JP2006250314A - 転動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速条件、高負荷条件もしくは微小振動条件のような条件下においても十分な油膜厚さを確保すること。
【解決手段】 内輪１１と外輪１２との間には保持器１４が配設され、保持器１４の各ポケット部１４ａには転動体としての玉１３が転動自在に配置され、各玉１３は保持器１４に保持されている。玉１３と保持器１４との間などには潤滑剤が封入されており、この潤滑剤は、グリースと磁石微粒子からなり、グリースに磁石微粒子が添加されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、グリースを含む潤滑剤が封入された転動装置に係り、特に、高速条件、高荷重条件もしくは微小振動条件のように、潤滑剤が摩擦接触面から排出されやすい条件下において用いられる場合においても、耐摩耗性、耐フレッチング性、耐焼付け性などの摩擦摩耗特性に優れ、長寿命な潤滑剤を封入した転動装置に関する。

従来、転がり軸受、ボールねじ、リニアガイドなどの転動装置には各種の潤滑剤が用いられている。潤滑剤を転動装置に用いるに際しては、高速条件、高荷重条件もしくは微小振動条件のような条件下においては、潤滑剤が転動装置の摩擦接触面から排出されやすいため、十分な油膜厚さが確保されず、部材表面同士の接触がしばしば起きていることが知られており、甚だしい場合には、摩耗、フレッチング摩耗、焼付きが生じる。

このような摩耗、焼付きを防止し、転がり部材に耐摩耗性、耐フレッチング性や耐焼付き性を付与するためには、潤滑油やグリースといった潤滑剤に極圧添加材を添加する方法が一般に採用されている。例えば、硫黄系、リン系、硫黄−リン系有機化合物、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン（ＭｏＤＴＣ）やジアルキルジチオリン酸モリブデン（ＭｏＤＴＰ）などの有機モリブデン化合物、ジアルキルジチオリン酸亜鉛（ＺｎＤＴＰ）などの有機亜鉛化合物などの極圧剤や二硫化モリブデン、グラファイト、六方晶窒化ホウ素、二硫化タングステンのような固体潤滑剤が知られている。中でも有機系極圧剤は優れた極圧性能を示すことから、近年主流となっている。

また、固体潤滑剤の潤滑面への流動性を改善するために、例えば、潤滑油と、平均粒径が０．１μｍ以下の微粒子とを含む潤滑剤を用いることにより、金属表面間に形成される油膜中に微粒子が入り込み、金属が直接接触することを抑制し、耐焼付き性及び耐摩耗性を向上させる技術が提案されている（特許文献１参照）。
特開平７−１１８６８３号公報（第２頁〜第４頁）

しかしながら、従来技術においては、添加剤による摩擦摩耗特性の改善は十分な油膜厚さが確保されない枯渇潤滑下において作用効果が発揮されることを前提としており、油膜切れの状態自体を改善するには十分ではない。

そこで、本発明は、高速条件、高負荷条件もしくは微小振動条件のような条件下においても十分な油膜厚さを確保することができる潤滑剤を封入した転動装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、複数の転動体を転動自在に収納するとともに、潤滑剤が封入された転動装置において、前記複数の転動体を含む構成要素のうち前記潤滑剤に対して摩擦接触面を形成する構成要素は強磁性体もしくはフェリ磁性体で構成され、前記潤滑剤はグリースと磁石微粒子とからなり、前記グリースには前記磁石微粒子が添加されてなることを特徴とする転動装置を構成したものである。

前記した手段によれば、複数の転動体を含む構成要素のうち潤滑剤に対して摩擦接触面を形成する構成要素を強磁性体もしくはフェリ磁性体で構成し、潤滑剤をグリースと磁石微粒子で構成し、グリースに磁石微粒子が添加されてなるものを用いているため、グリースが飛散されやすい条件下においても、油膜厚さを十分に保持することができ、耐摩耗性、耐フレッチング性、耐焼付き性などの摩擦摩耗特性の改善を図ることができるとともに、長寿命化を図ることができる。

前記添加材を構成するに際しては、磁石微粒子の磁力は、最大エネルギー積が０．５ｋＪ／ｍ³以上であることが望ましく、磁石微粒子は、フェライト系磁石材料で構成されることが望ましい。

また、本発明は、転動装置の構造自体は制限されるものではなく、転動装置としては、例えば、転がり軸受、ボールねじ、リニアガイドなどが挙げられる。

本発明によれば、耐摩耗性、耐フレッチング性、耐焼付き性などの摩擦摩耗特性の改善を図ることができるとともに、長寿命化を図ることができる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る転がり軸受の縦断面図、図２は保持器の斜視図である。図１及び図２において、転がり軸受１０は、転動装置の一要素として、円環状の内輪１１と、円環状の外輪１２とを備えており、内輪１１と外輪１２との間には保持器１４が配設されている。保持器１４の各ポケット部１４ａには転動体としての玉１３が転動自在に配置され、各玉１３は保持器１４に保持されている。玉１３と保持器１４との間などにはグリースなどの潤滑剤が封入されており、玉１３の周囲は内輪１１、外輪１２及びシール１５によって覆われている。シール１５は、封入されたグリースが外部に漏洩するのを防止するとともに、外部からの異物が侵入するのを防止するようになっている。

ここで、本発明は、潤滑剤に対して摩擦接触面を形成する構成要素、例えば、内輪１１、外輪１２、玉１３、保持器１４は、強磁性体もしくはフェリ磁性体で構成され、潤滑剤はグリースと磁石微粒子とで構成され、グリースには磁石微粒子が添加されていることを特徴しており、以下、グリース組成物について説明する。

[グリース組成物]
本発明に係るグリース組成物は、磁石材料を含有することを特徴とする。この磁石材料としては、例えば、アルニコ系、フェライト系、希土類コバルト系、Ｎｄ系の磁石が挙げられる。これらの磁石材料は微粒子状のものが好ましく、特に、化学安定性に優れるフェライト系磁石微粒子が好ましい。磁石微粒子の粒径は、好ましくは１０ｎｍ〜１０μｍである。上記磁石微粒子は、グリース組成物に添加もしくは増長剤材料と複合化して用いることができる。添加剤として用いる場合は、グリース中における凝集を防止するために、磁石材料を有機物により表面処理することが好ましい。この表面処理に用いることのできる有機物としては、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、シラン化合物（クロロシラン、アルコキシシラン、シラザンなど）、シリコーン油類（変性シリコーン油、ジメチルポリシロキサン、メチル水素ポリシロキサン）、高級脂肪酸塩（ロウ、高級脂肪酸グリセリル、高級脂肪酸、高級脂肪酸多価金属塩、高級脂肪族硫酸化物の多価金属塩などの高級脂肪酸、高級アルコールまたはそれらの誘電体、パーフロロ化または部分フッ素化した高級脂肪酸及び高級アルコールなどの有機フッ素化合物）のグループからなる少なくとも１種類の化合物を好適に用いることができる。

また上記磁石微粒子は従来、増長剤として用いられる金属石鹸やウレア化合物と複合化して用いてもよい。磁石微粒子のグリースへの添加量は５〜４０ｍａｓｓ％が好ましい。磁石微粒子が５ｍａｓｓ％よりも少ないと、十分な磁力が得られない。また４０ｍａｓｓ％よりも多く磁性微粒子を含むと、相対的に基油の量が減少するため、十分な油膜厚さが確保できない。

また本発明によるグリース組成物は磁界を発生する能力があれば特に限定されないが、後述するように、最大エネルギー積が０．５ｋＪ／ｍ³以上の磁力を有することが望ましい。

またベースとなるグリースは公知の基油、増長剤を用いたものであれば特に限定されない。基油としては、パラフィン系鉱物油及びナフテン系鉱物油などの鉱物油、合成炭化水素油、エーテル油、エステル油、シリコーン油などの合成潤滑油を用いることができる。

なお、上記鉱油及び合成油は、４０℃における動粘度が１０〜２００ｍｍ²／ｓｅｃ，好ましくは１０〜１２０ｍｍ²／ｓｅｃのものを使用することが望ましい。４０℃における動粘度が１０ｍｍ²／ｓｅｃ未満であると、十分な油膜厚さを確保することができず、また、２００ｍｍ²／ｓｅｃを超えると、攪拌抵抗のために発熱が大きくなるので適当ではない。

増長剤としては、Ｌｉ，Ｎａ，Ｂａ，Ｃａ，Ａｌなどから選択される金属石鹸や複合金属石鹸などの金属石鹸類、ジウレア、トリウレア、テトラウレア、ポリウレアなどのウレア化合物、あるいは、ベントナイトなどの無機系化合物、ウレタン化合物、ウレア・ウレタン化合物、ナトリウムテレフタラメート化合物などを適宜使用できる。

また、ＪＩＳ Ｋ ２２２０に規定される調度番号において、１号から４号であることが好ましい。１号よりも軟らかい場合、グリースが転がり軸受から漏洩しやすくなるため、十分な効果が得られない。また４号よりも硬いグリースでは、転がり軸受の回転トルクが高くなるため、不適である。

また本発明に用いることのできる潤滑剤は、基油の酸化劣化を防止するために、酸化防止剤を添加することが好ましい。この酸化防止剤としては、ゴム、プラスチック、潤滑油に添加する老化防止剤、オゾン劣化防止剤、酸化防止剤から適宜選択して使用することができる。

例えば、フェニル−１−ナフチルアミン、フェニル−２−ナフチルアミン、ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミン、ジピリジアルアミン、フェノチアジアン、Ｎ−メチルフェノチアジン、Ｎ−エチルフェノチアジン、３，７−ジオクチルフェノチアジン、ｐ，ｐ’−ジオクチルジフェニルアミン、Ｎ，Ｎ’−ジイソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−ｐ−フェニレンジアミンンなどのアミン系酸化防止剤、もしくは、２、６−ジ−ｔｅｒｔ−ジブチルフェノールなどのフェノール系酸化防止剤を単独もしくは複数組み合わせて添加することにより、高い抗酸化効果が得られるため好ましい。

また、必要に応じて防錆剤、金属不活性化剤、極圧剤、油性剤などの添加剤などを単独または複数組み合わせて含有させてもよい。その配合量は、全体として、グリース全体の１０重量％以下である。そしてグリース組成物を製造する工程中、もしくは転動装置に封入する前にグリース組成物を着磁し、グリース生成物に永久磁石の性質（磁性）を持たせる。

複数の転動体を転動自在に収納するとともに、潤滑剤が封入された転動装置として、転がり軸受を構成したときには、軸受材料として以下のものを用いることができる。

（軸受材料）
転動装置として用いられる転がり軸受は、複数の転動体を含む構成要素のうち潤滑剤に対して摩擦接触面を形成する構成要素を強磁性体、もしくはフェリ磁性体からなる材料で構成する。この材料としては、例えば、軸受鋼、オーステナイト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレスなどの材料が挙げられる。

次に、実施例により本発明を具体的に説明するが、これらの実施例により、本発明が制約されるものではない。

[耐摩耗試験]
摩耗試験については、ＡＳＴＭ Ｄ ２５９６の高速四球摩擦試験機に類似した試験機により、１／２インチ鋼球（材質：ＳＵＪ２）を用いて、グリース潤滑下で、最大ヘルツ圧：１．５ＧＰａ，滑り速度；０．８ｍ／ｓの条件で５分間滑り摩擦試験を行い、試験後の鋼球の摩耗痕径を測定した。摩擦試験はそれぞれ５回行い、その平均値を摩耗痕径とした。比較例の摩耗痕径を１として、これに対する比摩耗痕径を用いて比較評価を行った。

[耐フレッチング試験]
ボール／平板による往復動試験機により、微小振動時のフレッチング摩耗試験を行った。平板試料及びボール試料はともにＳＵＪ２を用い、接触最大面圧：７００ＭＰａ、揺動距離：１０ｍｍ、揺動周波数：５０Ｈｚ、試験温度：室温、試験時間：１ｈの条件とした。フレッチング摩耗試験はそれぞれ５回行い、その最大摩耗深さの平均値をフレッチング摩耗深さとした。比較例のフレッチング摩耗深さを１として、これに対する比フレッチング摩耗深さを用いて比較評価を行った。

[焼付き寿命試験]
焼付き寿命については、ＡＳＴＭ Ｄ １７４１の軸受寿命試験機に類似した試験機を用い、以下の方法によって行った。転がり軸受（呼び番号：６３０３ＤＤ，内輪・外輪・ボール：ＳＵＪ２製）に各試験グリースを１．５ｇ封入し、温度１２０℃、ラジアル荷重９８Ｎの下で、２０００ｍｉｎ−１の回転数で回転させ、モータが過負荷にて停止するか、軸受温度が１３０℃を超えたときを焼付き寿命時間とした。焼付き寿命試験はそれぞれ５回行い、その平均値を焼付き寿命とした。比較例の焼付き寿命を１として、これに対する比焼付き寿命を用いて比較評価を行った。

（比較例）
ジフェニルメタン−４，４−ジイソシアネートとシクロヘキシルアミンとを原料とするジウレア化合物の増長剤、合成炭化水素油（４０℃における動粘度 ４７ｍｍ²／ｓ）を基油とし、酸化防止剤としてフェニル−α−ナフチルアミンを添加したウレアグリース（混和ちょう度２６０）を公知の方法により調製し、各試験に供した。着磁後の磁力測定により、最大エネルギー積は０であった。

（実施例１）
高級脂肪酸により表面処理を行った磁石材料（ストロンチウムフェライト、平均粒径２μｍ）を増長剤として、合成炭化水素油（４０℃における動粘度 ４７ｍｍ²／ｓを基油とし、酸化防止剤としてフェニル−α−ナフチルアミンを添加した磁石グリース（混和ちょう度 ２４０）を調製し、各試験に供した。

ストロンチウムフェライトの含有量は４０ｍａｓｓ％であり、着磁後の磁力測定により、最大エネルギー積は５ｋＪ／ｍ³であった。試験結果を表１に示す。

（実施例２）
ジフェニルメタン−４、４−ジイソシアネート溶液と磁石材料（ストロンチウムフェライト、平均粒径２μｍ）を混合したシクロヘキシルアミン溶液とにより合成した磁石材料、複合ジウレア化合物を増長剤、合成炭化水素油（４０℃における動粘度 ４７ｍｍ²／ｓ）を基油とし、酸化防止剤としてフェニル−α−ナフチルアミンを添加した磁石グリース（混和ちょう度 ２６０）を調製し、各試験に供した。ストロンチウムフェライトの含有量は５ｍａｓｓ％であり、着磁後の磁力測定により、最大エネルギー積は０．５ｋＪ／ｍ³であった。試験結果を表１に示す。

各実施例から、耐摩耗性、耐フレッチング性、耐焼付き性などの摩擦摩耗特性の改善を図ることができる。

また、各実施例から、グリース組成物としての潤滑剤の最大エネルギー積は０．５ｋＪ／ｍ³以上の磁力を有するものであることが好ましい。

本発明の一実施例を示す転がり軸受の縦断面図。 保持器の斜視図。

Claims (3)

1. 複数の転動体を転動自在に収納するとともに、潤滑剤が封入された転動装置において、前記複数の転動体を含む構成要素のうち前記潤滑剤に対して摩擦接触面を形成する構成要素は強磁性体もしくはフェリ磁性体で構成され、前記潤滑剤はグリースと磁石微粒子とからなり、前記グリースには前記磁石微粒子が添加されてなることを特徴とする転動装置。
2. 請求項１に記載の転動装置において、前記磁石微粒子の磁力は、最大エネルギー積が０．５ｋＪ／ｍ³以上であることを特徴とする転動装置。
3. 請求項１または２に記載の転動装置において、前記磁石微粒子は、フェライト系磁石材料で構成されてなることを特徴とする転動装置。

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