1. 前言
線性滑軌所用的“NSK K1”，是以潤滑為目的，使用單獨的複合材料“固態油”所開發出的小型供油元件。一直以來都有考慮過將油、油脂含在樹脂裡，達到潤滑的作用，但至今在直動滾動的產品裡還未見到運用的案例。
以線性滑軌為代表的直動滾動產品，其潤滑方法與下述的兩點有很大區別。包括脂潤滑，間歇供油潤滑。二者在使用上各有特點。
潤滑脂隨著使用時間的增加，會出現潤滑脂劣化、潤滑脂洩漏的現象，所以必須定期補給。另一方面，對於油潤滑來說，需要定時向油箱裡添加新油，而且還必須配有複雜的管線設備。以上狀況均無法做到完全免維護。
從很久以前，市場中就存在“免維護設備”的說法，但至今連線性滑軌在內的直動產品一直都沒有能夠實現免維護。
現在為了滿足市場的這種“免維護”的需求，開發了線性滑軌用的“NSK K1”。最初，以搬送用的直動產品為中心，以實現輕負荷用途的直動產品免維護，延長產業機械·木工機械上損耗潤滑油極快的直動產品的壽命為目的進行了開發，現今已量產販售於市面上。
市面上不只是搬送用產品，像其他的工具機等領域，都需要面對免維護的課題及冷卻液裡混入潤滑油所導致腐爛·發臭等的環境問題、節能減碳等一系列技術需求。正因如此，NSK也進行了針對用於工具機的直動產品在高負荷條件下的評價試驗。實驗結果表明，已經達到了實用化的階段，直動產品在世界上首次實現了產品化。
在應用到工具機上時，同潤滑油的供給能力一樣，在充斥切削粉末、冷卻液、異物的環境中的耐久性能也是十分重要的一點。
在此針對開發出來的線性滑軌用“NSK K1”的基本特性，“NSK K1”的線性滑軌的耐久性能進行介紹。
2. 關於“固態油”
2.1. “固態油”的構造
“固態油”是由很多不同分子量的聚烯烴樹脂為材料所構成的新型特殊材料，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）的相關數據。
表1中的硬度，尼龍66與一般的評價方法（Scale）不同（塑料用Rockwell R scale，橡膠用Shore A scale），不能直接比較。因此，彎曲模量也一併記入。
“固態油”的性能，因為含有潤滑油，拉伸強度會比其餘二者小，硬度也就是彎曲模量介於塑料和橡膠之間。“固態油”成型的時候聚烯烴樹脂分子處於拉伸狀態，由於殘餘應力的作用，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. 線性滑軌用“NSK K1”及其基本性能
3.1. 形狀及安裝方法
線性滑軌用“NSK K1”的形狀以及安裝範例如照片1和圖2所示。
如圖2所示的NSK K1，安裝在線性滑軌的端蓋外側的護板和端密封蓋之間，其上面設計了一個比安裝環直徑稍小的孔槽，這樣當安裝環插入孔槽時，NSK K1就會擴張變形，緊貼著導軌的軌道面。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珠。
另外，由於安裝環的厚度稍微比NSK K1厚，就形成了不會給NSK K1約束的結構，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. 潤滑油供給特性
根據潤滑油和樹脂的組合，能得到特性不同的“固態油”。在此介紹用於線性滑軌的NSK K1，其中潤滑油含有質量為70%。
“固態油”的潤滑油供給量會隨著溫度增高而增加。這是由於隨著溫度上升，會增加聚烯烴樹脂活性，從而增加潤滑油滲出的應力，因此潤滑油的供給能力會增加。
如下圖3就是對用於直線導軌的NSK K1的評價結果。很明顯地就能看出潤滑油的供給量和環境溫度的關係。
因此，為了讓NSK K1長期保持高性能，規定使用溫度上限為50℃（瞬時溫度80℃）。但是，在最近的實驗顯示，在70～80℃的環境中連續運行也沒有特別的問題出現。
其次，在裝有NSK K1的線性滑軌上，僅靠NSK K1提供的潤滑油來進行運轉實驗，一個是持續連續運行，另一個是定期將滲出的潤滑油擦掉，將二者進行比較，結果是後者的潤滑油供給量較多（如圖4所示）。
根據NSK K1所處的環境，相比於乾燥狀態，多油環境會讓潤滑油更難滲出。換言之，當線性滑軌上有充足的油脂時，NSK K1中的潤滑油更傾向於保持在裡面，這是NSK K1本來就具有的性質，正因如此其才能保持有效的機能。
接下來是關於NSK K1的耐化學試劑性的實驗，為了能確認在特殊環境如無機酸、鹼性環境對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。在如此酸或鹼的環境下與置於空氣中相比較，外觀與NSK K1的潤滑劑供給量（質量變化率）幾乎沒有太大的變化。
再者，一般的冷卻液、潤滑油、潤滑脂等會導致其變色，但並無其他問題。可是，長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）等環境中，NSK K1含的潤滑油會被置換出來，這樣會喪失其潤滑性能。
3.3. 潤滑油供給壽命預測
在環境溫度40 ℃的條件下，對線性滑軌進行運行試驗以預測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，為了加速實驗，實驗過程中周圍的溫度會從40 ℃變化到60℃。
當然，雖說當溫度升高潤滑油的供給量有增大的趨勢，即便超過10%也可以繼續運行。
假設一般機器周圍的溫度在40 ℃左右，本實驗就是在40 ℃環境下持續運行以推測潤滑油供給壽命。
用最小二乘法求出近似線，達到壽命10萬小時的連續運行後潤滑油供給量的理論為13%，1000km處脫脂後潤滑脂供給量的理論值為15%。這表示機械每年250天24小時運轉，仍可以提供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”直線導軌的耐久性
4.1. 輕負載條件下的耐久性
NSK K1原本的使用方法是與潤滑脂一併使用，假設初期封入的潤滑脂乾涸後，為了確認僅有NSK K1提供的潤滑油的條件下運行的耐久性，使用線性滑軌LH30，以搬送裝置200m/min的超高進給速度且輕負載下進行實驗，結果如圖6所示。
結果表明，就算只用NSK K1滲出的潤滑油也有可能平穩地運行。而且，即便運行中存在被有機溶劑脫脂的情況，之後僅用NSK K1提供的潤滑油，也能進行10000km以上的運行距離。另外，雖會擔心在高速運行下NSK K1的磨損，但實驗證明，潤滑充分，完全沒有問題。
接著，用同型號的線性滑軌LH30在中等進給速度60m/min且輕負載條件下進行耐久實驗，結果如圖7所示。即使在運行途中將軌道溝槽進行脫脂，由於NSK K1還會繼續提供潤滑油，整個運行過程中並無問題。
4.2. 高負載條件的耐久性
談到線性滑軌的用途，高負載條件的代表即為工具機用的導引。這裡介紹的耐久試驗是在脂潤滑的基礎上加上NSK K1，為了能實現工具機等長期免維護的目的而實施的。
該試驗是在高負載條件下進行的，換句話就是線性滑軌實際中最大的負載為目標的溝槽的最大面壓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） 假設使用了多年的NSK K1的耐久試驗（將NSK K1放在高溫裡一段時間，將裡面含有的潤滑油釋放出一些，模擬數年使用後的狀態）
- （3） 和實際條件相同的耐久試驗（脂潤滑基礎上附加NSK K1）
- （4） 與（3）目的一樣，在異物條件下的耐久試驗。
關於線性滑軌NSK K1裝配數量，在高負載條件下滑塊單側標配2片，及單側4片的也進行過試驗。另外，根據最近高速化動向進行判斷，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。
樣品為線性滑軌LY35，雙滑塊式樣的導軌2根裝在平台上，以以下條件運行。
| 潤滑 | 僅有NSK K1 |
|---|---|
| 密封墊式樣 | NSK K1單側2片 + 標準側密封墊 |
| 預壓負載 | 1760N（中預壓） |
| 外部負載 | 6080N/滑塊 |
| 最大接觸面壓 | 2060MPa |
| 行程 | 400mm |
| 平均進給速度 | 24m/min （由於曲柄驅動，存在0～37.7m/min 的變化） |
| 高負載條件下5000km運行的調查結果。 | |
運行5000km的調查結果如表3所示。為了參照，型號不同類似條件的間歇供油的試驗結果一併記錄。從剛性等的變化以及間歇給油沒變色結果來判斷，還可以繼續運行。
另外，以上任何目的的試驗，都平穩運行超過5000km，因此可以判斷工具機上的高負載條件下運行是可行的。
4.3. 異物環境下的耐久性
4.3.1. 含有異物的冷卻液環境下
接下來介紹一下模擬工具機中的異物環境，在含有異物的冷卻液的條件下進行實驗，現將結果作如下介紹。
樣品：線性滑軌LY48BN（重預壓）
共計4條軌道，8個滑塊
各導軌的密封墊規格
- （a）：NSK K1單側4片+標準側密封墊
- （b）：NSK K1單側2片+標準側密封墊
- （c）：標準雙密封墊（無NSK K1）
- （d）：標準雙密封墊（間歇供油）
另外，間歇給油的實驗中，和之前的實驗條件一樣。 NSK K1單側裝4片（1個滑塊有8片），由於試驗機的因素，將其分配為外側6片，內側2片。
| 潤滑條件 | 間歇供油除外、Albania No.2潤滑脂（僅為初始封入） |
|---|---|
| 預壓 | 4120N |
| 外部負載 | 9800N/滑塊 |
| 行程 | 400mm |
| 平均運轉速度 | 24m/min （相較於曲柄驅動，有0～37.7m/min的變化） |
| 異物條件 | 將3850LH切削液稀釋30倍，混入5%篩眼115的FCD 45鑄件粉，澆到軌道溝槽上後運行2天，之後將異物液去掉，再運行5天。（參照照片2） |
實驗的軌道（a）（NSK K1單側4塊）和軌道（b）（NSK K1單側2塊）同時開始。運行3000km時軌道（b）的一側運轉不良，由於端蓋破損導致。
於是，將軌道（b）替換軌道（c）（無NSK K1），之後繼續像軌道（a）一樣運行。軌道（c）在運轉600km時，由於端蓋破損導致運轉不良。
軌道（a）一共運行了3600km，並且還可以繼續運行。將實驗結束的實驗品分解後進行調查。根據結果，符合間歇給油運行3000km的結果，如表4所示。
如前面所述，無NSK K1，單側2片NSK K1分別在運行600km，3000km時端蓋破損，單側4片在實驗結束後還有殘餘的預緊，推測還可繼續運行。
實驗中，在試驗機台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，可以發現早期就發生了磨損。另外，帶NSK K1的樣品摩擦力減小的速度很慢。單側裝4片有NSK K1的樣品，從摩擦力實測結果發現，在運行了3600km後仍有殘存的預緊。
從以上的結果來看，在充滿異物的苛刻環境中的NSK K1的安裝片數，在高負載條件下的滑塊單側標配2片基礎上，如果再多安裝1～2片，可以進一步大幅延長壽命。
4.3.2. 在木屑環境中
在苛刻的環境條件下，木屑等的粉塵的存在會吸取潤滑油，從而導致潤滑不良。由於大部分的木工機械使用在在這樣的環境條件下，因此，通常會存在下述的問題。木屑不僅會讓滑塊裡面的潤滑脂乾涸，也會將為防止異物侵入的密封墊潤滑失效，進一步讓密封墊磨損，進而異物進入，讓滾動體循環不順暢。
NSK K1不僅能緩解滑塊內的潤滑不良，還能防止標準密封墊的磨損。
在切削粉的環境中，標準雙密封墊（標準密封墊2個疊起來用）和安裝了NSK K1的軌道，在下記的條件下進行試驗，結果如圖9所示。
| 樣本 | LH30 |
|---|---|
| 預壓 | 微預壓 |
| 平均進給速度 | 24m/min |
| 行程 | 400mm |
| 外部負載 | 490N/滑塊 |
| 潤滑·密封墊規格 | AAV2潤滑脂 + 標準雙密封墊 AV2潤滑脂 + NSK K1 + 標準雙密封墊 |
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. 鑄件切削粉環境下
接下來，介紹在充滿異物的鑄件切削環境下的實驗結果。
| 實驗樣本 | LH30 |
|---|---|
| 預壓 | 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根軌道上300g |
| 運行速度 | 45m/min |
| 行程 | 400mm |
起初，將鑄造產生的切削粉撒在滑塊的兩端，並裝上護罩。之後，每天一回，將殘留在行程兩端的切屑再收集回護罩裡，使因運行散落的切削粉重新聚集到軌道上。運行完成後的線性滑軌的外觀照片如照片3所示。
據圖5所示的實驗結果，附帶NSK K1的效果很明顯。尤其對於標準密封墊的磨損、開裂均有不錯的效果，也能減少摩擦力（密封墊的抵抗）的變化。
另外，從侵入滑塊內部的異物情況來看，NSK K1的潤滑油補給效果以及充當端密封墊的效果也不錯。
實驗在2000km就終止了，如果再繼續使用的話，標準密封墊的磨損甚至劣化就會顯現出來，這將會極大影響壽命。
這裡，為了能了解實驗後的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後的照片。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”的線性滑軌用於焊接線的效果
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。
運用在汽車製造的焊接機上面，表6表示的是使用和不使用NSK K1的線性滑軌的調查結果。
同一台機器同一個地方，先用規格1（沒有NSK K1）運轉10.5個月後，換成規格2（裝有NSK K1）又運轉13個月。兩者運轉後的有著顯著的差異，從而可以認為NSK K1具有明顯的效果。 （參考照片5～8）
比較規格2和規格1，滑塊和鋼珠溝槽的劣化不明顯，規格2的光珠也是同樣劣化程度大幅減小。規格1中在軌道、滑塊、溝槽以及鋼珠上均發現鏽跡，但在規格2上沒有發現。另外，在規格2的滑塊內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，因為設備的衛生管理，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準線性滑軌所用的“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境中使用時，其組成需要詳細探討。
因此，通過採用獲得FDA（ United States Food and Drug Administration ）認可的材料，進一步開發了可應用於食品機械的NSK K1。
現在，正在進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週被水浸沒）已正常運行2000km，由此可判斷與標準NSK K1有著同樣的性能。
6.2. 用於滾珠螺桿的“NSK K1”
如果考慮到機械的傳動系統，無論是線性滑軌或是滾珠螺桿，均需考慮如何免維護。
基於與線性滑軌同樣的考慮方法，NSK也致力於滾珠螺桿的NSK K1的開發，根據本書的“滾珠螺桿最新技術動向”來看，已經能實現在工具機等高負載用途下的實際運用。
7. 後記
從各種實驗結果來看，帶“NSK K1”的線性滑軌或者滾珠螺桿，能得到油潤滑同等以上的潤滑性能，可以實現長期免維護。
特別是在異物等的惡劣環境下，“NSK K1”可以發揮有良好的潤滑效果。
今後，還要進一步積累線性滑軌和滾珠螺桿的數據，提高免維護的可靠度。
参考文献
- 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