(57)【要約】【課題】グリース潤滑を採用しても、高速回転下でも発熱が少なく、長寿命の工作機械主軸支持用軸受を提供する。【解決手段】特定の芳香族エステル油または特定の芳香族チオエーテル油の少なくとも１種を含む基油を含有するグリースを封入してなることを特徴とする工作機械主軸支持用軸受。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（Ｉ）で表される芳香族エステル油、一般式（ＩＩ）または一般式（ＩＩＩ）で表される芳香族チオエーテル油の少なくとも１種を含む基油を含有するグリースを封入してなることを特徴とする工作機械主軸支持用軸受。
【化１】
2004332819.tif 000008
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５は炭素数４〜２４のアルキル基を示し、同一でも異なっていてもよい。）
【請求項２】
基油の動粘度が１５〜１２０ｍｍ２／ｓ（４０℃）であることを特徴とする請求項１記載の工作機械主軸支持用軸受。
【請求項３】
グリースが、増ちょう剤として下記一般式（ＩＶ）で表されるジウレア化合物を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械主軸支持用軸受。
Ｒ６−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ７−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ８        （ＩＶ）
（式中、Ｒ６、Ｒ８は炭素数６〜１８のアルキル基を示し、同一でも異なっていてもよく、Ｒ７は炭素数６〜１５の芳香族基を示す。）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、旋盤、ボール盤、中ぐり盤、フライス盤、研削盤等の高速回転主軸を有する工作機械の主軸を支承するための軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械装置の主軸は、一般にアンギュラ玉軸受や円筒ころ軸受により、あるいはこれらの転がり軸受を組み合わせて支承された状態で回転する。その工作機械装置の主軸は、加工精度と生産性の向上を図るために回転の高速化が望まれているが、主軸を支承する転がり軸受を高速回転下で使用するほど、発熱及び予荷重の増大によって、焼付の発生や軸受損傷の危険性が著しく高まる。
【０００３】
このような事態を防止するためにも、また工作機械全体が熱変形を起こし加工精度が低下しないためにも、適切な潤滑方式を選択して、主軸を支承する軸受の発熱を極力抑えなければならない。このため、従来にあっては、高速回転する工作機械主軸を支承する転がり軸受の潤滑は、冷却効果があるオイルエア潤滑法、ノズルジェット潤滑法、若しくはアンダーレース潤滑法（下側から軌道面へ潤滑する方法）が採用されてきた。しかし、これらの潤滑方法は、何れも軸受内に潤滑油を供給する潤滑装置の導入が不可欠であるため、潤滑装置の付帯設備の占有面積を確保することが必要なばかりでなく、運転コストの削減の点からも不利なものとなっている。
【０００４】
そのため、工作機械装置のコンパクト化及び運転コスト削減が期待できるグリース潤滑を採用した転がり軸受を使用することによる工作機械装置主軸の高速化が強く望まれており、例えば、動粘度が３０〜６０ｍｍ２／ｓ（４０℃）の基油に、脂肪族ウレア系増ちょう剤を配合したグリースが知られている（特許文献１参照）。また、本出願人も、工作機械装置用のグリースとして、モノスルフィド化合物、ジスルフィド化合物、スルホキシド化合物及びチオールスルフィネート化合物から選ばれる少なくとも１種を含有するグリース組成物（特許文献２参照）や、炭酸エステルを含み、動粘度が１０×１０−６〜２００×１０−６ｍ２  ／ｓ（４０℃）以下の基油を用いたグリース（特許文献３参照）を提案している。
【特許文献１】
特開２０００−１６９８７２号公報
【特許文献２】
特開２００２−２０６０９５号公報
【特許文献３】
特開２００２−１４７４７２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、グリース潤滑は、グリースのせん断による発熱は避けられず、回転の高速化に十分に対応できないという原理的な問題を抱えている。そこで、本発明は、グリース潤滑を採用しても、高速回転下でも発熱が少なく、長寿命の作機械主軸支持用軸受を提供することを目的とする。具体的には、グリース潤滑で且つｄｍｎ値が１３０万以上でも低発熱の工作機械主軸支持用軸受を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、特定の芳香族エスエル油または芳香族チオエーテル油を含む基油を含有するグリースが高速回転でも低発熱であることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、上記の目的を達成するために、本発明は、下記一般式（Ｉ）で表される芳香族エステル油、一般式（ＩＩ）または一般式（ＩＩＩ）で表される芳香族チオエーテル油の少なくとも１種を含む基油を含有するグリースを封入してなることを特徴とする工作機械主軸支持用軸受を提供する。
【０００８】
【化２】
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【０００９】
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５は炭素数４〜２４のアルキル基を示し、同一でも異なっていてもよい。）
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の工作機械主軸支持用軸受について詳細に説明する。
【００１１】
本発明において、工作機械主軸支持用軸受の種類に制限は無く、例えば図１に断面図にて示すアンギュラ玉軸受を例示することができる。本実施形態のアンギュラ玉軸受１は、同軸に配置された内輪２と外輪３との間に複数の玉４（転動体）が保持器５を介して保持されており、内輪２の内径面側が主軸６に一体的となるように固定される。そして、内輪２と外輪３との間の空間に、後述するグリースが封入される。
【００１２】
グリースの基油は、下記一般式（Ｉ）で表される芳香族エステル油を含む基油（以下、「特定の芳香族エステル油」という）、あるいは一般式（ＩＩ）または一般式（ＩＩＩ）で表される芳香族チオエーテル油を含む基油（以下、「特定の芳香族チオエーテル油」という）を含有する。
【００１３】
【化３】
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【００１４】
式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５は炭素数４〜２４のアルキル基を示し、同一でも異なっていてもよい。
【００１５】
特定の芳香族エステル油は加水分解安定性が高いことから、耐熱性に優れ、高速回転下での発熱を抑えるという利点を有する。そのため、特定の芳香族エステル油は、基油全量の７０質量％以上を占めることが好ましく、８０質量％以上を占めることがより好ましく、９０質量％以上を占めることが特に好ましい。また、特定の芳香族エステル油のみ（即ち、含有量１００質量％）で基油を構成することもできる。更に、特定の芳香族エステル油は、アルキル基の異なるものを単独で、もしくは混合して用いることができる。
【００１６】
特定の芳香族チオエーテル油も同様に加水分解安定性が高いことから、耐熱性に優れ、高速回転下での発熱を抑えるという利点を有する。また、特定の芳香族チオエーテル油は、上記一般式からもわかるように、分子構造中に硫黄化合物が含有されており、分子が極性を持つため、金属表面やセラミック表面、樹脂表面に吸着しやすい。そのため、良好な潤滑性を発揮し、その上、潤滑条件が厳しくなると、所謂トライボケミカル反応により分解して鋼材表面において鋼材中に含まれる鉄との間で硫化鉄を生成し、この硫化鉄が極圧剤として作用するとともに、摩擦調整機能も備える。しかも、耐熱性に優れるため、これら諸特性が長期間にわたり持続する。このような点から、特定の芳香族チオエーテル油は、基油全量の３０質量％以上を占めることが好ましく、５０質量％以上を占めることがより好ましく、７０質量％以上を占めることが特に好ましい。また、特定の芳香族チオエーテル油のみ（即ち、含有量１００質量％）で基油を構成することもできる。更に、特定の芳香族チオエーテル油は、それぞれ単独でも、混合して用いてもよい。
【００１７】
特定の芳香族エステル油及び特定の芳香族チオエーテル油と組み合わせ可能な潤滑油としては、鉱油及び合成油が好ましい。具体的には、鉱油としてはパラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油を挙げることができ、各種精製度のものが使用できるが、耐熱性を考慮して、粘度指数で９０以上になるように精製したものが好ましい。また、合成油としてはポリ−α−オレフィン、ポリブテン、アルキルベンゼン、エチレン・プロピレンオリゴマ等の合成炭化水素油、アルキルジフェニルエーテル、ポリエーテル、ポリビニルエーテル等のエーテル油、炭酸エステル、ペンタエリスリトールエステルやネオペンチルグリコール、ジエステル、脂環式エステル等の他のエステル油、ポリアルキレングリコール油、シリコン油等を使用することができる。
【００１８】
また、特定の芳香族エステル油と特定の芳香族チオエーテル油とを併用することもできる。
【００１９】
基油は、４０℃における動粘度が１５〜１２０ｍｍ２／ｓであることが好ましく、３０〜９０ｍｍ２／ｓであることがより好ましい。また、特定の芳香族エステル油を含有する基油では、４０〜６５ｍｍ２／ｓ（４０℃）であることが特に好ましく、特定の芳香族チオエーテル油を含有する基油では３０〜７０ｍｍ２／ｓ（４０℃）が特に好ましい。４０℃における動粘度が１５ｍｍ２／ｓ未満では低発熱となるが耐久性に劣るようになり、１２０ｍｍ２／ｓを超えるとせん断抵抗が大きく、高速回転下での発熱を抑える効果が得られない。
【００２０】
増ちょう剤は特に制限されることはなく、例えばリチウム石けん、ナトリウム石けん、バリウム石けん等の金属石けん、リチウム複合石けん、アルミニウム複合石けん、バリウム複合石けん等の金属複合石けん、ジウレア化合物、トリウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア化合物、シリカゲル、カーボンブラック、ベントナイト、カルシウムスルホネート等を適宜使用できる。中でも、ジウレア化合物、リチウム石けん、リチウム複合石けん、カルシウムスルホネートが好ましく、特にジウレア化合物は耐熱性に優れ、せん断安定性が高く、高速回転用途に好適であり、更には重金属を含まず環境面でも好ましい。ジウレア化合物の中でも下記一般式（ＩＶ）で表されるジウレア化合物を用いることにより、耐熱性をより向上させることができる。
Ｒ６−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ７−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ８        （ＩＶ）
【００２１】
尚、式中、Ｒ６、Ｒ８は炭素数６〜１８のアルキル基を示し、同一でも異なっていてもよく、Ｒ７は炭素数６〜１５の芳香族基を示す。Ｒ６、Ｒ８が芳香族基を含むと、耐熱性は増加するものの、過度にせん断安定性がよくなるため、高速回転したときの発熱が大きくなり、本発明で目的とする高速回転用途には適さない。これに対し、Ｒ６、Ｒ８がアルキル基のジウレア化合物は、適度のせん断安定性が得られ高速回転用途に適したものとなる。
【００２２】
また、増ちょう剤の配合量は制限されるものではないが、グリース全量に対して１０〜３０質量％が好ましい。増ちょう剤含有量が１０質量％未満ではグリースが柔らかすぎ、高速回転時の遠心力で軸受外に飛散しやすく、３０質量％を超えるとグリースのせん断発熱が大きくなりすぎ、高速回転用途には適さない。
【００２３】
グリースの混和ちょう度は、２００〜３５０が好適であり、２５０〜３００がより好ましく、２６５〜２９５が特に好ましい。混和ちょう度がこの範囲であれば、せん断発熱も小さく、飛散も少なく、更にメンテナンス時にグリースを交換する際、新しいグリースで古いグリースを押し出すことができる等好都合である。これに対し、混和ちょう度が２５０未満では、グリースが硬すぎて発熱が大きくなり、混和ちょう度が３５０を超えるとグリースが柔らか過ぎて軸受外に流出するおそれがある。
【００２４】
グリースには、従来より公知の各種添加剤を添加することができる。特に，酸化防止剤や防錆剤、極圧剤、油性剤等を添加することで、潤滑剤膜の耐久性を向上させることができる。これらの添加剤は何れも公知のもので構わないが、以下に特に好ましい化合物を例示する。また、これら添加剤の配合量は、全体としてグリース全量の１０質量％以下が好ましい。
【００２５】
酸化防止剤としては、含窒素化合物系酸化防止剤とフェノール系酸化防止剤との混合物が好ましい。含窒素化合物系酸化防止剤としては、フェニルαナフチルアミン、ジフェニルアミン、フェニレンジアミン、オレイルアミドアミン、フェノチアジン等がある。フェノール系酸化防止剤としては、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチル−フェニルサリシレート、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−フェニルフェノール、２，２′−メチレンビス（４−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）、２，２′−メチレンビス（４−メチル−６−ｔｅｒｔ−オクチルフェノール）、４，４′−ブチリデンビス−６−ｔｅｒｔ−ブチル−ｍ−クレゾール）、テトラキス〔メチレン−３−（３′，５′−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４′−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕メタン、１，３，５−トリメチル−２，４，６−トリス（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）ベンゼン、ｎ−オクタデシル−β−（４′−ヒドロキシ−３′，５′−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）プロピオネート、２−ｎ−オクチル・チオ−４，６−ジ（４′−ヒドロキシ−３′，５′−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル）フェノキシ−１，３，５−トリアジン、４，４′−チオビス−〔６−ｔｅｒｔ−ブチル−ｍ−クレゾール〕、２−（２′−ヒドロキシ−３′−ｔｅｒｔ−ブチル−５′−メチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール等のヒンダードフェノールがある。
【００２６】
防錆剤としては、有機系スルホン酸金属塩又はエステル類が好ましく、これらを単独もしくは混合して使用することができる。有機系スルホン酸塩としては、例えばジノニルナフタレンスルホン酸及び重質アルキルベンゼンスルホン酸等が使用され、その金属塩としてカルシウムスルホネート、バリウムスルホネート、ナトリウムスルホネート等がある。エステル類としてソルビタン誘導体では多塩基カルボン酸及び多価アルコールの部分エステルとしてソルビタンモノラウレート、ソルビタントリラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート等がある。アルキル・エステル型ではポリオキシエチレンラウレート、ポリオキシエチレンオレエート、ポリオキシエチレンステアレート等がある。
【００２７】
極圧剤としては、ＭｏＳ２  等の固体潤滑剤、硫黄系、燐系、硫黄−燐系有機化合物、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン、ジアルキルジチオリン酸モリブデン、ジアルキルジチオリン酸亜鉛等が好ましく、これらを単独もしくは混合して使用することができる。
【００２８】
油性剤としては、高級脂肪酸としてオレイン酸、ステアリン酸等、高級アルコールとしては、ラウリルアルコール、オレイルアルコール等、アミンではステアリルアミン、セチルアミン等、リン酸エステルではリン酸トリクレジル等が好ましく、これらを単独もしくは混合して使用することができる。
【００２９】
以上に加えて、粘度指数向上剤や摩耗防止剤等を含有してもよい。これらは、何れも公知のもので構わない。
【００３０】
【実施例】
以下に実施例及び比較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限定されるものではない。
【００３１】
（実施例１〜６、比較例１〜８）
表１及び表２に示す配合にてグリースを調製した。尚、表中のＴＯＴＭ１はトリメリット酸エステル（ユニケマ製「ＥＭＫＡＲＴＥ７９３０」）、ＴＯＴＭ２はトリメリット酸エステル（旭電化製「ＰＴ−５０」）、ＴＯＴＭ３はトリメリット酸エステル（旭電化製「Ｔ−１２０」）、ＰＯＥ１はポリオールエステル油（ユニケマ製「ＰＲＩＯＬＵＢＥ  １４２７」）、ＰＯＥ２はポリオールエステル油（ユニケマ製「ＲＲＩＯＬＵＢＥ  ３９７０」）、ＡＤＥはアルキルジフェニルエーテル（松村石油研究所製「ＬＢ−４６」）である。増ちょう剤のジウレア化合物は表記のアミンと、４，４´−ジフェニルメタンジイソシアネート（何れも東京化成製試薬）との反応生成物であり、表記の配合量はグリース全量に対する値である。また、全てのグリースに、酸化防止剤としてアミン系酸化防止剤（チバガイギー製「イルガノックスＬ５７」）を０．５質量％、防錆剤としてキング製「ナッスルＢＳＮ」を０．５質量％、腐食防止剤としてチバガイギー製「レオメット３９」を０．０５質量％添加してある。そして、調製したグリースを用いて下記の評価を行った。
【００３２】
（１）温度上昇及び振動
内輪内径φ１００ｍｍ×外輪外径φ１５０ｍｍ×幅２４ｍｍのアンギュラ玉軸受（セラミックボール使用）に、上記のグリースを軸受内部空間に均等になるように４．８ｍｌ封入し、試験軸受とした。そして、試験軸受を２ケ１組でスピンドルに組み立て、バネにより定圧予圧９８０Ｎをかけ、室温にて２０００、４０００、６０００、８０００ｒｐｍで各１時間ずつ慣らし運転した後、１００００ｒｐｍで５時間運転し、各回転数における軸受外輪外径面の温度上昇（℃）と軸受の振動（Ｇ）とを測定した。結果を表１及び表２に併記するが、温度上昇は４０℃以下を◎、４０℃を超え５０℃以下を○、５０℃を越え７０℃以下を△、７０℃超を×とし、振動は０．２Ｇ以下を◎、０．２Ｇを超え０．４Ｇ以下を○、０．４Ｇを超え０．８Ｇ以下を△、０．８Ｇ超を×としてある。
【００３３】
（２）耐久性
上記（１）温度上昇及び振動評価に用いたものと同一のアンギュラ玉軸受を用いて同一条件で慣らし運転を行った後、回転数を１３０００ｒｐｍに上げて連続運転を行い、寿命時間（ｈｏｕｒ）  を調べた。寿命の判定は振動値が１Ｇを越えた時点とし、最長１０００時間まで調べた。結果を表１及び表２に併記するが、寿命１０００ｈ以上を◎、６００ｈ以上１０００ｈ未満を○、２００ｈ以上６００ｈ未難を△、２００ｈ未満を×としてある。
【００３４】
（３）油分離率及び油残存率
上記（１）温度上昇及び振動評価を行った後、試験軸受の保持器の内側面に残存するグリースを採取し、油分離率を測定した。また、同時に、試験軸受内にざ残存するグリース量を測定した。結果を表１及び表２に併記するが、残存率は５０％以上を◎、５０％未満４０％以上を○、４０％未満３０％以上を△、３０％未満を×とし、油分離率は５０％以下を◎、５０％を超え６０％以下を○、５０％を越え７０％以下を△、７０％超を×としてある。
【００３５】
【表１】
2004332819.tif 000005
【００３６】
【表２】
2004332819.tif 000006
【００３７】
（実施例７〜８、比較例９〜１１）
表３示す配合にてグリースを調製した。尚、表中のＡＤＴ１は一般式（ＩＩ）で表され、Ｒ１、Ｒ２がともに炭素数５〜９のアルキル基を有する芳香族チオエーテル油の混合物（３０ｍｍ２／ｓ、４０℃）、ＡＤＴ２は一般式（ＩＩ）で表され、Ｒ１、Ｒ２がともに炭素数６〜１０のアルキル基を有する芳香族チオエーテル油の混合物（５０ｍｍ２／ｓ、４０℃）、ＡＤＴ３は一般式（ＩＩ）で表され、Ｒ１、Ｒ２がともに炭素数８〜１２のアルキル基を有する芳香族チオエーテル油の混合物（１００ｍｍ２／ｓ、４０℃）である。また、ＰＯＥ１及びＰＯＥ２は前述の通りであり、増ちょう剤も同様に形成し、更に同様の酸化防止剤、防錆剤及び腐食防止剤を添加した。そして、調製したグリースを用いて、下記の（４）耐久性を評価した。
【００３８】
（４）耐久性
内輪内径φ１００ｍｍ×外輪外径φ１５０ｍｍ×幅２４ｍｍのアンギュラ玉軸受（セラミックボール使用）に、上記のグリースを軸受内部空間に均等になるように４．８ｍｌ封入し、試験軸受とした。そして、試験軸受を２ケ１組でスピンドルに組み立て、バネにより定圧予圧９８０Ｎをかけ、室温にて２０００、４０００、６０００、８０００ｒｐｍで各１時間ずつ慣らし運転した後、１００００ｒｐｍで５００時間運転し、引き続き回転させながらバネ荷重を１分間に９８Ｎの割合で１４７０Ｎまで増し、その後も回転を続けた。そして、回転中の振動をモニターし、振動値が１Ｇを超えた時点を寿命と見做し、それまでの時間を計測した。結果を表３に併記するが、１４７０Ｎに予圧増加後に２００時間以上回転したときを◎、１４７０Ｎに予圧増加後に２００時間未満１００時間以上回転したときを○、１４７０Ｎに予圧増加後の回転時間が１００時間未満を△、１４７０Ｎに予圧増加中に１Ｇに達したときを×としてある。
【００３９】
【表３】
2004332819.tif 000007
【００４０】
表１〜表３に示すように、本発明に従い特定の芳香族エステル油または特定の芳香族チオエーテル油を含む基油を含有するグリースを封入することにより、高速回転でも発熱が小さく、長寿命となることがわかる。
【００４１】
（特定の芳香族エステル油を含有する基油の動粘度の検証）
実施例１、比較例７及び比較例８のグリース用いて基油動粘度の異なるグリースを調製し、上記の（１）温度上昇及び振動、（２）耐久性の各評価を行った。結果を図２にグラフ化して示すが、基油の動粘度が１５〜１２０ｍｍ２／ｓ（４０℃）の範囲で温度上昇が小さく、長寿命となることがわかる。また、３０〜９０ｍｍ２／ｓ（４０℃）の範囲が好ましく、４０〜６５ｍｍ２／ｓ（４０℃）の範囲が特に好ましい。
【００４２】
（特定の芳香族チオエーテル油を含有する基油の動粘度の検証）
実施例７及び比較例１１のグリースを用いて基油動粘度の異なるグリースを調製し、上記の（４）耐久性の評価を行った。結果を図３にグラフ化して示すが、基油の動粘度が１２０ｍｍ２／ｓ（４０℃）以下の範囲で長寿命となり、９０ｍｍ２／ｓ（４０℃）以下の範囲が好ましく、７０ｍｍ２／ｓ（４０℃）以下の範囲が特に好ましい。
【００４３】
（特定の芳香族チオエーテル油の含有量の検証）
実施例７及び比較例９のグリースを用い、ＡＤＴ１とＰＯＥ１との配合比が異なるグリースを調製し、上記の（４）耐久性の評価を行った。結果を図４にグラフ化して示すが、特定の芳香族チオエーテル油の含有量が３０質量％以上であれば長寿命化に対する効果が大きく、７０質量％以上が特に好ましいことがわかる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の工作機械主軸支持用軸受は、グリース潤滑でありながらも、高速回転下でも発熱が少なく、長寿命となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】工作機械主軸支持用軸受の一例を示す概略断面図である。
【図２】実施例で得られた、芳香族炭酸エステル含有基油の粘度と、温度上昇及び寿命との関係を示すグラフである。
【図３】実施例で得られた、芳香族チオエーテル油含有基油の粘度と寿命との関係を示すグラフである。
【図４】実施例で得られた、芳香族チオエーテル油含有基油の組成と寿命との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  アンギュラ玉軸受
２  内輪
３  外輪
４  玉（転動体）
５  保持器
６  主軸６
【図１】
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【図２】
2004332819.tif 000010
【図３】
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【図４】
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