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JPS6132357B2 - - Google Patents
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JPS6132357B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6132357B2
JPS6132357B2 JP50020283A JP2028375A JPS6132357B2 JP S6132357 B2 JPS6132357 B2 JP S6132357B2 JP 50020283 A JP50020283 A JP 50020283A JP 2028375 A JP2028375 A JP 2028375A JP S6132357 B2 JPS6132357 B2 JP S6132357B2
Authority
JP
Japan
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bearing
alpha
fluid
methylstyrene
bearings
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP50020283A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS50118170A (en
Inventor
Roogan Guriin Richaado
Karubin Uiganto Jeimuzu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Monsanto Co
Original Assignee
Monsanto Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Monsanto Co filed Critical Monsanto Co
Publication of JPS50118170A publication Critical patent/JPS50118170A/ja
Publication of JPS6132357B2 publication Critical patent/JPS6132357B2/ja
Expired legal-status Critical Current

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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • 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
    • F16C33/6637Special parts or details in view of lubrication with liquid lubricant
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、耐摩擦ベアリング例えばローラーお
よびボールベアリングの疲労寿命および弾性流体
力学的(EHD)潤滑の改善に関する。更に詳し
くは、本発明は増加された弾性流体力学的フイル
ム厚さを与え、すなわち限界的な潤滑および信頼
度を避けて一方増大したベアリング疲労寿命を与
えるある種の流体の使用に関する。 正確につくられ、正当に組立てられそして潤滑
された回転接触ベアリングにおいては、そのベア
リングの寿命は、一般には、相互に接触している
レースウエイ(軌道)および回転素子の材料の疲
労によつて決定される。疲労の起る時間は、応力
の大きさおよび応力印加すなわち破壊部位におけ
る応力サイクルの実際の回数に依存する。 注意深く制御された条件下に作動される多数の
ベアリングを使用した疲労試験は、種々のベアリ
ング製造業者によつて提示された負荷評価のため
の基準を与えている。これら評価は、常に、ある
寿命期待%に基づくものである。広く使用されて
いる評価表現は、回転接触(耐摩擦)ベアリング
「B10寿命」である。このB10寿命は、通常は時間
(hr.)による時間単位で表わされ、そしてこれは
ある与えられた量のそのタイプのベアリングの90
%が、特定の速度、潤滑、温度および負荷または
応力条件下に表示寿命を越えることを意味してい
る。 潤滑剤自体が回転接触ベアリングの疲労寿命に
有意の影響を有しうることは周知である。高性能
ボールベアリングおよびローラーベアリングに対
する現在の潤滑剤は、屡々その中に多目的添加剤
パツケージを混入させた高度に精製された鉱物油
ベースストツクを使用している。通常はエステル
であるある種の合成流体ベースストツクもまたベ
アリング潤滑剤として知られている。しかし、最
も現代的に処方された鉱物油または合成潤滑剤に
より与えられるもの以上にベアリング疲労寿命を
延ばすような新しい種類の潤滑剤に対する必要性
はなお残つている。 ボールベアリングまたはローラーベアリングの
回転素子が弾性流体力学的潤滑剤フイルムによつ
て実際に分離されている場合には、このベアリン
グは非常に長い操作寿命を有することが期待でき
る。実際には、しかし多くのEHDフイルムは流
体力学的に欠亡状態であり、そして従つて、
EHD理論から期待しうるよりも薄いということ
が発見されている。流体力学的欠亡はベアリング
のレースウエイ上と回転素子との対向表面粗部分
の間に金属−金属接触を与える結果となる。多く
の場合、薄いEHDフイルムは通常のベアリング
寿命から減ずることができる。他の場合には、し
かし、そのようなフイルムは、表面粗部分のもの
が実際に露出されるとしても、許容することがで
きる。これは、ある種の潤滑剤は金属と反応して
金属−有機保護フイルムを生成する添加剤を使用
しているからである。しかし潤滑剤酸化安定性は
そのような添加剤によつて通常減少する。更に潤
滑剤において有用なある種の摩耗防止添加剤は、
最初はベアリングの摩耗を減少させるかもしれな
いが、しかし長期間にわたる使用は、回転接触ベ
アリング金属の腐食的摩耗を起しうる。 例えばボールベアリング例えば慣性ジヤイロに
使用されているタイプのものにおいては、不充分
なEHDフイルム厚さに遭遇する。ジヤイロスピ
ン軸ベアリングの低速度操作は、ベアリング欠亡
状態を生じそれに伴なつて疲労寿命の低下を生ず
る。そのようなベアリングは、例えば20000rpm
を越える高い回転速度を特徴としている。しかし
EHDフイルムが充分には展開していない場合に
は致命的欠亡が往々にして非常に低い回転速度に
おいて起る。 ある特殊のベアリング適用においては、必要の
場合には、潤滑剤自体により生ぜしめられるより
高い摩擦抗力(ドラツグ)トルクの犠牲におい
て、延長された疲労寿命にプレミアムが置かれ
る。すなわち、特定の潤滑剤は撹拌、流体剪断、
動的摩擦その他に由来するわずかにより高い回転
抗力損失を起すかもしれないけれども、それにも
かかわらず、それは他の性質の故にベアリング寿
命が長くなるならば望ましい潤滑剤でありうる。
高速ジヤイロベアリングは、そのような特殊用途
の典型的なものである。他の例は、スピンにより
安定化された通信用衛星に使用されるベアリング
中に見出される。しかし最も現代的に処方された
鉱物油または合成潤滑剤でさえも、特殊用途にお
いては限られたEHDフイルム厚さを示しうるこ
とが見出されている。 従つて本発明の目的は、潤滑剤を選択すること
によつて回転接触ベアリングのEHDフイルム厚
さおよび疲労寿命を増大させるための手段および
方法を与えることである。本発明の別の目的は、
典型的鉱物油潤滑剤と比較して増大したベアリン
グ疲労寿命を与える合成流体を与えることであ
る。本発明の更にその他の目的は、一般に使用さ
れている合成潤滑剤と比べて増大したベアリング
疲労寿命を与える特定種類の合成流体を与えるこ
とである。更にその他の目的は、鉱物油と同様の
粘度を有してはいるがしかし改善されたベアリン
グ疲労性質を有する安定な合成潤滑剤を与えるこ
とである。 本発明の他の一つの目的は、低い操作速度にお
いてより大なるEHDフイルム厚さを与え、すな
わち欠亡状態を防止しそしてレースウエイ摩耗を
最小化させる合成流体を与えることである。本発
明の更にその他の目的は、ベアリング凹部中のあ
る与えられた量の潤滑剤に対してより大なる
EHD厚さを作動開始時に与える合成流体を与え
ることである。本発明の更にその他の目的は、回
転方向変化の間におけるゼロベアリング速度にお
いて独特のEHDフイルム厚さを保持する合成流
体を与えることである。更にその他の目的は、摩
耗防止添加剤含有鉱物油と同様の粘度を有するが
しかしより厚いEHDフイルム形成性を有する安
定な合成潤滑剤を提供することである。本発明の
これらおよびその他の目的は次の記載から明白と
なるであろう。 本発明において定義されるような種類の合成流
体が予想外に改善されたEHDフイルム厚さ特性
および疲労寿命特性の故に、耐摩擦ベアリングに
対して秀れた潤滑剤を与えることが発見された。
これら合成流体は、通常の鉱物油および合成流体
ベースストツクのものよりも秀れた疲労寿命およ
びEHDフイルム厚さを示す。 本発明のより秀れた潤滑剤は、10〜約70個の炭
素原子を有しそして少くとも2個のシクロヘキシ
ル基を包含する化合物を包含している。 耐摩擦ベアリング用の潤滑剤のためのより秀れ
たベースストツクとして一般に有用な本発明の化
合物は、融合されたか、連鎖状になつたかまたは
1個またはそれ以上のC1-16アルキレン、カルボ
キシまたはエーテル結合によつて結合された2個
またはそれ以上のシクロヘキシル環を有する1種
またはそれ以上のシクロヘキシル化合物(これら
はそれぞれ全部で10〜約70個の炭素原子を含有す
る)を包含している。好ましい化合物は、2〜約
6個のシクロヘキシル環、そしてより好ましくは
2〜4個のそのような環を有するものである。 本発明に使用するに特に好ましい化合物は、ア
ルフア−アルキルスチレンの水素化二量体およ
び/または三量体である。一般に、この水素化物
質は約20重量%以下そしてより好ましくは10%以
下またはそれ以下の環状化合物を含有しているこ
とが好ましい。アルフア−アルキルスチレンのア
ルキル基は、炭素原子1〜4個のものでありうる
けれども、このアルキル基がエチルまたはメチル
であることが一般に好ましい。 従つて好ましい二量体および三量体はアルフア
−メチルスチレンおよびアルフアーエチルスチレ
ンの水素化された直線状または環状の二量体また
は三量体、アルフア−メチルスチレンとアルフア
−エチルスチレンとの水素化直線状共二量体およ
びそれらの混合物である。 前記のアルフア−アルキルスチレン二量体およ
び三量体以外の代表的な連続または結合したシク
ロヘキシル化合物の例としては、ジシクロヘキシ
ル、4−(1−メチル−エチル)ジシクロヘキシ
ル、4・4′−ビス(1−メチルエチル)ジシクロ
ヘキシル、x−イソヘキシル−4′−イソプロピル
ジシクロヘキシル、x−シクロペンチルジシクロ
ヘキシル、ジシクロヘキシルメタン、(x−エチ
ルシクロヘキシルシクロヘキシルメタン、〔x−
シクロヘキシル(1−メチルエチル)〕−シクロヘ
キシルメタン、ビス(2・4・6−トリメチルシ
クロヘキシル)メタン、1・1−ジシクロヘキシ
ルエタン、1・1・3−トリシクロヘキシルプロ
パン、1・2・3−トリシクロヘキシルプロパ
ン、トリメチロールプロパントリシクロヘキサン
カルボキシレート、1・2−ターシクロヘキシ
ル、1・3−ターシクロヘキシル、x−(1・1
−ジメチルブチル)−1・3−ターシクロヘキシ
ル、x−(1・1−ジメチルブチル)−1・2−タ
ーシクロヘキシル、1・2−イソプロピルターシ
クロヘキシル、1・3−イソプロピルターシクロ
ヘキシル、ビス(1・3−シクロヘキシルオキ
シ)シクロヘキサン、1・x−ビス(メチルシク
ロヘキシル)シクロヘキサン、ジシクロヘキシル
シクロヘキサン−1・3−ジカルボキシレート、
x・x′−クオーターシクロヘキシル、トリシクロ
ヘキシルメタン、ビス、シス−およびトランス−
1・3−シクロヘキシルシクロヘキサンジカルボ
キシレート、1・1−ジシクロヘキシル−2−メ
チルプロパン、1・1−ジシクロヘキシル−2−
メチルブタン、1・1−ジシクロヘキシル−2・
5−ジメチルヘキサン、1・1−ジシクロヘキシ
ルペンタン、1・2−ジシクロヘキシルプOパ
ン、1・2−ジ(x−エチルシクロヘキシル)プ
ロパン、2・2−ジシクロヘキシルプロパン、
2・3−ジシクロヘキシル−2・3−ジメチルブ
タン、1・3−ジシクロヘキシル−2−メチルブ
タンおよび1・3−ジシクロヘキシルブタンがあ
げられる。そのような化合物の特に好ましい群
は、ジシクロヘキシル、アルキルジシクロヘキシ
ル、ターシクロヘキシル、アルキルターシクロヘ
キシル、クオーターシクロヘキシル、クインキシ
クロヘキシル、2・3−ジシクロヘキシル−2・
3−ジメチルブタンおよびそれらの混合物よりな
る群から選ばれたものであり、ここにアルキルは
1〜約18個の炭素原子を含有するものである。 融合環シクロヘキシル化合物および融合、連続
および/または結合シクロヘキシル基の組合せを
含有する構造を有する化合物の例としては、シス
デカリン、トランスデカリン、2・3−ジメチル
デカリン、イソプロピルデカリン、第3級ブチル
デカリン、パーヒドロフルオレン、パーヒドロフ
エナンスレン、パーヒドロメチルシクロペンタジ
エン三量体、パーヒドロシクロペンタジエン三量
体、パーヒドロフルオランテン、1−シクロヘキ
シル−1・3・3−トリメチルヒドロインダン、
x−ヘキシルパーヒドロフルオランテン、x−シ
クロヘキシルパーヒドロフルオランテン、ポリ
(エチル−1−メチル)パーヒドロフルオランテ
ン、x−イソプロピルパーヒドロフルオランテ
ン、x−シクロヘキシルパーヒドロフルオレン、
x−イソドデシルパーヒドロフルオレン、1−シ
クロヘキシルデカリン、2−(シクロヘキシル−
x−メチル)ビシクロ(2・2・1)ヘプタン、
パーヒドロピレン、エチルパーヒドロフルオレ
ン、パーヒドロアントラセン、ビス−2−デカリ
ン、1−シクロヘキシルデカリン、2−シクロヘ
キシルデカリン、ジメチルシクロヘキシルデカリ
ン、4・5−メチレンパーヒドロフエナンスシ
ン、1・3−ジシクロヘキシルオキシシクロヘキ
サンおよびシクロヘキシルデカヒドロナフチルエ
ーテルがあげられる。そのような化合物の特に好
ましい群は、デカリン、シクロヘキシルデカリ
ン、アルキル置換デカリン、アルキル置換シクロ
ヘキシルデカリンおよびそれらの混合物よりなる
群から選ばれるものであり、ここにそのアルキル
は1〜約18個の炭素原子を含有しているものとす
る。 前記に引用したシクロヘキシル型ベースストツ
クの他に、本発明に使用されるベースストツク
は、例えばパラフイン系およびナフテン系石油、
C2〜5ポリオレフインおよび合成潤滑剤(例えば
モノおよびジカルボン酸エステル)を含む他の潤
滑剤組成物の少量を含有しうる。本発明の有用性
および操作性は、本質的成分であるシクロヘキシ
ル化合物に組合せてそのような非臨界的ベースス
トツク成分の少量を混入することによつて否定さ
れるものではない。この点に関しては、水素化ポ
リイソブチレンが秀れた配合成分であることが発
見されている。 不飽和二量体の製造 アルフア−アルキルスチレンの直線状二量体
は、既知の技術によつてアルフア−アルキルスチ
レンの単量体を重合させることにより製造でき
る。特に好ましい単量体としては、アルフア−メ
チルスチレンおよびアルフア−エチルスチレンお
よびそれらの環置換単量体例えばメチル−アルフ
ア−メチルスチレン、メチル−アルフア−エチル
スチレン、エチル−アルフア−メチルスチレン、
エチル−アルフア−エチルスチレン、イソプロピ
ル−アルフア−メチルスチレン、イソプロピル−
アルフア−エチルスチレンその他があげられる。 アルフア−アルキルスチレンは、アルフア−ア
ルキルスチレンの単量体を少量例えば5重量%ま
たはそれ以下の触媒物質例えばオキシハロゲン化
燐と少量の強鉱酸との混合物に接触させることに
よつて容易に重合せしめられて相当する不飽和二
量体となる。 触媒物質は、オキシ塩化燐またはオキシ臭化燐
と強鉱酸(例えば塩酸、臭化水素酸、オルト燐
酸、硝酸または硫酸)の混合物またはオキシハロ
ゲン化燐の80〜98重量%および酸の20〜2重量%
に相当する量のこれら酸のいずれかの水性溶液で
ありうる。酸性粘土例えば活性化モントモリロナ
イトおよびルイス酸触媒を含む他の触媒もまたア
ルフア−アルキルスチレンの重合において有用で
ある。 この重合は、少量の触媒物質を単量体と混合さ
せそしてその後でこの混合物を0〜130℃好まし
くは10゜〜80℃の反応温度そして大気圧に保持ま
たは加熱することによつて行うことができる。し
かしより高い圧も使用できる。 生成した不飽和直線状二量体は相当する異性体
状1−ペンテンおよび2−ペンテン誘導体の混合
物より構成されている。例えばアルフア−メチル
スチレンの不飽和二量体は、それぞれ2・4−ジ
フエニル−4−メチル−1−ペンテンおよび2・
4−ジフエニル−4−メチル−2−ペンテンであ
る異性体化合物である。1−ペンテンおよび2−
ペンテン異性体誘導体が生成される相対比率は、
大部分はその重合反応が行われれる温度に依存す
るようである。約0゜〜80℃の温度においては、
重合反応は、不飽和化合物たる2・4−ジフエニ
ル−4−メチル−1−ペンテンを主成分として生
成する傾向があり、一方約90゜〜130℃のより高
温においては通常2・4−ジフエニル−4−メチ
ル−2−ペンテンが1−ペンテン異性体と等量か
またはこれよりも大量に生成される。しかし生成
される特定の異性体は本発明にはほとんど重要で
はない。その理由は両異性体は同じ水素化生成物
を生成するからである。 この二量化反応は、環状二量体よりも優先的に
直線状二量体の生成をうながすように、好ましく
は約130℃以下の温度で行われる。0.50%モント
モリロトナイト触媒の存在下に100℃でアルフア
−メチルスチレンを二量化させると約80モル%の
不飽和二量体への変換を与え、これは約97重量%
の直線状二量体および3%の環状二量体により構
成されている。これら不飽和の二量化生成物は蒸
留によつて未反応単量体から回収される。勿論、
本発明の範囲は直線部分に比して環状部分が優勢
であるアルフア−メチルスチレンの二量体および
三量体を除外することは意図していない。ある種
の用途ではそのような流体を望ましいものにして
いる。 不飽和二量体の水素化 アルフア−アルキルスチレンの不飽和二量体
は、通常の技術を使用して水素化しうる。この水
素化は、好ましくは水素化を促進しうる分子状水
素発生触媒例えば金属特に周期律表第〜族の
ものまたはそれらの化合物特に酸化物の単独かま
たはそれら相互の種々の混合物の状態かまたは担
体物質(例えばシリカ、酸化亜鉛、アルミナ、チ
ヤコール、硅藻土その他)上に存在せしめたもの
の存在下に行われる。 反応は約20゜〜250℃の温度および大約大気圧
ないし2500psigの圧力で行なうことができる。好
ましい操作条件は、一般には約50℃〜200℃およ
び約500〜1500psigである。不飽和二量体の水素
化は、実質上完全であつて約2%以下そして好ま
しくは0.5%以下の不飽和が水素化生成物に残存
するようなものである。 この水素化は適当な有機溶媒最も屡々水素化条
件に不活性なもの例えばパラフイン、ナフテンお
よび立体的に阻害されている不飽和炭化水素の存
在下に行うことができる。 前記したアルフア−アルキルスチレン二量体の
製造および水素化は、アルフア−アルキルスチレ
ンの三量体の製造に適用可能であり、そして自動
的にこの結果を与えうる。この後者のものは、特
定の粘度要件が満されなくてはならないかまたは
低速ベアリング操作において高いEHDフイルム
厚さが要求されているようなある種のベアリング
適用において特に有用である。そのような場合に
は、二量体および三量体の配合物(ブレンド)が
有用である。 シクロヘキシルタイプベースストツク物質に加
えて、本発明の潤滑剤は、例えば粘度指数改善
剤、酸化防止剤、摩耗防止剤、腐蝕防止剤、分散
剤、染料、消泡剤その他を含めて通常の添加物質
を含有することができる。 回転接触ベアリング疲労寿命の実験室的測定の
ためには、数種の方法および技術が創案されてい
る。一つの広く使用されている操置は米国特許第
3053073号明細書中に記載されている「RC」(回
転接触)疲労試験器である。実験室型装置である
このRC疲労試験器はフルスケールのベアリング
疲労データと良好な相関性を示してきた。これは
CRCレポートNo.413、「The、Development of
Equipment and Techniques for Evaluating
Effects of Oils on Bearing Fatigue Life」(ベ
アリング疲労寿命におけるオイルの作用を評価す
るための装置および技術の発展)〔Coordinated
Researcl Council、Inc.〕に見出される。 米国特許第3053073号明細書(カラムチ)に記
載されているように、ワイブル(Weibull)分布
プロツトの使用がRCリグデータからのベアリン
グ疲労寿命の正確な予測を与える。 次の実施例1〜3は、従来技術のベアリング潤
滑剤に比較した場合の本発明の合成流体を使用し
て達成できる顕著に秀れたベアリング疲労寿命を
説明している。実施例1および2においては、疲
労試験装置は米国特許第3053073号明細書のもの
と同様であつた。ベアリング寿命は、応力サイク
ル単位における「B10」および「B50」で表現され
ている。応力サイクルは、評価ベアリング速度を
考慮することによつて容易に操作時間に変換され
る。B10寿命は前記に定義されている。B50は試験
されているタイプのベアリングのある量の50%が
特定の操作条件下に指示された寿命を越えること
を意味している。 例 1 疲労寿命試験器上で2種の潤滑剤の相対的性能
を比較した。一つは対照または基準流体であり、
他方は本発明の範囲内の合成流体であつた。対照
流体はMilitary Specification MIL−L−23699に
合致するタービンエンジン潤滑剤中で一般に使用
されているエステルベースストツクであつた。こ
の対照流体に関する回転接触疲労寿命は、最高に
品質保証されそして商業的に入手可能なMIL−L
−23699流体のそれと匹敵しうることが知られて
いた。更に詳しくはこの対照流体は短鎖脂肪酸の
ペンタエリスリトールエステルであつた。 それに対して、本発明の合成流体は、完全に水
素化されたアルフア−メチルスチレンの直線状二
量体および三量体より本質的に構成されていた。
更に詳しくは、この合成試験流体は、75.5重量%
の水素化したアルフア−メチルスチレンの直線状
二量体、23.5重量%の水素化されたアルフア−メ
チルスチレンの直線状三量体および1.0重量%の
2・6−ジ−第3級ブチル−p−クレゾールを含
有していた。 対照流体および水素化アルフア−メチルスチレ
ン流体の両者を、同一試験試料を使用して評価し
た。試験試料は、円筒状ロツドの形でありそして
米国特許第3053073号明細書中の参照番号20によ
り同定されるものである。ヘルツの応力は700000
ポンド/平方インチ(492.2×106Kg/m2)であ
り、試験試料速度は12500rpmであり、流体温度
は200〓(93.3℃)であり、そして試験試料温度
は600〓(315℃)であつた。 次の表は、対照流体のそれに比した場合の本
発明の流体(水素化アルフア−メチルスチレン)
を使用して得られる顕著に高い疲労寿命数を示し
ている。5回の試験が本発明の流体について行な
われ、そして8回の試験が対照流体について行な
われた。表のデータは平均結果を表わしてい
る。
The present invention relates to improving fatigue life and elastohydrodynamic (EHD) lubrication of antifriction bearings, such as roller and ball bearings. More particularly, the present invention relates to the use of certain fluids that provide increased elastohydrodynamic film thickness, thus avoiding critical lubrication and reliability while providing increased bearing fatigue life. In properly made, properly assembled and lubricated rolling contact bearings, the life of the bearing is generally determined by the fatigue of the materials of the raceways and rotating elements in contact with each other. be done. The time at which fatigue occurs depends on the magnitude of the stress and the actual number of stress cycles at the stress application or failure site. Fatigue testing using a large number of bearings operated under carefully controlled conditions provides the basis for load evaluation provided by various bearing manufacturers. These ratings are always based on some expected life expectancy. A widely used evaluation expression is "B 10 life" for rotating contact (friction resistant) bearings. This B 10 life is usually expressed in hours (hr.), and this is the 90
% exceeds stated life under specified speed, lubrication, temperature and load or stress conditions. It is well known that the lubricant itself can have a significant effect on the fatigue life of rolling contact bearings. Current lubricants for high performance ball and roller bearings often utilize highly refined mineral oil based stocks with multi-purpose additive packages incorporated therein. Certain synthetic fluid based stocks, usually esters, are also known as bearing lubricants. However, there remains a need for new classes of lubricants that extend bearing fatigue life beyond that provided by most modern formulated mineral oils or synthetic lubricants. If the rotating elements of a ball or roller bearing are actually separated by an elastohydrodynamic lubricant film, this bearing can be expected to have a very long operating life. In practice, however, many EHD films are hydrodynamically deficient and therefore
It has been discovered that it is thinner than could be expected from EHD theory. Hydrodynamic deficiencies result in metal-to-metal contact between the raceway of the bearing and the opposing surface roughness of the rotating element. In many cases, thin EHD films can reduce normal bearing life. In other cases, however, such films may be acceptable even if those of the surface roughness are actually exposed. This is because some lubricants use additives that react with metals to form metal-organic protective films. However, lubricant oxidative stability is usually reduced by such additives. Additionally, certain antiwear additives useful in lubricants include
Although it may initially reduce bearing wear, long-term use can cause corrosive wear of the rolling contact bearing metal. Insufficient EHD film thickness is encountered, for example, in ball bearings of the type used in inertia gyros. Low speed operation of gyrospin shaft bearings can result in bearing failure conditions and a concomitant reduction in fatigue life. Such bearings are for example 20000rpm
It is characterized by a high rotation speed exceeding . but
If the EHD film is not fully developed, fatal defects often occur at very low rotation speeds. In certain special bearing applications, a premium is placed on extended fatigue life at the expense of higher drag torque produced by the lubricant itself, if necessary. i.e., certain lubricants are subject to agitation, fluid shear,
Although it may cause slightly higher rolling drag losses due to dynamic friction and the like, it may nevertheless be a desirable lubricant if bearing life is increased due to other properties.
High speed gyro bearings are typical of such special applications. Other examples are found in bearings used in spin stabilized communications satellites. However, it has been discovered that even the most modernly formulated mineral oil or synthetic lubricants can exhibit limited EHD film thickness in special applications. It is therefore an object of the present invention to provide means and methods for increasing the EHD film thickness and fatigue life of rolling contact bearings by selecting lubricants. Another object of the invention is to
The objective is to provide a synthetic fluid that provides increased bearing fatigue life compared to typical mineral oil lubricants. Yet another object of the present invention is to provide a specific class of synthetic fluids that provide increased bearing fatigue life compared to commonly used synthetic lubricants. Yet another object is to provide a stable synthetic lubricant having a viscosity similar to mineral oil, but with improved bearing fatigue properties. Another object of the present invention is to provide a synthetic fluid that provides greater EHD film thickness at low operating speeds, thus preventing chipping and minimizing raceway wear. Yet another object of the invention is to provide a larger amount of lubricant for a given amount of lubricant in the bearing recess.
The idea is to provide a synthetic fluid that gives the EHD thickness at the start of operation. Yet another object of the present invention is to provide a synthetic fluid that maintains a unique EHD film thickness at zero bearing speed during rotational direction changes. Yet another object is to provide a stable synthetic lubricant having a viscosity similar to mineral oils containing antiwear additives, but with thicker EHD film forming properties. These and other objects of the invention will become apparent from the following description. It has been discovered that synthetic fluids of the type defined in the present invention unexpectedly provide excellent lubricants for anti-friction bearings due to improved EHD film thickness and fatigue life properties.
These synthetic fluids exhibit superior fatigue life and EHD film thickness over those of conventional mineral oil and synthetic fluid base stocks. The preferred lubricants of this invention include compounds having from 10 to about 70 carbon atoms and containing at least two cyclohexyl groups. Compounds of the invention that are generally useful as superior base stocks for anti-friction bearing lubricants include fused, chained or one or more C 1-16 alkylene, carboxy or ether. Includes one or more cyclohexyl compounds having two or more cyclohexyl rings joined by a bond, each containing a total of 10 to about 70 carbon atoms. Preferred compounds are those having 2 to about 6 cyclohexyl rings, and more preferably 2 to 4 such rings. Particularly preferred compounds for use in the present invention are hydrogenated dimers and/or trimers of alpha-alkylstyrenes. Generally, it is preferred that the hydrogenated material contain no more than about 20% by weight of cyclic compounds, and more preferably no more than 10% or less. Although the alkyl group of the alpha-alkylstyrene can be of 1 to 4 carbon atoms, it is generally preferred that the alkyl group is ethyl or methyl. Preferred dimers and trimers are therefore hydrogenated linear or cyclic dimers or trimers of alpha-methylstyrene and alpha-ethylstyrene, hydrogen of alpha-methylstyrene and alpha-ethylstyrene. linearized codimers and mixtures thereof. Examples of representative continuous or linked cyclohexyl compounds other than the aforementioned alpha-alkylstyrene dimers and trimers include dicyclohexyl, 4-(1-methyl-ethyl)dicyclohexyl, 4,4'-bis(1 -methylethyl)dicyclohexyl, x-isohexyl-4'-isopropyldicyclohexyl, x-cyclopentyldicyclohexyl, dicyclohexylmethane, (x-ethylcyclohexylcyclohexylmethane, [x-
Cyclohexyl(1-methylethyl)]-cyclohexylmethane, bis(2,4,6-trimethylcyclohexyl)methane, 1,1-dicyclohexylethane, 1,1,3-tricyclohexylpropane, 1,2,3-tricyclohexyl Propane, trimethylolpropane tricyclohexane carboxylate, 1,2-tercyclohexyl, 1,3-tercyclohexyl, x-(1,1
-dimethylbutyl)-1,3-tercyclohexyl, x-(1,1-dimethylbutyl)-1,2-tercyclohexyl, 1,2-isopropyltercyclohexyl, 1,3-isopropyltercyclohexyl, bis(1, 3-cyclohexyloxy)cyclohexane, 1.x-bis(methylcyclohexyl)cyclohexane, dicyclohexylcyclohexane-1.3-dicarboxylate,
x・x'-quartercyclohexyl, tricyclohexylmethane, bis, cis- and trans-
1,3-cyclohexylcyclohexanedicarboxylate, 1,1-dicyclohexyl-2-methylpropane, 1,1-dicyclohexyl-2-
Methylbutane, 1,1-dicyclohexyl-2,
5-dimethylhexane, 1,1-dicyclohexylpentane, 1,2-dicyclohexylpentane, 1,2-di(x-ethylcyclohexyl)propane, 2,2-dicyclohexylpropane,
Mention may be made of 2,3-dicyclohexyl-2,3-dimethylbutane, 1,3-dicyclohexyl-2-methylbutane and 1,3-dicyclohexylbutane. A particularly preferred group of such compounds are dicyclohexyl, alkyldicyclohexyl, tercyclohexyl, alkyltercyclohexyl, quartercyclohexyl, quinoxyclohexyl, 2,3-dicyclohexyl-2.
3-dimethylbutane and mixtures thereof, where alkyl contains from 1 to about 18 carbon atoms. Examples of fused ring cyclohexyl compounds and compounds having structures containing combinations of fused, continuous and/or linked cyclohexyl groups include cis-decalin, trans-decalin, 2,3-dimethyldecalin, isopropyldecalin, tertiary-butyldecalin, per Hydrofluorene, perhydrophenanthrene, perhydromethylcyclopentadiene trimer, perhydrocyclopentadiene trimer, perhydrofluoranthene, 1-cyclohexyl-1,3,3-trimethylhydroindane,
x-hexyl perhydrofluoranthene, x-cyclohexyl perhydrofluoranthene, poly(ethyl-1-methyl) perhydrofluoranthene, x-isopropyl perhydrofluoranthene, x-cyclohexyl perhydrofluoranthene,
x-Isododecylperhydrofluorene, 1-cyclohexyldecalin, 2-(cyclohexyl-
x-methyl)bicyclo(2.2.1)heptane,
Perhydropyrene, ethylperhydrofluorene, perhydroanthracene, bis-2-decalin, 1-cyclohexyldecalin, 2-cyclohexyldecalin, dimethylcyclohexyldecalin, 4,5-methyleneperhydrophenansin, 1,3-dicyclohexyloxy Mention may be made of cyclohexane and cyclohexyldecahydronaphthyl ether. A particularly preferred group of such compounds are those selected from the group consisting of decalin, cyclohexyldecalin, alkyl-substituted decalin, alkyl-substituted cyclohexyldecalin, and mixtures thereof, where the alkyl has 1 to about 18 carbon atoms. shall contain. In addition to the cyclohexyl type base stocks cited above, base stocks used in the present invention may include, for example, paraffinic and naphthenic petroleum,
It may contain small amounts of other lubricant compositions including C2-5 polyolefins and synthetic lubricants (e.g. mono- and dicarboxylic acid esters). The utility and operability of the present invention is not negated by the incorporation of small amounts of such non-critical base stock components in combination with the essential cyclohexyl compound. In this regard, hydrogenated polyisobutylene has been found to be an excellent formulation component. Preparation of Unsaturated Dimers Alpha-alkylstyrene linear dimers can be prepared by polymerizing alpha-alkylstyrene monomers by known techniques. Particularly preferred monomers include alpha-methylstyrene and alpha-ethylstyrene and ring-substituted monomers thereof such as methyl-alpha-methylstyrene, methyl-alpha-ethylstyrene, ethyl-alpha-methylstyrene,
Ethyl-alpha-ethylstyrene, isopropyl-alpha-methylstyrene, isopropyl-
Examples include alpha-ethylstyrene and others. Alpha-alkylstyrenes are easily polymerized by contacting alpha-alkylstyrene monomers with small amounts, e.g. 5% by weight or less, of catalyst materials such as phosphorous oxyhalides and a mixture of small amounts of strong mineral acids. It is forced to form the corresponding unsaturated dimer. The catalytic material is a mixture of phosphorous oxychloride or phosphorus oxybromide and a strong mineral acid (e.g. hydrochloric acid, hydrobromic acid, orthophosphoric acid, nitric acid or sulfuric acid) or 80 to 98% by weight of phosphorous oxyhalide and 20 to 20% of the acid. 2% by weight
an aqueous solution of any of these acids in an amount corresponding to . Other catalysts are also useful in the polymerization of alpha-alkylstyrenes, including acid clays such as activated montmorillonite and Lewis acid catalysts. The polymerization can be carried out by mixing a small amount of catalyst material with the monomer and then holding or heating the mixture at a reaction temperature of 0 to 130°C, preferably 10° to 80°C, and atmospheric pressure. can. However, higher pressures can also be used. The unsaturated linear dimer produced is composed of a mixture of the corresponding isomeric 1-pentene and 2-pentene derivatives. For example, the unsaturated dimers of alpha-methylstyrene are 2,4-diphenyl-4-methyl-1-pentene and 2,4-diphenyl-4-methyl-1-pentene, respectively.
It is an isomeric compound that is 4-diphenyl-4-methyl-2-pentene. 1-pentene and 2-
The relative proportion of pentene isomer derivatives produced is
Much seems to depend on the temperature at which the polymerization reaction is carried out. At temperatures of approximately 0° to 80°C,
Polymerization reactions tend to produce the unsaturated compound 2,4-diphenyl-4-methyl-1-pentene as the main component, whereas at higher temperatures of about 90° to 130°C, 2,4-diphenyl-4-pentene is usually produced. 4-Methyl-2-pentene is produced in an amount equal to or greater than the 1-pentene isomer. However, the particular isomer produced is of little importance to the invention. The reason is that both isomers produce the same hydrogenation products. This dimerization reaction is preferably carried out at a temperature of about 130° C. or less so as to promote the production of linear dimers preferentially over cyclic dimers. Dimerization of alpha-methylstyrene at 100 °C in the presence of 0.50% montmorillotonite catalyst gives about 80 mol% conversion to unsaturated dimer, which is about 97% by weight.
It is composed of 3% linear dimer and 3% cyclic dimer. These unsaturated dimerization products are recovered from unreacted monomers by distillation. Of course,
The scope of the present invention is not intended to exclude alpha-methylstyrene dimers and trimers in which cyclic moieties predominate over linear moieties. Certain applications make such fluids desirable. Hydrogenation of Unsaturated Dimers Unsaturated dimers of alpha-alkylstyrenes may be hydrogenated using conventional techniques. This hydrogenation is preferably carried out using molecular hydrogen-generating catalysts capable of promoting the hydrogenation, such as metals, in particular those from groups 1 to 3 of the periodic table, or compounds thereof, in particular oxides, alone or in various mixtures with each other; It is carried out in the presence of a support material such as silica, zinc oxide, alumina, charcoal, diatomaceous earth, etc. The reaction can be carried out at a temperature of about 20 DEG to 250 DEG C. and a pressure of about atmospheric pressure to 2500 psig. Preferred operating conditions are generally about 50°C to 200°C and about 500 to 1500 psig. The hydrogenation of the unsaturated dimer is substantially complete such that less than about 2% and preferably less than 0.5% unsaturation remains in the hydrogenated product. This hydrogenation can be carried out in the presence of a suitable organic solvent, most often inert to the hydrogenation conditions, such as paraffins, naphthenes and sterically hindered unsaturated hydrocarbons. The preparation and hydrogenation of alpha-alkylstyrene dimers described above can be applied to the preparation of alpha-alkylstyrene trimers and automatically give this result. This latter is particularly useful in certain bearing applications where specific viscosity requirements must be met or high EHD film thicknesses are required in low speed bearing operations. In such cases, dimeric and trimeric blends are useful. In addition to the cyclohexyl type base stock materials, the lubricants of the present invention contain conventional additives including, for example, viscosity index improvers, antioxidants, antiwear agents, corrosion inhibitors, dispersants, dyes, antifoam agents, etc. It can contain substances. Several methods and techniques have been devised for laboratory measurements of rolling contact bearing fatigue life. One widely used maneuver is U.S. Patent No.
This is the "RC" (Rotating Contact) fatigue tester described in the specification of No. 3053073. This RC fatigue tester, a laboratory-type device, has shown good correlation with full-scale bearing fatigue data. this is
CRC Report No. 413, “The, Development of
Equipment and Techniques for Evaluating
"Effects of Oils on Bearing Fatigue Life" (Development of equipment and techniques for evaluating the effect of oil on bearing fatigue life)
Research Council, Inc.]. The use of Weibull distribution plots provides accurate predictions of bearing fatigue life from RC rig data, as described in US Pat. No. 3,053,073 (Karamchi). The following Examples 1-3 illustrate the significantly superior bearing fatigue life that can be achieved using the synthetic fluids of the present invention when compared to prior art bearing lubricants. In Examples 1 and 2, the fatigue test equipment was similar to that of US Pat. No. 3,053,073. Bearing life is expressed in "B 10 " and "B 50 " in units of stress cycles. Stress cycles are easily converted to operating time by considering the estimated bearing speed. B 10 lifetime is defined above. B 50 means that 50% of a given quantity of bearings of the type being tested will exceed the indicated life under specified operating conditions. Example 1 The relative performance of two lubricants was compared on a fatigue life tester. One is a control or reference fluid;
The other was a synthetic fluid within the scope of this invention. The control fluid was an ester-based stock commonly used in turbine engine lubricants meeting Military Specification MIL-L-23699. The rolling contact fatigue life for this control fluid is the highest quality assured and commercially available MIL-L
-23699 fluid was known to be comparable to that of fluid. More specifically, the control fluid was a pentaerythritol ester of short chain fatty acids. In contrast, the synthesis fluid of the present invention consisted essentially of linear dimers and trimers of fully hydrogenated alpha-methylstyrene.
More specifically, this synthetic test fluid contains 75.5% by weight
of hydrogenated alpha-methylstyrene linear dimer, 23.5% by weight of hydrogenated alpha-methylstyrene linear trimer and 1.0% by weight of 2,6-di-tert-butyl-p. -Contained cresol. Both the control fluid and the hydrogenated alpha-methylstyrene fluid were evaluated using the same test sample. The test sample is in the form of a cylindrical rod and is identified by reference number 20 in US Pat. No. 3,053,073. Hertz stress is 700000
pounds per square inch (492.2×10 6 Kg/m 2 ), the test sample speed was 12500 rpm, the fluid temperature was 200〓 (93.3℃), and the test sample temperature was 600〓 (315℃). Ta. The following table shows the fluid of the invention (hydrogenated alpha-methylstyrene) compared to that of the control fluid.
The significantly higher fatigue life numbers obtained using Five tests were performed on the inventive fluid and eight tests were performed on the control fluid. Data in the table represent average results.

【表】 スチレン処方物
次の実施例においては、更に数種の流体の相対
性能が疲労寿命試験器上で比較された。 例 2 Military Specification MIL−L−7808に合致
するエステルベース合成流体が対照流体として使
用された。本発明の範囲内の2種の合成流体が比
較のために使用された。 試験試料温度は300〓であり、ヘルツ応力は
700000ポンド/平方インチ(492.2×106Kg/m2
であり、試験試料速度は12500rpmであり、試験
試料材料は標準ベアリング合金鋼である
SAE52100スチールであり、そして流体温度は約
100〓(37.8℃)であつた。 次の表は、対照流体に比した場合の本発明の
流体を使用して得られる有意に高い疲労寿命デー
タを与えている。すべての%は重量基準である。
[Table] Styrene formulation
In the following examples, the relative performance of several additional fluids was compared on a fatigue life tester. Example 2 An ester-based synthetic fluid meeting Military Specification MIL-L-7808 was used as a control fluid. Two synthetic fluids within the scope of the present invention were used for comparison. The test sample temperature is 300〓, and the Hertzian stress is
700,000 pounds per square inch (492.2×10 6 Kg/m 2 )
, the test sample speed is 12500rpm, and the test sample material is standard bearing alloy steel
is SAE52100 steel, and the fluid temperature is approx.
The temperature was 100〓(37.8℃). The following table provides significantly higher fatigue life data obtained using the fluid of the present invention when compared to the control fluid. All percentages are by weight.

【表】 チレンの水素化直線状
二量体99.0%および2,
6〓ジ第3級ブチル〓p〓ク
レゾール1.0%
本発明の合成流体の使用によつて達成できる秀
れたベアリング疲労寿命を更に説明するために、
例3に従つてそしてこれまでに記載された疲労試
験装置の代りに実際のローラーベアリングを使用
して疲労試験を行なつた。 例 3 対照流体として、100〓(37.8℃)において115
〜120セイボルトユニバーサル秒の公称粘度を有
するパラフイン系鉱物油を使用した。この流体は
回転接触ベアリングの潤滑に有用な現在の鉱物油
の代表的なものであつた。 比較のために、本発明の範囲内の合成流体が使
用された。この合成試験流体は94.0重量%のアル
フア−メチルスチレンの水素化直線状二量体、
5.0重量%のアルフア−メチルスチレンの水素化
直線状三量体および1.0重量%の2・6−ジ第3
級ブチル−p−クレゾールを含有していた。 疲労試験は、2.4インチの平均コーン直径を有
するテーパーつきローラーベアリング上で行なわ
れた。このベアリングは最大ヘルツ応力272000ポ
ンド/平方インチ(191×106Kg/m2)下に、2700
回転/分のコーン速度で操作された。 試験ベアリングへの流体の流れは、0.25ガロ
ン/分(0.95/分)の速度に保たれ、一方ベア
リング温度(外側径上で測定)は最初の実験に対
しては150〓(65.6℃)に、そして第2の実験に
対しては240〓(115.6℃)に保たれていた。 次の表は例3の疲労結果を与えているが、こ
こに本発明の流体は鉱物をベースとした対照流体
のものよりも150〓においては1.7倍の疲労抵抗
を、そして250〓では3.5倍の疲労抵抗をベアリン
グに与えた。
[Table] Hydrogenated linear dimer of tyrene 99.0% and 2,
6〓Ditertiary butyl〓p〓Cresol 1.0%
To further illustrate the superior bearing fatigue life achievable through the use of the synthetic fluid of the present invention:
Fatigue tests were conducted according to Example 3 and using actual roller bearings in place of the fatigue test equipment previously described. Example 3 As a control fluid, 115 at 100〓 (37.8℃)
A paraffinic mineral oil with a nominal viscosity of ~120 Saybolt Universal seconds was used. This fluid was representative of current mineral oils useful for lubricating rolling contact bearings. For comparison, a synthetic fluid within the scope of the present invention was used. This synthetic test fluid contains 94.0% by weight hydrogenated linear dimer of alpha-methylstyrene;
5.0% by weight hydrogenated linear trimer of alpha-methylstyrene and 1.0% by weight 2,6-ditertiary
Contains butyl-p-cresol. Fatigue testing was conducted on tapered roller bearings with an average cone diameter of 2.4 inches. This bearing has a maximum Hertzian stress of 272,000 pounds per square inch (191 x 106 Kg/ m2 ) and 2700
It was operated at a cone speed of revolutions/min. Fluid flow to the test bearings was maintained at a rate of 0.25 gallons per minute (0.95 per minute), while the bearing temperature (measured on the outside diameter) was 150°C (65.6°C) for the first experiment. And for the second experiment it was kept at 240㎓ (115.6℃). The following table gives the fatigue results for Example 3, where the fluid of the invention has 1.7 times more fatigue resistance at 150〓 and 3.5 times more resistance at 250〓 than that of the mineral-based control fluid. of fatigue resistance to the bearing.

【表】 アルフア−メチルスチレンの水素化直線状二量
体および三量体の混合物が使用される場合には、
その相対比は非常に広い限度内で変動させること
ができる。しかし前記実施例から、一層良好な疲
労結果は二量体を優位に存在させて達成できるこ
とがわかる。すなわち、好ましい二量体−三量体
混合物はアルフア−メチルスチレンの水素化直線
状二量体約60%〜約95%およびアルフア−メチル
スチレンの水素化直線状三量体約5%〜約40%を
含有している。 動的条件下に耐摩擦ベアリング中のEHD厚さ
を測定するためには数種の方法および技術が創案
されている。これらの一つは接触抵抗法として知
られている。次の実施例4および5は実験室実験
の詳細を記載しており、ここにおいては、従来技
術の典型的鉱物油潤滑剤に比した場合の本発明の
流体を使用して経験される驚くべきそして予期せ
ざるEHDフイルム厚さの増大を示すためにこの
接触抵抗法が使用されている。 例 4 比較的低い回転速度用に設計された試験ベアリ
ングは、内側レース上で2.36インチ(6cm)の孔
径そして外側レース上で3.74インチ(9.5cm)の
外径を有する角接触ボールベアリングであつた。
ボールリテイナーは意図的に取り除かれており、
そしてそこにはそれぞれ0.406インチ(1.03cm)
直径の19個のボールがあつた。 この試験ベアリングを垂直な回転軸を有する電
気モーター上に組立て、そして内側レースを毎分
0〜100回転(rpm)の速度で駆動した。外側レ
ースは回転から拘束されていた。。外側レース上
の35ポンド(15.9Kg)の錘は、35ポンドの軸ベア
リング予備負荷を与えた。電気回路は100マイク
ロアンペアを許容する液体金属スリツプリングを
備えたベアリングに接続されその際ベアリング内
開放回路電圧は10ミリボルトであつた。ベアリン
グ内電圧低下は、rpmと共に記録計上で読み取ら
れた。 この試験ベアリングをキシレン、アセトンおよ
びフルオロカーボンで清浄化し、その後で試験油
の厚いフイルムを自由にベアリング表面に適用し
た。このベアリングを次いで35ポンド軸負荷のも
とで0〜100rpmの間で操作し、そしてベアリン
グ内電圧低下を10rpmの増加量ごとにゼロから
100rpmまで測定した。試験の前に、記録計を較
正するためにベアリングの代りに10進抵抗箱を用
いた。この記録計の固有周波数応答性は平均ベア
リング抵抗を読み取ることを可能ならしめた。 2つの試験操作が行なわれたが、その1つは
114センチストークスの100〓(37.8℃)粘度を有
する従来技術の典型的処方の鉱油を使用したもの
であり、そしてもう1つは120センチストークス
の100〓粘度を有する本発明の範囲内の流体を使
用したものであつた。後者の流体は、アルフア−
メチルスチレンの完全に水素化された直線状二量
体および三量体より本質上なつていた。更に詳し
くは、この合成流体は57.4重量%のアルフア−メ
チルスチレンの水素化直線状二量体および35.18
重量%のアルフア−メチルスチレンの水素化直線
状三量体よりなつていた。また4.63重量%のアク
リレート粘度指数改善剤、1.85重量%の亜鉛ホス
ホロジチオエート摩耗抑制剤およびそれぞれ1重
量%以下のその他典型的添加剤(例えば消泡剤そ
の他)もまた含有されていた。 すなわち、比較されているこれら2種の流体は
それぞれ大約同一の粘度を有しており、そして
各々は典型的添加剤パツケージを使用して処方さ
れた。 例4の結果は次の表に示されている。
[Table] When a mixture of hydrogenated linear dimers and trimers of alpha-methylstyrene is used,
The relative proportions can be varied within very wide limits. However, the examples show that even better fatigue results can be achieved with a predominant presence of dimer. Thus, a preferred dimer-trimer mixture comprises about 60% to about 95% hydrogenated linear dimer of alpha-methylstyrene and about 5% to about 40% hydrogenated linear trimer of alpha-methylstyrene. Contains %. Several methods and techniques have been devised to measure EHD thickness in antifriction bearings under dynamic conditions. One of these is known as the contact resistance method. Examples 4 and 5 below describe details of laboratory experiments in which the surprising results experienced using the fluids of the present invention when compared to typical mineral oil lubricants of the prior art. This contact resistance method is then used to demonstrate unexpected EHD film thickness increases. Example 4 A test bearing designed for relatively low rotational speeds was an angular contact ball bearing with a bore diameter of 2.36 inches (6 cm) on the inner race and an outside diameter of 3.74 inches (9.5 cm) on the outer race. .
The ball retainer has been intentionally removed;
and there each 0.406 inches (1.03cm)
There were 19 balls of diameter. The test bearing was assembled on an electric motor with a vertical axis of rotation and the inner race was driven at speeds from 0 to 100 revolutions per minute (rpm). The outer race was restrained from rotation. . A 35 lb (15.9 Kg) weight on the outer race gave an axial bearing preload of 35 lb. The electrical circuit was connected to a bearing with a liquid metal slip ring capable of carrying 100 microamps, with an open circuit voltage in the bearing of 10 millivolts. The voltage drop in the bearing was read on a recorder along with the rpm. The test bearings were cleaned with xylene, acetone and fluorocarbons after which a thick film of test oil was liberally applied to the bearing surface. The bearing was then operated between 0 and 100 rpm under a 35 pound axial load, and the voltage drop within the bearing was reduced from zero to zero for each 10 rpm increment.
Measured up to 100 rpm. A decimal resistance box was used in place of the bearing to calibrate the recorder before testing. The natural frequency response of this recorder made it possible to read the average bearing resistance. Two test operations were conducted, one of which was
one using a mineral oil of a typical formulation of the prior art having a viscosity of 100° (37.8°C) of 114 centistokes, and another using a fluid within the scope of the present invention having a viscosity of 100° of 120 centistokes. It was the one I used. The latter fluid is alpha
It consisted essentially of fully hydrogenated linear dimers and trimers of methylstyrene. More specifically, this synthesis fluid contains 57.4% by weight hydrogenated linear dimer of alpha-methylstyrene and 35.18% by weight hydrogenated linear dimer of alpha-methylstyrene.
% by weight of hydrogenated linear trimer of alpha-methylstyrene. Also included were 4.63 weight percent acrylate viscosity index improver, 1.85 weight percent zinc phosphorodithioate wear inhibitor, and up to 1 weight percent each of other typical additives (eg, antifoam agents, etc.). That is, the two fluids being compared each had approximately the same viscosity, and each was formulated using a typical additive package. The results of Example 4 are shown in the following table.

【表】 表はEHD潤滑に関する流体の種々の動作特
性を説明しているが、ここに完全EHD潤滑は表
においては記号「∞」(無限)により示されて
いる。すなわち、ベアリング内(横断)測定抵抗
(オーム)が無限大量の場合には、完全EHD潤滑
が達成されている。抵抗が有限値例えば1100オー
ムの場合には、この潤滑剤フイルムはまだ混成領
域中、すなわち高い金属−金属接触を伴なう部分
的EHDフイルムと粗部分接触のない完全EHD厚
さとのどこかその中間にあるのである。 試験ベアリング上で100rpmにおいては、鉱物
油はまだ混成領域中にあつたが、一方アルフア−
メチルスチレンベース流体は40rpmにおいて完全
EHD潤滑を達成した。低速ベアリング操作に対
する本発明の流体の優秀性は、表の結果から非
常に明らかである。 本発明の流体により与えられる秀れたEHD潤
滑作用を更に説明するために、例4のベアリング
よりもより小さいベアリングではあるがしかしは
るかに高い操作速度用に設計されたものを使用し
て別の比較試験が行なわれた。第2の試験の詳細
および結果は例5に記載されている。 例 5 12個の1/26インチ直径のボールを有する2個の
新しいモデルR−2装置ボールベアリングを通常
のボールリテイナーなしに集成した。ボールのレ
ースウエイトラツク中の所望の遊離油量はリテイ
ナーのないベアリング中で最も容易に制御しうる
ことが発見された。更に、リテイナーなしのベア
リングは、リテイナーつきの通常のベアリングよ
りも安定なトルク水準に制御することがはるかに
容易である。この例5の各ベアリングは、本発明
の範囲内の合成流体96マイクログラムを使用して
完全にボールを補なつて操作された。この合成流
体は、重量基準で80%:20%のアルフア−メチル
スチレンの水素化直線状三量体と水素化直線状二
量体との混合物を包含していた。この流体は、
137〓(53.8℃)で160センチストークス、100〓
(37.8℃)で1.418センチストークス、そして210
〓(98.9℃)で18.4センチストークスの粘度を有
していた。 これら2個の試験ベアリングをハウジング中に
組立て、そしてジヤイロモーターローターを支持
するシヤフトの両端を支持した。1.5ポンドの軸
予備負荷を適用し、そしてその操作温度を137〓
に制御し、所望最高速度は2400rpmとした。ベア
リング軸変位に関係してフイルム厚さの変化を検
知するようになつている機械系を使用してフイル
ムの厚さを測定した。この機械的変位は、次いで
1マイクロインチ以下までフイルム厚さを測定し
うる感度を有する電気的測定装置に共働した。 0rpmからの数回の始動がなされ、そしてそれ
ぞれの場合このベアリングは2400rpmの評価速度
まで迅速に加速され、そして流体フイルム厚さが
始動中に記録された。第1回の始動は、予期せざ
る32マイクロインチの流体フイルムを生成した。
これは5分以内にベアリングがベアリング中に保
持されている潤滑剤と平衡に達するが故に11.7マ
イクロインチに低下した。再始動では最初25マイ
クロインチフイルムが21マイクロインチに減少す
る結果となつた。そのような高いフイルム厚さは
ほとんどの速度において極めて異常なことであ
る。137〓で160センチストークスの粘度を有する
従来技術の高度精製潤滑油を使用した同一タイプ
のベアリング上ででの経験と比較すれば、後者は
本発明の範囲内の合成流体の初期フイルム厚さの
半分を有していた。本発明の合成流体を使用して
経験される実質的フイルム厚さは、従来技術流体
に対するよりも約100〜1000倍少ないベアリング
速度で起つた。すなわち、非常に低いベアリング
速度において実質的EHDフイルムを生成させる
という本発明の流体の驚くべき能力は、従来技術
には知られていない潤滑技術上の進歩を与えるも
のである。 すなわち、例5中に使用されているアルフア−
メチルスチレン三量体/二量体混合物は、極めて
低いrpmにおいて例えば15rpmおよび137〓流体
温度において5マイクロインチ以上のEHDフイ
ルム生成を与えた。110〓(43.3℃)で反復操作
すると、7rpmで10マイクロインチのフイルム厚
さを与えた。これら異常に高い初期フイルムは、
ベアリングの回転の方向を反転させたか否かに関
係なく、休止期間の後の各始動において認められ
た。回転反転の後で数秒間このベアリングを停止
したままにした場合には、この異常に高い初期フ
イルムは認められなかつた。それにもかかわら
ず、本発明の合成流体を使用した場合の低速度の
フイルム厚さは、鉱物ベース潤滑剤を使用して認
められるものよりも顕著に高かつた。 ベアリングトルクは、鉱物油対照流体を使用し
たものよりも、アルフア−メチルスチレン流体を
使用した場合に、すべての速度において一層高か
つた。室温においては、低速ダイナモメーター上
では、トリクは1rpmで約2倍、そして20rpmで
は3〜4倍大きかつた。2400rpmおよび137〓で
は、そのトルクは、アルフア−メチルスチレン三
量体/二量体に対しては、典型的な高度精製した
鉱物油の対照流体に対するものよりも約4倍大で
あつた。耐摩擦ベアリング中の摩擦損失は、機械
力伝達系中の他の損失よりも数桁低いから、その
ような上昇トルクは通常は厄介な低速操作条件下
では特に、実質的により高いEHDフイルム厚さ
と引換えに許容できるものである。 ここに本発明は特定実施例に関して記載されて
きたが、本発明はそれに限定されるものではない
ということ、そして特許請求の範囲内で種々の態
様が可能であることを理解すべきである。以下本
発明により開示された新規な技術的事項を要約し
て示す。 1 融合されたか、鎖状に連続されたかまたは1
個またはそれ以上のC1〜C16アルキレン、カル
ボキシまたはエーテル結合により結合された2
個またはそれ以上のシクロヘキシル環を有しそ
してそれぞれ10〜70個の炭素原子を含有するシ
クロヘキシル化合物の1種またはそれ以上を含
有する流体を回転接触表面に導入することから
なる、回転接触ベアリングの弾性液体力学的フ
イルム厚さを改善させそしてその疲労寿命を増
大させる方法。 2 流体が2〜6個のシクロヘキシル環を有する
化合物を含有している、前記第1項記載の方
法。 3 流体がアルフア−アルキルスチレンの水素化
二量体または三量体またはその混合物を含有し
ている、前記第2項記載の方法。 4 アルフア−アルキルスチレンがアルフア−メ
チルスチレンであり、前記第3項記載の方法。 5 アルフア−メチルスチレンの環状二量体が20
重量%を越えない量で存在している、前記第4
項記載の方法。 6 その水素化二量体がアルフア−メチルスチレ
ンの水素化直線状二量体約90〜100重量%およ
びアルフア−メチルスチレンの水素化環状二量
体0〜10重量%より本質的になる、前記第4項
記載の方法。 7 流体混合物がアルフア−メチルスチレンの水
素化直線状二量体約60〜約95重量%およびアル
フア−メチルスチレンの水素化直線状三量体約
5〜約40重量%を含有している、前記第3項記
載の方法。
[Table] The table describes various operating characteristics of fluids for EHD lubrication, where complete EHD lubrication is indicated in the table by the symbol "∞" (infinity). That is, perfect EHD lubrication is achieved when the measured (transverse) resistance (in ohms) within the bearing is infinitely large. If the resistance is a finite value, e.g. 1100 ohms, this lubricant film will still be in the hybrid region, i.e. somewhere between a partial EHD film with high metal-to-metal contact and a full EHD thickness without coarse partial contact. It is in the middle. At 100 rpm on the test bearing, the mineral oil was still in the mixed region, while the alpha
Methystyrene-based fluids are complete at 40 rpm
Achieved EHD lubrication. The superiority of the inventive fluid for low speed bearing operations is very clear from the results in the table. To further illustrate the superior EHD lubrication provided by the fluid of the present invention, another test was carried out using a smaller bearing than that of Example 4, but one designed for much higher operating speeds. A comparative test was conducted. Details and results of the second test are described in Example 5. Example 5 Two new Model R-2 equipment ball bearings with 12 1/26 inch diameter balls were assembled without a conventional ball retainer. It has been discovered that the desired amount of free oil in the ball race weight track is most easily controlled in retainerless bearings. Furthermore, bearings without retainers are much easier to control to stable torque levels than conventional bearings with retainers. Each bearing in this Example 5 was operated with a full complement of balls using 96 micrograms of synthetic fluid within the scope of the present invention. The synthesis fluid contained an 80%:20% mixture by weight of hydrogenated linear trimer and hydrogenated linear dimer of alpha-methylstyrene. This fluid is
160 centistokes at 137〓 (53.8℃), 100〓
(37.8℃) 1.418 centistokes, and 210
It had a viscosity of 18.4 centistokes at (98.9°C). These two test bearings were assembled into a housing and supported each end of a shaft supporting a gyromotor rotor. Apply an axial preload of 1.5 lbs, and reduce its operating temperature to 137 〓
The desired maximum speed was set to 2400 rpm. Film thickness was measured using a mechanical system adapted to detect changes in film thickness in relation to bearing axis displacement. This mechanical displacement was then coupled to an electrical measuring device sensitive enough to measure film thickness to less than 1 microinch. Several starts from 0 rpm were made and in each case the bearing was rapidly accelerated to an rated speed of 2400 rpm and the fluid film thickness was recorded during the start. The first start produced an unexpected 32 microinch fluid film.
This decreased to 11.7 microinches within 5 minutes as the bearing reached equilibrium with the lubricant held within the bearing. Restarting resulted in the initial 25 microinch film being reduced to 21 microinches. Such high film thickness is highly unusual at most speeds. When compared to experience on the same type of bearing using a prior art highly refined lubricant having a viscosity of 160 centistokes at Had half. The substantial film thicknesses experienced using the synthetic fluids of the present invention occurred at approximately 100 to 1000 times lower bearing speeds than for prior art fluids. Thus, the surprising ability of the fluids of the present invention to produce substantial EHD films at very low bearing speeds provides an advance in lubrication technology unknown to the prior art. That is, the alpha used in Example 5
The methylstyrene trimer/dimer mixture gave EHD film production of over 5 microinches at very low rpm, such as 15 rpm and 137° fluid temperature. Repeated operation at 110°C (43.3°C) gave a film thickness of 10 microinches at 7 rpm. These unusually high initial films
Observed on each start-up after a rest period, regardless of whether the direction of bearing rotation was reversed or not. This abnormally high initial film was not observed if the bearing was left stationary for several seconds after rotational reversal. Nevertheless, low speed film thicknesses using the synthetic fluids of the present invention were significantly higher than those observed using mineral-based lubricants. Bearing torque was higher at all speeds using the alpha-methylstyrene fluid than using the mineral oil control fluid. At room temperature, on a low speed dynamometer, the trick was approximately twice as large at 1 rpm and 3-4 times as large at 20 rpm. At 2400 rpm and 137°, the torque was approximately four times greater for alpha-methylstyrene trimer/dimer than for a typical highly refined mineral oil control fluid. Since friction losses in anti-friction bearings are orders of magnitude lower than other losses in mechanical power transmission systems, such torque build-up is typically difficult with substantially higher EHD film thicknesses, especially under troublesome low-speed operating conditions. It is acceptable in exchange. Although the invention has been described herein with respect to particular embodiments, it is to be understood that the invention is not limited thereto and that various embodiments are possible within the scope of the claims. The novel technical matters disclosed by the present invention will be summarized below. 1 fused or chained or 1
2 linked by one or more C1 - C16 alkylene, carboxy or ether bonds
Elasticity of a rolling contact bearing consisting of introducing into the rolling contact surface a fluid containing one or more cyclohexyl compounds having one or more cyclohexyl rings and each containing from 10 to 70 carbon atoms. A method of improving hydrodynamic film thickness and increasing its fatigue life. 2. The method according to item 1, wherein the fluid contains a compound having 2 to 6 cyclohexyl rings. 3. The method of claim 2, wherein the fluid contains a hydrogenated dimer or trimer of alpha-alkylstyrene or a mixture thereof. 4. The method according to item 3 above, wherein the alpha-alkylstyrene is alpha-methylstyrene. 5 Alpha-methylstyrene cyclic dimer is 20
said fourth being present in an amount not exceeding % by weight.
The method described in section. 6, wherein the hydrogenated dimer consists essentially of about 90-100% by weight of a hydrogenated linear dimer of alpha-methylstyrene and 0-10% by weight of a hydrogenated cyclic dimer of alpha-methylstyrene. The method described in Section 4. 7. The fluid mixture contains from about 60 to about 95% by weight hydrogenated linear dimer of alpha-methylstyrene and from about 5 to about 40% by weight hydrogenated linear trimer of alpha-methylstyrene. The method described in Section 3.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 融合されたか、鎖状に連続されたかまたは1
個またはそれ以上のC1〜C16アルキレン、カルボ
キシまたはエーテル結合により結合された2個ま
たはそれ以上のシクロへキシル環を有しそしてそ
れぞれ10〜70個の炭素原子を含有するシクロヘキ
シル化合物の1種またはそれ以上を含有する流体
を回転接触表面に導入することを特徴とする、回
転接触ベアリングの弾性液体力学的フイルム厚さ
を改善させそしてその疲労寿命を増大させる方
法。
1 fused or chained or 1
A type of cyclohexyl compound having two or more cyclohexyl rings connected by one or more C1 to C16 alkylene, carboxy or ether bonds and each containing 10 to 70 carbon atoms A method for improving the elastohydrodynamic film thickness of a rolling contact bearing and increasing its fatigue life, characterized in that a fluid containing 100% or more is introduced into the rolling contact surface.
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