JP2002328126A

JP2002328126A - 潤滑剤の寿命測定方法

Info

Publication number: JP2002328126A
Application number: JP2001132393A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Akamatsu; 良信赤松; Atsumasa Nakamura; 篤正中村
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-15

Abstract

(57)【要約】【課題】潤滑寿命を延長する潤滑剤を効率よく開発で
きるように、各影響因子の潤滑剤の各成分に与える影響
を精密に分析することであり、特に酸化反応の劣化因子
を排除した潤滑剤の各種成分による理想寿命を求める方
法を提供することである。【解決手段】転がり接触または滑り接触する転がり軸
受などの機械要素を潤滑剤で潤滑し、この機械要素を窒
素もしくはアルゴンまたは両者混合したガスなどの不活
性ガス類の雰囲気中で作動させ、作動時の騒音値などの
性能の経時変化を評価することによる潤滑剤の寿命測定
方法とする。酸化の影響を排除した場合の潤滑剤の寿命
を比較的簡単な装置で評価することができ、大気中での
評価を行なう必要がなくなり、潤滑剤の成分設計が容易
になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、転がり軸受、歯
車、等速ジョイント、滑り軸受などの機械要素を潤滑す
る潤滑剤の寿命測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、転がり軸受に代表されるように
転がり摩擦または滑り摩擦する機械要素では、摩擦や摩
耗を低減させる目的で潤滑油または潤滑グリースからな
る潤滑剤が使用されている。

【０００３】通常、潤滑剤は、転がり接触または滑り接
触する機械要素において、「転がり」もしくは「滑り」
または両作用を受けた時に性能劣化を起こすが、その主
な原因は酸化であるといわれている。

【０００４】したがって、潤滑剤の寿命を延ばすために
は、潤滑剤の酸化を制御する必要があり、酸化安定剤、
酸化防止剤、防錆剤などの添加剤を用いて潤滑剤の酸化
による劣化を防止していた。

【０００５】潤滑剤は、多成分の炭化水素の混合量を変
えて要求される機能に応じた各種添加剤（油性剤、界面
活性剤、洗浄分散剤、錆止め添加剤、粘度指数向上剤、
流動点降下剤、極圧添加剤など）を配合した混合物であ
って、潤滑剤の酸化反応のメカニズム（機構）は、極め
て複雑であるため、潤滑剤を構成する各成分が、それぞ
れ酸化防止に対して有効であるか否かは、その成分が未
添加の場合と添加の場合での試験結果によって評価しな
ければならない。

【０００６】因みに、一般的な酸化防止対策は、酸化安
定剤、酸化防止剤、防錆剤等などの添加剤によって行な
われ、添加剤の成分や添加量ごとに評価試験が行なわれ
る。

【０００７】そして、潤滑剤の寿命の測定は、実機並び
にＪＩＳ等の各種規格で規定された試験方法で行なわれ
るが、それらの方法では、潤滑剤で潤滑した機械要素を
実機またはモデル試験をする際、大気中、すなわち酸素
含有の雰囲気中で作動させて寿命を評価していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、通常の寿命測
定試験では、大気雰囲気中では潤滑剤の酸化による影響
を受けるので、潤滑寿命に影響する酸化以外の因子、例
えば速度、温度、荷重などの各因子が潤滑剤の各成分に
与えるそれぞれ独立した影響を定量的に分析することは
不可能であり、これらの影響因子の1つと潤滑剤各成分
の関係を定量的にデータベース化することができないと
いう問題点がある。

【０００９】また、潤滑剤の寿命評価は、油、各種添加
剤、増ちょう剤などの各種成分をすべて混合した後の状
態、すなわち、開発段階で最終の成分仕様に近いサンプ
ルを作製し、これを実際の使用条件（速度、温度、荷重
など）に対応させて、種々の使用条件を想定した模擬試
験の条件で評価する必要があり、開発のための多くの潤
滑剤の組成について評価する工程数は非常に多くなり、
長時間を要する煩雑な作業となっていた。

【００１０】また、各種の機械装置は、転がり軸受、歯
車、等速ジョイント、滑り軸受などの転がり・滑り接触
する機械要素に対するメンテナンスフリー化が要求さ
れ、必然的にそれに使用される潤滑剤に半永久的な寿命
が要求されることになった。

【００１１】要望される寿命の潤滑剤を調製するには、
酸化防止剤、酸化安定剤、防錆剤などの酸化を防止する
添加剤の改良または開発はもちろんのこと、基油や増ち
ょう剤などの添加剤以外の成分についても酸化を抑制す
る必要がある。

【００１２】酸化による潤滑剤の劣化を考慮して潤滑剤
を設計するには、酸化を伴わない機械的破壊、熱的破壊
のみによる理想的な潤滑剤の寿命を、機械装置の要求寿
命よりも長寿命にする必要がある。

【００１３】酸化を伴わない雰囲気としては、真空雰囲
気があるが、真空雰囲気内での潤滑剤の評価、特に１０
^-6〜１０^-7Ｔｏｒｒ程度の高真空条件下で潤滑剤を評価
するには、真空雰囲気をつくる設備または試験方法など
も非常に複雑になり、大気中での試験に比べて試験に多
くの工数を要する。また、真空中では、油が蒸発しやす
くなって酸化を伴わない寿命を正確に評価することがで
きない。

【００１４】そこで、この発明の課題は、上記した問題
点を解決して、潤滑寿命を延長する潤滑剤を効率よく開
発できるように、各影響因子の潤滑剤の各成分に与える
影響を精密に分析することであり、特に酸化反応の劣化
因子を排除した潤滑剤の各種成分による理想寿命を求め
る方法を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、転がり接触または滑り接触す
る機械要素を潤滑剤で潤滑し、この機械要素を不活性ガ
ス類の雰囲気中で作動させてその機械性能の経時変化を
評価することからなる潤滑剤の寿命測定方法としたので
ある。

【００１６】潤滑剤の酸化による影響については、潤滑
剤の酸化反応を伴わない、すなわちせん断を主とする機
械的破壊並びに熱的破壊を主要因とする理想的な寿命を
評価し、この寿命を転がり滑り要素が使用される機械装
置に要求される寿命に対して長くしなければ、酸化防止
剤などによる寿命の延長効果を加えたとしても、機械装
置に要求される寿命を達成できない。

【００１７】この発明では、機械要素を不活性ガス類の
雰囲気中で作動させて性能の経時変化を評価するから、
酸化の影響を排除した場合の潤滑剤の寿命を比較的簡単
な装置で評価することができ、大気中での評価を行なう
必要がなくなり、成分設計が可能となる。

【００１８】不活性ガス類としては、窒素もしくはアル
ゴンまたは両者混合した不活性ガス類を採用することが
できる。

【００１９】また、転がり軸受などの機械要素におい
て、酸化反応の影響を除外した場合の影響因子（温度、
速度、荷重など）と潤滑剤成分（油、添加剤、増ちょう
剤など）の関係を明らかにすることが可能となり、潤滑
剤開発における新たなデータベースを作製することがで
き、潤滑剤の成分設計を容易に高精度化することがで
き、試験などによる実機による評価の工数を削減するこ
とが可能となる。

【００２０】通常、真空雰囲気内で実施している真空グ
リースや固体潤滑剤の評価をこの発明の窒素ガス中で行
なう事により模擬評価を行なうことが可能となり、試験
に要するコストが大幅に削減できる。

【００２１】この発明の潤滑剤の寿命測定方法におい
て、潤滑剤としては、真空容器内で脱気処理された潤滑
剤を用いることができる。脱気処理された潤滑剤を用い
ることにより、潤滑油の内部に溶け込んでいた酸素が寿
命測定中に潤滑剤を酸化しないようになり、非酸化状態
での潤滑剤の寿命をより正確に測定することができる。

【００２２】また、この発明の潤滑剤の寿命測定方法に
おいて、機械要素が転がり軸受であり、かつ評価対象の
性能が音響寿命である場合には、転がり軸受の音響寿命
に及ぼす大気中の酸素の影響をなくして潤滑剤の寿命を
正確に測定することができるようになり、より正確な潤
滑剤の寿命データを得る事ができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】転がり接触または滑り接触する機
械要素としては、転がり軸受、歯車、等速ジョイント、
滑り軸受などのいわゆる「転がり滑り」の接触をする周
知の機械要素であり、特に特定の機械要素を限定してい
うものではない。

【００２４】この発明の潤滑剤の寿命測定方法では、酸
素を含まず、潤滑剤を酸化しない不活性ガス類の雰囲気
中で転がり要素の潤滑寿命を評価するが、それに用いる
不活性ガス類としては、例えば、窒素、ヘリウム、ネオ
ン、アルゴン、クリプトンおよびキセノンからなる群か
ら選ばれる一種以上の不活性化ガス類を採用することが
できる。なお、このうち、取り扱いが容易な窒素ガスま
たはアルゴンガスが適しており、必要に応じて前記した
ガス類を単独または混合して使用してもよい。

【００２５】不活性ガス類中で、転がり接触または滑り
接触する機械要素を潤滑しながら、潤滑寿命評価試験機
や実機を運転するには、例えば、寿命試験機全体を外気
に対してシールやパッキンなどの密封設備によって密封
し、その密封設備の内部に機械要素を設置し、ロータリ
ーポンプ等の真空ポンプ等で任意の真空度に減圧して大
気を排除する。この時の真空度としては、１０―¹Ｔｏ
ｒｒよりも減圧した状態が好ましい。

【００２６】その後、窒素ガスボンベなどの加圧された
状態の所定のガスを流入させ、内部を酸素量が極めて少
ない状態にする。なお、密封設備の密封性が十分に確保
できない場合があるため、密封設備に圧力調整弁を使用
し、密閉装置の外側の圧力である１気圧（１/(１．０１
３２５×１０⁵)Pa）よりも若干高い圧力に設定し、常
時、継続的にガスを流入させることで、密封設備内に大
気が流入しない状態にすることが好ましい。

【００２７】この時の圧力は、例えば１．５〜２気圧
（１．５〜２×１/(１．０１３２５×１０⁵)Pa）程度が
適当である。この様な雰囲気中で従来と同じ方法により
寿命試験を実施し、酸素の影響を除いた試験を実施する
ことができる。

【００２８】この発明に用いる潤滑剤は、液状の潤滑油
（合成油、鉱油など）、潤滑グリース、もしくは固体潤
滑剤（フッ素含有樹脂など）またはこれらの混合物であ
ってもよく、特にその種類を限定したものではない。

【００２９】本願の発明における機械要素の機械性能の
経時変化による評価は、潤滑寿命試験、サバン型摩耗試
験機等による摩擦摩耗の特性評価試験、二円筒試験機等
による油膜形成評価試験、軸受の音響寿命試験等、通
常、大気中で実施している寿命試験などのように長時間
連続して運転することにより、潤滑剤が酸化の影響をう
ける試験であれば良く、これらの他、周知の試験でも採
用可能である。通常、大気中での転がり軸受の潤滑寿命
の評価は、軸受の表面温度が一定値を越えた時点や、試
験軸受を含めた試験装置の一部位の振動値が定常状態の
規定値以上となった時点を潤滑寿命と定義されるのが一
般的であるが、この定義をそのまま適用してもよい。

【００３０】なお、試験の対象となる潤滑剤は、油やグ
リース等の流体からなるが、このような潤滑剤の内部に
は酸素が混在している。そのため、密封設備内を真空引
きによって大気を脱気する工程だけでは、充分に大気を
除去できない場合があるから、予め真空容器内で脱気処
理された潤滑剤を用いることが好ましい。この真空引き
における真空度は１０^-2Ｐａ程度であり、ロータリーポ
ンプなどを用いて減圧する。この減圧工程により、潤滑
剤内部に存在する空気を除去する事が可能となり、酸化
反応を確実に除外できる。

【００３１】

【実施例および比較例】転がり軸受の音響寿命について
測定する実施例（窒素ガス中）および比較例（大気中）
の潤滑剤の寿命測定方法について、以下に説明する。

【００３２】試験に用いた転がり軸受は、深溝玉軸受６
８４（内径４ｍｍ、外径９ｍｍ、幅４ｍｍ）であり、転
動体は、直径１．６６ｍｍの鋼球であり、その数は７個
である。軌道輪および転動体の材料は、ＪＩＳＳＵＪ
２である。保持器は、樹脂製冠型保持器であり、シール
は非接触ゴムシールである。

【００３３】この試験に用いた潤滑グリース（以下、単
にグリースと記する。）は、エステル油を基油とし、リ
チウム石鹸で増ちょうしたものであリ、上記の転がり軸
受内に０．１ｍｇまたは０．５ｍｇを封入した。

【００３４】転がり軸受を回転させるスピンドルＳは、
図１に示すように、ハウジング１に挿通したにスピンド
ルの回転軸２に、潤滑剤（潤滑グリース、図示せず。）
を封入した２個の転がり軸受３を嵌め、これらをコイル
ばね４の弾性でもってアキシャル予圧を負荷したもので
ある。

【００３５】図２に示すように、スピンドルＳを軸受回
転試験装置に取り付けて耐久試験をした。すなわち、ス
ピンドルＳのハウジング１は、軸受回転試験装置の基台
５に固定されており、回転軸２は、プーリ６を介してイ
ンバータ制御されたモータ７でベルト駆動した。

【００３６】軸受回転試験装置は、実施例ではチャンバ
ー（気密室）８内に設置し、このチャンバー８内に、ガ
スボンベ９から減圧弁１０を介して窒素ガスを導入して
軸受回転試験を行なった。なお、比較例では、チャンバ
ー８内を外気と常に換気し、すなわち大気中での軸受回
転試験を行なった。

【００３７】この軸受回転試験は、実施例および比較例
ではいずれも軸受温度１００℃、回転速度２００００ｒ
ｐｍ、転がり軸受に対するアキシャル荷重８．８Ｎ、グ
リース量０．１ｍｇまたは０．５ｍｇで行なったが、一
定時間ごとに試験を中断し、スピンドルを試験機から取
り外し、防音室内にてマイクロフォンを用いて音響レベ
ルを測定した。音響測定条件は、ＪＩＳＢ１５４８に
準拠し、回転数３６００ｒｐｍ、マイクロフォンとの距
離１００ｍｍ、回転軸とマイクロフォンとの角度４５
度、測定温度を室温とする条件で測定した。

【００３８】スピンドルの騒音値の耐久試験中での変化
は、当初から非常に小さく、突然急激に増加する傾向を
示した。また、予備的な実験結果（図示せず。）から、
このような経時的な騒音値の変化傾向は、潤滑剤の種
類、軸受への封入量、回転時の雰囲気温度に影響されな
かったため、スピンドルの音響寿命時間は、騒音値が試
験前の騒音値から４ｄＢａ増加したときまでの試験時間
（ｈ）とした。

【００３９】そして、音響試験結果をワイブル分布（音
響寿命時間と累積破損確率との関係を示す対数グラフ）
で解析し、累積破損確率が５０％の音響寿命時間Ｌ５０
を求め、グリース封入量（０．１ｍｇまたは０．５ｍ
ｇ）とＬ５０との関係を図３の図表（実施例：Ｎ₂ガス
中、比較例：大気中）に示した。

【００４０】図３の結果からも明らかなように、実施例
では、グリース量０．５ｍｇにおいて、大気中寿命に対
して理想寿命は約３．４倍であり、グリース量０．１ｍ
ｇにおいて、大気中寿命に対して理想寿命は約１．５倍
であった。

【００４１】すなわちグリース量０．５ｍｇにおいて
は、理想寿命の中で、酸化寿命により支配（決定）され
る割合（「酸化による寿命損失の比」）は、２．４/
３．４であり、「大気中寿命の理想寿命に対する比」
は、１/３．４であることがわかる。

【００４２】したがって、潤滑剤の成分設計を改良する
場合において、酸化を防止する成分（例えば酸化防止剤
など）を変更、又は改良した場合に、それらの酸化防止
剤などの成分単独での寿命延長の効果（酸化抑制の効
果）の比が仮に、１．５倍であったとすると、前記した
「酸化による寿命損失の比」は、２．４/（３．４×
１．５）に減少することになる。

【００４３】すなわち、「大気中の寿命の理想寿命に対
する比（酸化を考慮した）」は、１− ２．４/（３．
４×１．５）＝１．８/３．４となり、酸化防止する成
分（酸化防止剤など）の変更前（改良前）の大気中の寿
命「１/３．４」に対して１．８倍程度に寿命増加する
事が概算で推定できる。

【００４４】同様に、グリース量０．１ｍｇの場合に
は、約１．１７倍程度の寿命増加になることが概算で推
定できる。０．５ｍｇの場合は、酸化防止抑制による大
気寿命延長効果が大きいが、それに対して、０．１ｍｇ
の場合は、効果が少ないことがわかる。

【００４５】理想寿命に対する酸化による寿命損失の割
合が少ない（荷重、温度、速度などの各種条件が、厳し
くなく、特に困難性が無い様な場合）ような場合には、
酸化防止する成分（酸化防止剤など）の変更（改良）
は、大気寿命延長の効果が少なく、潤滑剤の潤滑の基本
特性を決める成分（おもに基油、増ちょう剤、極圧添加
剤など）が、理想寿命を決める主な要因となる。

【００４６】このようにグリース量など（この他、温
度、荷重、速度各種条件）の条件の違いにより、それぞ
れの理想寿命に対する酸化影響が占める（支配する）割
合が異なるケースがほとんどであり、機械要素の使用条
件での、酸化による寿命損失の防止効果を、酸化抑制防
止のための成分の単独効果を調べる事により、潤滑剤の
成分設計の段階で、実際の大気中寿命を概算で算出する
ことができ、酸化の抑制防止の効果が、実際の大気寿命
にどの程度、反映出来るかが概算で推定できる。

【００４７】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように、潤滑
剤で潤滑した玉軸受などの機械要素を不活性ガス類の雰
囲気中で作動させ、作動時の騒音値などの性能の経時変
化を評価する潤滑剤の寿命測定方法としたことにより、
酸化の影響を排除した場合の潤滑剤の寿命を比較的簡単
な装置で評価することができるようになり、潤滑寿命を
延長する潤滑剤を効率よく開発するために、潤滑剤の各
成分に与える影響を精密に分析でき、酸化反応の劣化因
子を排除して所定組成の潤滑剤による理想寿命を測定で
きるという利点がある。

【００４８】このような利点は、不活性ガス類が、窒素
もしくはアルゴンまたは両者混合した不活性ガス類であ
る場合に確実に奏される。

【００４９】また、潤滑剤が、真空容器内で脱気処理さ
れた潤滑剤であれば、上記の測定方法は、より精密な潤
滑剤の寿命測定方法になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】軸受回転試験装置のスピンドルの拡大断面図

【図２】軸受回転試験装置の概略構成を示す一部断面の
正面図

【図３】軸受音響寿命の試験結果であるグリース量と音
響寿命の関係を示す図表

【符号の説明】

１ハウジング２回転軸３転がり軸受４コイルばね５基台６プーリ７モータ８チャンバー９ガスボンベ１０減圧弁ｓスピンドル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転がり接触または滑り接触する機械要素
を潤滑剤で潤滑し、この機械要素を不活性ガス類の雰囲
気中で作動させて評価することからなる潤滑剤の寿命測
定方法。
【請求項２】不活性ガス類が、窒素もしくはアルゴン
または両者混合した不活性ガス類である請求項１に記載
の潤滑剤の寿命測定方法。
【請求項３】潤滑剤が、真空容器内で脱気処理された
潤滑剤である請求項１または２に記載の潤滑剤の寿命測
定方法。
【請求項４】機械要素が転がり軸受であり、かつ評価
対象が作動時の騒音値である請求項１〜３のいずれかに
記載の潤滑剤の寿命測定方法。