JP2008208174A

JP2008208174A - グリース組成物及び転動装置

Info

Publication number: JP2008208174A
Application number: JP2007044270A
Authority: JP
Inventors: Yujiro Toda; 雄次郎戸田; Shinya Nakatani; 真也中谷
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2008-09-11

Abstract

【課題】潤滑性に優れるとともに、−４０℃の極低温でも流動性に優れ、１６０℃〜１８０℃という高温にも十分に耐え得る耐熱性を有するグリース組成物、並びに前記グリース組成物を充填してなり、極低温から高温まで良好に作動し、信頼性が高く、長寿命の転動装置を提供する。
【解決手段】それぞれ特定構造の分岐エーテル油と直鎖エーテル油とを、分岐エーテル油：直鎖エーテル油＝２０：８０〜９５：５（重量比）で混合してなる基油と、増ちょう剤とを含有するグリース組成物、並びに内方部材と、外方部材と、前記内方部材と前記外方部材との間に転動自在に配設された複数の転動体とを備える転動装置において、前記内方部材と前記外方部材との間に形成され前記転動体が配設された空隙部内に、前記グリース組成物を充填した転動装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、グリース組成物及び転動装置に関し、特にオルタネータや電磁クラッチ等の自動車電装部品、アイドラープーリ等の自動車エンジン補機等のように高温・高速・高荷重で使用される機器の回転部位や摺動部位に好適な転動装置、並びに前記転動装置に充填されるグリース組成物に関する。

自動車は小型軽量化や車室空間拡大の要望により、エンジンルーム空間の減少が余儀なくされており、上記の自動車電装部品や自動車エンジン補機の小型軽量化が進められている。更には、静粛性向上も要求されており、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、上記の各部品に使用される転動装置は高温に耐えられることも重要になっている。また、寒冷地での使用を考慮すると、低温での作動性も要求される。

このような背景から、従来では、上記の機器に使用される軸受には、潤滑性や耐剥離性に優れることから、ジフェニルエーテルにα−オレフィンを付加させた分岐アルキルジフェニルエーテル系潤滑油を配合したグリースが充填されることが多い（例えば特許文献１、２参照）。また、このような分岐アルキルジフェニルエーテル系潤滑油は、低温での流動性が悪いことから、低温での流動性に優れるポリα−オレフィン油を混合したり、エステル油等を混合することも行われている（例えば、特許文献３参照）。しかし、ポリα−オレフィン油やエステル油は、同程度の粘度の分岐アルキルジフェニルエーテル系潤滑油よりも耐熱性に劣るため、基油全体としての耐熱性は、分岐アルキルジフェニルエーテル系潤滑油の単独使用に比べて劣るという問題がある。

一方、耐熱性及び低温流動性の向上を図ったグリースとして、ウレア系グリースにフッ素油を添加したものが知られている（例えば特許文献４参照。しかし、ウレア系グリースの基油である鉱油や合成油は、フッ素油との親和性が乏しいため離油度が大きく、高速回転する上記機器には適さない。

その他にも、例えば、ポリテトラフルオロエチレンを増ちょう剤とし、パーフルオロエーテル油を基油とするフッ素系グリースも知られているが、フッ素系グリースは他のグリースに比べて添加剤の制約があることから潤滑性や防錆性、金属腐食性能等を向上させるための添加剤を添加できす、これらの性能に劣る傾向があり、更には他のグリースに比べて５〜２０倍程度高価であるという問題もある。

特許第２７６４７２４号公報特許第２９６５７９４号公報特開平５−２６３０９１号公報特開平１１−１８１４６５号公報

従来、上記の機器に使用される軸受は１３０〜１５０℃で使用されていたが、現在では更なる小型軽量化や静粛性により１６０〜１８０℃の高温下でも耐えられることが必要とされている。しかしながら、従来のグリース組成物は、１５０℃までの温度では実用に耐え得るものの、１６０℃を超えるような高温では耐えられない。また、低温特性についても、−４０℃という極静穏でも良好に作動することが要求されているが、対応できるとはいえない状況にある。

そこで本発明は、潤滑性に優れるとともに、−４０℃の極低温でも流動性に優れ、１６０℃〜１８０℃という高温にも十分に耐え得る耐熱性を有するグリース組成物、並びに前記グリース組成物を充填してなり、極低温から高温まで良好に作動し、信頼性が高く、長寿命の転動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は下記のグリース組成物及び転動装置を提供する。
（１）下記一般式（Ｉ）で表される分岐エーテル油と、下記一般式（II）で表される直鎖エーテル油とを、分岐エーテル油：直鎖エーテル油＝２０：８０〜９５：５（重量比）で混合してなる混合油を含む基油と、増ちょう剤とを含有することを特徴とするグリース組成物。

（式中、Ｒ１、Ｒ２は炭素数１０〜２２のアルキル基であり、Ｒ３は炭素数１〜１０のアルキル基である。ｎは２または３である。）
（２）分岐エーテル油：直鎖エーテル油＝６０：４０〜８０：２０（重量比）であることを特徴とする上記（１）記載のグリース組成物。
（３）基油の４０℃における動粘度が２０〜５００ｍｍ^２／ｓであることを特徴とする上記（１）または（２）記載のグリース組成物。
（４）混和ちょう度が２２０〜３８５であることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載のグリース組成物。
（５）内方部材と、外方部材と、前記内方部材と前記外方部材との間に転動自在に配設された複数の転動体とを備える転動装置において、前記内方部材と前記外方部材との間に形成され前記転動体が配設された空隙部内に、上記（１）〜（４）の何れか１項に記載のグリース組成物を充填したことを特徴とする転動装置。

本発明のグリース組成物は、基油に、耐熱性に優れる直鎖エーテル油と、低温流動性に優れる分岐エーテル油とを特定比率で混合して用いるため、１６０℃を超えるような高温での耐久性と、−４０℃という極低温でも良好な流動性を示す。また、本発明の転動装置は、このようなグリース組成物で潤滑されるため、極低温から高温まで良好に作動して信頼性が高く、長寿命でもある。

以下、本発明に関して詳細に説明する。

＜グリース組成物＞
本発明のグリース組成物において、基油には、下記一般式（Ｉ）で表される分岐エーテル油と、下記一般式（II）で表される直鎖エーテル油との混合物を用いる。分岐エーテル油及び直鎖エーテル油は共に、ジフェニルエーテルの一方のフェニル基にアルキル鎖が結合したものであるが、分岐エーテル油ではアルキル鎖のα位が分岐しており、直鎖エーテル油ではアルキル鎖が直鎖である。

式中のＲ１及びＲ２は炭素数１０〜２２、好ましくは１２〜１８のアルキル基である。炭素数が１０未満では発熱量が多くなり、２２を超えると流動点が高くなり低温流動性に問題が出てくる。Ｒ３は炭素数１〜１０、好ましくは１〜５のアルキル基であり、同様に炭素数が１０を超えると流動点が高くなり低温流動性に問題が出てくる。また、ｎは２または３である。

分岐エーテル油と直鎖エーテル油との混合比は、重量比で、分岐エーテル油：直鎖エーテル油＝２０：８０〜９５：５であり、好ましくは６０：４０〜８０：２０である。直鎖エーテル油の混合比が５質量％未満であると高温耐久性に劣るようになり、８０質量％を超えると低温での粘度が急上昇し、低温流動性が極端に悪くなる。分岐エーテル油：直鎖エーテル油＝６０：４０〜８０：２０となるように混合することにより、低温流動性と耐熱性とがバランスよく高まる。

また、基油は上記の分岐エーテル油及び直鎖エーテル油の混合物が好ましいが、必要に応じて、下記一般式（III）または（IV）で表されるアルキルジフェニルエーテル、エステル系合成油及びポリα−オレフィン油の少なくとも一種を適量配合することもできる。

尚、（III）式中、Ｒ４及びＲ５は同一または異なるアルキル基であり、好ましくは炭素数８〜２２、より好ましくは１２〜１４の直鎖アルキル基である。また、（VI）式、Ｒ６及びＲ７は同一または頃なるアルキル基であり、好ましくは炭素数８〜２２、より好ましくは１２〜１４の直鎖アルキル基である。Ｒ８及びＲ９は炭素数１〜１０、好ましくは１〜５のアルキル基であり、同一でも異なっていてもよい。

また、エステル系合成油としては、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等のジエステル、トリメチロールプロパンカプリレート、ペ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、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等のトリメリット酸エステル、テトラオクチルピロメリテート等のピロメリット酸エステル等が挙げられる。

上記の基油は、潤滑特性、トルク、蒸発特性及び低温流動性を考慮すると、４０℃における動粘度が２０〜５００ｍｍ^２／ｓであることが好ましく、３０~４００ｍｍ^２／ｓであることがより好ましい。動粘度が２０ｍｍ^２／ｓ未満では蒸発損失や潤滑性に劣るようになり、５００ｍｍ^２／ｓを超えると転動装置のトルクが上昇しすぎ、更に低温流動性が不十分となり転動装置を低温で起動した時に異音が発生しやすい。

増ちょう剤は、上記の基油中にコロイド状に分散し、基油を半固体状または固体状にする物質であれば、特に制約はない。例えば、リチウム石けん系、カルシウム石けん系、ナトリウム石けん系、アルミニウム石けん系、リチウムコンプレックス石けん系、カルシウムコンプレックス石けん系、ナトリウムコンプレックス石けん系、バリウムコンプレックス石けん系、アルミニウムコンプレックス石けん系等の金属石けん類、ベントナイト系、クレイ系、カーボンブラック系等の無機化合物、ウレア系、ジウレア系、トリウレア系、テトラウレア系、ウレタン系、ジウレタン系、ナトリウムテレフタラメート系等の有機化合物等が挙げられ、それぞれ単独で、あるいは適宜組み合わせて使用する。これらの中でも、−４０℃から１６０℃を越える高温までの使用を考慮すると、ジウレア系、ジウレタン系、ウレタン−ウレア系、カーボンブラックが好適である。

増ちょう剤量は、グリース全量の３〜４０質量％であり、好ましくは５〜２５質量％である。増ちょう剤が３質量％より少ないとグリース性状を形成、維持することが困難となり、４０質量％を超えると硬くなりすぎて十分な潤滑状態が得られない。

また、ちょう度は、混和ちょう度で２２０〜３９５であり、好ましくは２６５〜３５０である。混和ちょう度が２２０未満では硬くなりすぎて十分な潤滑状態が得られず、３９５を超えると転動装置から漏洩するおそれがある。

グリース組成物には、各種性能を更に向上させるために、種々の添加剤を添加してもよい。例えば、フェニル−１−ナフチルアミン等のアミン系、２−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール等のフェノール系、硫黄系、ジチオリン酸系等の酸化防止剤；アルカリ金属およびアルカリ土類金属等の有機スルホン酸塩、アルキル、アルケニルコハク酸エステル等のアルキル、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の防錆剤；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等の金属不活性化剤等をそれぞれ単独で、あるいは適宜組み合わせて添加することができる。尚、これら添加剤の添加量は、本発明の目的を損なわない範囲であれば特に制限されるものではない。

尚、グリースの製造方法は特に制限されるものではないが、基油中で増ちょう剤を合成するのが一般的である。

＜転動装置＞
本発明はまた、上記のグリース組成物を充填してなる転動装置に関する。上記のグリース組成物は−４０℃の極低温から１６０℃を超える高温まで優れた潤滑性能を示すため、オルタネータや電磁クラッチ等の自動体電装部品、アイドラプーリ等の自動車エンジン補機等のように、高温・高速・高荷重下で使用される機器の回転部分や摺動部分に好適に使用できる。転動装置に制限はなく、転がり軸受、ボールねじ、リニアガイド装置、直動ベアリング等が挙げられる。

図１は、転動装置の一実施形態である玉軸受の構造を示す縦断図面である。この玉軸受１は、内方部材である内輪１０と、外方部材である外輪１１と、内輪１０と外輪１１との間に転動自在に配設された複数の玉１３と、複数の玉１３を保持する保持器１２と、外輪１１に取り付けられた接触形のシール１４、１４と、で構成されている。また、内輪１０と外輪１１とシール１４、１４とで囲まれた軸受空間には、上記のグリース組成物Ｇが充填され、シール１４により玉軸受１内に密封されている。そして、グリース組成物Ｇにより、前記両輪１０、１１の軌道面と玉１３との接触面が潤滑される。

尚、転がり軸受としては、玉軸受の他にも、例えば、アンギュラ玉軸受、自動調心玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、針状ころ軸受、自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受、スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受が挙げられ、同様に上記のグリース組成物が封入される。

また、その他の転動装置において、内方部材とは、ボールねじの場合にはねじ軸、同じくリニアガイド装置の場合には案内レール、同じく直動ベアリングの場合には軸をそれぞれ意味する。また、外方部材とは、ボールねじの場合にはナット、同じくリニアガイドの場合にはスライダ、同じく直動ベアリングの場合には外筒をそれぞれ意味する。そして、これらの転動装置にも同様に、上記のグリース組成物が封入される。

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、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜５、比較例１〜４）
表１〜２に示すとおり、基油組成の異なる試験グリースを調製した。尚、表中の増ちょう剤の種類及び基油の種類の欄に記載された数値は、増ちょう剤及び基油全体における各成分の量比（質量％）を示している。そして、各試験グリースを用いて、以下の試験を行った。

（１）−４０℃における動トルク測定
外径６２ｍｍ、内径２５ｍｍ、幅１７ｍｍの鉄シール付き深溝玉軸受に、各試験グリースを軸受空間容積の３０％を占めるように充填した。この玉軸受を−４０℃、ラジアル荷重９８Ｎ、アキシアル荷重９８Ｎにて内輪を３０００ｍｉｎ^−１の回転速度で回転させ、回転開始５分後のトルクを測定し、−４０℃における動トルクとした。表１〜２には、比較例１の測定価を１とした相対値で示す。

（２）２００℃での焼付性試験
内径８ｍｍ、外径２２ｍｍ、幅７ｍｍの鉄シールド付き深みぞ玉軸受に、各試験グリースを軸受空間容積の５０％を占めるように充填し、図２に示すようなＡＳＴＭＤ１７４１の軸受寿命試験機に類似の試験機に装着した。そして、軸受温度２００℃、アキシアル荷重９８Ｎの条件下で３０００ｍｉｎ^−１の回転速度で内輪回転させ（その他の条件はＡＳＴＭＤ１７４１に準拠した）、焼付が生じて外輪の温度が１９０℃以上に上昇するまでの時間（焼付き時間）を計測した。表１〜２には、比較例１の焼付き時間を１とした相対値で示す。

表１〜２から、本発明に従う実施例１〜５の各試験グリースを封入することで、優れた低温特性及び耐熱性が得られることがわかる。

また、基油における分岐エーテル油と直鎖エーテル油との混合比率を変え、増ちょう剤を同様のジウレアとして試験グリースを調製した。その際、混合比率毎に、基油の４０℃における動粘度を測定した。そして、シャーレに各試験グリースを１０ｇ程度取り、上面を開放した状態で２００℃の高温槽に入れて３００時間放置した後、加熱前後の重量差から蒸発減量を求めた。結果を図３にプロットする。また、４０℃における動粘度比（直鎖エーテル油が０％での動粘度を１とする相対値）も併せてプロットする。

図３から、分岐エーテル油：直鎖エーテル油＝２０：８０〜９５：５の混合比率であれば、蒸発減量が少なく抑えられることがわかる。

本発明に係る転動装置の一実施形態である玉軸受の構造を示す縦断面図である。実施例において（２）２００℃での焼付寿命の測定に用いた軸受寿命試験機の構成を示す断面図である。分岐エーテル油と直鎖エーテル油との混合比率と、−４０℃での動粘度比及び２００℃での蒸発減量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１玉軸受
１０内輪
１１外輪
１３玉
Ｇグリース組成物

Claims

下記一般式（Ｉ）で表される分岐エーテル油と、下記一般式（II）で表される直鎖エーテル油とを、分岐エーテル油：直鎖エーテル油＝２０：８０〜９５：５（重量比）で混合してなる混合油を含む基油と、増ちょう剤とを含有することを特徴とするグリース組成物。

（式中、Ｒ１、Ｒ２は炭素数１０〜２２のアルキル基であり、Ｒ３は炭素数１〜１０のアルキル基である。ｎは２または３である。）
分岐エーテル油：直鎖エーテル油＝６０：４０〜８０：２０（重量比）であることを特徴とする請求項１記載のグリース組成物。
基油の４０℃における動粘度が２０〜５００ｍｍ^２／ｓであることを特徴とする請求項１または２記載のグリース組成物。
混和ちょう度が２２０〜３８５であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のグリース組成物。
内方部材と、外方部材と、前記内方部材と前記外方部材との間に転動自在に配設された複数の転動体とを備える転動装置において、前記内方部材と前記外方部材との間に形成され前記転動体が配設された空隙部内に、請求項１〜４の何れか１項に記載のグリース組成物を充填したことを特徴とする転動装置。