JP5145696B2

JP5145696B2 - 転動装置

Info

Publication number: JP5145696B2
Application number: JP2006306519A
Authority: JP
Inventors: 道太外尾
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2026-11-13
Also published as: JP2008120926A

Description

本発明は、フッ素系グリース組成物を封入した転動装置、特に自動車の電子制御用モータに使用される転がり軸受に関する。

電子制御スロットルやアイドル回転制御バルブ（ＩＳＣＶ）、排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）等の自動車電子制御装置のモータ、電動ファンモータ、冷却ファン用フルードカップリング、パウダークラッチ等の自動車電装部品に使用される転がり軸受や、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、レーザービームプリンター（ＬＢＰ）、複写機等のＯＡ機器に使用される転がり軸受は、高温での耐久性や低温でのトルク性能を要求されることが多く、耐熱性に優れたエーテル油系潤滑油を基油に用いたグリース組成物が一般的に使用されている。

また、自動車では近年、車内空間拡大の要望によりエンジンルームの減少を余儀なくなされ、上記の自動車電装部品も小型・軽量化が進んでいるが、性能の低下分を高速化することで対処しており、更には粛性向上の要望によりエンジンルームの密閉化も進んでいる。ＯＡ機器に使用される転がり軸受も同様であり、小型・軽量化に伴い高速回転されている。そのため、自動車電装部品やＯＡ機器に使用される転がり軸受には更なる耐熱性が要求されており、特に１６０℃以上の高温に晒される部位には、より耐熱性に優れたシリコーン油系やフッ素油系潤滑油を基油に用いたグリース組成物が使用される。

ところで、グリース組成物を封入した転がり軸受では、シール軸受やシールド軸受構造を採用し、更にスリンガーを付設してグリース組成物の外部への漏出を防止するとともに、外部からの物質の侵入を防止している。しかし、転がり軸受はその構造上、前記の構造や部材をもってしても完全な密封化は不可能であるため、外部からの物質の浸入は避けられない。

これら外部からの浸入物質の中には、錆の発生源となる物質や水分も含まれ、また急激な温度変化により結露が生じる場合もあることから、使用するグリース組成物は錆止め性能を有することが不可欠となっている。

錆止め性能の付与のために、通常、防錆剤がグリース組成物に添加される。防錆剤として種々の物質が知られているが、特に錆止め性能に優れるものとして亜硝酸塩や有機スルホン酸金属塩が広範に使用されている。

しかし、亜硝酸塩は高温での使用時に発ガン性物質であるアミンが生成するおそれがあるため好ましくなく、また使用する場合でもその量が制限されることがあり、その錆止め性能が十分に発揮されない場合もある。

また、防錆剤は金属表面に防食性の被膜を形成することで防錆性を発現するものである。従って、軸受の軌道面や転動体全体に亘り均質な防食性被膜を形成するためには、防錆剤が基油に溶解することが必要であるが、高温耐性に優れたシリコーン油系やフッ素油系潤滑油を基油とするグリース組成物においては、これらの基油に有機スルホン酸金属塩が不溶であるため使用できない。そこで、シリコーン油系やフッ素油系潤滑油を基油とするグリース組成物では、骨格中にカルボニル基やアルコール基、エステル基等の官能基を有するフッ素化合物を添加することで対処しているが、これらフッ素化合物は錆止め性能が低く、実用に耐え得るとは言い難い。

このような背景から、本出願人も先に、シリコーン油系やフッ素油系潤滑油を基油とするグリース組成物に、気化性防錆剤とマグネシウム化合物とを添加し、両者の相乗効果により錆止め性能を高めることを提案している（特許文献１参照）

特開２００４−１７６０７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のグリース組成物では、マグネシウム化合物としてマグネシウムの酸化物等の粉末を使用しているが、これらは硬質材料であることから転動装置の構成部材表面に損傷を与え、発錆を誘発するおそれがある。

また、エネルギーロスの低減や、特に自動車電装部品では−３０℃以下の低温環境においても十分な作動性を確保するため広い温度範囲にわたって低トルクであり、しかもトルクが迅速に安定する性能（トルク安定性能）も求められているが、この点においても改善の余地がある。

そこで本発明は、高温での耐久性に加えて錆止め性能にも優れ、更に広い温度範囲にわたって低トルクで、トルク安定性能にも優れるフッ素系グリース組成物を封入してなり、耐熱性や錆止め性能に優れるとともに、低トルクで低温から高温まで広い温度範囲で安定な回転性能を示す転動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は下記の転動装置を提供する。
（１）フッ素系潤滑油を増ちょう剤で増ちょうしてなり、セバシン酸ナトリウム及び一次粒子径が５０ｎｍ以下である親水性シリカ粒子を含有するフッ素系グリース組成物を封入したことを特徴とする転動装置。
（２）フッ素系グリース組成物におけるセバシン酸ナトリウムの含有量が０．５〜１０質量％であることを特徴とする上記（１）記載の転動装置。
（３）フッ素系グリース組成物における親水性シリカ粒子の含有量が０．０１〜５質量％であることを特徴とする上記（１）または（２）記載の転動装置。
（４）自動車の電子制御装置用モータに組み込まれることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の転動装置。

本発明で用いるフッ素系グリース組成物では、基油のフッ素系潤滑油が耐熱性を確保し、セバシン酸ナトリウムにより高い防錆性能が付与される。また、一次粒子径が５０ｎｍ以下である親水性シリカ粒子を併用することによりグリースの流動性が向上して低トルクとなり、トルク安定性能も高まる。しかも、親水性シリカ粒子は微小であるため、潤滑箇所の摩耗も少ない。

そのため、上記のフッ素系グリース組成物を封入した本発明の転動装置は、耐熱性や錆止め性能に優れるとともに、低トルクで低温から高温まで広い温度範囲で安定な回転性能を示す。

以下、本発明に関して詳細に説明する。

本発明で用いるフッ素系グリース組成物において、基油は従来からフッ素系グリース組成物に使用されているフッ素系潤滑油を使用できるが、分岐状または直鎖状のフルオロポリエーテル油（ＰＦＰＥ）を好適に使用でき、それぞれ単独で、あるいは混合して使用できる。特に、粘度指数が高く、−３０℃以下の極低温での流動性に優れることから直鎖状のＰＦＰＥがより好ましい。尚、粘度指数としては、１００〜４００が好ましく、２００〜４００であることがより好ましい。また、低温起動時の異音発生や高温で油膜が形成されにくいために起こる焼付きを抑制するためには、基油は４０℃における動粘度が２０〜４００ｍｍ^２／ｓであることが好ましく、３０〜２００ｍｍ^２／ｓであることがより好ましい。

増ちょう剤にも制限がなく、従来からフッ素系グリース組成物に使用されているものを使用できるが、ポリテトラフルオロエチレンパウダーやポリテトラフルオロエチレンサスペンジョンを好適に使用できる。また、増ちょう剤量も上記の基油とともにグリースを形成、維持できればよく、グリース全量の５〜４０質量％の範囲が適当である。

フッ素系グリース組成物は、セバシン酸ナトリウムを含有する。セバシン酸ナトリウムは電気的相互作用により転動装置の構成部材の表面に吸着し、被膜を形成することにより防錆性能を付与する作用を有する。また、セバシン酸ナトリウムはフッ素系潤滑油中に均一に分散することができる。更に、セバシン酸ナトリウムは融点が２５０℃以上であり、２００℃程度の高温に晒されても固体状態を維持し、フッ素系潤滑油中での分散性が損なわれることがなく、防錆性能を良好に維持できる。含有量はグリース全量の０．５〜１０質量％であることが好ましく、２〜１０質量％であることがより好ましい。

また、フッ素系グリース組成物は、上記のセバシン酸ナトリウムに加え、一次粒子径が５０ｎｍ以下である親水性シリカ粒子を含有する。この親水性シリカ粒子によりグリースの流動性が向上して低トルクとなり、トルク安定性能も高まる。一次粒子径が５０ｎｍを超える大径粒子は研摩材として作用するようになり、転動装置の構成部材の表面を損傷するおそれがある。また、親水性シリカ粒子の一次粒子径は３〜５０ｎｍであることが好ましく、３〜２０ｎｍであることがより好ましい。３ｎｍ未満では、グリース中で親水性シリカ粒子同士が凝集するため、グリース中に安定して分散することが難しくなる。

軸受トルク性能に影響するグリース特性の一つとしてチャネリング性（転走面に転動体の通る溝ができる現象）があり、このチャネンリング性が高いほど（転動体の通る溝ができやすいほど）、軸受トルクのトルク安定性能が高まる。また、グリース構造を強固にしてグリース流動特性を最適化することによりチャネリング性が向上する。更に、軸受表面に摩擦摩耗特性に優れる強固なグリース被膜が形成されることにより定常トルクの低減及び耐磨耗性・耐焼付き性が改善される。親水性のシリカはグリース構造を強固にする効果に優れ、グリース流動特性の最適化、グリース被膜の形成能に優れる。また、後述する実施例に示すように、一次粒子径が１２ｎｍの親水性シリカ粒子とセバシン酸ナトリウムとの組み合わせは、防錆性能及びトルク特性に対する相乗効果が特に高い。

尚、一次粒径が５０ｎｍ以下の親水性シリカ粒子は、化学気相析出法（ＣＶＤ法）、物理気相析出法（ＰＶＤ）等の気相法や、共沈法、金属アルコキシド法、ゾル−ゲル法等の液相法を用いて容易に製造することができる。

上記の親水性シリカ粒子の添加量は、グリース全量の０．０１〜５質量％であり、０．０５〜１質量％であることがより好ましい。特に５質量％を超えて多量に添加すると、グリース中で親水性シリカ粒子同士が凝集しやすくなり、耐摩耗性や耐焼付き性に悪影響を及ぼすおそれがある。

フッ素系グリース組成物には、必要に応じてその他の添加剤を添加してもよい。例えば、ベンゾトリアゾール等の気化性防錆剤を併用することができ、その他に通常のグリース組成物に配合される酸化防止剤や油性向上剤等を適量配合してもよい。

フッ素系グリース組成物は、基油に増ちょう剤を加え、加熱、攪拌して得られる半固体状の生成物に、徐冷後、セバシン酸ナトリウム及び親水性シリカ粒子、その他の添加剤を加え、ロールミル等により均一に混合することにより得られる。

尚、混和ちょう度には制限はないが、２３５〜２８０とすることが好ましい。

本発明の転動装置は、上記のフッ素系グリース組成物を封入してなる。上記のフッ素系グリース組成物は、低トルクで、耐熱性や防錆性能に優れることから、特に電子制御スロットルやＩＳＣＶ、ＥＧＲ等の自動車電子制御装置のモータに使用される転がり軸受として好適である。尚、転がり軸受自体の構造には制限がなく、例えば図１に断面図にて示すような玉軸受を例示できる。この玉軸受は、内輪軌道面１を有する内輪２と、外輪軌道面３を有する外輪４との間に、複数の玉５を保持器７を介して転動自在に保持し、さらに外輪４にシールド６を固定して構成されており、上記のフッ素系グリース組成物は、図示は省略するが、内輪２、外輪４及び玉５で形成される軸受空間に充填される。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。尚、実施例１〜４、比較例１〜２、実施例１３〜１６及び比較例６〜７はセバシン酸ナトリウムの効果を検証する参考例である。

（実施例１〜４、比較例１〜２）
表１に示すように、基油、増ちょう剤、セバシン酸ナトリウムを配合して試験グリースを調製した。試験グリースについて、下記に示す（１）防錆試験及び（２）低温トルク試験を行った。結果を表１に併記する。
（１）防錆試験
日本精工（株）製深溝玉軸受（呼び番号６０８：内径８ｍｍ、外径２２ｍｍ、幅６ｍｍ）に試験グリースを０．２ｇ封入し、アキシアル荷重２９．４Ｎ、回転数１８００ｍｉｎ^−１、室温にて５分間回転させてグリースを軸受内に均一に分散させた後、恒温恒湿槽に入れて８０℃、９０％の条件にて３００時間放置した。放置後に軸受を分解し、内輪転走行面を実体顕微鏡（×５倍）で観察し、錆の発生状況を評価した。評価は、錆発生無しをＡ、点錆発生をＢ、全面に錆発生をＣとする３段階評価とした。
（２）低温トルク試験
内径８ｍｍ、外径２２ｍｍ、幅７ｍｍのシールド板付転がり軸受に試験グリースを軸受空間容積の３０％となるように封入し、内輪回転速度１８００ｍｉｎ^−１、雰囲気温度−４０℃、ラジアル荷重０、アキシアル荷重２９．４Ｎにて１０分回転させたときの回転トルクを測定した。尚、結果は、比較例１の測定値を１とする相対値で示す。

表１から、本発明に従いセバシン酸ナトリウムを添加することにより、防錆性能及び低温でのトルク特性が高まることがわかる

（実施例５〜８、比較例３、参考例１）
表２に示すように、基油、増ちょう剤、セバシン酸ナトリウム、一次粒子径が１２ｎｍである親水性シリカ粒子を配合して試験グリースを調製した。試験グリースについて、上記（１）防錆試験及び（２）低温トルク試験に加えて、下記の（３）常温トルク試験を行った。結果を表２に併記する。尚、参考例１は、本発明に従いセバシン酸ナトリウムのみを配合したものであり、上記の実施例２の試験グリースに相当するが、シリカ微粒子を更に配合したときの効果を比較するために挙げてある。
（３）常温トルク試験
内径８ｍｍ、外径２２ｍｍ、幅７ｍｍのシールド板付転がり軸受に試験グリースを軸受空間容積の３０％となるように封入し、内輪回転速度１８００ｍｉｎ^−１、雰囲気温度３０℃、ラジアル荷重０、アキシアル荷重２９．４Ｎにて回転させ、トルク半減期（起動トルク値と定常トルク値との中間値になるまでの時間）を求めた。尚、結果は、参考例１の測定値を１とする相対値で示す。

表２から、一次粒子径が１２ｎｍのシリカ粒子を更に配合することにより、セバシン酸ナトリウムのみを配合した場合（参考例１）に比べて、トルク特性がより改善されることがわかる。

（実施例９〜１３、比較例４〜５）
表３に示すように、基油、増ちょう剤、セバシン酸ナトリウム、一次粒子径が１２ｎｍである親水性シリカ粒子を配合して試験グリースを調製した。試験グリースについて、上記（１）防錆試験及び（３）常温トルク試験を行った。結果を表３に併記する

実施例９〜１３の試験グリースは、上記の実施例５〜９の試験グリースにおいて基油を分岐状ＰＦＰＥと直鎖状ＰＦＰＥとの混合油に変え、４０℃における動粘度も大きく設定したものであるが、常温トルク試験の結果が若干劣るものの、防錆性能は同等である。このことから、基油は分岐状ＰＦＰＥよりも直鎖状ＰＦＰＥの方が好ましいといえる。

（実施例１３〜１６、比較例６〜７）
表４に示すように、基油、増ちょう剤、セバシン酸ナトリウム、酸化マグネシウム粒子を配合して試験グリースを調製した。試験グリースについて、上記（１）防錆試験に加えて、下記の（４）摩耗試験を行った。結果を表４に併記する
（４）摩耗試験
四球試験機を用いて、試験グリースの耐摩耗性を評価した。ボールには１／２インチのＳＵＪ２球を用い、面圧１．６ＧＰａ、すべり速度０．３８ｍ／ｓ、１時間の条件で試験を行い、試験後の固定側ボール（３個）の摩耗痕径をＸ方向及びＹ方向についてそれぞれ測定し、それらの平均値を摩耗痕径値とした。比較例４の摩耗痕径値を１とする相対値で示す。

表４に示すように、配合量が同じである実施例１４と比較例７とを比較すると、セバシン酸ナトリウムの方が酸化マグネシウムよりも防錆性能の改善に効果的であることがわかる。また、酸化マグネシウム粒子は硬質材料であることから摩耗量も多いが、セバシン酸ナトリウムは摩耗も少ない。

以上の試験結果から、セバシン酸ナトリウムを配合することで防錆性能及びトルク特性がより改善され、一次粒子径が５０ｎｍ以下である親水性シリカ粒子を併用することでトルク特性が更に改善されることがわかる。

本発明の転動装置の一例である玉軸受を示す断面図である。

符号の説明

１内輪軌道面
２内輪
３外輪軌道面
４外輪
５玉
６シールド
７保持器

Claims

フッ素系潤滑油を増ちょう剤で増ちょうしてなり、セバシン酸ナトリウム及び一次粒子径が５０ｎｍ以下である親水性シリカ粒子を含有するフッ素系グリース組成物を封入したことを特徴とする転動装置。
フッ素系グリース組成物におけるセバシン酸ナトリウムの含有量が０．５〜１０質量％であることを特徴とする請求項１記載の転動装置。
フッ素系グリース組成物における親水性シリカ粒子の含有量が０．０１〜５質量％であることを特徴とする請求項１または２記載の転動装置。
自動車の電子制御装置用モータに組み込まれることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の転動装置。