JP7028476B2 - 固形潤滑剤及び転がり軸受 - Google Patents

Description

この発明は、軸受の潤滑に供される固形潤滑剤並びにこれが組み込まれた転がり軸受に関するものである。

転がり軸受の摩擦・摩耗の低減、疲れ寿命の延長並びに冷却を目的として一般にグリース等の潤滑剤が使用される。潤滑剤としてのグリースは、定期的な再給脂が必要であるうえ、運転中に飛散しやすく、周辺を汚損するおそれがある。そのため、従来、グリースに超高分子量ポリオレフィンが混合され、熱処理により成形される固形潤滑剤が提供されている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。この固形潤滑剤は、潤滑機能を奏する基油が徐々にしみ出すように構成されており、これにより、運転中の基油の飛散がある程度抑制されると共に、一定の寿命が確保されている。

特開２０１９－１５７０８２号公報 特開２０１９－４４０４５号公報

しかしながら、転がり軸受の使用環境によっては、運転時の発熱が原因となって、固形潤滑剤が一定温度に達すると基油が多量にしみ出して飛散する場合がある。この不具合を避けるために、転がり軸受の性能、すなわち使用環境温度や許容回転数が制限を受けることがあった。

本発明はかかる背景のもとになされたものであって、その目的は、使用環境温度に起因する基油漏れを防ぎ、安定した潤滑を実現する安価な固形潤滑剤を提供することである。

(1) 本発明に係る固形潤滑剤は、基油に増ちょう剤が添加されたグリースと、超高分子量ポリエチレンと、低密度ポリエチレンとを含む。この低密度ポリエチレンのＭＦＲ値は１．５ｇ／１０ｍｉｎ以上７５ｇ／１０ｍｉｎ以下であり、当該低密度ポリエチレンの含有量は、７重量％以上１０重量％以下である。

本明細書において、超高分子量ポリエチレンとは、分子量が１００万以上であるポリエチレンをいう。低密度ポリエチレンとは、物性値としての密度が約９３０ｋｇ／ｍ^３ 未満であるポリエチレンをいう。低密度ポリエチレンの含有量が４重量％以上１１重量％以下に設定されることにより、この固形潤滑剤が軸受用として使用された場合、運転中の十分な潤滑が維持されつつ基油の漏れが確実に防止される。

(2) 本発明に係る固形潤滑剤は、基油に増ちょう剤が添加されたグリースと、超高分子量ポリエチレンと、低密度ポリエチレンとを含む。この低密度ポリエチレンのＭＦＲ(melt flow rate)値は２０ｇ／１０ｍｉｎ以上７５ｇ／１０ｍｉｎ以下であり、当該低密度ポリエチレンの含有量は、４重量％以上１１重量％以下である。

(3) 上記低密度ポリエチレンのＭＦＲ値は１．５ｇ／１０ｍｉｎ以上７ｇ／１０ｍｉｎ以下であるのが好ましい。

(4) 上記低密度ポリエチレンの密度は、９１０ｋｇ／ｍ^３ 以上９２０ｋｇ／ｍ^３ 以下であってもよい。

(5) 上記低密度ポリエチレンの密度は、９１０ｋｇ／ｍ ^３ 以上９２０ｋｇ／ｍ ^３ 以下であり、上記低密度ポリエチレンの含有量は、７重量％以上１０重量％以下であるのが好ましい。

(6) 上記固形潤滑剤が封入された転がり軸受が提供され得る。

この発明に係る固形潤滑剤が軸受に使用されたとき、基油漏れが防止されつつ安定した潤滑も実現される。しかも、かかる効果は、低密度ポリエチレンの含有量が調整されることにより達成されるので、軸受がコスト安価に提供される。

図１は、本発明の一実施形態に係るニードルベアリング１０の横断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るニードルベアリング１０の縦断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態が、適宜図面が参照されつつ説明される。なお、本実施の形態は、本発明に係る転がり軸受の一態様にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で実施態様が変更されてもよいことは言うまでもない。

図１及び図２は、本発明の一実施形態に係るニードルベアリング１０の横断面図及び縦断面図である。ニードルベアリング１０は、特許請求の範囲に記載された「転がり軸受」に相当する。

[ニードルベアリング１０の概略構成]

このニードルベアリング１０は、外輪１１と、保持器１２と、複数のニードル１３と、固形潤滑剤１４とを備える。本実施形態に係るニードルベアリング１０の特徴とするところは、後に詳述される固形潤滑剤の組成である。外輪１１、保持器１２及びニードル１３は、既知の構造である。

外輪１１は、たとえば高炭素クロム軸受鋼からなり、扁平な円筒状を呈する。もっとも、外輪１１を構成する材料は、特に限定されるものではなく、ステンレス鋼その他の金属材料も採用され得る。本明細書では、外輪１１の中心軸に沿う方向が「軸方向」と定義され、中心軸周りの方向が「周方向」と定義され、以下、そのように記載される。

保持器１２は、たとえば鋼板からなる。もっとも、保持器１２を構成する材料は、鋼板に代えて、ポリアセタール、ポリアミド、フッ素樹脂等も採用され、その場合、一般にガラス繊維や炭素繊維で強化される。保持器１２は、外輪１１よりも直径が小さい扁平な円筒状を呈し、外輪１１の内側に当該外輪１１と同軸上に配置される。保持器１２は複数の保持部２２を備えている。各保持部２２は、周方向に沿って等間隔で配置されており、各保持部２２にニードル１３が収容保持される。ニードル１３の内側に不図示の回転軸が挿通される。

保持器１２を包むように固形潤滑剤１４が配置されている。換言すれば、固形潤滑剤１４に保持器１２が埋設されており、両者が外輪１１の内側に嵌め込まれた状態となっている。この状態で、各ニードル１３の周面の一部が露出しており、このニードル１３に支持されるように上記回転軸が配置されるようになっている

ニードル１３は、たとえば高炭素クロム軸受鋼からなり、円柱状を呈する。前述のように、保持器１２の各保持部２２にそれぞれニードル１３が配置されている。すなわち、複数のニードル１３は、周方向において等間隔で互いに離間して配置されており、本実施形態では、１０本のニードル１３が保持器１２に保持されている。

［固形潤滑剤］

固形潤滑剤１４は、保持器１２と共に外輪１１の内側に嵌め込まれている。すなわち、固形潤滑剤１４は、周方向において保持器１２の全周に亘って存在しており、保持器１２に保持された全てのニードル１３と接触している。固形潤滑剤１４に含まれる基油は、各ニードル１３にそれぞれ付着する。ニードル１３に付着した基油は、保持器１２とニードル１３との間に生じる摩擦、及びニードル１３と上記回転軸との間に生じる摩擦を低減する。

固形潤滑剤１４は、グリースと樹脂成分との混合物であり、これが焼成され固形化された潤滑剤である。グリースは、既知の成分からなり、基油に増ちょう剤を添加して生成されている。

基油は、たとえば、鉱油、エステル系あるいはエーテル系の合成油のほか、合成炭化水素油、シリコン油、フッ素油その他の合成油、並びにこれらの混合油などである。

増ちょう剤としては、たとえば、金属石けん及び複合金属石けんなどの石けん系の増ちょう剤や、ベントン、シリカゲル、及びウレア化合物などの非石けん系の増ちょう剤などである。増ちょう剤は、基油を半固形状にする。

グリースを固形化する樹脂成分として、超高分子量ポリエチレンが採用されている。前述のように、超高分子量ポリエチレンとは、分子量が１００万以上のポリエチレンを意味する。

本実施形態では、固形潤滑剤１４に低密度ポリエチレンが添加されている。低密度ポリエチレンは、固形潤滑剤１４からの基油の染み出しを抑制する染み出し抑制剤として機能する。詳しく説明すると、転がり軸受１０の良好な潤滑のために、基油が固形潤滑剤１４から染み出す必要がある。しかし、固形潤滑剤１４からの基油の染み出し量が多すぎると、回転するニードル１３及び上記回転軸によって、ニードル１３に付着した基油が保持器１２から漏れ出したり、飛散したりするおそれがある。その結果、固形潤滑剤１４からの基油の染み出し期間が短くなり、いわゆる固形潤滑剤１４の寿命が短くなる。そのため、固形潤滑剤１４からの基油の染み出しを抑制する染み出し抑制剤として、低密度ポリエチレンが採用されている。本明細書において、低密度ポリエチレンとは、密度が約９１０ｋｇ／ｍ^３ 以上約９３０ｋｇ／ｍ^３ 未満であるポリエチレンを意味する。

低密度ポリエチレンの添加量が少なすぎる場合や、あるいは添加される低密度ポリエチレンの種類によっては、固形潤滑剤１４からの基油の染み出し量が十分に抑制されず、基油の漏れや飛散が生じる。一方、低密度ポリエチレンの添加量が多すぎる場合や、あるいは添加する低密度ポリエチレンの種類によって、固形潤滑剤１４からの基油の染み出し量が少なくなり過ぎたり、固形潤滑剤１４が硬くなり過ぎたりして、十分な潤滑機能が奏されない場合がある。さらに、低密度ポリエチレンの添加量が多くなれば、ニードルベアリング１０の製造コストが増大する。

本実施形態では、低密度ポリエチレンの含有量は、固形潤滑剤１４の４重量％以上１１重量％以下の範囲内である。これにより、固形潤滑剤１４から染み出した基油が漏れたり飛散したりせず、しかも、ニードル１３や上記回転軸の回転に支障を生じさせないために十分な量の基油が、環境温度に拘わらず固形潤滑剤１４から染み出す。つまり、上記固形潤滑剤１４が封入されたニードルベアリング１０は、基油が漏れ出たり飛散したりせず、かつ環境温度に拘わらず良好な潤滑状態で上記回転軸を支持する。

固形潤滑剤１４から染み出す基油の量をさらに適切なものにするため、低密度ポリエチレンの密度がより適切な範囲に設定され得る。低密度ポリエチレンのより適切な密度の範囲は、９１０ｋｇ／ｍ^３ 以上９２０ｋｇ／ｍ^３ 以下である。すなわち、低密度ポリエチレンの密度をもって、固形潤滑剤１４に添加される低密度ポリエチレンの種類が特定される。

また、低密度ポリエチレンのＭＦＲ (melt flow rate:JIS K 7210-1 )をもって、固形潤滑剤１４に添加される低密度ポリエチレンの種類が特定されてもよい。固形潤滑剤１４に添加される低密度ポリエチレンのＭＦＲが２０ｇ／１０ｍｉｎ以上７５ｇ／１０ｍｉｎ以下の場合、低密度ポリエチレンの添加量は、４重量％以上１１重量％以下であるのが好ましい。固形潤滑剤１４に添加される低密度ポリエチレンのＭＦＲが１．５ｇ／１０ｍｉｎ以上７ｇ／１０ｍｉｎ以下である場合、低密度ポリエチレンの添加量は、７重量％以上１０重量％以下であるのが好ましい。

[実施例]

以下、低密度ポリエチレンの種類を変えた場合における基油の漏れを目視で確認した試験結果について説明する。

試験条件は次のとおりである。ニードルベアリング１０の型番は「ＮＫ３０／２０」が採用される。型番「ＮＫ３０／２０」のニードルベアリング１０は、直径が３０ｍｍの回転軸（供試軸）に用いられるニードルベアリングである。供試軸の回転数は「１２００ｒｐｍ」、試験時間（運転時間）は「２１時間」、供試軸への負荷荷重は「５．５ｋＮ」である。

表１は、低密度ポリエチレンのＭＦＲが「１．５」、低密度ポリエチレンの重量％を変更した試験結果を示す。

表２は、低密度ポリエチレンのＭＦＲが「７」、低密度ポリエチレンの重量％を変更した試験結果を示す。

表３は、低密度ポリエチレンのＭＦＲが「２０」、低密度ポリエチレンの重量％を変更した試験結果を示す。

表４は、低密度ポリエチレンのＭＦＲが「７５」、低密度ポリエチレンの重量％を変更した試験結果を示す。

表１から表４が示すように、低密度ポリエチレンのＭＦＲが、２０ｇ／１０ｍｉｎ以上７５ｇ／１０ｍｉｎ以下の範囲内であって、且つ低密度ポリエチレンの添加量が４重量％以上１１重量％以下である場合には、基油が漏れたり飛散したりすることなく良好に上記回転軸が回転することが確認された。また、低密度ポリエチレンのＭＦＲが１．５ｇ／１０ｍｉｎ以上７ｇ／１０ｍｉｎ以下の範囲内であって、且つ低密度ポリエチレンの添加量が７重量％以上１０重量％以下である場合には、基油が漏れたり飛散したりすることなく良好に上記回転軸が回転することが確認された。

ここで、低密度ポリエチレンのＭＦＲ及び密度について説明する。本実施例では、ＭＦＲが１．５である低密度ポリエチレンの密度は、９１０ｋｇ／ｍ^３ であり、ＭＦＲが７５である低密度ポリエチレンの密度は、９２０ｋｇ／ｍ^３ である。すなわち、低密度ポリエチレンの密度が９１０ｋｇ／ｍ^３ 以上９２０ｋｇ／ｍ^３ 以下の範囲内であり、且つ低密度ポリエチレンの添加量が７重量％以上１０重量％以下である場合には、基油が漏れたり飛散したりすることなく良好に上記回転軸が回転することが確認された。

なお、本実施例では、低密度ポリエチレンとして、住友精化株式会社の「フローセン（登録商標）が使用されている。また、超高分子量ポリエチレンとして、三井化学株式会社の「ミペロン」（登録商標）が使用されている。以下の表５から表８が示す試験結果についても同様である。

表５から表８は、表１から表４に示される試験の対比試験の結果である。すなわち、表５から表８は、ニードルベアリング１０の種類並びに上記供試軸の回転数及び負荷荷重を変更して、同様の試験を行った場合の結果を示している。

試験条件は次のとおりである。ニードルベアリング１０の型番は「ＮＫ１２／１２」が採用される。型番「ＮＫ１２／１２」のニードルベアリング１０は、直径が１２ｍｍの供試軸に用いられるニードルベアリングである。供試軸の回転数は「２５００ｒｐｍ」、試験時間（運転時間）は「２１時間」、供試軸への負荷荷重は「０．５ｋＮ」である。

表５は、低密度ポリエチレンのＭＦＲが「１．５」、低密度ポリエチレンの重量％を変更した試験結果を示す。

表６は、低密度ポリエチレンのＭＦＲが「７」、低密度ポリエチレンの重量％を変更した試験結果を示す。

表７は、低密度ポリエチレンのＭＦＲが「２０」、低密度ポリエチレンの重量％を変更した試験結果を示す。

表８は、低密度ポリエチレンのＭＦＲが「７５」、低密度ポリエチレンの重量％を変更した試験結果を示す。

表５から表８が示すように、低密度ポリエチレンのＭＦＲが、２０ｇ／１０ｍｉｎ以上７５ｇ／１０ｍｉｎの範囲内であって、且つ低密度ポリエチレンの添加量が４重量％以上１１重量％以下である場合には、基油が漏れたり飛散したりすることなく良好に上記回転軸が回転することが確認された。また、低密度ポリエチレンのＭＦＲが１．５ｇ／１０ｍｉｎ以上７ｇ／１０ｍｉｎ以下の範囲内であって、且つ低密度ポリエチレンの添加量が７重量％以上１０重量％以下である場合には、基油が漏れたり飛散したりすることなく良好に上記回転軸が回転することが確認された。

また、低密度ポリエチレンの密度が９１０ｋｇ／ｍ^３ 以上９２０ｋｇ／ｍ^３ 以下の範囲内であって、低密度ポリエチレンの添加量が７重量％以上１０重量％以下である場合、基油が漏れたり飛散したりすることなく良好に上記回転軸が回転することが確認された。

表１から表８が示す試験結果から、直径が８ｍｍの上記回転軸を支持するニードルベアリング１０であっても、直径が３０ｍｍの上記回転軸を支持するニードルベアリング１０であっても、低密度ポリエチレンを適切に添加することにより、基油が漏れたり飛散したりすることなく良好に上記回転軸が回転することが確認された。

[実施形態の作用効果]

固形潤滑剤１４に添加される低密度ポリエチレンが４重量％以上１１重量％以下の範囲内とされることにより、上記回転軸の直径に拘わりなく、運転中の十分な潤滑が維持されつつ基油の漏れや飛散が防止される。基油の漏れや飛散が防止されるので、環境温度による使用の制限が緩和される。

また、低密度ポリエチレンのＭＦＲが、２０ｇ／１０ｍｉｎ以上７５ｇ／１０ｍｉｎ以下の範囲内とされ、且つ低密度ポリエチレンの添加量が４重量％以上１１重量％以下の範囲内とされることにより、あるいは低密度ポリエチレンのＭＦＲが１．５ｇ／１０ｍｉｎ以上７ｇ／１０ｍｉｎ以下の範囲内とされ、且つ低密度ポリエチレンの添加量が７重量％以上１０重量％以下の範囲内とされることにより、上記回転軸の直径に拘わりなく、運転中の十分な潤滑が維持されつつ基油の漏れや飛散が防止される。

一方、低密度ポリエチレンの密度が９１０ｋｇ／ｍ^３ 以上９２０ｋｇ／ｍ^３ 以下の範囲内とされることにより、さらに好ましくは、低密度ポリエチレンの添加量が７重量％以上１０重量％以下の範囲内とされることにより、上記回転軸の直径に拘わりなく、運転中の十分な潤滑が維持されつつ基油の漏れや飛散が防止される。

[変形例]

低密度ポリエチレンに加え、ポリオレフィンやオレフィンオリゴマーなどが固形潤滑剤１４に添加されていてもよい。なお、本実施形態及び変形例では、上記固形潤滑剤１４はニードルベアリング１０に適用されているが、これに限定されるものではなく、軸受一般並びにその他の機械要素あるいはデバイスの摺動部分にも適用される得ることは言うまでもない。

１０・・・ニードルベアリング
１１・・・外輪
１２・・・保持器
１３・・・ニードル
１４・・・固形潤滑剤
２２・・・保持部

Claims (6)

1. 基油に増ちょう剤が添加されたグリースと、
   超高分子量ポリエチレンと、
   低密度ポリエチレンとを含み、
   当該低密度ポリエチレンのＭＦＲ値は１．５ｇ／１０ｍｉｎ以上７５ｇ／１０ｍｉｎ以下であり、
   当該低密度ポリエチレンの含有量は、７重量％以上１０重量％以下である固形潤滑剤。
2. 基油に増ちょう剤が添加されたグリースと、
   超高分子量ポリエチレンと、
   低密度ポリエチレンとを含み、
   当該低密度ポリエチレンのＭＦＲ値は２０ｇ／１０ｍｉｎ以上７５ｇ／１０ｍｉｎ以下であり、
   当該低密度ポリエチレンの含有量は、４重量％以上１１重量％以下である固形潤滑剤。
3. 上記低密度ポリエチレンのＭＦＲ値は１．５ｇ／１０ｍｉｎ以上７ｇ／１０ｍｉｎ以下である請求項１に記載の固形潤滑剤。
4. 上記低密度ポリエチレンの密度は、９１０ｋｇ／ｍ^３ 以上９２０ｋｇ／ｍ^３ 以下である請求項１または２に記載の固形潤滑剤。
5. 上記低密度ポリエチレンの密度は、９１０ｋｇ／ｍ ^３ 以上９２０ｋｇ／ｍ ^３ 以下であり、上記低密度ポリエチレンの含有量は、７重量％以上１０重量％以下である請求項２に記載の固形潤滑剤。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の固形潤滑剤が封入された転がり軸受。
   

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