JP6764560B2

JP6764560B2 - 転がり軸受

Info

Publication number: JP6764560B2
Application number: JP2016093287A
Authority: JP
Inventors: 津田　武志; 武志津田; 雅充畠山
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2016-05-06
Filing date: 2016-05-06
Publication date: 2020-10-07
Anticipated expiration: 2036-05-06
Also published as: JP2017200981A

Description

本発明は、グリース組成物が封入された転がり軸受に関する。

近年、軸受のグリースの特性として、省エネルギー化、高効率化のニーズに応えるため、軸受回転トルクの低減が求められている。一方、軸受回転トルクの低減とともに、耐熱性の向上および長寿命化の要求が強いため、耐熱性、長期潤滑特性に優れるウレア系グリースが主に使用されている。
ウレア系グリース組成物として、特許文献１は、例えば、基油および増ちょう剤を含むグリース組成物であって、基油が鉱油であって、増ちょう剤が、ＴＤＩとオレイルアミンおよびオクタデシルアミンの混合アミンとの反応生成物からなるジウレア化合物であるグリース組成物を開示している。

また、特許文献２は、例えば、基油、増ちょう剤およびワックスを含むグリース組成物であって、基油がＰＡＯであって、増ちょう剤が脂肪族ジウレアであって、ワックスが、ポリエチレンワックスおよびモンタンワックスの混合物であるグリース組成物を開示している。
また、特許文献３は、例えば、基油および増ちょう剤を含むグリース組成物であって、基油が、アルキル化ジフェニルエーテル、ポリオールエステルおよびコンプレックス型ポリオールエステルの混合物であり、増ちょう剤が、Ｎ−置換テレフタラミン酸ナトリウムおよび脂環式ジウレアの混合物であるグリース組成物を開示している。

特開平０３−２４３６９６号公報国際公開第２００４／０８１１５６号特開２０１１−４６８９８号公報

ところで、軸受回転トルクに影響を与える特性として、主に（１）封入されているグリースの攪拌抵抗、（２）転がり粘性抵抗、（３）玉／樹脂保持器間すべり摩擦抵抗、および（４）玉／軌道間すべり摩擦抵抗がある。グリースが半固体であることから、これらのうち、（１）攪拌抵抗の影響が大きいと考えられる。
攪拌抵抗を低減するために、玉の進行を妨げないようグリースのチャンネリング性の向上が必要である。この点、増ちょう剤（ジウレア）の炭素鎖長を短くすることでチャンネリング性の向上が見込まれるが、炭素鎖長が短すぎると逆に耐熱性が低下し、低トルクと長寿命との両立が困難となる。

そこで、本発明の目的は、耐熱性および長期潤滑特性の低下を抑制しながら、従来に比べて低トルクを実現できるグリース組成物が封入された転がり軸受を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の転がり軸受（１）は、基油と、ジウレア化合物を含む増ちょう剤と、有機系繊維を含む添加剤とを含有し、前記有機系繊維は、セルロース繊維を含む、グリース組成物（Ｇ）が封入されている（請求項１）。
本発明の転がり軸受では、前記セルロース繊維は、０．１ｍｍ〜２ｍｍの長さを有する短繊維および／または２ｍｍ〜５ｍｍの長さを有する長繊維を含んでいてもよい（請求項２）。

本発明の転がり軸受は、前記セルロース繊維として、０．１ｍｍ〜２ｍｍの長さを有する短繊維を１〜５質量％含有していてもよい（請求項３）。
本発明の転がり軸受は、前記セルロース繊維として、２ｍｍ〜５ｍｍの長さを有する長繊維を３〜１０質量％含有していてもよい（請求項４）。
本発明の転がり軸受では、前記増ちょう剤は、Ｃ１２以下の炭素鎖長を有する脂肪族ジウレアを含んでいてもよい（請求項５）。

本発明の転がり軸受では、前記基油は、合成炭化水素油を含んでいてもよい（請求項６）。

本発明の転がり軸受に封入されたグリース組成物によれば、セルロース繊維を含有することで、グリースのチャンネリング性を向上させ、軸受の回転トルクを低減することができる。また、セルロース繊維は比較的融点が高く、十分な耐熱性を有しているので、添加によってグリース組成物の潤滑寿命が低下することを抑制することもできる。

図１は、本発明の一実施形態に係る転がり軸受を示す断面図である。図２は、粘性低下エネルギーと回転トルクとの関係を示す図である。図３は、実施例および比較例の回転トルクの測定結果を示す図である。図４は、実施例および比較例における、シールへのグリースの付着量を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る転がり軸受１を示す断面図である。
転がり軸受１は、互いの間に環状の領域２を区画する一対の軌道部材としての内輪３および外輪４と、領域２に配置され内輪３および外輪４の軌道１３，１３に対して転動する複数の転動体としてのボール５と、領域２に配置され、各ボール５を保持する保持器６と、領域２に充填されたグリースＧと、外輪４に固定されて内輪３と摺接する一対の環状のシール部材７，８とを備えている。

各シール部材７，８は、環状の芯金９，９と、この芯金９，９に焼き付けられた環状のゴム体１０，１０とを有している。各シール部材７，８は、その外周部が外輪４の両端面に形成した溝部１１，１１に嵌められて固定されており、内周部が内輪３の両端面に形成した溝部１２，１２に嵌められて固定されている。
グリースＧは、両輪３，４間に一対のシール部材７，８で区画された領域２内に略一杯となるように封入されている。

次に、グリースＧを構成するグリース組成物について詳細に説明する。
本発明のグリース組成物は、基油、増ちょう剤および有機系繊維を含む添加剤を含有している。基油および増ちょう剤の配合量は、グリース組成物全量に対してそれぞれ、７５質量％〜９０質量％、１０質量％〜２５質量％であってよい。
基油としては、例えば、合成油、鉱油を使用できるが、好ましくは、合成油を使用する。合成油であれば、不純物が混入していないか、混入していても少ないため、グリース組成物の潤滑性能を向上させることができる。また、分子量や分子構造に応じて、基油の動粘度や流動点を広い範囲で選択することができる。

合成油としては、例えば、合成炭化水素油、エステル油、シリコーン油、フッ素油、フェニルエーテル油、ポリグリコール油、アルキルベンゼン油、アルキルナフタレン油、ビフェニル油、ジフェニルアルカン油、ジ(アルキルフェニル)アルカン油、ポリグリコール油、ポリフェニルエーテル油、パーフルオロポリエーテル、フッ素化ポリオレフィン等のフッ素化合物等が挙げられる。これらのうち、好ましくは、合成炭化水素油が使用される。

合成炭化水素油として、さらに具体的には、エチレン、プロピレン、ブテンおよびこれらの誘導体等を原料として製造されたα−オレフィンを、単独または２種以上混合して重合したものが挙げられる。α−オレフィンとしては、好ましくは、炭素数６〜２０のものが使用され、さらに好ましくは、１−デセンや１−ドデセンのオリゴマーであるポリ−α−オレフィン（ＰＡＯ）が使用される。

基油の動粘度（ＪＩＳＫ２２８３に準拠）は、特に制限されないが、例えば、２０ｍｍ^２／ｓ〜５０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）である。
また、基油の溶解性パラメータ（ＳＰ値）は、特に制限されないが、例えば、８（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２〜９（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２である。
増ちょう剤としては、好ましくは、ウレア系化合物が使用される。ウレア系増ちょう剤としては、例えば、ジウレア化合物、トリウレア化合物、テトラウレア化合物、ポリウレア化合物（ジウレア化合物、トリウレア化合物、テトラウレア化合物を除く）等のウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物、ジウレタン等のウレタン化合物またはこれらの混合物等が挙げられる。これらのうち、好ましくは、ジウレア化合物が使用され、さらに好ましくは、脂肪族アミンと、ジイソシアネート化合物とを反応させて得られる脂肪族ジウレア化合物が使用される。ただし、増ちょう剤は、脂肪族ジウレアに限らず、芳香族ジウレア、脂環式ジウレアおよびこれらの組み合わせからなっていてもよい。

脂肪族アミンとしては、例えば、炭素鎖長がＣ１２以下であるものが挙げられる。例えば、ヘキシルアミン（Ｃ６）、ヘプチルアミン（Ｃ７）、オクチルアミン（Ｃ８）、ノニルアミン（Ｃ９）、デシルアミン（Ｃ１０）、ウンデシルアミン（Ｃ１１）、ドデシルアミン（別名：ラウリルアミンＣ１２）等が挙げられる。脂肪族アミンとして好ましくは、炭素鎖長がＣ８以上であるものが挙げられる。ジウレア化合物を構成する脂肪族アミンの炭素鎖長がＣ８以上であれば、増ちょう剤の耐熱性を比較的高く保つことができる。

ジイソシアネート化合物としては、例えば、脂肪族ジイソシアネート、脂環式ジイソシアネート、芳香族ジイソシアネート等が挙げられる。脂肪族ジイソシアネートとしては、例えば、飽和および／または不飽和の直鎖状、または分岐鎖の炭化水素基を有するジイソシアネートが挙げられ、具体的には、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネート（ＨＤＩ）等が挙げられる。また、脂環式ジイソシアネートとしては、例えば、シクロヘキシルジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等が挙げられる。また、芳香族ジイソシアネートとしては、例えば、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）等が挙げられる。これらのうち、好ましくは、芳香族ジイソシアネートが使用され、さらに好ましくは、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）が使用される。すなわち、増ちょう剤として好ましくは、脂肪族アミン（炭素鎖長がＣ８〜Ｃ１２）と芳香族ジイソシアネート（とりわけ、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ））との組み合わせからなる脂肪族ジウレアが使用される。

そして、アミンとジイソシアネート化合物は、種々の方法と条件下で反応させることができる。増ちょう剤の均一分散性が高いジウレア化合物が得られることから、基油中で反応させることが好ましい。また、反応は、アミンを溶解した基油中に、ジイソシアネート化合物を溶解した基油を添加して行ってもよいし、ジイソシアネート化合物を溶解した基油中に、アミンを溶解した基油を添加して行ってもよい。これらの反応における温度および時間は、特に制限されず、通常のこの種の反応と同様でよい。反応温度は、アミンおよびジイソシアネートの溶解性、揮発性の点から、６０℃〜１７０℃が好ましい。反応時間は、アミンとジイソシアネートの反応を完結させるという点と製造時間短縮による効率化の点から０．５〜２．０時間が好ましい。

増ちょう剤の平均粒子径は、例えば、１０μｍ以下、好ましくは、５μｍ〜８μｍであってよい。増ちょう剤の平均粒子径は、例えば、レーザ回折法、動的光散乱法、画像イメージング法、重力沈降法等の公知の測定方法によって測定してもよい。
また、増ちょう剤の溶解性パラメータ（ＳＰ値）は、特に制限されないが、例えば、９．５（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２〜１０．５（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２である。基油の溶解性パラメータと増ちょう剤の溶解性パラメータとの差は、好ましくは、１．３（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２〜１．７（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２である。

有機系繊維は、セルロース繊維を含む。セルロース繊維は、例えば、木材の幹の樹皮を原料として精製された木材パルプ繊維のことであり、短繊維および長繊維のいずれであってもよく、これらの両方がグリース組成物に含有されていてもよい。
短繊維は、広葉樹（Ｌ材）を原料として得られるものであり、例えば、ブナ科、カバノキ科、カエデ科、ヤナギ科、フトモモ科のユーカリ等由来のものが挙げられる。短繊維は、例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍの長さを有している。また、短繊維の幅（繊維径）は、例えば、１０μｍ〜３０μｍであってもよい。

一方、長繊維は、針葉樹（Ｎ材）を原料として得られるものであり、例えば、モミ科、マツ科等由来のものが挙げられる。長繊維は、例えば、２ｍｍ〜５ｍｍの長さを有している。また、長繊維の幅（繊維径）は、例えば、４０μｍ〜６０μｍであってもよい。
また、セルロース繊維の配合量は、例えば、短繊維の場合には１〜５質量％であることが好ましく、長繊維の場合には３〜１０質量％であることが好ましい。上記の範囲でセルロース繊維を配合することによって、軸受の回転トルクを良好に低減することができる。例えば、１０ｍＮ・ｍ以下に低減することができる。

また、セルロース繊維の溶解性パラメータ（ＳＰ値）は、特に制限されないが、例えば、１５（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２〜１６（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２である。基油の溶解性パラメータとセルロース繊維の溶解性パラメータとの差は、好ましくは、６．５（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２〜７．５（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２である。
また、本発明のグリース組成物は、その他の添加剤として、例えば、極圧剤、油性剤、防錆剤、酸化防止剤、耐摩耗剤、染料、色相安定剤、増粘剤、構造安定剤、金属不活性剤、粘度指数向上剤等を含有していてもよい。

そして、本発明のグリース組成物を製造するには、例えば、まず基油、増ちょう剤およびセルロース繊維を混合して攪拌する。次に、当該混合物をロールミル等に通すことによってロール処理（ロール掛け）する。以上の工程を経て、上記のグリース組成物を得ることができる。
この実施形態によれば、転がり軸受１に封入されたグリースＧがセルロース繊維を含有することで、グリースＧのチャンネリング性を向上させ、転がり軸受１の回転トルクを低減することができる。より具体的には、増ちょう剤よりも大きな有機系繊維（セルロース繊維）を含有しているので、シール部材７，８など、ボール５や保持器６の運動を阻害しない場所に増ちょう剤を強固に留めることができる。その結果、グリースＧのチャンネリング性を向上させることができる。

また、有機系繊維であるため、熱とせん断が加わったときに、有機系繊維の隙間から適度に基油を軌道１３，１３に供給することができる。そのため、潤滑性を良好に維持することもできる。
また、有機系繊維は増ちょう剤粒子に比べて十分大きいため、ボール５と軌道１３，１３との間に流入することが少ない。そのため、ボール５が有機系繊維に乗り上がって上下動し、その振動によって軸受の音響値が増加することを抑制することができる。たとえボール５が有機系繊維に乗り上がっても、有機系繊維は軟らかいので、音響値が著しく増加することもない。以上の結果、上記グリースＧを用いれば、転がり軸受１の静音性を確保することもできる。

また、セルロース繊維は比較的融点が高く、十分な耐熱性を有しているので、添加によってグリースＧの潤滑寿命が低下することを抑制することもできる。
なお、本発明は、上記の実施形態に制限されることなく、他の実施形態で実施することもできる。
例えば、上記の実施形態では、（複列）玉軸受によって構成された転がり軸受１にグリース（Ｇ）が封入された例を説明したが、本発明のグリース組成物からなるグリースが封入される軸受は、転動体として玉以外のものが使用された針軸受、ころ軸受等、他の転がり軸受であってもよい。

また、本発明の転がり軸受は、自動車用途以外の用途にも好適である。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって制限されるものではない。
１．ベースグリースの選定
まず、実施例および比較例を行うにあたり、比較的低い回転トルクを発現できるグリースを選定した。具体的には、下記表１に示す配合割合で、基油および増ちょう剤を配合してロール処理することによって、試験用グリース組成物Ｕ１〜Ｕ４を調製した。

次に、得られた試験用グリース組成物のチキソトロピー性の評価手法として、ヒステリシスループを基にした評価を行った。ヒステリシスループ測定は、せん断速度を０から９０００ｓ^−１まで直線的に増加させると、シアシニングを伴う増速流動曲線が得られる。この高せん断速度でグリースの網目構造が破壊されていくため、せん断応力は低下していく。さらに、せん断速度を０まで直線的に減少させると、減速流動曲線が得られる。これら増速流動曲線と減速流動曲線とによって囲まれた面積が、増ちょう剤を破壊するのに使われたエネルギーに相当するため、この「粘性低下エネルギー」を用いてグリースのチキソトロピー性を評価した。測定条件を下記表２に示す。

上記のチキソトロピー性の評価によって得られた各グリースＵ１〜Ｕ４の粘性低下エネルギーは、下記表３の通りとなった。

また、各グリースＵ１〜Ｕ４の軸受回転トルクを、下記表４の条件に従って測定した。

以上の測定によって得られた各グリースＵ１〜Ｕ４の粘性低下エネルギーと軸受回転トルクとの関係を図２に示す。
図２から、粘性低下エネルギーが大きいほど、すなわちチキソトロピー性が優れるグリースほど、回転トルクが低い傾向であることを確認できた。そこで、回転トルクが最も低いグリースＵ１を、下記実施例および比較例に使用するベースグリースとして選定した。
２．実施例１〜９および比較例１
＜グリースの配合＞
各実施例および各比較例について表５および表６に示す配合割合で、基油、増ちょう剤および添加剤（セルロース繊維）を配合してロール処理することによって、試験用グリース組成物を調製した。得られた試験用グリース組成物に対して、次に示す評価を行った。評価結果を表５、表６、図３および図４に示す。

＜評価＞
（I）軸受回転トルク（ｍＮ・ｍ）
上記表４の条件に従って、各実施例および各比較例の軸受回転トルクを測定した。
（II）シール部材へのグリース付着量（ｍｇ）
上記軸受回転トルクの測定後、測定に供した転がり軸受を分解し、そのシール部材に付着しているグリース組成物の重さを測定した。
（III）軸受音響（振動加速度：ＶＧ）
軸受音響値は、軸受振動加速度によって評価した。具体的には、グリースを軸受（６２０２２ＲＵ）に空間容積比で３５％になるように封入した。そして、内輪を１８００ｍｉｎ^−１で回転させたときの外輪のラジアル方向への振動加速度を、圧電式加速度センサーで測定した（測定時間１ｍｉｎ）。
（IV）軸受寿命試験
下記表７の条件に従って、軸受寿命試験を行った。

（V）考察
表５、表６および図３から明らかなように、実施例１〜９では、回転トルクが５〜１２ｍＮ・ｍの範囲にあり、回転トルクが１４ｍＮ・ｍである比較例１に比べて低減されていた。とりわけ、短繊維（繊維Ａ）が１〜５質量％の割合で配合された実施例１〜３、および長繊維（繊維Ｂ）が３〜１０質量％の割合で配合された実施例７〜９において、より低い回転トルクを実現できた。

また、表５、表６および図４から明らかなように、実施例１〜９では比較例１に比べて、グリースが、転がり軸受のボールや保持器の運動を阻害し難いシール部材の内壁に多く付着していた。つまり、実施例１〜９では、グリースのチャンネリング性が向上した結果、シール部材の内壁に相対的に多く付着していた。
また、表５および表６から、セルロース繊維の添加によって実施例１〜９の軸受音響の特性が比較例１に比べて若干低下したが、実用上問題となるレベルではないことが確認できた。

さらに、軸受寿命試験については、代表例として実施例３のみ行ったが、表５に示すように、著しい潤滑寿命の低下は見受けられなかった。

１…転がり軸受、Ｇ…グリース

Claims

基油と、
ジウレア化合物を含む増ちょう剤と、
有機系繊維を含む添加剤とを含有し、
前記有機系繊維は、セルロース繊維を含む、グリース組成物が封入された、転がり軸受。
前記セルロース繊維は、０．１ｍｍ〜２ｍｍの長さを有する短繊維および／または２ｍｍ〜５ｍｍの長さを有する長繊維を含む、請求項１に記載の転がり軸受。
前記セルロース繊維として、０．１ｍｍ〜２ｍｍの長さを有する短繊維を１〜５質量％含有している、請求項１に記載の転がり軸受。
前記セルロース繊維として、２ｍｍ〜５ｍｍの長さを有する長繊維を３〜１０質量％含有している、請求項１に記載の転がり軸受。
前記増ちょう剤は、Ｃ１２以下の炭素鎖長を有する脂肪族ジウレアを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の転がり軸受。
前記基油は、合成炭化水素油を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の転がり軸受。