(57)【要約】      （修正有）【課題】低速・高荷重、高温下の境界潤滑条件で使用される転がり軸受の潤滑方法を提供する。【解決手段】転がり軸受に潤滑剤を供給する転がり軸受の潤滑方法において、表面に水酸基を有する平均粒径４０ｎｍ以下の超微細シリカ粒子を前記転がり軸受に直接および／または前記転がり軸受に潤滑剤を供給する配管、に供給して、前記転がり軸受の転動面にシリカ被膜を形成する。これにより、安定してメタル接触を防止し、十分な潤滑状態が維持でき、転動面の摩耗、疲労損傷を防止して、転がり軸受の長寿命化が安価に達成できる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受に潤滑剤を供給する転がり軸受の潤滑方法において、表面に水酸基を有する平均粒径４０ｎｍ以下の超微細シリカ粒子を前記転がり軸受に直接および／または前記転がり軸受に潤滑剤を供給する配管、に供給して、前記転がり軸受の転動面にシリカ被膜を形成することを特徴とする転がり軸受の潤滑方法。
【請求項２】
前記表面に水酸基を有する平均粒径４０ｎｍ以下の超微細シリカ粒子を、前記潤滑剤全量に対し１〜２０質量％含有するように供給することを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受の潤滑方法。
【請求項３】
前記転がり軸受が、下記（１）式で定義される油膜パラメータλが１未満の領域となる転がり軸受であることを特徴とする請求項１または２に記載の転がり軸受の潤滑方法。
記
λ＝ｈ／√（σ１２＋σ２２）  ………（１）
ここで、λ：油膜パラメータ
ｈ：油膜厚さ（μｍ）
σ１，σ２  ：  転がり軸受の２物体（コロまたは玉と内輪または外輪）の表面粗さ（μｍ）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受の潤滑方法に係り、とくに低速・高荷重、あるいはさらに高温といった環境の、境界潤滑条件下で使用される転がり軸受の潤滑方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、産業機械設備の回転運動部分には、機械要素部品として多数の転がり軸受が使用されている。なかでも、圧延機、連続鋳造設備等の製鉄関連設備の使用環境は苛酷であり、そこで使用される転がり軸受は、低速、高荷重、高温といった、軸受の潤滑には不利な環境下で、しかも粉塵、水等の外来性異物の影響により、一般に短寿命となっている。
【０００３】
転がり軸受の潤滑界面には、一般に潤滑油膜が形成され、金属同士の接触（メタル接触）を回避して、軸受の摩擦・摩耗を低減している。しかし、低速、高荷重、あるいはさらに高温といった条件下では、いわゆる境界潤滑領域となりやすく、通常の潤滑剤（鉱油、グリース）では潤滑界面に形成される潤滑油膜の厚さが極めて薄くなり、メタル接触が生じやすくなる。このため、発熱、摩耗、摩耗粉による圧痕の生成、局部的疲労剥離損傷等が生じ、軸受寿命が通常の１／２  〜１／１００  に低下する。
【０００４】
このような問題に対し、潤滑剤に油性向上剤、極圧添加剤や固体潤滑剤を添加して、軸受の潤滑性を向上させようとする方法が従来から考えられている。油性向上剤は、極性を有する分子を主とし、金属表面に吸着して金属表面に吸着膜を形成して、また、極圧添加剤は、金属表面と反応し、金属表面に反応被膜や付着膜を生成して、いずれもメタル接触を防止しようとするものである。また、固体潤滑剤は、二硫化モリブデン、グラファイト等のように金属表面に付着してすべりやすい層を形成し、境界潤滑条件下での滑り抵抗を低減しようとするものである。
【０００５】
しかしながら、潤滑剤に油性向上剤、極圧添加剤や固体潤滑剤を添加することにより、転がり軸受の潤滑性向上に対しある程度の効果は認められるものの、潤滑条件のある範囲までに限定されるものであり、さらに厳しい潤滑条件下では顕著な効果は認められなかった。したがって、厳しい潤滑条件下では依然として、強いメタル接触が生じて軸受寿命が短寿命となっていた。
【０００６】
このような問題に対し、例えば特許文献１には、基油と、金属石けん系化合物またはウレア化合物から選択される増ちょう剤と、粒径２μｍ以下の無機系化合物充填剤とを含有するグリース組成物が提案されている。無機系化合物充填剤をグリース組成物に配合することにより、増ちょう剤が形成するゲル構造が強化され、グリース膜の形成能力が大きくなり、衝撃荷重に対するダンピング効果が増大し、剥離防止効果が増大するとしている。
【０００７】
また、特許文献２には、界面凹部に介在しメタル接触部の面圧を低下させ、微小ころとして作用し、メタル接触の凝着部を研摩する等の作用を有する超微細シリカ粒子および／または微細シリカ粒子を基油または基グリース中に含有させ、転がり軸受での高潤滑性を維持する、転がり軸受用潤滑剤が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−１６９９８９号公報
【特許文献２】
特開２０００−１０５４７３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された技術によっても、低速・高荷重、高温下という厳しい環境下では、十分な潤滑状態を維持できないという問題があった。
また、特許文献２に記載された技術では、基油の粘度や基グリースの見掛けの粘度によっては、上記したシリカ粒子の作用を十分に発揮できない場合があるという問題が残されていた。また、シリカを添加した潤滑剤は通常の潤滑剤に比べてコスト高になるという問題もあった。
【００１０】
本発明は、上記した従来技術の問題を解決し、低速・高荷重、高温下さらには揺動下という厳しい環境である境界潤滑条件下で使用される転がり軸受が優れた潤滑状態を維持できる潤滑方法を提案することを目的とする。なお、本発明でいう潤滑剤は、潤滑油およびグリースを含むものとする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成するために、転がり軸受の潤滑に及ぼす各種要因について鋭意研究した。その結果、転がり軸受の使用中に軸受の転動面にシリカ被膜を形成することにより、低速・高荷重、高温下、あるいは揺動運動下という、境界潤滑条件下の厳しい環境でも、メタル接触を防止し、十分な潤滑状態が維持され、  転動面の摩耗、  疲労損傷を防止して、転がり軸受の長寿命化が図れることを見いだした。
【００１２】
本発明は、上記した知見に基づいて、さらに検討して完成されたものである。
すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）転がり軸受に潤滑剤を供給する転がり軸受の潤滑方法において、表面に水酸基を有する平均粒径４０ｎｍ以下の超微細シリカ粒子を前記転がり軸受に直接および／または前記転がり軸受に潤滑剤を供給する配管、に供給して、前記転がり軸受の転動面にシリカ被膜を形成することを特徴とする転がり軸受の潤滑方法。
（２）（１）において、前記表面に水酸基を有する平均粒径４０ｎｍ以下の超微細シリカ粒子を、前記潤滑剤全量に対し１〜２０質量％含有するように供給することを特徴とする転がり軸受の潤滑方法。
（３）（１）または（２）において、前記転がり軸受が、次（１）式
λ＝ｈ／√（σ１２＋σ２２）  ………（１）
（ここで、λ：油膜パラメータ、ｈ：油膜厚さ（μｍ）、σ１，σ２  ：  転がり軸受の２物体（コロまたは玉と内輪または外輪）の表面粗さ（μｍ））
で定義される油膜パラメータλが１未満の領域となる転がり軸受であることを特徴とする転がり軸受の潤滑方法。
【００１３】
なお、本発明でいう、平均粒径は、光学顕微鏡または電子顕微鏡観察により、数百個の粒子について一次粒子径を測定して得られた値の平均値を使用するものとする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
転がり軸受では、通常、自動給脂、あるいは手動給脂で潤滑剤を、連続的あるいは間歇的に供給して潤滑を行っている。本発明では、このような転がり軸受の潤滑に加えてさらに転動面にシリカ被膜を形成して転がり軸受の潤滑を行なう。転動面にシリカ被膜を形成することにより、強固で厚い潤滑膜を形成でき、安定してメタル接触を防止して十分な潤滑状態が維持でき、  転動面の摩耗、  疲労損傷を防止して、転がり軸受の長寿命化が達成できる。なお、シリカ被膜は、軸受の運転（使用）中に形成するが、さらに軸受の転動面に予め形成しておいてもよい。
【００１５】
シリカ被膜を軸受の転動面に運転（使用）途中で形成する方法は、本発明では、軸受に供給された潤滑剤に、および／または供給される潤滑剤に、表面に水酸基を有する平均粒径が４０ｎｍ以下の超微細シリカ粒子（以下、超微細シリカ粒子ともいう）を連続的あるいは間歇的に供給して行なう。すなわち、表面に水酸基を有する超微細シリカ粒子は、例えば図１に示すように、軸受１ｂに直接、および／または軸受１ａに潤滑剤を供給する配管３ａ、に供給され、軸受に供給された潤滑剤中に含有される。表面に水酸基を有する超微細シリカ粒子は、耐熱性を有し、  硬く耐摩耗性を有した吸着被膜を軸受の転動面に形成しやすいという有利な特性を有している。軸受の潤滑剤中に表面に水酸基を有する超微細シリカ粒子を含有することにより、軸受の転動面にシリカ被膜が形成され、軸受の耐摩耗性、  耐疲労性が顕著に向上する。
【００１６】
また、表面に水酸基を有する超微細シリカ粒子を、軸受に直接および／または軸受に潤滑剤を供給する配管、に供給することにより、転動面にシリカ被膜を形成して耐摩耗性、  耐疲労性を向上させることが要求される軸受にのみ集中的に超微細シリカ粒子を供給する。これにより、必要な時だけシリカ粒子を添加することができ、予め潤滑剤中に添加しておくよりも、潤滑剤コストを低減することができるとともに、油分の揮発するような高温雰囲気下においても分配弁等の詰まりを防止できるという効果がある。
【００１７】
また、潤滑剤中に含有されるシリカ粒子の平均粒径が４０ｎｍを超えて大きくなると、吸着力が弱く転動面にシリカ被膜が形成されない。なお、使用するシリカ粒子の好ましい平均粒径は３０ｎｍ以下であり、より好ましくは２０ｎｍ以下、さらに好ましくは１０ｎｍ未満である。なお、超微細シリカ粒子の粒径が４ｎｍ  未満では、均一な粒子が得にくいため好適な潤滑効果が得にくくなるという問題がある。
【００１８】
また、潤滑剤中に含有させる超微細シリカ粒子は、潤滑剤全量に対し１〜２０質量％とすることが好ましい。超微細シリカ粒子の含有量が１質量％未満では、シリカ被膜の形成が認められない。一方、２０質量％を超えると、増粘効果が大きくなり、潤滑剤が均一に供給できなくなるという問題がある。なお、より好ましくは２〜１５質量％であり、さらに好ましくは３〜１０質量％である。なお、軸受中の潤滑剤におけるシリカ粒子の含有量の調整は潤滑剤とシリカの供給量のバランスをとってこの範囲で極力一定に保つことが好ましい。
【００１９】
本発明では、軸受に供給される潤滑剤の種類は、とくに限定されない。軸受の使用環境に応じ、潤滑剤に要求される動粘度、粘性指数等の潤滑剤特性に合致した基油または基グリースを適用した潤滑剤とすることが好ましい。
基油としては、鉱物油系、合成油系、天然油系、シリコンオイル等の潤滑油が好ましい。また、基グリースとしては、好ましくは上記した基油にリチウム石鹸、カルシウム石鹸、アルミニウム複合石鹸、ウレア等の増ちょう剤を添加したものが好ましい。
【００２０】
鉱物油系基油としては、鉱油を減圧蒸留し、溶剤精製、水素精製、硫酸洗浄、白土処理、溶剤脱ろうなどを適宜組み合わせて不安定成分、ワックス分を取り除いたものを用いることができる。
合成油系基油としては、ポリαオレフィン、ポリブテン等の脂肪族系炭化水素油、アルキルベンゼン等の芳香族系炭化水素油、ポリオールエステル、リン酸エステル等のエステル系油、ポリフェニルエーテル、ポリグリコール等のエーテル系油などが挙げられる。
【００２１】
本発明で好適に使用できる潤滑剤は、上記したような基油または基グリース中に、さらに従来公知の油性向上剤、極圧添加剤、固体潤滑剤、防錆剤、増ちょう剤、界面活性剤等の各種添加剤を、必要に応じ添加してもよいことはいうまでもない。
例えば、油性向上剤としては、オレイン酸、ステアリン酸のほか、高級アルコール、エステル、アミン等が、また、極圧添加剤としては、硫化油脂等の硫黄系化合物、リン酸トリクレジル等のリン系化合物が、固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン、グラファイト、有機モリブデン、窒化ホウ素等が例示できる。
【００２２】
上記した本発明の潤滑方法は、転がり軸受が、次（１）式
λ＝ｈ／√（σ１２＋σ２２）  ………（１）
（ここで、λ：油膜パラメータ、ｈ：油膜厚さ（μｍ）、σ１，σ２  ：  転がり軸受の２物体（コロまたは玉と内輪または外輪）の表面粗さ（μｍ））
で定義される油膜パラメータλが１未満の領域となる転がり軸受に、適用することが好ましい。油膜パラメータλが１以上の領域となる転がり軸受では、従来の潤滑方法を用いても、油膜が十分に形成され金属接触が生じにくい状態である。本発明の潤滑方法を適用してもコスト上昇を招くだけである。なお、油膜パラメータλが１未満の領域となる転がり軸受としては、連続鋳造機のガイドロール用転がり軸受、ユニバーサルジョイント用転がり軸受、揺動する転がり軸受、回転方向が逆転するロールを支持する転がり軸受等が例示できる。また、本発明の潤滑方法は滑りが発生しやすい軸受、例えば、玉軸受、自動調芯軸受等に適用することもできる。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）
自動調芯ころ軸受に静定格荷重の１／４  のラジアル荷重を負荷し、８０℃の高温雰囲気中で、回転数１０ｒｐｍ  の速度で、所定時間運転した。運転中は、図１に示すような自動給脂系システムで鉱物油（動粘度４００ｍｍ２／ｓｅｃ、ａｔ４０℃）を基グリースの主構成成分である基油とするグリース組成物（潤滑剤）を軸受に供給するとともに、軸受に直接、超微細シリカ粒子を供給した。なお、超微細シリカ粒子は軸受内の潤滑剤中で常時５質量％となるように適宜供給した。
【００２４】
運転後、軸受を解体し、外輪軌道面について摩耗プロフィルを測定するとともに、被膜の形成の有無をオージェ電子分光法で調査した。なお、本使用条件では、基油粘度から計算される油膜厚さｈ：０．０５μｍ、ころおよび内外輪の表面粗さ：０．２  μｍであり、（１）式の油膜パラメータλは１未満の０．１８となる。
その結果、軸受に直接超微細シリカ粒子を供給し潤滑剤に超微細シリカ粒子を含有させた場合  （本発明例）には、転動面表面にシリカ被膜が３０ｎｍ程度形成され、超微細シリカ粒子を供給しない場合  （比較例）に比べ、外輪軌道面の摩耗量が１／５  以下となり、転がり軸受の長寿命化が達成できる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、低速・高荷重・高温、あるいは揺動運動下という厳しい使用環境下においても、転がり軸受の長寿命化が期待でき、機械部品の保守の頻度が低減し、さらに生産性が向上するなど、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に好適な潤滑剤供給系統の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１  転がり軸受
２  潤滑剤供給制御手段
３  潤滑剤供給配管
３ａ，３ｂ，３ｃ：潤滑剤供給配管分岐
４  超微細シリカ貯蔵タンク
５  潤滑剤貯蔵タンク
【図１】
2004150473.tif 000002