JP2003083341A

JP2003083341A - 転がり軸受

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Publication number: JP2003083341A
Application number: JP2001276649A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Miyajima; 裕俊宮島; Michiharu Naka; 道治中
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-09-12
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2003-03-19

Abstract

(57)【要約】【課題】高速回転に充分に対応でき、工作機械のコン
パクト化や運転経費の削減を可能にする転がり軸受を提
供する。【解決手段】内輪１２と外輪１１との間に、複数のセ
ラミック転動体１３を保持器１４により転動自在に保持
してなり、かつ４０℃における動粘度が１５〜４０ｍｍ
²／ｓである基油に、ウレア化合物を増ちょう剤として
配合してなるグリースを封入したことを特徴とする転が
り軸受１０。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は転がり軸受に関し、
より詳細には、例えば旋盤、ボール盤、中ぐり盤、フラ
イス盤、研削盤、ホーニング盤、超仕上盤、ラップ盤等
で代表される、高速で摺動、回転する工作機械の主軸支
持部等に好適に組み込まれる転がり軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記に挙げたような工作機械のスピンド
ルには、主軸支持用に通常転がり軸受が組み込まれてお
り、一般にアンギュラ玉軸受や円筒ころ軸受等が組み合
わされて使用されている。工作機械の加工精度や生産性
は主軸の回転速度に依存するところが大きく、生産性を
高めるためには主軸の回転速度の高速化を図らなければ
ならない。しかし、転がり軸受を高速回転下で使用する
と、軸受の発熱が顕著化したり、遠心力により転動体と
内外輪との間の接触面圧が増大するため、スピンドルの
使用条件は著しく悪化し、結果として、摩耗や焼付き等
に代表される軸受損傷の危険性が高まる。また、高速回
転により発熱も大きくなることから、工作機械の熱変形
が起こる危険性もあり、加工精度への影響もある。

【０００３】このような軸受システムに致命的な事態を
発生させないため、また工作機械全体の熱変形による加
工精度の低下を避けるためにも、高速回転下においては
適切な潤滑方式を選択して主軸支持用転がり軸受におけ
る発熱を極力抑えなければならない。従来では、高速回
転する工作機械の主軸支持用転がり軸受の潤滑には、潤
滑油供給に伴う冷却効果が得られることから、オイルエ
ア潤滑法、ノズルジェット潤滑法、アンダーレース潤滑
法が採用されている。しかし、これらの潤滑方式では、
潤滑油供給装置の導入が不可欠であるため、必然的にそ
のための設置面積が確保されなければならず、工作機械
全体のコンパクト化を妨げてしまう。また、これらの潤
滑方式では、潤滑油を継続的に消費し、しかも潤滑油供
給装置の運転経費も必要であるため、工作機械全体とし
ての運転経費が大きくなる。運転経費の削減のために種
々の対策が講じられているが、ほぼ限界に達している状
況にある。

【０００４】軸受の潤滑方式としてグリースを封入する
方式も一般的であるが、グリースの剪断に起因する軸受
発熱が大きく、上記オイルエア潤滑法等に比べて軸受耐
久性に対する信頼性も低いことから、高速回転を伴う工
作機械の主軸支持用転がり軸受には本質的に不向きの潤
滑方式である。しかしながら、グリース潤滑が実現でき
れば、潤滑油を継続供給する上記各潤滑方式では対応で
きない工作機械のコンパクト化や運転経費の削減等のメ
リットを享受することができる。また、グリース潤滑
は、オイルエア潤滑方式等と異なり、多量に潤滑油を消
費しないため、環境保全に寄与するという利点も有す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような状
況に鑑みてなされたものであり、例えばｄｍｎ１００万
以上という高速回転に充分に対応でき、工作機械のコン
パクト化や運転経費の削減を可能にする転がり軸受を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】転がり軸受では、封入グ
リースの大部分は転動耐や保持器の運動により摩擦部分
から押し出されてしまう。一般的な軸受の場合、この所
謂“余分なグリース”は、回転条件によっては軸受内部
をある程度還流して再び潤滑に寄与することもあるが、
高速で回転する工作機械の回転軸支持用転がり軸受で
は、軸受内部に発生する風圧がこの還流を妨げるため、
潤滑不良を起こす。

【０００７】このように、高速で回転する転がり軸受で
は、僅かな量のグリースしか潤滑に寄与しておらず、グ
リースの性状は特に重要である。そこで、本発明では、
特定の動粘度の基油に、増ちょう剤として好ましくはウ
レア結合数が２〜５のウレア化合物を配合したグリース
を封入することにより、潤滑性能が大きく向上するｋと
を見出した。

【０００８】即ち、本発明は、上記目的を達成するため
に、内輪と外輪との間に、複数の転動体を保持器により
転動自在に保持してなり、かつ４０℃における動粘度が
１５〜４０ｍｍ²／ｓである基油に、ウレア化合物を増
ちょう剤として配合してなるグリースを封入したことを
特徴とする転がり軸受を提供する。

【０００９】特に、上記転がり軸受において、ウレア化
合物が１分子中のウレア結合数が２〜５であり、グリー
ス全量に対して９〜１８．５質量％の割合で配合される
こと、並びにグリースが更にアミン系酸化防止剤及びフ
ェノール系酸化防止剤の少なくとも１種を０．０５〜４
質量％の割合で含有することが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に関して詳細に説明
する。

【００１１】本発明の転がり軸受は、構造的には特に制
限されるものではなく、例えば図１に示されるアンギュ
ラ玉軸受１０を例示することができる。図示されるアン
ギュラ玉軸受１０は、外輪１１と内輪１２との間に、複
数の玉１３を保持器１４により転動自在に保持して構成
される。また、玉１３は、窒化珪素や炭化珪素等のセラ
ミック製とすることもできる。

【００１２】本発明においては、外輪１１、内輪１２及
び玉１３で形成される軸受空間に、下記に示す特定のグ
リースが封入される。

【００１３】グリースの基油として、４０℃における動
粘度（以下、単に動粘度という）が１５〜４０ｍｍ²／
ｓの潤滑油を用いる。特に、動粘度が２０〜３０ｍｍ²
／ｓの潤滑油が好ましい。動粘度が１５ｍｍ²／ｓ未満
の基油の場合、粘度が低すぎて十分な耐荷重性が得られ
ない。また、動粘度が４０ｍｍ²／ｓを超える基油で
は、高速回転に伴う発熱が大きく、早期に軸受寿命に至
るようになる。

【００１４】潤滑油の種類は、動粘度がこの範囲を満足
する限り制限されるものではないが、高速回転での潤滑
性や耐熱性等を考慮すると、エステル油や炭化水素油、
あるいはこれらの混合油が好ましい。炭化水素系油とし
ては、例えばノルマルパラフィン、イソパラフィン、ポ
リブテン、ポリイソブチレン、１−デセンオリゴマー、
１−デセンとエチレンコオリゴマー等のポリ−α−オレ
フィン等が挙げられる。エステル油としては、例えばジ
ブチルセバケート、ジ−２−エチルヘキシルセバケー
ト、ジオクチルアジペート、ジイソデシルアジペート、
ジトリデシルアジペート、ジトリデシルタレート、メチ
ル・アセチルシノレート等のジエステル油、トリオクチ
ルトリメリテート、トリデシルトリメリテート、テトラ
オクチルピロメリテート等の芳香族エステル油、トリメ
チロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパ
ンベラルゴネート、ペンタエリスリトール−２−エチル
ヘキサノエート、ペンタエリスリトールベラルゴネート
等のポリオールエステル油、炭酸エステル油等が挙げら
れる。

【００１５】その他、必要に応じて、芳香族基油やエー
テル系油等を混合することができる。芳香族系油として
は、例えばモノアルキルナフタレン、ジアルキルナフタ
レン、ポリアルキルナフタレン等のアルキルナフタレン
油等が挙げられる。エーテル系油としては、ポリエチレ
ングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレ
ングリコールモノエーテル、ポリプロピレングリコール
モノエーテル等のポリグリコール、あるいはモノアルキ
ルトリフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテ
ル、ジアルキルジフェニルエーテル、ペンタフェニルエ
ーテル、テトラフェニルエーテル、モノアルキルテトラ
フェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテル
等のフェニルエーテル油等が挙げられる。また、鉱油も
使用可能であり、減圧蒸留、油剤脱れき、溶剤抽出、水
素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精製、水素化精
製等の精製を行ったものを用いることができる。

【００１６】また、増ちょう剤はウレア化合物であり、
特に１分子中のウレア結合数が２〜５のウレア化合物
（ジウレア、トリウレア、テトラウレア、ペンタウレ
ア）が好ましい。１分子中のウレア結合数が増すのに伴
って耐熱性が高まり、軸受耐久寿命が長期化する傾向に
ある。但し、１分子中のウレア結合数が６以上になる
と、グリースが固化し易くなり、好ましくない。

【００１７】増ちょう剤、即ち上記ウレア化合物は、グ
リース全量に対して９〜１８．５質量％の割合で配合す
ることが好ましい。特に、１０〜１５質量％の配合量と
することが好ましい。配合量が９質量％未満では基油保
持能力が十分ではなく、特に回転初期に一時に大量の油
分が分離してグリースの漏洩が起こり、軸受耐久寿命が
短くなる。また、配合量が１８．５質量％を超えると、
相対的に基油の量が少なくなり、早期に潤滑不足に陥っ
て同様に軸受耐久寿命が短くなる。

【００１８】また、グリースには、アミン系酸化防止剤
及びフェノール系酸化防止剤の少なくとも１種を０．０
５〜４質量％、特に０．１〜４質量％の割合で添加する
ことが好ましい。酸化防止剤の中でも、上記のウレア化
合物との親和性からアミン系酸化防止剤及びフェノール
系酸化防止剤が好ましい。また、添加量が０．０５質量
％未満では十分な酸化防止性能が得られず、例えば軸受
耐久寿命については無添加の場合と大きな差が見られな
い。また、４質量％を超えて添加しても増分に見合う効
果の向上が得られず不経済となる。また、相対的に基油
や増ちょう剤の量が少なくなるため、潤滑耐久寿命に悪
影響を及ぼすおそれもある。

【００１９】尚、アミン系酸化防止剤としては、例えば
チオジフェニルアミン等を例示できる。また、フェノー
ル系酸化防止剤としては、例えば２，６−ジ−ｔ−ブチ
ル−４−メチルフェノール等を例示できる。

【００２０】また、上記グリースには、必要に応じて、
防錆剤、油性剤、極圧剤等を添加してもよい。これらは
何れも公知のもので構わない。これらの添加剤の含有量
は、個別にはグリース全量の０．０５質量％以上、合計
量でグリース全量の０．１５〜１０質量％の範囲となる
ことが好ましい。特に、合計量で１０質量％を越える場
合は、含有量の増加に見合う効果が期待できないばかり
か、相対的に他の成分の含有量が少なくなり、またグリ
ース中でこれら添加剤が凝集し、トルク上昇等の好まし
くない現象を招くこともある。

【００２１】

【実施例】以下に試験例を挙げて本発明を更に説明する
が、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

【００２２】（試験−１：グリース組成の検証）工作機
械用アンギュラ玉軸受７９１８Ｃ（内径：９０ｍｍ、外
径：１２５ｍｍ、幅：１８ｍｍ、軸受ピッチ内径ｄｍ：
１０７．５ｍｍ）に、表１に示すグリースを軸受空間容
積の１５％を占有するように封入して試験軸受を作製し
た。尚、グリースＥにはアミン系酸化防止剤であるチオ
ジフェニルアミンを、グルースＦにはフェノール系酸化
防止剤である２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェ
ノールをそれぞれ０．５質量％の割合で添加した。ま
た、グリースＧは比較用であり、増ちょう剤としてリチ
ウム石鹸を用いた。尚、何れのグリースも、混和ちょう
度が２８０となるように調整した。

【００２３】

【表１】

【００２４】そして、各試験軸受について、図２に示す
試験装置を用い、軸受耐久試験を行った。図示される試
験装置は、背面組み合わせに配設した２つの試験軸受２
０で主軸６を支承し、主軸６が図示しないモータ及び変
速機を介して回転駆動されるスピンドル構造となってい
る。また、試験装置本体２４の軸方向の略中央部であっ
て両試験軸受２０の中間位置には、半径方向の潤滑剤供
給のための貫通孔が設けられており、これにオイルエア
ノズル２１が挿入されている、このオイルエアノズル２
１は、グリースニップルと置き換え可能な構造となって
いる。また、試験装置本体２４には、軸受２０の設定空
間内の空気を排気するための排気路２３が設けられてい
る。更に、試験装置本体２４には、熱電対２５が、その
検知部を試験軸受２０の外輪２０ａと当接させて設置さ
れている。

【００２５】試験は、雰囲気温度２０℃、予圧２００
Ｎ、ｄｍｎ１０７．５万の条件にて、軸受が焼き付きに
至るまでの時間を測定し、軸受耐久寿命を評価した。結
果を図３に、グリースＧを封入した試験軸受の寿命に対
する相対値で示す。ウレア系増ちょう剤を配合したグリ
ースを封入した各試験軸受は、何れも軸受耐久寿命が改
善されており、またウレア結合数が多くなるほど長期化
していることがわかる。また、アミン系またはフェノー
ル系の酸化防止剤を添加することにより、軸受耐久寿命
が更に改善されることがわかる。

【００２６】（試験−２：基油動粘度の検証）４０℃に
おける動粘度が１０〜１００ｍｍ²／ｓの範囲で異なる
エステル油にジウレア化合物を配合してグリースを調製
し（混和ちょう度：２８０）、上記工作機械用アンギュ
ラ玉軸受７９１８Ｃに軸受空間容積の１５％を占有する
ように封入して試験軸受を作製した。そして、図２に示
した試験装置を用いて上記と同様に軸受耐久寿命を測定
した。

【００２７】結果を図４に、４０℃における動粘度が１
５ｍｍ²／ｓのエステル油を用いたグリースを封入した
試験軸受の寿命に対する相対値で示すが、４０℃におけ
る動粘度が１５〜４０ｍｍ²／ｓ、特に２０〜３０ｍｍ²
／ｓの範囲で優れた軸受耐久寿命が得られている。

【００２８】（試験−３：増ちょう剤配合量の検証）４
０℃における動粘度が３０ｍｍ²／ｓのエステル油に、
配合量を変えてテトラウレア化合物を配合してグリース
を調製し、上記工作機械用アンギュラ玉軸受７９１８Ｃ
に軸受空間容積の１５％を占有するように封入して試験
軸受を作製した。そして、図２に示した試験装置を用い
て上記と同様に軸受耐久寿命を測定した。

【００２９】結果を図５に、増ちょう剤を９質量％配合
したグリースを封入した試験軸受の寿命に対する相対値
で示すが、増ちょう剤の配合量が９〜１８．５質量％、
特に１０〜１５質量％の範囲で優れた軸受耐久寿命が得
られている。

【００３０】（試験−４：酸化防止剤添加量の検証）４
０℃における動粘度が２０ｍｍ²／ｓのエステル油に、
ジウレア化合物を配合してベースグリースとし、これに
添加量を変えて酸化防止剤（チオジフェニルアミン）を
添加してグリースを調製し、上記工作機械用アンギュラ
玉軸受７９１８Ｃに軸受空間容積の１５％を占有するよ
うに封入して試験軸受を作製した。そして、図２に示し
た試験装置を用いて上記と同様に軸受耐久寿命を測定し
た。

【００３１】結果を図６に、酸化防止剤未添加のグリー
スを封入した試験軸受の寿命に対する相対値で示すが、
酸化防止剤を０．０５質量以上、特に０．１質量％以上
添加することにより優れた軸受耐久寿命が得られてい
る。また、添加量の上限については、１質量％を超える
範囲ではほぼ飽和しており、増分に見合う効果の向上が
期待できない。

【００３２】以上の各試験結果から、本発明に使用され
るグリースでは、（１）基油の４０℃における動粘度が
１５〜４０ｍｍ²／ｓであること、（２）増ちょう剤と
してウレア化合物、特に１分子中のウレア結合数が２〜
５のウレア化合物を、グリース全量に対して９〜１８．
５質量％の割合で配合すること、（３）アミン系酸化防
止剤及びフェノール系酸化防止剤の少なくとも１種を、
グリース全量に対して０．０５〜４質量％含有するこ
と、が好ましいがわかる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、４０℃における動
粘度が１５〜４０ｍｍ²／ｓである基油に、ウレア化合
物を増ちょう剤として配合してなるグリースを封入した
転がり軸受は、高速回転下での軸受耐久寿命が向上し、
旋盤、ボール盤、中ぐり盤、フライス盤、研削盤、ホー
ニング盤、超仕上盤、ラップ盤等の高速で摺動、回転す
る工作機械の主軸支持部に組み込まれる転がり軸受とし
て好適である。しかも、オイルエア潤滑法等のように潤
滑油を連続して供給する方式と異なり、グリースを封入
して使用できるため、運転コストの削減、省スペース化
も可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る転がり軸受の一実施形態であるア
ンギュラ玉軸受を示す断面図である。

【図２】軸受耐久寿命の測定に用いた試験装置の構成を
示す断面図である。

【図３】試験−１において、グリース組成を変えて軸受
耐久寿命を測定した結果を示すグラフである。

【図４】試験−２において、基油動粘度を変えて軸受耐
久寿命を測定した結果を示すグラフである。

【図５】試験−３において、増ちょう剤配合量を変えて
軸受耐久寿命を測定した結果を示すグラフである。

【図６】試験−４において、酸化防止剤の添加量を変え
て軸受耐久寿命を測定した結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１０アンギュラ玉軸受１１外輪１２内輪１３玉１４保持器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内輪と外輪との間に、複数の転動体を保
持器により転動自在に保持してなり、かつ４０℃におけ
る動粘度が１５〜４０ｍｍ²／ｓである基油に、ウレア
化合物を増ちょう剤として配合してなるグリースを封入
したことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】前記ウレア化合物は、１分子中のウレア
結合数が２〜５であり、かつグリース全量に対して９〜
１８．５質量％の割合で配合されることを特徴とする請
求項１記載の転がり軸受。
【請求項３】前記グリースは、アミン系酸化防止剤及
びフェノール系酸化防止剤の少なくとも１種をグリース
全量に対して０．０５〜４質量％含有することを特徴と
する請求項１または２に記載の転がり軸受。
【請求項４】工作機械の回転軸支持用に使用されるこ
とを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の転が
り軸受。