(57)【要約】【課題】初期の油分離率およびその後の油分離を抑制することでより長時間使用できる固形潤滑剤、および該固形潤滑剤が封入された固形潤滑剤封入転がり軸受を提供することを目的とする。【解決手段】固形潤滑剤１７は、基油および増ちょう剤からなるグリースと、超高分子量ポリオレフィンと、添加剤とを含む混合物の固形体であり、超高分子量ポリオレフィンが、固形潤滑剤全体に対して３０〜４０質量％含まれ、添加剤が、セルロース粉末またはセルロース繊維であり、固形潤滑剤全体に対して５〜１０質量％含まれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基油および増ちょう剤からなるグリースと、超高分子量ポリオレフィンと、添加剤とを含む混合物の固形体である固形潤滑剤であって、
前記超高分子量ポリオレフィンが、前記固形潤滑剤全体に対して３０〜４０質量％含まれ、
前記添加剤が、セルロース粉末またはセルロース繊維であり、前記固形潤滑剤全体に対して５〜１０質量％含まれることを特徴とする固形潤滑剤。
【請求項２】
前記グリースが、前記固形潤滑剤全体に対して５０〜６５質量％含まれることを特徴とする請求項１記載の固形潤滑剤。
【請求項３】
前記超高分子量ポリオレフィンの平均分子量が１×１０6〜３×１０6であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の固形潤滑剤。
【請求項４】
転がり軸受内に固形潤滑剤を封入した固形潤滑剤封入転がり軸受であって、
前記固形潤滑剤が、請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の固形潤滑剤であることを特徴とする固形潤滑剤封入転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形潤滑剤および該固形潤滑剤を内部に封入した転がり軸受に関し、特に樹脂成分として超高分子量ポリエチレンを含む固形潤滑剤および該固形潤滑剤封入転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、転がり軸受の内部には、転がり摩擦やすべり摩擦の軽減などを目的として、潤滑用のグリースが封入されている。グリースを封入した転がり軸受は、長寿命であり、外部に潤滑装置を必要とせず、安価であるため、自動車や産業機械などの汎用用途に広く利用されている。
【０００３】
しかし、グリースのような半固体状潤滑剤を利用した場合、潤滑剤による撹拌抵抗のため、回転トルクが大きくなる。この課題を解決するため、超高分子量ポリエチレンと、この超高分子量ポリエチレンより融点の高い滴点を有するグリースとの混合物を、上記融点以上で加熱して、固形化した固形潤滑剤が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭６３−２３２３９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、上記固形潤滑剤では、初期の油分離率が大きくなる場合がある。その場合、軸受から潤滑油が漏れ出る原因となり、他の部品を汚してしまったり、潤滑油が有効に利用されず軸受寿命が短くなってしまうことが考えられる。また、軸受寿命の点からは、固形潤滑剤に含まれる潤滑油が少量ずつ、かつ長期間にわたり滲み出ることが望ましい。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、初期の油分離率およびその後の油分離を抑制することでより長時間使用できる固形潤滑剤、および該固形潤滑剤が封入された固形潤滑剤封入転がり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】
【０００７】
本発明の固形潤滑剤は、基油および増ちょう剤からなるグリースと、超高分子量ポリオレフィンと、添加剤とを含む混合物の固形体である固形潤滑剤であって、上記超高分子量ポリオレフィンが、上記固形潤滑剤全体に対して３０〜４０質量％含まれ、上記添加剤が、セルロース粉末またはセルロース繊維であり、上記固形潤滑剤全体に対して５〜１０質量％含まれることを特徴とする。
【０００８】
上記グリースが、上記固形潤滑剤全体に対して５０〜６５質量％含まれることを特徴とする。
【０００９】
上記超高分子量ポリオレフィンの平均分子量が１×１０6〜３×１０6であることを特徴とする。
【００１０】
転がり軸受内に固形潤滑剤を封入した固形潤滑剤封入転がり軸受であって、上記固形潤滑剤が、本発明の固形潤滑剤であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の固形潤滑剤は、グリースと、超高分子量ポリオレフィンと、セルロース粉末またはセルロース繊維とを含む固形潤滑剤であり、固形潤滑剤全体に対して、超高分子量ポリオレフィンおよびセルロース材料（以下、セルロース粉末およびセルロース繊維を含めてセルロース材料と言う）が、それぞれ所定量含まれるので、初期の油分離率が抑えられる。また、この固形潤滑剤から基油が少量ずつ滲み出し、かつ多くの量滲み出すことが可能であり、長時間使用できる。
【００１２】
本発明の固形潤滑剤封入転がり軸受は、本発明の固形潤滑剤を封入してなるので、軸受寿命に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の固形潤滑剤封入転がり軸受の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の固形潤滑剤封入転がり軸受の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の固形潤滑剤は、潤滑成分としてのグリースと、樹脂成分としての超高分子量ポリオレフィンと、添加剤との混合物が固形化された潤滑剤である。この固形潤滑剤からグリースに含まれる基油が滲み出ることで潤滑性が付与される。本発明者らは、添加剤としてセルロース粉末またはセルロース繊維を用いることで、初期の油分離率を抑えるとともに、その後の油分離を抑制できることを見出した。本発明はこのような知見に基づくものである。
【００１５】
本発明に用いるグリースは基油と増ちょう剤とからなる。基油は、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、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】
また、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。これらの中でも、耐熱耐久性に優れたウレア化合物の使用が好ましい。
【００１７】
上記基油と上記増ちょう剤とからなるグリースの混和ちょう度（ＪＩＳ Ｋ ２２２０）はＮＬＧＩちょう度番号で２〜３が好ましい。この範囲が、油分離の抑制に適している。
【００１８】
本発明に用いられる超高分子量ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンもしくはこれらの共重合体からなる粉末またはそれぞれ単独の粉末を配合した混合粉末が挙げられる。ここで、各粉末の、粘度法により測定される平均分子量は、１×１０6〜３×１０6 であることが好ましい。このような分子量の範囲にあるポリオレフィンは、剛性と保油性において低分子量のポリオレフィンより優れるからである。また、超高分子量ポリオレフィンの中でも、超高分子量ポリエチレンを用いることが好ましい。
【００１９】
本発明の固形潤滑剤における超高分子量ポリオレフィンの含有量は、固形潤滑剤全体に対して３０〜４０質量％であり、好ましくは３２〜４０質量％であり、より好ましく３５〜４０質量％である。該含有量を３０〜４０質量％とすることで、油分離を適度に抑えることができる。
【００２０】
本発明に用いられるセルロース材料としては、針葉樹クラフトパルプ、広葉樹クラフトパルプ、マニラ麻パルプ、サイザル麻パルプ、竹パルプ、エスパルトパルプ、コットンパルプなどから得られる植物由来セルロース、低酸溶紡糸による高重合度の再生セルロース（ポリノジックレーヨン）、アミン・オキサイド系有機溶剤を用いた溶剤紡糸レーヨンなどの再生セルロース、バクテリア産生セルロース、ホヤなどの動物由来セルロース、電界紡糸法によるナノセルロースなどが挙げられる。本発明において、セルロース粉末とは、アスペクト比（長軸／短軸）が３未満の粒子状のセルロースであり、セルロース繊維とは、アスペクト比が３以上の繊維状のセルロースである。
【００２１】
セルロース材料としてセルロース粉末を用いる場合、セルロース粉末は、粒度分布測定器（レーザー回折法）による平均粒径が５０μｍ以下のものを使用することが好ましく、平均粒径が１２μｍ以下のものを使用することがより好ましい。また、篩分けで言うと、篩目開きが３８μｍの篩（米国ＡＳＴＭ規格で４００メッシュの篩）を通過する粒子を用いることが好ましい。
【００２２】
セルロース材料としてセルロース繊維を用いる場合、セルロース繊維は、繊維サイズがある程度小さいものを使用することが好ましい。具体的に、セルロース繊維は、平均繊維径が２０μｍ以下、且つ、平均長さが１００μｍ以下のものを使用することが好ましく、平均繊維径が１０μｍ以下、平均長さが３０μｍ以下のものを使用することがより好ましい。
【００２３】
また、本発明に用いるセルロース繊維として、植物由来セルロースから物理的方法や化学的方法によって製造されるセルロースナノファイバーを用いてもよい。物理的方法（解繊）としては、高圧ホモジナイザー法、マイクロフリュイダイザー法、ボールミル粉砕法、およびグラインドミル粉砕法などが挙げられる。化学的方法としては、ＴＥＭＰＯ酸化法などが挙げられる。
【００２４】
セルロースナノファイバーを用いる場合、例えば、平均繊維径が４〜５００ｎｍ、平均繊維長が１μｍ以上のものを用いることができる。また、平均繊維長／平均繊維径のアスペクト比が１０以上のものを用いることができる。なお、本発明における繊維径および繊維長さは、本分野において通常使用される電子顕微鏡や原子間力顕微鏡などにより測定できる。また、平均繊維径と平均繊維長は、上記測定に基づき数平均繊維径、数平均繊維長として算出できる。
【００２５】
本発明の固形潤滑剤においてセルロース材料は、油の滲み出しを抑制する添加剤であって、固形潤滑剤の油性面に滲出する油の分離率を適度に抑えるものである。セルロース材料の含有量は、固形潤滑剤全体に対して５〜１０質量％であり、好ましくは７〜１０質量％である。固形潤滑剤全体に対して５質量％以上のセルロース材料を用いることで、油分離率が抑制でき、油が滲み出る速度を小さくできる。一方、セルロース材料の含有量が１０質量％をこえると、固形潤滑剤の機械的強度が低下するおそれがある。
【００２６】
固形潤滑剤において、超高分子量ポリオレフィンとセルロース材料との質量比は、３：１〜８：１であり、好ましくは３：１〜５：１であり、より好ましくは３．５：１〜４．５：１である。なお、本発明の固形潤滑剤には、セルロース材料以外にも各種有機あるいは無機添加剤を配合することができる。
【００２７】
以上を考慮して、本発明の固形潤滑剤のより好ましい形態としては、基油および増ちょう剤からなるグリースが５０〜６５質量％、超高分子量ポリオレフィンが３０〜４０質量％、セルロース材料が５〜１０質量％であり、かつ、超高分子量ポリオレフィンとセルロース材料との質量比が３：１〜５：１である。この場合、その他の添加剤を含まないことがさらに好ましい。
【００２８】
本発明の固形潤滑剤は、グリースと、所定量の超高分子量ポリオレフィンと、所定量のセルロース材料とを均一に混合し、その混合物を所定形状の型や軸受に直接封入し、超高分子量ポリオレフィンのゲル化点以上の温度（融解温度）に加熱し、その後冷却して固形化することで得られる。グリースと超高分子量オレフィンとセルロース材料とを混合する方法は、特に限定されることなく、例えばヘンシェルミキサー、リボンミキサーなど、一般に用いられる撹拌機を使用することができる。また、加熱（焼成）条件は、上記ゲル化点以上で、かつ、該グリースの滴点以下で加熱することが好ましい。例えば、超高分子量ポリオレフィンの平均分子量が１×１０6〜３×１０6 である場合、１５０〜２００℃の温度で加熱することが好ましい。
【００２９】
本発明の固形潤滑剤が封入された転がり軸受の一例を図１に基づいて説明する。図１は、固形化された固形潤滑剤をスポットパック状に封入する転がり軸受の断面図である。転がり軸受１１は、外周面に内輪転走面を有する内輪１２と内周面に外輪転走面を有する外輪１３とが同心に配置され、内輪転走面と外輪転走面との間に複数個の転動体１４が配置される。保持器１５が、この複数個の転動体１４を保持している。転がり軸受１１は、転動体１４の周囲に固形潤滑剤１７が封入されている。
【００３０】
また、本発明の固形潤滑剤が封入された転がり軸受の他の例を図２に示す。図２は、固形化され固形潤滑剤をフルパック状に封入する転がり軸受の断面図である。図２の形態の転がり軸受１１は、図１の場合と同様に、内輪１２、外輪１３、転動体１４、および保持器１５を備えており、転動体１４の周囲に上記の固形潤滑剤１７を封入することで得られる。
【００３１】
固形潤滑剤１７の封入方法の一例として、以下の方法が挙げられる。所定量の上記グリースと、所定量の超高分子量ポリオレフィンと、所定量のセルロース材料とを均一に混合して得られた半固形状物を転がり軸受１１内に封入する。その封入の方法は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、内輪１２と外輪１３の間で二枚の帯板からなる保持器１５がリベット１６によって重ねて固定されている部分に、いわゆるスポットパック状に封入するものや、図２（ａ）および図２（ｂ）に示されるように、内輪１２と外輪１３の間全体に、いわゆるフルパック状に充填するものが挙げられる。このように封入された状態で、軸受全体を超高分子量ポリオレフィンのゲル化点以上、かつ、グリースの滴点以下の温度に加熱し、その後冷却して固形化することにより、上記半固形状物が固形化して固形潤滑剤となり、本発明の固形潤滑剤封入転がり軸受が得られる。
【００３２】
本発明の転がり軸受は、その種類について制限はなく、各図に示した深溝玉軸受の他、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、針状ころ軸受、円すいころ軸受などとしてもよい。また、シール部材を有する形態と、シール部材を有しない形態とのいずれであってもよい。
【実施例】
【００３３】
実施例１および比較例１、２について、表１に示す配合組成（質量％）で各成分をそれぞれ混合した。得られた混合物を、Φ１０ｍｍ×８ｍｍの試験片となるようにリング状の型に封入し、質量を量った（加熱前質量）。封入した混合物を型ごと１６０℃で３０分加熱した後、冷却し、固形潤滑剤試験片を得た。このとき、滲み出た油をふき取って質量を量った（加熱後０ｈ質量）。さらに、室温で３６ｈ静置した後に滲み出た油をふき取って質量を量った（加熱後３６ｈ質量）。そして、溶媒を用いて３６ｈ静置後の固形潤滑剤から油分を抽出して、抽出した油分の質量を量った（油分抽出量）。
【００３４】
測定した加熱前質量を基準として、下記の式で油分離率（質量％）をそれぞれ算出した。なお、油分離率（０ｈ）が初期の油分離率となる。
油分離率（０ｈ）＝｛（加熱前質量−加熱後０ｈ質量）／加熱前質量｝×１００
油分離率（３６ｈ）＝｛（加熱前質量−加熱後３６ｈ質量）／加熱前質量｝×１００
また、得られた固形潤滑剤試験片を用いてデュロメータＡ硬さ（ＪＩＳ Ｋ ６２５３に準拠）を測定した。測定結果を表１に示した。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
表１に示すように、本発明の固形潤滑剤である実施例１は、比較例１、２に比べて、初期の油分離率、経時的な油分離率、および油分抽出量に優れていた。具体的には、初期の油分離率が７質量％以下で、３６時間放置までの油分離率の変化が１質量％以下でありながら、抽出された油分量は最も多いものとなった。このことから、実施例１の固形潤滑剤は、初期の油漏れを抑制できるとともに、ゆっくりと、かつ多くの油を滲出可能であるため、長時間使用できる。また、実施例１の固形潤滑剤は、デュロメータＡ硬さが８０以上を示し、機械的強度が維持されている。
【００３７】
比較例１の固形潤滑剤は、デュロメータＡ硬さが８０以下であるため、使用時に遠心力で破損するおそれがある。また、比較例２は、機械的強度には優れるものの、初期の油分離率が９質量％以上と多く、油漏れのおそれがある。また、抽出された油分量は最も少ないため、油が有効に活用されず、長寿命化が図れないおそれがある。
【００３８】
以上のように、本発明の固形潤滑剤は、所定量のセルロース材料を含むため、機械的強度を維持しながらも、初期および経時的な油分離率を抑え、かつ多くの油が滲出可能であるので、油を少しずつ長期的に滲み出させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の固形潤滑剤は、初期の油分離率およびその後の油分離を抑制することでより長時間使用できるので、固形潤滑剤が封入される転がり軸受の固形潤滑剤として広く用いることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１１  転がり軸受
１２  内輪
１３  外輪
１４  転動体
１５  保持器
１６  リベット
１７  固形潤滑剤
【図１】
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【図２】
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