JP6668251B2 - 軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、軸受等に供給される潤滑剤に関する。また、本発明は、軸受と、前記潤滑剤を軸受に供給する潤滑剤供給装置とを備える軸受装置、並びに内部に貯蔵した前記潤滑剤を軸受に供給するための潤滑剤供給装置に関する。

図１に模式的に示すように、工作機械の主軸支持用の軸受装置１０には、外部に設けられた潤滑剤供給装置１から供給管２を通じて軸受３に、所定量の潤滑剤を定期的または間歇的に供給する潤滑剤補給システムが採用されている。潤滑剤としては、潤滑を長期間維持できることからグリース組成物が一般に用いられている。しかし、軸受３に供給されるグリース組成物は極く微量であるため、ちょう度が小さく、比較的硬いグリース組成物では、配管経路が長い場合や、配管経路が途中で屈曲したり、直角に折れ曲がった部位が数ヶ所存在する場合などでは、配管抵抗により微量のグリース組成物を所定量で安定して供給するのはかなり難しくなる。また、長期間使用していると、圧送の際に繰り返し加わった圧力により増ちょう剤が基油と分離してグリース全体として硬化または固化した状態となって配管内で詰まり、グリース組成物を所定量、安定して供給することが更に難しくなる。

本出願人は、特許文献１において、潤滑剤供給装置１の構造を工夫して、グリース組成物の供給を安定して行うようにしているが、グリース組成物の増ちょう剤が固化する問題までは解決されていない。

日本国特許第３７０７５５３号公報

そこで本発明は、グリース組成物のように増ちょう剤が基油と分離して硬化または固化する問題がなく、潤滑剤供給装置から軸受への潤滑剤の安定供給を図ることを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、下記の潤滑剤及び軸受装置、並びに軸受への潤滑剤補給装置を提供する。
（１）潤滑油とワックスとを、両者の合計量に対し、前記潤滑油を９０〜６０質量％、前記ワックスを１０〜４０質量％の割合で含有し、かつ、１０〜７０℃の範囲の所定の温度で液状になることを特徴とする潤滑剤。
（２）液状になる温度よりも低い温度になった際には、半固体状になることを特徴とする上記（１）記載の潤滑剤。
（３）液状と半固体状の状態変化が可逆的であることを特徴とする上記（１）または（２）記載の潤滑剤。
（４）潤滑油を９０〜８０質量％、ワックスを１０質量％以上２０質量％未満の割合で含有することを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の潤滑剤。
（５）潤滑油の粘度が５〜２００ｍｍ^２／ｓ（４０℃）であることを特徴とする上記（１）〜（４）の何れか１項に記載の潤滑剤。
（６）潤滑油がエステル油で、ワックスがマイクロクリスタリンワックスであることを特徴とする上記（１）〜（５）の何れか１項に記載の潤滑剤。
（７）軸受と、前記軸受に潤滑剤を供給するための潤滑剤供給装置と、前記軸受と前記潤滑剤供給装置とを連結する配管とを備える軸受装置であって、
前記潤滑剤供給装置は上記（１）〜（６）の何れか１項に記載の潤滑剤を貯蔵しており、前記潤滑剤を半固体状で前記配管を流通させ、前記軸受には前記潤滑剤を液状に変化させて供給することを特徴とする軸受装置。
（８）潤滑剤を貯蔵し、配管を通じて前記潤滑剤を軸受に供給するために、軸受外部に設けられる潤滑剤供給装置であって、
上記（１）〜（６）の何れか１項に記載の潤滑剤を貯蔵し、半固体状で前記配管に吐出することを特徴とする潤滑剤供給装置。

本発明のワックス系潤滑剤は増ちょう剤を含有していないため、グリース組成物のように増ちょう剤が基油と分離して配管内に詰まり、潤滑剤供給装置から軸受への供給が阻害されるのを防止できる。そのため、本発明の軸受装置も、潤滑剤供給装置からワックス系潤滑剤が長期間安定して供給されるため、グリース供給方式に比べて長寿命となる。

潤滑剤補給システムの一例として、工作機械の主軸支持用の軸受装置を示す模式図である。 液状化点を説明するための図である。 実施例１で調製したワックス系潤滑剤について、粘度の温度変化を測定した結果を示すグラフである。 実施例１で調製したワックス系潤滑剤について、粘度計内での移動量の温度変化を測定した結果を示すグラフである。 実施例２で調製したワックス系潤滑剤について、粘度の温度変化を測定した結果を示すグラフである。

以下、本発明に関して詳細に説明する。

本発明において軸受装置は、軸受と、潤滑剤供給装置とを、配管で連結した構成であれば制限はなく、例えば図１に示したような工作機械の主軸支持用の軸受装置１０を例示することができる。

潤滑剤供給装置１は、従来と同様、貯蔵している潤滑剤を、一定量で定期的に供給管２に吐出させる構成であれば制限はない。即ち、本発明の潤滑剤供給装置１は、ワックス系潤滑剤を貯蔵するためのタンクと、タンクからのワックス系潤滑剤を供給管２に一定量ずつ定期的に吐出させるための圧送手段等を備えるが、具体的な構造については従来の潤滑剤供給装置に準じることができる。後述するように、ワックス系潤滑剤は半固体状で潤滑剤供給装置１から吐出され、供給管２の内部でも半固体状で移動するが、ワックス系潤滑剤は、潤滑油とワックスとを基本成分とするため潤滑性を有し、半固体状であり、更にはワックスがグリースの増ちょう剤として機能するため、従来のグリース組成物用の潤滑剤供給装置でも十分に対応できる。

ワックス系潤滑剤は、潤滑油とワックスとを基本成分とする。ワックスはその融点よりも低温では固化もしくは半固体化しており、融点以上では液状となり、流動性を持つようになる。このように、ワックス単体であれば、ワックスの融点付近の温度を境にして、全体として半固体状と液状とに可逆変化する。これに対し本発明のワックス系潤滑剤は、潤滑油（液体）とワックス（半固体）との混合体（ワックス（溶質）に潤滑油（希薄液）を加えた希薄溶液に相当）である。そのため、ワックス系潤滑剤はワックスの融点より低い温度で、半固体状から液状に変化する。半固体状から液状に変化する温度（以下「液状化点」と称する）は、含まれるワックスの融点及び潤滑油との混合比率と密接な関係がある。即ち、「ワックスの融点＞液状化点」になることから、含まれるワックスと潤滑油との混合比率で液状化点をワックスの融点以下の所定の温度に制御することができる。具体的には、潤滑油及びワックスの種類、並びに両者の混合比率により、液状化点とワックスの融点との温度差を約１０〜３０℃にすることができる。また、含まれるワックスの種類及び潤滑油との混合比率等を調整することにより、温度に応じて液状と半固体状とに可逆的に変化するものとすることもできる。

尚、本発明において、液状及び液状化点は、図２及び下記に示すようにして確認する。この方法は、日本国の危険物の規制に関する規則、第１２章雑則 第６９条の２（液状の定義）に従った方法である。
（１）試験物品（ワックス系潤滑剤）を２本の試験管（直径３０ｍｍ、高さ１２０ｍｍ）のＡ線（高さ５５ｍｍ）まで入れる。
（２）一方の試験管（液状判断用試験管）を孔穴の無いゴム栓で密栓する。
（３）他方の試験管（温度測定用試験管）を、温度計を付けたゴム栓で密栓する。尚、温度計は、その先端が試験物品の表面より３０ｍｍの深さになるように挿入し、試験管に対して直立させる。
（４）２本の試験管を、液状確認温度±０．１℃に保持された恒温槽中に、Ｂ線（試験物品の表面よりも３０ｍｍ上方）が恒温槽の水面下に没するように直立させて静置する。
（５）温度測定用試験管中の試験物品の温度が液状確認温度±０．１℃になってから、１０分間そのままの状態を保持する。
（６）液状判断試験管を恒温水槽から水平な台上に直立したまま取り出し、直ちに台の上に水平に倒し、試験物品の先端がＢ線に到達するまでの時間を計測する。
（７）試験物品がＢ線に達するまでの時間が９０秒以内であるとき、試験物品が「液状」であると判断する。
（８）そして、恒温水槽の温度を種々変更して（１）〜（７）を行い、液状になった温度を「液状化点」とする。
尚、液状化点とは、水の凝固点（０°／純水、大気圧下）のような定点温度ではなく、ある特定温度に対して略±２℃程度の範囲で定義、数値化される。

あるいは、後述する実施例でも示すように、コーンプレート型粘度計（Ｅ型粘度計）を用い、温度を徐々に高めて行き、粘度変化が一定になった温度が液状化点近傍に現れるため、この温度を液状化点と見做すこともできる。

潤滑剤供給装置１からのワックス系潤滑剤を軸受３の内部に供給するには、軸受３の外輪に設けた供給口を通じて液状のワックス系潤滑剤を流入させる。一般的な工作機械の主軸支持用の軸受装置では、軸受が焼付かないように、ハウジング内の外輪周辺に冷却管を配置して稼働時に軸受温度が４０〜５０℃程度になるように冷却している。そのため、潤滑剤供給装置１からのワックス系潤滑剤は、供給管２の内部では半固体状で供給管２を流通し、少なくとも軸受３の外輪に設けた供給口の直前で液状に変化する必要があり（図中、点線で示す）、本発明では、液状化点を１０〜７０℃に規定する。

軸受３の内部は４０〜５０℃、もしくはこれよりも高い温度であるため、供給されたワックス系潤滑剤は液状である。ワックス状潤滑剤は増ちょう剤を含まず、潤滑油及びワックスの両方とも潤滑成分であるため、グリース組成物において基油の割合が増加したのと同じ状態となり、潤滑性能がグリース組成物よりも高まる。そのため、一回当たりの補給量を少なくでき、補給間隔も長くできるため、ワックス系潤滑剤の消費量を減らすことができ、潤滑剤補給システム全体として長寿命となる。

しかも、ワックス系潤滑剤はグリース組成物のように増ちょう剤を含まないため、圧力がかかっても固化せず、供給管２が長くなったり、屈曲した箇所があっても安定した補給が可能になる。

また、潤滑終了後、ワックス系潤滑剤は、軸受３から排出管４を通ってハウジング外部に送られるが、その際、排出管４は外気（室温）に晒されているためワックス系潤滑剤は液状から再び半固体状に変化する。グリース組成物では長期間の使用により増ちょう剤に由来する残渣が発生して空気の流れを阻止し、軸受の温度上昇の一因になりうる。しかし、ワックス系潤滑剤では、軸受３から排出された後もある程度の距離までは液状のままで排出されるため、このような問題は起こらない。

ワックス系潤滑剤は、潤滑油とワックスとを基本成分とするものであるが、潤滑油及びワックスともに、十分な潤滑性を有し、かつ、１０〜７０℃で液状で、それよりも低い温度で半固体状に変化する限り、その種類は共に制限されるものではない。また、好ましくは、温度により液体と半固体とに可逆的に変化するように調整する。

潤滑油としては、従来から軸受の潤滑に使用されている各種潤滑油を使用することができる。例えば、パラフィン系やナフテン系の鉱油、あるいはエステル油や炭化水素油、エーテル油等の合成油等を用いることができ、複数種を混合して使用することもできる。また、その粘度も一般的な範囲で構わないが、軸受３の潤滑性を考慮すると４０℃における動粘度が５〜２００ｍｍ^２／ｓであることが好ましい。また、潤滑油の動粘度は軸受の用途によって設定され、例えば工作機械のスピンドル用軸受等のように、低温度上昇特性と耐焼付性を両立させたい場合は、１０〜１３０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）であることが好ましい。

一方、ワックスは、常温で固体または半固体状であり、アルキル基を有する有機物である。本発明では天然ワックス、合成ワックスの何れでもよい。但し、軸受内部で潤滑油との混合物になるため、潤滑油との相溶性が高いものが好ましい。尚、天然ワックスとしては動・植物ワックス、鉱物ワックス、石油ワックスが挙げられ、合成ワックスとしてはフィッシャートロプシュワックス、ポリエチレンワックス、油脂系合成ワック(エステル、ケトン類、アミド）、水素化ワックス等が挙げられ、複数種を混合して使用することもできる。但し、ワックス系潤滑剤の液状化点は、実質的にワックスの融点と潤滑油との混合比率によって決まるため、この液状化点が１０〜７０℃になるように、上記に例示したワックスから選択し、かつ、潤滑油とワックスとを適正な混合比率で調製する。尚、液状化する温度である液状化点は軸受の用途に応じて設定することが好ましく、例えば工作機械用軸受では３０〜７０℃の範囲の所定の温度にすることが好ましい。

好ましい潤滑油とワックスとの組み合わせとして、相溶性の観点から、潤滑油にエステル油を用いた場合、ワックスにはマイクロクリスタリンワックスを用いることができる。

また、潤滑油とワックスとの混合比率は、両者の合計量に対しワックスが１０〜４０質量％で、潤滑油が９０〜６０質量％であることが好ましい。ワックスの比率が大きくなるほどワックス系潤滑剤が半固体状であるときの流動性が悪くなり、４０質量％を超えると潤滑剤供給装置１からの吐出性や、供給管２での輸送性が悪くなる。特に流動性を重視する場合は、ワックスの混合比率を１０質量％以上２０質量％未満とし、潤滑油の混合比率を９０質量％以下８０質量％超にすることが好ましい。尚、ワックスは、潤滑油やグリースの油性向上剤として添加されることもあるが、本発明のワックス系潤滑剤では、上記のようにワックスの添加量を一般的な添加剤量よりも多くすることにより、グリースと同等の半固体状の性質（増ちょう剤としての機能）を保持する。

一例を示すと、マイクロクリスタリンワックスは、融点が６７〜９８℃であるが、潤滑油と上記混合割合にて混合したワックス系潤滑剤は、液状化点を３５〜５０℃の範囲の所定の温度に設定することができる。また、パラフィンワックスは、融点が４７〜６９℃であるが、潤滑油と上記混合割合にて混合したワックス系潤滑剤は、液状化点を２０〜３５℃の範囲の所定の温度に設定することができる。

更に、ワックス系潤滑剤には、目的に応じて種々の添加剤を添加することができる。例えば、何れも公知の酸化防止剤や防錆剤、極圧剤等を適量添加することができる。

ワックス系潤滑剤を調製するには、ワックスを融点以上の温度に加熱して液状とし、そこへ潤滑油または添加剤を添加した潤滑油を加えて十分に混合した後、ワックスの融点未満の温度（通常は液状化点以下程度）に冷却すればよい。あるいは、潤滑油または添加剤を添加した潤滑油と、固形のワックスとを適当な容器に入れ、全体をワックスの融点以上の温度まで加熱して混合した後、液状化点以下の温度まで冷却してもよい。

尚、本発明のワックス系潤滑剤は、玉軸受の潤滑に使用することが特に好ましい。玉軸受では接触角線を赤道として玉が回転する結果、玉がポンプ効果を発揮し、潤滑剤が封入されている空間に気流が発生する。そのため、流動性の良いワックス系潤滑剤を用いることで、軸受内での潤滑剤の滞留を防止でき、軸受の温度上昇を防止する効果を奏する。

以下、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＞
（ワックス系潤滑剤の調製）
ジエステル油（ジオクチルセバケート）を７８．５質量％、マイクロクリスタリンワックス（融点８２℃）を１５質量％、添加剤として酸化防止剤及び極圧剤を含む混合物を６．５質量％の割合にて、ワックスの融点以上の温度で混合し、室温まで自然冷却してワックス系潤滑剤を得た。

（粘度の温度依存性）
コーンプレート型粘度計（E型粘度計）を用い、温度を変えて上記ワックス系潤滑剤の粘度を測定した。結果を表１及び図３に示すが、温度の上昇とともに粘度が低下し、流動性が高まることがわかる。具体的には、図４に示すように、４２℃までは試料表面の移動はなく、４４℃で５ｍｍ、４６℃で１７ｍｍの移動が確認され、４８℃で５０ｍｍを超えて容器の先端まで達した。そのため、実施例１の組成のワックス系潤滑剤は、４７℃の液状化点を有している。即ち、４７℃付近で半固体状から液状に変化し始め、一般的な工作機械の主軸支持用の軸受装置の潤滑剤補給システムに利用できることがわかる。

＜実施例２＞
（ワックス系潤滑剤の調製）
ジエステル油（ジオクチルセバケート）を８３質量％、マイクロクリスタリンワックス（融点７２℃）を１０．５質量％、添加剤として酸化防止剤及び極圧剤を含む混合物を６．５質量％の割合にて、ワックスの融点以上の温度で混合し、室温まで自然冷却してワックス系潤滑剤を得た

（粘度の温度依存性）
コーンプレート型粘度計（E型粘度計）を用いて、実施例１と同様にして温度を変えて上記ワックス系潤滑剤の粘度を測定した。結果を図５に示すが、実施例２の組成のワックス系潤滑剤は、温度上昇による粘度変化の割合が３８℃を境に減少しており、液状化点は３８℃付近である。そのため、２０〜４０℃程度で使用される軸受装置の潤滑剤補給システムに利用できることがわかる。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１４年１０月２９日出願の日本特許出願（特願２０１４−２２０７０５）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１ 潤滑剤供給装置
２ 供給管
３ 軸受
４ 排出管
１０ 軸受装置

Claims (5)

1. 軸受と、前記軸受に潤滑剤を供給するための潤滑剤供給装置と、前記軸受と前記潤滑剤供給装置とを連結する配管とを備える軸受装置であって、
   前記潤滑剤供給装置は、潤滑油とワックスとを、両者の合計量に対し、前記潤滑油を９０〜６０質量％、前記ワックスを１０〜４０質量％の割合で含有し、かつ、１０〜７０℃の範囲の所定の温度で液状になる潤滑剤を貯蔵しており、
   前記液状になる温度は、日本国の危険物の規制に関する規則、第１２章雑則 第６９条の２（液状の定義）に従った方法により定義され、
   前記潤滑油は、ジエステル油であり、
   前記ワックスは、マイクロクリスタリンワックスであり、
   前記潤滑剤を半固体状で前記配管を流通させ、前記軸受には前記潤滑剤を液状に変化させて供給することを特徴とする軸受装置。
2. 前記潤滑剤は、液状になる温度よりも低い温度になった際には、半固体状になることを特徴とする請求項１記載の軸受装置。
3. 前記潤滑剤は、液状と半固体状の状態変化が可逆的であることを特徴とする請求項１または２記載の軸受装置。
4. 前記潤滑剤は、潤滑油を９０質量％以下８０質量％超、ワックスを１０質量％以上２０質量％未満の割合で含有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の軸受装置。
5. 潤滑油の粘度が５〜２００ｍｍ^２／ｓ（４０℃）であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の軸受装置。

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