(57)【要約】【課題】高温・高速下で優れた潤滑性および耐久性を有する多孔質固形潤滑剤封入軸受を提供する。【解決手段】内輪２および外輪３と、この内外輪間に介在する転動体４とを備え、この転動体の周囲に多孔質固形潤滑剤５を封入してなる多孔質固形潤滑剤封入転がり軸受１であって、多孔質固形潤滑剤は樹脂と潤滑剤とを少なくとも含む混合物を焼成してなり、潤滑剤が樹脂の焼結体中に含浸されてなり、その配合割合は、樹脂 100 重量部に対し 10〜150 重量部であり、樹脂は熱可塑性エラストマーであり、特に熱可塑性ポリウレタンエラストマーまたは、熱可塑性ポリエステルエラストマーであり、１辺が 0.01 mm 以上、1 mm 以下の樹脂ペレットであり、またそのアスペクト比が 2 以上、50 以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受内部に多孔質固形潤滑剤が封入されてなる多孔質固形潤滑剤封入軸受であって、
前記多孔質固形潤滑剤は樹脂と潤滑剤とを少なくとも含む混合物を焼成してなり、前記潤滑剤が前記樹脂の焼結体中に含浸されてなり、前記潤滑剤の配合割合は、前記樹脂粉末 100 重量部に対し、10〜150 重量部であることを特徴とする多孔質固形潤滑剤封入軸受。
【請求項２】
前記混合物の焼成は、該混合物を軸受内に充填した後になされることを特徴とする請求項１記載の多孔質固形潤滑剤封入軸受。
【請求項３】
前記樹脂は、熱可塑性エラストマーであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の多孔質固形潤滑剤封入軸受。
【請求項４】
前記熱可塑性エラストマーは、熱可塑性ポリウレタンエラストマー、または、熱可塑性ポリエステルエラストマーであることを特徴とする請求項３記載の多孔質固形潤滑剤封入軸受。
【請求項５】
前記樹脂は１辺が 0.01 mm 以上、1 mm 以下の樹脂ペレット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多孔質固形潤滑剤封入軸受。
【請求項６】
前記樹脂ペレットは、そのアスペクト比が 2 以上、50 以下であることを特徴とする請求項５記載の多孔質固形潤滑剤封入軸受。
【請求項７】
前記多孔質固形潤滑剤封入軸受が、内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する転動体とを備え、この転動体の周囲に多孔質固形潤滑剤を封入してなる転がり軸受であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項記載の多孔質固形潤滑剤封入軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受の内部に多孔質固形潤滑剤等を充填した多孔質固形潤滑剤封入軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車や産業用機械に代表されるようなほとんどの機械の摺動部や回転部において軸受、特に転がり軸受が使用されている。通常、転がり軸受は、その内部にグリースを充填して転動体と軸受内外輪および保持器相互の摩擦面を潤滑しており、充填されたグリースが外部へ流出しないように、また、その内部へ塵や水分等が侵入しないように、シール等の密封装置が設けられている。しかし、密封装置付きの転がり軸受であっても、グリースを完全に密封することは困難であり、長時間使用すると徐々に流出したり、軸受内に外部から侵入した水分によってグリースが徐々に劣化することがある。このようなグリースの密封不良および劣化防止に関する問題点を解決するべく、潤滑油を増ちょうさせて保形性を持たせたグリースや、液体潤滑剤を保持してその飛散や垂れ落ちを防止できる固形潤滑剤も知られている。
【０００３】
例えば、潤滑油やグリースに、超高分子量ポリオレフィン、またはウレタン樹脂およびその硬化剤を混合し、樹脂の分子間に液状の潤滑成分を保持させて徐々に染み出る物性を持たせた固形潤滑剤が知られている（特許文献１〜特許文献３参照）。また、潤滑剤の存在下でポリウレタン原料であるポリオールとジイソシアネートとを潤滑成分中で反応させた自己潤滑性のポリウレタンエラストマーが知られている（特許文献４参照）。
このような固形潤滑剤は、軸受に封入して固化させると、潤滑油を徐々に染み出させるものであり、これを用いると潤滑油の補充のためのメンテナンスが不要になり、水分の多い厳しい使用環境や強い慣性力の働く環境などでも軸受寿命の長期化に役立つ場合が多い。
【０００４】
しかしながら、上記した従来技術による固形潤滑剤を充填した軸受では、寿命が短い、高速回転においては焼きつきやすい、そして発熱が大きくなるために母材である樹脂成分が溶融してしまうために使用できない等の欠点がある。
また、このような固形潤滑剤を製造する工程では、潤滑油やグリースを確実に含浸させるために多くの製造工程が必要になり、低コスト化の要求に応えることも困難である。
【０００５】
また、特許文献１〜特許文献４による固形潤滑剤は、潤滑油保持力は大きいが、柔軟な変形性に欠ける。このような固形潤滑剤は、短時間での潤滑や密閉空間においては使用可能であるが、長時間の潤滑を要する部分や開放空間で使用する場合には潤滑油が供給不足になる。また、油保持力が弱いと、余剰の潤滑油は気孔を介して放出および吸収を繰り返し、耐えず空間内を流動することになる。
このような固形潤滑剤から余剰に染み出した潤滑油は、ゴムなどの外装材に接すると、その素材を潤滑油やその添加剤が化学的に腐食または劣化するものもある。
また、このような固形潤滑剤を製造する工程では、潤滑油やグリースを確実に含浸させるために多くの製造工程が必要になり、これでは低コスト化の要求に応えることも困難である。
【特許文献１】特開平６−４１５６９号公報
【特許文献２】特開平６−１７２７７０号公報
【特許文献３】特開２０００−３１９６８１号公報
【特許文献４】特開平１１−２８６６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような問題点に対処するためになされたものであり、高温・高速下で優れた潤滑性および耐久性を有する多孔質固形潤滑剤封入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】
【０００７】
本発明の多孔質固形潤滑剤封入軸受は、軸受内部に多孔質固形潤滑剤が封入されてなる多孔質固形潤滑剤封入軸受であって、上記多孔質固形潤滑剤は樹脂と潤滑剤とを少なくとも含む混合物を焼成してなり、上記潤滑剤が上記樹脂の焼結体中に含浸されてなり、上記潤滑剤の配合割合は、上記樹脂 100 重量部に対し、10〜150 重量部であることを特徴とする。
また、上記混合物の焼成は、該混合物を軸受内に充填した後になされることを特徴とする。
【０００８】
上記樹脂は、熱可塑性エラストマーであることを特徴とする。また特に熱可塑性ポリウレタンエラストマー、または、熱可塑性ポリエステルエラストマーであることを特徴とする。
上記樹脂は１辺が 0.01 mm 以上、1 mm 以下の樹脂ペレットであることを特徴とする。またそのアスペクト比が 2 以上、50 以下であることを特徴とする。
上記多孔質固形潤滑剤封入軸受が、内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する転動体とを備え、この転動体の周囲に多孔質固形潤滑剤を封入してなる転がり軸受であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の多孔質固形潤滑剤封入軸受に用いる多孔質固形潤滑剤は、潤滑剤が樹脂の焼結体中に含浸されて成形されているので、潤滑油保持力に優れ、潤滑油染み出し量を必要最小限に抑制して、摺動部に対し供給することができる。この多孔質固形潤滑剤は、樹脂は熱可塑性エラストマーであり、焼結した粉体状の樹脂内部や樹脂ペレット間隙に潤滑剤を含浸するので、潤滑油保持力に優れ、外力による変形を受けても破壊することなく、かつ確実に軸受の摺動部に潤滑剤を供給することができる。これらの結果、軸受が、高温・高速下でも優れた潤滑性および耐久性を有する。
また、潤滑剤を必要とする場所にのみ潤滑剤を配置することができるので、潤滑剤の軽量化にも寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
潤滑油保持力に優れ、潤滑油染み出し量を必要最小限に抑制できる固形潤滑剤封入軸受について鋭意検討の結果、潤滑剤と、粉体状樹脂との混合物を軸受に充填し焼成した多孔質固形潤滑剤封入軸受を得た。
この軸受が有する多孔質固形潤滑剤は、樹脂粉体同士の一部が溶融・固着して多孔質化された焼結体であり、かつ潤滑剤を樹脂粉体内部や樹脂ペレット間隙に含浸してなる多孔質固形潤滑剤である。なお、本発明において潤滑剤を樹脂粉体内部や樹脂ペレット間隙に含浸してなるとは、潤滑剤が化合物とならないで、樹脂粉体内部や樹脂ペレット間隙に含まれることをいう。
この多孔質固形潤滑剤は潤滑油保持力に優れ、軸受の回転等の外力による変形を受けても潤滑油染み出し量を必要最小限に抑制できることがわかった。また、焼結体への潤滑剤の後含浸工程が不要であり、特に混合物を軸受に充填した後に焼成することで、混合物から焼結体を得るための金型等も不要であり、生産効率が向上し、安価に製造できる。
本発明は以上のような知見に基づくものである。
【００１１】
本発明の多孔質固形潤滑剤封入軸受に封入される多孔質固形潤滑剤は、樹脂内や焼結した樹脂ペレット間隙に潤滑剤を含浸させるので、樹脂の柔軟性により、例えば圧縮、膨張、屈曲、ねじりなどの外力による変形により潤滑剤を染み出させて外部に徐放できる。この際、染み出す潤滑油量は、外力の大きさに応じて弾性変形する程度を樹脂の選択や焼結した樹脂ペレット間隙の大きさ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、本発明において樹脂は、粉体状ペレット同士の一部が溶融・固着し多孔質化しているので表面積が大きくなっており、染み出した余剰の潤滑油を再び樹脂ペレット間隙に一時的に保持することもできて染み出す潤滑油量は安定しており、また樹脂内に潤滑剤を含浸させると共に焼結した樹脂ペレット間隙に含浸させることによって非多孔質の状態より潤滑油の保持量も多くなる。
その上、本発明における多孔質固形潤滑剤は、非多孔質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、潤滑油を高密度に保持しながら柔軟な変形が可能である。また、多孔質な部分を多く持つため、軽量化の点でも有利である。
また、粉体状の樹脂と潤滑剤とを混合して所定の温度で焼成するだけであるので、特別な設備も不要であり、任意の場所に充填することが可能である。
また、焼成温度をコントロールすることにより多孔質の密度を変化させることができる。
【００１２】
本発明において多孔質固形潤滑剤を得るために用いる樹脂は、熱可塑性エラストマーであることが望ましい。熱可塑性エラストマーであれば、構造体としての強度を保ちながら柔軟性を付与できるので、圧縮や屈曲などの外部応力が高い頻度で繰り返し加わる部位に使用すると、圧縮や屈曲に追従して変形しやすくなる。本発明に用いることができるエラストマーとしては、ポリオレフィン系（ＴＰＯ）（例えば、三井化学社製ミラストマー）、ポリスチレン系（ＴＰＳ）（例えば、三菱化学社製ラバロン）、ポリ塩化ビニル系（ＴＰＣＶ）（例えば、アプコ社製サンプレーン）、ポリエステル系（ＴＰＥＥ）（例えば、東レデュポン社製ハイトレル）、ポリウレタン系（ＴＰＵ）（例えば、ＢＡＳＦ社製エラストラン）、ポリアミド系（ＴＰＥＡ）（例えば、アルケマ社製ペバックス） 等を挙げることができる。これらの中で柔軟性と強度のバランスのとれた熱可塑性ポリウレタンエラストマー、熱可塑性ポリエステルエラストマーを用いることが好ましい。
【００１３】
本発明に用いる樹脂は１辺が 1 mm 以下の樹脂ペレットであることが好ましい。ここで樹脂ペレットは球状体もしくは短繊維状であり、この球状体もしくは短繊維状を平面視したときその最長径もしくは最長長さの平均長さを１辺とする。１辺が 1 mm より大きい樹脂ペレットの場合は多孔質の空間体積が小さくなり、保持できる潤滑剤が減少する。また、樹脂ペレット同士の接着点も減少するために、強度的に不利である。
また、１辺が 0.01 mm 未満の樹脂ペレットでは、ペレット同士が密着し過ぎて多孔質化の割合が小さくなり保油力が低下する。さらに、製造コストが高くなる。
【００１４】
本発明に用いる樹脂ペレットはアスペクト比が 2 以上の樹脂ペレットであることが好ましい。ここでアスペクト比は球状体もしくは短繊維状の樹脂ペレットを平面視したときの最長径もしくは最長長さの平均長さを最小径もしくは最短長さの平均長さで除した数値とする。アスペクト比が 2 より小さいと、多孔質の空間体積が小さくなり、保持できる潤滑剤が減少する。また、樹脂ペレット同士の接着点も減少するために、強度的に不利である。
また、アスペクト比が 50 を超える樹脂ペレットは、粗になり過ぎるので、多孔質体となった時の保油力が低下する。さらに、製造コストが高くなる。
【００１５】
本発明において多孔質固形潤滑剤を得るために用いる潤滑剤としては、多孔質体を形成する樹脂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が、例えば潤滑油、グリース、ワックスなどを単独もしくは混合して用いてもよい。
本発明に使用する潤滑油としては、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、シリコーン油等の普通に使用されている潤滑油またはそれらの混合油が挙げられる。
【００１６】
本発明に使用できる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、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。
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。
【００１７】
本発明に使用する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、水素硬化油などを用いることができる。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。
【００１８】
本発明に用いる潤滑剤の配合量は、樹脂 100 重量部に対し、潤滑剤は 10 重量部〜150 重量部であることが好ましい。潤滑剤が 10 重量部より少ないと染み出さず、潤滑剤として機能しない。潤滑剤が 150 重量部より多いと、樹脂ペレットが潤滑剤に囲まれて、樹脂ペレット間での融着が不十分となり、焼結体として成立しない。
【００１９】
潤滑剤には、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。
【００２０】
本発明の多孔質固形潤滑剤封入軸受の一例を図１および図２に示す。図１は多孔質固形潤滑剤をスポットパック状に封入する転がり軸受の断面図を、図２は多孔質固形潤滑剤をフルパック状に封入する転がり軸受の断面図をそれぞれ示す。
本発明の多孔質固形潤滑剤封入転がり軸受１は、内輪２および外輪３と、この内輪２および外輪３との間に介在する転動体４とを備え、この転動体４の周囲に樹脂ペレットと潤滑剤との混合物を充填し、焼成することで多孔質固形潤滑剤５を封入した多孔質固形潤滑剤封入転がり軸受１が得られる。
樹脂ペレットと潤滑剤との混合物を転動体４の周囲に充填する方法の一例として、以下の方法が挙げられる。後述する配合割合で、上述した潤滑剤と樹脂とを混合した後、軸受１内に封入する。その封入の方法は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、内輪２と外輪３の間で二枚の帯板からなる保持器６がリベット７によって重ねて固定されている部分に、いわゆるスポットパック状に封入するものや、図２（ａ）および図２（ｂ）に示されるように、内輪２と外輪３の間全体に、いわゆるフルパック状に充填するものが挙げられる。上記のように封入された状態で、軸受全体を焼成し冷却することにより、上記混合物が固形化して多孔質固形潤滑剤となり、多孔質固形潤滑剤封入転がり軸受１が製造される。なお、封入する際は、必要に応じて軸受１の側面に金具で蓋をし、固形潤滑剤が漏れない様にする。
【００２１】
多孔質固形潤滑剤を転がり軸受の内部の所要箇所（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）に封入した場合、転走面近くに潤滑剤が存在する。よって、グリース潤滑に比較してより潤滑剤が転走面に供給されやすいという利点もある。また、外部からの塵・水分等の侵入に対してはシールの役割をも果たす。
【００２２】
樹脂と潤滑剤との混合物の焼成は、混合物が充填された軸受内で行なうことができる。軸受に充填された混合物は焼成され、充填空間の形状を有するとともに潤滑剤が含浸された焼結体を軸受内で形成する。この焼結体が本発明の多孔質固形潤滑剤封入軸受に封入された多孔質固形潤滑剤である。
また、混合物を軸受内に充填する以外の方法として、成形用金型内に充填後、焼成・成形してもよく、また成形用金型を用いずに焼成・固化させることもできる。成形用金型を用いずに焼成・固化した孔質固形潤滑剤は裁断や研削等で目的の形状に後加工して軸受内に組み込むこともできる。
これらの方法の中で後加工が不要であることから、混合物を軸受に充填する方法を採用することが作業面、コスト面で好ましい。
【００２３】
樹脂と潤滑剤とを混合する方法は、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等、一般に用いられる撹拌機を使用することができる。
また焼成温度は、樹脂の融点〜融点 +30℃の範囲で選択することが望ましい。樹脂の融点より低いと樹脂ペレットが溶融せず焼結体にならないし、樹脂の融点より高いと必要以上に溶融してしまい多孔質体になりにくい。また、ペレットの融点なき場合には、固形潤滑剤の焼成温度は軟化開始温度 +10℃〜軟化開始温度 +50℃の範囲で選択することが望ましい。
【００２４】
本発明の多孔質固形潤滑剤軸受は、樹脂ペレットと潤滑剤とを混合して軸受に充填し所定の温度で焼成するだけであるので、形状が複雑な軸受等の部品の任意の部位にも容易に充填することが可能である。また、得られる多孔質固形潤滑剤軸受には既に潤滑剤が含浸されている。このため焼結体を得るための成形金型や潤滑剤の後含浸工程等も不要である。
【００２５】
本発明の多孔質固形潤滑剤封入軸受は、潤滑油保持力に優れ、潤滑油染み出し量を必要最小限に抑制して、摺動部に対し供給することができる固形潤滑剤を封入しているので高温高速下で優れた潤滑性を発揮し、長寿命の軸受となる。このため、リニアスライド、ガイドローラ等の直動案内装置、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に適用することができる。
【実施例】
【００２６】
実施例１〜実施例３および比較例１
表１に示す組成で、樹脂ペレットと潤滑剤とを混合し、玉軸受６２０４の空間容積に充填した後 180℃で 30分間焼成し、多孔質固形潤滑剤封入軸受の試験片を得た。得られた試験片について以下に示す潤滑性評価試験を行なった。結果を表１に併記する。
【００２７】
＜潤滑性評価試験＞
得られた軸受について、Ｆａ＝Ｆｒ＝67 N の荷重を負荷し、100℃で 10000 rpm で回転させ、回転軸を駆動している電動機の入力電流が制限電流を超過した時（回転トルクが始動トルクの２倍を越えた時）までの寿命時間を測定した。
【００２８】
実施例４および実施例５
表１に示す組成で、樹脂ペレットと潤滑剤とを混合し、玉軸受６２０４の空間容積に充填した後 150℃で 30 分間焼成し、多孔質固形潤滑剤封入軸受の試験片を得た。得られた試験片について上記潤滑性評価試験を行なった。結果を表１に併記する。
【００２９】
比較例２
表１に示す組成で、樹脂ペレットと潤滑剤成とを混合し、玉軸受６２０４に充填した後 180℃で 30 分間焼成したが、非常にもろく、潤滑剤は固体状にはならなかった。
【００３０】
比較例３
表１に示す組成で、樹脂ペレットと潤滑剤とを 190℃にて混合・溶融したものを玉軸受６２０４の空間容積に充填し、冷却させた。しかし潤滑剤は多孔質体を形成できなかった。
【００３１】
【表１】
2007315501.tif 000003
【００３２】
表１に示すように、各実施例は優れた潤滑性（寿命時間 1000 時間以上）を示した。一方、多孔質体を形成しても潤滑剤量の少ない比較例１では短寿命であり、潤滑剤量の多すぎる比較例２では潤滑剤は固形状にならず、また樹脂ペレットと潤滑剤とを混合・溶融した後冷却した比較例３では潤滑剤は多孔質体を形成できなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の多孔質固形潤滑剤封入軸受は、高温・高速下での優れた潤滑性および耐久性を有するので、撚線機、電動機器、印刷機、自動車部品、電装補機、建設機械等の各種産業用機械に用いられる軸受として好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施例に係る固形潤滑剤封入転がり軸受の断面図である。
【図２】本発明の他の実施例に係る固形潤滑剤封入転がり軸受の断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  固形潤滑剤封入転がり軸受
２  内輪
３  外輪
４  転動体
５  固形潤滑剤
６  保持器
７  リベット
【図１】
2007315501.tif 000004
【図２】
2007315501.tif 000005