(57)【要約】【課題】フッ素系潤滑グリースが封入されてなる転がり軸受であって、高温耐久性に優れ、かつフッ素と転動体との反応を抑制し長寿命である転がり軸受を提供する。【解決手段】同心に配置される内輪２および外輪３と、この内輪２および外輪３間に介在する複数の転動体４とを備え、この転動体４の周囲にパーフルオロエーテル油を基油とし、フッ素樹脂粉末を増ちょう剤とするフッ素系潤滑グリース７が封入されてなる転がり軸受１であって、上記転動体４の表面または、転動体を分割保持する保持器５の転動体４との接触面の少なくとも一方に樹脂層を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心に配置される内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体とを備え、この転動体の周囲にパーフルオロポリエーテル油を基油とし、フッ素樹脂粉末を増ちょう剤とするフッ素系潤滑グリースが封入されてなる転がり軸受であって、
前記転動体の表面、または、前記転動体を分割保持する保持器の転動体との接触面の少なくとも一方に樹脂層を形成したことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記樹脂層は、芳香族ポリイミド系樹脂であることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記樹脂層の厚さは、0.1μm〜100μmであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高温用転がり軸受に関し、特に高温度で使用される自動車などの電装補機や電子写真装置の定着部に好適に用いられるフッ素系の高温用潤滑グリースが封入された転がり軸受に関する。また、真空中などグリース封入量が比較的少なく、境界潤滑条件で使用される転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受には、潤滑性を付与するために潤滑グリースが封入される。この潤滑グリースは主成分として基油と増ちょう剤とを混練して得られ、基油としては鉱油やエステル油、シリコーン油、エーテル油等の合成油が、また増ちょう剤としてはリチウム石けん等の金属石けんやウレア化合物等が一般的に使用されている。また、潤滑グリースに必要に応じて酸化防止剤、錆び止剤、金属不活性剤、粘度指数向上剤などの各種添加剤が配合されている。
【０００３】
近年、自動車の小型化、軽量化および静粛性向上の要求に伴って自動車電装品の小型化、軽量化、静粛性向上、エンジンルーム内の密閉化が図られているが、その一方で電装品の性能には高出力・高効率化が求められている。転がり軸受に封入される潤滑グリースの寿命は、通常、軸受自体の疲労による使用寿命より短いため、軸受自体の寿命は潤滑グリース寿命に依存することになる。そのためこれら電装補機に用いられる潤滑グリースもウレア系潤滑グリース以上の高温に耐えるものでなければならない。
従来 200℃付近の高温になるファンクラッチに用いられる転がり軸受の封入グリースには、増ちょう剤としてフッ素樹脂粉末を用い、基油にパーフルオロポリエーテル（以下、ＰＦＰＥと記す）油を用いた耐熱性に優れるフッ素系グリースが使用されている。
【０００４】
また、一般に電子写真装置を用いた複写機や印刷機（プリンター）などの定着部には、定着ローラなどを回転自在に支持するためにロール用転がり軸受が多用されている。この定着部には、紙に帯電して付着したトナーを最高 250℃程度の高温で加圧することによって、紙に定着する部位であり、定着部のロール支持転がり軸受は高温で使用されることが多い。特に、ヒートロールは中空軸の内側にヒータをいれ、内側から熱するために、軸受も 200℃をこえる温度で使用されることがある。またヒートロール支持転がり軸受は軸受部の温度を下げるため樹脂製の断熱スリーブを介して使用されることもあるが、それでも輻射熱で軸受端面の温度は 200℃近くになることがある。従来、このような高温条件で使用される転がり軸受の封入グリースには、高温での劣化が少なく、長い寿命が得られるフッ素系グリースが使用されている。
また、一般に潤滑剤は真空にさらされると、基油の蒸気圧が高いため基油が蒸発する。そのため真空度が上がらなかったり、真空チャンバーや真空機器内に設けられた計測機器を汚染し不具合を生じる。その対応として真空中で使用される転がり軸受の潤滑にはフッ素系グリースが多く用いられてきた。
【０００５】
これらのフッ素系グリースは十分な量が存在する場合は良好な潤滑性を発揮するが、転がり接触部や、すべり部への供給が不足し境界潤滑となる場合は、基油であるＰＦＰＥ油と軸受材料である鋼（鉄）とが反応し基油の分解とともに鋼の摩耗が生じ短寿命となる。この反応は、特に保持器と転動体間の滑り部で著しく、長時間運転すると転動体表面が腐食され、摩耗が大きくなる。また、この反応によりＰＦＰＥ油自体が劣化し、消費されるため、利用できる潤滑剤の量が著しく減少し、これらが相乗して転がり軸受が短寿命で焼きつくという現象にいたる。
【０００６】
この反応を抑制しＰＦＰＥ油本来の耐熱性や潤滑性を活用することにより、より長寿命を得ることが要求されている。その対応として、シリカ配合（皮膜形成）によるフッ素グリースの耐焼付き性、耐摩耗性の改良（特許文献１参照）、有機アンチモンまたは有機モリブデン配合による転がり疲労特性の改良（特許文献２参照）、ビスマス化合物の配合による転がり疲労特性の改良（特許文献３参照）、フッ素有機リン化合物の配合によるフッ素グリースの耐摩耗性、防錆性の改良（特許文献４参照）、二硫化モリブデン、合成マイカ等の層状鉱物粉末、金属石けん、金属酸化物等の金属塩、ダイヤモンド粉末、グラファイト等の炭素化合物、およびメラミンシアヌレート、アミノ酸化合物等の配合によるフッ素グリースの塗れ性の改良（特許文献５参照）、変性ウンデカン混合物、変性ブタン、Ｃｕフタロシアニン、Ｃａスルフォネート等の配合によるフッ素グリースの劣化防止（特許文献６参照）等が知られている。
しかし、これらはいずれもフッ素と鋼との反応に着目してなされたものではなく、高温特性に優れるものの金属への侵食性を有するフッ素グリースの性質を根本的に改良するにはいたっていない。
【特許文献１】特開２００５−９７５１３号公報
【特許文献２】特開２０００−３０３０８８号公報
【特許文献３】特開２００５−４２１０２号公報
【特許文献４】特開２００３−２７０７９号公報
【特許文献５】特開２００４−１８８６０７号公報
【特許文献６】特開平８−１４３８８３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、高温耐久性に優れ、かつ、フッ素と鋼との接触を避けることでフッ素と鋼との反応を抑制しＰＦＰＥ油本来の耐熱性や潤滑性を活用した長寿命の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】
本発明の転がり軸受は、同心に配置される内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体とを備え、この転動体の周囲にパーフルオロポリエーテル油を基油とし、フッ素樹脂粉末を増ちょう剤とするフッ素系潤滑グリースが封入されてなる転がり軸受であって、上記転動体の表面、または、転動体を分割保持する保持器の転動体との接触面の少なくとも一方に樹脂層を形成したことを特徴とする。
【０００９】
また、上記樹脂層が芳香族ポリイミド系樹脂であることを特徴とする。
また、上記樹脂層の厚さは、0.1μm〜100μmであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の転がり軸受は、転動体の周囲にパーフルオロポリエーテル油を基油とし、フッ素樹脂粉末を増ちょう剤とするフッ素系潤滑グリースが封入されてなるので高温耐久性に優れ、さらに、転動体の表面または、転動体を分割保持する保持器の転動体との接触面の少なくとも一方に樹脂層を形成するので、転動体表面でフッ素と鋼との反応が発生しないため、ＰＦＰＥ油本来の耐熱性や潤滑性を活用することにより長寿命となる。
この結果、自動車電装補機、事務用機器等に用いられる転がり軸受として好適に利用できる。また、真空中など、グリース封入量が比較的少なく、境界潤滑条件で使用される転がり軸受としても好適に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
転がり軸受においてフッ素系潤滑グリースを用いる場合、転動体、保持器等の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、基油中のフッ素が軸受材料である鋼（鉄）と反応して基油が分解するとともに鋼の摩耗が生じ寿命が短くなると考えられている。特に摩擦面間接触が起こる境界潤滑条件下ではこの傾向が顕著である。本願発明はこのような点に着目し、ＰＦＰＥ油を基油、フッ素樹脂粉末を増ちょう剤とするフッ素系潤滑グリースを用いた転がり軸受において、フッ素と鋼とが接触する可能性のある部位に樹脂層を設け、フッ素と鋼との接触および反応を防止することで長寿命化を図るものである。
【００１２】
本発明の転がり軸受は、転動体の表面または、転動体を分割保持する保持器の転動体との接触面の少なくとも一方に樹脂層が形成される。
この樹脂層を構成する合成樹脂としては、耐油性を有し、皮膜強度が強く、耐摩耗性に優れた材質であれば、特に限定されない。そのような例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、フラン樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミノビスマレイミド樹脂、芳香族ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、フェニレンサルファイド樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、フッ素樹脂、芳香族ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂等があげられる。これらの中でも、本軸受を高温で使用することを考えれば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂等があげられる。これらの合成樹脂には、必要に応じて、繊維状や粒子状の各種充填材を配合することができる。
本発明において、特に好ましい合成樹脂は被膜形成能に優れる芳香族ポリイミド系樹脂である。芳香族ポリイミド系樹脂は分子内にベンゼン環に直接結合したイミド環を有する樹脂であり、芳香族ポリイミド樹脂、芳香族ポリアミドイミド樹脂等が挙げられる。
【００１３】
芳香族ポリイミド樹脂は、化１で示す繰返し単位を有する樹脂であり、化１で示す繰返し単位を有する樹脂の前駆体であるポリアミック酸も使用できる。Ｒ1 は芳香族テトラカルボン酸またはその誘導体の残基であり、Ｒ2 は芳香族ジアミンまたはその誘導体の残基である。そのようなＲ1 またはＲ2 としては、フェニル基、ナフチル基、ジフェニル基、およびこれらがメチレン基、エーテル基、カルボニル基、スルホン基等の連結基で連結されている芳香族基が挙げられる。
【化１】
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【００１４】
芳香族テトラカルボン酸またはその誘導体の例としては、ピロメリット酸二無水物、２，２´，３，３´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、３，３´，４，４´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、３，３´，４，４´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）メタン酸二無水物等が挙げられ、これらは単独あるいは混合して用いられる。
芳香族ジアミンまたはその誘導体の例としては、４，４´−ジアミノジフェニルエーテル、３，３´−ジアミノジフェニルスルホン、４，４´−ジアミノジフェニルメタン、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、４，４’−ビス（３−アミノフェノキシ）ビフェニルエーテルなどのジアミン類またはジイソシアネート類が挙げられる。
【００１５】
上記芳香族テトラカルボン酸またはその誘導体と、芳香族ジアミンまたはその誘導体との組み合わせで得られる芳香族ポリイミド樹脂の例としては、化２に示す繰返し単位を有するものが挙げられる。これらはＲ1およびＲ2にヘテロ原子を有しない樹脂である。
【化２】
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化２中の芳香族ポリイミド樹脂において、分子中に占める芳香環の比率が高い式（３）および式（４）で表されるポリイミドが好ましく、特に式（４）で表されるポリイミドが本発明に好適である。
芳香族ポリイミド樹脂ワニスの市販品としては、例えば宇部興産社製Ｕワニスが挙げられる。
【００１６】
芳香族ポリアミドイミド樹脂は、化３で示す繰返し単位を有する樹脂であり、Ｒ3 は芳香族トリカルボン酸またはその誘導体の残基であり、Ｒ4 は芳香族ジアミンまたはその誘導体の残基である。そのようなＲ3またはＲ4 としては、フェニル基、ナフチル基、ジフェニル基、およびこれらがメチレン基、エーテル基、カルボニル基、スルホン基等の連結基で連結されている芳香族基が挙げられる。
【化３】
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【００１７】
芳香族トリカルボン酸またはその誘導体の例としては、トリメリット酸無水物、２，２´，３−ビフェニルトリカルボン酸無水物、３，３´，４−ビフェニルトリカルボン酸無水物、３，３´，４−ベンゾフェノントリカルボン酸無水物、１，２，５−ナフタレントリカルボン酸無水物、２，３−ジカルボキシフェニルメチル安息香酸無水物等が挙げられ、これらは単独あるいは混合して用いられる。
芳香族ジアミンまたはその誘導体の例としては、４，４´−ジアミノジフェニルエーテル、３，３´−ジアミノジフェニルスルホン、４，４´−ジアミノジフェニルメタン、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミンなどのジアミン類またはジイソシアネート類が挙げられる。
【００１８】
芳香族ポリイミド樹脂と異なり、前駆体を経ることなく樹脂溶液の状態で化３で示す繰返し単位を有する芳香族ポリアミドイミド樹脂が本発明において特に好ましい。また、芳香族ポリアミドイミド樹脂のジイソシアネート変性、ＢＰＤＡ変性、スルホン変性、ゴム変性樹脂を使用できる。芳香族ポリアミドイミド樹脂ワニスの市販品としては、例えば日立化成社製ＨＰＣ４２５０が挙げられる。
【００１９】
上記合成樹脂の樹脂層の線膨張係数は、1×10-4／℃以下が好ましく、0.8×10-4／℃以下がより好ましい。1×10-4／℃より大きいと、金属製保持器と皮膜との温度による寸法変化の差が大きすぎて、ヒートショック等により基材と皮膜の界面が剥離してしまう可能性があるからである。
【００２０】
上記合成樹脂の樹脂層は、次の方法で形成させることができる。まず、基材となる転動体や保持器を十分に洗浄し、表面の汚染を除去する。この洗浄方法としては、有機溶剤による浸漬洗浄、超音波洗浄、蒸気洗浄、酸・アルカリ洗浄等による方法があげられる。
【００２１】
次いで、合成樹脂が粉末の場合は、流動浸漬法、静電塗装法、タンブラーコーティング法によって、また、合成樹脂が液状又は適当な溶媒に可溶の場合は、スプレーコーティング法、ディップ（浸漬）コーティング法等によって、合成樹脂を保持器表面に形成させる。好ましい皮膜の厚さは、0.1μm〜100μm、より好ましくは 0.5μm〜50μm である。皮膜形成の過程で、余分に付着した合成樹脂材料はふき取り、遠心分離、エアーブロー等の物理的、化学的方法により除去し、所望の厚さに調整することができる。皮膜の厚さが、0.1μm未満の場合では、なじみ段階では皮膜が消失し、耐久性が不十分であり、100μmをこえる場合、温度による転動体とのすきま変化が大きくなり、回転トルクに悪影響を及ぼすからである。
【００２２】
皮膜形成後は、樹脂材質に応じた処理、例えば、加熱処理、紫外線照射処理等によって溶媒除去、乾燥、融解、架橋等を行い、表面に樹脂層が形成された転動体や保持器が完成させる。膜厚を増す場合には、重ね塗りをしてもよい。また、皮膜完成後に機械加工やタンブラー処理等を行うことも可能である。
【００２３】
本発明に使用できるフッ素系潤滑グリースは、ＰＦＰＥ油を基油としフッ素樹脂粉末を増ちょう剤とする。
ＰＦＰＥ油は、脂肪族炭化水素ポリエーテルの水素原子をフッ素原子で置換した化合物であれば使用できる。そのようなＰＦＰＥ油を例示すれば、以下の化４および化５で示される側鎖を有するＰＦＰＥ油と、化６から化８で示される直鎖状のＰＦＰＥ油とがある。これらは単独でもまた混合しても使用できる。ｎ、ｍは整数である。
化４の市販品としてはフォンブリンＹ（モンテジソン社商品名）を、化５の市販品としてはクライトックス（デュポン社商品名）やバリエルタＪオイル（クリューバー社商品名）を、化６の市販品としてはフォンブリンＺ（モンテジソン社商品名）を、化７の市販品としてはフォンブリンＭ（モンテジソン社商品名）を、化８の市販品としてはデムナム（ダイキン社商品名）等をそれぞれ例示できる。
【化４】
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【化５】
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【化６】
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【化７】
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【化８】
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【００２４】
増ちょう剤であるフッ素樹脂粉末は上記ＰＦＰＥ油と親和性が高く、高温安定性、耐薬品性を有する粉末が使用できる。
フッ素樹脂を例示すれば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）などのパーフルオロ系フッ素樹脂が好ましく、特にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が高温安定性、耐薬品性が優れているため好ましい。
【００２５】
本発明のフッ素系潤滑グリースは、潤滑グリース全体量に対して、ＰＦＰＥ油を 70 重量％〜90 重量％、フッ素樹脂粉末を 10 重量％〜30 重量％配合することが好ましい。この範囲の配合とすることにより、転がり軸受封入グリースとして洩れが少なく、長時間トルクを下げられる好ましいちょう度に調整できる。
【００２６】
保持器基材にはＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）製などの鉄板製波形保持器、プレス保持器、もみ抜き保持器が一般的に用いられる。シールに関しては、鉄板シールドのほか、用途によって接触または非接触のゴムシールを用いることができる。本軸受は高温使用を目的としているため、ゴムにはフッ素ゴムを用いることが望ましい。
【００２７】
本発明に用いるフッ素系潤滑グリースには、必要に応じて公知の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、アミン系化合物、フェノール系化合物、イオウ系化合物、ジチオりん酸亜鉛などの酸化防止剤、塩素系化合物、イオウ系化合物、りん系化合物、ジチオりん酸亜鉛、有機モリブデンなどの極圧剤、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、ポリイソブチレン、ポリスチレンなどの粘度指数向上剤、摩耗抑制剤、清浄分散剤などが挙げられる。また、これらの添加剤は単独または 2 種類以上組み合わせて添加できる。
【００２８】
また、本発明に用いるフッ素系潤滑グリースにはフッ素系のグリースを必須成分として、これにウレア系グリースを混合して用いることもできる。
【００２９】
本発明に係る転がり軸受の一例を図１に示す。図１は深溝玉軸受の断面図である。
転がり軸受１は、外周面に内輪転走面２ａを有する内輪２と内周面に外輪転走面３ａを有する外輪３とが同心に配置され、内輪転走面２ａと外輪転走面３ａとの間に複数個の転動体４が配置される。この複数個の転動体４を保持する保持器５および外輪３等に固定されるシール部材６とにより構成される。少なくとも転動体４の周囲にフッ素系潤滑グリース７が封入される。このうち、転動体４、または保持器５の表面の少なくとも一方に上述した樹脂層が設けられている。転動体４、または保持器５の表面は、この樹脂層によってグリース中のフッ素との接触が遮断される。
【実施例】
【００３０】
＜グリース１の作製＞
グリース全体に対して、ＰＦＰＥ油（デュポン社製商品名、クライトックスＧＰＬ１０５、40℃の動粘度 160 mm2/sec） 67 重量％に、フッ素樹脂粉末（デュポン社製商品名、バイダックス） 33 重量％を加え撹拌した後、ロールミルに通し、増ちょう剤にフッ素樹脂粉末、基油にＰＦＰＥ油を用いたグリースである半固形状のグリース１を得た。なお、このグリース１のちょう度は 280 であった。
【００３１】
＜グリース２の作製＞
グリース全体に対して、ＰＦＰＥ油（ソルベイ社製商品名、フォンブリンＭ３０、40℃の動粘度 159 mm2/sec） 67 重量％に、フッ素樹脂粉末（デュポン社製商品名、バイダックス） 33 重量％を加え撹拌した後、ロールミルに通し、増ちょう剤にフッ素樹脂粉末、基油にＰＦＰＥ油を用いたグリースである半固形状のグリース２を得た。なお、このグリース２のちょう度は 280 であった。
【００３２】
＜樹脂層１（転動体用）の形成＞
芳香族ポリアミドイミド樹脂ワニス（日立化成工業社製ＨＰＣ−４２５０、溶剤：Ｎ−メチル−２−ピロリドン）をＳＵＪ２製ボール（５／１６インチ）にディッピング法にてコーティングした。コーティング後 100℃で 1 時間乾燥し、180℃で 1 時間焼成した。皮膜厚みは、ディッピング回数を調整し、5 μm になるようにした。
【００３３】
＜樹脂層２（保持器用）の形成＞
芳香族ポリアミドイミド樹脂ワニス（日立化成工業社製ＨＰＣ−４２５０、溶剤：Ｎ−メチル−２−ピロリドン）をＳＰＣＣ製プレス波形保持器にディッピング法にてコーティングした。コーティング後 100℃で 1 時間乾燥し、180℃で 1 時間焼成した。皮膜厚みは、ディッピング回数を調整し、5μm になるようにした。なお、保持器の軸受への組み込みは鋲止めとした。
【００３４】
実施例１〜実施例４および比較例１〜比較例２
表１に示す軸受構成およびグリースを用いて試験用転がり軸受を作製した。得られた試験用転がり軸受を以下に示す高温耐久試験にて評価した。
＜高温耐久試験＞
ラジアル荷重 67 N 、スラスト荷重 67 N 、回転数 10000 rpm 、雰囲気温度 200℃にて試験用転がり軸受を回転させ、過負荷によりモータが停止するまでの時間を測定した。結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
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表１に示すように、転動体または保持器の少なくとも一方に樹脂層を設けた実施例１〜実施例４の転がり軸受は、比較例よりも高温耐久性に優れた。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の転がり軸受は、フッ素と転動体表面または保持器表面が反応せず、ＰＦＰＥ油本来の耐熱性や潤滑性を活用して長寿命であるので、自動車電装補機、事務用機器等に用いられる転がりとして好適に利用できる。また、真空中など、グリース封入量が比較的少なく、境界潤滑条件で使用される転がり軸受にも好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】深溝玉軸受の断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  転がり軸受
２  内輪
３  外輪
４  転動体
５  保持器
６  シール部材
７  フッ素系潤滑グリース
【図１】
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