DE10066411B3

DE10066411B3 - Rollenvorrichtung

Info

Publication number: DE10066411B3
Application number: DE10066411A
Authority: DE
Inventors: Toyohisa Yamamoto; Kenichi Iso; Atsushi Oda
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 2000-02-10
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2020-02-11
Also published as: DE10080471T1; GB2353537A; US6432887B1; GB2353537B; WO2000047700A1; GB0025600D0

Abstract

Rollenvorrichtung, die folgendes aufweist: – ein bewegliches Teil, das eine Drehbewegung oder eine Linearbewegung ausführen kann; – ein Trägerteil, das das bewegliche Element abstützt; – einen Rollkörper, der zwischen dem beweglichen Teil und dem Trägerteil angeordnet ist und entsprechend der Bewegung des beweglichen Teils abrollt; und – ein Schmiermittel, das zwischen dem beweglichen Teil und dem Trägerteil angeordnet ist, an dem der Rollkörper abrollt, wobei das Schmiermittel als ein Grundöl eines von den folgenden enthält: (1) ein flüssiges fluoriertes Polymeröl, das eine kinetische Viskosität bei –20°C hat, die in einen Bereich zwischen 100 mm2/s und 3000 mm2/s fällt, und einen Dampfdruck bei 50°C von 0,02666 Pa (2 × 10–4 Torr) oder weniger hat; und (2) ein flüssiges fluoriertes Polymeröl, das eine kinetische Viskosität bei 40°C von 10 mm2/s bis 400 mm2/s und eine kinetische Viskosität bei 100°C von 3 mm2/s bis 80 mm2/s hat, und wobei das Schmiermittel 20 Gew.-% bis 35 Gew.-% eines Verdickungsmittels enthält, das aus wenigstens einem Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Diamantfeinteilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von nicht mehr als 0,1 μm und Fulleren bestehend aus 60 Kohlenstoffatomen besteht.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rollenvorrichtung gemäß den Ansprüchen.
Stand der Technik
Die Druckschrift DE 196 53 589 A1 betrifft eine Fett-Zusammensetzung, die ein Grundöl, ein Verdickungsmittel (Eindickungsmittel), ausgewählt aus einer Metallseife und einer Harnstoff-Verbindung, und einen anorganischen Füllstoff mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von nicht mehr als 2 μm umfaßt, sowie ein Wälzlager, in dem eine Fett-Zusammensetzung eingeschlossen ist, die ein Grundöl, ein Harnstoff-Verdickungsmittel und einen anorganischen Füllstoff mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von nicht mehr als 2 μm umfaßt.
Die Druckschrift DE 198 81 083 T1 betrifft ein Wälzlager, das unter solchen Bedingungen verwendet wird, bei denen Wasser in das Schmiermittel eindringen kann oder das Wälzlager der Einwirkung einer hohen Temperatur, einer hohen Rotationsgeschwindigkeit oder Vibrationen ausgesetzt ist, und das geeignet ist für elektrische Teile und Zubehörteile eines Automobilmotors, z. B. einer Drehstrom-Lichtmaschine.
Die Druckschrift DE 198 48 613 A1 betrifft metallische oder metallkeramische Gleit- und Wälzoberflächen, die mit einer fluororganischen Verbindung beladen sind. Es wird ein Kohlenwasserstoffrest, der teilweise fluoriert oder chlorofluoriert ist, über eine polare oder dipolare Gruppe selektiv an Störstellen der Oberfläche angelagert, wodurch die Gleit- und Wälzreibung deutlich herabgesetzt wird.
Die Druckschrift JP 07118683 A betrifft ein Schmiermittel für Kugel- oder Wälzlager.
Bei einer Rollenvorrichtung wie etwa einem Kugel- und Rollenlager oder einer linearen Vorrichtung wird ein Abrieb des Wälzkörpers und der mit dem Wälzkörper in Kontakt befindlichen Teile im allgemeinen dadurch verhindert, daß ein Schmierstoff wie etwa ein Schmieröl, z. B. ein Mineralöl oder ein Poly-α-Olefin, oder ein Schmierfett in der Rollenvorrichtung zirkuliert oder darin dicht eingeschlossen ist.
Eine solche Rollenvorrichtung kann unter den gewöhnlichen Gebrauchsbedingungen verwendet werden, ohne dass ein Problem auftritt. Wenn jedoch die Rollenvorrichtung beispielsweise unter hoher Temperatur, hoher Geschwindigkeit oder in einem Vakuumzustand angetrieben wird, wird der Schmierstoff zur Außenseite der Rollenvorrichtung verspritzt, oder der Schmierstoff verdunstet, wobei ein Gas erzeugt wird. Infolgedessen wird die Außenumgebung der Rollenvorrichtung kontaminiert. Daher wird in vielen Fällen ein Schmierfett auf Fluorbasis als Schmierstoff der Rollenvorrichtung in einer Anlage verwendet, die in einem Reinraum zum Einsatz kommt, etwa in einer Halbleiterfertigungsanlage, einer Flüssigkristall-Bildschirmfertigungsanlage und einer Festplatten-Fertigungsanlage; in einer Vakuumeinrichtung, in der die Rollenvorrichtung einem Vakuumzustand wie etwa einer Vakuumpumpe ausgesetzt ist; und einer unter Hochtemperatur verwendeten Einrichtung.
Das Schmierfett auf Fluorbasis ist ein Gemisch aus einem fluorierten flüssigen Polymeröl wie etwa einem Grundöl und einem fluorierten Festpolymer als Verdickungsmittel. Im allgemeinen hat das Schmierfett auf Fluorbasis sehr geringe Flüchtigkeit, und die Schmierstoffmenge, die zur Außenseite der Rollenvorrichtung verspritzt wird oder verdunstet, ist sehr gering. Daraus folgt, daß die Wahrscheinlichkeit einer Kontaminierung der Außenumgebung der Rollenvorrichtung relativ gering ist.
Das in dem Schmierstoff auf Fluorbasis enthaltene flüssige fluorierte Polymer hat jedoch im allgemeinen hohe Viskosität, was zu einer Schwierigkeit führt, und zwar speziell, wenn die das Schmierfett auf Fluorbasis als Schmiermittel verwendende Rollenvorrichtung mit hoher Geschwindigkeit angetrieben wird. Da der Schmierstoff einen hohen Widerstand gegen Aufrühren hat, wird dabei das Drehmoment übermäßig hoch, wodurch mehr Wärme erzeugt wird. Infolgedessen dehnen sich im Fall des Kugel- und Rollenlagers der Innenring, der Außenring und der Rollkörper aus. Daraus folgt, daß der Spielraum zwischen den einander benachbarten Teilen verringert wird, wodurch die Belastung an den Kontaktflächen zwischen dem Innenring und dem Rollkörper sowie zwischen dem Außenring und dem Rollkörper übermäßig hoch wird. Infolgedessen ergeben sich abnormaler Abrieb und Blockieren bzw. Festfressen, so daß die Rollenvorrichtung innerhalb kurzer Zeit unbrauchbar wird. Die Rollenvorrichtung muß daher häufig erneuert werden.
Seit einigen Jahren besteht die Tendenz, die Evakuierungsleistung und die Evakuierungsrate von Vakuummpumpen zu erhöhen. Insbesondere ist heutzutage die Drehgeschwindigkeit der in der Vakuumpumpe verwendeten Rollenvorrichtung stark erhöht. Dadurch steigt die Wärmeerzeugung an, wodurch abnormaler Abrieb und Festfressen eintreten, wie oben beschrieben wird. Infolgedessen wird die Rollenvorrichtung innerhalb kurzer Zeit unbrauchbar, und auch die Vakuumpumpe wird innerhalb kurzer Zeit betriebsunfähig.
Wenn, wie oben beschrieben, ein Schmierstoff auf Fluorbasis als Schmiermittel einer Rollenvorrichtung verwendet wird, die unter Bedingungen hoher Temperatur, hoher Geschwindigkeit oder Vakuum arbeitet, findet abnormaler Abrieb und Festfressen aufgrund der hohen Viskosität des Schmierstoffs auf Fluorbasis statt. Selbstverständlich ist es vorteilhaft, daß die unter Bedingungen hoher Temperatur, hoher Geschwindigkeit oder von Vakuum betriebene Rollenvorrichtung angetrieben werden kann, ohne daß eine Kontaminierung der Außenumgebung und erhöhtes Drehmoment auftreten.
Das oben beschriebene Problem tritt nicht nur unter Bedingungen wie hoher Temperatur, hoher Geschwindigkeit oder Vakuum auf, sondern auch unter Niedertemperaturbedingungen. Wenn eine Rollenvorrichtung beispielsweise in einer Einrichtung zum Kühlen oder Gefrieren eines elektronischen Bauelements verwendet wird, ergibt sich die Temperaturerhöhung aus dem Bewegungswiderstand, der beim Antreiben der Rollenvorrichtung besteht. Wenn also ein Mineralöl, etwa ein Poly-α-Olefin oder dergleichen, als der Schmierstoff der Rollenvorrichtung verwendet wird, wird die äußere Umgebung der Rollenvorrichtung, z. B. das zum Kühlen oder Gefrieren eingesetzte Kühlmittel, kontaminiert. Daher wird das zu kühlende Element wie etwa das elektronische Bauelement mit der Schmierstoffkomponente kontaminiert. Da außerdem in diesem Fall ein Verdunsten und Verschwinden des Schmierstoffs durch das Kühlmittel gefördert werden, kann im Gebrauch nur für kurze Zeit ein ausreichendes Schmiervermögen erzielt werden. Unter diesen Umständen wurde in der Vergangenheit das Schmierfett auf Fluorbasis in großem Umfang als Schmiermittel der Rollenvorrichtung unter den Bedingungen eingesetzt, die Niedrigtemperatur und eine Reinumgebung wie etwa im Kühlschrank und Gefrierschrank erfordern.
Das gewöhnliche fluorbasierte Schmierfett hat jedoch hohe Viskosität, wie bereits gesagt wurde. Insbesondere hat das fluorbasierte Schmierfett sehr hohe Viskosität unter Niedrigtemperaturbedingungen, was zu einem erhöhten Widerstand gegen Aufrühren führt, d. h. zu einem Anstieg des Drehmoments der Rollenvorrichtung. Es ist somit in manchen Fällen nicht möglich, die Rollenvorrichtung anzutreiben. Selbst wenn die Rollenvorrichtung angetrieben werden kann, wird aber auf den Motor zum Antreiben der Rollenvorrichtung eine übermäßig hohe Belastung aufgebracht. Ferner wird die mit dem Treiben des Motors einhergehende Wärmeerzeugung übermäßig hoch, so daß der Schmierstoff verdunstet und dadurch das Kühlmittel kontaminiert wird.
Außerdem ist zu beachten, daß einige der fluorbasierten Schmierfette einen hohen Dampfdruck haben. Wenn ein solches fluorbasiertes Schmierfett als Schmierstoff der Rollenvorrichtung verwendet wird, die unter Niedrigtemperaturbedingungen betrieben wird, nimmt die durch die Wärmeerzeugung bedingte, oben angegebene Verdunstung noch weiter zu. In diesem Fall werden die Verdunstung und das Verschwinden des Schmierstoffs durch das Kühlmittel gefördert, wie oben gesagt wurde, und infolgedessen kann innerhalb kurzer Zeit kein ausreichendes Schmiervermögen mehr erhalten werden.
Im Hinblick auf die Miniaturisierung der Entwurfsregeln elektronischer Bauelemente in den letzten Jahren werden die Anforderungen an die Verhinderung einer Kontaminierung durch die Kühl- und Gefriereinrichtung der elektronischen Bauelemente immer strenger. Ebenfalls im Hinblick auf die Miniaturisierung und die Energieeinsparung der Kühl- und Gefriereinrichtungen wird das Drehmoment der einen Teil des Antriebsabschnitts bildenden Rollenvorrichtung geringer, um Leistungsverluste zu unterdrücken und die Lebensdauer des Antriebsabschnitts zu verlängern, um so einen wartungsfreien Mechanismus zu erhalten.
Das in den herkömmlichen Rollenvorrichtungen verwendete Schmiermittel führt jedoch zu einer Steigerung des Drehmoments und einer Kontaminierung des gekühlten Elements. Außerdem erhebt sich bei dem Schmiermittel das Problem, daß innerhalb kurzer Zeit keine ausreichende Schmierfähigkeit mehr erreicht werden kann. Unter diesen Umständen ist es vorteilhaft, wenn die unter Niedrigtemperaturbedingungen verwendete Rollenvorrichtung angetrieben wird, ohne daß eine Kontaminierung der äußeren Umgebung auftritt und ohne daß das Drehmoment ansteigt.
Das sich von dem Schmierstoff ableitende Problem wird nicht nur dann erzeugt, wenn die Rollenvorrichtung in der oben beschriebenen Anlage verwendet wird. Anders ausgedrückt wird das sich von dem Schmierstoff ableitende Problem auch dann erzeugt, wenn die Rollenvorrichtung für andere Zwecke verwendet wird, wie nachstehend beschrieben wird.
Wie im Stand der Technik allgemein bekannt ist, wird ein Kugel- und Rollenlager, das Fett als Schmierstoff verwendet, im allgemeinen in den elektrischen Bauelementen eines Kraftfahrzeugs, in einer Lichtmaschine, die ein Zusatzteil einer Antriebsmaschine ist, einer Zwischenriemenscheibe, einer elektromagnetischen Kupplung für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs usw. verwendet.
Die Verkleinerung des Motorraums wird für Kraftfahrzeuge gefordert, um ein Fahrzeug mit Frontantrieb populär zu machen, wodurch das Fahrzeug miniaturisiert und sein Gewicht verringert und ein größerer Fahrgastraum geschaffen werden soll. Unter diesen Umständen werden verstärkte Anstrengungen unternommen, um die elektrischen Bauelemente, die Zusatzteile der Antriebsmaschine usw. zu miniaturisieren und ihr Gewicht zu verringern. Es ist jedoch unvermeidbar, daß die Miniaturisierung mit einer Abnahme der Ausgangsleistung einhergeht. Daher wird die Abnahme der Ausgangsleistung beispielsweise dadurch kompensiert, daß die Lichtmaschine oder die elektromagnetische Kupplung für die Fahrzeugklimaanlage mit höherer Geschwindigkeit angetrieben werden. Selbstverständlich wird auch die Zwischenriemenscheibe mit hoher Geschwindigkeit angetrieben.
Eine weitere Forderung ist, daß die Laufruhe des Kraftfahrzeugs verbessert wird. Um diese Forderung zu erfüllen, wird die Kapselung des Motorraums gefördert. Durch die Kapselung des Motorraums, die zweifellos für die Verbesserung der Laufruhe wirkungsvoll ist, wird jedoch ein Temperaturanstieg im Motorraum gefördert. Daraus folgt, daß die verschiedenen Teile im Motorraum eine höhere Wärmebeständigkeit haben müssen.
Heutzutage wird ein Fett, das durch Zugabe einer Harnstoffverbindung als Verdickungsmittel zu einem Grundöl eines Syntheseöls hergestellt ist, als Schmierstoff eines Kugel- und Rollenlagers in den vorgenannten Teilen, die auf dem oben beschriebenen Gebiet verwendet werden, eingesetzt. Das Schmierfett der Harnstoff/Syntheseölserie zeigt eine ausreichend lange Schmiermittellebensdauer bei Temperaturen von ca. 170°C bis 180°C. Wenn daher die Temperatur des Kugel- und Rollenlagers nur auf ca. 170°C bis 180°C ansteigt, reicht das genannte Schmierfett als Schmierstoff des Kugel- und Rollenlagers aus.
Seit einigen Jahren besteht jedoch die Tendenz, daß das Rollenlager höheren Temperaturen ausgesetzt wird. Bei einer bestimmten Lichtmaschine wird beispielsweise das Kühlwasser eines Kühlers zur Kühlung im Inneren der Lichtmaschine genutzt, und infolgedessen überschreitet die Lagertemperatur in manchen Fällen 200°C. Wenn das Schmierfett der oben angegebenen Harnstoff/Syntheseölserie als Schmiermittel in einem Kugel- und Rollenlager eingesetzt wird, dessen Temperatur auf ca. 200°C ansteigt, verhärtet das Schmierfett durch die Verdunstung des Grundöls. In einigen Fällen entmischt sich das Verdickungsmittel, so daß das Schmierfett weich wird. Infolgedessen stellt sich das Problem, daß ein Blockieren bzw. Festfressen frühzeitig stattfindet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Rollenvorrichtung, die zum Gebrauch unter einer rauhen Bedingung wie etwa hoher Temperatur, hoher Betriebsgeschwindigkeit, einem Vakuum sowie Niedrigtemperaturbedingungen ausgebildet ist und selbst dann eine ausgezeichnete Drehmoment-Lebensdauer zeigt, wenn sie unter einer solchen rauhen Bedingung angetrieben wird.
Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung einer Rollenvorrichtung, die zum Gebrauch unter einer rauhen Bedingung wie etwa hoher Temperatur, hoher Betriebsgeschwindigkeit, einem Vakuum und Niedrigtemperaturbedingungen ausgebildet und imstande ist, eine Kontaminierung der äußeren Umgebung zu unterdrücken und eine ausgezeichnete Drehmoment-Lebensdauer auch dann zeigt, wenn sie unter einer solchen rauhen Bedingung angetrieben wird.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Rollenvorrichtung, die auch unter Bedingungen einer hohen Temperatur, hohen Betriebsgeschwindigkeit und hohen Belastung eine ausreichende Beständigkeit gegen Blockieren zeigt.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Rollenvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei der Rollenvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird als ein Grundöl des Schmiermittels ein vorbestimmtes flüssiges fluoriertes Polymeröl verwendet, was zur Folge hat, daß die Rollenvorrichtung auch unter rauhen Bedingungen zufriedenstellend verwendet werden kann.
Insbesondere ist bei der Rollenvorrichtung der vorliegenden Erfindung das Schmiermittel, das als ein Grundöl ein flüssiges fluoriertes Polymeröl mit einer kinetischen Viskosität bei –20°C von 100 mm²/s bis 3000 mm²/s und mit einem Dampfdruck bei 50°C von 0,02666 Pa (2 × 10^–4 Torr) oder weniger enthält, zum Einsatz unter Niedrigtemperaturbedingungen ausgebildet.
Die Rollenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, deren Schmiermittel als ein Grundöl ein flüssiges fluoriertes Polymeröl enthält, das eine kinetische Viskosität bei 40°C von 10 mm²/s bis 400 mm²/s und eine kinetische Viskosität bei 100°C von 3 mm²/s bis 80 mm²/s hat, ist zur Verwendung unter hoher Temperatur, hoher Betriebsgeschwindigkeit oder Vakuumbedingungen ausgebildet.
Wenn die Rollenvorrichtung der vorliegenden Erfindung ferner unter der Bedingung einer hohen Temperatur, einer hohen Betriebsgeschwindigkeit oder eines Vakuums verwendet wird, ist es vorteilhaft, daß das Schmiermittel eine ölige Verbindung enthält, die als Hauptkette ein Perfluorpolyether-Gerüst mit einer polaren Gruppe an einem Ende oder beiden Enden der Hauptkette und ein Molekulargewicht von höchstens 10.000 hat. Es ist vorteilhaft, daß die ölige Verbindung in dem Schmiermittel in einer Menge von 0,5 bis 10 Gew.-% enthalten ist.
1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Rollenvorrichtung gemäß Beispielen zeigt;
2 ist ein Diagramm, das die Drehmoment-Lebensdauer des Kugel- und Rollenlagers und die Verlustmenge durch Verdunstung des Schmiermittels bei –20°C gemäß einem ersten Beispiel (Beispiel 1) zeigt;
3 ist ein Diagramm, das die Drehmoment-Lebensdauer des Kugel- und Rollenlagers und die Verlustmenge des Schmiermittels durch Verdunstung bei 50°C gemäß Beispiel 1 zeigt;
4 ist ein Diagramm, das die Drehmoment-Lebensdauer bei –20°C des Kugel- und Rollenlagers gemäß Beispiel 1 zeigt;
5 ist ein Diagramm, das die Drehmoment-Lebensdauer bei –20°C des Kugel- und Rollenlagers gemäß Beispiel 1 zeigt;
6 ist ein Diagramm, das die Drehmoment-Lebensdauer bei 40°C und 100°C des Kugel- und Rollenlagers gemäß einem zweiten Beispiel (Beispiel 2) zeigt;
7 ist ein Diagramm, das die Drehmoment-Lebensdauer des Kugel- und Rollenlagers gemäß Beispiel 2 bei 100°C und unter Vakuum zeigt;
8 ist ein Diagramm, das die Drehmoment-Lebensdauer des Kugel- und Rollenlagers gemäß Beispiel 2 bei 100°C und unter Vakuum zeigt;
9 ist ein Diagramm, das die Drehmoment-Lebensdauer des Kugel- und Rollenlagers gemäß Beispiel 2 bei 100°C und unter Vakuum zeigt;
10 ist ein Diagramm, das die Drehmoment-Lebensdauer des Kugel- und Rollenlagers gemäß Beispiel 2 bei 40°C und 100°C zeigt;
11 ist ein Diagramm, das die Drehmoment-Lebensdauer des Kugel- und Rollenlagers gemäß Beispiel 2 bei 100°C und unter Atmosphärendruck zeigt;
12 ist ein Diagramm, das die Lebensdauer bis zum Blockieren des Kugel- und Rollenlagers gemäß einem dritten Beispiel (Beispiel 3) zeigt.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend im einzelnen beschrieben.
Die Rollenvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird hauptsächlich unter einer Bedingung hoher Temperatur, hoher Betriebsgeschwindigkeit, von Vakuum oder Niedrigtemperatur verwendet. Daher sind die nachstehend beschriebenen Rollenvorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform eine Vorrichtung, die zur Verwendung unter einer Niedrigtemperaturbedingungen ausgebildet ist, eine Vorrichtung, die zur Verwendung unter einer hohen Temperatur, einer hohen Betriebsgeschwindigkeit oder einem Vakuum ausgebildet ist, und eine Vorrichtung, die zur Verwendung unter einer hohen Temperatur, hohen Betriebsgeschwindigkeit und hohen Belastung ausgebildet ist.
Die Rollenvorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform werden als Kugel- und Rollenlager, Linearvorrichtungen oder dergleichen verwendet. Der Ausdruck ”Linearvorrichtung” bezeichnet eine lineare Antriebsvorrichtung wie etwa eine Kugelumlaufspindelvorrichtung oder eine lineare Führungsvorrichtung wie etwa eine Linearführung. Jedes dieser Kugel- und Rollenlager und jede dieser Linearvorrichtungen ist so ausgebildet, daß ein bewegliches Teil an einem Trägerteil mit einem Rollenkörper dazwischen abgestützt ist und zwischen dem Trägerteil und dem beweglichen Teil ein Schmiermittel vorgesehen ist. Die nachstehende Beschreibung umfaßt die Fälle, in denen Rollenvorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform auf ein Kugel- und Rollenlager, eine lineare Antriebsvorrichtung und eine lineare Führungsvorrichtung angewandt werden.
Wenn die Rollenvorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform als Kugel- und Rollenlager verwendet werden, wird als das Trägerteil ein zylindrischer Außenring verwendet, und ein Innenring, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Außenrings ist, wird als das bewegliche Teil verwendet. Ferner sind bei dem Kugel- und Rollenlager der Innenring und der Außenring koaxial angeordnet. Eine rillenartige Laufbahn ist an jeder von der Außenumfangsfläche des Innenrings und der Innenumfangsfläche des Außenrings ausgebildet. Der Spielraum zwischen dem Innenring und dem Außenring ist so bemessen, daß der Rollkörper entlang der Laufbahn an jedem von dem Innenring und dem Außenring abrollen kann. Ferner ist zwischen dem Innenring und dem Außenring ein Schmiermittel vorgesehen, um einen Abrieb des Rollkörpers usw. zu verhindern.
Bei der speziellen Konstruktion des Kugel- und Rollenlagers wird der Innenring relativ zu dem Außenring durch eine von außen einwirkende Kraft gedreht, wird jedoch in der Axialrichtung nicht bewegt. Der Rollkörper kann daher eine sphärische Kugel oder ein zylindrischer oder konischer Wälzkörper sein.
Wenn die Rollvorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform als lineare Antriebseinrichtung verwendet werden, kann als das Trägerteil eine Gewindespindel verwendet werden, die an der Seitenfläche mit einer Gewindenut ausgebildet ist. Als das bewegliche Teil wird dabei eine Mutter verwendet, die an derjenigen Oberfläche, die der Gewindespindel zugewandt ist, eine Gewindenut aufweist, und der Rollkörper ist so angeordnet, daß er zwischen der Gewindespindel und der Gewindenut der Mutter abrollen kann.
Daraus folgt, daß der Rollkörper in der Axialrichtung der Gewindespindel bewegt werden kann, indem die Rotation der Mutter unterdrückt und die Gewindespindel gedreht wird, und somit kann die Mutter in der Axialrichtung der Gewindespindel bewegt werden. Bei dieser linearen Antriebsvorrichtung ist der Rollkörper übrigens sphärisch, und die Mutter ist so ausgebildet, daß sie die Zirkulation des Rollkörpers innerhalb der Gewindenut zuläßt.
Der Rollkörper gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform kann auch als eine geradlinige Führungseinrichtung verwendet werden. Bei dieser geradlinigen Führungseinrichtung wird als das Trägerteil eine Führungswelle verwendet, die keine Gewinderille an ihrer Seitenwand hat, und ein Gleitstück, das in der Axialrichtung der Führungswelle bewegbar ist, wird als das bewegliche Teil verwendet. Bei dieser geradlinigen Führungsvorrichtung ist der Rollkörper zwischen dem Gleitstück und der Führungswelle so angeordnet, daß er zum Abrollen imstande ist, so daß das Gleitstück in der Axialrichtung der Führungswelle durch die von außen aufgebrachte Kraft bewegbar ist. Als Alternative kann der Rollkörper in das Gleitstück oder in die Führungswelle eingebettet sein.
Die oben beschriebene Rollenvorrichtung ist hinsichtlich ihres Aufbaus ähnlich der herkömmlichen Rollenvorrichtung mit der Ausnahme, daß das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Schmiermittel sich von demjenigen in der herkömmlichen Vorrichtung unterscheidet. Daher können zum Formen des Trägerteils, des Rollkörpers und des beweglichen Teils die Werkstoffe verwendet werden, die bei der herkömmlichen Vorrichtung gewöhnlich verwendet werden, und diese Werkstoffe sind bei der vorliegenden Erfindung nicht speziell eingeschränkt. Es ist jedoch vorteilhaft, beispielsweise Lagerstähle wie SUJ2 oder NSJ2; Metallstähle wie etwa rostfreie Stähle, z. B. SUS440S, ES-1, LNS125 und SUS630; und Keramikwerkstoffe wie Siliciumnitrid (Si₃N₄), Siliciumcarbid (SiC), Sialon, ein teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid (ZrO₂) und Aluminiumoxid (Al₂O₃) zu verwenden. Diese Werkstoffe können entweder für sich oder kombiniert verwendet werden. Insbesondere, wenn die äußere Oberfläche oder der gesamte Bereich des Rollkörpers aus einem Keramikwerkstoff geformt ist, kann der Rollkörper über lange Zeit auch dann zufriedenstellend angetrieben werden, wenn eine Schmiermittelschicht aus einem Öl oder Fett nicht ausreichend ausgebildet ist, weil die Wahrscheinlichkeit einer Verklebung der Keramikwerkstoffe gering ist.
Nachstehend wird das Schmiermittel beschrieben, das in den Rollenvorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform verwendet wird. Das in den Rollenvorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform verwendete Schmiermittel ist zwischen dem beweglichen Teil und dem Trägerteil angeordnet, um an der Rollkontaktfläche des Rollkörpers und an der Gleitkontaktfläche zwischen dem beweglichen Teil und dem Trägerteil Abrieb zu verhindern und den Kontaktwiderstand zu senken. Ferner unterscheiden sich die Rollenvorrichtungen gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform hinsichtlich der Zusammensetzung des verwendeten Schmiermittels geringfügig voneinander. Das in der Rollenvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verwendete Schmiermittel wird zuerst beschrieben.
Das in der Rollenvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verwendete Schmiermittel erlaubt ein zufriedenstellendes Antreiben der Rollenvorrichtung unter Niedrigtemperaturbedingungen. Insbesondere enthält das Schmiermittel als Grundöl ein flüssiges fluoriertes Polymeröl, das eine kinetische Viskosität bei –20°C von 100 mm²/s bis 3000 mm²/s und einen Dampfdruck bei 50°C von 0,02666 Pa (2 × 10^–4 Torr) oder weniger hat.
Wenn das flüssige fluorierte Polymeröl eine kinetische Viskosität von weniger als 100 mm²/s bei –20°C hat, besteht die Gefahr, daß das flüssige fluorierte Polymeröl im Betrieb der Rollenvorrichtung aus der Rollenvorrichtung austritt. Infolgedessen wird die Schmiermittelmenge unzureichend. Alternativ wird an der Rollkontaktfläche oder der Gleitkontaktfläche keine ausreichende Ölschicht gebildet, und dadurch wird der Rollkörper in direkten Kontakt mit dem beweglichen Teil und dem Trägerteil gebracht, was zu einer signifikant kurzen Drehmoment-Lebensdauer führt. Alternativ besteht die Tendenz, daß eine äußere Umgebung wie etwa das Kühlmittel kontaminiert wird.
Wenn dagegen die kinetische Viskosität des flüssigen fluorierten Polymeröls höher als 3000 mm²/s bei –20°C ist, wird der Widerstand des Schmiermittels gegen Aufrühren übermäßig hoch. Genauer gesagt wird das Drehmoment der Rollenvorrichtung erhöht, wodurch die Leistungsverluste des Motors oder dergleichen erhöht werden. Da außerdem die durch das Antreiben erzeugte Wärmemenge ansteigt, wird die Verdunstung des Schmiermittels gefördert. Infolgedessen wird das Schmiermittel in eine äußere Umgebung wie etwa ein Kühlmittel abgegeben, wodurch das gekühlte Teil wie etwa ein elektronisches Bauelement kontaminiert wird.
Wenn ferner der Dampfdruck des flüssigen fluorierten Polymeröls bei 50°C höher als 0,02666 Pa (2 × 10^–4 Torr) ist, verdunstet das Polymeröl sehr leicht, wodurch die Drehmoment-Lebensdauer erheblich verkürzt wird. Alternativ besteht die Gefahr, daß die äußere Umgebung wie etwa ein Kühlmittel kontaminiert wird.
Andererseits ist es im Fall der Verwendung eines flüssigen fluorierten Polymeröls, das einen Dampfdruck bei 50°C von 0,02666 Pa (2 × 10^–4 Torr) oder weniger hat, als Grundöl möglich, die Verdunstung des Schmiermittels zu unterdrücken. Wenn ferner die kinetische Viskosität bei –20°C des flüssigen fluorierten Polymeröls in einen Bereich zwischen 100 mm²/s und 3000 mm²/s fällt, kann ferner die Rollenvorrichtung mit niedrigem Drehmoment angetrieben werden, weil unter den Niedrigtemperaturbedingungen der Widerstand des Schmiermittels gegen Aufrühren gering ist. Daraus folgt, daß es möglich ist, einen Verlust der vom Motor erzeugten Leistung zu unterdrücken, wenn das Schmiermittel unter den Niedrigtemperaturbedingungen eingesetzt wird. Da das Drehmoment verringert wird, ist es außerdem möglich, die mit dem Antreiben der Rollenvorrichtung einhergehende Wärmeerzeugung zu unterdrücken, so daß die Verdunstung des Schmiermittels wirkungsvoller unter Kontrolle gehalten werden kann. Das heißt also, auch wenn die Rollenvorrichtung unter den Niedrigtemperaturbedingungen angetrieben wird, ist es möglich, eine Kontaminierung der äußeren Umgebung zu vermeiden und eine sehr gute Drehmoment-Lebensdauer zu erzielen.
Bei der ersten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Grundöl aus einem flüssigen fluorierten Polymer besteht, das eine kinetische Viskosität bei –20°C von 100 mm²/s bis 2500 mm²/s und einen Dampfdruck bei 50°C von 6,666 × 10^–3 Pa (5 × 10^–5 Torr) oder weniger hat. Auch ist es in diesem Fall vorteilhafter, daß das Grundöl aus einem flüssigen fluorierten Polymer besteht, das eine kinetische Viskosität bei –20°C von 100 mm²/s bis 2000 mm²/s und einen Dampfdruck bei 50°C von 2,666 × 10^–3 Pa (2 × 10^–5 Torr) oder weniger hat. Bei Verwendung des speziellen flüssigen fluorierten Polymers treten die oben beschriebenen Auswirkungen stärker hervor.
Das in dem oben beschriebenen Schmiermittel verwendete Grundöl, das nicht speziell eingeschränkt ist, solange das Grundöl aus einem flüssigen fluorierten Polymer besteht, das die kinetische Viskosität und den Dampfdruck hat, die oben beschrieben wurden, umfaßt beispielsweise Perfluorpolyether (nachstehend als ”PFPE” bezeichnet), ein Telomer von Trifluorethylen sowie Fluorsiliconpolymer. Diese flüssigen fluorierten Polymeröle können entweder jeweils für sich oder kombiniert eingesetzt werden.
Bei der ersten Ausführungsform ist es möglich, daß das Schmiermittel als Verdickungsmittel Substanzen wie etwa ein festes fluoriertes Polymer, ein geschichtetes Mineralpulver, ultrafeine Partikel und ein Weißpulver, von dem im wesentlichen sämtliche Bestandteile nichtmetallische Elemente sind, enthält.
Das als ein Verdickungsmittel eingesetzte feste fluorierte Polymer umfaßt beispielsweise Polytetrafluorethylen (nachstehend als ”PTFE” bezeichnet), ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen, ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluorpropylvinylether, und ein Gemisch dieser Polymere.
Das als Verdickungsmittel eingesetzte geschichtete Mineralpulver umfaßt beispielsweise Pulver aus einem Mineral der Glimmer- bzw. Mikaserie, einem Mineral der Vermiculitserie und einem Mineral der Montmorillonitserie, die jeweils eine geschichtete Kristallstruktur wie etwa diejenige eines Graphits oder eines Bornitrid-Hexagonalsystems haben.
Die chemische Zusammensetzung des Minerals der Glimmerserie kann durch eine allgemeine Formel XMg₂Li(Y₄O₁₀)Z₂ oder XMg_2,5(Y₄O₁₀)Z₂ dargestellt werden. Die chemische Zusammensetzung des Minerals der Vermiculitserie kann durch die allgemeine Formel X_2/3Mg_7/3Li_2/3(Y₄O₁₀)Z₂ dargestellt werden. Ferner kann die chemische Zusammensetzung des Minerals der Montmorillonitserie durch die allgemeine Formel X_1/3Mg_8/3Li_1/3(X₄O₁₀)Z₂ dargestellt werden. Dabei ist X in diesen allgemeinen Formeln K, Na oder Li. Y ist Si oder Ge. Z bezeichnet F oder OH.
Die physikalischen Eigenschaften, die diese geschichteten Minerale gemeinsam haben, werden nachstehend beschrieben, wobei Mika als Beispiel genommen wird. Der Hauptbestandteil von Mika ist SiO₂, das in einer Menge von 40 bis 50% enthalten ist. Die Si-Atome in dem Mikakristall sind dem Sauerstofftetraeder zugeordnet, und die Si-O₄-Bindung ist sehr stark. Der Mikakristall hat eine Schichtstruktur, in der Sandwichlagen, die jeweils als Tafel bezeichnet werden, aufeinander geschichtet sind, wobei die Sandwichlage aus einem Paar von Schichten besteht, die jeweils aus den Tetraedern und Ionen gebildet sind, die eine Oktaederkoordination wie etwa Al³⁺, Fe²⁺ und Mg²⁺ bilden können und zwischen dem Paar von Schichten angeordnet sind. Ein Alkalimetallion oder ein Erdalkalimetallion, das als Zwischenschichtion bezeichnet wird, ist zwischen den benachbarten Tafeln angeordnet, und das Zwischenschichtion bildet eine Ionenbindung mit einem Sauerstoffatom. Die Ionenbindung zwischen dem Zwischenschichtion und dem Sauerstoffatom ist jedoch sehr schwach, so daß Mika dazu tendiert, sich von der durch die Zwischenschichtionen gebildeten Ebene abzulösen.
Wie oben beschrieben wurde, ist die Bindungsfestigkeit zwischen benachbarten Tafeln in dem oben beschriebenen geschichteten Mineral schwach, und wenn daher auf das spezielle Mineral eine Scherbeanspruchung aufgebracht wird, läßt sich das Mineral an der durch die Zwischenschichtionen gebildeten Ebene sehr leicht spalten. Daraus folgt, daß im Fall der Verwendung des geschichteten Minerals als Verdickungsmittel, das in dem Schmiermittel enthalten ist, der Reibungskoeffizient in der Rollkontaktfläche und der Gleitkontaktfläche des Rollkörpers, des beweglichen Körpers und des Trägerteils verringert ist. Anders ausgedrückt wird der Abrieb an der Kontaktfläche unterdrückt, und ein Anstieg des Drehmoments und Festfressen kann verhindert werden.
Es ist vorteilhaft, daß das geschichtete Mineral wenigstens eines von Lithiumionen und Natriumionen als die Zwischenschichtionen enthält. Wenn das Mineral der Mikaserie, das Mineral der Vermiculitserie oder das Mineral der Montmorillonitserie, die jeweils ein Zwischenschichtion mit kleinem Innenradius enthalten, mit einem Lösungsmittel wie etwa Wasser oder einem Öl vermischt wird, tritt das Lösungsmittel in den Zwischenraum zwischen den Kristallschichten ein, so daß das Mineral quellen kann.
Wenn das Schmiermittel hergestellt wird, indem das geschichtete Mineralpulver, das diese Quelleigenschaften hat, mit einem Grundöl vermischt wird, wird das Grundöl teilweise in dem geschichteten Mineralpulver aufgenommen. Somit kann bei Verwendung des speziellen Schmiermittels das Grundöl der Kontaktfläche zugeführt werden, wenn in der Kontaktfläche zu wenig Grundöl vorhanden ist. Wenn andererseits das Grundöl an der Kontaktfläche in zu großer Menge vorhanden ist, kann das Grundöl in dem geschichteten Mineralpulver aufgenommen werden. Infolgedessen wird der Kontaktfläche immer eine geeignete Grundölmenge zur Verfügung gestellt. Somit ist es möglich, eine zufriedenstellende Drehmoment-Lebensdauer zu erzielen und wirkungsvoll zu verhindern, daß das Grundöl im Betrieb der Rollenvorrichtung verspritzt wird.
Es ist vorteilhaft, wenn die Grenzfläche des geschichteten Mineralpulvers einer hydrophoben Behandlung mit einem hydrophoben grenzflächenaktiven Mittel bzw. Tensid unterzogen wird. Indem die Grenzfläche hydrophob gemacht wird, kann die Aufnahme von Wasser in das geschichtete Mineralpulver verhindert werden, und das Grundöl kann selektiv und wirkungsvoll in dem geschichteten Mineralpulver aufgenommen werden. Daraus folgt, daß es möglich ist, über lange Zeit einen zufriedenstellenden Schmierzustand aufrechtzuerhalten, die Drehmoment-Lebensdauer der Rollenvorrichtung zu verbessern und eine Kontaminierung der äußeren Umgebung besser zu unterdrücken.
Das für die hydrophobe Behandlung eingesetzte hydrophobe, grenzflächenaktiver Stoff bzw. das Tensid ist bei der vorliegenden Erfindung nicht besonders eingeschränkt, solange das hydrophobe Tensid eine Alkylgruppe mit wenigstens 8 Kohlenstoffatomen hat. Insbesondere ist es möglich, Ammoniumsalzverbindungen und Tenside der Alkylaminserie, die eine funktionelle Gruppe wie etwa -NH₂-Gruppe, -OH-Gruppe und -COOH-Gruppe haben, zu verwenden.
Es ist vorteilhaft, daß das geschichtete Mineralpulver einen mittleren Teilchendurchmesser hat, der in einen Bereich zwischen 0,05 μm und 20 μm, bevorzugt zwischen 0,1 μm und 10 μm fällt. Wenn der mittlere Teilchendurchmesser kleiner als die Untergrenze des oben angegebenen Bereichs ist, ballen sich die Pulverteilchen zusammen, wenn das Pulver mit dem Grundöl zum Herstellen des Schmierstoffs vermischt wird, so daß Sekundärteilchen gebildet werden, was zu einer geringen Dispergierfähigkeit führt. Wenn andererseits der mittlere Teilchendurchmesser die Obergrenze des oben angegebenen Bereichs überschreitet, ist es für die geschichteten Mineralpulverteilchen schwierig, in die Rollkontaktfläche oder die Gleitkontaktfläche einzutreten. Alternativ halten die Kontaktflächen die Pulverteilchen fest. Dadurch wird das Drehmoment der Rollenvorrichtung deutlich erhöht. In manchen Fällen kann es sogar sein, daß die Rollenvorrichtung gebrauchsunfähig wird.
Die ultrafeinen Teilchen, die in dem Schmiermittel der vorliegenden Erfindung als Verdickungsmittel eingesetzt werden, haben einen kleinen Teilchendurchmesser und eine rundliche Oberflächengestalt. Im Fall der Verwendung eines Schmiermittels, das solche ultrafeinen Teilchen enthält, wird ein sogenannter ”Mikrolagereffekt” erzeugt, so daß die ultrafeinen Teilchen an der Rollkontaktfläche und der Gleitkontaktfläche des Rollkörpers, des beweglichen Teils und des Trägerteils abrollen können. Infolgedessen wird an der Kontaktfläche der Reibungskoeffizient verringert. Wenn eine hohe Belastung aufgebracht wird, ist es ferner möglich, die Verklebung zwischen den Rollkontaktflächen oder zwischen den Gleitkontaktflächen in denjenigen Fällen zu verhindern, in denen die Rollenvorrichtung mit niedriger Geschwindigkeit betrieben wird und in denen das Grundöl zwischen den benachbarten Kontaktflächen unzureichend ist. Daraus folgt, da es möglich ist, Abrieb und Festfressen der Kontaktfläche zu verhindern, um so über einen langen Zeitraum einen zufriedenstellenden Schmierzustand aufrechtzuerhalten.
Es ist möglich, daß die ultrafeinen Teilchen entweder aus einer anorganischen Substanz oder einer organischen Verbindung bestehen. Die aus einer anorganischen Substanz gebildeten ultrafeinen Teilchen umfassen Teilchen von anorganischen Verbindungen wie etwa SiO₂-Feinteilchen, MgO-Feinteilchen, TrO₂-Feinteilchen und Al₂O₃-Feinteilchen; und anorganische Materialien, bestehend aus Kohlenstoff allein wie etwa Diamantfeinteilchen und Fulleren (C₆₀). Diese anorganischen Substanzen können zu sehr kleinen Teilchen mit rundlichen Oberflächen geformt werden. Es ist gemäß der Erfindung vorgesehen, von diesen ultrafeinen Teilchen Diamantfeinteilchen oder Fulleren (C₆₀) zu verwenden.
Die Diamantfeinteilchen sind chemisch sehr stabil und sehr hart, so daß die Wahrscheinlichkeit eines Bruchs kaum gegeben ist. Wenn die ultrafeinen Teilchen brechen, besteht die Tendenz, daß die gebrochenen Teilchen scharfe Eckbereiche haben oder scharfe Teilchen bilden. Andererseits ist es im Fall der Verwendung von Diamantfeinteilchen als die ultrafeinen Teilchen selbst bei einem Bruch der Diamantteilchen für das Bruchstück praktisch unmöglich, einen scharfen Eckbereich zu haben oder ein scharfes Teilchen zu bilden. Daraus folgt, daß über einen langen Zeitraum ein guter Schmierzustand aufrechterhalten werden kann.
In diesem Fall ist es ferner noch vorteilhafter, wenn die Oberflächen der Diamantfeinteilchen chemisch mit Graphit beschichtet sind. Die auf die Oberfläche aufgebrachte Graphitbeschichtung dient der Verbesserung der Grenzflächenschmierfähigkeit der ultrafeinen Teilchen, was es ermöglicht, über einen weiteren langen Zeitraum einen guten Schmierzustand aufrechtzuerhalten.
Ein guter Schmierzustand kann auch im Fall der Verwendung von Fulleren (C₆₀) über lange Zeit aufrechterhalten werden. Es ist in diesem Zusammenhang zu beachten, daß Fulleren (C₆₀) ein Molekül ist, das aus 60 Kohlenstoffatomen besteht und wie ein Fußball geformt ist und eine geschlossene Mantelstruktur hat, die aus einer Vielzahl von sechsteiligen Ringen und fünfteiligen Ringen besteht, die aneinandergrenzen. Es ist im Stand der Technik bekannt, daß Fulleren (C₆₀) gegenüber Wärme hochstabil ist und bis zu 1500°C nicht brechen kann. Da Fulleren (C₆₀) ferner eine sphärische Molekülstruktur hat, kann der vorher erwähnte Mikrolagereffekt noch deutlicher erzeugt werden. Außerdem zeigt Fulleren (C₆₀) selber Schmierfähigkeit. Daraus folgt, daß dann, wenn Fulleren (C₆₀) als die ultrafeinen Teilchen eingesetzt wird, ein guter Schmierzustand über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden kann.
Es ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die aus einer anorganischen Substanz bestehenden ultrafeinen Teilchen einen mittleren Teilchendurchmesser von nicht mehr als 0,1 μm haben. Wenn der mittlere Teilchendurchmesser 0,1 μm überschreitet, können die ultrafeinen Teilchen nur schwer in die Rollkontaktfläche oder die Gleitkontaktfläche eintreten. Alternativ besteht die Tendenz, daß die Kontaktflächen die ultrafeinen Teilchen festhalten. Es ist ferner zu beachten, daß die ultrafeinen Teilchen eine Polierfunktion zeigen, und infolgedessen wird die Oberflächenrauhigkeit innerhalb relativ kurzer Zeit erhöht, oder in manchen Fällen wird eventuell ein abnormaler Abrieb erzeugt. Daraus folgt, daß das Drehmoment der Rollenvorrichtung deutlich erhöht wird, wodurch in einigen Fällen die Rollenvorrichtung gebrauchsunfähig wird.
Das geschichtete Mineralpulver ist übrigens schuppenförmig mit einer Dicke von weniger als dem mittleren Durchmesser. Da das geschichtete Mineralpulver ferner zur Spaltung neigt und weich ist, ist das geschichtete Mineralpulver imstande, in den Zwischenraum zwischen benachbarten Kontaktflächen einzutreten, obwohl das geschichtete Mineralpulver einen mittleren Durchmesser von 0,1 bis 10 μm hat. Außerdem wird die Kontaktfläche von dem geschichteten Mineralpulver nicht verkratzt. Da jedoch die ultrafeinen Teilchen, die aus den oben beschriebenen anorganischen Substanzen bestehen, sphärisch geformt sind, ist es schwierig für die Teilchen, die einen mittleren Teilchendurchmesser von mehr als 0,1 μm haben, d. h. für die Teilchen, die einen Durchmesser haben, der größer als die Dicke der zwischen benachbarten Kontaktflächen befindlichen Ölschicht ist, in den Spielraum zwischen benachbarten Kontaktflächen einzutreten. Da die ultrafeinen Teilchen außerdem hart sind, tendieren die Teilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von mehr als 0,1 μm dazu, einen Abrieb der Kontaktfläche zu verursachen. Daraus folgt, daß sich das geschichtete Mineralpulver und die aus anorganischen Substanzen bestehenden ultrafeinen Teilchen in einem erwünschten Teilchendurchmesserbereich voneinander unterscheiden.
Andererseits sind die ultrafeinen Teilchen, die aus organischen Verbindungen bestehen, d. h. organische ultrafeine Teilchen, ultrafeine Polymerteilchen, die mit der bekannten Technologie wie etwa Emulsionspolymerisation, Mehrstufen-Emulsionspolymerisation, Suspensionspolymerisation und NAD bzw. nichtwäßriger Dispersion hergestellt sind. Die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzten ultrafeinen Polymerteilchen umfassen beispielsweise Teilchen aus Polymer oder Copolymer von Acrylester, dargestellt durch die allgemeine Formel CH₂=CHCOOR wie etwa Methylacrylat, Ethylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat und n-Butylacrylat; Teilchen aus Polymer oder Copolymer eines Methacrylesters, dargestellt durch die allgemeine Formel CH₂=C(CH₃)COOR wie etwa Ethylmethacrylat, Glycidylmethacrylat, Cyclohexylmethacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, n-Butylmethacrylat, Hexylmethacrylat und Methylmethacrylat; Teilchen aus Styrolpolymer; Teilchen aus Copolymer der Styrol-Acrylserie; und Teilchen aus Styrol-Methacrylester-Copolymer.
Bei Verwendung eines Schmiermittels, das solche organischen ultrafeinen Teilchen enthält, sind die organischen ultrafeinen Teilchen zwischen den benachbarten Rollkontaktflächen und zwischen den benachbarten Gleitkontaktflächen des beweglichen Teils, des Trägerteils und des Rollkörpers anwesend. Selbst wenn also das Schmieröl oder Schmierfett ungenügend ist, wird verhindert, daß diese Teile in direkten Kontakt miteinander gebracht werden.
Es ist zu beachten, daß das organische ultrafeine Teilchen ein sogenanntes ”Mikrogel” ist, wobei es sich um eine intramolekulare vernetzte Verbindung mit hohem Molekulargewicht handelt, die ein dreidimensionales inneres Netzwerk hat. Das organische ultrafeine Teilchen der jeweiligen Struktur ist sehr welch im Vergleich mit den Werkstoffen, die das bewegliche Teil, das Trägerteil, den Rollkörper usw. bilden. Daraus folgt, daß die organischen ultrafeinen Teilchen die Teile der Rollenvorrichtung nicht beschädigen. Anders ausgedrückt wird ein Abrieb dieser Teile nicht gefördert.
Es ist ferner zu beachten, daß die bei der Erfindung eingesetzten organischen ultrafeinen Teilchen eine vernetzte Struktur haben, wie bereits gesagt wurde. Wenn sie mit verschiedenen Lösungsmitteln vermischt werden, werden diese organischen ultrafeinen Teilchen in dem Lösungsmittel nicht aufgelöst. Im Gegenteil wird das Lösungsmittel in der vernetzten Struktur auf genommen, wodurch die organischen ultrafeinen Teilchen aufquellen. Wenn das Schmiermittel aus einem Grundöl und den organischen ultrafeinen Teilchen besteht, wird das Grundöl teilweise in den organischen ultrafeinen Teilchen, die die Quelleigenschaften zeigen, aufgenommen. Wenn also das Grundöl an der Kontaktfläche unzureichend ist, kann das Grundöl von den organischen ultrafeinen Teilchen geliefert werden. Wenn andererseits eine zu große Menge des Grundöls an der Kontaktfläche vorhanden ist, wird das überschüssige Grundöl in den organischen ultrafeinen Teilchen aufgenommen. Dementsprechend wird eine geeignete Grundölmenge ständig an der Kontaktfläche verfügbar gemacht, was es ermöglicht, ein Verspritzen des Grundöls im Betrieb der Rollenvorrichtung wirksam zu verhindern.
Die organischen ultrafeinen Teilchen, die bei der Erfindung verwendet werden, sind übrigens im allgemeinen sphärisch geformt. Wenn die organischen ultrafeinen Teilchen sphärische Gestalt haben, wird durch das Abrollen der organischen ultrafeinen Teilchen an der Oberfläche des Teils der Rollenvorrichtung ein Mikrolagereffekt erzeugt, wodurch der Reibungswiderstand an der Rollkontaktfläche und der Gleitkontaktfläche verringert wird. Es ist also möglich, eine Änderung des Drehmoments und ein Blockieren wirksam zu verhindern, so daß über einen weiteren langen Zeitraum ein guter Schmierzustand aufrechterhalten werden kann.
Es ist vorteilhaft, wenn die organischen ultrafeinen Teilchen hydrophob sind. Wenn die organischen ultrafeinen Teilchen hydrophob gemacht werden, kann verhindert werden, daß die organischen ultrafeinen Teilchen Wasser aufnehmen, so daß die organischen ultrafeinen Teilchen selektiv und wirkungsvoll das Grundöl aufnehmen können. Dementsprechend kann ein guter Schmierzustand über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden, und die Drehmoment-Lebensdauer der Rollenvorrichtung kann verbessert werden. Außerdem kann eine Kontaminierung der äußeren Umgebung auf ausreichende Weise unterdrückt werden.
Es ist möglich, die Oberfläche der organischen ultrafeinen Teilchen mit einer funktionellen Gruppe wie etwa einer -NH₂-Gruppe, einer -OH-Gruppe oder einer -COOH-Gruppe oder mit einer polymerisierbaren C=C-Gruppe zu modifizieren. Es ist ferner möglich, die Oberfläche der organischen ultrafeinen Teilchen mit einer Polymerkette zu modifizieren, die beispielsweise aus einer polymerisierbaren C=C-Gruppe gebildet ist, und außerdem auf die Polymerkette eine Pfropfbehandlung aufzubringen. Durch Anwenden der speziellen Behandlung an der Oberfläche des organischen ultrafeinen Teilchens kann die Dispergierfähigkeit beispielsweise in dem Grundöl stabilisiert werden. Außerdem wird die Adsorptionsfähigkeit an der Oberfläche der Teile der Rollenvorrichtung verbessert. Somit kann über einen längeren Zeitraum ein guter Schmierzustand aufrechterhalten werden.
Ferner ist es vorteilhaft daß die organischen ultrafeinen Teilchen weiß sind. In diesem Fall wird auch dann, wenn das Schmiermittel verspritzt, die äußere Umgebung der Rollenvorrichtung nicht geschwärzt.
Es ist vorteilhaft, daß die organischen ultrafeinen Teilchen einen mittleren Teilchendurchmesser in einem Bereich zwischen 20 nm und 1 μm haben. Wenn der mittlere Teilchendurchmesser kleiner als die oben angegebene Bereichsuntergrenze ist, ballen sich die Pulverteilchen manchmal zusammen unter Bildung von Sekundärteilchen, wenn die organischen ultrafeinen Teilchen mit dem Grundöl zur Herstellung eines Schmiermittels vermischt werden, und infolgedessen wird die Dispergierfähigkeit der organischen ultrafeinen Teilchen vermindert. Wenn andererseits der mittlere Teilchendurchmesser die Obergrenze des genannten Bereichs überschreitet, wird es für die organischen ultrafeinen Teilchen schwierig, in die Rollkontaktfläche oder die Gleitkontaktfläche einzutreten. Alternativ halten die Kontaktflächen die organischen ultrafeinen Teilchen fest, wodurch das Drehmoment der Rollenvorrichtung deutlich erhöht wird und in einigen Fällen die Rollenvorrichtung gebrauchsunfähig wird.
Es ist möglich, als Verdickungsmittel ein Weißpulver zu verwenden, das in bezug auf im wesentlichen sämtliche Bestandteile des Weißpulvers aus einem nichtmetallischen Element besteht. Auch wenn in diesem Fall das Schmiermittel verspritzt wird, wird die äußere Umgebung der Rollenvorrichtung durch das Weißpulver nicht geschwärzt. Da in dem Weißpulver kein Metallelement enthalten ist, wird auch dann kein Fehler oder elektrischer Kurzschluß erzeugt, wenn das Weißpulver beispielsweise an einem Halbleitersubstrat anhaftet.
Es ist ferner zu beachten, daß selbst dann, wenn das Grundöl in der Rollkontaktfläche und der Gleitkontaktfläche des Rollenkörpers, des beweglichen Teils und des Trägerteils unzureichend ist, die Kontaktflächen nicht in direkten Kontakt miteinander gebracht werden können, weil zwischen den benachbarten Kontaktflächen das Weißpulver vorgesehen ist. Mit anderen Worten werden Abrieb und Festfressen der Kontaktflächen verhindert, um über einen langen Zeitraum einen guten Schmierzustand aufrechtzuerhalten.
Als die Materialien, die zum Herstellen des in dem Verdickungsmittel enthaltenen Weißpulvers verwendet werden, können Verbindungen eingesetzt werden, die eine geschichtete Kristallstruktur haben wie etwa eine Aminosäureverbindung, Melamincyanurat (MCA) und Carbonfluorid.
Die Aminosäureverbindung, die eine geschichtete Kristallstruktur hat, umfaßt beispielsweise N-Lauroyl·L-Lysin, das die nachstehende chemische Formel (1) hat:
N-Lauroyl·L-Lysin, das die oben angegebene chemische Formel (1) hat, hat Lamellenstruktur und kann daher leicht gespalten werden.
Melamincyanurat (MCA) besteht aus einem Melaminmolekül und einem Cyanursäuremolekül. Dieses Melaminmolekül und dieses Cyanursäuremolekül sind durch eine Wasserstoffbindung fest aneinander gebunden, so daß sie eine ebene Schicht bilden. Ein Pulver aus Melamincyanurat hat eine Laminatstruktur, bestehend aus den angegebenen planaren Schichten, die mit einer schwachen Bindungskraft wie etwa van-der-Waals-Kraft aufeinander geschichtet sind. Mit anderen Worten hat ein Pulver aus Melamincyanurat eine Lamellenstruktur wie beispielsweise Graphit und kann somit leicht gespalten werden.
Carbonfluorid ist eine Verbindung, die durch eine allgemeine Formel (CF)_n oder (CF₂)_n dargestellt wird und auf einfache Weise erhalten werden kann, indem eine Kohlenstoffquelle unter Einsatz eines Fluorierungsmittels wie etwa eines Fluorgases fluoriert wird. Die Kohlenstoffquelle, die bei der vorliegenden Erfindung nicht speziell eingeschränkt ist, kann beispielsweise durch ein kristallines Graphit oder einen amorphen Kohlenstoff gebildet sein. Es ist möglich, daß das Carbonfluorid ein Material enthält, das nicht vollständig fluoriert ist. Es ist mit anderen Worten möglich, daß der nichtumgesetzte Kohlenstoff in dem Carbonfluorid verbleibt.
Alle Materialien, die eine geschichtete Kristallstruktur haben, wie etwa die Aminosäureverbindung, Melamincyanurat (MCA), Carbonfluorid, fluoriertes Graphit, fluoriertes Pech und hexagonales Bornitrid (hBN), haben eine Lamellenstruktur, die wie Graphit ohne weiteres gespalten werden kann. Im Fall der Verwendung dieser Verbindungen als das Weißpulver wird also das zwischen benachbarten Kontaktflächen vorhandene Weißpulver gespalten, um so den Reibungskoeffizienten selbst dann zu vermindern, wenn Grundöl in der Rollkontaktfläche und der Gleitkontaktfläche des Rollkörpers, des beweglichen Teils und des Trägerteils ungenügend vorhanden ist. Mit anderen Worten kann also durch die Verwendung des aus diesen Verbindungen bestehenden Weißpulvers der Abrieb der Kontaktflächen verringert werden, und eine Erhöhung des Drehmoments und Festfressen können vermieden werden.
Es ist vorteilhaft, wenn das Weißpulver einen mittleren Teilchendurchmesser hat, der in einen Bereich von 0,05 μm bis 20 μm fällt. Wenn der mittlere Teilchendurchmesser kleiner als die Untergrenze des oben genannten Bereichs ist, ballen sich die Pulverteilchen manchmal zusammen unter Bildung von Sekundärteilchen, wenn die Weißpulverteilchen mit dem Grundöl zum Herstellen eines Schmiermittels vermischt werden, und dadurch wird die Dispergierfähigkeit der organischen ultrafeinen Teilchen vermindert. Wenn andererseits der mittlere Teilchendurchmesser die Obergrenze des genannten Bereichs überschreitet, ist es für die Weißpulverteilchen schwierig, in die Rollkontaktfläche oder die Gleitkontaktfläche einzutreten. Alternativ halten die Kontaktflächen die Weißpulverteilchen fest, wodurch das Drehmoment der Rollenvorrichtung deutlich erhöht wird, und dadurch kann die Rollenvorrichtung manchmal gebrauchsunfähig werden.
Das feste fluorierte Polymer, das geschichtete Mineralpulver, die ultrafeinen Teilchen und das Weißpulver, bei dem im wesentlichen sämtliche Komponenten nichtmetallische Elemente sind, können als ein Verdickungsmittel entweder jeweils für sich oder in Form eines Gemischs aus einer Vielzahl von Materialien eingesetzt werden. Die Konzentration des Verdickungsmittels, bezogen auf das Schmiermittel, beträgt gemäß der Erfindung 20 bis 35 Gew.-% Wenn die Konzentration des Verdickungsmittels in den vorgenannten Bereich fällt, kann die spezielle Wirkung der vorliegenden Erfindung verstärkt erhalten werden.
Das in der Rollenvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform enthaltene Schmiermittel wird nachstehend beschrieben.
Das in der Rollenvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform verwendete Schmiermittel, das es erlaubt, die Rollenvorrichtung unter den Bedingungen hoher Temperatur, hoher Geschwindigkeit oder eines Vakuum zufriedenstellend anzutreiben, enthält als ein Grundöl ein flüssiges fluoriertes Polymeröl mit einer kinetischen Viskosität bei 40°C, die in einen Bereich zwischen 10 mm²/s und 400 mm²/s fällt, und einer kinetischen Viskosität bei 100°C, die in einen Bereich zwischen 3 mm²/s und 80 mm²/s fällt.
Wenn die kinetische Viskosität bei 40°C des flüssigen fluorierten Polymeröls geringer als 10 mm²/s ist oder die kinetische Viskosität bei 100°C des flüssigen fluorierten Polymeröls geringer als 3 mm²/s ist, besteht die Gefahr, daß das flüssige fluorierte Polymeröl aus der Rollenvorrichtung austritt. Infolgedessen wird die Schmiermittelmenge ungenügend, oder die Ausbildung einer Ölschicht an der Rollkontaktfläche oder der Gleitkontaktfläche wird unzureichend, und dadurch wird der Rollkörper mit jedem von dem beweglichen Teil und dem Trägerteil in direkten Kontakt gebracht. Anders ausgedrückt ist es schwierig, eine Kontaminierung der äußeren Umgebung zu verhindern und eine ausreichende Drehmoment-Lebensdauer zu erzielen.
Wenn andererseits die kinetische Viskosität bei 40°C des flüssigen fluorierten Polymeröls höher als 400 mm²/s ist oder die kinetische Viskosität bei 100°C des flüssigen fluorierten Polymeröls höher als 80 mm²/s ist, wird der Widerstand des Schmiermittels gegen Aufrühren übermäßig hoch. Infolgedessen erhöht sich das Drehmoment der Rollenvorrichtung, wodurch die Leistungsverluste des Motors usw. ansteigen. Da ferner die Wärmemenge, deren Erzeugung mit dem Antreiben der Rollenvorrichtung einhergeht, zunimmt, wird die Verdunstung des Schmiermittels gefördert. Es ist also schwierig, die Kontaminierung der äußeren Umgebung zu verhindern und eine ausreichende Drehmoment-Lebensdauer zu erzielen.
Andererseits ist es dann, wenn als Grundöl ein flüssiges fluoriertes Polymeröl eingesetzt wird, das eine kinetische Viskosität bei 40°C hat, die in einen Bereich zwischen 10 mm²/s und 400 mm²/s fällt, und eine kinetische Viskosität bei 100°C hat, die in einen Bereich zwischen 3 mm²/s und 80 mm²/s fällt, möglich, einen Austritt und eine Verdunstung des Schmiermittels zu unterdrücken und zu vermeiden, daß das Drehmoment ansteigt. Es ist also möglich, eine Kontaminierung der äußeren Umgebung zu vermeiden und eine ausreichende Drehmoment-Lebensdauer selbst unter Bedingungen einer hohen Temperatur, einer hohen Geschwindigkeit oder eines Vakuums zu erzielen.
Bei der zweiten Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn als Grundöl ein flüssiges fluoriertes Polymeröl eingesetzt wird, das eine kinetische Viskosität bei 40°C hat, die in einen Bereich zwischen 13 mm²/s und 320 mm²/s fällt, und eine kinetische Viskosität bei 100°C hat, die in einen Bereich zwischen 4 mm²/s und 60 mm²/s fällt. Es ist vorteilhafter, als ein Grundöl ein flüssiges fluoriertes Polymeröl zu verwenden, das eine kinetische Viskosität bei 40°C hat, die in einen Bereich zwischen 15 mm²/s und 270 mm²/s fällt, und eine kinetische Viskosität bei 100°C hat, die in einen Bereich zwischen 5 mm²/s und 50 mm²/s fällt. Im Fall der Verwendung eines flüssigen fluorierten Polymeröls, das diesen Forderungen genügt, kann die spezielle Wirkung der vorliegenden Erfindung verstärkt erzeugt werden.
Das Grundöl in dem oben beschriebenen Schmiermittel, das nicht speziell eingeschränkt ist, solange das Grundöl aus einem flüssigen fluorierten Polymeröl besteht, das die oben beschriebene kinetische Viskosität hat, umfaßt beispielsweise Perfluorpolyether (nachstehend als ”PFPE” bezeichnet), Telomer von Trifluorethylen und Fluorsiliconpolymer. Diese flüssigen fluorierten Polymeröle können jeweils einzeln oder in Kombination verwendet werden.
Bei der zweiten Ausführungsform ist es möglich, daß das Schmiermittel ein Verdickungsmittel ähnlich dem vorher in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschriebenen enthält. Dabei ist bei der zweiten Ausführungsform nicht nur die Art des in dem Schmiermittel enthaltenen Verdickungsmittels, sondern auch seine Konzentration in dem Schmiermittel gleich wie im Fall der bereits beschriebenen ersten Ausführungsform.
Bei der zweiten Ausführungsform kann das Schmiermittel eine ölige Verbindung enthalten. Der Ausdruck ”ölige Verbindung” bezeichnet eine organische Verbindung, die als Hauptkette ein Perfluorpolyether-Gerüst hat mit einer polaren Gruppe an wenigstens einem Ende und mit einem Molekulargewicht von nicht mehr als 10.000.
Da die ölige Verbindung ein Gerüst ähnlich dem des flüssigen fluorierten Polymeröls hat, ist die ölige Verbindung in dem Grundöl leicht lösbar und trennt sich nicht ab. Da ferner die ölige Verbindung einen niedrigen Dampfdruck hat, ist die Verdunstungsmenge unter Vakuumbedingungen sehr gering.
Ferner hat die ölige Verbindung eine Substituentengruppe mit hoher Polarität am Ende der Hauptkette und wird daher an der Metalloberfläche sehr leicht adsorbiert. Anders ausgedrückt wird die ölige Verbindung sehr leicht physisch und chemisch an der Rollkontaktfläche und der Gleitkontaktfläche des Rollkörpers, des beweglichen Teils und des Trägerteils adsorbiert. Selbst wenn also ungenügend Grundöl an der Kontaktfläche vorhanden ist, wird verhindert, daß die Kontaktflächen in direkten Kontakt miteinander gebracht werden. Daraus folgt, daß bei der Rollenvorrichtung der zweiten Ausführungsform der Reibungskoeffizient der Kontaktfläche verringert ist, und dadurch können Abrieb und Festfressen der Kontaktfläche vermieden und ein Anstieg des Drehmoments verhindert werden.
Die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzte ölige Verbindung hat ein Molekulargewicht von höchstens 10.000. Wenn das Molekulargewicht der öligen Verbindung 10.000 überschreitet, verringert sich die Adsorptionsfähigkeit der öligen Verbindung an der Rollkontaktfläche und der Gleitkontaktfläche, was dazu führt, daß die Auswirkung der Erfindung, nämlich die Verbesserung der Schmierung, in einigen Fällen nicht erreicht werden kann.
Es ist vorteilhaft, wenn die ölige Verbindung in einer Menge von 0,5 bis 10 Gew.-% bezogen auf die Schmiermittelmenge, enthalten ist. Wenn die Konzentration der öligen Verbindung niedriger als die Untergrenze des vorgenannten Bereichs ist, ist es manchmal nicht möglich, die Auswirkungen einer Verbesserung der Schmierfähigkeit und der Unterdrückung eines Austritts und Verspritzens von Schmiermittel zu erzielen. Wenn dagegen die Konzentration der öligen Verbindung die Obergrenze des genannten Bereichs überschreitet, wird die Viskosität des Schmiermittels herabgesetzt. In diesem Fall besteht die Gefahr, daß sehr leicht Verspritzen und ein Austritt des Schmiermittels erzeugt werden.
Bei der zweiten Ausführungsform können die Verbindungen, die nachstehend durch die allgemeinen Formeln (2) bis (5) dargestellt sind, als die ölige Verbindung eingesetzt werden. In den folgenden allgemeinen Formeln (2) bis (5) bezeichnen m und n positive ganze Zahlen:
In den Verbindungen, die durch die obigen allgemeinen Formeln (2) bis (5) dargestellt sind, bezeichnet wenigstens ein Substituent R eine polare Gruppe beispielsweise eine Carboxylgruppe (-COOH), eine Alkoholgruppe und eine Isocyanatgruppe. Außerdem können die Alkoholgruppe oder die Isocyanatgruppe chemische Strukturen (6) bis (9) haben, die nachstehend angegeben sind:
Wenn die beiden Substituenten R polare Gruppen, beispielsweise eine Carboxylgruppe, eine Alkoholgruppe oder eine Isocyanatgruppe, bezeichnen, ist es möglich, daß diese beiden Substituenten R entweder gleich oder verschieden sind. Wenn ferner nur einer dieser beiden Substituenten R eine polare Gruppe wie etwa eine Carboxylgruppe, eine Alkoholgruppe oder eine Isocyanatgruppe ist, ist es vorteilhaft, wenn der andere Substituent R ein Fluoratom ist.
Bei jeder der Rollenvorrichtungen gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform ist es möglich, verschiedene Additive zusätzlich zu den Verdickungsmitteln usw., die oben beschrieben sind, dem Schmiermittel zuzumischen, solange die oben beschriebenen speziellen Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt werden. Die dem Schmiermittel beigemischten Additive umfassen beispielsweise ein Antioxidans, einen Rosthemmer, einen Abriebhemmer, ein Dispergiermittel, einen Metallschutz und ein grenzflächenaktives Mittel. Die Obergrenze der Zugabemenge, die in Abhängigkeit von der Art des Additivs verschieden ist, sollte ca. 15 Gew.-% bezogen auf die Summe aller Additive, sein.
Nachstehend wird das Schmiermittel beschrieben, das in der Rollenvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform verwendet wird.
Das in der Rollenvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform verwendete Schmiermittel ist eine Fettzusammensetzung, die ein Gemisch aus einem flüssigen fluorierten Polymeröl, das als Grundöl dient, und einem Verdickungsmittel ist. Das flüssige fluorierte Polymeröl sollte eine kinetische Viskosität bei 40°C von 10 mm²/s bis 400 mm²/s haben.
Die Rollenvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ist zum Gebrauch unter Bedingungen wie hoher Temperatur, hoher Geschwindigkeit oder Vakuum ausgebildet, und daher ist es vorteilhaft, wenn die Rollenvorrichtung die äußere Umgebung nicht kontaminiert. Andererseits ist die Rollenvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform zum Gebrauch unter einer Bedingung wie hoher Temperatur, hoher Geschwindigkeit und hoher Belastung ausgebildet.
Wenn die Anforderungen hinsichtlich Maßnahmen zur Vermeidung einer Kontaminierung der äußeren Umgebung weniger streng sind und der Einsatz unter Vakuumbedingungen nicht berücksichtigt wird, braucht die kinetische Viskosität bei 100°C des Grundöls unter der Vakuumbedingung nicht wie bei der zweiten Ausführungsform berücksichtigt zu werden. Das heißt, die einzige Bedingung, die an das flüssige fluorierte Polymeröl gestellt wird, ist, daß die kinetische Viskosität bei 40°C in einen Bereich zwischen 10 mm²/s und 400 mm²/s fällt. Indem als Schmiermittel eine Fettzusammensetzung verwendet wird, die ein Gemisch aus einem Grundöl, das aus einem flüssigen fluorierten Polymeröl besteht, und einem Verdickungsmittel enthält, ist es möglich, eine Rollenvorrichtung zu erhalten, die zum Gebrauch unter den Bedingungen einer hohen Temperatur, hohen Betriebsgeschwindigkeit und hohen Belastung ausgebildet ist.
Bei der dritten Ausführungsform ist das in dem Schmiermittel verwendete Grundöl nicht besonders eingeschränkt, solange ein flüssiges fluoriertes Polymeröl mit der oben angegebenen kinetischen Viskosität als Grundöl eingesetzt wird. Es ist jedoch vorteilhaft, die durch die nachstehenden Formeln (10) und (11) dargestellten Verbindungen zu verwenden. Dabei bezeichnen m und n in den allgemeinen Formeln (10) und (11) positive ganze Zahlen. Ferner entsprechen m und n in der allgemeinen Formel (10) der Ungleichung m/n > 40.
Bei der dritten Ausführungsform sollte die Viskosität bei 40°C des fluorierten Polymeröls in einen Bereich zwischen 10 mm²/s und 400 mm²/s, bevorzugt zwischen 13 mm²/s und 320 mm²/s und stärker bevorzugt zwischen 15 mm²/s und 270 mm²/s fallen. Wenn die Viskosität des fluorierten Polymeröls bei 40°C 400 mm²/s überschreitet, wird der Widerstand gegen Aufrühren größer, so daß eine große Wärmemenge erzeugt wird. Somit dehnen sich die die Rollenvorrichtung bildenden Teile aus, und das Spiel zwischen diesen Teilen wird geringer, so daß manchmal ein abnormaler Abrieb und Festfressen verursacht werden. Wenn ferner die Viskosität des fluorierten Polymeröls bei 40°C niedriger als 10 mm²/s ist, ist es unmöglich, eine ausreichende Ölschicht zu bilden, so daß die Metallteile in direkten Kontakt miteinander gebracht werden, was manchmal zu Festfressen führt.
Bei der dritten Ausführungsform ist es möglich, beispielsweise PTFE als ein Verdickungsmittel zu verwenden. Es ist möglich, daß die Gestalt des Verdickungsmittels sphärisch, polyedrisch wie etwa kubisch oder quaderförmig oder in extremen Fällen nadelähnlich ist. Es ist vorteilhaft, die Zugabemenge des Verdickungsmittels so einzustellen, daß die Viskosität der Fettzusammensetzung einem Grad Nr. 1 bis Nr. 3 gemäß der Definition in NLGI entspricht.
Bei der dritten Ausführungsform kann die Fettzusammensetzung geschichtetes Mineralpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,05 μm bis 20 μm, ultrafeine Teilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,02 μm bis 1 μm oder ein geschichtetes nichtmetallisches Pulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,05 μm bis 20 μm enthalten. Diese Additive können der Fettzusammensetzung entweder für sich zugefügt werden, oder sie können in Form eines Gemischs aus wenigstens zwei dieser Materialien zugefügt werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die in der dritten Ausführungsform eingesetzten Additive den nachstehenden Anforderungen genügen:

(1) Die Oberfläche des Additivs sollte durch Behandeln mit einem hydrophoben grenzflächenaktiven Mittel bzw. Tensid hydrophob gemacht sein.
(2) Das Additiv sollte wenigstens eine Art eines geschichteten Mineralpulvers enthalten, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die einem Mineralpulver der Mikaserie, ein Mineralpulver der Vermiculitserie und ein Mineralpulver der Montmorillonitserie aufweist.
(3) Das Additiv sollte ein geschichtetes Mineralpulver enthalten, das wenigstens eines von Lithiumionen und Natriumionen als Zwischenschichtionen enthält.
(4) Das Additiv sollte wenigstens eine Art von ultrafeinen Teilchen enthalten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die anorganische ultrafeine Teilchen und organische ultrafeine Teilchen aufweist.
(5) Das Additiv sollte wenigstens eine Art von anorganischen ultrafeinen Teilchen enthalten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Diamant-(CD)-Feinteilchen, Diamantfeinteilchen, deren Oberfläche aus Graphit gebildet ist, Fulleren (C₆₀), SiO₂-Feinteilchen, TiO₂-Feinteilchen, ZrO-Feinteilchen und MgO-Feinteilchen aufweist.
(6) Das Additiv sollte ultrafeine Teilchen enthalten, die eine anorganischen Substanz aufweisen und einen mittleren Teilchendurchmesser von nicht größer als 0,1 μm haben.
(7) Das Additiv sollte organische ultrafeine Teilchen enthalten, die eine Polymer mit einem dreidimensionalen Netzwerk aufweisen.
(8) Das Additiv sollte organische ultrafeine Teilchen enthalten, die in Anwesenheit eines Grundöls Quelleigenschaften haben.
(9) Das Additiv sollte sphärische organische ultrafeine Teilchen enthalten.
(10) Das Additiv sollte organische ultrafeine Teilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 20 nm bis 1 μm enthalten.
(11) Das Additiv sollte wenigstens eine Art von geschichtetem Metallpulver enthalten, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die eine Aminosäureverbindung wie N-Lauroyl·L-Lysin, Melamincyanurat (MCA), Carbonfluorid, fluroriertem Pech, fluoriertem Graphit und hexagonalem Bornitrid (hBN) aufweist.

Bei der dritten Ausführungsform wird die Fettzusammensetzung beispielsweise wie folgt hergestellt. Im ersten Schritt wird einem Grundöl ein. Verdickungsmittel zugefügt, und das Gemisch wird unter Aufbringen von Wärme gerührt, so daß ein halbfestes Gemisch erhalten wird. Nach dem allmählichen Abkühlen des resultierenden Gemischs wird dem Gemisch ein Additiv zugefügt, und das resultierende Gemisch wird beispielsweise in einer Walzenmühle gleichmäßig vermischt, so daß eine Fettzusammensetzung erhalten wird, die bei der dritten Ausführungsform eingesetzt wird. Die Erwärmungstemperatur, die Rührdauer, die Mischdauer usw. bei der Herstellung der Fettzusammensetzung werden im Hinblick auf Art und Menge des Grundöls, des Verdickungsmittels und des verwendeten Additivs geeignet bestimmt.
Nachstehend werden Beispiele zur Erläuterung der Erfindung beschrieben.
Beispiel 1:
Dieses Beispiel betrifft ein Kugel- und Rollenlager, das zum Einsatz unter Niedrigtemperaturbedingungen ausgebildet ist.
1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Kugel- und Rollenlager 1 gemäß Beispielen zeigt. Wie die Zeichnung zeigt, umfaßt das Kugel- und Rollenlager 1 einen Innenring 2, der eine entlang der Außenumfangsfläche ausgebildete rillenartige Laufbahn aufweist, einen Außenring 3, der eine entlang der Innenumfangsfläche ausgebildete rillenartige Laufbahn aufweist und konzentrisch mit dem Innenring 2 angeordnet ist, und eine Kugel 4, die ein Rollkörper ist und so angeordnet ist, daß sie entlang den Laufbahnen des Innenrings und des Außenrings 3 abrollen kann. Die Kugel 4 wird von einem Halter 5 gehalten, und zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 ist ein Schmiermittel 6 aufgenommen, wodurch der Kontaktwiderstand des Innenrings 2, des Außenrings 3 und der Kugel 4 vermindert wird. Ein in der Zeichnung gezeigtes Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Abschirmplatte.
Die Drehmoment-Lebensdauer des Kugel- und Rollenlagers 1 wurde untersucht, indem die Zusammensetzung des Schmiermittels 6 auf verschiedene Weise verändert wurde. Dabei wurde als das Kugel- und Rollenlager 1 ein Kugellager (Typ Nr. 688) mit einem Innendurchmesser von 8 mm, einem Außendurchmesser von 16 mm und einer Breite von 4 mm, hergestellt von Nippon Seiko K. K., verwendet, und die Drehmoment-Lebensdauer wurde untersucht, indem ein Lagerrotationsprüfgerät von Nippon Seiko K. K. verwendet wurde. Dabei wurde die Drehmoment-Lebensdauer, die die Rotationsdauer zwischen dem Beginn des Betriebs und dem Zeitpunkt, zu dem der Drehmomentwert rasch ansteigt, unter den nachstehenden Bedingungen gemessen:
Temperatur: –20°C, 50°C
Atmosphäre: He-Gasstrom
Drehgeschwindigkeit: 3000 U/min
axiale Belastung: 196 N
radiale Belastung: 1,96 N
Zur Auswertung des Ausmaßes der Kontaminierung der äußeren Umgebung (z. B. eines Kühlmittels) infolge der Verdunstung des Schmiermittels 6 wurde die Verlustmenge infolge Verdunstung des Schmiermittels 6 durch Messen des Gesamtgewichts des Kugel- und Rollenlagers 1 sowohl vor als auch nach dem Test untersucht.
Die Tabellen 1 und 2 zeigen die Materialien, die als das Grundöl und das Verdickungsmittel für das Schmiermittel 6 eingesetzt wurden. Es ist darauf hinzuweisen, daß nur die in Tabelle 1 angegebenen Grundöle [1] bis [8] und nur die in Tabelle 2 angegebenen Verdickungsmittel [3] und/oder [4] Bestandteil des bei der erfindungsgemäßen Rollenvorrichtung zum Einsatz kommenden Schmiermittels sein können. Die Tabelle 3 zeigt die bei diesem Beispiel verwendeten Materialmengen mit Ausnahme von Fe, die zur Bildung des Innenrings 2, des Außenrings 3 und des Rollkörpers 4 verwendet wurden. Das Material ES-1, das in der Tabelle 3 angegeben ist, bezeichnet rostfreien Stahl der 13Cr-Martensitserie, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er drei Elemente, und zwar C, Cr und N, enthält.
Die Tabelle 4 zeigt die Materialien des Innenrings 2, des Außenrings 3, des Rollkörpers 4 und des Schmiermittels 6, die Drehmoment-Lebensdauer, die nach der oben beschriebenen Methode erhalten wurde, und die durch Verdunstung bewirkte Verlustmenge. Dabei war die Konzentration des festen fluorierten Polymers [1], das in dem Schmierstoff in jeder der Proben (1) bis (22) und in Vergleichsproben (1) und (2) enthalten war, 20 Gew.-%, und die Zugabemenge des Verdickungsmittels, ausgenommen das feste fluorierte Polymer [1], war 3 Gew.-% in jeder der oben angegebenen Proben und Vergleichsproben. Ferner ist in der Tabelle 4 die Drehmoment-Lebensdauer durch einen relativen Wert bezeichnet, der in dem Fall erhalten wurde, in dem die in bezug auf die Vergleichsprobe (1) erhaltene Rotationsdauer mit 1 vorgegeben ist. Ferner ist die durch Verdunstung verursachte Verlustmenge in der Tabelle 4 durch einen relativen Wert bezeichnet, der in dem Fall erhalten wurde, in dem die in bezug auf die Vergleichsprobe (1) erhaltene Gewichtsabnahmemenge des Schmiermittels 6 mit 100 vorgegeben ist.

Es ist darauf hinzuweisen, daß nur die in Tabelle 4 angegebenen Proben (15) und (16) ein zur erfindungsgemäßen Rollenvorrichtung gehörendes Schmiermittel betreffen. Tabelle 1

Grundöl (flüss. fluorierte Polymeröls			kinemat. Viskosität bei –20°C (mm²/s)	Dampfdruck bei 50°C (Torr)
	<1>	S-65	1800	2 × 10^–6
	<2>	S-20	500	1 × 10^–5
	<3>	S-100	2000	1 × 10^–9
	<4>	Z03	170	1 × 10^–4
	<5>	Z15	600	9 × 10^–7
	<6>	Z25	1000	3 × 10^–11
	<7>	IEL/V	2000	3 × 10^–6
	<8>	Z60	2500	1 × 10^–13
	<9>	S-200	5000	1 × 10^–9
	<10>	J60V	5000	8 × 10^–5

Wie die Tabelle 4 zeigt, haben die Proben (1) bis (22) eine sehr lange Drehmoment-Lebensdauer jeweils bei –20°C und 50°C gegenüber den Vergleichsproben (1) und (2). Außerdem tritt bei den Proben (1) bis (22) nur eine sehr geringe Verdunstungs-Verlustmenge des Schmiermittels jeweils bei –20°C und 50°C gegenüber den Vergleichsproben (1) und (2) auf. Die experimentellen Daten zeigen deutlich, daß eine Rollenvorrichtung, die zum Einsatz unter Niedrigtemperaturbedingungen geeignet ist und die äußere Umgebung praktisch nicht kontaminiert und eine sehr gute Drehmoment-Lebensdauer zeigt, erhalten werden kann, wenn ein Grundöl verwendet wird, das aus einem flüssigen fluorierten Polymer besteht, das eine kinetische Viskosität bei –20°C innerhalb eines Bereichs zwischen 100 mm²/s und 3000 mm²/s und einen Dampfdruck von 0,02666 Pa (2 × 10^–4 Torr) oder weniger bei 50°C hat.
Die Proben (10) bis (22) tendieren dazu, hinsichtlich der Drehmoment-Lebensdauer den Proben (1) bis (9) überlegen zu sein. Das zeigt, daß sich die spezielle Auswirkung deutlicher zeigt, wenn ein anderes Verdickungsmittel als das feste fluorierte Polymer zugefügt wird oder wenn Si₃N₄ zur Bildung des Rollkörpers verwendet wird.
Dann wurden die Beziehungen zwischen der kinetischen Viskosität des flüssigen fluorierten Polymeröls, das als Grundöl verwendet wurde, und der Drehmoment-Lebensdauer bei –20°C sowie zwischen der kinetischen Viskosität des flüssigen fluorierten Polymeröls, das als Grundöl verwendet wurde, und der durch Verdunstung bedingten Verlustmenge des flüssigen fluorierten Polymeröls bei –20°C untersucht. Dabei wurde eine Vielzahl von Schmiermitteln 6 hergestellt durch Vermischen von 80 Gew.-% flüssigen fluorierten Polymerölen, die den gleichen Dampfdruck bei 50°C haben und sich voneinander hinsichtlich der kinetischen Viskosität bei –20°C unterscheiden, und 20 Gew.-% des festen fluorierten Polymers [1], das in der Tabelle 2 gezeigt ist, und Kugel- und Rollenlager 1 wurden unter Verwendung dieser Vielzahl von Schmiermitteln präpariert. Dann wurden die Drehmoment-Lebensdauer und die durch Verdunstung bedingte Verlustmenge bei –20°C mit den oben beschriebenen Methoden für jedes dieser Kugel- und Rollenlager 1 gemessen. 2 zeigt die Resultate.
2 ist ein Diagramm, das die Drehmoment-Lebensdauer und die durch Verdunstung bedingte Verlustmenge des Schmiermittels bei –20°C für das Kugel- und Rollenlager in Beispiel 1 zeigt. In 2 ist die kinetische Viskosität bei –20°C des flüssigen fluorierten Polymeröls, das als das Grundöl eingesetzt wird, auf der Abszisse aufgetragen. Andererseits sind die Drehmoment-Lebensdauer und die durch Verdunstung bedingte Verlustmenge, die durch das Antreiben bei –20°C erhalten wird, auf der Ordinate des Diagramms aufgetragen. Die in dem Diagramm gezeigten Kurven 21 und 22 bezeichnen die Drehmoment-Lebensdauer (Kurve 21) und die durch Verdunstung bedingte Verlustmenge (Kurve 22) in einem Fall, in dem sich die kinetische Viskosität bei –20°C ändert, wobei der Dampfdruck bei 50°C des flüssigen fluorierten Polymeröls mit 2,666 × 10^–4 Pa (2 × 10^–6 Torr) konstant vorgegeben ist. Ebenso zeigen die Kurven 23 und 24 in dem Diagramm die Drehmoment-Lebensdauer (Kurve 23) und die durch Verdunstung bedingte Verlustmenge (Kurve 24) in dem Fall, in dem sich die kinetische Viskosität bei –20°C ändert, wobei der Dampfdruck bei 50°C des flüssigen fluorierten Polymeröls mit 0,0667 Pa (5 × 10^–4 Torr) konstant vorgegeben ist.
Wenn, wie 2 zeigt, der Dampfdruck des flüssigen fluorierten Polymeröls bei 50°C 2,666 × 10–4 Pa (2 × 10^–6 Torr) ist, ist es möglich, die durch Verdunstung bedingte Verlustmenge des Schmiermittels zu unterdrücken und eine zufriedenstellende Drehmoment-Lebensdauer zu erhalten, indem die kinetische Viskosität bei –20°C so eingestellt wird, daß sie in einen Bereich zwischen 100 mm²/s und 3000 mm²/s fällt.
Dann wurden die Beziehungen zwischen der kinetischen Viskosität des flüssigen fluorierten Polymeröls, das als das Grundöl dient, und der Drehmoment-Lebensdauer bei 50°C sowie zwischen der kinetischen Viskosität des flüssigen fluorierten Polymeröls, das als das Grundöl dient, und der durch Verdunstung bedingten Verlustmenge bei 50°C untersucht. Dabei wurde eine Vielzahl von Schmiermitteln 6 hergestellt durch Vermischen von 80 Gew.-% flüssigen fluorierten Polymerölen, die den gleichen Dampfdruck bei 50°C haben und sich voneinander hinsichtlich der kinetischen Viskosität bei –20°C unterscheiden, und 20 Gew.-% des festen fluorierten Polymers [1] gemäß der Tabelle 2, und Kugel- und Rollenlager 1 wurden unter Verwendung dieser Schmiermittel präpariert. Dann wurden die Drehmoment-Lebensdauer und die durch Verdunstung bedingte Verlustmenge bei 50°C nach den oben beschriebenen Methoden für jedes dieser Kugel- und Rollenlager 1 gemessen. 3 zeigt die Resultate.
3 ist ein Diagramm, das die Drehmoment-Lebensdauer bei 50°C und die durch Verdunstung bedingte Verlustmenge des Schmiermittels für das Kugel- und Rollenlager in Beispiel 1 zeigt. In 3 ist die kinetische Viskosität des als das Grundöl dienenden flüssigen fluorierten Polymeröls auf der Abszisse aufgetragen. Andererseits sind die Drehmoment-Lebensdauer und die durch Verdunstung bedingte Verlustmenge auf der Ordinate des Diagramms aufgetragen. Die Kurven 31 und 32 in dem Diagramm bezeichnen die Drehmoment-Lebensdauer (Kurve 31) und die durch Verdunstung bedingte Verlustmenge (Kurve 32) in dem Fall, in dem die kinetische Viskosität bei –20°C des flüssigen fluorierten Polymeröls mit 1800 mm²/s konstant vorgegeben ist, während der Dampfdruck bei 50°C veränderlich ist. Ebenso bezeichnen die Kurven 33 und 34 in dem Diagramm die Drehmoment-Lebensdauer (Kurve 33) und die durch Verdunstung bedingte Verlustmenge (Kurve 34) in dem Fall, in dem die kinetische Viskosität bei –20°C des flüssigen fluorierten Polymeröls mit 1000 mm²/s konstant vorgegeben ist, während der Dampfdruck bei 50°C veränderlich ist.
Wenn, wie 3 zeigt, die kinetische Viskosität des flüssigen fluorierten Polymeröls bei –20°C 1000 mm²/s ist, kann die durch Verdunstung bedingte Verlustmenge des Schmiermittels unterdrückt werden und eine zufriedenstellende Drehmoment-Lebensdauer erzielt werden, indem der Dampfdruck mit 0,02666 Pa (2 × 10^–4 Torr) oder weniger bei 50°C vorgegeben wird.
Dann wurde die Beziehung zwischen der Konzentration des in dem Schmiermittel enthaltenen festen fluorierten Polymers und der Drehmoment-Lebensdauer bei –20°C nach den oben beschriebenen Methoden untersucht. Dabei wurde eine Vielzahl von Schmiermitteln 6, die sich voneinander hinsichtlich der Konzentration des festen fluorierten Polymers unterscheiden, hergestellt durch Vermischen eines flüssigen fluorierten Polymeröls und des festen fluorierten Polymers [1], wie in Tabelle 1 gezeigt ist, und Kugel- und Rollenlager 1 wurden unter Verwendung dieser Schmiermittel präpariert. Dann wurde die Drehmoment-Lebensdauer bei –20°C nach der vorher beschriebenen Methode für die so präparierten Kugel- und Rollenlager 1 gemessen. 4 zeigt die Resultate.
Das Diagramm von 4 zeigt die Drehmoment-Lebensdauer bei –20°C der Kugel- und Rollenlager in Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung. In dem Diagramm von 4 ist die Konzentration des in dem Schmiermittel enthaltenen festen fluorierten Polymers [1] auf der Abszisse aufgetragen, und die Drehmoment-Lebensdauer ist auf der Ordinate aufgetragen. Kurven 41 bis 44 in dem Diagramm bezeichnen die Drehmoment-Lebensdauer, die in jedem der Fälle erhalten wurde, in denen die flüssigen fluorierten Polymeröle <1>, <5>, <6> und <7>, die in der Tabelle 1 angegeben sind, gemeinsam mit dem festen fluorierten Polymer [1] verwendet wurden.
Wie 4 zeigt, kann eine befriedigende Drehmoment-Lebensdauer erhalten werden, indem die oben beschriebenen Komponenten zur Bildung des Schmiermittels eingesetzt werden und die Konzentration des Verdickungsmittels in dem Schmiermittel so eingestellt wird, daß sie in einen Bereich zwischen 10 Gew.-% und 45 Gew.-% fällt.
Ferner wurde die Beziehung zwischen der Konzentration des Verdickungsmittels, das nicht das feste fluorierte Polymer war, in dem Schmiermittel und die Drehmoment-Lebensdauer bei –20°C nach der unten beschriebenen Methode untersucht. Dabei wurde eine Vielzahl von Schmiermitteln 6, die sich voneinander hinsichtlich der Konzentration des Verdickungsmittels, das nicht das feste fluorierte Polymer war, hergestellt durch Vermischen des flüssigen fluorierten Polymeröls <1> von Tabelle 1, 20 Gew.-% des festen fluorierten Polymers [1] und eines Verdickungsmittels, das nicht das feste fluorierte Polymer war. Die Drehmoment-Lebensdauer bei –20°C wurde nach der bereits beschriebenen Methode für jedes der Kugel- und Rollenlager 1 gemessen, die durch Verwendung der so hergestellten Schmiermittel präpariert worden waren. 5 zeigt die Resultate.
Dabei zeigt das Diagramm von 5 die Drehmoment-Lebensdauer bei –20°C des Kugel- und Rollenlagers in Beispiel 1. In dem Diagramm von 5 ist die Konzentration des Verdickungsmittels, das nicht das feste fluorierte Polymer [1] ist, in dem Schmiermittel auf der Abszisse aufgetragen, während die Drehmoment-Lebensdauer auf der Ordinate aufgetragen ist. Die Kurven 51 bis 55 bezeichnen die Drehmoment-Lebensdauer und umfassen Fälle, in denen die Verdickungsmittel [3], [5], [2], [6] und [7] zur Herstellung der Schmiermittel eingesetzt wurden, und die Konzentrationen dieser Verdickungsmittel wurden geändert.
Wie 5 zeigt, kann eine zufriedenstellende Drehmoment-Lebensdauer in dem Fall erhalten werden, in dem das Schmiermittel aus den oben beschriebenen Komponenten gebildet ist und die Konzentration des in dem Schmiermittel enthaltenen Verdickungsmittels, ausgenommen das feste fluorierte Polymer, in einen Bereich zwischen 0 Gew.-% und 25 Gew.-% fällt. Wie oben beschrieben wird, umfassen die in 5 gezeigten Daten den Fall, in dem das Kugel- und Rollenlager unter Einsatz des Schmiermittels gebildet war, das durch Vermischen eines flüssigen fluorierten Polymeröls, 20 Gew.-% des festen fluorierten Polymers [1] und des Verdickungsmittels, das nicht das feste fluorierte Polymer war, hergestellt war. Daraus folgt, daß eine zufriedenstellende Drehmoment-Lebensdauer in dem Fall erzielt werden kann, in dem die Summe sämtlicher Verdickungsmittel nicht größer als 45 Gew.-%, bezogen auf das Schmiermittel, ist.
Bei der im Zusammenhang mit den 2 bis 5 durchgeführten Messung waren der Innenring 2, der Außenring 3 und die Kugel 4 aus ES-1 gemäß der Tabelle 3 hergestellt, und ein wellenförmiger Halter aus SUS304 wurde als der Halter 5 verwendet. Ferner wurde als die Abschirmplatte 7 eine berührungsfreie Abschirmplatte aus SUS304 verwendet, und das Schmiermittel 6 war in jedem der Kugel- und Rollenlager 1 in einer Menge von 80 mg dicht eingeschlossen. In jedem der Diagramme der 2 bis 5 ist ferner die Drehmoment-Lebensdauer durch einen relativen Wert bezeichnet, der in dem Fall erhalten wurde, in dem die Rotationsdauer, die im Zusammenhang mit der Vergleichsprobe (1) erhalten wurde, mit 1 vorgegeben war, und die durch Verdunstung bedingte Verlustmenge ist durch einen relativen Wert bezeichnet, der in dem Fall erhalten wurde, in dem die Gewichtsabnahmemenge des Schmiermittels 6, die in bezug auf die Vergleichsprobe (1) erhalten wurde, mit 100 vorgegeben war.
Wie die experimentellen Daten zeigen, zeigt jede der Proben (1) bis (22) in dem Beispiel 1 eine geringe durch Verdunstung bedingte Verlustmenge des Schmiermittels und eine ausgezeichnete Drehmoment-Lebensdauer, auch wenn sie unter Niedrigtemperaturbedingungen angetrieben wird. Insbesondere hat das in jeder der Proben (1) bis (22) verwendete Schmiermittel einen geringen Widerstand gegen Aufrühren und kann somit Leistungsverluste des Motors usw. selbst unter den Niedrigtemperaturbedingungen unterdrücken. Außerdem wird die Wärmeerzeugung unterdrückt, die mit einer Drehmomentzunahme einhergeht. Da ferner das Schmiermittel einen ausreichend niedrigen Dampfdruck hat, kann die Verdunstung des Schmiermittels aus dem Kugel- und Rollenlager unterdrückt werden. Somit ist es möglich, eine Kontaminierung der äußeren Umgebung, z. B. des Kühlmittels, des Kugel- und Rollenlagers zu verhindern.
Beispiel 2:
Dieses Beispiel richtet sich auf ein Kugel- und Rollenlager, das wie in 1 gezeigt aufgebaut und zum Gebrauch unter Bedingungen von hoher Temperatur, hoher Betriebsgeschwindigkeit und Vakuum ausgebildet ist.
Zuerst wurde die Lebensdauer des Kugel- und Rollenlagers 1, das entsprechend 1 aufgebaut ist, durch unterschiedliches Verändern der Zusammensetzung des Schmiermittels 6 geprüft. Dabei wurde ein Kugellager (Typ Nr. 608), hergestellt von Nippon Seiko K. K., das einen Innendurchmesser von 8 mm, einen Außendurchmesser von 22 mm und eine Breite von 7 mm hatte, als das Kugel- und Rollenlager 1 verwendet, und die Lebensdauer des Kugel- und Rollenlagers 2 wurde unter Anwendung einer Lagerrotationsprüfmaschine von Nippon Seiko K. K. gemessen.
Die Lebensdauer des Kugel- und Rollenlagers 1 wurde nach einer Methode gemessen, die von derjenigen in Beispiel 1 verschieden ist. Die Rotationsdauer bis zum Vibrationswert wurde erhöht, bis sie einen Wert erreichte, der das Dreifache desjenigen im Anfangszustand war und als die Lebensdauer des Kugel- und Rollenlagers 1 angesehen wurde, die unter den nachstehenden Bedingungen gemessen wurde:
Temperatur: 40°C, 100°C
Atmosphäre: Luft, Vakuum 0,01333 Pa (1 × 10^–4 Torr)
Drehzahl: 8000 U/min
axiale Belastung: 196 N
radiale Belastung: 1,96 N
Die Tabelle 5 zeigt die Materialien, die bei diesem Beispiel als das Grundöl für das Schmiermittel 6 eingesetzt wurden. Bei diesem Beispiel wurden die in der Tabelle 2 gezeigten Materialien als die Verdickungsmittel und als die öligen Verbindungen des Schmiermittels 6 eingesetzt. Außerdem wurden die in der Tabelle 3 gezeigten Materialien zum Herstellen des Innenrings 2, des Außenrings 3 und des Rollkörpers 4 verwendet.
Es ist darauf hinzuweisen, daß mindestens ein Grundöl [11] bis [21] Bestandteil des bei der erfindungsgemäßen Rollenvorrichtung zum Einsatz kommenden Schmiermittels ist.
Die Tabelle 6 zeigt die Materialien, die zum Herstellen des Innenrings 2, des Aussenrings 3, des Rollkörpers 4 und des Schmiermittels 6 verwendet wurden, sowie die Füllmengen des Schmiermittels 6 in dem Kugel- und Rollenlager 1 und die Lebensdauer, die nach der oben beschriebenen Methode erhalten wurde.
In den Proben (28) bis (63) und Vergleichsproben (4) bis (6) war die Konzentration jedes von dem festen fluorierten Polymer [1], dem geschichteten Mineralpulver [2] und den organischen ultrafeinen Teilchen [5] in dem Schmiermittel in dem Schmiermittel mit 20 Gew.-% vorgegeben, und die Konzentration der öligen Verbindung [10] in jeder der Proben (27) und (56) bis (63) war mit 3 Gew.-% vorgegeben. Außerdem war die Konzentration der Aminosäureverbindung [6] mit 2 Gew.-% und die Konzentration der Proben (52) und (63) vorgegeben. Ferner war die Konzentration von jedem von dem geschichteten Mineralpulver [2], den Diamantfeinteilchen [3], Fulleren [4], den organischen ultrafeinen Teilchen [5], der Aminosäureverbindung [6], MCA [7], dem fluorierten Pech [8] und nBN [9] mit 3 Gew.-% in den Proben (43) bis (51), (53) (54) und (56) bis (62) vorgegeben. In der Tabelle 6 ist die Lebensdauer als ein relativer Wert bezeichnet, der in dem Fall erhalten wurde, in dem die Rotationszeit in bezug auf die Vergleichsprobe (3) mit 1 vorgegeben ist.
Es ist darauf hinzuweisen, daß nur die in Tabelle 6 angegebenen Proben (47), (48), (57) und (58) ein zur erfindungsgemäßen Rollenvorrichtung gehörendes Schmiermittel betreffen. Tabelle 5
Wie die Tabelle 6 zeigt, hat bei dem Beispiel jede der Proben (23) bis (63) eine sehr lange Lebensdauer bei jeweils 40°C und 100°C gegenüber den Vergleichsproben (3) bis (6), und zwar sowohl in Luft als auch unter Vakuum. Die Versuchsdaten zeigen deutlich, daß eine Rollenvorrichtung, die zum Gebrauch unter Bedingungen von hoher Temperatur, hoher Antriebsgeschwindigkeit oder Vakuum ausgebildet ist und eine ausgezeichnete Drehmoment-Lebensdauer zeigt, erhalten werden kann, indem ein flüssiges fluoriertes Polymeröl verwendet wird, das eine kinetische Viskosität von 10 mm²/s bis 400 mm²/s bei 40°C und eine kinetische Viskosität von 3 mm²/s bis 80 mm²/s bei 100°C hat.
Dann wurde die Beziehung zwischen der kinetischen Viskosität des flüssigen fluorierten Polymeröls, das als Grundöl eingesetzt wurde, und der Drehmoment-Lebensdauer nach dem unten beschriebenen Verfahren untersucht. Dabei wurde eine Vielzahl von Schmiermitteln hergestellt durch Vermischen einer Vielzahl von flüssigen fluorierten Polymerölen, die sich voneinander hinsichtlich der kinetischen Viskosität bei 40°C unterscheiden, mit dem festen fluorierten Polymer [1] gemäß der Tabelle 2, so daß die Konzentration des festen fluorierten Polymers [1] in dem resultierenden Schmiermittel 20 Gew.-% ist. Dann wurden Kugel- und Rollenlager 1 unter Einsatz dieser Schmiermittel präpariert, gefolgt von der Messung der Drehmoment-Lebensdauer unter Vakuum und unter der Luftatmosphäre bei 40°C und 100°C nach dem Verfahren ähnlich derjenigen, die vorher in Verbindung mit Beispiel 1 beschrieben wurde. 6 zeigt die Resultate.
6 ist ein Diagramm, das die Drehmoment-Lebensdauer jedes der Kugel- und Rollenlager in Beispiel 2 bei 40°C und 100°C zeigt. In dem Diagramm von 6 ist die kinetische Viskosität bei 40°C des flüssigen fluorierten Polymeröls, das als ein Grundöl verwendet wird, auf der Abszisse aufgetragen, und die durch Antreiben bei 40°C und 100°C erhaltene Drehmoment-Lebensdauer ist auf der Ordinate aufgetragen. Die in in 6 dargestellte Kurve 61 bezeichnet die Drehmoment-Lebensdauer, die bei 40°C und unter Vakuum erhalten wurde. Die in 6 dargestellte Kurve 62 bezeichnet die Drehmoment-Lebensdauer, die bei 100°C und im Vakuum erhalten wurde. Die in 6 dargestellte Kurve 63 bezeichnet die Drehmoment-Lebensdauer, die bei 40°C und unter der Luftatmosphäre erhalten wurde. Die in 6 dargestellte Kurve 64 bezeichnet die Drehmoment-Lebensdauer, die bei 100°C und unter der Luftatmosphäre erhalten wurde.
Wie aus 6 hervorgeht, kann eine zufriedenstellende Drehmoment-Lebensdauer auch unter den Hochtemperaturbedingungen erhalten werden, wenn die kinetische Viskosität des flüssigen fluorierten Polymeröls in einen Bereich zwischen 3 mm²/s und 80 mm²/s bei 40°C fällt.
Dann wurde die Beziehung zwischen der Konzentration des festen fluorierten Polymers in dem Schmiermittel und der Drehmoment-Lebensdauer nach dem unten beschriebenen Verfahren untersucht. Dabei wurde eine Vielzahl von Schmiermitteln 6, die sich voneinander hinsichtlich der Konzentration des festen fluorierten Polymers [1] unterschieden, hergestellt durch Vermischen des flüssigen fluorierten Polymeröls <11> von Tabelle 5 mit dem festen fluorierten Polymer [1] von Tabelle 2, und Kugel- und Rollenlager 1 wurden unter Verwendung dieser Schmierstoffe präpariert. Ferner wurde eine Vielzahl von Kugel- und Rollenlagern 1, die sich voneinander hinsichtlich der Konzentration des festen fluorierten Polymers [1] unterschieden, auf gleiche Weise präpariert mit der Ausnahme, daß die flüssigen fluorierten Polymeröle <13>, <15> und <17> anstelle des flüssigen fluorierten Polymeröls <11>, das in dem oben beschriebenen Experiment eingesetzt wurde, verwendet wurden. Dann wurde die Drehmoment-Lebensdauer jedes dieser Kugel- und Rollenlager 1 bei 100°C und im Vakuum nach der oben beschriebenen Methode gemessen. 7 zeigt die Resultate.
7 ist ein Diagramm, das die Drehmoment-Lebensdauer im Vakuum jedes der Kugel- und Rollenlager für Beispiel 2 zeigt. In dem Diagramm von 7 ist die Konzentration des festen fluorierten Polymers in dem Schmiermittel auf der Abszisse aufgetragen, und die Drehmoment-Lebensdauer ist auf der Ordinate aufgetragen. Die Kurven 71 bis 74 in dem Diagramm bezeichnen die Drehmoment-Lebensdauer, die im Fall der Verwendung der flüssigen fluorierten Polymeröle <11>, <13>, <15> und <17> unter Änderung der Konzentration des festen fluorierten Polymers [11] erhalten wurde.
Wie aus 7 hervorgeht, kann eine zufriedenstellende Drehmoment-Lebensdauer in dem Fall erhalten werden, in dem die Konzentration des festen fluorierten Polymers [1] in dem Schmiermittel, d. h. die Konzentration des Verdickungsmittels, in einen Bereich zwischen 10 Gew.-% und 45 Gew.-% fällt.
Dann wurde die Beziehung zwischen der Konzentration des Verdickungsmittels, das nicht das feste fluorierte Polymer war, in dem Schmiermittel und der Drehmoment-Lebensdauer nach der unten beschriebenen Methode untersucht. Dabei wurde eine Vielzahl von Schmiermitteln 6, die sich hinsichtlich der Konzentration des Verdickungsmittels – mit Ausnahme des festen fluorierten Polymers [1] – voneinander unterschieden, hergestellt durch Vermischen des in der Tabelle 5 gezeigten flüssigen fluorierten Polymeröls <11>, 20 Gew.-% des festen fluorierten Polymers [1] und des Verdickungsmittels, das nicht das feste fluorierte Polymer [1] war. Kugel- und Rollenlager 1 wurden unter Verwendung dieser Schmiermittel präpariert, und die Drehmoment-Lebensdauer jedes dieser Kugel- und Rollenlager 1 wurde nach dem oben beschriebenen Verfahren gemessen. 8 zeigt die Resultate.
Dabei zeigt das Diagramm von 8 die Drehmoment-Lebensdauer des Kugel- und Rollenlagers in Beispiel 2 bei 100°C und im Vakuum. Die Konzentration des Verdickungsmittels – mit Ausnahme des festen fluorierten Polymers [1] – in dem Schmiermittel ist auf der Abszisse des Diagramms und die Drehmoment-Lebensdauer auf der Ordinate aufgetragen. Die in 8 dargestellten Kurven 81 bis 85 bezeichnen die Drehmoment-Lebensdauer, die im Fall der Verwendung der Verdickungsmittel [3], [5], [2], [6] und [7] unter Änderung der Konzentration dieser Verdickungsmittel erhalten wurde.
Wie aus 8 hervorgeht, kann eine zufriedenstellende Drehmoment-Lebensdauer in dem Fall erhalten werden, in dem das Schmiermittel aus den oben beschriebenen Bestandteilen gebildet ist und die Konzentration des Verdickungsmittels – mit Ausnahme des festen fluorierten Polymers [1] – in dem Schmiermittel in einen Bereich zwischen 0 Gew.-% und 25 Gew.-% fällt. Wie oben beschrieben wird, umfassen die in 8 gezeigten Daten das Kugel- und Rollenlager, das ein Schmiermittel verwendet, das durch Vermischen des flüssigen fluorierten Polymeröls <11>, 20 Gew.-% des festen fluorierten Polymers [1] und des von dem festen fluorierten Polymer [1] verschiedenen Verdickungsmittels hergestellt wird. Somit kann eine zufriedenstellende Drehmoment-Lebensdauer in dem Fall erhalten werden, in dem die Summe sämtlicher Verdickungsmittel nicht größer als 45 Gew.-% des Schmiermittels ist.
Dann wurde die Beziehung zwischen der Konzentration der öligen Verbindung [10] in dem Schmiermittel und der Drehmoment-Lebensdauer untersucht. Dabei wurde eine Vielzahl von Schmiermitteln 6, die sich voneinander hinsichtlich der Konzentration der öligen Verbindung [10] unterschieden, hergestellt durch Vermischen des in der Tabelle 5 gezeigten flüssigen fluorierten Polymeröls <11> mit der in Tabelle 2 gezeigten öligen Verbindung [10]. Kugel- und Rollenlager 1 wurden unter Verwendung dieser Schmiermittel präpariert. Ferner wurden zusätzliche Kugel- und Rollenlager 1, die voneinander hinsichtlich der Konzentration der öligen Verbindung [10] verschieden waren, wie oben präpariert, wobei jedoch die flüssigen fluorierten Polymere <13>, <15> und <17> anstelle des flüssigen fluorierten Polymeröls <11> verwendet wurden. Die Drehmoment-Lebensdauer dieser Kugel- und Rollenlager wurde bei 100°C und im Vakuum nach dem oben beschriebenen Verfahren gemessen. Die Resultate sind in 9 gezeigt.
Dabei zeigt das Diagramm von 9 die Drehmoment-Lebensdauer des Kugel- und Rollenlagers gemäß Beispiel 2 bei 100°C und im Vakuum. Die Konzentration der öligen Verbindung [10] in dem Schmiermittel ist auf der Abszisse des Diagramms und die Drehmoment-Lebensdauer auf der Ordinate aufgetragen. Die in dem Diagramm dargestellten Kurven 91 bis 94 bezeichnen die Drehmoment-Lebensdauer im Fall der Verwendung der flüssigen fluorierten Polymeröle <11>, <13>, <15> und <17> unter gleichzeitiger Änderung der Konzentration der öligen Verbindung [10].
Wie aus 9 hervorgeht, kann eine zufriedenstellende Drehmoment-Lebensdauer durch Erhöhen der Konzentration der öligen Verbindung [10] in dem Schmiermittel erhalten werden. Wenn jedoch die ölige Verbindung [10] in dem Schmiermittel enthalten ist, steigen die Herstellungskosten des Kugel- und Rollenlagers 1 im allgemeinen mit steigender Konzentration der öligen Verbindung [10]. Somit kann eine zufriedenstellende Drehmoment-Lebensdauer mit relativ geringen Kosten erhalten werden, wenn die Konzentration der öligen Verbindung [10] nicht höher als mit 10 Gew.-% vorgegeben wird; bei diesem Wert ist die durch die Zugabe der öligen Verbindung [10] erzielte Wirkung ausgeschöpft. Die spezielle Wirkung kann auch erhalten werden, indem die Konzentration der öligen Verbindung [10] mit ca. 0,5 Gew.-% vorgegeben wird.
Dann wurde die Beziehung zwischen der kinetischen Viskosität des flüssigen fluorierten Öls und der Drehmoment-Lebensdauer in bezug auf das Schmiermittel untersucht, das 77 Gew.-% des flüssigen fluorierten Polymeröls, 20 Gew.-% des festen fluorierten Polymers [1] und 3 Gew.-% der öligen Verbindung [10] enthält. 10 zeigt die Resultate.
Das Diagramm von 10 zeigt die Drehmoment-Lebensdauer des Kugel- und Rollenlagers gemäß Beispiel 2 bei 40°C und 100°C. In dem Diagramm von 10 ist die kinetische Viskosität des flüssigen fluorierten Polymeröls bei 40°C auf der Abszisse und die Drehmoment-Lebensdauer, die durch Antreiben unter 40°C und 100°C erhalten wird, auf der Ordinate aufgetragen. Die in 10 dargestellte Kurve 101 bezeichnet die bei 40°C und im Vakuum erhaltene Drehmoment-Lebensdauer. Dagegen bezeichnet die in 10 dargetellte Kurve 102, die Drehmoment-Lebensdauer bei 100°C und im Vakuum.
Wie aus 10 hervorgeht, kann eine zufriedenstellende Drehmoment-Lebensdauer auch unter Hochtemperaturbedingungen dann erhalten werden, wenn die kinetische Viskosität des flüssigen fluorierten Polymeröls bei 40°C in einen Bereich zwischen 3 mm²/s und 80 mm²/s fällt.
Weiterhin wurde die Beziehung zwischen der Konzentration des Verdickungsmittels, das nicht das feste fluorierte Polymer [1] ist, in dem Schmiermittel und der Drehmoment-Lebensdauer nach der unten beschriebenen Methode in bezug auf das Schmiermittel untersucht, das das flüssige fluorierte Polymeröl <1>, das feste fluorierte Polymer [1] und die ölige Verbindung [10] enthält. Dabei wurde eine Vielzahl von Schmiermitteln 6, die hinsichtlich der Konzentration des Verdickungsmittels, das nicht das feste fluorierte Polymer war, voneinander verschieden sind, hergestellt durch Vermischen des flüssigen fluorierten Polymers <1>, 20 Gew.-% des festen fluorierten Polymers [1] und 3 Gew.-% der öligen Verbindung [10]. Die Drehmoment-Lebensdauer jedes der Kugel- und Rollenlager 1, die unter Verwendung dieser Schmiermittel 6 präpariert worden waren, wurde nach dem oben beschriebenen Verfahren bei 100°C und unter Luftatmosphäre gemessen. 11 zeigt die Resultate.
Das Diagramm von 11 zeigt die Drehmoment-Lebensdauer des Kugel- und Rollenlagers in Beispiel 2 bei 100°C und unter Atmosphärendruck. Die Konzentration des Verdickungsmittels, das nicht das feste fluorierte Polymer [1] ist, in dem Schmiermittel ist auf der Abszisse des Diagramms und die Drehmoment-Lebensdauer auf der Ordinate aufgetragen. Die in 11 dargestellten Kurven 111 bis 115 bezeichnen die Drehmoment-Lebensdauer, die bei Verwendung der Verdickungsmittel [3], [5], [2], [6] und [7] unter Änderung der Konzentrationen dieser Verdickungsmittel erhalten wurde.
Wie aus 11 hervorgeht, wird eine zufriedenstellende Drehmoment-Lebensdauer dann erhalten, wenn die Konzentration des Verdickungsmittels, das nicht das feste fluorierte Polymer [1] ist, in dem Schmiermittel in einen Bereich zwischen 0 Gew.-% und 25 Gew.-% fällt. Wie bereits beschrieben wurde, umfassen die in 11 gegebenen Daten die Kugel- und Rollenlager, die die Schmiermittel verwenden, die durch Vermischen des flüssigen fluorierten Polymeröls [11], 20 Gew.-% des festen fluorierten Polymers [1], 3 Gew.-% der öligen Verbindung [10] und des Verdickungsmittels, das nicht das feste fluorierte Polymeröl [11] ist, hergestellt sind. Somit kann eine zufriedenstellende Drehmoment-Lebensdauer dann erhalten werden, wenn die Summe der Verdickungsmittel nicht größer als 45 Gew.-% des Schmiermittels ist.
Bei den im Zusammenhang mit den 6 bis 11 durchgeführten Messungen waren der Innenring 2, der Außenring 3 und die Kugel 4 aus ES-1 hergestellt, wie in Tabelle 3 gezeigt ist, ein wellenförmiger Halter aus SUS304 wurde als der Halter 5 verwendet, und eine berührungslose Abschirmplatte aus SUS304 wurde als die Abschirmplatte 7 verwendet. Das Schmiermittel 6 war in jedem der Kugel- und Rollenlager 1 in einer Menge von 10 mg bei den auf die 6 bis 8, 10 und 11 bezogenen Tests und in einer Menge von 30 mg bei dem auf 9 bezogenen Test dicht eingeschlossen. In jeder der 6 bis 11 ist die Drehmoment-Lebensdauer als ein relativer Wert bezeichnet, der dann erhalten wird, wenn die im Zusammenhang mit der Vergleichsprobe (3) erhaltene Rotationszeit mit 1 vorgegeben ist.
Wie oben beschrieben wird, kann bei jeder der Proben (23) bis (63) in Beispiel 2 eine zufriedenstellende Drehmoment-Lebensdauer auch unter den Bedingungen von hoher Geschwindigkeit, hoher Temperatur oder Vakuum erhalten werden. Insbesondere kann die Wärmeerzeugung, die mit dem erhöhten Drehmoment einhergeht, bei dem in den Proben (23) bis (63) verwendeten Schmiermittel auch bei hoher Betriebsgeschwindigkeit, hoher Temperatur oder Vakuum unterdrückt werden, was es möglich macht, einen abnormalen Abrieb oder Festfressen zu verhindern. Anders ausgedrückt können diese Kugel- und Rollenlager über einen langen Zeitraum in Gebrauch sein. Da ferner die Wärmeerzeugung, die mit dem erhöhten Drehmoment einhergeht, in den Proben (23) bis (63) unterdrückt wird, kann eine Verdunstung des Schmiermittels aus dem Kugel- und Rollenlager unterdrückt werden. Somit verhindert das Schmiermittel eine Kontaminierung der äußeren Umgebung des Kugel- und Rollenlagers.
Beispiel 3:
Dieses Beispiel richtet sich auf ein Kugel- und Rollenlager, das zum Gebrauch unter Bedingungen von hoher Temperatur, hoher Betriebsgeschwindigkeit und hoher Belastung ausgebildet ist.
Im ersten Schritt wurde ein Kugel- und Rollenlager 1, dessen Konstruktion ähnlich derjenigen von 1 war, durch unterschiedliches Verändern der Zusammensetzung des Schmiermittels (des Schmierfetts) 6 präpariert. Dabei wurde als das Kugel- und Rollenlager 1 ein Kugellager 1 mit tiefer Rille, an dem eine haftende Gummidichtung angebracht war, verwendet, wobei das Kugellager einen Innendurchmesser von 17 mm, einen Außendurchmesser von 47 mm und eine Breite von 14 mm hatte. Das Fett war in einer Menge von 30 des Lagerraumvolumens dicht eingeschlossen.
Dann wurde die Lebensdauer bis zum Festfressen bzw. die Blockier-Lebensdauer jedes dieser Kugel- und Rollenlager wie folgt untersucht. Das Lager 1 wurde kontinuierlich gedreht, wobei die Drehzahl des Innenrings 2 auf 17.000 U/min, die Temperatur des Außenrings 3 auf 200°C und die radiale Belastung auf 500 kg eingestellt waren. Die Lebensdauer zwischen dem Rotationsbeginn des Lagers 1 und dem Entstehen einer Blockierung wurde unter der Annahme gemessen, daß das Blockieren erfolgte, wenn die Temperatur des Außenrings 3 erhöht wurde und 220°C erreichte. Im übrigen wurde die Lebensdauer für jede Probe viermal gemessen, um den Mittelwert zu erhalten.
Die Lebensdauern, die nach dem oben beschriebenen Verfahren erhalten wurden, wurden relativ verglichen, wobei die Lebensdauer, die für das Lager 1 erhalten wurde, das ein Grundöl mit einer kinetischen Viskosität von 100 mm²/s bei 40°C verwendete, mit 1 vorgegeben war. Die Tabelle 7 zeigt die Arten des Verdickungsmittels, des Grundöls und des Additivs, die in dem Schmiermittel 6 verwendet wurden, sowie die kinetische Viskosität bei 40°C des eingesetzten Grundöls.
In der Tabelle 7 sind die Schmiermittel in Gruppen 1 bis 4 klassifiziert, und zwar in Abhängigkeit von den Arten des Verdickungsmittels, des Grundöls und des Additivs, die eingesetzt wurden. Grundöl 1 in der Tabelle 7 besteht aus der Verbindung, die durch die bereits angegebene allgemeine Formel (10) dargestellt ist. Grundöl 2 besteht aus der Verbindung, die durch die nachstehende allgemeine Formel (12) dargestellt ist. Grundöl 3 besteht aus der Verbindung, die durch die nachstehende allgemeine Formel (13) dargestellt ist. In jeder der allgemeinen Formeln (12) und (13) bezeichnen m und n jeweils eine positive ganze Zahl. Ferner genügen m und n in der allgemeinen Formel (12) der Beziehung m/n < 1. Außerdem bezeichnet der Substituent R in der allgemeinen Formel (13) eine Alkylgruppe:
Das Diagramm von 12 zeigt die Beziehung zwischen der Blockier-Lebensdauer des Lagers 1, das das Schmiermittel der Zusammensetzung gemäß Tabelle 7 verwendet, und der kinetischen Viskosität des Grundöls bei 40°C. In 12 ist die kinetische Viskosität des Grundöls bei 40°C auf der Abszisse und ein relativer Wert der Blockier-Lebensdauer auf der Ordinate aufgetragen. Ferner bezeichnen die Bezugszeichen 121 bis 124 in 14 Daten, die den Gruppen 1 bis 4 in der Tabelle 7 entsprechen.
Wie aus 12 hervorgeht, ist die Blockier-Lebensdauer für jede der Gruppen 1 bis 3 länger als die Blockier-Lebensdauer für die Gruppe 4. Das heißt also, wenn PTFE als das Verdickungsmittel eingesetzt wird, können im Vergleich mit dem Fall der Verwendung einer Harnstoffverbindung als Verdickungsmittel bessere Eigenschaft der Blockier-Lebensdauer erreicht werden. Außerdem ist zu sehen, daß besonders befriedigende Blockier-Lebensdauereigenschaften erzielt werden können, wenn die kinetische Viskosität des Grundöls bei 40°C in einen Bereich zwischen 10 mm²/s und 400 mm²/s in den Gruppen 1 bis 3 fällt.
Die vorstehende Beschreibung umfaßt hauptsächlich den Fall, in dem als das Grundöl PFPE-Öl eingesetzt wird. Gleichartige Wirkungen können aber auch erzielt werden, wenn als das Grundöl ein anderes flüssiges fluoriertes Polymeröl eingesetzt wird. Das oben beschriebene Beispiel umfaßt ferner den Fall, bei dem die Rollenvorrichtung der vorliegenden Erfindung als ein Kugel- und Rollenlager verwendet wird. Gleichartige Wirkungen können jedoch auch dann erzielt werden, wenn die Rollenvorrichtung der vorliegenden Erfindung als eine Linearvorrichtung wie etwa eine Kugelumlaufspindel-Vorrichtung oder eine Linearführung verwendet wird.
Wie oben beschrieben wird, wird in der Rollenvorrichtung der vorliegenden Erfindung das Grundöl des Schmiermittels aus der Gruppe ausgewählt, die folgendes enthält: ein flüssiges fluoriertes Polymeröl, das eine kinetische Viskosität bei –20°C hat, die in einen Bereich zwischen 100 mm²/s und 3000 mm²/s fällt, und einen Dampfdruck bei 50°C hat, der nicht höher als 0,02666 Pa (2 × 10^–4 Torr) ist, ein flüssiges fluoriertes Polymeröl, das eine kinetische Viskosität bei 40°C hat, die in einen Bereich zwischen 10 mm²/s und 400 mm²/s fällt und eine kinetische Viskosität bei 100°C hat, die in einen Bereich zwischen 3 mm²/s und 80 mm²/s fällt.
Wenn als ein Grundöl ein flüssiges fluoriertes Polymeröl verwendet wird, das eine kinetische Viskosität bei –20°C hat, die in einen Bereich zwischen 100 mm²/s und 3000 mm²/s fällt, und einen Dampfdruck bei 50°C hat, der nicht höher als 0,02666 Pa (2 × 10^–4 Torr) ist, kann die Rollenvorrichtung auch unter den Niedrigtemperaturbedingungen mit einem kleinen Drehmoment angetrieben werden, während gleichzeitig Schmiermittelverluste durch Verdunstung oder dergleichen im wesentlichen verhindert werden. Daher kann eine Kontaminierung der äußeren Umgebung verhindert und eine ausgezeichnete Drehmoment-Lebensdauer unter den Niedrigtemperaturbedingungen erzielt werden, indem als das Grundöl des Schmiermittels das spezielle flüssige fluorierte Polymeröl eingesetzt wird.
Wenn ferner als das Grundöl ein flüssiges fluoriertes Polymeröl eingesetzt wird, das eine kinetische Viskosität bei 40°C hat, die in einen Bereich zwischen 10 mm²/s und 400 mm²/s fällt, und eine kinetische Viskosität bei 100°C hat, die in einen Bereich zwischen 3 mm²/s und 80 mm²/s fällt, ist es möglich, den Austritt und die Verdunstung des Schmiermittels und eine Erhöhung des Drehmoments selbst unter Bedingungen von hoher Temperatur, hoher Betriebsgeschwindigkeit oder Vakuum zu verhindern. Es ist also möglich, eine Kontaminierung der äußeren Umgebung zu unterdrücken und eine ausreichende Drehmoment-Lebensdauer auch unter Bedingungen von hoher Temperatur, hoher Betriebsgeschwindigkeit oder Vakuum zu erzielen.
Wenn ferner als Schmiermittel eine Fettzusammensetzung verwendet wird, die ein Gemisch aus einem Grundöl und einem Verdickungsmittel ist, und das Grundöl ein flüssiges fluoriertes Polymeröl enthält, das eine kinetische Viskosität bei 40°C hat, die in einen Bereich zwischen 10 mm²/s und 400 mm²/s fällt, kann ein ausreichender Widerstand gegen Festfressen bzw. Blockieren auch unter hoher Temperatur, hoher Betriebsgeschwindigkeit und hoher Belastung erzielt werden.
Wie oben beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung eine Rollenvorrichtung bereit, die zum Gebrauch unter rauhen Bedingungen wie hoher Temperatur, hoher Betriebsgeschwindigkeit, Vakuum und Niedrigtemperatur ausgebildet und imstande ist, eine Kontaminierung der äußeren Umgebung zu verhindern und eine ausgezeichnete Drehmoment-Lebensdauer auch dann zu gewährleisten, wenn die Rollenvorrichtung unter den oben angegebenen rauhen Bedingungen betrieben wird. Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine Rollenvorrichtung bereit, die zum Gebrauch unter rauhen Bedingungen wie hoher Temperatur, hoher Betriebsgeschwindigkeit und hoher Belastung ausgebildet ist und eine ausgezeichnete Blockier-Lebensdauer hat. Anders ausgedrückt gibt die vorliegende Erfindung eine Rollenvorrichtung an, die zum Gebrauch unter rauhen Bedingungen ausgebildet ist und auch dann, wenn sie unter diesen rauhen Bedingungen angetrieben wird, eine ausgezeichnete Blockier-Lebensdauer zeigt.

Claims

Rollenvorrichtung, die folgendes aufweist: – ein bewegliches Teil, das eine Drehbewegung oder eine Linearbewegung ausführen kann; – ein Trägerteil, das das bewegliche Element abstützt; – einen Rollkörper, der zwischen dem beweglichen Teil und dem Trägerteil angeordnet ist und entsprechend der Bewegung des beweglichen Teils abrollt; und – ein Schmiermittel, das zwischen dem beweglichen Teil und dem Trägerteil angeordnet ist, an dem der Rollkörper abrollt, wobei das Schmiermittel als ein Grundöl eines von den folgenden enthält: (1) ein flüssiges fluoriertes Polymeröl, das eine kinetische Viskosität bei –20°C hat, die in einen Bereich zwischen 100 mm²/s und 3000 mm²/s fällt, und einen Dampfdruck bei 50°C von 0,02666 Pa (2 × 10^–4 Torr) oder weniger hat; und (2) ein flüssiges fluoriertes Polymeröl, das eine kinetische Viskosität bei 40°C von 10 mm²/s bis 400 mm²/s und eine kinetische Viskosität bei 100°C von 3 mm²/s bis 80 mm²/s hat, und wobei das Schmiermittel 20 Gew.-% bis 35 Gew.-% eines Verdickungsmittels enthält, das aus wenigstens einem Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Diamantfeinteilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von nicht mehr als 0,1 μm und Fulleren bestehend aus 60 Kohlenstoffatomen besteht.
Rollenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Schmiermittel wenigstens 25 Gew.-% bis 35 Gew.-% des Verdickungsmittels enthält.
Rollenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Schmiermittel eine ölige Verbindung enthält, die als Hauptkette ein Perfluorpolyethergerüst hat, mit einer polaren Gruppe an einem Ende oder beiden Enden der Hauptkette und mit einem Molekulargewicht von nicht mehr als 10.000.