JP2007255492A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油や潤滑グリース等の潤滑剤の流動性を向上させて潤滑に必要な部位に該潤滑剤を供給させることにより、高温使用時の寿命が長い転がり軸受を提供する。
【解決手段】内輪２および外輪３と、この内輪２および外輪３間に介在する複数の転動体４と、この転動体４の周囲に潤滑グリース７等が封入されてなる転がり軸受１であって、この転がり軸受１は、潤滑グリース７と接触する軸受内部表面の少なくとも一部、特に摺動表面以外に撥水・撥油性被膜を形成してなり、撥水・撥油性被膜がシリコン系化合物またはフッ素系化合物を用いて形成され、シリコン系化合物はシロキサンであり、フッ素系化合物はフルオロアルキルシランである。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受に関し、特に家電や産業機器、自動車電装品などに用いられる転がり軸受に関する。

従来、潤滑グリース封入転がり軸受が高温高速下で使用される場合には、潤滑グリースが酸化劣化しやすくなる。潤滑グリースが酸化劣化すると金属接触が起こり、発熱、摩擦摩耗が増大する不具合が発生する。そのため、高温耐久性に優れる潤滑グリースを使用して、その不具合を軽減している。
例えば、高温耐久性に優れ、高温高荷重下での耐剥離性のグリースとして、合成炭化水素油と油の鎖状分子を構成する８個以上の炭素原子の一側にエステル基を８個以上櫛歯状に配置したエステル系合成油との混合油からなる基油に、増ちょう剤としてウレア系化合物を配合し、極圧剤としてジチオリン酸塩を添加したグリースが知られている（特許文献１参照）。
また、ポリ-α-オレフィン（以下、ＰＡＯと記す）油とエステル油との混合油からなる基油に、増ちょう剤として脂環族ジウレア化合物を配合し、添加剤としてジンクジチオカーバメートを添加したグリース組成物を封入した軸受であって、軸受を構成する内輪と、外輪との間に介在させた複数のボールをボールと内輪または外輪のうちの少なくとも外輪とを２点で接触させることによって接触角を付与した自動車プーリ用軸受が知られている（特許文献２参照）。

しかし、これらの方法も軸受寿命を延長する効果は十分とはいえず、さらなる長寿命化が要求されている。
また、潤滑油やグリース等の潤滑剤が封入されている転がり軸受の寿命は、潤滑剤に影響され、その潤滑作用の持続性如何により、長時間の回転が可能となる。しかしながら、封入されている潤滑剤の一部は、転動面等の潤滑に必要な部位に必ずしも供給されず、封入した潤滑剤の一部しか潤滑に寄与しない場合があり、軸受寿命が短くなる一因となっている。
特開平９−２０８９８２号公報 特開平１１−２７０５６６号公報

本発明はこのような問題に対処するためになされたもので、潤滑油や潤滑グリース等の潤滑剤の流動性を向上させて潤滑に必要な部位に該潤滑剤を供給させることにより、高温使用時の寿命が長い転がり軸受を提供することを目的とする。

本発明の転がり軸受は、内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体の周囲に潤滑剤が封入されてなる転がり軸受であって、上記転がり軸受は、上記潤滑剤と接触する軸受内部表面の少なくとも一部に撥水・撥油性被膜を形成してなることを特徴とする。
また、上記撥水・撥油性被膜は、軸受内部の摺動表面以外に形成されることを特徴とする。

上記撥水・撥油性被膜は、シリコン系化合物またはフッ素系化合物を用いて形成されていることを特徴とする。また、上記シリコン系化合物はシロキサンであり、上記フッ素系化合物はフルオロアルキルシランであることを特徴とする。

本発明の転がり軸受は、封入された潤滑剤と接触する軸受内部表面の少なくとも一部に撥水・撥油性被膜を形成してなるので、潤滑剤は撥水・撥油性被膜上からはじかれて流動性が向上し、潤滑に必要な部位に潤滑剤を供給させることができ、高温高速下で使用した場合においても潤滑性が良好となり長寿命の転がり軸受となる。
特に、撥水・撥油性被膜を軸受内部の摺動表面以外に形成することで、潤滑剤を軸受内部の転走面や転動面等の摺動表面に的確に供給することができる。

また、上記撥水・撥油性被膜がシリコン系化合物またはフッ素系化合物を用いて形成されているので、高温下でも金属表面に密着し、軸受内の金属表面から潤滑剤をはじくことにより、潤滑剤の流動性を向上させることができる。このため、潤滑剤が軸受内部の摺動表面に供給されるので、高温高速下で使用した場合においても潤滑性が良好となり、長寿命の転がり軸受となる。

本発明者らは上記の目的を達成するために鋭意検討を行なった結果、転がり軸受を形成する部材の軸受内部表面の少なくとも一部に撥水・撥油性被膜を設けることで、高温使用時の寿命が長い転がり軸受となることを見出した。
潤滑油や潤滑グリース等の軸受に封入される潤滑剤と接触する軸受内部表面の少なくとも一部に、撥水・撥油性被膜が形成されていると、潤滑剤は撥水・撥油性被膜の表面張力によってはじかれて該被膜表面に留まらず活発に移動する。このため、転動面や転走面等の摺動表面には活発に移動する潤滑剤が常に存在することから、潤滑作用の持続性が向上し長寿命の転がり軸受が得られるものと考えられる。本発明はこのような知見に基づき完成するにいたったものである。

本発明の転がり軸受に用いる内・外輪、転動体、保持器等の軸受部品は周知の軸受用金属材料からなり、特に金属材料の種類を限定したものではない。具体的例として、軌道輪用部材として、軸受鋼（高炭素クロム軸受鋼ＪＩＳ Ｇ ４８０５）、肌焼鋼（ＪＩＳ Ｇ ４１０４等）、高速度鋼（ＡＭＳ ６４９０）、ステンレス鋼（ＪＩＳ Ｇ ４３０３）、高周波焼入鋼（ＪＩＳ Ｇ ４０５１等）が挙げられ、保持器材としては、打ち抜き保持器用鋼板（ＪＩＳ Ｇ ３１４１等)、もみ抜き保持器用炭素鋼（ＪＩＳ Ｇ ４０５１)、もみ抜き保持器用高力黄銅鋳物ＪＩＳ Ｈ ５１０２等)が挙げられる。また、他の軸受合金を採用することもできる。

また、本発明の転がり軸受は、ラジアル玉軸受、スラスト玉軸受などの形式を特に限定するものではないが、内・外輪および転動体は撥水・撥油性被膜形成が可能な金属製であり、例えば上述した金属材料等からなる。この発明では、転がり軸受の内部に潤滑油または潤滑グリース等の潤滑剤を塗布または充填する転がり軸受を使用する。この潤滑剤は、一般に軸受に使用される潤滑剤であれば、特に種類を限定するものではない。

本発明の一実施例に係る転がり軸受を図１に基づいて説明する。図１は潤滑グリースが封入された深溝玉軸受の断面図である。
図１に示すように、深溝玉軸受１は、外周面に内輪転走面２ａを有する内輪２と内周面に外輪転走面３ａを有する外輪３とが同心に配置され、内輪転走面２ａと外輪転走面３ａとの間に複数個の転動体４が配置される。この複数個の転動体４を保持する保持器５および外輪３等に固定されるシール部材６が内輪２および外輪３の軸方向両端開口部８ａ、８ｂにそれぞれ設けられている。少なくとも転動体４の周囲に潤滑グリース７が封入される。潤滑グリース７と接触する軸受内部表面の少なくとも一部に後述する撥水・撥油性被膜が形成されている。
シール部材６は金属製またはゴム成形体単独でよく、あるいはゴム成形体と金属板、プラスチック板、セラミック板等との複合体であってもよい。耐久性、固着の容易さからゴム成形体と金属板との複合体が好ましい。

本発明における撥水・撥油性被膜の形成位置の一例を図２〜図５に基づいて説明する。撥水・撥油性被膜９は、潤滑グリース７と接触する軸受内部表面の少なくとも一部に形成されていればよく、特に摺動表面以外に形成されることが好ましい。ここで摺動表面とは、内輪転走面２ａ、外輪転走面３ａ、保持器５と転動体４との接触面、転動体４の表面等である。
具体的には図２〜図５に示すように、撥水・撥油性被膜９は、（１）シール部材６の軸受内部側表面の一部に形成する（図２参照）、（２）シール部材６の軸受内部側表面、および、外輪３の内径面（転走面３ａ除く）に形成する（図３参照）、（３）シール部材６の軸受内部側表面、および、内輪２の外径面（転走面２ａ除く）に形成する（図４参照）、（４）保持器５の表面（転動体との接触面を除く）等に形成する（図５参照）。なお、（１）〜（４）の位置を組み合わせて被膜を形成してもよい。
撥水・撥油性被膜９を図２〜図５に示すような軸受内部表面に形成することで、封入されている潤滑グリース７が撥水・撥油性被膜９の表面張力によってはじかれて該被膜表面に留まらず活発に移動する。このため、例えば被膜９を形成しない、内輪転走面２ａ、外輪転走面３ａ、保持器５と転動体４との接触面、転動体４の表面等に、潤滑グリース７が継続的に供給され、潤滑作用の持続性が向上し長寿命の転がり軸受となる。
また、摺動表面以外に撥水・撥油性被膜を形成することで、摺接による該被膜の剥がれ等も起こらない。

撥水・撥油性被膜の形成に用いる材料としては、シリコン系やフッ素系の撥水・撥油剤を用いることができ、特に限定されるものではない。撥水・撥油性被膜は、シロキサン等のシリコン系撥水・撥油剤からなる被膜、または、フルオロアルキルシランを用いて形成されている撥水・撥油被膜であることが好ましい。
市販品としては、例えば日本メクトロン株式会社製ノックスガードＳＴー４２０、ダイキン工業社製ユニダイン、信越化学社製パーフルオロアルキルシランＫＢＭ７８０３などが挙げられる。

本発明の転がり軸受は、軸受の金属表面に撥水・撥油性被膜が形成されていればよく、被膜の形成方法は特に限定されない。金属製軸受部品表面に撥水・撥油被膜を形成するには、例えば、転がり軸受をシロキサン等のシリコン系撥水・撥油剤を分散させた液中に浸漬した後、その後、乾燥させることにより撥水・撥油性被膜を形成させることができる。また、真空蒸着、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、イオンプレーティングなどの乾式めっき、または、電気めっきなどがある。
また、市販の撥水・撥油剤を用いて金属表面に塗布して撥水・撥油性被膜を形成することもできる。これらの中で、撥水・撥油剤を分散させた液中に転がり軸受を浸漬する方法が、各部品ごとに撥水・撥油処理をする必要がなく、加工コストが有利である。

実施例１
シール部材の軸受内部側表面にフッ素系の撥水・撥油処理剤（ＬＩＯＮ社製レインガード）を塗布し、室温にて１時間乾燥した転がり軸受（軸受寸法：φ20×φ47×14 ( mm )）に、ＰＡＯ油とエステル油との混合油（容積比 8：2 ）を基油としてウレア化合物を増ちょう剤とする潤滑グリースを 1.8 g 封入した試験用軸受を 3 個作製した。試験用軸受 3 個について、軸受外輪外径部温度 150℃、ラジアル荷重 67 N、アキシアル荷重 670 N の下で 10000 rpm の回転数で回転させた寿命試験を実施し、焼き付きに至るまでの寿命時間（時間 h)を測定した。試験結果を図６に示す。図６における柱１本が試験軸受１個に対応している。

比較例１
転がり軸受（軸受寸法：φ20×φ47×14(mm)）に、実施例１と同じ潤滑グリースを 1.8 g 封入した試験用軸受を 3 個作製した。試験用軸受 3 個について、軸受外輪外径部温度 150℃、ラジアル荷重 67 N、アキシアル荷重 670 N の下で 10000 rpm の回転数で回転させた寿命試験を実施し、焼き付きに至るまでの寿命時間（時間 h)を測定した。試験結果を図６に示す。図６における柱１本が試験軸受１個に対応している。

図６に示すように、軸受内部の表面に撥水・撥油性被膜を形成させた転がり軸受は、高温高速下で使用した場合においても潤滑性が良好となり、長時間の使用が可能となった。

本発明の転がり軸受は、封入された潤滑剤の流動性が向上し、軸受内部の摺動表面に的確に供給されるので、高温高速下で使用した場合においても潤滑性が良好となり、長寿命の転がり軸受となる。このため、家電や産業機器、自動車電装品など、高温高速回転で使用され、高温長寿命が要求される転がり軸受、特にオルタネータ、カーエアコン用電磁クラッチ、中間プーリ、電動ファンモータ等の自動車電装・補機等の転がり軸受として好適に利用できる。

潤滑グリースが封入された深溝玉軸受の断面図である。 撥水・撥油性被膜の形成位置の一例を示す図である。 撥水・撥油性被膜の形成位置の一例を示す図である。 撥水・撥油性被膜の形成位置の一例を示す図である。 撥水・撥油性被膜の形成位置の一例を示す図である。 寿命試験結果を示す図である。

符号の説明

１ 深溝玉軸受
２ 内輪
２ａ 内輪転走面
３ 外輪
３ａ 外輪転走面
４ 転動体
５ 保持器
６ シール部材
７ 潤滑グリース
８ａ 開口部
８ｂ 開口部
９ 撥水・撥油性被膜

Claims (4)

1. 内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体の周囲に潤滑剤が封入されてなる転がり軸受であって、
   前記転がり軸受は、前記潤滑剤と接触する軸受内部表面の少なくとも一部に撥水・撥油性被膜を形成してなることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記撥水・撥油性被膜は、軸受内部の摺動表面以外に形成されることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
3. 前記撥水・撥油性被膜は、シリコン系化合物またはフッ素系化合物を用いて形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の転がり軸受。
4. 前記シリコン系化合物はシロキサンであり、前記フッ素系化合物はフルオロアルキルシランであることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の転がり軸受。

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