JP2012167170A

JP2012167170A - グリースおよび転がり軸受

Info

Publication number: JP2012167170A
Application number: JP2011028754A
Authority: JP
Inventors: Eri Oikawa; 絵里及川; Nobuyuki Inami; 宣行稲見; Atsushi Yokouchi; 敦横内
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2012-09-06

Abstract

【課題】１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムを増ちょう剤として含有するグリースとして、転がり軸受に封入して使用した時に軸受内部でチャネリング型の挙動を示すものを提供する。
【解決手段】１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムを増ちょう剤として含有するグリースの基油として、温度２５℃で周波数１ＭＨｚにおける比誘電率が２．２以上５．４以下である潤滑油を使用する。
【選択図】図１

Description

この発明は、グリース（基油と、増ちょう剤と、必要に応じて添加される添加剤とからなる潤滑剤組成物）と、グリースが封入された転がり軸受に関する。

エアコンのファンモーター等に代表される家電用モーターの回転軸を支持する転がり軸受には、低トルク性と低騒音性が要求される。グリースが封入されて使用される転がり軸受のトルク特性には、軸受内部でのグリースの挙動が大きな影響を及ぼしている。
軸受内部でのグリースの挙動にはチャーニング型とチャネリング型がある。チャーニング型の場合、軸受の起動後も、グリースが軸受内部で絶えずかき混ぜられた状態になるため、粘性抵抗が大きく、定常状態でのトルクが高い。チャネリング型の場合、軸受の起動によりグリースが剪断力を受けて移動した後は、グリースに隙間が生じるため、粘性抵抗が小さくなる。すなわち、定常状態でのトルクが低い。

流動性が高いグリースはチャーニング型の挙動を示し易く、流動性が低いグリースはチャネリング型の挙動を示し易い。よって、定常状態でのトルクが低いチャネリング型のグリースを得るためには、グリースの流動性を低くする必要がある。しかし、増ちょう剤の含有率を高くしてグリースの流動性を低くすると、起動トルクが増大し、音響特性が悪化する等の問題点があるため、増ちょう剤の含有率を高くしないで流動性を低くする必要がある。

特許文献１には、静電現象によって軌道輪と転動体との間に生じる電食を防止することができる電食防止可能な転がり軸受を得るために、転がり軸受内に、誘電体セラミックスを０．１質量％以上２０質量％含有し、比誘電率が３以上であるグリース組成物を封入することが記載されている。
特許文献２には、高温下で高速回転されてもグリース漏れが生じ難い転がり軸受を得るために、比誘電率が３以上１００以下（２５℃、１ｋＨｚ）である基油を含有するグリースを封入することが記載されている。なお、グリースに含有される増ちょう剤としては、耐熱性の観点からウレア化合物を使用することが好ましいと記載されている。

特許文献３には、ベンジリデンソルビトール誘導体をゲル化剤（増ちょう剤）として使用するグリースの問題点（油状からゲル状への回復に時間がかかること）を解決するために、周波数１ｋＨｚにおける比誘電率が３以上５０以下の基油を使用することが記載されている。

特開２００８−２７４０２１号公報特開２０１０−４８３８９号公報特開２０１０−１２６６３５号公報

この発明の課題は、転がり軸受で良く用いられる１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムを増ちょう剤として含有するグリースとして、軸受内部でチャネリング型の挙動を示すものを提供することである。

上記課題を解決するために、この発明のグリースは、温度２５℃で周波数１ＭＨｚにおける比誘電率が２．２以上５．４以下である基油と、１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムからなる増ちょう剤と、を含有することを特徴とする。
グリースは、同じ増ちょう剤を同じ含有率で使用して同じ方法で作製した場合でも、使用する基油が異なると、得られる物性が大きく異なる。特に、１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムを増ちょう剤として含有するグリースは、組み合わせる基油が異なるとグリースの降伏応力が異なる。グリースの降伏応力は増ちょう剤の網目構造の強さに比例するため、増ちょう剤が強固な網目構造を形成するグリースほど降伏応力が大きくなる。

増ちょう剤に対する親和性が高い基油を含有するグリースは、増ちょう剤が強固な網目構造を形成しやすく、親和性が低い基油を含有するグリースは、増ちょう剤が強固な網目構造を形成しにくいと考えられる。しかし、基油と増ちょう剤の親和性が高すぎると、増ちょう剤が基油に過度に分散して強固な網目構造を形成しにくくなる。基油と増ちょう剤の親和性には、それぞれの化学構造が影響していると考えられるが、この発明では、基油の極性の大小を示す比誘電率を増ちょう剤に対する親和性の指標とした。

この発明においては、１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムを増ちょう剤として含有するグリースの基油として、温度２５℃で周波数１ＭＨｚにおける比誘電率が２．２以上５．４以下である基油を使用する。この基油は、増ちょう剤である１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムに対して適度な親和性を有するため、このグリースでは、増ちょう剤の網目構造が強固に形成される。そして、このグリースを転がり軸受内に封入して軸受を起動し、起動時と定常状態でのトルクを測定したところ、両トルクの差が大きくなり、チャネリング型の挙動を示すことが確認された。

また、この発明のグリースは、上述のように、増ちょう剤が強固な網目構造を形成するため、増ちょう剤の含有率が低くてもグリースを硬くすることができる。つまり、この発明のグリースは、同じちょう度の他のグリースよりも増ちょう剤の含有率が低いため、このことによるトルク低減効果と潤滑性能の向上も期待できる。また、増ちょう剤の網目構造が発達しているほど増ちょう剤の基油に対する分散性が良好になるため、音響特性の向上も期待できる。

この発明の転がり軸受は、内輪、外輪、および内輪の軌道面と外輪の軌道面との間に転動自在に配されている転動体を備え、前記軌道面と転動体との間の潤滑を行うグリースとして、温度２５℃で周波数１ＭＨｚにおける比誘電率が２．２以上５．４以下である基油と、１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムからなる増ちょう剤と、を含有するグリースが封入されていることを特徴とする。

この発明のグリースは、１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムを増ちょう剤として含有するグリースであって、転がり軸受の内部でチャネリング型の挙動を示す。よって、このグリースが封入された転がり軸受は、定常状態でのトルクが低くなる。

この発明の一実施形態に相当する転がり軸受を示す縦断面図である。実施例で行った転がり軸受のトルク試験の結果を、転がり軸受の「起動トルク（起動時のトルクの最大値）−回転トルク（試験終了前２０秒間のトルクの平均値）」と、グリースに含まれる基油の比誘電率との関係で示すグラフである。

以下、この発明の実施形態について説明する。
この発明の転がり軸受の一実施形態として、図１に示す深溝玉軸受が挙げられる。この深溝玉軸受は、内輪１、外輪２、複数の玉（転動体）３、保持器４、および１対のシール（密封装置）５からなる。玉３は、内輪１の軌道溝（軌道面）１ａと外輪２の軌道溝（軌道面）２ａとの間に、転動自在に配されている。この軸受の内部に、軌道溝１ａ，２ａと転動体３との間の潤滑を行うグリース６が封入されている。

このグリース６は、基油が、温度２５℃で周波数１ＭＨｚにおける比誘電率が２．２以上５．４以下であり、増ちょう剤が１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムである。このグリース６は、１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムと前記基油（エステル油、グリコール油等）の混合物を、１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムが溶解する温度まで加熱した後、冷却して半固形状にしたものである。１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムの含有率は、グリース全量に対して５〜２５質量％である。
このグリース６は、軸受内部でチャネリング型の挙動を示すため、この実施形態の転がり軸受は、定常状態でのトルクが低くなる。

以下に、この発明のグリースを構成する各成分について詳細に説明する。
〔基油について〕
この発明のグリースが含有する基油は、温度２５℃で周波数１ＭＨｚにおける比誘電率が２．２以上５．４以下の潤滑油であればよい。前記比誘電率が２．２以上５．４以下の範囲にある潤滑油としては、エーテル油、エステル油、グリコール油等が挙げられる。
エーテル油としては、モノアルキルトリフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテル、ジアルキルジフェニルエーテル、ペンタフェニルエーテル、テトラフェニルエーテル、モノアルキルテトラフェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテル等のフェニルエーテル油等が挙げられる。

エステル油としては、芳香族エステル油、炭酸エステル油、ポリオールエステル油等が挙げられる。
芳香族エステル油としては、芳香族系三塩基酸と分岐鎖状アルコールとの反応で得られるトリメリット酸エステル油やトリメシン酸エステル油（具体的には、トルオクチルトリメリテート、トリデシルトリメリテート等）、芳香族系四塩基酸と分岐鎖状アルコールとの反応で得られるピロメリト酸エステル油（具体的には、テトラオクチルピロメリテート等）が挙げられる。

ポリオールエステル油としては、多価アルコールと一塩基酸との反応によって得られるものが挙げられる。多価アルコールと反応させる一塩基酸は、一種類を用いてもよいし、二種類以上を用いてもよい。また、多価アルコールと一塩基酸及び二塩基酸の混合脂肪酸とのオリゴエステルであるコンプレックスエステル油も挙げられる。
ポリオールエステル油を得るために用いる多価アルコールとしては、トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）、ペンタエリスリトール（ＰＥ）、ジペンタエリスリトール（ＤＰＥ）、ネオペンチルグリコール（ＮＰＧ）、２−メチル−２−プロピル−１，３−プロパンジオール（ＭＰＰＤ）等が挙げられる。

ポリオールエステル油を得るために用いる一塩基酸としては、主に炭素数が４以上１６以下である一価の脂肪酸が用いられる。具体的には、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、エナント酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデカン酸、ラウリン酸、ミステリン酸、パルミチン酸、牛脂脂肪酸、スレアリン酸、カプロレイン酸、パルミトレイン酸、ペトロセリン酸、オレイン酸、エライジン酸、アスクレピン酸、バクセン酸、ソルビン酸、リノール酸、リノレン酸、アビニン酸、リシノール酸等が挙げられる。
グリコール油としては、非水溶性モノオール型グリコール油、非水溶性ジオール型グリコール油等が挙げられる。
これらの基油は、一種類を単独で用いてもよいし二種類以上を併用してもよい。

〔添加剤について〕
この発明のグリースは、各種性能をさらに向上させるため、この発明の目的を損なわない含有量で、各種添加剤が添加されていてもよい。添加剤としては、例えば、酸化防止剤、防錆剤、極圧剤、油性向上剤、金属不活性化剤等が挙げられる。
酸化防止剤としては、例えば、アミン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、ジチオリン酸亜鉛、ジチオカルバミン酸亜鉛が挙げられる。防錆剤としては、例えば、スルホン酸金属塩、エステル系防錆剤、アミン系防錆剤、ナフテン酸金属塩、コハク酸誘導体が挙げられる。極圧剤としては、例えば、リン系極圧剤、ジチオリン酸亜鉛、有機モリブデンが挙げられる。油性向上剤としては、例えば、脂肪酸、動植物油が挙げられる。金属不活性化剤としては、例えば、ベンゾトリアゾールが挙げられる。

以下、この発明を具体的な実施例を示して説明する。
［グリースの調製］
１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムと、下記の表１に示す性状の５種類の基油を用意し、以下の方法でNo.1〜No.5のグリースを調製した。１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムと各基油は、グリース中の１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムの含有率が１１質量％となるように配合した。

先ず、ステンレス製ビーカーに、基油４４．５ｇと１２−ヒドロキシステアリン酸リチウム５．５ｇを入れて、攪拌しながら各基油に対する増ちょう剤の溶解温度（No.1では２１２℃、No.2と3 では２０７℃、No.４では２２０℃、No.５では１９７℃）まで加熱することで、基油に１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムを完全に溶解させて液状物を得た。この液状物を予め水冷しておいたアルミニウム製バットに流し込み、このバットを流水で冷却することで半固形状物を得た。この半固形状物を３本ロールミルにかけて、グリースを得た。

［降伏応力の測定］
No.1〜５のグリースの降伏応力を、レオメーターにより、温度：３０℃、周波数：１０Ｈｚ、剪断応力：１０〜５０００Ｐａの条件で測定した。具体的には、オシレーションモードで、貯蔵弾性率Ｇ’と損失弾性率Ｇ”の比で定義される損失正接ｔａｎδ（＝Ｇ”／Ｇ’）が１を超える時の剪断応力を、降伏応力値とした。そして、No.4のグリースの降伏応力値を「１」とした相対値を算出した。その結果も下記の表１に併せて示す。

［トルク試験］
No.１〜５のグリースを、それぞれ図１に示す構造で呼び番号６３０５の深溝玉軸受に３．４ｇ封入してNo.１〜５の転がり軸受とし、これらの転がり軸受をアキシアル荷重（Ｆａ）２９４Ｎ、回転速度１８００ｒｐｍの条件で、室温で１０分間回転して、トルクを測定した。そして、試験開始時の最大トルクを起動トルク（Ｔ₁）とし、試験終了前２０秒間のトルクの平均値を算出して、この値を回転トルク（定常状態でのトルク：Ｔ₂）とした。この起動トルク（Ｔ₁）と回転トルク（Ｔ₂）の差（Ｔ₁−Ｔ₂）をトルク差として算出した。このトルク差と各グリースに含まれる基油の比誘電率との関係を、図２にグラフで示す。
また、No.１〜３，５の転がり軸受のトルク差を、No.4の転がり軸受のトルク差を「１」とした相対値で示した。その結果も下記の表１に併せて示す。

表１から分かるように、温度２５℃で周波数１ＭＨｚにおける基油の比誘電率が２．２以上５．４以下の範囲にあるNo.1〜３のグリースは、この範囲外にあるNo.４と５のグリースと比較して、降伏応力が著しく高くなっている。すなわち、No.1〜３のグリースは増ちょう剤の網目構造が強固に形成されていることが分かる。
また、表１および図２のグラフから分かるように、温度２５℃で周波数１ＭＨｚにおける基油の比誘電率が２．２以上５．４以下の範囲にあるNo.1〜３のグリースは、この範囲外にあるNo.４と５のグリースと比較して、転がり軸受に封入して使用した場合の起動時と定常状態とでのトルク差が著しく大きくなっている。すなわち、No.1〜３のグリースは軸受内部でチャネリング型の挙動を示していることが分かる。

以上のことから、同じ増ちょう剤（１２−ヒドロキシステアリン酸リチウム）を同じ含有率で使用して同じ方法で作製したグリースでも、温度２５℃で周波数１ＭＨｚにおける比誘電率が２．２以上５．４以下の範囲外にある基油ではなく、この範囲内にある基油を用いることで、軸受内部でチャネリング型の挙動を示すグリースが得られ、このグリースを用いることで転がり軸受の定常状態でのトルクを低くできることが分かる。

１内輪
１ａ内輪の軌道溝（軌道面）
２外輪
２ａ外輪の軌道溝（軌道面）
３玉（転動体）
４保持器
５シール（密封装置）
６グリース

Claims

温度２５℃で周波数１ＭＨｚにおける比誘電率が２．２以上５．４以下である基油と、１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムからなる増ちょう剤と、を含有することを特徴とするグリース。
内輪、外輪、および内輪の軌道面と外輪の軌道面との間に転動自在に配されている転動体を備え、前記軌道面と転動体との間の潤滑を行うグリースとして、請求項１記載のグリースが封入されていることを特徴とする転がり軸受。