KR101553192B1

KR101553192B1 - 고속용 구름 베어링

Info

Publication number: KR101553192B1
Application number: KR1020147033319A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 가와무라; 히데노부 미카미; 겐지 다마다
Original assignee: 에누티에누 가부시키가이샤
Priority date: 2007-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2015-09-14
Also published as: KR20150001850A; KR101513743B1; TW200905096A; KR20090123919A; TWI524014B; DE112008000540B4; DE112008000540T5

Abstract

dmN치가 170만 이상으로 되는 고속 회전에 충분히 대응할 수 있고, 공작기계의 컴팩트화나 운전경비의 삭감을 가능하게 하는 고속 베어링용 그리스 및 고속용 구름 베어링을 제공한다. 우레아계 화합물을 증주제로 하는 우레아 그리스에, 상기 우레아계 화합물을 포함하지 않는 비우레아 그리스를 배합하여 이루어지고, 상기 우레아계 화합물은, 폴리이소시아네이트 성분과 모노아민 성분을 반응시켜 얻어지고, 상기 모노아민 성분이 지방족 모노아민 및 지환식 모노아민으로부터 선택된 적어도 1개의 모노아민을 모노아민 전체에 대해서 50몰% 이상 함유하는 모노아민 성분이며, 고속용 구름 베어링(1)은 내륜(2) 및 외륜(3)과, 이 내륜(2) 및 외륜 (3) 사이에 개재하는 복수의 전동체(4)와, 시일부재(6)를 구비하고, 이 전동체(4)의 주위에 상기 그리스(8)를 봉입한다.

Description

고속용 구름 베어링{ROLLING BEARING FOR HIGH SPEED}

이 발명은, 공작기계 주축(스핀들) 등의 고속 회전축을 지지하는 구름 베어링에 이용되는 고속 베어링용 그리스 및 이 그리스를 봉입한 고속용 구름 베어링에 관한 것이다.

공작기계의 주축은, 가공 능률을 올리기 위해서 고속으로 회전하는 것이 바람직하고, 그 베어링에는 여러 가지의 윤활 기술이 적용되어 있다. 고속 회전하는 주축에 적합한 윤활방법으로서는, 예를 들면, 오일 미스트 윤활, 에어오일 윤활, 제트 윤활 등의 방법이 알려져 있다.

그러나, 이러한 윤활방법은, 압축공기나 급유장치 등의 부대설비가 필요한 것으로, 공작기계의 초기 비용 및 가동 비용을 높이는 원인의 하나로, 이것들에 대해서 그리스 윤활은, 메이터넌스의 필요가 적어 바람직한 윤활방법이라고 할 수 있다. 예를 들면, 2000∼8000rpm 또는 그 이상의 고속으로 회전하는 회전축을 지지하는 고속용 구름 베어링으로서는, 공작기계 주축(스핀들) 등을 지지하는 앵귤러 볼 베어링이나 원통 롤러 베어링 등을 들 수 있다.

도 14에 도시하는 바와 같이 앵귤러 볼 베어링(51)은, 래디얼 하중 외에 한 방향으로부터의 액시얼 하중을 부하할 수 있는 것으로, 강구(鋼球)(54)와 내륜 (inner ring: 52) 및 외륜(outer ring: 53)과의 접촉점을 연결하는 직선이 래디얼 방향에 대해서 각도(접촉각) α를 갖고 있다. 내륜(52)과 외륜(53)과 강구(54)로 형성되는 베어링 공간에, 그리스가 봉입되어 있다.

앵귤러 볼 베어링이나 원통 롤러 베어링 등으로 이루어지는 고속용 구름 베어링에 사용되는 윤활제로서는, 급유 등의 메이터넌스가 필요하지 않고, 주위의 환경을 오염하지 않는 조도(稠度)로 조정된 윤활 그리스를 채용하는 것이 바람직하다.

이하에, 스핀들용 구름 베어링등의 고속용 구름 베어링에 이용되는 그리스에 요구되는 윤활 특성과 문제점을 정리하여 나타낸다.

(a) 장수명성 구름 베어링의 윤활 수명을 가급적으로 연장하기 위해서는, 이하의 (ⅰ)∼(ⅲ)에 설명하는 바와 같이, 구름 베어링으로부터 윤활제(그리스 또는 그 기유)가 새기 어려운 것, 그리스의 내열성이 뛰어난 것, 윤활에 필요한 유막 두께를 형성할 수 있는 것이 필요하다.

(ⅰ) 구름 베어링을 고속 운전할 때, 원심력에 의해서 구름 베어링내의 그리스가 베어링 외부로 유출되거나, 또는 그리스내의 기유(基油)가 분리 유출되어, 윤활에의 기여가 큰 전주면(轉走面) 근방에 머물기 어려워, 윤활 불량이 되기 쉽다. 그러한 사태를 방지하기 위해서, 실드판 등의 시일부재를 구름 베어링에 장착하는 대응이 이루어진다. 그러나, 베어링의 구조에 따라서는 장착할 수 없는 경우가 있고, 또한 시일부재를 장착해도, 윤활제나 윤활유를 완전하게 밀봉할 수 없는 경우도 있다.

고속 운전되지 않는 구름 베어링의 경우, 전동체나 유지기의 운동에 의해 마찰 부분으로부터 밀려 나와 버리는 여분의 그리스는, 회전 조건에 따라서는 베어링 내부를 어느 정도 환류하여 다시 윤활에 기여하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 고속으로 회전하는 공작기계 등의 회전축 지지용 구름 베어링에서는, 베어링 내부에 발생하는 풍압이 이 환류를 방해하기 때문에, 그리스가 전주부로 공급되기 어렵고, 윤활 불량을 일으키기 쉬워진다. 이 때문에, 고속으로 회전하는 구름 베어링에서는, 근소한 양의 그리스 밖에 윤활에 기여하고 있지 않아, 그리스의 성질과 상태는 특히 중요해진다. 또한, 고속용 구름 베어링에 이용되는 그리스는, 소량의 그리스로서도 윤활 성능을 유지할 필요가 있다.

(ⅱ) 운전 조건이 고속화되면 베어링의 구름면은 국부적으로 발열하여 높은 온도가 되어, 이 때 내열성이 부족한 그리스는 열에 의해 열화(劣化)되어, 그리스의 수명은 현저하게 줄어든다. 이러한 문제에 대해서는, 내열성이 있는 증주제나 기유를 사용하거나 산화 방지제를 첨가하거나 하는 시도가 이루어졌다. 그러나, 이러한 시도는, 내구성의 충분한 향상에는 이르지 않았다.

(ⅲ) 윤활성(유막 두께)을 향상시킨 종래의 그리스는, 기유 점도를 높게 하면 전단 마찰 저항이 상승하여 회전토크가 증가하여, 발열량이 증대하므로, 이것들을 억제하기 위해서 기유 점도는 낮게 억제하고 있다. 그 때문에, 고속에 수반하는 온도 상승으로 저점도가 된 윤활유의 유막은 얇아져 미끄럼동작 마모를 일으키는 경우가 있었다.

(b) 저토크성(온도 상승의 억제성)에 대해 기존의 고속 베어링용의 그리스는, 상술한 바와 같이 기유 점도를 낮게 억제하고 있지만, 베어링이 고속도로 회전하면, 온도 상승에 의해 점도가 현저하게 저하하여, 윤활에 필요한 두께의 유막을 형성할 수 없게 된다고 하는 문제가 있다.

(c) 저진동성 그리스에 대해서는, 증주제의 종류에 따라서 베어링의 진동을 증대시키는 경우가 있다. 즉, 크고 딱딱한 응집체를 형성하는 증주제를 함유하는 그리스에서는 윤활하는 구름 베어링의 진동은 커진다.

이와 같이 종래의 그리스는, 고속용 구름 베어링에 이용한 경우에 베어링의 장수명성, 저토크성 및 저진동성이라는 요구되는 물성을 만족시킬 수 없다고 하는 문제점이 있었다. 대책으로서 우레아 화합물을 배합한 그리스가 제안되어 있지만(특허문헌 1 ~ 특허문헌 3 참조), 기름 소비량이 커져, 보다 고속 성능을 얻기 위해서는 불충분하다.

예를 들면, 특허문헌 3에는, 40℃에서의 동(動)점도가 15mm²/sec 이상 40mm²/sec 이하인 기유와, 함유량이 그리스 조성물 전체의 9질량% 이상 14질량% 이하인 디우레아 화합물의 증주제를 함유하며, 혼화 조도가 220 이상 320 이하인 그리스 조성물이 개시되어 있다.

그러나, 상기 그리스 조성물에서도, 증주제의 배합량을 줄이고, 그리스 봉입량을 줄이는 것이 곤란하여, 베어링의 고속 회전에 충분히 대응할 수 없으며, 공작기계의 컴팩트화나 운전경비의 삭감을 하는 것은 곤란하다.

또한, 근년 점점 더 구름 베어링의 사용 상태가 과혹하게 되어, 피치원 지름 dm(mm)와 회전수 N(rpm)와의 곱인 dmN치가 170만 이상으로 되는 고속 회전으로 사용되는 스핀들용 구름 베어링 등도 많아지고 있다. 이러한 베어링의 회전 속도의 고속화에 수반하여, 기존의 그리스로 베어링에 요구되는 성능을 전부 만족시키는 것은 곤란하다.

특허문헌 1 : 일본공개특허공보 2000-169872호 특허문헌 2 : 일본공개특허공보 2003-83341호 특허문헌 3 : 일본공개특허공보 2006-29473호

본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 적은 그리스 봉입량이더라도, 예를 들면 피치원 지름 dm(mm)과 회전수 N(rpm)과의 곱인 dmN치가 170만 이상으로 되는 고속 회전에 충분히 대응할 수 있어, 공작기계 등의 컴팩트화나 운전경비의 삭감을 가능하게 하는 구름 베어링에 사용할 수 있는 고속 베어링용 그리스, 및, 이 그리스가 봉입된 고속용 구름 베어링의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 고속 베어링용 그리스는, 우레아계 화합물을 증주제로 하는 우레아 그리스에, 상기 우레아계 화합물을 포함하지 않는 비우레아 그리스를 배합하여 이루어지는 고속 베어링용 그리스로서, 상기 우레아계 화합물은, 폴리 이소시아네이트 성분과 모노아민 성분을 반응하여 얻어지며, 상기 모노아민 성분이 지방족 모노아민 및 지환식 모노아민으로부터 선택된 적어도 1개의 모노아민을 모노아민 전체에 대해서 50몰% 이상 함유하는 모노아민 성분인 것을 특징으로 한다.

상기 비우레아그리스의 증주제는, 금속비누 또는 Na테레프타라메이트이고, 상기 비우레아 그리스 전체에 대한 배합비율이 10∼40중량%인 것을 특징으로 한다.

상기 금속비누는, 분자내에 아미드 결합을 갖는 아미드 금속비누 또는 복합 아미드 금속비누인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 아미드 금속비누 또는 복합 아미드 금속비누는, 나트륨, 칼슘, 알루미늄, 아연, 또는 바륨을 금속종으로 하는 것을 특징으로 한다.

상기 우레아 그리스 및 상기 비우레아 그리스의 기유는 동점도가 15∼40mm²/sec인 것을 특징으로 한다. 특히 우레아 그리스의 기유는 합성 탄화수소유, 에스테르유 및 알킬디페닐 에테르유로부터 선택된 적어도 1개의 기름인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 고속용 구름 베어링은, 고속 회전하는 축을 지지하는 고속용 구름 베어링으로서, 상기 구름 베어링은, 내륜 및 외륜과, 이 내륜 및 외륜 사이에 개재하는 복수의 전동체와, 이 전동체를 유지하는 유지기와, 상기 내륜 및 외륜 사이의 빈틈의 개구를 덮는 시일부재를 구비하고, 상기 전동체의 주위에 그리스를 봉입해서 이루어지고, 상기 그리스는 상기 본 발명의 고속 베어링용 그리스인 것을 특징으로 한다.

상기 내륜의 전주면 표면, 상기 외륜의 전주면 표면 및 상기 전동체의 표면으로부터 선택된 적어도 하나에 딤플 가공을 실시한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 딤플 가공은 숏피닝(shot peening)이고, 상기 가공에 의해 각각의 표면에 형성되는 딤플은, 상기 표면으로부터의 깊이가 0.1∼10㎛인 것을 특징으로 한다.

상기 내륜의 바깥지름면, 상기 외륜의 안지름면 및 상기 전동체의 표면으로부터 선택된 적어도 하나에 피막이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피막은, 금속 도금 처리 또는 인산 피막 처리에 의해 형성되는 피막인 것을 특징으로 한다.

상기 유지기는, 상기 포켓부의 내면에 오목부를 갖고, 적어도 상기 오목부의 가장자리부가 모따기되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오목부는, 기름 고임부 또는 릴리프부(relief portion)인 것을 특징으로 한다.

상기 유지기는 수지제의 유지기인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유지기에 사용되는 수지는, 폴리아미드(이하, PA라고 기술한다) 수지, 페놀 수지 또는 폴리에테르에테르케톤(이하, PEEK라고 기술한다) 수지인 것을 특징으로 한다.

상기 그리스와 접촉하는 베어링 내부 표면의 적어도 일부에 발수·발유성 피막이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발수·발유성 피막은, (1) 시일부재의 베어링 내부측 표면의 일부, (2) 외륜의 궤도면을 제외한 안지름면 및 시일부재의 베어링 내부측 표면, (3) 내륜의 궤도면을 제외한 바깥지름면 및 시일부재의 베어링 내부측 표면, (4) 전동체와의 접촉면을 제외한 유지기의 표면으로부터 선택된 적어도 하나로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 발수·발유성 피막은, 실리콘계 화합물 또는 불소계 화합물을 이용하여 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실리콘계 화합물은 실록산이며, 상기 불소계 화합물은 플루오르알킬실란인 것을 특징으로 한다.

상기 고속용 구름 베어링이, 공작기계의 주축을 지지하는 베어링인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고속용 구름 베어링이 앵귤러 볼 베어링 또는 원통 롤러 베어링인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 고속 구름 베어링 용 그리스는, 소정의 우레아계 화합물을 증주제로 하는 우레아 그리스에, 상기 우레아계 화합물을 포함하지 않는 비우레아 그리스를 배합해서 이루어지므로, 소량의 그리스 봉입량이라도, 이 그리스를 봉입한 구름 베어링의 내하중성을 유지하면서 고속 회전하에서 궤도면에의 기름의 공급 능력이 뛰어나다.

또한, 상기 우레아계 화합물을 구성하는 모노아민 성분은, 지방족 모노아민 및 지환식 모노아민으로부터 선택된 적어도 1개의 모노아민을 모노아민 전체에 대해서 50몰% 이상 함유하므로, 증주제의 고속하에서의 전단력에 용이하게 파괴되지 않고, 증주제 섬유의 모세관 현상에 의해, 전주면에 안정적으로 그리스 안의 유분(油分)을 공급할 수 있다.

본 발명의 고속용 구름 베어링은, 상기 그리스를 봉입하므로, 고원심력이 부하된 상태에서 그리스가 베어링 밖으로 유출되지 않고, 또한 베어링 윤활에 필요한 유량(油量)이 장기간 안정되게 공급되어, 고속으로 미끄럼접촉하는 궤도면에 대해서, 윤활에 필요한 두께의 유막을 형성한다. 이 때문에 고속 회전하에서의 베어링 내구 수명이 향상된다.

베어링 내륜의 전주면 표면, 외륜의 전주면 표면 및 전동체의 표면으로부터 선택된 적어도 하나에 복수의 미소한 오목부인 딤플을 형성하므로, 궤도링과 전동체와의 접촉면의 유막 형성 능력이 향상되어, 극소 기름 공급 상태에서의 그리스 수명의 연명(延命) 효과가 현격히 향상된다.

베어링 내륜의 바깥지름면, 베어링 외륜의 안지름면 및 전동체의 표면으로부터 선택된 적어도 하나에, 금속 도금 처리나 인산 피막 처리에 의해 피막이 형성되므로, 그 접촉면의 극소 기름 공급 상태에서의, 윤활 능력이 비약적으로 향상되어, 극소 기름 공급 상태에서의 그리스 수명의 연명 효과가 현격히 향상된다. 또한, 전주부로부터 배제되어 주변에 퇴적된 그리스로부터의 기름 공급이 곤란해진 상황에서도, 피막의 효과에 의해, 기유의 확산을 용이하게 시킴으로써 젖음성을 높여, 그리스 수명(눌어붙음)을 연명시킬 수 있다.

유지기의 포켓부 내면에 오목부를 가지므로, 오목부에 유지되는 그리스도, 베어링 운전시에 전동체와 포켓부 내면과의 접촉부에 공급되어, 상기 접촉부의 윤활 상태를 양호하게 유지할 수 있다. 덧붙여, 적어도 상기 오목부의 가장자리부가 모따기되므로, 전동체의 표면에 부착된 그리스가 상기 가장자리부에서 긁어내기 어려워지고, 포켓부의 필요 개소에 그리스를 집어넣기 쉬워진다. 이러한 결과, 고속 회전하에서의 베어링 내구 수명이 비약적으로 향상된다.

상기 그리스와 접촉하는 베어링 내부 표면의 적어도 일부에 발수·발유성 피막을 형성하므로, 고원심력이 부하되어도 그리스의 유분이 전주면 쪽으로 이동되도록 할 수 있어, 베어링 밖으로 유출되지 않고, 또한 베어링 윤활에 필요한 유량이 장기간 안정되어 공급되어, 고속으로 미끄럼접촉하는 궤도면에 대해서, 윤활에 필요한 두께의 유막을 형성한다. 이 때문에 고속 회전하에서의 베어링 내구 수명이 비약적으로 향상된다.

도 1은 본 발명의 고속용 구름 베어링의 일실시형태로서 앵귤러 볼 베어링을 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 고속용 구름 베어링의 다른 실시형태로서 앵귤러 볼 베어링을 도시하는 단면도이다.
도 3은 앵귤러 볼 베어링에 이용되는 머신드형 유지기(machined retainer)의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 고속용 구름 베어링의 다른 실시형태로서 깊은 홈 볼 베어링을 도시하는 종단면도이다.
도 5는 깊은 홈 볼 베어링에 이용되는 관형(冠型) 유지기의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 고속용 구름 베어링의 다른 실시형태로서 앵귤러 볼 베어링의 발수·발유성 피막의 형성 위치의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 7은 상기 발수·발유성 피막의 형성 위치의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 8은 상기 발수·발유성 피막의 형성 위치의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 9는 상기 발수·발유성 피막의 형성 위치의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 10은 상기와 같은 실시형태로서 깊은 홈 볼 베어링의 발수·발유성 피막의 형성 위치의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 11은 상기 발수·발유성 피막의 형성 위치의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 12는 상기 발수·발유성 피막의 형성 위치의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 13은 상기 발수·발유성 피막의 형성 위치의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 14는 앵귤러 볼 베어링을 도시하는 단면도이다.

본 발명의 고속용 구름 베어링은, 구조적으로는 특별히 제한되는 것이 아니고, 예를 들면 도 1에 도시하는 앵귤러 볼 베어링을 예시할 수 있다. 도 1은 그리스 봉입 앵귤러 볼 베어링을 도시하는 종단면도이다.

이 앵귤러 베어링(1)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 내륜(2)과 외륜(3)과의 사이에 전동체(4)가 유지기(5)에 유지된 베어링 공간을, 외륜(3)의 내주면에 설치된 걸어멈춤홈에 고정한 시일부재(6)로 밀봉한 앵귤러 볼 베어링이다. 적어도 전동체(4)의 주위에 그리스가 봉입되어, 외륜(3)의 안지름면에 둘레홈 형상의 그리스 포켓(7)을 형성하여, 그리스의 누설을 물리적으로 방지하고 있다. 전동체(4)와 내륜(2) 및 외륜(3)과의 접촉점을 연결하는 직선이 래디얼 방향에 대해서 접촉각 β를 가지고 있어, 래디얼 하중과 한 방향의 액시얼 하중을 부하할 수 있다. 또한, 전동체(4)는, 질화규소나 탄화규소 등의 세라믹제로 할 수도 있다. 본 발명에서는, 내륜(2)과 외륜(3)과 전동체(4)로 형성되는 베어링 공간에, 후술하는 본 발명의 고속 베어링용 그리스(8)가 봉입된다.

본 발명의 고속용 구름 베어링의 다른 실시형태로서 도 1에서 내륜의 전주면 표면, 외륜의 전주면 표면 및 전동체의 표면으로부터 선택된 적어도 하나에 딤플 가공을 실시한 앵귤러 볼 베어링을 예시할 수 있다. 딤플 가공에 의해, 각 표면에 미소한 오목부인 딤플이 형성된다.

딤플 가공으로서는, 베어링 강으로 이루어지는 궤도링(내륜 및 외륜)의 전주면 표면이나 전동체 표면에 딤플을 형성할 수 있는 방법이라면, 공지의 방법을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 숏피닝, 배럴 연마, 레이저 조사, 에칭, 금형 전사 등을 들 수 있다. 이 중에서도, 비용과 간편성의 관점으로부터, 숏피닝을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 숏피닝에 의해 궤도링의 전주면 표면, 전동체 표면에 딤플을 형성하기 위해서는, 예를 들면, 입자 지름이 30∼300㎛ 정도의 쇼트재를 궤도링의 전주면 표면을 향하여 0.01∼1MPa의 압력으로, 1∼60초간 쇼트 분사하여, 딤플을 형성시킨다.

쇼트재로서는, 베어링 강으로 이루어지는 궤도링, 전동체에 딤플을 형성할 수 있는 것이면 좋다. 구체적으로는, 알루미나, 탄화규소, 글래스 비즈 등을 들 수 있고, 이들 중에서는, 비용과 가공성이 뛰어나기 때문에, 알루미나를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 딤플 가공에 의해 궤도링의 전주면 표면, 전동체 표면에 형성되는 딤플은, 전주면 표면, 전동체 표면으로부터의 깊이가 0.1∼10㎛인 것이 바람직하고, 1∼5㎛가 보다 바람직하다. 0.1㎛ 미만이면, 딤플 효과가 작아지기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 5㎛ 이상이면, 베어링의 소음이 커지기 때문에 바람직하지 않다.

또한, 궤도링의 전주면 표면, 전동체 표면에 형성되는 딤플은, 유막(油膜) 두께를 안정시키기 위해서, 그 딤플이 주기적으로 형성되어 이루어지는 표면 구조인 것이 바람직하다. 또한, 그 딤플은, 구름 미끄럼동작 방향에 대해서 직교하는 방향으로 연장되어 형성되는 것이 바람직하다. 전주부로부터 배제되어 주변에 퇴적된 그리스로부터의 기름 공급을, 보다 쉽게 시키기 위해서이다.

본 발명의 고속용 구름 베어링의 다른 실시형태로서 도 1에서 내륜(2)의 바깥지름면(2a), 외륜(3)의 안지름면(3a) 및 전동체(4)의 표면으로부터 선택된 적어도 하나에 피막이 형성된 앵귤러 볼 베어링을 예시할 수 있다. 이들 피막은, 각 면에 소정의 표면 처리를 실시함으로써 형성할 수 있다. 표면 처리로서는, 전동(轉動)에 의한 마찰을 경감하여, 박리하기 어려운 것이 바람직하다. 윤활성이 뛰어나고, 쉽게 벗겨지기 어려운 표면 처리로서 특히 금속 도금 처리 또는 인산 피막 처리가 바람직하다.

금속 도금 처리로서는, 전기도금, 무전해도금의 어느 방법이라도 좋다. 사용하는 금속은, Cu, Ag, Ni, Zn, Sn 등의 연질이고, 또한 모재인 베어링 강과의 밀착성이 뛰어난 금속이 바람직하다.

인산 피막 처리는, 예를 들면, 궤도링 등을 인산 트리에스테르 용액중에 침지하여 이들 표면에 인산 금속염 피막을 형성하는 처리이다. 인산 트리 에스테르는, (RO)₃P=O(식중, R은 아릴기, 지방족 탄화수소기, 지환족 탄화수소기를 나타낸다)로 나타내어지는 유기 인산 화합물이며, 이것은 가소제 등으로서 시판의 공업용 재료를 이용할 수 있다. 이들 인산 트리에스테르로서는, 인산 트리 크레질 (CH₃C₆H₄O)₃PO, 인산 트리페닐(C₆H₅O)₃PO, 인산 트리부틸(C₄H₉O)₃PO 등을 들 수 있다. 상기한 바와 같은 인산 트리에스테르는, 취급성의 필요에 따라서 유기용제로 희석하여 이용하면 좋다. 이러한 인산 트리 에스테르와 베어링 강을 반응시키고, 그 표면에 인산 금속염 피막을 형성하기 위해서는, 반응속도를 올리기 위해서 가온하면서 행하면 좋고, 예를 들면 60℃ 전후에서 1∼2시간 침지하면 충분한 두께의 피막을 형성할 수 있다.

또한, 후술의 그리스내에 인산 트리에스테르를 미리 혼입해 두는 것에 의해, 베어링의 운전에 수반하는 온도 상승에 의해, 전동체와 내·외륜의 접촉면에 인산 금속염 피막을 형성하는 것도 가능하다. 이 방법에서는, 피막의 마모를 항상 보완하는 것을 기대할 수 있다고 하는 장점이 있다.

본 발명의 고속용 구름 베어링의 다른 실시형태로서, 유지기가 전동체를 포켓부에서 유지하고, 상기 포켓부의 내면에 오목부를 갖고, 적어도 상기 오목부의 가장자리부가 모따기되어 있는 앵귤러 볼 베어링을 예시할 수 있다. 도 2는, 이러한 앵귤러 볼 베어링을 도시하는 종단면도이다. 도 3은 앵귤러 볼 베어링(11)에 이용되는 머신드형 유지기(15)의 사시도이다.

이 앵귤러 베어링(11)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 내륜(12)과 외륜(13)과의 사이에 전동체(14)가 유지기(15)에 유지된 베어링 공간을, 외륜(13)의 내주면에 설치된 걸어멈춤홈에 고정한 시일부재(16)로 밀봉한 앵귤러 볼 베어링이다. 내륜(12)과 외륜(13)과 전동체(14)로 형성되는 베어링 공간에, 후술하는 본 발명의 고속 베어링용 그리스(17)가 봉입된다. 전동체(14)와 내륜(12) 및 외륜(13)과의 접촉점을 연결하는 직선이 래디얼 방향에 대해서 접촉각 β를 가지고 있고, 래디얼 하중과 한 방향의 액시얼 하중을 부하할 수 있다. 또한, 전동체(14)는, 질화규소나 탄화규소 등의 세라믹제로 할 수도 있다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 머신드형 유지기(15)의 포켓부 내면(15a)에 오목면 형상의 기름 고임부(15c) 및 릴리프부(15b)를 설치하고 있다. 덧붙여, 이러한 오목부를 설치함으로써 생기는 상기 오목부의 가장자리부(15d)에 모따기를 실시하고 있다. 기름 고임부(15c)와 릴리프부(15b)란, 어느 한쪽만을 설치해도 좋다. 또한, 모따기는 상기 오목부의 가장자리부 외, 유지기에서 전동체와 접촉할 가능성이 있는 대략 모든 가장자리부에 실시할 수도 있다.

또한, 같은 실시형태로서 유지기가 전동체를 포켓부에서 유지하고, 상기 포켓부의 내면에 오목부를 갖고, 적어도 상기 오목부의 가장자리부가 모따기되어 있는 깊은 홈 볼 베어링을 예시할 수 있다. 도 4는, 이러한 그리스 봉입 깊은 홈 볼 베어링을 도시하는 종단면도이다. 도 5는 깊은 홈 볼 베어링에 이용되는 관형 유지기(25)의 사시도이다.

이 깊은 홈 볼 베어링(21)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 내륜(22)과 외륜 (23)과의 사이에 전동체(24)가 유지기(25)에 유지된 베어링 공간을, 외륜(23)의 내주면에 설치된 걸어멈춤홈에 고정한 시일부재(26)로 밀봉한 깊은 홈 볼 베어링이다. 내륜(22)과 외륜(23)과 전동체(24)로 형성되는 베어링 공간에, 후술하는 본 발명의 고속 베어링용 그리스(27)가 봉입된다. 또한, 전동체(24)는, 질화규소나 탄화규소 등의 세라믹제로 할 수도 있다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 유지기(25)의 포켓부 내면(25a)에 오목면 형상의 교차면측 기름 고임부(25b) 및 저면측 기름 고임부(25c)를 설치하고, 이들 오목부를 설치하는 것에 의해 생기는 상기 오목부의 가장자리부(25d)에 모따기를 실시하고 있다. 또한, 모따기는 상기 오목부의 가장자리부 외, 유지기에서 전동체와 접촉할 가능성이 있는 대략 모든 가장자리부에 실시할 수도 있다.

본 발명의 고속용 구름 베어링에 조립해 넣는 유지기는, 수지제의 것이 바람직하다. 수지 유지기를 사용하여 베어링을 경량화 함으로써, 고속 회전하에서의 원심력의 영향을 경감할 수 있다. 또한, 전동체와 유지기와의 미끄럼동작부의 마찰 발열을 억제할 수 있다.

상기 수지 유지기에는, 내열성 및 내유성을 구비한 수지를 이용하는 것이 바람직하다.

예를 들면, PA수지, 폴리에틸렌수지, 폴리아세탈수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트수지, 폴리카보네이트수지, 폴리페닐렌술피드수지, 폴리에테르설폰수지, 페놀수지, 폴리에테르이미드수지, 폴리아미드이미드수지, PEEK수지, 열가소성 폴리이미드수지 등을 적합하게 예시할 수 있다. 이들은 단독으로 또한 2종류 이상을 배합하여 사용할 수 있다.

이들 중에서 경량이고 기름과의 친숙성이 뛰어나고, 기계적 안정성도 뛰어난 PA46수지, PA66수지, PA9T수지 등을 유리섬유 등으로 강화한 PA수지나 베이크라이트(bakelite)등의 페놀수지, PEEK수지를 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 고속용 구름 베어링의 다른 실시형태로서 봉입하는 그리스와 접촉하는 베어링 내부 표면의 적어도 일부에 발수·발유성 피막이 형성된 앵귤러 볼 베어링을 도 6 내지 도 9에 예시할 수 있다.

적은 그리스 봉입량이더라도, 고속 회전에 충분히 대응할 수 있어, 공작기계의 컴팩트화나 운전경비의 삭감을 가능하게 하는 고속용 구름 베어링에 대해서 열심히 검토를 행하였다. 그 결과, 고속용 구름 베어링을 형성하는 부재의 베어링 내부 표면의 적어도 일부에 발수·발유성 피막을 형성하여, 소정의 그리스를 봉입 함으로써, 고속 사용시의 수명이 긴 구름 베어링이 되는 것을 발견하였다.

윤활유나 그리스 등의 베어링에 봉입되는 윤활제와 접촉하는 베어링 내부 표면의 적어도 일부에, 발수·발유성 피막이 형성되어 있으면, 윤활제는 발수·발유성 피막의 표면장력에 따라서는 튕겨져 상기 피막 표면에 머물지 않고 활발하게 이동한다. 이 때문에, 전동면이나 전주면 등의 미끄럼동작 표면에는 활발하게 이동하는 소정의 윤활제를 항상 존재시킬 수 있기 때문에, 윤활 작용의 지속성이 향상되어 장수명의 구름 베어링을 얻을 수 있는 것이라고 생각된다.

도 6은 앵귤러 볼 베어링에서의 발수·발유성 피막의 형성 위치의 일례를 도시하는 단면도이다. 발수·발유성 피막은, 그리스(37)와 접촉하는 베어링 내부 표면의 적어도 일부에 형성되어 있으면 좋고, 특히 미끄럼동작 표면 이외에 형성되는 것이 바람직하다. 여기서 미끄럼동작 표면이란, 내륜 궤도면(32a), 외륜 궤도면 (33a), 유지기(35)와 전동체(34)와의 접촉면, 전동체(34)의 표면 등이다.

도 6에서, 앵귤러 볼 베어링(31)은 내륜(32)과 외륜(33)과의 사이에 전동체 (34)가 유지기(35)에 유지된 베어링 공간을, 외륜(33)의 내주면에 설치된 걸어멈춤홈에 고정한 시일부재(36)로 밀봉되어, 시일부재(36)의 베어링 내부측 표면의 일부에 발수·발유성 피막(38a)이 형성되어 있다. 또한, 내륜(32)과 외륜(33)과 전동체 (34)로 형성되는 베어링 공간에, 후술하는 본 발명의 고속 베어링용 그리스(37)가 봉입된다.

한편, 전동체(34)와 내륜(32) 및 외륜(33)과의 접촉점을 연결하는 직선이 래디얼 방향에 대해서 접촉각 β를 가지고 있어, 래디얼 하중과 한 방향의 액시얼 하중을 부하할 수 있다. 또한, 전동체(34)는, 질화규소나 탄화규소 등의 세라믹스제로 할 수도 있다.

도 7 내지 도 9는 상기 발수·발유성 피막의 형성 위치의 다른 예를 도시하는 단면도이다. 도 7에서는 외륜의 궤도면(33a)을 제외한 안지름면과 시일부재(36)의 베어링 내부측 표면에 발수·발유성 피막(38b)이, 도 8에서는 내륜의 궤도면 (32a)을 제외한 바깥지름면과, 시일부재(36)의 베어링 내부측 표면에 발수·발유성 피막(38c)이, 도 9에서는 전동체(34)와의 접촉면을 제외한 유지기(35)의 표면에 발수·발유성 피막(38d)이, 각각 형성되어 있다. 도 7 내지 도 9에서 발수·발유성 피막을 제외한 다른 구성은 도 6과 같다.

도 6 내지 도 9에서 발수·발유성 피막의 형성 위치를 개별적으로 도시했지만, 이들 형성 위치는 단독으로 이용해도, 2개 이상 조합하여 이용해도 좋다.

또한, 같은 실시형태로서 봉입하는 그리스와 접촉하는 베어링 내부 표면의 적어도 일부에 발수·발유성 피막이 형성된 깊은 홈 볼 베어링을 도 10 내지 도 13에 예시할 수 있다.

도 10은 깊은 홈 볼 베어링에서의 발수·발유성 피막의 형성 위치의 일례를 도시하는 단면도이다. 발수·발유성 피막은, 그리스(47)와 접촉하는 베어링 내부 표면의 적어도 일부에 형성되고 있으면 좋고, 특히 미끄럼동작 표면 이외에 형성되는 것이 바람직하다. 여기서 미끄럼동작 표면이란, 내륜 궤도면(42a), 외륜 궤도면 (43a), 유지기(45)와 전동체(44)와의 접촉면, 전동체(44)의 표면 등이다.

도 10에서, 깊은 홈 볼 베어링(41)은 내륜(42)과 외륜(43)과의 사이에 전동체(44)가 유지기(45)에 유지된 베어링 공간을, 외륜(43)의 내주면에 설치된 걸어멈춤홈에 고정한 시일부재(46)로 밀봉되고, 시일부재(46)의 베어링 내부측 표면의 일부에 발수·발유성 피막(48a)이 형성되어 있다. 또한, 내륜(42)과 외륜(43)과 전동체(44)로 형성되는 베어링 공간에, 후술하는 본 발명의 고속 베어링용 그리스(47)가 봉입된다. 한편, 전동체(44)는, 질화규소나 탄화규소 등의 세라믹스제로 할 수도 있다.

도 11 내지 도 13은 상기 발수·발유성 피막의 형성 위치의 다른 예를 도시하는 단면도이다. 도 11에서는 외륜의 궤도면(43a)을 제외한 안지름면과, 시일부재 (46)의 베어링 내부측 표면에 발수·발유성 피막(48b)이, 도 12에서는 내륜의 궤도면(42a)을 제외한 바깥지름면과, 시일부재(46)의 베어링 내부측 표면에 발수·발유성 피막(48c)이, 도 13에서는 전동체(44)와의 접촉면을 제외한 유지기(45)의 표면에 발수·발유성 피막(48d)이, 각각 형성되어 있다. 도 11 내지 도 13에서 발수·발유성 피막을 제외한 다른 구성은 도 10과 같다.

도 10 내지 도 13에서 발수·발유성 피막의 형성 위치를 개별적으로 도시했지만, 이러한 형성 위치는 단독으로 이용해도, 2개 이상 조합하여 이용해도 좋다.

발수·발유성 피막(38a∼38d,48a∼48d)을 도 6 내지 도 13에 도시하는 바와 같이 베어링 내부 표면에 형성함으로써, 봉입되어 있는 그리스(37,47)가 발수·발유성 피막(38a∼38d,48a∼48d)의 표면장력에 따라서는 튕겨져 상기 피막 표면에 머물지 않고 활발하게 이동한다. 이 때문에, 예를 들면, 이들 피막(38a∼38d,48a∼48d)을 형성하지 않는, 내륜 궤도면(32a,42a), 외륜 궤도면(33a,43a), 유지기 (35,45)와 전동체(34,44)와의 접촉면, 전동체(34,44)의 표면 등에, 그리스(37,47)가 계속적으로 공급되고, 윤활 작용의 지속성이 향상되어, 장수명의 구름 베어링이 된다.

또한, 미끄럼동작 표면 이외에 발수·발유성 피막을 형성함으로써, 미끄럼접촉에 의한 상기 피막의 벗겨짐 등도 일어나지 않는다.

발수·발유성 피막의 형성에 이용하는 재료로서는, 실리콘계나 불소계의 발수·발유제를 이용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 발수·발유성 피막은, 실록산등의 실리콘계 발수·발유제로 이루어지는 피막, 또는, 플루오르알킬실란을 이용하여 형성되어 있는 발수·발유성 피막인 것이 바람직하다.

시판품으로서는, 예를 들면 일본메크토론 주식회사제: 녹스가드 ST-420, 다이킨공업사제: 유니다인, 신에츠화학사제: 퍼플루오르알킬실란 KBM7803 등을 들 수 있다.

본 발명의 고속용 구름 베어링의 상기 실시형태에서는, 그리스에 접하는 베어링의 내부 표면에 발수·발유성 피막이 형성되어 있으면 좋고, 피막의 형성 방법은 특별히 한정되지 않는다. 그리스에 접하는 베어링의 내부 표면에 발수·발유성 피막을 형성하기 위해서는, 예를 들면, 구름 베어링을 실록산 등의 실리콘계 발수·발유제를 분산시킨 액중에 침지한 후, 건조시키는 것에 의해 발수·발유성 피막을 형성시킬 수 있다. 또한, 진공증착, 물리증착(PVD), 화학증착(CVD), 이온플레이팅 등의 건식도금, 또는, 전기도금 등이 있다.

또한, 시판의 발수·발유제를 이용하여, 그리스에 접하는 베어링의 내부 표면에 도포하여 발수·발유성 피막을 형성할 수도 있다. 이들 중에서, 각 부품마다 발수·발유처리를 할 필요가 없고, 가공비용이 유리하기 때문에, 발수·발유제를 분산시킨 액중에 구름 베어링을 침지하는 방법을 채용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 고속용 구름 베어링은, 베어링 공극부의 용적의 1체적% 이상 10체적% 미만의 그리스를 봉입하는 것이 바람직하다. 1체적% 미만이면, 윤활에 필요한 그리스량이 부족하여 고갈되기 쉽다. 10체적% 이상이면, 교반에 의한 토크가 크고 발열이 커져 윤활 수명이 향상되지 않으며, 또한 비용이 증가하고, 환경상으로도 바람직하지 않다.

본 발명의 고속용 구름 베어링으로서는, 상기 각 실시형태에서 나타낸 앵귤러 볼 베어링 및 깊은 홈 볼 베어링 외, 원통 롤러 베어링, 테이퍼 롤러 베어링, 자동 조심 롤러 베어링, 침 형상 롤러 베어링, 스러스트 원통 롤러 베어링, 스러스트 테이퍼 롤러 베어링, 스러스트 침 형상 롤러 베어링, 스러스트 자동 조심 롤러 베어링 등도 사용할 수 있다. 이들 중에서 고속 회전에서의 회전 정밀도와 내(耐)하중 성능을 양쪽 모두 구비하기 때문에, 앵귤러 볼 베어링 또는 원통 롤러 베어링을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 고속용 구름 베어링은, 이하에 나타내는, 우레아계 화합물을 증주제로 하는 우레아 그리스에, 상기 우레아계 화합물을 포함하지 않는 비우레아 그리스를 배합해서 이루어지는 고속 베어링용 그리스를 사용하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에서 우레아 그리스 및 비우레아 그리스에 사용할 수 있는 기유는, 40℃에서의 동점도(이하, 단지 동점도라고 기술한다)가 15∼40mm²/sec의 윤활유를 이용할 수 있다. 특히, 동점도가 18∼30mm²/sec의 윤활유가 바람직하다. 동점도가 15mm²/sec 미만의 경우, 점도가 너무 낮아서 충분한 내하중성을 얻을 수 없다. 또한, 동점도가 40mm²/sec를 넘는 경우, 고속 회전에 수반하여 궤도면에의 기름의 공급이 부족하여, 조기에 베어링 수명에 이르게 된다.

상기 우레아 그리스의 기유의 종류로서는, 합성 탄화수소유, 에스테르유, 알킬디페닐 에테르유, 또는 이들 혼합유가 바람직하다.

또한, 합성 탄화수소유, 에스테르유, 알킬디페닐 에테르유, 각각의 동점도가 15∼40mm²/sec인 것이 바람직하다. 이 범위이면 혼합유로 한 경우라도, 동점도의 범위를 15∼40mm²/sec로 할 수 있다.

혼합유로 하는 경우, 합성 탄화수소유를 필수성분으로 하는 것이 바람직하고, 또한, 합성 탄화수소유는, 에스테르유 또는 알킬디페닐 에테르유보다 중량 비율로, 동량 이상인 것이 바람직하다.

합성 탄화수소계유로서는, 예를 들면 노르말 파라핀, 이소파라핀, 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, 1-데센올리고머, 1-데센과 에틸렌코올리고머 등의 폴리-α-올레핀 등을 들 수 있다.

에스테르유로서는, 예를 들면 디부틸세바케이트, 디-2-에틸헥실세바케이트, 디옥틸아디페이트, 디이소데실아디페이트, 디트리데실아디페이트, 디트리데실탈레이트, 메틸·아세틸시놀레이트 등의 디에스테르유, 트리옥틸트리메리테이트, 트리데실트리메리테이트, 테트라옥틸피로메리테이트 등의 방향족 에스테르유, 트리메틸올프로판카프리레이트, 트리메틸올프로판베랄고네이트, 펜타에리스리톨-2-에틸헥사노에이트, 펜타에리스리톨베랄고네이트 등의 폴리올 에스테르유, 탄산에스테르유 등을 들 수 있다.

알킬디페닐 에테르유로서는, 모노알킬디페닐에테르, 디알킬디페닐에테르, 폴리알킬디페닐에테르 등을 들 수 있다.

상기 우레아계 화합물(우레아계 증주제)은, 폴리 이소시아네이트 성분과 모노아민 성분을 반응하여 얻을 수 있다.

*폴리 이소시아네이트 성분으로서는, 페닐렌 디이소시아네이트, 톨릴렌 디이소시아네이트, 디페닐 디이소시아네이트, 디페닐 메탄디이소시아네이트, 옥타데칸 디이소시아네이트, 데칸 디이소시아네이트, 헥산 디이소시아네이트 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 방향족 디이소시아네이트가 바람직하다.

또한, 디아민과 상기 디아민에 대해서 몰비로 과잉의 디이소시아네이트와의 반응으로 얻을 수 있는 폴리 이소시아네이트를 사용할 수 있다. 디아민으로서는, 에틸렌 디아민, 프로판 디아민, 부탄 디아민, 헥산 디아민, 옥탄 디아민, 페닐렌 디아민, 톨릴렌 디아민, 크실렌 디아민, 디아미노디페닐메탄 등을 들 수 있다.

모노아민 성분은, 지방족 모노아민 및 지환식 모노아민으로부터 선택된 적어도 1개의 모노아민을 모노아민 전체에 대해서 50몰% 이상, 바람직하게는 80%이상 함유하는 모노아민 성분이다. 50몰% 이상 포함하는 것에 의해 증주제의 고속하에서의 전단력에 쉽게 파괴되지 않고, 증주제 섬유의 모세관 현상에 의해, 전주면에 안정적으로 그리스내의 유분을 공급할 수 있다.

지방족 모노아민 및 지환식 모노아민 이외의 모노아민으로서는 방향족 모노아민을 들 수 있다.

지방족 모노아민으로서는, 헥실아민, 옥틸아민, 도데실아민, 헥사데실아민, 옥타데실아민, 스테아릴아민, 올레일아민을 들 수 있고, 이들 중에서도 옥틸아민이 바람직하다.

지환식 모노아민으로서는, 시클로헥실아민 등을 들 수 있다.

방향족 모노아민으로서는, 아닐린, p-톨루이딘을 들 수 있고, 이들 중에서 p-톨루이딘이 바람직하다.

상기 우레아계 증주제는, 우레아 그리스 전체에 대해서, 3∼20중량%의 비율로 배합하는 것이 바람직하다. 특히, 5∼15중량%의 배합량으로 하는 것이 바람직하다. 우레아 그리스로서 배합량이 3중량% 미만에서는 기유 유지능력이 충분하지 않고, 특히 회전초기에 일시에 대량의 유분이 분리되어 그리스의 누설이 일어나, 베어링 내구수명이 짧아진다. 또한, 배합량이 20중량%을 넘으면, 상대적으로 기유의 양이 적어져서, 기름 공급성이 불충분하여, 조기에 윤활 부족에 빠져 마찬가지로 베어링 내구 수명이 짧아진다.

상기 비우레아 그리스의 기유의 종류로서는, 우레아 그리스의 기유로서 이용되는 합성 탄화수소유, 에스테르유, 알킬디페닐 에테르유, 또는 이들 혼합유에 더하여, 광유, 불소유, 실리콘유 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

광유로서는, 원유로부터 얻을 수 있는 윤활유를 감압 증류, 유제탈력(油劑脫瀝:solvent deasphalting process), 용제추출, 수소화분해, 용제탈랍(溶劑脫蠟: solvent dewaxing), 황산세정, 백토정제, 수소화정제 등의 정제를 행한 것을 이용할 수 있다.

불소유로서는, 지방족 탄화수소 폴리에테르의 수소원자를 불소원자로 치환한 화합물이면 사용할 수 있고, 예를 들면 퍼플루오르폴리에테르유를 들 수 있다. 퍼플루오르폴리에테르유를 예시하면, 폼블린 Y(몬테지손사 상품명) 및 크라이톡스(듀퐁사 상품명) 등의 측쇄를 갖는 퍼플루오르폴리에테르나, 폼블린 Z(몬테지손사 상품명), 폼블린 M(몬테지손사 상품명) 및 뎀남(다이킨사 상품명)등의 직쇄 형상의 퍼플루오르폴리에테르를 들 수 있다.

실리콘유로서는, 디메틸 실리콘유나 메틸페닐 실리콘유 등의 이른바 스트레이트 실리콘유, 및 알킬 변성 실리콘유나 아랄킬 변성 실리콘유 등의 이른바 변성 실리콘유를 모두 사용할 수 있다.

상기 비우레아 그리스의 증주제(비우레아계 증주제)로서는, 기름분리성이 뛰어난 금속비누, Na테레프타라메이트, 폴리테트라플루오르에틸렌 수지를 들 수 있다. 상기 금속비누는, 금속 수산화물 등의 금속원과, 지방족 모노 카르본산(예를 들면, 스테아린산), 적어도 1개의 히드록실기를 포함한 지방족 모노 카르본산(예를 들면, 12-히드록시 스테아린산) 등의 지방산으로부터 합성된다. 또한, 상기 금속원과, 상기 지방족 모노 카르본산과, 지방족 디카르본산 등의 2염기산으로부터 합성되는 복합 금속비누도 이용할 수 있다.

금속종의 차이에 의해, 예를 들면, 리튬비누, 복합 리튬비누, 바륨비누, 복합 바륨비누, 알루미늄비누, 복합 알루미늄비누, 칼슘비누, 복합 칼슘비누, 나트륨비누, 복합 나트륨비누, 아연비누, 복합 아연비누 등을 들 수 있다.

또한, 분자내에 아미드 결합을 갖는 금속비누(아미드 금속비누) 및 분자내에 아미드 결합을 갖는 복합 금속비누(복합 아미드 금속비누)로서는, 아미드 나트륨비누, 복합 아미드 나트륨비누, 아미드바륨비누, 복합 아미드바륨비누, 아미드 알루미늄비누, 복합 아미드 알루미늄비누, 아미드 칼슘비누, 복합 아미드 칼슘비누, 아미드 아연비누, 복합 아미드 아연비누를 들 수 있다.

이들 중에서 기름 공급성과 전단 안정성이 뛰어난 복합 리튬비누, 복합 바륨비누, Na테레프타라메이트, 또는 복합 아미드 바륨비누가 특히 바람직하다.

비우레아 그리스의 증주제는, 비우레아 그리스 전량에 대해서 10∼40중량% 함유하는 것이 바람직하다. 10중량% 이하에서는 그리스가 연질이고 전단에 의해 베어링으로부터 용이하게 새기 쉽고, 40중량%을 넘으면 그리스내의 유분이 적어, 기름 공급성이 나빠질 우려가 있다.

본 발명에서 상기 비우레아 그리스는, 그리스 전량에 대해서 10∼80중량%의 비율로 배합하는 것이 바람직하다. 특히, 20∼50중량%의 배합량으로 하는 것이 바람직하다. 비우레아 그리스로서 배합량이 10중량% 미만에서는 전주부에의 기름 공급성이 나쁘다. 또한, 배합량이 80중량%을 넘으면, 고속하에서 증주제의 섬유가 파괴되기 쉬워, 증주제의 모세관 현상에 의해 기유를 전주부에 공급할 수 없다.

또한, 본 발명에서 우레아 그리스와 비우레아 그리스와의 혼합 그리스에는, 필요에 따라서 공지의 그리스용 첨가제를 함유시킬 수 있다. 이 첨가제로서 예를 들면, 유기아연 화합물, 아민계, 페놀계 화합물 등의 산화방지제, 벤조트리아졸 등의 금속 불활성제, 폴리메타크릴레이트, 폴리스티렌 등의 점도 지수 향상제, 2황화 몰리브덴, 그라파이트 등의 고체 윤활제, 금속 술포네이트, 다가 알코올 에스테르 등의 방청제, 유기 몰리브덴 등의 마찰 저감제, 에스테르, 알코올 등의 유성제, 인계 화합물 등의 마모 방지제 등을 들 수 있다. 이들을 단독 또는 2종류 이상 배합하여 첨가할 수 있다. 이들 첨가제의 함유량은, 개별적으로는 그리스 전량의 0.05중량% 이상, 합계량으로 그리스 전량의 0.15∼10중량%의 범위가 되는 것이 바람직하다. 특히, 합계량으로 10중량%을 넘는 경우는, 함유량의 증가에 알맞는 효과를 기대할 수 없을 뿐만 아니라, 상대적으로 다른 성분의 함유량이 적어지고, 또한 그리스내에 이들 첨가제가 응집하여, 토크 상승 등의 바람직하지 않은 현상을 초래하기도 한다.

근년, AC모터, DC모터 등의 범용 모터에서는, 모터의 소형화가 진행되어, 베어링이 보다 고속, 고면압(高面壓)하에서 운전되는 경향에 있다. 종래부터 사용되고 있는, 리튬비누 등의 금속비누 그리스를 사용한 것에서는, 충분한 내구성을 얻지 못하고, 보다 내구성이 뛰어난 우레아 그리스 등이 사용되는 경향에 있다. 또한, 자동차의 엔진 관련의 전장보기(電裝補機)에 이용되는 모터의 사용 온도가 150℃ 이상인데 비하여, 환기팬용 모터, 연료전지용 블로어 모터, 클리너 모터, 팬모터, 서보모터, 스텝핑 모터 등의 산업기계용 또는 정보기기용의 모터, 자동차의 스테이터 모터, 전동파워 스티어링 모터, 스티어링 조정용 틸트 모터, 와이퍼 모터, 파워 윈도우 모터 등의 전장기기용 모터의 사용온도는, 150℃ 미만의 비교적 저온인 경우가 많다. 이러한 비교적 저온의 사용 환경하에서는, 종래의 우레아 그리스는, 기유의 유동성이 부족하고, 보다 고속화가 요구되는 경우에, 전주면에의 기유의 공급이 따라잡지 못하여, 윤활 불량이 되기 쉽다고 하는 문제가 있다.

본 발명의 고속 베어링용 그리스를 봉입한 고속용 구름 베어링에서는, 상기와 같은 비교적 저온하에서, 고속화가 요구되는 환경이라 하더라도, 전주면에의 기름의 공급성이 뛰어나므로, 상기의 환기팬용 모터, 연료전지용 블로어 모터, 클리너모터, 서보모터, 스텝핑 모터 등의 산업기계용 또는 정보기기용 모터, 자동차의 스테이터 모터, 전동 파워 스티어링 모터, 스티어링 조정용 틸트 모터, 와이퍼 모터, 파워 윈도우 모터 등의 전장기기용 모터로서도 적합하게 이용할 수 있다.

실시예

이하에 시험예를 들어 본 발명을 더 설명하지만, 본 발명은 이것에 의해 아무런 제한되는 것은 아니다. 한편, 각 실시예 및 각 비교예에 이용한 기유의 동점도(40℃)의 데이터를 표 1 및 표 3에 나타낸다. 또한, 표 2 및 표 4 내지 표 7에 나타낸 원심 기름분리도는, 이하에 나타내는 원심 기름분리시험에서 측정한 값을 나타낸다.

<원심 기름분리시험>

원심분리기를 이용하여, 50g의 그리스 시료를 원심분리관에 넣고, 40℃에서 23000G의 가속도를 7시간 걸었을 때의 원심 기름분리도를 다음 식에 의해 구하였다.

(원심 기름분리도, %)=(1-시험전의 증주제 농도/시험 후의 증주제 농도)×100

<우레아 그리스의 조제>

우레아 그리스 U1∼우레아 그리스 U5

표 1에 나타낸 기유의 절반의 양에, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(니혼폴리우레탄공업사제, 밀리오네이트 MT, 이하, MDI라고 기술한다)를 표 1에 나타내는 비율로 용해하고, 나머지의 절반의 양의 기유에 MDI의 2배 당량이 되는 모노아민을 용해하였다. 각각의 배합 비율 및 종류는 표 1과 같다.

MDI를 용해한 용액을 교반하면서 모노아민을 용해한 용액을 가한 후, 100℃∼120℃에서 30분간 교반을 계속하여 반응시키고, 디우레아 화합물을 기유중에 생성시켜 우레아 그리스 시료를 얻었다.

<비우레아 그리스의 조제>

비우레아 그리스 NU1∼비우레아 그리스 NU6

표 1에 나타낸 기유에, 증주제를 용해시켜 비우레아 그리스 시료를 얻었다. 각각의 배합 비율 및 종류는 표 1과 같다.

한편, Na테레프타라메이트에 대해서는 메틸테레프탈레이트모노-N-옥타데실아미드를, 기유를 용매로 하여 수산화나트륨과 반응시켜, 나트륨-N옥타데실테레프타라메이트를 생성시켰다.

[표 1]

1) 40℃에서의 동점도 30mm²/sec : 신일철화학사제 심플드 601

2) 40℃에서의 동점도 12mm²/sec : 티바스페샤리티케미컬즈사제, 레오루프 DOS

3) 40℃에서의 동점도 15mm²/sec : 마쓰무라석유연구소제, 모레스코하이루프 LB15

4) 40℃에서의 동점도 30.7mm²/sec : 파라핀계

5) 일본폴리우레탄공업사제, 밀리오네이트 MT

6) 스테아린산과, 살리틸산 메틸과, 수산화리튬으로 합성

7) 스테아린산과, 초산과, 수산화바륨으로 합성

실시예 1∼실시예 9

표 1에 나타내는 우레아 그리스와 비우레아 그리스를 표 2에 나타내는 비율로 혼합하여 그리스 시료를 얻었다. 이 그리스 시료를 상술한 원심 기름분리시험 및 이하에 나타내는 상온 고속 그리스 시험에 제공하여, 원심 기름분리도 및 그리스 수명시간을 측정하였다. 이러한 측정 결과를 표 2에 병기한다.

한편, 실시예 9의 비우레아 그리스(그리스 NU7)로서는, NOK크류바사제 : ISOFLEX NBU 15를 이용하였다.

비교예 1∼비교예 12

표 2에 나타낸 우레아 그리스 또는 비우레아 그리스(비교예 10은 병용)를 그리스 시료로 하였다. 이 그리스 시료에 대해 실시예 1과 같은 항목을 측정하였다. 이러한 측정 결과를 표 2에 병기한다.

<상온 고속 그리스 시험-깊은 홈 볼 베어링(6204)>

깊은 홈 볼 베어링(6204)에, 그리스 시료를 전주면 방향으로 0.14g(베어링 전체 공간 용적의 약 3체적%) 봉입하고, 비접촉 시일하여 시험 베어링을 각각 제작하였다. 시험 베어링에, 액시얼 하중 670N과 래디얼 하중 67N을 부하하고, 상온 환경하에서 15000rpm의 회전속도로 회전시켜, 눌어붙음에 이르기까지의 시간을 그리스 수명시간으로서 측정하였다. 이 내구시험에서의 베어링의 피치원 지름(mm)과 회전수(rpm)와의 곱인 dmN치는 52만이다.

<상온 고속그리스 시험-앵귤러 볼 베어링>

앵귤러 볼 베어링{바깥지름 150mm×안지름 100mm, 내외륜 SUJ2, 전동체 13/32인치 질화규소 구(球)}에, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 8, 실시예 9, 비교예 1, 비교예 5, 비교예 10 또는 비교예 12의 그리스 시료를 전주면 방향으로 3.0g(베어링 전체 공간 용적의 약 10체적%) 봉입하고, 비접촉 시일하여 시험 베어링을 각각 작성하였다. 시험 베어링을, 1.8GPa 정압예압하에서, 외통 냉각에 의해 베어링을 냉각하고, 베어링 외륜을 50℃ 이하로 유지하면서 14500rpm의 회전속도로 회전시켜, 눌어붙음에 이르기까지의 시간을 그리스 수명시간으로서 측정하였다. 이 내구시험에서의 베어링의 피치원 지름(mm)과 회전수(rpm)와의 곱인 dmN치는 185만이다.

[표 2]

표 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 사용되는 그리스에서는, (1) 우레아 그리스와 비우레아 그리스를 배합한 그리스이고, 우레아 그리스의 증주제가 폴리이소시아네이트 성분과 모노아민 성분을 반응하여 얻을 수 있고, 모노아민 성분이 지방족 모노아민 및 지환식 모노아민으로부터 선택된 적어도 1개의 모노아민을 모노아민 전체에 대해서 50몰% 이상 함유하는 모노아민 성분인 것, (2) 비우레아계 증주제로서 특히 비누계 증주제를 사용하는 것, (3) 기유는 동점도가 15∼40mm²/sec인 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

<우레아 그리스의 조제>

우레아 그리스 U6∼우레아 그리스 U8

표 3에 나타낸 기유의 절반의 양에, MDI를 표 3에 나타내는 비율로 용해하고, 나머지의 절반의 양의 기유에 MDI의 2배 당량이 되는 모노아민을 용해하였다. 각각의 배합 비율 및 종류는 표 3과 같다.

MDI를 용해한 용액을 교반하면서 모노아민을 용해한 용액을 가한 후, 100∼120℃에서 30분간 교반을 계속하여 반응시키고, 디우레아 화합물을 기유중에 생성시켜 우레아 그리스 시료를 얻었다.

<비우레아 그리스의 조제>

비우레아 그리스 NU8∼비우레아 그리스 NU10

표 3에 나타낸 기유에, 증주제를 용해시켜, 비우레아 그리스 시료를 얻었다. 각각의 배합 비율 및 종류는 표 3과 같다.

한편, Na테레프타라메이트에 대해서는 메틸테레프탈레이트 모노-N-옥타데실아미드를, 기유를 용매로 하여 수산화 나트륨과 반응시켜, 나트륨-N옥타데실테레프타라메이트를 생성시켰다.

[표 3]

1) 40℃에서의 동점도 30mm²/sec : 신일철화학사제 심플드 601

4) 일본폴리우레탄공업사제, 밀리오네이트 MT

5) 스테아린산과, 살리틸산 메틸과, 수산화리튬으로 합성

6) 스테아린산과, 초산과, 수산화바륨으로 합성

실시예 10∼실시예 13

표 3에 나타내는 우레아 그리스와 비우레아 그리스를 표 4에 나타내는 비율로 혼합하여 그리스 시료를 얻었다. 이 그리스 시료를 상술한 원심 기름분리시험 및 이하에 나타내는 상온 고속 그리스 시험에 제공하여, 원심 기름분리도 및 그리스 수명시간을 측정하였다. 이러한 측정 결과를 표 4에 병기한다.

비교예 13∼비교예 17

표 4에 나타낸 우레아 그리스 또는 비우레아 그리스를 그리스 시료로 하였다. 이 그리스 시료에 대해 실시예 10과 같은 항목을 측정하였다. 이러한 측정 결과를 표 4에 병기한다.

<상온 고속 그리스 시험-깊은 홈 볼 베어링(6204)>

숏피닝에 의해, 입도 #100(입자지름 106∼149㎛)의 알루미나를 깊은 홈 볼 베어링(6204)의 외륜 궤도면에, 0.2MPa의 압력으로 약 20초 분사하고, 외륜 궤도면에 2∼3㎛의 깊이의 딤플 가공을 실시하여 시험 베어링으로 하였다.

이 시험 베어링에, 실시예 10∼실시예 13, 비교예 13∼비교예 17의 그리스 시료를 전주면 방향으로 0.0235g(베어링 전체 공간 용적의 약 0.5체적%) 봉입하고, 비접촉 시일을 부착하여 시험 베어링을 각각 제작하였다. 시험 베어링에, 액시얼 하중 670N과 래디얼 하중 67N을 부하하고, 상온 환경하에서 10000rpm의 회전속도로 회전시켜, 눌어붙음에 이르기까지의 시간을 그리스 수명시간으로서 측정하였다. 이 내구시험에서의 베어링의 피치원 지름(mm)과 회전수(rpm)와의 곱인 dmN치는 35만이다.

<상온 고속 그리스 시험-앵귤러 볼 베어링>

숏피닝에 의해, 입도 #100(입자지름 106∼149㎛)의 알루미나를, 앵귤러 볼 베어링(바깥지름 150mm×안지름 100mm, 내외륜 SUJ2, 전동체13/32인치 질화규소 구)의 외륜 궤도면에, 0.2MPa의 압력으로 약 20초 분사하고, 외륜 궤도면에 2∼3㎛의 깊이의 딤플 가공을 실시하여 시험 베어링으로 하였다.

이 시험 베어링에, 실시예 11, 비교예 13, 비교예 14 또는 비교예 16의 그리스 시료를 전주면 방향으로 3.0g(베어링 전체 공간 용적의 약 10 체적%) 봉입하고, 비접촉 시일을 부착하여 시험 베어링을 각각 작성하였다. 시험 베어링을, 1.8GPa 정압예압하에서, 외통 냉각에 의해 베어링을 냉각하고, 베어링 외륜을 50℃ 이하로 유지하면서 14500rpm의 회전속도로 회전시켜, 눌어붙음에 이르기까지의 시간을 그리스 수명시간으로서 측정하였다. 이 내구시험에서의 베어링의 피치원 지름(mm)과 회전수(rpm)와의 곱인 dmN치는 185만이다. 측정 결과를 표 4에 병기한다.

[표 4]

표 4에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 고속용 구름 베어링에 사용되는 그리스는, (1) 우레아 그리스와 비우레아 그리스를 배합한 그리스이고, 우레아 그리스의 증주제가 폴리 이소시아네이트 성분과 모노아민 성분을 반응하여 얻을 수 있고, 모노아민 성분이 지방족 모노아민 및 지환식 모노아민으로부터 선택된 적어도 1개의 모노아민을 모노아민 전체에 대해서 50몰% 이상 함유하는 모노아민 성분인 것, (2) 비우레아계 증주제로서 특히 비누계 증주제를 사용하는 것, (3) 기유는 40℃에서의 동점도가 15∼40mm²/sec이고, 합성 탄화수소유, 에스테르유 또는 알킬디페닐에테르유, 이들 혼합유인 것이 바람직한 것을 알 수 있다. (4) 게다가, 본 발명의 고속용 구름 베어링의 내륜의 전주면 표면, 외륜의 전주면 표면 및 전동체의 표면으로부터 선택된 적어도 하나에 딤플 가공을 실시하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

실시예 14∼실시예 17

표 3에 나타내는 우레아 그리스와 비우레아 그리스를 표 5에 나타내는 비율로 혼합하여 그리스 시료를 얻었다. 이 그리스 시료를 상술한 원심 기름분리시험 및 이하에 나타내는 상온 고속 그리스 시험에 제공해, 원심 기름분리도 및 그리스 수명시간을 측정하였다. 이러한 측정 결과를 표 5에 병기한다.

비교예 18∼비교예 24

표 5에 나타낸 우레아 그리스 또는 비우레아 그리스(비교예 24는 병용)를 그리스 시료로 하였다. 이 그리스 시료에 대해 실시예 14와 같은 항목을 측정하였다. 이러한 측정결과를 표 5에 병기한다.

<상온 고속 그리스 시험-깊은 홈 볼 베어링(6204)>

실시예 14, 실시예 17, 비교예 18 및 비교예 19에서는, 시안화 동도금 욕(시안화 제 1 동, 시안화나트륨, 수산화칼륨, 50∼60℃)을 이용하여, 깊은 홈 볼 베어링(6204)의 내륜 바깥지름, 외륜 안지름에 금속 도금 처리를 실시하여, 이것을 시험 베어링으로 하였다. 형성된 도금 막두께는, 대체로 20㎛이다. 실시예 15 및 실시예 16에서는, 인산 트리크레질 7.36g를 2-프로판올로 희석하여 200ml의 인산 트리트리크레질 용액을 조제하여, 이 용액에 깊은 홈 볼 베어링(6204)의 내외륜을 용액온도 60℃에서 2시간 침지하여, 표면에 인산 금속 염 피막을 형성하였다. 이것을 시험 베어링으로 하였다. 또한, 비교예 20∼비교예 24에서는, 피막을 형성하지 않는 깊은 홈 볼 베어링(6204)을 시험 베어링으로 하였다.

이들 시험 베어링에 표 5에 나타내는 그리스 시료를 전주면 방향으로 0.0235g(베어링 전체 공간 용적의 약 0.5체적%) 봉입하고, 비접촉 시일하여 시험 베어링을 작성하였다. 시험 베어링에, 액시얼 하중 670N과 래디얼 하중 67N을 부하하고, 상온 환경하에서 10000rpm의 회전속도로 회전시켜, 눌어붙음에 이르기까지의 시간을 그리스 수명시간으로서 측정하였다. 이 내구시험에서의 베어링의 피치원 지름(mm)과 회전수(rpm)와의 곱인 dmN치는 34만이다.

<상온 고속 그리스 시험- 앵귤러 볼 베어링>

비교예 18 및 비교예 19에서는, 시안화동 도금욕(시안화 제 1 동, 시안화나트륨, 수산화칼륨, 50∼60℃)을 이용하여, 앵귤러 볼 베어링(바깥지름 150mm×안지름 100mm, 내외륜 SUJ2, 전동체 13/32인치 질화규소 구)의 내륜 바깥지름, 외륜 안지름에 금속 도금 처리를 실시하여, 이것을 시험 베어링으로 하였다. 형성된 도금 막두께는, 대체로 20㎛이다. 실시예 15에서는, 인산 트리크레질 7.36g를 2-프로판올로 희석하여 200ml의 인산 트리트리크레질 용액을 조제하여, 이 용액에 앵귤러 볼 베어링(상기와 같음)의 내외륜을 용액 온도 60℃에서 2시간 침지하여, 표면에 인산 금속염 피막을 형성하였다. 이것을 시험 베어링으로 하였다. 또한, 비교예 20 및 비교예 22에서는, 피막을 형성하지 않는 앵귤러 볼 베어링(상기와 같다)을 시험 베어링으로 하였다.

이들 시험 베어링에 표 5에 나타내는 그리스 시료를 전주면 방향으로 3.0g(베어링 전체 공간 용적의 약 10체적%) 봉입하고, 비접촉 시일하여 시험 베어링을 작성하였다. 시험 베어링을, 1.8GPa 정압예압하에서, 외통 냉각에 의해 베어링을 냉각하고, 베어링 외륜을 50℃ 이하로 유지하면서 14500rpm의 회전속도로 회전시켜, 눌어붙음에 이르기까지의 시간을 그리스 수명시간으로서 측정하였다. 이 내구시험에서의 베어링의 피치원 지름(mm)과 회전수(rpm)와의 곱인 dmN치는 185만이다.

[표 5]

표 5에 나타내는 바와 같이, 고속용 구름 베어링에 봉입하는 그리스로서는, (1) 우레아 그리스와 비우레아 그리스를 배합한 그리스이고, 우레아 그리스의 증주제가 폴리 이소시아네이트 성분과 모노아민 성분을 반응하여 얻을 수 있고, 모노아민 성분이 지방족 모노아민 및 지환식 모노아민으로부터 선택된 적어도 1개의 모노아민을 모노아민 전체에 대해서 50몰% 이상 함유하는 모노아민 성분인 것, (2) 비우레아계 증주제로서 특히 비누계 증주제를 사용하는 것, (3) 기유는 동점도가 15∼40mm²/sec인 것이 바람직한 것을 알 수 있다. (4) 게다가, 베어링 궤도링의 표면에 피막 처리를 실시한 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

실시예 18∼실시예 21 및 비교예 25

표 6에 나타내는 그리스 시료를 이용하여 상술한 원심 기름분리시험 및 이하에 나타내는 상온 고속 그리스 시험-깊은 홈 볼 베어링(6204)을 행하였다. 원심 기름분리도 및 그리스 수명을 표 6에 병기한다. 이 때 깊은 홈 볼 베어링(6204)에는, 도 5에 나타내는 관형이고, 포켓부에 오목부의 기름 고임부를 설치하고, 상기 오목부의 가장자리부를 포함한 볼과의 접촉부 모두에서 모따기를 행한 PA수지 유지기(PA66+GF 25중량%배합)를 이용하였다.

실시예 19 및 비교예 25

표 6에 나타내는 그리스 시료를 이용하여 상술한 원심 기름분리시험 및 이하에 나타내는 상온 고속 그리스 시험- 앵귤러 볼 베어링을 행하여, 원심 기름분리도 및 그리스 수명을 표 6에 병기한다. 이 때 앵귤러 볼 베어링에는, 도 3에 도시하는 머신드형이며, 포켓부 4모서리에 오목부의 릴리프부를 형성하고, 포켓부의 축방향 양단에 오목부의 기름 고임부를 더 형성하고, 상기 오목부의 가장자리부에 모따기를 행한 페놀 수지 유지기를 이용하였다.

비교예 26 및 비교예 28

표 6에 나타내는 그리스 시료를 이용하여 상술한 원심 기름분리시험 및 이하에 나타내는 상온 고속 그리스 시험-깊은 홈 볼 베어링(6204) 및 상온 고속 그리스 시험-앵귤러 볼 베어링을 행하고, 원심 기름분리도 및 그리스 수명을 표 6에 병기한다.

비교예 27 및 비교예 29

표 6에 나타내는 그리스 시료를 이용하여 상술한 원심 기름분리시험 및 이하에 나타내는 상온 고속 그리스 시험-깊은 홈 볼 베어링(6204)을 행하여, 원심 기름분리도 및 그리스 수명을 표 6에 병기한다.

<상온 고속 그리스 시험-깊은 홈 볼 베어링(6204)>

깊은 홈 볼 베어링(6204)에, 실시예 18∼실시예 21, 비교예 25∼비교예 29의 그리스 시료를 전주면 방향으로 0.0235g(베어링 전체 공간 용적의 약 0.5 체적%) 봉입하고, 비접촉 시일하여 시험 베어링을 각각 작성하였다. 시험 베어링에, 액시얼 하중 670N과 래디얼 하중 67N을 부하하고, 상온 환경하에서 10000rpm의 회전속도로 회전시켜, 눌어붙음에 이르기까지의 시간을 그리스 수명시간으로서 측정하였다. 이 내구시험에서의 베어링의 피치원 지름(mm)과 회전수(rpm)와의 곱인 dmN치는 35만이다.

<상온 고속그리스 시험-앵귤러 볼 베어링>

앵귤러 볼 베어링(바깥지름 150mm×안지름 100mm, 내외륜 SUJ2, 전동체 13/32인치 질화규소 구)에, 실시예 19, 비교예 25, 비교예 26 또는 비교예 28의 그리스 시료를 전주면 방향으로 3.0g(베어링 전체 공간 용적의 약 10체적%) 봉입하고, 비접촉 시일하여 시험 베어링을 각각 작성하였다. 시험 베어링을, 1.8GPa 정압 예압하에서, 외통 냉각에 의해 베어링을 냉각하여, 베어링 외륜을 50℃ 이하로 유지하면서 14500rpm의 회전속도로 회전시켜, 눌어붙음에 이르기까지의 시간을 그리스 수명시간으로서 측정하였다. 이 내구시험에서의 베어링의 피치원 지름(mm)과 회전수(rpm)와의 곱인 dmN치는 185만이다.

[표 6]

1) 기름 고임부 형성, 모따기 시공

2) 기름 고임부, 릴리프부 형성, 모따기 시공

표 6에 나타내는 바와 같이, 고속용 구름 베어링에 봉입하는 그리스로서는, (1) 우레아 그리스와 비우레아 그리스를 배합한 그리스이고, 우레아 그리스의 증주제가 폴리 이소시아네이트 성분과 모노아민 성분을 반응하여 얻을 수 있고, 모노아민 성분이 지방족 모노아민 및 지환식 모노아민으로부터 선택된 적어도 1개를 모노아민 전체에 대해서 50몰% 이상 함유하는 모노아민 성분인 것, (2) 비우레아계 증주제로서 특히 비누계 증주제를 사용하는 것, (3) 기유는 동점도가 15∼40mm²/sec인 것이 바람직한 것을 알 수 있다. (4) 게다가, 베어링의 수지 유지기의 포켓부에 오목부의 기름 고임부, 릴리프부를 형성하고, 모따기 가공이 실시되어 있는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

실시예 22∼실시예 25

표 3에 나타내는 우레아 그리스와 비우레아 그리스를 표 7에 나타내는 비율로 혼합하여 그리스 시료를 얻었다. 이 그리스 시료를 상술한 원심 기름분리시험에 제공하여, 원심 기름분리도를 측정하였다. 또한, 얻어진 그리스 시료를 이하에 나타내는 발유제 처리를 실시한 구름 베어링에 봉입하고 상온 고속 그리스 시험에 제공하여, 상온 고속 그리스 수명시간을 측정하였다. 이러한 측정 결과를 표 7에 병기한다.

비교예 30

표 7에 나타낸 우레아 그리스를 그리스 시료로 하였다. 이 그리스 시료를 상술한 원심 기름분리시험에 제공하여, 원심 기름분리도를 측정하였다. 또한, 이하에 나타내는 발유제 처리를 가한 구름 베어링에, 얻어진 그리스 시료를 봉입하고 상온 고속 그리스 시험에 제공하여, 상온 고속 그리스 수명시간을 측정하였다. 이러한 측정 결과를 표 7에 병기한다.

비교예 31 ∼비교예 34

표 7에 나타낸 우레아 그리스 또는 비우레아 그리스를 그리스 시료로 하였다. 이 그리스 시료를 상술한 원심 기름분리시험에 제공하여, 원심 기름분리도를 측정하였다. 또한, 발유제 처리를 가하지 않은 구름 베어링에, 얻어진 그리스 시료를 봉입하고 상온 고속 그리스 시험에 제공하여, 상온 고속 그리스 수명시간을 측정하였다. 이러한 측정 결과를 표 7에 병기한다.

<발유제 처리>

시일부재의 베어링 내부측 표면에 불소계의 발수·발유 처리제(LION사제: 레인가드)를 도포하고, 실온에서 1시간 건조한 구름 베어링(깊은 홈 볼 베어링: 베어링 치수: 바깥지름 47mm×안지름 20mm×폭 14mm 및 앵귤러 볼 베어링:베어링 치수: 바깥지름 150mm×안지름 100mm×폭 24mm)을 준비하였다.

<상온 고속 그리스 시험-깊은 홈 볼 베어링(6204)>

깊은 홈 볼 베어링(6204)에, 실시예 22∼실시예 25, 비교예 30∼비교예 34의 그리스 시료를 전주면 방향으로 0.0235g(베어링 전체 공간 용적의 약 0.5 체적%) 봉입하고, 비접촉 시일하여 시험 베어링을 각각 작성하였다. 시험 베어링에, 액시얼 하중 670N과 래디얼 하중 67N을 부하하고, 상온 환경하에서 10000rpm의 회전속도로 회전시켜, 눌어붙음에 이르기까지의 시간을 그리스 수명시간으로서 측정하였다. 이 내구시험에서의 베어링의 피치원 지름(mm)과 회전수(rpm)와의 곱인 dmN치는 34만이다.

<상온 고속 그리스 시험- 앵귤러 볼 베어링>

앵귤러 볼 베어링(바깥지름 150mm× 안지름 100mm, 내외륜 SUJ2, 전동체 13/32인치 질화규소 구)에, 실시예 23, 비교예 30, 비교예 31 또는 비교예 33의 그리스 시료를 전주면 방향으로 3.0g(베어링 전체 공간 용적의 약 10 체적%) 봉입하고, 비접촉 시일하여 시험 베어링을, 작성하였다. 시험 베어링을, 1.8GPa 정압예압하에서, 외통 냉각에 의해 베어링을 냉각하고, 베어링 외륜을 50℃ 이하로 유지하면서 14500rpm의 회전속도로 회전시켜, 눌어붙음에 이르기까지의 시간을 그리스 수명시간으로서 측정하였다. 이 내구시험에서의 베어링의 피치원 지름(mm)과 회전수(게m)와의 곱인 dmN치는 185만이다.

[표 7]

표 7에 나타내는 바와 같이, 그리스로서는 우레아계 화합물을 증주제로 하는 우레아 그리스에, 상기 우레아계 화합물을 포함하지 않는 비우레아 그리스를 배합하여 이루어지고, 상기 우레아계 화합물은, 폴리 이소시아네이트 성분과 모노아민 성분을 반응하여 얻을 수 있고, 상기 모노아민 성분이 지방족 모노아민 및 지환식 모노아민으로부터 선택된 적어도 1개의 모노아민을 모노아민 전체에 대해서 50몰% 이상 함유하는 모노아민 성분인 그리스를 봉입한 고속용 구름 베어링이, 상온 고속 그리스 시험에서 뛰어난 상온 고속 그리스 수명시간을 나타내는 것을 알 수 있다. 게다가, 그리스와 접촉하는 베어링 내부 표면의 적어도 일부에 발수·발유성 피막이 형성되어 있는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

본 발명의 고속 베어링용 그리스를 봉입한 고속용 구름 베어링은, 소정의 우레아 그리스와 비우레아 그리스를 배합한 그리스이므로, 고속 회전하에서의 베어링 내구 수명이 향상된다. 또한, (1) 상기 내륜의 전주면 표면, 외륜의 전주면 표면 및 전동체의 표면으로부터 선택된 적어도 하나에의 딤플 가공, (2) 상기 내륜의 바깥지름면, 외륜의 안지름면 및 전동체의 표면으로부터 선택된 적어도 하나에의 피막의 형성, (3) 상기 유지기의 포켓부에의 오목부의 기름 고임부, 릴리프부의 배치, 모따기 가공, (4) 그리스와 접촉하는 베어링 내부 표면의 적어도 일부에의 발수·발유성 피막의 형성 등의 실시에 의해, 고속 회전하에서의 베어링 내구 수명이 더 향상된다.

이 때문에, 선반(lathe), 드릴링머신(Drilling machine), 보링머신(Boring machine), 밀링머신(milling machine), 그라인딩머신(grinding machine), 호닝머신 (honing machine), 슈퍼피니싱머신(Super-finishing Machines), 랩핑머신(Lapping Machines) 등의 고속으로 미끄럼동작, 회전하는 공작기계의 주축 지지부에 조립해 넣어지는 구름 베어링으로서 적합하게 이용할 수 있다. 게다가, 오일 에어 윤활법 등과 같이 윤활유를 연속하여 공급하는 방식과 달리, 그리스를 봉입하여 사용할 수 있기 때문에, 운전비용의 삭감, 공간절약화도 가능하게 된다.

1, 11, 31, 51 : 앵귤러 볼 베어링
2, 12, 32, 52 : 내륜
3, 13, 33, 53 : 외륜
4, 14, 34, 54 전동체(강구)
5, 15, 35, 55 : 유지기
6, 16, 36 : 시일부재
7 : 그리스 포켓
15a : 포켓부 내면
15b : 릴리프부
15c : 기름 고임부
15d : 오목부의 가장자리부
8, 17, 27, 37,47 : 그리스
21, 41 : 깊은 홈 볼 베어링
22, 42 : 내륜
23, 43 : 외륜
24, 44 : 전동체
25, 45 : 유지기
25a : 포켓부 내면
25b : 교차면측 기름 고임부
25c : 저면측 기름 고임부
25d : 오목부의 가장자리부
*26, 46 : 시일부재
38a, 38b, 38c, 38d : 발수·발유성 피막
42a : 내륜 전주면
43a : 외륜 전주면
48a, 48b, 48c, 48d : 발수·발유성 피막

Claims

고속 회전하는 축을 지지하는 고속용 구름 베어링으로서,
상기 구름 베어링은, 내륜 및 외륜과, 상기 내륜과 외륜 사이에 개재(介在)하는 복수의 전동체(轉動體)와, 상기 전동체를 유지하는 유지기(維持器)와, 상기 내륜과 외륜 사이의 빈틈의 개구(開口)를 덮는 시일부재(seal member)를 구비하되, 상기 전동체의 주위에 그리스를 봉입하여 이루어지고,
상기 그리스는, 우레아계 화합물을 증주제로 하는 우레아 그리스에, 상기 우레아계 화합물을 포함하지 않는 비(非)우레아 그리스를 배합해서 이루어지는 고속 베어링용 그리스이며,
상기 우레아계 화합물은, 폴리이소시아네이트 성분과 모노아민 성분을 반응시켜 얻어지되, 상기 모노아민 성분은 지방족 모노아민 및 지환식 모노아민으로부터 선택된 적어도 하나의 모노아민을 모노아민 전체에 대하여 50몰% 이상 함유하는 모노아민 성분이고,
하기 조건 (A) 내지 (E) 중의 적어도 하나의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 고속용 구름 베어링:
(A) 상기 내륜의 전주면 표면, 상기 외륜의 전주면 표면 및 상기 전동체의 표면으로부터 선택된 적어도 하나에 딤플 가공을 실시한 것;
(B) 상기 내륜의 바깥지름면, 상기 외륜의 안지름면 및 상기 전동체의 표면으로부터 선택된 적어도 하나에 피막이 형성되는 것;
(C) 상기 유지기는, 상기 전동체를 포켓부에서 유지하고, 상기 포켓부의 내면에 오목부를 갖고, 적어도 상기 오목부의 가장자리부가 모따기되어 있는 것;
(D) 상기 유지기는 수지제의 유지기인 것;
(E) 상기 그리스와 접촉하는 베어링 내부 표면의 적어도 일부에 발수·발유성 피막이 형성되는 것.
제 1 항에 있어서,
dmN치가 170만 이상으로 되는 고속회전에서 사용되는 것을 특징으로 하는 고속용 구름 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 비우레아 그리스의 증주제는, 금속비누 또는 Na테레프타라메이트로서, 상기 비우레아 그리스 전체에 대한 배합 비율이 10∼40중량%인 것을 특징으로 하는 고속용 구름 베어링.
제 3 항에 있어서,
상기 금속비누는, 분자내에 아미드 결합을 갖는 아미드 금속비누 또는 복합 아미드 금속비누인 것을 특징으로 하는 고속용 구름 베어링.
제 4 항에 있어서,
상기 아미드 금속비누 또는 복합 아미드 금속비누는, 나트륨, 칼슘, 알루미늄, 아연, 또는 바륨을 금속종으로 하는 것을 특징으로 하는 고속용 구름 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 우레아 그리스 및 상기 비우레아 그리스의 기유(基油)는 동점도가 15∼40mm²/sec인 것을 특징으로 하는 고속용 구름 베어링.
제 6 항에 있어서,
상기 우레아 그리스의 기유는 합성 탄화수소유, 에스테르유 및 알킬디페닐 에테르유로부터 선택된 적어도 1개의 기름인 것을 특징으로 하는 고속용 구름 베어링.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 딤플 가공은 숏피닝이고, 상기 가공에 의해 각각의 표면에 형성되는 딤플은, 상기 표면으로부터의 깊이가 0.1∼10㎛인 것을 특징으로 하는 고속용 구름 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 조건 (B)의 피막은, 금속 도금 처리 또는 인산 피막 처리에 의해 형성되는 피막인 것을 특징으로 하는 고속용 구름 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 오목부는, 기름 고임부 또는 릴리프부인 것을 특징으로 하는 고속용 구름 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 유지기에 사용되는 수지는, 폴리아미드 수지, 페놀 수지 또는 폴리에테르에테르케톤 수지인 것을 특징으로 하는 고속용 구름 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 발수·발유성 피막은, (1) 시일부재의 베어링 내부측 표면의 일부, (2) 외륜의 궤도면을 제외한 안지름면 및 시일부재의 베어링 내부측 표면, (3) 내륜의 궤도면을 제외한 바깥지름면 및 시일부재의 베어링 내부측 표면, (4) 전동체와의 접촉면을 제외한 유지기의 표면으로부터 선택된 적어도 하나에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고속용 구름 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 발수·발유성 피막은, 실리콘계 화합물 또는 불소계 화합물을 이용하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고속용 구름 베어링.
제 14 항에 있어서,
상기 실리콘계 화합물은 실록산이고, 상기 불소계 화합물은 플루오르알킬실란인 것을 특징으로 하는 고속용 구름 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 고속용 구름 베어링이, 공작기계의 주축을 지지하는 베어링인 것을 특징으로 하는 고속용 구름 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 고속용 구름 베어링이, 앵귤러 볼 베어링 또는 원통 롤러 베어링인 것을 특징으로 하는 고속용 구름 베어링.