JP2005048044A

JP2005048044A - 転動装置用グリース組成物及び転動装置

Info

Publication number: JP2005048044A
Application number: JP2003281024A
Authority: JP
Inventors: Shinya Nakatani; 真也中谷; Yasunobu Fujita; 安伸藤田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】高温・高速条件下で優れた潤滑性能を示す転動装置用グリース組成物、並びに高温・高速条件下でも長寿命の転動装置を提供する。
【解決手段】基油全量の５０質量％を超える量の芳香族エステル油を含有する基油に、増ちょう剤として特定のジウレア化合物を配合してなることを特徴とする転動装置用グリース組成物、並びに内方部材と外方部材との間に、複数の転動体を転動自在に配設してなり、前記内方部材と前記外方部材と前記転動体とで形成される空間に前記転動装置用グリース組成物を充填したことを特徴とする転動装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば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等の自動車電装部品、アイドラプーリ等の自動車エンジン補機等のような高温、高速で使用される機器に組み込まれる転動装置用のグリース組成物、並びに前記グリース組成物を封入した転動装置に関する。

自動車は小型軽量化を目的としたＦＦ（フロントエンジンフロントドライブ）車の普及により、更には居住空間拡大の要望により、エンジンルーム空間の減少を余儀なくされ、上記に挙げたような電装部品やエンジン補機の小型軽量化がより一層進められており、それに組み込まれる各部品も高性能高出力化がますます求められている。しかし、小型化により出力の低下は避けられず、例えばオルタネータやカーエアコン用電磁クラッチでは高速化することにより出力の低下分を補っており、それに伴って中間プーリも高速化することになる。更に、静粛性向上の要望によりエンジンルームの密閉化が進み、エンジンルーム内の高温化が促進されるため、これらの部品は高温に耐えることも必要となっており、１６０〜２００℃の高温に晒されることもある。そのため、これらの部品に組み込まれる転がり軸受では、１６０℃以上の高温に耐え得る耐熱性の高いグリース組成物が必要になっている。

このような耐熱性の要求に対し、従来では、アルキルジフェニルエーテル油を基油とし、末端に芳香族炭化水素基を有するウレア化合物を増ちょう剤とするグリース組成物が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。しかし、これらのグリース組成物は、高温での流動性が不足し、高温・高速条件下では比較的早期に焼付きが発生する。

また、アルキルジフェニルエーテル油を基油とし、末端にシクロヘキシル着を有するウレア化合物を増ちょう剤とするグリース組成物も知られている（例えば、特許文献４参照）。しかし、このグリース組成物は、高温で軟化しやすく、グリース漏れを起こして比較的早期に焼付きが発生する。

更に、エステル油を基油とし、末端に芳香族炭化水素基を有するウレア化合物を増ちょう剤とするグリース組成物が知られている（例えば、特許文献５参照）。しかし、このグリース組成物は、高温での酸化安定性に劣るため、比較的早期に焼付きが発生する。

特許第２７６４７２４号公報特開平５−９８２８０号公報特許第３３３７５９３号公報特許第２９７９２７４号公報特許第３３３０７５５号公報

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、高温・高速条件下で優れた潤滑性能を示す転動装置用グリース組成物、並びに高温・高速条件下でも長寿命の転動装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、以下の転動装置用グリース組成物及び転動装置を提供する。
（１）基油全量の５０質量％を超える量の芳香族エステル油を含有する基油に、増ちょう剤として下記一般式（Ｉ）で表されるジウレア化合物を配合してなることを特徴とする転動装置用グリース組成物。

（式中、Ｒ₂は炭素数６〜１５の芳香族系炭化水素基を表し、Ｒ₁及びＲ₃は炭素数６〜１２の芳香族系炭化水素基またはシクロヘキシル基または炭素数７〜１２のアルキルシクロヘキシル基を表し、かつＲ₁及びＲ₃中のシクロヘキシル基または炭素数７〜１２のアルキルシクロヘキシル基の割合が５〜９５モル％である。）
（２）基油が、残部をアルキルジフェニルエーテル油、ペンタエリスリトールエステル油及びポリα−オレフィン油の少なくとも１種とし、かつ４０℃における動粘度が３０〜２００ｍｍ²／ｓであることを特徴とする上記（１）記載の転動装置用グリース組成物。
（３）増ちょう剤の配合量がグリース組成物全量の５〜３０質量％であることを特徴とする上記（１）または（２）記載の転動装置用グリース組成物。
（４）内方部材と外方部材との間に、複数の転動体を転動自在に配設してなり、前記内方部材と前記外方部材と前記転動体とで形成される空間に、上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の転動装置用グリース組成物を充填したことを特徴とする転動装置。

本発明によれば、高温・高速条件下で優れた潤滑性能を示す転動装置用グリース組成物が提供される。また、この転動装置用グリース組成物を充填することにより、高温・高速条件下でも長寿命の転動装置が提供される。

以下、本発明の転動装置用グリース組成物（以下、単に「グリース組成物」という）及び転動装置に関して詳細に説明する。

（グリース組成物）
〔基油〕
本発明のグリース組成物において、基油は芳香族エステル油を基油全量の５０質量％を超える量含有する。芳香族エステル油の含有量が５０質量％以下では、高温での焼付きを起こしやすくなり、更には耐摩耗性も十分に発現しなくなる。

芳香族エステル油の中でも、トリメリット酸アルキルエステル油及びピロメリット酸アルキルエステル油が好ましい。アルキル基は炭素数４〜１８のアルキル基であり、具体的にはブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基等が挙げられる。これらアルキル基は直鎖でも分岐鎖であってもよい。これらトリメリット酸アルキルエステル油及びピロメリット酸アルキルエステル油は流動点が低く、粘度指数も高いため、極低温から高温まで広い使用温度で優れた潤滑性能を示す。特に、トリメリット酸エステル油は流動点が低く、好ましい。

このようなトリメリット酸エステル油及びピロメリット酸エステル油は市場からも入手でき、トリメリット酸エステル油として花王（株）製「トリメックスＴ−０８」、「トリメックスＮ−０８」、旭電化（株）製「アデカプルーバーＴ−４５」、「アデカプルーバーＴ−９０」、「アデカプルーバーＰＴ−５０」、ＵＮＩＱＥＭＡ社製「ＥＭＫＡＲＡＴＥ８１３０」、「ＥＭＫＡＲＡＴＥ９１３０」等、ピロメリット酸エステル油として旭電化（株）製「アデカプルーバーＬＸ−１８９１」、「アデカプルーバーＬＸ−１８９２」等が挙げられる。

基油の残部は、アルキルジフェニルエーテル油、ペンタエリスリトールエステル油及びポリα−オレフィン油の少なくとも１種であることが好ましい。これらは何れも流動点が低く、耐熱性や耐酸化性等に優れる。アルキルジフェニルエーテル油は下記一般式（II）で表され、式中のＲ₄、Ｒ₅、Ｒ₆の中で１つは水素原子であり、他の２つはアルキル基、好ましくは炭素数８〜２０、更に好ましくは炭素数１２〜１４の直鎖アルキル基である。また、２つのアルキル基は同一でも異なっていてもよい。

ペンタエリスリトールエステル油としては、トリメチロールプロパンカプリレート、パンタエリスリトール−２−エチルヘキサノエート等のポリオールエステル油が好ましい。ポリα−オレフィン油は下記一般式（III）で表され、式中のＲ₇はアルキル基であり、同一分子中に２種以上の異なったアルキル基が混在していてもよいが、好ましくはｎ−オクチル基である。また、ｎは３〜８の整数が好ましい。

また、基油は、４０℃における動粘度が３０〜２００ｍｍ²／ｓであることが好ましい。基油の動粘度が２００ｍｍ²／ｓ（４０℃）を超えると、転動装置のトルクが上昇しすぎ、更に低温での流動性も不十分となり転動装置を低温下で起動する際に異音が発生するおそれがあるため好ましくない。一方、基油の動粘度が３０ｍｍ²／ｓ（４０℃）未満では、蒸発損失や潤滑性の問題から好ましくない。即ち、基油の粘度が低すぎると、高温において転動装置の回転中に軌道面と転動体との金属接触を避けるのに十分な潤滑油膜の形成が困難になる。このような問題を生じ難くし、異常剥離現象が生じず耐久性に優れたグリース組成物とするには、基油の動粘度を３０〜２００ｍｍ²／ｓ（４０℃）とする。

〔増ちょう剤〕
上記基油には、増ちょう剤として脂環族炭化水素基を有するジウレア化合物が配合される。脂環族炭化水素基を有するジウレア化合物としては、下記（Ｉ）式に示すジウレア化合物が好ましい。

式中、Ｒ₂は炭素数６〜１５の芳香族系炭化水素基を表し、Ｒ₁及びＲ₃は炭素数６〜１２の芳香族系炭化水素基またはシクロヘキシル基または炭素数７〜１２のアルキルシクロヘキシル基を表す。炭素数６〜１２の芳香族系炭化水素基としてはフェニル基、トルイル基、キシリル基、ｔ−ブチルフェニル基、ベンジル基等が好ましく、特に１価の芳香族炭化水素基が適している。また、炭素数７〜１２のアルキルシクロヘキシル基としては、シクロヘキシル誘導体が挙げられる。

また、（Ｉ）式において、Ｒ₁及びＲ₃中のシクロヘキシル基または炭素数７〜１２のアルキルシクロヘキシル基の割合は５〜９５モル％である。この割合が５モル％未満では、芳香族系炭化水素の割合が９５モル％超となるため、高温下におけるグリース組成物の流動性に問題が生じて長時間の使用に耐えられなくなる。

上記（Ｉ）式で表されるジウレア化合物は、基油中で、Ｒ₂を骨格中に有するジイソシアネート１モルに対し、Ｒ₁またはＲ₃を骨格中に有するモノアミンを合計で２モルの割合で反応させることにより得られる。

また、（１）式で表されるジウレア化合物は、単独でも、混合して使用してもよく、グリース組成物全量に対して５〜３０質量％配合される。配合量が５質量％未満ではグリース状態を維持することが困難となり、３０質量％を超える場合はグリース組成物が硬化しすぎて十分な潤滑効果を発揮することができない。より高温高速条件にも耐え得ることを考慮すると、高温、高せん断によるグリース軟化、また潤滑効果を勘案して配合量を１０〜２５質量％とすることが好ましい。

グリース組成物は、混和ちょう度が２２０〜３８５であることが好ましい。混和ちょう度が２２０未満では、硬すぎてグリース組成物を充填した転動装置のトルク性能が低下する。また、混和ちょう度が３８５を超えると転動装置からの漏れ量が多くなる。

グリース組成物には、その性能を一層高めるため、必要に応じて各種の添加剤を含有させることができる。本発明の用途である自動車電装補機用の転動装置では高い防錆性が要求さていることから、酸化防止剤や防錆剤の添加は特に望ましい。酸化防止剤としては、フェニル−１−ナフチルアミン等のアミン系酸化防止剤、２，６−ジ−tert−フェニルフェノール等のフェノール系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、ジチオリン酸亜鉛、ジチオカルバミン酸亜鉛等が好適である。防錆剤としては、アルカリ金属またはアルキル土類金属等の有機スルフォン酸塩、アルキルコハク酸エステル等のアルキルコハク酸誘導体、アルケニルコハク酸エステル等のアルケニルコハク酸誘導体、ソルビタンモノオレエート等の多価アルコールの部分エステル等が好適である。

その他の添加剤としては、リン系、ジチオリン酸亜鉛、有機モリブデン等の極圧剤、脂肪酸、動植物油等の油性向上剤、ベンゾトリアゾールの金属不活性剤等が挙げられ、これらを単独または２種以上組み合わせて添加することができる。これら添加剤の添加量は、本発明の所期の目的を達成できれば特に限定されるものではなく、適宜設定される。

上記の如く構成される本発明のグリース組成物は、高温下でも優れた潤滑性能を示す、耐久性にも優れる。従って、本発明のグリース組成物は、例えばオルタネータや電磁クラッチ等の自動車電装部品、アイドラプーリ等の自動車エンジン補機のように、高温高速条件下で使用される機器に組み込まれる転動装置用として好適である。

（転動装置）
本発明はまた、上記のグリース組成物を封入した転動装置に関する。転動装置としては，転がり軸受、ボールねじ、リニアガイド装置、直動ベアリング装置等が対象になるが、これに制限されない。尚、内方部材とは、転がり軸受では内輪、ボールねじではねじ軸、リニアガイド装置では案内レール、直動ベアリング装置では軸であり、外方部材とは転がり軸受では外輪、ボールなじではナット、リニアガイドではスライダ、直動ベアリング装置では外筒である。そして、本発明では、これら内方部材と外方部材と転動体とで形成される空間に、従来と同様にして上記のグリース組成物が充填される。以下に、転動装置として、図１に示す複列アンギュラ玉軸受１０を例示して、より詳細に説明する。

図示される複列アンギュラ玉軸受１０は、外輪１５の内周面に設けた複列の外輪軌道１７、１７と、内輪１６、１６の各外周面に設けた内輪軌道１８、１８との間に複数個ずつ転動自在に転動体（玉）１９、１９を設けて、外輪１５と内輪１６、１６との相対回転を自在としている。また、外輪１５と内輪１８，１８との間はシール装置１で密封されている。このシール装置１は、金属製のスリンガ２と弾性材料からなるシール材３とを一体成形したものである。スリンガ２は、外輪１５の端部内周面に内嵌固定自在な外径側円筒部５と、外径側円筒部５の軸方向内端縁から直径方向内方に折れ曲がった内側円輪部６とを備えた、断面略Ｌ字形で全体を円環状とする第１部材と、内輪１６の外端部外周面に外嵌固定自在な内径側円筒部８と、この内径側円筒部８の軸方向外端縁から直径方向外方に折れ曲がった外側円輪部９とを備えた、断面Ｌ字形で全体を円環状としている第２部材とで構成されている。シール材３は、外側、中間、内側の３本のシールリップ３ａ、３ｂ、３ｃを備えており、最も外側に位置する外側シールリップ３ａの先端縁をスリンガ２を構成する外側円輪部９の内側面に全周に亙って摺接させ、残り２本のシールリップである中間シールリップ３ｂ及び内側シールリップ３ｃの先端縁をスリンガ２を構成する内径側円筒部８の外周面に全周に亙って摺接させて、高いシール性能を発揮する。

上記のグリース組成物は、外輪１５、内輪１６，１６、玉１９及びシール装置１で形成される空間に封入される。封入量には制限がないが、前記空間の２５〜４５体積％を占めることが好ましい。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

（試験グリースの調製）
表１〜表３に示す配合にて、試験グリースを調製した。また、比較のために市販のグリースも用意した（比較例６）。尚、表中の基油及び増ちょう剤の含有量は、基油と増ちょう剤との合計量を１００としたときのそれぞれの配合比率を示してある。また、表中の増ちょう剤の各成分の欄の数値は増ちょう剤全量に対する配合比率（質量％）であり、同じく基油の各成分の欄の数値は基油全量に対する配合比率（質量％）である。

グリースの調製に際し、第１の容器に表記の基油の半量を入れ、そこへ表記のモノアミンを投入して溶解させた。また、第２の容器に表記の基油の半量を入れ、そこへ表記のジイソシアネートを投入して溶解させた。そして、第２の容器に第１の容器の内容物を加え、約７０℃に加熱しながら攪拌して反応させた。その後、１６０℃まで昇温して反応を終了し、冷却した後、添加剤を添加してロールミルを通し、脱泡して試験グリースを得た。添加剤は共通で、それぞれグリース全量の１．０質量％のアミン系酸化防止剤、１．０質量％のナフテン酸亜鉛系防錆剤、０．５質量％のソルビタンモノオレエート系防錆剤及び０．０５質量％のベンゾトリアゾール系金属不活性化剤である。

上記の如く調製した試験グリースを用いて下記に示す（１）焼付き試験、（２）低温異音試験、（３）防錆試験を行った。結果を表１〜３に併記する。

（１）焼付き試験
内径φ３５ｍｍ、外径φ５２ｍｍ、幅２０ｍｍの接触ゴムシール付き複列アンギュラ玉軸受（図１参照）に、試験グリースを１ｇ封入して試験軸受を作製した。そして、外輪回転速度１００００ｍｉｎ^-1、軸受温度１８０℃、ラジアル荷重１９６０Ｎの条件で連続回転させ、内輪温度が１９０℃に上昇したときに焼付きと見做し、それまでの時間を測定した。結果は比較例３の焼付き寿命を１とした相対対値で示した。

（２）低温異音試験
内径φ２５ｍｍ、外径φ６２ｍｍ、幅１７ｍｍの接触ゴムシール付き単列深溝玉軸受に、試験グリースを３．５ｇ封入して試験軸受を作製した。そして、−３０℃、アキシアル荷重９８０Ｎの条件下で内輪を回転速度１８００ｍｉｎ^-1で５秒回転した後３６００ｍｉｎ^-1で５秒回転する操作を５回繰り返して行い、異音の発生の有無を確認した。異音が発生した場合を不合格とした。

（３）防錆試験
内径φ１７ｍｍ、外径φ４７ｍｍ、幅１４ｍｍの単列深溝玉軸受に、試験グリースを２．７ｇ封入し、更に０．５％塩化ナトリウム水溶液を軸受内部に０．５ｍＬ注入し、非接触シールを取り付けて試験軸受を作製した。試験軸受を１８００ｍｉｎ^-1で３０秒間回転させて試験グリース及び塩化ナトリウム水溶液を軸受内部に行き渡らせた後、８０℃、１００％ＲＨの環境下に４８時間放置した。放置後、試験軸受を分解して軌道面を観察し、錆の発生状況を下記にて評価した。尚、実用上、♯７〜♯５が防錆性能良好であり、♯４〜♯１は防錆性能不良である。
♯７：錆の発生無し
♯６：シミ状の微小な錆有り
♯５：直径０．３ｍｍ以下の点状の錆有り
♯４：直径１．０ｍｍ以下の錆有り
♯３：直径５．０ｍｍ以下の錆有り
♯２：直径１０．０ｍｍ以下の錆有り
♯１：軌道面の略全面に錆が発生

表１〜３に示すように、本発明に従う実施例１〜１２の試験グリースを封入することにより、軸受の焼付き寿命を改善でき、低温での異音の発生も抑えることができ、更には防錆性も向上する。これに対し、比較例１のように、芳香族エステル油を含む基油を用いても、芳香族ジウレアのみの増ちょう剤を用いると、低温で異音が発生するようになる。また、比較例２のように、芳香族エステル油を含む基油を用いても、シクロヘキシルアミンのみの増ちょう剤を用いると、高温耐久性に劣るようになる。また、比較例４及び比較例５のように、基油に芳香族エステル油を含まれないと、高温耐久性が大きく劣るようになる。

（芳香族エステル油の含有量の検証）
実施例１の試験グリースの配合に従い、芳香族エステル油とジアルキルジフェニルエーテル油との配合比を変えた基油を用いて試験グリースを調製した。そして、試験グリースを用いて上記（１）焼付き試験を行った。

図２に、芳香族エステル油の含有量と焼付き寿命との関係をグラフにして示す。尚、焼付き寿命は、同様に比較例３の試験グリースに対する相対値で示してある。図示されるように、芳香族エステル油を５０質量％を超える量含有することにより、焼付き寿命が特に良好になることがわかる。

（ジウレア化合物におけるシクロヘキシルアミン量の検証）
実施例５の試験グリースの配合に従い、シクロヘキシルアミンとｐ−トルイジンとの配合比を変えて試験グリースを調製した。そして、試験グリースを用いて上記（１）焼付き試験を行った。

図３に、シクロヘキシルアミン量と焼付き寿命との関係をグラフにして示す。尚、焼付き寿命は、同様に比較例３の試験グリースに対する相対値で示してある。図示されるように、シクロヘキシルアミン量が５〜９５質量％の範囲で焼付き寿命が特に良好になることがわかる。

本発明の転動装置の一実施形態である複列アンギュラ玉軸受を示す断面図である。実施例で得られた、基油中の芳香族エステル油の含有量と相対焼付き寿命との関係を示すグラフである。実施例で得られた、増ちょう剤におけるシクロヘキルアミン量と相対焼付き寿命との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０複列アンギュラ玉軸受
１５外輪（外方部材）
１６内輪〔内方部材〕
１７外輪軌道
１８内輪軌道
１９転動体（玉）

Claims

基油全量の５０質量％を超える量の芳香族エステル油を含有する基油に、増ちょう剤として下記一般式（Ｉ）で表されるジウレア化合物を配合してなることを特徴とする転動装置用グリース組成物。

（式中、Ｒ₂は炭素数６〜１５の芳香族系炭化水素基を表し、Ｒ₁及びＲ₃は炭素数６〜１２の芳香族系炭化水素基またはシクロヘキシル基または炭素数７〜１２のアルキルシクロヘキシル基を表し、かつＲ₁及びＲ₃中のシクロヘキシル基または炭素数７〜１２のアルキルシクロヘキシル基の割合が５〜９５モル％である。）
基油が、残部をアルキルジフェニルエーテル油、ペンタエリスリトールエステル油及びポリα−オレフィン油の少なくとも１種とし、かつ４０℃における動粘度が３０〜２００ｍｍ²／ｓであることを特徴とする請求項１記載の転動装置用グリース組成物。
増ちょう剤の配合量がグリース組成物全量の５〜３０質量％であることを特徴とする請求項１または２記載の転動装置用グリース組成物。
内方部材と外方部材との間に、複数の転動体を転動自在に配設してなり、前記内方部材と前記外方部材と前記転動体とで形成される空間に、請求項１〜３の何れか１項に記載の転動装置用グリース組成物を充填したことを特徴とする転動装置。