JP2008031254A

JP2008031254A - グリース組成物及び転動装置

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Publication number: JP2008031254A
Application number: JP2006204952A
Authority: JP
Inventors: Takahito Kurachi; 崇人倉地; Kentaro Sakagami; 賢太郎坂上
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】高速，高荷重という過酷な使用条件下においても優れた潤滑性を発現するグリース組成物を提供する。また、高速，高荷重という過酷な使用条件で使用しても長寿命な転動装置を提供する。
【解決手段】深溝玉軸受の内輪１と外輪２との間に形成され転動体３が配された空隙部内に、マイクロカプセルを含有するグリース組成物を封入した。このマイクロカプセルは、二硫化モリブデン，ポリテトラフルオロエチレン等の固体潤滑剤を内包している。
【選択図】図１

Description

本発明は、グリース組成物に関する。また、本発明は、転がり軸受，リニアガイド装置，ボールねじ，及び直動ベアリング等の転動装置に関する。

真空環境下で使用される転がり軸受においては、汎用のグリース組成物の使用が困難であるため、内輪及び外輪の軌道面や転動体の転動面のような転がり摩擦や滑り摩擦が生じる軸受部品の表面（以降は摺動面と記す）に金，銀，鉛等の軟質金属や二硫化モリブデン等の層状物質からなる固体潤滑被膜を形成して、潤滑を行っている。しかしながら、固体潤滑被膜は、耐久性に乏しいという問題点を有している。

一方、真空環境下でも使用可能なグリース組成物も開発されており、実用化されている。しかしながら、グリース組成物で潤滑された転がり軸受は、通常の荷重条件下では固体潤滑被膜を備える転がり軸受よりも耐久性に優れているが、高荷重条件下では境界潤滑状態となるため、金属接触による摩耗粉がグリース組成物中に混入してグリース組成物が劣化し、十分な耐久性が得られないおそれがある。このように、高荷重条件下では、グリース組成物、固体潤滑被膜のいずれによっても十分な耐久性を得ることは難しい。

このような問題点を解消するため、軸受部品の摺動面にＴｉＣのコーティングによる硬質層を形成し、この硬質層の上に固体潤滑被膜を形成する方法が提案されている。これにより、高荷重条件下においても固体潤滑被膜の耐久性向上が図られる。
実開平６−７３４４９号公報特開平６−３１２１２８号公報

近年の機械部品は小型化，軽量化がなされながらも高性能化，高出力化が求められており、この要求に応えるために、近年の補機類などは小型化による出力低下分を高速化によって補っている。そして、このような高速，高荷重という過酷な使用条件に耐え得る性能に対する要求が、今後さらに強くなると思われる。
使用条件が過酷になれば、前述した固体潤滑被膜は早期に剥離しやすくなる。固体潤滑被膜の剥離が一度発生すると潤滑性が急激に低下するため、金属同士の直接接触が生じて凝着が生じやすくなるとともに、軸受部品の母材の摩耗が促進され、転がり軸受の焼付き寿命が著しく短くなってしまう。

固体潤滑剤の粉末を含有するグリース組成物を用いることにより、転がり軸受の回転時に摺動面に固体潤滑剤を逐次供給して、剥離が生じた固体潤滑被膜の修復を図る方法も考えられるが、固体潤滑剤の粉末をグリース組成物に直接添加すると、固体潤滑剤によりグリース性状に変化が生じる場合があるため好ましくない。
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、高速，高荷重という過酷な使用条件下においても優れた潤滑性を発現する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、高速，高荷重という過酷な使用条件で使用しても長寿命な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のグリース組成物は、固体潤滑剤を内包するマイクロカプセルを含有することを特徴とする。
また、本発明に係る請求項２の転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、前記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、前記両軌道面と前記転動体との間の潤滑を行う潤滑剤と、を備える転動装置において、前記潤滑剤を請求項１に記載のグリース組成物としたことを特徴とする。

さらに、本発明に係る請求項３の転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、前記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、前記内方部材の軌道面、前記外方部材の軌道面、及び前記転動体の転動面の少なくとも１つに、請求項１に記載のグリース組成物を薄膜状に配したことを特徴とする。

さらに、本発明に係る請求項４のマイクロカプセルは、固体潤滑剤を内包することを特徴とする。
本発明のグリース組成物を転がり軸受等の転動装置に使用すると、転動装置の摺動部（軌道輪の軌道面と転動体の転動面との摺動部分）においてマイクロカプセルが物理的に破壊されるので、内包されている固体潤滑剤が放出され摺動部に確実に供給される。マイクロカプセルの粒径以上の厚さの油膜が摺動部に形成されている状態では、マイクロカプセルは破壊されないので、余分な固体潤滑剤が放出されることはない。

摺動部に供給された固体潤滑剤は、転動装置の潤滑性の向上に寄与する。また、転動装置の軌道面や転動面に固体潤滑被膜が被覆されている場合には、剥離が生じた部分に固体潤滑剤が入り込んで、固体潤滑被膜の剥離した部分を修復する。固体潤滑被膜の剥離した部分は金属同士の直接接触が生じて摩擦熱により高温となっており、固体潤滑剤の母材への密着性が良好となっているので、固体潤滑被膜の修復が進行しやすい。

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。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。

本発明のグリース組成物は、高速，高荷重という過酷な使用条件下においても優れた潤滑性を発現する。また、本発明の転動装置は、高速，高荷重という過酷な使用条件で使用しても長寿命である。

本発明に係る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部分縦断面図である。
図１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３と、内輪１と外輪２との間に複数の転動体３を保持する保持器４と、シール５，５と、で構成されている。なお、保持器４やシール５は備えていなくてもよい。

また、内輪１と外輪２との間に形成され転動体３が配された空隙部内（軸受内部空間）には、図示しないグリース組成物が封入され、両軌道面１ａ，２ａと転動体３の転動面３ａとの間の潤滑が行われるようになっている。このグリース組成物は、基油と、増ちょう剤と、固体潤滑剤を内包するマイクロカプセルと、からなり、極圧剤，防錆剤等の一般的な添加剤を含有していてもよい。

マイクロカプセルが軌道面１ａ，２ａと転動面３ａとの摺動部分に到達すると、物理的に破壊され、内包されている固体潤滑剤が放出されて前記摺動部分に確実に供給される。摺動部分に供給された固体潤滑剤は、深溝玉軸受の潤滑性の向上に寄与するので、この深溝玉軸受は高速，高荷重という過酷な使用条件で使用されても、摩耗等の損傷が生じにくく長寿命である。

また、軌道面１ａ，２ａや転動面３ａに固体潤滑被膜が被覆されている場合には、剥離が生じた部分に固体潤滑剤が入り込んで、固体潤滑被膜の剥離した部分を修復する（自己修復作用を有する）ので、深溝玉軸受が極めて長寿命となる。さらに、汎用のグリース組成物の使用が困難な真空環境下でも使用可能である。
以下に、本実施形態のグリース組成物について、詳細に説明する。

〔マイクロカプセルについて〕
マイクロカプセルの粒径は、０．０１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。粒径が０．０１μｍ未満であると、前述の摺動部分においてマイクロカプセルが破壊されにくくなるため、内包された固体潤滑剤の効果が十分に得られないおそれがある。また、粒径が小さいため、マイクロカプセルが増ちょう作用を有し、グリース組成物の混和ちょう度が低下する場合がある。一方、粒径が５μｍ超過であると、前述の摺動部分において異物として作用する場合がある。また、グリース組成物中における安定的な分散が困難となる場合が多くなったり、前述の摺動部分以外の部位においてマイクロカプセルが破壊され、内包された固体潤滑剤を放出してしまうことが多くなる。

また、マイクロカプセルは外殻体と内包物質である固体潤滑剤とからなるが、マイクロカプセル全体に占める内包物質の割合は、１０質量％以上４０質量％以下であることが好ましい。内包物質の割合が１０質量％未満であると、内包物質の割合が低すぎて内包物質に期待する効果が得られにくい。一方、４０質量％超過では、マイクロカプセルの外殻体が相対的に薄くなるため、マイクロカプセルを含有するグリース組成物を製造する際にマイクロカプセルが破壊してしまうおそれがある。

マイクロカプセル（外殻体）を構成する材料は特に限定されるものではないが、熱可塑性樹脂，熱硬化性樹脂等の樹脂を含有する樹脂組成物が好ましい。具体例としては、ポリウレタン系樹脂組成物，ポリエステル系樹脂組成物，ポリアミド系樹脂組成物，ポリウレア系樹脂組成物，フェノール系樹脂組成物，ポリビニルアルコール系樹脂組成物，メラミン系樹脂組成物，ポリエチレン系樹脂組成物，ポリスチレン系樹脂組成物，セルロース，ゼラチン等が等があげられる。耐熱性を考慮すると、これらの中ではメラミン系樹脂組成物が好ましい。なお、構成材料の種類や粒径等が異なる２種以上のマイクロカプセルを併用してもよい。

マイクロカプセルを製造する方法は特に限定されるものではなく、内包物質である固体潤滑剤の性質やマイクロカプセル（外殻体）を構成する材料の性質等を考慮して選択される。具体例としては、界面重合法，ｉｎｓｉｔｕ重合法，相分離法，液中乾燥法，オリフィス法，スプレードライ法，気中懸濁被覆法，ハイブリダンザー法等があげられる。これらの中ではｉｎｓｉｔｕ重合法が好ましく、さらにメラミン系樹脂組成物を材料として用いてｉｎｓｉｔｕ重合法によりマイクロカプセルを製造すれば、耐熱性及び耐久性に優れたマイクロカプセルが得られる。

また、均一な粒径を有するマイクロカプセルを製造するためには、マイクロカプセルの製造条件を適宜調整することが好ましいが、粒度分布を有するマイクロカプセルから、遠心分離法やフィルター法によって均一な粒径を有するマイクロカプセルを分離してもよい。
さらに、マイクロカプセルは、前述の摺動部分に到達した際に物理的に破壊されるようなものであることが好ましいが、例えば、マイクロカプセルが温度に感応し、所定の温度において破壊するようなものでもよい。また、化学反応により破壊するようなものでもよい。さらに、マイクロカプセルは、水素イオン濃度，金属イオン濃度，又は特定の化学物質の濃度に感応して破壊するものでもよい。

グリース組成物中のマイクロカプセルの含有量は、グリース組成物全体の０．１質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。０．１質量％未満では、前述の摺動部分へ到達するマイクロカプセルの数が少なくなるため、内包された固体潤滑剤の効果が不十分となるおそれがある。一方、５０質量％を超えると、マイクロカプセルの数が多すぎて、基油の割合が相対的に少なくなり、潤滑性が不十分となるおそれがある。

〔マイクロカプセルに内包される固体潤滑剤について〕
マイクロカプセルに内包される固体潤滑剤の種類は特に限定されるものではなく、一般的な固体潤滑剤であれば問題なく使用することができる。特に、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が好ましい。

〔基油について〕
基油の種類は特に限定されるものではなく、一般的なグリース組成物において基油として使用される鉱物系潤滑油や合成潤滑油を使用することができる。その種類は特に限定されるものではないが、鉱物系潤滑油としては、パラフィン系鉱物油，ナフテン系鉱物油，及びそれらの混合油を使用でき、また、合成潤滑油としては、合成炭化水素油，エーテル油，エステル油，及びフッ素油等を使用できる。

具体的には、合成炭化水素油としてはポリα−オレフィン油等を、エーテル油としてはジアルキルジフェニルエーテル油，アルキルトリフェニルエーテル油，アルキルテトラフェニルエーテル油等を、エステル油としてはジエステル油，ネオペンチル型ポリオールエステル油，これらのコンプレックスエステル油，芳香族エステル油，炭酸エステル油等を、フッ素油としてはパーフルオロエーテル油，フルオロシリコーン油，クロロトリフルオロエチレン油，フルオロフォスファゼン油等を使用することができる。
これらの基油は、単独で用いてもよいし、２種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。ただし、本発明のグリース組成物を真空環境下で使用する場合には、揮発性の低い基油を用いることが好ましい。例えば、一般的な真空用グリース組成物において基油として使用されるもの（フッ素油等）が好ましい。

〔増ちょう剤について〕
増ちょう剤の種類は特に限定されるものではなく、用途や使用条件に応じて適宜選択することができる。
例えば、金属石けん（金属はアルミニウム，バリウム，カルシウム，リチウム，ナトリウム等）や金属複合石けん（金属はリチウム，カルシウム，アルミニウム等）があげられる。また、ウレア化合物（ジウレア，トリウレア，テトラウレア，ポリウレア等）、無機系化合物（シリカゲル，ベントナイト等）、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、フッ素樹脂等も使用できる。

〔添加剤について〕
本発明のグリース組成物には、一般的に使用される各種添加剤を所望により添加してもよい。例えば、酸化防止剤，防錆剤，金属不活性化剤，油性剤，極圧剤があげられるが、これらの添加剤は単独で用いてもよいし、２種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。
酸化防止剤としては、ゴム，プラスチック，潤滑油等に一般的に使用される老化防止剤，オゾン劣化防止剤，酸化防止剤を使用することができる。このような酸化防止剤としては、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、ジピリジルアミン、フェノチアジン、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等のアミン系化合物があげられる。また、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ジブチルフェノール等のフェノール系化合物等を使用することもできる。

また、防錆剤としては、例えば有機スルホン酸アンモニウム塩，スルホン酸金属塩（金属はアルカリ金属，アルカリ土類金属（カルシウム，マグネシウム，バリウム等），亜鉛等），カルボン酸塩，フェネート，ホスホネート等があげられる。また、アルキルコハク酸エステル，アルケニルコハク酸エステル等のようなアルキルコハク酸誘導体，アルケニルコハク酸誘導体も、防錆剤として好ましく使用できる。さらに、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、オレオイルザルコシン等のヒドロキシ脂肪酸類、１−メルカプトステアリン酸等のメルカプト脂肪酸類及びその金属塩、ステアリン酸等の高級脂肪酸類、イソステアリルアルコール等の高級アルコール類、高級脂肪酸と高級アルコールとのエステル、チアジアゾール類（２，５−ジメルカプト−１，３，４−チアジアゾール、２−メルカプトチアジアゾール等）、イミダゾール系化合物（２−デシルジチオベンゾイミダゾール、ベンズイミダゾール等）、ジスルフィド系化合物（２，５−ビス（ドデシルジチオ）ベンズイミダゾール等）、リン酸エステル類（トリスノニルフェニルフォスファイト等）、チオカルボン酸エステル系化合物（ジラウリルチオプロピオネート等）も使用可能である。さらに、亜硝酸塩も使用することができる。

さらに、金属不活性化剤としては、例えばベンゾトリアゾールやトリルトリアゾール等のトリアゾール系化合物があげられる。
さらに、油性剤としては、例えば、オレイン酸，ステアリン酸等の脂肪酸や、オレイルアルコール等の脂肪族アルコールや、ポリオキシエチレンステアリン酸エステル，ポリグリセリルオレイン酸エステル等の脂肪酸エステルを使用することができる。また、リン酸、トリクレジルホスフェート、ラウリル酸エステル、ポリオキシエチレンオレイルエーテルリン酸等のリン酸エステル等を使用することができる。

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深溝玉軸受の前記空隙部内にグリース組成物を封入したが、内輪１の軌道面１ａ，外輪２の２ａ，及び転動体３の転動面３ａの少なくとも１つに、マイクロカプセルを含有するグリース組成物を、塗布，吹き付け，浸漬等の方法により薄膜状にして配してもよい。あるいは、内輪１の軌道面１ａ，外輪２の２ａ，及び転動体３の転動面３ａの少なくとも１つに、減圧浸透処理した本発明のグリース組成物を塗布した上で、一般的な真空用グリース組成物を前記空隙部内に封入してもよい。

また、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、転がり軸受の種類は深溝玉軸受に限定されるものではなく、本発明は様々な種類の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，針状ころ軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，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。まず、固体潤滑剤を内包するマイクロカプセルの製造方法を示す。
マイクロカプセルの材料である熱硬化性のメラミン樹脂をｐＨ８でメチロール化し、そこに固体潤滑剤（ＭｏＳ₂又はＰＴＦＥ）と乳化剤とを加えた。さらにｐＨ調整剤を加えてｐＨ５に調整した後、ホモジナイザーで撹拌しながら加熱して反応させた。得られた反応生成物を濾過し、水洗及び乾燥して、外殻体が熱硬化性のメラミン樹脂で構成され固体潤滑剤が内包されたマイクロカプセルを得た。さらに遠心分離器で選別することにより、マイクロカプセルの平均粒径を１μｍとした。マイクロカプセル全体に占める内包物質（固体潤滑剤）の割合は、２０質量％であった。

このようにして製造したマイクロカプセルを、同量のパーフルオロポリエーテル油（４０℃における動粘度は９０ｍｍ²／ｓ）に浸漬し、１３Ｐａ，６０℃で６０分間保持して、減圧浸透処理を施した。得られたマイクロカプセルとパーフルオロポリエーテル油との混合物を、フッ素グリースに混合して、マイクロカプセルを含有する実施例のグリース組成物を得た。なお、このフッ素グリースの基油は減圧浸透処理の際に用いたパーフルオロポリエーテル油と同一のものであり、増ちょう剤はＰＴＦＥである。そして、このフッ素グリースの混和ちょう度は２６５である。

また、得られた実施例のグリース組成物の混和ちょう度は２７０であった。さらに、実施例のグリース組成物全体におけるマイクロカプセルの含有量はいずれも１０質量％としたので、マイクロカプセルに内包された固体潤滑剤のグリース組成物全体における割合は２質量％である。

これらの実施例１（固体潤滑剤としてＭｏＳ₂を用いたもの），実施例２（固体潤滑剤としてＰＴＦＥを用いたもの），及び比較例１（マイクロカプセルを含有していない前述のフッ素グリース）のグリース組成物を、それぞれ日本精工株式会社製の深溝玉軸受（呼び番号６２０６，内径３０ｍｍ，外径６２ｍｍ，幅１６ｍｍ）の空隙部内に２ｇ封入した。なお、深溝玉軸受の内輪の軌道面及び外輪の軌道面には、ＭｏＳ₂又はＰＴＦＥからなる固体潤滑被膜が形成されている。

そして、深溝玉軸受の内輪を、アキシアル荷重１４７０Ｎ、回転速度６０００ｍｉｎ^-1という条件で回転させた。外輪の温度が１２０℃になった時点で焼付きが生じたと判定し、この焼付き寿命により耐久性を評価した。結果を表１に示す。なお、表１に記載の焼付き寿命は、比較例１のグリース組成物が封入され且つＰＴＦＥからなる固体潤滑被膜が形成されている軸受の焼付き寿命を１とした場合の相対値で示してある。

表１から分かるように、実施例１，２のグリース組成物を封入した軸受は、焼付きが生じにくく長寿命であった。特に、マイクロカプセルに内包されている固体潤滑剤と固体潤滑被膜とが同種である場合が、より長寿命であった。

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成を示す部分縦断面図である。

符号の説明

１内輪
１ａ軌道面
２外輪
２ａ軌道面
３転動体
３ａ転動面

Claims

固体潤滑剤を内包するマイクロカプセルを含有することを特徴とするグリース組成物。
外面に軌道面を有する内方部材と、前記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、前記両軌道面と前記転動体との間の潤滑を行う潤滑剤と、を備える転動装置において、前記潤滑剤を請求項１に記載のグリース組成物としたことを特徴とする転動装置。
外面に軌道面を有する内方部材と、前記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、前記内方部材の軌道面、前記外方部材の軌道面、及び前記転動体の転動面の少なくとも１つに、請求項１に記載のグリース組成物を薄膜状に配したことを特徴とする転動装置。
固体潤滑剤を内包することを特徴とするマイクロカプセル。