(57)【要約】【課題】水分が混入した場合でも、白色組織剥離及び腐食の発生を抑制し、良好な潤滑を長時間維持できる掘削機用転がり軸受を提供する。【解決手段】掘削機に組み込まれる転がり軸受であって、内輪と外輪との間に複数の転動体を転動自在に配設してなり、前記内輪及び前記外輪の間に形成され前記転動体が配設された空間内に、鉱油及び合成油から選ばれる少なくとも１種からなる基油と、増ちょう剤とを含み、かつ、オレオイルザルコシンをグリース全量の０．１〜５質量％の割合で含有するグリース組成物が封入されていることを特徴とする掘削機用転がり軸受。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機に組み込まれる転がり軸受であって、内輪と外輪との間に複数の転動体を転動自在に配設してなり、前記内輪及び前記外輪の間に形成され前記転動体が配設された空間内に、鉱油及び合成油から選ばれる少なくとも１種からなる基油と、増ちょう剤とを含み、かつ、オレオイルザルコシンをグリース全量の０．１〜５質量％の割合で含有するグリース組成物が封入されていることを特徴とする掘削機用転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削機に組み込まれる転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、トンネル掘削機等の前部で旋回させるカッターヘッドは、掘削機本体に設けられた駆動モータによって駆動されており、掘削機本体に設けられたメインベアリングによって支持されて旋回駆動されている。そして、この旋回駆動されるカッターヘッドと掘削機本体との間には、カッターヘッド側からメインベアリング側へ土砂や泥水が侵入しないように軸受シール装置が設けられている。
【０００３】
しかし、泥水の侵入を完全に防ぐのは不可能であり、掘削機用転がり軸受では、封入グリースに水が混入して潤滑不良が誘発されることが多い。グリースへの水分の影響について、例えば、古村らは、潤滑油（#180タービン油）に６％の水分が混入すると、混入しない場合に比べて転がり疲れ寿命が数分の１から２０分の１にまで低下することを報告している（古村恭三郎、城田伸一、平川清：表面起点および内部起点の転がり疲れについて、NSK Bearing Journal、No.636、pp.1-10、1977）。また、Schatzbergらは、潤滑油中に僅か１００ｐｐｍの水分が混入するだけで鋼の転がり強さが３２〜４８％も低下することを報告している（P.Schtzberg、I.M.Felsen：Effects of water and oxygen during rolling contact lubrication、Wear 12、pp.331-342、1968）。
【０００４】
このような寿命低下は、混入した水分から発生した水素が軸受材料に作用し、白色組織剥離と呼ばわれる金属剥離を引き起こすことが考えられている。このような剥離を防ぐために、亜硝酸ナトリウム等の不働態酸化剤を添加したグリース（例えば、特許文献１参照）、有機アンチモン化合物や有機モリブデン化合物を添加したグリース（例えば、特許文献２参照）、粒径２μｍ以下の無機系化合物を添加したグリース（例えば、特許文献３参照）等のように、グリースを改良することが行われている。これらは、転がり接触部に添加剤に由来する被膜を生成して軸受材料への水素の浸入を防いでいるが、被膜が形成されるまでの間に振動や速度変化による転動体の滑りが起こると、転がり接触部で金属剥離が起こる場合がある。
【０００５】
グリースの改良以外の対策として、軸受材料にステンレス鋼を使用したり（例えば、特許文献４参照）、転動体をセラミックス製にすること（例えば、特許文献５参照）等が提案されているが、これら材料からなる軸受は一般に高価となる。
【０００６】
また、軸受鋼のような鉄は、水により容易に腐食（錆）が生じ、軸受から異音が発生するという問題がある。水の混入が考えられる軸受では、耐腐食性を有することも非常に重要であり、上記と同様の方法により耐腐食性を同時に付与することがなされているが、錆の発生を抑制する効果が十分に得られていない。
【０００７】
【特許文献１】特許第２８７８７４９号公報
【特許文献２】特許第３５１２１８３号公報
【特許文献３】特開平９−１６９９８９号公報
【特許文献４】特開平３−１７３７４７号公報
【特許文献５】特開平４−２４４６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、水分が混入した場合でも、白色組織剥離及び腐食の発生を抑制し、良好な潤滑を長時間維持できる掘削機用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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、掘削機に組み込まれる転がり軸受であって、内輪と外輪との間に複数の転動体を転動自在に配設してなり、前記内輪及び前記外輪の間に形成され前記転動体が配設された空間内に、鉱油及び合成油から選ばれる少なくとも１種からなる基油と、増ちょう剤とを含み、かつ、オレオイルザルコシンをグリース全量の０．１〜５質量％の割合で含有するグリース組成物が封入されていることを特徴とする掘削機用転がり軸受を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の掘削機用転がり軸受は、封入するグリース組成物に含まれるオレオイルザルコシンによる優れた防錆性能が付与されており、優れた耐腐食性及び白色組織剥離に対する耐性を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
【００１２】
掘削機の一例を図１及び図２（図１のＡ部分の拡大図）に示す。図示されるように、掘削機本体１の前部に設けられたカッターヘッド２は、本体側のカッタードラム３がメインベアリング４を介して掘削機本体１と連結されており、このメインベアリング４に形成された駆動歯車４ａが図示しない駆動モータ（駆動装置）で駆動されることによって旋回駆動されている。メインベアリング４には、上記のグリース組成物が封入される。尚、図示する掘削機本体１は前胴であり、フロントグリッパ１ａが設けられている。また、カッターヘッド２には複数のローラーカッター２ａが設けられている。そして、カッタードラム３の内周側とバルクヘッド５（掘削機本体側）との間、および外周側と掘削機本体１との間に、軸受シール装置Ｍ１，Ｍ２がそれぞれ設けられている。
【００１３】
図２に示すように、カッタードラム３とバルクヘッド５との間には小径の軸受シール装置Ｍ１が設けられ、カッタードラム３と掘削機本体１との間には大径の軸受シール装置Ｍ２が設けられている。これらの軸受シール装置Ｍ１，Ｍ２は、径は異なるが機能は同等である。軸受シール装置Ｍ１は、カッタードラム３とバルクヘッド５との間の半径方向にスリーブリング６を設け、バルクヘッド５とスリーブリング６の外周側に、掘削機本体１の半径方向に２段構成となる第１軸受シールＳ１と第２軸受シールＳ２とが設けられている。スリーブリング６は、このスリーブリング６をバルクヘッド５とカッタードラム３との間の定位置で保持するためのスリーブリング保持装置７によって保持されている。このスリーブリング保持装置７はメインベアリング４側に設けられており、スリーブリング６の端部に形成された保持部６ａを掘削機本体１の軸心と同心円上に保持している。また、保持部６ａのメインベアリング側には減速手段たる歯車機構Ｇが設けられており、この歯車機構Ｇは、バルクヘッド５側に設けられた外歯歯車９と、カッタードラム３側に設けられた内歯歯車８とに噛合する遊星歯車１０とから構成されている。従って、メインベアリング４でカッタードラム３が旋回させられると内歯歯車８が遊星歯車１０を回転させ、この遊星歯車１０が外歯歯車９の周囲を公転することによって、この遊星歯車１０を設けたスリーブリング６がカッタードラム３の回転数の半分の回転数で回転する。つまり、軸受シールＳ１，Ｓ２を半径方向に２段としてその中間にスリーブリング６を設けることにより、カッタードラム３を旋回させれば遊星歯車１０が自転しながら外歯歯車９の周囲を公転し、スリーブリング６がカッタードラム３の半分の回転数で回転させるように構成されている。
【００１４】
第１，第２軸受シールＳ１，Ｓ２のシール材１１は掘削機本体１の軸方向に３列設けられており、両端の押え部材１２，１３と中間の押え部材１４とでバルクヘッド５とスリーブリング６にそれぞれ固定されている。更に、第２軸受シールＳ２を設けたバルクヘッド５の軸方向には、掘削機本体１からの給脂配管１５が設けられており、この給脂配管１５でシール材１１の間へ、上記したグリース組成物または他のグリース組成物を常時供給する。この給脂配管１５から供給されたグリース組成物は、スリーブリング６に設けられた給脂孔６ｂを通って第１軸受シールＳ１側へも供給される。また、この軸受シール装置Ｍ１の場合には、第１軸受シールＳ１の外周側がカッタードラム３に接して摺動するので、第１軸受シールＳ１と接するカッタードラム３の内面に耐摩耗性鋼板１６が設けられている。この耐摩耗性鋼板１６は摩耗した場合に取り替え可能に構成されている。
【００１５】
このように構成される掘削機では、作業中に泥水がかかるため、メインベアリング４、更には軸受シール装置Ｍ１、Ｍ２にも泥水が浸入しやすい。しかし、後述するグリース組成物は特定の防錆添加剤を含有するため、メインベアリング４や軸受シール装置Ｍ１、Ｍ２は、腐食が効果的に抑えられ、白色組織剥離も効果的に抑えることができ、長寿命となる。
【００１６】
グリース組成物において、基油は鉱油及び合成油から選ばれる。
【００１７】
鉱油は、減圧蒸留、油剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精製、水素化精製等を、適宜組み合わせて精製したものを用いることができる。
【００１８】
合成油としては、炭化水素系油、芳香族基油、エステル系油、エーテル系油等が挙げられる。炭化水素系油としては、ノルマルパラフィン、イソパラフィン、ポリブテン、ポリイソブチレン、１−デセンオリゴマー、１−デセンとエチレンコオリゴマー等のポリ−α−オレフィンまたはこれらの水素化物等が挙げられる。芳香族系油としては、モノアルキルベンゼン、ジアルキルベンゼン等のアルキルベンゼン、あるいはモノアルキルナフタレン、ジアルキルナフタレン、ポリアルキルナフタレン等のアルキルナフタレン等が挙げられる。エステル系油としては、ジブチルセバケート、ジ−２−エチルヘキシルセバケート、ジオクチルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジトリデシルグルタレート、メチル・アセチルシノレート等のジエステル油、あるいはトリオクチルトリメリテート、トリデシルトリメリテート、テトラオクチルピロメリテート等の芳香族エステル油、更にはトリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンベラルゴネート、ペンタエリスリトール−２−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールベラルゴネート等のポリオールエステル油、更にはまた、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油等が挙げられる。エーテル系油としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールモノエーテル、ポリプロピレングリコールモノエーテル等のポリグリコール、あるいはモノアルキルトリフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテル、ジアルキルジフェニルエーテル、ペンタフェニルエーテル、テトラフェニルエーテル、モノアルキルテトラフェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテル等のフェニルエーテル油等が挙げられる。
【００１９】
上記の鉱油、合成油は、それぞれ単独で使用してもよく、混合物として使用してもよい。また、基油は、４０℃における動粘度が７０〜５００ｍｍ２／ｓであることが好ましい。動粘度を前記範囲とすることで、低温起動時の異音の発生や、高温での油膜切れ等の不具合を防ぐことができる。
【００２０】
増ちょう剤は、ゲル構造を形成し、基油をゲル構造中に保持する能力があれば、特に制限されない。例えば、リチウム等からなる金属石けん、複合金属石けん、ベントナイト、シリカ、ウレア化合物等を適宜選択して使用できる。また、これらは単独でも、混合して使用してもよい。
【００２１】
増ちょう剤の配合量は、グリース全量の５〜４０質量％とすることが好ましく、混合使用の場合は合計量でこの範囲とする。増ちょう剤の配合量が５質量％未満であるとグリース状態を維持することが困難となり、４０質量％を超えるとグリース組成物が硬くなりすぎて潤滑性を十分に発揮することができなくなるため、好ましくない。
【００２２】
グリース組成物には、必須添加剤としてオレオイルザルコシンが添加される。このオレオイルザルコシンは優れた防錆性能を有する。オレオイルザルコシンの添加量はグリース全量の０．１〜５質量％であり、０．１質量％未満では充分な防錆性能が得られず、５質量％を超えて添加しても増分に見合う効果の向上がみられない。これらを考慮すると、オレオイルザルコシンの添加量は、グリース全量の０．５〜３質量％がより好ましい。
【００２３】
更に、グリース組成物には、各種性能を更に向上させるために、所望によりその他の添加剤を添加してもよい。例えば、酸化防止剤、他の防錆剤、極圧剤、油性向上剤、金属不活性化剤等をそれぞれ単独で、あるいは２種以上を混合して添加することができる。
【００２４】
酸化防止剤は、アミン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、ジチオリン酸亜鉛等が挙げられるが、アミン系酸化防止剤及びフェノール系酸化防止剤が好適である。アミン系酸化防止剤としては、フェニル−１−ナフチルアミン、フェニル−２−ナフチルアミン、ジフェニルアミン、フェニレンジアミン、オレイルアミドアミン、フェノチアジン等が挙げられる。また、フェノール系酸化防止剤としては、ｐ−ｔ−ブチル−フェニルサリシレート、２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−フェニルフェノール、２，２´−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−オクチルフェノール）、４、４´−ブチリデンビス−６−ｔ−ブチル−ｍ−クレゾール、テトラキス〔メチレン−３−（３´，５´−ジ−ｔ−ブチル−４´−ヒドキシフェニル）プロピオネート〕メタン、１，３，５−トリメチル−２，４，６−トリス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）ベンゼン、ｎ−オクタデシル−β−（４´−ヒドロキシ−３´，５´−ジ−ｔ−ブチルフェニル）プロピオネート、２−ｎ−オクチル−チオ−４，６−ジ（４´−ヒドロキシ−３´，５´−ジ−ｔ−ブチル）フェノキシ−１，３，５−トリアジン、４、４´−チオビス（６−ｔ−ブチル−ｍ−クレゾール）、２−（２´−ヒドロキシ−３´−ｔ−ブチル−５´−メチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール等が挙げられる。
【００２５】
他の防錆剤として、例えばエステル類が挙げられる。具体的には、多塩基カルボン酸及び多価アルコールの部分エステルであるソルビタンモノラウレート、ソルビタントリステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート等のソルビタンエステル類、ポリオキシエチレンラウレート、ポリオキシエチレンオレエート、ポリオキシエチレンステアレエート等のアルキルエステル類等が挙げられる。
【００２６】
油性向上剤としては、オレイン酸やステアリン酸等の脂肪酸、ラウリルアルコールやオレイルアルコール等のアルコール、ステアリルアミンやセチルアミン等のアミン、リン酸トリクレジル等のリン酸エステル、動植物油等が挙げられる。
【００２７】
極圧剤としては、リン系、ジチオリン酸亜鉛、有機モリブデン等が挙げられる。
【００２８】
金属不活性化剤としては、ベンゾトリアゾール等が挙げられる。
【００２９】
これらその他の添加剤の添加量は、本発明の効果を損なわない範囲であれば制限はないが、通常はグリース全量の０．１〜２０質量％である。添加量が０．１質量％未満では添加効果が十分ではなく、２０質量％を超えて添加しても効果が飽和するとともに、基油の量が相対的に少なくなるため潤滑性が低下するおそれがある。
【００３０】
尚、グリース組成物の製造方法には制限がないが、一般的には基油中で増ちょう剤を反応させて得られる。その際、オレオイルザルコシンは、得られたグリース組成物に所定量添加し、ニーダーやロールミル等で十分攪拌し、均一に分散させる。この距離を行うときは、加熱することも有効である。また、その他の添加剤は、オレオイルザルコシンと同時に添加することが工程上好ましい。
【実施例】
【００３１】
以下、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ことはない。
【００３２】
（実施例１〜４、比較例１〜３）
表１に示す配合にて試験グリースを調製した。尚、各試験グリースとも、フェノール系酸化防止剤（２．６−ジ−ｔ−ブチルクレゾール；東京化成（株）製）、アミン系酸化防止剤（ｐ．ｐ´−ジオクチルジフェニルアミン；東京化成（株）製）、防錆剤（カルシウムフルホネート；Ｋｉｎｇ社製「Ｎａｓｕｌ  Ｒ１−ＣＡ」）をそれぞれ０．５質量％添加してある。また、ジウレア化合物は４，４−ジフェニルメタンジイソシアネートとオクタデシルアミンとの反応生成物、オレオイルザルコシンは日本油脂（株）製である。
【００３３】
そして、各試験グリースについて、下記に示す（１）軸受剥離試験、（２）剥離耐久試験及び（３）防錆試験を行った。結果を表１に併記する。
（１）軸受剥離試験
日本精工（株）製円すいころ軸受「ＨＲ３０２０５（内径２５ｍｍ、外径５２ｍｍ、幅１６．２５ｍｍ）」に試験グリースを封入して試験軸受を作製した。この試験軸受の内部に水を封入グリース全量に対して１質量％となるように注入した後、１２０℃、ラジアル荷重９８Ｎ、アキシアル荷重１４７０Ｎ、回転速度３５００ｒｐｍにて１００時間連続回転させた。回転後に試験軸受を分解し、剥離の発生の有無を目視にて観察した。結果を表１に示す。
（２）剥離寿命試験
転がり四球試験により、水混入時の試験グリースの剥離耐久性を評価した。φ１５ｍｍの軸受用鋼球を３個用意し、底面の内径３６．０ｍｍ、上端部の内径３１．６３ｍｍ、深さ１０．９５ｍｍの円筒状容器内に正三角刑状に置き、試験グリースを２０ｇ塗布し、更に試験グリース量の２０質量％に相当する量を注入した。そして、３個の鋼球で形成される窪みにφ５／８インチの軸受用鋼球を１個載せ、面圧４．１ＧＰａとなるように載置した鋼球を押圧しながら１０００ｍｉｎ−１で回転させた。この回転により、下の３個の鋼球は公転する。所定回転数毎に鋼球面を観察し、剥離が発生したときを剥離寿命とした。結果を表１に、オレオイルザルコシン無添加の比較例１に対する相対値で示した。
（３）防錆試験
日本精工（株）製玉軸受「６２０３（内径１７ｍｍ、外径４０ｍｍ、幅１２ｍｍ）」に試験グリースを軸受空間（内輪と外輪と玉とで形成される空間）の３５体積％を占めるように封入し、恒湿恒温槽（温度８０℃、湿度９０％）に入れて一週間放置後、軸家を分解して目視にて内輪の錆の発生状況を観察した。結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
2008291929.tif 000003
【００３５】
表１に示すように、本発明に従いオレオイルザルコシンを含有する各実施例のグリース組成物を封入することで、防錆性能及び剥離防止効果が極めて良好で、長寿命の転がり軸受となることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】掘削機の一例を示す側断面図である。
【図２】図１の部分Ａの拡大図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  掘削機本体
２  カッターヘッド
２ａ  ローラーカッター
３  カッタードラム
４  メインベアリング
４ａ  駆動歯車
５  バルクヘッド
６  スリーブリング
６ｂ  給脂孔
６ａ  保持部
７  スリーブリング保持装置
８  内歯歯車
９  外歯歯車
１０  遊星歯車
１１  シール材
１４  押え部材
１５  給脂配管
１６  耐摩耗性鋼板
１２，１３  押え部材
Ｇ  歯車機構
Ｓ１，Ｓ２  軸受シール
Ｍ１，Ｍ２  軸受シール装置
【図１】
2008291929.tif 000004
【図２】
2008291929.tif 000005