(57)【要約】【課題】転がり軸受のフレッチング摩耗を低減できる効果に優れた潤滑剤及び潤滑剤を封入した軸受を提供する。【解決手段】本発明の潤滑剤は、平均粒径が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の鉄超微粒子と界面活性剤を潤滑剤全体の０．０１質量％以上１０質量％以下の割合でそれぞれ含有し、かつステアリン酸マグネシウムを０．５質量％以上１０質量％以下の割合で含有させて、鉄超微粒子とステアリン酸マグネシウムを凝集することなく界面活性剤により均一に分散され、転がり軸受の潤滑に使用したときに、鉄超微粒子とステアリン酸マグネシウムによるフレッチング摩耗軽減作用が効果的に発揮されるよう構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である鉄超微粒子と界面活性剤とを、全体の０．０１質量％以上１０質量％以下の割合でそれぞれ含有し、かつステアリン酸マグネシウムを０．５質量％以上１０質量％以下の割合で含有することを特徴とする潤滑剤。
【請求項２】
請求項１記載の潤滑剤を封入・潤滑されるころがり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑剤及び潤滑剤が封入された転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、モータ等の回転機器では回転軸を回転自在に支持する部位に転がり軸受が用いられている。特に回転軸が微小往復運動を行う場合や微小振動を受ける場合には、転動体の転動面や軌道輪の軌道面にフレッチングが生じ、これにより軸受トルクが増大したり、摩耗部の剥離を助長する懸念が生じる等の問題が有った。そのため、転動体としてセラミックボールを使用することにより、フレッチング摩耗を軽減する対策が採用されている（特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、セラミックボールは転動体として通常用いられている鋼球と比して高価であるため、低コストでフレッチング摩耗を軽減できる方法が求められている。
【０００４】
特許文献２では、平均一次粒径が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下で疎水化処理が施されたシリカ微粒子とリン系極圧剤を添加剤として含有するグリースを、軸受用潤滑剤として使用することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１８８７２６号公報
【特許文献２】特開２００６−１６９３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載されているような、シリカ微粒子を含有する潤滑剤では、微小振動の振幅比（振幅／接触円の半径）が小さい場合にはフレッチング摩耗の軽減効果が得られるものの、振幅比が大きくなるとフレッチング摩耗の軽減効果が十分でないため、さらなる改善の余地があった。そこで、本発明では、振幅比にかかわらずフレッチング摩耗を軽減できる効果に優れた潤滑剤を用いた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】
【０００７】
前記課題を解決するための発明は、潤滑剤に平均粒径が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の鉄超微粒子と界面活性剤を潤滑剤全体の０．０１質量％以上１０質量％以下の割合で、かつステアリン酸マグネシウムを０．５質量％以上１０質量％以下の割合で含有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の潤滑剤は、平均粒径が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である鉄超微粒子およびステアリン酸マグネシウムが界面活性剤により均一に分散されているため、転がり軸受の潤滑に使用したときに、鉄超微粒子およびステアリン酸マグネシウムによるフレッチング摩耗軽減作用が効果的に発揮される。よってこの発明の潤滑剤で潤滑されている転がり軸受は、耐フレッチング性に優れたものとなる。
【０００９】
また、平均粒径が２０ｎｍ未満の鉄超微粒子は凝集しやすくなり、１００ｎｍを超えると重力により沈降凝集したり、フレッチングが発生する箇所に侵入し難くなる。よって、本発明では、使用する鉄超微粒子の平均粒径を２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下としている。鉄超微粒子としては、例えば長期使用したトランスミッションオイルなどに混入している微細な摩耗粉などが好適に用いられる。
【００１０】
また、界面活性剤としては、鉄超微粒子の分散状態を改善するものであればよく、例えばカルボン酸塩（ＲＣＯＯ−Ｍ＋）やスルホン酸塩（ＲＳＯ３−Ｍ＋）等のイオン性界面活性剤、水酸基（−ＯＨ）を有する非イオン性界面活性剤で、炭素数が１０以上のものであれば、いずれのものでも使用できる。具体的には、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸などの不飽和脂肪酸のナトリウム塩やカリウム塩と、ジアルキルスルホコハク酸塩などが挙げられる。
【００１１】
鉄超微粒子及び界面活性剤は、潤滑剤全量の０．０１質量％以上１０質量％以下をそれぞれ含有し、ステアリン酸マグネシウムは潤滑剤全体の１質量％を含有している。鉄超微粒子及び界面活性剤の含有率が０．０１質量％未満では、フレッチング摩耗の軽減効果が実質的に得られない。鉄超微粒子及び界面活性剤の含有率が１０質量％を超えると、フレッチング摩耗の軽減効果が飽和するだけでなく、鉄超微粒子が凝集し易くなる。
【００１２】
ステアリン酸マグネシウムは、潤滑剤全体の０．５質量％以上１０質量％以下の範囲で含有させることが望ましい。更に好ましくは1質量％程度含有させるとよい。ステアリン酸マグネシウムは、フレッチング摩耗で傷ついた摺動面に保護膜を形成し、摩耗低減に寄与する。含有量が潤滑剤全体の０．５質量％以下となると前記保護膜効果が得られにくくなり、１０質量％以上となるとステアリン酸マグネシウム自体がフレッチング摩耗の助長要因となるので、前記記載の含有量の範囲が望ましい。
【００１３】
本発明の潤滑剤は、通常の潤滑剤に鉄超微粒子、ステアリン酸マグネシウムと界面活性剤を含有させることで得られる。潤滑剤は液体状の潤滑油であってもよいし、基油と増ちょう剤と添加剤からなるグリースであってもよい。グリースの場合は、鉄超微粒子の含有率は、潤滑剤全体の０．０１質量％以上１０質量％以下が好適であるが、液体状の潤滑油の場合には、０．０１質量％以上５質量％以下とすることがさらに好ましく、グリースの場合には、０．０１質量％以上８質量％以下とすることがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る潤滑剤は、転がり軸受に使用した時にフレッチング摩耗を軽減できる効果が特許文献２に記載された潤滑剤より高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態の転がり軸受を示す断面図である。
【図２】振幅比を説明するための模式図である。
【図３】フレッチング試験機を示す模式図である。
【図４】フレッチング試験による振幅比と損傷比との関係を示すグラフである。
【図５】潤滑剤に含有される鉄超微粒子の粒径と損傷比との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態の転がり軸受は、図１に示すように、内輪軌道１１を有する内輪１と、外輪軌道２１を有する外輪２と、複数の玉（転動体）３と、保持器４と、シール５からなる玉軸受である。
【００１７】
この玉軸受は、ポリ‐α‐オレフィン油（４０℃における動粘度３０ｍｍ２／ｓ）に、平均粒径２０ｎｍの鉄超微粒子を０．１質量％の割合で含有し、ステアリン酸マグネシウムを１質量％、界面活性剤を０．１質量％の割合で含有する潤滑油で潤滑されている。
【００１８】
この実施形態の玉軸受は、平均粒径２０ｎｍの鉄超微粒子およびステアリン酸マグネシウムが界面活性剤により均一に分散された状態にある潤滑油で潤滑されているため、前記鉄超微粒子、ステアリン酸マグネシウムによりフレッチング摩耗軽減作用が効果的に発揮され、耐フレッチング性に特に優れたものとなる。なお、本発明は、玉軸受を含む全ての、軌道が単列又は複列である転がり軸受にも適用出来る。
【００１９】
（実施例）
以下、本発明の効果について、具体的なデータを示して説明する。
実施例１として、ポリ‐α‐オレフィン油（４０℃における動粘度３０ｍｍ２／ｓ）に、平均粒径２０ｎｍの鉄超微粒子を潤滑油全体の０．１質量％、ステアリン酸マグネシウムを１質量％、界面活性剤を０．１質量％の割合で含有させた潤滑油を用意した。
【００２０】
実施例２として、ポリ‐α‐オレフィン油（４０℃における動粘度３０ｍｍ２／ｓ）に、平均粒径６０ｎｍの鉄超微粒子を潤滑油全体の０．１質量％、ステアリン酸マグネシウムを１質量％、界面活性剤を０．１質量％の割合で含有させた潤滑油を用意した。
【００２１】
実施例３として、ポリ‐α‐オレフィン油（４０℃における動粘度３０ｍｍ２／ｓ）に、平均粒径１００ｎｍの鉄超微粒子を潤滑油全体の０．１質量％、ステアリン酸マグネシウムを１質量％、界面活性剤を０．１質量％の割合で含有させた潤滑油を用意した。
【００２２】
比較例１として、ポリ‐α‐オレフィン油（４０℃における動粘度３０ｍｍ２／ｓ）に、平均粒径２０ｎｍの鉄超微粒子を潤滑油全体の０．１質量％、界面活性剤を０．１質量％の割合で含有させ、ステアリン酸マグネシウムを含有しない潤滑油を用意した。
【００２３】
比較例２として、ポリ‐α‐オレフィン油（４０℃における動粘度３０ｍｍ２／ｓ）に、平均粒径２０ｎｍの鉄超微粒子を０．１質量％、界面活性剤を潤滑油全体の０．１質量％、ステアリン酸マグネシウムを１質量％の割合で含有させ、超鉄微粒子を含有しない潤滑油を用意した。
【００２４】
比較例３として、ポリ‐α‐オレフィン油（４０℃における動粘度３０ｍｍ２／ｓ）に、平均粒径１１０ｎｍの鉄超微粒子を潤滑油全体の０．１質量％、ステアリン酸マグネシウムを１質量％、界面活性剤を０．１質量％の割合で含有させた潤滑油を用意した。
【００２５】
比較例４として、ポリ‐α‐オレフィン油（４０℃における動粘度３０ｍｍ２／ｓ）に、平均粒径１５０ｎｍの鉄超微粒子を潤滑油全体の０．１質量％、ステアリン酸マグネシウムを１質量％、界面活性剤を０．１質量％の割合で含有させた潤滑油を用意した。
【００２６】
比較例５として、ポリ‐α‐オレフィン油（４０℃における動粘度３０ｍｍ２／ｓ）に、平均粒径２００ｎｍの鉄超微粒子を潤滑油全体の０．１質量％、ステアリン酸マグネシウムを１質量％、界面活性剤を０．１質量％の割合で含有させた潤滑油を用意した。
【００２７】
実施例、比較例の潤滑油を封入した軸受の振幅比における損傷比との関係を評価するため、上記実施例１、比較例１、比較例２の封入した転がり軸受を使用し、振幅比０．５〜２．０の範囲で変化させフレッチング試験を行った。
試験軸受としては、内径２５ｍｍ、外径５２ｍｍ、高さ１８ｍｍの単式スラスト玉軸受（呼び番号：５１３０５）を用意した。ただし、後述するように、損傷により生じた表面粗さの最大高さ（Ｒｙ）を正確に測定するために、下レースの軌道溝が形成されている面をラッピングにより平坦にした。
【００２８】
振幅比は、図２に示す様に、転がり軸受を微小揺動させる振幅Ａと、接触楕円の揺動方向の半径（短軸）Ｂとにより、Ａ／Ｂで算出される。使用したフレッチング試験機は、図３に示す様に、荷重付加部６と微小揺動付加部７とを備えている。荷重付加部６は、試験軸受８に上向きの荷重を付加する。微小揺動付加部７は、ＡＣサーボモータ７１と、揺動軸７２と、押圧板７３とからなり、試験軸受８を上側から押さえながら、微小運動を付加する。
【００２９】
このフレッチング試験機により、０．５〜２．０の範囲で振幅比を変化させる以外は、最大面圧：３．２ＧＰａ、最大揺動速度：２０ｍｍ／ｓ、揺動回数：１００００回の同条件で、フレッチング試験を行う。フレッチング試験では、揺動に伴い、下レース８１のラッピングされた平坦面（損傷形成面）８１ａが摩耗して、接触楕円の周上に摩耗粉が溜まって損傷が生じる。この損傷により生じた表面粗さの最大高さ（Ｒｙ）を比較することで、フレッチング摩耗の軽減効果を評価することが出来る。
【００３０】
まず、試験前に下レースの損傷形成面を干渉顕微鏡で観察して、試験前の表面粗さの最大高さ（Ｒｙ）を測定する。次に、上述のフレッチング試験を行った後、下レースの損傷形成面を干渉顕微鏡で観察して、試験後の表面粗さの最大高さ（Ｒｙ）を測定する。そして、試験前後のＲｙの比（試験後のＲｙ／試験前のＲｙ）を損傷比として算出する。損傷比が１の場合、損傷が殆ど生じていないことになる。
【００３１】
得られた損傷比と振幅比との関係を、使用した潤滑油（実施例１、比較例１、２）毎に、図４にグラフで示した。このグラフから分かるように、振幅比が０．５の時は、使用した潤滑油の違いによる損傷比の差は殆どないが、振幅比が０．５を超えると、実施例１と比較例１、２とで、損傷比に差が生じ、振幅比が０．５を超えて２．０以下の範囲においては、比較例１、２の損傷比は実施例１の損傷比より著しく大きくなった。
【００３２】
以上の実験から分かるように、実施例１の鉄超微粒子およびステアリン酸マグネシウムが界面活性剤により均一に分散された状態にあるため、これにより潤滑されている転がり軸受は、前記鉄超微粒子および前記ステアリン酸マグネシウムによるフレッチング摩耗軽減作用が効果的に発揮されて、耐フレッチング性に優れたものとなる。
【００３３】
また、比較例１の潤滑油においては、平均粒径２０ｎｍの鉄超微粒子および界面活性剤を含有するが、ステアリン酸マグネシウムを含有していないため、前記鉄超微粒子によるフレッチング摩耗を軽減する効果が不十分であった。
【００３４】
比較例２の潤滑油では、ステアリン酸マグネシウムおよび界面活性剤を含有するが、鉄超微粒子を含有していないため、前記ステアリン酸マグネシウムによるフレッチング摩耗低減の効果は不十分であった。
【００３５】
さらに、フレッチング試験では、鉄超微粒子の粒径による損傷比の変化について上記実施例１〜３、比較例３〜５の潤滑油を封入した軸受を用いて測定を行った。
【００３６】
得られた損傷比と粒径との関係を、使用した潤滑油（実施例１〜３、比較例３〜５）毎に、図５にグラフで示した。このグラフから分かるように、実施例１〜３の鉄超微粒子の粒径が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の時には低い損傷比の値を示していたが、粒径が１００ｎｍを超えるような比較例３〜５においては、損傷比の値が著しく大きくなった。
【００３７】
以上の結果から、フレッチング摩耗低減に用いられる鉄超微粒子の粒径は２０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲が好適で有ることがわかった。
【符号の説明】
【００３８】
１  内輪
１１  内輪軌道
２  外輪
２１  外輪軌道
３  玉
４  保持器
５  シール
６  フレッチング試験機の荷重付加部
７  フレッチング試験機の微小揺動付加部
７１  ＡＣサーボモータ
７２  揺動軸
７３  押圧板
８  試験軸受
８１  下レース
８１ａ  下レースの損傷形成面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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