JP2008285574A

JP2008285574A - ころ軸受

Info

Publication number: JP2008285574A
Application number: JP2007131302A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Fujita; 安伸藤田; Atsushi Yokouchi; 敦横内; Kaneaki Matsumoto; 兼明松本
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2008-11-27

Abstract

【課題】極圧条件で運転されるころ軸受の潤滑性能を高め、耐摩耗性及び低トルク化をより一層高める。
【解決手段】内輪と外輪との間に保持器を介して複数のころを転動自在に保持してなり、エステル油に、特定のウレア化合物と、ベンジリデンソルビトール誘導体とを、（ベンジリデンソルビトール誘導体／ウレア化合物）重量比が０．１〜１．０で、かつ、ウレア化合物とベンジリデンソルビトール誘導体との合計量が１０〜３０質量％となるように配合した潤滑剤組成物を封入したことを特徴とするころ軸受。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄鋼設備、車両、各種産業機械、各種モータ等に組み込まれるころ軸受に関する。

上記に挙げた設備や機械、機器に組み込まれるころ軸受には、潤滑性を付与するためにグリースや潤滑油が使用されている。中でもグリースは、軸受に封入できる利点があり、広く使用されている。反面、潤滑油に比べて流動特性が悪く、軸受内部では必要とされる転送面への供給性が悪い。特に、鉄道設備や車両、産業機械に使用されるころ軸受では、極圧条件になりやすいため、グリースが転動面に入り込み難く、潤滑不良による摩耗を引き起こしやすいため、潤滑油を使用する場合もある。

このような背景から、鉄道設備や車両、産業機械に使用されるころ軸受に封入されるグリースには、硫黄系化合物等の極圧剤を添加して摩耗防止を図ることが多い（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、活性の高い極圧剤はグリースの網目構造を壊し、軟化させたり、逆に摩耗を増大させたりすることがある。

また、金属との反応性の高い添加剤を添加すると、湿潤環境等、場合によっては腐食作用を呈することが懸念される。

特開２００４−３３２７６８号公報

上記に挙げた設備や機械、機器では、今後とも高性能化の要望が高まることが予想されるが、組み込まれるころ軸受にも更なる耐摩耗性に加え、高速化のための低トルク化の要求は年々厳しくなっている。

そこで本発明は、潤滑性能に優れ、上記のような極圧条件で運転されるころ軸受の潤滑性能を高め、耐摩耗性及び低トルク化をより一層高め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、内輪と外輪との間に保持器を介して複数のころを転動自在に保持してなり、エステル油に、下記一般式（１）または（２）で表されるウレア化合物と、ベンジリデンソルビトール誘導体とを、（ベンジリデンソルビトール誘導体／ウレア化合物）重量比が０．１〜１．０で、かつ、ウレア化合物とベンジリデンソルビトール誘導体との合計量が１０〜３０質量％となるように配合した潤滑剤組成物を封入したことを特徴とするころ軸受を提供する。

〔（１）式中、Ｃ_ｍＨ_２ｍ＋１及びＣ_ｎＨ_２ｎ＋１は直鎖アルキル基であり、ｍ＋ｎは１６〜３６である。また、（２）式中、Ｃ_ｘＨ_２ｘ＋１及びＣ_ｙＨ_２ｙ＋１は直鎖アルキル基であり、ｘ＋ｙは２０〜３６である。〕

本発明のころ軸受では、封入潤滑剤組成物が、せん断力が加わる状態では油状（降伏値を持たない）となり、せん断力が加わらない状態では固まってゲル状（降伏値の大きい状態）となる。そのため、潤滑剤組成物が転送面から排出されても、保持器とシールとの隙間や転送面付近に存在するグリースとの接触で生じる極く弱いせん断力により油状となり、転送面に再度供給され、極圧条件でも潤滑不足による摩耗が抑えられて長寿命となり、低トルク化も図られる。

以下、本発明に関して詳細に説明する。

本発明においてころ軸受の構造には制限がなく、例えば図１に示すころ軸受を例示することができる。図示されるころ軸受は、内輪１と外輪２との間にころ３が保持器４を介して配置されている。ころ３は、内輪１の転走面１ａと外輪２の転走面２ａとの間で転がり摩擦を受け、内輪１の鍔部１ｂとの間ですべり摩擦を受ける。これらの摩擦を低減するために、下記に示すグリース組成物を封入する。

グリース組成物は、エステル油に、下記一般式（１）または（２）で表されるウレア化合物と、ベンジリデンソルビトール誘導体とを配合したものである。

尚、（１）式中、Ｃ_ｍＨ_２ｍ＋１及びＣ_ｎＨ_２ｎ＋１は直鎖アルキル基であり、ｍ＋ｎは１６〜３６である。また、（２）式中、Ｃ_ｘＨ_２ｘ＋１及びＣ_ｙＨ_２ｙ＋１は直鎖アルキル基であり、ｘ＋ｙは２０〜３６である。

エステル油としては、制限はないが、芳香族系三塩基酸または芳香族系四塩基酸と、分岐アルコールとの反応から得られる芳香族エステル油、一塩基酸と多価アルコールとの反応から得られるポリオールエステル油等を好適に挙げることができる。

具体的には、芳香族エステル油としては、芳香族系三塩基酸と分岐アルコールとの反応から得られるエステル油としてピロメリット酸エステル油、トリメシン酸エステル油、具体的にはトリオクチルトリメリテートやトリデシルトリメリテート、芳香族系四塩基酸と分岐アルコールとの反応から得られるピロメリット酸エステル油、具体的にはテトラオクチルピロメリテート等が挙げられる。

また、ポリオールエステル油としては、以下に示す多価アルコールと一塩基酸とを適宜組み合わせて反応させて得られるものが挙げられる。尚、一塩基酸は単独でもよいし、複数を用いてもよい。更に、多価アルコールと二塩基酸・一塩基酸の混合脂肪酸とのオリゴエステルであるコンプレックスエステルとして用いてもよい。多価アルコールとしては、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ネオペンチルグルコール、２−メチル−２−プロピル−１，３−プロパンジオール等が挙げられる。一方、一塩基酸としては、主に炭素数４〜１６の一価脂肪酸が用いられ、具体的には、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、エナント酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデカン酸、ラウリン酸、ミステリン酸、パルミチン酸、牛脂脂肪酸、ステアリン酸、カプロレイン酸、パルミトレイン酸、ペトロセリン酸、オレイン酸、エライジン酸、アスクレピン酸、バクセン酸、ソルビン酸、リノール酸、リノイン酸、アビニン酸、リシノール酸等が挙げられる。

上記のウレア化合物は、ジイソシアネートと、モノアミンとを反応させて得られる。ジイソシアネートとしては、一般式（１）で表されるウレア化合物ではヘキサメチレンジイソシアネートを、一般式（２）で表されるウレア化合物では４，４´−ジフェニルメタンジイソシアネートを用いる。一方、モノアミンとしては、一般式（１）で表されるウレア化合物では直鎖のＣ_ｍＨ_２ｍ＋１を有する脂肪族アミン及び直鎖のＣ_ｎＨ_２ｎ＋１を有する脂肪族アミンを用い、一般式（２）で表されるウレア化合物では直鎖のＣ_ｘＨ_２ｘ＋１を有する脂肪族アミン及び直鎖のＣ_ｙＨ_２ｙ＋１を有する脂肪族アミンを用いる。尚、ｍ＋ｎは１６〜３６であり、ｘ＋ｙは２０〜３６であるが、炭素数が多いほどエステル油との親和性が高く、好ましい。

ベンジリデンソルビトール誘導体としては、ジベンジリデンソルビトール、ジトリリデンソルビトール、非対称のジアルキルベンジリデンソルビトール等を好適に挙げることができる。

ベンジリデンソルビトール誘導体は、数質量％の添加量で基油をＮＬＧＩＮｏ．２〜Ｎｏ．３程度の硬さに増ちょうできる能力を備えている。また、せん断を受けた時に結晶粒子が分散して流動性を示し、せん断を受けない時には結晶粒子が凝集して流動性を示さなくなるという、流動−復元可逆性を有する。しかし、せん断の有無を繰り返すうちに短時間での構造復元が困難になり、軟化するようになる。そこで、この流動−復元可逆性が緩やかであるウレア化合物を併用することにより、ベンジリデンソルビトール流動体の結晶粒子がウレア化合物の結晶粒子を架橋して再凝集し易くなり、安定した流動−復元可逆性が得られるようになる。

このような作用を効果的に得るために、ウレア化合物とベンジリデンソルビトール誘導体とを、（ベンジリデンソルビトール誘導体／ウレア化合物）重量比で０．１〜１．０となるように混合して使用する。この混合比が０．１未満であると、ベンジリデンソルビトール誘導体の結晶粒子の凝集が起こり難く、せん断を受けない時に増ちょう剤網目構造の復元が遅くなり、適用箇所から漏洩しやすくなる。一方、この混合比が１を超えると、分散・凝集の可逆性が損なわれ、漏洩しやすくなる。

また、ウレア化合物及びベンジリデンソルビトール誘導体は、共に増ちょう剤として機能する。そのため、両者の合計で、潤滑剤組成物全量の１０〜３０質量％を占めるように配合される。合計での配合量が１０質量％未満では潤滑剤組成物が初期から柔らかすぎて適用箇所から漏洩しやすく、３０質量％を超える流動性が低く適用箇所に十分な潤滑性を付与できない。

尚、ウレア化合物及びベンジリデンソルビトール誘導体は、共にエステル油との親和性が高く、所定温度まで昇温させるとエステル油に完全に溶解し、エステル油中にそれぞれの結晶粒子を均一に生成することができることから、核生成状態を冷却方法で制御できる。また、粒径の小さい結晶粒子を生成でき、揺動運動用転がり軸受に充填した場合、軸受音響特性に優れるようになる。

グリース組成物には、その用途に応じて添加剤を配合することにより、各種性能を向上させることができるが、極圧添加剤を添加することが好ましい。極圧添加剤としては、リン系、硫黄系、リン−硫黄系、ジチオリン酸亜鉛、ジチオリン酸モリブデン等が好適であり、それぞれ単独で、あるいは適宜組み合わせて添加する。

更には、アミン系、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；スルホン酸金属塩、エステル系、アミン系、ナフテン酸金属塩、コハク酸誘導体等の防錆剤；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それぞれ単独で、あるいは適宜組み合わせて添加することもできる。

尚、これら添加剤の添加量は、本発明の目的を損なわない範囲であれば特に制限されるものではない。

以下に実施例及び比較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）
第１の容器にて、４２部のペンタエリスリトールエステル（ＰＥＴ）にヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）を４部添加して溶解し、７０℃まで加熱した。第２の容器にて、４５部のＰＥＴにオクチルアミン（Ｃ_８ＮＨ_２）を６部溶解した。そして、第１の容器に第２の容器の内容物を入れ、攪拌しながら徐々に昇温して１４０℃で３０分保持してウレア化合物を合成した。次いで、第１の容器にジベンジリデンソルビトール（ＤＢＳ）を３部添加し、十分に攪拌して混合した後、１９５℃まで昇温してウレア化合物とＤＢＳとを完全に溶解させた。次いで、予め水冷したアルミニウム製バットに第１の容器の内容物を流し込み、バットを流水で冷却することでゲル状物を得た。そして、ゲル状物を３本ロールミルにかけて供試潤滑剤組成物を得た。

（実施例２）
オクチルアミンに代えてオクタデシルアミン（Ｃ_１８ＨＮ_２）を用い、実施例１に準じてウレア化合物を合成し、ＤＢＳ及びジチオリン酸モリブデン（ＭｏＤＴＰ）を添加して供試潤滑剤組成物を得た。

（実施例３〜６）
表１に示す基油、ジイソシアネート、モノアミン、ベンジリデンソルビトール誘導体及び極圧添加剤を用い、実施例１または実施例２に準じて供試潤滑剤組成物を得た。

（比較例１）
ＰＥＴ中で、４，４´−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）とシクロへキシルアミン（ＣＨＡ）とを反応させてウレア化合物を合成し、更にＭｏＤＰＴを添加して供試潤滑剤組成物を得た。

（比較例２）
ＰＥＴにＤＢＳを添加して供試潤滑剤組成物を得た。

（比較例３）
鉱油（ＭＯ）に１２ヒドロキシステアリン酸リチウムを配合し、更に硫黄系極圧添加剤を添加して供試潤滑剤組成物を得た。

（１）せん断の有無と見かけ粘度との関係
実施例１の供試潤滑剤組成物と比較例１の供試潤滑剤組成物とを用い、初期の見かけ粘度（図中●）、せん断を１回受けた後の見かけ粘度（図中▲）、せん断を１回受け所定時間放置した後の見かけ粘度（図中■）、放置後更にせん断を受けたときの見かけ粘度（図中◆）を測定した。図２に実施例１の供試潤滑剤組成物の測定結果を示すが、本発明の潤滑剤組成物は、せん断を受けたときに油状となって流動性を示し、放置すると元の硬さのゲル状に戻る特性を有することがわかる。一方、図３に比較例１の供試潤滑剤組成物の測定結果を示すが、ウレア化合物のみを含むため、せん断を受けた時と放置時とで見かけ粘度の変化が少ない。

（２）流動−復元可逆性試験
実施例１、比較例１及び比較例２の供試潤滑剤組成物について、自転−公転式攪拌機（せん断条件：自転１３７０ｒ／ｍｉｎ、公転１３７０ｒ／ｍｉｎ、３ｍｉｎ）で攪拌して不混和ちょう度を測定した後、４０℃で３時間放置して不混和ちょう度を測定するサイクルを４回繰り返した。結果を表１及び図４に示すが、１回目のせん断後の不混和ちょう度と、２〜４回のせん断後の各不混和ちょう度との差、並びに１回目の放置後の不混和ちょう度と、２〜４回目の放置後の各不混和ちょう度との差が、何れも±１５以内であれば、良好な流動−復元可逆性を有すると見なすことができ、実施例１の供試潤滑剤組成物はこの基準を満足している。これに対し、比較例１及び比較例２供試潤滑剤組成物は、攪拌と放置とを繰り返すうちに、放置後の不混和ちょう度の上昇が大きく、流動−復元可逆性が低下している。

（３）軸受漏洩試験
非接触シール付きの単列深溝玉軸受（内径２５ｍｍ、外径６２ｍｍ、幅１７ｍｍ）に各供試潤滑剤組成物を充填して供試軸受を作製した。そして、供試軸受を、回転数１００００ｒ／ｍｉｎ、アキシアル荷重９８Ｎ，ラジアル荷重９８Ｎにて２０時間連続回転させ、初期重量との差からグリース漏洩率を求めた。結果を表１に示すが、グリース漏洩率６質量％以下が合格である。実施例の供試軸受は、何れも前記基準を満たしている。

また、実施例１に従い、（ベンジリデンソルビトール誘導体／ウレア化合物）重量比を変えて供試潤滑剤組成物を調製し、同様にしてグリース漏洩率を求めた。結果を図５に示すが、（ベンジリデンソルビトール誘導体／ウレア化合物）重量比が１の供試潤滑剤組成物に対する相対値で示してある。同図から、（ベンジリデンソルビトール誘導体／ウレア化合物）重量比が０．１〜１．０の範囲であればグリース漏洩を極力抑え得ることがわかる。

（４）耐摩耗試験
往復動摩耗試験装置を用い、供試潤滑剤組成物を１ｍｍの膜厚となるように試験台上に塗布し、振幅１０ｍｍ、周波数１５Ｈｚ、垂直荷重２ＧＰａ、試験温度８０℃、試験時間１０分間の条件にて試験を行い、揺動方向に対して垂直な方向に形成された摩耗痕の大きさ（摩耗痕径）により耐摩耗性を評価した。結果を表１に示すが、比較例３の摩耗痕径に対する相対値で示すが、実施例の供試潤滑剤組成物は何れも１以下である。

（５）銅板腐食試験
ＪＩＳＫ２２２０Ｂ法に準拠して試験を行なったが、実施例の供試潤滑剤組成物は何れも合格である。

本発明のころ軸受の一例を示す断面図である。実施例１の供試潤滑剤組成物におけるせん断応力と見かけ粘度との関係を示すグラフである。比較例１の供試潤滑剤組成物におけるせん断応力と見かけ粘度との関係を示すグラフである。実施例における（２）流動−復元可逆性試験の結果を示すグラフである。実施例で得られた（ベンジリデンソルビトール誘導体／ウレア化合物）重量比とグリース漏洩率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１内輪
２外輪
３ころ

Claims

内輪と外輪との間に保持器を介して複数のころを転動自在に保持してなり、エステル油に、下記一般式（１）または（２）で表されるウレア化合物と、ベンジリデンソルビトール誘導体とを、（ベンジリデンソルビトール誘導体／ウレア化合物）重量比が０．１〜１．０で、かつ、ウレア化合物とベンジリデンソルビトール誘導体との合計量が１０〜３０質量％となるように配合した潤滑剤組成物を封入したことを特徴とするころ軸受。

〔（１）式中、Ｃ_ｍＨ_２ｍ＋１及びＣ_ｎＨ_２ｎ＋１は直鎖アルキル基であり、ｍ＋ｎは１６〜３６である。また、（２）式中、Ｃ_ｘＨ_２ｘ＋１及びＣ_ｙＨ_２ｙ＋１は直鎖アルキル基であり、ｘ＋ｙは２０〜３６である。〕