JP2014080556A - 潤滑剤組成物及及びその製造方法、並びに前記潤滑剤組成物を封入した転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミックボールを用いることなく封入する潤滑剤組成物を工夫し、安価でありながらも、これまでよりも耐フレッチング性を高めた転がり軸受を提供することを目的とする。
【解決手段】潤滑油に、ステアリン酸金属塩と、ＺｎＤＴＰ、ＺｎＤＴＣ及びＭｏＤＴＣの少なくとも１つと、スルホネート系金属塩及びサリシレート系金属塩から選ばれる少なくとも１つとを添加した潤滑剤組成物、並びに内輪と外輪との間に、複数個の転動体を保持器により転動自在に保持してなり、前記潤滑剤組成物を封入した転がり軸受。
【選択図】図１

Description

本発明は、特定の添加剤を添加した潤滑剤組成物及びその製造方法に関する。本発明はまた、前記潤滑剤組成物を封入した転がり軸受に関する。

デカップラー用軸受やＡＣサーボモータ用軸受等では、支持軸が微小往復回転を繰り返すため、転動体表面や転送面にフレッチングが生じ、軸受トルクの増大や損傷部を起点とした剥離が起こる等、様々な不具合が生じている。

このような不具合に対し従来では、例えば特許文献１では、転動体にセラミックボールを用いてフレッチング摩耗を軽減することが提案している。しかし、セラミックボールは、通常用いられている鋼球と比較してコストがかかるため、セラミックボールを用いることなく低コストでフレッチングを抑制する新しい技術に対する需要が高まってきている。

このような需要に対して、例えば特許文献２では、無機Ｍｇ微粒子及びステアリン酸金属塩を添加した潤滑剤組成物を封入することを提案している。

特開２００５−１８８７２６号公報 特開２００７−２３１０５号公報

フレッチングの更なる抑制に対する需要が今後も高まることは必至であり、本発明は、セラミックボールを用いることなく封入する潤滑剤組成物を工夫し、安価でありながらも、これまでよりも耐フレッチング性を高めた転がり軸受を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、下記を提供する。
（１）潤滑油に、ステアリン酸金属塩と、ＺｎＤＴＰ、ＺｎＤＴＣ及びＭｏＤＴＣの少なくとも１つと、スルホネート系金属塩及びサリシレート系金属塩から選ばれる少なくとも１つとを添加したことを特徴とする潤滑剤組成物。
（２）ステアリン酸金属塩、ＺｎＤＴＰ及びスルホネート系金属素を添加したことを特徴とする上記（１）記載の潤滑剤組成物。
（３）ステアリン酸金属塩の融点以上の温度で加熱処理されていることを特徴とする上記（１）または（２）記載の潤滑剤組成物。
（４）ステアリン酸金属塩と、ＺｎＤＴＰ、ＺｎＤＴＣ及びＭｏＤＴＣの少なくとも１つと、スルホネート系金属塩及びサリシレート系金属塩から選ばれる少なくとも１つとを混合し、加熱した後、潤滑油に添加することを特徴とする潤滑剤組成物の製造方法。
（５）内輪と外輪との間に、複数個の転動体を保持器により転動自在に保持してなり、かつ、上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の潤滑剤組成物を封入したことを特徴とする転がり軸受。

本発明の潤滑剤組成物は、特定の３種の添加剤の相乗効果により、耐フレッチング性がこれまでよりも大きく向上する。そのため、本発明の潤滑剤組成物を封入した転がり軸受も、耐フレッチング性が要求されるデカップラー用軸受やＡＣサーボモータ用軸受等として長寿命になる。また、本発明の潤滑剤組成物を調製するのに当たり、特定の３種の添加剤を加熱した後に潤滑油に添加することにより、従来と同等の耐フレッチング性を、潤滑剤全体を加熱せず短時間で得ることができ、製造コストを大幅に低減することができる。

本発明の転がり軸受の一例を示す断面図である。 振幅比を説明するための模式図である。 試験に用いたフレッチング試験機を示す模式図である。 フレッチング試験で得られた損傷比を示すグラフである。 実施例1及び比較例２について、フレッチング試験後の摩耗痕を観察したＳＥＭ写真である。 実施例１の潤滑剤組成物を用い、加熱時間と損傷比との関係を調べた結果を示すグラフである。 実施例１の潤滑剤組成物を用い、加熱温度と損傷比との関係を調べた結果を示すグラフである。 実施例１の潤滑剤組成物を調製する際に、添加剤を加熱した後に潤滑油に添加した場合と、添加剤を添加した潤滑油を加熱した場合とで損傷比を比較した結果を示すグラフである。

以下、本発明に関して詳細に説明する。

（潤滑剤組成物）
本発明の潤滑剤組成物は、潤滑油に、ステアリン酸金属塩と、ＺｎＤＴＰ、ＺｎＤＴＣ及びＭｏＤＴＣの少なくとも１つと、スルホネート系金属塩及びサリシレート系金属塩から選ばれる少なくとも１つからなる３種の添加剤を添加したものである。これら添加剤は、摺動面に吸着して保護膜を形成する作用があり、３種を組み合わせることにより、より強固な保護膜が形成されてフレッチング摩耗をより軽減する。３種の中で何れか１つが欠けてもフレッチング摩耗の軽減効果が少なくなる。

中でも、ステアリン酸金属塩、ＺｎＤＴＰ及びスルホネート系金属塩の組み合わせが効果である。

潤滑油は、用途に応じて種類や特定が選択される。例えば、デカップラー用軸受やＡＣサーボモータ用軸受等に封入される潤滑剤組成物としては、鉱油や合成油等用いることができる。何れも公知のもので構わないが、具体例を挙げると、合成油としては脂肪族炭化水素油、芳香族炭化水素油、エステル油、エーテル油、トリクレジルフォスフェート、シリコーン油、パーフルオロアルキルエーテル油等が挙げられる。脂肪族炭化水素油としては、ノルマルパラフィン、イソパラフィン、ポリブテン、ポリイソブチレン、１−デセンオリゴマー、ポリ−α−オレフィン（１−デセンとエチレンとのコオリゴマー等）、又はこれらの水素化物等が挙げられる。芳香族炭化水素油としては、アルキルベンゼン（モノアルキルベンゼン、ジアルキルベンゼン、ポリアルキルベンゼン等）、アルキルナフタレン（モノアルキルナフタレン、ジアルキルナフタレン、ポリアルキルナフタレン）等が挙げられる。エステル油としては、脂肪族ジエステル、芳香族エステル、ポリオールエステル、コンプレックスエステル（多価アルコールと二塩基酸及び一塩基酸の混合脂肪酸とのオリゴエステル）が挙げられる。脂肪族ジエステルとしては、ジブチルセバケート、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、ジトリデシルグルタレート、メチルアセチルリシノレート等が挙げられる。芳香族エステルとしては、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、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としては、トリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、ペンタエリスリトール−２−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールベラルゴネート等が挙げられる。エーテル油としては、ポリグリコールおよびフェニルエーテルが挙げられる。ポリグリコールとしては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールモノエーテル、ポリプロピレングリコールモノエーテル等が挙げられる。フェニルエーテルとしては、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、ジアルキルテトラフェニルエーテル等が挙げられる。これら潤滑油の粘度も用途に合わせて選択できるが、１０〜５００ｍｍ^２／ｓ（４０℃）が一般的である。

また、上記3種の添加剤を潤滑油に添加した潤滑剤組物は、ステアリン酸金属塩の融点以上の温度で加熱処理されることが好ましい。後述する実施例にも示すように、この加熱処理により耐フレッチング性が向上するようになるが、ステアリン酸金属塩が潤滑油中に完全に溶解し、他の添加剤と化学反応を起こして耐フレッチング性に優れる化合物が生成するものと推察される。この加熱処理時間が長くなるほど、耐フレッチング性が高まる。

また、上記潤滑油を基油とし、３種の添加剤を添加したグリースとすることもできる。その際、３種の添加剤を添加した潤滑油を同様に加熱処理してもよい。増ちょう剤は、用途に応じて種類や特定が選択される。デカップラー用軸受やＡＣサーボモータ用軸受等に封入される潤滑剤組成物では、例えば金属石けん（アルミニウム石けん、バリウム石けん、カルシウム石けん、リチウム石けん、ナトリウム石けん等）、複合金属石けん（リチウムコンプレックス石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウムコンプレックス石けん等）、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）、シリカゲル、ベントナイト、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等を使用できる。尚、ちょう度も適宜選択でき、これらの増ちょう剤量を調整すればよい。

３種の各添加剤の添加量は、潤滑剤組成物全量に対し、それぞれ０．１〜１０質量％であり、好ましくは０．１〜５質量％である。また、相乗効果の点からは、3種の添加剤が同量ずつであることが好ましい。添加量が０．１質量％未満では耐フレッチング性の向上効果が十分ではなく、１０質量％を超えて添加しても効果が飽和して不経済となるばかりでなく、潤滑油、あるいは増ちょう剤の量が不足して潤滑性能に劣るようになる。

潤滑剤組成物には、必要に応じて、上記3種の添加剤の他にも酸化防止剤等の公知の添加剤を適量添加することができる。

（潤滑剤組成物の製造方法）
本発明の潤滑剤組成物は、基本的には、３種の添加剤を潤滑油に添加して得られるが、上記したように潤滑油に３種の添加剤を添加した後、ステアリン酸金属塩の融点以上の温度で加熱することが好ましい。

更には、３種の添加剤を混合したものを加熱した後、潤滑油に添加することが最も好ましい。３種の添加剤を混合、加熱して潤滑油に添加することにより、３種の添加剤を添加した潤滑油を加熱した場合と同等の耐フレッチング性が、潤滑剤全体を加熱せずに得ることができる。

（転がり軸受）
本発明はまた、上記の潤滑剤組成物を封入した転がり軸受に関する。但し、転がり軸受の種類や構造には制限がなく、例えば図1に示す玉軸受を例示することができる。図示される玉軸受は空間に、上記の潤滑剤を充填し、内輪軌道１を有する内輪２と、外輪軌道３を有する外輪４との間に、複数の転動体である玉５を保持器７により転動自在に保持しており、内輪２と外輪４と玉５で形成される軸受シール６で封止している。

このような玉軸受では、振動により内輪軌道１と玉５、外輪軌道３と玉５とが衝突して内輪軌道１、外輪軌道３及び玉５の各表面が損傷を受けるが、潤滑剤組成物中の３種の添加剤の作用により、フレッチング摩耗をこれまでより大幅に軽減する。そのため、玉５をセラミック製にする必要がなく、安価にできる。

尚、軸受の種類としては、上記した玉軸受の他に、保持器付きころ軸受や総転がり軸受、総ころ軸受等も挙げられ、転送面は単列でも複列でも良い。

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、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

（実施例１、比較例１〜７）
表１に示すように、鉱油（３０ｍｍ^２／ｓ＠４０℃）に、ステアリン酸金属塩、ＺｎＤＴＰ及びＣａスルホネートの３種（実施例１）、または何れか（比較例１〜７）を添加して潤滑剤組成物を調製した。そして、各潤滑剤組成物を用いて下記に示すフレッチング試験を行った。

（フレッチング試験）
内径２５ｍｍ、外径５２ｍｍ、高さ１８ｍｍの単式スラスト玉軸受（銘番；５１３０５）を用いて、振幅比（＝振幅／接触円半径；図２参照）を２．０とした時のフレッチング試験を実施した。但し、損傷部の最大高さＲｙを正確に測定するために、下レースにラッピングを施したディスク試験片を用いており、日本精工株式会社製フレッチング試験機（図３参照）を用いて下記条件に基づいて試験を行った。そして、試験後のディスク試験片における損傷痕の最大高さＲｙを干渉顕微鏡を用いて測定し、損傷の程度を損傷比（＝試験後のＲｙ／試験前のＲｙ）として評価した。損傷比が１に近づくほど、損傷が少ないことを示す。結果を図４に示す。

＜試験条件＞
・最大面圧：３．２ＧＰａ
・最大揺動速度：２０ｍｍ／ｓ
・揺動回数：１００００回
・振幅比：２．０

図４に示すように、無添加（比較例１）の場合よりも、添加剤を1種（比較例２〜４）もしくは２種（比較例５〜７）添加することで損傷比が低減しているが、３種を添加〈実施例１〉することにより損傷比を大きく低減することができる。即ち、３種の添加剤の1種でも欠けると耐フレッチング性が低減する。

（摩耗痕の観察）
実施例1及び比較例２について、フレッチング試験後の摩耗痕をＳＥＭにより観察し、同時に元素分析を行った。結果を図５に示すが、実施例１において黒い斑点にＭｇ及びＺｎが検出されており、このＭｇ−Ｚｎ複合膜が保護膜となって耐フレッチング性の向上に寄与していると考えられる。

（加熱時間の検証）
実施例１の潤滑剤組成物を１６０℃で加熱処理し、室温における損傷比（揺動回数５０００００回）を測定した。結果を図６に示すが、加熱時間が増すほど損傷比が低減することがあわかる。また、潤滑油量が増すほど、損傷比が小さくなるまでの加熱時間が長くなることがわかる。

（加熱温度の検証）
実施例１の潤滑剤組成物１００ｃｃを、温度を変えて１００時間加熱し、室温における損傷比（揺動回数５０００００回）を測定した。結果を図７に示すが、加熱温度１１０℃以上の範囲で損傷比が最小になっている。これは、ステアリン酸マグネシウムの融点が１０８〜１１５℃であり、１１０℃以上に加熱することによりステアリン酸マグネシウムが完全に溶解し、更にＺｎＤＴＰ及びカルシウムスルホネートと化学反応を起こして耐フレッチング性に優れる化合物が生成したことによるものと考えられる。

（加熱順序の検証）
実施例１の潤滑剤組成物を調製するに当たり、鉱油１００ｃｃに、ステアリン酸金属塩、ＺｎＤＴＰ及びＣａスルホネートを各０．５質量％（合計で１．５質量％）となる量を添加した後、１６０℃で加熱し、加熱時間毎に損傷比を調べた。また、ステアリン酸金属塩、ＺｎＤＴＰ及びＣａスルホネートを各０．５質量％（合計で１．５質量％）となる量を混合して１６０℃で加熱した後、鉱油１００ｃｃに添加し、添加直後に損傷比を調べた。

結果を図８に示すが、３種の添加剤を加熱した後に鉱油に添加することにより、添加直後であっても、３種の添加剤を添加した鉱油を加熱する場合の１００時間以上加熱したときと同等の損傷比になっている。

このことから、３種の添加剤を加熱した後に潤滑油に添加することにより、３種の添加剤を添加した潤滑油を加熱した場合と同等の耐フレッチング性能が、潤滑剤全体を加熱することなく得られ、生産コストを大幅に低減できることがわかる。

１ 内輪軌道
２ 内輪
３ 外輪軌道
４ 外輪
５ 玉
６ 軸受シール

Claims (5)

1. 潤滑油に、ステアリン酸金属塩と、ＺｎＤＴＰ、ＺｎＤＴＣ及びＭｏＤＴＣの少なくとも１つと、スルホネート系金属塩及びサリシレート系金属塩から選ばれる少なくとも１つとを添加したことを特徴とする潤滑剤組成物。
2. ステアリン酸金属塩、ＺｎＤＴＰ及びスルホネート系金属塩を添加したことを特徴とする請求項１記載の潤滑剤組成物。
3. ステアリン酸金属塩の融点以上の温度で加熱処理されていることを特徴とする請求項１または２記載の潤滑剤組成物。
4. ステアリン酸金属塩と、ＺｎＤＴＰ、ＺｎＤＴＣ及びＭｏＤＴＣの少なくとも１つと、スルホネート系金属塩及びサリシレート系金属塩から選ばれる少なくとも１つとを混合し、加熱した後、潤滑油に添加することを特徴とする潤滑剤組成物の製造方法。
5. 内輪と外輪との間に、複数個の転動体を保持器により転動自在に保持してなり、かつ、請求項１〜３の何れか１項に記載の潤滑剤組成物を封入したことを特徴とする転がり軸受。