TWI524014B - High-speed bearings with lubricating oil and high-speed rolling bearings - Google Patents

High-speed bearings with lubricating oil and high-speed rolling bearings Download PDF

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Kenji Tamada
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Description

高速軸承用潤滑油以及高速用滾動軸承
本發明係關於用來支承工作機械主軸(spindle)等的高速轉軸的滾動軸承所使用之高速軸承用潤滑油、以及將該潤滑油封入內部之高速用滾動軸承
工作機械的主軸，為提昇加工效率須進行高速旋轉，其軸承是運用各種的潤滑技術。適用於高速旋轉的主軸之潤滑方法，例如包括油霧潤滑、油氣潤滑、噴射潤滑等的方法。
然而，這些潤滑方法，由於須設置壓縮空氣和供油裝置等的附帶設備，會造成工作機械的購置成本和運轉費用昇高，相對於此，潤滑油潤滑由於維修保養的必要性低，可說是較佳的潤滑方法。例如，就用來支承以2000~8000rpm或更高速旋轉的轉軸之高速用滾動軸承而言，是包括：用來支承工作機械主軸(spindle)之斜角滾珠軸承、圓柱滾子軸承等等。
第14圖所示之斜角滾珠軸承51，除負荷徑荷重，也能負荷一方向的軸荷重，由鋼球54和內環52及外環53的接觸點連接成的直線，相對於徑方向具有夾角(接觸角)α。在內環52和外環53和鋼球54所形成的軸承空間內封入潤滑油。
作為由斜角滾珠軸承、圓柱滾子軸承等構成的高速用 滾動軸承所使用的潤滑劑，較佳為採用不須進行供油等的維修保養且將稠度調整成不致污染周圍環境之潤滑油。
關於主軸用滾動軸承等的高速用滾動軸承使用的潤滑油所要求之潤滑特性和問題點，可整理如下。
(a)為了儘量延長長壽命滾動軸承的潤滑壽命，如以下(i)~(iii)所說明，必須符合：潤滑劑(潤滑油或其基油)不容易從滾動軸承漏出、潤滑油的耐熱性優異、可形成潤滑所須的油膜厚度等的要求。
(i)在滾動軸承高速運轉時，離心力會使滾動軸承內的潤滑油流向軸承外部，或使潤滑油中的基油分離流出，而不容易留在須高度潤滑的滾道面附近，因此容易發生潤滑不良。為了防止這種事態發生，其對策是將密封板等的板構件裝設在滾動軸承。然而，依軸承的構造，可能發生無法裝設的情形，又即使裝設密封構件，仍可能發生無法將潤滑劑或潤滑油完全密封的情形。
在非高速運轉的滾動軸承的情形，因轉動體或保持器的運動而從摩擦部分擠出的多餘的潤滑油，依旋轉條件會以一定程度回流至軸承內部而再度進行潤滑。但是，在高速旋轉的工作機械等的轉軸支承用滾動軸承，由於軸承內部發生的風壓會阻礙回流的進行，故潤滑油難以供應至滾道部，而容易發生潤滑不良。因此，在高速旋轉的滾動軸承，僅少量的潤滑油是用於潤滑，故潤滑油的性質特別重要。高速用滾動軸承所使用的潤滑油，必須要求既使在少量的潤滑油下仍能維持潤滑性能。
(ii)在運轉條件高速化時，軸承的滾動面會局部發熱而形成高溫，這時耐熱性差的潤滑油會發生熱劣化，而造成潤滑油的壽命顯著縮短。針對此問題，已嘗試使用具有耐熱性的增稠劑或基油，或是添加氧化防止劑，但這些嘗試，都無法到達令人滿意的耐久性提昇。
(iii)提昇潤滑性(油膜厚度)之習知的潤滑油，若基油黏度變高，剪切摩擦阻力變大而造成轉矩增大且發熱量增大，為了抑制這些現象是將基油黏度減低。因此，因高速運轉所伴生的溫度上昇而變成低黏度的潤滑油油膜會變薄，如此可能會發生滑動摩耗。
(b)具有低轉矩性(溫度上昇抑制性)之既有的高速軸承用潤滑油，雖如前述般可將基油黏度減低，但當軸承高速旋轉時，溫度上昇會造成黏度明顯降低，而無法形成潤滑所須厚度的油膜。
(c)關於低振動性的潤滑油，依增稠劑的種類可能會造成軸承的振動變大。亦即，所含的增稠劑會形成大且硬的凝集體之潤滑油的情形，受潤滑之滾動軸承的振動會變大。
這種習知的潤滑油，在運用於高速用滾動軸承的情形，並無法符合軸承的長壽命性、低轉矩性、低振動性等物性的要求。作為其對策，雖有配合脲化合物的潤滑油被提出(參照專利文獻1~專利文獻3)，但油消耗量變大，要獲得更高速的性能尚嫌不足。
例如，專利文獻3揭示的潤滑油組成物，係含有：40 ℃的動黏度為15mm2 /sec以上40mm2 /sec以下的基油、含量佔潤滑油組成物全體的9質量%以上14質量%以下之二脲化合物的增稠劑，且混合稠度為220以上320以下。
然而，在上述潤滑油組成物也是，要減少增稠劑的配合量以減低潤滑油封入量會有困難，又無法充分對應於軸承的高速旋轉，要謀求工作機械的緊致化和運轉費用的降低會有困難。
再者，近年來滾動軸承的使用狀態越來越嚴苛，在節圓直徑dm(mm)和轉數N(rpm)的乘積(dmN值)為170萬以上的高速旋轉所使用的主軸用滾動軸承等也變多起來。隨著如此般軸承的旋轉速度的高速化，既有的潤滑油要完全符合軸承所要求的性能相當困難。
專利文獻1：日本特開2000－169872號公報 專利文獻2：日本特開2003－83341號公報 專利文獻3：日本特開2006－29473號公報
本發明係有鑑於這種狀況而構成者，其目的是為了提供一種可使用於滾動軸承的高速軸承用潤滑油，即使以較少的潤滑油封入量，仍能對應於例如節圓直徑dm(mm)和轉數N(rpm)的乘積(dmN值)為170萬以上的高速旋轉，而能謀求工作機械等的緊致化和運轉經費的降低；又提供一種將該潤滑油封入內部之高速用滾動軸承。
本發明之高速軸承用潤滑油，是在使用脲系化合物作 為增稠劑之脲系潤滑油中，配合不含上述脲系化合物之非脲系潤滑油而構成的高速軸承用潤滑油，其特徵在於：上述脲系化合物是將聚異氰酸酯成分和單胺成分反應而製得；該單胺成分，是相對於單胺全體含有50莫耳%以上的選自脂肪族單胺及脂環式單胺中至少1種單胺之單胺成分。
又上述非脲系潤滑油的增稠劑，是金屬皂或Na對酞酸鹽，其在上述非脲系潤滑油全體中的配合比例為10~40重量%。
上述金屬皂，是在分子內具有醯胺鍵之醯胺金屬皂或複合醯胺金屬皂。又上述醯胺金屬皂或複合醯胺金屬皂，是使用鈉、鈣、鋁、鋅或鋇作為金屬種。
上述脲系潤滑油及上述非脲系潤滑油的基油的動黏度為15~40mm2 /sec。脲系潤滑油的基油是選自合成烴油、酯油、烷基二苯醚油中之至少一種油。
本發明的高速用滾動軸承，係用來支承以高速旋轉的軸之高速用滾動軸承，其特徵在於：該滾動軸承係具備：內環及外環、介設於內環及外環間之複數個轉動體、用來保持該轉動體的保持器、將上述內環及外環間的間隙的開口予以覆蓋之密封構件；在上述轉動體的周圍封入潤滑油，該潤滑油是使用上述本發明的高速軸承用潤滑油。
此外，在選自上述內環的滾道面表面、上述外環的滾道面表面、上述轉動體的表面中至少一個，實施凹坑加工。
又上述凹坑加工為珠擊加工，藉由該加工而形成於各 表面的凹坑，從該表面起算的深度為0.1~10 μm。
又在選自上述內環的外徑面、上述外環的內徑面以及上述轉動體的表面中至少一個，形成被膜。
又上述被膜，係藉由金屬鍍敷處理或磷酸被膜處理所形成的被膜。
又上述保持器，係在袋孔部(pocket)的內面具有凹部，且至少該凹部的緣部被去角。
又上述凹部，係儲油部或離隙部。
又上述保持器是樹脂製的保持器。
又上述保持器所使用的樹脂，係聚醯胺(以下稱PA)樹脂、酚樹脂或聚醚醚酮(以下稱PEEK)樹脂。
又在與上述潤滑油接觸之軸承內部表面的至少一部分，形成撥水撥油性被膜。
又，上述撥水撥油性被膜係形成於：選自(1)密封構件的軸承內部側表面的一部分、(2)外環之除軌道面以外的內徑面及密封構件的軸承內部側表面、(3)內環之除軌道面以外的外徑面及密封構件的軸承內部側表面、(4)除與轉動體的接觸面以外之保持器的表面中至少一個。
又上述撥水撥油性被膜，係使用矽系化合物或氟系化合物來形成。
又上述矽系化合物是矽氧烷，上述氟系化合物是氟烷基矽烷。
又上述高速用滾動軸承，係用來支承工作機械的主軸 的軸承。
又上述高速用滾動軸承，是斜角滾珠軸承或圓柱滾子軸承。
本發明的高速軸承用潤滑油，由於在使用既定的脲系化合物作為增稠劑之脲系潤滑油中，配合不含上述脲系化合物之非脲系潤滑油，即使是少量的潤滑油封入量，仍可確保將該潤滑油封入內部之滾動軸承的耐荷重性，且在高速旋轉下對軌道面供油的能力優異。
特別是構成上述脲系化合物的單胺成分，是相對於單胺全體含有50莫耳%以上的選自脂肪族單胺及脂環式單胺中至少1種單胺，增稠劑不容易被高速下的剪切力破壞，利用增稠劑的毛細管現象，可穩定地將潤滑油的油分供應至滾道面。
本發明之高速用滾動軸承，由於將上述潤滑油封入內部，在負荷高離心力的狀態下，潤滑油不會流出軸承外，且能長期間穩定地供應軸承潤滑所須的油量，又對高速下滑接的軌道面，能形成潤滑所須厚度的油膜。因此能延長高速旋轉下之軸承耐久壽命。
由於在軸承內環的滾道面表面、外環的滾道面表面、轉動體的表面中至少一個，形成複數個微小凹部之凹坑(dimple)，可提昇軌道環與轉動體的接觸面之油膜形成能力，而能明顯提昇微量油供應狀態下之潤滑油壽命的延長效果。
由於在選自軸承內環的外徑面、軸承外環的內徑面、 轉動體的表面中至少一個，藉由金屬鍍敷處理或磷酸被膜處理來形成被膜，可大幅提昇該接觸面在微量油供應狀態下之潤滑能力，而能明顯提昇微量油供應狀態下之潤滑油壽命的延長效果。即使是從滾道部排除而堆積於周邊之潤滑油難以進行油供應的狀況，利用被膜效果，讓基油的擴散變容易而提昇濕潤性，藉此可延長潤滑油壽命(燒咬)。
由於在保持器的袋孔部內面具有凹部，保持於凹部內的潤滑油，在軸承運轉時也會供應到轉動體與袋孔部內面的接觸部，能使該接觸部的潤滑狀態保持良好。此外，由於至少該凹部的緣部被去角，附著於轉動體表面之潤滑油不容易被該緣部刮除，在袋孔部的必要部位容易取得潤滑油。結果，能大幅延長在高速旋轉下的軸承耐久壽命。
由於在與上述潤滑油接觸的軸承內部表面的至少一部分形成撥水撥油性被膜，即使在負荷高離心力的狀態下，仍能使潤滑油的油分移動至滾道面，而不會流出軸承外，且能長期間穩定地供應軸承潤滑所須的油量，又對高速下滑接的軌道面，能形成潤滑所須厚度的油膜。因此能延長高速旋轉下之軸承耐久壽命。
本發明之高速用滾動軸承，構造上並沒有特別的限制，例如是第1圖所示之斜角滾珠軸承。第1圖係封入潤滑油的斜角滾珠軸承之縱截面圖。
該斜角滾珠軸承1，如第1圖所示，係將在內環2和外環3之間用保持器5保持轉動體4所形成的軸承空間，用固定於卡止槽(設於外環3的內周面)的密封構件6密封而構成之斜角滾珠軸承。至少在轉動體4的周圍封入潤滑油，在外環3的內徑面形成周槽狀的潤滑油袋孔7，以物理性防止潤滑油的洩漏。由轉動體4和內環2及外環3的接觸點連接成的直線，相對於徑方向具有接觸角β，其可負荷徑荷重和一方向的軸荷重。轉動體4可由氮化矽、碳化矽等的陶瓷製。在本發明，在內環2和外環3和轉動體4所形成之軸承空間，封入後述本發明的高速軸承用潤滑油8。
本發明的高速用滾動軸承的其他實施形態，是在選自第1圖之內環的滾道面表面、外環的滾道面表面、轉動體的表面中至少一個實施凹坑加工而構成之斜角滾珠軸承。藉由凹坑加工，以在各表面形成微小凹部之凹坑。
關於凹坑加工，只要是能在軸承鋼構成的軌道環(內環及外環)的滾道面表面或轉動體表面形成凹坑的方法即可，可使用公知的方法。具體而言，可採用珠擊、缸桶研磨、雷射照射、蝕刻、模具轉印等等。其中，基於成本和方便性的觀點，以使用珠擊法為佳。
在本發明，為了藉由珠擊來在軌道環的滾道面表面、轉動體表面形成凹坑，例如是將粒徑30~300 μm程度之珠擊材朝軌道環的滾道面表面以0.01~1MPa的壓力噴射1~60秒，藉此形成凹坑。
作為珠擊材，只要是可在軸承鋼構成之軌道環、轉動體上形成凹坑者即可。具體而言，可列舉氧化鋁、碳化矽、玻璃珠等等，其中，以使用經濟性和加工性優異之氧化鋁為佳。
藉由上述凹坑加工來在軌道環的滾道面表面、轉動體表面形成的凹坑，從滾道面表面、轉動體表面起算的深度宜為0.1~10 μm，更佳為1~5 μm。未達0.1 μm時，凹坑效果變小故不佳。又若在5 μm以上，軸承的噪音變大故不佳。
形成於軌道環的滾道面表面、轉動體表面的凹坑，為了使油膜厚度變穩定，較佳為週期性地形成凹坑。該凹坑較佳為，朝與滾動滑動方向正交的方向延伸。藉此，從滾道部排除而堆積於周邊之潤滑油，可更順利地進行油供應。
本發明的高速用滾動軸承之其他實施形態，是在選自第1圖之內環2的外徑面2a、外環3的內徑面3a、轉動體4表面中至少一個形成被膜而構成之斜角滾珠軸承。這些被膜，可對各面實施既定的表面處理來形成。表面處理較佳為，可減少轉動摩擦且不易剝離者。就潤滑性優異、不容易剝離的表面處理而言，較佳為金屬鍍敷處理或磷酸被膜處理。
作為金屬鍍敷處理，可使用電鍍、無電解鍍等的方法。所使用的金屬較佳為，Cu、Ag、Ni、Zn、Sn等的軟質且與母材(軸承鋼)之密合性優異的金屬。
磷酸被膜處理，例如是將軌道環等浸漬於磷酸三酯溶液中而在其等的表面形成磷酸金屬鹽被膜的處理。磷酸三酯，是(RO)3 P＝O(式中，R代表芳基、脂肪族烴基、脂環族烴基)所代表的有機磷酸化合物，可使用市售工業用材料之可塑劑等。作為磷酸三酯，例如包括：磷酸三甲苯酯(CH3 C6 H4 O)3 PO、磷酸三苯酯(C6 H5 O)3 PO、磷酸三丁酯(C4 H9 O)3 PO等等。上述磷酸三酯，按照操作上的必要，可用有機溶劑稀釋再使用。在讓磷酸三酯和軸承鋼反應而在其表面形成金屬鹽被膜時，為了提高反應速度只要邊加溫邊進行即可，例如只要在60℃左右浸漬1~2小時即可形成具有充分厚度的被膜。
藉由在後述的潤滑油中預先混入磷酸三酯，利用隨著軸承的運轉所造成之溫度上昇，可在轉動體與內、外環的接觸面形成磷酸金屬鹽被膜。本方法的好處在於，可隨時補足被膜的摩耗。
本發明的高速用滾動軸承之其他實施形態，例如是用保持器的袋孔部來保持轉動體，在該袋孔部的內面具有凹部，至少該凹部的緣部被去角，藉此來構成斜角滾珠軸承。第2圖係顯示這種斜角滾珠軸承之縱截面圖。第3圖係斜角滾珠軸承11所使用的機械加工型保持器15的立體圖。
該斜角滾珠軸承11，如第2圖所示，係將在內環12和外環13之間用保持器15保持轉動體14所形成的軸承空間，用固定於卡止槽(設於外環13的內周面)的密封 構件16密封而構成之斜角滾珠軸承。在內環12和外環13和轉動體14所形成之軸承空間，封入後述本發明的高速軸承用潤滑油17。由轉動體14和內環12及外環13的接觸點連接成的直線，相對於徑方向具有接觸角β，其可負荷徑荷重和一方向的軸荷重。轉動體14可由氮化矽、碳化矽等的陶瓷製。
如第3圖所示，在機械加工型保持器15的袋孔部內面15a設置凹面狀的儲油部15c及離隙部15b。此外，對設置該等凹部所產生的該凹部的緣部15d實施去角加工。儲油部15c及離隙部15b，僅設置任一方也可以。除該凹部之緣部以外，也能在保持器之可能與轉動體接觸的所有的緣部實施去角加工。
同樣的實施形態，例如是用保持器的袋孔部來保持轉動體，在該袋孔部的內面具有凹部，至少該凹部的緣部被去角，藉此來構成深槽滾珠軸承。第4圖係顯示這種封入潤滑油之深槽滾珠軸承之縱截面圖。第5圖係深槽滾珠軸承所使用的冠型保持器25的立體圖。
該深槽滾珠軸承21，如第4圖所示，係將在內環22和外環23之間用保持器25保持轉動體24所形成的軸承空間，用固定於卡止槽(設於外環23的內周面)的密封構件26密封而構成之深槽滾珠軸承。在內環22和外環23和轉動體24所形成之軸承空間，封入後述本發明的高速軸承用潤滑油27。轉動體24可由氮化矽、碳化矽等的陶瓷製。
如第5圖所示，在保持器25的袋孔部內面25a設置凹面狀的交叉面側儲油部25b及底面側儲油部25c，又對設置該等凹部所產生之該凹部的緣部25d實施去角加工。除該凹部之緣部以外，也能在保持器之可能與轉動體接觸的所有的緣部實施去角加工。
本發明之高速用滾動軸承中組裝的保持器，以樹脂製為佳。使用樹脂製保持器可謀求軸承的輕量化，而減輕高速旋轉下的離心力的影響。又能抑制轉動體和保持器的滑動部之摩擦發熱。
上述樹脂保持器，宜使用具備耐熱性及耐油性之樹脂。例如可使用：PA樹脂、聚乙烯樹脂、聚縮醛樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂、聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚苯硫樹脂、聚醚碸樹脂、酚樹脂、聚醚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、PEEK樹脂、熱塑性聚醯亞胺樹脂等等。這些可單獨或組合2種以上來使用。
其等中，基於輕量、和油的親和性優異、機械穩定性優異等的觀點，較佳為：PA46樹脂、PA66樹脂、PA9T樹脂等經玻璃纖維等強化的PA樹脂，或是電木(Bakelite)等的酚樹脂、PEEK樹脂。
本發明的高速用滾動軸承的其他實施形態，例如第6圖~第9圖所示，是在與封入的潤滑油接觸之軸承內部表面之至少一部分形成撥水撥油性被膜之斜角滾珠軸承。
針對即使是較少的潤滑油封入量仍能充分對應於高速旋轉，且可謀求工作機械的緊致化和運轉經費的降低之高 速用滾動軸承，進行深入探討的結果發現，在高速用滾動軸承的構件之軸承內部表面的至少一部分設置撥水撥油性被膜，並封入既定的潤滑油，可獲得高速使用時的壽命長之滾動軸承。
在與潤滑劑(封入軸承之潤滑油等)接觸之軸承內部表面的至少一部分形成撥水撥油性被膜，利用撥水撥油性被膜的表面張力能防止潤滑劑留在被膜表面而使其活潑地移動。因此，活潑移動之既定潤滑劑會持續存在轉動面和滾道面等的滑動表面，而能提昇潤滑作用的持續性以獲得長壽命的滾動軸承。
第6圖係斜角滾珠軸承的撥水撥油性被膜的形成位置一例之截面圖。撥水撥油性被膜，只要形成在與潤滑油37接觸之軸承內部表面的至少一部分即可，更佳為形成在滑動表面以外。在此的滑動表面是包括：內環軌道面32a、外環軌道面33a、保持器35與轉動體34的接觸面、轉動體34的表面等等。
第6圖之斜角滾珠軸承31，係將在內環32和外環33之間用保持器35保持轉動體34所形成的軸承空間，用固定於卡止槽(設於外環33的內周面)的密封構件36密封，且在密封構件36之軸承內部側表面的一部分形成撥水撥油性被膜38a。在內環32和外環33和轉動體34所形成之軸承空間，封入後述本發明的高速軸承用潤滑油37。
由轉動體34和內環32及外環33的接觸點連接成的直線，相對於徑方向具有接觸角β，其可負荷徑荷重和一 方向的軸荷重。又轉動體34可由氮化矽、碳化矽等的陶瓷製。
第7圖~第9圖是上述撥水撥油性被膜的形成位置的其他例之截面圖。第7圖，是在外環之除軌道面33a以外的內徑面、密封構件36的軸承內部側表面形成撥水撥油性被膜38b；第8圖，是在內環之除軌道面32a以外的外徑面、密封構件36的軸承內部側表面形成撥水撥油性被膜38c；第9圖，是在除了與轉動體34的接觸面以外之保持器35的表面形成撥水撥油性被膜38d。第7圖~第9圖中除了撥水撥油性被膜以外的構造是和第6圖相同。
第6圖~第9圖雖是個別顯示撥水撥油性被膜的形成位置，但這些形成位置可單獨使用或組合2個以上來使用。
又關於同樣的實施形態，例如第10圖~第13圖係顯示，在與封入的潤滑油接觸之軸承內部表面的至少一部分形成撥水撥油性被膜之深槽滾珠軸承。
第10圖係顯示深槽滾珠軸承之撥水撥油性被膜的形成位置一例之截面圖。撥水撥油性被膜，只要形成於與潤滑油47接觸之軸承內部表面的至少一部分即可，更佳為形成在滑動表面以外。在此的滑動表面是包括：內環軌道面42a、外環軌道面43a、保持器45與轉動體44的接觸面、轉動體44的表面等等。
第10圖之深槽滾珠軸承41，係將在內環42和外環43之間用保持器45保持轉動體44所形成的軸承空間，用 固定於卡止槽(設於外環43的內周面)的密封構件46密封，且在密封構件46之軸承內部側表面的一部分形成撥水撥油性被膜48a。在內環42和外環43和轉動體44所形成之軸承空間，封入後述本發明的高速軸承用潤滑油47。又轉動體44可由氮化矽、碳化矽等的陶瓷製。
第11圖~第13圖是上述撥水撥油性被膜的形成位置的其他例之截面圖。第11圖，是在外環之除軌道面43a以外的內徑面、密封構件46的軸承內部側表面形成撥水撥油性被膜48b；第12圖，是在內環之除軌道面42a以外的外徑面、密封構件46的軸承內部側表面形成撥水撥油性被膜48c；第13圖，是在除了與轉動體44的接觸面以外之保持器45的表面形成撥水撥油性被膜48d。第11圖~第13圖中，除了撥水撥油性被膜以外的其他構造是和第10圖相同。
第10圖~第13圖雖是個別顯示撥水撥油性被膜的形成位置，但這些形成位置可單獨使用或組合2個以上來使用。
藉由將撥水撥油性被膜38a~38d、48a~48d如第6圖~第13圖所示形成於軸承內部表面，利用撥水撥油性被膜38a~38d、48a~48d的表面張力，能避免被封入的潤滑油37、47留在該被膜表面而使其能活潑地移動。因此，例如在未形成該等被膜38a~38d、48a~48d之內環軌道面32a、42a、外環軌道面33a、43a、保持器35、45與轉動體34、44的接觸面、轉動體34、44的表面等等， 會繼續地供應潤滑油37、47，藉此提昇潤滑作用的持續性而成為長壽命的滾動軸承。
此外，藉由在滑動表面以外形成撥水撥油性被膜，可避免滑接所造成之該被膜的剝離。
形成撥水撥油性被膜所使用的材料，可使用矽系、氟系之撥水撥油劑，並沒有特別的限定。撥水撥油性被膜較佳為：矽烷氧等的矽系撥水撥油劑構成的被膜，或是使用氟烷基矽烷所形成之撥水撥油性被膜。
就市售品而言，例如包括：日本美可多能(Mektron)製：諾庫斯加德ST－420，大金工業製：優利達因，信越化學製：全氟烷基矽烷KBM7803等等。
本發明的高速用滾動軸承之上述實施形態，只要在與潤滑油接觸之軸承的內部表面形成撥水撥油性被膜即可，被膜的形成方法並沒有特別的限定。為了在與潤滑油接觸之軸承的內部表面形成撥水撥油性被膜，可將滾動軸承浸漬於矽烷氧等的矽系撥水撥油劑的分散液中，經乾燥而形成撥水撥油性i被膜。又可採用：真空蒸鍍、物理蒸鍍(PVD)、化學蒸鍍(CVD)、離子鍍等的乾式鍍敷，或是電鍍等等。
也能使用市售的撥水撥油劑，塗布於與潤滑油接觸的軸承內部表面來形成撥水撥油性被膜。其中，基於不須對各零件分別進行撥水撥油處理、加工成本有利等的觀點，較佳為採用將滾動軸承浸漬於撥水撥油劑分散液中的方法。
本發明之高速用滾動軸承，較佳為封入軸承容積部的容積之1體積%以上10體積%未滿之潤滑油。若未達1體積%，潤滑所須的潤滑油量不足，容易發生枯竭。若在10體積%以上，攪拌轉矩變大，發熱變大，不僅無法延長潤滑壽命，且成本增加，又對環境而言也不佳。
本發明之高速用滾動軸承，除上述各實施形態所示之斜角滾珠軸承及深槽滾珠軸承以外，也能使用圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、自動調心滾子軸承、針狀滾子軸承、止推圓柱滾子軸承、止推圓錐滾子軸承、止推針狀滾子軸承、止推自動調心滾子軸承等等。其等當中，基於同時具備高速旋轉的旋轉精度和耐荷重性能雙方的觀點，較佳為使用斜角滾珠軸承或圓柱滾子軸承。
本發明之高速用滾動軸承，在以下所說明，其特徵在於：所使用的高速軸承用潤滑油，是在使用脲系化合物作為增稠劑之脲系潤滑油中，配合不含上述脲系化合物之非脲系潤滑油。
本發明的脲系潤滑油及非脲系潤滑油的基油，可使用40℃的動黏度(以下簡稱動黏度)為15~40mm2 /sec的潤滑油。較佳為動黏度18~30mm2 /sec的潤滑油。在動黏度未達15mm2 /sec的情形，黏度過低而無法獲得充分的耐負荷性。又在動黏度超過40mm2 /sec的情形，在高速旋轉下供應至軌道面的油量不足，會造成軸承壽命提早結束。
上述脲系潤滑油的基油的種類，較佳為合成烴油、酯油、烷基二苯醚油、或是該等的混合油。
又較佳為，合成烴油、酯油、烷基二苯醚油各個的動黏度都在15~40mm2 /sec。若位於此範圍，即使是成為混合油的情形，也能確保動黏度的範圍在15~40mm2 /sec。
在成為混合油的情形，較佳為以合成烴油作為必須成分，又較佳為，合成烴油的重量比例為酯油或烷基二苯醚油之同量以上。
就合成烴油而言，例如包括：正石蠟、異石蠟、聚丁烯、聚異丁烯、1－癸烯寡聚物、1－癸烯和乙烯之共寡聚物等等的聚－α－烯烴等等。
就酯油而言，例如包括：二丁基癸二酸酯、二－2－乙基己基癸二酸酯、二辛基己二酸酯、二異癸基己二酸酯、雙十三烷基己二酸酯、雙十三烷酯、甲基．乙醯基二壬酯等的二酯油；三辛基偏苯三酸酯、十三烷基偏苯三酸酯、四辛基均苯四甲酸酯等的芳香族酯油；三羥甲基丙烷辛酸酯、三羥甲基丙烷壬酸酯、季戊四醇－2－乙基己酸酯、季戊四醇壬酸酯等的多元醇酯油、碳酸酯油等等。
就烷基二苯醚油而言，例如包括：單烷基二苯醚、二烷基二苯醚、聚烷基二苯醚等等。
上述脲系化合物(脲系增稠劑)，係讓聚異氰酸酯成分和單胺成分進行反應而製得。
就聚異氰酸酯成分而言，例如包括：對苯二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、二苯二異氰酸酯、二苯甲烷二異氰酸酯、十八烷基二異氰酸酯、癸基二異氰酸酯、己烷二異氰酸酯等等。其等中，較佳為芳香族二異氰酸酯。
此外，也能使用二胺和莫耳比過剩之二異氰酸酯反應所得之聚異氰酸酯。作為二胺可列舉：乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺、辛二胺、苯二胺、甲苯二胺、二甲苯二胺、二胺基二苯基甲烷等等。
單胺成分，相對於單胺全體，是含有選自脂肪族單胺及脂環式單胺中至少1種單胺50莫耳%以上，較佳為含有80莫耳%以上。藉由含有50莫耳%以上，增稠劑不容易被高速下的剪切力破壞，利用增稠劑纖維的毛細管現象，可穩定地將潤滑劑中的油分供應至滾道面。
就脂肪族單胺及脂環式單胺以外的單胺而言，例如為芳香族單胺。
就脂肪族單胺而言，可列舉己胺、辛胺、十二烷胺、十六烷胺、十八烷胺、硬脂胺、油胺等等，其中較佳為十八烷胺。
就脂環式單胺而言，例如為環己胺等等。
就芳香族胺而言，可列舉苯胺、對甲苯胺等等，其中較佳為對甲苯胺。
上述脲系增稠劑，相對於脲系潤滑油全體，其配合量較佳為3~20重量%，更佳為5~15重量%。配合量未達3重量%時，基油保持能力不足，特別是在旋轉初期，暫時會有大量的油分分離而發生潤滑油的洩漏，如此會造成軸承耐久壽命變短。又若配合量超過20重量%，基油的相對含量變少，油供應性變差，會提早陷入潤滑不足而同樣地造成軸承耐久壽命變短。
關於上述非脲系潤滑油的基油種類，除作為脲系潤滑油的基油來使用之合成烴油、酯油、烷基二苯醚油、或其等的混合油以外，還能將礦油、氟油、矽酮油等單獨或混合使用。
作為礦油可使用：將源自原油的潤滑油經減壓蒸餾、溶劑脫瀝青、溶劑萃取、氫化分解、溶劑脫蠟、硫酸洗淨、白土精製、氫化精製等而製得者。
作為氟油，只要是能將脂肪族烴聚醚的氫原子用氟原子取代的化合物即可，例如可使用全氟聚醚油。全氟聚醚油例如包括：Fomblin Y(蒙提迪森(Montedison)公司商品名)、Krytox(杜邦公司商品名)等的具有側鏈的全氟聚醚，Fomblin Z(蒙提迪森公司商品名)、Fomblin M(蒙提迪森公司商品名)、捷姆南(大金公司商品名)等的直鏈狀的全氟聚醚。
作為矽酮油，可使用：二甲基矽酮油、甲基苯基矽酮油等的所謂純矽酮油，或烷基變性矽酮油、芳烷基變性矽酮油等的所謂變性矽酮油。
作為上述非脲系潤滑油的增稠劑(非脲系增稠劑)，可使用油分離性優異的金屬皂、Na對酞酸鹽、聚四氟乙烯樹脂等等。
上述金屬皂，是用金屬氫氧化物等的金屬源和脂肪酸(脂肪族單羧酸(例如硬脂酸)、含有至少1個羥基之脂肪族單羧酸(例如12－羥基硬脂酸)等)所合成出。也能使用由上述金屬源和上述脂肪族單羧酸和脂肪族二羧酸等 的二元酸所合成出之複合金屬皂。
按照金屬種的不同，例如包括：鋰皂、複合鋰皂、鋇皂、複合鋇皂、鋁皂、複合鋁皂、鈣皂、複合鈣皂、鈉皂、複合鈉皂、鋅皂、複合鋅皂等等。
作為分子內具有醯胺鍵之金屬皂(醯胺金屬皂)及分子內具有醯胺鍵之複合金屬皂(複合醯胺金屬皂)例如包括：醯胺鈉皂、複合醯胺鈉皂、醯胺鋇皂、複合醯胺鋇皂、醯胺鋁皂、複合醯胺鋁皂、醯胺鈣皂、複合醯胺鈣皂、醯胺鋅皂、複合醯胺鋅皂等等。
前述化合物中，特佳為油供應性及剪切穩定性優異的複合鋰皂、複合鋇皂、Na對酞酸鹽、複合醯胺鋇皂。
非脲系潤滑油的增稠劑，相對於非脲系潤滑油全量，其含量較佳為10~40重量%。若含量在10重量%以下，潤滑油變成軟質而容易被剪斷而從軸承漏出，又超過40重量%時，潤滑油中的油分變少，油供應性可能變差。
本發明之上述非脲系潤滑油，相對於潤滑油全量，其配合比例較佳為10~80重量%。更佳為20~50重量%。非脲系潤滑油的配合量未達10重量%時，對滾道部的油供應性不佳。又配合量超過80重量%時，在高速下增稠劑的纖維容易被破壞，如此將無法利用增稠劑的毛細管現象將基油供應至滾道部。
又在本發明的脲系潤滑油和非脲系潤滑油的混合潤滑油中，按照需要可含有公知的潤滑油用添加劑。作為該添加劑，例如包括：有機鋅化合物、胺系、酚系化合物等的 氧化防止劑；苯並***等的金屬減活劑；聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯等的黏度指數提昇劑；二硫化鉬、石墨等的固體潤滑劑；金屬磺酸鹽、多元醇酯等的防銹劑；有機鉬等的減摩擦劑；酯、醇等的油性劑；磷系化合物等的摩耗防止劑等等。這些可單獨或組合2種以上來添加。添加劑的含量較佳為，個別佔潤滑油全量的0.05重量%以上，合計量佔潤滑油全量的0.15~10重量%的範圍。在合計量超過10重量%時，不僅無法期待隨著含量增多的效果，且其他成分的相對含量變少，可能在潤滑油中發生添加劑的凝聚，而造成轉矩上昇等的不理想現象。
近年來，在AC馬達、DC馬達等的汎用馬達方面，隨著馬達的小型化的進展，軸承有在更高速、更高面壓下運轉的傾向。習知之使用鋰皂等的金屬皂潤滑油的方式，無法獲得充分的耐久性，而有使用耐久性更優異的脲系潤滑油的趨勢。相對於與汽車引擎直接相關的電氣輔助設備所使用的馬達的使用溫度為150℃以上；換氣扇用馬達、燃料電池用鼓風機馬達、空氣清淨器馬達、風扇馬達、伺服馬達、步進馬達等的產業機械用或資訊機器用的馬達，汽車的起動馬達、電動方向盤馬達、方向調整用俯仰操縱馬達、雨刷馬達、電動窗馬達等的電氣機器用馬達的使用溫度，大多為未達150℃之較低溫。在這種較低溫的使用環境下，習知的脲系潤滑油之基油的流動性不佳，在要求更高速化的情形，供應給滾道面的基油不足，而存在著容易發生潤滑不良的問題。
將本發明之高速軸承用潤滑油封入其中之高速用滾動軸承，即使是在上述較低溫下而要求高速化的環境下，仍具有優異的滾道面的油供應性，就算是對於上述的換氣扇用馬達、燃料電池用鼓風機馬達、空氣清淨器馬達、風扇馬達、伺服馬達、步進馬達等的產業機械用或資訊機器用的馬達，汽車的起動馬達、電動方向盤馬達、方向調整用俯仰操縱馬達、雨刷馬達、電動窗馬達等的電氣機器用馬達，也都能良好地適用。
實施例
以下用試驗例來進一步說明本發明，但本發明並不限於此。各實施例及比較例所使用的基油動黏度(40℃)的資料顯示於表1及表3。表2及表4~表7所示的離心離油度，係用以下的離心油分離試驗所測得的值。
<離心油分離試驗> 使用離心分離機，將50g的潤滑油試料放入離心分離管，以40℃、23000G的加速度進行離心分離7小時，依下式求出離心油離度。
(離心油離度%)＝(1－試驗前的增稠劑濃度/試驗後的增稠劑濃度)×100
<脲系潤滑油的調製> 在表1所示的基油的一半量中，依表1所示的比例溶 入4,4’－二苯基甲烷二異氰酸酯(日本聚氨酯工業製，密利歐聶特MT，以下稱MDI)，在剩下一半的基油中，溶入MDI2倍當量的單胺。各個的配合比例及種類如表1所示。
邊將溶入MDI的溶液攪拌，邊將溶入單胺的溶液加入後，以100~120℃持續攪拌30分鐘以進行反應，藉此在基油中生成二脲化合物而製得脲系潤滑油試料。
<非脲系潤滑油的調製> 非脲系潤滑油NU1~非脲系潤滑油NU6 在表1所示的基油中溶入增稠劑而製得非脲系潤滑油試料。各個的配合比例及種類如表1所示。
又關於Na對酞酸鹽，是令甲基對酞酸鹽單－N－十八烷醯胺和氫氧化鈉反應(以基油為溶媒)，而生成鈉－N－十八烷對酞酸鹽。
實施例1~實施例9
將表1所示的脲系潤滑油和非脲系潤滑油依表2所示的比例混合而製得潤滑油試料。將該潤滑油試料用於上述的離心油分離試驗及下述的常溫高速潤滑油試驗，測定離心離油度及潤滑油壽命時間。將測定結果併記於表2。
實施例9的非脲系潤滑油(潤滑油NU7)，是使用NOK克魯勃公司製：ISOFLEX NBU 15。
比較例1~比較例12
將表2所示的脲系潤滑油及非脲系潤滑油(比較例10為併用)當作潤滑油試料。對於該潤滑油試料測定和實施例1相同的項目。將測定結果併記於表2。
<常溫高速潤滑油試驗－深槽滾珠軸承(6204)> 將潤滑油試料0.14g(軸承全空間容積的約3體積%)對準滾道面而封入深槽滾珠軸承(6204)，實施非接觸密封而作成各個試驗軸承。讓試驗軸承負荷軸荷重670N和徑荷重67N，在常溫環境下以15000rpm的旋轉速度旋轉，測定迄燒咬發生為止的時間作為潤滑油壽命時間。該耐久試驗中，軸承的節圓直徑dm(mm)和轉數N(rpm)的乘積(dmN值)為52萬。
<常溫高速滾珠軸承試驗－斜角滾珠軸承> 將實施例1、實施例2、實施例8、實施例9、比較例 1、比較例5、比較例10或比較例12的潤滑油試料3.0g(軸承全容積的約10%體積)對準滾道面而封入斜角滾珠軸承(外徑150mm×內徑100mm，內外環SUJ2，轉動體13/32吋的氮化矽球)，實施非接觸密封而作成各個試驗軸承。在對試驗軸承用1.8GPa的定壓加壓下，藉由外筒冷卻將軸承冷卻以使軸承外環保持在50℃以下，並以14500rpm的旋轉速度進行旋轉。測定迄燒咬發生為止的時間作為潤滑油壽命時間。該耐久試驗中，軸承的節圓直徑dm(mm)和轉數N(rpm)的乘積(dmN值)為185萬。
從表2可知，本發明所使用的潤滑油較佳為：(1)由脲系潤滑油和非脲系潤滑油所配合成的潤滑油，脲系潤滑油的增稠劑是將聚異氰酸酯成分和單胺成分反應而製得；該單胺成分，是相對於單胺全體含有50莫耳%以上的選自脂肪族單胺及脂環式單胺中至少1種單胺之單胺成分；(2)非脲系增稠劑是使用皂系增稠劑；(3)基油的動黏度為15~40mm2 /sec。
<脲系潤滑油的調製> 脲系潤滑油U6~脲系潤滑油U8 在表3所示的基油的一半量中，依表3所示的比例溶入MDI，在剩下一半的基油中，溶入MDI2倍當量的單胺。各個的配合比例及種類如表3所示。
邊將溶入MDI的溶液攪拌，邊將溶入單胺的溶液加入後，以100~120℃持續攪拌30分鐘以進行反應，藉此在基油中生成二脲化合物而製得潤滑油試料。
<非脲系潤滑油的調製> 非脲系潤滑油NU8~非脲系潤滑油NU10 在表3所示的基油中溶入增稠劑，製得非脲系潤滑油試料。各個的配合比例及種類如表3所示。
又關於Na對酞酸鹽，是令甲基對酞酸鹽單－N－十八烷醯胺和氫氧化鈉反應(以基油為溶媒)，而生成鈉－N－十八烷對酞酸鹽。
實施例10~實施例13
將表3所示的脲系潤滑油和非脲系潤滑油以表4所示的比例混合而製得潤滑油試料。將該潤滑油試料用於上述的離心油分離試驗及下述的常溫高速潤滑油試驗，測定離心離油度及潤滑油壽命時間。將測定結果併記於表4。
比較例13~比較例17
將表4所示的脲系潤滑油或非脲系潤滑油當作潤滑油試料。對於該潤滑油試料係測定和實施例10同樣的項目。將測定結果併記於表4。
<常溫高速潤滑油試驗－深槽滾珠軸承(6204)> 藉由珠擊法，用粒度#100(粒徑106~149 μm)的氧化鋁以0.2MPa的壓力噴射約20秒於深槽滾珠軸承(6204)的外環軌道面，以在外環軌道面實施深2~3 μm的凹坑加工，如此製作成試驗軸承。
將實施例10~實施例13、比較例13~比較例17的潤滑油試料0.0235g(軸承全空間容積的約0.5體積%)對準滾道面而封入該試驗軸承，實施非接觸密封而作成各個試驗軸承。讓試驗軸承負荷軸荷重670N和徑荷重67N，在常溫環境下以10000rpm的旋轉速度旋轉，測定迄燒咬發生為止的時間作為潤滑油壽命時間。該耐久試驗中，軸承的節圓直徑dm(mm)和轉數N(rpm)的乘積(dmN值)為35萬。
<常溫高速潤滑油試驗－斜角滾珠軸承> 藉由珠擊法，用粒度#100(粒徑106~149 μm)的氧化鋁以0.2MPa的壓力噴射約20秒於斜角滾珠軸承(外徑150mm×內徑100mm，內外環SUJ2，轉動體13/32吋的氮化矽球)的外環軌道面，以在外環軌道面實施深2~3 μm的凹坑加工，如此製作成試驗軸承。
將實施例11、比較例13、14或16的潤滑油試料3.0g(軸承全容積的約10%體積)對準滾道面而封入該試驗軸承，實施非接觸密封而作成各個試驗軸承。在對試驗軸承用1.8GPa的定壓加壓下，藉由外筒冷卻將軸承冷卻以使軸承外環保持在50℃以下，並以14500rpm的旋轉速度進行旋轉。測定迄燒咬發生為止的時間作為潤滑油壽命時間。該耐久試驗中，軸承的節圓直徑dm(mm)和轉數N(rpm)的乘積(dmN值)為185萬。將測定結果併記於表4。
從表4可知，本發明所使用的潤滑油較佳為：(1)由脲系潤滑油和非脲系潤滑油所配合成的潤滑油，脲系潤滑油的增稠劑是將聚異氰酸酯成分和單胺成分反應而製得；該單胺成分，是相對於單胺全體含有50莫耳%以上的選自脂肪族單胺及脂環式單胺中至少1種單胺之單胺成分；(2)非脲系增稠劑是使用皂系增稠劑；(3)基油的動黏度為15~40mm2 /sec，且為合成烴油、酯油、烷基二苯醚油或其等的混合油。又(4)進一步在選自本發明的高速用滾動軸承的內環的滾道面表面、外環的滾道面表面、轉動體的表面中至少一個實施凹坑加工則更佳。
實施例14~實施例17
將表3所示的脲系潤滑油和非脲系潤滑油以表5所示的比例混合而製得潤滑油試料。將該潤滑油試料用於上述的離心油分離試驗及下述的常溫高速潤滑油試驗，測定離心離油度及潤滑油壽命時間。將測定結果併記於表5。
比較例18~比較例24
將表5所示的脲系潤滑油或非脲系潤滑油(比較例24是併用)當作潤滑油試料。對於該潤滑油試料係測定和實施例14同樣的項目。將測定結果併記於表5。
<常溫高速潤滑油試驗－深槽滾珠軸承(6204)> 在實施例14、實施例17、比較例18及比較例19，使用氰化銅浴(氰化亞銅、氰化鈉、氫氧化鉀，50~60℃)，對深槽滾珠軸承(6204)的內環外徑、外環內徑實施金屬鍍敷處理，如此作成試驗軸承。所形成的鍍膜厚度約20 μm。在實施例15及實施例16，係將磷酸三甲苯酯7.36g用2－丙醇稀釋而調製成200ml的磷酸三甲苯酯溶液，將深槽滾珠軸承(6204)的內外環浸漬於該溶液中2小時(溶液溫度60℃)，藉此在表面形成磷酸金屬鹽被膜，而作成試驗軸承。在比較例20~比較例24，是用未形成被膜的深槽滾珠軸承(6204)作為試驗軸承。
將表5所示的潤滑油試料0.0235g(軸承全空間容積的約0.5體積%)對準滾道面而封入該試驗軸承，實施非 接觸密封而作成各個試驗軸承。讓試驗軸承負荷軸荷重670N和徑荷重67N，在常溫環境下以10000rpm的旋轉速度旋轉，測定迄燒咬發生為止的時間作為潤滑油壽命時間。該耐久試驗中，軸承的節圓直徑dm(mm)和轉數N(rpm)的乘積(dmN值)為34萬。
<常溫高速潤滑油試驗－斜角滾珠軸承> 在比較例18及比較例19，是使用氰化銅浴(氰化亞銅、氰化鈉、氫氧化鉀，50~60℃)，對斜角滾珠軸承(外徑150mm×內徑100mm，內外環SUJ2，轉動體13/32吋的氮化矽球)的內環外徑、外環內徑實施金屬鍍敷處理，如此作成試驗軸承。所形成的鍍膜厚度約20 μm。在實施例15，係將磷酸三甲苯酯7.36g用2－丙醇稀釋而調製成200ml的磷酸三甲苯酯溶液，將斜角滾珠軸承(和上述相同)的內外環浸漬於該溶液中2小時(溶液溫度60℃)，藉此在表面形成磷酸金屬鹽被膜，而作成試驗軸承。在比較例20及比較例22，是用未形成被膜的斜角滾珠軸承(和上述相同)作為試驗軸承。
將表5所示的潤滑油試料3.0g(軸承全容積的約10%體積)對準滾道面而封入該等試驗軸承，實施非接觸密封而作成各個試驗軸承。在對試驗軸承用1.8GPa的定壓加壓下，藉由外筒冷卻將軸承冷卻以使軸承外環保持在50℃以下，並以14500rpm的旋轉速度進行旋轉。測定迄燒咬發生為止的時間作為潤滑油壽命時間。該耐久試驗中，軸 承的節圓直徑dm(mm)和轉數N(rpm)的乘積(dmN值)為185萬。
從表5可知，封入高速用滾動軸承的潤滑油較佳為：(1)由脲系潤滑油和非脲系潤滑油所配合成的潤滑油，脲系潤滑油的增稠劑是將聚異氰酸酯成分和單胺成分反應而製得；該單胺成分，是相對於單胺全體含有50莫耳%以上的選自脂肪族單胺及脂環式單胺中至少1種單胺之單胺成分；(2)非脲系增稠劑是使用皂系增稠劑；(3)基油的動黏度為15~40mm2 /sec。又(4)進一步在軸承軌道環 表面實施被膜處理則更佳。
實施例18~實施例21及比較例25
使用表6所示的潤滑油試料進行上述的離心油分離試驗及下述的常溫高速潤滑油試驗－深槽滾珠軸承(6204)。離心離油度及潤滑油壽命一併記載於表6。這時的深槽滾珠軸承(6204)，是採用第5圖所示的冠型的PA樹脂保持器(PA66＋GF25重量%)，在袋孔部設置凹部的儲油部，在包含該凹部的緣部之與鋼球的接觸部全部都進行去角加工。
實施例19及比較例25
使用表6所示的潤滑油試料，進行上述的離心油分離試驗及以下所示的常溫高速潤滑油試驗－斜角滾珠軸承。離心離油度及潤滑油壽命一併記載於表6。這時的斜角滾珠軸承，係採用第3圖所示的機械加工型的酚樹脂保持器，在袋孔部的4隅角設置凹部的離隙部，在袋孔部的軸方向兩端設置凹部的儲油部，對凹部的緣部實施去角加工。
比較例26及比較例28
使用表6所示的潤滑油試料，進行上述的離心油分離試驗及以下所示的常溫高速潤滑油試驗－深槽滾珠軸承(6204)以及常溫高速潤滑油試驗－斜角滾珠軸承。離心離油度及潤滑油壽命一併記載於表6。
比較例27及比較例29
使用表6所示的潤滑油試料，進行上述的離心油分離試驗及以下所示的常溫高速潤滑油試驗－深槽滾珠軸承(6204)。離心離油度及潤滑油壽命一併記載於表6。
<常溫高速潤滑油試驗－深槽滾珠軸承(6204)> 將實施例18~21、比較例25~29的潤滑油試料0.0235g(軸承全空間容積的約0.5體積%)對準滾道面而封入深槽滾珠軸承(6204)，實施非接觸密封而作成各個試驗軸承。讓試驗軸承負荷軸荷重670N和徑荷重67N，在常溫環境下以10000rpm的旋轉速度旋轉，測定迄燒咬發生為止的時間作為潤滑油壽命時間。該耐久試驗中，軸承的節圓直徑dm(mm)和轉數N(rpm)的乘積(dmN值)為35萬。
<常溫高速潤滑油試驗－斜角滾珠軸承> 將實施例19、比較例25、比較例26或比較例28的潤滑油試料3.0g(軸承全容積的約10%體積)對準滾道面而封入斜角滾珠軸承(外徑150mm×內徑100mm，內外環SUJ2，轉動體13/32吋的氮化矽球)，實施非接觸密封而作成各個試驗軸承。在對試驗軸承用1.8GPa的定壓加壓下，藉由外筒冷卻將軸承冷卻以使軸承外環保持在50℃以下，並以14500rpm的旋轉速度進行旋轉。測定迄燒咬發 生為止的時間作為潤滑油壽命時間。該耐久試驗中，軸承的節圓直徑dm(mm)和轉數N(rpm)的乘積(dmN值)為185萬。
從表6可知，封入高速用滾動軸承的潤滑油較佳為：(1)由脲系潤滑油和非脲系潤滑油所配合成的潤滑油， 脲系潤滑油的增稠劑是將聚異氰酸酯成分和單胺成分反應而製得；該單胺成分，是相對於單胺全體含有50莫耳%以上的選自脂肪族單胺及脂環式單胺中至少1種單胺之單胺成分；(2)非脲系增稠劑是使用皂系增稠劑；(3)基油的動黏度為15~40mm2 /sec。又(4)進一步在軸承的樹脂保持器的袋孔部設置凹部的儲油部、離隙部等等，並實施去角加工則更佳。
實施例22~實施例25
將表3所示的脲系潤滑油和非脲系潤滑油依表7所示的比例混合而製得潤滑油試料。將該潤滑油試料進行上述的離心油分離試驗，測定其離心離油度。又在實施以下所示撥油劑處理的滾動軸承，將所製得的潤滑油試料封入，進行常溫高速潤滑油試驗，測定常溫高速潤滑油壽命時間。將測定結果併記於表7。
比較例30
使用表7所示的脲系潤滑油作為潤滑油試料。將該潤滑油試料進行上述的離心油分離試驗，測定其離心離油度。又在實施以下所示撥油劑處理的滾動軸承，將所製得的潤滑油試料封入，進行常溫高速潤滑油試驗，測定常溫高速潤滑油壽命時間。將測定結果併記於表7。
比較例31~比較例34
使用表7所示的脲系潤滑油或非脲系潤滑油作為潤滑油試料。將該潤滑油試料進行上述的離心油分離試驗，測定其離心離油度。又在未實施撥油劑處理的滾動軸承，將所製得的潤滑油試料封入，進行常溫高速潤滑油試驗，測定常溫高速潤滑油壽命時間。將測定結果併記於表7。
<撥油劑處理> 在密封構件的軸承內部側表面塗布氟系的撥水撥油處理劑(LION製，Rain Guard)，在室溫下乾燥1小時，而作成滾動軸承(深槽滾珠軸承，軸承尺寸：外徑47mm×內徑20mm×寬14mm；斜角滾珠軸承，軸承尺寸：外徑150mm×內徑100mm×寬24mm)。
<常溫高速潤滑油試驗－深槽滾珠軸承(6024)> 將實施例22~25、比較例30~34的潤滑油試料0.0235g(軸承全空間容積的約0.5體積%)對準滾道面而封入深槽滾珠軸承(6024)，實施非接觸密封而作成各個試驗軸承。讓試驗軸承負荷軸荷重670N和徑荷重67N，在常溫環境下以10000rpm的旋轉速度旋轉，測定迄燒咬發生為止的時間作為潤滑油壽命時間。該耐久試驗中，軸承的節圓直徑dm(mm)和轉數N(rpm)的乘積(dmN值)為35萬。
<常溫高速潤滑油試驗－斜角滾珠軸承> 將實施例23、比較例30、比較例31或比較例33的潤滑油試料3.0g(軸承全容積的約10%體積)對準滾道面而封入斜角滾珠軸承(外徑150mm×內徑100mm，內外環SUJ2，轉動體13/32吋的氮化矽球)，實施非接觸密封而作成各個試驗軸承。在對試驗軸承用1.8GPa的定壓加壓下，藉由外筒冷卻將軸承冷卻以使軸承外環保持在50℃以下，並以14500rpm的旋轉速度進行旋轉。測定迄燒咬發生為止的時間作為潤滑油壽命時間。該耐久試驗中，軸承的節圓直徑dm(mm)和轉數N(rpm)的乘積(dmN值)為185萬。
從表7可知，在使用脲系化合物作為增稠劑的脲系潤滑油中，配合不含上述脲系化合物的非脲系潤滑油，上述脲系化合物，是將聚異氰酸酯成分和單胺成分反應而製得，該單胺成分，是相對於單胺全體含有50莫耳%以上的選自脂肪族單胺及脂環式單胺中至少1種單胺之單胺成分。將上述潤滑油封入內部之高速用滾動軸承，在常溫高速潤滑油試驗中顯示優異的常溫高速潤滑油壽命時間。又更佳為，在與潤滑油接觸之軸承內部表面的至少一部分形成撥水撥油性被膜。
本發明之將高速軸承用潤滑油封入內部之高速用滾動軸承，由於封入的潤滑油，是由既定脲系潤滑油和非脲系潤滑油所配合成的潤滑油，故在高速旋轉下的軸承耐久壽命拉長。又，藉由實施(1)在選自上述內環的滾道面表面、外環的滾道面表面及轉動體的表面中至少一個實施凹坑加工，(2)在選自上述內環的外徑面、外環的內徑面、轉動體的表面中至少一個形成被膜，(3)在上述保持器的袋孔部配設凹部的儲油部、離隙部，並進行去角加工，(4)在與潤滑油接觸之軸承內部表面的至少一部分形成撥水撥油性被膜等等，可進一步延長高速旋轉下的軸承耐久壽命。
因此，適用於作為組裝在可高速滑動旋轉的工作機械的主軸之滾動軸承，該工作機械包括：車床、鑽床、搪床、銑床、磨床、搪光機、超精密加工機、研光機等等。而 且，和油氣潤滑法等的連續供應潤滑油的方式不同，由於將潤滑油封入內部來使用，可減低運轉成本，且謀求省空間化。
1、11、31、51‧‧‧斜角滾動軸承
2、12、32、52‧‧‧內環
3、13、33、53‧‧‧外環
4、14、34、54‧‧‧轉動體(鋼球)
5、15、35、55‧‧‧保持器
6、16、36‧‧‧密封構件
7‧‧‧潤滑油袋孔
15a‧‧‧袋孔部內面
15b‧‧‧離隙部
15c‧‧‧儲油部
15d‧‧‧凹部的緣部
8、17、27、37、47‧‧‧潤滑油
21、41‧‧‧深槽滾珠軸承
22、42‧‧‧內環
23、43‧‧‧外環
24、44‧‧‧轉動體
25、45‧‧‧保持器
25a‧‧‧袋孔部內面
25b‧‧‧交叉面側儲油部
25c‧‧‧底面側儲油部
25d‧‧‧凹部的緣部
26、46‧‧‧密封構件
38a、38b、38c、38d‧‧‧撥水撥油性被膜
42a‧‧‧內環滾道面
43a‧‧‧外環滾道面
48a、48b、48c、48d‧‧‧撥水撥油性被膜
第1圖係本發明的高速用滾動軸承的一實施形態之斜角滾珠軸承的截面圖。
第2圖係本發明的高速用滾動軸承的另一實施形態之斜角滾珠軸承的截面圖。
第3圖係斜角滾珠軸承所使用的機械加工型保持器的立體圖。
第4圖係本發明的高速用滾動軸承的其他實施形態之深槽滾珠軸承的縱截面圖。
第5圖係深槽滾珠軸承所使用的冠型保持器之立體圖。
第6圖係本發明的高速用滾動軸承的其他實施形態之斜角滾珠軸承的撥水撥油性被膜的形成位置一例之截面圖。
第7圖係上述撥水撥油性被膜的形成位置的其他例的截面圖。
第8圖係上述撥水撥油性被膜的形成位置的其他例的截面圖。
第9圖係上述撥水撥油性被膜的形成位置的其他例的截面圖。
第10圖係和上述同樣的實施形態之深槽滾珠軸承的撥水撥油性被膜的形成位置一例的截面圖。
第11圖係上述撥水撥油性被膜的形成位置的其他例的截面圖。
第12圖係上述撥水撥油性被膜的形成位置的其他例的截面圖。
第13圖係上述撥水撥油性被膜的形成位置的其他例的截面圖。
第14圖係斜角滾珠軸承的截面圖。
1‧‧‧斜角滾動軸承
2‧‧‧內環
2a‧‧‧內環的外徑面
3‧‧‧外環
3a‧‧‧外環的內徑面
4‧‧‧轉動體(鋼球)
5‧‧‧保持器
6‧‧‧密封構件
7‧‧‧潤滑油袋孔
8‧‧‧潤滑油
β‧‧‧接觸角

Claims (20)

  1. 一種高速軸承用潤滑油，是在使用脲系化合物作為增稠劑之脲系潤滑油中，配合不含前述脲系化合物之非脲系潤滑油而構成的高速軸承用潤滑油，其特徵在於：前述非脲系潤滑油，在前述高速軸承用潤滑油全體中的配合比例為20~50重量%，前述脲系化合物是將聚異氰酸酯成分和單胺成分反應而製得；前述單胺成分，是相對於單胺全體含有50莫耳%以上的選自脂肪族單胺及脂環式單胺中至少1種單胺之單胺成分；前述非脲系潤滑油的增稠劑，是金屬皂或Na對酞酸鹽，前述非脲系潤滑油的增稠劑，在前述非脲系潤滑油全體中的配合比例為10~40重量%。
  2. 如申請專利範圍第1項記載之高速軸承用潤滑油，其中，前述金屬皂，是在分子內具有醯胺鍵之醯胺金屬皂或複合醯胺金屬皂。
  3. 如申請專利範圍第2項記載之高速軸承用潤滑油，其中，前述醯胺金屬皂或複合醯胺金屬皂，是使用鈉、鈣、鋁、鋅或鋇作為金屬種。
  4. 如申請專利範圍第1項記載之高速軸承用潤滑油，其中，前述脲系潤滑油及前述非脲系潤滑油的基油的動黏度為15~40mm2/sec。
  5. 如申請專利範圍第4項記載之高速軸承用潤滑 油，其中，前述脲系潤滑油的基油是選自合成烴油、酯油、烷基二苯醚油中之至少一種油。
  6. 一種高速用滾動軸承，係用來支承以高速旋轉的軸之高速用滾動軸承，其特徵在於：該滾動軸承係具備：內環及外環、介設於該內環及外環間之複數個轉動體、用來保持該轉動體的保持器、將前述內環及外環間的間隙的開口予以覆蓋之密封構件；在前述轉動體的周圍封入潤滑油，前述潤滑油是使用申請專利範圍第1項記載之潤滑油。
  7. 如申請專利範圍第6項記載之高速用滾動軸承，其中，在選自前述內環的滾道面表面、前述外環的滾道面表面及前述轉動體的表面中至少一個，實施凹坑加工。
  8. 如申請專利範圍第7項記載之高速用滾動軸承，其中，前述凹坑加工為珠擊加工，藉由該加工而形成於各表面的凹坑，從該表面起算的深度為0.1~10μm。
  9. 如申請專利範圍第6項記載之高速用滾動軸承，其中，在選自前述內環的外徑面、前述外環的內徑面以及前述轉動體的表面中至少一個，形成被膜。
  10. 如申請專利範圍第9項記載之高速用滾動軸承，其中，前述被膜，係藉由金屬鍍敷處理或磷酸被膜處理所形成的被膜。
  11. 如申請專利範圍第6項記載之高速用滾動軸承，其中，前述保持器，係用袋孔部來保持前述轉動體，在該 袋孔部的內面具有凹部，且至少該凹部的緣部被去角。
  12. 如申請專利範圍第11項記載之高速用滾動軸承，其中，前述凹部是儲油部或離隙部。
  13. 如申請專利範圍第6項記載之高速用滾動軸承，其中，前述保持器是樹脂製的保持器。
  14. 如申請專利範圍第13項記載之高速用滾動軸承，其中，前述保持器所使用的樹脂，係聚醯胺樹脂、酚樹脂或聚醚醚酮樹脂。
  15. 如申請專利範圍第6項記載之高速用滾動軸承，其中，在與前述潤滑油接觸之軸承內部表面的至少一部分，形成撥水撥油性被膜。
  16. 如申請專利範圍第15項記載之高速用滾動軸承，其中，前述撥水撥油性被膜係形成於：選自(1)密封構件的軸承內部側表面的一部分、(2)外環之除軌道面以外的內徑面及密封構件的軸承內部側表面、(3)內環之除軌道面以外的外徑面及密封構件的軸承內部側表面、(4)除與轉動體的接觸面以外之保持器的表面中至少一個。
  17. 如申請專利範圍第15項記載之高速用滾動軸承，其中，前述撥水撥油性被膜，係使用矽系化合物或氟系化合物來形成。
  18. 如申請專利範圍第17項記載之高速用滾動軸承，其中，前述矽系化合物是矽氧烷，前述氟系化合物是氟烷基矽烷。
  19. 如申請專利範圍第6項記載之高速用滾動軸承，其中，前述高速用滾動軸承，係用來支承工作機械的主軸的軸承。
  20. 如申請專利範圍第6項記載之高速用滾動軸承，其中，前述高速用滾動軸承，是斜角滾珠軸承或圓柱滾子軸承。
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