JP4348996B2

JP4348996B2 - 潤滑剤およびこれを使用した転がり支持装置

Info

Publication number: JP4348996B2
Application number: JP2003136316A
Authority: JP
Inventors: 道太外尾
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: JP2004339324A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、添加剤に特徴のある潤滑剤、およびこれを使用した転がり支持装置（転がり軸受、リニアガイド、ボールねじ等）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受、リニアガイド、ボールねじ等（以下、「転がり支持装置」と総称する。）のように、転がり接触する部材を備えた軸受装置では、転がり接触する部材の接触面に高い面圧と高速滑りが発生している。転がり支持装置では、このように接触面が過酷な条件になっているため、摩耗および焼き付きを防止する目的で、極圧添加剤が添加されている潤滑剤を従来より使用している。
【０００３】
従来の極圧添加剤としては、硫黄、リン、塩素等を含む有機化合物が使用されている。また、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン（ＭｏＤＴＣ）やジアルキルジチオリン酸モリブデン（ＭｏＤＴＰ）等の有機モリブデン化合物、およびジアルキルジチオリン酸亜鉛（ＺｎＤＴＰ）等の有機亜鉛化合物も、極圧添加剤として知られている。
一方、下記の特許文献１には、極圧潤滑性が改良された有機ケイ素系潤滑油について記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２５１４３１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の極圧添加剤が添加された潤滑油および前記特許文献１に記載された有機ケイ素系潤滑油には、転がり支持装置用の潤滑剤として、添加剤の安定性と耐焼き付き性および耐摩耗性の点で更なる改善の余地がある。
本発明は、互いに対向配置される軌道溝を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道溝間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を少なくとも備え、前記第１部材、第２部材、および転動体は金属材料からなり、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動する転がり支持装置において、潤滑剤の改良により、耐摩耗性および耐焼き付き性を良好にすることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、金属への吸着性を有する官能基を備えた有機ケイ素化合物を、添加剤として含有することを特徴とする潤滑剤を提供する。
本発明の潤滑剤において、添加剤として使用可能な有機ケイ素化合物としては、変性シリコーンオイル、シランカップリング剤、アルコキシシラン、オルガノクロルシラン、オルガノシラザンが挙げられる。
【０００７】
変性シリコーンオイルは、ジメチルポリシロキサンの一部（側鎖、両末端、片末端、側鎖と両末端）のメチル基が他の有機基に置換されたものであり、反応性シリコーンオイルと非反応性シリコーンオイルとに分類される。
反応性シリコーンオイルとしては、アミノ変性、エポキシ変性、カルボキシ変性、カルビノール（アルコール）変性、メタクリル変性、メルカプト変性、およびフェノール変性のジメチルポリシロキサン等が挙げられる。ここで、「○○変性のジメチルポリシロキサン」とは、ジメチルポリシロキサンの一部のメチル基が「末端に○○基を有する有機基」に置換されたものを意味する。前記○○基（有機基の末端の官能基）が金属への吸着性を有する官能基に相当する。
【０００８】
非反応性シリコーンオイルとしては、ポリエーテル変性、メチルスチリル変性、アルキル変性、高級脂肪酸エステル変性、高級アルコキシ変性、およびフッ素変性のジメチルポリシロキサン等が挙げられる。
シランカップリング剤としては、アルコキシ基と、エポキシ基、スチリル基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、アミノ基、またはスルフィド基等とを有するシラン化合物が挙げられる。これらの基が金属への吸着性を有する官能基に相当する。
【０００９】
これらの有機ケイ素化合物のうち、特に、反応性シリコーンオイルに分類されるジメチルポリシロキサンであって、片末端または両末端のメチル基が他の有機基に置換されているものを使用することが好ましい。これが添加されている潤滑剤は、金属表面への吸着性および熱安定性に特に優れたものとなる。
本発明の潤滑剤において、前記添加剤（金属への吸着性を有する官能基を備えた有機ケイ素化合物）の含有率は潤滑剤全体の０．０１質量％以上１０．０質量％以下であることが好ましい。前記含有率が０．０１質量％未満であると、この添加剤による作用が実質的に得られない。前記含有率が１０．０質量％を超えると、潤滑剤主成分（グリースの場合は基油）による潤滑性能が阻害される場合がある。前記添加剤のより好ましい含有率は潤滑剤全体の０．１質量％以上５．０質量％以下である。
【００１０】
本発明の潤滑剤において、前記添加剤以外の成分は従来より公知の成分とすることができる。すなわち、本発明の潤滑剤は、通常の潤滑油およびグリースに前記添加剤を添加することにより得られる。
使用する基油の粘度は、低温流動性および高温での耐焼き付き性を確保するために、４０℃での動粘度で１０〜４００ｍｍ²／ｓであることが好ましい。特に好ましい基油の粘度（４０℃での動粘度）２０〜２５０ｍｍ²／ｓであり、さらに好ましい基油の粘度（４０℃での動粘度）４０〜２００ｍｍ²／ｓである。
【００１１】
通常の潤滑油およびグリースの各成分の具体例を以下に示す。また、通常使用されている各種添加剤（極圧添加剤を含む）が添加されていてもよい。
＜基油＞
鉱油と合成油が通常使用される。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油、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。
【００１２】
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オリゴマー等）、またはこれらの水素化物が挙げられる。
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。
【００１３】
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および一塩基酸の混合脂肪酸とのオリゴエステル）等が挙げられる。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。
【００１４】
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ト、トリメチロールプロパンペラルゴレート、ペンタエリストール−２−エチルヘキサノエート、ペンタエリストールペラルゴネート等が挙げられる。
【００１５】
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、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が挙げられる。
【００１６】
＜増ちょう剤＞
金属石鹸（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）、複合金属石鹸（リチウムコンプレックス、カルシウムコンプレックス、アルミニウムコンプレックス等）、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）、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が挙げられる。
【００１７】
本発明は、また、互いに対向配置される軌道溝を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道溝間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を少なくとも備え、前記第１部材、第２部材、および転動体は金属材料からなり、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動する転がり支持装置において、金属への吸着性を有する官能基を備えた有機ケイ素化合物を添加剤として含有する潤滑剤で潤滑されていることを特徴とする転がり支持装置を提供する。
【００１８】
本発明の転がり支持装置によれば、潤滑剤に含まれる添加剤の前記官能基が第１部材、第２部材、および転動体の金属表面に吸着するため、耐摩耗性および耐焼き付き性が良好になる。
本発明の転がり支持装置において、第１部材、第２部材、および転動体を形成する金属材料としては、高炭素クロム軸受鋼、浸炭鋼、中炭素合金鋼、機械構造用鋼が挙げられる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に相当する転がり軸受を示す断面図である。
この転がり軸受（転がり支持装置）１は、呼び番号「６３０６ＶＶ」の単列深みぞ玉軸受であり、内輪（第１部材）２、外輪（第２部材）３、玉（転動体）４と、ポリアミド樹脂製の冠形の保持器５と、芯金入りの非接触ゴムシール６とから構成されている。
【００２０】
内輪２の外周面には軌道溝２ａが、外輪の内周面には軌道溝３ａがそれぞれ形成されている。これらの軌道溝２ａ，３ａが対向配置され、その間に保持器５を介して玉４が転動自在に配設されている。内輪２、外輪３、および玉４としては、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）からなる素材を切削加工により所定形状とした後に、通常の熱処理を行ったものを使用した。
【００２１】
潤滑剤の構成成分として、▲１▼リチウム石鹸グリース（基油がポリαオレフィン：４０℃での動粘度が３０ｍｍ²／ｓ、増ちょう剤が１２−ヒドロキシリチウムスアレート、添加剤として２，６−ｔｅｒｔ−ジブチルフェノール、フェニル−１−ナフチルアミン、ソルビタンモノオレートを含む。）と、▲２▼信越化学工業（株）製の変性シリコーンオイル「Ｘ−２２−１７０Ｂ」（変性タイプ：片末端反応性、有機基：アルコール基）と、▲３▼信越化学工業（株）製のシランカップリング剤「ＫＢＭ−５７３」（アルコキシ基とアミノ基とを有するシラン化合物）を用意した。
【００２２】
サンプルNo. １〜５では、▲１▼に対して▲２▼を下記の表１に示す各添加率で添加した潤滑剤Ａを使用して、焼き付き寿命試験を行った。サンプルNo. ６〜９では、▲１▼に対して▲３▼を下記の表１に示す各添加率で添加した潤滑剤Ｂを使用して、焼き付き寿命試験を行った。
この試験は、「ＡＳＴＭＤ１７４１」の軸受寿命試験機に準拠した試験機を用い、以下の方法で行った。まず、各サンプル毎に▲２▼または▲３▼の有機ケイ素化合物が各添加率で添加された潤滑剤Ａ，Ｂを５ｇ、軸受に封入して試験機にかけて、温度８０℃、ラジアル荷重７００Ｎ、アキシャル荷重５００Ｎ、回転速度１００００ｍｉｎ^-1の条件で回転させた。そして、モータが過負荷により停止するか、軸受の温度が９０℃を超えた時点までの回転時間を焼き付き寿命として調べた。
【００２３】
各サンプルの焼き付き寿命（回転時間）の値から、有機ケイ素化合物を添加しなかったサンプル（No. ９）の値を「１」とした場合の相対値を算出した。その結果を下記の表１に示す。
また、「ＡＳＴＭＤ２５９６」に準拠した四球試験機による摩耗試験を、潤滑剤としてサンプルNo. １〜９の各潤滑剤を用いて行った。
この四球試験機では、先ず、３個の球（ＳＵＪ２製、直径１／２インチ（１．２７ｍｍ））を、全ての球が接触し、各球が正三角形の頂点となるように配置して固定し、これらの固定球で形成される窪みの上に、固定球と同じ球（回転球）を潤滑剤を塗布した状態で置いた。
【００２４】
次に、この回転球を、面圧：１．５ＧＰａ、滑り速度：１．５ｍ／ｓの条件で５分間回転させた。次に、試験機から球を外し、３個の固定球の摩耗面積をそれぞれ測定した。各サンプル毎にこの四球試験機を５回行い、１５個の固定球の摩耗面積の平均値を算出した。
サンプル毎の摩耗面積の平均値から、有機ケイ素化合物を添加しなかったサンプル（No. ９）の値を「１」とした場合の相対値を算出した。その結果を下記の表１に「摩耗量」として示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
この結果から分かるように、▲１▼のリチウム石鹸グリースに対して、▲２▼の変性シリコーンオイルが０．０１質量％以上１５．０質量％以下の含有率で添加された潤滑剤を用いることにより、▲１▼のリチウム石鹸グリースのみからなる潤滑剤を用いた場合よりも、焼き付き寿命を長く且つ摩耗量を少なく（耐摩耗性を良好に）することができる。特に、▲２▼の変性シリコーンオイルの添加率を０．０１質量％以上１０．０質量％以下とすることにより、▲１▼のリチウム石鹸グリースのみからなる潤滑剤を用いた場合の２倍以上の焼き付き寿命と０．８０倍以下の摩耗量が達成できる。
【００２７】
また、▲１▼のリチウム石鹸グリースに対して、▲３▼のシランカップリング剤が０．５質量％以上５．０質量％以下の含有率で添加された潤滑剤を用いることにより、▲３▼のシランカップリング剤の含有率が２０．０質量％の場合および▲１▼のリチウム石鹸グリースのみからなる潤滑剤を用いた場合よりも、焼き付き寿命を長く且つ耐摩耗性を良好にすることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の潤滑剤によれば、特定の有機ケイ素化合物を添加剤として含有することにより、耐摩耗性および耐焼き付き性が良好になる。
また、本発明の潤滑剤を用いることにより、互いに対向配置される軌道溝を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道溝間に転動自在に配設された複数個の転動体とが金属材料からなる転がり支持装置の、耐摩耗性および耐焼き付き性を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に相当する転がり軸受を示す断面図である。
【符号の説明】
１転がり軸受（転がり支持装置）
２内輪（第１部材）
３外輪（第２部材）
４玉（転動体）
５ポリアミド樹脂製の冠形保持器
６非接触ゴムシール

Claims

互いに対向配置される軌道溝を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道溝間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を少なくとも備え、前記第１部材、第２部材、および転動体は金属材料からなり、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動する転がり支持装置において、
アルコール変性のジメチルポリシロキサンからなる変性シリコーンオイル、または、アルコキシ基とアミノ基とを有するシラン化合物からなるシランカップリング剤を、０．０１質量％以上１０．０質量％以下の範囲で含有するグリース組成物で潤滑されていることを特徴とする転がり支持装置。
前記変性シリコーンオイルまたはシランカップリング剤を０．１質量％以上５．０質量％以下の範囲で含有するグリース組成物で潤滑されていることを特徴とする請求項１記載の転がり支持装置。