JP2002195277A - 転がり軸受 - Google Patents

転がり軸受

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JP2002195277A JP2001215409A JP2001215409A JP2002195277A JP 2002195277 A JP2002195277 A JP 2002195277A JP 2001215409 A JP2001215409 A JP 2001215409A JP 2001215409 A JP2001215409 A JP 2001215409A JP 2002195277 A JP2002195277 A JP 2002195277A
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Kenichi Iso
賢一 磯
Hiromichi Takemura
浩道 武村
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NSK Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温、高速、高荷重条件下で使用され、更に
外部からの水の浸入を受けても水素による白色組織変化
を伴う剥離を起こすことがなく、長寿命の転がり軸受を
提供する。 【解決手段】 内輪10と外輪11との間に保持器12
を介して複数の転動体13を略等間隔で回動自在に保持
してなり、かつ導電性物質を0.1〜10重量%の割合
で含有するグリース組成物を封入した転がり軸受1。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、グリース組成物を
封入した転がり軸受に関し、特に、自動車の電装部品、
エンジン補機であるオルタネータや中間プーリ、カーエ
アコン用電磁クラッチ、水ポンプ、ガスヒートポンプ用
電磁クラッチ、コンプレッサ等の高温、高速、高荷重条
件下で使用され、更に水が混入しやすい部位に好適な転
がり軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、転がり軸受の耐久寿命は、潤滑
剤中に水分が混入すると大きく低下する。例えば古村ら
は、潤滑油(#180タービン油)に6%の水が混入する
と、混入がない場合に比べて数分の1〜20分の1に転
がり疲れ強さが低下することを報告している(古村恭三
郎、城田伸一、平川清:表面起点および内部起点の転が
り疲れについて、NSK Bearing Journal, No.636, pp.1-
10,1977)。また、Schatzbergらは、潤滑油中にわずか1
00ppmの水分が混入するだけで、鋼の転がり強さが
32〜48%も低下することを報告している(P.Schatzb
erg. I.M.Felsen;Effects of water and oxygen during
rolling contact Iubrication, wear, 12,pp.331-342,
1968)。
【0003】上記した各部品用軸受は、高温、高速、高
荷重下で使用されることが多いため、特許第28787
49号公報に記載されているようにグリースの分解によ
り水素を発生することがある。また、これらの軸受は、
エンジン外部にあるベルト駆動の補助機械用軸受である
ことから、路面より跳ね上げられる泥水や雨水が浸入し
やすく、水ポンプ用軸受では更にエンジン冷却用循環水
の浸入も受けやすい。これらの軸受では、通常、接触ゴ
ムシールにより外部からの水の浸入を防止する構成とな
っているが、完全な防止はできないのが現状である。更
に、自動車のエンジンは、稼働と休止を繰り返す機械で
あるため、エンジンが休止しているときに軸受のハウジ
ング内の温度が下がり、露点に達して軸受周りの空気中
の水分が凝縮して水滴となり、軸受に付着したり潤滑剤
中に混入したりすることがある。これらの結果、特開平
11−72120号公報に記載されるように、浸入水分
により発生した水素が軸受鋼中に侵入して水素脆性によ
る白色組織変化を伴った剥離を引き起こす。
【0004】更には、前記各部品用軸受は、ベルトによ
るプーリ駆動で回転しているため、ベルトとプーリ間に
静電気が発生する。通常、軸受回転中は潤滑剤の油膜に
より内外輪間は絶縁状態になっているが、強振動等によ
り金属接触を引き起こすと内外輪間が一気に導通して内
外輪間に大きな電位差が生じる。そして、生じた直流電
圧により水が電気分解を起こして水素イオンの発生が促
進され、上記したような白色組織変化を伴った剥離がよ
り起こりやすくなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、前記
各部品用軸受では、外部からの浸入水分に起因して水素
脆性による白色組織変化を伴った剥離が発生しやすく、
更に静電気により促進されるという問題があり、その防
止が新たな重要課題となっている。
【0006】従って、本発明は、高温、高速、高荷重条
件下で使用され、更に外部からの水の浸入を受けても水
素による白色組織変化を伴う剥離を起こすことがなく、
長寿命の転がり軸受を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、内輪と外輪との間に保持器を介して複
数の転動体を略等間隔で回動自在に保持してなり、かつ
導電性物質を0.1〜10重量%の割合で含有するグリ
ース組成物を封入していることを特徴とする転がり軸受
を提供する。
【0008】上述したように、ベルトとプーリとの間で
発生する静電気が水を電気分解して水素イオンの発生を
促進しているが、グリース中の導電性物質により、発生
静電気を常時通電させるため、内外輪間の電位差がほと
んど無くなって水の電気分解が起こらなくなり、白色組
織変化を伴う剥離の発生並びに進行を抑制することがで
きる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の転がり軸受に関し
てより詳細に説明する。
【0010】本発明の転がり軸受は、その構成自体は制
限されるものではなく、例えば図1に断面図として示す
玉軸受1を例示することができる。この玉軸受1は、内
輪10と外輪11との間に保持器12を介して複数の転
動体である玉13を略等間隔で回動自在に保持してな
り、更に内輪10、外輪11及び玉13で形成される空
所Sに後述されるグリース組成物(図示せず)を所定量
充填し、シール14で封止して構成される。
【0011】〔基油〕グリース組成物に使用される基油
は特に限定されず、通常潤滑油の基油として使用されて
いる油は全て使用することができる。好ましくは、低温
流動性不足による低温起動時の異音発生や、高温で油膜
が形成され難いために起こる焼付きを避けるために40
℃における動粘度が、好ましくは10〜400mm2
sec、より好ましくは20〜250mm2/sec、
更に好ましくは40〜150mm2/secである基油
が望ましい。
【0012】具体例としては、鉱油系、合成油系または
天然油系の潤滑油などが挙げられる。前記鉱油系潤滑油
としては、鉱油を減圧蒸留、油剤脱れき、溶剤抽出、水
素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精製、水素化精
製等を、適宜組み合わせて精製したものを用いることが
できる。前記合成油系潤滑基油としては、炭化水素系
油、芳香族系油、エステル系油、エーテル系油等が挙げ
られる。前記炭化水素系油としては、ノルマルパラフィ
ン、イソパラフィン、ポリブテン、ポリイソブチレン、
1−デセンオリゴマー、1−デセンとエチレンコオリゴ
マーなどのポリ−α−オレフィンまたはこれらの水素化
物などが挙げられる。前記芳香族系油としては、モノア
ルキルベンゼン、ジアルキルベンゼン、などのアルキル
ベンゼン、あるいはモノアルキルナフタレン、ジアルキ
ルナフタレン、ポリアルキルナフタレンなどのアルキル
ナフタレンなどが挙げられる。前記エステル系油として
は、ジブチルセバケート、ジ−2−エチルヘキシルセバ
ケート、ジオクチルアジペート、ジイソデシルアジペー
ト、ジトリデシルアジペート、ジトリデシルグルタレー
ト、メチル・アセチルシノレートなどのジエステル油、
あるいはトリオクチルトリメリテート、トリデシルトリ
メリテート、テトラオクチルピロメリテートなどの芳香
族エステル油、さらにはトリメチロールプロパンカプリ
レート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、ペン
タエリスリトール−2−エチルヘキサノエート、ペンタ
エリスリトールベラルゴネートなどのポリオールエステ
ル油、さらにはまた、多価アルコールと二塩基酸・一塩
基酸の混合脂肪酸とのオリゴエステルであるコンプレッ
クスエステル油などが挙げられる。前記エーテル系油と
しては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリ
コール、ポリエチレングリコールモノエーテル、ポリプ
ロピレングリコールモノエーテルなどのポリグリコー
ル、あるいはモノアルキルトリフェニルエーテル、アル
キルジフェニルエーテル、ジアルキルジフェニルエーテ
ル、ペンタフェニルエーテル、テトラフェニルエーテ
ル、モノアルキルテトラフェニルエーテル、ジアルキル
テトラフェニルエーテルなどのフェニルエーテル油など
が挙げられる。その他の合成潤滑基油としてはトリクレ
ジルフォスフェート、シリコーン油、パーフルオロアル
キルエーテルなどが挙げられる。前記天然油系潤滑基油
としては、牛脂、豚脂、大豆油、菜種油、米ぬか油、ヤ
シ油、パーム油、パーム核油等の油脂系油またはこれら
の水素化物が挙げられる。これらの基油は、単独または
混合物として用いることができ、上述した好ましい動粘
度に調整される。
【0013】〔増ちょう剤〕ゲル構造を形成し、基油を
ゲル構造中に保持する能力があれば、特に制約はない。
例えば、Li、Na等からなる金属石けん、Li、N
a、Ba、Ca等から選択される複合金属石けん等の金
属石けん類、ベントン、シリカゲル、ウレア化合物、ウ
レア・ウレタン化合物、ウレタン化合物等の非石けん類
を適宜選択して使用できるが、グリース組成物の耐熱性
を考慮するとウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、
ウレタン化合物または、これらの混合物が好ましい。こ
のウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、ウレタン化
合物としては、具体的にはジウレア化合物、トリウレア
化合物、テトラウレア化合物、ポリウレア化合物、ウレ
ア・ウレタン化合物、ジウレタン化合物またはこれらの
混合物が挙げられ、これらの中でもジウレア化合物、ウ
レア・ウレタン化合物、ジウレタン化合物またはこれら
の混合物がより好ましい。耐熱性、音響性を考慮する
と、さらに好ましくは、ジウレア化合物を配合すること
が望ましい。
【0014】〔導電性物質〕導電性物質は、本発明の転
がり軸受に封入されるグリース組成物における必須の添
加剤である。この導電性物質は、導電性が良好な物質で
あれば特に制限されるものではなく、また液体であって
も固体であっても良い。中でも、取り扱いや入手のし易
さ、潤滑性を低下させない等の理由からカーボンブラッ
クを用いることが特に好ましい。また、このカーボンブ
ラックは、グリース組成物中での分散性や音響特性等を
考慮すると、平均粒径で10〜300nm程度のものを
選択することが好ましい。
【0015】また、導電性物質として、カーボンナノチ
ューブも好適に使用することができる。このカーボンナ
ノチューブは、図2に模式的に示されるように、主に炭
素六員環の網目状構造が丸まって、両末端が閉口したチ
ューブ状を呈する炭素多面体である。尚、異径のチュー
ブ接合部や末端の閉口部においては、炭素5員環や炭素
7員環となっている場合もある。また、カーボンナノチ
ューブ類として球状構造を採るものがあり、例えば
60、C70はフラーレンとして知られているが、本発明
においてはこのフラーレンも使用できる。これらカーボ
ンナノチューブは、直径が0.5〜15nmで、長さ
0.5〜50μmのものが特に好ましい。
【0016】(濃度)導電性物質の添加量の好ましい添
加量は、グリース組成物全量に対して0.1〜10重量
%である。添加量がこれより少ないと、十分な導電性を
有することができず、これより多く含有するとグリース
が硬化し、焼付き寿命が低下する恐れがあるため好まし
くない。導電性を確かにし、焼付き寿命の低下を考慮す
るなら、グリース組成物全量に対して0.5〜5重量%
が望ましい。また、導電性物質添加後のグリースちょう
度が、NLGI No.1〜3であることが、より望ましい。
【0017】[その他の添加剤]潤滑性能をより一層高
めるために、必要に応じて酸化防止剤、極圧剤、油性
剤、防錆剤、金属不活性剤、粘度指数向上剤等種々の添
加剤を単独で、もしくは適宜組み合わせてグリース組成
物に添加することができる。これらは何れも公知のもの
で構わず、また添加量も特に制限されるものではない
が、通常は合計でグリース組成物全量の20重量%以下
となるように調製される。
【0018】〔製法〕上記グリース組成物を調整する方
法には特に制約はない。しかし、一般的には基油中で増
ちょう剤を反応させて得られる。導電性物質は、得られ
たグリース組成物に所定量を配合することが好ましい。
ただし、ニーダやロールミル等で導電性物質を添加した
後に十分攪拌し、均一分散させる必要がある。この処理
を行うときは、加熱するものも有効である。尚、上記製
法において、酸化防止剤、防錆剤等のその他の添加剤
は、導電性物質と同時に添加することが工程上好まし
い。
【0019】
【実施例】以下に、実施例および比較例によりさらに具
体的に説明するが、本発明はこれにより何ら限定される
ものではない。
【0020】(実施例1)表1に示す組成にて試験グリ
ースを調製した。即ち、先ず、ジイソシアネートを混合
した基油(ポリαオレフィン油;PAO)に、アミンを
混合した基油を反応させ、攪拌加熱して得られた半固体
状物に、予め基油に溶解したアミン系酸化防止剤を加え
て十分攪拌した。徐冷後、カーボンブラック(平均粒径
30nm)を添加量が0.05〜12重量%となるよう
に変化させて加え、ロールミルを通すことでカーボンブ
ラックの添加量が異なる各種試験グリースを得た。尚、
試験グリースのちょう度は、NLGI No.1〜3に調整し
た。
【0021】
【表1】
【0022】(急加減速試験)剥離寿命を、エンジンを
用いてオルタネータに組み込んだ軸受を急加減速させる
ことにより評価した。即ち、試験グリースを2.5g封
入した単列深溝玉軸受(内径φ17mm、外径φ47m
m、幅14mm)をオルタネータに組み込み、エンジン
回転数1000〜6000min-1(軸受回転数240
0〜13300min-1)の繰り返し、室温雰囲気下、
プーリ荷重1560Nの条件で軸受を連続回転させ、5
00時間を目標に試験を行った。そして、軸受外輪転走
面に剥離が生じて振動が発生したとき、あるいは剥離が
発生しない場合には500時間経過した時点で試験を終
了した。また、試験終了後、軸受内部の組織変化の有無
について目視による観察も行った。また、試験は各10
例行い、下記式により剥離発生確率及び組織変化発生確
率をそれぞれ算出した。 剥離発生確率=(剥離発生数/試験数)×100 組織変化発生確率=(組織変化発生数/試験数)×100
【0023】(焼付き試験)内径φ17mm、外径φ5
2mm、幅16mmの接触ゴムシール付き深溝玉軸受に
試験グリースを2.3g封入し、内輪回転速度2000
0min-1、軸受温度140℃、ラジアル荷重98Nの
条件で軸受を連続回転させた。そして、焼付きが生じて
軸受外輪温度が150℃以上に上昇したとき、試験を終
了した。試験は各4例行い、軸受外輪温度が150℃ま
で上昇するのに要した平均時間が1000時間以上を合
格とした。
【0024】上記の急加減速試験及び焼付き試験の結果
を図3に示すが、本発明に従い導電性物質であるカーボ
ンブラックを0.1〜10重量%の範囲で添加した試験
グリースを封入することにより、剥離発生確率及び組織
変化発生確率が共に低く、かつ焼付き寿命にも優れる転
がり軸受が得られることがわかる。これに対してカーボ
ンブラックの添加量が0.1重量%未満では、導電性の
付与が不十分であり、剥離及び組織変化が発生しやす
く、10重量%を超える添加量では焼付きが発生しやす
くなる。
【0025】(実施例2)カーボンブラックに代えてカ
ーボンナノチューブ(直径0.7〜2nm、全長10〜
30μm)を用いた以外は実施例1と同様にして、カー
ボンナノチューブ添加量が0.05〜12重量%の範囲
で異なる試験グリースを調製し、同様の急加減速試験及
び焼付き試験を行った。
【0026】結果を図4に示すが、カーボンブラックの
場合と同様に、カーボンナノチューブを0.1〜10重
量%の範囲で添加した試験グリースを封入することによ
り、剥離発生確率及び組織変化発生確率が共に低く、か
つ焼付き寿命にも優れる転がり軸受が得られることがわ
かる。
【0027】(実施例3)平均粒径が10nm〜5μm
の範囲で異なるカーボンブラックを用い、実施例1に準
じて試験グリースを調製した。尚、カーボンブラックの
添加量は一律3重量%とした。そして、試験グリースを
2.5g封入した単列深溝玉軸受(内径φ17mm、外
径φ47mm、幅14mm)を、雰囲気温度25℃、内
輪回転速度1800min-1、アキシャル荷重27.4
Nの条件で回転させ、回転開始2分後におけるアンデロ
ン値(1800〜10000Hzの振動速度)を測定し
た。試験は各10例行った。試験結果は、その平均値と
し、3アンデロン以下を合格とした。図5に示すよう
に、平均粒径で10〜300nmのカーボンブラックを
使用することにより、優れた音響特性が得られることが
わかる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
剥離防止効果に極めて優れた転がり軸受を得ることがで
き、特に自動車の電装部品、エンジン補機であるオルタ
ネータや中間プーリ、カーエアコン用電磁クラッチ、水
ポンプ、ガスヒートポンプ用電磁クラッチ、コンプレッ
サ等の高温、高速、高荷重条件下で使用され、更に水が
混入しやすい部位に好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の転がり軸受の一実施形態を示す断面図
である。
【図2】カーボンナノチューブを示す模式図である。
【図3】実施例1で求められた、カーボンブラックの添
加量と、剥離発生確率、組織変化発生確率及び焼付き寿
命との関係を示すグラフである。
【図4】実施例2で求められた、カーボンナノチューブ
の添加量と、剥離発生確率、組織変化発生確率及び焼付
き寿命との関係を示すグラフである。
【図5】実施例3で求められた、カーボンブラックの粒
径とアンデロン値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 玉軸受 10 内輪 11 外輪 12 保持器 13 玉 14 シール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C10N 30:00 C10N 30:00 Z 30:06 30:06 30:08 30:08 40:02 40:02 50:10 50:10 Fターム(参考) 3J101 AA03 AA32 AA42 AA62 CA12 EA63 EA72 FA32 GA01 GA21 4H104 AA04C EA07C EA14C EA14Z LA03 LA04 LA20 PA01 QA18

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内輪と外輪との間に保持器を介して複数
    の転動体を略等間隔で回動自在に保持してなり、かつ導
    電性物質を0.1〜10重量%の割合で含有するグリー
    ス組成物を封入していることを特徴とする転がり軸受。
  2. 【請求項2】 前記導電性物質がカーボンブラックであ
    ることを特徴とする請求項1記載の転がり軸受。
  3. 【請求項3】 前記カーボンブラックの平均粒径が10
    〜300nmであることを特徴とする請求項2記載の転
    がり軸受。
  4. 【請求項4】 前記導電性物質がカーボンナノチューブ
    であることを特徴とする請求項1記載の転がり軸受。
  5. 【請求項5】 前記カーボンナノチューブは、直径0.
    5〜15nmで、全長0.5〜50μmであることを特
    徴とする請求項4記載の転がり軸受。
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