JP2003106338A - 転がり軸受 - Google Patents
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Abstract
浸入を受けやすい環境で使用されても、白色組織変化を
伴う剥離を起こすことがなく、長寿命の転がり軸受を提
供する。 【解決手段】 内輪10と、外輪11と、複数の転動体
13と、転動体13を保持する保持器12とを備え、グ
リースを封入した転がり軸受1であって、内輪10、外
輪11及び転動体13の少なくとも1つに、鉱油及び合
成油より選ばれる基油に、カルボン酸系防錆添加剤、カ
ルボン酸塩系防錆添加剤及びエステル系防錆剤の少なく
とも一種を0.1〜20質量%の割合で含有する防錆油
を塗布してなることを特徴とする転がり軸受1。
Description
転がり軸受に関し、特に自動車の電装部品、エンジン補
機であるオルタネータや中間プーリ、カーエアコン用電
磁クラッチ、ガスヒートポンプ用電磁クラッチ、コンプ
レッサ等の白色組織変化を伴った剥離を起こしやすい箇
所に使用でき、優れた剥離寿命を有する転がり軸受に関
する。
機であるオルタネータや中間プーリ、カーエアコン用電
磁クラッチ、コンプレッサ等に使用される転がり軸受
は、高温、高速、高荷重下で使用されることが多く、近
年、コンパクト化や高性能化の要求によりこれらの使用
条件はますます厳しくなってきている。そのため、特許
第2878749号公報に記載されているように、封入
したグリースが分解して水素を発生し、この水素が内輪
や外輪、転動体を形成する軸受鋼中に侵入して水素脆性
による白色組織変化を伴った剥離(以下、「白色組織剥
離」という)を引き起こすことがあり、その防止が新た
な重要課題になっている。
部にあるベルト駆動の補助機械用軸受であることから、
路面より跳ね上げられる泥水や雨水が浸入しやすい。こ
れらの転がり軸受では、通常、接触ゴムシールにより外
部からの水の浸入を防止する構成となっているが、完全
な防止はできないのが現状である。更に、自動車のエン
ジンは、稼働と休止を繰り返す機械であるため、エンジ
ンが休止しているときに軸受のハウジング内の温度が下
がり、露点に達して軸受周りの空気中の水分が凝縮して
水滴となり、この水滴が軸受に付着してグリース中に混
入することがある。その結果、特開平11−72120
号公報にも記載されているように、浸入水分からの水素
が同様の白色組織剥離を引き起こし、上記したグリース
からの水素と相まって、白色組織剥離がより発生しやす
くなっている。
スによるものが多く、例えば特許第2878749号公
報では亜硝酸ナトリウム等の不働態酸化剤を配合したグ
リース、特再平6−803565号公報では有機アンチ
モン化合物や有機モリブデン化合物を配合したグリー
ス、特開平9−169989号公報では粒径2μm以下
の無機系化合物を配合したグリースをそれそれ封入する
ことを提案している。これらは、配合物に由来する被膜
を転がり接触部に生成することにより軸受材料への水素
の侵入を防止している。しかし、被膜が生成するまでの
間の水素の侵入を防止できず、また振動や速度変動によ
る転動体の滑り等が起こると、転がり接触部で金属剥離
が起こって生成被膜が破壊され、ここから水素が侵入す
るようになる。
開平3−173747号公報では、軸受材料をステンレ
ス鋼にした転がり軸受を提案しており、特開平4−24
4624号公報では転動体をセラミックスにした転がり
軸受を提案している。しかし、これらの転がり軸受は、
通常、コスト増を招く。
混入すると寿命が大きく低下する。例えば、古村らは、
潤滑油(#180タービン油)に6%の水分が混入する
と、混入がない場合に比べ、数分の1から20分の1に
転がり疲れ寿命が低下することを報告している(古村恭
三郎、城田伸一、平川清:表面起点および内部起点の転
がり疲れについて、NSK Bearing Journal, No636, pp.1
-10, 1977)。また、Schatzbergらは、潤滑油中に僅か
100ppmの水分が混入するだけで、鋼の転がり強さが
32〜48%も低下することを報告している(P.Schatz
berg, I.M.Felsen:Effects of water and oxygen durin
g rolling contact lubrication, wear, 12,pp.331-34
2, 1968)。
ースを封入する前に、軸受内部に防錆油を塗布すること
も行われている。この防錆油には、防錆効果を高めるた
めに防錆剤が配合されており、防錆能力の高さからスル
フォン酸金属塩が一般的に使用されている。しかし、ス
ルフォン酸金属塩は、特許第2878749号公報でも
指摘しているように、水素の発生を助長し、白色組織剥
離の発生原因となる可能性があり、しかもスルフォン酸
金属塩は金属への吸着性が非常に高く、容易に軸受部材
の表面にスルフォン酸の吸着膜を成膜して上記配合物に
由来する被膜の生成を阻害するため、上記各部品に使用
される転がり軸受への適用は好ましくない。
各部品用軸受では、使用条件に加えて外部からの浸入水
分により白色組織剥離が発生しやすく、また防錆剤との
併用も困難となっている。従って、本発明は、高温、高
速、高荷重で、更に外部からの水の浸入を受けやすい環
境下で使用されても、白色組織剥離を起こすことがな
く、長寿命の転がり軸受を提供することを目的とする。
めに、本発明は、内輪と、外輪と、複数の転動体と、前
記転動体を保持する保持器とを備え、グリースを封入し
た転がり軸受であって、前記内輪、前記外輪及び前記転
動体の少なくとも1つに、鉱油及び合成油より選ばれる
基油に、カルボン酸系防錆添加剤、カルボン酸塩系防錆
添加剤及びエステル系防錆剤の少なくとも一種を0.1
〜20質量%の割合で含有する防錆油を塗布してなるこ
とを特徴とする転がり軸受を提供する。
分を含有すること、並びに前記防錆油が有機金属塩の1
種または2種以上を0.1〜20質量%の割合で含有す
ることが好ましい。
てより詳細に説明する。
限されるものではなく、例えば図1に断面図として示す
玉軸受1を例示することができる。この玉軸受1は、内
輪10と外輪11との間に保持器12を介して複数の転
動体である玉13を略等間隔で回動自在に保持してな
り、更に内輪10、外輪11及び玉13で形成される軸
受空間Sにグリースを所定量充填し、シール14で封止
して構成される。
内輪10、外輪11及び玉13の少なくとも1つに、下
記に示される防錆油が塗布される。
これに防錆剤としてカルボン酸系防錆添加剤、カルボン
酸塩系防錆添加剤及びエステル系防錆剤の少なくとも一
種を配合したものである。
溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精
製、水素化精製等を、適宜組み合わせて精製したものを
用いることができる。
油、エステル系油、エーテル系油等が挙げられる。炭化
水素系油としては、ノルマルパラフィン、イソパラフィ
ン、ポリブテン、ポリイソブチレン、1−デセンオリゴ
マー、1−デセンとエチレンコオリゴマー等のポリ−α
−オレフィンまたはこれらの水素化物等が挙げられる。
芳香族系油としては、モノアルキルベンゼン、ジアルキ
ルベンゼン等のアルキルベンゼン、あるいはモノアルキ
ルナフタレン、ジアルキルナフタレン、ポリアルキルナ
フタレン等のアルキルナフタレン等が挙げられる。エス
テル系油としては、ジブチルセバケート、ジ−2−エチ
ルヘキシルセバケート、ジオクチルアジペート、ジイソ
デシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジトリデ
シルグルタレート、メチル・アセチルシノレート等のジ
エステル油、あるいはトリオクチルトリメリテート、ト
リデシルトリメリテート、テトラオクチルピロメリテー
ト等の芳香族エステル油、さらにはトリメチロールプロ
パンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴネ
ート、ペンタエリスリトール−2−エチルヘキサノエー
ト、ペンタエリスリトールベラルゴネート等のポリオー
ルエステル油、さらにはまた、多価アルコールと二塩基
酸・一塩基酸の混合脂肪酸とのオリゴエステルであるコ
ンプレックスエステル油等が挙げられる。エーテル系油
としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレング
リコール、ポリエチレングリコールモノエーテル、ポリ
プロピレングリコールモノエーテル等のポリグリコー
ル、あるいはモノアルキルトリフェニルエーテル、アル
キルジフェニルエーテル、ジアルキルジフェニルエーテ
ル、ペンタフェニルエーテル、テトラフェニルエーテ
ル、モノアルキルテトラフェニルエーテル、ジアルキル
テトラフェニルエーテル等のフェニルエーテル油等が挙
げられる。これらの合成油は、単独または混合物として
用いることができる。
足による低温起動時の異音発生を防止するために、40
℃における動粘度が10〜400mm2/sec、好ま
しくは20〜250mm2/secのものを使用するこ
とが望ましい。
モノカルボン酸では、ラウリン酸、ステアリン酸等の直
鎖脂肪酸、ナフテン核を有する飽和カルボン酸が挙げら
れ、ジカルボン酸では、コハク酸、アルキルコハク酸、
アルキルコハク酸ハーフエステル、アルケニルコハク
酸、アルケニルコハク酸ハーフエステル、コハク酸イミ
ド等のコハク酸誘導体、ヒドロキシ脂肪酸、メルカプト
脂肪酸、ザルコシン誘導体、またはワックスやペトロラ
タムの酸化物等の酸化ワックスを挙げることができる。
ナフテン酸、アビエチン酸、ラノリン脂肪酸、アルケニ
ルコハク酸、アミノ酸誘導体等の金属塩等が挙げられ
る。また、金属元素としてはコバルト、マンガン、亜
鉛、アルミニウム、カルシウム、バリウム、リチウム、
マグネシウム、銅等が挙げられる。
ル、ペンタエリスリトール、ショ糖、グリセリン等の多
価アルコールとオレイン酸、ラウリル酸等のカルボン酸
の部分エステルやオレイルアルコール、ステアリルアル
コール、ラウリルアルコール等の高級脂肪酸アルコール
等が挙げられる。
防錆剤、エステル系防錆剤は、それぞれ単独で使用して
もよく、2種以上を併用してもよい。
対して0.1〜20質量%である。防錆剤量が0.1質
量%未満では、十分な防錆性能を付与できない。一方、
20質量%を超える場合には、防錆剤の軸受部材表面へ
の吸着量が多くなりすぎ、封入グリースに由来する酸化
膜等の生成を阻害して白色組織剥離を発生する恐れがで
てくる。防錆性能を確かにし、白色組織剥離を考慮する
と、この防錆剤の配合量は、防錆油全量に対して0.2
5〜15質量%とすることが望ましい。
るには、上記の防錆剤による作用に加えて、転がり接触
部に酸化膜が形成しやすくなれば、より効果的となる。
そこで、防錆油には、更に有機金属塩を添加することが
好ましい。
発生をより効果的に抑制そ得る有機金属塩として、下記
一般式(1)で表されるジアルキルジチオカルバミン酸
(DTC)系化合物、並びに下記一般式(2)で表され
るジアルキルジチオリン酸(DTP)系化合物を挙げる
ことができる。
種を示し、具体的にはSb,Bi,Sn,Ni,Te,
Se,Fe,Cu,Mo,Znから選択できる。また、
R1、R2は、同一基であってもよく、異なる基であって
もよく、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル
基、アリール基、アルキルアリール基、アリールアルキ
ル基から選択される。R1、R2として特に好ましい基と
しては、1,1,3,3−テトラメチルブチル基、1,
1,3,3−テトラメチルヘキシル基、1,1,3−ト
リメチルヘキシル基、1,3−ジメチルブチル基、1−
メチルウンデカン基、1−メチルヘキシル基、1−メチ
ルペンチル基、2−エチルブチル基、2−エチルヘキシ
ル基、2−メチルシクロヘキシル基、3−ヘプチル基、
4−メチルシクロヘキシル基、n−ブチル基、イソブチ
ル基、イソプロピル基、イソヘプチル基、イソペンチル
基、ウンデシル基、エイコシル基、エチル基、オクタデ
シル基、オクチル基、シクロオクチル基、シクロドデシ
ル基、シクロペンチル基、ジメチルシクロヘキシル基、
デジル基、テトラデシル基、ドコシル基、ドデシル基、
トリデシル基、トリメチルシクロヘキシル基、ノニル
基、プロピル基、ヘキサデシル基、ヘキシル基、ヘニコ
シル基、ヘプタデシル基、ヘプチル基、ペンタデシル
基、ペンチル基、メチル基、第三ブチルシクロヘキシル
基、第三ブチル基、2−ヘキセニル基、2−メタリル
基、アリル基、ウンデセニル基、オレイル基、デセニル
基、ビニル基、ブテニル基、ヘキセニル基、ヘプタデセ
ニル基、トリル基、エチルフェニル基、イソプロピルフ
ェニル基、第三ブチルフェニル基、第二ペンチルフェニ
ル基、n−ヘキシルフェニル基、第三オクチルフェニル
基、イソノニルフェニル基、n−ドデシルフェニル基、
フェニル基、ベンジル基、1−フェニルメチル基、2−
フェニルエチル基、3−フェニルプロピル基、1,1−
ジメチルベンジル基、2−フェニルイソプロピル基、3
−フェニルヘキシル基、ベンズヒドリル基、ビフェニル
基等があり、またこれらの基はエーテル基を有していて
もよい。
(3)〜(5)で表される有機亜鉛化合物も好適であ
る。
は、同一基であってもよく、異なる基であってもよく、
炭素数1〜18の炭化水素基及び水素原子から選択され
る。特に、R3、R4が共に水素原子である、メルカプト
ベンゾチアゾール亜鉛(一般式(3))、ベンゾアミド
チオフェノール亜鉛(一般式(4))、メルカプトベン
ゾイミダゾール亜鉛(一般式(5))を好適に使用する
ことができる。
(6)で表されるアルキルキサントゲン酸亜鉛も好適で
ある。
18の炭化水素基である。
用してもよく、また2種以上を混合して使用してもよ
い。尚、混合使用する際の組み合わせは特に制限されな
い。また、有機金属塩の添加量は、単独使用、混合使用
ともに、防錆油全量に対して0.1〜20質量%であ
る。有機金属塩の添加量が、0.1質量%未満では酸化
膜の形成促進に効果がなく、一方20質量%を超えても
増分に見合う効果の向上が得られないばかりか、軸受材
料との酸化反応を異常に促進して腐食や異常摩耗を発生
させるおそれがある。有機金属塩の添加量は、0.5〜
10質量%の範囲が特に好ましい。
塗布する方法は特に制限されるものではないが、防錆油
中に転がり軸受を浸漬し、取り出した後、エアーを吹き
付けたり、遠心分離機を用いたりして余分な防錆油を除
去する方法が簡便で好ましい。また、塗布量は軸受の種
類やサイズ等に応じて適宜調整される。
ために封入されるグリースは特に制限されるものではな
いが、従来より白色組織剥離を防止する目的で封入され
るグリースを用いることが好ましい。例えば、例えば特
許第2878749号公報に記載されているような亜硝
酸ナトリウム等の不働態酸化剤を配合したグリース、特
再平6−803565号公報に記載されているような有
機アンチモン化合物や有機モリブデン化合物を配合した
グリース、特開平9−169989号公報に記載されて
いるような粒径2μm以下の無機系化合物を配合したグ
リースを用いることが好ましい。特に、酸化膜を成膜し
得る成分を含有するグリースを用いることが好ましい。
本発明では、これらのグリースを用いても、上記特定の
防錆剤を用いることにより、従来のような防錆剤の軸受
部材への吸着がなくなり、酸化膜等の生成が阻害される
ことがない。
体的に説明するが、本発明はこれにより何ら限定される
ものではない。
て調製した各防錆油中に、単列深溝玉軸受(内径φ17
mm、外径φ47mm、幅14mm)を浸漬し、取り出
した後エアーを吹き付けて液切りを行い、更に遠心分離
機により余分の防錆油を除去して軸受内の防錆油の塗布
量を100mgに調整した。次いで、表2に示すグリー
スを2.36g封入して試験軸受を作製した。
ネータに組み込み、急加減速させることで評価した。試
験条件は、エンジン回転速度1000〜6000min
-1(軸受回転数2400〜13300min-1)の繰り
返し、室温雰囲気下、プーリ荷重1560Nで連続回転
させ、500時間を目標に試験を行った。そして、軸受
外輪転走面に剥離が生じて振動が発生したときに回転を
停止した。試験は各10例行い、下記式により剥離発生
確率を算出した。結果を図2に示す。剥離発生確率=
(剥離発生数/試験数)×100
布した単列深溝玉軸受(内径φ17mm、外径φ47m
m、幅14mm)を、20℃で90%HRの湿潤環境に
3時間保持と、50℃で90%HRの湿潤環境に3時間
保持とを交互に繰り返し、7日間放置した後、軸受を分
解し、内外輪軌道面の錆の発生状況を確認した。評価は
下記に示すとおりであり、しみ錆以下を合格とした。結
果を図3に示す。 錆評価点 1 2 3 4 錆状況 錆なし しみ錆 点錆 小錆
剤として、カルボン酸系防錆添加剤、カルボン酸塩系防
錆添加剤またはエステル系防錆剤を使用し、防錆油全量
に対して0.1〜20質量%の割合で配合した防錆油を
用いることにより、優れた防錆性能とともに、白色組織
剥離の発生を大幅に低減することができることがわか
る。
て調製した防錆油中に、単列深溝玉軸受(内径φ17m
m、外径φ47mm、幅14mm)を浸漬し、取り出し
た後エアーを吹き付けて液切りを行い、更に遠心分離機
により余分の防錆油を除去して軸受内の防錆油の塗布量
を100mgに調整した。次いで、表4に示すグリース
を2.36g封入して試験軸受を作製した。
ネータに組み込み、急加減速させることで評価した。試
験条件は、エンジン回転速度1000〜6000min
-1(軸受回転数2400〜13300min-1)の繰り
返し、室温雰囲気下、プーリ荷重1560Nで連続回転
させ、1000時間を目標に試験を行った。そして、軸
受外輪転走面に剥離が生じて振動が発生したときに回転
を停止した。試験は各10例行い、下記式により剥離発
生確率を算出した。結果を図4に示す。 剥離発生確率=(剥離発生数/試験数)×100
球試験機を用い、ASTM D 2266に準拠して試
験を行った。図示される高速四球試験機において、ポー
ルポット20の中央部に設けられた凹部21に、3つの
鋼球22が相互に接触し合うように正三角形の各頂点に
配置され、固定具23により固定される。また、3つの
鋼球22からなる正三角形の重心上には鋼球24が載置
されており、チャック25により高速回転される。ま
た、ボールポット26にはロックナット26が螺合さ
れ、鋼球24の回転に際して所定の荷重を負荷できるよ
うに構成されている。
用い、これを表3に示す防錆油中に浸漬し、取り出した
後エアーを吹き付けて液切りを行い、更に遠心分離機に
より余分の防錆油を除去して防錆油の塗布量を100m
gに調整した。そして、表4に示すグリースを塗布し、
雰囲気温度75℃、回転数1200min-1、荷重19
6Nの条件にて60分連続回転させ、回転終了後に鋼球
表面を観察して摩耗痕跡を測定した。結果を図4に併記
した。評価は、摩耗痕跡1.5mm以下が合格である。
から、防錆剤に更に有機金属塩を0.1〜20質量%添
加することにより、白色組織剥離の発生をより抑制で
き、同時に耐摩耗性も改善できることがわかる。また、
これらの効果は、添加量0.5〜10質量%の範囲で特
に顕著であることもわかる。
防錆性能及び剥離防止効果に極めて優れた長寿命の転が
り軸受を得ることができ、特に自動車の電装部品、エン
ジン補機であるオルタネータや中間プーリ、カーエアコ
ン用電磁クラッチ、ガスヒートポンプ用電磁クラッチ、
コンプレッサ等の転がり軸受として好適に使用できる。
である。
果を示すグラフである。
果を示すグラフである。
耗試験の結果を示すグラフである。
を示す断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 内輪と、外輪と、複数の転動体と、前記
転動体を保持する保持器とを備え、グリースを封入した
転がり軸受であって、前記内輪、前記外輪及び前記転動
体の少なくとも1つに、鉱油及び合成油より選ばれる基
油に、カルボン酸系防錆添加剤、カルボン酸塩系防錆添
加剤及びエステル系防錆剤の少なくとも一種を0.1〜
20質量%の割合で含有する防錆油を塗布してなること
を特徴とする転がり軸受。 - 【請求項2】 前記グリースが、酸化物被膜の生成成分
を含有す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】 前記防錆油が、有機金属塩の1種または
2種以上を0.1〜20質量%の割合で含有することを
特徴とする請求項1または2記載の転がり軸受。
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JP2001-216786 | 2001-07-17 | ||
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