WO2016068215A1 - 転がり軸受 - Google Patents

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WO2016068215A1
WO2016068215A1 PCT/JP2015/080460 JP2015080460W WO2016068215A1 WO 2016068215 A1 WO2016068215 A1 WO 2016068215A1 JP 2015080460 W JP2015080460 W JP 2015080460W WO 2016068215 A1 WO2016068215 A1 WO 2016068215A1
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wax
bearing
rolling bearing
based lubricant
temperature
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PCT/JP2015/080460
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French (fr)
Inventor
美昭 勝野
晋哉 中村
Original Assignee
日本精工株式会社
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    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/66Special parts or details in view of lubrication
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M159/00Lubricating compositions characterised by the additive being of unknown or incompletely defined constitution
    • C10M159/02Natural products
    • C10M159/06Waxes, e.g. ozocerite, ceresine, petrolatum, slack-wax
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • F16C19/04Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
    • F16C19/06Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C33/6603Special parts or details in view of lubrication with grease as lubricant
    • F16C33/6607Retaining the grease in or near the bearing
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    • C10N2040/02Bearings
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    • C10NINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2050/00Form in which the lubricant is applied to the material being lubricated
    • C10N2050/10Semi-solids; greasy

Definitions

  • the present invention relates to a rolling bearing.
  • grease lubrication has attracted attention as a lubrication method for bearings.
  • As grease lubrication there are known a system in which lubrication is performed with grease enclosed in the bearing space when the bearing is assembled, and a system in which grease is replenished at an appropriate timing from a grease replenishing means provided outside the housing. ing.
  • a grease pool part and a rolling bearing are disclosed in which the grease pool part is formed in a form separated from the rolling bearing and is arranged adjacent to the stationary side race.
  • the grease reservoir component described in Patent Document 2 includes an annular container portion that serves as a grease reservoir inside, and an in-bearing insertion portion that is inserted to the vicinity of the raceway surface of the rolling bearing that is formed so as to protrude from the container portion and is disposed adjacently.
  • This grease reservoir component supplies the grease in the container part to the raceway surface of the rolling bearing from the tip discharge port of the insertion part in the bearing.
  • grease contains base oil, thickener and additives.
  • the thickener may be separated from the base oil by pressure and hardened or solidified as a whole grease.
  • the pipe resistance during discharge increases. In that case, it was necessary to increase the discharge pressure.
  • an in-housing supply path and a grease replenishing device are separately required.
  • the rolling bearing described in Patent Document 2 when the rolling bearing described in Patent Document 2 is combined with a grease collecting part, it is necessary to combine a plurality of parts having a complicated structure, which increases manufacturing costs.
  • the supply of grease is a system in which the base oil separated from the grease is supplied from the tip of the insertion portion in the bearing by utilizing the pressure fluctuation due to the heat cycle in the grease reservoir accompanying the operation / stop of the rolling bearing. For this reason, there is a possibility that lubrication may be insufficient only in the pressure fluctuation due to the heat cycle in an application (dmn 500,000 or more, more preferably dmn 1,000,000 or more) that rotates at a high speed like a bearing for a spindle of a machine tool.
  • Grease supply control is preferably performed by appropriately adjusting the supply amount and supply timing according to the operation state (rotation speed, operation time, etc.) of the bearing. For this purpose, it is necessary to monitor the operating state of the bearing, which complicates the control and increases the running cost and requires troublesome maintenance.
  • the present invention has been made in view of the above matters, and its purpose is to enclose a wax-based lubricant that can be changed into a semi-solid state and a liquid state depending on the ambient temperature in a bearing instead of a conventional grease,
  • An object of the present invention is to provide a rolling bearing capable of stable lubrication over a long period of time without requiring special control.
  • the present invention has the following configuration.
  • An inner ring having an inner ring raceway surface on an outer peripheral surface, an outer ring having an outer ring raceway surface on an inner peripheral surface, and a bearing inner space between the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface are rotatably disposed.
  • a rolling bearing having a plurality of rolling elements, and a seal member that is positioned at an axial end of one of the inner ring and the outer ring and closes the bearing inner space,
  • the seal member has an oil storage space that swells outward in the axial direction;
  • the oil storage space includes lubricating oil and wax, and a liquid state when the liquefaction point is exceeded at a predetermined temperature within a temperature range of 10 to 70 ° C.
  • a rolling bearing characterized in that a changeable wax-based lubricant is enclosed between a semi-solid state below the conversion point.
  • the outer ring and the inner ring satisfy 1.5 ⁇ B / H ⁇ 3 when the bearing width is B and the bearing height is H. (1) to (3) The rolling bearing as described in any one.
  • the wax-based lubricant having the liquefaction point higher than the maximum temperature assumed during operation of the rolling bearing is enclosed in the bearing inner space (1) to (4) ).
  • the rolling bearing according to any one of (6) Grease is sealed in the bearing inner space;
  • the wax-based lubricant is capable of reversibly changing between the liquid state and the semi-solid state with the liquefaction point as a boundary.
  • the rolling bearing as described in one.
  • the “wax-based lubricant” according to claim 1 refers to a lubricant containing lubricating oil and wax
  • “liquefaction point” refers to a wax-based lubricant from a semi-solid state to a liquid state. Or the temperature at which the liquid state changes to the semi-solid state.
  • the “liquefaction point” is in accordance with, for example, the regulations on dangerous goods regulations in Japan, Chapter 12 Miscellaneous Article 69-2 (Definition of liquid).
  • a wax-based lubricant that can be changed between a semi-solid state and a liquid state depending on the ambient temperature is enclosed in the bearing. For this reason, when the bearing temperature exceeds the liquefaction point at a predetermined temperature, the wax-based lubricant liquefies and moves to the bearing space, so that the amount of lubricating oil in the bearing space can be increased. Therefore, stable lubrication over a long period of time can be achieved without requiring special control.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention, and is a partial sectional view in which a part of a rolling bearing is cut away.
  • the rolling bearing 100 of this configuration is a radial deep groove ball bearing, and includes an inner ring 13, an outer ring 15, a ball 17 that is a rolling element, and a seal member 19.
  • a grease 21 and a wax-based lubricant 23 are provided.
  • the rolling bearing 100 is applied to a high-speed (spindle) motor (not shown) used for driving a spindle device of a machine tool.
  • An outer ring raceway surface 25 is formed on the inner peripheral surface of the outer ring 15.
  • An inner ring raceway surface 27 is formed on the outer peripheral surface of the inner ring 13. Between the outer ring raceway surface 25 and the inner ring raceway surface 27, a plurality of balls 17 that can roll are arranged along the circumferential direction.
  • Bearing material stainless steel, ceramic, etc. can be used for the ball material.
  • SUS440C, SUS630, SUS304, or the like can also be used.
  • the balls 17 are held in the respective pockets of the cage 29 and are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • resin materials such as polyamide and polyphenylene sulfide can be used in addition to carbon steel and SUS304.
  • the seal member 19 is disposed at the axial end of either the inner ring 13 or the outer ring 15 and closes the bearing inner space 31. Further, a pair of seal members 19 are attached to both ends of the rolling bearing 100 so as to sandwich the outer ring 15 and the inner ring 13 from both sides in the axial direction. The pair of seal members 19 seal or close the bearing inner space 31 between the outer ring 15 and the inner ring 13.
  • the seal member 19 is formed in an annular shape, and a spring portion 33 formed on the outer diameter side is fitted into a seal member holding groove 35 formed on the inner periphery of the outer ring 15.
  • the seal member 19 held in the seal member holding groove 35 is arranged such that the inner diameter side approaches the outer peripheral surface of the inner ring 13.
  • the inner diameter side end of the seal member 19 may be in contact with the inner ring 13 or non-contact.
  • the seal member 19 can be a metal material, an elastic material such as rubber, or a composite material in which a metal core is covered with rubber or the like. In this configuration example, after the metal material is inserted into the seal member holding groove 35, the curled spring portion 33 is fixed in the seal member holding groove 35 by caulking. Further, the inner diameter side end of the seal member 19 is not in contact with the inner ring 13.
  • the seal member 19 is formed with an oil storage space 37 that swells outward from the end faces of the inner ring 13 and the outer ring 15 in the axial direction.
  • FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of the rolling bearing shown in FIG.
  • the same members as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
  • the protruding portion of the seal member 19 has a trapezoidal shape in the cross section shown in FIG.
  • the trapezoidal shape is inclined to the outside of the bearing radius as the hypotenuse 39 moves toward the ball 17.
  • the tip of the oblique side portion 39 is connected to the spring portion 33 described above.
  • a bent part 41 is formed between the oblique side part 39 and the spring part 33.
  • the radial position of the bent portion 41 is arranged on the radially inner side (lower side in FIG. 2) with respect to the outer ring inner diameter surface 43 of the outer ring 15.
  • a general grease 21 can be applied.
  • What is comprised including the base oil of the same component as 23 lubricating oil is preferable.
  • the amount of grease 21 sealed in the bearing inner space 31 is preferably 10 to 20% of the space volume of the bearing inner space 31 from the balance between the temperature rise due to viscous resistance accompanying rotation and the grease life.
  • the running-in time of the spindle device can be shortened, and the operation return time after the bearing replacement at the time of maintenance can be shortened.
  • the grease 21 is shown in a state of being filled in the bearing inner space 31 without a gap, but actually, as described above, an appropriate gap space is provided.
  • the wax-based lubricant 23 contains lubricating oil and wax as basic components.
  • the wax-based lubricant 23 has sufficient lubricity as both the lubricating oil and the wax, and has a liquefaction point that is a predetermined temperature within a temperature range of 10 to 70 ° C. when the liquefaction point is exceeded. It can change between the liquid state and the semi-solid state below the liquefaction point.
  • ⁇ Wax is solidified or semi-solidified at a temperature lower than its melting point, and becomes liquid and has fluidity above the melting point.
  • the wax-based lubricant of the present invention is a mixture of lubricating oil (liquid) and wax (semi-solid) (corresponding to a dilute solution obtained by adding lubricating oil (dilute liquid) to wax (solute)). Therefore, the wax-based lubricant changes from a semisolid state to a liquid state at a temperature lower than the melting point of the wax.
  • the temperature at which the semi-solid state changes to a liquid state (hereinafter referred to as “liquefaction point”) is closely related to the melting point of the wax contained and the mixing ratio with the lubricating oil. That is, since “the melting point of the wax> the liquefaction point”, the liquefaction temperature can be controlled to a predetermined temperature below the melting point of the wax by the mixing ratio of the wax and the lubricating oil contained.
  • the temperature difference between the liquefaction point and the melting point of the wax can be set to about 10 to 30 ° C. depending on the types of the lubricating oil and the wax, and the mixing ratio of both.
  • the wax-based lubricant can be reversibly changed between a liquid state and a semi-solid state according to the temperature by adjusting the kind of wax contained, the mixing ratio with the lubricating oil, and the like.
  • Lb wire (30 mm above the surface of the test article) is immersed under the water surface of the thermostat bath in the thermostat bath maintained at a liquid confirmation temperature of ⁇ 0.1 ° C. Let stand upright. (5) The state of the test article in the temperature measurement test tube is maintained as it is for 10 minutes after the liquid confirmation temperature becomes ⁇ 0.1 ° C. (6) Remove the liquid judgment test tube from the thermostatic water tank while standing upright on a horizontal table, immediately lay down horizontally on the table, and measure the time until the tip of the test article reaches the Lb line. (7) When the time until the test article reaches the Lb line is within 90 seconds, it is determined that the test article is “liquid”.
  • the liquefaction point is not a fixed point temperature such as the freezing point of water (0 ° / pure water, under atmospheric pressure), but is defined and quantified in a range of about ⁇ 2 ° C. with respect to a specific temperature. .
  • a cone plate viscometer (E type viscometer) is used to gradually increase the temperature, and the temperature at which the change in viscosity becomes constant appears near the liquefaction point. You can also
  • the wax-based lubricant 23 enclosed in the oil storage space 37 includes 90 to 60% of a lubricant (including additives) having a kinematic viscosity at 40 ° C. of 5 to 200 mm 2 / s and 10 to 40% of wax. It is configured to include.
  • the wax-based lubricant 23 has a liquefaction point at a predetermined temperature within a temperature range of 10 to 70 ° C.
  • the wax-based lubricant 23 when the liquefaction point is 47 ° C., the wax-based lubricant 23 becomes a liquid state when the temperature exceeds 47 ° C., and becomes a semi-solid state when the temperature is 47 ° C. or lower.
  • the wax-based lubricant 23 changes between a liquid state and a semi-solid state depending on the ambient temperature. Further, the wax-based lubricant 23 does not contain a thickening agent like the grease 21 and has a feature that it does not solidify even when a certain pressure is applied.
  • any lubricating oil can be used regardless of the kind of synthetic oil or mineral oil, regardless of whether it is used alone or mixed.
  • synthetic oil any of ester type, hydrocarbon type, ether type and the like can be used.
  • mineral oil any of paraffinic mineral oil, naphthenic mineral oil and the like can be used.
  • wax is an organic substance having an alkyl group that is solid or semi-solid at room temperature.
  • any wax can be used regardless of the type of natural wax or synthetic wax, regardless of whether the wax is single or mixed. However, since it becomes a mixture with lubricating oil inside a bearing, a thing with high compatibility with lubricating oil is preferable.
  • the natural wax any of animal / plant wax, mineral wax and petroleum wax can be used.
  • the synthetic wax include Fischer-Tropsch wax, polyethylene wax, oil-based synthetic wax (ester, ketones, amide), hydrogenated wax, and the like.
  • microcrystalline wax can be used as the wax.
  • the wax-based lubricant having a liquefaction point of 47 ° C., 78.5% by mass of diester oil (dioctyl sebacate), 15% by mass of microcrystalline wax (melting point 82 ° C.), and antioxidant
  • the additive which contains an additive, an extreme pressure agent, etc. consists of 6.5 mass%.
  • wax-based lubricants having a liquefaction point of 38 ° C. examples include 83% by mass of diester oil (dioctyl sebacate), 10.5% by mass of microcrystalline wax (melting point 72 ° C.), and antioxidant.
  • the additive which contains an additive, an extreme pressure agent, etc. consists of 6.5 mass%.
  • the mixing ratio of the lubricating oil and the wax is preferably 10 to 40% by mass of the wax and 90 to 60% by mass of the lubricating oil with respect to the total amount of both.
  • the mixing ratio of the wax increases, the fluidity when the wax-based lubricant is in a semi-solid state is deteriorated, and when it exceeds 40% by mass, the transportability is deteriorated.
  • the mixing ratio of the wax is 10% by mass or more and less than 20% by mass, and the mixing ratio of the lubricating oil is 90% by mass or less and more than 80% by mass.
  • the wax may be added as an oiliness improver for lubricating oil or grease.
  • the amount of wax added is larger than the general additive amount as described above. Therefore, the semi-solid property (function as a thickener) equivalent to that of grease is retained.
  • additives can be added to the wax-based lubricant depending on the purpose.
  • an appropriate amount of a known antioxidant, rust inhibitor, extreme pressure agent or the like can be added.
  • a wax-based lubricant To prepare a wax-based lubricant, heat the wax to a temperature equal to or higher than the melting point to make it liquid, add a lubricating oil or a lubricating oil to which an additive has been added thereto, thoroughly mix, and then a temperature below the melting point of the wax. What is necessary is just to cool to (usually below a liquefaction point).
  • the lubricating oil or lubricating oil to which additives are added and solid wax are placed in a suitable container, the whole is heated and mixed to a temperature above the melting point of the wax, and then cooled to a temperature below the liquefaction point. May be.
  • the wax-based lubricant 23 is stored in a semi-solid state in the oil storage space 37 before the main shaft operation or in the initial operation.
  • the heat Q generated in the bearing is transmitted from the ball 17 side toward the bearing outside.
  • the wax-based lubricant in the oil storage space 37 that communicates with the bearing inner space 31.
  • a part of the oil 23 changes into a liquid lubricating oil.
  • This lubricating oil infiltrates and moves in the bearing inner space 31 of the rolling bearing 100 in the direction indicated by the arrow R in the figure, and is supplied to the outer ring raceway surface 25, the inner ring raceway surface 27, and the balls 17 of the rolling bearing 100. .
  • the lubricating oil concentrates on the hypotenuse 39 of the seal member 19 due to the centrifugal force generated by the bearing rotation, and flows into the bearing inner space 31 along the inclination of the hypotenuse 39.
  • the lubricating oil that has flowed into the bearing inner space 31 is supplied along the outer ring inner diameter surface 43 to the outer ring raceway surface 25, the surface of the ball 17, the inner ring raceway surface 27, and the cage 29.
  • the wax-based lubricant 23 is liquefied as described above and used as the lubricant for the rolling bearing 100, the temperature inside the bearing becomes lower than the liquefaction point due to a decrease in the rotational speed of the rolling bearing 100, operation stop, or the like. Again, it changes to a semi-solid state.
  • the liquefaction point of the wax lubricant 23 can be set to an arbitrary temperature within a range of 10 to 70 ° C. by adjusting the components of the wax lubricant 23.
  • the optimum amount of lubricating oil can be supplied in accordance with the operating conditions of the rolling bearing 100, that is, the use temperature of the applied rotating machine, the bearing temperature based on the verification experiment / durability evaluation test, and the like. That is, as much as necessary, the lubricating oil in which the wax-based lubricant 23 is liquefied can be supplied to the inside of the rolling bearing.
  • the ball rotates with the contact angle line as the equator.
  • the ball exhibits a pumping effect, and an air flow is generated in the space in which the lubricant is enclosed. Therefore, by using a wax-based lubricant having good fluidity, it is possible to prevent the lubricant from staying in the bearing and to prevent the temperature of the bearing from rising.
  • the liquefaction point can be made lower than the melting point of the wax depending on the melting point of the wax used and the mixing ratio of the lubricating oil.
  • microcrystalline wax has a melting point of 67 to 98 ° C.
  • a wax-based lubricant mixed with lubricating oil at the above mixing ratio sets the liquefaction point to a predetermined temperature in the range of 35 to 50 ° C. be able to.
  • Paraffin wax has a melting point of 47 to 69 ° C., but the wax-based lubricant mixed with the lubricating oil at the above mixing ratio should set the liquefaction point to a predetermined temperature in the range of 20 to 35 ° C. Can do.
  • the liquefaction point is 10 to 70 ° C in view of the ambient temperature around the bearing and the operating temperature of the bearing.
  • the liquefaction point is suitable for rolling bearings for machine tools (machine tools).
  • the temperature is preferably 30 to 70 ° C., more preferably 40 to 70 ° C. for the reasons described below.
  • the ambient environment in which the machine tool is used is air-conditioning controlled to about 20 to 25 ° C in order to minimize the thermal displacement of the member due to changes in the ambient temperature and ensure the machining accuracy of the workpiece. It is often done. Therefore, if the lower limit of the liquefaction point is set to 30 ° C., the wax-based lubricant 23 is not liquefied and is maintained in the bearing or the oil storage portion because it is below the liquefaction point in the stopped state. And even if the bearing or spindle in which the wax-based lubricant 23 is stored is stopped or stored in the stopped state in stock, it is held in and around the bearing without being liquefied. Similarly, the lubricating function is not impaired over a long period of time. Therefore, the liquefaction point is preferably 30 to 70 ° C.
  • the bearing internal temperature rises as the rotation speed increases, it is necessary to supply more lubricating oil to the rolling contact surface in order to maintain an appropriate lubrication state.
  • the bearing temperature is approximately 40 ° C or less, and the amount of lubricating oil is the rolling contact surface. A nearby lubricant is sufficient.
  • the bearing temperature may exceed 40 ° C. In this case, the lubricating oil on the rolling contact surface There may be a shortage.
  • the liquefaction point is more preferably 40 to 70 ° C.
  • the operation of the above configuration will be described.
  • an appropriate amount of grease 21 is sealed in the bearing inner space 31, and an appropriate amount of wax-based lubricant 23 is sealed in the oil storage space 37.
  • the grease 21 includes a base oil having the same component as the wax-based lubricant 23 and has an affinity for the wax-based lubricant 23.
  • the rolling bearing 100 In the initial operation of the rolling bearing 100 where the internal temperature of the rolling bearing 100 is relatively low, the rolling bearing 100 is lubricated by the grease 21 enclosed in the bearing inner space 31.
  • the base oil of the grease 21 is held by a thickener having a fiber structure, and moves between the fibers of the thickener by capillary action. Further, when rotating at high speed, such as a spindle device of a machine tool or a high-speed (spindle) motor for driving the spindle, the temperature of the peripheral portion of the bearing rises so that the nearby grease 21 is heated and liquefied. . For this reason, the flow of the base oil is facilitated, and the grease life at high speed rotation is extended.
  • the temperature inside the bearing gradually increases with the operation of the spindle device.
  • a liquefaction point for example, 47 ° C.
  • liquefaction of the wax-based lubricant 23 starts.
  • the lubricating oil in which the wax-based lubricant 23 in the oil storage space 37 is liquefied moves to the bearing inner space 31 and is automatically replenished to the grease 21 in the bearing inner space 31.
  • the grease 21 in the bearing inner space 31 can maintain the grease life under normal grease lubrication.
  • the grease 21 since the grease 21 has poor fluidity compared to liquid lubricating oil, the grease 21 that contributes to the lubrication of the rolling bearing 100 is limited to the base oil component in the grease nearest to the rolling bearing 100.
  • the wax-based lubricant 23 of this configuration changes from a semi-solid to a liquid due to heat generation and temperature rise of the rolling bearing 100.
  • the lubricating oil in which the wax-based lubricant 23 in the oil storage space is liquefied infiltrates and moves from the oil storage space 37 to the grease 21 in the rolling bearing and is gradually supplied into the rolling bearing.
  • the lubrication life of the rolling bearing 100 can be dramatically extended by the oil replenishment action from the wax-based lubricant 23.
  • the rolling bearing 100 rotates at a higher speed, more lubricating oil is required at the rolling contact portion and the cage guide surface.
  • the temperature of the rolling bearing 100 rises as it rotates at a high speed, and this heat is transmitted to the entire bearing. For this reason, liquefaction of the wax-based lubricant 23 in the oil storage space is promoted as the temperature rises, and more lubricating oil is supplied to the rolling bearing 100.
  • an appropriate amount of lubricating oil corresponding to the rotational speed can be automatically controlled and replenished without giving an external command.
  • the liquefaction point is set such that the wax-based lubricant 23 is liquefied and the lubricating oil is replenished when the rotation speed of the bearing becomes a predetermined rotation speed or higher, the high-speed rotation of the predetermined rotation speed or higher is achieved.
  • the amount of lubricating oil supplied can be increased automatically, and seizure resistance is improved.
  • lubrication can be automatically stopped during low-speed rotation where the amount of lubricating oil is not so much required. That is, when the liquefaction point is set to a higher temperature than the bearing internal temperature during low-speed rotation, and the specific rotational speed that requires the lubricating oil is exceeded, the wax-based lubricant 23 is liquefied and the lubricating oil is replenished. So that As a result, the life of the lubricant can be greatly extended.
  • the operating temperature of the rolling bearing 100 is relatively low and no special cooling structure is required, or when the bearing temperature is within a predetermined range, such as when continuously operating at a constant rotational speed, it is assumed.
  • the liquefaction point of the wax-based lubricant 23 may be set in accordance with the bearing temperature. Even in that case, the lubrication life can be extended by optimizing the replenishment amount of the wax-based lubricant 23.
  • the general spindle device cools the rolling bearing 100 with the refrigerant supplied to the refrigerant supply path, and suppresses a decrease in processing accuracy due to a temperature change of the bearing.
  • the bearing temperature changes depending on the operating conditions of the rolling bearing 100, the bearing temperature is detected by a sensor, and the amount of lubricating oil supplied to the bearing is feedback adjusted according to the detected bearing temperature.
  • control according to the operating temperature of the rolling bearing 100 is required.
  • control from the outside of the bearing is unnecessary, and a necessary amount of lubricating oil is automatically supplied to the bearing inner space 31.
  • the grease 21 having affinity with the wax-based lubricant 23 is sealed in the bearing inner space 31 of the rolling bearing 100.
  • another wax-based lubricant 23A is contained in the bearing.
  • the space 31 may be enclosed.
  • the liquefaction point of the other wax-based lubricant 23A is set higher (eg, liquefaction point 70 ° C.) than the assumed maximum operating temperature (eg, around 65 ° C.) of the rolling bearing 100,
  • the other wax-based lubricant 23A in the rolling bearing always maintains a semi-solid state. That is, the other wax-based lubricant 23 ⁇ / b> A exhibits the same behavior as the normal grease 21 and lubricates the rolling bearing 100.
  • the liquefaction point of the other wax-based lubricant 23A is set lower than the assumed maximum operation temperature, the liquid state of the other wax-based lubricant 23A is reached when the operation temperature exceeds the liquefaction point. As a result, the lubricant in the rolling bearing may flow out to the outside. In this case, there is a possibility that the other wax-based lubricant 23A can contribute only to initial lubrication at a low operating temperature. Therefore, the above-mentioned problem can be avoided by setting the liquefaction point of the other wax-based lubricant 23A to a temperature higher than the maximum operating temperature.
  • the optimum amount of lubricating oil is continuously generated by setting the liquefaction point that reversibly changes between semi-solid and liquid in accordance with the operating temperature of the rolling bearing 100. Can be supplied inside. This makes it possible to control the appropriate amount of lubricating oil corresponding to the rotational speed (bearing temperature) without giving a command from the outside.
  • the seal member 19 is formed to protrude outward from the inner and outer ring side end portions.
  • the oil storage space 37 having a desired volume can be easily attached to the rolling bearing 100.
  • the wax-based lubricant 23 changes from a semi-solid to a liquid by heating and increasing the temperature.
  • the liquefied lubricating oil infiltrates and moves into the grease 21 in the bearing inner space 31 communicating with the oil storage space 37.
  • the affinity of the grease 21 makes it easier for the lubricant to pass through the grease 21 and facilitates the replenishment of the lubricant into the bearing.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a main part of a first modification of the rolling bearing.
  • the rolling bearing 110 of this modification has the same configuration as the above-described rolling bearing 100 except that the positional relationship between the bent portion 41 of the seal member 19 and the outer ring inner surface 43 is different.
  • the diameter d of the inner edge portion of the bent portion 41 of the trapezoidal cross-section shaped sealing member 19 of this configuration is substantially the same as the inner diameter D of the outer ring inner diameter surface 43. Therefore, the inner side surface of the oblique side portion 39 of the seal member 19 is smoothly connected to the outer ring inner diameter surface 43 without having a stepped portion.
  • the lubricating oil flowing in liquefied from the oil storage space 37 flows without resistance from the oblique side portion 39 to the outer ring inner surface 43, and the lubricating oil is supplied to the outer ring raceway surface 25 and the surface of the balls 17. Thereby, it is possible to move to the bearing inner space 31 with high efficiency without retaining the lubricating oil.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a main part of a second modification of the rolling bearing.
  • a wax-based lubricant 49 having a liquefaction point higher than the maximum temperature assumed during operation of the rolling bearing 120 is enclosed in the bearing inner space 31 and the oil storage space 37.
  • the wax-based lubricant 49 maintains the wax state at a temperature not higher than the maximum temperature reached by the bearing. That is, below the maximum temperature, the wax-based lubricant 49 behaves in the same manner as the normal grease 21.
  • FIG. 6 is a sectional view in which a part of the rolling bearing of the second configuration example is cut away.
  • the seal member 53 is disposed on the inner side in the axial direction from the end surfaces of the inner ring 13 and the outer ring 15. That is, the end inner diameter surface 57 formed on the bearing outer side from the seal member holding groove 35 of the outer ring 15 and the end outer diameter surface 55 of the inner ring are extended in the axial direction so that the seal member 53 is located on the inner side of the bearing end surface. Contained.
  • the seal member 53 does not protrude outward from the end faces of the inner ring 13 and the outer ring 15. That is, the seal member 53 does not protrude in the direction along the axis of the rolling bearing 100, and the degree of freedom of arrangement of the bearing is increased, and the seal member 53 can be prevented from being damaged due to interference with peripheral components.
  • FIG. 7 is a sectional view in which a part of the rolling bearing of the third configuration example is cut out.
  • the rolling bearing 300 of this configuration has a configuration in which the seal member 61 does not protrude greatly outward in the axial direction, and an oil storage space for the wax-based lubricant 23 is provided in the bearing inner space 31 inside the seal member 61 in the axial direction. .
  • the outer ring 15 and the inner ring 13 satisfy 1.5 ⁇ B / H ⁇ 3 when the bearing width is B and the bearing height is H. Therefore, the bearing inner space 31 has a sufficient space for the wax-based lubricant 23 to be disposed.
  • this rolling bearing 300 it is easy to secure the volume of the oil storage space 37 by setting the bearing width and the bearing height to 1.5 ⁇ B / H. Further, since the oil storage space 37 is appropriately separated from the bearing center portion, a portion with less heat transfer can be formed. Therefore, the wax-based lubricant 23 can be held in a wax state without being liquefied entirely during the bearing operation.
  • the oil storage space 37 is filled with the wax-based lubricant 23 that can be changed into a semi-solid state and a liquid state depending on the ambient temperature, thereby enabling stable lubrication over a long period of time. It becomes.
  • this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation
  • the oil storage space 37 is provided in the radial deep groove ball bearing and the wax-based lubricant 23 is stored.
  • the present invention can also be applied to a bearing of the type.
  • the example which applied the rolling bearing to the high-speed (spindle) motor used for the drive of the spindle apparatus of a machine tool was demonstrated, it is not restricted to this, The rolling bearing for general industrial machines, the rolling bearing for other motors, etc.
  • the present invention can also be applied as a rolling bearing of a device that rotates at a high speed.

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Abstract

 転がり軸受は、内輪と外輪のいずれか一方の軌道輪の軸方向端部に位置され軸受内空間を塞ぐシール部材とを有する。シール部材は、軸方向外側に膨らむ貯油スペースを有する。貯油スペースには、潤滑油とワックスとを含み、10~70℃の温度範囲内の所定の温度である液状化点を境として、液状化点を越えたときの液状状態と、液状化点以下での半固体状態との間を、変化可能なワックス系潤滑剤が封入される。

Description

転がり軸受
 本発明は、転がり軸受に関する。
 近年、工作機械用主軸装置の高速化は著しく発展しており、また、環境対策・省エネ化・省資源化の要望も強いことから、軸受の潤滑方法としてグリース潤滑が注目されている。グリース潤滑としては、軸受組込時に軸受空間に封入されたグリースで潤滑を行う方式や、ハウジングの外部に設けられたグリース補給手段からグリースを適宜のタイミングで補給して潤滑を行う方式が知られている。
 例えば、特許文献1に記載のスピンドル装置では、ハウジングの外部に設けられたグリース補給手段から、グリース供給管及びハウジング内に形成されたグリース供給経路を介して、転がり軸受の軸受空間に微量のグリースを適宜のタイミングで補給している。
 また、グリース潤滑される従来の軸受としては、グリース溜まり部品を転がり軸受から分離した形で形成し、固定側軌道輪に隣接して配置するようにしたグリース溜まり部品及び転がり軸受が開示されている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2に記載のグリース溜まり部品は、内部にグリース溜まりとなる環状の容器部と、容器部から突出して形成され隣接配置された転がり軸受の軌道面近傍まで挿入される軸受内挿入部と、を有する。このグリース溜まり部品は、容器部内のグリースを軸受内挿入部の先端吐出口から転がり軸受の軌道面に供給する。
日本国特許第4051563号公報 日本国特開2008-240828号公報
 ところで、グリースには、基油、増ちょう剤、添加剤が含まれている。グリースを軸受外部から補給する方式では、軸受の使用条件や周囲の温度条件によっては、ちょう度の数値が小さく比較的硬いグリースが使用される場合もある。また、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又は固化する場合もある。そのようなケースでは、ハウジング内の配管経路が長かったり、配管経路が途中で屈曲、又は直角に折れ曲がった部位が数箇所存在したりする場合、増ちょう剤の固化程度によっては、グリースを軸受に吐出する際の配管抵抗が大きくなる懸念がある。その場合には、吐出圧力を増大させる必要があった。また、ハウジング外部から軸受内部へグリースを供給するために、ハウジング内供給経路やグリース補給装置が別途必要になる等、コスト面で不利があった。
 また、特許文献2に記載の転がり軸受にグリース溜まり部品を組み合わせる構造とした場合、構造が複雑な複数の部品を組合せる必要があり、製作費用が嵩む要因となる。更に、グリースの供給は、転がり軸受の運転・停止に伴うグリース溜まりでのヒートサイクルによる圧力変動を利用して、グリースから分離した基油を軸受内挿入部の先端から供給する方式である。このため、ヒートサイクルによる圧力変動だけでは、工作機械主軸用軸受のように高速回転する用途(dmn50万以上、より好ましくはdmn100万以上)において、潤滑が不足する可能性があった。
 グリースの供給制御は、軸受の運転状態(回転速度や運転時間等)によって供給量や供給タイミングを適切に調整することが望ましい。そのためには、軸受の運転状態を監視する必要があり、制御の複雑化や、ランニングコストの増大を招き、煩わしいメンテナンスを要することになる。
 本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来のグリースに代わり、周囲温度によって半固体状と液状とに変化可能なワックス系潤滑剤を軸受内に封入して、特別な制御を要することなく、長期間に亘って安定した潤滑が可能な転がり軸受を提供することにある。
 本発明は下記構成からなる。
(1)外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間の軸受内空間に転動自在に配置される複数の転動体と、前記内輪と前記外輪のいずれか一方の軌道輪の軸方向端部に位置され前記軸受内空間を塞ぐシール部材と、を有する転がり軸受であって、
 前記シール部材は、軸方向外側に膨らむ貯油スペースを有し、
 前記貯油スペースには、潤滑油とワックスとを含み、10~70℃の温度範囲内の所定の温度である液状化点を境として、前記液状化点を越えたときの液状状態と、前記液状化点以下での半固体状態との間を、変化可能なワックス系潤滑剤が封入されることを特徴とする転がり軸受。
(2)前記シール部材は、前記貯油スペースが前記内輪と前記外輪の端面から軸方向外側に突出したことを特徴とする(1)に記載の転がり軸受。
(3)前記シール部材は、前記内輪と前記外輪の端面より軸方向内側に配置されたことを特徴とする(1)に記載の転がり軸受。
(4)前記外輪と前記内輪は、軸受幅をB、軸受高さをHとした場合に、1.5≦B/H≦3を満足することを特徴とする(1)~(3)のいずれか1つに記載の転がり軸受。
(5)前記軸受内空間には、前記転がり軸受の運転時に想定される最高温度よりも高い前記液状化点を有する前記ワックス系潤滑剤が封入されることを特徴とする(1)~(4)のいずれか1つに記載の転がり軸受。
(6)前記軸受内空間には、グリースが封入され、
 前記グリースは、前記ワックス系潤滑剤と親和性及び浸潤性を有する基油成分を含んで構成されることを特徴とする(1)~(4)のいずれか1つに記載の転がり軸受。
(7)前記ワックス系潤滑剤が、前記液状化点を境として、前記液状状態と前記半固体状態との間を可逆変化可能であることを特徴とする(1)~(6)のいずれか1つに記載の転がり軸受。
 尚、請求項1に記載の「ワックス系潤滑剤」とは、潤滑油とワックスとを含む潤滑剤を言い、また、「液状化点」とは、ワックス系潤滑剤が半固体状態から液体状態に、或いは液体状態から半固体状態に変化するときの温度を言う。また、「液状化点」は、例えば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)に従っている。
 本発明の転がり軸受によれば、従来のグリースに代わり、周囲温度によって半固体状と液状との間を、変化可能なワックス系潤滑剤が軸受内に封入される。このため、軸受温度が所定温度の液状化点を越えた場合には、ワックス系潤滑剤が液状化して軸受空間に移動するので、軸受空間内の潤滑油量を増加させることができる。よって、特別な制御を要することなく、転がり軸受の長期間にわたる安定した潤滑が可能となる。
本発明の実施形態を説明するための図で、転がり軸受の一部分を切り欠いた部分断面図である。 図1に示す転がり軸受の要部拡大断面図である。 ワックス系潤滑剤の液状化点を説明する説明図である。 転がり軸受の第1の変形例の要部拡大図である。 転がり軸受の第2の変形例の要部拡大図である。 第2の構成例の転がり軸受の一部分を切り欠いた断面図である。 第3の構成例の転がり軸受の一部分を切り欠いた断面図である。
 以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
 図1は本発明の実施形態を説明するための図で、転がり軸受の一部分を切り欠いた部分断面図である。
 本構成の転がり軸受100は、ラジアル形の深溝玉軸受であって、内輪13と、外輪15と、転動体である玉17と、シール部材19とを有し、軸受内部とシール部材19には、グリース21と、ワックス系潤滑剤23とが設けられている。以下の説明では、本転がり軸受100を、工作機械の主軸装置の駆動用として使用される高速(スピンドル)モータ(図示略)に適用する場合を想定して説明する。
 外輪15の内周面には、外輪軌道面25が形成される。内輪13の外周面には、内輪軌道面27が形成される。外輪軌道面25と内輪軌道面27との間には、転動自在となった複数の玉17が周方向に沿って配置される。
 玉の材質には、軸受鋼やステンレス鋼、セラミック等を用いることができる。また、防錆性が必要な使用環境においては、SUS440C、或いはSUS630、SUS304等を用いることもできる。玉17は、保持器29の各ポケットに保持されて円周方向に等間隔に配される。保持器29の材質には、炭素鋼、SUS304の他、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド等の樹脂材料を用いることができる。
 シール部材19は、内輪13と外輪15のいずれか一方の軌道輪の軸方向端部に配置され、軸受内空間31を塞ぐ。また、シール部材19は、外輪15及び内輪13を軸方向の両側から挟むように、一対が転がり軸受100の両端部に取り付けられる。一対のシール部材19は、外輪15と内輪13との間の軸受内空間31を密封、又は密封状態に近い状態にする。
 シール部材19は、環状に形成され、外径側に形成されるバネ部33が、外輪15の内周に形成されたシール部材保持溝35に嵌着される。シール部材保持溝35に保持されたシール部材19は、内径側が内輪13の外周面に接近して配置される。シール部材19の内径側端部は、内輪13と接触しても、非接触であってもよい。シール部材19は、金属材料、ゴム等の弾性材料、金属の芯金にゴム等を被覆した複合材料とすることができる。本構成例では、金属材料をシール部材保持溝35に挿入後、カールしたバネ部33を加締める形でシール部材保持溝35内に固定している。また、シール部材19の内径側端部は、内輪13と非接触状態となっている。
 本構成例において、シール部材19は、内輪13と外輪15の端面から軸方向外側に膨らむ貯油スペース37が形成されている。
 図2は図1に示す転がり軸受の要部拡大断面図である。以降の説明では、図1に示す部材と同一の部材については、同一の符号を付与することで、その説明を省略又は簡略化する。
 シール部材19の突出部分は、図2に示す断面において台形状となる。この台形状は、斜辺部39が玉17に向かうに従って、軸受半径の外側に傾斜している。斜辺部39の先端は、上記のバネ部33に接続される。
 斜辺部39とバネ部33との間には、屈曲された屈曲部41が形成される。この屈曲部41の径方向位置は、外輪15の外輪内径面43よりも半径方向内側(図2の下側)に配置される。これにより、貯油スペース37から後述する潤滑油が軸受内空間31へ移動しやすくなっている。
 転がり軸受100は、内輪13の外周面及び外輪15の内周面との間の軸受内空間31に適量のグリース21が封入されている。また、シール部材19の貯油スペース37には、ワックス系潤滑剤23が封入されている。
 軸受内空間31に封入されるグリース21としては、一般的なグリース21が適用可能であるが、詳細を後述するワックス系潤滑剤23と親和性及び浸潤性を有するグリース、例えば、ワックス系潤滑剤23の潤滑油と同一成分の基油を含んで構成されるものが好ましい。
 軸受内空間31に封入されるグリース21の量は、回転に伴う粘性抵抗による昇温と、グリース寿命とのバランスから、軸受内空間31の空間容積の10~20%とすることが好ましい。これにより、主軸装置の慣らし運転時間を短縮でき、メンテナンス時における軸受交換後の運転復帰時間を短縮することができる。尚、図示例ではグリース21が軸受内空間31内に隙間なく充填された状態で示されているが、実際には上記の通り、適宜な隙間空間を有している。
 ワックス系潤滑剤23は、潤滑油とワックスとを基本成分とする。ワックス系潤滑剤23は、潤滑油及びワックスともに、十分な潤滑性を有し、10~70℃の温度範囲内の所定の温度である液状化点を境として、液状化点を越えたときの液状状態と、液状化点以下での半固体状態との間を、変化可能なものである。
 ワックスはその融点よりも低温では固化又は半固化しており、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。すなわち、「ワックスの融点>液状化点」となることから、含まれるワックスと潤滑油との混合比率で液状化温度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、ワックス系潤滑剤は、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ができる。
 尚、液状及び液状化点は、図3に示すように、下記の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La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、Lb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Lb線に到達するまでの時間を計測する。
(7)試験物品がLb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。
 或いは、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。
 貯油スペース37に封入されるワックス系潤滑剤23は、40℃の動粘度が5~200mm2/sの潤滑油(添加剤を含む)が90~60%と、ワックスが10~40%とを含んで構成されている。ワックス系潤滑剤23は、10~70℃の温度範囲内の所定温度に液状化点を有する。
 例えば、液状化点を47℃とした場合、ワックス系潤滑剤23は、47℃を越えた場合に液体状態となり、47℃以下の場合は半固体状態となる。ワックス系潤滑剤23は、その周囲温度によって液体状態と半固体状態とに変化する。また、ワックス系潤滑剤23は、グリース21のように増ちょう剤を含まず、一定の圧力が負荷されても固化しない特長を有する。
 ワックス系潤滑剤23に適用される潤滑油としては、合成油、鉱物油の種類を問わず、単独、混合の別を問わず、あらゆる潤滑油が使用可能である。合成油としては、エステル系、炭化水素系、エーテル系等いずれも使用できる。また、鉱物油としては、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油等いずれも使用できる。
 一方、ワックスは、常温で固体又は半固体状であり、アルキル基を有する有機物である。本実施形態のワックスとしては、天然ワックス、合成ワックスの種類を問わず、単独・混合の別を問わず、あらゆるワックスが使用可能である。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。天然ワックスとしては、動・植物ワックス、鉱物ワックス、石油ワックスいずれも使用できる。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、油脂系合成ワックス(エステル、ケトン類、アミド)、水素化ワックス等が挙げられる。
 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。
 例えば、上述の47℃の液状化点を有するワックス系潤滑剤の一例としては、ジエステル油(ジオクチルセバケート)が78.5質量%、マイクロクリスタリンワックス(融点82℃)が15質量%、酸化防止剤、極圧剤、その他を含む添加剤が6.5質量%からなるものが挙げられる。
 また、38℃の液状化点を有する他のワックス系潤滑剤の一例としては、ジエステル油(ジオクチルセバケート)が83質量%、マイクロクリスタリンワックス(融点72℃)が10.5質量%、酸化防止剤、極圧剤、その他を含む添加剤が6.5質量%からなるものが挙げられる。
 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。ワックスの混合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。
 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、いず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、そこへ潤滑油又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。或いは、潤滑油又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。
 ワックス系潤滑剤23は、主軸運転前又は運転初期においては、貯油スペース37内で半固体状態で貯留される。主軸運転により軸受内部が昇温すると、軸受内で発生する熱Qが玉17側から軸受外側に向けて伝達される。
 発生する熱Qが貯油スペース37のワックス系潤滑剤23に到達して、ワックス系潤滑剤23が液状化点以上の温度に達すると、軸受内空間31と連通する貯油スペース37のワックス系潤滑剤23は、その一部が液体の潤滑油に変化する。この潤滑油は、転がり軸受100の軸受内空間31に図中矢印Rで示す方向に浸潤・移動して、転がり軸受100の外輪軌道面25、内輪軌道面27、玉17の表面に供給される。
 このとき、シール部材19の斜辺部39には、軸受回転による遠心力によって潤滑油が集中し、斜辺部39の傾斜に沿って軸受内空間31に流れ込む。軸受内空間31に流れ込んだ潤滑油は、外輪内径面43に沿って外輪軌道面25、玉17の表面、内輪軌道面27、及び保持器29に供給される。
 ワックス系潤滑剤23は、上記のように液化して転がり軸受100の潤滑剤として供された後、転がり軸受100の回転速度の低下や運転停止等によって軸受内部の温度が液状化点未満になると、再び半固体状に変化する。
 ワックス系潤滑剤23の液状化点は、上述したように、ワックス系潤滑剤23の成分を調整することで、10~70℃の範囲内で任意の温度に設定することができる。これにより、転がり軸受100の運転条件、すなわち、適用する回転機械の使用実績、検証実験・耐久性評価試験等による軸受温度に合わせて最適量の潤滑油を供給できる。つまり、必要なときに必要なだけ、ワックス系潤滑剤23が液状化した潤滑油を転がり軸受内部へ供給可能となる。
 また、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。
 液状化点は、使用されるワックスの融点と、潤滑油との混合比率により、ワックスの融点より低くすることができる。
 例えば、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。
 また、液状化点は、基本的には軸受周囲の環境温度や軸受の運転温度を鑑み、一般的には、10~70℃が適正であるが、適用用途が工作機械用転がり軸受(工作機械主軸用転がり軸受やボールねじ軸端サポート用転がり軸受など)の場合、以下に述べる理由から、30~70℃が好ましく、40~70℃がより好ましい。
 工作機械が使用される周囲環境条件は、周辺温度の変化に伴う部材の熱変位を最小限に抑えて、被加工部品の加工精度を確保するため、周囲環境は20~25℃程度に空調管理されている場合が多い。したがって、液状化点の下限を30℃に設定すれば、停止状態では、液状化点以下なので、ワックス系潤滑剤23は液状化せず、軸受内部や貯油部分に維持される。そして、ワックス系潤滑剤23が貯油された軸受やスピンドルを、停止或いは、停止状態のまま在庫保管しておいても、液状化することなく軸受内部及び周辺部に保持されるので、通常のグリース同様、長期にわたって潤滑機能が損なわれない。したがって、液状化点を30~70℃とすることが好ましい。
 また、工作機械に使用される軸受は、回転数が増加するほど軸受内部温度が上昇するので、適正な潤滑状態を維持するため、より多くの潤滑油を転がり接触面に供給する必要がある。通常の回転条件(低速~中速回転域)での連続運転や、低速回転と最高速回転を交互に繰り返す運転条件の場合、軸受温度はおおむね40℃以下であり、潤滑油量は転がり接触面近傍の潤滑剤で十分である。
 しかしながら、最高回転での連続加工の場合、或いは、回転数は低くても重切削加工を連続して行う場合、軸受温度が40℃を上回る場合があり、この場合、転がり接触面の潤滑油が不足する虞れがある。このため、液状化点の下限を40℃に設定することで、この時に、軸受周辺のワックス系潤滑剤23が液状化し、転がり接触面に不足する潤滑油を補充することができ、不意の焼き付きなどの不具合を未然に防止することができる。したがって、液状化点を40~70℃とすることがより好ましい。
 次に、上記した構成の作用を説明する。
 本構成の転がり軸受100は、軸受内空間31に、適量のグリース21が封入され、貯油スペース37には、適量のワックス系潤滑剤23が封入されている。グリース21は、前述したように、ワックス系潤滑剤23と同一成分の基油を含み、ワックス系潤滑剤23との親和性を有している。
 転がり軸受100の内部温度が比較的低い、転がり軸受100の運転初期においては、転がり軸受100は、軸受内空間31に封入されているグリース21により潤滑される。
 グリース21の基油は、繊維構造の増ちょう剤により保持されており、増ちょう剤の繊維間を毛細管現象により移動する。また、工作機械の主軸装置、或いは、主軸駆動用の高速(スピンドル)モータのように高速回転する場合、軸受周辺部の温度が上昇することで近傍のグリース21は、昇温して液状化する。このため、基油の流動が容易となり、高速回転でのグリース寿命が延びる。
 転がり軸受100は、主軸装置の運転に伴って、軸受内部の温度が徐々に上昇する。そして、貯油スペース内のワックス系潤滑剤23の内、転がり軸受側の部分が液状化点(例えば47℃)に達すると、ワックス系潤滑剤23の液状化が始まる。そして、貯油スペース37のワックス系潤滑剤23が液状化した潤滑油は、軸受内空間31へ移動して軸受内空間31のグリース21に自動的に補給される。
 軸受内空間31のグリース21は、通常のグリース潤滑でのグリース寿命を維持できる。しかし、グリース21は液体の潤滑油と比較して流動性に乏しいので、転がり軸受100の潤滑に寄与するグリース21は、転がり軸受100の最近傍のグリース内の基油成分に限られる。
 これに対して、本構成のワックス系潤滑剤23は、転がり軸受100の発熱、温度上昇により半固体から液体に変化する。このため、貯油スペース内のワックス系潤滑剤23が液状化した潤滑油は、貯油スペース37から転がり軸受内のグリース21に浸潤・移動して、徐々に転がり軸受内に供給される。その結果、ワックス系潤滑剤23からの補油作用によって、転がり軸受100の潤滑寿命を飛躍的に延長することが可能となる。
 また、転がり軸受100は高速回転すればするほど、転がり接触部や保持器案内面で潤滑油が多く必要とされる。一方、転がり軸受100の温度は、高速回転するほど上昇し、この熱が軸受全体に伝達される。このため、貯油スペース内のワックス系潤滑剤23の液状化が温度上昇に応じて促進され、より多くの潤滑油が転がり軸受100に供給される。
 つまり、最適な液状化点を設定しておけば、外部から指令を与えずとも、回転速度に対応した適切な潤滑油量を自動的にコントロールして補給することができる。例えば、軸受の回転数が所定の回転数以上となったとき、ワックス系潤滑剤23が液状化して潤滑油が補給されるような液状化点に設定すれば、所定の回転数以上の高速回転時に供給される潤滑油量を自動的に増加させることができ、耐焼付性が向上する。
 また、潤滑油量がさほど必要でない低速回転時においては潤滑油の補給を自動的に休止できる。即ち、液状化点を低速回転時の軸受内温度より高温側に設定し、潤滑油が必要となる特定回転数以上となった場合に、ワックス系潤滑剤23が液状化して潤滑油が補給されるようにする。これにより、潤滑剤寿命を大幅に延ばすことが可能となる。
 更に、転がり軸受100の運転温度が比較的低く、特別な冷却構造が必要ない場合、又は、常に一定回転数で連続運転する場合等、軸受温度がある所定の範囲内に収まる場合には、想定される軸受温度に合わせてワックス系潤滑剤23の液状化点を設定すればよい。その場合でも、ワックス系潤滑剤23の補給量を最適にして潤滑寿命を長期化することができる。
 また、一般的な主軸装置は、冷媒供給路に供給される冷媒によって転がり軸受100を冷却し、軸受の温度変化による加工精度の低下を抑制している。その場合、軸受温度は、転がり軸受100の運転条件によって変化するため、軸受温度をセンサで検出し、検出された軸受温度に応じて、軸受に供給する潤滑油量をフィードバック調整している。
 したがって、上記一般的な主軸装置では、転がり軸受100の運転温度に応じた制御が必要となる。ところが、本構成の転がり軸受100によれば、軸受外部からの制御は不要であり、必要量の潤滑油が自動的に軸受内空間31に供給される。
 また、本構成においては、ワックス系潤滑剤23と親和性のあるグリース21を転がり軸受100の軸受内空間31に封入しているが、グリース21ではなく、他のワックス系潤滑剤23Aを軸受内空間31に封入してもよい。この場合、転がり軸受100の想定される最高運転温度(例えば、65℃前後)よりも他のワックス系潤滑剤23Aの液状化点を高く(例えば、液状化点70℃)設定しておけば、転がり軸受内の他のワックス系潤滑剤23Aは常に半固体状態を維持している。すなわち、他のワックス系潤滑剤23Aは、通常のグリース21と同様の挙動を示して、転がり軸受100を潤滑する。
 仮に、他のワックス系潤滑剤23Aの液状化点を、想定される最高運転温度より低く設定した場合には、運転温度が液状化点を越えた時点で、他のワックス系潤滑剤23Aの液状化が進み、転がり軸受内の潤滑剤が外部に流出してしまう虞れがある。この場合、他のワックス系潤滑剤23Aは、運転温度が低い初期潤滑にしか寄与できなくなる可能性がある。そこで、他のワックス系潤滑剤23Aの液状化点を最高運転温度より高い温度に設定することで、上記の問題を回避することができる。
 このように、転がり軸受100では、転がり軸受100の運転温度に合わせて、半固体と液状とに可逆変化する液状化点を最適値に設定することで、最適量の潤滑油を連続的に軸受内へ供給できる。これにより、外部から指令を与えずとも、回転速度(軸受温度)に対応した適切な潤滑油量のコントロールが可能となる。
 また、転がり軸受100では、内外輪側端部より、外側へ突出してシール部材19が形成される。このシール部材19では、所望の容積とした貯油スペース37を、転がり軸受100に簡便に取り付けることができる。
 更に、ワックス系潤滑剤23は、発熱、温度上昇することによって半固体から液状に変化する。液状化した潤滑油は、貯油スペース37と連通した軸受内空間31のグリース21に浸潤・移動する。この際、グリース21の親和性によって、潤滑剤がグリース21を通過しやすくなり、軸受内への潤滑剤の補給が促進可能となる。
 次に、上記構成の転がり軸受の第1の変形例を説明する。
 図4は転がり軸受の第1の変形例の要部拡大図である。
 本変形例の転がり軸受110は、シール部材19の屈曲部41と外輪内径面43との位置関係が異なる他は、前述の転がり軸受100と同様の構成である。
 本構成の断面台形状のシール部材19の屈曲部41における内側縁部の直径dは、外輪内径面43の内径Dと略一致している。したがって、シール部材19の斜辺部39の内側面は、外輪内径面43と段付き部を有さずに滑らかに接続される。
 本構成によれば、貯油スペース37から液状化して流入する潤滑油が斜辺部39から外輪内径面43に抵抗なく流動し、潤滑油が外輪軌道面25や玉17の表面に供給される。これにより、潤滑油を滞留させることなく、高効率で軸受内空間31へ移動させることができる。
 次に、上記構成の転がり軸受の第2の変形例を説明する。
 図5は転がり軸受の第2の変形例の要部拡大図である。
 本構成の転がり軸受120は、軸受内空間31及び貯油スペース37に、転がり軸受120の運転時に想定される最高温度よりも高い液状化点を有するワックス系潤滑剤49が封入される。
 この転がり軸受120では、軸受が到達する最高温度以下で、ワックス系潤滑剤49は、ワックス状態を保持する。つまり、最高温度以下で、ワックス系潤滑剤49は、通常のグリース21と同様の挙動を示す。
 転がり軸受120の温度が、想定される最高温度以上に高くなった場合、液状化された潤滑油が軸受内に供給され、転がり軸受120の焼き付きが抑制される。したがって、液状化点が最高温度以下であった場合に、焼き付き前のワックス系潤滑剤49が液化して外部へ流出することを防止できる。これにより、運転温度以下の初期潤滑を円滑に行え、転がり軸受120の過加熱時における保護を確実に行うことができる。
 次に、転がり軸受の第2の構成例を説明する。
 図6は第2の構成例の転がり軸受の一部分を切り欠いた断面図である。
 本構成の転がり軸受200においては、シール部材53が、内輪13と外輪15の端面より軸方向内側に配置されている。つまり、外輪15のシール部材保持溝35より軸受外側に形成される端部内径面57と、内輪の端部外径面55とを軸方向に延長して、シール部材53を軸受端面より内側に収容している。
 この転がり軸受200によれば、シール部材53が、内輪13と外輪15の端面から外側へ突出しなくなる。つまり、シール部材53は、転がり軸受100の軸心に沿う方向に出っ張りがなくなり、軸受の配置自由度が高められ、周辺部品との干渉によりシール部材53が損傷することを防止できる。
 次に、転がり軸受の第3の構成例を説明する。
 図7は第3の構成例の転がり軸受の一部分を切り欠いた断面図である。
 本構成の転がり軸受300は、シール部材61が軸方向外側に大きく突出せず、シール部材61の軸方向内側の軸受内空間31にワックス系潤滑剤23の貯油スペースを設けた構成となっている。
 本構成の転がり軸受300においては、外輪15と内輪13が、軸受幅をB、軸受高さをHとした場合に、1.5≦B/H≦3を満足する。そのため、軸受内空間31は、ワックス系潤滑剤23を配置するだけの十分なスペースを有している。
 この転がり軸受300では、軸受幅と軸受高さとが1.5≦B/Hに設定されることで、貯油スペース37の容積の確保が容易となる。また、軸受中心部から貯油スペース37が適度に離れるので、熱伝達の少ない部分が形成できる。そのため、ワックス系潤滑剤23は、軸受運転時に全てが液状化されずに、ワックス状での保持が可能となる。
 尚、B/H>3に設定した場合は、転がり軸受300の軸方向スペースが大きくなり、回転機器が大きくなる不利が生じる。
 したがって、本構成の転がり軸受によれば、貯油スペース37に、周囲温度によって半固体状と液状とに変化可能なワックス系潤滑剤23を封入することで、長期間に亘って安定した潤滑が可能となる。
 尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
 例えば、本構成例では、ラジアル形の深溝玉軸受に貯油スペース37を設けて、ワックス系潤滑剤23を貯留するように説明したが、この軸受形式に限定されず、ころ軸受を含む他の任意の形式の軸受にも本発明を適用することができる。
 更に、転がり軸受を工作機械の主軸装置の駆動用として使用される高速(スピンドル)モータに適用した例について説明したが、これに限らず、一般産業機械用転がり軸受、他のモータ用転がり軸受等の高速回転する装置の転がり軸受としても適用することができ、同様の効果を奏する。
 本出願は2014年10月29日出願の日本国特許出願(特願2014-220694)、及び2015年9月29日出願の日本国特許出願(特願2015-191191)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。
 13 内輪
 15 外輪
 17 転動体
 19,53,61 シール部材
 21 グリース
 23,23A,49 ワックス系潤滑剤
 25 外輪軌道面
 27 内輪軌道面
 31 軸受内空間
 37 貯油スペース
100,110,120,200,300 転がり軸受

Claims (7)

  1.  外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間の軸受内空間に転動自在に配置される複数の転動体と、前記内輪と前記外輪のいずれか一方の軌道輪の軸方向端部に位置され前記軸受内空間を塞ぐシール部材と、を有する転がり軸受であって、
     前記シール部材は、軸方向外側に膨らむ貯油スペースを有し、
     前記貯油スペースには、潤滑油とワックスとを含み、10~70℃の温度範囲内の所定の温度である液状化点を境として、前記液状化点を越えたときの液状状態と、前記液状化点以下での半固体状態との間を、変化可能なワックス系潤滑剤が封入されることを特徴とする転がり軸受。
  2.  前記シール部材は、前記貯油スペースが前記内輪と前記外輪の端面から軸方向外側に突出したことを特徴とする請求項1に記載の転がり軸受。
  3.  前記シール部材は、前記内輪と前記外輪の端面より軸方向内側に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の転がり軸受。
  4.  前記外輪と前記内輪は、軸受幅をB、軸受高さをHとした場合に、1.5≦B/H≦3を満足することを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の転がり軸受。
  5.  前記軸受内空間には、前記転がり軸受の運転時に想定される最高温度よりも高い前記液状化点を有する前記ワックス系潤滑剤が封入されることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の転がり軸受。
  6.  前記軸受内空間には、グリースが封入され、
     前記グリースは、前記ワックス系潤滑剤と親和性及び浸潤性を有する基油成分を含んで構成されることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の転がり軸受。
  7.  前記ワックス系潤滑剤が、前記液状化点を境として、前記液状状態と前記半固体状態との間を可逆変化可能であることを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の転がり軸受。
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