JP7419012B2 - Axle bearing - Google Patents
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Description
本発明は車軸用軸受、特に自動車のハブベアリングに関する。 The present invention relates to an axle bearing, particularly an automobile hub bearing.
車軸用軸受は、車両の車輪または該車輪に繋がる車軸を回転支持する軸受であり、自動車のハブベアリングや鉄道車両車軸用軸受などがある。例えば、ハブベアリングは、軸受の周辺部品であるハブ輪やハウジングとをユニット化することで、部品点数の削減と軽量化を図ったものである。車軸用軸受の内部には、転がり摩擦や滑り摩擦の軽減などを目的として、潤滑用のグリース組成物が封入されている。グリース潤滑は、長寿命で外部の潤滑ユニットなどが不要かつ安価であるため、広く利用されている。 Axle bearings are bearings that rotatably support wheels of vehicles or axles connected to the wheels, and include hub bearings for automobiles, bearings for axles of railway vehicles, and the like. For example, in a hub bearing, the peripheral parts of the bearing, such as a hub ring and a housing, are integrated into a unit to reduce the number of parts and weight. A lubricating grease composition is sealed inside the axle bearing for the purpose of reducing rolling friction and sliding friction. Grease lubrication is widely used because it has a long life, does not require an external lubrication unit, and is inexpensive.
例えば、従来のハブベアリング用グリースとして、基油に鉱油または合成油を用い、増ちょう剤に脂肪族ジウレア化合物、脂肪族・脂環式ジウレア化合物、脂環式ジウレア化合物の混合物を用い、これにＭｏＤＴＣやＣａスルフォネートを添加したグリース組成物が提案されている（特許文献１参照）。このグリース組成物を用いることで、軸受部材の金属疲労による剥離を防止して、軸受寿命の延長を図っている。 For example, conventional grease for hub bearings uses mineral oil or synthetic oil as the base oil and a mixture of aliphatic diurea compounds, aliphatic/alicyclic diurea compounds, and alicyclic diurea compounds as the thickener. Grease compositions containing MoDTC and Ca sulfonate have been proposed (see Patent Document 1). By using this grease composition, peeling of the bearing member due to metal fatigue is prevented, and the life of the bearing is extended.
ところで、近年、省エネルギーや省資源の要求に伴って、ハブベアリングなどの車軸用軸受についても回転トルクの低減が求められている。回転トルクには、チャネリングやチャーニングといったグリースの挙動が関与している。チャネリングの場合、回転中にグリースがかき分けられ、転動体表面や軌道面へのグリースの付着量が少なくなり、低トルクになる傾向がある。一方、チャーニングの場合、回転によりかき分けられたグリースが再び軌道面に戻ることで、転動体表面や軌道面へのグリースの付着量が常に多くなり、高トルクになる傾向がある。上記特許文献１では、運転中の回転トルクについては評価されておらず、グリースの挙動に着目したグリース組成について、検討はなされていない。
Incidentally, in recent years, with the demand for energy saving and resource saving, there has been a demand for reducing rotational torque of axle bearings such as hub bearings. Grease behavior such as channeling and churning is involved in rotational torque. In the case of channeling, the grease is swept away during rotation, reducing the amount of grease adhering to the rolling element surfaces and raceway surfaces, which tends to result in low torque. On the other hand, in the case of churning, the grease that has been scraped away by rotation returns to the raceway surface, so that the amount of grease adhering to the rolling element surface and raceway surface is always large, which tends to result in high torque. In
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、低トルクで、かつ、軸受寿命に優れる車軸用軸受を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an axle bearing that has low torque and has an excellent bearing life.
本発明の車軸用軸受は、車両の車輪または該車輪に繋がる車軸を回転支持し、内部空間にグリース組成物が封入されてなる車軸用軸受であって、上記グリース組成物は、基油と増ちょう剤とを含み、２５℃のせん断速度１０００ｓ－１～１００００ｓ－１におけるせん断応力が３０００Ｐａ以下で、かつ、粘度が１Ｐａｓ以下であり、レオメータを用いた動的粘弾性測定法により測定される２５℃での降伏応力が１３００Ｐａ～３０００Ｐａであることを特徴とする。 The axle bearing of the present invention is an axle bearing that rotatably supports a wheel of a vehicle or an axle connected to the wheel, and has a grease composition sealed in an internal space, wherein the grease composition is mixed with base oil. thickening agent, has a shear stress of 3000 Pa or less at a shear rate of 1000 s -1 to 10000 s -1 at 25°C, and a viscosity of 1 Pas or less, measured by dynamic viscoelasticity measurement using a rheometer. It is characterized by a yield stress of 1300 Pa to 3000 Pa at °C.
上記増ちょう剤は、ジイソシアネート成分とモノアミン成分とを反応して得られるジウレア化合物であり、上記モノアミン成分が、脂肪族モノアミンおよび脂環式モノアミンであることを特徴とする。 The thickener is a diurea compound obtained by reacting a diisocyanate component and a monoamine component, and is characterized in that the monoamine component is an aliphatic monoamine and an alicyclic monoamine.
上記脂環式モノアミンがジシクロヘキシルアミンを含むことを特徴とする。 It is characterized in that the alicyclic monoamine includes dicyclohexylamine.
上記基油は、合成炭化水素油を主成分として含み、該基油の４０℃における動粘度が３０ｍｍ２／ｓ～８０ｍｍ２／ｓであることを特徴とする。 The base oil is characterized in that it contains a synthetic hydrocarbon oil as a main component and has a kinematic viscosity of 30 mm 2 /s to 80 mm 2 /s at 40°C.
上記車軸用軸受は、自動車の車輪を回転支持するハブベアリングであり、上記ハブベアリングは、内周に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、外周に上記複列の外側軌道面に対向する複列の内側軌道面が形成された内方部材と、上記両軌道面間に収容された複列の転動体と、該転動体の周囲に封入された上記グリース組成物とを備えてなり、上記内方部材はハブ輪と内輪とを有し、上記ハブ輪は、一端部に車輪取付フランジを一体に有して、外周に上記複列の外側軌道面の一方に対向する内側軌道面と、この内側軌道面から軸方向に延びる小径段部とが形成されており、上記内輪は、外周に上記複列の外側軌道面の他方に対向する内側軌道面が形成されていて、上記ハブ輪の小径段部に圧入されており、上記小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により、上記内輪は上記ハブ輪に対して固定されていることを特徴とする。 The above-mentioned axle bearing is a hub bearing that rotatably supports the wheels of an automobile, and the above-mentioned hub bearing includes an outer member having a double-row outer raceway surface formed on the inner periphery, and the above-mentioned double-row outer raceway surface on the outer periphery. an inner member having a double row of inner raceway surfaces facing each other, a double row of rolling elements housed between the raceway surfaces, and the grease composition sealed around the rolling elements. The inner member has a hub ring and an inner ring, and the hub ring integrally has a wheel mounting flange at one end, and has an inner side facing one of the double-row outer raceway surfaces on its outer periphery. A raceway surface and a small diameter stepped portion extending in the axial direction from the inner raceway surface are formed, and the inner ring has an inner raceway surface opposite to the other of the double row outer raceway surfaces formed on the outer periphery, The inner ring is press-fitted into the small-diameter stepped portion of the hub ring, and the inner ring is fixed to the hub ring by a caulked portion formed by plastically deforming the end of the small-diameter stepped portion radially outward. It is characterized by
上記車軸用軸受は、１０００ｍｉｎ－１以下の回転速度域で使用されることを特徴とする。 The axle bearing is characterized in that it is used in a rotational speed range of 1000 min -1 or less.
本発明の車軸用軸受は、内部空間にグリース組成物が封入されており、該グリース組成物は、２５℃のせん断速度１０００ｓ－１～１００００ｓ－１におけるせん断応力が３０００Ｐａ以下で、かつ、粘度が１Ｐａｓ以下であり、さらに降伏応力が１３００Ｐａ～３０００Ｐａであるので、低回転速度域においてグリースが低粘度であるとともに、グリースのチャネリング性が高められることで、回転トルクを低下させることができ、また、軸受寿命にも優れる。 In the axle bearing of the present invention, a grease composition is sealed in the internal space, and the grease composition has a shear stress of 3000 Pa or less at a shear rate of 1000 s -1 to 10000 s -1 at 25°C, and a viscosity of 1 Pas or less, and the yield stress is 1300 Pa to 3000 Pa, so the grease has a low viscosity in the low rotational speed range, and the channeling property of the grease is enhanced, making it possible to reduce the rotational torque. Excellent bearing life.
車軸用軸受のグリース潤滑において、低トルク化には、転動体と保持器ポケット面間に介在するグリースのせん断抵抗を低減することが重要である。本発明者らは、このせん断抵抗の低減を図るべく、グリース組成物のグリース粘度（粘性）とチャネリング性に着目して鋭意検討を重ねた結果、所定せん断速度におけるせん断応力および粘度と、降伏応力とを所定範囲にすることで、車軸用軸受が低トルクかつ長寿命を示すことを見出した。本発明はこのような知見に基づくものである。 In grease lubrication of axle bearings, in order to reduce torque, it is important to reduce the shear resistance of the grease interposed between the rolling elements and cage pocket surfaces. In order to reduce this shear resistance, the present inventors have conducted extensive studies focusing on the grease viscosity (viscosity) and channeling properties of grease compositions, and have found that the shear stress and viscosity at a predetermined shear rate, and the yield stress It has been found that by setting the value within a predetermined range, the axle bearing exhibits low torque and long life. The present invention is based on such knowledge.
本発明の車軸用軸受の一例を図１に基づき説明する。図１は、駆動輪用第三世代のハブベアリングの断面図である。図１に示すように、ハブベアリング６は、ハブ輪１および内輪２を有する内方部材５と、外輪である外方部材３と、複列の転動体４、４とを備えている。ハブ輪１はその一端部に車輪（図示せず）を取付けるための車輪取付けフランジ１ｄを一体に有し、外周に内側軌道面１ａと、この内側軌道面１ａから軸方向に延びる小径段部１ｂとが形成されている。本明細書においては、軸方向に関して「外」とは、車両への組付け状態で幅方向外側をいい、「内」とは、幅方向中央側をいう。上記の小径段部１ｂは、内側軌道面１ａから軸方向内側に位置する。
An example of the axle bearing of the present invention will be explained based on FIG. 1. FIG. 1 is a sectional view of a third generation hub bearing for a drive wheel. As shown in FIG. 1, the hub bearing 6 includes an
ハブ輪１の小径段部１ｂには、外周に内側軌道面２ａが形成された内輪２が圧入されている。そして、ハブ輪１の小径段部１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部１ｃにより、ハブ輪１に対して内輪２が軸方向へ抜けるのを防止している。外方部材３は、外周に車体取付けフランジ３ｂを一体に有し、内周に外側軌道面３ａ、３ａと、これら複列の外側軌道面３ａ、３ａに対向する内側軌道面１ａ、２ａとの間には複列の転動体４、４が転動自在に収容されている。この複列の転動体４、４が、リング状の保持器９、９により保持される。各列の転動体４は、各保持器９において周方向に離間して形成された複数のポケットに収納されている。
An
上記ハブベアリング（ハブ輪など）に使用できる材質は、軸受鋼、浸炭鋼、または機械構造用炭素鋼を挙げることができる。これらの中で鍛造性が良く安価なＳ５３Ｃなどの機械構造用炭素鋼を用いることが好ましい。該炭素鋼は一般に高周波熱処理を施すことで、軸受部の転がり疲労強度を確保した上で用いられる。 Materials that can be used for the hub bearing (hub ring, etc.) include bearing steel, carburized steel, and carbon steel for machine structures. Among these, it is preferable to use carbon steel for machine structures, such as S53C, which has good forgeability and is inexpensive. The carbon steel is generally used after being subjected to induction heat treatment to ensure the rolling fatigue strength of the bearing portion.
シール部材７と、外方部材３と、シール部材８と、内方部材５と、ハブ輪１とに囲まれた空間に、グリース組成物１０が封入されている。グリース組成物１０は、外方部材３と内方部材５とに挟まれた複列の転動体４、４の周囲を被覆し、転動体４、４の転動面と、内側軌道面１ａ、２ａおよび外側軌道面３ａ、３ａとの転がり接触の潤滑に供される。ハブベアリング６の内部において、保持器９、９と転動体４、４とのポケット隙間にグリース組成物１０が入り込んでいる状態（チャーニング）の場合にグリース組成物１０のせん断抵抗の影響を受けやすくなる。
A
本発明に用いるグリース組成物は、基油と増ちょう剤とを含み、必要に応じて各種添加剤を添加したものである。該グリース組成物は、特に、２５℃のせん断速度１０００ｓ－１～１００００ｓ－１におけるせん断応力が３０００Ｐａ以下で、かつ、粘度が１Ｐａｓ以下であり、レオメータを用いた動的粘弾性測定法により測定される２５℃での降伏応力が１３００Ｐａ～３０００Ｐａであることを特徴としている。 The grease composition used in the present invention contains a base oil and a thickener, and various additives are added as necessary. In particular, the grease composition has a shear stress of 3000 Pa or less at a shear rate of 1000 s -1 to 10000 s -1 at 25°C, and a viscosity of 1 Pas or less, as measured by dynamic viscoelasticity measurement using a rheometer. It is characterized by a yield stress of 1300 Pa to 3000 Pa at 25°C.
グリース組成物の降伏応力は、レオメータを用いて、ＪＩＳ Ｋ ７２４４に準拠した動的粘弾性測定法により測定される。具体的には、所定の条件下でレオメータで揺動角を変化させて、グリースの弾性成分を表す貯蔵弾性率Ｇ′と、粘性成分を表す損失弾性率Ｇ″を実測し、その比（ｔａｎδ＝Ｇ″／Ｇ′）が１となるせん断応力値を降伏応力とする。なお、貯蔵弾性率Ｇ′は、グリース組成物が受けた外力の内で、弾性的に蓄えることのできるエネルギーに相当し、損失弾性率Ｇ″は、グリース組成物が受けた外力の内で熱として散逸するエネルギーに相当する。 The yield stress of the grease composition is measured by a dynamic viscoelastic measurement method based on JIS K 7244 using a rheometer. Specifically, by changing the rocking angle with a rheometer under predetermined conditions, the storage elastic modulus G' representing the elastic component of the grease and the loss elastic modulus G'' representing the viscous component are actually measured, and the ratio (tan δ The shear stress value at which G″/G′) becomes 1 is defined as the yield stress. Note that the storage elastic modulus G' corresponds to the energy that can be stored elastically within the external force that the grease composition receives, and the loss elastic modulus G'' corresponds to the energy that can be stored elastically within the external force that the grease composition receives. This corresponds to the energy dissipated as .
動的粘弾性測定の条件として、好ましくは、周波数１Ｈｚ、温度２５℃の条件である。また、レオメータとしては、パラレルプレート型のセルを有するレオメータを用いることが好ましい。このレオメータは、一定の応力を印加することが可能であるという特徴を有しているため、グリース組成物の降伏応力の測定に適している。 The conditions for dynamic viscoelasticity measurement are preferably a frequency of 1 Hz and a temperature of 25°C. Further, as the rheometer, it is preferable to use a rheometer having a parallel plate type cell. This rheometer is suitable for measuring the yield stress of a grease composition because it is capable of applying a constant stress.
ここで、図２に、モデル軸受を用いて、Ｘ線ＣＴスキャナで撮影した軸受内部のグリース付着状態の写真を示す。図２では、Ｘ線が透過できるように、内外輪、転動体、保持器、およびシールに樹脂製を用いた。また、グリースと部材間のコントラストがつきやすいように、グリースにトレーサとしてタングステンを５質量％添加した。この軸受をトルク測定しながら運転し、初期（５時間）に停止したチャーニング品（トルク１３Ｎｍｍ）および長時間（２３時間）で停止したチャネリング品（トルク５Ｎｍｍ）を観察した。図２に示すように、チャネリング時とチャーニング時では、保持器と転動体のポケット隙間のグリース量に大きな違いがあることが分かる。すなわち、ポケット隙間において、チャネリング時はグリースが存在しないのに対して、チャーニング時にはグリースが存在することでせん断抵抗を受ける。
Here, FIG. 2 shows a photograph of the state of grease adhesion inside the bearing, taken with an X-ray CT scanner using a model bearing. In FIG. 2, resin is used for the inner and outer rings, rolling elements, cage, and seals so that X-rays can pass through them. Furthermore, 5% by mass of tungsten was added to the grease as a tracer to facilitate contrast between the grease and the members. This bearing was operated while measuring torque, and a churning product (
本発明に用いるグリース組成物は、２５℃における降伏応力が１３００Ｐａ以上であるので、回転中にグリース組成物がかき分けられ、一度軌道面から弾かれたグリース組成物が位置決めされ、軌道面に導入されにくくなる。例えば、図１に示すような内輪回転のハブベアリングでは、グリース組成物は遠心力により内側軌道面から外輪内径面に移動し、そこに塊として堆積する。その結果、転動体表面や軌道面へのグリースの付着量が少なくなるチャネリング状態となり、回転トルクが減少する。なお、堆積したグリース組成物またはその分離油が軌道面に還流されることで、軸受が潤滑される。 Since the grease composition used in the present invention has a yield stress of 1300 Pa or more at 25°C, the grease composition is scraped through during rotation, and the grease composition that was once repelled from the raceway is positioned and introduced into the raceway. It becomes difficult. For example, in a hub bearing with a rotating inner ring as shown in FIG. 1, the grease composition moves from the inner raceway surface to the inner diameter surface of the outer ring due to centrifugal force, and is deposited there as a lump. As a result, a channeling state occurs in which the amount of grease adhering to the rolling element surface and raceway surface decreases, and the rotational torque decreases. Note that the bearing is lubricated by the deposited grease composition or its separated oil flowing back to the raceway surface.
本発明において、グリース組成物の降伏応力は１７００Ｐａ以上であることが好ましい。降伏応力が高い方が、振動や昇温などを駆動力とするグリース組成物の軌道面への移動を妨げ、安定なチャネリング状態を維持しやすい。また、回転トルクの上昇に伴う発熱によって軸受寿命が短寿命になることを抑制できる。一方、グリース組成物の降伏応力の上限は３０００Ｐａである。降伏応力が高くなると潤滑成分が供給されにくくなり、軸受寿命が短寿命になるおそれがある。好ましくは、グリース組成物の降伏応力は、１７００Ｐａ～２５００Ｐａである。 In the present invention, the yield stress of the grease composition is preferably 1700 Pa or more. The higher the yield stress, the easier it is to maintain a stable channeling state by preventing the grease composition from moving to the raceway surface due to driving forces such as vibration and temperature rise. Further, it is possible to suppress the bearing life from being shortened due to heat generation due to an increase in rotational torque. On the other hand, the upper limit of the yield stress of the grease composition is 3000 Pa. When the yield stress increases, it becomes difficult to supply lubricating components, which may shorten the bearing life. Preferably, the yield stress of the grease composition is 1700 Pa to 2500 Pa.
続いて、グリース組成物のせん断応力は、レオメータを用いて算出することができる。レオメータとして、コーンプレート型のセルを有するものを用いることが好ましい。このようなレオメータの概要を図３に示す。図３に示すように、レオメータ１１は、コーンプレート型のセル１２と、水平円盤プレート１３とから構成されており、セル１２とプレート１３とは１点で接する（僅かなギャップあり）ように配置され、これらの間に試料であるグリース１４を配置する。このレオメータでは、グリース１４に加わるせん断速度が、セル中心からの距離に依存せずに、どの位置においても同一となる。レオロジー測定の条件としては、（１）一定温度・一定方向回転での回転速度依存性、（２）一定温度・一定せん断ひずみにおける振動周波数依存性、（３）一定周波数における動的粘弾性のせん断応力依存性などがある。例えば、（１）の条件では、一定温度・一定方向回転で所定時間回転させ、せん断応力が一定になった値が用いられる。
Subsequently, the shear stress of the grease composition can be calculated using a rheometer. It is preferable to use a rheometer having a cone-plate type cell. An overview of such a rheometer is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the rheometer 11 is composed of a cone-
さらに、グリース組成物の粘度や、レオメータの測定範囲外のせん断速度におけるせん断応力は、非ニュートン流体の一般的な流動方程式であるハーシェル・バークレイ式（Ｈｅｒｓｃｈｅｌ－Ｂｕｌｋｌｅｙ’ｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ）を用いて、算出（予測）できる。ハーシェル・バークレイ式は下記式で表される。 Furthermore, the viscosity of the grease composition and the shear stress at shear rates outside the measurement range of the rheometer are calculated using Herschel-Bulkley's equation, which is a general flow equation for non-Newtonian fluids. (predict) possible. The Herschel-Berkeley equation is expressed by the following equation.
せん断速度は、転動体と保持器のポケット隙間に存在するグリースに掛かるせん断速度であり、設定する軸受回転数などから算出できる。例えば、転動体が保持器のポケット中心に位置すると仮定すれば、玉軸受（６２０４）を１８００ｍｉｎ－１～１００００ｍｉｎ－１で内輪回転させた場合、ポケットのグリースのせん断速度は２４０００ｓ－１～１３００００ｓ－１となる。また、降伏応力と各定数は、レオメータを用いたグリースのレオロジー特性の評価などに基づき特定できる。上記式によって、所定のせん断速度でのグリース組成物の粘度が算出される。また、算出された粘度から測定範囲外のせん断速度における粘度を外挿して求めることもできる。得られた粘度に対してせん断速度を乗じることで、該せん断速度におけるせん断応力を算出できる。 The shear speed is the shear speed applied to the grease present in the pocket gap between the rolling element and the cage, and can be calculated from the set bearing rotation speed. For example, assuming that the rolling elements are located at the center of the cage pocket, when the inner ring of a ball bearing (6204) is rotated at 1800 min -1 to 10000 min -1 , the shear speed of the grease in the pocket will be 24000 s -1 to 130000 s - It becomes 1 . Further, the yield stress and each constant can be specified based on evaluation of the rheological properties of grease using a rheometer. The above formula calculates the viscosity of the grease composition at a predetermined shear rate. Further, the viscosity at a shear rate outside the measurement range can be extrapolated from the calculated viscosity. By multiplying the obtained viscosity by the shear rate, the shear stress at the shear rate can be calculated.
上記グリース組成物において、２５℃のせん断速度１０００ｓ－１～１００００ｓ－１におけるせん断応力が２５００Ｐａ以下で、かつ、粘度が０．８Ｐａｓ以下であることが好ましく、せん断応力が２０００Ｐａ以下で、かつ、粘度が０．６Ｐａｓ以下であることがより好ましい。上記せん断応力の下限は、例えば１０００Ｐａであり、上記粘度の下限は、例えば０．２Ｐａｓである。 The above grease composition preferably has a shear stress of 2500 Pa or less and a viscosity of 0.8 Pas or less at a shear rate of 1000 s -1 to 10000 s -1 at 25°C; is more preferably 0.6 Pas or less. The lower limit of the shear stress is, for example, 1000 Pa, and the lower limit of the viscosity is, for example, 0.2 Pas.
本発明に用いるグリース組成物は、基油と増ちょう剤とを含み、上述の降伏応力、せん断応力および粘度が所定範囲内であれば、特に限定されない。基油は、通常グリースの分野で使用される一般的なものを使用できる。基油としては、例えば、高度精製油、鉱油、エステル油、エーテル油、合成炭化水素油（ＰＡＯ油）、シリコーン油、フッ素油およびこれらの混合油などを使用できる。これらの中でも、ＰＡＯ油を主成分とする基油が好ましい。この場合、ＰＡＯ油の含有量は、基油（混合油）全体に対して５０質量％以上であり、好ましくは８０質量％以上である。特に、ＰＡＯ油のみからなる基油（ＰＡＯ油１００％）を用いることが好ましい。 The grease composition used in the present invention contains a base oil and a thickener, and is not particularly limited as long as the above-mentioned yield stress, shear stress, and viscosity are within predetermined ranges. As the base oil, those commonly used in the field of grease can be used. As the base oil, for example, highly refined oil, mineral oil, ester oil, ether oil, synthetic hydrocarbon oil (PAO oil), silicone oil, fluorine oil, and mixed oils thereof can be used. Among these, base oils containing PAO oil as a main component are preferred. In this case, the content of the PAO oil is 50% by mass or more, preferably 80% by mass or more, based on the entire base oil (mixed oil). In particular, it is preferable to use a base oil consisting only of PAO oil (100% PAO oil).
上記基油の動粘度（混合油の場合は、混合油の動粘度）は、例えば、４０℃において３０ｍｍ２／ｓ～１００ｍｍ２／ｓであり、３０ｍｍ２／ｓ～８０ｍｍ２／ｓであることが好ましい。基油の動粘度は、低トルク化の観点では低い方が適しているが、軸受寿命の短縮を招くおそれがある。そのため、３０ｍｍ２／ｓ～８０ｍｍ２／ｓとすることで、低トルク化と長寿命化の両立を一層図りやすい。より好ましくは、４０℃における動粘度が３０ｍｍ２／ｓ～５０ｍｍ２／ｓである。 The kinematic viscosity of the base oil (in the case of a mixed oil, the kinematic viscosity of the mixed oil) is, for example, 30 mm 2 /s to 100 mm 2 /s at 40°C, and 30 mm 2 /s to 80 mm 2 /s. is preferred. The lower the kinematic viscosity of the base oil, the more suitable it is from the viewpoint of reducing torque, but this may shorten the life of the bearing. Therefore, by setting the speed to 30 mm 2 /s to 80 mm 2 /s, it is easier to achieve both low torque and long life. More preferably, the kinematic viscosity at 40° C. is 30 mm 2 /s to 50 mm 2 /s.
本発明に用いるグリース組成物の増ちょう剤としては、特に限定されず、通常グリースの分野で使用される一般的なものを使用できる。例えば、金属石けん、複合金属石けんなどの石けん系増ちょう剤、ベントン、シリカゲル、ウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物などの非石けん系増ちょう剤を使用できる。金属石けんとしては、ナトリウム石けん、カルシウム石けん、アルミニウム石けん、リチウム石けんなどが、ウレア化合物およびウレア・ウレタン化合物としては、ジウレア化合物、トリウレア化合物、テトラウレア化合物、他のポリウレア化合物、ジウレタン化合物などが挙げられる。これらの中でも、高温耐久性に優れるジウレア化合物が好ましい。 The thickener for the grease composition used in the present invention is not particularly limited, and any commonly used thickener in the field of grease can be used. For example, soap-based thickeners such as metal soaps and composite metal soaps, and non-soap-based thickeners such as bentone, silica gel, urea compounds, and urea-urethane compounds can be used. Examples of metal soaps include sodium soap, calcium soap, aluminum soap, lithium soap, etc., and examples of urea compounds and urea-urethane compounds include diurea compounds, triurea compounds, tetraurea compounds, other polyurea compounds, and diurethane compounds. Among these, diurea compounds are preferred because of their excellent high-temperature durability.
ジウレア化合物は、ジイソシアネート成分とモノアミン成分とを反応して得られる。ジウレア化合物の中でも、特に、脂肪族・脂環式ジウレア化合物が好ましい。脂肪族・脂環式ジウレア化合物は、モノアミン成分として脂肪族モノアミンと脂環式モノアミンを用いて得られる。ここで、脂肪族モノアミンと脂環式モノアミンの配合比（例えばモル％）は特に限定されないが、脂環式モノアミンの方が脂肪族モノアミンよりも多いことが好ましい。具体的には、モノアミン全体に対して、脂環式モノアミンを６０モル％以上にすることが好ましい。 A diurea compound is obtained by reacting a diisocyanate component and a monoamine component. Among the diurea compounds, aliphatic/alicyclic diurea compounds are particularly preferred. The aliphatic/alicyclic diurea compound is obtained using an aliphatic monoamine and an alicyclic monoamine as monoamine components. Here, the blending ratio (for example, mol %) of aliphatic monoamine and alicyclic monoamine is not particularly limited, but it is preferable that the alicyclic monoamine is larger than the aliphatic monoamine. Specifically, it is preferable that the alicyclic monoamine be 60 mol % or more based on the total monoamine.
ジウレア化合物を構成するジイソシアネート成分としては、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、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）、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卜などが挙げられる。脂肪族モノアミンとしては、ヘキシルアミン、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミンなどが挙げられる。脂環式モノアミンとしては、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミンなどが挙げられ、特に、ジシクロヘキシルアミンを含むことが好ましい。 Examples of the diisocyanate component constituting the diurea compound include phenylene diisocyanate, tolylene diisocyanate, diphenyl diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate (MDI), octadecane diisocyanate, decane diisocyanate, hexane diisocyanate, and the like. Examples of aliphatic monoamines include hexylamine, octylamine, dodecylamine, hexadecylamine, octadecylamine, stearylamine, and oleylamine. Examples of the alicyclic monoamine include cyclohexylamine and dicyclohexylamine, and it is particularly preferable to include dicyclohexylamine.
また、ジウレア化合物として、脂環式モノアミンを用いた脂環式ジウレア化合物や、脂肪族モノアミンを用いた脂肪族ジウレア化合物、芳香族モノアミン（ｐ－トルイジンなど）を用いた芳香族ジウレア化合物も使用できる。 Furthermore, as the diurea compound, an alicyclic diurea compound using an alicyclic monoamine, an aliphatic diurea compound using an aliphatic monoamine, and an aromatic diurea compound using an aromatic monoamine (p-toluidine, etc.) can also be used. .
基油に増ちょう剤を配合してベースグリースが得られる。ジウレア化合物を増ちょう剤とするベースグリースは、基油中でジイソシアネート成分とモノアミン成分とを反応させて作製する。グリース組成物全体に占める増ちょう剤の配合割合は、例えば５質量％～４０質量％であり、好ましくは１０質量％～３０質量％であり、より好ましくは１０質量％～２０質量％である。増ちょう剤の含有量が５質量％未満では、増ちょう効果が少なくなり、グリース化が困難となる。また、４０質量％をこえると得られたベースグリースが硬くなりすぎ、所期の効果が得られにくくなる。 Base grease is obtained by blending a thickener with base oil. Base grease using a diurea compound as a thickener is produced by reacting a diisocyanate component and a monoamine component in a base oil. The proportion of the thickener in the entire grease composition is, for example, 5% to 40% by mass, preferably 10% to 30% by mass, and more preferably 10% to 20% by mass. If the content of the thickener is less than 5% by mass, the thickening effect will be reduced and it will be difficult to form a grease. Moreover, if it exceeds 40% by mass, the resulting base grease will become too hard, making it difficult to obtain the desired effect.
また、グリース組成物には、必要に応じて公知の添加剤を添加できる。添加剤としては、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、二硫化モリブデン、グラファイトなどの摩擦低減剤、エステル、アルコールなどの油性剤などが挙げられる。 Furthermore, known additives can be added to the grease composition as needed. Examples of additives include extreme pressure agents such as organic zinc compounds and organic molybdenum compounds, antioxidants such as amine-based, phenol-based, and sulfur-based compounds, anti-wear agents such as sulfur-based and phosphorus-based compounds, and polyhydric alcohols. Examples include rust preventive agents such as esters, friction reducers such as molybdenum disulfide and graphite, and oil-based agents such as esters and alcohols.
グリース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、油分離が小さく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、グリースが軟質で軸受外に流出しやすくなり好ましくない。 The worked penetration (JIS K 2220) of the grease composition is preferably in the range of 200 to 350. If the consistency is less than 200, oil separation may be small and lubrication may be poor. On the other hand, if the consistency exceeds 350, the grease will be soft and easily flow out of the bearing, which is undesirable.
本発明の車軸用軸受には、上述のグリース組成物が封入されている。このグリース組成物は、特にハブベアリングで重要な１０００ｓ－１～１００００ｓ－１のせん断速度域で低粘度であり、また、後述の実施例で示すように、高負荷条件かつ低回転条件において低トルクを示し、さらに、軸受寿命にも優れることから、車軸用軸受として特にハブベアリングに適している。このハブベアリングの使用回転速度域としては、１０００ｍｉｎ－１以下が好ましく、６００ｍｉｎ－１以下がより好ましい。 The axle bearing of the present invention contains the above-mentioned grease composition. This grease composition has low viscosity in the shear rate range of 1000 s -1 to 10000 s -1 , which is particularly important for hub bearings, and also has low torque under high load conditions and low rotation conditions, as shown in the examples below. Furthermore, it has excellent bearing life, making it particularly suitable for hub bearings as axle bearings. The operating speed range of this hub bearing is preferably 1000 min -1 or less, more preferably 600 min -1 or less.
さらに、ハブベアリングとしては、軸（ハブ輪）と軸受内輪を一体化し、余肉を削除するとともに、ラインの組み立て性をさらに向上させた第三世代ハブベアリング（ＧＥＮ３）に特に適している。第三世代ハブベアリングでは、鍛造性が良く安価なＳ５３Ｃなどの機械構造用炭素鋼が用いられている。機械構造用炭素鋼は、軌道部に高周波熱処理を施すことで、軸受部の転がり疲労強度を確保しているが合金成分が少ないため表面強度が弱く、軸受鋼（ＳＵＪなど）に比べて表面起点剥離への耐性が懸念されるところ、上記グリース組成物を用いることで、高負荷な条件でも長寿命を実現できる。 Furthermore, as a hub bearing, it is particularly suitable for the third generation hub bearing (GEN3), which integrates the shaft (hub ring) and the bearing inner ring, eliminates excess thickness, and further improves line assemblability. Third generation hub bearings use mechanical structural carbon steel such as S53C, which has good forgeability and is inexpensive. Carbon steel for machine structures secures rolling fatigue strength of bearings by applying high-frequency heat treatment to the raceways, but its surface strength is weak due to its low alloy content, and compared to bearing steels (SUJ, etc.) Although there are concerns about resistance to peeling, by using the above grease composition, a long life can be achieved even under high load conditions.
実施例１および比較例１～３について、表１に示す配合組成（質量％）で基油および増ちょう剤を混合してグリース組成物を得た。得られた各グリース組成物を用いて、グリース粘度、せん断応力および降伏応力を算出した。 For Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, grease compositions were obtained by mixing the base oil and the thickener with the formulation composition (% by mass) shown in Table 1. Grease viscosity, shear stress, and yield stress were calculated using each of the obtained grease compositions.
（１）グリース粘度およびせん断応力
コーンプレート型（直径２０ｍｍ、コーン角１°）のレオメータを用い、各グリース組成物に対して、温度２５℃、周波数１Ｈｚで、せん断速度を１ｓ－１から８０００ｓ－１まで増加させた。各せん断速度において定常流となったせん断応力を求め、上述のハーシェル・バークレイ式より各せん断速度におけるグリース粘度を算出した。得られた各グリース粘度を用いて、せん断速度１００００ｓ－１までのグリース粘度を外挿して算出した。さらに、算出されたグリース粘度に各せん断速度を乗じて、各せん断応力を算出した。得られた各グリース粘度と各せん断応力から最大値を表１に示した。なお、表１において、最大グリース粘度はせん断速度１０００ｓ－１のグリース粘度であり、最大せん断応力はせん断速度１００００ｓ－１のせん断応力である。
(1) Grease viscosity and shear stress Using a cone plate type (diameter 20 mm,
（２）降伏応力
上部プレートと下部プレートを有するパラレルプレート型（ギャップ０．５ｍｍ）のレオメータを用い、各グリース組成物に対して下記の条件に従って動的粘弾性測定を行った。具体的には、上部プレートと下部プレートの間にグリース組成物を挟み、そのグリース組成物に振動による周期的なせん断応力を印加し、その応答から貯蔵弾性率Ｇ′と損失弾性率Ｇ″を測定した。得られた貯蔵弾性率Ｇ′と損失弾性率Ｇ″が重なった点におけるせん断応力値を降伏応力とした。結果を表１に示す。
せん断応力 ：１０Ｐａから４０００Ｐａまで増加
測定周波数 ：１Ｈｚ
測定温度 ：２５℃
各プレート ：直径２５ｍｍ
(2) Yield Stress Using a parallel plate type (gap 0.5 mm) rheometer having an upper plate and a lower plate, dynamic viscoelasticity measurements were performed on each grease composition according to the following conditions. Specifically, a grease composition is sandwiched between an upper plate and a lower plate, periodic shear stress due to vibration is applied to the grease composition, and the storage modulus G' and loss modulus G'' are determined from the response. The shear stress value at the point where the obtained storage modulus G' and loss modulus G'' overlapped was defined as the yield stress. The results are shown in Table 1.
Shear stress: Increases from 10Pa to 4000Pa Measurement frequency: 1Hz
Measurement temperature: 25℃
Each plate: 25mm in diameter
（３）ハブベアリング寿命試験
上記で得たグリース組成物を、ＰＣＤ５８ｍｍのハブベアリング（図１参照）に封入して、寿命試験用のハブベアリングをそれぞれ作製した。得られた各ハブベアリングを、成り行き温度、０．６Ｇの旋回荷重条件で、３００ｍｉｎ－１（約３０００ｓ－１）の回転速度で回転させ、剥離が発生して使用できなくなるまでの時間（ｈ）を測定した。表１には、各試験例において、比較例２の寿命時間を１とした場合の寿命比を示した。
(3) Hub bearing life test The grease composition obtained above was sealed in a hub bearing with a PCD of 58 mm (see FIG. 1) to prepare hub bearings for a life test. Each of the obtained hub bearings was rotated at a rotational speed of 300 min -1 (approximately 3000 s -1 ) at the normal temperature and a swing load of 0.6 G, and the time (h) until peeling occurred and the bearing became unusable. was measured. Table 1 shows the life ratio in each test example when the life time of Comparative Example 2 is set to 1.
（４）ハブベアリングトルク試験
上記で得たグリース組成物を、ＰＣＤ５８ｍｍのハブベアリング（図１参照）に封入して、トルク試験用のハブベアリングをそれぞれ作製した。得られた各ハブベアリングを、成り行き温度、アキシアル荷重３．２ｋＮ、ラジアル荷重無負荷の条件で、６００ｍｉｎ－１（約６０００ｓ－１）の回転速度で回転させた。試験では１８０分間回転させ、最後の３分間の平均値をトルク値（ｍＮｍ）とした。表１には、各試験例において、比較例２のトルク値を１とした場合のトルク比を示した。
(4) Hub bearing torque test The grease composition obtained above was sealed in a hub bearing with a PCD of 58 mm (see FIG. 1) to prepare hub bearings for a torque test. Each of the obtained hub bearings was rotated at a rotational speed of 600 min −1 (approximately 6000 s −1 ) under the conditions of normal temperature, axial load of 3.2 kN, and no radial load. In the test, it was rotated for 180 minutes, and the average value for the last 3 minutes was taken as the torque value (mNm). Table 1 shows the torque ratio in each test example when the torque value of Comparative Example 2 is set to 1.
表１に示すように、せん断速度１０００ｓ－１～１００００ｓ－１のせん断応力が３０００Ｐａ以下、かつ、粘度が１Ｐａｓ以下であり、降伏応力が１３００Ｐａ～３０００Ｐａである実施例１は、比較例１～３に対して、低トルクかつ長寿命を示した。 As shown in Table 1, Example 1 has a shear stress of 3000 Pa or less at a shear rate of 1000 s -1 to 10000 s -1 , a viscosity of 1 Pa or less, and a yield stress of 1300 Pa to 3000 Pa, and Comparative Examples 1 to 3 However, it showed low torque and long life.
以上より、本発明の車軸用軸受は、軸受内部に封入されたグリース組成物が低回転速度域で低粘度であり、かつ、高い降伏応力値を示すので、転動体と保持器ポケット面間のグリースせん断抵抗が低下し、低トルク化を実現できるとともに、長寿命化にも寄与する。 From the above, in the axle bearing of the present invention, the grease composition sealed inside the bearing has low viscosity in the low rotational speed range and exhibits a high yield stress value, so that Grease shearing resistance is reduced, making it possible to achieve lower torque and contributing to longer life.
本発明の車軸用軸受は、低トルクで、かつ、寿命時間に優れるので、車軸用軸受として広く使用でき、特に、高負荷条件および低回転条件で使用される自動車のハブベアリングに適している。 The axle bearing of the present invention has low torque and excellent service life, so it can be widely used as an axle bearing, and is particularly suitable for automobile hub bearings used under high load conditions and low rotation conditions.
１ ハブ輪
１ａ 内側軌道面
１ｂ 小径段部
１ｃ 加締部
１ｄ 車輪取付けフランジ
２ 内輪
２ａ 内側軌道面
３ 外方部材
３ａ 外側軌道面
３ｂ 車体取付けフランジ
４ 転動体
５ 内方部材
６ ハブベアリング
７ シール部材
８ シール部材
９ 保持器
１０ グリース組成物
１１ レオメータ
１２ コーンプレート型セル
１３ 水平円盤プレート
１４ グリース
1 Hub ring 1a Inner raceway surface 1b Small diameter stepped portion 1c Caulked portion 1d
Claims (5)
前記グリース組成物は、基油と増ちょう剤とを含み、２５℃のせん断速度１０００ｓ－１～１００００ｓ－１におけるせん断応力が３０００Ｐａ以下で、かつ、粘度が１Ｐａｓ以下であり、レオメータを用いた動的粘弾性測定法により測定される２５℃での降伏応力が１３００Ｐａ～３０００Ｐａであり、
前記基油の４０℃における動粘度が３０ｍｍ ２ ／ｓ～５０ｍｍ ２ ／ｓであり、
前記増ちょう剤は、ジイソシアネート成分とモノアミン成分とを反応して得られるジウレア化合物であり、前記モノアミン成分が、脂肪族モノアミンおよび脂環式モノアミンであり、上記グリース組成物全体に対して前記増ちょう剤が１０質量％～３０質量％含まれることを特徴とする車軸用軸受。 An axle bearing that rotatably supports a vehicle wheel or an axle connected to the wheel, and has an internal space filled with a grease composition,
The grease composition contains a base oil and a thickener, has a shear stress of 3000 Pa or less at a shear rate of 1000 s -1 to 10000 s -1 at 25°C, has a viscosity of 1 Pas or less, and can be measured using a rheometer. The yield stress at 25 ° C. is 1,300 Pa to 3,000 Pa as measured by a mechanical viscoelasticity measurement method,
The base oil has a kinematic viscosity at 40° C. of 30 mm 2 /s to 50 mm 2 /s,
The thickener is a diurea compound obtained by reacting a diisocyanate component and a monoamine component, and the monoamine component is an aliphatic monoamine and an alicyclic monoamine. An axle bearing characterized in that the agent is contained in an amount of 10% by mass to 30% by mass .
前記ハブベアリングは、内周に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、外周に前記複列の外側軌道面に対向する複列の内側軌道面が形成された内方部材と、前記両軌道面間に収容された複列の転動体と、該転動体の周囲に封入された前記グリース組成物とを備えてなり、
前記内方部材はハブ輪と内輪とを有し、前記ハブ輪は、一端部に車輪取付フランジを一体に有して、外周に前記複列の外側軌道面の一方に対向する内側軌道面と、この内側軌道面から軸方向に延びる小径段部とが形成されており、
前記内輪は、外周に前記複列の外側軌道面の他方に対向する内側軌道面が形成されていて、前記ハブ輪の小径段部に圧入されており、前記小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により、前記内輪は前記ハブ輪に対して固定されてい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項記載の車軸用軸受。 The axle bearing is a hub bearing that rotationally supports the wheels of an automobile,
The hub bearing includes an outer member having a double-row outer raceway surface formed on its inner periphery, and an inner member having a double-row inner raceway surface opposing the double-row outer raceway surface formed on its outer periphery. comprising a double row of rolling elements housed between the raceway surfaces, and the grease composition sealed around the rolling elements,
The inner member has a hub ring and an inner ring, and the hub ring integrally has a wheel mounting flange at one end, and has an inner raceway surface opposite to one of the double-row outer raceway surfaces on its outer periphery. , a small diameter stepped portion extending in the axial direction from this inner raceway surface is formed,
The inner ring has an inner raceway surface opposite to the other of the double-row outer raceway surfaces formed on its outer periphery, and is press-fitted into the small-diameter stepped portion of the hub ring so that the end of the small-diameter stepped portion is radially The axle bearing according to any one of claims 1 to 3 , wherein the inner ring is fixed to the hub ring by a caulked portion formed by outward plastic deformation. .
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