JP2020125385A - 潤滑組成物および転がり軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】高温大気下でも潤滑機能を長時間維持でき、軸受寿命に優れる潤滑組成物、およびその潤滑組成物が封入された転がり軸受を提供する。【解決手段】潤滑組成物７は、フッ素油を主成分とし、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、およびグラファイトから選ばれる固体潤滑剤を含む潤滑組成物であって、潤滑組成物７は、固体潤滑剤を増ちょう剤として含む、ペースト状組成物であり、フッ素油の４０℃における動粘度が７００ｍｍ２／ｓ以上である。【選択図】図２
Description
本発明は、例えば３００〜５００℃の高温大気中で用いられる潤滑組成物、および該潤滑組成物を封入した転がり軸受に関する。
各種産業機械や車両などに組み込まれる転がり軸受には、潤滑性を付与するために潤滑組成物（グリースや潤滑油など）が封入されている。潤滑組成物は、転がり軸受の使用条件によって要求特性が異なり、高温条件下で使用される潤滑組成物には耐熱性などが要求される。
例えば、高温大気中で使用されるテンタークリップ用転がり軸受には、耐熱性を考慮してフッ素樹脂を増ちょう剤とするフッ素グリースが広く使用されている。また、固体潤滑剤などを添加剤として配合することも行われている。特許文献１に記載のフッ素グリースは、フッ素油と、増ちょう剤であるポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末と、二硫化モリブデンなどの所定の添加剤とを含有する。フッ素グリースに所定の添加剤を加えることで、金属に対する親和性が強いエステル油が軸受内部に侵入するような環境下でも、フッ素グリースの漏出の抑制を図っている。
特許文献２では、高温環境下で使用されるネジ部品などの焼き付き防止を目的として、固体の塗膜を形成する潤滑塗料組成物が提案されている。この潤滑塗料組成物は、固体成分と有機溶剤からなり、該固体成分が、金属元素によってポリカルボシラン骨格が架橋結合された有機ケイ素ポリマーと、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、グラファイト、雲母の少なくとも１種からなる固体潤滑剤とを含有している。
また、特許文献３では、フッ素グリースが使用できない高温域でも使用可能な転がり軸受として、黒鉛などの固体潤滑剤を焼成した部材を具備する固体潤滑転がり軸受が提案されている。
近年、各種産業機械の高速化、高性能化などにより、転がり軸受が使用される条件がますます過酷なものとなっている。そのため、例えば３００℃以上といった極めて高温の条件下でも使用可能な潤滑組成物が求められている。
上記特許文献１に記載のフッ素グリースは、３００℃付近になると分解するため、それ以上の高温域では使用が困難である。添加剤として耐熱性のある固体潤滑剤を配合したとしても配合割合が少なく、グリース劣化後に潤滑し続けることは困難である。また、上記特許文献２に記載の潤滑塗料組成物は、固体成分として有機ケイ素ポリマーを含有している。しかし、このような有機ケイ素ポリマーを含有した潤滑組成物を転がり軸受に封入した例はなく、転がり軸受に封入される潤滑組成物として好適な組成にはなっていない。また、上記特許文献３に記載の３００℃以上の高温域で使用可能な固体潤滑転がり軸受は、汎用的な転がり軸受とは異なり固体潤滑剤の粉末を焼成した部材を組み込んだ特殊形状のため、製造コストが高くなることが懸念される。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高温大気条件下でも潤滑機能を長時間維持でき、軸受寿命に優れる潤滑組成物、およびその潤滑組成物が封入された転がり軸受を提供することを目的とする。
本発明の潤滑組成物は、フッ素油を主成分とし、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、およびグラファイトから選ばれる少なくとも１つの固体潤滑剤を含む潤滑組成物であって、上記潤滑組成物は、上記固体潤滑剤を増ちょう剤として含むペースト状組成物であり、上記フッ素油の４０℃における動粘度が７００ｍｍ２／ｓ以上であることを特徴とする。ここで、フッ素油を主成分とするとは、潤滑組成物全体に対するフッ素油の含有量（質量％）が５０質量％以上であることを意味する。
上記固体潤滑剤が二硫化モリブデンであることを特徴とする。また、上記潤滑組成物は、該潤滑組成物全体に対して上記固体潤滑剤を１０〜３０質量％含み、該固体潤滑剤以外の残部が上記フッ素油であることを特徴とする。
上記フッ素油の４０℃における動粘度が１０００ｍｍ２／ｓ以上であることを特徴とする。
本発明の転がり軸受は、潤滑組成物を封入してなる転がり軸受であって、上記潤滑組成物が、本発明の潤滑組成物であり、上記転がり軸受が、フィルム延伸装置用のテンタークリップに用いられる軸受であることを特徴とする。
本発明の潤滑組成物は、フッ素油を主成分とし、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、およびグラファイトから選ばれる少なくとも１つの固体潤滑剤を増ちょう剤として含むペースト状組成物であり、フッ素油の４０℃における動粘度が７００ｍｍ２／ｓ以上である。つまり、耐熱性の高い固体潤滑剤を増ちょう剤として用いるとともに、超高温用フッ素油を基油に用いるので、高温大気中でも分解せずに潤滑組成物として機能し続ける。これにより、例えば３００℃以上の高温大気下でも潤滑機能を長時間維持することができ、軸受寿命に優れる。また、本発明の潤滑組成物は、一般的なグリースなどと同じようにペースト状であり、転がり軸受に封入することができるため、製造コストを低減することができる。
本発明の転がり軸受は、本発明の潤滑組成物を封入しているので、高温大気条件下で使用される場合であっても、潤滑機能を維持でき、優れた軸受寿命を発揮することができる。また、フィルム延伸装置用のテンタークリップに使用される軸受は高温（例えば、２５０℃付近）での使用が想定されるが、本発明の転がり軸受は優れた耐熱性を有するので、この用途に好適である。
本発明者らは、例えば大気３００℃以上の環境でも優れた軸受寿命を得るべく、転がり軸受に封入される潤滑組成物について検討した。その結果、所定の固体潤滑剤を増ちょう剤として用いるとともに、４０℃における動粘度が７００ｍｍ２／ｓ以上のフッ素油を基油に用いることで、高温大気条件下でも潤滑性が保持し続けられることを見出した。本発明はこのような知見に基づくものである。
本発明の潤滑組成物は、フッ素油を主成分とし、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、およびグラファイトから選ばれる少なくとも１つの固体潤滑剤を含む。本発明の潤滑組成物には、金属せっけんやウレア化合物といった一般的な増ちょう剤が含まれておらず、耐熱性の高い固体潤滑剤を増ちょう剤として所定量配合することでペースト状またはグリース状組成物が得られる。
本発明に用いるフッ素油は、耐熱性に極めて優れるものであり、該フッ素油の動粘度は、４０℃において７００ｍｍ２／ｓ以上である。この動粘度は、好ましくは８００ｍｍ２／ｓ以上であり、より好ましくは１０００ｍｍ２／ｓ以上である。撹拌トルクが増大することから、動粘度の上限は１５００ｍｍ２／ｓ以下である。
基油としてのフッ素油は、潤滑組成物全体に対して５０〜９０質量％含まれることが好ましく、７０〜９０質量％含まれることがより好ましく、７０〜８０質量％含まれることがさらに好ましい。
本発明に用いる固体潤滑剤は、潤滑組成物全体に対して１０〜４０質量％含まれることが好ましく、２０〜３０質量％含まれることがより好ましい。固体潤滑剤の含有量を１０質量％以上とすることで、フッ素油が蒸発した後も摺動面にまんべんなく固体潤滑剤が存在しやすくなり、潤滑機能を維持しやすい。一方、固体潤滑剤の含有量を４０質量％以下とすることで、均一分散性が確保され、良好な潤滑機能を発揮しやすくなる。
二硫化モリブデンは、グリースなどの固体潤滑剤として広く用いられている。二硫化モリブデンは、層状格子構造を有し、すべり運動により薄層状に容易にせん断して、摩擦抵抗を低下させることが知られている。二硫化モリブデンとしては、粉末状のものを用いることができる。
窒化ホウ素は、高い熱伝導度、高い機械的安定性、化学的安定性を有する。窒化ホウ素としては、特に限定されないが、例えば六方晶窒化ホウ素を用いることができる。六方晶窒化ホウ素の平均粒径は、特に限定されないが、例えば１〜５０μｍである。なお、平均粒径はレーザー回析・散乱法で測定される値である。
グラファイトは、固体潤滑剤として優れた特性を有することは周知である。黒鉛は、天然黒鉛と人造黒鉛に大別されるが、いずれも使用できる。また、形状としては、鱗片状、粒状、球状などがあるが、いずれも使用できる。
黒鉛としては、固定炭素９７．５％以上の黒鉛の使用が好ましく、さらには、固定炭素９８．５％以上の人造黒鉛が好ましい。このような黒鉛は、フッ素油とのなじみ性が高く、表面の一部にフッ素油が付着していなくても黒鉛中に微量に含浸されたフッ素油によって潤滑性が維持される。
本発明に用いる固体潤滑剤は、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、グラファイトのうち、単独でも複数を組み合わせて用いてもよい。これら固体潤滑剤の中でも、後述の実施例で示すように、より長寿命化が図れる二硫化モリブデンを用いることが好ましい。二硫化モリブデンは、他の固体潤滑剤に比べ、摺動面に形成される被膜が維持されやすいと考えられる。
本発明の潤滑組成物は、フッ素油と、所定の固体潤滑剤を必須成分とするが、これら以外に、本発明の目的を損なわない範囲でさらに他の添加剤を配合してもよい。例えば、有機亜鉛化合物、有機モリブデン化合物などの極圧剤、アミン系、フェノール系、イオウ系化合物などの酸化防止剤、イオウ系、リン系化合物などの摩耗防止剤、多価アルコールエステルなどの防錆剤、エステル、アルコールなどの油性剤などが挙げられる。ただし、本発明の潤滑組成物として、好ましくは、所定の固体潤滑剤以外の残部がフッ素油からなるものである。
潤滑組成物の混和ちょう度（ＪＩＳ Ｋ ２２２０）は、２００〜３５０の範囲にあることが好ましい。ちょう度が２００未満である場合は、潤滑不良となるおそれがある。一方、ちょう度が３５０をこえる場合は、潤滑組成物が軟質で軸受外に流出しやすくなり好ましくない。
以上を考慮して、本発明の潤滑組成物のより好ましい形態は、４０℃における動粘度が７００ｍｍ２／ｓ以上のフッ素油と、固体潤滑剤である二硫化モリブデンのみで構成され、該二硫化モリブデンが潤滑組成物全体に対して２０〜３０質量％含まれる組成物である。さらに好ましくは、フッ素油の４０℃における動粘度が１０００ｍｍ２／ｓ以上である組成物である。
本発明の転がり軸受が使用されるフィルム延伸装置の一例を図３および図４に示す。図３はフィルム延伸装置の斜視図であり、図４は図３の横延伸装置のガイドレールを示す図である。図３および図４に示すようにフィルム延伸装置は、樹脂を溶融混練する押出機９と、溶融混練した樹脂を原反シートに賦形して押し出すダイヘッド（Ｔダイ）１０と、原反シートを縦方向に延伸する縦延伸機１１と、縦方向に延伸されたシートをシート幅方向に延伸する横延伸装置１３と、縦、横方向に二軸延伸されたフィルムを引き巻き取る引巻取機１４とから構成される。横延伸装置１３は、一対の周回するガイドレール１２と、該ガイドレール１２上を一定の間隔をあけて周回する複数のテンタークリップ１５と、シートを加熱する手段とを有する。
図４に示すように、縦延伸されたシートは横延伸装置１３において、複数のテンタークリップ１５に両端を連続的に挟まれた状態で、熱処理されながら、ガイドレール１２の拡幅部１２ａ、１２ｂに沿ってシートの幅方向に延伸され、縦、横両方向に延伸された二軸延伸フィルムとなる。延伸された二軸延伸フィルムは、引巻取機１４にて巻き取られる。
テンタークリップ１５に用いられる本発明の転がり軸受は、加熱処理を行なう横延伸装置１３内において、高温条件に曝される。ここで、テンタークリップの一例の断面図を図１に示す。図１に示すようにテンタークリップ１５には、シートの片端１６を把持する把持部１７と、テンタークリップ本体１５ａがガイドレール１２にガイドされつつ走行可能とするための複数のテンタークリップ用転がり軸受１８とが設けられている。テンタークリップ用転がり軸受１８が本発明の転がり軸受に相当する。
図１および図４に示すように、テンタークリップ１５はガイドレール１２に沿って横延伸装置１３内を周回する。縦延伸されたシートはガイドレール入口１２ｃでシートの片端１６を把持部１７で把持され、加熱処理されながらテンタークリップ１５の走行によってガイドレール拡幅部１２ａ、１２ｂで横延伸される。この縦延伸かつ横延伸されたシートが二軸延伸フィルムとなる。ガイドレール出口１２ｄにおいて、把持部１７は把持状態を解除し、テンタークリップ１５はガイドレール１２に沿って横延伸装置１３の入口に戻る。
テンタークリップ用転がり軸受１８は、横延伸装置１３内の加熱処理やテンタークリップ１５の走行補助のエステル油の噴霧にさらされる。延伸装置内での高温条件下などにおいてエステル油の酸化劣化を防止するため、エステル油にはアミン系添加剤が添加されており、軸受１８の外輪とガイドレール１２とは、このエステル油によって潤滑される。
本発明の転がり軸受の一例を図２に示す。図２は深溝玉軸受の断面図である。テンタークリップ用転がり軸受として利用される深溝玉軸受１は、外周面に内輪軌道面２ａを有する内輪２と内周面に外輪軌道面３ａを有する外輪３とが同心に配置され、内輪軌道面２ａと外輪軌道面３ａとの間に複数個の転動体４が配置される。転動体４は保持器５により保持され、少なくとも転動体４の周囲に本発明の潤滑組成物７が封入されている。シール部材６は、内輪２および外輪３の軸方向両端開口部８ａ、８ｂにそれぞれ外輪３などに固定されて設けられる。シール部材６は、潤滑組成物７の漏洩を防止するとともに、走行補助として噴霧されるエステル油の侵入や異物の混入を防止する。
本発明の転がり軸受は、深溝玉軸受の形式に限らず、種々の形式の転がり軸受に適用可能である。例として、アンギュラ玉軸受、スラスト玉軸受、円筒ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、スラスト針状ころ軸受、円すいころ軸受、スラスト円すいころ軸受、自動調心玉軸受、自動調心ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受、すべり軸受などが挙げられる。
本発明の転がり軸受は、高温条件下でも潤滑機能を長時間維持できるため、特に、高温条件下で使用される転がり軸受に適しており、例えば、フィルム延伸装置に用いられるテンタークリップ用転がり軸受などに適している。
実施例では、基油として、以下に示す基油１〜３を用いた。
・基油１：フッ素油（ケマーズ社製ＸＨＴ−１０００）；４０℃における動粘度１０２３ｍｍ２／ｓ
・基油２：ポリαオレフィン油（新日鉄住金化学社製シンフルード８０１）；４０℃における動粘度４７ｍｍ２／ｓ
・基油３：フッ素油（ケマーズ社製ＧＰＬ１０５）；４０℃における動粘度１６０ｍｍ２／ｓ
・基油１：フッ素油（ケマーズ社製ＸＨＴ−１０００）；４０℃における動粘度１０２３ｍｍ２／ｓ
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・基油３：フッ素油（ケマーズ社製ＧＰＬ１０５）；４０℃における動粘度１６０ｍｍ２／ｓ
＜熱重量測定試験＞
上記基油１〜３を用いて熱重量測定試験を実施した。試験は、大気雰囲気下、加速温度１０℃／ｍｉｎで、４０℃から５００℃まで温度を上昇させ、各基油の重量を経時的に測定した。加熱温度における基油の重量減少割合をプロットした図を図５に示す。
上記基油１〜３を用いて熱重量測定試験を実施した。試験は、大気雰囲気下、加速温度１０℃／ｍｉｎで、４０℃から５００℃まで温度を上昇させ、各基油の重量を経時的に測定した。加熱温度における基油の重量減少割合をプロットした図を図５に示す。
図５に示すように、基油２および基油３は、２５０℃付近から重量減少が始まり、４００℃付近ではほとんど蒸発したのに対して、基油１は、３５０℃付近まで重量減少が生じず、４００℃付近でも重量減少は１０％未満であった。以上より、基油１のフッ素油が最も耐熱性が高いことが分かった。
＜軸受寿命試験＞
表１に示す配合組成（質量％）で基油１、基油２、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、グラファイトをそれぞれ混合して潤滑組成物を得た。得られた各潤滑組成物を軸受（ＮＴＮ社製、ＳＥＢ６０８ＺＺ）に封入して、試験用軸受を得た。
表１に示す配合組成（質量％）で基油１、基油２、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、グラファイトをそれぞれ混合して潤滑組成物を得た。得られた各潤滑組成物を軸受（ＮＴＮ社製、ＳＥＢ６０８ＺＺ）に封入して、試験用軸受を得た。
各試験用軸受を試験機に取り付け、下記の条件で軸受寿命試験を実施した。寿命形態は焼き付きであり、寿命到達とともに急激にトルクが上昇する。この試験ではモータの過負荷で試験機が停止するまでの時間（ｈ）を寿命とした。結果を表１に示す。
試験用軸受：ＳＥＢ６０８ＺＺ
軸受寸法 ：φ８ｍｍ×φ２２ｍｍ×７ｍｍ
アキシアル荷重 ：１９６Ｎ（点接触最大面圧：１．７ＧＰａ）
回転速度（内輪）：１０００ｍｉｎ−１
温度：３５０℃
試験用軸受：ＳＥＢ６０８ＺＺ
軸受寸法 ：φ８ｍｍ×φ２２ｍｍ×７ｍｍ
アキシアル荷重 ：１９６Ｎ（点接触最大面圧：１．７ＧＰａ）
回転速度（内輪）：１０００ｍｉｎ−１
温度：３５０℃
表１に示すように、基油１である動粘度が７００ｍｍ２／ｓ以上のフッ素油と、各固体潤滑剤とを組み合わせた実施例１〜３は、該フッ素油のみ（比較例１）やＰＡＯ油のみ（比較例２）よりも、約２倍以上軸受寿命が延長した。実施例１〜３の潤滑組成物には、耐熱性に優れたフッ素油にさらに固体潤滑剤が配合されており、その固体潤滑剤が摺動面で反応膜を形成するため潤滑機能を長時間維持できた。一般的にはフッ素油と比較して、固体潤滑剤の方が耐熱性が高いため、仮にフッ素油が分解または蒸発したとしても、増ちょう剤としての固体潤滑剤が潤滑剤として機能することで軸受の長寿命化につながる。
また、実施例１〜３の中では、固体潤滑剤として二硫化モリブデンを用いた実施例１が最も長寿命となった。二硫化モリブデンよりも窒化ホウ素の方が融点が高いため、一般的には、窒化ホウ素の方が二硫化モリブデンよりも耐熱性に優れると考えられるが、表１では、二硫化モリブデンが最も良い結果となった。
本発明の潤滑組成物は、高温条件下でも潤滑機能を長時間維持でき、軸受寿命に優れるので、例えば、３００℃以上の高温条件下でも使用可能である。そのため、高温条件下で使用される転がり軸受に適しており、特に、フィルム延伸装置用のテンタークリップに用いられる転がり軸受の潤滑組成物として好適である。
１ 深溝玉軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体
５ 保持器
６ シール部材
７ 潤滑組成物
８ａ 開口部
８ｂ 開口部
９ 押出機
１０ Ｔダイ
１１ 縦延伸機
１２ ガイドレール
１３ 横延伸装置
１４ 引巻取機
１５ テンタークリップ
１５ａ テンタークリップ本体
１６ シートの片端
１７ 把持部
１８ テンタークリップ用転がり軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体
５ 保持器
６ シール部材
７ 潤滑組成物
８ａ 開口部
８ｂ 開口部
９ 押出機
１０ Ｔダイ
１１ 縦延伸機
１２ ガイドレール
１３ 横延伸装置
１４ 引巻取機
１５ テンタークリップ
１５ａ テンタークリップ本体
１６ シートの片端
１７ 把持部
１８ テンタークリップ用転がり軸受
Claims (5)
- フッ素油を主成分とし、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、およびグラファイトから選ばれる少なくとも１つの固体潤滑剤を含む潤滑組成物であって、
前記潤滑組成物は、前記固体潤滑剤を増ちょう剤として含むペースト状組成物であり、
前記フッ素油の４０℃における動粘度が７００ｍｍ２／ｓ以上であることを特徴とする潤滑組成物。 - 前記固体潤滑剤が二硫化モリブデンであることを特徴とする請求項１記載の潤滑組成物。
- 前記潤滑組成物は、該潤滑組成物全体に対して前記固体潤滑剤を１０〜３０質量％含み、該固体潤滑剤以外の残部が前記フッ素油であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の潤滑組成物。
- 前記フッ素油の４０℃における動粘度が１０００ｍｍ２／ｓ以上であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の潤滑組成物。
- 潤滑組成物を封入してなる転がり軸受であって、
前記潤滑組成物が、請求項１から請求項４までのいずれか１項記載の潤滑組成物であり、
前記転がり軸受が、フィルム延伸装置用のテンタークリップに用いられる軸受であることを特徴とする転がり軸受。
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| JP2004162909A (ja) * | 2002-10-22 | 2004-06-10 | Nok Kluber Kk | 導電性グリース封入軸受 |
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| JP2009091464A (ja) * | 2007-10-09 | 2009-04-30 | Nok Kluber Kk | 潤滑グリース組成物 |
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