JP2009019703A

JP2009019703A - 車輪支持装置

Info

Publication number: JP2009019703A
Application number: JP2007183255A
Authority: JP
Inventors: Eishin Mikami; 英信三上
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2009-01-29

Abstract

【課題】高荷重またはすべり運動が生じる状態での潤滑面での摩擦摩耗を防止し、長期耐久性に優れた車輪支持装置を提供する。
【解決手段】アクスル３の外径面上に取付けられたグリース封入転がり軸受４によって車輪とともに回転する回転部材を回転自在に支持する車輪支持装置であって、上記グリース封入転がり軸受に封入されるグリースは、基油と、増ちょう剤と、添加剤とを含み、上記添加剤は、少なくとも芳香族スルホン酸リチウムを上記グリース全体に対して 0.1〜15 重量％含有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の懸架装置に対して車輪を回転自在に支持するための車輪支持装置に関する。

後輪駆動型車両における前輪の如き非駆動輪を支持する車輪支持装置においては、ステアリングナックルに設けられたアクスル（ナックルスピンドル）上に２個の転がり軸受を取付け、その転がり軸受によって回転自在に支持されたアクスルハブの外径面にフランジを設け、このフランジに設けられたスタッドボルトと、これにねじ係合されるナットによってブレーキ装置のブレーキドラムおよび車輪のホイールディスクを取付けるようにしている。
また、ステアリングナックルに設けられたフランジにバックプレートを取付け、そのバックプレートによってブレーキドラムに制動力を付与する制動機構を支持するようにしている。
上記のような車輪支持装置においては、アクスルハブを回転自在に支持する転がり軸受として、負荷容量の大きい剛性の高い円すいころ軸受が用いられる。この円すいころ軸受は、アクスルとアクスルハブ間に充填されたグリースによって潤滑される。

車輪支持装置に用いられる軸受は、高速、高荷重という過酷な使用条件のため、特に、ころの大端面とつば部で軌道輪つばがすべり運動するため、潤滑グリースの潤滑油膜が破断しやすくなる。潤滑油膜が破断すると金属接触が起こり、発熱、摩擦摩耗が増大する不具合が発生する。
そのため、高速、高荷重下での潤滑性および耐荷重性を向上させ、潤滑油膜破断による金属接触を防止する必要があり、極圧剤含有グリースを使用して、その不具合を軽減している。

自動車車輪軸受におけるフレーキング寿命および潤滑寿命を延長し、フレッチングを低減した自動車車輪軸受用グリース組成物として（ａ）次の一般式（２）で表されるウレア系増ちょう剤、（ｂ）有機モリブデン化合物および（ｃ）基油を含有する自動車車輪軸受用グリース組成物が知られている（特許文献１参照）。Ｒ₁−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ₂−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ₃ （２）（式中、Ｒ₁およびＲ₃ は、互いに同一でも異なっていてもよく、それぞれ炭素数 6〜12 の芳香族系炭化水素基を示し、Ｒ₂ は炭素数 6〜15 の芳香族系炭化水素基を示す）

しかしながら、ころ軸受の使用条件が軸径ｄと回転数Ｎとの積の値であるｄＮ値 10 万以上という高速条件下での潤滑など過酷になるにつれて、従来のグリースではころ軸受の使用が困難になるなどの問題がある。
車輪支持装置用ころ軸受は、内、外輪の転走面と転動体である「ころ」との間にころがり摩擦が、スラスト摺動面であるつば部と「ころ」との間にすべり摩擦が、それぞれ発生する。ころがり摩擦に比べるとすべり摩擦は大きいので、使用条件が過酷になるとつば部の焼付きが生じやすくなる。そのためグリースの交換作業等が頻繁になりメンテナンスフリー化を達成できないという問題がある。
特開２００６−７７０５６号公報

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、高荷重またはすべり運動が生じる状態での潤滑面での摩擦摩耗を防止し、長期耐久性に優れた車輪支持装置を提供することを目的とする。

本発明の車輪支持装置は、アクスルの外径面上に取付けられたグリース封入転がり軸受によって車輪とともに回転する回転部材を回転自在に支持する車輪支持装置であって、上記グリース封入転がり軸受に封入されるグリースは、基油と、増ちょう剤と、添加剤とを含み、上記添加剤は、少なくとも芳香族スルホン酸リチウムを含有することを特徴とする。
また、上記芳香族スルホン酸リチウムは、上記グリース全体に対して 0.1 重量％〜15 重量％含有することを特徴とする。

上記添加剤に硫黄系極圧剤が含まれ、該硫黄系極圧剤は、上記グリース全体に対して 0.1 重量％〜15 重量％含有することを特徴とする。
また、上記増ちょう剤は、ウレア系増ちょう剤であることを特徴とする。
また、上記グリース封入転がり軸受は、スラスト摺動面を有することを特徴とする。

本発明の車輪支持装置は、添加剤として芳香族スルホン酸リチウムを含有するグリースを封入した転がり軸受を使用しているので、芳香族スルホン酸リチウムが転がり滑り接触部に補給されることによって、極圧性効果を長期間持続することができる。そのため、上記転がり軸受は耐摩耗性とともに、長期間耐久性に優れ、車輪支持装置が長寿命となる。
また、硫黄系極圧剤を併用することで、より極圧性効果を高めることができる。

極圧剤含有グリースを封入した軸受を車輪支持装置に使用することによって、高速、高荷重下での潤滑性および耐荷重性を向上させる検討を行なった。この結果、グリース全体に対し、添加剤として芳香族スルホン酸リチウムを 0.01〜15 重量％配合したグリースを封入した転がり軸受は、これ以外の添加剤を含有するグリースを封入した転がり軸受に比べて、高荷重およびすべり運動下で摩耗が少なく、長期耐久性能が向上することがわかった。これは、芳香族スルホン酸リチウムがこれ以外の物質よりも耐熱耐久性に優れ、熱による化学変化を起こしにくいため、極圧性効果を長時間持続することができることによるものと考えられる。本発明はこのような知見に基づくものである。

本発明の車輪支持装置について、図１により説明する。図１は車輪支持装置の断面図である。図１に示すように、ステアリングナックル１にはフランジ２と、アクスル３とが設けられ、そのアクスル３の外径面上に取付けた一対の円すいころ軸受４ａ、４ｂによって回転部材としてのアクスルハブ５が回転自在に支持されている。
アクスルハブ５は、外径面にフランジ６を有し、そのフランジ６に設けたスタッドボルト７と、そのスタッドボルト７にねじ係合したナット８によってブレーキ装置のブレーキドラム９、および車輪のホイールディスク１０が取付けられている。１１はホイールディスク１０の外径面に取付けられたリムを示し、そのリム上にタイヤが取付けられる。

上記ステアリングナックル１のフランジ２にはボルト７、ナット８の締付けによってブレーキ装置のバックプレート１２が取付けられている。バックプレート１２にはブレーキドラム９に制動力を付与する制動機構が支持されるが、図では省略してある。
アクスルハブ５を回転自在に支持する上記一対の円すいころ軸受４ａ、４ｂは、アクスルハブ５内に封入されたグリースによって潤滑される。その円すいころ軸受４ｂから外部にグリースが漏洩したり、外部から泥水が浸入するのを防止するため、アクスルハブ５の外側端面に円すいころ軸受４ｂを覆うようにしてグリースキャップ１７が取付けられている。

本発明の車輪支持装置の円すいころ軸受の一例について図２により説明する。図２は円すいころ軸受の一部切り欠き斜視図である。円すいころ軸受４は内輪１４と外輪１３との間に円すいころ１６が保持器１５を介して配置されている。円すいころ１６は内輪１４の転走面１４ａと外輪１３の転走面１３ａとの間でころがり摩擦を受け、内輪１４のつば部１４ｂ、１４ｃとの間ですべり摩擦を受ける。これらの摩擦を低減するためにころ軸受用グリースが封入されている。

本発明の車輪支持装置において、転がり軸受に封入するグリースとして使用することができる芳香族スルホン酸リチウム（リチウムスルホネート）は、例えば、重量平均分子量 100〜1500、好ましくは 200〜700 のアルキル芳香族化合物をスルホン化することによって得られるアルキル芳香族スルホン酸のリチウム塩が好ましく挙げられる。
また、芳香族スルホン酸リチウムとしては、通常、軽質潤滑油基油等で希釈された状態の市販品を使用することもできる。また、これらの芳香族スルホン酸リチウムは、１種類または、２種類を混合してグリースに添加してもよい。

アルキル芳香族スルホン酸としては、例えば、石油スルホン酸または合成スルホン酸等が挙げられる。
上記石油スルホン酸としては、一般に、鉱油の潤滑油留分のアルキル芳香族化合物をスルホン化したものや、ホワイトオイル製造時に副生する、いわゆるマホガニー酸等が用いられる。
また、上記合成スルホン酸としては、例えば、洗剤の原料となるアルキルベンゼン製造プラントから副生したり、ポリオレフィンをベンゼンにアルキル化することにより得られる、直鎖状または分枝状のアルキル基を有するアルキルベンゼンを原料とし、これをスルホン化したもの、あるいはジノニルナフタレン等のアルキルナフタレンをスルホン化したもの等が挙げられる。
また、これらアルキル芳香族化合物をスルホン化する際のスルホン化剤としては特に限定されず、通常、発煙硫酸または無水硫酸等が用いられる。

芳香族スルホン酸リチウムの添加量は、グリース全体に対し 0.1〜15 重量％が好ましい。より好ましくは 1〜10 重量％、さらに好ましくは 1〜5 重量％である。添加量が 0.1 重量％未満では、耐摩耗性の向上効果が発揮されない。また、15 重量％をこえると、回転時のトルクが大きくなり、発熱が増大して回転障害を生じる。

本発明の車輪支持装置において、グリースに使用できる基油としては、例えば、鉱油、ポリ-α-オレフィン(以下、ＰＡＯと記す)油、エステル油、フェニルエーテル油、フッ素油、さらに、フィッシャートロプシュ反応で合成される合成炭化水素油（ＧＴＬ基油）などが挙げられる。これらの基油は、単独で、または 2 種類以上組み合せて用いてもよい。
これらの中でも、ＰＡＯ油、鉱油、エステル油およびエーテル油から選ばれた少なくとも一種を使用することが好ましい。

上記のＰＡＯ油としては、通常、α-オレフィンまたは異性化されたα-オレフィンのオリゴマーまたはポリマーの混合物である。α-オレフィンの具体例としては、１-オクテン、１-ノネン、１-デセン、１-ドデセン、１-トリデセン、１-テトラデセン、１-ペンタデセン、１-ヘキサデセン、１-ヘプタデセン、１-オクタデセン、１-ノナデセン、１-エイコセン、１-ドコセン、１-テトラコセン等を挙げることができ、通常はこれらの混合物が使用される。
また、鉱油としては、例えば、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油等の通常潤滑油やグリースの分野で使用されているものをいずれも使用することができる。

本発明において、グリースに使用できる基油は、好ましくは、40℃における動粘度が 30〜200 mm²/s である。30 mm²/s 未満の場合は、蒸発量が増加し、耐熱性が低下するので好ましくなく、また、200 mm²/s をこえると回転トルクの増加による軸受の温度上昇が大きくなるので好ましくない。

本発明において、グリースに使用できる増ちょう剤としては、アルミニウム、リチウム、ナトリウム、複合リチウム、複合カルシウム、複合アルミニウムなどの金属石けん系増ちょう剤、および、下記式（１）のジウレア化合物、ポリウレア化合物などのウレア系増ちょう剤が挙げられる。好ましくは、ジウレア化合物である。これらの増ちょう剤は、単独で、または 2 種類以上組み合わせて用いてもよい。

（式（１）中のＲ² は、炭素数 6〜15 の芳香族炭化水素基を、Ｒ¹ およびＲ³ は、炭素数 6〜12 の芳香族炭化水素基または炭素数 6〜20 の脂環族炭化水素基または炭素数 6〜20 の脂肪族炭化水素基をそれぞれ示し、Ｒ¹ およびＲ³ は、同一であっても異なっていてもよい。）

ジウレア化合物、ポリウレア化合物などのウレア系化合物は、イソシアネート化合物とアミン化合物を反応させることにより得られる。反応性のある遊離基を残さないため、イソシアネート化合物のイソシアネート基とアミン化合物のアミノ基とは略当量となるように配合することが好ましい。
式（１）で表されるジウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミンの反応で得られる。ジイソシアネートとしては、フェニレンジイソシアネート、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、１，５-ナフチレンジイソシアネート、２，４-トリレンジイソシアネート、３，３-ジメチル-４，４-ビフェニレンジイソシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネー卜等が挙げられる。
モノアミンとしては、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、アニリン、ｐ-トルイジン、シクロヘキシルアミン等が挙げられる。

基油に、ウレア系化合物などの増ちょう剤を配合して各種添加剤を配合するためのベースグリースが得られる。ウレア系化合物を増ちょう剤とする場合、ベースグリースは、基油中でイソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させて作製する。

基油の配合割合は、ベースグリース全体に対して、50〜95 重量％であることが好ましい。基油の配合割合が、50 重量％未満では、潤滑油が少なく潤滑不良となりやすい。また 95 重量％をこえるとグリースが軟化しやすくなるので、漏れやすくなる。

本発明の車輪支持装置に使用できるグリースは、その混和ちょう度が 200〜400 の範囲であることが好ましい。200 未満では低温時の潤滑性能が悪くなり、400 をこえるとグリースが漏れやすくなって好ましくない。

本発明の車輪支持装置に使用できるグリースは、上記芳香族スルホン酸リチウムに加えて、添加剤として硫黄系極圧剤を含有することが好ましい。硫黄系極圧剤としては、硫化油脂、二硫化ジベンジル、二硫化ジフェニルなどの有機硫黄化合物が挙げられる。硫黄系極圧剤を併用することで、より極圧性効果を高めることができる。

硫黄系極圧剤の添加量は、グリース全体に対して、0.1〜15 重量％であることが好ましい。添加剤の配合割合が、0.1 重量％未満では極圧性向上の効果が小さい。また 15 重量％をこえると発熱が大となり温度が上昇する。

また、本発明の車輪支持装置に使用できるグリースは、必要に応じてその他の公知の添加剤を含有させることができる。この添加剤として、例えば、有機亜鉛化合物、アミン系、フェノール系、イオウ系等の酸化防止剤、ベンゾトリアゾール、亜硝酸ソーダなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレン等の粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤等が挙げられる。これらを単独で、または、2 種類以上組み合せて添加することができる。

本発明の車輪支持装置に使用できるグリースは、車輪支持装置以外の高負荷がかかる軸受にも使用することができる。

実施例１〜実施例３
鉱油（ 40℃での動粘度が 100 mm²/s ）2000 g 中で、ジフェニルメタン-４、４'-ジイソシアネー卜 60.6 g と、オクチルアミン 31.3 g と、ステアリルアミン 66.2 g とを反応させ、生成したウレア化合物を均一に分散させてベースグリース１を得た。このベースグリース１に、表１および表２に示す配合で添加剤を配合し、得られる化合物を三段ロールミルでＪＩＳちょう度Ｎｏ．１グレード（ちょう度：310〜340 ）に調整して本発明の車輪支持装置に封入するグリースを得た。得られたグリースにつき、以下に記す極圧性評価試験およびころ軸受試験を行なった。結果を表１に併記した。

実施例４および実施例５
鉱油（ 40℃での動粘度が 100 mm²/s ）2000 g 中で、ジフェニルメタン-４、４'-ジイソシアネー卜 60.3 g と、ステアリルアミン 65.5 g と、シクロヘキシルアミン 24.1 g とを反応させ、生成したウレア化合物を均一に分散させてベースグリース２を得た。このベースグリース２に、表１に示す配合で添加剤を配合し、得られる化合物を三段ロールミルでＪＩＳちょう度Ｎｏ．１グレード（ちょう度：310〜340 ）に調整して本発明の車輪支持装置に封入するグリースを得た。得られたグリースにつき、以下に記す極圧性評価試験およびころ軸受試験を行なった。結果を表１に併記した。

比較例１および比較例２
鉱油（ 40℃での動粘度が 100 mm²/s ）2000 g 中で、ジフェニルメタン-４、４'-ジイソシアネー卜 60.6 g と、オクチルアミン 31.3 g と、ステアリルアミン 66.2 g とを反応させ、生成したウレア化合物を均一に分散させてベースグリース１を得た。このベースグリース１に、表１および表２に示す配合で添加剤を配合し、得られる化合物を三段ロールミルでＪＩＳちょう度Ｎｏ．１グレード（ちょう度：310〜340 ）に調整して本発明の車輪支持装置に封入するグリースを得た。得られたグリースにつき、以下に記す極圧性評価試験およびころ軸受試験を行なった。結果を表１に併記した。

比較例３および比較例４
鉱油（ 40℃での動粘度が 100 mm²/s ）2000 g 中で、ジフェニルメタン−４、４'−ジイソシアネー卜 60.3 g と、ステアリルアミン 65.5 g と、シクロヘキシルアミン 24.1 g とを反応させ、生成したウレア化合物を均一に分散させてベースグリース２を得た。このベースグリース２に、表１に示す配合で添加剤を配合し、得られる化合物を三段ロールミルでＪＩＳちょう度Ｎｏ．１グレード（ちょう度：310〜340 ）に調整して本発明の車輪支持装置に封入するグリースを得た。得られたグリースにつき、以下に記す極圧性評価試験およびころ軸受試験を行なった。結果を表１に併記した。

＜極圧性評価試験＞
極圧性評価試験装置を図３に示す。評価試験装置は、回転軸１８に固定されたφ40×10 のリング状試験片１９と、この試験片１９と端面２１にて端面同士が擦り合わされるリング状試験片２０とで構成される。グリースを端面２１部分に塗布し、回転軸１８を回転数 2000 rpm、図３中右方向Ａのアキシアル荷重 490 N 、ラジアル荷重 392 N を負荷して、極圧性を評価した。極圧性は両試験片のすべり部の摩擦摩耗増大により生じる回転軸１８の振動を振動センサにて測定し、その振動値が初期値の 2 倍になるまで試験を行ない、その時間を測定した。
回転軸１８の振動値が初期値の 2 倍になるまでの時間が長いほど極圧性効果が大となり、優れた耐フレーキング性を示す。したがってグリースのフレーキング性の評価は、測定された上記時間の長さにて各実施例と各比較例とを対比させて行なった。

＜ころ軸受試験＞
３０２０６円すいころ軸受にグリースを 3.6 g 封入し、アキシアル荷重 980 N 、回転数 2600 rpm 、室温にて運転し、回転中のつば部表面温度を測定した。運転開始後、4〜8 時間までのつば部表面温度の平均値を算出した。
つば部と「ころ」との間に発生するすべり摩擦が大きくなると回転中のつば部表面温度は上昇する。そのためグリースの耐熱耐久性の評価は、測定された上記温度の高さにて各実施例と各比較例とを対比させて行なった。上記温度の高さが 65℃以下であることが、グリースの耐久性に優れていると評価する基準とした。

表１において、各実施例と各比較例とを対比すると、芳香族スルホン酸リチウム（リチウムスルホネート）が、極圧性評価試験およびころ軸受試験において優れた耐熱耐久性を示した。

本発明の車輪支持装置は、その軸受に耐熱耐久性に優れた芳香族スルホン酸リチウムを含有するグリースを封入しているので、極圧性効果を長期間持続できる。そのため耐摩耗性とともに、長期間耐久性の要求される車輪支持装置として好適に利用できる。

車輪支持装置の断面図である。円すいころ軸受の一部切り欠き斜視図である。極圧性評価試験装置を示す図である。

符号の説明

１ステアリングナックル
２フランジ
３アクスル
４円すいころ軸受（グリース封入転がり軸受）
５アクスルハブ
６フランジ
７スタッドボルト
８ナット
９ブレーキドラム
１０ホイールディスク
１１リム
１２バックプレート
１３外輪
１４内輪
１５保持器
１６円すいころ
１７グリースキャップ
１８回転軸
１９、２０リング状試験片
２１端面

Claims

アクスルの外径面上に取付けられたグリース封入転がり軸受によって車輪とともに回転する回転部材を回転自在に支持する車輪支持装置であって、
前記グリース封入転がり軸受に封入されるグリースは、基油と、増ちょう剤と、添加剤とを含み、前記添加剤は、少なくとも芳香族スルホン酸リチウムを含有することを特徴とする車輪支持装置。
前記芳香族スルホン酸リチウムは、前記グリース全体に対して 0.1〜15 重量％含有することを特徴とする請求項１記載の車輪支持装置。
前記添加剤に硫黄系極圧剤が含まれ、該硫黄系極圧剤は、前記グリース全体に対して 0.1〜15 重量％含有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の車輪支持装置。
前記増ちょう剤は、ウレア系増ちょう剤であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の車輪支持装置。
前記グリース封入転がり軸受は、スラスト摺動面を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載の車輪支持装置。