JP2004332578A

JP2004332578A - 水ポンプ用軸受

Info

Publication number: JP2004332578A
Application number: JP2003126435A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Yamazaki; 雅彦山崎
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2003-05-01
Filing date: 2003-05-01
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】耐水性に加えて、高温、高速回転での使用に十分耐え得る長寿命の水ポンプ用軸受を提供する。
【解決手段】特定の芳香族エステル油または特定の芳香族チオエーテル油の少なくとも１種を含む基油を含有するグリースを封入してなることを特徴とする水ポンプ用軸受。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種車両のラジエータ等に付設される水ポンプに組み込まれる軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車のラジエータには、冷却水を循環させるための水ポンプが取り付けられている。図１に示されるように、この水ポンプ１は、冷却水をインペラ２の回転により循環させるものであって、インペラ２は図示は省略されるエンジンとベルトで連結するプーリー３の回転によりシャフト４を介して駆動される。シャフト４には、ころ列５及びボール列６とを備える水ポンプ用軸受７が被嵌される。また、インペラ２が配置された水路８側と水ポンプ用軸受７側とは、メカニカルシール９により防水構造をもって区画されている。更に、水ポンプ用軸受７側には、水路８側からの漏水があった場合に備えて、ドレン穴１０が形成されている。
【０００３】
この水ポンプ用軸受７はグリース潤滑が一般的であるが、長期の使用により軸受内部への水の侵入は免れず、その結果グリースが軟化流出して潤滑性能が低下し、寿命に至ることもある。従って、水ポンプ用軸受７に封入されるグリースは耐水性を備えることが要求されており、一般的にリチウム石鹸−鉱油系のグリースが使用されている。また、耐水性を更に向上させるために、ポリオキシアルキレン誘導体と無水マレイン酸との共重合体、もしくはその加水分解物や加水分解物の塩からなる添加剤を含有したグリースも使用されている（特許文献１参照）。本出願人も、耐水性に加えて、高温、高速回転での使用に十分耐え得る水ポンプ用軸受を提供するために、ウレア化合物を増ちょう剤として含有するグリースを封入した水ポンプ用軸受を提案している（特許文献２参照）。
【特許文献１】
特開平４−４６９９７号公報
【特許文献２】
特開平１０−８９５８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の傾向として、車室空間をより広くする要望が高く、そのためにエンジンルーム内の部品の集積化や小型化が余儀なくされ、その結果エンジンルーム内の温度の上昇を招いている。また、回転部品はより高速回転される傾向にあり、エンジンルーム内の温度の上昇を助長するとともに、使用軸受が高温に晒されることとなる。
【０００５】
水ポンプ用軸受７も他の回転部品と同様に、使用温度の高温化や回転速度の高速化の傾向にある。また、高速回転に対応するためにベルトが強化され、それに伴い水ポンプ用軸受７には高荷重がかかる。場合によっては、軌道面の剥離や焼き付き等が発生することがある。従って、水ポンプ用軸受７に封入されるグリースには、耐水性だけではなく、高温、高速回転での使用に十分耐え得る性能が要求されてきているが、従来のグリースではこれらの要求に十分に応え得るものではない。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、耐水性に加えて、高温、高速回転での使用に十分耐え得る長寿命の水ポンプ用軸受を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、特定の芳香族エスエル油または芳香族チオエーテル油を含む基油を含有するグリースを封入した水ポンプ用軸受は、耐水性とともに高温、高速回転での潤滑性能に優れることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、上記の目的を達成するために、本発明は、下記一般式（Ｉ）で表される芳香族エステル油、一般式（ＩＩ）または一般式（ＩＩＩ）で表される芳香族チオエーテル油の少なくとも１種を含む基油を含有するグリースを封入してなることを特徴とする水ポンプ用軸受を提供する。
【０００９】
【化２】

【００１０】
（式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５は炭素数４〜２４のアルキル基を示し、同一でも異なっていてもよい。）
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の水ポンプ用軸受について詳細に説明する。
【００１２】
本発明において、水ポンプ用軸受の種類に制限は無く、図１に示したボールアンドローラ型の他、ローラアンドローラ型、もしくはその外の構造であってもよい。そして、潤滑のために、下記に示すグリースが封入される。
【００１３】
グリースの基油は、下記一般式（Ｉ）で表される芳香族エステル油を含む基油（以下、「特定の芳香族エステル油」という）、あるいは一般式（ＩＩ）または一般式（ＩＩＩ）で表される芳香族チオエーテル油を含む基油（以下、「特定の芳香族チオエーテル油」という）を含有する。
【００１４】
【化３】

【００１５】
式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５は炭素数４〜２４のアルキル基を示し、同一でも異なっていてもよい。
【００１６】
特定の芳香族エステル油は、所謂ポリオールエステル油やジエステル油と比べて加水分解安定性に優れ、耐熱性に優れるという利点を有する。また、フタル酸エステル油に比べても耐熱性に優れ、ピロメリット酸エステル油と比べても低温流動性に優れるという利点を有する。このような点から、特定の芳香族エステル油は、基油全量の７０質量％以上を占めることが好ましく、特に８０質量％以上を占めることが好ましい。また、特定の芳香族エステル油のみ（即ち、含有量１００質量％）で基油を構成することもできる。更に、特定の芳香族エステル油は、アルキル基の異なるものを単独で、もしくは混合して用いることができる。
【００１７】
特定の芳香族チオエーテル油も同様に、所謂ポリオールエステル油やジエステル油と比べて加水分解安定性に優れ、耐熱性に優れるという利点を有する。また、特定の芳香族チオエーテル油は、上記一般式からもわかるように、分子構造中に硫黄化合物が含有されており、分子が極性を持つため、金属表面やセラミック表面、樹脂表面に吸着しやすい。そのため、良好な潤滑性を発揮し、その上、潤滑条件が厳しくなると、所謂トライボケミカル反応により分解し、鋼材表面において鋼材中に含まれる鉄との間で硫化鉄を生成し、この硫化鉄が極圧剤として作用する。しかも、一般的な極圧剤と異なり、耐熱性に優れるため、これら諸特性が長期間にわたり持続する。このような点から、特定の芳香族チオエーテル油は、基油全量の７０質量％以上を占めることが好ましく、特に８０質量％以上を占めることが好ましい。また、特定の芳香族チオエーテル油のみ（即ち、含有量１００質量％）で基油を構成することもできる。更に、特定の芳香族チオエーテル油は、それぞれ単独でも、混合して用いてもよい。
【００１８】
特定の芳香族エステル油及び特定の芳香族チオエーテル油と組み合わせ可能な潤滑油としては、鉱油及び合成油が好ましい。具体的には、鉱油としてはパラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油を挙げることができ、各種精製度のものが使用できるが、耐熱性を考慮して、粘度指数で９０以上になるように精製したものが好ましい。また、合成油としてはポリ−α−オレフィン油等の合成炭化水素油、ジフェニルエーテル油、トリフェニルエーテル油、テトラフェニルエーテル油等のエーテル油、ジエステル油、ポリオールエステル油またはこれらのコンプレックスエステル油等のエステル油、シリコン油等を使用することができる。中でも、高温、高速での潤滑性能並びに潤滑寿命を考慮すると、ポリオールエステル油、ジフェニルエーテル油、ポリ−α−オレフィン油が好ましい。
【００１９】
また、特定の芳香族エステル油と特定の芳香族チオエーテル油とを併用することもできる。
【００２０】
また、基油は、４０℃における動粘度が４５〜３００ｍｍ^２／ｓであることが好ましく、５０〜２００ｍｍ^２／ｓであることがより好ましく、９０〜１５０ｍｍ^２／ｓであることが特に好ましい。４０℃における動粘度が４５ｍｍ^２／ｓ未満では耐熱性に劣るようになり、３００ｍｍ^２／ｓを超えると回転トルクの上昇を招いたり、他の基油成分を増す必要があることから耐熱性等に影響する。
【００２１】
増ちょう剤は特に制限されることはなく、例えばアルミニウム、バリウム、カルシウム、リチウム、ナトリウム等の金属石けん、リチウムコンプレックス、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等の複合金属石けん、ウレア、ジウレア、トリウレア、テトラウレア、ポリウレア等のウレア化合物、あるいは、シリカゲル、カーボンブラック、ベントナイト、カルシウムスルホネート等を適宜使用できる。また、下記一般式（ＩＶ）で表されるジウレア化合物を用いることにより、耐熱性をより向上させることができる。
Ｒ_６−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ_７−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ_８（ＩＶ）
尚、式中、Ｒ_６、Ｒ_８は炭素数６〜１８のアルキル基を示し、同一でも異なっていてもよく、Ｒ_７は炭素数６〜１５の芳香族基を示す。ここで、Ｒ_６，Ｒ_８に芳香族基が含まれると、９０〜１５０℃でのグリースの経時硬化が大きくなり、流動性が減少してころ列側に十分にグリースが行きわたらなくなり、焼付きの原因になる可能性があるので好ましくない。
【００２２】
また、増ちょう剤の配合量は制限されるものではないが、混和ちょう度が１８０〜３５０程度のグリースが得られる量が好適である。混和ちょう度が１８０未満では、グリースが硬すぎてグリース封入が困難になりやすく、混和ちょう度が３５０を超えるとグリースが柔らか過ぎて流出するおそれがある。
【００２３】
グリースには、従来より公知の各種添加剤を添加することができる。特に，酸化防止剤や防錆剤、極圧剤、油性剤等を添加することで、潤滑剤膜の耐久性を向上させることができる。これらの添加剤は何れも公知のもので構わないが、以下に特に好ましい化合物を例示する。また、これら添加剤の配合量は、全体としてグリース全量の２０質量％以下が好ましい。
【００２４】
酸化防止剤としては、含窒素化合物系酸化防止剤とフェノール系酸化防止剤との混合物が好ましい。含窒素化合物系酸化防止剤としては、フェニルαナフチルアミン、ジフェニルアミン、フェニレンジアミン、オレイルアミドアミン、フェノチアジン等がある。フェノール系酸化防止剤としては、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチル−フェニルサリシレート、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−フェニルフェノール、２，２′−メチレンビス（４−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）、２，２′−メチレンビス（４−メチル−６−ｔｅｒｔ−オクチルフェノール）、４，４′−ブチリデンビス−６−ｔｅｒｔ−ブチル−ｍ−クレゾール）、テトラキス〔メチレン−３−（３′，５′−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４′−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕メタン、１，３，５−トリメチル−２，４，６−トリス（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）ベンゼン、ｎ−オクタデシル−β−（４′−ヒドロキシ−３′，５′−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）プロピオネート、２−ｎ−オクチル・チオ−４，６−ジ（４′−ヒドロキシ−３′，５′−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル）フェノキシ−１，３，５−トリアジン、４，４′−チオビス−〔６−ｔｅｒｔ−ブチル−ｍ−クレゾール〕、２−（２′−ヒドロキシ−３′−ｔｅｒｔ−ブチル−５′−メチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール等のヒンダードフェノールがある。
【００２５】
防錆剤としては、有機系スルホン酸金属塩又はエステル類が好ましく、これらを単独もしくは混合して使用することができる。有機系スルホン酸塩としては、例えばジノニルナフタレンスルホン酸及び重質アルキルベンゼンスルホン酸等が使用され、その金属塩としてカルシウムスルホネート、バリウムスルホネート、ナトリウムスルホネート等がある。エステル類としてソルビタン誘導体では多塩基カルボン酸及び多価アルコールの部分エステルとしてソルビタンモノラウレート、ソルビタントリラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート等がある。アルキル・エステル型ではポリオキシエチレンラウレート、ポリオキシエチレンオレエート、ポリオキシエチレンステアレート等がある。
【００２６】
極圧剤としては、ＭｏＳ_２等の固体潤滑剤、硫黄系、燐系、硫黄−燐系有機化合物、ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン、ジアルキルジチオリン酸モリブデン、ジアルキルジチオリン酸亜鉛等が好ましく、これらを単独もしくは混合して使用することができる。
【００２７】
油性剤としては、高級脂肪酸としてオレイン酸、ステアリン酸等、高級アルコールとしては、ラウリルアルコール、オレイルアルコール等、アミンではステアリルアミン、セチルアミン等、リン酸エステルではリン酸トリクレジル等が好ましく、これらを単独もしくは混合して使用することができる。
【００２８】
以上に加えて、粘度指数向上剤や摩耗防止剤等を含有してもよい。これらは、何れも公知のもので構わない。
【００２９】
【実施例】
以下に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限定されるものではない。
【００３０】
（実施例１〜１４、比較例１〜１４）
表１〜表４に示す配合にてグリースを調製した。尚、表中のＴＯＴＭはトリメリット酸エステル（旭電化製「Ｔ−９０」、「Ｔ−１２０」）、ＡＤＴは一般式（ＩＩ）で表され、Ｒ_１、Ｒ_２がともに炭素数８、９、１０、１１、１２のアルキル基を有する芳香族チオエーテル油の混合物（１００ｍｍ^２／ｓ、４０℃）、ＡＤＥはアルキルジフェニルエーテル（松村石油研究所製「ＬＢ−１００」）、ＰＡＯは合成炭化水素油（モービル製「モービルＳＨＦ４０２」と「モービルＳＨＦ１００２」との混合油）、ＰＯＥはポリオールエステル油（ユニケマ製「ＲＲＩＯＬＵＢＥ」）である。増ちょう剤のジウレア化合物は表記のアミンと、４，４´−ジフェニルメタンジイソシアネート（何れも東京化成製試薬）との反応生成物であり、表記の配合量はグリース全量に対する値である。また、全てのグリースに、酸化防止剤としてアミン系酸化防止剤（イルガノックスＬ５７）を１質量％、防錆としてナフテン酸亜鉛を１質量％添加してある。
【００３１】
そして、各グリースを図１に示す水ポンプ用軸受（ＮＳＫ製型番ＲＷＦ３５；軸径１５ｍｍ、外径３５ｍｍ、ローラ・アンド・ボールタイプ）に封入し、下記の（１）高温寿命試験及び（２）冷却水混入耐久試験に供した。試験結果を、同表に併記する。
【００３２】
（１）高温寿命試験
グリースを封入した水ポンプ用軸受を下記条件で回転させ、焼き付きにより回転不能になるか、軌道面に剥離が生じて異常振動が発生するまでの時間を計測した。
・雰囲気温度：１３０℃
・回転数：１２０００ｒｐｍ（実施例８〜１４、比較例８〜１４は１００００ｒｐｍ）
・負荷：太軸端面から１５ｍｍの部分にアジアル荷重１００ｋｇｆ（実施例８〜１４、比較例８〜１４は１４０ｋｇｆ）
【００３３】
（２）冷却水混入耐久試験
グリースを封入した水ポンプ用軸受を下記条件で回転させ、焼き付きにより回転不能になるか、軌道面に剥離が生じて異常振動が発生するまでの時間を計測した。
・雰囲気温度：９０℃
・回転数：１００００ｒｐｍ（実施例８〜１４、比較例８〜１４は８０００ｒｐｍ）
・負荷：太軸端面から１５ｍｍの部分にアジアル荷重１２０ｋｇｆ（実施例８〜１４、比較例８〜１４は１４０ｋｇｆ）
・冷却水：市販クーラントを２倍希釈したもの
・冷却水混合量：初期０．３ｍｌ、その後２０時間毎に０．１５ｍｌを注射器にて注入
【００３４】
【表１】

【００３５】
【表２】

【００３６】
【表３】

【００３７】
【表４】

【００３８】
表１〜４に示すように、特定の芳香族エスエル油を含む基油または特定の芳香族チオエーテル油を含む基油を含有するグリースを用いることにより、潤滑寿命の延長効果が認められた。
【００３９】
（特定の芳香族エステル油を含有する基油の動粘度の検証）
実施例１の配合に従い、基油の動粘度のみを変えてグリースを調製し、上記の（１）高温寿命試験を行った。結果を図２にグラフ化して示すが、基油の動粘度が４５〜３００ｍｍ^２／ｓ（４０℃）の範囲で長寿命となることがわかる。特に９０〜１５０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）の範囲が好ましい。
【００４０】
（特定の芳香族チオエーテル油の含有量の検証）
実施例１４の配合に、ＡＤＴとＰＡＯとを、基油粘度が１００ｍｍ^２／ｓ（４０℃）となるように調整しながら配合比を変え、グリースを調製した。尚、何れのグリースにも酸化防止剤としてアミン系酸化防止剤（イルガノックスＬ５７）を１質量％、防錆としてナフテン酸亜鉛を１質量％添加してある。そして、上記の（１）高温寿命試験に供した。結果を図３にグラフ化して示すが、特定の芳香族チオエーテル油の含有量が７０質量％以上であれば長寿命化に対する効果が大きく、８０質量％以上が特に好ましいことがわかる。
【００４１】
（特定の芳香族チオエーテル油を含有する基油の動粘度の検証）
実施例８の配合に従い、基油の動粘度のみを変えてグリースを調製し、上記の（１）高温寿命試験を行った。結果を図４にグラフ化して示すが、基油の動粘度が４５〜３００ｍｍ^２／ｓ（４０℃）の範囲で長寿命となることがわかる。特に９０〜１５０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）の範囲が好ましい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の水ポンプ用軸受は、耐水性に優れることは勿論のこと、高温、高速回転での使用に十分耐え得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】水ポンプ用軸受の一例を示す概略断面図である。
【図２】実施例で得られた、芳香族エステル油含有基油の動粘度と高温耐久時間との関係を示すグラフである。
【図３】実施例で得られた、基油組成と高温耐久時間との関係を示すグラフである。
【図４】実施例で得られた、芳香族チオエーテル油含有基油の動粘度と高温耐久時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１水ポンプ
２インペラ
３プーリー
４シャフト
５ころ列
６ボール列
７水ポンプ用軸受
８水路
９メカニカルシール
１０ドレン穴

Claims

下記一般式（Ｉ）で表される芳香族エステル油、一般式（ＩＩ）または一般式（ＩＩＩ）で表される芳香族チオエーテル油の少なくとも１種を含む基油を含有するグリースを封入してなることを特徴とする水ポンプ用軸受。

（式中、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５は炭素数４〜２４のアルキル基を示し、同一でも異なっていてもよい。）
基油の動粘度が４５〜３００ｍｍ^２／ｓ（４０℃）であることを特徴とする請求項１記載の水ポンプ用軸受。
グリースが、増ちょう剤として下記一般式（ＩＶ）で表されるジウレア化合物を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の水ポンプ用軸受。
Ｒ_６−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ_７−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ_８（ＩＶ）
（式中、Ｒ_６、Ｒ_８は炭素数６〜１８のアルキル基を示し、同一でも異なっていてもよく、Ｒ_７は炭素数６〜１５の芳香族基を示す。）