(57)【要約】【課題】本発明は、潤滑剤に含まれる硫黄分によって腐食し難く、しかも潤滑剤に含まれる硫黄分を低減することが可能な軸受を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の軸受は、潤滑剤と接する部材の表面に樹脂被膜が設けられている。この樹脂被膜は、潤滑剤に含まれる硫黄分と反応する官能基を有している。特に、この樹脂被膜の官能基は、トリフェニルホスフィン基であることが好ましい。本発明の軸受は、転がり軸受又はすべり軸受のいずれであってもよい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑剤に含まれる硫黄分と反応する官能基を有する樹脂被膜が、前記潤滑剤と接する部材の表面に設けられていることを特徴とする軸受。
【請求項２】
前記樹脂被膜の官能基がトリフェニルホスフィン基であることを特徴とする、請求項１に記載の軸受。
【請求項３】
前記樹脂被膜が、スチレンと４−（ジフェニルホスフィノ）スチレンとの共重合体であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の軸受。
【請求項４】
前記軸受が転がり軸受であり、前記樹脂被膜が保持器の非摺動部に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸受。
【請求項５】
前記軸受がすべり軸受であり、前記樹脂被膜が軸受基体の表面に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受に関する。詳細には、本発明は、タービンなどの大型機械に用いられる軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受は、回転運動又は往復運動を行う部品の荷重を受け、該部品の軸を支持する機能を有する。軸受は、該部品の軸と直に接するため、摩耗したり、摩擦熱で発熱したりする。そのため、これらを防止するために、該部品の軸と軸受との間に潤滑剤が供給される。
【０００３】
潤滑剤としては、硫黄分が不純物として含まれる潤滑剤が用いられることがあるけれども、このような潤滑剤を用いた場合、軸受を構成する部材が硫黄分と反応することがある。例えば、銅又は銅合金製の部材を用いた場合、銅と硫黄分とが反応して硫化銅が生成し、摩耗が進行したり、焼き付きが発生し易くなったりする。
そこで、軸受を構成する部材の表面にＣｕ−Ｍｏ系被膜などの被膜を形成することにより、硫化による部材の腐食を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１８９３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、軸受の使用時に、軸受を構成する部材の表面に形成された被膜が損傷した場合、被膜の損傷部を起点として部材が腐食してしまうことがあった。したがって、硫化による部材の腐食を防止するためには、硫化し難い材質を選択する必要があり、部材の材質が実質的に制限されていた。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、潤滑剤に含まれる硫黄分によって腐食し難く、しかも潤滑剤に含まれる硫黄分を低減することが可能な軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記のような問題を解決すべく鋭意研究を行った結果、潤滑剤に含まれる硫黄分と反応する官能基を有する樹脂被膜を、潤滑剤と接する部材の表面に設けることにより、硫化による部材の腐食を抑制するだけでなく、潤滑剤に含まれる硫黄分を低減し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、潤滑剤に含まれる硫黄分と反応する官能基を有する樹脂被膜が、前記潤滑剤と接する部材の表面に設けられていることを特徴とする軸受である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、潤滑剤に含まれる硫黄分によって腐食し難く、しかも潤滑剤に含まれる硫黄分を低減することが可能な軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１の針状ころ軸受の上面図及び側面図である。
【図２】実施の形態１の玉軸受の断面図である。
【図３】実施の形態２のすべり軸受の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の軸受は、潤滑剤に含まれる硫黄分と反応する官能基を有する樹脂被膜が、潤滑剤と接する部材の表面に形成されていることを特徴とする。軸受の種類としては、特に限定されず、転がり軸受（例えば、ころ軸受、玉軸受）、すべり軸受などの当該技術分野において公知の各種軸受であり得る。
以下、本発明の軸受の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１及び２は、本実施の形態の転がり軸受の概略図である。図１は、転動体として針状ころを用いた針状ころ軸受の上面図（ａ）及び側面図（ｂ）を表す。また、図２は、転動体として玉を用いた玉軸受の断面図を表す。
図１において、針状ころ軸受１は、複数の針状ころ２と、針状ころ２を等間隔に保持する保持器３とを備えている。保持器３は、針状ころ２を収容するためのポケットを有しており、各ポケットの間に位置する柱部によって針状ころ２が等間隔に保持されている。この針状ころ軸受１では、その内部に相手軸（例えば、回転軸）が挿入され、相手軸が針状ころ２と線接触する。また、この針状ころ軸受１は、通常、筐体に収納された状態で使用される。なお、図１の針状ころ軸受１は、針状ころ２及び保持器３から構成されているけれども、軌道輪（内輪及び外輪の少なくとも１つ）をさらに備えていてもよい。
【００１２】
図２において、玉軸受１０は、複数の玉１１と、玉１１を等間隔に保持する保持器３と、玉１１が転がる軌道輪である内輪１２及び外輪１３とを備えている。保持器３は、玉１１を収容するためのポケットを有しており、各ポケットの間に位置する柱部によって玉１１が等間隔に保持されている。この玉軸受１０は、その内部に相手軸（例えば、回転軸）が挿入され、相手軸が玉１１と点接触する。また、この玉軸受１０は、通常、筐体に収納された状態で使用される。
【００１３】
上記のような針状ころ軸受１及び玉軸受１０の構造は、当該技術分野において公知である。また、これらの構造は、各種用途に応じ、当該技術分野における公知の構造に準じて適宜変更することも可能である。例えば、玉軸受１０は、軌道輪の形状を変更することにより、深溝玉軸受又はアンギュラ玉軸受とすることができる。また、図１に示した針状ころ２の代わりに、円筒ころ、円錐ころなどの各種形状のころを用いてもよい。また、転動体の列数を、単列から複列に変更してもよい。また、針状ころ軸受１及び玉軸受１０は、ラジアル荷重を受けるラジアル軸受、又はアキシアル荷重を受けるスラスト軸受のいずれの形式であってもよい。
【００１４】
上記のような構造を有する針状ころ軸受１及び玉軸受１０などの転がり軸受では、摩擦及び摩耗の軽減、摩擦熱の排出、軸寿命の延長、錆止め、異物の侵入防止などを目的として、相手軸（例えば、回転軸）と軸受との隙間に潤滑剤が供給される。潤滑剤には、不純物として硫黄分が含まれていることがあるため、転がり軸受を構成する部材（例えば、保持器３、内輪１２、外輪１３など）の材質によっては、その部材が腐食してしまうことがある。
ここで、本明細書において「硫黄分」とは、潤滑剤に不純物として含まれる硫黄成分（例えば、遊離硫黄、硫化水素、メルカプタン、環状硫黄など）を意味する。
【００１５】
そこで、本実施の形態の転がり軸受では、潤滑剤と接する部材の表面に、潤滑剤に含まれる硫黄分と反応する官能基を有する樹脂被膜を設けることにより、潤滑剤と接する部材の腐食を抑制すると同時に、潤滑剤に含まれる硫黄分を減少させることを可能にしている。その結果、転がり軸受を構成する部材が硫黄分と反応し易い材質から形成されており、転がり軸受の使用時に樹脂被膜が損傷した場合であっても、樹脂被膜の損傷部を起点とした部材の腐食を抑制することができる。そのため、転がり軸受を構成する部材材質の選択自由度が高くなる。
【００１６】
樹脂被膜が設けられる転がり軸受の部材表面としては、特に限定されないが、潤滑剤と接する部材の摺動部に樹脂被膜を形成すると、樹脂被膜が損傷することがあるため、潤滑剤と接する部材の非摺動部に樹脂被膜を設けることが好ましい。
ここで、本明細書において「潤滑剤と接する部材の非摺動部」とは、軸受の内部に挿入される相手軸及び軸受の転動体と接しない軸受の部材表面のことを意味する。例えば、図１の構造を有する針状ころ軸受１における「潤滑剤と接する部材の非摺動部」とは、針状ころ２と接しない保持器３の表面である。また、図２の構造を有する玉軸受１０における「潤滑剤と接する部材の非摺動部」とは、玉１１と接しない保持器３、内輪１２及び外輪１３の表面である。
【００１７】
樹脂被膜としては、潤滑剤に含まれる硫黄分と反応する官能基を有していれば特に限定されない。
潤滑剤に含まれる硫黄分と反応する官能基としては、特に限定されず、トリフェニルホスフィン基（「トリアリールホスフィン基」とも称される）、トリシクロヘキシルホスフィン基などが挙げられるが、化学的安定性の観点から、トリフェニルホスフィン基が好ましい。
トリフェニルホスフィンは、例えば、下記の反応式（１）によって示されるように、環状硫黄（Ｓ８）と反応してトリフェニルホスフィンスルフィドを生成する。
８（Ｃ６Ｈ５）３Ｐ＋Ｓ８→８（Ｃ６Ｈ５）３Ｐ＝Ｓ    （１）
トリフェニルホスフィンのリン原子は、硫黄分の硫黄原子と反応し易く、反応後は化学的に強固な結合を形成する。そのため、トリフェニルホスフィンを官能基として有する樹脂被膜を、潤滑剤と接する部材の表面に設けることにより、潤滑剤に含まれる硫黄分を樹脂被膜に化学的に結合させ、その結果として潤滑剤に含まれる硫黄分を低減することが可能となる。
【００１８】
トリフェニルホスフィン基を官能基として有する樹脂被膜としては、特に限定されないが、例えば、トリフェニルホスフィン基を分子内に有する樹脂を用いることによって容易に形成することができる。その中でも、トリフェニルホスフィン基を分子内に有するポリスチレンを用いて樹脂被膜を形成することが好ましい。これは、ポリスチレンが、剛性、寸法安定性及び加工性に優れているだけでなく、ラジカル重合によって大量且つ安価に製造することができるためである。
【００１９】
トリフェニルホスフィン基を分子内に有するポリスチレンは、特に限定されないが、例えば、スチレンと４−（ジフェニルホスフィノ）スチレンとをラジカル重合させることによって得ることができる。このラジカル重合によって得られるポリスチレンは、スチレンと４−（ジフェニルホスフィノ）スチレンとの共重合体であり、この共重合体は繰返し単位の一部としてトリフェニルホスフィン基を有する。
【００２０】
スチレンと４−（ジフェニルホスフィノ）スチレンとのラジカル重合は、公知の方法に従って行うことができる。具体的には、溶媒中にスチレンモノマー（すなわち、スチレン及び４−（ジフェニルホスフィノ）スチレン）を溶解し、重合開始剤を用いてラジカル重合させればよい。この重合反応では、活性種を失活させる恐れのある不純物を予め除去しておくことが好ましい。また、この重合反応では、酸素による影響が大きいため、原料、溶媒及び反応装置内から酸素を十分に除去しておくことが好ましい。
【００２１】
重合開始剤としては、特に限定されないが、例えば、アゾビスブチルニトリル（ＡＩＢＮ）、ベンゾイルパーオキサイド（ＢＰＯ）、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−３，５，５−トリメチルシクロヘキサン、ポリ｛ジオキシ（１，１，４，４−テトラメチル−１，４−ブタンジイル）ジオキシカルボニル−１，４−シクロヘキサンカルボニル｝、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネートなどを用いることができる。また、これらの重合開始剤は、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２２】
溶媒としては、特に限定されないが、例えば、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、デカリン、テトラリン、ベンゼン、トルエンなどの炭化水素類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル類などを用いることができる。また、これらの溶媒は、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２３】
ラジカル重合における重合条件は、使用するモノマー、重合開始剤及び溶媒の種類に応じて適宜設定すればよく、特に限定されない。
スチレンと４−（ジフェニルホスフィノ）スチレンとの共重合体におけるトリフェニルホスフィン基の割合は、特に限定されないが、共重合体の原料であるスチレンと４−（ジフェニルホスフィノ）スチレンとの混合比を変えることによって容易に調節することができる。ただし、４−（ジフェニルホスフィノ）スチレンは、スチレンに比べて反応性が低いため、スチレンと４−（ジフェニルホスフィノ）スチレンとの合計に対する４−（ジフェニルホスフィノ）スチレンの割合が５質量％〜１０質量％が適している。
【００２４】
樹脂被膜は、潤滑剤と接する部材の表面上に直接形成してもよいし、フィルム又はシートとして予め形成した後に潤滑剤と接する部材の表面上に接着剤を用いて貼り付けてもよい。
潤滑剤と接する部材の表面上に直接形成する場合、例えば、共重合体を溶媒に溶解し、部材の表面に塗布して乾燥させればよい。また、フィルム又はシートとして予め形成する場合、例えば、共重合体を溶媒に溶解し、離型性フィルム上に塗布して乾燥させた後、離型性フィルムを除去すればよい。
【００２５】
潤滑剤と接する部材の表面に設けられる樹脂被膜の厚さとしては、特に限定されないが、一般に１００μｍ〜３００μｍである。
【００２６】
転がり軸受の転動体として用いられる針状ころ２及び玉１１としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いられる。
転がり軸受を構成する保持器３は、特に限定されないが、金属材料から一般に形成される。金属材料としては、冷間圧延鋼、熱間圧延鋼、機械構造用炭素鋼、高力黄銅鋳物、アルミ合金などを用いることができる。特に、本実施の形態の転がり軸受では、潤滑剤と接する保持器３の表面に上記の樹脂被膜を設けることにより、潤滑剤に含まれる硫黄分を低減することができるため、潤滑剤に含まれる硫黄分と反応し易い材質の保持器３を用いることも可能である。
【００２７】
上記のような構造を有する本実施の形態の転がり軸受は、潤滑剤に含まれる硫黄分によって腐食し難く、しかも潤滑剤に含まれる硫黄分を低減することができる。そのため、本実施の形態の転がり軸受は、電力システムのタービン発電機などに用いられる軸受として用いるのに特に適している。本実施の形態の転がり軸受をタービン発電機などに用いることにより、軸受の耐硫黄腐食性が向上するため、硫黄分が含まれる潤滑剤を用いたとしても長期間安定して使用することができ、信頼性が向上する。
【００２８】
実施の形態２．
図３は、本実施の形態のすべり軸受の上面図である。
図３において、すべり軸受２０は、二つの半円筒状の部材である軸受基体２１を円筒状になるように組み合わせた構造を有する。
上記のようなすべり軸受２０の構造は、当該技術分野において公知である。また、上記の構造は、各種用途に応じ、当該技術分野における公知の構造に準じて適宜変更することも可能である。例えば、図３では図示していないが、軸受基体２１には、潤滑剤を供給するための給油口が設けられていてもよい。また、図３では、二つの半円筒状の部材を用いて軸受基体２１を形成した例を示したが、一つの円筒状の部材を用いてもよい。
【００２９】
上記のような構造を有するすべり軸受２０では、摩擦及び摩耗の軽減、摩擦熱の排出、軸寿命の延長、錆止め、異物の侵入防止などを目的として、相手軸（例えば、回転軸）と軸受との隙間に潤滑剤が供給される。潤滑剤には、不純物として硫黄分が含まれていることがあるため、すべり軸受２０を構成する軸受基体２１の材質によっては、軸受基体２１が腐食してしまうことがある。
【００３０】
そこで、本実施の形態のすべり軸受２０では、潤滑剤と接する軸受基体２１の表面に、潤滑剤に含まれる硫黄分と反応する官能基を有する樹脂被膜を設けることにより、軸受基体２１の腐食を防止すると同時に、潤滑剤中の硫黄分を減少させることを可能にしている。その結果、すべり軸受２０を構成する部材が硫黄分と反応し易い材質から形成されており、すべり軸受２０の使用時に樹脂被膜が損傷した場合であっても、樹脂被膜の損傷部を起点とした部材の腐食を抑制することができる。そのため、すべり軸受２０を構成する軸受基体２１の材質の選択自由度が高くなる。
【００３１】
潤滑剤と接する軸受基体２１の表面としては、特に限定されないが、相手軸（例えば、回転軸）と接する軸受基体２１の内表面、軸受基体２１に設けられた給油口の表面などが挙げられる。
【００３２】
本実施の形態のすべり軸受２０で用いられる樹脂被膜は、実施の形態１の転がり軸受で用いられる樹脂被膜と同じであるため、説明を省略する。ただし、本実施の形態のすべり軸受２０において、相手軸と接する軸受基体２１の内表面に樹脂被膜を形成する場合、樹脂被膜の表面に微細な凹部を形成することが好ましい。このような微細な凹部を樹脂被膜に形成することにより、潤滑剤の流動性が向上し、潤滑剤による膜が形成され易くなる。また、凹部に潤滑剤が保持されるため、潤滑性能を長期にわたって維持することが可能になる。微細な凹部としては、特に限定されないが、幅が１ｍｍ以下、深さが２ｍｍ程度であり、１平方センチメートルあたり５個〜１５個程度とすることが好ましい。
【００３３】
すべり軸受２０を構成する軸受基体２１は、特に限定されないが、金属材料、樹脂材料などを用いて形成することができる。金属材料としては、冷間圧延鋼、熱間圧延鋼、機械構造用炭素鋼、高力黄銅鋳物、アルミ合金などが挙げられる。樹脂材料としては、ポリイミド樹脂、ポリアセタール樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などが挙げられる。これらは、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。なお、必要に応じて、軸受基体２１の内表面にライニング層を形成してもよい。
本実施の形態のすべり軸受２０では、潤滑剤と接する軸受基体２１の表面に樹脂被膜を設けることにより、潤滑剤に含まれる硫黄分を低減することができるため、潤滑剤に含まれる硫黄分と反応し易い材質の軸受基体２１を用いることができる。
【００３４】
上記のような構造を有する本実施の形態のすべり軸受２０は、潤滑剤に含まれる硫黄分によって腐食し難く、しかも潤滑剤に含まれる硫黄分を低減することができる。そのため、本実施の形態のすべり軸受２０は、エンジンなどに用いられる軸受として用いるのに特に適している。本実施の形態のすべり軸受２０をエンジンなどに用いることにより、軸受の耐硫黄腐食性が向上するため、硫黄分が含まれる潤滑剤を用いたとしても長期間安定して使用することができ、信頼性が向上する。
【実施例】
【００３５】
以下、実験により本発明の詳細を説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。
まず、１００ｍＬの三ツ口フラスコに、還流管及びアルゴンラインを接続するためのガラス管を取り付け、撹拌子を入れた。三ツ口フラスコ内を３回アルゴン置換して酸素を除去した後、蒸留したトルエン（４０ｍＬ）、スチレンと４−（ジフェニルホスフィノ）スチレンとの混合物（２０ｍＬ）、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）（５０ｍｇ）を加えた。三ツ口フラスコ内の溶液を撹拌子で撹拌しながら、アルゴンガスを数分間バブリングさせ、トルエン中に残る溶存酸素を取り除いた。次に、この三ツ口フラスコを油浴で１００℃に加熱し、アルゴンガスを僅かにバブリングさせながら１時間３０分撹拌して反応させた。得られた反応混合物をメタノール（４００ｍＬ）に少しずつ注ぎ、生成物（共重合体）を再沈殿させた。再沈殿によって得られた生成物をトルエン（４０ｍＬ）に再溶解し、メタノール（４００ｍＬ）で再沈殿させるという操作を３回繰り返し、得られた共重合体の純度を高めた。その後、５０℃で１２時間真空乾燥させ、溶媒を除去することにより、共重合体（１１ｇ）を得た。
得られた共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）は６万〜３０万の範囲にあり、重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）との比（Ｍｗ／Ｍｎ）は１．７〜２．６の範囲にあった。
【００３６】
次に、１０ｍＬのガラスバイアルを２つ準備し、軸受の部材で一般的に使用される銅系金属の試験片（１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍ）をそれぞれ入れた。次に、２つのガラスバイアルに潤滑剤８ｍＬを加え、上記で合成した共重合体（大きさ３ｍｍ以下）１ｇを一方のガラスバイアルに加えた。潤滑剤としては、５００ｐｐｍの環状硫黄（Ｓ８）を意図的に加えた市販の潤滑剤を用いた。共重合体は、一辺が３ｍｍ以下となるように粉砕して加えた。その後、ガラスバイアルを密封し、１００℃で３時間放置した。
次に、潤滑剤の元素分析を蛍光Ｘ線によって評価した。その結果、共重合体を加えなかった潤滑剤では、銅の溶出量が３００ｐｐｍ程度であったのに対し、共重合体を加えた潤滑剤では、銅の溶出量が４０ｐｐｍ程度であった。
【００３７】
以上の結果からわかるように、本発明によれば、潤滑剤に含まれる硫黄分によって腐食し難く、しかも潤滑剤に含まれる硫黄分を低減することが可能な軸受を提供することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  針状ころ軸受、２  針状ころ、３  保持器、１０  玉軸受、１１  玉、１２  内輪、１３  外輪、２０  すべり軸受、２１  軸受基体。
【図１】
2018009637.tif 000002
【図２】
2018009637.tif 000003
【図３】
2018009637.tif 000004