JP2008169920A

JP2008169920A - グリース封入軸受

Info

Publication number: JP2008169920A
Application number: JP2007003616A
Authority: JP
Inventors: Yasumitsu Ishikawa; 恭光石川; Eishin Mikami; 英信三上
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-01-11
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2008-07-24

Abstract

【課題】転動面にかかる面圧を小さくし、転動面転がり疲れにも肩乗り上げにも有利にでき、しかも、発熱及びすべりによるピーリングの面で有利となるグリース封入軸受を提供する。
【解決手段】内周面に軌道溝２２を有する外輪２３と、外周面に軌道溝２４を有する内輪２５と、外輪２３の軌道溝２２と内輪２５の軌道溝２４との間に転動自在に介在する転動体２７と、転動体２７を保持する保持器２６とを備える。外輪２３及び内輪２５の軌道溝２２、２４において、溝底部２２ａ、２４ａの曲率半径Ｒ１、Ｒ３を転動体２７の半径Ｒと同一に設定する。溝開口部２２ｂ、２４ｂの曲率半径Ｒ２、Ｒ４を溝底部２２ａ、２４ａの曲率半径Ｒ１、Ｒ３よりも大きくする。溝底部２２ａ、２４ａと溝開口部２２ｂ、２４ｂとを滑らかに連続する円弧として組合せる複合溝曲率形状として、溝開口部２２ｂ、２４ｂを転動体非接触部位とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、グリース封入軸受に関し、特にオルタネータ（自動車用交流発電機）、カーエアコン、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）、ファンクラッチ、スタータ、電子スロット・バルブ、アイドルスピード・コントロールバルブ等の電装補機に使用されるグリース封入軸受に関する。

従来におけるグリース封入軸受は、図４に示すように、内周面に軌道面２を有する外輪３と、外周面に軌道面４を有する内輪５と、これら軌道面２と軌道面４との間に転動自在に設けられた複数個の転動体（ボール）７と、外輪３と内輪５との間に介装されてボール７を支持する保持器６と、外輪３に固定されるシール部材８とを備える。そして、少なくとも転動体７の周囲にグリース組成物Ｇが封入される。

また、従来のグリース封入軸受は、内外輪の溝曲率半径は一定であり、単一（同一）径で形成されていた。その為曲率を小さくして面圧に有利にするか、曲率を大きくして肩乗り上げに有利にするかと二者択一の設計であった。ここで、肩乗り上げとは、ボール７が内輪５または外輪３の肩５ａ、３ａに乗り上げることであって、この肩乗り上げが生じれば、ボール７或いは軌道面２，４の表面に荒れや剥離等が発生して、玉軸受の寿命低下を惹き起こすおそれがある。

そこで、従来には、特許文献１のコンプレッサ用プーリ支持装置のように、３点接触玉軸受にて内輪の曲率のみ複合曲率とし、肩乗り上げの防止及び転動面への過大な面圧がかかる事を防止するようにしたものがある。
国際公開Ｗ０２００３/０７１１４２公報

しかしながら、３点接触や４点接触玉軸受の様に一つの軌道溝と転動面とが多点で接触していると、発熱が大きくなる、すべりの起こる箇所が接触面の数だけある為ピーリングが発生しやすい、という問題がある。

また、コンプレッサ用プーリ支持装置等においては、ベルトから従動プーリに加わるラジアル荷重の中心と軸受の中心位置とが軸方向にずれるオフセットが生じることが多い。このようにオフセットが生じた状態で使用されると、３点接触や４点接触の場合、転動体の滑り率が大きくなり、滑りが発生した部分では潤滑不良が発生し脆性剥離が起こりやすくなる。ここで、脆性剥離とは、鋼中への水素の侵入による金属材料の水素脆化に主要因となる剥離である。

本発明は、上記課題に鑑みて、内輪及び外輪から転動体の転動面にかかる面圧を小さくし、転動面転がり疲労にも肩乗り上げに対して有利にでき、しかも、発熱及びすべりによるピーリングの面で有利となるグリース封入軸受を提供する。

本発明のグリース封入軸受は、内周面に軌道溝を有する外輪と、外周面に軌道溝を有する内輪と、外輪の軌道溝と内輪の軌道溝との間に転動自在に介在する転動体と、転動体を保持する保持器とを備え、グリース組成物が封入されてなるグリース封入軸受において、
外輪及び内輪の各軌道溝において、溝底部の曲率半径を転動体の半径と同一に設定するとともに、溝開口部の曲率半径を溝底部の曲率半径よりも大きくし、溝底部と溝開口部とを滑らかに連続する円弧として組合せる複合溝曲率形状として、曲率半径が大きい溝開口部を転動体非接触部位としたものである。

本発明のグリース封入軸受によれば、外輪及び内輪の各軌道溝において、溝底部の曲率半径を転動体の半径と同一に設定するとともに、溝開口部の曲率半径を溝底部の曲率半径よりも大きくしたので、高いモーメント荷重が加わった場合でも、転動体としてのボールが外輪及び内輪の肩に乗り上げにくくなり、転がり接触部分に過大な面圧が作用することを防止できる。しかも、外輪の軌道溝と転動体との接触点は１箇所であり、内輪の軌道溝と転動体との接触点は１箇所であり、転動体の接触点は２点となる。また、溝底部と溝開口部とを滑らかに連続する円弧としたので、転動体の転動が滑らかとなる。

前記グリース組成物が、基油と、増ちょう剤とからなるベースグリースに添加剤を配合してなり、前記添加剤は、アルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つのアルミニウム系添加剤を含有し、このアルミニウム系添加剤の配合割合はベースグリース１００重量部に対して０．０５〜１０重量部である。

アルミニウム系添加剤を配合することにより、摩擦摩耗面または摩耗により露出した金属新生面においてアルミニウム化合物が反応し、酸化鉄とともにアルミニウム被膜が軸受軌道面に生成する。そして、軸受軌道面に生成した酸化鉄およびアルミニウム被膜が、グリース組成物の分解による水素の発生を抑制して、水素脆性による特異な剥離を防止できる。

また、前記アルミニウム化合物は、炭酸アルミニウムまたは硝酸アルミニウムから選ばれた少なくとも一つの化合物であるのが好ましく、前記増ちょう剤は、ウレア系増ちょう剤あるのが好ましく、前記基油は、アルキルジフェニルエーテル油およびポリ−α−オレフィン油から選ばれた少なくとも一つの油であるのが好ましい。

本発明のグリース封入軸受では、高いモーメント荷重が加わった場合でも、ボールが外輪及び内輪の肩に乗り上げにくくなり、転がり接触部分に過大な面圧が作用することを防止できる。このため、外輪の内輪に対する傾斜を抑えつつ、この軸受の転がり疲れ寿命を確保できて、この軸受の耐久性の確保を図れる。しかも、転動体（ボール）の接触点が２点と少なくなるとともに、転動体の転動が滑らかであるので、発熱及びすべりによるピーリング摩擦の発生を有効に防止できるとともに、低トルクになる。

また、前記したようにアルミ添加グリースの効果で、鋼表面に酸化アルミ膜が形成され、金属接触による軌道表面の活性化を防ぐことで、脆性剥離を防止できる。このように、溝形状とアルミ添加グリースとの組合せで電装補機用途に使用される軸受の耐脆性剥離性を向上させることができる。

本発明に係るグリース封入軸受の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。

図１に電装補機に用いるグリース封入軸受を示している。電装補機は、例えば、オルタネータ（自動車用交流発電機）、カーエアコン、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）、ファンクラッチ、スタータ、電子スロット・バルブ、アイドルスピード・コントロールバルブ等である。

グリース封入軸受は、内周面に軌道溝（軌道面）２２を有する外輪２３と、外周面に軌道溝（軌道面）２４を有する内輪２５と、これら軌道溝２２と軌道溝２４との間に転動自在に設けられた複数個の転動体としてのボール２７と、外輪２３と内輪２５との間に介装されてボール２７を支持する保持器２６と、外輪２３に固定されるシール部材２８とを備える。そして、少なくとも転動体２７の周囲にグリース組成物Ｇが封入される。

図２に示すように、外輪２３の軌道溝２２は、溝底部２２ａの曲率半径Ｒ１を転動体２７の半径Ｒと同一に設定するとともに、溝開口部２２ｂの曲率半径Ｒ２を溝底部２２ａの曲率半径Ｒ１よりも大きくし、溝底部２２ａと溝開口部２２ｂとを滑らかに連続する円弧として組合せる複合溝曲率形状としている。このため、図１に示すように、溝開口部２２ｂは転動体２７と接触しない転動体非接触部位となる。なお、溝開口部２２ｂとは、軌道溝２２の肩２３ａ近傍部位である。

図３に示すように、内輪２５の軌道溝２４は、溝底部２４ａの曲率半径Ｒ３を転動体２７の半径Ｒと同一に設定するとともに、溝開口部２４ｂの曲率半径Ｒ４を溝底部２４ａの曲率半径Ｒ３よりも大きくし、溝底部２４ａと溝開口部２４ｂとを滑らかに連続する円弧として組合せる複合溝曲率形状としている。このため、図１に示すように、溝開口部２４ｂは転動体２７と接触しない転動体非接触部位となる。この場合、内輪２５の軌道溝２４の溝開口部２４ｂの曲率半径Ｒ４を外輪２３の溝開口部２２ｂの曲率半径Ｒ２よりも小さく設定している。なお、溝開口部２４ｂとは、軌道溝２４の肩２５ａ近傍部位である。

また、グリース組成物は、基油と、増ちょう剤とからなるベースグリースに添加剤を配合してなり、前記添加剤は、アルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つのアルミニウム系添加剤を含有し、このアルミニウム系添加剤の配合割合はベースグリース１００重量部に対して０．０５〜１０重量部である。

そして、本発明のグリース組成物Ｇに添加するアルミニウム系添加剤は、アルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つである。アルミニウム化合物としては、炭酸アルミニウム、硫化アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウムおよびその水和物、硫酸アルミニウム、フッ化アルミニウム、臭化アルミニウム、よう化アルミニウム、酸化アルミニウムおよびその水和物、水酸化アルミニウム、セレン化アルミニウム、テルル化アルミニウム、りん酸アルミニウム、りん化アルミニウム、アルミン酸リチウムアルミニウム等の無機アルミニウム、安息香酸アルミニウム、クエン酸アルミニウム等の有機アルミニウムが挙げられる。これらアルミニウム系添加剤は、１種類または２種類を混合してグリースに添加してもよい。

本発明において特に好ましいのは、耐熱耐久性に優れ、熱分解しにくいため、極圧性効果の高いアルミニウム粉末である。

また、アルミニウム系添加剤の配合割合は、ベースグリース１００重量部に対して０．０５〜１０重量部である。すなわち、（１）アルミニウム系添加剤がアルミニウム粉末のみである場合、ベースグリース１００重量部に対してアルミニウム粉末を０．０５〜１０重量部、（２）アルミニウム系添加剤がアルミニウム化合物のみである場合、ベースグリース１００重量部に対してアルミニウム化合物を０．０５〜１０重量部、（３）アルミニウム系添加剤がアルミニウム粉末とアルミニウム化合物とである場合、ベースグリース１００重量部に対して、アルミニウム粉末とアルミニウム化合物とを合せて０．０５〜１０重量部配合する。

アルミニウム系添加剤の配合割合がこの配合範囲未満であると水素脆性による軌道面での剥離を効果的に防止できない。また上記範囲をこえても剥離防止効果がそれ以上に向上しない。

本発明に使用できる基油としては、スピンドル油、冷凍機油、タービン油、マシン油、ダイナモ油等の鉱油、高精製度鉱油、流動パラフィン、ポリブテン、フィッシャー・トロプシュ法により合成されたＧＴＬ油、ポリ−α−オレフィン油、アルキルナフタレン、脂環式化合物等の炭化水素系合成油、または、天然油脂、ポリオールエステル油、りん酸エステル油、ポリマーエステル油、芳香族エステル油、炭酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、アルキルベンゼン油、フッ素化油等の非炭化水素系合成油等を使用できる。

これらの中で、耐熱性と潤滑性に優れたアルキルジフェニルエーテル油、または、ポリ−α−オレフィン油を用いることが好ましい。

本発明に使用できる増ちょう剤としては、ベントン、シリカゲル、フッ素化合物、リチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、カルシウム石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウム石けん、アルミニウムコンプレックス石けん等の石けん類、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア系化合物が挙げられる。これらの中で、耐熱性、コスト等を考慮するとウレア系化合物が望ましい。

ウレア系化合物は、イソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させることにより得られる。反応性のある遊離基を残さないため、イソシアネート化合物のイソシアネート基とアミン化合物のアミノ基とは略当量となるように配合することが好ましい。

ジウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミンとの反応で得られる。ジイソシアネートとしては、フェニレンイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ジフェニルイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、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等が挙げられ、モノアミンとしては、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、アニリン、ｐ−トルイジン、シクロヘキシルアミン等が挙げられる。ポリウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミン、ジアミンとの反応で得られる。ジイソシアネート、モノアミンとしては、ジウレア化合物の生成に用いられるものと同様のものが挙げられ、ジアミンとしては、エチレンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、オクタンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン等が挙げられる。

基油にウレア系化合物等の増ちょう剤を配合して、上記アルミニウム系添加剤等を配合するためのベースグリースが得られる。ウレア系化合物を増ちょう剤とするベースグリースは、基油中でイソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させて作製する。

ベースグリース１００重量部中に占める増ちょう剤の配合割合は、１〜４０重量部、好ましくは３〜２５重量部配合される。増ちょう剤の含有量が１重量部未満では、増ちょう効果が少なくなり、グリース化が困難となり、４０重量部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難くなる。

また、アルミニウム系添加剤とともに、必要に応じて公知のグリース用添加剤を含有させることができる。この添加剤として、例えば、有機亜鉛化合物、アミン系、フェノール系化合物等の酸化防止剤、ベンゾトリアゾールなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレン等の粘土指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤、金属スルホネート、多価アルコールエステルなどの防錆剤、有機モリブデンなどの摩擦低減剤、エステル、アルコールなどの油性剤、りん系化合物などの摩耗防止剤等が挙げられる。これらを単独または２種類以上組み合せて添加できる。

本発明では、外輪２３及び内輪２５の各軌道溝２２、２４において、溝底部２２ａ、２４ａの曲率半径Ｒ１、Ｒ３を転動体２７の半径Ｒと同一に設定するとともに、溝開口部２２ｂ、２４ｂの曲率半径Ｒ２、Ｒ４を溝底部２２ａ、２４ａの曲率半径Ｒ１、Ｒ３よりも大きくしたことによって、高いモーメント荷重が加わった場合でも、上記転動体（ボール）２７が外輪２３及び内輪２５の肩２３ａ、２５ａに乗り上げにくくなり、転がり接触部分に過大な面圧が作用することを防止できる。これによって、外輪２３の内輪２５に対する傾斜を抑えつつ、この玉軸受の転がり疲れ寿命を確保できて、この軸受の耐久性の確保を図れる。

しかも、外輪２３の軌道溝２２と転動体２７との接触点は１箇所であり、内輪２５の軌道溝２４と転動体２７との接触点は１箇所であり、転動体２７の接触点は計２点となる。また、溝底部２２ａ、２４ａと溝開口部２２ｂ、２４ｂとを滑らかに連続する円弧としたので、転動体２７の転動が滑らかとなる。このため、熱及びすべりによるピーリング摩擦の発生を有効に防止できるとともに、低トルクになる。

アルミニウム系添加剤を配合することにより、摩擦摩耗面または摩耗により露出した金属新生面においてアルミニウム化合物が反応し、酸化鉄とともにアルミニウム被膜が軸受軌道面（軌道溝）２２、２４に生成する。そして、軌道面（軌道溝）２２、２４に生成した酸化鉄およびアルミニウム被膜が、グリース組成物の分解による水素の発生を抑制して、水素脆性による特異な剥離を防止できる。すなわち、アルミ添加グリースの効果で、鋼表面に酸化アルミ膜が形成され、金属接触による軌道表面の活性化を防ぐことで、脆性剥離を防止できる。

このように、本発明では、溝形状とアルミ添加グリースとの組合せで電装補機用途に使用される軸受の耐脆性剥離性を向上させることができる。

前記実施の形態では、内輪２５の軌道溝２４の溝開口部２４ｂの曲率半径Ｒ４を外輪２３の溝開口部２２ｂの曲率半径Ｒ２よりも小さく設定しているが、本発明は使用条件によって面圧に有利な曲率半径を溝底部へ、肩乗り上げに有利な曲率半径を溝開口部へとそれぞれ設定して複合曲率としている為、溝底部と溝開口部の溝曲率半径を設定するにあたって、それぞれが影響を受ける事は無い。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、内輪２５の軌道溝２４の溝開口部２４ｂの曲率半径Ｒ４を外輪２３の溝開口部２２ｂの曲率半径Ｒ２よりも大きくしたり、内輪２５の軌道溝２４の溝開口部２４ｂの曲率半径Ｒ４と外輪２３の溝開口部２２ｂの曲率半径Ｒ２とを同一にするなど溝底部と溝開口部の曲率半径を使用条件によって面圧や肩乗り上げに対して最適な値の組み合わせに設定することができる。

実施例１〜実施例８
表１に示した基油の半量に、４，４−ジフェニルメタンジイソシアナート（日本ポリウレタン工業社製商品名のミリオネートＭＴ、以下、ＭＤＩと記す）を表１に示す割合で溶
解し、残りの半量の基油にＭＤＩの２倍当量となるモノアミンを溶解した。それぞれの配
合割合および種類は表１のとおりである。

ＭＤＩを溶解した溶液を攪拌しながらモノアミンを溶解した溶液を加えた後、１００℃
〜１２０℃で３０分間攪拌を続けて反応させて、ジウレア化合物を基油中に生成させた。これにアルミニウム系添加剤および酸化防止剤を表１に示す配合割合で加えてさらに１００℃〜１２０℃で１０分間攪拌した。その後冷却し、三本ロールで均質化し、グリース組成物を得た。

表１において、基油として用いた合成炭化水素は、40℃における動粘土３０mm²/secの新日鉄化学社製商品名のシンフルード６０１を、アルキルジフェニルエーテル油は４０℃における動粘土９７mm²/secの松村石油社製商品名のモレスコハイルーブＬＢ１００を、それぞれ用いた。また、酸化防止剤は住友化学社製ヒンダードフェノールを用いた。

得られたグリース組成物の急加減速試験を行った。試験方法および試験条件を以下に示す。また、結果を表１に示す。

＜急加減速試験＞
電装補機の一例であるオルタネータを模擬し、回転軸を支持する内輪回転の転がり軸受に上記グリース組成物を封入し、急加減速試験を行った。急加減速試験条件は、回転軸先端に取付けたプーリに対する負荷荷重を１９６０Ｎ、回転速度は０rpm〜１８０００rpmで運転条件を設定し、さらに、試験軸受内に０．１Ａの電流が流れる状態で試験を実施した。そして、軸受内に異常剥離が発生し、振動検出器の振動が設定値以上になって発電機が停止する時間（剥離発生寿命時間、ｈ）を計測した。なお、試験は、５００時間で打ち切った。また、転がり軸受としては、溝形状が図４に示すような従来のものを使用した。

比較例１〜比較例３
実施例１に準じる方法で、表１に示す配合割合で、増ちょう剤、基油を選択してベースグリースを調整し、さらに添加剤を配合してグリース組成物を得た。得られたグリース組成物を実施例１と同様の試験を行って評価した。結果を表１に示す。

表１に示すように、各実施例では、急加減速試験は全て４００時間以上（剥離発生寿命時間）の優れた結果を示した。これは、アルミニウム系添加剤を所定割合で添加したことにより転走面で生じる白色組織変化を伴った特異的な剥離を効果的に防止できたためであると考えられる。

本発明の実施形態を示すグリース封入軸受の要部断面図である。前記グリース封入軸受の外輪の要部断面図である。前記グリース封入軸受の内輪の要部断面図である。従来のグリース封入軸受の断面図である。

符号の説明

２２ａ溝底部
２２ｂ溝開口部
２２軌道溝
２３外輪
２４ａ溝底部
２４ｂ溝開口部
２４軌道溝
２５内輪
２６保持器
２７転動体
２８シール部材

Claims

内周面に軌道溝を有する外輪と、外周面に軌道溝を有する内輪と、外輪の軌道溝と内輪の軌道溝との間に転動自在に介在する転動体と、転動体を保持する保持器とを備え、グリース組成物が封入されてなるグリース封入軸受において、
外輪及び内輪の各軌道溝において、溝底部の曲率半径を転動体の半径と同一に設定するとともに、溝開口部の曲率半径を溝底部の曲率半径よりも大きくし、溝底部と溝開口部とを滑らかに連続する円弧として組合せる複合溝曲率形状として、曲率半径が大きい溝開口部を転動体非接触部位としたことを特徴とするグリース封入軸受。
前記グリース組成物が、基油と、増ちょう剤とからなるベースグリースに添加剤を配合してなり、前記添加剤は、アルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つのアルミニウム系添加剤を含有し、このアルミニウム系添加剤の配合割合はベースグリース１００重量部に対して０．０５〜１０重量部であることを特徴とする請求項１のグリース封入軸受。
前記アルミニウム化合物は、炭酸アルミニウムまたは硝酸アルミニウムから選ばれた少なくとも一つの化合物であることを特徴とする請求項２のグリース封入軸受。
前記増ちょう剤は、ウレア系増ちょう剤であることを特徴とする請求項２又は請求項３のグリース封入軸受。
前記基油は、アルキルジフェニルエーテル油およびポリ−α−オレフィン油から選ばれた少なくとも一つの油であることを特徴とする請求項２又は請求項３のグリース封入軸受。