1. 前言

直線導(dǎo)軌所用的“NSK K1”，是以潤滑為目的，使用單獨的復(fù)合材料“固態(tài)油”所開發(fā)出的小型供油單元。一直以來都有考慮過將油、油脂含在樹脂里，起到潤滑的作用，但至今在直動滾動的產(chǎn)品里還未見到運用。
以直線導(dǎo)軌為代表的直動滾動產(chǎn)品，其潤滑方法與下述的兩點有很大區(qū)別。包括脂潤滑，間歇供油潤滑。二者在使用上各有特點。
潤滑脂隨之使用時間的增加，會出現(xiàn)潤滑脂劣化、潤滑脂流出的現(xiàn)象，所以必須定期補給。另一方面，對于油潤滑來說，需要時不時向油箱里添加新油，而且還必須配有復(fù)雜的管線設(shè)備?？傊瑹o法做到完全不需要維護(hù)。
雖然很早以來，市場中既存在“免維護(hù)設(shè)備”的說法，但至今連直線導(dǎo)軌在內(nèi)的直動產(chǎn)品一直都沒有能夠?qū)崿F(xiàn)免維護(hù)。

現(xiàn)在為了滿足市場的這種“免維護(hù)”的需求，開發(fā)了面向直線導(dǎo)軌用的“NSK K1”。最初，以搬送用的直動產(chǎn)品為中心，以實現(xiàn)輕負(fù)荷用途的直動產(chǎn)品免維護(hù)，延長產(chǎn)業(yè)機械·木工機械上耗潤滑油快的直動產(chǎn)品壽命為目的進(jìn)行了開發(fā)，并已向市場提供。
市場上的不止是搬送用產(chǎn)品，其他的機床，都需要面對免維護(hù)、由于冷卻液里混入潤滑油所導(dǎo)致腐爛·發(fā)臭等的環(huán)境問題、節(jié)能減排等一系列技術(shù)需求。正因如此，NSK在之后進(jìn)行了針對用于機床的直動產(chǎn)品在高負(fù)荷條件下的評價試驗。實驗結(jié)果表明，已經(jīng)達(dá)到了實用化的階段，直動產(chǎn)品在世界上首次實現(xiàn)了產(chǎn)品化。
在應(yīng)用到機床上，同潤滑油的供給能力一樣，在充斥切削粉末、冷卻液、異物的環(huán)境中的耐久性能也是十分重要的一點。
這里，就本著這兩點考慮開發(fā)的直線導(dǎo)軌用“NSK K1”的基本特性，主要介紹一下安裝“NSK K1”的直線導(dǎo)軌的耐久性能。

2.關(guān)于“固態(tài)油”

2.1. “固態(tài)油”的構(gòu)造

“固態(tài)油”是以很多不同分子量的聚烯烴樹脂為材料所構(gòu)成的新型特殊材料，這些聚烯烴對潤滑油有油親和性。這種材料，在溫度加熱到聚烯烴樹脂的熔點以上時，有不錯的塑性，這就讓含有潤滑油的樹脂能夠加工形成任意形狀。
“固態(tài)油”有代表的機械性能如表1所示。同時，也添加了尼龍66（PA66）與丁腈橡膠（NBR）的相關(guān)數(shù)據(jù)。
表1中的硬度，尼龍66與一般的評價方法（標(biāo)度）不同（塑料用羅克韋爾R標(biāo)度，橡膠用肖氏A標(biāo)度），不能直接比較。因此，彎曲模量也一并記入。
“固態(tài)油”的性能，因為含有潤滑油，拉伸強度會比其余二者小，硬度也就是彎曲模量介于塑料和橡膠之間。“固態(tài)油”成型的時候聚烯烴樹脂分子處于拉伸狀態(tài)，由于殘余應(yīng)力的作用，樹脂會不斷收縮，因此就能完成潤滑油的供給。
如圖1所示，改變聚烯烴樹脂的配比以及種類可以控制潤滑油的供給量。

3. 直線導(dǎo)軌用“NSK K1”及其基本性能

3.1. 形狀和安裝方法

直線導(dǎo)軌用“NSK K1”的形狀以及安裝示例如照片1和圖2所示。
如圖2所示的NSK K1，安裝在直線導(dǎo)軌的端蓋外側(cè)的護(hù)板和端密封圈之間，其上面設(shè)計了一個比安裝環(huán)直徑稍小的孔槽，這樣當(dāng)安裝環(huán)插入孔槽時，NSK K1就會擴展變形，從而就能緊貼著導(dǎo)軌的軌道面。這樣，含有的潤滑油就能慢慢地供給軌道面和軌道面之間的鋼球。
另外，由于安裝環(huán)的厚度稍微比NSK K1厚，就形成了不會給NSK K1約束的結(jié)構(gòu)，即便NSK K1隨之時間增加而變形，也能正常貼緊接觸面供給潤滑油。

3.2. 潤滑油供給的特性

根據(jù)潤滑油和樹脂的組合，能得到特性不同的“固態(tài)油”。在此介紹用于直線導(dǎo)軌的NSK K1，其中潤滑油含有質(zhì)量為70%。
“固態(tài)油”的潤滑油供給量會隨著溫度增高而增加。這是由于隨著溫度上升，會增加聚烯烴樹脂活性，從而增加潤滑油滲出的應(yīng)力，因此潤滑油的供給能力會增加。
如下圖3就是對用于直線導(dǎo)軌的NSK K1的評價結(jié)果。很明顯地就能看出潤滑油的供給量和環(huán)境溫度的關(guān)系。

因此，為了讓NSK K1長期保持高性能，規(guī)定使用溫度上限為50℃（瞬時溫度80℃）。但是，在最近的實驗表明，在70～80℃的環(huán)境中連續(xù)運行也沒有特別的問題出現(xiàn)。
之后，對在裝有NSK K1的直線導(dǎo)軌，僅靠NSK K1提供的潤滑油來進(jìn)行運轉(zhuǎn)實驗，一個是一直連續(xù)運行，另一個是定期將滲出的潤滑油擦掉，將二者進(jìn)行比較，結(jié)果是后者的潤滑油供給量較多（參照圖4）。

根據(jù)NSK K1所處的環(huán)境，相比于干燥狀態(tài)，多油環(huán)境會讓潤滑油更難滲出。換言之，當(dāng)直線導(dǎo)軌上有充足的油脂時，NSK K1中的潤滑油更傾向于保持在里面，這是NSK K1本來就具有的性質(zhì)，正因如此其才能保持有效的機能。
接下來是關(guān)于NSK K1的耐化學(xué)試劑性的實驗，為了能確認(rèn)在特殊環(huán)境如無機酸、堿性環(huán)境對NSK K1的影響，將NSK K1放入鹽酸、硝酸（pH1左右）以及苛性鈉（pH13左右）濃度為1mol/L的溶液中10天，其狀況如表2所示。在如此酸或堿的環(huán)境下與置于空氣中相比較，外觀還好，NSK K1的潤滑劑供給量（質(zhì)量變化率）變化不一。
再者，一般的冷卻液、潤滑油、潤滑脂等會導(dǎo)致其變色，但并無其他問題?？墒牵L時間放到稀釋劑等的有機溶劑，煤油、防銹油（含有煤油的成分）等環(huán)境中，NSK K1含的潤滑油會被置換出來，這樣會顯著喪失潤滑性能

3.3 潤滑油供給壽命的預(yù)測

在環(huán)境溫度40 ℃的條件下，對直線導(dǎo)軌進(jìn)行運行試驗以預(yù)測NSK K1的潤滑油供給的壽命，潤滑油供給量隨時間的變化如圖5所示。

另外，實驗由于加速度過程中周圍的溫度會在0 ℃到60 ℃之間變化。
當(dāng)然，雖說當(dāng)溫度升高潤滑油的供給量有增大的趨勢，即便超過10%也可以繼續(xù)運行。
假設(shè)一般機器周圍的溫度在40 ℃左右，本實驗就是在40 ℃環(huán)境下持續(xù)運行以推測潤滑油供給壽命。
用最小二乘法求出近似線，達(dá)到壽命10萬小時的連續(xù)運行后潤滑油供給量的理論為13%，1000km處脫脂后潤滑脂供給量的理論值為15%。這表明機械以每年運轉(zhuǎn)250天，可以提供16年以上的潤滑油供給，因此具有絕對充裕的壽命時間。

4. 裝有“NSK K1”直線導(dǎo)軌的耐久性

4.1. 輕負(fù)載條件下的耐久性

NSK K1原本的使用方法是與潤滑脂一并使用，假設(shè)初期封入的潤滑脂干涸后，為了確認(rèn)僅有NSK K1提供的潤滑油的條件下運行的耐久性，使用直線導(dǎo)軌LH30，以搬送裝置200m/min的超高進(jìn)給速度且輕負(fù)載下進(jìn)行實驗，結(jié)果如圖6所示。
結(jié)果表明，就算只用NSK K1滲出的潤滑油也有可能平穩(wěn)地運行。而且，即便運行中存在被有機溶劑脫脂的情況，之后僅用NSK K1提供的潤滑油，也能進(jìn)行10000km以上的運行距離。另外，雖會擔(dān)心在高速運行下NSK K1的磨損，但實驗證明，潤滑充分，完全沒有問題。

接著，用同型號的直線導(dǎo)軌LH30在中等進(jìn)給速度60m/min且輕負(fù)載條件下進(jìn)行耐久實驗，結(jié)果如圖7所示。即使在運行途中將導(dǎo)軌溝槽進(jìn)行脫脂，由于NSK K1還會繼續(xù)提供潤滑油，整個運行過程中并無問題。

4.2 高負(fù)載條件的耐久性

談到直線導(dǎo)軌的用途，高負(fù)載條件的代表即為機床引導(dǎo)。這里介紹的耐久試驗是在脂潤滑的基礎(chǔ)上加上NSK K1，為了能實現(xiàn)機床等長期免維護(hù)的目的而實施的。
該試驗是在高負(fù)載條件下進(jìn)行的，換句話就是直線導(dǎo)軌實際中最大的負(fù)載為目標(biāo)的溝槽的最大面壓2000Mpa，以下就是各種目的的耐久試驗。

• （1） 假定在潤滑脂劣化下的耐久性（僅有NSK K1的潤滑油的耐久試驗）
• （2） 假設(shè)使用了多年的NSK K1的耐久試驗（將NSK K1放在高溫里一段時間，將里面含有的潤滑油釋放出一些，模擬數(shù)年使用后的狀態(tài)）
• （3） 和實際條件相同的耐久試驗（脂潤滑基礎(chǔ)上附加NSK K1）
• （4） 與（3）目的一樣，在異物條件下的耐久試驗。

關(guān)于直線導(dǎo)軌NSK K1裝配數(shù)量，在高負(fù)載條件下滑塊單側(cè)標(biāo)配2片，及單側(cè)4片的也進(jìn)行過試驗。另外，根據(jù)最近高速化動向進(jìn)行判斷，將耐久試驗的運行距離制定為第一階段3000km，第二階段5000km。
這些試驗中，有代表的例子是試驗（1），如下所記，試驗（4）的例子詳見4.3.1。
樣品為直線導(dǎo)軌LY35，雙滑塊式樣的導(dǎo)軌2根裝在平臺上，以下面條件運行。

潤滑	僅有NSK K1
密封圈式樣	NSK K1單側(cè)2片 + 端密封圈
預(yù)壓載荷	1760N（中預(yù)緊）
外部載荷	6080N/滑塊
最大接觸面圧	2060MPa
行程	400mm
平均進(jìn)給速度	24m/min （由于曲柄驅(qū)動，存在0～37.7m/min 的變化）
高負(fù)載條件下5000km運行的調(diào)查結(jié)果。

運行5000km的調(diào)查結(jié)果如表3所示。為了參照，型號不同類似條件的間歇供油的試驗結(jié)果一并記錄。從剛度等的變化以及間歇給油沒變色結(jié)果來判斷，還可以繼續(xù)運行。
另外，以上任何目的的試驗，都平穩(wěn)運行超過5000km，因此可以判斷機床上的高負(fù)載條件下運行是可行的。

4.3 異物環(huán)境下的耐久性

4.3.1 含有異物的冷卻液環(huán)境下

接下來介紹一下模擬機床中的異物環(huán)境，在含有異物的冷卻液的條件下進(jìn)行實驗，現(xiàn)將結(jié)果作如下介紹。

樣品：直線導(dǎo)軌LY48BN（重預(yù)緊）
共計4條導(dǎo)軌，8個滑塊

各導(dǎo)軌的密封圈規(guī)格

• （a）：NSK K1單側(cè)4片+標(biāo)準(zhǔn)端密封圈
• （b）：NSK K1單側(cè)2片+標(biāo)準(zhǔn)端密封圈
• （c）：標(biāo)準(zhǔn)雙密封圈（無NSK K1）
• （d）：標(biāo)準(zhǔn)雙密封圈（間歇供油）

再者，間歇給油的實驗中，和之前的實驗條件一樣。NSK K1單側(cè)裝4片（1個滑塊有8片），由于試驗機的因素，將其分配為外側(cè)6片，內(nèi)側(cè)2片。

潤滑條件	間歇供油除外、Albania No.2潤滑脂（僅為初始封入）
預(yù)壓	4120N
外部載荷	9800N/滑塊
行程	400mm
平均運轉(zhuǎn)速度	24m/min （相較于曲柄驅(qū)動，有0～37.7m/min的變化）
異物條件	將3850 LH切削液稀釋30倍，混入5%篩眼115的FCD 45鑄件粉，澆到導(dǎo)軌溝槽上后運行2天，之后將異物液去掉，再運行5天。（參照照片2）

實驗的（a）導(dǎo)軌（NSK K1單側(cè)4塊）和導(dǎo)軌（b）（NSK K1單側(cè)2塊）同時開始。運行3000km時導(dǎo)軌（b）的一側(cè)運轉(zhuǎn)不良，由于端蓋破損導(dǎo)致。
于是，將導(dǎo)軌（b）替換導(dǎo)軌（c）（無NSK K1），之后繼續(xù)像導(dǎo)軌（a）一樣運行。導(dǎo)軌（c）在運轉(zhuǎn)600km時，由于端蓋破損導(dǎo)致運轉(zhuǎn)不良。
導(dǎo)軌（a）一共運行了3600km，并且還可以繼續(xù)運行。將實驗結(jié)束的實驗品分解后進(jìn)行調(diào)查。根據(jù)結(jié)果，符合間歇給油運行3000km的結(jié)果，如表4所示。
如前面所述，無NSK K1，單側(cè)2片NSK K1分別在運行600km，3000km時端蓋破損，單側(cè)4片在實驗結(jié)束后還有殘余的預(yù)緊，推測還可繼續(xù)運行。
實驗中，在試驗機臺上用精密的彈簧拉力計測量隨著運行距離的變化摩擦力矩的值，如圖8所示。

沒有使用NSK K1的實驗樣品，初期摩擦力下降很快，可以發(fā)現(xiàn)早期就發(fā)生了磨損。另外，帶NSK K1的樣品摩擦力減小的速度很慢。單側(cè)裝4片有NSK K1的樣品，從摩擦力實測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在運行了3600km后仍有殘存的預(yù)緊。
從以上的結(jié)果來看，在充滿異物的苛刻環(huán)境中的NSK K1的安裝片數(shù)，在高負(fù)載條件下的滑塊單側(cè)標(biāo)配2片基礎(chǔ)上，如果再多安裝1～2片，可以進(jìn)一步大幅延長壽命。

4.3.2 在木屑環(huán)境中

在苛刻的環(huán)境條件下，木屑等的粉塵的存在會吸取潤滑油，從而導(dǎo)致潤滑不良。由于大部分的木工機械使用在在這樣的環(huán)境條件下，因此，通常會存在下述的問題。
木屑不僅會讓滑塊里面的潤滑脂干涸，也會將為防止異物侵入的密封圈潤滑失效，進(jìn)一步讓密封圈磨損，進(jìn)而異物進(jìn)入，讓滾動體循環(huán)不順暢。
NSK K1不僅能緩解滑塊內(nèi)的潤滑不良，還能防止標(biāo)準(zhǔn)密封圈的磨損。
在切削粉的環(huán)境中，標(biāo)準(zhǔn)雙密封圈（標(biāo)準(zhǔn)密封圈2個疊起來用）和安裝了NSK K1的導(dǎo)軌，在下記的條件下進(jìn)行試驗，結(jié)果如圖9所示。

樣本	LH30
預(yù)緊	微預(yù)緊
平均進(jìn)給速度	24m/min
行程	400mm
外部載荷	490N/滑塊
潤滑·密封圈規(guī)格	AAV2潤滑脂 + 標(biāo)準(zhǔn)雙密封圈 AV2潤滑脂 + NSK K1 + 標(biāo)準(zhǔn)雙密封圈

木屑的量不同，運行的距離也會有差距，在相同量切削粉的情況下，使用NSK K1能得到2～4倍的運行距離。

4.3.3. 鑄件切削粉環(huán)境下

接下來，介紹在充滿異物的鑄件切削環(huán)境下的實驗結(jié)果。

實驗樣本	LH30
預(yù)緊	有間隙的互換品
潤滑方式	AV2潤滑脂（僅出廠時裝填）
異物量	1根導(dǎo)軌上300g
運行速度	45m/min
行程	400mm

起初，將鑄造產(chǎn)生的切削粉撒在滑塊的兩端，并裝上護(hù)罩。之后，每天一回，將殘留在行程兩端的切屑再收集回護(hù)罩里，使因運行散落的切削粉重新聚集到導(dǎo)軌上。運行完成后的直線導(dǎo)軌的外觀照片如照片3所示。

根據(jù)圖5所示的實驗結(jié)果，附帶NSK K1的效果很明顯。尤其對于標(biāo)準(zhǔn)密封圈的磨損、開裂均有不錯的效果，也能減少摩擦力（密封圈的抵抗）的變化。
另外，從侵入滑塊內(nèi)部的異物情況來看，NSK K1的潤滑油補給效果以及充當(dāng)端密封圈的效果也不錯。
實驗在2000km就終止了，如果再繼續(xù)使用的話，標(biāo)準(zhǔn)密封圈的磨損甚至劣化就會顯現(xiàn)出來，這將會極大影響壽命。

這里，為了能了解實驗后的NSK K1的潤滑油供給能力，如圖4為在室溫下放置24小時的NSK K1實驗完成品表面放大后的照片。雖然表面附著切削粉，但還能看到潤滑油滲出，這說明NSK K1還能保持著良好的性能。

5. 裝有“NSK K1”的直線導(dǎo)軌用于焊接線的效果

以上是從測試中得到的代表案例，接下來列舉一個NSK K1被使用的例子。
運用在汽車制造的焊接機上面，表6表示的是使用和不使用NSK K1的直線導(dǎo)軌的調(diào)查結(jié)果。

同一臺機器同一個地方，先用規(guī)格1（沒有NSK K1）運轉(zhuǎn)10.5個月后，換成規(guī)格2（裝有NSK K1）又運轉(zhuǎn)13個月。兩者運轉(zhuǎn)后的有著顯著的差異，從而可以認(rèn)為NSK K1具有明顯的效果。（參考照片5～8）
比較規(guī)格2和規(guī)格1，滑塊和球溝槽的劣化不明顯，規(guī)格2的鋼球也是同樣劣化程度大幅減小。規(guī)格1中在導(dǎo)軌、滑塊、溝槽以及鋼球上均發(fā)現(xiàn)銹跡，但在規(guī)格2上沒有發(fā)現(xiàn)。另外，在規(guī)格2的滑塊內(nèi)多少也有焊接濺入的粉末。

6.“NSK K1”的最新動向

6.1. 食品機械上用的“NSK K1”

食品機械，因為設(shè)備的衛(wèi)生管理，需要定期用水等液體清洗，因此諸如潤滑劑的脂類就容易被洗掉
迄今為止所談到的標(biāo)準(zhǔn)直線導(dǎo)軌所用的“NSK K1”大都使用在不會直接接觸食品的情況下，如果在可能接觸到食品的環(huán)境中使用時，其組成需要詳細(xì)探討。
因此，通過采用獲得FDA（ United States Food and Drug Administration ）認(rèn)可的材料，進(jìn)一步開發(fā)了可應(yīng)用于食品機械的NSK K1。
現(xiàn)在，正在進(jìn)行一般耐久運行試驗以及定期的水沒試驗，評價食品機械用NSK K1的潤滑性能（參照照片9）。其中一般試驗已運行13000km，另外，水沒試驗（1天/1周被水浸沒）已正常運行2000km，由此可判斷與標(biāo)準(zhǔn)NSK K1有著同樣的性能。

6.2 用于滾珠絲杠的“NSK K1”

如果考慮到機械的傳動系統(tǒng)，無論是直線導(dǎo)軌還是滾珠絲杠，均需考慮如何免維護(hù)。
基于與直線導(dǎo)軌同樣的考慮方法，NSK也致力于滾珠絲杠的NSK K1的開發(fā)，根據(jù)本書的“滾珠絲杠最新技術(shù)動向”來看，已經(jīng)能實現(xiàn)在機床等高負(fù)載用途下的實際運用。

7.后記

從各種實驗結(jié)果來看，帶“NSK K1”的直線導(dǎo)軌或者滾珠絲杠，能得到油潤滑同等以上的潤滑性能，可以實現(xiàn)長期免維護(hù)。
特別是在異物等的惡劣環(huán)境下，“NSK K1”可以發(fā)揮有良好的潤滑效果。
今后，還要進(jìn)一步積累直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠的數(shù)據(jù)，提高免維護(hù)的可靠度。

參考文獻(xiàn)

• 1）矢部俊一，植木史雄，高城敏己，松永茂樹，塚田徹，加藤総一郎：NSK Technical Journal, 661 (1996), 36-41