(57)【要約】【課題】転がり軸受に適切な給脂タイミングでグリースを給脂する方法を提供する。【解決手段】グリース給脂方法は、円すいころ軸受１１にグリースを給脂する方法であって、グリースは酸化防止剤を含んでおり、円すいころ軸受１１に封入されているグリース１６の基油の過酸化物価に基づいてグリースを給脂する。具体的には、グリース１６の過酸化物価および酸価を経時的に測定し、過酸化物価が上昇し、かつ、酸価が上昇していない段階でグリースを給脂する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受にグリースを給脂する方法であって、
前記グリースは酸化防止剤を含んでおり、前記転がり軸受に封入されているグリースの基油の過酸化物価に基づいて前記グリースを給脂することを特徴とするグリース給脂方法。
【請求項２】
前記転がり軸受に封入されているグリースの過酸化物価および酸価を経時的に測定し、前記過酸化物価が上昇し、かつ、前記酸価が上昇していない段階で前記グリースを給脂することを特徴とする請求項１記載のグリース給脂方法。
【請求項３】
前記グリースの給脂量が、給脂後のグリース全体の８０質量％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のグリース給脂方法。
【請求項４】
前記転がり軸受が、鉄道車両用転がり軸受であ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項記載のグリース給脂方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受にグリースを給脂する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種産業機械や車両などに組み込まれる転がり軸受には、潤滑性を付与するために、グリースが封入されている。この転がり軸受に封入されているグリースは、時間経過とともに劣化し、潤滑性能が低下するため、適当なタイミングで新しいグリースを補給する必要がある。
【０００３】
従来、グリースの給脂タイミングは、経験則などに基づいて行われてきた。例えば、転がり軸受の軸受形式や運転条件（使用温度、回転速度など）に応じて、所定の線図からグリースの補給間隔が求められることが知られている。また、グリースの劣化に伴う性状変化を指標としてグリースの給脂タイミングを判断する方法も知られている。例えば、非特許文献１の方法では、グリースの酸価や粘度などの変化によってグリースの劣化を判断し、その結果に基づいてグリースの給脂を行っている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】社団法人日本トライボロジー学会編、「メンテナンストライボロジー」、養賢堂、2006年11月、p.122-123
【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、従来の方法では、グリースの給脂タイミングがずれることがある。例えば、非特許文献１に記載の酸価基準でグリースの給脂タイミングを判断する方法では、給脂タイミングが遅くなる傾向があり、その結果潤滑不足が生じるおそれがある。それ故、適切な給脂タイミングでグリースを給脂する方法が望まれている。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、適切な給脂タイミングでグリースを給脂する方法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】
【０００７】
本発明のグリース給脂方法は、転がり軸受にグリースを給脂する方法であって、上記グリースは酸化防止剤を含んでおり、上記転がり軸受に封入されているグリースの基油の過酸化物価に基づいて上記グリースを給脂することを特徴とする。
【０００８】
上記転がり軸受に封入されているグリースの過酸化物価および酸価を経時的に測定し、上記過酸化物価が上昇し、かつ、上記酸価が上昇していない段階で上記グリースを給脂することを特徴とする。
【０００９】
上記グリースの給脂量が、給脂後のグリース全体の８０質量％以上であることを特徴とする。また、上記転がり軸受が、鉄道車両用転がり軸受であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のグリース給脂方法は、転がり軸受に封入されているグリースの基油の過酸化物価に基づいてグリースを給脂する方法である。過酸化物価（ＰＯＶ）は、有機過酸化物の濃度を示す値である。一般に、グリースの基油は使用によって劣化し、自動酸化を受ける。この自動酸化では、基油から有機過酸化物、有機酸化物、重合体が順に生成される。従来の方法では、有機酸化物の量に基づく酸価や重合体の量に基づく粘度を指標にグリースの劣化を判断し、新しいグリースを給脂していた。これに対し、本発明では、有機酸化物や重合体の前駆体である有機過酸化物に着目し、ＰＯＶに基づいてグリースを給脂するため、グリースの劣化を早期発見し、早期に対処（新しいグリースを給脂）することができる。これにより、軸受内のグリースの劣化の進行を抑制し、潤滑寿命を延長することができる。
【００１１】
過酸化物価が上昇し、かつ、酸価が上昇していない段階でグリースを給脂するので、有機酸化物が生成する前にグリースを給脂することができる。そのため、有機酸化物が生成した後にグリースを給脂する場合よりも、酸化防止剤の性能を十分発揮させることができ、グリースの劣化の進行を好適に抑制することができる。
【００１２】
グリースの給脂量が、給脂後のグリース全体の８０質量％以上であるので、新しいグリースの比率が多くなり、潤滑寿命を好適に延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】転がり軸受の一例として鉄道車両用軸受を示す断面図である。
【図２】グリースの基油の自動酸化メカニズムを示す図である。
【図３】自動酸化における各パラメータの時間的推移を示す図である。
【図４】過酸化物価と酸価の時間的推移を示す図である。
【図５】実施例と比較例における酸価の変化を示す図である。
【図６】焼付き寿命試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、転がり軸受にグリースを給脂する方法であり、グリースを給脂可能な転がり軸受に適用される。このような転がり軸受として、例えば、鉄道車両の回転機器を支持する鉄道車両用軸受がある。図１は、鉄道車両用軸受の一例としての車軸用軸受を示す断面図である。車軸１８の両端部は車両台枠（図示せず）に取り付けられた円すいころ軸受１１により支持され、この円すいころ軸受１１は、内輪１２と、外輪１３と、この内輪１２および外輪１３間に介在し回転自在に転動する複数の円すいころ１４と、この円すいころ１４を保持する保持器１５とを有する。円すいころ１４の周囲には、後述するグリース１６が封入されている。また、円すいころ軸受１１には、円すいころ１４にグリースを補給する注入孔１７が設けられている。所定の給脂タイミングになると、新品のグリースが注入孔１７から補給される。
【００１５】
本発明のグリース１６は、基油と増ちょう剤から構成される。グリース１６の基油は、特に限定されず、グリースの分野で通常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、エステル系合成油、エーテル系合成油、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。
【００１６】
グリース１６の増ちょう剤は、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、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。
【００１７】
転がり軸受に封入されたグリースは、軸受の使用に伴って劣化していく。このグリースの劣化は、基油が空気中の酸素によって自動酸化されることで進行する。この自動酸化のメカニズムを図２に示す。図２に示すように、まず、基油となる炭化水素から熱などによって炭素ラジカルが生成されると、その炭素ラジカルが酸素と反応して過酸化ラジカルを生成する。そして、過酸化ラジカルは他の炭化水素と反応して、活性な有機過酸化物を生成するとともに、炭素ラジカルを生成する。さらに、有機過酸化物は、ケトン、アルデヒド、エステル、カルボン酸などの有機酸化物になり、有機酸化物が縮合反応などによって重合化され、最終的にポリマーやオリゴマーが生成される。なお、有機過酸化物の生成はラジカル連鎖反応となるため、一旦、炭素ラジカルが生成されると、次々に炭化水素を酸化することになる。
【００１８】
この一連の反応を抑制するため、本発明のグリースには酸化防止剤が含まれている。酸化防止剤としては、炭素ラジカルや過酸化ラジカルを捕捉して不活性化物質へと変換するラジカル捕捉型と、有機過酸化物を分解して不活性物質へと変換する過酸化物分解型がある。ラジカル捕捉型の酸化防止剤としては、アミン系やフェノール系の酸化防止剤が挙げられる。具体的には、ｐ，ｐ′-ジオクチルジフェニルアミン、Ｎ，Ｎ′-ジイソプロピル-ｐ-フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ′-ジ-ｓｅｃ-ブチル-ｐ-フェニレンジアミンなどのアルキル化ジフェニルアミン、フェニル-１-ナフチルアミン、フェニル-２-ナフチルアミン、ジフェニル-ｐ-フェニレンジアミン、ジピリジルアミン、オレイルアミドアミン、フェノチアジン、フェニル-α-ナフチルアミン、２，６-ジ-ｔ-ブチル-ｐ-クレゾール、４，４′-メチレンビス（２，６-ジ-ｔ-ブチルフェノール）、４，４′-チオビス-（６-ｔ-ブチル-３-メチルフェノール）などが挙げられる。一方、過酸化物分解型の酸化防止剤としては、アルキルジチオりん酸亜鉛（ＺｎＤＴＰ）などが挙げられる。これらの中でも、ラジカル捕捉型の酸化防止剤が好ましく、アミン系酸化防止剤がより好ましい。
【００１９】
酸化防止剤は、上記ラジカルや有機過酸化物を不活性化すると、自らは分解し消費される。そのため、基油の劣化（自動酸化）が進むにつれて、酸化防止剤が完全に消費されると、有機過酸化物、有機酸化物、重合体が順次増えることになる。そのため、酸化防止剤を含むグリースを適当なタイミングで給脂することで、基油の自動酸化を抑制することができる。
【００２０】
一方で、酸化防止剤の性能が有機酸化物によって影響を受けることが知られている（参考文献：Lubrication Science、1995、7、4、p.319-331）。参考文献より、特にアルデヒドやカルボン酸などの有機酸化物存在下では、酸化防止剤の性能が顕著に低下することがわかる。
【００２１】
本発明者らは、有機酸化物の存在下で酸化防止剤の性能が低下する点に着目し、有機酸化物が生成する前に酸化防止剤を含むグリースを補給することでグリースの劣化を好適に抑制できると考えた。そこで、本発明者らは、自動酸化メカニズムに着目し、有機酸化物の前駆体である有機過酸化物の量を示すＰＯＶを指標とすることで、有機酸化物が生成する前のタイミングを判断するようにした。言い換えると、ＰＯＶを指標として新しいグリース（以下、「新品グリース」ともいう）を給脂するようにした。
【００２２】
図３には、基油の自動酸化による、過酸化物価（ＰＯＶ）、全酸価（ＴＡＮ）、粘度の時間的推移の模式図を示している。図３に示すように、初期の段階では、ＰＯＶ、ＴＡＮ、粘度に変化はない。つまりこの間は、軸受に予め封入されているグリース中の酸化防止剤によって、基油の自動酸化が抑えられている。その後、酸化防止剤が消費されると、タイミングＡから有機過酸化物が生成されることに伴って、ＰＯＶが上昇する。そして、タイミングＢから有機酸化物が生成されることに伴ってＴＡＮが上昇し、その後、重合体の生成に伴って粘度が上昇する。
【００２３】
本発明の給脂方法は、ＰＯＶに基づいて、有機酸化物が生成し始める前、つまり図３のタイミングＢ以前に、グリースを給脂することを特徴とする。好ましくは、ＰＯＶが上昇し、かつ、ＴＡＮが上昇していない期間、つまりタイミングＡ〜タイミングＢの間にグリースを給脂する。具体的には、ＰＯＶの単位時間当たりの上昇率が閾値Ｔｈ１以上で、かつ、ＴＡＮの単位時間当たりの上昇率が閾値Ｔｈ２以下の場合に、グリースを給脂する。閾値Ｔｈ１は、図３のタイミングＡ以降のＰＯＶの上昇を判定可能な値に設定され、閾値Ｔｈ２は、図３のタイミングＢ以前のＴＡＮが上昇していない（下降も含む）ことを判定可能な値に設定される。また、上昇率とは、単位時間当たりにおける各パラメータ（ＰＯＶ、ＴＡＮ）の上昇量である。なお、上昇率が負値の場合は、各パラメータが下降していることを示す。
【００２４】
これに対し、従来では、ＴＡＮや粘度を指標としているため、ＴＡＮや粘度がある程度上昇したタイミングでグリースが劣化したと判断して、グリースを給脂する。そのため、本発明の給脂方法に比べて、給脂タイミングが遅くなる。そうすると、有機酸化物の存在により酸化防止剤の性能が十分に発揮されず、新しいグリースを給脂したとしても、劣化の進行を満足に抑制することができない。このように本発明の給脂方法によって、グリースの劣化を早期に発見し、早期に対処することで、グリースの劣化の進行を好適に抑制することができる。
【００２５】
ＰＯＶは、ＡＳＴＭ  Ｄ  １８３２に準拠して測定される。この測定法は、有機過酸化物をヨウ化カリウムと反応させてヨウ素を遊離させ、この遊離ヨウ素をチオ硫酸ナトリウム（Ｎａ2Ｓ2Ｏ3）で滴定し、その滴定量から有機過酸化物の含有量を求めるものである。また、ＴＡＮは、ＪＩＳ  Ｋ  ２５０１に準拠して測定される。ＴＡＮは、試料１ｇ中に含まれる全酸性成分を中和するのに要する水酸化カリウムのミリグラム（ｍｇ）数と定義される。ＴＡＮの測定は、例えば指示薬滴定法で行われる。
【００２６】
上記の測定法によって、転がり軸受に封入されているグリースの基油のＰＯＶおよびＴＡＮを経時的に測定する。具体的には、連続的または所定時間（例えば１０時間）ごとにグリースをサンプリングしてＰＯＶおよびＴＡＮを測定する。サンプリングの間隔は、転がり軸受の運転条件などを考慮して決定するとよい。なお、経時的でなくても、ある一定の時間のみでＰＯＶおよびＴＡＮを測定してもよい。
【００２７】
本発明の給脂方法は、軸受内にすでに封入されているグリース（以下、「劣化品グリース」ともいう）を除去せずに、新品グリースを補給する方法である。新品グリースは、劣化品グリースと組成が同じものを用いる。新品グリースの給脂量は、給脂後のグリース全体に対して８０質量％以上であり、好ましくは９０質量％以上である。言い換えると、劣化品グリースとの混合比率が８０％以上となるように新品グリースを補給し、好ましくは９０％以上となるように補給する。なお、転がり軸受に封入されているグリースは使用されるにつれて、減少していく。そのため、グリースを給脂する際には、転がり軸受の運転条件などに基づいて劣化品グリースの量を推定し、その量に応じて新品グリースの給脂量を決定するとよい。
【００２８】
本発明に使用するグリースは、グリース全体に対して基油を６０〜９５質量％含有することが好ましい。基油の含有量が６０質量％未満では、寿命低下のおそれがあり、９５質量％をこえると、相対的に基油量が多くなることで、グリース化が困難になり、また基油の自動酸化が進行しやすくなる。また、本発明に使用するグリースは、基油に対して酸化防止剤を０．１〜１０質量％含有することが好ましく、１〜５質量％含有することがより好ましい。
【００２９】
グリースの混和ちょう度（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。
【００３０】
本発明の給脂方法が適用される転がり軸受は、車軸用軸受以外にも、主電動機用軸受などの鉄道車両用軸受に用いられる。また、図１では転がり軸受として円すいころ軸受について例示したが、本発明の転がり軸受は、任意の形式の軸受とすることができる。
【実施例】
【００３１】
（１）試験用グリースの調製
グリースとしてアルバニヤＳ２（昭和シェル石油社製）を用いた。グリースの詳細は下記に示す。このグリースをシャーレに入れ、１５０℃雰囲気下で３００時間放置し、その間所定時間ごとにグリースをサンプリングして、ＰＯＶとＴＡＮを測定した。ＰＯＶは、ＡＳＴＭ  Ｄ  １８３２に準拠して測定し、ＴＡＮは、ＪＩＳ  Ｋ  ２５０１に準拠して測定した。ＰＯＶとＴＡＮの時間的推移を図４に示す。
基油        ：鉱油、４０℃における動粘度１３０ｍｍ2／ｓ
増ちょう剤  ：リチウム石けん
酸化防止剤  ：アミン系酸化防止剤
ちょう度    ：２８０
【００３２】
図４より、放置時間が８０時間経過したタイミングから９０時間経過したタイミングの期間では、過酸化物価（ＰＯＶ）は上昇したのに対し、全酸価（ＴＡＮ）は上昇しなかった。具体的な数値として、ＰＯＶの１０時間（放置後８０〜９０時間）当たりの上昇率は１．３ｍｅｑ／ｋｇであり、ＴＡＮの１０時間当たりの上昇率は−０．１ｍｇＫＯＨ／ｇであった。つまり放置時間が９０時間経過したタイミングでは、有機過酸化物は生成しているが、有機酸化物は生成していないといえる。一方、放置時間が１９０時間経過したタイミングでは、ＰＯＶは低下したのに対し、ＴＡＮは上昇した。つまりこのタイミングでは、有機酸化物が生成しているといえる。
【００３３】
ここで、９０時間経過後の劣化品グリース、つまり有機酸化物の生成前のグリースに、給脂後のグリース全体に対して８０質量％となるように新品グリースを添加した。本実施例では、ＰＯＶの１０時間当たりの上昇率が１ｍｅｑ／ｋｇ以上で、かつ、ＴＡＮの１０時間当たりの上昇率が０．０１ｍｇＫＯＨ／ｇ以下の場合に、グリースを給脂することとした。得られた混合グリースを実施例グリースとした。一方、１９０時間経過後の劣化品グリース、つまり有機酸化物の生成後のグリースに、給脂後のグリース全体に対して８０質量％となるように新品グリースを添加した。得られた混合グリースを比較例グリースとした。
【００３４】
（２）高温放置試験
実施例および比較例の各グリースをそれぞれシャーレに入れ、１５０℃雰囲気下で９０時間放置した。試験前後におけるＴＡＮをそれぞれ測定した。結果を図５に示す。
【００３５】
図５より、実施例および比較例のいずれも試験後にＴＡＮが上昇したが、実施例ではＴＡＮの試験前後における上昇率は約１０％であったのに対し、比較例ではＴＡＮの試験前後における上昇率は約４０％であった。つまり、実施例では劣化の進行を抑制できたが、比較例では劣化が進行する結果となった。
【００３６】
（３）焼付き寿命試験
実施例、比較例、参考例１〜３の各グリースがそれぞれ封入された転がり軸受を用いて、下記の条件で軸受の焼付き寿命試験を実施した。なお、参考例１は、新品のグリースであり、参考例２は、上記（１）の９０時間経過後の劣化品グリースであり、参考例３は、上記（１）の１９０時間経過後の劣化品グリースである。結果を図６に示す。
転がり軸受    ：  ６２０４
試験温度      ：  １２０℃
軸受回転条件  ：  １００００ｍｉｎ-1
試験荷重      ：  アキシアル荷重６７Ｎ、ラジアル荷重６７Ｎ
グリース封入量：  １．８ｇ
【００３７】
図６より、実施例では、有機酸化物が生成する前の劣化品グリースに新品グリースを補給することで、寿命を大幅に上昇させることができた。また、実施例では、新品のみのグリース（参考例１）に近い寿命まで延長させることができた。一方、比較例では、有機酸化物が生成した後の劣化品グリースに新品グリースを補給しても寿命の上昇はわずかで、劣化の進行を抑制することができなかった。このように実施例の給脂方法は、過酸化物価および酸価に基づき、過酸化物価が上昇し、かつ、酸価が上昇していない段階でグリースを給脂するので、有機酸化物の生成前に新品グリースを補給することができるため、潤滑寿命を延長することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の給脂方法は、適切な給脂タイミングでグリースを給脂することができるので、グリースを給脂しながら潤滑する転がり軸受全般に広く用いることができる。特に、鉄道車両用軸受のグリースの給脂に好適である。
【符号の説明】
【００３９】
１１  円すいころ軸受
１２  内輪
１３  外輪
１４  円すいころ
１５  保持器
１６  グリース
１７  注入孔
１８  車軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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