JP2007177040A

JP2007177040A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2007177040A
Application number: JP2005375620A
Authority: JP
Inventors: Shinya Nakatani; 真也中谷; Yujiro Toda; 雄次郎戸田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-07-12

Abstract

【課題】従来よりも耐久性に優れる鉄道車両用転がり軸受を提供する。
【解決手段】内方部材と、外方部材と、前記内方部材と前記外方部材との間に転動自在に配設された複数の転動体とを備え、前記内方部材と前記外方部材との間に形成され前記転動体が内設された空隙部内に、特定の分岐アルキル側鎖ジフェニルエーテル油を含む基油に増ちょう剤を配合してなるグリース組成物を封入してなることを特徴とする鉄道車両用転がり軸受。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両の車軸支承用として好適な転がり軸受に関する。

鉄道車両の車軸軸受用潤滑剤として、主として、潤滑油や鉱油を基油とし、リチウム石鹸を増ちょう剤としたグリース組成物が使用されている。一部高速列車にはウレア化合物を増ちょう剤としたグリース組成物も使用されてきた。しかしながら近年、鉄道車両は、高速化に伴い車両の軽量化に寄与できる鉄道車両用車軸軸受が開発され、鉄道車両用車軸軸受グリース組成物の高性能化、及び潤滑剤の交換周期を延期することなどにより作業等を軽減するメンテナンスフリー化を図り、かつ電気機関車等の高軸重車両や降雪地走行車両を含めて汎用的に使用可能なグリース組成物が要求されている。

また、新幹線をはじめとする高速鉄道車両では、車軸軸受に円筒ころ軸受や円すいころ軸受が多く使用されている。ころ軸受では、内・外輪の転走面ところとの間に転がり摩擦が発生し、鍔部ところとの間に滑り摩擦が発生する。転がり摩擦に比べて滑り摩擦の方が大きく、ころ軸受では鍔部の焼付きが原因となって軸受が破損に至る場合が多い。

このような状況から、鉄道車両用転がり軸受には、従来では極圧グリースが封入されることが多い（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２００２−８８３８６号公報特開２００５−８８２５号公報

今後とも鉄道車両用転がり軸受の使用条件がより過酷になることは必至であり、破損等による寿命低下が大きくなることが予想される。そこで、本発明は、従来よりも耐久性に優れる鉄道車両用転がり軸受を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は下記の鉄道車両用転がり軸受を提供する。
（１）内方部材と、外方部材と、前記内方部材と前記外方部材との間に転動自在に配設された複数の転動体とを備え、前記内方部材と前記外方部材との間に形成され前記転動体が内設された空隙部内に、一般式（Ｉ）で表される分岐アルキル側鎖ジフェニルエーテル油を含む基油に増ちょう剤を配合してなるグリース組成物を封入してなることを特徴とする鉄道車両用転がり軸受。

〔（Ｉ）式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の１つは水素原子であり、残りの２つは同一又は異なる炭素数１０〜２６の分岐アルキル基である。〕
（２）前記基油は、一般式（Ｉ）で表される分岐アルキル側鎖ジフェニルエーテル油を基油全量の５０〜１００質量％の割合で含み、かつ、４０℃における動粘度が２０〜５００ｍｍ²／ｓであることを特徴とする上記（１）記載の鉄道車両用転がり軸受。
（３）前記増ちょう剤がリチウムコンプレックス石けんであることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の鉄道車両用転がり軸受。
（４）リン−硫黄系極圧剤及びリン系極圧剤の少なくとも１種を含有することを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の鉄道車両用転がり軸受。
（５）ころ軸受であることを特徴とする上記（１）〜（４）の何れか１項に記載の鉄道車両用転がり軸受。

本発明の鉄道車両用転がり軸受は、封入グリース組成物の基油が特定の分岐アルキル側鎖ジフェニルエーテル油を含むことで、高温特性が従来に比べて大きく改善され、焼付きを抑えることができ、長寿命となる。

以下、本発明に関して詳細に説明する。

本発明において、軸受自体の構造には制限がなく、例えば図１に示すころ軸受を例示することができる。図示されるころ軸受は、内輪１と外輪２との間にころ３が保持器４を介して配置されている。ころ３は内輪１の転走面１ａと外輪２の転走面２ａとの間で転がり摩擦を受け、内輪１の鍔部１ｂとの間で滑り摩擦を受ける。これらの摩擦を低減するために、本発明では下記のグリース組成物を封入する。

グリース組成物において、基油は、基油は一般式（Ｉ）で表される分岐アルキル側鎖ジフェニルエーテル油を含む。

（Ｉ）式において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の１つは水素原子であり、残りの２つは同一又は異なる炭素数１０〜２６の分岐アルキル基である。分岐アルキル基において、炭素数は１２〜２４であることがより好ましい。炭素数が２６より多い分岐アルキル基では、流動点が高まり低温での流動性が乏しくなり使用上問題になる。また、炭素数が１０未満の分岐アルキル基では、蒸発量が大きくなり使用上問題となる。

分岐アルキル基の中では、それぞれ分岐しているデシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基等が好ましい。

この分岐アルキル側鎖ジフェニルエーテル油は、基油全量の５０質量％以上を占めることが好ましく、６０質量％以上がより好ましい。勿論、分岐アルキル側鎖ジフェニルエーテル油のみで基油を構成してよく、上限は１００質量％である。分岐アルキル側鎖ジフェニルエーテル油が基油全量の５０質量％未満では、目的とする耐熱性が得られない。

併用可能な潤滑油としては、一般式（II）で表される直鎖アルキル側鎖ジフェニルエーテル油が好ましい。

（II）式において、Ｒ４、Ｒ５及びＲ６の１つは水素原子であり、他の２つは好ましくは炭素数８〜２０、さらに好ましくは炭素数１２〜１４の直鎖アルキル基である。炭素数が２０より多い直鎖アルキル基では、流動点が高まり低温での流動性が乏しくなり使用上問題になる。また、炭素数が８未満の直鎖アルキル基では、蒸発量が大きくなり使用上問題となる。

また、併用可能な潤滑油として、エステル系合成油、ポリαオレフィン油も好ましい。エステル系合成油としては、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等のジエステル、トリメチロールプロパンカプリレート、ペンタエリスリトール−２−エチルヘキサノエート等のポリオールエステルや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等のトリメリット酸エステル、テトラオクチルピロメリテート等のピロメリット酸エステルの芳香族エステル油が挙げられる。ポリαオレフィン油は、下記一般式（III）で表されるものが好ましい。

（III）式において、Ｒ７はアルキル基であり、同一分子中の２種類の異なったアルキル基が混在していてもよいが、ｎ−オクチル基が好ましい。また、ｎは３〜８の整数が好ましい。

分岐アルキル側鎖ジフェニルエーテル油と、これらの潤滑油とを併用する場合、分岐アルキル側鎖ジフェニルエーテル油を基油全量の６０〜８０質量％とすることが好ましい。

また、基油は、４０℃における動粘度が２０〜５００ｍｍ²／ｓであることが好ましい。４０℃における動粘度が５００ｍｍ²／ｓを超えると、トルクが上昇しすぎるとともに、低温での流動性が不十分となって低温下で起動する際に異音が発生するおそれがある。また、４０℃における動粘度が２０ｍｍ²／ｓ未満では、蒸発損失や潤滑性の問題が懸念され、例えば高温において軸受の回転中に転走面と転動体との金属接触を避けるのに十分な潤滑油膜の形成が困難となるおそれがある。このような点から、基油の４０℃における動粘度は３０〜４００ｍｍ²／ｓがより好ましい。

増ちょう剤には、上記の基油中にコロイド状に分散して、基油を半固体または固体状にする物質であれば制限無く使用することができる。このような増ちょう剤としては、例えば、リチウム石鹸系、カルシウム石鹸系、ナトリウム石鹸系、アルミニウム石鹸系、リチウムコンプレックス石鹸系、カルシウムコンプレックス石鹸系、ナトリウムコンプレックス石鹸系、バリウムコンプレックス石鹸系、アルミニウムコンプレックス石鹸系の金属石鹸、ベントナイト系、クレイ系の無機化合物、モノウレア系、ジウレア系、トリウレア系、テトラウレア系、ウレタン系、ナトリウムテレフタラメート系の有機化合物等が挙げられる。これらの中でも、リチウムコンプレックス石けんが好ましく、例えば、炭素数１２〜２４の脂肪酸と炭素数２〜１２の脂肪族ジカルボン酸のリチウム塩とからなるリチウムコンプレックス石けんを挙げることができる。これらの増ちょう剤は、それぞれ単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用することもできる。

増ちょう剤の含有量は、グリース全量の５〜３５質量％の割合で基油中に分散される。５質量％より少ないとグリース状態を維持することは困難となり、また、３５質量％より多くなるとグリース組成物が硬くなりすぎて十分な潤滑状態を発揮することができない。

グリース組成物には、リン−硫黄系極圧剤及びリン系極圧剤の少なくとも１種を添加することが好ましい。リン系極圧剤としては、下記一般式（IV）で表されるリン酸エステルが好ましい。

一般式（IV）において、Ｒ８〜Ｒ１０は炭素数７〜３０のアルキル基、炭素数２〜３０のアルケニル基または炭素数６〜３０のアリール基を表し、それぞれ異なっていてもよく、同一であってもよい。このリン酸エステルの具体例として、トリブチルホスフェート、エチルジブチルホスフェート、トリヘキシルホスフェート、トリ（２−エチルヘキシル）ホスフェート、トリデシルホスフェート、トリラウリルホスフェート、トリミリスチルホスフェート、トリパルミチルホスフェート、トリステアリルホスフェート、トリオレイルホスフェート、トリクレジルホスフェート等を挙げることができ、中でもトリクレジルホスフェートが好ましい。

また、下記一般式（Ｖ）または一般式（VI）で表される酸性リン酸エステルも好ましい。

一般式（Ｖ）、一般式（VI）において、Ｒ１１、Ｒ１２は炭素数１〜３０のアルキル基を表し、具体的には、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種ヘプチル基、各種オクチル基、各種ノニル基、各種デシル基、各種ウンデシル基、各種ドデシル基、各種トリデシル基、各種テトラデシル基、各種ペンタデシル基、各種ヘキサデシル基、各種ヘプタデシル基、各種オクタデシル基、各種ノナデシル基、各種エイコシル基、各種ヘンエイコシル基、各種ドコシル基、各種トリコシル基、各種テトラコシル基、各種ペンタコシル基、各種ヘキサコシル基、各種ヘプタコシル基、各種オクタコシル基、各種ノナコシル基、各種トリアコンチル基を挙げることができ、中でもメチル基が好ましい。また、一般式（Ｖ）においてＲ１１とＲ１２は同一であってもよく、異なっていてもよい。

また、酸性リン酸エステルはアミン塩であることが好ましく、対となるアミン類として例えば下記一般式（VII）で表されるモノ置換アミン（ｎ＝１；第１級アミン）、ジ置換アミン（ｎ＝２；第２級アミン）、トリ置換アミン（ｎ＝３；第３級アミン）が挙げられる。
尚、式中のＲ１３は炭素数１〜３０の分岐または直鎖のアルキル基を表し、ジ置換及びトリ置換の場合、同一であってもよく、異なっていてもよい。中でも、ドデシル基置換第１球アミンが好ましい。
Ｒ１３_n−ＮＨ_3-n ・・・（VII）

上記のリン系極圧剤の添加量は、グリース全量の１〜５質量％が好ましい。添加量が１質量％未満では耐久性向上に効果が無く、５質量％を越えて添加しても効果が飽和することに加え、熱的安定性に劣るようにもなる。

一方、リン−硫黄系極圧剤は、分子中にリン原子及び硫黄原子の両方を有する化合物であり、チオフォスフェート類やチオフォスファイト類がこれに当たる。また、リン系極圧剤（分子中にリン原子を有する）と硫黄系極圧剤（分子中に硫黄原子を有する）とを混合したものでもよい。チオフォスフェート類は、チオリン酸エステルの基本構造を有しており、例えばトリフェニルフォスフォロチオネート（ＰＴＴＰ）等を例示できる。チオフォスファイト類としては（ＲＳ）₃Ｐ（Ｒ：アルキル基）で表される有機トリチオフォスファイト等が挙げられ、トリブチルトリチオフォスファイトやトリ（２−エチルヘキシル）チオフォスファイト等を例示できる。

リン−硫黄系極圧剤の添加量は、グリース全量の０．１〜５質量％が好ましく、１〜４質量％がより好ましい。添加量が０．１質量％未満では耐久性向上に効果が無く、５質量％を越えて添加しても効果が飽和することに加え、熱的安定性に劣るようにもなる。

また、グリース組成物には、その各種性能をさらに向上させるため、所望により種々の添加剤を混合してもよい。例えば、フェニル−１−ナフチルアミン等のアミン系、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ジブチルフェノール等のフェノール系、硫黄系、ジチオリン酸亜鉛等の酸化防止剤；アルカリ金属およびアルカリ土類金属等の有機スルフォン酸塩、アルキル、アルケニルこはく酸エステル等のアルキル、アルケニルこはく酸誘導体、ソルビタンモノオレエート等の多価アルコールの部分エステル等の防錆剤；脂肪酸、動植物油等の油性向上剤；ベンゾトリアゾール等の金属不活性化剤等を、単独又は２種以上混合して添加することができる。なお、これら添加剤の添加量は、本発明の目的を損なわない程度であれば特に限定されるものではない。

また、流動性を考慮すると、グリース組成物の混和ちょう度は、２２０〜３８５であることが好ましい。混和ちょう度が２２０未満では、硬すぎて十分な潤滑性能が期待できず、３８５超では軸受から漏洩するおそれがある。

尚、グリース組成物の製造方法は、特に限定されるものではない。また、グリース組成物の封入量も適宜設定される。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜５、比較例１〜４）
表１及び表２に示すとおり、組成の異なる基油に、増ちょう剤としてリチウムコンプレックス石けんまたはウレア化合物を配合して試験グリースを調製した。また、各試験グリースには、添加剤として、グリース組成物全体の２質量％のアミン系酸化防止剤と、１質量％のカルシウムスルフォネート系防錆剤と、０．０５質量％のベンゾトリアゾール系金属不活性化剤とを添加した。

尚、基油における各潤滑油の数値は、基油全体に占める割合（質量％）である。また、極圧剤における各極圧剤の数値は、両極圧剤の配合比（質量％）である。

上記各試験グリースを用いて、高温高速高荷重耐久試験を行った。即ち、円すいころ軸受（日本精工（株）製「３０２０５」）に試験グリースを封入し、内輪回転速度８００ｒｐｍ、軸受外輪温度１５０℃、ダジアル荷重１００ｋｇｆ、アキシアル荷重１００ｋｇｆの条件下で連続回転させた。そして、軸受外輪温度が１５５℃、あるいは軸受トルクが増大してモータ渦電流になった時点を焼付き寿命と判断し、それまでの時間を計測した。結果を表１及び表２に示す。

比較例１及び比較例２は、基油が分岐アルキル側鎖ジフェニルエーテル油を含むものの、増ちょう剤がウレア化合物であることから耐久性は低くなっており、更に比較例２は極圧剤を含有しないため耐久性がより劣っている。比較例３及び比較例４は、増ちょう剤がリチウムコンプレックス石けんであるものの、基油が分岐アルキル側鎖ジフェニルエーテル油を含まないことから耐久性は低く、更に比較例４は極圧剤を含有しないため耐久性がより劣っている。これに対し、本発明に従う実施例の各試験グリースを封入することで良好な耐久性が得られることがわかる。

ころ軸受の一例を示す一部切り欠き斜視図である。

符号の説明

１内輪
２外輪
３ころ
４保持器

Claims

内方部材と、外方部材と、前記内方部材と前記外方部材との間に転動自在に配設された複数の転動体とを備え、前記内方部材と前記外方部材との間に形成され前記転動体が内設された空隙部内に、一般式（Ｉ）で表される分岐アルキル側鎖ジフェニルエーテル油を含む基油に増ちょう剤を配合してなるグリース組成物を封入してなることを特徴とする鉄道車両用転がり軸受。

〔（Ｉ）式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の１つは水素原子であり、残りの２つは同一又は異なる炭素数１０〜２６の分岐アルキル基である。〕
前記基油は、一般式（Ｉ）で表される分岐アルキル側鎖ジフェニルエーテル油を基油全量の５０〜１００質量％の割合で含み、かつ、４０℃における動粘度が２０〜５００ｍｍ²／ｓであることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用転がり軸受。
前記増ちょう剤がリチウムコンプレックス石けんであることを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道車両用転がり軸受。
リン−硫黄系極圧剤及びリン系極圧剤の少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の鉄道車両用転がり軸受。
ころ軸受であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の鉄道車両用転がり軸受。