JP3978998B2 - Rolling bearing - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、ラップ盤などに代表される工作機械装置の主軸用軸受に好適な転がり軸受に係るものであり、特に、高速切削もしくは高速研削において軸受寿命の改善を図ることが可能な転がり軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】
工作機械装置の主軸は、一般にアンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、及びこれらの転がり軸受の組み合わせのいずれかの転がり軸受で支承された状態で回転する。その工作機械装置の主軸は、加工精度と生産性の向上を図るために回転の高速化が望まれているが、主軸を支承する転がり軸受を高速回転下で使用するほど、発熱及び予荷重の増大によって、焼付の発生や、軸受損傷の危険性が著しく高まる。
【0003】
このような事態を防止するためにも、また工作機械全体が熱変形を起こし加工精度が低下しないためにも、適切な潤滑方式を選択して、主軸を支承する軸受の発熱を極力抑えなければならない。
このため、従来にあっては、高速回転する工作機械主軸を支承する転がり軸受の潤滑は、冷却効果がある、オイルエア潤滑法、ノズルジェット潤滑法、若しくはアンダーレース潤滑法(下側から軌道面へ潤滑する方法)が採用されてきた。
【0004】
ここで、上記高速回転する主軸を支承する転がり軸受の潤滑方式には、一般に油潤滑が用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の潤滑方式では、いずれも軸受内に潤滑油を供給する潤滑装置の導入が不可欠である。このため、潤滑装置の付帯設備の占有面積を確保することが必要なばかりでなく、運転コストの削減の点からも不利なものとなっいる。
このため、工作機械装置のコンパクト化及び運転コスト削減が期待できるグリース潤滑を採用した転がり軸受を使用することによる、工作機械装置主軸の高速化が強く望まれるが、グリース潤滑はグリースのせん断による発熱が顕著なため、従来、回転の高速化に不適当な潤滑方式とされている。
【0006】
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、グリース潤滑を採用しても回転の高速化が達成できる、高速回転下でも発熱の少ないグリースを封入した転がり軸受を提供することを課題とするものである。具体的には、グリース潤滑で且つdmn値が130万以上でも使用可能な転がり軸受を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、dmnが130万以上で使用され、グリース潤滑が採用される工作機械装置の主軸用転がり軸受において、上記転がり軸受内に封入されるグリースは、基油の10重量%以上100重量%以下が炭酸エステルであり、かつ、その基油の動粘度が40℃で50×10−6(m /s)を越えかつ200×10−6(m /s)以下であり、グリース封入量が軸受空間容積の10体積%以上50体積%以下であることを特徴とするものである。
【0008】
本発明は、発明者らの試験・研究によって、上記基油に炭酸エステルを利用した潤滑グリースが、高速せん断下において発熱が少なく、軸受の長寿命化、さらには、工作機械の加工精度の向上をもたらすことを発見したことによるものである(図3参照)。
また、基油の10重量%以上100重量%以下を炭酸エステルとしているのは次の理由による。
【0009】
基油中の炭酸エステルの配分量が多いほど発熱低減効果がある。そして、基油全量に対する炭酸エステルの量が10重量%未満だと十分な発熱低減効果が期待できない(図4参照)。このため、下限値を10重量%としている。
特に、基油全量に対する炭酸エステルの量が30重量%以上となると、炭酸エステルの増加に伴う発熱低減効果が小さくなくなり、また軸受外輪温度も50℃以下に抑えることが可能となる。従って、基油全量に対する炭酸エステルの量を30重量%以上100重量%以下とすることが好ましい(図4参照)。
【0010】
また、基油の動粘度を40℃で10×10-6〜200×10-6(m2 /s)としているのは、次の理由による。
40℃での基油動粘度が200×10-6(m2 /s)より大きくなると、高速回転時の粘度増大によって発熱が急に大きくなり、それに起因して、軸受の焼付寿命が急激に短くなる。このため、上限値を200×10-6(m2 /s)とした(図5参照)。
【0011】
一方、40℃での基油動粘度が10×10-6(m2 /s)より小さくなると、軸受回転中に形成される潤滑油膜の厚さが必要最低限度を下回り、十分な荷重支持能力を保持し得ず、焼付寿命が短くなる(図5参照)。このため、下限値を10×10-6(m2 /s)とした。
そして、基油の動粘度を40℃で10×10-6〜200×10-6(m2 /s)とすることで、軸受の長期耐久性能を確保可能となる。
【0012】
特に、グリースの40℃での基油動粘度が10×10-6(m2 /s)以上130×10-6(m2 /s)以下とすれば、軸受外輪温度を50℃以下に抑えられ、軸受寿命が最も良好となる。すなわち、40℃での基油動粘度を10×10-6(m2 /s)以上130×10-6(m2 /s)以下とすることが、より好ましい。
ここで、封入するグリース量は、軸受空間容積に対し、10体積%以上50体積%以下とすることが、高速回転下における昇温防止に有効である(図6参照)。
【0013】
なお、軸受空間容積とは、内輪と外輪との間に形成される空間の容積である。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
本実施形態は、高速回転する工作機械の主軸を支承するのに好適なアンギュラ玉軸受を例にとって説明する。
図1は、その玉軸受の要部断面図である。すなわち、本実施形態の玉軸受1は、同軸に配置された内輪2と外輪3との間に複数の玉4(転動体)が介装されて構成され、上記内輪2の内径面側が主軸6に一体的となるように固定される。図1中、符号5は保持器を示す。
【0015】
そして、上記内外輪3間の空間にグリースが封入されている。
上記グリースは、基油全量に対し炭酸エステルが10〜100重量%含まれ、かつ、その基油の動粘度が40℃で10×10-6〜200×10-6(m2 /s)に設定されている。
ここで、グリースの増ちょう剤は特に限定されない。例えば、リチウム石鹸、リチウムコンプレックス石鹸、バリウム石鹸、バリウムコンプレックス石鹸、アルミニウム石鹸、アルミニウムコンプレックス石鹸、ナトリウム石鹸、ウレア化合物、カルシウムスルフォネート、また混合石鹸であるナトリウム−カルシウム石鹸、リチウム−カルシウム石鹸、ナトリウム−アルミニウム石鹸などが使用できる。また、グリースに添加される酸化防止剤としては、フェニル−α−ナフチルアミンなどのアミン系化合物、ジーt−ブチル−P−クレゾールなどのフェノール類、フェノチアジンなどのチオアミン類、ジアルキルジチオリン酸塩類、ジアルキルジチオカルバミン酸塩類などが例示できる。
【0016】
上記構成の転がり軸受1を使用すると、グリース潤滑であるので、軸受潤滑装置の導入が不要となり、当該転がり軸受1を組み込む工作機械を、その分、小型化することが出来ると共に、工作機械の運転コストの削減が期待できる。
また、グリース潤滑にも関わらず、主軸6をdmn値130万以上で高速回転しても軸受1の発熱が55℃以下に抑えることができるので、主軸6を高速回転させても、工作機械全体の熱変形が抑えられて加工精度の低下が防止される。
【0017】
【実施例】
本発明に基づく転がり軸受について軸受1高速回転発熱評価を行った。
軸受としては、アンギュラ玉軸受140BNC10TP4を使用し、その軸受内に1.0gのグリースを封入したものを使用した。上記グリース封入量は、軸受空間容積の15体積%に相当する。
【0018】
上記使用するグリースは、増ちょう剤としてリチウム石鹸が使用され、その増長剤の量を、グリース全量に対し15重量%となるように統一した。また、基油としては、全て40℃での動粘度が約30×10-6(m2 /s)の油を使用した。そして、上記封入するグリースの基油として、炭酸エステル、エステル、合成炭化水素、及び鉱油をそれぞれ100重量%使用した4種類の転がり軸受20を用意して試験を行った。
【0019】
すなわち、上記各種類の転がり軸受1についてそれぞれ供試軸受1を2個ずつ用意し、図2に示すような試験機を用いて評価を行った。
上記試験機は、背面組合せに配設した2つの供試軸受20で主軸6を支承し、その主軸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、試験機本体24の軸方向の略中央部であって上記2個の供試軸受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21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、軸受20の設定空間内の空気を排気するために排気路23が設けられている。
【0020】
更に軸受外輪20aの温度上昇を測定するべく熱電対25が設置されている。なお、軸受20の予圧(アキシアルすきま)は間座等で一定値(60kg)に調整して、予圧の差による温度上昇が影響されないようにした。
そして、主軸6の回転が所定回転数に達した後に約2時間放置して発熱温度を飽和させてから、軸受外輪20aの温度を測定した。上記所定回転数を種々に変更して上記試験を繰り返した。
【0021】
図3がその結果である。この図3は、各試作グリースの発熱特性のdmn値への依存性についてまとめたものである。
図3から分かるように、炭酸エステルを基油としたグリースを潤滑剤として使用すると、他のグリースを潤滑剤として使用する場合に比べて、高速回転下で使用しても軸受20が低発熱であることがわかる。これは、炭酸エステルを使用した基油は、粘度が低く、しかも、軸受20の軌道面及び転動体、保持器などの金属面である転動面や摺動面との密着性が良く、他の基油に比べてぬれ性に優れているためであり、軌道面などに薄膜を速やかに形成して耐摩耗性や耐衝撃を高める効果もある。また、発熱が低いことから、低トルクでの油膜形成能にも優れる。また、耐熱性にも優れる。
【0022】
そして、グリース寿命の観点から、軸受20の回転中の発熱は少なければ少ないほど好都合である。具体的には、軸受外輪温度が55℃以下であると長寿命を期待できる。そして、図3のように、炭酸エステルを基油としたグリースを潤滑剤として使用することで、dmn値が130万以上となる高速回転で主軸6を回転しても軸受外輪温度が55℃未満に抑えることができることが分かる。
【0023】
ここで、同様の試験を、グリースの増ちょう剤としてバリウムコンプレックス石鹸及びカルシウムスルフォネートに変えて実施してみたが、同様の傾向が認められた、つまり、増ちょう剤に影響することなく、炭酸エステルを使用した基油の優位性が確認された。
次に、40℃での動粘度が30×10-6(m2 /s)の炭酸エステルと、同じく40℃での動粘度が30×10-6(m2 /s)の鉱油との混合油を基油に用いたグリースを使用し、上記と同じ試験機を使用して試験を行い軸受外輪温度について求めてみた。
【0024】
ここで、増ちょう剤としてはリチウム石鹸を採用し、その量はグリース全量に対して15重量%とした。グリース封入量は軸受20空間容積の15体積%である。
回転試験はdmn値130万、予圧荷重を60kgとして行った。
そして、上記基油となる混合油の配合比率を変えたグリースを使用して、軸受外輪温度について求めてみた。なお、測定した温度は、dmn値130万となる高速回転状態でそれぞれ約2時間放置させて温度を飽和させたものである。
【0025】
図4がその結果である。
図4から分かるように、基油全体に対する炭酸エステルの配合比率が10重量%以上となると、軸受外輪温度を55℃以下に抑えることが可能となり、厳しい運転条件が緩和される。
特に、基油全体に対する炭酸エステルの配合比率を30重量%以上のグリースを使用すると、軸受外輪温度を50℃以下に抑えることができる。また、基油全体に対する炭酸エステルの比率を30重量%より多くしても、軸受外輪温度の低減効果は逓減し、軸受外輪温度は大きく変化しない。
【0026】
一方、基油全量に対して炭酸エステルの配合比率を10重量%よりも少ないグリースを使用した場合には、軸受外輪温度の減少の効果は得られないことが分かる。
すなわち、基油全体に対する炭酸エステルの配合比率を10重量%以上、好ましくは30重量%以上に設定することで、軸受20の発熱を有効に抑えることができることが分かる。
【0027】
次に、炭酸エステルを基油とした場合における基油の動粘度と軸受焼付寿命の関係及び、同動粘度と回転中の軸受外輪温度の関係について上記試験機を使用し同様な条件で試験を行った。
すなわち、試験条件は、増ちょう剤としてのリチウム石鹸をグリース全量中の15重量%含有するグリースを使用し、軸受20内へのグリース封入量は軸受空間容積の15%に設定してある。回転試験はdmn130万、予圧荷重を60kgとして行った。
【0028】
そして、上記封入するグリースの40℃での基油動粘度を変えた複数の軸受20について試験を行ったところ図5に示す結果を得た。なお、各軸受20について、目標の回転速度となった状態で約2時間放置して発熱温度の飽和を図っている。
ここで、図5における横軸に示す炭酸エステルの基油の濃度は、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルなどのアルキル鎖長が1と2の炭酸エステルに加え、C4 〜C10くらいの炭素鎖長を有する炭酸エステルを混合し種々の基油(40℃における)の粘度を作り、上記試験に供した。なお、これは基油粘度を変化させる一例である。
【0029】
図5から分かるように、40℃の基油動粘度が200×10-6(m2 /s)より大きくなると、粘度増大による発熱が急上昇し、それに起因して、軸受20の焼付寿命が急激に短くなる。
一方、40℃での基油動粘度が10×10-6(m2 /s)より小さくなると、軸受20回転中に形成される潤滑油膜の厚さが必要最低限度を下まわり、十分な荷重支持能力を保持し得ず、焼付寿命が短くなる。
【0030】
以上のように、グリースの40℃での基油動粘度を10×10-6(m2 /s)以上200×10-6(m2 /s)以下に設定することで、軸受20の長期耐久性能を達成し得ることが分かる。
特に、グリースの40℃での基油動粘度が10×10-6(m2 /s)以上130×10-6(m2 /s)以下とすれば、軸受外輪温度を50℃以下に抑えられ、軸受寿命が最も良好となる。すなわち、40℃での基油動粘度が10×10-6(m2 /s)以上130×10-6(m2 /s)以下がより好ましい範囲となる。
【0031】
次に、封入するグリース量と、回転中の軸受外輪温度及び一定時間回転後(20時間後)のグリース残存量との関係について上記試験機を使用して求めてみた。
使用したグリース(潤滑剤)は、基油として炭酸エステルを使用し、その基油の40℃での動粘度を30×10-6(m2 /s)とし、増ちょう剤としてリチウム石鹸(グリース全量に対して15重量%使用)を用いたものである。そして、回転試験はdmn130万、予圧荷重を60kgとして行った。
【0032】
図6にその結果を示す。
ここで、グリース残存量は、目標の回転速度となってから20時間経過に回転を停止し試験機を分解して軸受20の質量を測定することによって求めた。また、初期グリース封入量及びグリース残存量は軸受空間容積に占める割合により評価した。
【0033】
図6から分かるように、初期グリース封入量が軸受空間容積の10体積%未満になると潤滑不足に陥り、異常昇温することがわかる。
一方、初期封入量を多くするほど、軸受20内の残存グリース量も僅かづつ増えて耐久性に有利であるが、50体積%を越えると、潤滑剤の攪拌抵抗による異常昇温が起こってしまう。したがって、封入するグリース量としては軸受空間容積の10体積%以上50体積%以下が望ましい。
【0034】
以上の各試験結果をまとめると、図7に示すようになる。すなわち、本発明に基づく転がり軸受20は、グリース潤滑を採用しているにも関わらず、高速回転で使用されても発熱が抑えられる良好な軸受20となることが分かる。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したきたように、本発明を採用すると、回転速度がdmn値が130万以上の回転状態で使用しても発熱が抑えることができるグリース潤滑方式の転がり軸受を提供可能となる。
また、グリース潤滑方式であるので、当該転がり軸受を組み込んだ装置のコンパクト化及び運転コストに低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく実施形態に係る転がり軸受を示す断面図である。
【図2】実施例で使用する試験機を示す断面図である。
【図3】実施例におけるdmn値と軸受外輪温度との関係を示す図である。
【図4】基油中の炭酸エステルの濃度と軸受外輪温度との関係を示す図である。
【図5】基油動粘度と軸受外輪温度及び軸受焼付寿命との関係を示す図である。
【図6】初期グリース封入量と軸受外輪温度及びグリース残存量との関係を示す図である。
【図7】実施例の全試験結果をまとめた図である。
【符号の説明】
1 玉軸受
2 内輪
3 外輪
4 玉
6 主軸
20 供試軸受
20a 外輪
25 熱電対
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rolling bearing suitable for a spindle bearing of a machine tool device represented by a lathe, drilling machine, boring machine, milling machine, grinding machine, honing machine, super finishing machine, lapping machine, etc. The present invention relates to a rolling bearing capable of improving bearing life in high-speed cutting or high-speed grinding.
[0002]
[Prior art]
The main shaft of a machine tool device generally rotates in a state of being supported by a rolling bearing of any one of an angular ball bearing, a cylindrical roller bearing, and a combination of these rolling bearings. The spindle of the machine tool device is required to increase the rotation speed in order to improve machining accuracy and productivity. However, the more the rolling bearing that supports the spindle is used under high speed rotation, the more heat generation and preload occur. The increase significantly increases the risk of seizures and bearing damage.
[0003]
In order to prevent such a situation and to prevent the entire machine tool from undergoing thermal deformation and reducing the machining accuracy, it is necessary to select an appropriate lubrication method and suppress the heat generation of the bearing supporting the spindle as much as possible. Don't be.
For this reason, conventionally, lubrication of a rolling bearing that supports a high-speed rotating machine tool spindle has a cooling effect, such as an oil-air lubrication method, a nozzle jet lubrication method, or an under-lace lubrication method (from the lower side to the raceway surface). The method of lubrication has been adopted.
[0004]
Here, oil lubrication is generally used as a lubrication method of the rolling bearing that supports the main shaft that rotates at a high speed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In any of the above conventional lubrication systems, it is essential to introduce a lubrication device that supplies lubricating oil into the bearing. Thus, incidental not only be necessary to secure the area occupied by the facilities of the lubricating device has become a disadvantageous from the viewpoint of reducing the operating costs.
For this reason, it is strongly desired to increase the spindle speed of machine tool equipment by using rolling bearings that employ grease lubrication, which can be expected to reduce machine tool equipment and reduce operating costs. However, grease lubrication generates heat due to shearing of grease. Therefore, the conventional lubrication method is unsuitable for speeding up the rotation.
[0006]
The present invention has been made by paying attention to the above points, and provides a rolling bearing in which grease can be increased even if grease lubrication is employed and grease that generates little heat even under high-speed rotation is enclosed. Is an issue. Specifically, the present invention provides a rolling bearing that can be used with grease lubrication and a dmn value of 1.3 million or more.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a rolling bearing for a spindle of a machine tool device that is used with a dmn of 1.3 million or more and employs grease lubrication. The grease enclosed in the rolling bearing is a base oil. 10% by weight or more and 100% by weight or less of the carbonic acid ester, and the kinematic viscosity of the base oil exceeds 50 × 10 −6 (m 2 / s) at 40 ° C. and 200 × 10 −6 (m 2 / s) or less, and the grease filling amount is 10 volume% or more and 50 volume% or less of the bearing space volume.
[0008]
According to the present inventors' investigation and research, the lubricating grease using carbonate as the base oil has less heat generation under high-speed shear, extends the life of the bearing, and further improves the machining accuracy of the machine tool. This is due to the fact that it has been found to bring about (see FIG. 3).
Further, the reason why 10% by weight or more and 100% by weight or less of the base oil is carbonated is as follows.
[0009]
The more the amount of carbonate ester distributed in the base oil, the more heat generation is reduced. And if the amount of carbonate is less than 10% by weight relative to the total amount of base oil, a sufficient heat generation reduction effect cannot be expected (see FIG. 4). For this reason, the lower limit is set to 10% by weight.
In particular, when the amount of carbonate ester relative to the total amount of base oil is 30% by weight or more, the effect of reducing heat generation due to the increase in carbonate ester is reduced, and the bearing outer ring temperature can be suppressed to 50 ° C. or less. Therefore, it is preferable to set the amount of carbonate to 30% by weight to 100% by weight with respect to the total amount of base oil (see FIG. 4).
[0010]
Further, the reason why the kinematic viscosity of the base oil is set to 10 × 10 −6 to 200 × 10 −6 (m 2 / s) at 40 ° C. is as follows.
When the base oil kinematic viscosity at 40 ° C. is greater than 200 × 10 −6 (m 2 / s), heat generation increases rapidly due to increased viscosity during high-speed rotation, resulting in a rapid increase in the seizure life of the bearing. Shorter. For this reason, the upper limit value was set to 200 × 10 −6 (m 2 / s) (see FIG. 5).
[0011]
On the other hand, if the base oil kinematic viscosity at 40 ° C. is smaller than 10 × 10 −6 (m 2 / s), the thickness of the lubricating oil film formed during the rotation of the bearing is less than the minimum necessary level, and sufficient load carrying capacity is achieved. Cannot be maintained, and the baking life is shortened (see FIG. 5). For this reason, the lower limit was set to 10 × 10 −6 (m 2 / s).
And the long-term durability performance of a bearing can be ensured by setting the kinematic viscosity of the base oil to 10 × 10 −6 to 200 × 10 −6 (m 2 / s) at 40 ° C.
[0012]
In particular, if the base oil kinematic viscosity at 40 ° C. of grease is 10 × 10 −6 (m 2 / s) or more and 130 × 10 −6 (m 2 / s) or less, the bearing outer ring temperature can be suppressed to 50 ° C. or less. The bearing life is the best. That is, it is more preferable that the base oil kinematic viscosity at 40 ° C. is 10 × 10 −6 (m 2 / s) or more and 130 × 10 −6 (m 2 / s) or less.
Here, the amount of grease to be enclosed is 10 volume% or more and 50 volume% or less with respect to the bearing space volume, which is effective for preventing temperature rise under high-speed rotation (see FIG. 6).
[0013]
The bearing space volume is a volume of a space formed between the inner ring and the outer ring.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, an angular ball bearing suitable for supporting a spindle of a machine tool rotating at high speed will be described as an example.
FIG. 1 is a sectional view of an essential part of the ball bearing. That is, the ball bearing 1 of the present embodiment is configured such that a plurality of balls 4 (rolling elements) are interposed between an inner ring 2 and an outer ring 3 arranged coaxially, and the inner diameter surface side of the inner ring 2 is the main shaft 6. It is fixed so as to be integrated. In FIG. 1, reference numeral 5 denotes a cage.
[0015]
Then, grease is sealed in the space between the inner and outer rings 3.
The grease contains 10 to 100% by weight of carbonate with respect to the total amount of base oil, and the kinematic viscosity of the base oil is 10 × 10 −6 to 200 × 10 −6 (m 2 / s) at 40 ° C. Is set.
Here, the thickener of the grease is not particularly limited. For example, lithium soap, lithium complex soap, barium soap, barium complex soap, aluminum soap, aluminum complex soap, sodium soap, urea compound, calcium sulfonate, and mixed soap sodium-calcium soap, lithium-calcium soap, sodium -Aluminum soap can be used. Antioxidants added to the grease include amine compounds such as phenyl-α-naphthylamine, phenols such as di-t-butyl-P-cresol, thioamines such as phenothiazine, dialkyldithiophosphates, dialkyldithiocarbamine Examples thereof include acid salts.
[0016]
When the rolling bearing 1 having the above-described configuration is used, grease lubrication is required, so that it is not necessary to introduce a bearing lubrication device, and the machine tool incorporating the rolling bearing 1 can be reduced in size and the operation of the machine tool. Cost reduction can be expected.
In spite of grease lubrication, even if the main shaft 6 is rotated at a high speed with a dmn value of 1.3 million or more, the heat generation of the bearing 1 can be suppressed to 55 ° C. or less. This prevents the thermal deformation of the steel sheet and prevents the processing accuracy from being lowered.
[0017]
【Example】
For the rolling bearing according to the present invention, the bearing 1 was subjected to high-speed rotation heat generation evaluation.
As the bearing, an angular ball bearing 140BNC10TP4 was used, and 1.0 g of grease sealed in the bearing was used. The grease filling amount corresponds to 15% by volume of the bearing space volume.
[0018]
The grease used above uses lithium soap as a thickener, and the amount of the thickener is unified to be 15% by weight with respect to the total amount of grease. Further, as the base oil, oil having a kinematic viscosity at 40 ° C. of about 30 × 10 −6 (m 2 / s) was used. Then, four types of rolling bearings 20 each using 100% by weight of carbonate, ester, synthetic hydrocarbon, and mineral oil were prepared and tested as the base oil of the grease to be enclosed.
[0019]
That is, for each type of rolling bearing 1, two test bearings 1 were prepared and evaluated using a testing machine as shown in FIG.
The test machine has a spindle structure in which the main shaft 6 is supported by two test bearings 20 arranged in the rear combination, and the main shaft 6 is rotationally driven via a motor and a transmission (not shown). In addition, a through hole for supplying a lubricant in the radial direction is provided at an intermediate position between the two test bearings 20 in the substantially central portion of the test machine main body 24 in the axial direction. An air nozzle 21 is inserted. The oil air nozzle 21 has a structure replaceable with a grease nipple. Further, an exhaust path 23 is provided for exhausting air in the setting space of the bearing 20.
[0020]
Further, a thermocouple 25 is installed to measure the temperature rise of the bearing outer ring 20a. The preload (axial clearance) of the bearing 20 was adjusted to a constant value (60 kg) with a spacer or the like so that the temperature rise due to the difference in preload was not affected.
Then, after the rotation of the main shaft 6 reached a predetermined number of rotations, it was left for about 2 hours to saturate the heat generation temperature, and then the temperature of the bearing outer ring 20a was measured. The above test was repeated with various changes in the predetermined rotational speed.
[0021]
FIG. 3 shows the result. FIG. 3 summarizes the dependence of the heat generation characteristics of each prototype grease on the dmn value.
As can be seen from FIG. 3, when grease using a carbonate ester base oil is used as a lubricant, the bearing 20 generates less heat even when used under high speed rotation than when other greases are used as a lubricant. I know that there is. This is because the base oil using carbonate ester has a low viscosity and has good adhesion to the raceway surface of the bearing 20 and the rolling surface and sliding surface, which are metal surfaces such as rolling elements and cages. This is because it is superior in wettability compared to the base oil of No. 1, and has an effect of improving wear resistance and impact resistance by quickly forming a thin film on the raceway surface. Further, since the heat generation is low, the oil film forming ability at low torque is also excellent. Moreover, it is excellent also in heat resistance.
[0022]
From the viewpoint of the life of the grease, the less heat generated during rotation of the bearing 20, the more convenient it is. Specifically, a long life can be expected when the bearing outer ring temperature is 55 ° C. or lower. Then, as shown in FIG. 3, by using grease made of carbonate ester base oil as a lubricant, the bearing outer ring temperature is less than 55 ° C. even when the main shaft 6 is rotated at a high speed rotation with a dmn value of 1.3 million or more. It can be seen that it can be suppressed.
[0023]
Here, the same test was carried out by replacing barium complex soap and calcium sulfonate as the grease thickener, but the same tendency was observed, that is, without affecting the thickener. The superiority of the base oil using carbonate ester was confirmed.
Then, mixing of the mineral oil and the carbonate of kinematic viscosity of 30 × 10 -6 (m 2 / s), also a kinematic viscosity at 40 ℃ 30 × 10 -6 (m 2 / s) at 40 ° C. Using grease with oil as the base oil, a test was performed using the same testing machine as described above to determine the bearing outer ring temperature.
[0024]
Here, lithium soap was adopted as the thickener, and the amount thereof was 15% by weight with respect to the total amount of grease. The amount of grease filled is 15% by volume of the bearing 20 space volume.
The rotation test was performed with a dmn value of 1.3 million and a preload of 60 kg.
And the grease which changed the compounding ratio of the mixed oil used as the said base oil was used, and it calculated | required about the bearing outer ring temperature. The measured temperatures were obtained by allowing them to stand for about 2 hours in a high-speed rotation state with a dmn value of 1.3 million and saturating the temperatures.
[0025]
FIG. 4 shows the result.
As can be seen from FIG. 4, when the blending ratio of the carbonic acid ester with respect to the entire base oil is 10% by weight or more, the bearing outer ring temperature can be suppressed to 55 ° C. or less, and severe operating conditions are eased.
In particular, when a grease having a carbonate ester blending ratio of 30% by weight or more with respect to the entire base oil is used, the bearing outer ring temperature can be suppressed to 50 ° C. or less. Further, even if the ratio of the carbonate ester to the whole base oil is more than 30% by weight, the effect of reducing the bearing outer ring temperature is diminished, and the bearing outer ring temperature does not change greatly.
[0026]
On the other hand, it can be seen that the effect of reducing the temperature of the outer ring of the bearing cannot be obtained when grease having a carbonate ester blending ratio of less than 10% by weight with respect to the total amount of the base oil is used.
That is, it can be seen that the heat generation of the bearing 20 can be effectively suppressed by setting the blending ratio of the carbonic acid ester with respect to the whole base oil to 10 wt% or more, preferably 30 wt% or more.
[0027]
Next, when the carbonate is used as the base oil, the relationship between the kinematic viscosity of the base oil and the bearing seizure life and the relationship between the kinematic viscosity and the temperature of the outer ring bearing during rotation are tested under the same conditions using the above test machine. went.
That is, the test conditions used were grease containing 15% by weight of lithium soap as a thickener in the total amount of grease, and the amount of grease charged in the bearing 20 was set to 15% of the bearing space volume. The rotation test was performed with a dmn of 1.3 million and a preload of 60 kg.
[0028]
And when the test was done about the several bearing 20 which changed the base oil kinematic viscosity in 40 degreeC of the said grease to fill, the result shown in FIG. 5 was obtained. Each bearing 20 is allowed to stand for about 2 hours at the target rotational speed to achieve saturation of the heat generation temperature.
Here, the concentration of the carbonate ester base oil shown on the horizontal axis in FIG. 5 is such that the carbon chain length of about C 4 to C 10 is added to the carbonate esters having alkyl chain lengths of 1 and 2 such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate. The carbonate ester was mixed to make the viscosity of various base oils (at 40 ° C.) and used for the above test. This is an example of changing the base oil viscosity.
[0029]
As can be seen from FIG. 5, when the base oil kinematic viscosity at 40 ° C. is larger than 200 × 10 −6 (m 2 / s), the heat generation due to the increase in viscosity rapidly increases, and as a result, the seizure life of the bearing 20 rapidly increases. Becomes shorter.
On the other hand, if the base oil kinematic viscosity at 40 ° C. is less than 10 × 10 −6 (m 2 / s), the thickness of the lubricating oil film formed during the rotation of the bearing 20 is below the minimum necessary level, and sufficient load is achieved. The supporting ability cannot be maintained and the baking life is shortened.
[0030]
As described above, by setting the base oil kinematic viscosity at 40 ° C. of grease to 10 × 10 −6 (m 2 / s) or more and 200 × 10 −6 (m 2 / s) or less, the long-term bearing 20 It can be seen that durability performance can be achieved.
In particular, if the base oil kinematic viscosity at 40 ° C. of grease is 10 × 10 −6 (m 2 / s) or more and 130 × 10 −6 (m 2 / s) or less, the bearing outer ring temperature can be suppressed to 50 ° C. or less. is, the shaft 受寿 life is the most favorable. That is, the base oil kinematic viscosity at 40 ° C. is more preferably in the range of 10 × 10 −6 (m 2 / s) to 130 × 10 −6 (m 2 / s).
[0031]
Next, the relationship between the amount of grease to be filled, the temperature of the outer ring of the rotating bearing and the remaining amount of grease after rotating for a fixed time (after 20 hours) was determined using the above tester.
The grease (lubricant) used is carbonated ester as the base oil, the kinematic viscosity at 40 ° C. of the base oil is 30 × 10 −6 (m 2 / s), and lithium soap (grease) as the thickener. 15% by weight based on the total amount) was used. The rotation test was performed with a dmn of 1.3 million and a preload of 60 kg.
[0032]
The result is shown in FIG.
Here, the remaining amount of grease was determined by measuring the mass of the bearing 20 by stopping the rotation 20 hours after the target rotational speed was reached, disassembling the testing machine. Further, the initial grease filling amount and the remaining grease amount were evaluated by the ratio of the bearing space volume.
[0033]
As can be seen from FIG. 6, it can be seen that when the initial grease filling amount is less than 10% by volume of the bearing space volume , lubrication is insufficient and the temperature rises abnormally.
On the other hand, as the initial sealed amount increases, the amount of residual grease in the bearing 20 increases slightly, which is advantageous for durability. However, if the amount exceeds 50% by volume, abnormal temperature rise due to the stirring resistance of the lubricant occurs. . Thus, more than 10 vol% between the axes 受空 volume 50% by volume or less is desirable as the tolyl lease amount be encapsulated.
[0034]
The above test results are summarized as shown in FIG. That is, it can be seen that the rolling bearing 20 according to the present invention is a good bearing 20 that can suppress heat generation even when it is used at high speed rotation, even though grease lubrication is employed.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, when the present invention is adopted, it is possible to provide a grease lubricated rolling bearing capable of suppressing heat generation even when used in a rotational state where the rotational speed is a dmn value of 1.3 million or more.
Moreover, since it is a grease lubrication system, the apparatus incorporating the rolling bearing can be made compact and the operating cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a rolling bearing according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a testing machine used in Examples.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a dmn value and a bearing outer ring temperature in an example.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the concentration of carbonate in the base oil and the bearing outer ring temperature.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between base oil kinematic viscosity, bearing outer ring temperature and bearing seizure life.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an initial grease filling amount, a bearing outer ring temperature, and a residual grease amount.
FIG. 7 is a table summarizing all test results of Examples.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ball bearing 2 Inner ring 3 Outer ring 4 Ball 6 Main shaft 20 Test bearing 20a Outer ring 25 Thermocouple

Claims (5)

dmnが130万以上で使用され、グリース潤滑が採用される工作機械装置の主軸用転がり軸受において、
上記転がり軸受内に封入されるグリースは、基油の10重量%以上100重量%以下が炭酸エステルであり、かつ、その基油の動粘度が40℃で50×10−6(m /s)を越えかつ200×10−6(m /s)以下であり、グリース封入量が軸受空間容積の10体積%以上50体積%以下であることを特徴とする転がり軸受。
In rolling bearings for spindles of machine tool devices that are used at dmn of 1.3 million or more and grease lubrication is adopted,
In the grease sealed in the rolling bearing, 10% by weight or more and 100% by weight or less of the base oil is carbonate ester, and the kinematic viscosity of the base oil is 50 × 10 −6 (m 2 / s at 40 ° C. ) or less of the past and 200 × 10 -6 (m 2 / s), rolling bearing grease amount is equal to or less than 50 vol% 10 vol% or more of the bearing space volume.
転がり軸受がアンギュラ玉軸受であることを特徴とする請求項1に記載した転がり軸受。  The rolling bearing according to claim 1, wherein the rolling bearing is an angular ball bearing. 基油の30重量%以上100重量%以下が炭酸エステルであり、その基油の動粘度が40℃で50×10 −6 (m /s)を越え且つ130×10 −6 (m /s)以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載した転がり軸受。 Ri 100% by weight or less carbonate der 30% by weight or more of the base oil, with a kinematic viscosity of the base oil is 40 ℃ 50 × 10 -6 (m 2 / S) and 130 × 10 −6 (m 2 / S) or less, The rolling bearing according to claim 1 or 2. グリース封入量が軸受空間容積の15体積%以上であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載した転がり軸受。  The rolling bearing according to any one of claims 1 to 3, wherein a grease filling amount is 15 volume% or more of a bearing space volume. 基油の動粘度が40℃で50×10−6(m /s)を越えかつ130×10−6(m /s)以下であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載した転がり軸受。The kinematic viscosity of the base oil exceeds 50 × 10 −6 (m 2 / s) at 40 ° C. and is not more than 130 × 10 −6 (m 2 / s). The rolling bearing described in any one of the items.
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