JP2013018861A - グリース組成物及び工作機械用転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】ｄｍＮ１００万を超えるような高速高荷重下でも良好な回転を維持し、メンテナンスフリーとした工作機械用転がり軸受、並びに前記工作機械用転がり軸受に好適なグリース組成物を提供する。
【解決手段】アルキルジフェニルエーテル及びアルキルナフタレンの少なくとも一方を基油とし、ウレア化合物を増ちょう剤とし、かつ、ちょう度がＮＬＧＩちょう度番号３〜４であるグリース組成物、並びに前記グリース組成物が封入され、かつ、ｄｍＮ１００万を超える用途に使用される工作機械用転がり軸受。
【選択図】図１

Description

本発明は、ｄｍＮ（球回転直径と回転数との積）１００万を超える用途に使用される工作機械用転がり軸受、並びに前記転がり軸受の潤滑に好適なグリース組成物に関する。

工作機械の高性能化に伴い、主軸は高速で回転されており、中にはｄｍＮ１００万を超えるような高速高荷重工作機械も使用されている。

高速回転する主軸の潤滑には、オイルミスト潤滑、オイルエア潤滑、ジェット潤滑等が採用されているが、これらの潤滑方式では圧縮空気を用いた吹付け装置や給油装置等の付帯設備が必要になり、初期投資及びランニングコストが高くなっている。

また、高速高荷重工作機械用の転がり軸受には、耐荷重性に優れることからアンギュラ玉軸受や円錐ころ軸受が広く使用されており、低粘度の合成油を基油としたグリース組成欝や、バリウム石けんで増ちょうしたグリース組成物が封入されることが多い。グリース封入による潤滑は、オイルミスト潤滑やオイルエア潤滑、ジェット潤滑に比べてメンテナンスが少なくてすみ、初期投資及びランニングコストの面で有利である。しかしながら、これらのグリース組成物は、ｄｍＮ１００万を超えるような高速高荷重下では、早期に潤滑不良に陥るようになる。

また、特許文献１のように、ポリオールエステル及びアルキルジフェニルエーテルの混合油を基油とし、ジアルキルジジチオカルバミン酸塩系化合物とヒンダードフェノール系化合物とを複合させた酸化防止剤を含有する高速用グリース組成物も知られている。しかしながら、特許文献１に記載のグリース組成物もまた、ｄｍＮ１００万を超えるような高速高荷重下では、耐熱性や耐摩耗性が十分ではなく、潤滑不良に陥るようになる。

特開平８−１８８７８８号公報

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ｄｍＮ１００万を超えるような高速高荷重下でも良好に回転を維持し、メンテナンスフリーとした工作機械用転がり軸受、並びに前記工作機械用転がり軸受に好適なグリース組成物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、下記を提供する。
（１）アルキルジフェニルエーテル及びアルキルナフタレンの少なくとも一方を基油とし、ウレア化合物を増ちょう剤とし、かつ、ちょう度がＮＬＧＩちょう度番号３〜４であることを特徴とするグリース組成物。
（２）基油の４０℃における動粘度が１０〜８０ｍｍ^２／ｓであることを特徴とする上記（１）記載のグリース組成物。
（３）アルキルジチオカルバミン酸亜鉛を含有することを特徴とする上記（１）または（２）記載のグリース組成物。
（４）上記（１）〜（３）の何れか１項に記載のグリース組成物が封入され、かつ、ｄｍＮ１００万を超える用途に使用されることを特徴とする工作機械用転がり軸受。

本発明のグリース組成物は、特定の基油と増ちょう剤とを含むとともに、高速高荷重用途に使用される従来のグリース組成物に比べて硬質である。高速高荷重下では、転動体の遠心力が大きくなるため、流動性の無いグリース組成物は、一度接触域から弾かれると、戻ることが期待できない場合が殆どであるが、グリース組成物を硬質にすることで、グリース組成物が接触域近傍に留まるようになり、グリース組成物の巻き込みや油の供給を期待することができる。

また、高速高荷重下では、転動体と軌道面との間の滑りが非常に大きくなり、せん断による増ちょう剤繊維の破壊が加速度的に進み、グリース組成物が軟化するようになる。しかし、本発明のように硬質のグリース組成物を用いることにより、せん断による増ちょう剤繊維の破壊を防ぎ、グリース組成物の硬さの変化を抑えて安定した潤滑を長期間維持できる。

更には、本発明の工作機械用転がり軸受は、低トルクで発熱量も少なく、ｄｍＮ１００万を超える高速高荷重下でも長期にわたり潤滑が良好に維持され、長寿命となる。また、グリース組成物を封入した潤滑様式であるため、メンテナンスフリーにもなる。

工作機械用転がり軸受の一例であるアンギュラ玉軸受を示す断面図である。

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

（グリース組成物）
工作機械では冷却して異常な温度上昇を防いでいるが、局所的には非常に大きな摩擦熱が発生していることが想定されるため、グリース組成物の基油には耐熱性に優れ、化学的に非常に安定なアルキルジフェニルエーテルまたはアルキルナフタレン、あるいはアルキルジフェニルエーテルとアルキルナフタレンとの混合油を用いる。混合油の場合は、アルキルジフェニルエーテル：アルキルナフタレン＝５０：５０〜９０：１０とすることが好ましい。

また、高速での異音発生やトルク上昇を抑えるために、基油の動粘度を１０〜８０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）とすることが好ましい。基油の動粘度が１０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）未満では、基油の流動性が低すぎて油膜を形成し難くなり、８０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）を超えると撹拌抵抗が大きく、発熱も多くなり好ましくない。このような不具合をより確実に防ぐためには、基油の動粘度は２０〜４０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）がより好ましい。

増ちょう剤には、非常に大きなせん断に耐え得るように、ウレア化合物を用いる。特に。脂肪族脂環式ウレア化合物及び芳香族ウレア化合物が好ましい。また、脂肪族脂環式ウレア化合物及び芳香族ウレア化合物は、それぞれ単独でも、混合して使用してもよい。混合物の場合は、脂肪族脂環式ウレア化合物：芳香族ウレア化合物＝１０：９０〜５０：５０とすることが好ましい。

また、増ちょう剤量は通常の範囲で構わないが、グリース全量の１０〜４０質量％とすることが好ましい。

グリース組成物は、ちょう度がＮＬＧＩちょう度番号３〜４となるように調整される。高速高荷重下では、転動体の遠心力が大きくなるため、流動性の無いグリース組成物は、一度接触域から弾かれると、戻ることが期待できない場合が殆どである。しかし、ちょう度がＮＬＧＩちょう度番号３〜４の硬質のグリース組成物を用いることにより、グリース組成物が接触域近傍に留まるようになり、グリース組成物の巻き込みや油の供給を期待できるようにする。

また、高速高荷重下では、転動体と軌道面との間の滑りが非常に大きくなり、せん断による増ちょう剤繊維の破壊が加速度的に進み、グリース組成物が軟化するようになる。しかし、ちょう度がＮＬＧＩちょう度番号３〜４の硬質のグリース組成物を用いることにより、せん断による増ちょう剤繊維の破壊を防ぎ、グリース組成物の硬さの変化を抑えて安定した潤滑を長期間維持できるようになる。

従来では、特許文献１に記載のグリース組成物も含めて、ＮＬＧＩちょう度番号２程度の柔らかめのグリース組成物が使用されているが、上記したような不具合が起こりやすい。

尚、ＮＬＧＩとはNational Lubricating Grease Institute（国際グリース協会）の略称であり、ＮＬＧＩではグリース硬さを混和ちょう度で規定しており、これは油の粘度に相当するものである。この混和ちょう度はちょう度番号として０００号、００号、０号、１号、２号、３号、４号、５号、６号に分類される。また、日本のＪＩＳ Ｋ ２２２０のグリースちょう度分類においてもこの数値を採用し、ちょう度番号として規定している。

グリース組成物には、性能を更に高めるために種々の添加剤を添加することができるが、中でもアルキルジチオカルバミン酸亜鉛を添加することが好ましい。アルキルジチオカルバミン酸亜鉛は耐荷重性を有するため、高速高荷重下のような油膜切れが避けられない状況下でも、転動体や内外輪軌道面の表面を保護することができる。

その他にも、熱に対する耐性を高めるために酸化防止剤を添加したり、工作機械は水との接触が多いことから防錆剤を添加することが好ましい。酸化防止剤や防錆剤は、共に公知のもので構わず、添加量も通常の範囲で構わない。

尚、グリース組成物を調製するには、上記した基油及び増ちょう剤、必要に応じてアルキルジチオカルバミン酸亜鉛、酸化防止剤、防錆剤等を混練してちょう度がＮＬＧＩちょう度番号３〜４となるように調整すればよい。添加剤は、基油に添加しておくことが好ましい。

（転がり軸受）
本発明の工作機械用転がり軸受は、上記のグリース組成物を封入したものであり、ｄｍＮが１００万を超える高速高荷重での使用においても良好な回転を長期間保持できる。また、グリース封入であるため、メンテナンスフリーにもなる。また、グリースの封入量は、軸受空間の５〜４０％が適当である。

尚、軸受の種類には制限はなく、通常の工作機械に使用されるようなアンギュラ玉軸受や円錐ころ軸受等を例示することができる。例えば、図１はアンギュラ玉軸受１０の一例を示す断面図であるが、カウンターボア１１が内周面に形成された外輪１２と内輪１３との間に複数の玉１４が保持器１５を介して周方向に転動可能に介装されており、これら玉１４と外輪１２及び内輪１３の各軌道面とは、所定の接触角をもって接触するようになっている。そして、上記のグリース組成物が充填され、シール１６ａ，１６ｂで封止される。

以下に実施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。

（実施例１〜４、比較例１〜６）
表１に示すように、基油、増ちょう剤、添加剤を混練し、ちょう度を調整して試験グリースとした。そして、各試験グリースについて、下記の（１）耐摩耗試験、（２）トルク試験、（３）軸受耐久試験を行い、評価した。

（１）耐摩耗試験
シェル式の滑り四球試験機を用いた。下部固定試験球に３／8インチの鋼球を使用し、上部の回転試験球に３／８インチのセラミック球を用い、試験球が隠れるように試験グリースを満たし、垂直荷重４０ｋｇ、回転数７０００回転、常温にて試験を行った。試験後の下部固定球３個の摩耗痕径を平均し、表１に併記した。

（２）トルク試験
単列深溝玉軸受（内径２５ｍｍ、外径６２ｍｍ、幅１７ｍｍ）に試験グリースを０．６ｇ封入し、回転数１２０００ｍｉｎ^−１、荷重Ｆｒ＝３ｋｇ、Ｆａ＝３０ｋｇ、室温にてトルクを測定した。結果を表１に併記するが、回転開始３０分後のトルクを示した。

（３）軸受耐久試験
アンギュラ玉軸受（内径８０ｍｍ）に試験グリースを軸受空間の１０％となるように封入し、定圧のアキシアル荷重４０００Ｎを負荷し、内輪回転数１５０００ｍｉｎ^−１で回転させた。外輪は、冷却水により冷却した。そして、温度上昇とモータ電流値（トルク）上昇を起こした時点を焼付き寿命とし、実施例１の焼付き寿命を１とする相対値を表１に併記した。

ＡＤＥ：アルキルジフェニルエーテル
ＡＮ：アルキルナフタレン
ＰＡＯ：ポリαオレフィン
ＰＯＥ：ポリオールエステル
ジウレアＡ：芳香族ジウレア（ｐ−トルイジンとＭＤＩとの反応生成物）
ジウレアＢ：芳香族ジウレアと脂環式ジウレアとの混合物
ジウレアＣ：脂肪族ジウレア（ｎ−オクタデシルアミンとＭＤＩとの反応生成物）
Ｌｉ石けん：１２ヒドロキシリチウムステアレート

表１に示すように、実施例１の試験グリースは、耐熱性に優れるアルキルジフェニルエーテルを基油とし、せん断安定性に優れる芳香族ウレアを増ちょう剤とし、ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛を添加し、更にちょう度をＮＬＧＩちょう度４に調整したため、４球試験における摩耗も小さく、軸受のトルクや耐久性も良好である。また、実施例２の試験グリースでは、基油をアルキルナフタレンに代えているが、アルキルナフタレンもアルキルジフェニルエーテルと同等の耐熱性を示すことから、グリース性能に優れることがわかる。また、実施例３、４の試験グリースは、増ちょう剤を芳香族ジウレアと脂環式ジウレアとの混合物に代えているが、若干のトルク上昇は見られるものの、基油に由来して良好なグリース性能を示している。

比較例の試験グリースは、何れも基油が本発明の範囲外である。更に、比較例１、２の試験グリースでは、ちょう度が通常のグリース組成物と同じＮＬＧＩちょう度２に調整されている。比較例５、６の試験グリースは、増ちょう剤がせん断安定に劣るリチウム石けんを用いており、ちょう度もＮＬＧＩちょう度２に調整されている。そのため、何れの試験グリースも、耐摩耗性に劣り、軸受のトルク上昇を招いており、耐久性に劣っている。また、比較例３、４の試験グリースではちょう度は本発明の範囲であるが、基油の違いからグリース性能に劣っており、高速高荷重下では本発明で用いるアルキルジフェニルエーテルとアルキルナフタレンが有効であることがわかる。

１０ アンギュラ玉軸受
１１ カウンターボア
１２ 外輪
１３ 内輪
１４ 玉
１５ 保持器
１６ａ，１６ｂ シール

Claims (4)

1. アルキルジフェニルエーテル及びアルキルナフタレンの少なくとも一方を基油とし、ウレア化合物を増ちょう剤とし、かつ、ちょう度がＮＬＧＩちょう度番号３〜４であることを特徴とするグリース組成物。
2. 基油の４０℃における動粘度が１０〜８０ｍｍ^２／ｓであることを特徴とする請求項１記載のグリース組成物。
3. アルキルジチオカルバミン酸亜鉛を含有することを特徴とする請求項１または２記載のグリース組成物。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のグリース組成物が封入され、かつ、ｄｍＮ１００万を超える用途に使用されることを特徴とする工作機械用転がり軸受。

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