JPH1130236A - 軸受用金属材料および転がり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸受用金属材料における境界潤滑条件での摩
擦特性を改善し、高温かつ高速度の摩擦転条件で摩擦特
性に個別のバラツキが少なく、軸受寿命を安定して長時
間延長する軸受用金属材料および転がり軸受を提供す
る。 【解決手段】 軸受鋼などの軸受用金属材料を、チオリ
ン酸トリフェニルなどのチオリン酸エステル溶液に浸漬
し、前記軸受用金属材料の表面にチオリン酸金属塩被膜
を形成してなる軸受用金属材料、またはそのような金属
材料を用いた転がり軸受とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液体潤滑によっ
て使用される軸受用金属材料およびその製造方法、並び
に転がり軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に転がり軸受は、軸受鋼その他の金
属で形成された内・外輪、転動体、保持器、シール部材
などを組み付けたものであり、それらの部品の空隙には
グリース等の潤滑剤が充填されている。たとえば、１０
０〜１５０℃で１００００ｒｐｍといった使用条件で安
定した回転性能が求められる転がり軸受においては、高
温・高速回転で潤滑特性の良いグリース等が充填されて
いる。

【０００３】転がり軸受に充填される流体潤滑性の潤滑
剤の具体例としては、石油系潤滑剤、合成潤滑油等の潤
滑油、またはこれらに増稠剤を配合した潤滑グリースな
どがあり、特にアルキルジフェニルエーテル油を基油に
用い、かつ増稠剤としてジウレア化合物を採用した潤滑
グリースは、特に高温・高速回転での耐久性が良好であ
る。また、上記したような潤滑剤に、酸化防止剤、極圧
剤、摩擦調整剤などの種々の添加剤を添加したものは、
各添加剤の特性が備わってより好ましい転がり軸受用の
潤滑剤である。

【０００４】ところで、上記したような従来の流体潤滑
転がり軸受は、境界潤滑の状態で使用すると、その摩擦
面の部分的にまたは一時的に油膜の存在しない界面潤滑
状態が発生し、その時の発熱により、さらには金属同士
の摺動による摩耗粉の発生によって、グリース等潤滑剤
が劣化し、充分に軸受寿命を長期化できないという問題
点があった。

【０００５】上記課題を解決する転がり軸受として、本
願の出願人は、特開平７−１９００７３号公報におい
て、金属製転がり軸受の摩擦面にグリースまたは潤滑油
を介在させた流体潤滑転がり軸受について、この軸受の
摩擦面にリン酸金属塩被膜を形成し、油膜の形成能力を
高めて軸受寿命を延ばし得ることを開示した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の転がり軸受は、同一の条件で摩擦面にリン酸金属塩被
膜を形成した場合でも、その油膜形成能力や耐久時間に
バラツキが大きく、安定した品質の転がり軸受になりに
くいという問題点がある。

【０００７】そこで、この発明の第１の課題は、上記し
た問題点を解決し、軸受用金属材料における境界潤滑条
件での摩擦特性を改善し、高温（例えば１２０℃以上）
かつ高速度の使用条件で、摩擦特性に個別のバラツキが
少なく、軸受寿命を安定して長時間延長できる軸受用金
属材料を提供することである。

【０００８】また、この発明の第２の課題は、金属製転
がり軸受の摺動面または転動接触する摩擦面における境
界潤滑条件での摩擦特性を改善し、前記の高温かつ高速
度で回転する転がり軸受について、製品に個別のバラツ
キが少なく、安定して長時間回転できる長寿命の転がり
軸受を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した第１の課題を解
決するため、本願の発明においては、軸受用金属材料の
表面に、チオリン酸金属塩被膜を形成した軸受用金属材
料としたのである。

【００１０】または、軸受用金属材料をチオリン酸エス
テル溶液に浸漬し、前記軸受用金属材料の表面にチオリ
ン酸金属塩被膜を形成して軸受用金属材料を製造する手
段を採用したのである。

【００１１】また本願の発明は、前記した第２の課題を
解決するため、金属製転がり軸受の摺動面または転動接
触する摩擦面に、チオリン酸金属塩被膜を形成した転が
り軸受としたのである。

【００１２】本願の軸受用金属材料に係る発明は、軸受
用金属材料の表面にチオリン酸金属塩の被膜を形成して
いるので、軸受の摩擦面に油膜が途切れるような境界潤
滑条件においても、チオリン酸金属塩被膜からの硫黄系
の潤滑物質が摩擦面に保持されて潤滑性が高められ、ま
た金属同士が直接接することなく、摩擦特性に個別のバ
ラツキが少なくなり、すなわち軸受寿命を安定して長時
間延長できる軸受用金属材料になる。

【００１３】また、本願の転がり軸受に係る発明は、摩
擦面にチオリン酸金属塩被膜を形成しているので、軸受
の摩擦面に油膜が途切れるような境界潤滑条件において
も、チオリン酸金属塩被膜からの硫黄系の潤滑物質が摩
擦面に保持されて潤滑性が高められ、また金属同士が接
することなく、摩擦特性に個別のバラツキが少なくな
り、すなわち軸受寿命を安定して長時間延長できる転が
り軸受になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明に用いる軸受用金属材料
は、軸受部品（内・外輪、転動体、保持器等）に採用可
能な周知の金属材料であり、特に金属材料の種類を限定
したものではない。具体例としては、軌道輪用材料とし
て、軸受鋼（高炭素クロム軸受鋼 ＪＩＳ Ｇ ４８０
５）、肌焼鋼（ＪＩＳ Ｇ４１０４等）、高速度鋼（Ａ
ＭＳ６４９０）、ステンレス鋼（ＪＩＳ Ｇ ４３０
３）、高周波焼入鋼（ＪＩＳＧ４０５１等）が挙げら
れ、保持器用材料としては、打ち抜き保持器用鋼板（Ｊ
ＩＳ Ｇ ３１４１等）、もみ抜き保持器用炭素鋼（Ｊ
ＩＳ Ｇ ４０５１等）、もみ抜き保持器用高力黄銅鋳
物（ＪＩＳ Ｈ ５１０２等）が挙げられる。また、鉋
金、鉛やスズを配合したホワイトメタルその他の軸受合
金を採用することもできる。

【００１５】また、この発明における転がり軸受は、ラ
ジアル軸受、スラスト軸受などの形式を特に限定するも
のではないが、内・外輪および転動体はチオリン酸被膜
処理が可能な金属製のものであり、保持器やシール部材
などは、金属製のものばかりでなく、プラスチックやセ
ラミック製のものを採用してもよい。

【００１６】この発明では、転がり軸受の内部（空隙）
に潤滑油またはグリースを塗布または充填する液体潤滑
による転がり軸受を使用する。このような潤滑剤は、所
要の回転速度と耐熱性を備えた液体または半固体状の潤
滑剤であれば、特にその種類を限定採用したものではな
い。使用可能な潤滑油としては、例えば鉱油、ポリフェ
ニルエーテル、アルキルジフェニルエーテル、ポリオレ
フィンなどが挙げられる。また、このような潤滑油を基
油として、金属石鹸、ポリウレアなどの増稠剤を配合
し、増ちょうさせたグリースを用いることもできる。

【００１７】前記した金属製軸受表面にチオリン酸金属
塩被膜を形成するには、転がり軸受をチオリン酸エステ
ル溶液中に浸漬した後、摩擦面にグリースまたは潤滑油
を塗布または充填する。前記したチオリン酸エステルの
代表例としては、式 （ＲＯ）₃ Ｐ＝Ｓ （式中、Ｒはアリール基、脂肪族炭化水素基、脂環族炭
化水素基を表わす。）で表わされるチオリン酸トリエス
テルが挙げられる。チオリン酸トリエステルの具体例と
してチオリン酸トリフェニル（Ｃ₆ Ｈ₅ Ｏ）₃ Ｐ＝Ｓが
挙げられる。

【００１８】このようなチオリン酸トリエステルと前記
した軸受合金を反応させ、その表面にリン酸金属塩被膜
形成する場合、反応速度を上げるために加温しながら行
なうことは好ましい。

【００１９】

【実施例】

〔実施例１〕チオリン酸トリフェニル（チバ・ガイギー
社製：イルガルーブＴＰＰＴ）５ｇを潤滑油（松村石油
社製：モレスコハイルーブＬＢ１００）９５ｇに溶解
し、この溶液に軸受鋼で形成されたディスク基板（外径
５０ｍｍ、内径８．１ｍｍ、厚さ７ｍｍ）を浸漬し、そ
のまま１２０℃で１００時間保持してディスク基板表面
にチオリン酸鉄その他のチオリン酸金属塩被膜を形成し
た。

【００２０】このディスク基板の片面に、潤滑油（新日
鐵化学社製：シンフルード６０１）を均一に２ｍｇ塗布
し、下記の表１に示す条件で摩擦摩耗試験を行ない、潤
滑不良等の理由によって摩擦係数がμ＝０．３に達する
までの時間（ｈ）を図１に示した。

【００２１】

【表１】

【００２２】〔比較例１〕チオリン酸金属塩被膜を形成
していないディスク（実施例１で使用したものと同じも
の）を用い、その片面に潤滑油（新日鐵化学社製：シン
フルード６０１）を均一に２ｍｇ塗布し、前記の表１に
示す条件で摩擦摩耗試験を行ない、結果を図１中に併記
した。

【００２３】図１の結果からも明らかなように、ディス
クにチオリン酸金属塩被膜を形成した実施例１は、同じ
素材のディスクの表面にチオリン酸金属塩被膜を有しな
い比較例１よりも６〜３０倍の軸受の寿命（時間）を示
した。

【００２４】〔実施例２〕チオリン酸トリフェニル（チ
バ・ガイギー社製：イルガルーブＴＰＰＴ）５ｇを潤滑
油（松村石油社製：モレスコハイルーブＬＢ１００）９
５ｇに溶解し、この溶液に軸受６２０４（エヌティエヌ
社製：ラジアル玉軸受（単列深みぞ玉軸受）、軸受鋼
製）を浸漬し、１２０℃で１００時間浸漬して、内・外
輪、転動体の表面にチオリン酸鉄その他のチオリン酸金
属塩被膜を形成した。

【００２５】次に、この軸受の転走面に市販の鉱油系グ
リース（日本グリース社製：ニグエース ＷＲ−Ｓ）を
０．２３〜０．２５ｇ封入して鉄製の非接触シールを軸
受側面に取り付け、以下の試験方法で転がり軸受の寿命
を調べた。

【００２６】《転がり軸受の耐久性試験》実施例２の軸
受を３個使用し、これらの内輪に電動機付きの回転軸を
取り付けてスラスト荷重６．８ｋｇｆを負荷すると共
に、回転を止めた外輪に対してラジアル荷重６．８ｋｇ
ｆを負荷し、１５０℃の雰囲気で毎分１００００回転の
速度で回転軸を介して内輪を回転した。そして、これら
軸受の回転トルクが増大し、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点（すなわち回転
トルクが始動トルクの２倍以上となった時）を転がり軸
受の寿命（時間：ｈ）とし、それぞれの結果を図２のグ
ラフに示した。

【００２７】〔比較例２〕チオリン酸金属塩被膜を形成
していない軸受６２０４の転走面に鉱油系グリース（日
本グリース社製：ニグエース ＷＲ−Ｓ）を０．２３〜
０．２５ｇ封入し、軸受側面に鉄製の非接触シールを取
付け、実施例２と全く同様の方法および条件で転がり軸
受の耐久性試験を行ない、結果を図２中に併記した。

【００２８】〔比較例３〕リン酸トリクレジル７．３６
ｇを２−プロパノールで希釈して２００ｍｌのリン酸ト
リエステル溶液を調製し、この溶液に軸受６２０４（エ
ヌティエヌ社製：ラジアル玉軸受（単列深みぞ玉軸
受）、軸受鋼製）の両輪および転動体を溶液温度６０℃
で２時間浸漬して、表面にリン酸鉄その他のリン酸金属
塩被膜を形成した。

【００２９】次に、この軸受の転走面に市販の鉱油系グ
リース（日本グリース社製：ニグエース ＷＲ−Ｓ）を
０．２３〜０．２５ｇ封入して鉄製の非接触シールを軸
受側面に取り付け、前記試験方法で転がり軸受の耐久性
（寿命時間）を調べた。

【００３０】図２の結果からも明らかなように、軸受の
内・外輪および転動体の表面にチオリン酸金属塩被膜を
形成した実施例２は、同部品の表面にチオリン酸金属塩
被膜を有しない比較例２よりも６〜２４倍の軸受の寿命
（時間）を示した。

【００３１】また、実施例２の軸受寿命は、３個の試験
片について最短時間と最長時間の差が２９０時間であ
り、これは１．７倍の差であって安定して長期間の軸受
寿命にであった。しかし、リン酸金属塩被膜を形成した
比較例３の試験片は、３個の試験片について最短時間と
最長時間の差が５５０時間であり、これは２．８倍の差
であって、試験片における個別の寿命時間の差（バラツ
キ）が大きかった。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、軸受用金属材料の
表面にチオリン酸金属塩被膜を形成した本願の発明は、
境界潤滑の条件で使用された場合でも軸受用金属材料が
摩擦面に露出せず、潤滑性を維持するので、金属摩耗粉
の発生が防止され、高温高速の使用条件でのグリースの
劣化が防止でき、転がり軸受の軸受寿命に個別のバラツ
キが少なく、安定して長期間の軸受寿命になるという利
点がある。

【００３３】また、軸受用金属材料の表面にチオリン酸
金属塩被膜を形成する製造方法に係る発明は、軸受用金
属材料における境界潤滑条件での摩擦特性を改善し、高
温かつ高速度の使用条件で、摩擦特性に個別のバラツキ
が少なく、軸受寿命を安定して長時間延長できる軸受用
金属材料を提供できるという利点がある。

【００３４】また、転がり軸受に係る発明では、摩擦面
にチオリン酸金属塩被膜を形成しているので、境界潤滑
条件での摩擦特性を改善し、高温かつ高速度で回転する
転がり軸受について、製品に個別のバラツキが少なく、
安定して長時間回転できる長寿命の転がり軸受になると
いう利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１と比較例１の摩擦摩耗試験の結果を示
す図表

【図２】実施例２と比較例２の耐久試験の結果を示す図
表

【図３】比較例３の耐久試験の結果を示す図表

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸受用金属材料の表面に、チオリン酸金
   属塩被膜を形成してなる軸受用金属材料。
2. 【請求項２】 軸受用金属材料をチオリン酸エステル溶
   液に浸漬し、前記軸受用金属材料の表面にチオリン酸金
   属塩被膜を形成することからなる軸受用金属材料の製造
   方法。
3. 【請求項３】 チオリン酸エステルがチオリン酸トリフ
   ェニルである請求項２記載の軸受用金属材料の製造方
   法。
4. 【請求項４】 金属製転がり軸受の摺動面または転動接
   触する摩擦面に、チオリン酸金属塩被膜を形成してなる
   転がり軸受。