燃料電池システム用転がり軸受
【課題】水の浸入を原因とする転走面での剥離を効果的に防止でき、長期耐久性に優れた燃料電池システム用転がり軸受を提供する。
【解決手段】燃料電池システム用転がり軸受であって、該転がり軸受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７を封止するためのシール部材６を内輪２および外輪３の軸方向両端開口部８ａ、８ｂに設けてなり、上記グリースは非水系基油および増ちょう剤からなるベースグリースに、少なくとも水分散剤を含む添加剤を配合してなる耐水グリースであり、水分散剤の配合量は、耐水グリースの飽和水分量が 30〜60 重量％に設定される量である。
【解決手段】燃料電池システム用転がり軸受であって、該転がり軸受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７を封止するためのシール部材６を内輪２および外輪３の軸方向両端開口部８ａ、８ｂに設けてなり、上記グリースは非水系基油および増ちょう剤からなるベースグリースに、少なくとも水分散剤を含む添加剤を配合してなる耐水グリースであり、水分散剤の配合量は、耐水グリースの飽和水分量が 30〜60 重量％に設定される量である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム用転がり軸受に関し、特に燃料電池システム内の各種流体を圧送する圧送機に用いられる燃料電池システム用転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の新しい動力源または分散型発電装置として燃料電池システムが注目されている。
燃料電池には燃料電池セルに、燃料である水素、水素リッチ改質ガス、および酸化剤としての空気を圧送する必要があり、スーパチャージャ、スクロールコンプレッサーインペラー式などの各種圧送機が使用されている。これらの圧送機の回転部分には転がり軸受が使用されている。これらの流体は加湿して燃料電池セルに送り込む必要があること、また燃料の水素と酸化剤である空気が反応して水が生成することから、圧送する流体に水分が含まれる。
この水分が軸受内に浸入すると以下のことが問題となる。水滴が負荷域に浸入した場合、油膜が途切れ潤滑性の面で不利である。油膜が途切れることにより金属接触が起こり、軸受転走面において摩耗、表面起点型の剥離、早期剥離が発生する危険がある。早期剥離とは表面近傍に白色組織変化を伴った剥離や、転動体の転動方向とそれとは逆方向に表面近傍で亀裂が進展する剥離を指す。また、軸受内での水の存在状態によっては軸受内部に錆が発生する。
【０００３】
このような早期に発生する白色組織変化を伴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、水分の浸入を伴った燃料電池システムに用いられる転がり軸受の過酷な使用条件では、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】
【０００４】
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、水の浸入を原因とする転走面での剥離を効果的に防止でき、長期耐久性に優れた燃料電池システム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】
【０００５】
本発明の燃料電池システム用転がり軸受は燃料電池システムに用いられる流体を圧送するための圧送機に設けられている回転部位を回転自在に支持する燃料電池システム用転がり軸受であって、該転がり軸受は、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を封止するためのシール部材を上記内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けてなり、上記グリースは、非水系基油および増ちょう剤からなるベースグリースに、少なくとも水分散剤を含む添加剤を配合してなる耐水グリースであり、上記水分散剤の配合量は、上記耐水グリースの飽和水分量が 30〜60 重量％に設定される量であることを特徴とする。
【０００６】
上記水分散剤が界面活性剤であることを特徴とする。
また、上記非水系基油が鉱油であり、上記増ちょう剤がウレア系化合物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の燃料電池システム用転がり軸受は、該軸受に封入されたグリースが、非水系基油と、増ちょう剤とからなるベースグリースに、微小粒子としての水をグリース中に分散させることができる水分散剤を配合してなるので、軸受に浸入してきた水を微粒子として分散させることができる。そのため、グリース中に水が混入したとしても油膜形成の阻害を起こす水分の働きを抑制することができる。その結果、転走面における金属接触が抑制され、早期剥離を防止することができ、水分存在下において長期間耐久性の要求される燃料電池システム用転がり軸受に好適に利用することができる。
錆止め作用についても、軸受を構成する鋼と、塊状の水成分との接触を少なくできるため錆の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
燃料電池システム用転がり軸受について、水の浸入を原因とする転走面での剥離を防止できる方法を鋭意検討した結果、グリース中に水を微粒子として分散させることができる水分散剤を配合することで飽和水分量を制御したグリースを封入した軸受は、水が浸入しても転がり接触部の潤滑性能が低下することなく持続することを見出した。これは飽和水分量を制御したグリースは、浸入した水が微小な水粒子となってグリース中に均一に分散させられ、連続相であるグリースに閉じ込められるので、グリースが形成する油膜を破壊することができないため軸受の耐久性が向上するものと考えられる。本発明はこのような知見に基づくものである。
【０００９】
本発明の燃料電池システム用転がり軸受の一例を図１に示す。図１は耐水グリース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の周囲に耐水グリース７が封入される。
【００１０】
本発明の燃料電池システム用転がり軸受が用いられる圧送機の一例を図２に示す。図２は燃料電池車に使用されるインペラ型圧送機の断面図である。図２において、点線で示す矢印は気体の流れる方向を表わす。
図２に示すように、インペラ型圧送機は、インペラ９が固定された回転軸１０を、軸方向に間隔をおいて配置した複数個の転がり軸受１によりケーシング１１に支承して構成されている。モータなどの動力を受けて回転する回転軸１０が高速回転するとインペラ９も高速回転し、気体吸込み口１２から吸込まれた気体がインペラ９の遠心力によって加圧され、ケーシング１１とバックプレート１３とで形成された加圧ボリュート１４を経て気体吐出口１５から圧送される。
加圧ボリュート１４から転がり軸受１へ気体が漏洩しないように、バックプレート１３と回転軸１０とは、その間に配設されたシールリング１７によって、シールされている。このインペラ型圧送機では、回転軸１０の高速回転に伴ってシールリング１７のシール性が低下してくると、気体は、インペラ９の背面の背面空間１６から回転軸１０とシールリング１７との間隙１８を通って転がり軸受１に達してしまう。これを防ぐために、メカニカルシール１９が配設されている。
【００１１】
メカニカルシール１９のシール性については、メカニカルシール１９と回転軸１０との摺動面は気体中に含まれる水蒸気による水潤滑状態であるので、このままだと水蒸気等が漏れて軸受１側に浸入してしまい、水蒸気等が軸受１内部に浸入して軸受１が劣化してしまうおそれがある。
このため本発明の燃料電池システム用転がり軸受においては、インペラ９側からの水蒸気の浸入を防止するとともに、軸受１内部に封入した耐水グリース７（図１参照）の漏洩を防止する目的で、軸受１に耐水素脆性を有するシール部材６（図１参照）が設けられている。
【００１２】
本発明に用いる耐水グリースは非水系基油および増ちょう剤からなるベースグリース中に、水を分散させることができる水分散剤を含む添加剤を配合して得られる耐水グリースであって、軸受に浸入してくる水に対し所定の親和性を有する。この親和性を示す数値を「飽和水分量」と呼び、下記式のように定義した。
飽和水分量（重量％）＝グリース中に分散可能な最大水分量×100／（グリース重量＋グリース中に分散可能な最大水分量）
本発明に用いる耐水グリースでは、水分散剤の配合量が上記式で表される該グリースの飽和水分量を 30〜60 重量％とできる量であり、好ましくは 40〜50 重量％の範囲である。この範囲であれば水分による油膜形成の阻害を抑制することができる。
飽和水分量が 30 重量％未満となる水分散剤の配合量では、水分を取り込みにくくなり、浸入した水は軸受内部で大きな水滴として存在し油膜形成を阻害する。また、60 重量％より大きい配合量であると軸受内部に多量の水分を保持しすぎてしまい、錆が発生する。
【００１３】
また、水分散剤の配合量は、グリース全体および水の合計量に対して、含水率 20 重量％のときに測定した水分散剤により分散している水の粒子径が 50μm 以下となる量であることが好ましい。50μm 以下の水滴であれば、耐水グリースによる油膜形成を水分が阻害することはない。好ましくは 30μm 以下、さらに好ましくは 5〜25μm の範囲である。50μm をこえると油膜形成を阻害し軸受寿命を極端に短くする。なお、本発明における水の粒子径とは、荷重 600 N 下でガラスプレート上に押し広げた含水率 20 重量％のベースグリース中に分散している水滴の直径を顕微鏡にて測定した数値である。
【００１４】
本発明において飽和水分量を制御することができる水分散剤としては、界面活性剤を使用できる。界面活性剤は、水が燃料電池システム用転がり軸受中に浸入しても、油膜切れや発錆を起こさないようにグリース中に水分を分散し水分を無害化させるために用いられる。グリースに浸入した水は界面活性剤により微小な水粒子となってグリース中に分散させられる。グリースは連続相として存在できるので、油膜切れが生じないと考えられる。
また、同様に連続相であるグリースに閉じ込められた不連続相である水粒子は燃料電池システム用転がり軸受本体を構成する鋼と接触する確率も極めて低く、低い確率で鋼に付着した水粒子も燃料電池システム用転がり軸受本体の回転に連動する転動体の回転によりすぐに連続相であるグリースに置換されるので鋼を発錆させることができないと考えられる。
【００１５】
本発明に使用できる界面活性剤は、連続相であるグリース中に水粒子を不連続相として捕捉し易いＷ／Ｏ（油相（グリース）中に水相が分散している状態）型の界面活性剤であり、界面活性剤の水と油とへの親和性の程度を表わすＨＬＢ（ Hydrophilic-Lipophilic Balance ）値が 5〜18 の範囲であることが好ましい。
【００１６】
本発明に用いる界面活性剤としては、具体的には、ポリアルキレングリコール系、カルボン酸アルキレングリコール系、カルボン酸ポリアルキレングリコール系等のグリコール系界面活性剤、カルボン酸グリセリン系、カルボン酸ポリオキシアルキルグリセリン系、カルボン酸グリセリル系等のグリセリン系界面活性剤、カルボン酸ポリグリセリル系、カルボン酸ポリオキシアルキレングリセリル系等のグリセリル系界面活性剤、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル系、カルボン酸ポリオキシアルキレンアルキルエーテル系等のエーテル系界面活性剤、カルボン酸ポリオキシアルキレンアルキルエーテルジエステル系、ソルビタンエステル系等のエステル系界面活性剤、ポリオキシアルキレン硬化ひまし油系、カルボン酸ポリオキシアルキレン硬化ひまし油系等のひまし油系界面活性剤、カルボン酸ポリオキシアルキレントリメチロールプロパン系界面活性剤、金属スルフォネート系界面活性剤、ソルビタンエステル系界面活性剤等が挙げられる。なお、これらの界面活性剤は、単独でも、２種以上を併用してもよい。
【００１７】
本発明では上記界面活性剤のなかで、金属スルフォネート系界面活性剤、カルボン酸ポリアルキレングリコール系界面活性剤またはソルビタンエステル系界面活性剤を用いることが好ましい。特に好ましくは、Ｃａスルフォネート、ステアリン酸ポリエチレングリコール、ソルビタンモノオレエート等である。
金属スルフォネート系界面活性剤、カルボン酸ポリアルキレングリコール系界面活性剤またはソルビタンエステル系界面活性剤は、下記配合量の範囲内において、飽和水分量を 30〜60 重量％の範囲内に制御することができる。
【００１８】
本発明に使用できる界面活性剤（水分散剤）の配合量は、上述したように該グリースの飽和水分量を 30〜60 重量％とできる量であり、具体的には非水系基油と増ちょう剤とからなるベースグリース 100 重量部に対して 0.4〜4 重量部であることが好ましい。より好ましくは、1〜4 重量部である。0.4 重量部未満の場合には飽和水分量を 30 重量％以上とすることができない場合があり、所期の効果を十分に得ることが困難になる。また、4 重量部をこえる場合には飽和水分量が 60 重量％をこえる場合が生じ、また、油膜形成率などの所期の効果が頭打ちになり、軸受寿命などのグリース特性を低下させる。
【００１９】
本発明において使用できるＣａスルフォネートは、その塩基価が 50〜500 の範囲であることが好ましい。塩基価は、１分子中に含まれる塩基性物質の量を示し、添加剤が含有するＣａの量が多い場合に高い数値となる。塩基性のＣａスルフォネートは防錆性能を付与するだけではなく、極圧性能を付与することもできる。
例えば、本発明においてベースグリース 100 重量部に対し、Ｃａスルフォネートを 0.5〜2 重量部配合する場合には、塩基価が 50 未満のときには極圧性能が不十分となり、塩基価が 500 をこえても、それ以上の効果は望めない。
【００２０】
本発明において使用できるソルビタンモノオレエートは、非イオン性の界面活性剤であり、界面活性剤の水と油とへの親和性の程度を表わすＨＬＢ値が 9 前後を有し、親油性の性質を有する。該ソルビタンモノオレエートは、上記Ｃａスルフォネートと併用することが好ましい。
【００２１】
本発明において界面活性剤としてＣａスルフォネートとソルビタンモノオレエートとを併用する場合の配合量は、ベースグリース 100 重量部に対し、Ｃａスルフォネートを 0.5〜2 重量部、ソルビタンモノオレエートを 0.2〜1 重量部とすることが好ましい。
また、これらを単独で使用する場合は、Ｃａスルフォネートを 1.5〜4 重量部、ソルビタンモノオレエートを 0.4〜2 重量部配合することが好ましい。
両者を上記範囲内で併用することにより、耐水グリースの飽和水分量を 30〜60 重量％に制御することができる。また、油膜形成率などの所期の効果が頭打ちになり、軸受寿命などのグリース特性を低下させる等のおそれがない。
【００２２】
本発明に使用できる非水系基油は、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、流動パラフィン油、フィッシャー・トロプシュ法により合成されたＧＴＬ油、ポリブテン油、ポリ-α-オレフィン（以下、ＰＡＯと記す）油、アルキルナフタレン油、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、ポリグリコール油、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。これらの非水系基油は単独で、または 2 種類以上組み合せて用いることができる。
また、潤滑性能や価格を考慮すると、これらの非水系基油の中でも鉱油を使用することが好ましい。
【００２３】
本発明に使用できる非水系基油は、室温で液状を示し、40℃における動粘度が 20〜200mm2 /sec である。好ましくは、30〜120 mm2/sec である。20 mm2/sec 未満の場合は、短時間で非水系基油が劣化し、生成した劣化物が非水系基油全体の劣化を促進するため、軸受の耐久性を低下させ短寿命となる。また、200 mm2/sec をこえると回転トルクの増加による軸受の温度上昇が大きくなるので好ましくない。
【００２４】
本発明に用いる耐水グリースにおいて、ベースグリース 100 重量部中に占める非水系基油の配合割合は、好ましくは 60〜99 重量部、さらに好ましくは 70〜95 重量部である。
非水系基油の配合割合が、60 重量部未満では、グリースが硬く低温時の潤滑性が悪い。また 99 重量部をこえると軟質で洩れ易くなる。
【００２５】
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。耐熱性、コスト等を考慮するとウレア系化合物が望ましい。
【００２６】
ウレア系化合物は、例えば下記式（１）で表わされる。
【化１】
式中においてＲ2 は、炭素原子数 6〜15 の芳香族炭化水素基を、Ｒ1 およびＲ3 は、互いに同一であっても異なっていてもよく、それぞれ炭素原子数 6〜12 の芳香族炭化水素基または炭素原子数 6〜20 の脂環族炭化水素基およびまたは炭素原子数 6〜20 の脂肪族炭化水素基から選ばれた少なくとも一つの基を、それぞれ示す。
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と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。
【００２７】
式（１）で表されるジウレア化合物は、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、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、１,５-ナフチレンジイソシアネート、２,４-トリレンジイソシアネート、３,３-ジメチル-４,４-ビフェニレ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。
本発明においては、芳香族ジイソシアネートと、脂環族モノアミンおよび芳香族モノアミン、または芳香族モノアミン単体との反応で得られる脂環族−芳香族ウレア系化合物または芳香族ウレア系化合物が好ましい。特に好ましくは、脂環族モノアミンとしてシクロヘキシルアミンを、芳香族モノアミンとしてアニリンを併用する。
【００２８】
反応は、例えばモノアミン酸とジイソシアネート類を、70〜120℃程度の非水系基油中で十分に反応させた後、温度を上昇させ 120〜180℃で 1〜2 時間程度保持し、その後冷却し、ホモジナイザー、3 本ロールミル等を使用して均一化処理することによりなされ、各種配合剤を配合するためのベースグリースが得られる。
本発明においてベースグリース 100 重量部中に占める増ちょう剤の配合割合は、好ましくは 1〜40 重量部、さらに好ましくは 3〜25 重量部である。増ちょう剤の配合割合が 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 重量部をこえるとグリースが硬くなりすぎ、所期の効果が得られにくくなる。
【００２９】
本発明に用いる耐水グリースには、機能を損なわない範囲で、必要に応じて上記界面活性剤（水分散剤）以外の公知の添加剤を添加できる。添加剤としては、例えば、有機亜鉛化合物、有機モリブデン化合物などの極圧剤、アミン系、フェノール系、イオウ系化合物などの酸化防止剤、イオウ系、リン系化合物などの摩耗抑制剤、多価アルコールエステルなどの防錆剤、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、エステル、アルコールなどの油性剤、などが挙げられる。また、白色組織変化を伴う早期剥離を抑制する添加剤としてモリブデン酸塩、有機酸塩、アルミニウム、銅などの金属微粉末を配合することもできる。これらを単独または 2 種類以上組み合せて添加できる。
【００３０】
本発明に用いる耐水グリースには、上記添加剤のなかでも、極圧性能を付与するための極圧剤と、酸化劣化を抑制するための酸化防止剤とを配合することが好ましい。極圧剤としては亜鉛ジチオフォスフェートを、酸化防止剤としてはアミン系酸化防止剤を用いることが特に好ましい。
【００３１】
亜鉛ジチオフォスフェートとしては、例えば下記式（２）で表わされる亜鉛ジアルキルジチオフォスフェートが挙げられ、グリースの極圧性能を付与するために配合するものである。
【化２】
式中においてＲ は、アルキル基を示す。アルキル基としては、一級アルキル基、二級アルキル基およびアリール基が挙げられるが、水に対する安定性や摩耗防止性等のバランスのよい二級アルキル基を用いることが好ましい。
【００３２】
亜鉛ジチオフォスフェートの配合量は、ベースグリース 100 重量部に対して 0.5〜2.0 重量部を配合することが好ましい。最も好ましくは、ベースグリース 100 重量部に対して 2.0 重量部である。0.5 重量部未満のときは極圧性能が不十分となり、所期の効果を十分に得ることが困難になり、また、2.0 重量部をこえて添加しても、それ以上の効果を得ることはできない。
【００３３】
アミン系酸化防止剤としては、例えば、フェニル-１-ナフチルアミン、フェニル-２-ナフチルアミン、ジフェニル-ｐ-フェニレンジアミン、ジピリジルアミン、フェノチアジン、Ｎ-メチルフェノチアジン、Ｎ-エチルフェノチアジン、３，７-ジオクチルフェノチアジン、ｐ，ｐ'-ジオクチルジフェニルアミン、Ｎ，Ｎ'-ジイソプロピル-ｐ-フェニレンジアミン等が挙げられる。
アミン系酸化防止剤の配合量は、ベースグリース 100 重量部に対して 0.5〜2.0 重量部を配合することが好ましい。0.5 重量部未満のときは酸化防止性能が不十分となり、所期の効果を十分に得ることが困難になり、また、2.0 重量部をこえて添加してもそれ以上の効果は望めない。最も好ましくは、ベースグリース 100 重量部に対して 1 重量部である。
【実施例】
【００３４】
本発明を実施例および比較例により具体的に説明するが、これらの例によって何ら限定されるものではない。
実施例１〜実施例１１および比較例１〜比較例６
非水系基油である鉱油に、増ちょう剤としてウレア化合物を均一に分散させた鉱油／ウレア系ベースグリース（ＪＩＳちょう度Ｎｏ．２グレード、ちょう度：265〜295 ）を準備した。
鉱油（新日本石油社製タービン１００、40℃における動粘度：100 mm2/sec ）2000 g 中で、ジフェニルメタン-４,４'-ジイソシアネー卜 231.7 g と、アニリン 86.2 g と、シクロヘキシルアミン 91.7 g とを反応させ、生成したウレア化合物を均一に分散させてベースグリースを得た。このベースグリースに、表１に示す配合で添加剤を配合して試験用グリースを得た。
【００３５】
得られた試験用グリースにつき、以下に記す油膜形成率試験、軸受寿命試験および飽和水分量測定に供し、油膜形成率、軸受寿命時間、飽和水分量および錆の発生有無を測定した。結果を表１に併記する。
【００３６】
＜油膜形成率試験＞
使用軸受：アンギュラ玉軸受７００６ＡＤＬＬＢ（外輪：Ｓ５３Ｃ、内輪：ＳＵＪ２）を燃料電池システム用転がり軸受に模擬して使用した。
試験条件：得られた試験用グリースをアンギュラ玉軸受７００６ＡＤＬＬＢに 1.0 g封入し、ラジアル荷重 8000 N 、アキシャル荷重 3000 N 、軸受回転数 1000 rpm にて回転させた状態で、注水量 1.0 ml／時間で 10 時間、注水したときの試験用グリースの油膜形成率を測定した。油膜形成率は電気抵抗法で測定した。
【００３７】
＜軸受寿命試験＞
使用軸受：アンギュラ玉軸受７００６ＡＤＬＬＢを燃料電池システム用転がり軸受に模擬して使用した。
試験条件：得られた試験用グリースをアンギュラ玉軸受７００６ＡＤＬＬＢに 1.0 g封入し、ラジアル荷重 8000 N 、アキシャル荷重 3000 N 、軸受回転数 1000 rpm にて回転させた状態で、注水量 1.0 ml／時間で注水したときの軸受寿命を測定した。軸受寿命は外輪転動面、内輪転動面、鋼球のいずれか 1 つが損傷し振動が大きくなるまでの時間を軸受寿命とした。
【００３８】
＜飽和水分量測定＞
一定量を量り採った試験用グリースに水の混入割合を 5 重量％ずつ変化させて加え、ミクロスパーテルを用いて手動で撹拌し、加えた水を分散できた最大の水分量を求め、以下の式を用いて飽和水分量を算出した。分散できたかどうかは、試験用グリースをガラスプレートに採取し、厚さ 0.025 mm のスペーサシムをガラスプレートの両端に置き、その上から別のガラスプレートで挟み、ガラスプレート全体に 600 N の荷重を均一に負荷して、試験用グリースを広げ顕微鏡で観察したとき、グリース内に存在する最も大きい水滴の粒子径が 50μm 以下であるときを、分散できているとした。
飽和水分量（重量％）＝グリース中へ分散可能な最大水分量×100／（試験用グリース重量＋グリース中へ分散可能な最大水分量）
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１に示すとおり、飽和水分量が 30〜60 重量％の領域（特に 40〜50 重量％）で、高い油膜形成率となる。
水が混入した場合、飽和水分量が 30 重量％未満のグリースや 60 重量％をこえるグリースでは油膜の形成が損なわれるため金属接触を起こすことや、錆が発生する。30〜60 重量％では油膜を形成できるため金属接触を起こす危険性は少ないため軸受寿命も長く、さらに錆の発生を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の燃料電池システム用転がり軸受は、非水系基油と、増ちょう剤とからなるベースグリースに、水をグリース中に分散させることができる分散剤を配合して、該グリースの飽和水分量が 30〜60 重量％に制御されている耐水グリースを封入してなるので、軸受運転時にグリース中に水が混入したとしてもグリースの油膜形成の阻害を起こす水分の働きを抑制することができ、軸受の表面起点型剥離を抑えることができ、潤滑条件が過酷になっても長寿命を得ることができる。そのため、水浸入の可能性がある環境下で、耐摩耗性とともに、長期間耐久性の要求される圧送機などの燃料電池システム用転がり軸受として好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】深溝玉軸受の断面図である。
【図２】インペラ型圧送機の断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 深溝玉軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体
５ 保持器
６ シール部材
７ 耐水グリース
８ 開口部
９ インペラ
１０ 回転軸
１１ ケーシング
１２ 気体吸込み口
１３ バックプレート
１４ 加圧ボリュート
１５ 気体吐出口
１６ 背面空間
１７ シールリング
１８ 間隙
１９ メカニカルシール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム用転がり軸受に関し、特に燃料電池システム内の各種流体を圧送する圧送機に用いられる燃料電池システム用転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の新しい動力源または分散型発電装置として燃料電池システムが注目されている。
燃料電池には燃料電池セルに、燃料である水素、水素リッチ改質ガス、および酸化剤としての空気を圧送する必要があり、スーパチャージャ、スクロールコンプレッサーインペラー式などの各種圧送機が使用されている。これらの圧送機の回転部分には転がり軸受が使用されている。これらの流体は加湿して燃料電池セルに送り込む必要があること、また燃料の水素と酸化剤である空気が反応して水が生成することから、圧送する流体に水分が含まれる。
この水分が軸受内に浸入すると以下のことが問題となる。水滴が負荷域に浸入した場合、油膜が途切れ潤滑性の面で不利である。油膜が途切れることにより金属接触が起こり、軸受転走面において摩耗、表面起点型の剥離、早期剥離が発生する危険がある。早期剥離とは表面近傍に白色組織変化を伴った剥離や、転動体の転動方向とそれとは逆方向に表面近傍で亀裂が進展する剥離を指す。また、軸受内での水の存在状態によっては軸受内部に錆が発生する。
【０００３】
このような早期に発生する白色組織変化を伴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、水分の浸入を伴った燃料電池システムに用いられる転がり軸受の過酷な使用条件では、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】
【０００４】
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、水の浸入を原因とする転走面での剥離を効果的に防止でき、長期耐久性に優れた燃料電池システム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】
【０００５】
本発明の燃料電池システム用転がり軸受は燃料電池システムに用いられる流体を圧送するための圧送機に設けられている回転部位を回転自在に支持する燃料電池システム用転がり軸受であって、該転がり軸受は、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を封止するためのシール部材を上記内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けてなり、上記グリースは、非水系基油および増ちょう剤からなるベースグリースに、少なくとも水分散剤を含む添加剤を配合してなる耐水グリースであり、上記水分散剤の配合量は、上記耐水グリースの飽和水分量が 30〜60 重量％に設定される量であることを特徴とする。
【０００６】
上記水分散剤が界面活性剤であることを特徴とする。
また、上記非水系基油が鉱油であり、上記増ちょう剤がウレア系化合物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の燃料電池システム用転がり軸受は、該軸受に封入されたグリースが、非水系基油と、増ちょう剤とからなるベースグリースに、微小粒子としての水をグリース中に分散させることができる水分散剤を配合してなるので、軸受に浸入してきた水を微粒子として分散させることができる。そのため、グリース中に水が混入したとしても油膜形成の阻害を起こす水分の働きを抑制することができる。その結果、転走面における金属接触が抑制され、早期剥離を防止することができ、水分存在下において長期間耐久性の要求される燃料電池システム用転がり軸受に好適に利用することができる。
錆止め作用についても、軸受を構成する鋼と、塊状の水成分との接触を少なくできるため錆の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
燃料電池システム用転がり軸受について、水の浸入を原因とする転走面での剥離を防止できる方法を鋭意検討した結果、グリース中に水を微粒子として分散させることができる水分散剤を配合することで飽和水分量を制御したグリースを封入した軸受は、水が浸入しても転がり接触部の潤滑性能が低下することなく持続することを見出した。これは飽和水分量を制御したグリースは、浸入した水が微小な水粒子となってグリース中に均一に分散させられ、連続相であるグリースに閉じ込められるので、グリースが形成する油膜を破壊することができないため軸受の耐久性が向上するものと考えられる。本発明はこのような知見に基づくものである。
【０００９】
本発明の燃料電池システム用転がり軸受の一例を図１に示す。図１は耐水グリース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の周囲に耐水グリース７が封入される。
【００１０】
本発明の燃料電池システム用転がり軸受が用いられる圧送機の一例を図２に示す。図２は燃料電池車に使用されるインペラ型圧送機の断面図である。図２において、点線で示す矢印は気体の流れる方向を表わす。
図２に示すように、インペラ型圧送機は、インペラ９が固定された回転軸１０を、軸方向に間隔をおいて配置した複数個の転がり軸受１によりケーシング１１に支承して構成されている。モータなどの動力を受けて回転する回転軸１０が高速回転するとインペラ９も高速回転し、気体吸込み口１２から吸込まれた気体がインペラ９の遠心力によって加圧され、ケーシング１１とバックプレート１３とで形成された加圧ボリュート１４を経て気体吐出口１５から圧送される。
加圧ボリュート１４から転がり軸受１へ気体が漏洩しないように、バックプレート１３と回転軸１０とは、その間に配設されたシールリング１７によって、シールされている。このインペラ型圧送機では、回転軸１０の高速回転に伴ってシールリング１７のシール性が低下してくると、気体は、インペラ９の背面の背面空間１６から回転軸１０とシールリング１７との間隙１８を通って転がり軸受１に達してしまう。これを防ぐために、メカニカルシール１９が配設されている。
【００１１】
メカニカルシール１９のシール性については、メカニカルシール１９と回転軸１０との摺動面は気体中に含まれる水蒸気による水潤滑状態であるので、このままだと水蒸気等が漏れて軸受１側に浸入してしまい、水蒸気等が軸受１内部に浸入して軸受１が劣化してしまうおそれがある。
このため本発明の燃料電池システム用転がり軸受においては、インペラ９側からの水蒸気の浸入を防止するとともに、軸受１内部に封入した耐水グリース７（図１参照）の漏洩を防止する目的で、軸受１に耐水素脆性を有するシール部材６（図１参照）が設けられている。
【００１２】
本発明に用いる耐水グリースは非水系基油および増ちょう剤からなるベースグリース中に、水を分散させることができる水分散剤を含む添加剤を配合して得られる耐水グリースであって、軸受に浸入してくる水に対し所定の親和性を有する。この親和性を示す数値を「飽和水分量」と呼び、下記式のように定義した。
飽和水分量（重量％）＝グリース中に分散可能な最大水分量×100／（グリース重量＋グリース中に分散可能な最大水分量）
本発明に用いる耐水グリースでは、水分散剤の配合量が上記式で表される該グリースの飽和水分量を 30〜60 重量％とできる量であり、好ましくは 40〜50 重量％の範囲である。この範囲であれば水分による油膜形成の阻害を抑制することができる。
飽和水分量が 30 重量％未満となる水分散剤の配合量では、水分を取り込みにくくなり、浸入した水は軸受内部で大きな水滴として存在し油膜形成を阻害する。また、60 重量％より大きい配合量であると軸受内部に多量の水分を保持しすぎてしまい、錆が発生する。
【００１３】
また、水分散剤の配合量は、グリース全体および水の合計量に対して、含水率 20 重量％のときに測定した水分散剤により分散している水の粒子径が 50μm 以下となる量であることが好ましい。50μm 以下の水滴であれば、耐水グリースによる油膜形成を水分が阻害することはない。好ましくは 30μm 以下、さらに好ましくは 5〜25μm の範囲である。50μm をこえると油膜形成を阻害し軸受寿命を極端に短くする。なお、本発明における水の粒子径とは、荷重 600 N 下でガラスプレート上に押し広げた含水率 20 重量％のベースグリース中に分散している水滴の直径を顕微鏡にて測定した数値である。
【００１４】
本発明において飽和水分量を制御することができる水分散剤としては、界面活性剤を使用できる。界面活性剤は、水が燃料電池システム用転がり軸受中に浸入しても、油膜切れや発錆を起こさないようにグリース中に水分を分散し水分を無害化させるために用いられる。グリースに浸入した水は界面活性剤により微小な水粒子となってグリース中に分散させられる。グリースは連続相として存在できるので、油膜切れが生じないと考えられる。
また、同様に連続相であるグリースに閉じ込められた不連続相である水粒子は燃料電池システム用転がり軸受本体を構成する鋼と接触する確率も極めて低く、低い確率で鋼に付着した水粒子も燃料電池システム用転がり軸受本体の回転に連動する転動体の回転によりすぐに連続相であるグリースに置換されるので鋼を発錆させることができないと考えられる。
【００１５】
本発明に使用できる界面活性剤は、連続相であるグリース中に水粒子を不連続相として捕捉し易いＷ／Ｏ（油相（グリース）中に水相が分散している状態）型の界面活性剤であり、界面活性剤の水と油とへの親和性の程度を表わすＨＬＢ（ Hydrophilic-Lipophilic Balance ）値が 5〜18 の範囲であることが好ましい。
【００１６】
本発明に用いる界面活性剤としては、具体的には、ポリアルキレングリコール系、カルボン酸アルキレングリコール系、カルボン酸ポリアルキレングリコール系等のグリコール系界面活性剤、カルボン酸グリセリン系、カルボン酸ポリオキシアルキルグリセリン系、カルボン酸グリセリル系等のグリセリン系界面活性剤、カルボン酸ポリグリセリル系、カルボン酸ポリオキシアルキレングリセリル系等のグリセリル系界面活性剤、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル系、カルボン酸ポリオキシアルキレンアルキルエーテル系等のエーテル系界面活性剤、カルボン酸ポリオキシアルキレンアルキルエーテルジエステル系、ソルビタンエステル系等のエステル系界面活性剤、ポリオキシアルキレン硬化ひまし油系、カルボン酸ポリオキシアルキレン硬化ひまし油系等のひまし油系界面活性剤、カルボン酸ポリオキシアルキレントリメチロールプロパン系界面活性剤、金属スルフォネート系界面活性剤、ソルビタンエステル系界面活性剤等が挙げられる。なお、これらの界面活性剤は、単独でも、２種以上を併用してもよい。
【００１７】
本発明では上記界面活性剤のなかで、金属スルフォネート系界面活性剤、カルボン酸ポリアルキレングリコール系界面活性剤またはソルビタンエステル系界面活性剤を用いることが好ましい。特に好ましくは、Ｃａスルフォネート、ステアリン酸ポリエチレングリコール、ソルビタンモノオレエート等である。
金属スルフォネート系界面活性剤、カルボン酸ポリアルキレングリコール系界面活性剤またはソルビタンエステル系界面活性剤は、下記配合量の範囲内において、飽和水分量を 30〜60 重量％の範囲内に制御することができる。
【００１８】
本発明に使用できる界面活性剤（水分散剤）の配合量は、上述したように該グリースの飽和水分量を 30〜60 重量％とできる量であり、具体的には非水系基油と増ちょう剤とからなるベースグリース 100 重量部に対して 0.4〜4 重量部であることが好ましい。より好ましくは、1〜4 重量部である。0.4 重量部未満の場合には飽和水分量を 30 重量％以上とすることができない場合があり、所期の効果を十分に得ることが困難になる。また、4 重量部をこえる場合には飽和水分量が 60 重量％をこえる場合が生じ、また、油膜形成率などの所期の効果が頭打ちになり、軸受寿命などのグリース特性を低下させる。
【００１９】
本発明において使用できるＣａスルフォネートは、その塩基価が 50〜500 の範囲であることが好ましい。塩基価は、１分子中に含まれる塩基性物質の量を示し、添加剤が含有するＣａの量が多い場合に高い数値となる。塩基性のＣａスルフォネートは防錆性能を付与するだけではなく、極圧性能を付与することもできる。
例えば、本発明においてベースグリース 100 重量部に対し、Ｃａスルフォネートを 0.5〜2 重量部配合する場合には、塩基価が 50 未満のときには極圧性能が不十分となり、塩基価が 500 をこえても、それ以上の効果は望めない。
【００２０】
本発明において使用できるソルビタンモノオレエートは、非イオン性の界面活性剤であり、界面活性剤の水と油とへの親和性の程度を表わすＨＬＢ値が 9 前後を有し、親油性の性質を有する。該ソルビタンモノオレエートは、上記Ｃａスルフォネートと併用することが好ましい。
【００２１】
本発明において界面活性剤としてＣａスルフォネートとソルビタンモノオレエートとを併用する場合の配合量は、ベースグリース 100 重量部に対し、Ｃａスルフォネートを 0.5〜2 重量部、ソルビタンモノオレエートを 0.2〜1 重量部とすることが好ましい。
また、これらを単独で使用する場合は、Ｃａスルフォネートを 1.5〜4 重量部、ソルビタンモノオレエートを 0.4〜2 重量部配合することが好ましい。
両者を上記範囲内で併用することにより、耐水グリースの飽和水分量を 30〜60 重量％に制御することができる。また、油膜形成率などの所期の効果が頭打ちになり、軸受寿命などのグリース特性を低下させる等のおそれがない。
【００２２】
本発明に使用できる非水系基油は、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、流動パラフィン油、フィッシャー・トロプシュ法により合成されたＧＴＬ油、ポリブテン油、ポリ-α-オレフィン（以下、ＰＡＯと記す）油、アルキルナフタレン油、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、ポリグリコール油、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。これらの非水系基油は単独で、または 2 種類以上組み合せて用いることができる。
また、潤滑性能や価格を考慮すると、これらの非水系基油の中でも鉱油を使用することが好ましい。
【００２３】
本発明に使用できる非水系基油は、室温で液状を示し、40℃における動粘度が 20〜200mm2 /sec である。好ましくは、30〜120 mm2/sec である。20 mm2/sec 未満の場合は、短時間で非水系基油が劣化し、生成した劣化物が非水系基油全体の劣化を促進するため、軸受の耐久性を低下させ短寿命となる。また、200 mm2/sec をこえると回転トルクの増加による軸受の温度上昇が大きくなるので好ましくない。
【００２４】
本発明に用いる耐水グリースにおいて、ベースグリース 100 重量部中に占める非水系基油の配合割合は、好ましくは 60〜99 重量部、さらに好ましくは 70〜95 重量部である。
非水系基油の配合割合が、60 重量部未満では、グリースが硬く低温時の潤滑性が悪い。また 99 重量部をこえると軟質で洩れ易くなる。
【００２５】
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。耐熱性、コスト等を考慮するとウレア系化合物が望ましい。
【００２６】
ウレア系化合物は、例えば下記式（１）で表わされる。
【化１】
式中においてＲ2 は、炭素原子数 6〜15 の芳香族炭化水素基を、Ｒ1 およびＲ3 は、互いに同一であっても異なっていてもよく、それぞれ炭素原子数 6〜12 の芳香族炭化水素基または炭素原子数 6〜20 の脂環族炭化水素基およびまたは炭素原子数 6〜20 の脂肪族炭化水素基から選ばれた少なくとも一つの基を、それぞれ示す。
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と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。
【００２７】
式（１）で表されるジウレア化合物は、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、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、１,５-ナフチレンジイソシアネート、２,４-トリレンジイソシアネート、３,３-ジメチル-４,４-ビフェニレ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。
本発明においては、芳香族ジイソシアネートと、脂環族モノアミンおよび芳香族モノアミン、または芳香族モノアミン単体との反応で得られる脂環族−芳香族ウレア系化合物または芳香族ウレア系化合物が好ましい。特に好ましくは、脂環族モノアミンとしてシクロヘキシルアミンを、芳香族モノアミンとしてアニリンを併用する。
【００２８】
反応は、例えばモノアミン酸とジイソシアネート類を、70〜120℃程度の非水系基油中で十分に反応させた後、温度を上昇させ 120〜180℃で 1〜2 時間程度保持し、その後冷却し、ホモジナイザー、3 本ロールミル等を使用して均一化処理することによりなされ、各種配合剤を配合するためのベースグリースが得られる。
本発明においてベースグリース 100 重量部中に占める増ちょう剤の配合割合は、好ましくは 1〜40 重量部、さらに好ましくは 3〜25 重量部である。増ちょう剤の配合割合が 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 重量部をこえるとグリースが硬くなりすぎ、所期の効果が得られにくくなる。
【００２９】
本発明に用いる耐水グリースには、機能を損なわない範囲で、必要に応じて上記界面活性剤（水分散剤）以外の公知の添加剤を添加できる。添加剤としては、例えば、有機亜鉛化合物、有機モリブデン化合物などの極圧剤、アミン系、フェノール系、イオウ系化合物などの酸化防止剤、イオウ系、リン系化合物などの摩耗抑制剤、多価アルコールエステルなどの防錆剤、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、エステル、アルコールなどの油性剤、などが挙げられる。また、白色組織変化を伴う早期剥離を抑制する添加剤としてモリブデン酸塩、有機酸塩、アルミニウム、銅などの金属微粉末を配合することもできる。これらを単独または 2 種類以上組み合せて添加できる。
【００３０】
本発明に用いる耐水グリースには、上記添加剤のなかでも、極圧性能を付与するための極圧剤と、酸化劣化を抑制するための酸化防止剤とを配合することが好ましい。極圧剤としては亜鉛ジチオフォスフェートを、酸化防止剤としてはアミン系酸化防止剤を用いることが特に好ましい。
【００３１】
亜鉛ジチオフォスフェートとしては、例えば下記式（２）で表わされる亜鉛ジアルキルジチオフォスフェートが挙げられ、グリースの極圧性能を付与するために配合するものである。
【化２】
式中においてＲ は、アルキル基を示す。アルキル基としては、一級アルキル基、二級アルキル基およびアリール基が挙げられるが、水に対する安定性や摩耗防止性等のバランスのよい二級アルキル基を用いることが好ましい。
【００３２】
亜鉛ジチオフォスフェートの配合量は、ベースグリース 100 重量部に対して 0.5〜2.0 重量部を配合することが好ましい。最も好ましくは、ベースグリース 100 重量部に対して 2.0 重量部である。0.5 重量部未満のときは極圧性能が不十分となり、所期の効果を十分に得ることが困難になり、また、2.0 重量部をこえて添加しても、それ以上の効果を得ることはできない。
【００３３】
アミン系酸化防止剤としては、例えば、フェニル-１-ナフチルアミン、フェニル-２-ナフチルアミン、ジフェニル-ｐ-フェニレンジアミン、ジピリジルアミン、フェノチアジン、Ｎ-メチルフェノチアジン、Ｎ-エチルフェノチアジン、３，７-ジオクチルフェノチアジン、ｐ，ｐ'-ジオクチルジフェニルアミン、Ｎ，Ｎ'-ジイソプロピル-ｐ-フェニレンジアミン等が挙げられる。
アミン系酸化防止剤の配合量は、ベースグリース 100 重量部に対して 0.5〜2.0 重量部を配合することが好ましい。0.5 重量部未満のときは酸化防止性能が不十分となり、所期の効果を十分に得ることが困難になり、また、2.0 重量部をこえて添加してもそれ以上の効果は望めない。最も好ましくは、ベースグリース 100 重量部に対して 1 重量部である。
【実施例】
【００３４】
本発明を実施例および比較例により具体的に説明するが、これらの例によって何ら限定されるものではない。
実施例１〜実施例１１および比較例１〜比較例６
非水系基油である鉱油に、増ちょう剤としてウレア化合物を均一に分散させた鉱油／ウレア系ベースグリース（ＪＩＳちょう度Ｎｏ．２グレード、ちょう度：265〜295 ）を準備した。
鉱油（新日本石油社製タービン１００、40℃における動粘度：100 mm2/sec ）2000 g 中で、ジフェニルメタン-４,４'-ジイソシアネー卜 231.7 g と、アニリン 86.2 g と、シクロヘキシルアミン 91.7 g とを反応させ、生成したウレア化合物を均一に分散させてベースグリースを得た。このベースグリースに、表１に示す配合で添加剤を配合して試験用グリースを得た。
【００３５】
得られた試験用グリースにつき、以下に記す油膜形成率試験、軸受寿命試験および飽和水分量測定に供し、油膜形成率、軸受寿命時間、飽和水分量および錆の発生有無を測定した。結果を表１に併記する。
【００３６】
＜油膜形成率試験＞
使用軸受：アンギュラ玉軸受７００６ＡＤＬＬＢ（外輪：Ｓ５３Ｃ、内輪：ＳＵＪ２）を燃料電池システム用転がり軸受に模擬して使用した。
試験条件：得られた試験用グリースをアンギュラ玉軸受７００６ＡＤＬＬＢに 1.0 g封入し、ラジアル荷重 8000 N 、アキシャル荷重 3000 N 、軸受回転数 1000 rpm にて回転させた状態で、注水量 1.0 ml／時間で 10 時間、注水したときの試験用グリースの油膜形成率を測定した。油膜形成率は電気抵抗法で測定した。
【００３７】
＜軸受寿命試験＞
使用軸受：アンギュラ玉軸受７００６ＡＤＬＬＢを燃料電池システム用転がり軸受に模擬して使用した。
試験条件：得られた試験用グリースをアンギュラ玉軸受７００６ＡＤＬＬＢに 1.0 g封入し、ラジアル荷重 8000 N 、アキシャル荷重 3000 N 、軸受回転数 1000 rpm にて回転させた状態で、注水量 1.0 ml／時間で注水したときの軸受寿命を測定した。軸受寿命は外輪転動面、内輪転動面、鋼球のいずれか 1 つが損傷し振動が大きくなるまでの時間を軸受寿命とした。
【００３８】
＜飽和水分量測定＞
一定量を量り採った試験用グリースに水の混入割合を 5 重量％ずつ変化させて加え、ミクロスパーテルを用いて手動で撹拌し、加えた水を分散できた最大の水分量を求め、以下の式を用いて飽和水分量を算出した。分散できたかどうかは、試験用グリースをガラスプレートに採取し、厚さ 0.025 mm のスペーサシムをガラスプレートの両端に置き、その上から別のガラスプレートで挟み、ガラスプレート全体に 600 N の荷重を均一に負荷して、試験用グリースを広げ顕微鏡で観察したとき、グリース内に存在する最も大きい水滴の粒子径が 50μm 以下であるときを、分散できているとした。
飽和水分量（重量％）＝グリース中へ分散可能な最大水分量×100／（試験用グリース重量＋グリース中へ分散可能な最大水分量）
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１に示すとおり、飽和水分量が 30〜60 重量％の領域（特に 40〜50 重量％）で、高い油膜形成率となる。
水が混入した場合、飽和水分量が 30 重量％未満のグリースや 60 重量％をこえるグリースでは油膜の形成が損なわれるため金属接触を起こすことや、錆が発生する。30〜60 重量％では油膜を形成できるため金属接触を起こす危険性は少ないため軸受寿命も長く、さらに錆の発生を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の燃料電池システム用転がり軸受は、非水系基油と、増ちょう剤とからなるベースグリースに、水をグリース中に分散させることができる分散剤を配合して、該グリースの飽和水分量が 30〜60 重量％に制御されている耐水グリースを封入してなるので、軸受運転時にグリース中に水が混入したとしてもグリースの油膜形成の阻害を起こす水分の働きを抑制することができ、軸受の表面起点型剥離を抑えることができ、潤滑条件が過酷になっても長寿命を得ることができる。そのため、水浸入の可能性がある環境下で、耐摩耗性とともに、長期間耐久性の要求される圧送機などの燃料電池システム用転がり軸受として好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】深溝玉軸受の断面図である。
【図２】インペラ型圧送機の断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 深溝玉軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体
５ 保持器
６ シール部材
７ 耐水グリース
８ 開口部
９ インペラ
１０ 回転軸
１１ ケーシング
１２ 気体吸込み口
１３ バックプレート
１４ 加圧ボリュート
１５ 気体吐出口
１６ 背面空間
１７ シールリング
１８ 間隙
１９ メカニカルシール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムに用いられる流体を圧送するための圧送機に設けられている回転部位を回転自在に支持する燃料電池システム用転がり軸受であって、
該転がり軸受は、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、
前記グリースは、非水系基油および増ちょう剤からなるベースグリースに、少なくとも水分散剤を含む添加剤を配合してなる耐水グリースであり、前記水分散剤の配合量は、前記耐水グリースの飽和水分量が 30〜60 重量％に設定される量であることを特徴とする燃料電池システム用転がり軸受。
【請求項２】
前記水分散剤が界面活性剤であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム用転がり軸受。
【請求項３】
前記非水系基油が鉱油であり、前記増ちょう剤がウレア系化合物であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の燃料電池システム用転がり軸受。
【請求項１】
燃料電池システムに用いられる流体を圧送するための圧送機に設けられている回転部位を回転自在に支持する燃料電池システム用転がり軸受であって、
該転がり軸受は、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、
前記グリースは、非水系基油および増ちょう剤からなるベースグリースに、少なくとも水分散剤を含む添加剤を配合してなる耐水グリースであり、前記水分散剤の配合量は、前記耐水グリースの飽和水分量が 30〜60 重量％に設定される量であることを特徴とする燃料電池システム用転がり軸受。
【請求項２】
前記水分散剤が界面活性剤であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム用転がり軸受。
【請求項３】
前記非水系基油が鉱油であり、前記増ちょう剤がウレア系化合物であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の燃料電池システム用転がり軸受。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−１１１５１２（Ｐ２００８−１１１５１２Ａ）
【公開日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９５７０９（Ｐ２００６−２９５７０９）
【出願日】平成１８年１０月３１日（２００６．１０．３１）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月３１日（２００６．１０．３１）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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