JP2005188557A

JP2005188557A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2005188557A
Application number: JP2003427503A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Iso; 賢一磯; Masaharu Imai; 正治今井
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】高温、高ＰＶ値下で優れた耐焼付き性と耐白色組織剥離性とを備える転がり軸受を提供する。
【解決手段】内輪と外輪との間に保持器により複数の転動体を転動自在に保持し、酸化防止剤をグリース全量に対して４〜１２質量％含有するグリース組成物を封入したことを特徴とする転がり軸受。
【選択図】図１

Description

本発明はグリース組成物を封入した転がり軸受に関し、より詳細には、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、コンプレッサー用プーリ、カーエアコン用電磁クラッチ等の高温高速高荷重条件下で使用される部品に組み込まれる転がり軸受に関する。

自動車は小型軽量化を目的としたＦＦ車の普及により、更には居住空間拡大の要望により、エンジンルーム空間の減少を余儀なくされ、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等の電装部品、エンジン補機の小型軽量化がより一層進められており、これらの部品にも高性能化、高出力化が益々求められている。しかし、小型化により出力の低下は避けられず、例えばカーエアコン用電磁クラッチでは高速化することにより出力の低下分を補っており、それに伴って中間プーリも高速化することになる。更に、静粛性向上の要望によりエンジンルームの密閉化が進み、エンジンルーム内の高温化が促進されるため、これらの部品は高温に耐えることも必要となっている。

また、特にコンプレッサー用プーリ、カーエアコン用電磁クラッチ用の転がり軸受では復列アンギュラ玉軸受が多用されてきたが、最近ではこれらの軽量化や低コスト化のために単列玉軸受を使用する傾向にある。しかし、単列玉軸受は、同じ使用条件では、復列アンギュラ玉軸受と比べてＰＶ値が大きくなること、軸受空間（内・外輪と玉とで形成される空間；図１の符号Ｓ）の容積が少ないことによるグリース封入量が少ないこと等から、発熱が大きく封入したグリース組成物が劣化しやすいため、早期に焼付きを生じる。

また、これらの部品は、高温、高速、高荷重下で使用されるため、組み込まれる転がり軸受では内外輪と転動体とが高面圧での接触状態となり、その表面に金属の新生面が発生しやすい。金属新生面は活性が高いため、封入グリースが分解して水素が発生し、この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剥離（以下、「白色組織剥離」という。）を誘発することがある。このような白色組織剥離を抑制するために、封入グリースに不動態化酸化剤を添加したり（特許文献１参照）、水素イオン指数ｐＨを７〜１３に調整する（特許文献２参照）、等の対策が講じられている。

特許第２８７８７４９号公報特開平１１−７２１２０号公報

上記のように、自動車の電装部品やエンジン補機等に組み込まれる転がり軸受では、高温かつ高ＰＶ値で使用されるため、封入グリース組成物の酸化劣化に加え、白色組織剥離が重要課題となってきているが、従来の対処法では使用条件等によっては抑制効果が十分に得られないことがある。

そこで、本発明は、今後益々高温高速高荷重化が進むことが予測される中で、高温、高ＰＶ値下で優れた耐焼付き性と耐白色組織剥離性とを備える転がり軸受を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、下記の転がり軸受を提供する。
（１）内輪と外輪との間に保持器により複数の転動体を転動自在に保持し、酸化防止剤をグリース全量に対して４〜１２質量％含有するグリース組成物を封入したことを特徴とする転がり軸受。
（２）前記グリース組成物が、２５℃における混和ちょう度が２４０〜３２０であり、かつ軸受空間容積の１０〜６０容積％を占めるように封入されることを特徴とする上記（１）記載の転がり軸受。

本発明の転がり軸受は、高温、高ＰＶ値下での焼付き寿命及び白色組織剥離の抑制効果が従来に比べて格段に改善され、特にオルタネータやカーエアコン用電磁クラッチ、コンプレッサー用プーリ、中間プーリ等の自動車用電装部品、エンジン補機用として好適である。

以下、本発明に関して詳細に説明する。先ず、本発明のグリース組成物について説明する。

本発明において、転がり軸受自体の構造には制限がなく、例えば図１に断面図として示される玉軸受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を転動自在に保持し、更に、内輪１０と外輪１１と玉１３とで形成される軸受空間Ｓに、後述されるグリース組成物（図示せず）を充填し、シール部材１４により封止して構成されている。以下、グリース組成物について説明する。

[基油]
使用される基油は特に制限されず、通常潤滑油の基油として使用され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、さらに好ましくは４０〜１５０ｍｍ²／ｓｅｃである基油が望ましい。

また、基油の種類として具体的には、鉱油系、合成油系または天然油系の潤滑油等が挙げられる。鉱油系潤滑油としては、鉱油を、減圧蒸留、溶剤脱れき、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が好ましい。合成油系潤滑油としては、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。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等のポリ−α−オレフィンまたはこれらの水素化物等が挙げられる。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等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等のアルキルナフタレン等が挙げられる。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等のジエステル油、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等の芳香族エステル油、更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等のポリオールエステル油、更にはまた、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等が挙げられる。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等のポリグリコール、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等のフェニルエーテル油等が挙げられる。その他の合成潤滑油としては、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等が挙げられる。天然系油系潤滑油としては、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。

[増ちょう剤]
増ちょう剤は、ゲル構造を形成し、このゲル構造中に前述した基油を保持する機能を有すれば特に制限はない。具体的には、ＬｉやＮａ等を含む金属石けん、Ｌｉ、Ｎａ、Ｂａ、Ｃａ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、ウレタン化合物及びこれらの混合物が望ましい。ウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、ウレタン化合物の具体例としては、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、ジウレタン化合物及びこれらの混合物が挙げられる。これらの中でもジウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、ジウレタン化合物及びこれらの混合物がより好ましく、耐熱性や音響性を考慮するとジウレア化合物が特に好ましい。

[酸化防止剤]
酸化防止剤には制限ないが、毒性がないものが好ましく、例えば以下に挙げるものを使用することができる。２，６−ジ−tert−ブチルフェノール、２，４−ジメチル−６−tert−ブチルフェノール、２，６−ジ−tert−ブチル−ｐ−クレゾール、tert−ブチルヒドロキシアンソール、４，４´−メチレンビス（２，３−ジ−tert−ブチルフェノール）、２，２´−メチレンビス（４−メチル−６−tert−ブチルフェノール）、４，４´−ブチリデンビス（３−メチル−６−tert−ブチルフェノール）、４，４´−チオビス（３−メチル−６−tert−ブチルフェノール）、Ｎ−ｎ−ブチル−ｐ−アミノフェノール等のフェノール系酸化防止剤、４，４´−テトラメチル−ジアミノジフェニルメタン、α−ナフチルアミン、Ｎ−フェニル−α−ナフチルアミン、アルキルジフェニルアミン、ジアルキルジフェニルアミン、Ｎ，Ｎ´−ジサリチルデン−１，２−プロピレンジアミン等のアミン系酸化防止剤、フェノチアジン、シチレン等のイオウ系酸化防止剤、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、ジチオリン酸亜鉛、ジラウリルチオプロピオネート、ジステアリルチオプロピオネート等のリン系酸化防止剤等を使用できる。

これら酸化防止剤は単独で、もしくは複数種を組み合わせて使用することができ、グリース組成物全量に対して４〜１２質量％添加される。この添加量が４質量％未満では十分な酸化防止硬化が得られず、１２質量％を超える場合は増分に見合う酸化防止効果が得られないばかりか、相対的に基油量が減少して焼付きが起こりやすくなる。

[その他の添加剤]
上記のグリース組成物には、更に各種性能を高めるために、例えば金属石けん、ベントン、シリカゲル等のゲル化剤；塩素系、イオウ系、リン系、ジチオリン系亜鉛、有機モリブデン系等の極圧剤；脂肪酸、動植物油等の油性剤；石油スルフォネート、ジノニルナフタレンスルフォネート、ソルビタンエステル等の錆止め剤；ベンゾトリアゾール、亜硝酸ソーダ等の金属不活性化材；ポリメタクリレート、ポリイソブチレン、ポリスチレン等の粘度指数向上剤等をそれぞれ単独で、もしくは２種以上を組み合わせて添加することができる。添加量は、本発明の効果を損なわない限り限定されないが、グリース組成物全量に対して１０質量％以下が好ましい。

[混和ちょう度]
転動体と内・外輪との転走面に常時グリースが供給されるために、本発明ではグリース組成物の混和ちょう度を、２５℃における混和ちょう度で２４０〜３２０に調整することが好ましい。２５℃における混和ちょう度が２４０未満では硬すぎて転動面にグリースが供給されず、焼付きや白色組織剥離が生じやすくなり、３２０を超えると軟らかすぎてグリース漏れを起こすようになる。

[製法]
上記のグリース組成物を調製する方法には特に制限はないが、一般的には基油中で増ちょう剤を反応させて得られる。尚、加熱時間や攪拌・混合時間等の製造条件は、使用する基油や増ちょう剤、酸化防止剤、その他の添加剤等により適宜設定される。また、酸化防止剤やその他の添加剤を添加した後に十分攪拌して均一に分散させる必要があるが、このときに加熱することも有効である。

[封入量]
グリース供給を充分にかつ安定に行うために、本発明では上記グリース組成物を軸受空間Ｓの１０〜６０容積％を占めるように封入することが好ましい。封入量が１０容積％未満では早期にグリース供給不足に陥り、焼付きや白色組織剥離を生じるようになり、６０容積％を超えると回転トルクの上昇により自己発熱が大きくなり、グリース劣化が促進され、更にはグリース漏れも起こりやすくなる。

以下に実施例を挙げて更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。

（実施例１〜５、比較例１〜２）
第１の容器にジアルキルジフェニルエーテル油（ＤＡＰＥ）の半量と、アミン（シクロヘキシルアミン：ステアリルアミン＝８：２）とを入れ、７０〜８０℃に加温した。第２の容器にＤＡＰＥの半量とジフェニルメタンジイソシアネートとを入れ、７０〜８０℃に加温し、内容物を第１の容器に加えて攪拌した。反応熱のため反応物の温度は上昇するが、約３０分間この状態で攪拌を続け、反応を十分に行った後、昇温して１７０〜１８０℃で３０分間保持し、冷却してベースグリースを調製した。そして、ベースグリースに、酸化防止剤であるアルキルジフェニルアミンとＮ−フェニル−α−ナフチルアミンとを表１に示す量添加し、十分混練した後、ロールミルを通すことで試験グリースを得た。尚、各試験グリースは、何れも混和ちょう度をＮＬＧＩＮｏ．２に調整した。そして、各試験グリースを用いて下記に示す焼付き寿命試験を行った。

（焼付き寿命試験）
図１に示す構造を有し、内径φ３５ｍｍ、外径φ５２ｍｍ、幅１３ｍｍの接触ゴムシール付き深溝玉軸受に、試験グリースを軸受空間の３０容積％を占めるように封入して試験軸受とした。そして、試験軸受を外輪回転速度９０００ｍｉｎ^-1、軸受外輪温度１６０℃、ラジアル荷重２０００Ｎの条件で連続回転させ、焼付きが生じて軸受外輪温度が１７０℃以上に上昇したときに試験を終了し、それまでの時間を測定した。試験は各４例行い、平均時間が５００時間以上を合格とした。

結果を図２にグラフ化して示すが、酸化防止剤量が４〜１２質量％の範囲で焼付き寿命時間が５００時間を超えており、特に８〜１０質量％で最も好ましい耐焼付き性が得られている。

（実施例６〜１０、比較例３〜４）
上記手順に従い、アミン及びジフェニルメタンジイソシアネートの使用量を変えて増ちょう剤量の異なるベースグリースを調製し、各ベースグリースにアルキルジフェニルアミンとＮ−フェニル−α−ナフチルアミンとを４質量％ずつ、合計８質量％となるように添加し、表２に示す如く混和ちょう度（２５℃）の異なる試験グリースを得た。そして、各試験グリースを用いて下記に示すグリース漏れ試験及び白色組織剥離試験を行った。

（グリース漏れ試験）
図１に示す構造を有し、内径φ３５ｍｍ、外径φ５２ｍｍ、幅１３ｍｍの接触ゴムシール付き深溝玉軸受に、試験グリースを軸受空間の３０容積％を占めるように封入して試験軸受とした。そして、試験軸受を外輪回転速度９０００ｍｉｎ^-1、軸受外輪温度１６０℃、ラジアル荷重２０００Ｎの条件で２０時間連続回転させ、回転後の軸受の重量を測定し、回転前の軸受の重量との差をグリース漏れ量と見做し、下記式からグリース漏れ率を算出した。試験は各４例行い、平均グリース漏れ率が２０質量％以下を合格とした。
グリース漏れ率（％）＝〔（回転前軸受重量−回転後軸受重量）／回転前軸受重量〕
×１００

（白色組織剥離試験）
図１に示す構造を有し、内径φ１２ｍｍ、外径φ３７ｍｍ、幅１２ｍｍの接触ゴムシール付き深溝玉軸受に、試験グリースを軸受空間の３０容積％を占めるように封入して試験軸受とした。そして、試験軸受を、外輪回転速度１０００〜７０００ｍｉｎ^-1の繰り返し、室温、プーリ荷重１２００Ｎの条件で連続回転させ、５００時間を目標に行った。また、軸受内輪転走面に剥離が生じて振動が発生したとき、試験を終了した。試験は各１０例行い、下記式により剥離発生確率を算出した。
剥離発生確率（％）＝（剥離発生数／試験数）×１００

結果を図３にグラフ化して示すが、２５℃における混和ちょう度が２４０〜３２０の範囲であれば、白色組織剥離の発生もなく、グリース漏れも抑えられることがわかる。

（実施例１１〜１５、比較例５〜６）
実施例８の試験グリースを用い、表３に示す封入量にて上記と同様のグリース漏れ試験及び白色組織剥離試験を行った。

結果を図４にグラフ化して示すが、グリース封入量が１０〜６０容積％の範囲であれば、白色組織剥離の発生もなく、グリース漏れも抑えられることがわかる。

本発明の転がり軸受の一実施形態を示す断面図である。実施例で得られた、酸化防止剤の添加量と焼付き寿命時間との関係を示すグラフである。実施例で得られた、混和ちょう度と、剥離発生確率またはグリース漏れ率との関係を示すグラフである。実施例で得られた、グリース封入量と、剥離発生確率またはグリース漏れ率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

Claims

内輪と外輪との間に保持器により複数の転動体を転動自在に保持し、酸化防止剤をグリース全量に対して４〜１２質量％含有するグリース組成物を封入したことを特徴とする転がり軸受。
前記グリース組成物が、２５℃における混和ちょう度が２４０〜３２０であり、かつ軸受空間容積の１０〜６０容積％を占めるように封入されることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。