(57)【要約】【課題】水素脆性による転走面での剥離を効果的に防止できるロボット用転がり軸受を提供する。【解決手段】産業用ロボットの回転部位を回転自在に支持するロボット用転がり軸受であって、上記転がり軸受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の周囲にグリース組成物７を封止するためのシール部材６を上記内輪２および外輪３の軸方向両端開口部８ａ、８ｂに設けてなり、上記グリース組成物７は、基油に、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、上記添加剤は、アルミニウム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 0.05〜15 重量部である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
産業用ロボットの回転部位を回転自在に支持するロボット用転がり軸受であって、
前記転がり軸受は、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グリース組成物を封止するためのシール部材を前記内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けてなり、前記グリース組成物は、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るグリース組成物であり、
前記添加剤は、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 0.05〜15 重量部であることを特徴とするロボット用転がり軸受。
【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記載のロボット用転がり軸受。
【請求項３】
前記増ちょう剤は、ウレア系またはリチウム石けん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記載のロボット用転がり軸受。
【請求項４】
産業用ロボットの回転部位を回転自在に支持するロボット用転がり軸受であって、
該軸受に封入されたグリース組成物が、軸受部における摩擦摩耗面または摩耗により露出した鉄系金属新生面において、酸化鉄とともにアルミニウム、アルミニウム化合物を含有する被膜を形成できる、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することを特徴とするロボット用転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボット用転がり軸受に関し、特に産業用ロボットの作動部位に用いられる転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の製造ラインには組み立て、溶接、塗装などのさまざまな産業用ロボットが用いられている。生産性の向上を目的としたタクトタイムの短縮のため、ロボットの運動速度が高められる傾向にある。ロボットの作動は連続回転ではなく、断続的な作動であり、この作動速度を速めることは、回転部に用いられる転がり軸受にとっては、単位時間当りの停止−起動−運転−停止動作の切換えの回数が増加し、その都度転がり軸受に加えられる加速度や減速度が大きくなり、それにともない軸受に生じるすべりが大きくなってきている。このように使用条件が過酷になることで、転がり軸受の転走面に白色組織変化をともなった特異的な剥離が生じ、軸受寿命時間が短くなるという問題がある。
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ともな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）やビスマスジチオカーバメートを添加する方法（特許文献２参照）が知られている。
しかしながら、近年の産業用ロボットに用いられる転がり軸受の使用条件が過酷になるにつれて、不動態化剤を添加する方法やビスマスジチオカーバメートを添加する方法では充分な対策ができなくなってきている。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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、断続的に加速度や減速度が加えられる産業用ロボットの回転部に用いた場合でも、水素脆性による転がり軸受転走面での剥離を効果的に防止できるロボット用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】
【０００４】
本発明のロボット用転がり軸受は、産業用ロボットの回転部位を回転自在に支持するロボット用転がり軸受であって、上記転がり軸受は、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、この転動体の周囲にグリース組成物を封止するため上記内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けられたシール部材とを備えてなり、上記グリース組成物は基油と、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るグリース組成物であり、上記添加剤は、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 0.05〜15 重量部であることを特徴とする。
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。
上記増ちょう剤は、ウレア系またはリチウム石けん系増ちょう剤であることを特徴とする。
【０００５】
産業用ロボットの回転部位を回転自在に支持するロボット用転がり軸受であって、該軸受に封入されたグリース組成物が、軸受部における摩擦摩耗面または摩耗により露出した鉄系金属新生面において、酸化鉄とともにアルミニウム、アルミニウム化合物を含有する被膜を形成できる、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することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のロボット用転がり軸受は、該軸受に封入されたグリース組成物が、基油と増ちょう剤とからなるグリースに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てなるので、単位時間当りの停止−起動−運転−停止動作の切換えの回数が多く、断続的に加速度や減速度が加えられるロボットに使用される転がり軸受で見られ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、ロボット用転がり軸受の長寿命化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
産業用ロボットの回転部位を回転自在に支持するロボット用転がり軸受の一例を図１に示す。図１はロボット用転がり軸受の一例として、グリース組成物が封入されている深溝玉軸受の断面図である。
深溝玉軸受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が内輪２および外輪３の軸方向両端開口部８ａ、８ｂにそれぞれ設けられている。少なくとも転動体４の周囲にグリース組成物７が封入される。
【０００８】
ロボット用転がり軸受において、水素脆性による転走面での剥離を防止すべく鋭意検討した結果、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、ベースグリース 100 重量部に対して 0.05〜15 重量部配合したグリース組成物を封入したロボット用転がり軸受は、軸受寿命が延長することがわかった。
この軸受転走面を観察したところ、配合されたアルミニウム系添加剤が軸受の摩擦摩耗面または摩耗により露出した鉄系金属新生面で、アルミニウム粉末が付着し、またはアルミニウム化合物が反応し、軸受転走面に酸化鉄とともにアルミニウム、アルミニウム化合物を含有する被膜が生成していることを見出した。この生成された被膜が、潤滑油の分解により発生した水素の軸受鋼内への侵入を防止し、水素脆性による剥離が抑制されるものと考えられる。本発明はこれらの知見に基づくものである。
【０００９】
本発明のロボット用転がり軸受に使用できるアルミニウム系添加剤としては、アルミニウム粉末、炭酸アルミニウム、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、ヨウ化アルミニウム、オキシフッ化アルミニウム、オキシ塩化アルミニウム、オキシ臭化アルミニウム、オキシヨウ化アルミニウム、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、リン酸アルミニウム、オキシ過塩素酸アルミニウム、オキシ硫酸アルミニウム、サリチル酸アルミニウム、チタン酸アルミニウム、ジルコン酸アルミニウム、モリブデン酸アルミニウム等が挙げられるが、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。
これらアルミニウム系添加剤は、単独で、または、2 種類以上を混合してグリースに添加してもよい。
【００１０】
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 0.05〜15 重量部、好ましくは 0.1〜10 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 0.05〜15 重量部、好ましくは 0.1〜10 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 0.05〜15 重量部、好ましくは 0.1〜10 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 0.05〜15 重量部、好ましくは 0.1〜10 重量部、それぞれ配合する。
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による転走面での剥離を効果的に防止できない。また 15 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。
【００１１】
本発明に使用できる基油は、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、フィッシャー・トロプシュ法により合成されたＧＴＬ油、ポリブテン、ポリ-α-オレフィン油、アルキルナフタレン、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、リン酸エステル油、ポリマーエステル油、芳香族エステル油、炭酸エステル油、ジエステル油等のエステル油、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、ポリ-α-オレフィン油、ポリオールエステル油、鉱油を用いることが好ましい。
【００１２】
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。これらの中でリチウム系石けんおよびウレア系化合物が好ましく、耐熱性、コスト等を考慮するとウレア系化合物が特に望ましい。
【００１３】
リチウム石けんの具体例としては、ラウリン酸（Ｃ12）リチウム、ミリスチン酸（Ｃ14）リチウム、パルミチン酸（Ｃ16）リチウム、マルガリン酸（Ｃ17）リチウム、ステアリン酸（Ｃ18）リチウム、アラキジン酸（Ｃ20）リチウム、ベヘン酸（Ｃ22）リチウム、リグノセリン酸（Ｃ24）リチウム、牛脂脂肪酸リチウム、リシノール酸リチウム、リシノエライジン酸リチウムなどが挙げられる。このうち、特に好ましいリチウム石けんは、ステアリン酸リチウムまたは、１２-ヒドロキシステアリン酸リチウムである。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
ベースグリースにおける増ちょう剤の配合割合は、ベースグリース 100 重量部 の中で増ちょう剤が 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。
【００１７】
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、リン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。
【００１８】
本発明に使用するグリース組成物は、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ので、グリース封入軸受の寿命を向上させることができる。このため、産業用ロボットの作動部位に用いられる、深溝またはアンギュラ玉軸受、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の封入グリースとして使用できる。
【実施例】
【００１９】
実施例１〜実施例８
表１に示した基油の半量に、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、グリース組成物を得た。
【００２０】
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 47 mm2/sec の新日鉄化学社製シンフルード８０１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、ポリオールエステル油は 40℃における動粘度 33 mm2/sec の花王社製カオルーブ２６８を、それぞれ用いた。また鉱油は動粘度 30.7 mm2/sec（ 40℃）のパラフィン系鉱油を用いた。
酸化防止剤はアルキル化ジフェニルアミンを用いた。
【００２１】
得られたグリース組成物の混和ちょう度測定、高温高速試験、急加減速試験を行なった。ちょう度測定は日本工業規格ＪＩＳ Ｋ２２２０による方法で行ない、高温高速試験、急加減速試験については試験方法および試験条件を以下に示す。また、結果を表１に示す。
【００２２】
＜高温高速試験＞
ロボット用転がり軸受（６２０４）に各実施例で得られたグリース組成物をそれぞれ 1.8 g 封入し、軸受外輪外径部温度 180℃（増ちょう剤がウレア系化合物のとき）または 150℃（増ちょう剤がリチウム石けんのとき）、ラジアル荷重 67 N 、アキシャル荷重 67 N の下で、 10000 rpm の回転数で回転させ、焼きつきに至るまでの時間を測定した。
【００２３】
＜急加減速試験＞
ロボット用転がり軸受（６３０３）に各実施例で得られたグリース組成物をそれぞれ 1.8 g 封入し、負荷荷重をかけるために、電装補機の一例であるオルタネータの回転ベ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（試験軸受）として組み込み、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軸受に対する負荷荷重を 1960 N 、回転速度は 0〜18000 rpm で運転条件を設定し、さらに、試験軸受内に 0.1 A の電流が流れる状態で試験を実施した。そして、試験軸受内に異常剥離が発生し、振動検出器の振動が設定値以上になって発電機が停止する時間（剥離発生寿命時間、hr ）を計測した。なお、試験は、500 時間で打ち切った。
この剥離発生寿命時間が 300 時間以上ある転がり軸受は、剥離の発生を防止する性能が優れていると評価した。
【００２４】
実施例９〜実施例１０および比較例５
表１に示した基油にＬｉ-１２-ヒドロキシステアレートを投入し、撹拌しながら 200℃にて加熱溶解した。なお、それぞれの配合割合は表１の通りである。その後冷却し、これに、アルミニウム系添加剤および酸化防止剤を表１に示す配合割合で加えて、三本ロールで均質化し、グリース組成物を得た。このグリース組成物について、実施例１と同様に高温高速試験および急加減速試験を行なった。ただし、Ｌｉ石けんグリースの耐熱性を考え、高温高速試験は 150℃にて行なった。結果を表１に示す。
【００２５】
比較例１〜比較例４
実施例１に準じる方法で、表１に示す配合割合で、増ちょう剤、基油を選択してベースグリースを調整し、さらに添加剤を配合してグリース組成物を得た。得られたグリース組成物を実施例１と同様の試験を行なって評価した。結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１に示すように、各実施例はロボット用転がり軸受の転走面で生じる白色組織変化をともなった特異的な剥離を効果的に防止できるので、高温高速試験および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 380 時間以上を示した。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明のロボット用転がり軸受は、転がり軸受に封入するグリース組成物が、転がり軸受の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、産業用ロボットの作動部位に用いられるロボット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】
【００２９】
【図１】深溝玉軸受の断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  深溝玉軸受（ロボット用転がり軸受）
２  内輪
３  外輪
４  転動体
５  保持器
６  シール部材
７  グリース組成物
８ａ、８ｂ  開口部
【図１】
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