(57)【要約】【課題】高温、高速回転下で使用される転がり軸受において、転走面での水素脆性による剥離を効果的に防止できるグリース封入転がり軸受を提供する。【解決手段】内輪３２および外輪３３と、これら内外輪の転走面間に介在する複数の転動体３４とを備え、上記転動体３４の周囲にグリース３７を封入してなる転がり軸受であって、上記転動体表面３４ａ、内輪外径面３２ａおよび外輪内径面３３ａから選ばれた少なくとも一つの面に、リン酸金属塩被膜が形成され、かつ上記グリースは、基油と増ちょう剤とからなるベースグリースに添加剤を配合してなり、該添加剤はアルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つのアルミニウム系添加剤を含有し、該アルミニウム系添加剤の配合割合はベースグリース 100 重量部に対して 0.05〜10 重量部であることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪および外輪と、これら内外輪の転走面間に介在する複数の転動体とを備え、前記転動体の周囲にグリースを封入してなる転がり軸受であって、前記転動体表面、内輪外径面および外輪内径面から選ばれた少なくとも一つの面に、リン酸金属塩被膜が形成され、
前記グリースは、基油と増ちょう剤とからなるベースグリースに添加剤を配合してなり、該添加剤はアルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つのアルミニウム系添加剤を含有し、該アルミニウム系添加剤の配合割合はベースグリース 100 重量部に対して 0.05〜10 重量部であることを特徴とするグリース封入転がり軸受。
【請求項２】
前記アルミニウム化合物は、炭酸アルミニウムおよび硝酸アルミニウムから選ばれた少なくとも一つの化合物であることを特徴とする請求項１記載のグリース封入転がり軸受。
【請求項３】
前記増ちょう剤は、ウレア系増ちょう剤であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のグリース封入転がり軸受。
【請求項４】
前記基油は、アルキルジフェニルエーテル油およびポリ-α-オレフィン油から選ばれた少なくとも一つの油であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のグリース封入転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はグリース封入転がり軸受に関し、特にオルタネータ、カーエアコン用電磁クラッチ、中間プーリ、電動ファンモータ等の自動車電装部品、補機等の転がり軸受や、モータ用の転がり軸受として使用されるグリース封入転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車における電装部品や補機、産業機械におけるモータ等は、年々小型化や高性能、高出力が求められており、使用条件が厳しくなってきている。これらには、転がり軸受が使用されており、その潤滑には主としてグリースが用いられている。ところが、高温下での高速回転等、使用条件が過酷になることで、転がり軸受の転走面に、滑り運動や後述する水素脆性に起因する白色組織変化を伴った特異的な剥離が早期に生じ、問題になっている。
【０００３】
この特異的な剥離は、通常の金属疲労により生じる転走面内部からの剥離と異なり、転走面表面の比較的浅いところから生じる破壊現象で、水素が原因の水素脆性による剥離と考えられている。このような早期に発生する白色組織変化を伴った特異な剥離現象を防ぐ方法として、例えばグリース組成物に不動態化剤を添加する方法（特許文献１参照）やグリース組成物にビスマスジチオカーバメートを添加する方法が知られている（特許文献２参照）。また、軸受に酸化被膜やチオリン酸金属塩被膜を設けた方法も知られている（特許文献３および特許文献４参照）。
【０００４】
しかしながら、近年、自動車における電装部品や補機、産業機械におけるモータ等では、高温下で、高速運転−急減速運転−急加速運転−急停止が頻繁に行なわれる等ますます転がり軸受の使用条件が過酷化され、不動態化剤やビスマスジチオカーバメートをグリースに添加する方法、酸化被膜やチオリン酸金属塩被膜を形成する方法では剥離現象を防ぐ対策として不十分になってきている。
【特許文献１】特開平３−２１０３９４号公報
【特許文献２】特開２００５−４２１０２号公報
【特許文献３】特開平２−１９０６１５号公報
【特許文献４】特開平１１−３０２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、高温、高速回転下で使用される転がり軸受において、転走面での水素脆性による剥離を効果的に防止できるグリース封入転がり軸受の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のグリース封入転がり軸受は、内輪および外輪と、これら内外輪の転走面間に介在する複数の転動体とを備え、上記転動体の周囲にグリースを封入してなる転がり軸受であって、上記転動体表面、内輪外径面および外輪内径面から選ばれた少なくとも一つの面に、リン酸金属塩被膜が形成され、上記グリースは、基油と増ちょう剤とからなるベースグリースに添加剤を配合してなり、該添加剤はアルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つのアルミニウム系添加剤を含有し、該アルミニウム系添加剤の配合割合はベースグリース 100 重量部に対して 0.05 重量部〜10 重量部であることを特徴とする。
【０００７】
上記アルミニウム化合物は、炭酸アルミニウムおよび硝酸アルミニウムから選ばれた少なくとも一つの化合物であることを特徴とする。
また、上記増ちょう剤は、ウレア系増ちょう剤であることを特徴とする。
また、上記基油は、アルキルジフェニルエーテル油およびポリ-α-オレフィン油から選ばれた少なくとも一つの油であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のグリース封入転がり軸受は、転動体表面、内輪外径面および外輪内径面から選ばれた少なくとも一つの面に、リン酸金属塩被膜が形成されているので、転走面等が化学的に安定な被膜で覆われて不活性処理され、金属接触や、水素の発生の要因となる潤滑剤・グリースの分解を防ぐことができる。さらに、摩擦摩耗面または摩耗により露出した金属新生面においてグリースに配合したアルミニウム系添加剤が反応し、酸化鉄とともにアルミニウム被膜が軸受転走面に生成し、各種産業機械に使用される軸受で見られる水素脆性等による特異な剥離の発生を抑制することができる。これらの結果、軸受の長寿命化について飛躍的な向上を図ることができる。
このため、オルタネータ、カーエアコン用電磁クラッチ、中間プーリ、電動ファンモータ等の自動車電装部品、補機等の転がり軸受として好適に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
水素脆性による転走面での剥離を効果的に防止できる転がり軸受について鋭意検討の結果、アルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つのアルミニウム系添加剤を配合したグリースを封入した転がり軸受において、あらかじめ転動体表面、内輪外径面および外輪内径面から選ばれた少なくとも一つの面にリン酸金属塩被膜を形成した転がり軸受を用いて、急加減速試験を行なったところ軸受寿命が飛躍的に延長することがわかった。
本発明の転がり軸受は、軸受転走面にリン酸金属塩被膜を形成し、金属接触や、水素の発生の要因となる潤滑剤・グリースの分解を防ぐことによって、転走面での水素脆性剥離を防止する効果と、軸受の摩擦摩耗面または摩耗により露出した金属新生面が露出したとしてもアルミニウム系添加剤が反応し、酸化鉄とともにアルミニウム被膜が軸受転走面に生成する効果とを併せ持つので、転走面で生じる白色組織変化を伴った特異的な剥離を防止するこれらの効果を相乗的に発揮させることができるものと考えられる。本発明は、このような知見に基づくものである。
【００１０】
本発明のグリース封入転がり軸受について図１により説明する。図１は本発明の一実施例を示す深溝玉軸受の断面図である。図２〜図４は本発明の他の実施例を示す深溝玉軸受の断面図である。
図１に示すグリース封入転がり軸受１は、同心に配置された内輪２および外輪３と、内輪２、外輪３間に介在する転動体４と、この転動体４を保持する保持器５と、内、外輪の軸方向両端開口部をシールするシール部材６と、軸受空間に封入されたグリース７とからなる。転動体表面４ａに化学的に安定なリン酸金属塩被膜が形成されている。グリース７は後述するアルミニウム系添加剤を配合したグリースである。
【００１１】
図２に示すグリース封入転がり軸受１１は、同心に配置された内輪１２および外輪１３と、内輪１２、外輪１３間に介在する転動体１４と、この転動体１４を保持する保持器１５と、内、外輪の軸方向両端開口部をシールするシール部材１６と、軸受空間に封入されたグリース１７とからなる。外輪内径面（転走面含む）１３ａに化学的に安定なリン酸金属塩被膜が形成されている。グリース１７は後述するアルミニウム系添加剤を配合したグリースである。
【００１２】
図３に示すグリース封入転がり軸受２１は、同心に配置された内輪２２および外輪２３と、内輪２２、外輪２３間に介在する転動体２４と、この転動体２４を保持する保持器２５と、内、外輪の軸方向両端開口部をシールするシール部材２６と、軸受空間に封入されたグリース２７とからなる。内輪外径面（転走面含む）２２ａに化学的に安定なリン酸金属塩被膜が形成されている。グリース２７は後述するアルミニウム系添加剤を配合したグリースである。
【００１３】
図４に示すグリース封入転がり軸受３１は、同心に配置された内輪３２および外輪３３と、内輪３２、外輪３３間に介在する転動体３４と、この転動体３４を保持する保持器３５と、内、外輪の軸方向両端開口部をシールするシール部材３６と、軸受空間に封入されたグリース３７とからなる。転動体表面３４ａと、外輪内径面（転走面含む）３３ａと、内輪外径面（転走面含む）３２ａとに化学的に安定なリン酸金属塩被膜が形成されている。グリース３７は後述するアルミニウム系添加剤を配合したグリースである。
【００１４】
この転がり軸受は、その材質およびラジアル軸受、スラスト軸受などの形式を特に限定するものではないが、内外輪および転動体はリン酸被膜処理が可能な金属製のものであり、例えば軸受鋼、高炭素クロム軸受鋼、浸炭鋼、中炭素合金鋼、機械構造用鋼、肌焼鋼、ステンレス鋼、鉋金、鉛やスズを配合したホワイトメタルその他の軸受合金からなる材質が可能である。
【００１５】
前述の転がり軸受において、転動体表面、内輪外径面および外輪内径面から選ばれた少なくとも一つの面に、親油性の高いリン酸金属塩被膜を形成する。これにより、希薄潤滑環境下での軸受軌道面の油膜形成能力を高め、金属接触の発生率を低くすることができるので、潤滑不良による金属接触の発生に起因する非常に短寿命での表面起点剥離の発生を防止することが可能となる。
【００１６】
本発明においてリン酸金属塩被膜を形成する方法の一例を以下に説明する。被膜形成対象物をリン酸トリエステル溶液中に浸漬した後、摩擦面にグリースまたは潤滑油を塗布または注入して充填する。リン酸トリエステルは、（ＲＯ）3Ｐ＝Ｏ（式中、Ｒはアリール基、脂肪族炭化水素基、脂環族炭化水素基を表す）で表される有機リン酸化合物であり、このものは可塑剤などとして市販の工業用材料を用いることができる。これらのリン酸トリエステルとしては、リン酸トリクレジル（ＣＨ3Ｃ6Ｈ4Ｏ）3ＰＯ、リン酸トリフェニル（Ｃ6Ｈ5Ｏ）3ＰＯ、リン酸トリブチル（Ｃ4Ｈ9Ｏ）3ＰＯ等が挙げられる。上記したようなリン酸トリエステルは、取り扱い性の必要に応じて有機溶剤で希釈して用いればよい。このようなリン酸トリエスエルと軸受鋼を反応させて、その表面にリン酸金属塩被膜を形成するには、反応速度を上げるために加温しながら行えばよく、例えば 60℃前後で 1〜2 時間浸漬すれば十分な被膜を確保できる。表面に形成される上記リン酸金属塩被膜はリン酸トリエステルと軸受鋼との反応生成物であるリン酸鉄被膜である。また摩擦摺動面には上記リン酸鉄の他に、一部、リン化鉄も生成している。
また、グリースや潤滑油中にリン酸トリエステルやリン酸カルシウム等のリン酸金属塩を予め混入しておくことで、軸受の運転に伴う温度上昇により、転動体と内・外輪の接触面にリン酸金属塩被膜を形成することも可能である。この方法では、被膜の摩耗を常に補完することが期待できるという長所がある。
【００１７】
本発明のグリース封入転がり軸受は、軌道輪等への上記リン酸金属塩被膜の形成に加えて、アルミニウム系添加剤を配合したグリースを使用することを特徴としている。
本発明に用いるアルミニウム系添加剤は、アルミニウム粉末およびアルミニウム化合物から選ばれた少なくとも一つである。アルミニウム化合物としては、炭酸アルミニウム、硫化アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウムおよびその水和物、硫酸アルミニウム、フッ化アルミニウム、臭化アルミニウム、よう化アルミニウム、酸化アルミニウムおよびその水和物、水酸化アルミニウム、セレン化アルミニウム、テルル化アルミニウム、りん酸アルミニウム、りん化アルミニウム、アルミン酸リチウム、アルミン酸マグネシウム、セレン酸アルミニウム、チタン酸アルミニウム、ジルコン酸アルミニウム等の無機アルミニウム、安息香酸アルミニウム、クエン酸アルミニウム等の有機アルミニウムが挙げられる。これらアルミニウム系添加剤は、単独で、または 2 種類以上を組合せてグリースに添加してもよい。
本発明において特に好ましいのは、耐熱耐久性に優れ、熱分解しにくいため、極圧性効果の高いアルミニウム粉末である。
【００１８】
アルミニウム系添加剤の配合割合は、ベースグリース 100 重量部に対して 0.05重量部〜10 重量部である。すなわち、（１）アルミニウム系添加剤がアルミニウム粉末のみである場合、ベースグリース 100 重量部に対してアルミニウム粉末を 0.05〜10 重量部、（２）アルミニウム系添加剤がアルミニウム化合物のみである場合、ベースグリース 100 重量部に対してアルミニウム化合物を 0.05〜10 重量部、（３）アルミニウム系添加剤がアルミニウム粉末とアルミニウム化合物とである場合、ベースグリース 100 重量部に対して、アルミニウム粉末とアルミニウム化合物とを合せて 0.05〜10 重量部配合する。
アルミニウム系添加剤の配合割合が、0.05 重量部未満であると水素脆性等による転走面での剥離を効果的に防止できない。また 10 重量部をこえても剥離防止効果がそれ以上に向上しない。
【００１９】
本発明に使用できる基油としては、スピンドル油、冷凍機油、タービン油、マシン油、ダイナモ油等の鉱油、高度精製鉱油、流動パラフィン油、ポリブテン油、フィッシャー・トロプシュ法により合成されたＧＴＬ油、ポリ-α-オレフィン油、アルキルナフタレン油、脂環式化合物等の炭化水素系合成油、または、天然油脂、ポリオールエステル油、りん酸エステル油、ポリマーエステル油、芳香族エステル油、炭酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、アルキルベンゼン油、フッ素化油等の非炭化水素系合成油等を使用できる。
これらの中で、耐熱性と潤滑性に優れたアルキルジフェニルエーテル油、または、ポリ-α-オレフィン油を用いることが好ましい。
【００２０】
本発明に使用できる増ちょう剤としては、ベントン、シリカゲル、フッ素化合物、リチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、力ルシウム石けん、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。
これらの中で、耐熱性、コスト等を考慮するとウレア系化合物が望ましい。
【００２１】
ウレア系化合物は、イソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させることにより得られる。反応性のある遊離基を残さないため、イソシアネート化合物のイソシアネート基とアミン化合物のアミノ基とは略当量となるように配合することが好ましい。
【００２２】
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との反応で得られる。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、トリレンジイソシアネート、ジ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、ヘキサンジイソシアネー卜等が挙げられ、モノアミンとしては、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ステアリルアミン、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、ジアミノジフェニルメタン等が挙げられる。
【００２３】
基油にウレア系化合物等の増ちょう剤を配合して、上記アルミニウム系添加剤等を配合するためのベースグリースが得られる。ウレア系化合物を増ちょう剤とするベースグリースは、基油中でイソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させて作製する。
ベースグリース 100 重量部中に占める増ちょう剤の配合割合は、1 〜40 重量部、好ましくは 3 〜25 重量部配合される。増ちょう剤の含有量が 1 重量部未満では、増ちょう効果が少なくなり、グリース化が困難となり、 40 重量部をこえると得られたベースグリースが硬くなりすぎ、所期の効果が得られ難くなる。
【００２４】
また、アルミニウム系添加剤とともに、必要に応じて公知のグリース用添加剤を含有させることができる。この添加剤として、例えば、有機亜鉛化合物、アミン系、フェノール系化合物等の酸化防止剤、ベンゾトリアゾールなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレン等の粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤、金属スルホネート、多価アルコールエステルなどの防錆剤、有機モリブデンなどの摩擦低減剤、エステル、アルコールなどの油性剤、りん系化合物などの摩耗防止剤等が挙げられる。これらを単独で、または 2 種類以上組み合せて添加できる。
【００２５】
本発明のグリース封入転がり軸受は、軌道輪等に対するリン酸金属塩被膜の形成と、アルミニウム系添加剤を含有するグリースの封入とにより、軸受転走面における水素脆性による特異な剥離の発生を抑制することができる。このため、玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、スラスト円すいころ軸受、スラスト針状ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受等も長寿命の軸受として使用することができる。
【実施例】
【００２６】
実施例１〜実施例４および比較例２
リン酸トリクレジル 7.36 g を２-プロパノールで希釈して 200 ml のリン酸トリクレジル溶液を調製し、この溶液に軸受６２０３（ＮＴＮ社製：深溝玉軸受、ＳＵＪ２鋼製）の内外輪および転動体を溶液温度 60℃で 2 時間浸漬して、表面にリン酸金属塩被膜を形成した。被膜形成後、他の軸受部品を取り付け急加減速試験の試験用軸受（図１参照）とした。
【００２７】
表１に示す基油の半量に、４，４-ジフェニルメタンジイソシアネート（日本ポリウレタン工業社製、ミリオネートＭＴ、以下、ＭＤＩと記す）を表１に示す割合で溶解し、残りの半量の基油にＭＤＩの２倍当量となるモノアミンを溶解した。それぞれの配合割合および種類は表１のとおりである。
ＭＤＩを溶解した溶液を撹拌しながらモノアミンを溶解した溶液を加えた後、100℃〜120℃で 30 分間撹拌を続けて反応させて、ジウレア化合物を基油中に生成させた。
これにアルミニウム系添加剤（比較例２は未配合）および酸化防止剤を表１に示す配合割合で加えてさらに 100℃〜120℃で 10 分間撹拌した。その後冷却し、三本ロールで均質化し、グリースを得た。
【００２８】
表１において、基油として用いた合成炭化水素油は 40℃における動粘度 30 mm2/sec の新日鉄化学社製、シンフルード６０１を、アルキルジフェニルエーテル油は 40℃における動粘度 97 mm2/sec の松村石油社製、モレスコハイルーブＬＢ１００を、それぞれ用いた。また、酸化防止剤は住友化学社製ヒンダードフェノールを用いた。
【００２９】
得られたグリースを上記試験用軸受に 1.9 g 封入し、以下に示す急加減速試験に供し、軸受寿命時間を測定した。結果を表１に併記する。
【００３０】
＜急加減速試験＞
グリースを封入した試験用軸受を用いて電装補機の一例であるオルタネータの回転べルトを巻きかけたプーリを支持する回転軸を内輪で支持する転がり軸受の急加減速試験を行なった。急加減速試験条件は、回転軸先端に取り付けた試験用軸受に対する負荷荷重を 1960 N 、回転速度は 0 rpm〜18000 rpm で運転条件を設定し、さらに、試験用軸受に 0.1 A の電流が流れる状態で試験を実施した。そして、試験用軸受内に異常剥離が発生し、振動検出器の振動が試験初期値の 3 倍以上となって発電機が停止する時間を軸受寿命時間（ h ）とした。なお、試験は 750 時間で打ち切った。
【００３１】
実施例５
リン酸金属塩被膜の形成処理を施さなかった試験用軸受(図５参照）を用いたこと、および実施例１と同様に処理して得られた表１に示す配合割合のグリースに追加してベースグリース 100 重量部に対してリン酸トリクレジルを 5 重量部配合したこと以外は、実施例１と同様に処理して、実施例１と同様の項目を測定した。結果を表１に併記する。
【００３２】
比較例１および比較例３〜比較例５
リン酸金属塩被膜の形成処理を施さなかった試験用軸受(図５参照）を用いたこと以外は実施例１と同様に処理して、実施例１と同様の項目を測定した。結果を表１に併記する。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
表１に示すように、グリースと表面処理の相乗作用により、各実施例は転走面で生じる白色組織変化を伴った特異的な剥離を効果的に防止できるので、急加減速試験に優れている。各実施例の急加減速試験は全て 750 時間以上を示した。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のグリース封入転がり軸受は、転走面で生じる白色組織変化を伴った特異的な剥離を効果的に防止でき軸受寿命に優れるのでオルタネータ、カーエアコン用電磁クラッチ、中間プーリ、電動ファンモータ等の自動車電装部品、補機等の転がり軸受、モータ用軸受に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例を示す深溝玉軸受の断面図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す深溝玉軸受の断面図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す深溝玉軸受の断面図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す深溝玉軸受の断面図である。
【図５】本発明の比較例を示す深溝玉軸受の断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、１１、２１、３１、４１  グリース封入転がり軸受
２、１２、２２、３２、４２  内輪
３、１３、２３、３３、４３  外輪
４、１４、２４、３４、４４  転動体
４ａ、３４ａ  転動体表面
５、１５、２５、３５、４５  保持器
６、１６、２６、３６、４６  シール部材
７、１７、２７、３７、４７  グリース
１３ａ、３３ａ  外輪内径面
２２ａ、３２ａ  内輪外径面
【図１】
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【図２】
2008138706.tif 000005
【図３】
2008138706.tif 000006
【図４】
2008138706.tif 000007
【図５】
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