WO2015178495A1 - 転動装置 - Google Patents

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WO2015178495A1
WO2015178495A1 PCT/JP2015/064829 JP2015064829W WO2015178495A1 WO 2015178495 A1 WO2015178495 A1 WO 2015178495A1 JP 2015064829 W JP2015064829 W JP 2015064829W WO 2015178495 A1 WO2015178495 A1 WO 2015178495A1
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WO
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grease
test
lithium
bearing
base oil
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PCT/JP2015/064829
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English (en)
French (fr)
Inventor
雄次郎 戸田
絵里 渡部
泰右 丸山
良佑 天野
芳史 杉田
Original Assignee
日本精工株式会社
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M117/00—Lubricating compositions characterised by the thickener being a non-macromolecular carboxylic acid or salt thereof
    • C10M117/02—Lubricating compositions characterised by the thickener being a non-macromolecular carboxylic acid or salt thereof having only one carboxyl group bound to an acyclic carbon atom, cycloaliphatic carbon atom or hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
    • F16C19/16—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/66—Special parts or details in view of lubrication
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M117/00—Lubricating compositions characterised by the thickener being a non-macromolecular carboxylic acid or salt thereof
    • C10M117/02—Lubricating compositions characterised by the thickener being a non-macromolecular carboxylic acid or salt thereof having only one carboxyl group bound to an acyclic carbon atom, cycloaliphatic carbon atom or hydrogen
    • C10M117/04—Lubricating compositions characterised by the thickener being a non-macromolecular carboxylic acid or salt thereof having only one carboxyl group bound to an acyclic carbon atom, cycloaliphatic carbon atom or hydrogen containing hydroxy groups

Definitions

  • the present invention relates to a rolling device used under a high speed and high load, such as a rolling bearing used to support a spindle of a machine tool.
  • Rolling bearings used for machine tools are often used in a high-speed rotation range exceeding dmn 800,000 (dmn: product of ball pitch circle diameter (mm) and rotation speed (min ⁇ 1 )).
  • dmn product of ball pitch circle diameter (mm) and rotation speed (min ⁇ 1 )
  • the main shaft bearing is often used in the high-speed rotation region as described above, and the inner diameter of the bearing is generally about 30 to 140 mm.
  • a heat-resistant thickener or base oil is used, or an antioxidant is added.
  • a urea compound as a thickener is added to a base oil having a kinematic viscosity at 40 ° C. of 15 to 40 mm 2 / sec as 9 to 14% by mass of the entire grease composition.
  • a grease composition having a blending degree of 220 to 320 is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a grease for high-speed bearings in which a urea grease containing a urea compound as a thickener and a non-urea grease containing a composite amide lithium soap having an amide bond in the molecule as a thickener are blended. Has been.
  • Patent Document 3 a mixed oil of a polyol ester oil and an alkyldiphenyl ether oil is used as a base oil, and a dialkyldithiocarbamate oxide and a hindered phenol compound are mixed and added as an antioxidant.
  • the machine tool is delivered to the customer after the manufacturer manufactures the product and performs a trial run. For this reason, it is desirable for bearings for machine tools to quickly finish the initial break-in operation in a short time.
  • machine tool bearings are also required to have small temperature fluctuations during operation. This is because the heat generated in the bearing is transmitted to the machine tool spindle, and the temperature of the spindle changes, causing the spindle to expand and contract, affecting the machining accuracy of the machine tool.
  • the spacer expands and contracts due to a change in the temperature of the bearing, so that the preload greatly fluctuates, and in the worst case, the preload becomes excessive and seizure occurs.
  • the conventional grease composition including the grease composition described in Patent Documents 1 to 3 described above cannot sufficiently cope with such demands and problems.
  • a urea compound is mostly used as a thickener, but dmn is 1 million or more and the maximum contact surface pressure exceeds 1.5 GPa. If the load is too high, the grease composition using a urea compound as a thickener will not have sufficient lubricity.
  • the present invention can be sufficiently operated for dmn of 800,000 or more, preferably 1,000,000 or more, and is operated under a high speed and high load such that the PV value of the rolling contact portion of the inner ring or the outer ring is 100 MPa ⁇ m / s or more. It aims at providing a rolling device.
  • the present invention provides the following rolling device.
  • a rolling device that includes an outer member, an inner member, and a rolling element and is lubricated by a grease composition
  • the grease composition contains a base oil and a lithium-based soap as a thickener, has a miscibility of 212 to 320, and has a degree of oil separation defined by JIS K 2220 of 100 ° C. for 24 hours. And 4.0 mass% or less.
  • the rolling device according to (1) wherein the value of Formula A is 22 or more.
  • A (Mixing penetration ⁇ 200) ⁇ (Base oil kinematic viscosity ⁇ 15) ⁇ (Oil separation degree + 10) / 100
  • the lithium-based soap includes at least one of 12 hydroxy lithium stearate and lithium stearate, and lithium caprylate, and
  • the grease composition for lubricating the rolling device according to the present invention has excellent lubrication performance, low leakage, dmn 800,000 or more, and PV value of the rolling contact portion of the inner ring and outer ring of 100 MPa ⁇ m / s or more. It is durable enough to withstand use below and even dmn 1 million or more. Furthermore, fluctuations in heat generation during operation can be suppressed to a low level, and the applied operation of the apparatus can be completed in a short time.
  • the rolling device of the present invention has advantages such as load resistance, low leakage, shortening of the break-in time, etc., and machine tools, particularly dmn 800,000 or more, and the PV value of the rolling contact portion is 100 MPa ⁇ m / s or more. It is useful as a machine tool and can sufficiently withstand use at a dmn of 1 million or more.
  • 6 is a graph showing a time-series change in outer ring temperature when test grease F is used. It is a graph which shows the relationship between a consistency and a running-in evaluation score. 6 is a graph showing time-series changes in outer ring temperature when test grease G is used. It is a graph which shows the relationship between base oil kinematic viscosity and calorific value. It is a graph which shows the relationship between the value of Formula A, and endurance time. It is a graph which shows the relationship between the value of Formula B, and temperature stability. It is a graph which shows the relationship between the value of Formula C, and low leakage.
  • the type of rolling device is not limited, but the grease composition described below is excellent in lubricity, has a high base oil holding capacity, has little leakage, and has a short running-in time. It is suitable as a bearing for machines, particularly dmn 800,000 or more, and a PV value of a rolling contact portion of an inner ring or an outer ring of 100 MPa ⁇ m / s or more, and can sufficiently cope with dmn of 1 million or more.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an angular ball bearing, and a plurality of balls, which are rolling elements 3, are held between an inner ring 1 and an outer ring 2 by a cage 4 so as to be freely rollable.
  • the present invention can be applied to a single row cylindrical roller bearing as shown in FIG. 2 (A) or a double row cylindrical roller bearing as shown in FIG. 2 (B). In either case, a plurality of cylindrical rollers as rolling elements 31 are held between the inner ring 1 and the outer ring 2 by the cage 4 so as to be freely rollable.
  • a grease composition is enclosed for lubrication.
  • the grease composition used in the present invention contains a base oil and a lithium-based soap as a thickener and has a miscibility of 212 to 320.
  • the oil separation degree specified in JIS K 2220 is 4.0% by mass or less at 100 ° C. for 24 hours. In the following description, the degree of oil separation defined by JIS K 2220 and held at 100 ° C. for 24 hours is simply referred to as “degree of oil separation”. Moreover, it is preferable that the leakage rate is adjusted to 40% or less.
  • the initial break-in operation of a grease lubricated bearing is performed in order to scrape the grease accumulated on the raceway surface by rotating the bearing to the surroundings by a rolling element and to place it at an appropriate location by a force such as centrifugal force.
  • heat generation can be suppressed more quickly and lower as the fluidity of the grease is higher. Therefore, the time required for the running-in operation is reduced as the consistency is increased.
  • the thickener has a function of retaining the base oil, and the higher the proportion of the thickener in the grease, the higher the retention of the base oil, the less leakage, and the longer the lubrication life. The greater the amount of thickener that holds the base oil, the harder the grease and the lower the consistency.
  • the grease composition has a consistency of 212 to 320, preferably 250 to 295, it is possible to satisfy both the good running-in and the high retention ability of the base oil at the same time.
  • the degree of oil separation is an index representing the supply ability of the base oil to the lubricated surface. If the degree of oil separation is too low, base oil sufficient for sufficient lubrication cannot be supplied to the raceway surface. In particular, during operation under high-speed and high-load conditions, an oil film is difficult to form, and metal contact occurs below the rolling contact surface with sliding at high speed rotation, increasing the risk of seizure. On the other hand, if the degree of oil separation is too high, the supply of the base oil to the lubrication surface becomes excessive, the oil film thickness on the lubrication surface is not constant, and the variation in the amount of generated heat increases. In addition, the base oil is rapidly separated from the grease, resulting in a decrease in the lubrication life.
  • the oil separation degree of the grease composition is 4% or less, preferably 0.1 to 4%, more preferably 0.2 to 1.2%, and still more preferably 0.2 to 1% by mass. It was found that the oil film forming ability necessary for lubrication, the temperature stability during operation, and the high base oil retention ability can be satisfied at the same time by setting to 0.0%.
  • the amount of grease enclosed is generally 10 to 30% of the static space volume inside the bearing, and grease is applied to rolling bearings used in general industrial machines such as motor rolling bearings.
  • the amount is as small as about 50 to 60%.
  • the PV value of the rolling contact portion is 100 MPa ⁇ m / s or more.
  • the required lubrication life can be satisfied by setting the oil separation degree within the above range.
  • the leakage rate of the grease composition is preferably as low as possible, and is preferably 40% or less.
  • the base oil kinematic viscosity is preferably 18 to 60 mm 2 / s at a value of 40 ° C.
  • lubricating oil with relatively low viscosity or grease with low base oil viscosity is often used for heat generation and torque reduction. If the viscosity is too low at this time, it is difficult to form an oil film, and there is an increased risk of seizure due to metal contact occurring under the rolling contact surface with slipping at high speed rotation. Conversely, if the viscosity is too high, the formation of the oil film is good, but the temperature rise of the bearing increases due to the oil stirring resistance and viscosity resistance, and the oil film formation deteriorates.
  • the base oil kinematic viscosity at 40 ° C. is 18 to 40 mm 2 / s.
  • Lubricating oil of said kinematic viscosity can be selected suitably.
  • Synthetic hydrocarbon oils such as mineral oil, hydrocarbon oils, aromatic oils, ester oils, ether oils, etc. can be used, but in order to suppress seizure under high speed and high load, heat resistant lubricating oil Is preferably used.
  • lithium soap as a thickener.
  • general soaps containing lithium as a metal species such as lithium soap and lithium complex soap, can be used.
  • Other metal soap-based thickeners such as barium-based soap, increase the oil separation and easily leak the grease composition.
  • the urea compound cannot achieve the desired low leakage and the effect of shortening the break-in time.
  • Lubricating with a grease composition containing such a specific thickener is sufficient for various rolling devices used for high-speed and high-load applications exceeding DmN 1 million as shown in the examples described later. Applicable.
  • High-speed and high-load bearings usually cool the device to prevent abnormal temperature rise, but extremely large frictional heat is generated locally. Therefore, as one component of the thickener, at least one of 12 hydroxy lithium stearate and lithium stearate which are low heat generation and low noise, preferably a mixture of both, is used. However, since 12 hydroxy lithium stearate and lithium stearate have high thickening properties, the amount of thickening agent is usually as small as about 10% by mass of the total amount of grease, and grease leakage is likely to occur under high speed and high load.
  • lithium caprate is used in combination to suppress thickening as compared with the case of using 12 hydroxy lithium stearate or lithium stearate alone.
  • the amount of thickener can be increased, and the scattering of the grease composition is suppressed, making it difficult to leak.
  • the amount of thickener can be increased to 13 to 21% by mass of the total amount of grease.
  • the consistency is NLGI No. It is preferably 2 to 3.
  • the ratio of lithium caprate / (lithium stearate + 12 hydroxylithium stearate) is preferably 0.25 to 0.50 in terms of mass ratio, More preferably, it is set to ⁇ 0.40.
  • the amount or ratio of lithium stearate is reduced, or lithium caprate and 12 hydroxystearate are added to obtain lithium stearate / (lithium caprate + 12 hydroxylithium stearate / 6)
  • the ratio is preferably 0 to 2.0 by mass ratio.
  • an antioxidant or an extreme pressure agent to the grease composition in consideration of use at a high speed and a high load, and an appropriate amount can be added within a range not impairing the effects of the present invention.
  • an appropriate amount of various additives can be added depending on the purpose.
  • the amount of grease filled is preferably 10-30% of the static space volume inside the bearing formed by the inner ring 1, the outer ring 2, the rolling elements 3, and the cage 4.
  • the above grease composition it is suitable for lubrication of bearings for machine tools and has a high load with a dmn of 800,000 or more and a PV value of a rolling contact portion of either the inner ring or the outer ring of 100 MPa ⁇ m / s or more. It is possible to improve seizure resistance during operation, reduce heat fluctuation during operation, reduce the amount of grease leakage, and further shorten the running-in time. Furthermore, it is possible to sufficiently cope with cases where dmn is 1 million or more.
  • test greases A to I were prepared using mineral oils having different kinematic viscosities at 40 ° C., oils containing components such as ethers, esters and poly- ⁇ -olefins as the base oil and changing the type of thickener.
  • the test greases D to G include, as a thickener, at least one of 12 hydroxy lithium stearate and lithium stearate and lithium caprylate, and lithium caprate / (lithium stearate + 12 hydroxy lithium stearate.
  • the rate ratio is 0.25 to 0.50 in mass ratio.
  • the same additive was added to any test grease.
  • the blending degree and the oil separation degree when it left still at 100 degreeC for 24 hours were measured. The measurement results are also shown in Table 1.
  • (1) -1 Seizure resistance evaluation test Test grease was sealed in an angular ball bearing 50BNR10ST having an inner diameter of 50 mm to produce a test shaft bearing. Then, seizure resistance was evaluated using the test apparatus shown in FIG. In the illustrated test apparatus, a test spindle and a pair of upper and lower support bearings (angular ball bearings 50BNR10HTYN) are mounted, and a test spindle to which a predetermined preload is applied by a preload spring from the support shaft side is coupled to the support spindle. And the inner ring of the test bearing is rotated at a predetermined rotational speed.
  • test conditions were an ambient temperature of 25 ° C., a rotational speed of 18000 min ⁇ 1 (dmn 1.15 million), a preload load of 2200 N, and the amount of grease filled was 15% of the static space volume inside the bearing.
  • the following four items were evaluated under these conditions.
  • the results are also shown in Table 1.
  • d From the ratio (leakage rate) of the grease spilled before and after the evaluation test to low leakage (d) from the time required for the amount of heat generated to be constant after finishing the initial running-in operation (see Fig.
  • the leakage rate is a value at the time when 200 hours have elapsed when the mass of the grease in the bearing is measured before and after the test in this test and the ratio of the leaked grease is approximated by a logarithmic function.
  • (1) -2 Calorific value measurement test An angular contact ball bearing 50BNR10HT was filled with test grease to produce a test bearing. And the emitted-heat amount of the test bearing was measured using the test apparatus shown in FIG.
  • a pair of test bearings are mounted, a test spindle to which a predetermined preload is applied by a preload spring, and a support spindle are connected via a coupling, and an inner ring is rotated by a drive spindle.
  • a dynamic torque meter was installed between the test spindle and the support spindle, and the dynamic torque value input to drive the test spindle was measured as the heat generation amount of the bearing.
  • test conditions were: ambient temperature 25 ° C, rotation speed 28000min -1 (dmn 1.8 million), preload load 650N, grease filling amount was 15% of static space volume inside the bearing, and the heat generation amount was constant after the initial running-in operation. The time required to become was measured.
  • FIG. 5 shows the durability time until the bearing is seized for each type of thickener of the test grease.
  • Test grease A using barium complex soap as a thickener and test greases B and C using urea were baked in 15 hours and 50 hours, respectively.
  • the test greases D to I using lithium soap or lithium complex soap as a thickener were durable without being baked for 200 hours or more in all tests. From this, it can be seen that the use of lithium soap or lithium complex soap (lithium-based soap) as the thickener is superior in seizure resistance under load than other thickeners.
  • test grease G with an oil separation degree of 0.1% was seized in about 200 hours, but the oil separation degree was 0.2% or more.
  • the test grease was not seized even after 250 hours had elapsed, and was able to continue operation. From this, in order to obtain sufficient seizure resistance, the oil separation degree is set to 0.1% or more, preferably 0.2% or more. A remarkable difference was observed at an oil separation degree of around 0.2%.
  • FIG. 6 shows the degree of variation in the temperature of the outer ring of the bearing at the time of steady operation after sufficient running-in.
  • the scores are shown in Table 1.
  • ⁇ is represented by 3 points, ⁇ is 2 points, ⁇ is 1 point, and x is 0 point, and the higher the score, the smaller the temperature fluctuation during steady operation.
  • the grade of each grease is determined based on the following criteria.
  • A In both (1) -1 and (1) -2, the fluctuation range of the bearing outer ring temperature during steady operation is less than 1 ° C.
  • ⁇ Steady in either (1) -1 or (1) -2
  • the fluctuation range of the bearing outer ring temperature during operation is 1 ° C. or more and less than 2 ° C.
  • FIG. 7 shows test grease E (oil separation degree 0.2%)
  • Fig. 8 shows test grease A (oil separation degree 1.0%)
  • Fig. 9 shows test grease F (oil separation degree). 1.2%) shows the transition of the bearing outer ring temperature after the initial break-in operation in the (1) -1 seizure resistance evaluation test.
  • the fluctuation range of the outer ring temperature of the test bearing in which the test greases E and A having an oil separation degree of 0.2% and an oil separation degree of 1% are enclosed is about 0.5 ° C.
  • the fluctuation range of the outer ring temperature of the test bearing in which the test grease F having an oil level of 1.2% is sealed is slightly increased to about 2.5 ° C.
  • this grease F (a) has a durability time exceeding 250 hours in the durability test.
  • the oil separation degree affects the temperature stability of the rotating bearing, and if the oil separation degree exceeds 1.0%, a large temperature fluctuation of 2 ° C. or more occurs. Accordingly, the grease sealed in the machine tool spindle bearing is required to have a degree of oil separation of 4% or less, preferably 1.2% or less, more preferably 1.0% or less.
  • (C) Leakage rate During the vertical operation, the ratio of grease that flows out before and after operation after 200 hours of operation at the maximum rotation speed is defined as “leakage rate”.
  • Table 1 shows the leakage rate after 200 hours. The leakage rate is indicated as x when the leakage rate is 40% or more, ⁇ when the leakage rate is 35% or more and less than 40%, and ⁇ when it is less than 35%.
  • test grease E and test grease E ′ having the same components as test grease E but having a reduced proportion of the thickener were prepared, and the seizure resistance evaluation test of (1) -1 was performed.
  • Table 2 shows the leakage rate at 200 hours and the leakage rate at 3000 hours obtained by logarithmic function approximation, respectively.
  • the thickening agent amount of grease E is 11.3% and the grease E ′ is 8.3%. In the grease of the present invention, a large difference occurs in the leakage rate when the thickening agent amount is about 10%.
  • test grease E ′ when the leak rate at 200 hours is about 40%, the leak rate at 3000 hours is about 50%, and the supply capacity of the base oil is lowered and lubrication becomes severe.
  • machine tools are processed under various conditions such as heavy cutting at low speed to light cutting at high speed. Therefore, if the continuous speed operation time at the maximum speed exceeds 3000 hours, it will be practically used. In this vertical operating condition, it is required that the leakage rate when operating at the maximum rotation speed for 200 hours is less than 40%.
  • FIG. 10 shows the results of the running-in evaluation test
  • FIG. 11 shows the temperature transition graph of the bearing outer ring after the start of the seizure resistance evaluation test of the test grease G.
  • the graph of FIG. 10 shows the amount of increase in temperature when the number of revolutions is increased in the run-in operation and the run-in after the start of the test in the seizure resistance evaluation test of (1) -1 and the calorific value measurement test of (1) -2.
  • the running-in is determined from the time required for the bearing temperature to settle to a certain degree after the operation is finished, and is indicated by a score. The score is shown in Table 1.
  • ⁇ 3 points, ⁇ is 2 points, ⁇ is 1 point, and X is 0 point, and the higher the score, the better the wear-in of the bearing.
  • the grade of each grease is determined based on the following criteria.
  • A A temperature peak does not occur after increasing the number of revolutions in the running-in operation, and the temperature becomes steady within approximately one hour.
  • ⁇ The temperature peak after increasing the number of revolutions during the break-in operation is about +3 to + 5 ° C. during steady operation, or the temperature becomes steady within approximately 2 hours.
  • ⁇ It takes 2 to 5 hours for the temperature graph to swell after increasing the number of revolutions during running-in or until the temperature becomes steady.
  • X It takes 5 hours or more for the temperature graph to swell greatly after increasing the number of revolutions in the running-in operation or until the temperature becomes steady.
  • Fig. 10 shows that the running-in of the bearing greatly depends on the consistency of the grease to be enclosed. Further, as shown in FIG. 11, in the test grease G having a consistency of 212, the outer ring temperature has a larger peak than after the start of the test, and it takes 10 hours or more for the temperature to settle to a steady state. In rolling bearings for machine tool main spindles, it is desirable to finish the initial break-in operation in a short time. However, in order to satisfy the minimum rating of 1, a consistency of 240, more desirably a consistency of 260 is required. I can say that.
  • FIG. 12 shows the calorific value and the oil film thickness when the parameters other than the base oil kinematic viscosity are all the same from the calculation and the base oil kinematic viscosity of the grease to be filled is changed.
  • the kinematic viscosity in 40 degreeC should just be 20 mm ⁇ 2 > / s or more. Therefore, it can be said that the kinematic viscosity at 40 ° C. of the base oil is preferably 18 to 60 mm 2 / s. More preferably, it is 20 to 40 mm 2 / s.
  • lithium soap is added as a thickener to a base oil having a kinematic viscosity at 40 ° C. of 20 to 60 mm 2 / s as in test grease E, and the consistency is adjusted to 240 to 320.
  • the degree of oil separation will satisfy 0.2-1.2%, the leakage rate will be 40% or less, and it will be excellent in durability, temperature stability and running-in under high load, It turns out that it is especially preferable.
  • Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 4 Test greases were prepared using the base oil and thickener shown in Table 3. That is, in the examples, as a thickener, lithium caprate and at least one of 12 hydroxy lithium stearate and lithium stearate were mixed at the indicated ratio and kneaded with the base oil to adjust the consistency to NLGI No. Adjusted to 2. In the comparative example, 12 hydroxy lithium stearate or lithium stearate alone was used as the thickener, and kneaded with the base oil to adjust the consistency to NLGI No. Adjusted to 2. In addition, as an additive, an antioxidant and a rust inhibitor were added to each test grease so as to be 1% by mass of the total amount of grease.
  • FIG. 17 is a graph showing the relationship between the lithium caprate / (lithium stearate + 12 hydroxylithium stearate) ratio and the grease leakage rate.
  • FIG. 18 is a graph showing the relationship between the lithium stearate / (lithium caprate + 12 hydroxylithium stearate) ratio and torque.
  • the grease As in the examples, by using at least one of 12 hydroxy lithium stearate and lithium stearate in combination with lithium caprate, compared to a lithium thickener alone not using lithium caprate, the grease It can be seen that the leakage rate, durability, and torque are excellent.
  • the rolling device of the present invention is suitable for use under a high speed and high load, such as a rolling bearing used to support the spindle of a machine tool. More specifically, the rolling device has a dmn of 800,000 or more. It is useful for applications in which the PV value of the rolling contact portion of the outer ring is 100 MPa ⁇ m / s or more, and even if it is dmn 1 million or more, it can be used sufficiently.

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Abstract

　基油と、増ちょう剤としてリチウム系石けんとを含有し、かつ、混和ちょう度が２１２～３２０で、ＪＩＳ　Ｋ　２２２０に規定される離油度が、１００℃、２４時間で４．０質量％以下であるグリース組成物により、工作機械用軸受を潤滑する。

Description

転動装置
　本発明は、例えば工作機械の主軸を支持するために使用される転がり軸受のように、高速高荷重下で使用される転動装置に関する。
　工作機械に用いられる転がり軸受は、ｄｍｎ８０万（ｄｍｎ：玉ピッチ円直径（ｍｍ）と回転数（ｍｉｎ－１）との積）を超えるような高速回転域で使用されることが多い。特にマシニングセンタにおいては、主軸軸受が上記のような高速回転域で使用されるものが多く、その軸受内径は３０～１４０ｍｍ程度が一般的である。
　また、工作機械では、主軸の剛性を高めるために高い予圧をかけることがあり、内輪や外輪の転がり接触部のＰＶ値が１００ＭＰａ・ｍ／ｓ以上になることが多く、工作機械用の軸受には高速回転条件下における耐荷重性能も求められる。
　更に、回転が高速化すると軸受の転がり面は高温度になり、耐熱性の乏しいグリースでは熱劣化してグリースの寿命が著しく短くなる。このような問題に対しては、耐熱性のある増ちょう剤や基油を使用したり、酸化防止剤を添加したりすることが行われている。例えば、耐熱性を考慮して、特許文献１では、４０℃における動粘度が １５～４０ｍｍ２／ｓｅｃである基油に、増ちょう剤としてウレア化合物をグリース組成物全体の９～１４質量％となるように配合し、混和ちょう度が ２２０～３２０であるグリース組成物が開示されている。また、特許文献２には、ウレア系化合物を増ちょう剤とするウレアグリースに、分子内にアミド結合を有する複合アミドリチウム石けんを増ちょう剤とする非ウレアグリースを配合した高速軸受用グリースが開示されている。
　また、特許文献３では、ポリオールエステル油とアルキルジフェニルエーテル油との混合油を基油とし、酸化防止剤としてジアルキルジチオカルバミン酸塩系酸化物とヒンダードフェノール系化合物とを混合添加している。
　ところで、工作機械は、メーカーが製品を製作し、更に試運転を行った上で、客先へ納品される。そのため、工作機械用の軸受には初期の慣らし運転を短時間で速やかに終えることが望まれる。
　また、工作機械用軸受は、軸受の軸方向両端面側にシールを用いないオープンタイプでのグリース潤滑が多く、特に立型スピンドルでの使用では、重力によってグリースが軸受から流出するおそれが高い。そのため、封入するグリースには、漏洩量低減のため、適切な付着力及び基油保持能力が求められる。
　更には、工作機械用軸受には、運転中の温度の変動が小さいことも求められる。これは、軸受の発熱が工作機械主軸へと伝わり、主軸の温度が変化することで主軸が伸縮し、工作機械の加工精度に影響を及ぼすためである。特に、定位置予圧方式の場合は、軸受の温度の変動により間座が伸び縮みして予圧が大きく変動し、最悪の場合は予圧過大となり焼付に至る。
　このような要求や問題に対して、上記した特許文献１～３に記載されているようなグリース組成物を含めて従来のグリース組成物は、十分に対応できていない。
　また、特許文献４のように、高速用グリース組成物では、増ちょう剤にウレア化合物を用いる場合が大部分であるが、ｄｍｎ１００万以上で、かつ、最大接触面圧が１．５ＧＰａを超えるような高荷重になると、ウレア化合物を増ちょう剤とするグリース組成物は潤滑性が十分ではなくなる。
日本国特開２００６－２９４７３号公報 日本国特開２００９－２７５１７６号公報 日本国特開平８－１８８７８８号公報 日本国特許第３５１９４１７号公報
　そこで本発明は、ｄｍｎ８０万以上、好ましくは１００万以上にも十分に対応でき、内輪や外輪の転がり接触部のＰＶ値が１００ＭＰａ・ｍ／ｓ以上になるような高速高荷重下で運転される転動装置を提供す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、下記に示す転動装置を提供する。
（１）外方部材と、内方部材と、転動体とを備え、グリース組成物により潤滑される転動装置において、
　前記グリース組成物が、基油と、増ちょう剤としてリチウム系石けんとを含有し、かつ、混和ちょう度が２１２～３２０で、ＪＩＳ　Ｋ　２２２０に規定される離油度が、１００℃、２４時間で４．０質量％以下であることを特徴とする転動装置。
（２）前記グリース組成物の前記混和ちょう度と、基油の４０℃における動粘度（基油動粘度）と、前記１００℃、２４時間の離油度（離油度）で表される下記式Ａの値が２２以上であることを特徴とする上記（１）記載の転動装置。
　Ａ＝（混和ちょう度－２００）×（基油動粘度－１５）×（離油度＋１０）／１００
（３）前記リチウム系石けんが、１２ヒドロキシリチウムステアレート及びリチウムステアレートの少なくとも１種と、カプリル酸リチウムとを含み、かつ、
　カプリン酸リチウム／（リチウムステアレート＋１２ヒドロキシリチウムステアレート）比が、質量比で、０．２５～０．５０であることを特徴とする上記（１）または（２）記載の転動装置。
　本発明の転動装置を潤滑するグリース組成物は、潤滑性能に優れるとともに、漏洩が少なく、ｄｍｎ８０万以上、内輪及び外輪の転がり接触部のＰＶ値が１００ＭＰａ・ｍ／ｓ以上になる高速高荷重下での使用、更にはｄｍｎ１００万以上での使用にも十分に耐え得る耐久性を有する。更には、運転時の発熱の変動を低く抑え、適用した装置の慣らし運転を短時間で済ませることができる。
　そのため、本発明の転動装置は、耐荷重性、低漏洩性、慣らし時間の短縮等の利点を有し、工作機械、特にｄｍｎ８０万以上、転がり接触部のＰＶ値が１００ＭＰａ・ｍ／ｓ以上となる工作機械用として有用であり、ｄｍｎ１００万以上での使用にも十分に堪え得る。
本発明の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。 本発明の転がり軸受の他の例である（Ａ）単列円筒ころ軸受、（Ｂ）複列円筒ころ軸受を示す断面図である。 耐焼付性評価試験に用いた試験装置の概略図である。 発熱量測定試験に用いた試験装置の概略図である。 増ちょう剤の種類と耐久時間との関係を示すグラフである。 離油度と温度安定評価点との関係を示すグラフである。 試験グリースＥを用いたときの外輪温度の時系列変化を示すグラフである。 試験グリースＡを用いたときの外輪温度の時系列変化を示すグラフである。 試験グリースＦを用いたときの外輪温度の時系列変化を示すグラフである。 ちょう度と慣らし性評価点との関係を示すグラフである。 試験グリースＧを用いたときの外輪温度の時系列変化を示すグラフである。 基油動粘度と発熱量との関係を示すグラフである。 式Ａの値と、耐久時間との関係を示すグラフである。 式Ｂの値と、温度安定性との関係を示すグラフである。 式Ｃの値と、低漏洩性との関係を示すグラフである。 式Ｄの値と、慣らし性との関係を示すグラフである。 カプリン酸リチウム／（リチウムステアレート＋１２ヒドロキシリチウムステアレート）比と、グリース漏洩率との関係を示すグラフである。 リチウムステアレート／（カプリン酸リチウム＋１２ヒドロキシリチウムステアレート／６）比と、トルクとの関係を示すグラフである。
　以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
　本発明において転動装置の種類には制限はないが、後述するグリース組成物は、潤滑性に優れるとともに、基油の保持能力が高く、漏洩が少なく、慣らし運転時間が短いことなどから、工作機械用、特にｄｍｎ８０万以上、内輪や外輪の転がり接触部のＰＶ値が１００ＭＰａ・ｍ／ｓ以上で使用される軸受として好適であり、ｄｍｎ１００万以上の場合にも十分に対応可能である。
　工作機械用軸受としてアンギュラ玉軸受やころ軸受が一般的であり、本発明でもこれらの軸受を例示することができる。図１は、アンギュラ玉軸受の一例を示す断面図であり、内輪１と外輪２との間に、転動体３である複数の玉を保持器４により転動自在に保持され、
　また、図２（Ａ）に示すような単列円筒ころ軸受や図２（Ｂ）に示すような複列円筒ころ軸受などにも本発明を適用することができる。何れも、内輪１と外輪２との間に、転動体３１である複数の円筒ころを保持器４により転動自在に保持される、
　そして、潤滑のためにグリース組成物が封入されるが、本発明で用いるグリース組成物は、基油と、増ちょう剤としてリチウム系石けんとを含有し、かつ、混和ちょう度が２１２～３２０で、ＪＩＳ　Ｋ　２２２０に規定される離油度が、１００℃、２４時間で４．０質量％以下である。尚、以降の説明において、ＪＩＳ　Ｋ　２２２０で規定され、１００℃で２４時間保持したときの離油度を、単に「離油度」という。また、漏洩率が４０％以下に調整されていることが好ましい。
　グリース潤滑される軸受の初期の慣らし運転は、軸受を回転させることにより軌道面に溜まったグリースを転動体によって周囲に掻き出し、遠心力などの力により適切な箇所へ配置させるために行う。この慣らし運転は、グリースの流動性が高いほど速やかに、かつ発熱を低く抑えることができ、従って、ちょう度が高いほど慣らし運転に要する時間が低減される。一方で、増ちょう剤は基油を保持する働きを持ち、グリースに占める増ちょう剤の割合が高いほど基油の保持力が高く、漏洩量が減り、潤滑寿命が延びる。基油を保持する増ちょう剤量が増えるほどグリースは固くなり、ちょう度が低下する。
　本発明では、グリース組成物のちょう度を２１２～３２０、好ましくは２５０～２９５にすることにより、慣らし性の良さと基油の保持能力の高さとを同時に満足できることを見出した。
　また、離油度は潤滑面への基油の供給性を表す指標である。離油度が低すぎると、潤滑を十分に行うだけの基油を軌道面へ供給できない。特に高速、高荷重条件下での運転中は油膜が形成されにくく、高速回転で滑りを伴う転がり接触面下で金属接触が生じ、焼付きに至るリスクが増大する。一方で、離油度が高すぎると、潤滑面への基油の供給が過多となり、潤滑面における油膜厚さが一定とならず、発熱量の変動が大きくなる。また、グリースからの基油の分離が早く進むことで、潤滑寿命の低下を招く。
　本発明では、グリース組成物の離油度を、質量％で、４％以下、好ましくは０．１～４％、より好ましくは０．２～１．２％、更に好ましくは０．２～１．０％にすることにより、潤滑に必要な油膜形成能力、運転中の温度の安定性、基油の保持能力の高さを同時に満足できることを見出した。
　また、工作機械主軸用軸受では、グリースの封入量が軸受内部の静空間容積の１０～３０％が一般的であり、モータ用転がり軸受等の一般産業機械にて使用される転がり軸受のグリース封入量に対して５０～６０％程度と少ない。これは低発熱特性と慣らし運転時間の低減を求められる、工作機械主軸用軸受に特有の仕様であり、上記の物性を満足することにより、特に転がり接触部のＰＶ値が１００ＭＰａ・ｍ／ｓ以上で使用される離油条件下においては、潤滑性能及び発熱特性に顕著な効果が現れる。また、グリース封入量が１０～３０％と少ない工作機械特有の条件下においても、離油度を上記範囲にすることにより要求される潤滑寿命を満足できる。
　尚、グリース組成物の漏洩率は低いほど好ましく、４０％以下とすることが望ましい。
　上記の物性にするためには、基油動粘度を４０℃における値で１８～６０ｍｍ２／ｓとすることが好ましい。工作機械用軸受では、発熱並びにトルク低減のために、比較的粘度の低い潤滑油もしくは基油粘度の低いグリースが用いられることが多い。このとき粘度が低すぎると、油膜が形成しづらく、高速回転で滑りを伴う転がり接触面下で金属接触が生じて焼付きに至るリスクが高まる。逆に粘度が高すぎると、油膜の形成は良好であるが、油の撹拌抵抗や粘性抵抗により軸受の昇温が大きくなり、油膜形成が悪化する。また、工作機械ではハウジング側のみを冷却するものが多く、軸受の外輪と内輪との間に温度差が生じる。そして、内外輪の温度差が大きくなることで、内外輪の間座の伸び量に差が生じ、予圧が過大となり焼付に至る恐れがある。そこで、基油動粘度をこの範囲にすることにより、潤滑に必要な油膜厚さを保ち、かつ発熱量過多とならない運転条件を実現することができる。より好ましくは、４０℃における基油動粘度を１８～４０ｍｍ２／ｓとする。
　尚、基油の種類には制限はなく、上記の動粘度の潤滑油を適宜選択することができる。鉱油や、炭化水素系油、芳香族系油、エステル系油、エーテル系油等の合成炭化水素油等を使用できるが、高速高荷重下での焼付きを抑えるために、耐熱性の潤滑油を用いることが好ましい。
　また、増ちょう剤としてリチウム系石けんを用いることが好ましい。リチウム系石けんとしては、リチウム石けんやリチウムコンプレックス石けんのように、金属種としてリチウムを含む石けん一般を使用することができる。他の金属石けん系の増ちょう剤、例えばバリウム系石けんでは、離油度が大きくなり、グリース組成物が漏洩しやすくなる。また、ウレア化合物では目的とする低漏洩性と慣らし時間短縮効果が十分に得られない。
　特に、１２ヒドロキシリチウムステアレート及びリチウムステアレートの少なくとも１種と、カプリン酸リチウムとを増ちょう剤として含むことが好ましい。このような特定の増ちょう剤を含むグリース組成物で潤滑することにより、後述する実施例にも示すように、ＤｍＮ１００万を超えるような高速高荷重用途に使用される各種転動装置にも十分適用可能である。
　高速高荷重用軸受では、通常は装置を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。そこで、増ちょう剤の一方の成分として、低発熱で、低騒音でもある１２ヒドロキシリチウムステアレート及びリチウムステアレートの少なくとも１種、好ましくは両者を混合して使用する。但し、１２ヒドロキシリチウムステアレートやリチウムステアレートは、増ちょう性が高いため、通常は増ちょう剤量がグリース全量の１０質量％程度と少なく、高速高荷重下ではグリース漏洩が起こりやすい。
　そこで、カプリン酸リチウムを併用して、１２ヒドロキシリチウムステアレートやリチウムステアレートを単独で使用する場合に比べて増ちょう性を抑える。それに伴って、増ちょう剤量を増すことができ、グリース組成物の飛散が抑えられて漏洩しにくくなる。具体的には、増ちょう剤量を、グリース全量の１３～２１質量％にまで高めることができる。また、この特定の増ちょう剤を用いる場合、ちょう度はＮＬＧＩ　Ｎｏ．２～３とすることが好ましい。
　高速高荷重下では、せん断の影響からグリース組成物のせん断劣化が加速度的に進み、グリース組成物の軟化や漏洩につながるが、このようなグリース性状にすることにより、摩擦面へのグリース組成物の過剰な供給を抑えることができ、発熱による面圧の増大やグリース劣化の促進を防ぎ、長寿命を実現することができる。更には、基油が枯渇したときでも、潤滑部には増ちょう剤が介在し、非常にスピーディなグリース供給が期待できる。
　このような作用を有効に発現させるためには、カプリン酸リチウム／（リチウムステアレート＋１２ヒドロキシリチウムステアレート）比が、質量比で、０．２５～０．５０とすることが好ましく、０．２５～０．４０とすることがより好ましい。
　また、軸受のトルクを重視する場合は、リチウムステアレートの量や比率を小さくしたり、カプリン酸リチウム及び１２ヒドロキシステアレートを含有させて、リチウムステアレート／（カプリン酸リチウム＋１２ヒドロキシリチウムステアレート／６）比を、質量比で、０～２．０とすることが好ましい。
　尚、グリース組成物には、高速高荷重での使用を考慮すると、酸化防止剤や極圧剤を添加することが好ましく、本発明の効果を損なわない範囲で適量添加することができる。その他にも、目的に応じて種々の添加剤を適量添加することができる。
　尚、グリース封入量は、内輪１、外輪２、転動体３及び保持器４で形成される軸受内部の静空間容積の１０～３０％とすることが好ましい。
　上記のグリース組成物を用いることにより、工作機械用軸受の潤滑にも好適となり、ｄｍｎ８０万以上、内輪及び外輪の何れか一方の転がり接触部のＰＶ値が１００ＭＰａ・ｍ／ｓ以上となる高荷重運転時における耐焼付性を向上させ、運転時の熱変動を低減し、グリースの漏洩量を低減し、更には慣らし運転時間を短縮することができる。更には、ｄｍｎ１００万以上の場合にも十分に対応可能となる。
　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。
＜試験１＞
（基油の調製）
　表１に示すように、基油に４０℃における動粘度が異なる鉱油、エーテル、エステル、ポリ－α－オレフィン等の成分を含む油を用い、増ちょう剤の種類を変えて試験グリースＡ～Ｉを、混練を調整しつつ調製した。また、試験グリースＤ～Ｇでは、増ちょう剤として、１２ヒドロキシリチウムステアレート及びリチウムステアレートの少なくとも１種と、カプリル酸リチウムとを含み、かつ、カプリン酸リチウム／（リチウムステアレート＋１２ヒドロキシリチウムステアレート）比が、質量比で、０．２５～０．５０である。尚、何れの試験グリースにも同一の添加剤を添加した。また、各試験グリースについて、その混和ちょう度、並びに１００℃で２４時間静置したときの離油度を測定した。測定結果を表１に併記した。
（１）－１：耐焼付性評価試験
　試験グリースを内径５０ｍｍのアンギュラ玉軸受５０ＢＮＲ１０ＳＴに封入し、試験軸軸受を作製した。そして、図３に示す試験装置にて耐焼付性を評価した。尚、図示される試験装置は、試験軸受並びに上下一対のサポート軸受（アンギュラ玉軸受５０ＢＮＲ１０ＨＴＹＮ）を装着し、サポート軸側から予圧バネにより所定の予圧を加えた試験スピンドルと、サポートスピンドルとをカップリングにより連結し、所定の回転数にて試験軸受の内輪を回転させる構造になっている。試験条件は、周囲温度２５℃、回転数１８０００ｍｉｎ－１（ｄｍｎ１１５万）、予圧荷重２２００Ｎ、グリース封入量は軸受内部の静空間容積の１５％とし、この条件で下記の４項目について評価した。結果を表１に併記する。
（ａ）軸受の焼付が発生するまでの時間から、高荷重下での耐焼付性能
（ｂ）初期慣らし運転を終えた後の定常回転時における評価軸受の温度変動量から、温度安定性
（ｃ）評価試験の前後で流出したグリースの封入時に対する割合（漏洩率）から、低漏洩性
（ｄ）初期慣らし運転を終えて発熱量が一定になるまでに要する時間から、慣らし性（図４に示す試験装置を使用）
　尚、漏洩率は、本試験において試験前後に軸受内部のグリースの質量を測定し、漏洩したグリースの割合を対数関数近似したときの、２００時間経過時点での値で示す。
（１）－２：発熱量測定試験
　アンギュラ玉軸受５０ＢＮＲ１０ＨＴに、試験グリースを封入して試験軸受を作製した。そして、図４に示す試験装置を用いて試験軸受の発熱量を測定した。図示される試験装置では、一対の試験軸受を装着し、予圧バネにより所定の予圧を加えた試験スピンドルと、サポートスピンドルとがカップリングを介して連結されており、駆動スピンドルにより内輪を回転させる。また、試験スピンドルとサポートスピンドルとの間に動トルク計を設置し、試験スピンドルを駆動させるために入力した動トルク値を軸受の発熱量として測定した。試験条件は、周囲温度２５℃、回転数２８０００ｍｉｎ－１（ｄｍｎ１８０万）、予圧荷重６５０Ｎ、グリース封入量は軸受内部の静空間容積の１５％であり、初期慣らし運転を終えて発熱量が一定になるまでに要した時間を計測した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記の評価試験から、次のことがわかる。
（ａ）耐焼付性能
　図５は、軸受が焼付に至るまでの耐久時間を、試験グリースの増ちょう剤の種類ごとに示したものである。増ちょう剤にバリウムコンプレックス石けんを用いた試験グリースＡ、ウレアを使用した試験グリースＢ，Ｃは、それぞれ１５時間、５０時間で焼付に至った。一方で、増ちょう剤にリチウム石けんあるいはリチウムコンプレックス石けんを用いた試験グリースＤ～Ｉは、全ての試験で２００時間以上焼付くことなく耐久した。このことから、増ちょう剤にリチウム石けんまたはリチウムコンプレックス石けん（リチウム系石けん）を用いることで、他の増ちょう剤を用いるよりも荷重下での耐焼付性に優れることがわかる。
　また、リチウム石けんまたはリチウムコンプレックス石けんを増ちょう剤とする試験グリースＤ～Ｉの中でも、離油度０．１％の試験グリースＧは約２００時間で焼付いたが、離油度０．２％以上の試験グリースは２５０時間を経過しても焼付かず、更に継続運転が可能な状態であった。このことから、十分な耐焼付性能を得るためには、離油度を０．１％以上、好ましくは０．２％以上にする。離油度０．２％前後で顕著な差が認められた。
（ｂ－１）温度安定性
　図６は、慣らし運転を十分に終えた後の定常運転時における、軸受外輪温度の変動の度合いを評点で示したものである。評点を表１に示すが、◎を３点、○を２点、△を１点、×を０点として表し、点数が高いほど定常運転時の温度の変動が小さいことを示す。各グリースの評点は、下記判断基準に基づいて決定している。
◎：（１）－１、（１）－２の両方において、定常運転時の軸受外輪温度の変動幅が１℃未満
○：（１）－１、（１）－２の何れかにおいて、定常運転時の軸受外輪温度の変動幅が１℃以上２℃未満
△：（１）－１、（１）－２の何れかにおいて、定常運転時の軸受外輪温度の変動幅が２℃以上３℃未満
×：（１）－１、（１）－２の何れかにおいて、定常運転時の軸受外輪温度の変動幅が３℃以上
（ｂ－２）離油度
　図７に試験グリースＥ（離油度０．２％）、図８に試験グリースＡ（離油度１．０％）、図９に試験グリースＦ（離油度１．２％）について、（１）－１耐焼付性評価試験にて初期慣らし運転を終えた後の軸受外輪温度の推移をそれぞれ示す。図７～９より、離油度０．２%および離油度１%の試験グリースＥ、Ａを封入した試験軸受の外輪温度の変動幅が約０．５℃であるのに対して、離油度１．２%の試験グリースＦを封入した試験軸受の外輪温度の変動幅は約２．５℃と若干大きくなる。但し、このグリースＦは、（ａ）耐久性試験では耐久時間が２５０時間を超えている。グリースの離油度が回転中の軸受の温度安定性に影響を及ぼし、離油度が１．０％を超えると２℃以上の大きな温度変動を生じる。従って、工作機械主軸用軸受に封入するグリースには、離油度が４％以下、好ましくは１．２%以下、より好ましくは１．０％以下であることが求められる。
（ｃ）漏洩性
　立形での運転時において、使用条件の最高回転数で２００時間運転した後の、運転前後で流出したグリースの割合を「漏洩率」と定義する。表１に２００時間経過時の漏洩率を示すが、漏洩率が４０%以上のときに×、３５％以上４０％未満のときに○、３５％未満のときに◎で表している。
　また、試験グリースＥと、試験グリースＥと成分が同じで増ちょう剤の割合を減らした試験グリースＥ´を調製して、（１）－１の耐焼付性能評価試験を行った。表２に、２００時間での漏洩率、及び対数関数近似にて求められる３０００時間での漏洩率をそれぞれ示す。グリースＥの増ちょう剤量は１１．３％、グリースＥ´は８．３%であり、本発明のグリースでは、増ちょう剤量約１０％を境に漏洩率に大きな差が生じる。
　試験グリースＥ´では、２００時間での漏洩率が約４０%のとき、３０００時間での漏洩率が約５０%となり、基油の供給能力が低下して潤滑が厳しくなる。一般に工作機械では、低速回転での重切削から、高速回転での軽切削など種々の条件で加工がなされることから、最高回転数での連速運転時間が３０００時間を越えれば、実使用上の要求寿命を満足すると言われており、この立形の運転条件において、最高回転数で２００時間運転したときの漏洩率が４０%未満であることが求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
（ｄ）慣らし性
　図１０に慣らし性評価試験の結果を、図１１に試験グリースＧの耐焼付性評価試験開始後からの軸受外輪の温度推移グラフをそれぞれ示す。図１０のグラフは、（１）－１の耐焼付性能評価試験及び（１）－２の発熱量測定試験において、慣らし運転で回転数を上げたときの温度の上昇量、及び試験開始後に慣らし運転を終えて軸受温度が一定の度合いに落ち着くまでに要した時間から慣らし性を判定し、評点で示したものである。評点を表１に示すが、◎を３点、○を２点、△を１点、×を０点として表し、点数が高いほど軸受の慣らし性が良いことを示す。各グリースの評点は、下記判断基準に基づいて決定している。
◎：慣らし運転で回転数を上げた後の温度ピークを生じず、かつ概ね１時間以内に温度が定常となる。
○：慣らし運転で回転数を上げた後の温度ピークが定常運転時＋３～＋５℃程度であるか、または概ね２時間以内に温度が定常となる。
△：慣らし運転で回転数を上げた後に温度グラフが山なりに膨らむか、または温度が定常となるまでに２～５時間を要する。
×：慣らし運転で回転数を上げた後に温度グラフが大きく山なりに膨らむか、または温度が定常となるまでに５時間以上を要する。
　図１０より、軸受の慣らし性は封入するグリースのちょう度に大きく依存することがわかる。また、図１１に示すように、ちょう度２１２の試験グリースＧでは、外輪温度は試験開始後より大きく山なりを描き、温度が定常状態に落ち着くまでに１０時間以上を要する。工作機械主軸用転がり軸受では、初期の慣らし運転を短時間で終えることが望まれるが、最低限度である評点１を満足するためにはちょう度２４０、より望ましくはちょう度２６０が必要であるといえる。また、ちょう度が３２０を超えると、グリースの保持性が低下し、流動性が高くなりすぎるために、一度転がり接触面や軌道溝から一度排出されたグリースが再び軌道溝上に戻る等の現象が生じ、グリースの位置が定まらず、慣らしが完了しない。
（Ｅ）基油動粘度
　上記試験グリースは、何れも基油の４０℃における動粘度が１８～３３ｍｍ２／ｓの範囲であるが、基油動粘度の範囲を広げて軸受の発熱量または油膜の厚さとの関係を調べた。図１２に、計算から、基油動粘度以外のパラメータは全て同一とし、封入するグリースの基油動粘度を変化させたときの発熱量および油膜厚さを示す。
　図示されるように、基油の４０℃における動粘度が１８ｍｍ２／ｓを下回ると接触面下では金属接触が生じ、発熱量が急激に増大する。逆に、基油の４０℃における動粘度が６０ｍｍ２／ｓを上回る領域では、油の撹拌抵抗や粘性抵抗により発熱量が大きくなる一方で、油膜厚さの増加率は減少していく。工作機械用の軸受では、発熱量が小さい境界潤滑領域での潤滑が望ましいとされており、同図に示すように、基油の４０℃における動粘度を６０ｍｍ２／ｓ以下であれば必要な油膜厚さが得られ、かつ、発熱量も１００Ｗ以下に抑えられる。また、発熱量を１００Ｗ以下に抑えるためには、４０℃における動粘度が２０ｍｍ２／ｓ以上であればよい。よって、基油の４０℃における動粘度は、１８～６０ｍｍ２／ｓが好ましいといえる。より好ましくは、２０～４０ ｍｍ２／ｓである。このような基油動粘度にすることにより、潤滑に必要な油膜厚さを保ち、かつ発熱量を低く抑える運転条件を満たすようになる。
　以上の結果から、試験グリースＥのように、４０℃における動粘度が２０～６０ｍｍ２／ｓである基油に、増ちょう剤としてリチウム石けんを配合し、更にちょう度を２４０～３２０に調整することにより、 離油度が０．２～１．２％を満足し、 漏洩率も４０％以下になり、更には高荷重下での耐久性や温度安定性、慣らし性に優れるようになり、特に好ましいことがわかる。
　また、増ちょう剤がリチウム系石けんである試験グリースＤ～Ｉについて、混和ちょう度と基油動粘度と離油度に関する式Ａと、高温荷重下での耐久時間との間に相関があることを見出し、式Ａの値が２２以上であれば寿命（耐久時間）を長くすることができることが分かった。また、Ａ式の値が４０以上であれば寿命をより長くすることができ、６２以上であれば寿命を更に長くすることができる。これらの結果を表１及び図１３に示す。
　Ａ＝（混和ちょう度－２００）×（基油動粘度－１５）×（離油度＋１０）／１００
　同じく試験グリースＤ～Ｉについて、混和ちょう度と基油動粘度と離油度に関する式Ｂと、温度安定性との間に相関があることを見出し、式Ｂの値が６６以下であれば温度安定性に優れることが分かった。また、Ｂ式の値が５０以下であれば温度安定性により優れるようになる。これらの結果を表１及び図１４に示す。
　Ｂ＝混和ちょう度×（離油度＋１０）／（基油動粘度＋２０）
　同じく試験グリースＤ～Ｉについて、混和ちょう度と基油動粘度と離油度に関する式Ｃと、低漏洩性との間に相関があることを見出し、式Ｃの値が１４．３以下であれば漏洩を抑える効果に優れることが分かった。また、Ｃ式の値が９．５～１１．８であれば低老成性により優れるようになる。これらの結果を表１及び図１５に示す。
　Ｃ＝（混和ちょう度－２００）／（基油動粘度）×（離油度＋５）－増ちょう剤の補正係数
　但し、増ちょう剤の補正係数は、リチウム石けんが０、リチウム複合石けんは２．５である。
　同じく試験グリースＤ～Ｉについて、基油動粘度と混和ちょう度に関する式Ｄと、慣らし性との間に相関があることを見出し、式Ｄの値が２１０以下であれば慣らし性を向上させることが分かった。また、Ｄ式の値が２０５以下であれば慣らし性をより向上させることができる。これらの結果を表１及び図１６に示す。
　Ｄ＝（基油動粘度＋５００）／混和和ちょう度×１００
＜試験２＞
（実施例１～６、比較例１～４）
　表３に示す基油及び増ちょう剤を用いて、試験グリースを調整した。即ち、実施例では増ちょう剤としてカプリン酸リチウムと、１２ヒドロキシリチウムステアレート及びリチウムステアレートの少なくとも一方とを表記の割合で混合したものを用い、基油と混練してちょう度をＮＬＧＩ　Ｎｏ．２に調整した。また、比較例では、増ちょう剤として、１２ヒドロキシリチウムステアレートまたはリチウムステアレートを単独で用い、基油と混練してちょう度をＮＬＧＩ　Ｎｏ．２に調整した。尚、添加剤として、何れの試験グリースにも酸化防止剤と防錆剤をグリース全量の各１質量％となるように添加した。
　上記の試験グリースを用いて、下記のグリース漏洩試験、（２）軸受耐久試験、（３）トルク試験を行った。
（１）グリース漏洩試験
　アンギュラ玉軸受（内径φ５０ｍｍ）に、試験グリースを空間容積の１５％となるように封入して試験軸受を作製した。そして、試験軸受に定圧のアキシャル荷重２０００Ｎを負荷し、内輪回転数２００００ｍｉｎ－１、外輪を水冷しながら１００時間連続回転させた。回転前後の重量差から、グリース漏洩率を求めた。結果を表１に示す。また、図１７に、カプリン酸リチウム／（リチウムステアレート＋１２ヒドロキシリチウムステアレート）比と、グリース漏洩率との関係をグラフ化して示す。
（２）軸受耐久試験
　アンギュラ玉軸受（内径φ５０ｍｍ）に、試験グリースを空間容積の１５％となるように封入して試験軸受を作製した。そして、試験軸受に定圧のアキシャル荷重２０００Ｎを負荷し、内輪回転数２００００ｍｉｎ－１にて回転させた。外輪は水冷を行い、温度上昇とモータ電流値（トルク）上昇を起こしたときに焼付きに至ったと判断し、それまでの回転時間を耐久寿命とした。結果を表１に示すが、比較例１の耐久寿命を１とした相対値で示す。
（３）トルク試験
　単列深溝玉軸受（内径φ２５ｍｍ、外径φ６２ｍｍ、幅１７ｍｍ）に、試験グリースを０．６ｇ封入し、内輪回転数１２０００ｍｉｎ－１、ラジアル荷重（Ｆｒ）２９．４、アキシャル荷重（Ｆａ）２９４Ｎ、室温にて回転開始３０分後のトルクを測定した。結果を表１に示す。また、図１８に、リチウムステアレート／（カプリン酸リチウム＋１２ヒドロキシリチウムステアレート）比と、トルクとの関係をグラフ化して示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　実施例のように、１２ヒドロキシリチウムステアレート及びリチウムステアレートの少なくとも１種と、カプリン酸リチウムとを併用することにより、カプリン酸リチウムを併用しないリチウム系増ちょう剤単独の場合に比べて、グリース漏洩率、耐久性、トルクに優れることがわかる。
　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５月２２日出願の日本特許出願（特願２０１４－１０６１９７）、２０１４年１０月１０日出願の日本特許出願（特願２０１４－２０９２５３）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。
　本発明お転動装置は、工作機械の主軸を支持するために使用される転がり軸受のように、高速高荷重下での使用に好適であり、より具体的には、ｄｍｎ８０万以上で、内輪や外輪の転がり接触部のＰＶ値が１００ＭＰａ・ｍ／ｓ以上になるような用途に有用であり、ｄｍｎ１００万以上であっても十分に使用可能である。
１　内輪
２　外輪
３，３１　転動体
４　保持器

Claims (3)

  1. 　外方部材と、内方部材と、転動体とを備え、グリース組成物により潤滑される転動装置において、
    　前記グリース組成物が、基油と、増ちょう剤としてリチウム系石けんとを含有し、かつ、混和ちょう度が２１２～３２０で、ＪＩＳ　Ｋ　２２２０に規定される離油度が、１００℃、２４時間で４．０質量％以下であることを特徴とする転動装置。
  2. 　前記グリース組成物の前記混和ちょう度と、基油の４０℃における動粘度（基油動粘度）と、前記１００℃、２４時間の離油度（離油度）で表される下記式Ａの値が２２以上であることを特徴とする請求項１記載の転動装置。
    　Ａ＝（混和ちょう度－２００）×（基油動粘度－１５）×（離油度＋１０）／１００
  3. 　前記リチウム系石けんが、１２ヒドロキシリチウムステアレート及びリチウムステアレートの少なくとも１種と、カプリル酸リチウムとを含み、かつ、
    　カプリン酸リチウム／（リチウムステアレート＋１２ヒドロキシリチウムステアレート）比が、質量比で、０．２５～０．５０であることを特徴とする請求項１または２記載の転動装置。
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