JP6699332B2

JP6699332B2 - 転動装置

Info

Publication number: JP6699332B2
Application number: JP2016093981A
Authority: JP
Inventors: 成志前田; 泰右丸山; 良隆永沼
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2016-05-09
Publication date: 2020-05-27
Anticipated expiration: 2036-05-09
Also published as: JP2017141951A

Description

本発明は転動装置に関し、より詳細にはそのトルクの低減を図った転動装置に関する。

冷却ファンモータや車載モータ等に使用される転がり軸受では、消費電力を抑えるために、低トルク化が強く求められている。転がり軸受の低トルク化には、オイルプレーティングを施したり、グリースの封入量を減らしたり、ちょう度が小さいグリースを用いたりすることなどが一般的である。

また、潤滑成分や添加剤等を内包したマイクロカプセルを用いることも行われている。マイクロカプセルは、軸受の負荷圏や摩擦部に送られ、これらの部分で物理的に破壊されて内包材料が放出されて潤滑に寄与する。また、破壊されなかったマイクロカプセルからは内包材料が排出されないため、余分な内包材料によるトルク上昇を招くこともない。

このようなマイクロカプセルを用いる従来技術として、本出願人も例えば特許文献１〜４において、高耐熱性の基油や増ちょう剤を内包するマイクロカプセル、各種添加剤を内包するマイクロカプセル、固体潤滑剤を内包するマイクロカプセル、潤滑油を内包するゼラチンやワックス、寒天でできたマイクロカプセルを数質量％の割合で配合したグリース組成物で潤滑することを提案している。

特開２００７−９９９４４号公報特開２００７−１７７０９７号公報特開２００８−３１２５４号公報特開２００９−２０３３２７号公報

しかしながら、特許文献１〜４では、マイクロカプセルを用いているものの、グリース組成物が主体であり、グリース組成物の撹拌抵抗、転がり粘性抵抗が大部分を占めるため、軸受トルクをそれ以上低減することはできない。むしろ、マイクロカプセルの破壊により排出された内包材料によってトルクが更に上昇する。

また、低トルク化の手段として、オイルプレーティング潤滑が採用されることがあるが、このオイルプレーティング潤滑においても更なる低トルク化が求められており、油量を減らすことも考えられている。しかし、オイルプレーティング潤滑の油量を減らすと、耐久寿命が減少して好ましくない。

そこで本発明は、マイクロカプセルによる利点を維持しながらも、更なる低トルク化を図ることを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、下記の転動装置を提供する。
（１）外方部材と、内方部材と、転動体とを備えるとともに、
潤滑剤組成物を内包したマイクロカプセルと潤滑油とを、両者の合計量に対してマイクロカプセル：潤滑油＝５０〜１００：５０〜０（質量％）の割合で含有する潤滑媒体で潤滑することを特徴とする転動装置。
（２）マイクロカプセル：潤滑油＝５０〜７０：５０〜３０（質量％）であることを特徴とする上記（１）記載の転動装置。
（３）冠型保持器を具備することを特徴とする上記（１）または（２）記載の転動装置。

本発明の転動装置では、潤滑剤組成物を内包したマイクロカプセルと潤滑油とを特定比率で含有する潤滑媒体で潤滑するため、マイクロカプセルを分散したグリース組成物に比べて大幅な低トルク化を図ることができる。また、オイルプレーティング潤滑と同等以上の程度の耐久性を有する。

本発明の転動装置の一例を示す断面図である。実施例及び比較例の軸受トルクの経時変化を示すグラフである。実施例及び比較例の耐久時間の測定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。

本発明において転動装置の種類には制限はなく、冷却ファンや車載モータ等に使用されている転がり軸受のように、低トルクが要求されている各種転動装置を対象にすることができる。例えば図１に示す玉軸受を例示することができるが、図示される玉軸受は、その外周面に内輪軌道面１ａを有する内輪１（内方部材）と、その内周面に外輪軌道面２ａを有する外輪２（外方部材）との間に、複数の玉３（転動体）を保持器４により転動自在に保持しており、外部からの異物の侵入を防止するために、内輪１と外輪２との開口部をシールド５，５で密封している。尚、保持器４としては冠型保持器が好ましい。そして、本発明では、潤滑剤組成物を内包したマイクロカプセル６と潤滑油とを特定比率で含有する潤滑媒体で潤滑する。

尚、マイクロカプセルとは、微小のカプセル内に、目的に応じた物質を芯物質として内包させたものを示す。その大きさは特に制限されていないが、数μｍ〜数千μｍのものが多く用いられる。

マイクロカプセル６に内包される潤滑剤組成物は、潤滑油のみが好ましいが、前記潤滑油を基油とし、増ちょう剤で増ちょうしたグリース組成物であってもよく、更には各種添加剤を含んでいてもよい。

潤滑油（または基油）には制限はないが、潤滑油やグリース組成物の基油として一般的に使用されているものを使用することができる。具体的には、鉱油や合成油、動植物油等を使用することができる。

鉱油としては、減圧蒸留、油剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精製、水素化精製等を、適宜組み合わせて精製したものを用いることができる。

合成油としては、炭化水素油、エステル油、エーテル油、シリコーン油、フッ素油等が挙げられる。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、１−デセンとエチレンとのコオリゴマー等のポリ−α−オレフィンまたはこれらの水素化物等が挙げられる。また、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のアルキルベンゼンや、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のアルキルナフタレン等も挙げられる。エステル油としては、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、メチルアセチルシノレート等のジエステル油、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の芳香族エステル油、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ベラルゴネート、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のポリオールエステル油、一塩基酸及び二塩基酸の混合脂肪酸と多価アルコールとのオリゴエステルであるコンプレックスエステル油等が挙げられる。エーテル油としては、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のポリグリコール、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、テトラフェニルエーテル、ペンタフェニルエーテル、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、（ジ）アルキルジフェニルチオエーテル油、（ジ）アルキルポリフェニルチオエーテル油、テトラフェニルチオエーテル油、ペンタフェニルチオエーテル等が挙げられる。その他の合成油としてはトリクレジルフォスフェート、パーフルオロアルキルエーテル等が挙げられる。

動植物油としては、牛脂、豚脂、大豆油、菜種油、米ぬか油、ヤシ油、パーム油、パーム核油等の油脂系油またはこれらの水素化物が挙げられる。

これら潤滑油は、潤滑性から、動粘度が１０〜１０００ｍｍ^２／ｓ（４０℃）であることが好ましい。動粘度が１０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）未満であると、薄い油膜しか形成できず、耐久性に劣るようになる。また、１０００ｍｍ^２／ｓ（４０℃）を超えると、少量であってもトルクが大きくなる。

増ちょう剤も上記の潤滑油をゲル状に保持できれば制限はなく、従来からグリース組成物に使用されているカルシウム石けん、アルミニウム石けん、ナトリウム石けん、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、リチウムコンプレックス石けん等の金属石けん、芳香族ウレア、脂肪族ウレア、脂環式ウレア、トリウレア、テトラウレア等のウレア化合物、ナトリウムテレフタレート、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂、有機ベントナイト、シリカゲル等を使用することができる。また、その配合量にも制限は無く、グリース性状を維持できればよい。

添加剤としては、従来から用いられている、例えばフェノール系、硫黄系、ジチオリン酸亜鉛、ジチオカルバミン酸亜鉛等の酸化防止剤、スルフォン酸金属塩、エステル系、ナフテン酸金属塩、コハク酸誘導体等の防錆剤、リン系、ジチオリン酸亜鉛、有機モリブデン等の極圧剤、脂肪酸、動植物油等の油性向上剤、ベンゾトリアゾール等の金属不活性化剤等を目的に応じて適量添加することができる。

マイクロカプセルを製造する方法は特に制限されるものではなく、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挙げられる。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。

尚、マイクロカプセルの外郭材料としては、ポリウレア、ポリウレタン、ポリアミド、メラミン樹脂、炭素樹脂、アルギン酸、塩化カルシウム、ゼラチン、アラビアガム、澱粉、ワックス、セルロース、二酸化チタン、ポリエチレン、ポリメチルメタクレート等が挙げられ、内包材料や製造方法に応じて適宜選択する。また、マイクロカプセル６において、外郭材料と、上記した内包材料である潤滑剤組成物とは、質量比で、外郭材料：内包材料＝６〜１：４〜９が好ましい。

潤滑媒体は、上記マイクロカプセル６のみでもよいが、潤滑油を併用することもできる。潤滑油を併用する場合、潤滑油はマイクロカプセル６との合計量に対して５０質量％以下にする。即ち、マイクロカプセル６は、潤滑油との合計量に対して、５０〜１００質量％の割合である。好ましくは、マイクロカプセル６と潤滑油とを、マイクロカプセル：潤滑油＝５０〜７０：５０〜３０（質量％）とする。

また、併用する潤滑油は、相溶性から、マイクロカプセル６が内包する潤滑油と同一であることが好ましい、

潤滑媒体は、内輪１、外輪２及び玉３で形成される空間に適量を封止してもよいし、図示されるように、潤滑に必要な最小量を使用してもよい。必要最小量であっても、軸受の回転とともに、内輪軌道面１ａや外輪軌道面２ａ、玉３の転動面に、オイルプレーティングした時のように、破壊したマイクロカプセル６からの油膜が一様に形成され、オイルプレーティング潤滑と同程度の耐久性が得られる。そして、必要最小量にすることにより、トルクの大幅な低減を実現する。尚、図１では、マイクロカプセル６を点で示し、玉３の転動面等に付着している状態を示している。

また、潤滑媒体は、軸受内部に少量の防錆剤を塗布してから封入してもよいし、軸受内を洗浄、脱脂してから封入してもよい。

潤滑媒体の軸受への封入量としては、内輪１と外輪２とシールド５とで囲まれた空間体積から玉３と保持器４の体積を除いた軸受の空間容積に対して０．１〜５０％が好ましく、より好ましくは５〜４０％である。また、軸受の空間容積において、マイクロカプセル６に内包される潤滑剤組成物の封入量は０．００１〜０．１００ｇ／ｃｍ^３が好ましい。更に、軸受に封入される総油量、即ちマイクロカプセル６が内包する潤滑油または基油と、潤滑媒体において併用される潤滑油との合計量は、軸受の空間容積において０．００１〜０．３ｇ／ｃｍ^３が好ましい。

以上、本発明の実施形態を図１に示す玉軸受を例示して説明してきたが、その他にも保持器付きころ軸受や総転がり軸受、総ころ軸受等にも適用でき、転送面が単列でも複列でもよい。

以下に実施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（潤滑媒体：マイクロカプセルのみ）
界面重合法法により、下記に示すマイクロカプセルを作製した。
・外郭材料：メラミン樹脂
・内包材料：ＰＡＯ（４８ｍｍ^２／ｓ＠４０℃）
・マイクロカプセル外径：平均粒径１０μｍ
・マイクロカプセル全体に示す内包材料の割合：６０質量％

そして、単列深溝玉軸受（名番６０８：内径８ｍｍ、外径２２ｍｍ、高さ７ｍｍ、空間容積０．５６ｃｍ^３で、冠型保持器とシールドを具備）を洗浄し、防錆剤を取り除いた後、内外輪の間の一方の冠型保持器の反開口側の開口にシールドを取り付けた。その後、他方の側の開口を上に向けた状態で、軸受を回転させながら玉の上にマイクロカプセルを投下した。マイクロカプセルは、軸受の回転に伴い、玉、外輪軌道面及び内輪軌道面に均一に付着した。その後、他方の側の開口にシールドを取り付けて、試験軸受とした。マイクロカプセルの封入量は０．００７ｇ（外郭材料と内包材料との総量；軸受の空間容積に対して５．２６％）である。尚、パウダー状のマイクロカプセルを軸受の軌道面に均一に付着させるには、本実施例のように、玉の上に投下することが好ましく、保持器には開口部を持つ冠型保持器が好ましい。

実施例２（潤滑媒体：マイクロカプセルのみ）
内包材料として、ＰＡＯ（３９６ｍｍ^２／ｓ＠４０℃）を用いた以外は実施例１と同様のマイクロカプセルを作製した。そして、このマイクロカプセルを実施例１と同様の深溝玉軸受に０．００７ｇ封入（軸受の空間容積に対して５．２６％）し、試験軸受とした。

実施例３（潤滑媒体：マイクロカプセル＋潤滑油）
実施例１のマイクロカプセルと、ＰＡＯ（４８ｍｍ^２／ｓ＠４０℃）とを同量ずつ混合し、実施例１と同様の深溝玉軸受に封入して試験軸受とした。マイクロカプセルと潤滑油との封入合計量は０．０４ｇ（軸受の空間容積に対して２６．７％）である。

実施例４（潤滑媒体：マイクロカプセル＋潤滑油）
実施例１のマイクロカプセルと、ＰＡＯ（４８ｍｍ^２／ｓ＠４０℃）とを、マイクロカプセル：ＰＡＯ＝７０：３０にて混合し、実施例１と同様の深溝玉軸受に封入して試験軸受とした。マイクロカプセルと潤滑油との封入合計量は０．０２６ｇ（軸受の空間容積に対して１８．０％）である。

比較例１（潤滑媒体：オイルプレーティング）
実施例１と同種の深溝玉軸受を用い、ＰＡＯ（４８ｍｍ^２／ｓ＠４０℃）をオイルプレーティングして試験軸受とした。尚、塗布量を０．０４ｇ（軸受の空間容積に対して９．０％）とした。

尚、実施例及び比較例の潤滑媒体の諸元を表１に示す。

実施例１〜４及び比較例１の試験軸受を用いて、下記の（１）トルク特性評価と（２）耐久性評価を行った。

（１）トルク測定評価
下記条件にて試験軸受を回転させ、軸受トルクの経時変化を求めた。試験回数は３回であり、その平均値を算出した。
・内輪回転数：５０００ｍｉｎ^−１
・Ｆａ荷重：２９．４Ｎ
・温度：常温
・測定時間：３６００秒

（２）耐久性評価
下記条件にて、試験軸受がロックするまでの時間（耐久時間）を測定した。試験回数は６回であり、その平均値を算出した。
・内輪回転数：４０００ｍｉｎ^−１
・Ｆａ荷重：８８．２Ｎ
・温度：１４０℃

（１）軸受のトルクの経時変化の結果を図２に示すが、マイクロカプセル潤滑である実施例１及び実施例２、並びにマイクロカプセルと潤滑油とを併用した潤滑方式である実施例３、４は、オイルプレーティング潤滑である比較例１に比べて、トルクが安定した後に、非常に低い定常トルクであることがわかる。また、（２）耐久性評価の結果を図３に示すが、マイクロカプセル潤滑である実施例１及び実施例２、並びにマイクロカプセルと潤滑油とを併用した潤滑方式である実施例３、４は、オイルプレーティング潤滑である比較例１と同等以上の耐久性を有することがわかる。

また、実施例３、４は、実施例１、２と同等のトルクであるにもかかわらず、軸受に封入された潤滑油の総量が多くなることから、耐久寿命が延びている。このことから、マイクロカプセルと潤滑油とを併用した潤滑媒体を用いることが好ましいといえる。

実施例３と比較例１とを比較すると、軸受に封入された潤滑油の総量は実施例３の方が少ないが、実施例３の方がトルクが低く、耐久寿命も長い。トルクが低くなる理由は、軌道面で割れたマイクロカプセルから出た潤滑油が徐々に潤滑し、余分な撹拌抵抗及び転がり粘性抵抗を極限まで抑えているためであり、耐久寿命が長くなる理由は、潤滑油をマイクロカプセルに内包させることにより、潤滑油の蒸発量が抑えられることが考えられる。

実施例１と比較例１とを比較すると、実施例１は軸受に封入された潤滑油の総量及び封入量とも比較例１よりも少ないが、耐久寿命が比較例１と同等であり、比較例１よりもトルクが低くなっている。トルクが低くなる理由は、マイクロカプセルのみの潤滑であり、軌道面で割れたマイクロカプセルから出た潤滑油のみで徐々に潤滑し、余分な拌抵抗及び転がり粘性抵抗を極限まで抑えているためであり、耐久寿命が長くなる理由としては、潤滑油をマイクロカプセルに内包させることにより、潤滑油の蒸発量が抑えられることが考えられる。

このように、本発明のように、マイクロカプセル、またはマイクロカプセルと潤滑油とを併用した潤滑方式により、オイルプレーティング潤滑方式に比べて、低トルクで、耐久性にも優れる転がり軸受が提供できる。

１内輪（内方部材）
２外輪（外方部材）
３玉（転動体）
４保持器
５シールド
６マイクロカプセル

Claims

外方部材と、内方部材と、転動体とを備えるとともに、
潤滑剤組成物を内包したマイクロカプセルと潤滑油とを、両者の合計量に対してマイクロカプセル：潤滑油＝７０〜１００：３０〜０（質量％）の割合で含有し、
前記外方部材と前記内方部材との間における空間容積に対する封入量が、５．２６〜１８．０％である潤滑媒体で潤滑することを特徴とする転動装置。
前記マイクロカプセルに内包される潤滑剤組成物と前記潤滑油との合計量は、前記空間容積に対して、０．００７５〜０．０３３４（ｇ／ｃｍ ^３）であることを特徴とする請求項１に記載の転動装置。
前記潤滑媒体は、前記マイクロカプセル：前記潤滑油＝７０：３０（質量％）の割合で含有することを特徴とする請求項１または２に記載の転動装置。
冠型保持器を具備することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の転動装置。