JP2007002181A - 導電性グリース組成物及び転動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた導電性を示すとともに離油しにくく、また、転がり軸受等の転動装置に使用した場合に漏洩しにくい導電性グリース組成物を提供する。また、優れた導電性を示し、且つ、グリース組成物の漏洩が生じにくい転動装置を提供する。
【解決手段】深溝玉軸受の空隙部内に、導電性グリース組成物Ｇを封入した。この導電性グリース組成物Ｇは、鉱油及び合成油の少なくとも一方を主成分とする基油と、増ちょう剤と、平均一次粒径が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下で且つ導電性を有する酸化亜鉛と、を含有している。そして、酸化亜鉛の含有量は、導電性グリース組成物Ｇ全体の０．１質量％以上１０質量％以下である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導電性に優れたグリース組成物及び転動装置に関する。

一般の事務機器や情報機器、例えば複写機においては、その可動部分には多数の転がり軸受が使用されている。このような転がり軸受の内外輪の軌道面と転動体との間には回転中は油膜が形成されていて、軌道面と転動体とは非接触となっている。このような転がり軸受においては回転に伴って静電気が発生するため、その放射ノイズが複写機の複写画像に歪み等の悪影響を及ぼす等の不都合が生じる場合がある。

このような不都合が生じることを防止するため、導電性グリースを転がり軸受内部に封入することにより、内外の軌道輪及び転動体を導電状態にするとともに、内外の軌道輪のうち一方を接地することにより、静電気を該転がり軸受から除去するという対策が取られている。そして、導電性グリースとしては、カーボンブラックを増ちょう剤及び導電性付与添加剤として添加したものが主流であった（例えば、特許文献１に記載のもの）。

しかしながら、このような導電性グリースを封入した転がり軸受は、初期においては優れた導電性を示す（内外の軌道輪及び転動体が導電状態となっている）ものの、導電性が経時的に低下して転がり軸受の内外輪間の電気抵抗値（以降は軸受抵抗値と記す）が大きくなることがあるという問題点があった。そして、このような現象の原因としては、以下のようなことが考えられた。

すなわち、導電性グリースは当初は転がり軸受の軌道輪の軌道面と転動体との接触面に十分に存在していて、その導電性グリース中のカーボンブラックにより、軌道輪と転動体との間の導電性が確保されるが、軌道輪と転動体との相対運動により、時間の経過とともに導電性グリースが前記接触面から排除されたり、また、カーボンブラック粒子のチェーンストラクチャーが破壊されたりするため、導電性が低下して軸受抵抗値が経時的に大きくなるという現象が生じるのである。

また、特許文献２にも記載されているように、長時間にわたって転がり軸受を回転させた場合には、転がり軸受の軌道面に生じる酸化被膜が内外輪間の電気抵抗値を上昇させるとも言われている。この対策としては、転がり軸受の転がり接触面を保護するために極圧剤や摩耗防止剤を用いる方法（特許文献２を参照）や、無機化合物微粒子を配合する方法（特許文献３を参照）がある。しかしながら、極圧剤は、一般的には高温では効果が小さい場合が多い。また、単に無機化合物微粒子を添加した場合は、グリースが経時的に硬化又は軟化したり、長期的に離油度が安定しないことが多い。

一方、特許文献４には、フタル酸ジブチル吸収量（以降はＤＢＰ吸収量と記す）の小さいカーボンブラックを比較的多量に配合して、長期間にわたる導電性の安定化を図った導電性グリースが記載されている。事務機器や情報機器には、グリースや油分により劣化が促進されやすい樹脂製部品が多用されているため、転がり軸受からのグリースの漏洩やグリースからの油分の分離は極力少ない方が好ましいが、特許文献４に記載の導電性グリースは、増ちょう剤でもあるカーボンブラックのＤＢＰ吸収量が小さいため、特に高温において離油度が高くなるおそれがある。
特公昭６３−２４０３８号公報 特開２００２−８０８７９号公報 特開２００３−４２１６６号公報 特開２００２−５３８９０号公報

そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、優れた導電性を示すとともに離油しにくく、また、転がり軸受等の転動装置に使用した場合に漏洩しにくい導電性グリース組成物を提供することを課題とする。また、本発明は、優れた導電性を示し、且つ、グリース組成物の漏洩が生じにくい転動装置を提供することを併せて課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の導電性グリース組成物は、鉱油及び合成油の少なくとも一方を主成分とする基油と、増ちょう剤と、平均一次粒径が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下で且つ導電性を有する酸化亜鉛と、を含有するとともに、前記酸化亜鉛の含有量が組成物全体の０．１質量％以上１０質量％以下であることを特徴とする。

このような構成の導電性グリース組成物は、常温下，高温下においても導電性と潤滑性とが優れていることに加えて、離油が生じにくい。よって、転がり軸受等の転動装置に使用した場合には、導電性及び潤滑性が優れており、導電性グリース組成物やその基油の漏洩が生じにくい。
酸化亜鉛の平均一次粒径が１０ｎｍ未満であると、酸化亜鉛の凝集が生じやすくなり、１００ｎｍ超過であると、導電性グリース組成物の流動性を阻害するおそれがある。このような問題がより生じにくくするためには、平均一次粒径は１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下とすることがより好ましく、１０ｎｍ以上６５ｎｍ以下とすることがさらに好ましい。

また、酸化亜鉛の含有量が組成物全体の０．１質量％未満であると、導電性グリース組成物の導電性が不十分となるおそれがあり、１０質量％超過であると、導電性グリース組成物の流動性を阻害するおそれがある。このような問題がより生じにくくするためには、酸化亜鉛の含有量は組成物全体の１質量％以上８質量％以下とすることが好ましい。

また、本発明に係る請求項２の導電性グリース組成物は、請求項１に記載の導電性グリース組成物において、前記増ちょう剤は金属石けん，金属複合石けん，及びウレア化合物の少なくとも１種であり、その含有量は組成物全体の５質量％以上３５質量％以下であることを特徴とする。
含有量が組成物全体の５質量％未満であると、増ちょう剤が少なすぎて組成物をグリース状とすることが困難となり、３５質量％超過であると、基油の含有量が相対的に少なくなるため潤滑性が不十分となるおそれがある。このような問題がより生じにくくするためには、増ちょう剤の含有量は組成物全体の８質量％以上２５質量％以下とすることがより好ましい。

さらに、本発明に係る請求項３の導電性グリース組成物は、請求項１又は請求項２に記載の導電性グリース組成物において、前記基油の４０℃における動粘度が１０ｍｍ² ／ｓ以上５００ｍｍ² ／ｓ以下であることを特徴とする。
基油の４０℃における動粘度が１０ｍｍ² ／ｓ未満であると、耐熱性が不十分となるおそれがあり、５００ｍｍ² ／ｓ超過であると、転動装置に使用した際のトルクが過大になるおそれがある。２００℃程度の高温雰囲気下で使用された場合の転動装置のトルク性能と耐熱性とを考慮すると、基油の４０℃における動粘度は２０ｍｍ² ／ｓ以上４００ｍｍ² ／ｓ以下とすることがより好ましく、２５ｍｍ² ／ｓ以上３００ｍｍ² ／ｓ以下とすることがさらに好ましい。

さらに、本発明に係る請求項４の導電性グリース組成物は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の導電性グリース組成物において、混和ちょう度が２００以上３００以下であることを特徴とする。
混和ちょう度が２００未満であると、導電性グリース組成物が硬いため流動性が不十分となるおそれがあり、３００超過であると、柔らかいため転動装置等から漏洩するおそれがある。

さらに、本発明に係る請求項５の転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転動装置において、前記内方部材と前記外方部材との間に形成された空隙部内に、請求項１〜４のいずれか一項に記載の導電性グリース組成物を配したことを特徴とする。

このような構成であれば、常温下，高温下においても優れた導電性を示し、且つ、グリース組成物の漏洩が生じにくい。
なお、本発明は、種々の転動装置に適用することができる。例えば、転がり軸受，ボールねじ，リニアガイド装置，直動ベアリング等である。特に、転がり軸受に好適であり、シール又はシールドを備えた密封深溝玉軸受に、前記空隙部の容積の１５体積％以上３５体積％以下の導電性グリース組成物を封入した場合に、優れた導電性，耐久性，低漏洩性を示す。

ここで、本発明における内方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には内輪、同じくボールねじの場合にはねじ軸、同じくリニアガイド装置の場合には案内レール、同じく直動ベアリングの場合には軸をそれぞれ意味する。また、外方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には外輪、同じくボールねじの場合にはナット、同じくリニアガイド装置の場合にはスライダ、同じく直動ベアリングの場合には外筒をそれぞれ意味する。

本発明の導電性グリース組成物は、優れた導電性を示すとともに離油しにくく、また、転がり軸受等の転動装置に使用した場合に漏洩しにくい。また、本発明の転動装置は、優れた導電性及び耐久性を示し、且つ、グリース組成物の漏洩が生じにくい。

本発明に係る導電性グリース組成物及び転動装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る転動装置の一実施形態である深溝玉軸受の構造を示す縦断面図である。この深溝玉軸受は、外周面に軌道面１ａを有する内輪１と、軌道面１ａに対向する軌道面２ａを内周面に有する外輪２と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配された複数の転動体（玉）３と、内輪１及び外輪２の間に複数の転動体３を保持する保持器４と、内輪１及び外輪２の間の隙間の開口をほぼ覆うシールド５，５と、を備えている。また、内輪１及び外輪２の間に形成された空隙部内には、導電性グリース組成物Ｇが充填されており、シールド５，５により深溝玉軸受内部に密封されている。なお、保持器４やシールド５は備えていなくてもよい。

この導電性グリース組成物Ｇは、鉱油及び合成油の少なくとも一方を主成分とする基油と、増ちょう剤と、平均一次粒径が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下で且つ導電性を有する酸化亜鉛と、を含有する。そして、酸化亜鉛の含有量は、導電性グリース組成物Ｇ全体の０．１質量％以上１０質量％以下である。
このような構成から、導電性グリース組成物Ｇは、常温下，高温下においても優れた導電性及び潤滑性を示すとともに離油しにくい。よって、深溝玉軸受は、常温下，高温下においても優れた導電性及び耐久性を示し、且つ、導電性グリース組成物Ｇやその基油の深溝玉軸受からの漏洩が生じにくい。

基油としては、鉱油及び合成油が好適である。鉱油や合成油は樹脂に対するケミカルアタックが小さいので、仮に導電性グリース組成物Ｇ又はその基油が深溝玉軸受から漏洩して周辺の樹脂製部品に接触しても、樹脂製部品の劣化が生じにくい。鉱油としては、例えばパラフィン系鉱油やナフテン系鉱油があげられ、合成油としては、例えば合成炭化水素油，エステル油，エーテル油，ポリグリコール油，シリコーン油，フルオロシリコーン油，フッ素油があげられる。これらの中では、耐熱性の高さと樹脂に対するケミカルアタックの小ささを考慮すると、合成炭化水素油やフッ素油が好ましく、特にポリα−オレフィン油が好ましい。

基油の４０℃における動粘度は、１０ｍｍ² ／ｓ以上５００ｍｍ² ／ｓ以下であることが好ましい。また、導電性グリース組成物Ｇの混和ちょう度は、２００以上３００以下であることが好ましい。
また、増ちょう剤は金属石けん，金属複合石けん，及びウレア化合物の少なくとも１種であることが好ましく、その含有量は導電性グリース組成物Ｇ全体の５質量％以上３５質量％以下であることが好ましい。

さらに、導電性を有する酸化亜鉛は、導電性を付与する処理を酸化亜鉛に施したものであり、平均一次粒径，比表面積，ＤＢＰ吸収量をもとに選定すればよい。平均一次粒径を考慮すると、例えばハクスイテック株式会社製の導電性パウダーＰａｚｅｔ ＣＫ，Ｐａｚｅｔ ＡＫ，Ｐａｚｅｔ ＡＢが好ましい。これらは、導電性を有するアルミナをドープすることにより酸化亜鉛に導電性を付与したものであり、平均一次粒径は２０〜４０ｎｍである。

さらに、導電性グリース組成物Ｇには、極圧剤，防錆剤，酸化防止剤，油性剤等の添加剤を、所望により添加してもよい。特に、防錆剤を添加することが好ましい。防錆剤としては、スルホン酸塩，ナフテン酸塩等の有機酸の金属塩が好適であり、特にアルカリ金属やアルカリ土類金属の塩が好適である。具体例としては、スルホン酸バリウム，スルホン酸亜鉛，スルホン酸カルシウム，ナフテン酸亜鉛等があげられる。

さらにまた、導電性グリース組成物Ｇには、所望により導電性向上剤を添加してもよい。導電性向上剤としては、例えばカーボンナノチューブ，カーボンナノファイバー，カーボンナノホーン，炭素繊維，及び金属酸化物ウイスカーがあげられ、これらの中ではカーボンナノチューブが特に好適である。
添加剤及び導電性向上剤のそれぞれの添加量は、導電性グリース組成物Ｇ全体の０．０５質量％以上５質量％以下が好ましい。

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては転動装置の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、本発明は、他の種類の様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。さらに、本発明は、転がり軸受に限らず、他の種類の様々な転動装置に対して適用することができる。例えば、ボールねじ，リニアガイド装置，直動ベアリング等である。

〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。グリース組成物を封入した転がり軸受について回転試験を行い、回転時の軸受抵抗値と回転２００時間後のグリース組成物の漏れ量とを測定した。以下に、その試験方法を説明する。
図２に示すような装置に深溝玉軸受を装着して、回転中の内外輪間の電気抵抗値（最大値）を測定した。図２中、符号１１は測定対象の深溝玉軸受を表し、その内輪１１ａに取付けられた軸部材１２をモータ１３で回転駆動することによって軸受１１を回転するように構成されている。そして、内輪１１ａと一体となっている軸部材１２と外輪１１ｂとの間に、定電圧電源１４によって所定の定電圧が印加される。

この定電圧電源１４と並列に接続されている抵抗測定装置１５は、測定した電圧値（アナログ値）をＡ／Ｄ変換回路１６に出力する。Ａ／Ｄ変換回路１６は、予め設定されたサンプリング周期でデジタル値に変換し、当該変換したデジタル信号を演算処理装置１７に出力する。本実施例では、サンプリング周期を５０ｋＨｚ（サンプリング時間間隔＝０．０２ｍｓ）に設定してある。

演算処理装置１７は、最大抵抗値演算部１７Ａと、閾値処理部１７Ｂと、波数カウント部１７Ｃとを備える。最大抵抗値演算部１７Ａは、入力したデジタル信号に基づき最大抵抗値を演算する。閾値処理部１７Ｂは、入力したデジタル信号について所定閾値で閾値処理を行い雑音を除去する。波数カウント部１７Ｃは、閾値処理部１７Ｂからのパルスカウントについて、経時的なパルス値の増減変化によって、所定時間単位毎の変動回数つまり波山の波数をカウントし、その単位時間当たりの波数の平均値を求める。また、演算処理装置１７は、求めた最大抵抗値及び単位時間当たりの波数の平均値を表示装置１８に出力する。本実施例では、上記波数をカウントする単位時間を０．３２８秒に設定してある。表示装置１８はディスプレイなどから構成され、演算処理装置１７が求めた最大抵抗値及び単位時間当たりの波数の平均値を表示する。

次に、上記構成の装置を使用して深溝玉軸受１１の軸受抵抗値を評価する方法について説明する。
モータ１３を駆動して軸部材１２つまり内輪１１ａを所定回転速度で回転させた状態で、定電圧電源１４から深溝玉軸受１１の内外輪１１ａ，１１ｂ間に所定の定電圧を印加する。このとき、内外輪１１ａ，１１ｂ間に電流が流れるが、スパーク等によって電圧が変動する。その電圧が抵抗測定装置１５で測定され、続いて、Ａ／Ｄ変換回路１６によってデジタル値に変換され、そのデジタル信号に基づいて、演算処理装置１７が最大抵抗値及び所定単位時間当たりの波数を求め、その値が表示装置１８に表示される。
測定条件を以下に示す。
軸部材１２の回転速度：１２０ｍｉｎ^-1
印可電圧 ：３０Ｖ
抵抗 ：３００ｋΩ
最大電流 ：１００μＡ
雰囲気温度 ：１６０℃

封入するグリース組成物の種類を変えた数種の軸受を用意し、上記構成の装置を使用して、各軸受について回転中の軸受抵抗値（最大値）を測定した。軸受抵抗値の測定は、回転２００時間後と４００時間後に行った。また、これと同時に、回転２００時間後の導電性グリース組成物の漏れ量を、質量法により測定した。
使用した転がり軸受は、日本精工株式会社製の呼び番号６８０６ＺＺの深溝玉軸受（内径３０ｍｍ，外径４２ｍｍ，幅７ｍｍ，金属製シールド付き）であり、内輪及び外輪の間に形成された空隙部内に、表１，２に示すような組成のグリース組成物が充填してある。充填されているグリース組成物の量は、空隙部の容積の２５体積％である。

表１，２において酸化亜鉛，カーボンブラック，及び添加剤の各成分の欄に記載されている数値は、グリース組成物全体を１００とした場合の各成分の質量比である。また、基油及び増ちょう剤の含有量は表１，２には記載されていないが、グリース組成物全体から前述の各成分の含有量を差し引いた残部であり、基油と増ちょう剤との割合は混和ちょう度が２５０前後になるように調整した。

なお、実施例１〜４及び比較例１〜３のグリース組成物に使用した基油は、ポリα−オレフィン油又は鉱油であり、その４０℃における動粘度はいずれの場合も５０ｍｍ² ／ｓである。また、実施例１〜４のグリース組成物に使用した導電性を有する酸化亜鉛は、酸化亜鉛Ａがハクスイテック株式会社製の導電性パウダーＰａｚｅｔ ＣＫ、酸化亜鉛ＢがＰａｚｅｔ ＡＫ、酸化亜鉛ＣがＰａｚｅｔ ＡＢである。

さらに、比較例１のグリース組成物に使用したカーボンブラックは、ライオンアクゾ社製のケッチェンブラックＥＣ（平均一次粒径３０ｎｍ、比表面積８００ｍ² ／ｇ、ＤＢＰ吸収量３６０ｍｌ／１００ｇ）である。さらに、実施例１〜４及び比較例１〜３のグリース組成物には、種々の添加剤を合計で２質量％添加してある。２質量％のうち０．９質量％は酸化防止剤（チバガイギー社製のイルガノックスＬ５７）であり、０．１質量％は腐食防止剤（チバガイギー社製のイルガメット３９）であり、１．０質量％は防錆剤（ＫＩＮＧ社製のＮａｓｕｌ ＢＳＮ）である。

軸受抵抗値及びグリース組成物の漏れ量の測定結果を、表１，２にまとめて示す。なお、表１，２においては、グリース組成物の漏れ量が充填量の１２質量％未満であった場合は○印、１２質量％以上１６質量％未満であった場合は△印、１６質量％以上であった場合は×印で示してある。
表１，２から分かるように、実施例１〜４の軸受は、比較例１〜３の軸受と比べて、高温下においても軸受抵抗値が小さく（導電性が優れている）且つグリース組成物の漏れ量が少なかった。

本発明は、例えば、複写機，レーザービームプリンタ等の事務機器や情報機器における高温となる部分（感光ドラム（定着部），ヒートローラ支持部等）に適用可能である。

本発明に係る転動装置の一実施形態である深溝玉軸受の構造を説明する部分縦断面図である。 軸受抵抗値を測定する装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 内輪
１ａ 軌道面
２ 外輪
２ａ 軌道面
３ 転動体
Ｇ 導電性グリース組成物

Claims (5)

1. 鉱油及び合成油の少なくとも一方を主成分とする基油と、増ちょう剤と、平均一次粒径が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下で且つ導電性を有する酸化亜鉛と、を含有するとともに、前記酸化亜鉛の含有量が組成物全体の０．１質量％以上１０質量％以下であることを特徴とする導電性グリース組成物。
2. 前記増ちょう剤は金属石けん，金属複合石けん，及びウレア化合物の少なくとも１種であり、その含有量は組成物全体の５質量％以上３５質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の導電性グリース組成物。
3. 前記基油の４０℃における動粘度が１０ｍｍ² ／ｓ以上５００ｍｍ² ／ｓ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導電性グリース組成物。
4. 混和ちょう度が２００以上３００以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の導電性グリース組成物。
5. 外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える転動装置において、前記内方部材と前記外方部材との間に形成された空隙部内に、請求項１〜４のいずれか一項に記載の導電性グリース組成物を配したことを特徴とする転動装置。

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