CN1408828A - 润滑脂以及封入润滑脂的轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于高温使用场所的具有长的润滑脂寿命的润滑脂以及封入该润滑脂的润滑脂封入轴承。该润滑脂是在基油中配合增稠剂以及酰胺系蜡而构成的，所述酰胺系蜡，其熔点在80℃以上，对润滑脂总量其配合量为0.5～10重量％，并且，对基油具有抗氧化能力，润滑脂的基油是选自醚系油、酯系油以及合成烃油中的至少一种，并且，40℃的动粘度为20～150mm2/s，润滑脂组合物的增稠剂为脲系增稠剂，其对润滑脂总量的配合量为4～30重量％。

Description

润滑脂以及封入润滑脂的轴承
发明背景
本发明涉及装入各种工业机械以及车辆的转动轴承中使用的润滑脂以及封入润滑脂的轴承，特别是涉及用于高温、高速旋转的转动轴承用合适的润滑脂以及封入润滑脂的轴承。
在装入各种工业机械及车辆等转动轴承中，为了赋与润滑性而装入润滑脂。该润滑脂是由基油和增稠剂混炼得到的，作为基油，可以用矿物油、硅酮油、醚油等合成润滑脂，而作为增稠剂，一般采用锂皂等金属皂以及脲化合物等。另外，根据需要，在润滑脂中可以配合抗氧剂、防锈剂、金属钝化剂、粘度指数提高剂等各种添加剂。
近几年来，伴随着汽车的轻质化要求，从而谋求汽车电器的小型化、轻质化。另外，对汽车电器的性能要求高输出功率、高效率，所以，汽车电器采取高速旋转来补偿伴随着小型化而引起的输出功率的降低。
因此，转动轴承要求其具有耐受高速旋转以及高负荷的性能。另外，封入轴承中的润滑脂的寿命，通常比轴承本身疲劳的使用寿命短。结果是，轴承本身的寿命成为依赖于润滑脂的寿命，所以，要求在高速、高负荷下的烧结寿命等高温耐久寿命优良的润滑脂。
作为装入球型接头中的润滑脂，为了降低高温时的工作转矩，公开了一种由(A)粘度40℃时达到500～2000cst的聚α-烯烃系合成油100重量份，(B)选自石蜡、聚乙烯蜡、微晶蜡以及脂肪酸酰胺蜡中的至少一种蜡6～30重量份，以及(C)脲系增稠剂1～50重量份构成的润滑脂(特开昭60～31598)。因此，球型接头用润滑脂，采用上述4种蜡中的2种～4种的混合蜡，近几年来，伴随着各种机械部件的小型化以及高性能化，出现的问题是，在严格的使用条件，特别是在高温、高负荷下的耐高温寿命不够充分。另外，为了提高耐高温寿命，在润滑脂中添加原来的抗氧剂或抗高压剂巳无法得到充分的效果。
发明概述
因此，本发明的目的是提供一种特别在高温下使用时，可以提高使用场所的润滑寿命的润滑脂以及封入该润滑脂的轴承。
本发明的润滑脂，其特征是，在基油中配合增稠剂以及酰胺系蜡而构成的，上述酰胺系蜡是熔点在80℃以上，其对润滑脂总量的配合量为0.5～10重量％，并且，是具有防止基油氧化能力的酰胺系蜡。
另外，润滑脂的基油，其特征是，选自醚系油、酯系油以及合成烃油中的至少一种基油，并且，在40℃的动粘度达到20～150mm2/s。
另外，润滑脂的增稠剂的特征是脲系增稠剂，对润滑脂组合物总量的配合量为5～30重量％。
对基油具有抗氧化能力的熔点80℃以上，即在室温下为固态的酰胺系蜡在润滑脂中，对该润滑脂总量的配合量为0.5～10％重量，减少增稠剂成分，基油成分增多。另外，在高温运行时，蜡溶解，基油成分粘度上升。
特别是，对基油具有抗氧化能力的酰胺系蜡，可以防止高温下的氧化劣化，大幅度提高润滑脂的高温寿命。
本发明的封入润滑脂的轴承，其特征是，封入上述润滑脂。
另外，封入该润滑脂的轴承，其特征是，可用于汽车电器。
附图的简单说明
图1为表示总酸值的测定结果图。
图2为表示蒸发量的测定结果图。
图3为表示滚轮(アイドラプ-リ)之一例的断面图。
优选实例方案的详细说明
用于本发明的基油，只要是通常用于润滑脂的基油即可以使用。例如，醚系油、酯系油、合成烃油、矿物油等。
在上述基油中，特别是醚系油、酯系油、合成烃油或这些油的混合油是优选的，更优选的是以醚系油作为主成分的基油。这是因为醚系油的耐热性和耐氧化性优良。
作为醚系油，可以举出烷基二苯醚油、烷基三苯醚油、烷基四苯醚油等。
另外，作为酯油，可以举出二酯油、多元醇酯油或它们的复合酯油、芳香族酯油等。
另外，作为合成烃油，可以举出聚-α-烯烃油、α-烯烃和烯烃的共聚物、聚丁烯等脂肪系烃油、烷基苯、烷基萘、聚苯、合成萘等芳香族系烃油等。作为矿物油，可以举出石蜡系矿物油、萘系矿物油等。
作为适于本发明醚系油主成分的基油，其40℃的动粘度为20～150mm2/s。当动粘度低于20mm2/s时，易于蒸发，耐热性不足，当高于150mm2/s时，转矩大，发热量加大。
对上述基油有抗氧化能力的熔点80℃以上的酰胺系蜡，是分子内有酰胺键(-CONH-)或分子末端有酰胺基(-CONH2)的蜡。酰胺系蜡的例子示于化1至化4。
化1  R1CONHR2
化2  R3CONHR4CONHR5
化3  R6CONH2
化4  R7CONHCH2OH
在化1至化4中，R1～R7表示烃基，具体的是饱和脂肪族基或不饱和脂肪族基的脂肪族基、芳香族基、环脂族基。
作为优选的酰胺系蜡，可以举出脂肪酸酰胺化合物。例如，N，N′-亚乙基双(硬脂酰胺)、硬脂酰胺、N，N′-亚甲基双(硬脂酰胺)、羟甲基硬脂酰胺等。
上述酰胺系蜡的熔点在80℃以上，优选100℃以上。在低于80℃时，蜡成分的耐热性不良，在高温旋转中蜡成分易于蒸发。
在熔点80℃以上的酰胺系蜡中，本发明中使用的蜡是具有防止基油氧化能力的酰胺系蜡。通过其抗氧化能力，可大幅度提高润滑脂的高温寿命。
在本发明中，所谓有抗基油氧化能力，系指把配合了5重量％酰胺系蜡的基油10g放入内径50mm的容器，于150℃的空气中放置500小时时，[(未添加酰胺系蜡的样品总酸值增加量)-(添加有酰胺系蜡的样品的总酸值增加量)]的值可以保持1.0mgKOH/g以上，优选2.0mgKOH/g以上的防氧化能力。还有，总酸值的测定按JIS K2501进行。
在基油(合成烃油和烷基二苯醚以重量比1∶4混合成的混合油)中配合作为酰胺系蜡的N，N′-亚乙基双(硬脂酰胺)5重量％。采取配合有该酰胺系蜡的基油10g放入300ml烧杯中，放入设定在150℃空气循环式恒温槽中，每隔100小时测定总酸值，以及测定蒸发量。添加酰胺系蜡的润滑脂测定结果示于图1及图2。图1示出经过500小时的总酸值测定结果，图2示出蒸发量的测定结果。还有，作为比较，同时示出未配合酰胺系蜡的只有基油的无添加油的测定结果。
如图1及图2所示，通过配合酰胺系蜡，抑制基油总酸值的耐氧化性优良，另外，抑制基油蒸发的耐热性也优良。
酰胺系蜡的配合量，基于整个润滑脂为0.5～10重量％。在低于0.5重量％时，配合蜡后得到的耐氧化性以及耐热性提高的效果不好，当高于10重量％时，赋与润滑的基油成分变少，是不理想的。
本发明使用的脲系增稠剂可用下列化5～化7表示。
化5  R8-NHCONH-R13-NHCONH-R10
化6  R8-NHCONH-R9-NHCONH-R10-NHCONH-R11
化7  R8-NHCONH-R9-NHCONH-R10-NHCONH-R11-NHCONH-R12
R8～R12是选自碳原子为6～15的芳香族烃基、碳原子6～12的环脂族烃基、以及碳原子6～20的脂肪族烃基中的至少一种烃基。另外，也可以是含它们的烃基。当碳原子数低于上述范围时，润滑脂的增稠性差，而当碳原子数高于上述范围时，耐热性变差。
R13是含芳香族烃的二价或三价的基，芳香族单环、芳香族稠环、这些可以举出通过亚甲基链、氰尿环、异氰尿环等连接的基。具体的可以举出二苯基甲烷二异氰酸酯、甲代亚苯基二异氰酸酯、这些二异氰酸酯类的二聚体、三聚体等的除去异氰酸酯基的残基。R13通过含有的芳香族烃基提高润滑脂的耐热性。
脲系增稠剂通过异氰酸酯化合物和氨基化合物反应制得。由于不残留反应性的某种游离基，所以，异氰酸酯化合物的异氰酸酯基和氨基化合物的氨基最好以约等当量方式进行配合。
润滑脂，在基油中使异氰酸酯化合物和氨基化合物反应，也可以把先合成的脲系增稠剂和基油混合。优选的制造方法是易于保持润滑脂稳定性的前一方法。
上述脲系增稠剂的配合比例，基于整个润滑脂为5～30重量％。在低于5重量％时，成为粘度低的液体，易于泄漏，轴承密封困难。另外，当高于30重量％时，发生固化，稠度达到200以下，作为轴承封入用润滑脂失去实用性。
本发明的润滑脂是以上述基油、增稠剂以及酰胺系蜡作为必要成分，而且可以在其中配合以前润滑脂中添加的下列抗高压剂、抗氧剂、防锈剂·金属钝化剂、油性剂等添加剂。
作为抗高压剂，通过与已知的抗高压剂并用，可以提高耐负荷性及抗高压性。例如，可以使用以下的化合物。作为有机系抗高压剂，可以使用二硫代氨基甲酸钼、二硫代磷酸钼等有机钼化合物、二硫代氨基甲酸锌、二硫代磷酸锌、酚锌等有机锌化合物、二硫代氨基甲酸锑、二硫代磷酸锑等有机锑化合物、二硫代氨基甲酸硒等有机硒化合物、萘酸铋、、二硫代氨基甲酸铋等有机铋化合物、二硫代氨基甲酸铁、辛酸铁等有机铁化合物、二硫代氨基甲酸铜、萘酸铜等有机铜化合物、马来酸锡、二丁基硫化锡等有机锡化合物、或者，碱金属、碱土金属的有机磺酸盐、酚盐、磷酸盐、金、银、钛、镉等有机金属化合物也可根据需要而使用。作为硫系化合物，可以使用二苄基二硫化物等硫化物或多硫化物、硫化油脂类、无灰系氨基甲酸化合物类、硫代脲系化合物、或者，硫代碳酸酯类等。作为磷酸系抗高压剂，可以采用三辛基磷酸酯、三甲苯基磷酸酯等磷酸酯、酸性磷酸酯、亚磷酸酯、酸性亚磷酸酯等磷酸酯系化合物。
另外，可以使用其他的卤代石蜡系等的卤系抗高压剂或者二硫化钼、二硫化钨、石墨、聚四氟乙烯(PTFE)、硫化锑、氮化硼等硼化合物的固体润滑剂。在这些抗高压剂中，二硫代氨基甲酸系化合物以及二硫代磷酸系化合物是优选的。
作为抗氧剂，可以适当选自从橡胶、塑料、润滑脂中添加的抗老剂、抗臭氧老化剂、抗氧剂中而使用。例如，可以使用下列化合物。即，苯基-1-萘胺、苯基-2-萘胺、二苯基-对-亚苯基二胺、二吡啶基胺、酚噻嗪、N-甲基酚噻嗪、N-乙基酚噻嗪、3，7-二辛基酚噻嗪、p，p’-二辛基二苯基嗪、N，N’-二异丙基-对-亚苯基二嗪、N，N’-二仲丁基-对-亚苯基二嗪等胺系化合物、2，6-二-叔-二丁基苯酚等酚系化合物。
作为防锈剂，例如，可以使用以下化合物。即，有机磺酸的铵盐；钡、锌、钙、镁等碱金属、碱土金属的有机磺酸盐、有机羧酸盐、酚盐、磷酸盐；烷基或链烯基琥珀酸酯等的烷基、链烯基琥珀酸衍生物；山梨糖醇酐单油酸酯等多元醇的偏酯、油酰基肌氨酸等羟基脂肪酸类；1-巯基硬脂酸等巯基脂肪酸类或其金属盐；硬脂酸等高级脂肪酸类；异硬脂醇等高级醇类；高级醇和高级脂肪酸的酯；2，5-二巯基-1，3，4-噻二唑、2-巯基噻二唑等噻唑类；2-(癸基二硫代)苯并咪唑、苯并咪唑等咪唑系化合物、或2，5-双(十二烷基二硫代)苯并咪唑等二硫系化合物、或者，三壬基苯基磷酸酯等磷酸酯类、二月桂基硫代丙酸酯等硫代羧酸酯系化合物等。另外，也可以使用亚硝酸盐等。
作为金属钝化剂，例如，可以使用苯并三唑以及甲苯基三唑等三唑系化合物。
作为表面活性剂(油性剂)，例如，可以使用下列化合物。即，油酸及硬脂酸等脂肪酸、油醇等脂肪酸醇、聚氧乙烯硬脂酸酯以及聚甘油基油酸酯等脂肪酸酯、磷酸、三甲苯基磷酸酯、月桂酸酯或聚氧乙烯油醚磷酸等磷酸酯等。
通过图3说明封入上述润滑脂的轴承。图3是用作汽车副机的驱动皮带的皮带拉链器所用的滚轮之一例的断面图。
该皮带轮由钢板压制的皮带轮本体1和嵌在皮带轮本体1内径中的单排的滑槽滚珠轴承2所构成。皮带轮本体1是由内径圆筒部分1a、从内径圆筒部分1a的一端向外径侧延伸的凸缘部分1b、从凸缘部分1b向轴方向延伸的外径圆筒部分1c、从内径圆筒部分1a的另一端向内径侧延伸的边缘部分1d构成的环体。在内径圆筒部分1a的内径，嵌入滚珠轴承2的外轮2a，在外径圆筒部分1c的外径设置与通过发动机驱动的皮带接触的皮带轮周面1e。通过该皮带轮周面1e接触皮带，皮带轮起到作为滚轮的作用。
滚珠轴承2是由嵌入本体1的内径圆筒部分1a内径中的外轮2a、图中未示出的嵌在固定轴上的内轮2b、使在内·外轮2b、2a的轨道面3b、3a之间设置的多个滚珠2c、保持滚珠2c的圆周等间隔的保持器2d、用润滑脂密封的一对密封垫2e构成，而外轮2a及内轮2b分别形成整体。
本发明的封入润滑脂的轴承，由于具有优良的耐热性和优良的耐氧化性，可用于工业机械、电器等要求高耐热性的场所所使用的转动轴承。特别是，为了谋求小型化而要求耐热性的电器，例如，交流发电机、皮带轮、电磁离合器、离合器等。实施例1～实施例7以及比较例1～比较例6
以表1所示的比例配合基油、脲系增稠剂，调制基本润滑脂。润滑脂是在基油中，使异氰酸酯化合物和氨基化合物反应而制得。
表1中所示的基油分别采用：作为合成烃油1的聚-α-烯烃油(アモコケミカル社制，动粘度：在40℃为30mm2/s)、作为合成烃油2的聚-α-烯烃油(モ-ビルケミカル社制，动粘度：在40℃为47mm2/s)、作为酯油的季戊四醇酯油(花王社制，动粘度：在40℃为33mm2/s)、作为醚油的烷基二苯基醚油((株)松村石油研究所制，动粘度：在40℃为97mm2/s)。
另外，表1中示出的脲系增稠剂，脂肪族二脲通过4，4′-二苯基甲烷和辛胺反应、环脂族二脲通过4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯和环己胺反应、芳香族二脲通过4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯和对-甲苯胺反应而制得。
在该基本润滑脂中配合酰胺系蜡。作为熔点为143℃的酰胺系蜡的N，N′-亚乙基双(硬脂酰胺)、作为熔点为100℃的酰胺系蜡的硬脂酸酰胺、作为熔点为108℃的酰胺系蜡的羟甲基硬脂酰胺、作为熔点为74℃的酰胺系蜡的油酸酰胺。
配合的基油、尿素系增稠剂以及酰胺系蜡合计为100重量％，而且，对整个润滑脂，配合的抗氧剂和防锈剂总量为5重量％。
通过高温高速试验以及急加减速试验评价所得到的润滑脂。结果示于表1。另外，基油的粘度、通过JIS K2220测得的混合稠度分别示出。高温高速试验
往转动轴承(6204)中封入各种试验用润滑脂1.8g，在轴承外轮外径部分温度150℃、径向负荷67N、轴向负荷67N的条件下，以10,000rpm的转数进行旋转，测定达到灼烧时的时间。试验结果汇总在表1中。急加减速试验
对电器辅机之一例的交流发电机旋转的皮带的卷绕的皮带轮进行支撑的旋转轴的支撑内轮的转动轴承，进行急加减速试验。急加减速的试验条件是：皮带轮负荷3234N、旋转速度设定为0～18,000rpm的旋转条件。可能的耐久时间(寿命时间)的评价，是轴承内发生异常剥离，振动检测器的振动达到设定值以上、发电机停止工作的时间。试验结果汇总于表1。
                                                           表1
                               实施例                            比较例
    1     2     3     4     5     6     7     1     2     3     4     5     6
配合(重量％)基油合成烃油1     15     15     15     85
合成烃油2     84     15
酯油     86     15     15     86     15
烷基二苯醚油     60     72     60     60     60     62     60     77     62
增稠剂脂族二脲     7     8
脂环族二脲     6    13.5     7     14
芳香族二脲     20     18     20     20     20     23     20     23     23
酰胺系蜡化合物(熔点143℃)*1     5     3    0.5     10     5
酰胺系蜡化合物(熔点100℃)*2     5
酰胺系蜡化合物(熔点108℃)*3     5
酰胺系蜡化合物(熔点74℃)*4     5
特性：基油粘度(40℃mm2/S)     72     47     33     97     81     72     81     72     72     47     33     97     81
混合稠度(JIS K2220)     300     275     280     300     290     300     300     300     300     270     270     300     285
高温高速试验，h     5050     5400     4050     5250     7050     4800     6650     2100     2150     3500     3450     3750     3500
急加减速试验，h    ＞300    ＞300    ＞300    ＞300     86     ＞300     ＞300
*1酰胺系蜡化合物(N，N’-亚乙基双十八基酸酰胺)
*2酰胺系蜡化合物(硬脂酸酰胺)
*3酰胺系蜡化合物(羟甲基硬脂酰胺)
*4酰胺系蜡化合物(油酸酰胺)如表1所示，各实施例的高温高速试验以及急加减速试验性能优良。另一方面，各比较例因为未配合熔点为80℃以上的酰胺系蜡，所以，高温高速试验以及急加减速试验结果差。
本发明的润滑脂，由于往润滑脂中配合了对基油具有抗氧化能力的熔点80℃以上的酰胺系蜡0.5～10重量％，所以，可以防止高温氧化，大幅度提高润滑脂的高温寿命。
另外，润滑脂的基油是选自醚系油、酯系油以及合成烃油中的至少一种基油，并且，40℃的动粘度为20～150mm2/s，润滑脂的增稠剂为脲系增稠剂，其对润滑脂总量的配合量为5～30重量％，从而得到具有适于高温高速旋转的转动轴承的润滑脂特性的组合物。
本发明封入润滑脂的轴承，因为封入了上述润滑脂，所以，具有伴随着各种机械部件小型化所必须的高速、高负荷下的耐高温性。因此，可以得到适用于汽车电器的封入润滑脂的轴承。

Claims (14)

1.在基油中配合增稠剂以及酰胺系蜡而构成的润滑脂，其特征是，所述酰胺系蜡的熔点在80℃以上，其对润滑脂总量的配合量为0.5～10重量％，并且，具有防止所述基油的氧化能力。
2.权利要求1中所述的润滑脂，其特征是，所述酰胺系蜡的熔点在100℃以上。
3.权利要求1中所述的润滑脂，其特征是，所述酰胺系蜡，在分别测定添加该蜡5重量％的基油以及未添加的基油于150℃放置500小时后的总酸值增加量时，[(未添加酰胺系蜡的样品的总酸值增加量)-(添加有酰胺系蜡的样品总酸值增加量)]的值在1.0mgKOH/g以上。
4.权利要求1中所述的润滑脂，其特征是，所述酰胺系蜡可用化1、化2、化3或化4表示：
化1  R1CONHR2
化2  R3CONHR4CONHR5
化3  R6CONH2
化4  R7CONHCH2OH(R1～R7为脂肪族基、芳香族基、环脂族基)。
5.权利要求4中所述的润滑脂，其特征是，所述酰胺系蜡是选自N，N′-亚乙基双(硬脂酰胺)、硬脂酰胺、N，N′-亚甲基双(硬脂酰胺)、羟甲基硬脂酰胺中的至少一种。
6.权利要求1中所述的润滑脂，其特征是，所述基油是选自醚系油、酯系油以及合成烃油中的至少一种基油，并且，40℃的动粘度为20～150mm2/s。
7.权利要求6中所述的润滑脂，其特征是，所述基油为醚系油。
8.权利要求7中所述的润滑脂，其特征是，所述醚系油为烷基二苯醚油。
9.权利要求6中所述的润滑脂，其特征是，所述基油是酯系油。
10.权利要求6中所述的润滑脂，其特征是，所述基油是合成烃油。
11.权利要求6中所述的润滑脂，其特征是，所述基油是醚系油和酯系油或合成烃油的混合油。
12.权利要求1中所述的润滑脂，其特征是，所述增稠剂为脲系增稠剂，其对润滑脂总量的配合量为5～30重量％。
13.一种封入润滑脂的轴承，其特征是，其是封入权利要求1中所述的润滑脂的润滑脂封入轴承。
14.权利要求13中所述的封入润滑脂的轴承，其特征是，该封入润滑脂的轴承可用于汽车的电器中。
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