(57)【要約】【課題】多量の水と接触する環境下でも長期間安定して使用でき、かつ安価に生産できる鉄鋼用転がり軸受を提供する。【解決手段】スケールブレーカーのバックアップロールに組み込んだ鉄鋼用転がり軸受１は、バックアップロール２の外筒３と外筒３内に挿入される固定軸４との間に組み込まれて、外筒３を回転自在に支持するもので、軸受本体１ａと、本体１ａの外側に組み込まれる密封装置１ｂとから成り、軸受本体１ａは２列の軌道を有する内輪５と球面の軌道を有する外輪６との間に２列のたる形のころ７を配した自動調心ころ軸受であり、その内部空間には、潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、該樹脂成分を発泡・硬化して多孔質化した固形物である多孔性固形潤滑剤が充填されている。【選択図】図１
2008215416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多量の水と接触する環境で使用され、多孔性固形潤滑剤が充填された軸受内部への水の浸入を防止するための密封装置を備えた転がり軸受であって、
前記多孔性固形潤滑剤は、潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、該樹脂成分を発泡・硬化して多孔質化した固形物であることを特徴とする鉄鋼用転がり軸受。
【請求項２】
前記樹脂成分がポリウレタン樹脂であることを特徴とする請求項１記載の鉄鋼用転がり軸受。
【請求項３】
前記密封装置のシール構造は、ラビリンスシール構造であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の鉄鋼用転がり軸受。
【請求項４】
前記鉄鋼用転がり軸受は、スケールブレーカーのバックアップロールの支持に使用されることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の鉄鋼用転がり軸受。
【請求項５】
前記鉄鋼用転がり軸受は、その軸受形式が、自動調心ころ軸受、円筒ころ軸受、ニードル軸受、深溝玉軸受のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載の鉄鋼用転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多量の水と接触する環境で使用される鉄鋼用転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
多量の水と接触する厳しい環境で使用される鉄鋼用転がり軸受としては、例えば熱延帯鋼の酸洗ラインにおける前処理工程で使用されるスケールブレーカー用バックアップロール軸受などがある。スケールブレーカーは、バックアップロールに補強された作業ロールで帯鋼に数％の伸び（曲げ）を与え、熱延後の冷却工程で帯鋼表面に生成したスケール層（酸化皮膜）に亀裂を生じさせるとともに、帯鋼表面に高圧水を吹き付けてスケールを除去する設備であり、通常は、作業ロールを補強するバックアップロールの軸受部にも多量の水がかかるようになっている。
【０００３】
このような用途に用いられる鉄鋼用転がり軸受としては、一般に、潤滑剤が充填された軸受内部への水の浸入を防止するために、オイルシール等のシール性に優れた構造の密封装置を備えている。また、オイルシールを有する密封装置に代えて、オイルシールとラビリンスシールとを組み込んだ複合シール構造の密封装置が知られている（特許文献１参照）。しかし、多量の水と接触する鉄鋼用転がり軸受では、密封装置のシール構造にシール性の高いオイルシールを採用すると、オイルシールのリップ部が、相手部材と摺動する時の摩擦熱により硬化して徐々に摩耗していくため、使用中にシール性が低下することが避けられない。
【０００４】
特に、スケールブレーカーに設置された作業ロールのバックアップロール軸受等、多量の水に加えてスケールのような硬度の高い異物が降りかかってくる場合には、異物がリップ部と相手部材の摺動面との間に噛み込んで、リップ部に異常摩耗や破れ等の損傷が生じたり、相手部材に摩耗を生じさせたりするので、早期にシール性が低下する。このため、水や異物の侵入対策として、オイルシールや相手部材を頻繁に交換しており、保全コストが高いことが問題となっている。
【０００５】
この問題への対応として、軸受内部に水が浸入しても潤滑状態を良好に保持するために固形潤滑剤を軸受内部に充填し、ラビリンスシールと組み合わせる軸受が知られている（特許文献２参照）。この軸受は軸受内部に充填する潤滑剤として、水分と接触しても乳化することがない固形潤滑剤を採用することにより、軸受内部に水が浸入しても、潤滑剤の潤滑特性の低下や軸受外部への漏れを生じることが無いようにしたものである。固形潤滑剤を封入した軸受の場合、必ずしもシール性が高いことを要求されないので、ラビリンスシールを採用できる。特許文献２においては固形潤滑剤は、合成樹脂基材としての超高分子量ポリエチレンに潤滑グリースを分散保持させたものを使用している。
【０００６】
しかしながら、特許文献２における固形潤滑剤は、焼成前の状態ではグリース状であるため、グリースを保持させたまま硬化させるには一度加熱して冷却する工程が必要となるなど、製造工程が多く、低コスト化の要求に応えることが困難である。また、現状では加熱炉内で焼成を行なっているが、加熱炉の大きさにより、固形潤滑剤を充填できる軸受の大きさが制限されるという問題がある。
また、軸受への充填仕様によっては、軸受内で固化させた後冷却する過程において、固形潤滑剤が収縮するために潤滑剤自身が転動体を抱きこんでしまい、回転トルクが大きくなりやすく発熱しやすいという問題点がある。
【特許文献１】実公平５−２０８９１号公報
【特許文献２】特開２００５−１７２０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、多量の水と接触する環境下でも長期間安定して使用でき、かつ安価に生産できる鉄鋼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】
【０００８】
本発明の鉄鋼用転がり軸受は多量の水と接触する環境で使用され、多孔性固形潤滑剤が充填された軸受内部への水の浸入を防止するための密封装置を備えた転がり軸受であって、上記多孔性固形潤滑剤は潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、該樹脂成分を発泡・硬化して多孔質化した固形物であることを特徴とする。特に、上記樹脂成分がポリウレタン樹脂であることを特徴とする。
また、上記密封装置のシール構造は、ラビリンスシール構造であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の鉄鋼用転がり軸受は、スケールブレーカーのバックアップロールの支持に使用されることを特徴とする。
また、その軸受形式が、自動調心ころ軸受、円筒ころ軸受、ニードル軸受、深溝玉軸受のうちのいずれかであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の鉄鋼用転がり軸受は、多孔性固形潤滑剤を軸受内部（保持器と内・外輪との空間、保持器のない転がり軸受における内・外輪間の空間など）に封入するとともに、この軸受内部への水の浸入を防止するための密封装置を備えている。軸受内部に充填する潤滑剤として、水分と接触しても乳化することのない多孔性固形潤滑剤を採用しているので、軸受内部に水が浸入しても、潤滑剤の潤滑特性の低下や軸受外部への漏れを生じることがなく、軸受内部の潤滑状態を良好に保持できる。
よって、スケールブレーカーのバックアップロールの支持に使用される場合のように、多量の水と接触する環境で使用される場合の軸受寿命を、従来よりも大幅に延長することができる。従って、この軸受を組み込んだ装置は、メンテナンス周期が長くなって稼働率が向上し、ランニングコストの低減を図ることができる。
【００１１】
この多孔性固形潤滑剤は、潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、該樹脂成分を発泡・硬化させて多孔質化した固形物であり、かつ潤滑成分が発泡・硬化した固形成分内に吸蔵される。このため、本発明の鉄鋼用転がり軸受は、多孔性固形潤滑剤中の潤滑成分の保持量が単なる気孔内の含浸による保持量よりも多くなるとともに、運転時において多孔性固形潤滑剤中より転動体周囲等に潤滑成分が徐放されるので、長寿命化に寄与することができる。なお、本発明において「吸蔵」とは、液体・半固体状の潤滑成分が他の配合成分と反応することなく、固体の樹脂中に化合物にならないで含まれることをいう。
【００１２】
また、この多孔性固形潤滑剤は、非発泡体と比較して屈曲時に必要なエネルギーが非常に小さく、潤滑成分を高密度に保持しながら柔軟な変形が可能である。よって、該多孔性固形潤滑剤を固化させた後冷却する過程において、固形潤滑剤が収縮し転動体を抱き込んだとしても屈曲・変形時に必要なエネルギーが小さいために容易に変形することができ、回転トルクが大きくなるという問題を防ぐことができる。
【００１３】
本発明の鉄鋼用転がり軸受では、軸受空間部を満たす潤滑剤として充填された多孔性固形潤滑剤がシール部材の役割も果たすため、密封装置としては構造の簡単なラビリンスシールなどを採用することができる。ラビリンスシールを採用することで、従来構造におけるオイルシールリップ部の発熱や摩耗の問題をなくせるとともに、軸受を組み込んだ装置の構造を簡素化できる。
また、本発明に用いる多孔性固形潤滑剤は、潤滑成分と、樹脂成分とを必須成分として含む混合物を発泡・硬化させるだけであるので、直接軸受空間部に上記混合物を充填してそれぞれ発泡・硬化させて成形してもよく、また、常圧で固化した後に裁断た研削等で目的の形状に後加工してもよい。よって、特別な設備も不要であり、充填する軸受の大きさ、形状に制限されない。
これらの結果、生産効率が向上し、製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。図１は、実施形態の鉄鋼用転がり軸受１を、熱延帯鋼の酸洗ラインの前処理工程で使用されるスケールブレーカーの作業ロール（図示省略）を補強するバックアップロール２に組み込んだ状態を示す。この軸受１は、バックアップロール２の外筒３と外筒３内に挿入される固定軸４との間に組み込まれて、外筒３を回転自在に支持するもので、軸受本体１ａと、本体１ａの外側に組み込まれる密封装置１ｂとから成る。
スケールブレーカーのバックアップロールの支持に使用される軸受１は、通常外径が 130mm程度である。
【００１５】
上記軸受本体１ａは、２列の軌道を有する内輪５と球面の軌道を有する外輪６との間に２列のたる形のころ７を配した開放形の自動調心ころ軸受で、その内部の空間には多孔性固形潤滑剤がほとんど隙間なく充填されている。多孔性固形潤滑剤を構成する樹脂成分、潤滑成分および充填方法等は後述する。
【００１６】
一方、上記密封装置１ｂは、外筒３端部内周に嵌め込まれる外方部材８と、固定軸４端部外周に嵌め込まれる内方部材９とから成り、外方部材８内周面と内方部材９外周面のそれぞれの凹凸が僅かな隙間をもって対向することにより、ラビリンスシール構造が形成されている。また、外方部材８および内方部材９は、それぞれ外筒３および固定軸４の環状溝に嵌め込まれる止め輪１０、１１で抜け止めされて、一端部が軸受本体１ａの内外輪５、６に押し付けられ、軸受本体１ａの軸方向移動を拘束している。
【００１７】
なお、この発明は、実施形態で説明したスケールブレーカーのバックアップロール軸受に限らず、多量の水と接触する環境で使用される種々の形式の鉄鋼用転がり軸受に広く適用可能である。例として、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、スラスト玉軸受、円筒ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、スラスト針状ころ軸受、円すいころ軸受、スラスト円すいころ軸受、自動調心玉軸受、自動調心ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受、すべり軸受などが挙げられる。また、これらの軸受に対して、シール部材またはシールド板の有無は問わず適用することができる。
【００１８】
本発明の鉄鋼用転がり軸受は、封入した多孔性固形潤滑剤の樹脂内に潤滑成分を吸蔵させるので、樹脂の柔軟性により、例えばバックアップロールの回転や受熱による熱膨張、または毛細管現象により潤滑剤を染み出させて樹脂の分子間から外部に徐放できる。この際、染み出す潤滑油等の量は、外力等の大きさに応じて弾性変形する程度を樹脂の選択などによって変えることにより、必要最小限にすることができる。また、上記混合物の配合成分の配合量をコントロールすることにより多孔性固形潤滑剤の密度を変化させることができる。
また、本発明に用いる多孔性固形潤滑剤において樹脂成分は、発泡により表面積が大きくなっており、染み出した余剰の潤滑油等を再び発泡体の気泡内に一時的に保持することもできて染み出す潤滑油等の量は安定しており、また樹脂内に潤滑剤を吸蔵させるとともに気泡内に含浸させることによって非発泡の状態より潤滑油等の保持量も多くなる。
【００１９】
本発明に用いる多孔性固形潤滑剤を構成する樹脂成分としては、発泡・硬化後にゴム状弾性を有し、変形により潤滑成分の滲出性を有するものが好ましい。
発泡・硬化は、樹脂生成時に発泡・硬化させる形式であっても、樹脂成分に発泡剤を配合して成形時に発泡・硬化させる形式であってもよい。ここで硬化は架橋反応および／または液状物が固体化する現象を意味する。また、ゴム状弾性とは、ゴム弾性を意味するとともに、外力により加えられた変形がその外力を無くすことにより元の形状に復帰することを意味する。
【００２０】
樹脂成分としては、樹脂（プラスチック）またはゴムなどのうち、エラストマーまたはプラストマーのいずれかまたは両方を、アロイまたは共重合成分として採用できる。
ゴムの場合は、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ウレタンエラストマー、フッ素ゴム、クロロスルフォンゴムなどの各種ゴムを採用できる。
また、プラスチックの場合は、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド４，６樹脂（ＰＡ４，６）、ポリアミド６，６樹脂（ＰＡ６，６）、ポリアミド６Ｔ樹脂（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ樹脂（ＰＡ９Ｔ）などの汎用プラスチックやエンジニアリングプラスチックを採用できる。
上記プラスチックなどに限られることなく、軟質ウレタンフォーム、硬質ウレタンフォーム、半硬質ウレタンフォームなどのウレタンフォームなどを用いることもできる。
上記樹脂成分の中で、容易に発泡・硬化して多孔質化するポリウレタン樹脂が好ましい。
【００２１】
本発明に使用できるポリウレタン樹脂は、イソシアネートとポリオールとの反応による発泡・硬化物であるが、分子内にイソシアネート基（−ＮＣＯ）を有するウレタンプレポリマーの発泡・硬化物であることが好ましい。このイソシアネート基は他の置換基によってブロックされていてもよい。分子内に含まれるイソシアネート基は、分子鎖末端であっても、あるいは分子鎖内から分岐した側鎖末端に含まれていてもよい。また、ウレタンプレポリマーは分子鎖内にウレタン結合を有していてもよい。また、ウレタンプレポリマーの硬化剤は、ポリオールでもよいし、ポリアミンでもよい。
【００２２】
ウレタンプレポリマーは、活性水素基を有する化合物とポリイソシアネートとの反応によって得ることができる。
活性水素基を有する化合物としては低分子ポリオール、ポリエーテル系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、ひまし油系ポリオール等が挙げられる。これらは単独で、または２種類以上の混合物として使用することができる。低分子ポリオールとしては、２価のもの例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、１，４-ブタンジオール、１，６-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、水添ビスフェノールＡ等、３価以上のもの（３〜８価のもの）例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、ソルビトール、シュークローズ等が挙げられる。
【００２３】
ポリエーテル系ポリオールとしては上記低分子ポリオールのアルキレンオキサイド（炭素数２〜４のアルキレンオキサイド、例えばエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド）付加物およびアルキレンオキサイドの開環重合物が挙げられ、具体的にはポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールが含まれる。
【００２４】
ポリエステル系ポリオールとしては、ポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオールおよびポリエーテルエステルポリオール等が挙げられる。ポリエステルポリオールはカルボン酸（脂肪族飽和または不飽和カルボン酸、例えば、アジピン酸、アゼライン酸、ドデカン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、二量化リノール酸およびまたは芳香族カルボン酸、例えば、フタル酸、イソフタル酸）とポリオール（上記低分子ポリオールおよび／またはポリエーテルポリオール）との縮合重合により得られる。
ポリカプロラクトンポリオールは、グリコール類やトリオール類の重合開始剤にε-カプロラクトン、α-メチル-ε-カプロラクトン、ε-メチル-ε-カプロラクトン等を有機金属化合物、金属キレート化合物、脂肪酸金属アシル化物等の触媒の存在下で付加重合により得られる。ポリエーテルエステルポリオールには、末端にカルボキシル基および／または水酸基を有するポリエステルにアルキレンオキサイド例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等を付加反応させて得られる。ひまし油系ポリオールとしては、ひまし油およびひまし油またはひまし油脂肪酸と上記低分子ポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールとのエステル交換あるいは、エステル化ポリオールが挙げられる。
【００２５】
ポリイソシアネートとしては、芳香族ジイソシアネート、脂肪族または脂環式およびポリイソシアネート化合物がある。
芳香族ジイソシアネートは、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４-トリレンジイソシアネート、２，６-トリレンジイソシアネートおよびその混合物、１，５-ナフチレンジイソシアネート、１，３-フェニレンジイソシアネート、１，４-フェニレンジイソシアネートが挙げられる。
脂肪族または脂環式ジイソシアネートは、例えば、１，６-ヘキサメチレンジイソシアネート、１，１２-ドデカンジイソシアネート、１，３-シクロブタンジイソシアネート、１，３-シクロヘキサンジイソシアネート、１，４-シクロヘキサンジイソシアネート、イソプロパンジイソシアネート、２，４-ヘキサヒドロトルイレンジイソシアネート、２，６-ヘキサヒドロトルイレンジイソシアネート、１，３-ヘキサヒドロフェニルジイソシアネート、１，４-ヘキサヒドロフェニルジイソシアネート、２，４′パーヒドロジフェニルメタンジイソシアネート、４，４′-パーヒドロジフェニルメタンジイソシアネートが挙げられる。
ポリイソシアネート化合物としては、４，４′，４″-トリフェニルメタントリイソシアネート、４，６，４′-ジフェニルトリイソシアネート、２，４，４′-ジフェニルエーテルトリイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートが挙げられる。また、これらイソシアネートの一部をビウレット、アロファネート、カルボジイミド、オキサゾリドン、アミド、イミド等に変性したものが挙げられる。
【００２６】
本発明に好適なウレタンプレポリマーとしては、注型用ウレタンプレポリマーとして知られている、ポリラクトンエステルポリオール、ポリエーテルポリオールにポリイソシアネートを付加重合させて得られるプレポリマー等が挙げられる。
上記ポリラクトンエステルポリオールはカプロラクトンを開環反応させて得られるポリラクトンエステルポリオールに短鎖ポリオールの存在下、ポリイソシアネートを付加重合させたウレタンプレポリマーが好ましい。
上記ポリエーテルポリオールとしては、アルキレンオキサイドの付加物または開環重合物が挙げられ、これらとポリイソシアネートを付加重合させたウレタンプレポリマーが好ましい。
【００２７】
本発明に好適に使用できるウレタンプレポリマーの市販品を例示すれば、ダイセル化学社製の商品名プラクセルＥＰが挙げられる。プラクセルＥＰは室温以上の融点を有する白色固体のウレタンプレポリマーである。また、ポリエーテルポリオールを例示すれば旭硝子社製の商品名プレミノールが挙げられる。プレミノールは 5000〜12000 の分子量を有するポリエーテルポリオールである。
【００２８】
上記ウレタンプレポリマー等を硬化させる硬化剤としては、３，３′-ジクロロ-４，４′-ジアミノジフェニルメタン（以下、ＭＯＣＡと記す）や４，４′-ジアミノ-３，３′-ジエチル-５，５′-ジメチルジフェニルメタン、トリメチレン-ビス-（４-アミノベンゾアート）、ビス（メチルチオ）-２，４-トルエンジアミン、ビス（メチルチオ）-２，６-トルエンジアミン、メチルチオトルエンジアミン、３，５-ジエチルトルエン-２，４-ジアミン、３，５-ジエチルトルエン-２，６-ジアミンに代表される芳香族ポリアミン、上記ポリイソシアネート、１，４-ブタングリコールやトリメチロールプロパンに代表される低分子ポリオール、ポリエーテルポリオール、ひまし油系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、水酸基末端液状ポリブタジエン、水酸基末端液状ポリイソプレン、水酸基末端ポリオレフィン系ポリオールやこれら化合物の末端水酸基をイソシアネート基やエポキシ基などで変性した化合物に代表される２個以上の水酸基を有する液状ゴム等を単独でまたは併用して用いることができる。これらの中でコストおよび物性の点で優位であることから、芳香族ポリアミンがポリラクトンエステルポリオールとポリイソシアネートを付加重合させたウレタンプレポリマーを硬化させるのに好ましい。
【００２９】
樹脂成分を発泡させる手段としては、周知の発泡手段を採用すればよく、例えば、揮発性ガスを化学反応により生成する化学的発泡方法、水、アセトン、ヘキサン等の比較的沸点の低い有機溶媒を加熱し、気化させる物理的手法や、窒素などの不活性ガスや空気を外部から吹き込む機械的発泡方法、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）等のように加熱処理や光照射によって化学分解させ、窒素ガスなどを発生させる分解型発泡剤を使用するなどの方法が挙げられる。
【００３０】
本発明に使用するウレタンプレポリマーは分子内にイソシアネート基を有するので、水を発泡剤として用いて、イソシアネート基と水分子との化学反応によって生じる二酸化炭素による化学的発泡方法を用いることが好ましい。また、この方法は連続気泡が生成しやすいので好ましい。
【００３１】
また、このような反応を伴う化学的発泡方法を用いる場合には必要に応じて触媒を使用することが好ましく、例えば、３級アミン系触媒や有機金属触媒などが用いられる。３級アミン系触媒としてはモノアミン類、ジアミン類、トリアミン類、環状アミン類、アルコールアミン類、エーテルアミン類、イミダゾール誘導体、酸ブロックアミン触媒などが挙げられる。
また、有機金属触媒としてはスタナオクタエート、ジブチルチンジアセテート、ジブチルチンジラウレート、ジブチルチンメルカプチド、ジブチルチンチオカルボキシレート、ジブチルチンマレエート、ジオクチルチンジメルカプチド、ジオクチルチンチオカルボキシレート、オクテン酸塩などが挙げられる。また、反応のバランスを整えるなどの目的でこれら複数種類を混合して用いてもよい。
【００３２】
上記樹脂成分に限られることなくウレタン系接着剤、シアノアクリレート系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリ酢酸ビニル系接着剤、ポリイミド系接着剤など各種接着剤を発泡および硬化させて使用することもできる。
【００３３】
本発明において樹脂成分中には必要に応じて各種添加剤を用いることができる。添加剤としてはヒンダードフェノール系に代表される酸化防止剤、補強剤（カ−ボンブラック、ホワイトカーボン、コロイダルシリカなど）、無機充填剤（炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルク、クレイ、硅石粉など）老化防止剤、難燃剤、金属不活性剤、帯電防止剤、防黴剤やフィラーおよび着色剤などが挙げられる。
【００３４】
本発明に使用できる潤滑成分は、発泡体を形成する固形成分を溶解しないものであれば種類を選ばずに使用することができる。潤滑成分としては、例えば潤滑油、グリース、ワックスなどを単独で、もしくは混合して使用できる。
潤滑油としては、パラフィン系やナフテン系の鉱物油、エステル系合成油、エーテル系合成油、炭化水素系合成油、ＧＴＬ基油、フッ素油、シリコーン油等が挙げられる。これらは単独でも混合油としても使用できる。
樹脂材料と潤滑油が極性などの化学的な相性によって溶解、分散しない場合には、粘度の近い潤滑油を使用することで、物理的に混合しやすくなり、潤滑油の偏析を防ぐことが可能となる。
【００３５】
グリースは、基油に増ちょう剤を加えたものであり、基油としては上述の潤滑油を挙げることができる。増ちょう剤としては、リチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、カルシウム石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウム石けん、アルミニウムコンプレックス石けん等の石けん類、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア系化合物が挙げられるが、特に限定されるものではない。
【００３６】
ジウレア化合物は、例えばジイソシアネートとモノアミンの反応で得られる。ジイソシアネートとしては、フェニレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、フェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、へキサンジイソシアネート等が挙げられ、モノアミンとしては、オクチルアミン、ドデシルアミン、へキサデシルアミン、オクタデシルアミン、オレイルアミン、アニリン、p-トルイジン、シクロヘキシルアミン等が挙げられる。
ポリウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミン、ジアミンとの反応で得られる。ジイソシアネート、モノアミンとしては、ジウレア化合物の生成に用いられるものと同様のものが挙げられ、ジアミンとしては、エチレンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、オクタンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン等が挙げられる。
【００３７】
ワックスとしては、炭化水素系合成ワックス、ポリエチレンワックス、脂肪酸エステル系ワックス、脂肪酸アミド系ワックス、ケトン・アミン類、水素硬化油などを挙げることができる。これらのワックスに油を混合してもよく、使用する油成分としては上述の潤滑油と同様のものを用いることができる。
【００３８】
潤滑成分には、さらに二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤、有機モリブデン等の摩擦調整剤、アミン、脂肪酸、油脂類等の油性剤、アミン系、フェノール系などの酸化防止剤、石油スルフォネート、ジノニルナフタレンスルフォネート、ソルビタンエステルなどの錆止め剤、イオウ系、イオウ−リン系などの極圧剤、有機亜鉛、リン系などの摩耗防止剤、ベンゾトリアゾール、亜硝酸ソーダなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレンなどの粘度指数向上剤などの各種添加剤を含んでいてもよい。
【００３９】
上記グリースにおける基油の配合割合は、グリース成分全体に対して、基油が 1〜98 重量％、好ましくは 5〜95 重量％である。基油が 1 重量％未満であると、潤滑油を必要箇所に十分に供給することが困難になる。また 98 重量％より多いときには、低温でも固まらずに液状のままとなる。
【００４０】
本発明に用いる多孔性固形潤滑剤は、潤滑成分と樹脂成分とを必須成分とし、これに硬化剤や、発泡剤を配合した混合物を発泡・硬化させて得られる。
上記潤滑成分の配合割合は、混合物全体に対して、1〜90 重量％、好ましくは 5〜80 重量％である。潤滑成分が 1 重量％未満であると、潤滑成分の供給量が少なく、十分な寿命を得ることができない、または潤滑剤不足により摩擦係数が増大し摩耗の原因になる。90 重量％より多いときには固化しなくなる。
樹脂の配合割合は、混合物全体に対して、8〜98 重量％、好ましくは 20〜80 重量％である。8 重量％より少ないときは固化せず、98 重量％より多いときには潤滑成分の供給量が少なく、十分な寿命を得ることができない。
【００４１】
上記硬化剤の配合割合は、樹脂の配合量と発泡倍率により、上記発泡剤の配合割合は、後述する発泡倍率との関係でそれぞれ定まる。
【００４２】
上記混合物を混合する方法としては、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、ジューサーミキサー、ミキシングヘッド等、一般に用いられる撹拌機を使用して混合することができる。
上記混合物は、市販のシリコーン系整泡剤などの界面活性剤を使用し、各原料分子を均一に分散させておくことが望ましい。また、この整泡剤の種類によって表面張力を制御し、生じる気泡の種類を連続気泡または独立気泡に制御することが可能となる。このような界面活性剤としては陰イオン系界面活性剤、非イオン系界面活性剤、陽イオン系界面活性剤、両性界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤などが挙げられる。
【００４３】
本発明に用いる多孔性固形潤滑剤は、潤滑成分を樹脂内部に吸蔵してなり、バックアップロールの回転や受熱による熱膨張、または毛細管現象により潤滑成分を外部に供給することが可能なものである。
潤滑成分を樹脂内部に吸蔵するには、潤滑成分の存在下で発泡反応と硬化反応とを同時に行なわせる反応型含浸法を採用することが望ましい。このようにすると潤滑剤を樹脂内部に高充填することが可能となり、その後には潤滑剤を含浸して補充する後含浸工程を省略できる。
これに対して発泡固形体をあらかじめ成形しておき、これに潤滑剤を含浸させる後含浸法だけでは、樹脂内部に充分な量の液体潤滑剤が染み込まないので、潤滑剤保持力が充分でなく、短時間で潤滑油が放出されて長期的に使用すると潤滑油が供給不足となる場合がある。このため、後含浸工程は、反応型含浸法の補助手段として採用することが好ましい。
【００４４】
本発明の鉄鋼用転がり軸受において多孔性固形潤滑剤は、軸受内に潤滑成分および樹脂成分を必須成分とする混合物を流し込んだ後、発泡・硬化させてもよく、また常圧で発泡・硬化した後に裁断や研削等で目的の形状に後加工し、軸受内に組み込むこともできる。
形状が複雑な軸受内の任意の部位にも容易に充填することが可能であり、発泡成形体を得るための成形金型や研削工程等も不要であることから、本発明では、混合物を発泡・硬化前に軸受内に流し込み、軸受内において発泡・硬化させる方法を採用することが好ましい。該方法を採用することで、製造工程が簡易となり低コスト化が図れる。
【００４５】
発泡・硬化時において発泡により多孔質化される際に生成させる気泡は気泡が連通している連続気泡であることが好ましく、外部応力によって潤滑成分を樹脂の表面から連続気泡を介して外部に直接供給するためである。気泡間が連通していない独立気泡の場合は固形成分中の潤滑油の全量が一時的に独立気泡中に隔離され気泡間での移動が困難となり、必要なときに転動体周囲等に十分供給されない場合がある。
【００４６】
本発明において多孔性固形潤滑剤の連続気泡率は 50％以上が好ましく、より好ましくは 70％以上である。連続気泡率が 50％未満の場合は、樹脂成分中の潤滑油が一時的に独立気泡中に取り込まれている割合が多くなり、必要な時に外部へ供給されない場合がある。
【００４７】
本発明に用いる多孔性固形潤滑剤の発泡倍率は 1.1〜100 倍であることが好ましい。さらに好ましくは 1.1〜10 倍である。なぜなら発泡倍率 1.1 倍未満の場合は気泡体積が小さく、外部応力が加わったときに変形を許容できないし、または多孔質化した固形物が硬すぎるため、外部応力に追随した変形ができないなどの不具合がある。また、100 倍をこえる場合は外部応力に耐える強度を得ることが困難となり、破損や破壊に至ることがある。
【００４８】
本発明に用いる多孔性固形潤滑剤の具体例を以下に例示する。
［具体例１］
ウレタンプレポリマー（ダイセル化学社製：プラクセルＥＰ１１３０）55 重量％に、シリコーン系整泡剤（東レ社製：ＳＲＸ２９８）2 重量％とウレアグリース（新日本石油社製：バイロノックユニバーサルＮ６Ｃ）37 重量％を加え、120℃でよく撹拌した。これにアミン系硬化剤（イハラケミカル社製：イハラキュアミンＭＴ）4 重量％を加え、撹拌した後、発泡剤としてのイオン交換水 2 重量％を加えて混合物を得た。この混合物を、玉軸受６２０４（内径 20mm）の内部空間に充填した後、120℃に設定した恒温槽に 1 時間放置して硬化させ、多孔性固形潤滑剤を封入した軸受を得た。
【００４９】
［具体例２］
ポリエーテルポリオール（旭硝子社製：プレミノールＳＸ４００４）20 重量％に、シリコーン系整泡剤（東レ社製：ＳＲＸ２９８）0.5 重量％、潤滑油（新日本石油社製：タービン１００）70 重量％、アミン系触媒（東ソー社製：ＴＯＹＯＣＡＴ  ＤＢ２）0.5 重量％、発泡剤としての水を 0.5 重量％加え、90℃で加熱してよく撹拌した。これにイソシアネート（日本ポリウレタン社製：コロネートＴ８０）8.5 重量％を加えてよく撹拌し混合物を得た。この混合物を、玉軸受６２０４（内径 20mm）の内部空間に充填した後、120℃に設定した恒温槽に 1 時間放置して硬化させ、多孔性固形潤滑剤を封入した軸受を得た。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の鉄鋼用転がり軸受は、潤滑油を保持する固形潤滑剤の潤滑性能に優れ、多量の水と接触する環境下でも長期間安定して使用でき、かつ安価に生産できるので、熱延帯鋼の酸洗ラインにおける前処理工程で使用されるスケールブレーカーのバックアップロール軸受などの鉄鋼用転がり軸受として好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態の鉄鋼用転がり軸受の正面断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    鉄鋼用転がり軸受
１ａ  軸受本体
１ｂ  密封装置
２    バックアップロール
３    外筒
４    固定軸
５    内輪
６    外輪
７    ころ
８    外方部材８
９    内方部材９
１０    止め輪
１１    止め輪
【図１】
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