JP2006077205A

JP2006077205A - 直動装置用グリース組成物及び直動装置

Info

Publication number: JP2006077205A
Application number: JP2004265382A
Authority: JP
Inventors: Shinya Nakatani; 真也中谷
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】ボール表面の圧痕や剥離の発生を抑え、耐久性に優れた直動装置を提供する。
【解決手段】基油及び増ちょう剤を含み、炭素数１２〜２０のカルボン酸、前記カルボン酸の塩及びエステル系化合物の少なくとも１種からなる防錆剤と、アミン系化合物からなる酸化防止剤とを、グリース全量に対してそれぞれ単独で０．５〜９．５質量％かつ合計で１〜１０質量％の割合で含有し、更に耐剥離剤として金属ジチオカーバメイトまたは導電性物質を含有する直動装置用グリース組成物、並びに前記直動装置用グリース組成物により潤滑される直動装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業機械に組み込まれるボールねじ装置、リニアガイド装置、リニアボールベアリング装置等の直動装置に関し、特にこれら直動装置の潤滑寿命の延長を図る技術に関する。

マシニングセンタ等の工作機械や産業用ロボット等では、回転運動の直線運動への変換にボールねじ装置が用いられ、またワークテーブル等の円滑な直線移動等にリニアガイド装置が用いられる等、ボールを転動体とした直動装置が多く使用されている。

図１は直動装置の一つであるボールねじ装置の例を示す上面図、図２は図１のＡＡ断面図であるが、図示されたように、ボールねじ装置は、雄ねじ溝１がその外周に螺旋状に形成されたねじ軸３と、雄ねじ溝１と対向する雌ねじ溝５がその内周に螺旋状に形成された円筒形状のナット７と、雄ねじ溝１と雌ねじ溝５との間に介装された複数のボール（転動体）９とを主要構成部材とする。ナット７には、一端に図示しないテーブル等に固定するためのフランジ１１が形成されるとともに、外周面の一部（図２中の上方）に平面（切欠面）１３が切削加工されている。ナット７には、ボール９の循環経路として前後一対の鋼管製のチューブ１５が固定されており、両ねじ溝１，５間を３．５回転したボール９が、これらチューブ１５を介して循環する構造になっている。尚、図中、符号１７はナット７の平面１３上にチューブ１５を固定するためのチューブ押えを示し、符号１９はナット７の両端に取り付けられた防塵用のプラスチックシールを示している。

また、潤滑のためにグリースが使用されており、例えば、リチウムあるいはリチウム複合石けんを増ちょう剤とし、更に極圧剤を配合した鉱油−リチウム系極圧グリースを頻繁に間欠給脂する方法が一般的となっている（例えば、特許文献１参照）。

上記ボールねじ装置は、ボール９が循環するため、作動時における摩擦損失が殆ど無視できることから駆動効率が極めて高いことに加えて、ねじ軸３とナット７との相対回転に摺動を伴わないために構成要素の摩耗が極めて僅かである等の利点を有している。
特開２００１−３０４３７１号公報

しかしながら、近年では、工作機械や産業ロボットの高速化によりワークテーブルの動きが早まり、ボールねじ装置の使用環境や使用条件はより過酷になってきており、それに伴ってボール表面の圧痕や剥離が発生しやすく、頻繁にボールねじ装置を交換する必要が生じている。また、給脂間隔も短くなりがちで、グリース消費量も増大している。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、ボール表面の圧痕や剥離の発生を抑え、耐久性に優れた直動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、下記に示す直動装置用グリース組成物及び直動装置を提供する。
（１）基油及び増ちょう剤を含み、炭素数１２〜２０のカルボン酸、前記カルボン酸の塩及びエステル系化合物の少なくとも１種からなる防錆剤と、アミン系化合物からなる酸化防止剤とを、グリース全量に対してそれぞれ単独で０．５〜９．５質量％かつ合計で１〜１０質量％の割合で含有し、更に耐剥離剤として金属ジチオカーバメイトまたは導電性物質を含有することを特徴とする直動装置用グリース組成物。
（２）金属ジチオカーバメイトをグリース全量の１〜１０質量％、または導電性物質をグリース全量の２〜１０質量％含有することを特徴とする上記（１）記載の直動装置用グリース組成物。
（３）導電性物質が、カーボンブラック及びグラファイトの少なくとも１種であることを特徴とする上記（１）または（２）記載の直動装置用グリース組成物。
（４）上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の直動装置用グリース組成物で潤滑されることを特徴とする直動装置。

本発明により、ボール表面の圧痕や剥離の発生が抑制され、直動装置の耐久性が向上する。

以下、本発明に関して詳細に説明する。

（直動装置用グリース組成物）
本発明の直動装置用グリース組成物（以下、単に「グリース組成物」という）は、基油と増ちょう剤に加え、炭素数１２〜２０のカルボン酸、前記カルボン酸の塩及びエステル系化合物の少なくとも１種からなる防錆剤と、アミン系化合物からなる酸化防止剤と、金属ジチオカーバメイトまたは導電性物質からなる耐剥離剤とを含有する。これらの添加剤を併用することにより、直動装置に優れた耐久性を付与することができる。以下に、各成分の詳細を説明する。

基油は、特に制限されるものではないが、鉱油系潤滑油及び合成炭化水素油を好適に使用することができる。鉱油系潤滑油は制限されるものではないが、例えば、パラフィン系鉱物油、ナフテン系鉱物油及びそれらの混合油を使用することができる。合成潤滑油も制限されるものではないが、例えば、合成炭化水素油、エーテル油、エステル油及びフッ素油を使用することができる。具体的には、合成炭化水素油としてはポリα−オレフィン油等を、エーテル油としてはジアルキルジフェニルエーテル油、アルキルトリフェニルエーテル油、アルキルテトラフェニルエーテル油等を、エステル油としてはジエステル油、ネオペンチル型ポリオールエステル油、またはこれらのコンプレックスエステル油、芳香族エステル油等を、フッ素油としてはパーフルオロエーテル油、フルオロシリコーン油、クロロトリフルオロエチレン油、フルオロフォスファゼン油等を、それぞれ挙げることができる。これらの潤滑油は、単独でも、複数種を適宜組み合わせて使用してもよい。中でも、高温、高速での潤滑性能及び寿命を考慮すると、合成潤滑油が含有されていることが好ましく、特にエステル油、エーテル油が含有されていることが好ましい。また、コスト面からは鉱油系潤滑油が含有されていることが好ましい。

また、基油は、低トルク性及び耐久性を考慮すると、４０℃における動粘度が２０〜１００ｍｍ²／ｓであることが好ましく、４０〜７０ｍｍ²／ｓであることがより好ましい。動粘度が２０ｍｍ²／ｓ（４０℃）未満になると、油膜が薄くなり、金属同士の直接接触が発生しやすくなるので耐久性が低下するおそれがある。逆に、１００ｍｍ²／ｓ（４０℃）を超えると、作動トルクが大きくなり、発熱量も多くなり耐久性が低下するおそれがある。

増ちょう剤は、基油中にコロイド状に分散して基油を半固体または固体状にする物質であれば、特に制限されることなく使用することができる。このような増ちょう剤としては、例えば、リチウム石けん、カルシウム石けん、ナトリウム石けん、アルミニウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、カルシウムコンプレックス石けん、ナトリウムコンプレックス石けん、バリウムコンプレックス石けん、アルミニウムコンプレックス石けん等の金属石けん系増ちょう剤、ペントナイト、クレイ等の無機系増ちょう剤、モノウレア化合物、ジウレア化合物、トリウレア化合物、テトラウレア化合物、ウレタン化合物、ナトリウムテレフタレート等の有機系増ちょう剤等が挙げられる。これらの中でも、リチウム石けんが好適である。また、これらの増ちょう剤は、単独でも、複数種を適宜組み合わせて使用してもよい。

増ちょう剤の含有量は、グリース全量の３〜４０質量％、特に５〜２５質量％であることが好ましい。増ちょう剤の含有量が３質量％未満ではグリース状態の維持が困難となり、４０質量％を超える場合にはグリースが硬すぎて十分な潤滑作用が期待できず、またトルク上昇を招く。

防錆剤である炭素数１２〜２０のカルボン酸及び前記カルボン酸塩としては、例えば、モノカルボン酸ではステアリン酸等、ジカルボン酸ではアルキルまたはアルケニルコハク酸及びその誘導体、ナフテン酸、アビエチン酸、ラノリン脂肪酸、アルケニルコハク酸のカルシウム、バリウム、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、鉛等の金属塩等が挙げられ、特にアルケニルコハク酸、ナフテン酸亜鉛が好適である。

また、エステル系化合物として、多価アルコールのカルボン酸部分エステルではソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ペンタエリスリットモノオレエートやコハク酸ハーフエステル等が使用でき、特にソルビタンモノオレエート、コハク酸ハーフエステルが好適である。

酸化防止剤であるアミン系化合物としては、潤滑油や樹脂の酸化防止用に用いられている芳香族アミン系化合物が使用可能であり、例えば、α−ナフチルアミン類及びジフェニルアミン類が好ましく、具体的には下記一般式（Ｉ）で表されるα−ナフチルアミン類及び下記一般式（II）で表されるジフェニルアミン類を挙げることができる。これらは、それぞれ単独でも、適宜組み合わせて使用してもよい。

（式中、Ｒ１は水素原子または下記一般式（Ａ）で表される基を示し、一般式（Ａ）におけるＲ４は水素原子または炭素数１〜１６のアルキル基を示す。）

（式中、Ｒ２、Ｒ３は同一でも異なっていてもよく、各々水素原子または炭素数１〜１６のアルキル基を示す。）

尚、上記一般式（Ｉ）において、Ｒ１は一般式（Ａ）で表される基が好ましい。また、一般式（Ａ）におけるＲ４は、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ベンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基及びヘキサデシル基であるが、これらは直鎖状でも分岐状でもよく、中でも炭素数８〜１６の分岐アルキル基が好ましい。

また、一般式（II）において、Ｒ２及びＲ３は炭素数１〜１６のアルキル基が好ましい。Ｒ２，Ｒ３の一方または両方が水素原子の場合には、自身の参加によりスラッジとして沈降するおそれがある。また、Ｒ２及びＲ３はメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ベンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基及びヘキサデシル基であるが、これらは直鎖状でも分岐状でもよく、中でも炭素数３〜１６の分岐アルキル基が好ましい。

更に、アミン系化合物として、上記一般式（Ｉ）で表されるα−ナフチルアミン類及び一般式（II）で表されるジフェニルアミン類の他に、Ｎ−ｎ−ブチル−ｐ−アミノフェノール、４，４−テトラメチル−ジ−アミノジフェニルメタン、Ｎ，Ｎ−ジサリチルデン−１，２−プロピレンジアミン等も使用できる。

上記の防錆剤及び酸化防止剤は、グリース全量に対して、それぞれ単独で０．５〜９．５質量％、かつ、合計で１〜１０質量％となるように添加される。防錆剤及び酸化防止剤の添加量が前記量を下回ると、所期の耐久性を付与できない。また、前記の添加量を超えて添加しても、増分に見合う効果の向上が認められず、更には相対的に基油や増ちょう剤の配合量が減少して潤滑性に悪影響を及ぼすおそれがある。

耐剥離剤である金属ジチオカーバメイトは、耐剥離剤としての作用の他、極圧剤としての作用も備える。金属ジチオカーバメイトとしては、ジチオカルバミン酸亜鉛（ＺｎＤＴＣ）が好適である。また、金属ジチオカーバメイトは、グリース全量の１〜１０質量％添加される。

また、耐剥離剤として導電性物質も使用できる。この導電性物質は、特開２００２−１９５２７７号公報等に記載されているように、水素イオンが原因の白色剥離を抑える効果がある。また、導電性物質は、グリース全量の２〜１０質量％添加される。導電性物質の中でも、カーボンブラック及びグラファイトが好適であり、それぞれ単独で、あるいは両者を混合して使用することができる。混合して使用する場合は、合計量で上記の添加量とする。また、カーボンブラック及びグラファイトは、平均粒径１０〜３００ｎｍのものが好ましい。

更に、グリースには、各種特性を向上させるために、所望により種々の添加剤を添加してもよい。例えば、リン系やジチオリン酸亜鉛、有機モリブデン等の極圧剤、脂肪酸や動植物油等の油性向上剤、ベンゾトリアゾール等の金属不活性化剤等を、本発明の効果を損なわない範囲内で、単独もしくは複数種を組み合わせて添加することができる。

上記の如く構成されるグリースは、混和ちょう度で２２０〜３９５の範囲の範囲、好ましくは２６５〜３５０の範囲であり、更に好ましくは自動給脂の可能なことから２８０〜３２０の範囲である。混和ちょう度が２２０未満ではグリースが硬すぎて十分な潤滑作用が期待できず、３９５を超えるとグリースが柔らかすぎて、グリース漏洩を起こすおそれがある。

（直動装置）
本発明はまた、上記のグリースで潤滑される直動装置に関する。但し、直動装置の種類やその構造には制限がなく、各種のボールねじ装置、リニアガイド装置、リニアボールベアリング装置等が対象となり、潤滑部位に上記のグリースが適用される。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明する。

（実施例１〜５、比較例１〜５）
表１に示す配合にて、試験グリースを調製した。尚、用いた基油の動粘度は表に示す通りであり、カーボンブラックとしてアクゾ社製「ケッチェンブラックＥＣ」を用いた。

そして、日本精工（株）製ボールねじ装置（呼び番号：ＢＳ８０２０−７．５、軸径：８０（ｍｍ））を用い、途中給油無しで連続運転させ、剥離を生じるまでの往復サイクル数（剥離発生サイクル）及び焼付きに至るまでの往復サイクル数（焼付発生サイクル）を測定した。結果を表１に併記する。

表１より、本発明に従う特定の防錆剤、酸化防止剤及び耐剥離剤を添加した実施例の試験グリースを封入することにより、耐久性が大幅に向上することがわかる。

本発明に係る直動装置の一種であるチューブ式ボールねじ装置の一例を示す上面図である。図１のＡＡ断面図である。

符号の説明

１雄ねじ溝
３ねじ軸
５雌ねじ溝
７ナット
９ボール
１５チューブ

Claims

基油及び増ちょう剤を含み、炭素数１２〜２０のカルボン酸、前記カルボン酸の塩及びエステル系化合物の少なくとも１種からなる防錆剤と、アミン系化合物からなる酸化防止剤とを、グリース全量に対してそれぞれ単独で０．５〜９．５質量％かつ合計で１〜１０質量％の割合で含有し、更に耐剥離剤として金属ジチオカーバメイトまたは導電性物質を含有することを特徴とする直動装置用グリース組成物。
金属ジチオカーバメイトをグリース全量の１〜１０質量％、または導電性物質をグリース全量の２〜１０質量％含有することを特徴とする請求項１記載の直動装置用グリース組成物。
導電性物質が、カーボンブラック及びグラファイトの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２記載の直動装置用グリース組成物。
請求項１〜３の何れか１項に記載の直動装置用グリース組成物で潤滑されることを特徴とする直動装置。