JP2018065971A - グリース組成物および当該グリース組成物が封入された転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】低トルク性能と耐グリース漏れ性とを両立することができるグリース組成物および当該グリース組成物が封入された転がり軸受を提供する。【解決手段】エステル油を含む基油と、下記式（１）で表されるジウレアを含む増ちょう剤とを含有し、ジウレアからなる増ちょう剤の含有量が、１８質量％以下である、グリース組成物（Ｇ）を提供する。【化１】【選択図】図１

Description

本発明は、グリース組成物および当該グリース組成物が封入された転がり軸受に関する。

特許文献１は、モータ用軸受に使用されるグリース組成物として、パーフルオロポリエーテル油からなる基油と、ポリテトラフルオロエチレンからなる増ちょう剤と、無機系微粒子としてのシリカとを含有するグリース組成物を開示している。

特開２０１０−６５１７１号公報

潤滑剤としてグリースが封入された軸受では、グリースは軸受のトルク性能に大きく影響する。軸受において低トルク性能を確保するためには、グリースの高温粘性を下げることによって、軸受の回転時、トルクに影響を与え難い部分（シールや保持器等）にグリースを流動させることが好ましい。しかしながら、グリースの流動性が高いと、軸受に存在する微小な隙間等からグリースが漏れ出す場合がある。

そこで、本発明の目的は、低トルク性能と耐グリース漏れ性とを両立することができるグリース組成物および当該グリース組成物が封入された転がり軸受を提供ことである。

上記の課題を解決するための本発明のグリース組成物は、エステル油を含む基油と、下記式（１）で表されるジウレアを含む増ちょう剤とを含有し、前記ジウレアの含有量が、１８質量％以下である（請求項１）。

（式中、Ｒ１およびＲ３は、互いに同一または相異なって脂肪族炭化水素基および脂環式炭化水素基を示し、Ｒ２は、芳香族炭化水素基を示す。）。
本発明のグリース組成物では、温度１３０℃、せん断速度１００ｓ^−１におけるせん断粘度が４Ｐａ・ｓ以上であり、かつ、ひずみ１，０００，０００％におけるせん断応力が１８００Ｐａ以上であってもよい（請求項２）。

本発明の転がり軸受（１）には、本発明のグリース組成物（Ｇ）が封入されている（請求項３）。

本発明のグリース組成物によれば、増ちょう剤が、末端官能基として脂肪族炭化水素基および脂環式炭化水素基の両方を含み、かつ増ちょう剤の含有量を１８質量％以下とすることによって、大きなひずみが発生するせん断応力を高くすることができる。これにより、グリースのチャンネリング性を向上させることができ、軸受回転トルクを低く抑えることができる。

一方で、高温におけるせん断粘度を高くできるので、グリース漏れを防止することもできる。その結果、転がり軸受の製品寿命を向上させることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る転がり軸受を示す断面図である。 図２は、サンプルＮｏ．１〜８について、せん断応力と軸受回転トルクとの関係を示す図である。 図３は、サンプルＮｏ．１〜８について、せん断粘度とグリースの漏れ性との関係を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る転がり軸受１を示す断面図である。
転がり軸受１は、互いの間に環状の領域２を区画する一対の軌道部材としての内輪３および外輪４と、領域２に配置され内輪３および外輪４に対して転動する複数の転動体としてのボール（玉）５と、領域２に配置され、各ボール５を保持する保持器６と、領域２に充填されたグリースＧと、外輪４に固定されて内輪３と摺接する一対の環状のシール部材７，８とを備えている。

各シール部材７，８は、環状の芯金９，９と、この芯金９，９に焼き付けられた環状のゴム体１０，１０とを有している。各シール部材７，８は、その外周部が外輪４の両端面に形成した溝部１１，１１に嵌められて固定されており、内周部が内輪３の両端面に形成した溝部１２，１２に嵌められて固定されている。
グリースＧは、両輪３，４間に一対のシール部材７，８で区画された領域２内に略一杯となるように封入されている。

次に、グリースＧを構成するグリース組成物について詳細に説明する。
本発明のグリース組成物は、基油および増ちょう剤を含有している。
基油としては、主成分（少なくとも基油の総量に対して５０質量％を超え、好ましくは、８０質量％以上、さらに好ましくは１００質量％）としてエステル油を含み、その他、合成油（エステル油を除く）および鉱油を含んでいてもよい。

エステル油としては、例えば、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、ジトリデシルタレート、メチル・アセチルシノレート等のジエステル油、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、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ベラルゴネート、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、炭酸エステル油、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。これらのうち、好ましくは、ポリオールエステル油が挙げられ、さらに好ましくは、トリメチロールプロパン系のエステル油が挙げられる。

エステル油と併用してもよい合成油としては、例えば、合成炭化水素油、シリコーン油、フッ素油、フェニルエーテル油、ポリグリコール油、アルキルベンゼン油、アルキルナフタレン油、ビフェニル油、ジフェニルアルカン油、ジ(アルキルフェニル)アルカン油、ポリグリコール油、ポリフェニルエーテル油、パーフルオロポリエーテル、フッ素化ポリオレフィン等のフッ素化合物等が挙げられる。

また、エステル油と併用してもよい鉱油としては、例えば、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油等が挙げられる。
基油の動粘度（４０℃）は、例えば、２５ｍｍ^２／ｓ〜３５ｍｍ^２／ｓである。
基油の配合量は、例えば、グリース組成物全量に対して８０質量％以上、好ましくは、８５質量％以下である。

増ちょう剤としては、主成分（少なくとも基油の総量に対して５０質量％を超え、好ましくは、８０質量％以上、さらに好ましくは１００質量％）としてジウレアからなる増ちょう剤を含み、その他の種類の増ちょう剤を含んでいてもよい。
ジウレアからなる増ちょう剤は、下記式（１）で表される。

式中、Ｒ１およびＲ３は、互いに同一または相異なって脂肪族炭化水素基および脂環式炭化水素基を示し、Ｒ２は、芳香族炭化水素基を示す。好ましくは、Ｒ１およびＲ３は、互いに同一または相異なってＣ８〜Ｃ１８の脂肪族炭化水素基および脂環式炭化水素基であり、さらに好ましくは、Ｒ１およびＲ３は、互いに同一または相異なってＣ８〜Ｃ１８のアルキル基および脂環式炭化水素基である。

すなわち、上記式（１）で表されるジウレアからなる増ちょう剤は、（１）Ｒ１およびＲ３が共に脂肪族炭化水素基、（２）Ｒ１およびＲ３が共に脂環式炭化水素基、および（３）Ｒ１およびＲ３の一方が脂肪族炭化水素基で他方が脂環式炭化水素基であるという、少なくとも３種類のジウレアを含んでいてもよい。
より具体的には、上記式（１）で表されるジウレアは、脂肪族アミンおよび脂環式アミンの混合アミンと、ジイソシアネートとを反応させて得られるジウレアであってもよい。

脂肪族アミンおよび脂環式アミンは、下記式（２）および（３）で表され、アミノ基（Ｈ_２Ｎ−）に結合する官能基Ｒ１，Ｒ３が、上記式（１）のＲ１、Ｒ３としてジウレアに導入される。
Ｈ_２Ｎ−Ｒ１…（２） Ｈ_２Ｎ−Ｒ３…（３）
脂肪族アミンとして具体的には、Ｃ８〜Ｃ１２の飽和および／または不飽和の脂肪族アミンが挙げられる。具体的には、ヘキシルアミン（Ｃ６）、ヘプチルアミン（Ｃ７）、オクチルアミン（Ｃ８）、ノニルアミン（Ｃ９）、デシルアミン（Ｃ１０）、ウンデシルアミン（Ｃ１１）、ドデシルアミン（別名：ラウリルアミン Ｃ１２）、テトラデシルアミン（Ｃ１４）、ヘキサデシルアミン（Ｃ１６）、オクタデシルアミン（Ｃ１８）、オレイルアミン（Ｃ１８）等が挙げられる。

脂環式アミンとして具体的には、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン等が挙げられる。
ジイソシアネートは、下記式（４）で表され、イソシアネート基（Ｏ＝Ｃ＝Ｎ−）に結合する官能基Ｒ２が、上記式（１）のＲ２としてジウレアに導入される。
Ｏ＝Ｃ＝Ｎ−Ｒ２−Ｎ＝Ｃ＝Ｏ…（４）
ジイソシアネートとして具体的には、芳香族ジイソシアネートが挙げられる。芳香族ジイソシアネートとしては、例えば、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、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（ＭＤＩ）等が挙げられる。

そして、混合アミンとジイソシアネートは、種々の方法と条件下で反応させることができる。増ちょう剤の均一分散性が高いジウレアが得られることから、基油中で反応させることが好ましい。また、反応は、混合アミンを溶解した基油中に、ジイソシアネートを溶解した基油を添加して行ってもよいし、ジイソシアネートを溶解した基油中に、混合アミンを溶解した基油を添加して行ってもよい。これらの反応における温度および時間は、特に限定されず、通常のこの種の反応と同様でよい。反応温度は、混合アミンおよびジイソシアネートの溶解性、揮発性の点から、６０℃〜１７０℃が好ましい。反応時間は、混合アミンとジイソシアネートの反応を完結させるという点と製造時間短縮による効率化の点から０．５〜２．０時間が好ましい。この場合において、混合アミンにおける脂肪族アミンと脂環式アミンとの配合割合（質量比）は、好ましくは、脂肪族アミンが５０超、好ましくは、７０超である。

得られるジウレアとしては、前述のように、（１）Ｒ１およびＲ３の両方に脂肪族アミン由来の脂肪族炭化水素基が導入されたもの、（２）Ｒ１およびＲ３の両方に脂環式アミン由来の脂環式炭化水素基が導入されたもの、および（３）Ｒ１およびＲ３の一方に脂肪族アミン由来の脂肪族炭化水素基が導入され、他方に脂環式アミン由来の脂環式炭化水素基が導入されたものが存在していてもよい。

また、ジウレアからなる増ちょう剤の配合量は、グリース組成物全量に対して１８質量％以下であり、好ましくは、１５質量％以上である。
また、ジウレアからなる増ちょう剤と併用してもよい増ちょう剤としては、例えば、トリウレア、テトラウレア、ポリウレア（ジウレア、トリウレア、テトラウレアを除く）等のウレア基を有する化合物、ウレア基とウレタン基とを有する化合物、ジウレタン等のウレタン基を有する化合物またはこれらの混合物等のウレア系増ちょう剤、例えば、カルシウム石けん、アルミニウム石けん、ナトリウム石けん、リチウム石けん等の金属石けん系、カルシウムコンプレックス、アルミニウムコンプレックス、リチウムコンプレックス等の複合石けん系等の石けん型増ちょう剤、例えば、ナトリウムテレフタラメート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の有機系非石けん型増ちょう剤、例えば、シリカゲル、有機化ベントナイト等の無機系非石けん型増ちょう剤が挙げられる。

また、ジウレアを含む増ちょう剤トータルの配合量は、グリース組成物全量に対して１５質量％以上、好ましくは、１８質量％以下である。
なお、本発明のグリース組成物は、任意成分として、例えば、極圧剤、油性剤、防錆剤、酸化防止剤、耐摩耗剤、染料、色相安定剤、増粘剤、構造安定剤、金属不活性剤、粘度指数向上剤等の各種添加剤を含有していてもよい。

そして、グリース組成物は、例えば、必須成分としての基油および増ちょう剤、さらに必要に応じてその他の添加剤を混合し、撹拌した後、ロールミル等を通すことによって得ることができる。
得られたグリース組成物は、温度１３０℃、せん断速度１００ｓ^−１におけるせん断粘度が４Ｐａ・ｓ以上であり、好ましくは、７Ｐａ・ｓ以下であり、さらに好ましくは、５Ｐａ・ｓ以上７Ｐａ・ｓ以下である。なお、当該せん断粘度は、例えば、回転式レオメータによって測定することができる。

また、グリース組成物は、ひずみ１，０００，０００％におけるせん断応力が１８００Ｐａ以上であり、好ましくは、３０００Ｐａ以下、さらに好ましくは、２０００Ｐａ以上、２５００Ｐａ以下である。なお、当該せん断応力は、例えば、回転式レオメータによって測定することができる。
また、グリース組成物は、２４０〜２８０のちょう度（ＪＩＳ Ｋ ２２２０）を有している。

以上、本発明のグリース組成物によれば、増ちょう剤が、末端官能基として脂肪族炭化水素基および脂環式炭化水素基の両方を含み、かつ増ちょう剤の含有量を１８質量％以下とすることによって、大きなひずみが発生するせん断応力を高くすることができる。これにより、グリースのチャンネリング性を向上させることができ、軸受回転トルクを低く抑えることができる。

高温（１３０℃）におけるせん断粘度を高くできるので、グリース漏れを防止することもできる。例えば、図１の内輪３や外輪４と、シール部材７，８との隙間からグリースＧが漏れ出すことを防止することができる。その結果、転がり軸受１の製品寿命を向上させることができる。
本発明は、上記の実施形態に制限されることなく、他の実施形態で実施することもできる。

例えば、上記の実施形態では、（複列）玉軸受によって構成された転がり軸受１にグリース（Ｇ）が封入された例を説明したが、本発明のグリース組成物からなるグリースが封入される軸受は、転動体として玉以外のものが使用された針軸受、ころ軸受等、他の転がり軸受であってもよい。
また、本発明の転がり軸受は、自動車用途の他、エアコン等の静音性およびメンテナンスフリー性が求められる用途にも好適である。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって制限されるものではない。
実施例１〜３および比較例１〜６
＜グリースの配合＞
各実施例および各比較例について、基油および増ちょう剤を表１に示す割合（質量％）で配合してロール処理することによって、試験用グリース組成物を調製した。なお、表１において、サンプルＮｏ．（１）が実施例１、（２）が実施例２、（３）が比較例１、（４）が実施例３、（５）〜（９）がそれぞれ比較例２〜６である。また、基油および増ちょう剤としては以下のものを使用した。
（I）基油
エステル油（ポリオールエステル 動粘度（４０℃）＝２５ｍｍ^２／ｓ）
（II）増ちょう剤
脂肪族アミン（オクチルアミン）および／または脂環式アミン（シクロヘキシルアミン）をジイソシアネート（ＭＤＩ）と反応させたものである。すなわち、下記式（１）において、Ｒ１およびＲ３が、互いに同一または相異なってシクロヘキシル基および炭素数８〜１８のアルキル基であり、Ｒ２が芳香族炭化水素基である増ちょう剤を使用した。

なお、脂肪族アミンおよび脂環式アミンの仕込み割合は、表１のとおりである。表１のサンプルＮｏ．（１）〜（４）において、「脂肪族＞５０、脂環式＜５０」は、脂肪族アミンおよび脂環式アミンの配合比率（質量比）が５０超１００未満／５０未満０超（脂肪族／脂環式）であることを示しており、脂肪族アミンと脂環式アミンの割合のトータルは１００である。表１のサンプルＮｏ．（１）〜（３）の脂肪族アミンと脂環式アミンとの割合は同一である。サンプルＮｏ．（４）では、脂肪族アミンの割合が（１）〜（３）における脂肪族アミンの割合よりも少なく、脂環式アミンの割合が（１）〜（３）における脂環式アミンの割合よりも多くなっている。

そして、得られた試験用グリース組成物に対して、次に示す評価を行った。評価結果を表１、図２および図３に示す。
＜評価＞
（I）せん断粘度（Ｐａ・ｓ）
各試験用グリース組成物の、温度１３０℃、せん断速度１００ｓ^−１におけるせん断粘度を、レオメータ（Ａｎｔｏｎ-Ｐａａｒ社製「ＭＣＲ３０１」）によって測定した。
（II）グリースの漏れ性
ＡＳＴＭ Ｄ１７４１に準拠したグリース性能試験機を用いて、１３０℃×１０００ｈの耐久試験を行い、Ｚ板と内輪の隙間からのグリース漏れを目視で確認した。
（III）せん断応力（Ｐａ）
各試験用グリース組成物の、ひずみ１，０００，０００％におけるせん断粘度を、レオメータ（Ａｎｔｏｎ-Ｐａａｒ社製「ＭＣＲ３０１」）によって測定した。
（IV）軸受回転トルク
各実施例および各比較例で得られたグリース組成物０．７ｇを転がり軸受（６２０２）に封入し、回転速度１８００ｒ／ｍｉｎ、アキシアル荷重４４Ｎ、室温の条件下で回転させ、回転０．５ｈ後のトルク値を測定した。
（V）結果
表１および図２から、増ちょう剤の配合割合が１８質量％以下であるサンプルＮｏ．（１）、（２）および（４）〜（７）では、軸受回転トルクを目標値である１７ｍＮ・ｍ以下に抑えることを達成できた。ただし、増ちょう剤の末端官能基として脂環式炭化水素のみを含むサンプルＮｏ．（９）については、増ちょう剤の配合割合が１６質量％であったが、軸受回転トルクの目標値を達成できなかった。この軸受回転トルクの目標値を達成できるせん断応力は、図２に引いた回帰直線Ａから、１８００Ｐａ以上が目安であると考えられる。

サンプルＮｏ．（１）、（２）および（４）〜（７）のうち、増ちょう剤の末端官能基として脂肪族炭化水素基および脂環式炭化水素基の両方を含むサンプルＮｏ．（１）、（２）および（４）を比較し、相対的に増ちょう剤の配合割合が少ない（１）の軸受回転トルクが１４．４ｍＮ・ｍであることを考慮すると、当該両方の官能基を有する増ちょう剤を使用する場合に軸受回転トルクの目標値（１７ｍＮ・ｍ以下）を達成するには、増ちょう剤の配合割合が、少なくとも１５質量％以上であればよいと考えられる。

また、脂肪族炭化水素基と脂環式炭化水素基の割合が互いに同一であるサンプルＮｏ．（１）〜（３）を比較する。増ちょう剤の配合割合がこれらの中間値（１８質量％）であるサンプルＮｏ．（２）の軸受回転トルクが最も小さく、下限側（１６質量％）および上限側（２２質量％）において軸受回転トルクが大きくなっていることから、増ちょう剤の末端官能基として脂肪族炭化水素基および脂環式炭化水素基の両方を含む場合、増ちょう剤の配合割合は、多すぎず少なすぎない方が好ましいと考えられる。

また、増ちょう剤の配合割合が互いに同一で、脂肪族炭化水素基および脂環式炭化水素基の割合が互いに異なるサンプルＮｏ．（２）と（４）との比較から、軸受回転トルクに関しては、脂肪族炭化水素基の割合は少ない方が好ましいと考えられる。
次に、表１および図３から、増ちょう剤の末端官能基として脂肪族炭化水素基および脂環式炭化水素基の両方を含むサンプルＮｏ．（１）〜（４）では、高温（１３０℃）におけるせん断粘度を目標値である４Ｐａ・ｓ以上にでき、グリース漏れも観察されなかった。一方、サンプルＮｏ．（５）〜（７）については、図２で示した軸受回転トルクの目標値（１７ｍＮ・ｍ以下）を達成できたものの、高温におけるせん断粘度が概ね３Ｐａ・ｓ未満であり、グリース漏れも観察された。サンプルＮｏ．（８）に関しては、軸受回転トルクの目標値も達成できず、グリース漏れも観察された。

以上、サンプルＮｏ．（１）、（２）および（４）のように、増ちょう剤の末端官能基として脂肪族炭化水素基および脂環式炭化水素基の両方を含み、かつ増ちょう剤の配合割合を１８質量％とすることによって、低トルク性能を確保できながら、グリース漏れを防止できるグリース組成物を提供できることが分かった。

１…転がり軸受、Ｇ…グリース

Claims (3)

1. エステル油を含む基油と、
   下記式（１）で表されるジウレアを含む増ちょう剤とを含有し、
   前記ジウレアの含有量が、１８質量％以下である、グリース組成物。
   

   

   （式中、Ｒ１およびＲ３は、互いに同一または相異なって脂肪族炭化水素基および脂環式炭化水素基を示し、Ｒ２は、芳香族炭化水素基を示す。）
2. 温度１３０℃、せん断速度１００ｓ^−１におけるせん断粘度が４Ｐａ・ｓ以上であり、かつ、ひずみ１，０００，０００％におけるせん断応力が１８００Ｐａ以上である、請求項１に記載のグリース組成物。
3. 請求項１または２に記載のグリース組成物が封入された、転がり軸受。

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