是添加剂(亚磷酸酯与链烯基琥珀酸酐的混合物)的添加量与轴承电阻最大值之间关系的曲线图；

图9是精细无机化合物颗粒的添加量与旋转500小时后的电阻之间关系的图表，所述精细的无机化合物颗粒为平均直径0.1μm的氧化镁(MgO)；

图10是精细无机化合物颗粒的平均直径与500小时后的电阻之间关系的曲线图，对所述精细无机化合物颗粒的平均直径进行各种改变(添加量：润滑脂重量的1％，恒定不变)；

图11是导电固体粉末的加入量与轴承电阻最大值之间关系的曲线图；

图12是基础油的动力学粘度与轴承电阻的最大值之间关系的曲线图；

图13是施用了常规导电润滑脂的轴承进行了500小时旋转试验之后的内滚道表面的SEM图像；

图14施用了常规导电润滑脂的轴承进行了500小时旋转试验之后的内滚道表面的EDS测量图；

图15A和图15B是碳纳米管的概念图；

图16是滚珠轴承的转速与轴承电阻的最大值之间关系的曲线图；

图17是滚珠轴承的旋转时间与轴承电阻的最大值之间关系的曲线图；

图18是轴承电阻的最大值与润滑脂中添加剂的种类之间关系的图表；

图19是添加剂的量与轴承电阻的最大值之间关系的曲线图；

图20是碳纳米管的添加量与轴承电阻的最大值之间关系的曲线图；

图21是基础油的动力学粘度与轴承电阻的最大值之间关系的曲线图；

图22是碳纳米管的直径与轴承电阻的最大值之间关系的曲线图；

图23是碳纳米管的长度与轴承电阻的最大值之间关系的曲线图；

图24是施用了常规导电润滑脂的滚珠轴承的横断面图；

图25是本发明滚动轴承实施例之一的横断面图；

图26是通过图3所示的装置测量滚动轴承内外座圈之间电阻值的结果图；

图27是利用图3所示的装置研究导电润滑脂的油分离度与其导电率之间关系的结果图；

图28是利用图3所示的装置研究导电润滑脂的基础油的动力学粘度与其导电率之间关系的结果图；

图29是利用图3所示的装置研究精细导电粉末加到导电润滑脂中的量与导电率之间关系的结果图；

图30是作为本发明的滚动轴承实施例之一的滚珠轴承的横断面图；

图31是轴承旋转时间与轴承电阻最大值之间关系的曲线图；

图32是轴承电阻最大值与润滑脂中添加剂的种类之间关系的图表；

图33是所添加的氟代磷腈衍生物的量与轴承电阻最大值之间关系的曲线图；

图34是炭黑的添加量与轴承电阻最大值之间关系的曲线图；

图35是炭黑的比表面积与轴承电阻最大值之间关系的曲线图；

图36是炭黑的DBP(邻苯二甲酸二丁酯)油吸附量与轴承电阻最大值之间关系的曲线图；和

图37是基础油的动力学粘度与轴承电阻最大值之间关系的曲线图。

在附图中，标号21是指滚珠轴承；22是指外座圈；22a是指外座圈的滚道表面；23是指内座圈；23a是指内座圈的滚道表面；24表示滚珠；27表示导电润滑脂；12表示内座圈；13表示外座圈；14表示滚动体；15表示支架；17、18表示密封板；31表示滚珠轴承；32表示外座圈；33表示内座圈；34表示滚珠；以及37表示导电润滑脂。

                        发明详述

其组成如项(1)中所提出的导电润滑脂具有优异的润滑性，并且能够防止互相作用的部件之间的金属接触，如滚动轴承的滚道表面与滚动体之间的金属接触，而且氧化膜也难于出现在滚道表面上，因而很少发生导电性随着时间的推移而降低。

为在较长的使用期中抑制导电性随着时间的推移而降低，优选导电润滑脂包含总量为导电润滑脂重量0.5～7％的至少一种磨损抑制剂、极压剂和油质剂。

本发明的导电润滑脂中所包含的每种组分都要提到。

作为加到本发明的导电润滑脂中的导电固体粉末，应当使用具有导电性的粉末，而且可以将炭黑当作实例。炭黑作为增稠剂加到常规的导电润滑脂中并一起给出导电性，而本发明的导电润滑脂限制导电固体粉末如炭黑的加入量，同时使固有的增稠剂如锂皂、铝皂、钙皂、钡皂、锂复合皂、钡复合皂和脲化合物共存于导电的固体粉末中，以便能够随着时间的推移而有利地使导电固体粉末保持分散。可以使用润滑脂中常用的增稠剂而没有任何困难。

可以用纤维碳如乙炔黑为主要成分的颗粒，金、银、铜、锡、锌或铝的金属颗粒，氧化银、硫化铌和硝酸银的金属化合物颗粒，以及碳纳米管代替炭黑。

在本发明的导电润滑脂中，导电固体粉末的量宜为润滑脂总重量的0.1～10％。如果小于0.1重量％，则导电润滑脂的导电性不充分。如果大于10重量％，则润滑脂的性能可能降低，使针入度变小致使导电润滑脂硬化，而且填入轴承时，轴承的扭矩大。为了导电润滑脂的导电性充分，导电固体粉末优选为1重量％或更多，因此，更优选为润滑脂总重量的1～10％。

在其组成如项(2)和(20)所提出的导电润滑脂中，由于碳纳米管具有赋予导电性的特性，因此包含碳纳米管的导电润滑脂具有优异的导电性。另外，碳纳米管还具有赋予润滑性的特性，所以导电润滑脂在润滑性方面也是优异的。由于因上述原因而具有优异的润滑性，因此能够避免互相间相对运动的相互部件之间的金属接触，如滚道表面与滚动轴承的滚动体之间的金属接触，致使氧化膜或其它组分的膜难于形成在滚道表面上，因此，导电性随着时间的推移很少发生降低。

现在将解释碳纳米管。碳纳米管是具有图15A所示结构的化合物，而且主要是6元碳环的网状结构(见图15B)围绕成的管状的碳多面体(终端是封闭的)。在不同直径管的连接部或封闭的终端部，5元或7元碳环也是常见的。那些具有球形结构的碳纳米管，如C₆₀或C₇₀，称作富勒烯(fullerene)。

碳纳米管是碳与碳如石墨那样通过sp²杂化轨道结合起来的，并且是不同于金刚石结构的细长形，所以它是可滑动的和牢固的。使用具有这种特性的碳纳米管作为导电添加剂，能够赋予润滑脂以所需的导电性和润滑性。

优选本发明的导电润滑脂中碳纳米管的量为导电润滑脂总重量的0.1～10％。如果小于0.1重量％，则导电润滑脂的导电性不充分，也缺乏润滑性，并且容易造成导电性随着时间的推移而降低。如果大于10重量％，润滑脂的性能可能降低(差的润滑性，如基础油与碳纳米管的分离)，使针入度变小导致导电润滑脂硬化，而且填入轴承时，轴承的扭矩大。为了赋予导电润滑脂足够的导电性，碳纳米管优选为0.5重量％或更多，因此，更优选为润滑脂总重量的0.5～10％。

在不损害本发明目的的范围中，其它普通的导电添加剂可以混入碳纳米管中。举例来说，可得到的导电添加剂可以是炭黑或乙炔黑为主要成分的碳颗粒，金、银、铜、锡、锌或铝的金属颗粒，氧化银、硫化铌或硝酸银的金属化合物颗粒。

对于本发明的导电润滑脂来说，如果需要，可以以组合的方式使用增稠剂。组合使用能够使碳纳米管随着时间的推移而保持所需要的分散。作为润滑脂中常用的增稠剂，可以使用例如锂皂、钙皂、铝皂、钡皂、钡复合皂、锂复合皂或脲化合物而无任何问题。此外，当使用下述的氟油为基础油时，可以使用聚四氟乙烯等氟化合物作为增稠剂。

增稠剂的量优选为润滑脂总重量的5～20％。如果增稠剂的量小于5重量％，轴承内的润滑脂容易漏出，如果该量大于20重量％，则扭矩大。

从导电润滑脂的润滑性和流动性来看，增稠剂与导电固体粉末的总量优选为润滑脂总重量的5.1～20.1％。

而且，对于本发明的导电润滑脂，优选加入磨损抑制剂、极压剂、油质剂和抗氧化剂中的至少一种。如果加入有效防止磨损的添加剂，则能够避免相互间发生相对运动的相互部件之间的金属接触，如滚道表面与滚动轴承的滚动体之间的金属接触，从而避免了因长期使用而导致的导电性随时间的推移而降低。

基础油与增稠剂的混合比对于适用的针入度和滚动轴承的使用温度是充分的，没有特殊的限制，但是通常选择JIS K2220-1999所定义的1号至3号针入度范围。

上述的滚动轴承在180℃或更高的温度下也具有长期的稳定性。

这些添加剂的官能团对制备滚道表面的金属具有吸附作用，所以上述添加剂吸附在滚道表面的金属上。因为这一事实，润滑性提高了，也防止了因滚道表面等中的金属接触而导致的细小损伤，从而具有保持导电性的作用。

作为加到具有上述项(1)所述组成的导电润滑脂中的磨损抑制剂，将列举有机磷基化合物。例如，通式(RO)₃PO所代表的正磷酸酯(TCP、TOP)，亚磷酸酯如通式(RO)₂P(O)H所代表的亚磷酸二乙酯或通式(RO)₃P所代表的亚磷酸三乙酯等。上述的“R”代表烷基、芳基和烷基芳基。

作为极压剂，有DTP金属化合物如Zn-DTP(二硫代磷酸锌)或Mo-DTP(二硫代磷酸钼)，DTC金属化合物如Ni-DTC或Mo-DTC，或者含硫、磷或氯的有机金属化合物。

此外，作为油质剂，可以采用以胺为基础的化合物，有机脂肪酸化合物如油酸或琥珀酸酯，羧酸酐如链烯基琥珀酸酐等。

至于作为任选化合物的抗氧化剂，可以使用常规润滑脂中所使用的那些抗氧化剂，而不会有任何问题。其实例是胺类化合物，如脂肪胺或酚基基团的芳胺，特别是二辛基二苯胺。

在它们当中，图1示出了亚磷酸酯，TCP，TOP以及DTP金属化合物和DTC金属化合物的化学式。这些化学式中R以外的官能团(图1中虚线圈出的官能团)对制备滚道表面的金属具有吸附作用，所以上述化合物吸附在制备滚道表面的金属上。因为这一事实，润滑性提高了，也防止了因滚道表面等中的金属接触而导致的细小损伤，从而具有保持导电性的作用。

图1中除了虚线圈出的并且具有上述作用的官能团以外的官能团，是作为油质剂的，例如，油酸、琥珀酸酯或其衍生物或者羧酸酐如链烯基琥珀酸酐等有机脂肪酸化合物中所包含的官能团，即羧基或酸酐基。

在本发明的导电润滑脂中，需要加入上述的添加剂，简而言之即磨损抑制剂、极压剂和油质剂中的至少一种，加入量为润滑脂总重量的0.1～10％。如果小于0.1重量％，则防止导电性随时间的推移而降低不充分，如果加入量大于10重量％，则可能产生不良影响如导电性降低或腐蚀(金属部件如滚道表面的腐蚀)。为了在较长的使用期间抑制导电性随时间的推移而降低，优选该加入量为润滑脂总重量的0.5～7％。

为了在较长的使用期间抑制导电性随时间的推移而降低，优选磨损抑制剂与油质剂组合使用。例如，如果使用亚磷酸酯作为磨损抑制剂并使用羧酸酐作为油质剂，则避免导电性随时间的推移而降低的效果特别好。

此外，通过向组成如上述项(1)的润滑脂中加入精细的无机化合物颗粒，即使是氧化膜出现在轴承的滚道表面或滚动体的表面，或者是由于润滑脂的分解而产生的有机物吸附并固化在其上面，由于滚道表面或滚动体表面在微观程度上被细小的无机化合物颗粒所研磨，所以新表面总是暴露的，而且长期保持低的电阻值。

所述无机化合物的种类没有特殊的限制，只要它们能够在微观程度上研磨出现在金属表面的氧化膜或粘附于其上的有机物。

具体实例有金属氧化物如SiO₂、Al₂O₃、MgO、PZT或TiO₂，粘土矿物如蒙脱石、云母，金属氮化物如Si₃N₄或ZrN，以及金属碳化物如SiC或TiC。

精细无机化合物颗粒的直径，应以不妨碍作为滚动轴承的润滑脂组成的大小为宜，通常如果超过2μm，它们就成为外来物了，所以它们应当为2μm或更小。

如果加入量太少，则难于抑制氧化膜的形成，而如果太多，则会导致磨损增加，因此优选为润滑脂总重量的0.05～7％。

作为本发明的导电润滑脂所使用的基础油，有矿物油，合成烃油如聚α烯烃油(PAO)、酯油、硅油、氟油、醚油或聚乙二醇，而且它们可以是单独的或者两种或多种的混合物。

由于基础油的粘度太大会对导电性产生不良影响，所以其在40℃时的动力学粘度优选为120mm²/sec或更小，更优选为100mm²/sec或更小。如果超过120mm²/sec，油膜较厚，增加电阻值。如果其动力学粘度小于5mm²/sec，则因为蒸发损失或润滑性问题而不适用。如果基础油的粘度太低，则难以形成足以避免如轴承旋转期间的滚道表面与滚动体之间金属接触的润滑油膜。为了使上述效果更好，特别希望基础油在40℃时的动力学粘度为15～60mm²/sec。

在导电润滑脂中，基础油的量为导电润滑脂的总量减去导电固体粉末，磨损抑制剂，极压剂，油质剂，增稠剂，抗氧化剂等剩余的部分，优选基础油占润滑脂总重量的75～90％。

为了将导电润滑脂装填到轴承中，可以组合使用导电橡胶等制成的导电密封板，而且如果赋予密封板以导电性，则能够抑制导电性随时间的推移而降低。

在本发明的导电润滑脂中，基础油与增稠剂的混合比对于适用的针入度和滚动轴承的使用温度是充分的，没有特殊的限制，但是通常选择JISK2220-1999所定义的1号至3号针入度范围。

如果具有项(11)所述的组成，检出的浪费油膜最小，且导电润滑脂的导电性可以长期保持稳定，使得可以长期完全去除静电的影响，从而提高可靠性。在本发明中，如果油分离度超过2％，则在内座圈旋转期间很多基础油分离，而且基础油富集在滚道表面或内外座圈的凹槽。结果，油成分中局部存在的炭黑加速了链结构的破坏并且加速了导电性的降低。另一方面，如果油分离度在100℃和24小时之后小于0.5％，则不良润滑极度地缩短轴承的使用寿命。因此，导电润滑脂的油分离度优选为小于等于2％且大于等于0.5％。

通过抑制导电润滑脂在100℃和24小时之后的较低油分离度，可以抑制润滑脂漏出或油耗散，以便不良影响不损害所使用的树脂材料，该树脂材料紧邻信息设备如办公机械的轴承。此外，作为常规的导电润滑脂，可以只使用炭黑作为增稠剂，但是如果使锂皂或脲化合物作为内在的增稠剂(使用氟油或聚四氟乙烯时)与炭黑共存，则炭黑可以随着时间的推移保持很好的分散状态，而且油分离度也能得到控制。

对于具有如上述项(11)中所述组成的导电润滑脂的基础油的粘度，没有特殊的限制，但是如果基础油的动力学粘度超过100mm²/s，则油膜较厚，而且内外座圈之间的电阻不能保持适当的值。该动力学粘度变得小于5mm²/s，则因为蒸发损失或润滑性问题而不适用，因此期望基础油的动力学粘度为5～200mm²/s，优选15～100mm²/s。

至于导电精细颗粒的量，如果导电精细颗粒与增稠剂的总量为1，则合乎需要的比例为0.2至0.9。

如果组成如上述项(13)所述，则滚动轴承在180℃或更高的温度下具有优异的导电性，而且内外座圈之间保持良好的导电状态。

作为基础油，所列举的有全氟代烷基聚醚(直链的或支链的)；其端基引入了羧基或异氰酸基的全氟代烷基聚醚；酯改性的或醇改性的全氟代烷基聚醚；氟油如氟代磷腈油；硅油如甲基苯基硅、二甲基硅和氟代硅油。这些物质可以单独使用，也可以以两种或多种的混合物使用。

对基础油的粘度没有特殊的限制，但是基础油在40℃的动力学粘度为500mm²/s或更低是适宜的。如果大于500mm²/s，则滚道表面与轴承滚动件之间的油膜变得较厚，即使在高温下也是如此，而且不能保持适当的导电性。但是如果该动力学粘度小于15mm²/s，则润滑性不足。

作为增稠剂的氟化合物是氟树脂，如聚四氟乙烯或三氟乙烯。硅化合物是精细的粉末二氧化硅或合成的云母(氟四硅云母)，即具有固体润滑性能的层状化合物(粘土矿物)，如云母、蒙脱石。

不是只有氟化合物或硅化合物用作增稠剂，但是如果限制数量并使炭黑与增稠剂共存，则炭黑会随着时间的推移而保持良好的分散状态。

只要不妨碍本发明的目的，已知的增稠剂可与上述增稠剂组合使用。例如，已知的增稠剂有锂皂、二氧化硅、钙皂、铝皂、锂复合皂、铝复合皂、钙复合皂、聚脲、膨润土。

作为导电添加剂的炭黑的加入量宜为导电润滑脂总重量的0.2～10％。小于0.2重量％，则不能获得足够的导电性，而大于10重量％，则导电润滑脂的工作针入度变得太大(导电润滑脂变得太硬)。炭黑的种类不限，从分散的角度来看，优选在油吸附中富集的炭黑。优选使用具有大比表面积(最好为250m²/g或更大)和亲脂性的炭黑。

可得到的磨损抑制剂、极压剂和油质剂因为耐热性和与增稠剂(氟化合物、硅化合物)的兼容性而受到限制，但是例如使用上述的氟油作为基础油，则下列物质是可以使用的。作为油质剂，有以胺为基础的化合物，脂肪酸化合物如油酸、琥珀酸酯等。

除了这些添加剂之外，还有固体润滑剂如亚硝酸盐、苯并三唑·MgO、磺酸钙、氟代磷腈衍生物，层状化合物如云母或MoS₂。由于它们与氟油的相容性和溶解性差，所以用润滑脂总重量的10％或更高的量为其用量不是十分充分的。

如果在本发明的滚动轴承的内外座圈之间安装接触型密封件，则导电性会得到更好的提高，其中所述密封件是由包含炭黑等的导电橡胶构成的。

将参照附图对本发明的导电润滑脂实施方案进行详细的解释。

图2是具有本发明的导电润滑脂的滚珠轴承21的结构的横断面图。滚珠轴承21包括外座圈22，内座圈23，多个可旋转地排列于外座圈22与内座圈23之间的滚珠24，固定多个滚珠24的笼(支架)25，以及接触型密封件26，26安装在外座圈22的密封凹槽22b中。用导电润滑脂27装填由外座圈22，内座圈23和密封件26、26四周所限定的空间，而且该润滑脂被密封件26密封在滚珠轴承21中。

座圈22、23的滚道表面22a、23a与滚珠24之间的接触面被导电润滑脂27所润滑，同时外座圈22、内座圈23和滚动体24是导电的。此外，外座圈22或内座圈23是接地的(未示出)，以便消除由滚珠轴承21的旋转而产生的静电。

作为导电润滑脂27，使用聚α烯烃油(动力学粘度在40℃时为30.0mm²/sec)作为基础油，可以向其中分别加入占润滑脂总重量7％的锂皂作为增稠剂，占润滑脂总重量5.0％的炭黑作为导电添加剂，以及占润滑脂总重量5.0％的亚磷酸酯作为磨损抑制剂(剩余的为基础油)。

导电润滑脂27具有优异的润滑性和导电性，致使滚珠轴承21的滚道表面22a、23a与滚珠24之间很少发生金属接触，而且滚道表面22a、23a上也不出现氧化膜，因此，难于发生导电性随着时间的推移而降低。

作为导电润滑脂27，使用酯油(动力学粘度在40℃时为26mm²/sec)作为基础油，向其中分别加入作为增稠剂的锂皂，作为导电添加剂的碳纳米管(润滑脂总重量的5.0％)，以及琥珀酸酐(润滑脂总重量的2.5％)，使工作针入度为249。

导电润滑脂27包含碳纳米管并且具有优异的润滑性和导电性，致使滚珠轴承21的滚道表面22a、23a与滚珠24之间很少发生金属接触，而且滚道表面22a、23a上也不出现氧化膜，因此，难于发生导电性随着时间的推移而降低。

为了提供导电性，密封件26是由导电橡胶构成的，而且它能够更加抑制导电性随时间的推移而降低。

于是，这种导电润滑脂27作为一种有显著用途的措施，可以防止复印机、激光打印机等办公机械中所使用的滚动轴承的静电。

本实施方案即为本发明的实施例，但本发明不限于此实施例。

例如，本实施方案是将导电润滑脂应用于滚珠轴承的实例，但是本发明的导电润滑脂并不限于具体的用途，而是可应用于需要导电润滑脂的电接触点的其它用途。

如上所述，导电性降低的产生在于多个部件的相对运动使这些部件的滚道表面产生了氧化膜，而且在相对运动过程中，部件之间形成油膜的程度与导电性的降低有密切的关系。

因此，本发明的导电润滑脂特别适用于具有进行相对运动部件的滚动装置，如滚动轴承、滚珠丝杠、直线导向器或直线滚珠轴承。

图25是有关本发明另一实施方案的滚动轴承的结构的横断面图。同样，滚动轴承11具有内座圈12，安装需要支撑的轴(如移动鼓的鼓轴)的外部，以及外座圈13，安装在内座圈12的外围。内座圈和外座圈都是由轴承钢金属材料制成的，而且其中之一是接地的。

滚动轴承11具有多个可旋转地排列于内座圈12与外座圈13之间的滚珠(滚动体)14，以及固定滚动件14的笼15。在内座圈12的外圆周的中部和外座圈13的内圆周的中部，滚动体的滚动凹槽16形成于整个圆周上，以限制滚动体14的滚道表面。另外，滚动轴承11具有环形的密封板17、18，用来密封内外座圈12、13的空间。

密封板17、18是由诸如导电橡胶等导电材料制成的，并且与配件17a、18a一起排列在外圆周上，以可拆卸地装配于固定密封板的凹槽19、20中，所述的凹槽排列在外座圈13的内圆周上。

在由密封板19、20截出的封闭空间中，装填滚动件14、内外座圈12和13以及导电润滑脂27。对于导电润滑脂27，使用聚α烯烃油(动力学粘度在40℃时为30.0mm²/sec)作为基础油，可以向其中分别加入作为增稠剂的锂皂(占润滑脂总重量的7％)和作为精细导电粉末的炭黑(占润滑脂总重量的5.0％)，使油分离度如JIS K2200-1999 5.7所规定的那样，在100℃24小时之后为2％或更低。

如果指定装填于滚动轴承11中的导电润滑脂27的油分离度为2％或更低，则可以将废油膜控制为最小，而且导电润滑脂27的导电性保持长期稳定。通过控制较低的导电润滑脂27的油分离度，可以抑制润滑脂漏出或油耗散，以不对办公机械等信息设备所使用的滚动轴承的周围所使用的树脂材料产生不良影响。

图30是本发明另一实施方案的滚珠轴承31的结构的纵剖面图。

滚珠轴承31包括外座圈32，内座圈33，多个可旋转地排列于外座圈32与内座圈33之间的滚珠，固定多个滚珠34的笼(支架)35，以及密封件36、36。

密封件36附着在外座圈32的密封凹槽32b上，其唇部与内座圈33的外圆周滑动接触。

用导电润滑脂37装填由外座圈32，内座圈33，以及密封件36、36四周所限定的空间，并通过密封件36、36将润滑脂密封于滚珠轴承31中。

座圈32、33的滚道表面32a、33a与滚珠34之间的接触面用导电润滑脂37润滑，同时外座圈32、内座圈33和滚珠34又是导电的。此外，外座圈32或内座圈33是接地的(未示出)，以便消除由滚珠轴承31的旋转而产生的静电。

在导电润滑脂37中，全氟代聚醚为基础油，聚四氟乙烯(PTFE)为增稠剂，炭黑为导电的添加剂(导电润滑脂总重量的0.2～10％)。所得到的润滑脂具有导电性。基础油与增稠剂的种类不限于上述的基础油和增稠剂，而是可以适当改变的。例如，增稠剂可以是硅化合物。

这种导电润滑脂37具有优异的润滑性和导电性，致使滚珠轴承31的滚道表面32a、33a与其滚珠34之间很少发生金属接触，而且滚道表面32a、33a上也不出现氧化膜，因此，难于发生导电性随着时间的推移而降低。而且加入了象PTFE的氟化合物作为增稠剂，所以导电润滑脂37具有高耐热性，能够在高温下长时间保持优异的导电性。

在滚珠轴承31中，座圈32、33之间的导电性处于不起电的良好状态，而且长期保持这种状态。特别地，导电性甚至可以在高达180℃或更高的温度下长期保持优异。

由于滚珠轴承31难于起电，所以发生静电噪声辐射而对使用滚珠轴承31的机器造成不良影响的可能性很小。因此，该滚珠轴承可用于复印机、激光打印机、信息设备等办公机械的硬盘驱动器和其它马达。

本实施方案是本发明的一个实施例，但本发明不受此实施例的限制。

例如，在本实施方案中，作为滚动轴承的示例有深凹槽的滚珠轴承，但是本发明的滚动轴承可以应用于其它各种滚动轴承中，例如，辐射式滚动轴承如圆柱形的滚柱轴承，锥形的滚柱轴承，角接触的滚珠轴承，或推力型的滚动轴承如推力滚珠轴承、推力滚柱轴承。

下面将对几种结构与上述滚珠轴承21相类似的滚珠轴承进行说明，测量旋转期间内座圈和外座圈的阻值，评价转速与导电性之间的关系，并确定导电性随时间的推移的变化程度。

测量阻值的装置将参照图3进行说明。

同样，标号1代表要测量的滚珠轴承(也称为滚动轴承)，附着在内座圈1a上的轴部件2由马达3驱动使轴承1旋转。在连接了内座圈1a的轴部件2与外座圈1b之间，通过稳压源4施加预定的恒定电压，并将电阻测量仪器5与稳压源4并联。

电阻测量仪器5将所测量的电压值(模拟值)输出给A/D转换电路6，该A/D转换电路6在预定的取样周期将来自电阻测量仪器5的电压值转化成数字电压值，并将已转化的数字信号输出给运算处理单元7。在该实施方案中，A/D转换电路6的取样周期设为50kHz(取样时间间隔为0.02ms)。

运算处理单元7包括最大电阻计算部7A，阈值处理部7B和波数计数部7C。最大电阻计算部7A根据输入的数字信号计算最大的电阻值。阈值处理部7B在输入数字信号的预定阈值时处理阈值，以便消除噪声。波数计数部7C，简而言之，就是通过延时(time-passing)脉冲值相对于来自阈值处理部7B的脉冲计数的增加和降低的变化，计数每一固定时间单位的波峰变化数目即波数，以便得到每一固定时间单位的波数的平均值。运算处理单元7将所得到到的最大阻值和每一固定时间单位的波数的平均值输出到显示单元8上。

该实施方案确定的计数波数的单位时间为0.328秒。

显示单元8由显示器等构成，并显示出运算处理单元7所得到到的最大阻值和每一固定时间单位的波数的平均值。

将进一步参考使用上述结构的仪器评价滚珠轴承1的内座圈与外座圈之间阻值的方法。

在马达3驱动轴部件2旋转，即内座圈1a以预定转速旋转的情况下，将所需的来自稳压源4的恒定电压施加与轴承1的内外座圈1a、1b之间。此时，电流在内外座圈1a、1b之间流动，但是电压上下波动并伴有火花。通过电阻测量仪器5测量该电压，随后通过A/D转换电路6转化成数字值，并且根据该数字信号，运算处理单元7得到显示单元8要显示的最大阻值和每一固定时间单位的波数的平均值。

制备8种润滑脂各不相同的轴承(实施例1和2，参考例1，以及对比例1至5)，并用上述结构的仪器测量每种轴承每100小时的内外座圈1a、1b之间的阻值(最大值)。

8种轴承的每一种均为滚动轴承，具有8mm的内径、22mm的外径和7mm的宽度。8种润滑脂的组成如表1和表2所示，而且装填量为155～165mg。

所使用的碳纳米管的直径为1～3nm，长度为0.5～5μm(至于该直径和长度见图15A)。

                                              表1

		实施例1	对比例1	对比例2	对比例3
						增稠剂	种类	锂皂	锂皂	锂皂	锂皂
数量	7重量％	12重量％	7重量％	12重量％
					基础油		种类	PAO2)	PAO2)	PAO2)	PAO2)
粘度1)	30.0	30.0	30.0	30.0
						导电的固体粉末	种类	炭黑	无	炭黑	无
数量	5.0重量％	0重量％	5.0重量％	0重量％
					磨损抑制剂		种类	亚磷酸酯3)	亚磷酸酯3)	无	无
数量	5.0重量％	5.0重量％	0重量％	0重量％
						工作针入度		249	245	245	250
体电阻率(Ω·cm)		7×103	8×1012	9×103	1×1012

1)基础油在40℃的动力学粘度，单位为mm²/sec

2)PAO：聚α烯烃油

3)亚磷酸酯化合物：(C₂₄H₄₉O)₂P(O)H

实施例1和对比例1至3的测量条件如下。

轴部件2的转速：150rpm(分^-1)

加载于轴承1上的径向载荷(Fr)：19.6N

旋转时间：500小时

施用电压：6.2V

最大电流：100μA

大气温度：25℃

大气湿度：50％RH

取样周期：50kHz，0.328秒

下一步，图4将其研究内容的结果示于曲线中。在同一图中，实施例1的结果以菱形标志(◆)示出，对比例1结果以正方形标志(■)示出，对比例2结果以三角形标志(▲)示出，而对比例3结果以交叉形标志(X)示出。

实施例1和对比例2是装填了含炭黑的导电润滑脂的轴承，如所示那样，这些轴承的初始电阻值低，因为含有炭黑，故而降低了体电阻率(见表1)。但是，对比例2含有炭黑却不含磨损抑制剂，所以电阻值随时间的推移而增加。

对比例1和3使用不含炭黑的润滑脂，自初期就具有高的电阻值。这种轴承引发辐射噪声，而且应用于复印机或打印机时，它们可能产生不良影响，如复印或打印的图像失真。

实施例1的润滑脂包含占润滑脂总重量5％的炭黑和占润滑脂总重量7％的增稠剂，总共占润滑脂总重量的12％。关于使提供的针入度和润滑性与所述的润滑脂相当的含量的各种组合，这种情况可以假设成炭黑和增稠剂分别为1重量％与11重量％，3重量％与9重量％，或者7重量％与2重量％(基础油的含量多了2重量％)，每种情况下均是以润滑脂的总重量为基础的。

下面将参照图5来说明，在实施例1的轴承中使用了将磨损抑制剂改变成其它添加剂(极压剂或油质剂)的润滑脂时，所测电阻值(最大值)的结果。图5的电阻值是旋转200小时之后的电阻值。每种添加剂的添加量均为润滑脂总重量的5.0％。

图5中的标记“A”为没有添加剂的情况，标记“B至G”为加入了极压剂的情况，标记“H和I”为加入了磨损抑制剂的情况，标记“J和K”为加入了油质剂的情况，标记“L”为加入了磨损抑制剂“H”和油质剂“J”的情况。

没有添加剂的“A”在200小时之后电阻值非常大，而加了添加剂的“B至L”则在抑制电阻值升高方面具有显著的效果，不管是什么添加剂。

在它们当中，加入亚磷酸基磨损抑制剂(H和I)的情况，在阻止电阻值随时间的推移而变化方面具有大的效果，而且，混合了亚磷酸基磨损抑制剂和油质剂的情况(L)最能控制电阻值随时间的推移而变化。

总结图5的结果，上述效果的程度按下列的组合顺序，即按磨损抑制剂与油质剂，磨损抑制剂，油质剂与极压剂的组合顺序是优良的，特别是磨损抑制剂与油质剂的组合以及磨损抑制剂的组合是优异的。

在磨损抑制剂(亚磷酸酯)、油质剂(链烯基琥珀酸酐)以及磨损抑制剂与油质剂的组合(亚磷酸酯∶链烯基琥珀酸酐为1∶1的混合物)的每种情况中，将参照图6至图8，对改变润滑脂组分的添加量时(其它与实施例1相同)所测得的电阻值进行说明。图6至图8的电阻值为旋转200小时或600小时之后的电阻值。200小时之后的电阻值用菱形标记来表示，600小时之后的电阻值用正方形标记来表示。

由图6可以看出，当磨损抑制剂(亚磷酸酯)的用量为润滑脂总重量的0.1％或更高时，其在控制200和600小时之后的电阻值方面是有效的，而且当加入量为润滑脂总重量的0.5％或更高时，电阻值的升高得到了充分的抑制。顺便提及，亚磷酸化合物的上限因为腐蚀问题(由于是酸性的，所以亚磷酸化合物对金属具有腐蚀性)而为润滑脂总重量的10％或更低。

下面将关注油质剂(链烯基琥珀酸酐)的情况。从图7的曲线可以看出，当链烯基琥珀酸酐的用量为润滑脂总重量的0.1％或更高时，其在控制200和600小时之后的电阻值方面是有效的，而且当加入量为润滑脂总重量的0.5％或更高时，电阻值的升高得到了充分的抑制。特别是对于600小时之后的电阻值，它比亚磷酸酯更有效。

下面将关注磨损抑制剂与油质剂组合(亚磷酸酯∶链烯基琥珀酸酐为1∶1的混合物)的情况。从图8的曲线可以看出，由于两种添加剂的相互作用，这种情况在阻止电阻值增加方面比单独的一种添加剂更有效。可以看出，链烯基琥珀酸酐的贡献大。

下面将参照图9和图10，对使用与实施例1相同的润滑脂只是改变了精细无机化合物颗粒的添加量和平均直径时所测得的电阻值(最大值)进行说明。

图9是精细无机化合物颗粒的添加量与旋转500小时之后的电阻值之间相互关系的图表，使用平均直径0.1μm的氧化镁(MgO)作为精细的无机化合物颗粒。在图9中，纵轴没有示出测量电阻值的值，但是进行了性能判定并在图的上部绘出了较好的判定。◎相当于最大电阻值小于40kΩ，○相当于40kΩ至小于50kΩ，△相当于电阻值为50kΩ至小于200kΩ。

在图9中，如果精细无机化合物颗粒的加入量为润滑脂总重量的0.05～7％，则能够阻止电阻值随着轴承旋转时间的增加而增加。另外，当加入量为润滑脂总重量的0.5～3％时，电阻值小于40kΩ，能够控制电阻值伴随轴承旋转时间的增加而增加得更小。

图10是精细无机化合物颗粒的平均直径与旋转500小时之后的电阻之间相互关系的曲线图，其中所制备的润滑脂包含各种平均直径的精细无机化合物颗粒(添加量：润滑脂总重量的1％，恒定不变)。在图10中，平均直径小的化合物为氧化镁(MgO)，平均直径大的化合物为氧化铝(Al₂O₃)，平均直径中等的是氧化镁与氧化铝的混合物。图的纵轴示出了电阻的测量值，◎相当于电阻值小于40kΩ，○相当于电阻值为40kΩ至小于50kΩ，△相当于电阻值为50kΩ至小于200kΩ，X相当于电阻值不小于200kΩ。

在图10中，如果精细无机化合物颗粒的平均直径为0.05～2μm，就能够阻止电阻值随着轴承旋转时间的增加而增加。

下面将参照图11来说明，在实施例1的轴承中使用炭黑添加量改变了的润滑脂时所测量的电阻值。图11中的电阻值为初期时的电阻值。

由于炭黑即使为润滑脂总重量0.1％的小量时也能够有效地给出导电性，所以可以通过限制炭黑的加入量和加入大量的增稠剂，以使炭黑随着时间的推移仍保持所需的分散状态。可以看出，当加入量为润滑脂总重量的1％或更高时，就可以使电阻值充分地降低。

但是，如果加入的炭黑太多，作为导电性起源的炭黑的网状结构就会被打破，而导电性能在早期就容易改变。网状结构的打破将导致润滑脂泄漏或油分离问题。为了提供适当的工作针入度，炭黑的加入量优选为润滑脂总重量的10％或更低。

也就是说，如果炭黑的加入量大，则工作针入度小，使润滑脂硬化。在表1中，润滑脂的工作针入度为250左右，如果加入润滑脂总重量15％的炭黑，则工作针入度为200或更低，因此，考虑到界限，优选炭黑的加入量为润滑脂总重量的10％或更低。

下面将参照图12来说明，在实施例1的轴承中使用基础油粘度改变了的润滑脂时所测量的电阻值。图12中的电阻值为旋转200小时之后的电阻值。

从图12可以看出，基础油在40℃时的动力学粘度越高，则电阻值越大。如上所述，如果基础油的动力学粘度太高，则油膜变厚，使电阻值升高，优选的动力学粘度为120mm²/sec或更低，更优选为60mm²/sec或更低，因为电阻值变得非常小。

为了形成润滑膜，防止滚道表面与滚动体在轴承旋转期间的金属接触，基础油的动力学粘度应该高至某种程度，并优选5mm²/sec或更高，更优选15mm²/sec或更高。换言之，更优选基础油在40℃时的动力学粘度为15～60mm²/sec。

                                     表2

		实施例2	参考例1	对比例4	对比例5
						增稠剂		锂皂	锂皂	锂皂	锂皂
基础油	种类	酯油	酯油	酯油	酯油
						粘度1)	26	26	26	26
	导电添加剂	种类	碳纳米管	碳纳米管	无						炭黑
数量						5.0重量％	5.0重量％	0重量％	5.0重量％
		添加剂	种类	琥珀酸酐	无					无	无
数量	2.5重量％					0重量％	0重量％	0重量％
			工作针入度		249				245	245	245

1)基础油在40℃时的动力学粘度，单位为mm²/sec

实施例2、参考例1和对比例4和5的测量条件如下。

转速：1000rpm(min^-1)(当测量导电性随时间的推移而变化时)

加载于轴承1的轴向载荷(Fa)：29.4N

施用电压：6.2V

最大电流：100μA

串联电阻：62kΩ

大气温度：25℃

大气湿度：50％RH

取样时间：50kHz，0.328秒。

下面将评价结果示于曲线图中，以对其内容进行研究。

对转速与导电性之间关系的评价结果将参照图16进行说明。在同一图中，实施例2的结果以菱形标志(◆)示出，参考例1结果以正方形标志(■)示出，对比例4结果以三角形标志(▲)示出，而对比例5结果以交叉形标志(X)示出。

从该曲线图中可以看出，在装填了含碳纳米管的润滑脂的实施例2和参考例1中，抑制了轴承最大电阻值的增大，即使大转速时也是如此。但是，在对比例4和5的轴承中，轴承的最大电阻值随着转速的变大而增大，其原因是形成油膜或润滑脂中的炭黑组分被排挤出接触表面。

下面将参照图17的曲线图，对导电性随时间的推移而变化的程度的评价结果进行说明。也是在同一图中，实施例2的结果以菱形标志(◆)示出，参考例1结果以正方形标志(■)示出，对比例4结果以三角形标志(▲)示出，而对比例5结果以交叉形标志(X)示出。

在装填了含碳纳米管的润滑脂的实施例2和参考例1中，抑制了电阻值随着时间的推移而增大。另一方面，在装填炭黑的对比例5的轴承中，轴承电阻的最大值随着时间的推移而增大。

在使用不含导电添加剂的润滑脂的对比例4的轴承中，轴承电阻的最大值自初期就非常大。这种轴承引发辐射噪声，而且应用于复印机或打印机时，它们可能产生不良影响，如使复印或打印的图像变形。

图18示出了将添加到实施例2轴承润滑脂中的琥珀酸酐改变成其它种类添加剂(磨损抑制剂，极压剂，油质剂)的结果，并对电阻值(旋转200小时之后的轴承电阻最大值)进行测量。每一数值均为相对值，没有添加剂时的值为1。每种添加剂的添加量均为润滑脂总重量的2.5％。

从图18可以看出，在每种添加剂中，轴承电阻的最大值均比没有添加剂的情况小，并且发现了每种添加剂的作用。

图19示出了实施例2的轴承中加到润滑脂中的琥珀酸酐数量改变时的结果，并对电阻值(旋转200小时之后的轴承电阻最大值)进行测量。每一数值均为相对值，其中琥珀酸酐的数量为0重量％时的值为1。

基于导电性的角度，从图19可以看出，适当的添加量为润滑脂总重量的10％或更低。同样是因为滚道表面等金属部件的腐蚀问题，优选为润滑脂总重量的10％或更低。

图20示出了改变润滑脂中碳纳米管的添加量时所测得的电阻值(旋转200小时之后的轴承电阻最大值)结果。

由于碳纳米管即使为润滑脂总重量0.1％的小量时也能够给出有效的导电性，所以可以通过限制碳纳米管的加入量和加入大量的增稠剂，以使碳纳米管随着时间的推移仍保持所需的分散状态。可以看出，当加入量为润滑脂总重量的0.5％或更高时，就可以使电阻值充分地降低。

但是，如果加入太多的碳纳米管，作为导电性起源的碳纳米管的网状结构就会被打破，而导电性能在早期就容易改变。网状结构的打破将导致润滑脂泄漏或油分离问题。

如果碳纳米管的加入量大，则工作针入度小，使润滑脂硬化，而且装填到轴承中时，轴由承的扭矩大。

基于上述内容，碳纳米管的加入量优选为润滑脂总重量的10％或更低。

图21示出了实施例2的轴承中改变润滑脂中基础油的粘度时所测得的电阻值(旋转200小时之后的轴承电阻最大值)。

从图21可以看出，基础油在40℃时的动力学粘度越高，则电阻值越大。如上所述，如果基础油的动力学粘度太高，则油膜变厚，使电阻值升高，优选的动力学粘度为100mm²/sec或更低。

为了形成润滑膜，防止滚道表面与滚动体在轴承旋转期间的金属接触，基础油的动力学粘度应该高至某种程度，并优选5mm²/sec或更高。

图22和图23示出了在实施例2的轴承中对碳纳米管的种类进行不同改变时所测得的电阻值(旋转200小时之后的轴承电阻最大值)。图中所示出的每一电阻值均为实施例2的电阻值为1时的相对值。

将参照图22，对改变碳纳米管直径的情况进行说明。在图22中，直径为1～3nm的碳纳米管(实施例2)的结果以菱形标志(◆)示出，直径为3～24nm的碳纳米管的结果以正方形标志(■)示出，而直径为7～12nm的碳纳米管的结果以三角形标志(▲)示出。每种碳纳米管的长度均为0.5～5μm。

从图22可以看出，所示出的导电性是优异的，而不管碳纳米管的直径如何。

将参照图23，对改变碳纳米管长度的情况进行说明。在图23中，长度为0.5～5μm的碳纳米管(实施例2)的结果以菱形标志(◆)示出，长度为0.5～10μm的碳纳米管的结果以正方形标志(■)示出，而长度为10～30μm的碳纳米管的结果以三角形标志(▲)示出。每种碳纳米管的直径均为1～3nm。

从图23可以看出，所示出的导电性是优异的，而不管碳纳米管的长度如何。当碳纳米管的长度为10～30μm时，电阻值稍微大一些，但这种程度足可以应用到实际中。

对于几种与图25所示的滚动轴承相类似的滚动轴承，下面将说明内外座圈的电阻值在旋转期间的测量结果，并对导电润滑脂中导电性随时间的推移而变化的程度进行评价。

测量电阻值的仪器与图3中的相同。同时，使用上述结构的仪器，按与前述相同的方法，测量和评价滚动轴承1的内外座圈之间的电阻值。

改变每种轴承中所装填的导电润滑脂的油分离度，以便利用图3所示的仪器测量旋转期间每种轴承的内座圈12与外座圈13之间的电阻值。该轴承为滚动轴承，内径8mm，外径22mm，宽度7mm。润滑脂的组分如表3所示，装填量为155～165mg。

                表3

润滑脂		参考例2
			增稠剂		锂皂
基础油	种类	PAO
			粘度1)	30.0
	导电粉末，重量％				炭黑，5.0
工作针入度			245

1)基础油在40℃时的动力学粘度，单位为mm²/sec

此时的测量条件如下。

轴部件2的转速：150rpm(min^-1)

加载于轴承1上的径向载荷(Fr)：19.6N

施用电压：6.2V

最大电流：100μA

大气温度：25℃

大气湿度：50％RH

上述测量结果示于图26中，其中横轴表示导电润滑脂在100℃24小时之后的油分离度(％)，而纵轴表示内座圈与外座圈之间的电阻值(kΩ)。初期的电阻值以菱形标志(◆)表示，而300小时后的电阻值以正方形标志(■)表示。

如同一图中所示，对于使用了油分离度超过2％的导电润滑脂的轴承，内外座圈之间的电阻值在开始时与300小时之后是大大地不同，从中可以看出，当导电润滑脂的油分离度超过2％时，内外座圈之间的电阻值随着时间的推移而下降。相反，对于使用了油分离度为2％或更低的导电润滑脂的轴承，内外座圈之间的电阻值在300小时以后也没比初始时的电阻值升高很多。基于这一事实，如果将油分离度控制为2％或更低，则能够抑制导电润滑脂的导电性随着时间的推移而降低。

从图26可以看出，开始时炭黑均匀地分散在轴承内，由于固体颗粒的链结构还没有被打破，内外座圈之间的电阻值不受油分离度的支配，但是当使用时间超过300小时时，炭黑被排挤出两个座圈与滚动体的接触面，换句话说，释放油的基础油停留在接触部件附近，所以两个座圈之间电阻值迅速升高。因此，为了使导电润滑脂的导电性长期保持稳定，最好控制导电润滑脂的油分离度为2％或更低，优选为2％或更低至0.5％或更高。

自使用开始，300小时后将轴承从图3的仪器中取出，静置200小时，再装配到图3的仪器上进行试验，并测量300小时后两个座圈之间电阻值。结果示于图27中，其中◆表示使用油分离度为1％的导电润滑脂时的电阻值，■表示使用油分离度为3％的导电润滑脂时的电阻值。

从图27可以看出，每种轴承的电阻值在重新装配到图3的试验仪器上之后，立即显示出低的电阻值，不论是油分离度为1％的导电润滑脂还是油分离度为3％的导电润滑脂，均如此。这可以假设滚动体的滚道略微不同，换句话说，在静置期间炭黑的链结构得到了恢复。但是，从再开始之后没多久，轴承的电阻值立即增大，而且在使用油分离度为3％的导电润滑脂的轴承中，电阻值的升高比使用油分离度为1％的导电润滑脂的轴承更迅速。因此，又基于这一事实，如果控制装填于轴承中的导电润滑脂的油分离度为2％或更低，优选为2％或更低至0.5％或更高，则可以抑制导电润滑脂的导电性随着时间的推移而升高。

图28示出了导电润滑脂的基础油在40℃的粘度与轴承电阻值之间关系的实验结果。在同一图中，◆表示油分离度为1％的导电润滑脂的结果，■表示油分离度为1％并且进一步包含润滑脂总重量2.5％的琥珀酸酐作为油质剂的导电润滑脂的结果，而▲表示油分离度为3％的导电润滑脂的结果。

如图28所示，如果导电润滑脂中基础油的粘度升高，则轴承的电阻值升高，而且如果油分离度同时升高，则这种趋势是显著的。这可以假设为润滑脂中的炭黑作为导电材料所导致的影响。

用于润滑脂的基础油所具有的比体积电阻率常常超过10¹⁰Ω·cm，并且多数停留在泄漏基础油的接触部，由此而迅速地增加电阻值。降低基础油的粘度在润滑性方面是不可取的。如果内外座圈与滚动体之间存在金属接触，则轴承的电阻值降低，而且轴承极大地磨损表面。由于活性高，磨损的细小新表面与空气中的氧等发生反应形成氧化膜，导致电阻值增加。所以，基础油的粘度优选为5～200mm²/s，更优选为15～100mm²/s。

此外，如果将在磨损抑制剂中有效的添加剂添加到导电润滑脂中，则可以防止表面损伤，并且可以增加导电性的寿命。对该添加剂的量没有特殊的限制，但是从腐蚀性或对邻近树脂的亲合性来看，直到润滑脂总重量10％的量都是合理的。对于润滑脂，调整导电润滑脂中炭黑的量、增稠剂(锂皂)的量和添加剂(琥珀酸酐)的量，并使工作针入度符合245，图29示出了最大电阻值和300小时后的比体积电阻率的对比结果，对比的基础是炭黑量对炭黑量加上增稠剂量的比例。在同一图中，▲表示油分离度为1％的导电润滑脂的最大电阻值，X表示油分离度为3％的导电润滑脂的最大电阻值，◆表示油分离度为1％的导电润滑脂的比体积电阻率，■表示油分离度为3％的导电润滑脂的比体积电阻率。

如图29所示，对于具有低油分离度的导电润滑脂，尽管允许比体积电阻率一定的自由，但由于它们接触炭黑表面的接触比例高，所以能够保持低的电阻值。如果确定导电润滑脂的油分离度为2％或更低，炭黑量与炭黑量加上增稠剂量的比例为0.2至1.0，优选0.2至0.9，则能够使内外座圈之间的电阻值长期保持为低电阻值。

基于上述内容，如果确定轴承中装填的导电润滑脂的油分离度为2％或更低，则可抑制其导电性随着时间的推移而降低，由此使导电性长期保持稳定，以便能够长期精确地去除静电的影响并提高可靠性。

在上面的参考例2(表3)中，示范了这样的情况，即加入锂皂作为增稠剂和用炭黑作为增稠剂的情况，如果油分离度为2％或更低，则可获得相同的效果。

作为改变导电润滑脂的油分离度的方法，有多种方式，例如使用锂皂作为增稠剂时，将基础油与硬脂酸锂在设定的温度(例如120℃)下充分搅拌约1小时，充分脱水，并在230℃下慢慢地加热(如每分钟1至3℃)，以便使锂皂溶解于基础油中，升温之后，将基础油冷却。这时，增稠剂形成了，润滑脂也制备了，使它与试剂混合并对其进行滚动和捏制。这样，润滑脂就完成了。

制备原润滑脂时，取决于对温度或搅拌条件的控制(特别是对冷却速度的控制)，如果冷却速度低，锂皂的皂组分缠绕成长纤维，而当冷却速度快时，则缠绕成短纤维，因此，尽管增稠剂的加入量相同，但润滑脂的工作针入度可以调节至某种程度，油分离度也可以进行一些调整。长纤维的润滑脂倾向于较大的油分离度。另外，存在这样的趋势，即如果增稠剂的量大，则基础油的量基本上相对降低，而且油分离度变小。

如果包含精细的导电颗粒(炭黑)且增稠剂只有炭黑，那么可以在导电颗粒在基础油中时进行混合和捏制。例如，不必升温至230℃，并在适宜温度下(如约100℃)搅拌的同时，一点一点地加入炭黑以制备原润滑脂。当加入锂皂和炭黑时，可以使用下列任意方法：

(1)在制备原润滑脂过程中的升温期间，一点一点地加入炭黑；

(2)升温之后还热着的时候(冷却之前)，一点一点地加入炭黑；和

(3)冷却之后，将炭黑与添加剂一起加入。

下面将说明几种结构基本与上述滚珠轴承31相同的滚珠轴承(参考例3、4与对比例6至8)的试验结果。

试验轴承的尺寸为内径30mm，外径42mm，宽度7mm，而且由外座圈、内座圈和密封件合围限定的空间装填了量为该空间容量28～41％的导电润滑脂。该导电润滑脂由基础油、增稠剂和炭黑组成，如表4所示。

                                表4

	参考例3	参考例4	对比例6	对比例7	对比例8
						基础油	A	氟代硅氧烷	A	聚α烯烃	硅油
增稠剂	PTFE1)CB2)	PTFECB	PTFE	锂皂CB	CB
						CB3)的量	5.0	5.0	0	5.0	5.0
声学试验	○	○	○	×	×

A：全氟代聚醚

1)PTFE：聚四氟乙烯

2)CB：炭黑

3)单位：重量％

参考例3和4的轴承使用聚四氟乙烯(PTFE)和炭黑(CB)作为导电润滑脂的增稠剂。CB的用量为导电润滑脂总重量的5％。参考例3的基础油为全氟代聚醚，参考例4的基础油为氟代硅氧烷。

对比例6的轴承几乎与参考例3的相同，只是润滑脂不包含CB并且不具有导电性。对比例7的轴承既不使用硅化合物也不使用氟化合物作为导电润滑脂的增稠剂，而是使用一种已知的增稠剂。对比例8的轴承只使用CB作为导电润滑脂的增稠剂。

使这些滚珠轴承在180℃的高温下以及Fr＝19.6N和旋转数为每分钟/100的情况下，旋转400小时。旋转结束之后，通过anderometer进行声学试验，以检查滚珠轴承的磨损情况。结果示于表4中，其中良好的结果以○来表示，不良结果以×来表示。

在轴承于高温下旋转200和400小时之后，于轴承旋转的同时，测量内外座圈之间的电阻值(轴承电阻值)，并评价导电性随时间的推移而变化的程度。

测量轴承电阻值的仪器与图3中所示的相同。评价方式也与前面提到的使用上述结构的仪器评价滚珠轴承1的电阻值的方式相同。

关于这5种轴承(参考例3、4与对比例6至8)，用上述结构的仪器测量旋转时内外座圈1a与1b之间的电阻值(最大值)。

测量条件如下。

轴承部件2的转速：100rpm(min^-1)

施用电压：6.2V

最大电流：100μA

串联电阻：62kΩ

大气温度：40℃

大气湿度：50％RH

取样周期：50kHz，0.328秒

测量结果示于图31的曲线图中，其中参考例3的结果以◆表示，参考例4的结果■表示，对比例6的结果以▲表示，对比例7的结果以×表示，而对比例8的结果以○表示。

从图31的曲线图可以看出，每个含炭黑的轴承在开始时(旋转时间：0小时)都有小的轴承最大电阻值。另一方面，使用不含炭黑润滑脂的对比例6具有大的轴承电阻最大值。在轴承中，伴随旋转而产生的静电容易起电，如果使用这种轴承于复印机或打印机上，静电的旋转噪声可能给出不良影响，如图像(如复印机的复印图像)的失真。

由于对比例7没有使用硅化合物或氟化合物作为增稠剂，导电润滑酯的耐热性不足，当环境温度上升至180℃时，导电润滑酯显著地恶化，并且电阻值也因为轴承滚道表面的损伤和氧化膜的形成而增加。声学试验的结果同样不好。

此外，在仅使用作为导电性起源的炭黑作为增稠剂的对比例8中，尽管导电性状况良好，但是炭黑的网状结构容易破坏，导致润滑酯漏出或油分离。由于是固体，炭黑颗粒容易损伤轴承的滚道表面并降低声学寿命。

对于使用含若干种添加剂的导电润滑酯的滚珠轴承，下面将说明轴承电阻值的测量结果。使滚珠轴承在类似于上述的高温下旋转200小时，然后测量轴承电阻的最大值。

所用的添加剂为亚硝酸钠(NaNO₂)、MoS₂、合成云母和氟代磷腈衍生物。添加量为导电润滑脂总重量的2.5％。至于试验轴承的结构，除添加剂的添加量之外，均与参考例3的轴承相同。

结果示于图32的曲线图中，从中可以看出，加入添加剂时的最大值比不加添加剂时小。特别地，氟代磷腈衍生物降低轴承电阻的最大值。

通过改变氟代磷腈衍生物的添加量来评价轴承电阻的最大值。结果示于图33中。对添加量没有特别的限制，但是，基于溶解性问题，优选为润滑脂总重量10％或更低的添加量。

下面将参照通过改变炭黑添加量来评价轴承电阻最大值的结果。使轴承在类似于上述的高温下旋转200小时，然后按类似于上述的方式测量轴承电阻的最大值。试验轴承的结构与参考例3的轴承相同，只是改变了炭黑的添加量。

结果示于图34中，从中可以看出，炭黑即使是少量时也是有效的。因此，它可以与固有的增稠剂(硅化合物或氟化合物)共存，而且可以假设由于这种共存，炭黑可以保持所需的分散状态。

为了缓和润滑脂的工作针入度，炭黑的量优选为润滑脂总重量的10％或更低。如果高于此量，润滑脂就变得太硬。为了保证足够的导电性，润滑脂总重量的0.2％或更高的添加量是必需的。

还将引用改变炭黑比表面积(氮气吸附法的值)和评价轴承电阻最大值的结果。使轴承在类似于上述的高温下旋转200小时，然后按类似于上述的方式测量轴承电阻的最大值。试验轴承的结构与参考例3的轴承相同，只是炭黑的比表面积不同。

结果示于图35的曲线图中，从中可以看出，250m²/g或更高的炭黑比表面积是优选的。

还将引用改变炭黑的DBP油吸附量(邻苯二甲酸二丁酯吸附计的值)和评价轴承电阻最大值的结果。使轴承在类似于上述的高温下旋转200小时，然后按类似于上述的方式测量轴承电阻的最大值。试验轴承的结构与参考例3的轴承相同，只是炭黑的DBP油吸附量不同。

结果示于图36的曲线图中，从中可以看出，180ml/100g或更高的炭黑DBP油吸附量是优选的。

还引用改变所使用的基础油在40℃时的动力学粘度和评价轴承电阻最大值的结果。使轴承在类似于上述的高温下旋转200小时，然后按类似于上述的方式测量轴承电阻的最大值。试验轴承的结构与参考例3的轴承相同，只是所使用的基础油在40℃时的动力学粘度不同。

结果示于图37的曲线图中，从中可以看出，所使用的基础油在40℃时的动力学粘度优选为约15～500mm²/s。

如上所述，本发明导电润滑脂很难造成导电性随着时间的推移而降低。

油分离度被确定为2％或更低，以便能够长期保证导电润滑脂的导电性并完全去除静电的影响。因此，本发明的滚动轴承能够提高可靠性。

如项(13)所提到的本发明的轴承在导电性方面是优异的，即使在高达180℃的温度下也是如此，所以，内外座圈之间的导电状态可以很好地得到长期的保持。

尽管已参照其特定的实施方案对本发明进行了详述，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种改变和改性，这对本领与的技术人员来说，将是显而易见的。

Claims (6)

1.一种导电润滑脂，该导电润滑脂包括：

基础油；

增稠剂；

导电的固体粉末；及

至少一种磨损抑制剂、极压剂和油质剂，

其中所述导电固体粉末为碳黑，该碳黑的量为所述润滑脂总重量的0.2～10％，所述至少一种磨损抑制剂、极压剂和油质剂的总添加量为润滑脂总重量的0.1～10％；

所述基础油为直链或支链的全氟代烷基聚醚、其端基引入了羧基或异氰酸基的全氟代烷基聚醚、酯改性或醇改性的全氟代烷基聚醚，或者为氟油、硅氧烷油和氟代硅氧烷油中单独的一种或至少两种的混合物，并且其动力学粘度在40℃时为15mm²/s至500mm²/s；及

所述增稠剂包括选自硅化合物和氟化合物中的至少一种作为主要成分。

2.权利要求1的导电润滑脂，其中所述的氟化合物为聚四氟乙烯或三氟乙烯。

3.权利要求1的导电润滑脂，其中所述的硅化合物为细粉末二氧化硅、合成云母、云母或蒙脱石，所述细粉末二氧化硅的粒径为2μm以下。

4.权利要求1的导电润滑脂，该导电润滑脂还包括选自亚硝酸盐、苯并三唑、MgO、磺酸钙、氟代磷腈衍生物和MoS₂中至少任意一种的添加剂。

5.权利要求1的导电润滑脂，其中所述炭黑的比表面积大于或等于250m²/g。

6.权利要求1的导电润滑脂，其中所述炭黑的邻苯二甲酸二丁酯油吸附值大于或等于180ml/100g。

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