JP2009185111A - グリース組成物及び転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】フッ素化合物やフッ素油を用いることなく安価でありながらも、１８０℃を超える環境でも十分な潤滑性を示し、更に樹脂やゴムを劣化させることの無いグリース組成物、並びに１８０℃を超える環境での使用に十分に耐え、しかもシールの劣化によるグリース漏れのおそれも無い転がり軸受を提供する。
【解決手段】基油と、増ちょう剤として特定のジウレア化合物を含有するグリース組成物、並びに内輪と外輪との間に複数の転動体を転動自在に保持するとともに、前記グリース組成物を封入した転がり軸受。
【選択図】図１

Description

本発明は、グリース組成物及び転がり軸受に関する。より詳細には、耐熱性に優れるグリース組成物、並びに高温・高速回転下で使用され、耐熱性、耐過重性及び耐久性に優れる転がり軸受に関する。

工作機械や産業機械等に組み込まれる転がり軸受や、自動車のエンジン周りの電装機械に使用される転がり軸受は、小型軽量化や高速回転化が進み、高温化の傾向がある。一方で、省資源化や省エネ要求も高まっており、メンテナンスフリーの要望も高い。そのため、転がり軸受には、耐熱性に加えて信頼性や耐久性も要求されるようになっている。

これまで、軸受温度が１５０℃前後となる環境では、アルキルアミンを原料としたジウレア化合物を増ちょう剤とするグリースが汎用的に用いられている。しかし、軸受温度が１８０℃を超えるような環境では、ウレアの分解が起こり、グリースの硬化が急激に進行して潤滑性を失ってしまう。そこで、軸受温度が１８０℃を超えるような環境では、フッ素系または粘度鉱物系のグリース組成物が使用されてきたが、これらのグリース組成物は耐熱性には優れるものの、潤滑性や耐過重性等が良くないという欠点を抱えており、耐熱性と潤滑性とを兼ね備えるグリース組成物が求められているのが現状である。

このような背景から、本出願人も先に、増ちょう剤にジウレア化合物とフッ素化合物とを用い、基油にエステル油とフッ素油との混合油を用いたハイブリッドグリース組成物を提案している（特許文献１参照）。しかしながら、フッ素化合物やフッ素油は高価であり、コストが大幅に高くなり、汎用性があるとは言い難い。

その他にも、基油や添加剤を工夫して耐熱性を向上させることも行われているが、基油が十分な耐熱性を有していても増ちょう剤がグリース全体としての耐熱性を低下させることがある。また、添加剤についても添加剤の消耗、あるいは添加による悪影響が懸念される。

更には、転がり軸受ではニトリルゴムやアクリルゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム、アミド樹脂、ウレタンゴム等の樹脂製またはゴム製のシールを備えることが多いが、ウレア系グリースが劣化して生成するアミンがこれら材料を劣化させ、シールの硬化や変形を誘引する。接触式のシールはグリース漏洩を防ぐ効果が高いものの、接触に伴う発熱によりグリースの劣化が促進されるため、シールが摩耗してシール性能が低下する。

特開２００５−１０５０８０号公報

本発明は上記の状況に鑑みてなされたものであり、フッ素化合物やフッ素油を用いることなく安価でありながらも、１８０℃を超える環境でも十分な潤滑性を示し、更にニトリルゴムやアクリルゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム、アミド樹脂、ウレタンゴム等の樹脂やゴムを劣化させることの無いグリース組成物を提供することを目的とする。また、１８０℃を超える環境での使用に十分に耐え、しかも樹脂製またはゴム製のシールの劣化によるグリース漏れのおそれも無い転がり軸受を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、下記のグリース組成物及び転がり軸受を提供する。
（１）基油と、増ちょう剤として下記一般式（Ｉ）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グリース組成物。

（式中、Ｒ１，Ｒ３は電子吸引性の極性基を有する基であり、両者は同一であってもよく、異なっていてもよい。Ｒ２はトリレン基またはビトリレン基である。）
（２）Ｒ１，Ｒ３が、電気陰性度２．１超の極性基を有する炭素数６〜１５の芳香族炭化水素系アミノ基、脂環族炭化水素系アミノ基または脂肪族炭化水素系アミノ基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）基油がジアルキルジフェニルエーテル油、エステル油、ポリα−オレフィン油または鉱油であり、かつ、増ちょう剤量がグリース全量の３〜３０質量％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）内輪と外輪との間に複数の転動体を転動自在に保持するとともに、上記（１）〜（３）の何れか１項に記載のグリース組成物を封入したことを特徴とする転がり軸受。
（５）樹脂製またはゴム製のシールを備えることを特徴とする上記（４）記載の転がり軸受。

本発明のグリース組成物は、フッ素化合物やフッ素油を含まず安価でありながらも、１８０℃を超える環境でも十分な潤滑性を示し、耐熱性に優れる。また、樹脂を劣化させることも無いことから、樹脂製シールを備える転がり軸受の封入グリースとして好適である。一方、本発明の転がり軸受は、このようなグリース組成物を封入したことにより、１８０℃を超える環境での使用に十分に耐えることができ、樹脂製またはゴム製のシールの劣化によるグリース漏れを起こすおそれも無いため、高速回転化を実現できる。

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、基油には制限がないが、耐熱性を考慮すると合成油が好ましく、コスト面からは鉱油が好ましい。また、合成油と鉱油とを混合して使用することもできる。

合成油としては、炭化水素油、芳香族油、エステル油、エーテル油が挙げられる。炭化水素油としては、ノルマルパラフィン、イソパラフィン、ポリブテン、ポリイソブチレン、１−デセンオリゴマー、１−デセンとエチレンオリゴマー等のポリα−オレフィンまたはこれらの水素化物が挙げられる。芳香族油としては、モノアルキルベンゼンやジアルキルベンゼン等のアルキルベンゼン、モノアルキルナフタレンやジアルキルナフタレン等のアルキルナフタレン等が挙げられる。エステル油としては、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、ジトリデシルグルタレート、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ペラルゴネート、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、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。エーテル油としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールモノエーテル、ポリプロピレングリコールモノエーテル等のポリグリコール、モノアルキルトリフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテル、ジアルキルジフェニルエーテル、ペンタフェニルエーテル、テトラフェニルエーテル、モノアルキルテトラフェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテル等のフェニルエーテル油等が挙げられる。これら合成油の中でも、エステル油、エーテル油、ポリα―オレフィンが好ましく、エーテル油がより好ましい。

更にエーテル油の中でもジアルキルジフェニルエーテルが好ましく、特にジフェニルエーテルに結合するアルキル鎖のα位に炭素が付加した下記一般式（Ａ）で表されるエーテル油（分岐エーテル油）に、ジフェニルエーテルに直鎖のアルキル鎖が結合した下記一般式（Ｂ）で表されるエーテル油（直鎖エーテル油）を全体の５〜８０％となるように混合した混合油が好ましい。尚、式中のＲ４，Ｒ５は炭素数１０〜２０のアルキル基である。

鉱油は、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油が挙げられ、特に減圧蒸留、油剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精製、水素化精製等を適宜組み合わせて精製したものが好ましい。

また、基油は、耐熱性以外にも、自動車エンジン周りの電装機械に使用されることを考慮すると、低音での潤滑性に優れることも必要であるため、４０℃における動粘度で１０〜４００ｍｍ^２／ｓであることが好ましい。

増ちょう剤には、下記一般式（Ｉ）で表されるジウレア化合物を用いる。

式中、Ｒ１，Ｒ３は電子吸引性の極性基を有する基であり、両者は同一であってもよく、異なっていてもよい。好ましくは、電気陰性度２．１超の基、例えばフルオロ基、クロロ基、ニトロ基、アセテート基、メトキシ基またはエトキシ基を有する炭素数６〜１５の芳香族炭化水素系アミノ基、脂環族炭化水素系アミノ基または脂肪族炭化水素系アミノ基である。中でも、芳香族炭化水素系アミノ基が好ましい。また、Ｒ２はトリレン基またはビトリレン基である。

一般式（Ｉ）で表されるジウレア化合物は、分子全体が電気的に安定しており、分子内に電子が安定して存在することができるため、グリースの耐熱性を格段に高める。

増ちょう剤量は、通常のウレア系グリースと同様で構わないが、グリース全量の３〜３０質量％が好ましい。

グリース組成物には、その各種性能をさらに向上させるため、所望により種々の添加剤を混合してもよい。例えば、フェニル−１−ナフチルアミン等のアミン系、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ジブチルフェノール等のフェノール系、硫黄系、ジチオリン酸亜鉛等の酸化防止剤；アルカリ金属およびアルカリ土類金属等の有機スルフォン酸塩、アルキル、アルケニルこはく酸エステル等のアルキル、アルケニルこはく酸誘導体、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、単独又は２種以上混合して添加することができる。なお、これら添加剤の添加量は、本発明の目的を損なわない程度であれば特に限定されるものではない。

また、グリース組成物の製造方法は、特に限定されるものではないが、基油中でＲ１，Ｒ３源となるアミンとイソシアネートとを反応させることにより得られる。添加剤は、得られたベースグリースに適量添加され、均一に混練される。混和ちょう度は２６５〜２９５が適当である。

（転がり軸受）
本発明はまた、上記のグリース組成物を封入した転がり軸受に関する。図１は、転がり軸受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、内輪１０と、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転動体である玉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。

シール１４は、ニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム、アミド樹脂（４６ナイロンや６６ナイロン等）、ウレタンゴム等の樹脂製またはゴム製とすることができる。また、シール１４は、金属製の芯金をこれらの樹脂やゴムで被覆した構成とすることもできる。更に、シール１４は、接触式でも非接触式でもよく、外輪１１に固定してもよく、内輪１０に固定してもよい。接触式のシールは内輪１０または外輪１１と接触して発熱し、劣化成分であるアミンの発生が促進されることから、特に高速回転され、発熱が大きい転がり軸受では非接触式のシールが多用される。しかし、上記本発明のグリース組成物は熱分解し難く、劣化成分のアミンの発生が抑制されるため、接触式のシールを用いても変形や摩耗が少ない。そのため、高速回転化が可能である。

上記のように本発明の転がり軸受は、グリース組成物Ｇの優れた耐熱性により、高速回転が可能で、１８０℃を超える温度でも安定して作動する。そのため、工作機械や産業機械、自動車エンジン周りの電装機械の他にも、自動車用セラミックガスタービン、ターボエンジン、コージェネレーション用エンジン、ジェットエンジン等に好適である。

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、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

（実施例１〜１０、比較例１〜３）
表１に示すように、４，４´−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）と、表記のアミンとを表記の基油中で反応させ、添加剤を添加して全体を均一に混練して試験グリースを調製した。尚、アルキルジフェニルエーテル油Ａは、（株）松村石油研究所製で、一般式（Ａ）で表される分岐エーテル油：一般式（Ｂ）で表される直鎖エーテル油＝２０：８０の混合油（８０ｍｍ^２／ｓ＠４０℃）であり、アルキルジフェニルエーテル油Ｂは（株）松村石油研究所製「ＬＢ１００」（１００ｍｍ^２／ｓ＠４０℃）であり、エステル油は日油（株）製ポリオールエステル油「Ｈ−４８１Ｄ」（１２９ｍｍ^２／ｓ＠４０℃）であり、ポリα−オレフィン油はエクソンモービル製「ＳｐｅｃｔｒａＳｙｎ１０」（６５ｍｍ^２／ｓ＠４０℃）である。そして、各試験グリースについて下記の試験を行った。結果を表１に併記する。

（１）耐熱試験
試験グリースをシャーレに１０ｇ程度取り、そこに耐熱アクリルシールを浸漬させ、上面を開放したまま２００℃の高温槽に入れ、３００時間放置した。加熱前後の耐熱アクリルシールの外径寸法の変化率を求めた。

（２）増ちょう剤の分解温度測定
試験グリースの増ちょう剤のみ用い、ＴＧ／ＤＴＡ試験により室温から４００℃まで１０℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱していき、増ちょう剤の分解温度を測定した。増ちょう剤の分解温度は、増ちょう剤の耐熱性を示す１つの指標であり、高いほど分解が起きにくく耐熱性に優れるということができる。

（３）グリース漏洩及び耐久試験
接触式の耐熱アクリルゴムシール付き６２０３玉軸受（外径４０ｍｍ、内径１７ｍｍ、幅１２ｍｍ）に試験グリースを軸受空間の３０％となるように封入して試験軸受とした。そして、試験軸受を、外輪温度２００℃、ラジアル荷重１９，６Ｎ、アキシアル荷重１９６Ｎ、内輪回転速度６０００ｍｉｎ^−１にて連続回転させ、１００時間経過後に一旦回転を止めてグリース漏洩量を測定した。測定後に回転を再開し、外輪温度とモータ電流値（トルク）とを測定し、温度とモータ電流値の上昇を起こしたときに焼付き寿命とみなし、それまでの回転時間を求めた。グリース漏洩量及び焼付き寿命は共に試験軸受３個の平均値であり、比較例１の値に対する相対値で示してある。

表１に示すように、一般式（Ｉ）で表されるジウレア化合物を増ちょう剤に用いることにより耐熱性が向上し、転がり軸受に封入した際の焼付き寿命も大幅に延ばすことができる。また、アクリル製シールを劣化させることもなく、良好なシール性を維持できる。

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。

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 (5)

1. 基油と、増ちょう剤として下記一般式（Ｉ）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グリース組成物。
   

   

   （式中、Ｒ１，Ｒ３は電子吸引性の極性基を有する基であり、両者は同一であってもよく、異なっていてもよい。Ｒ２はトリレン基またはビトリレン基である。）
2. Ｒ１，Ｒ３が、電気陰性度２．１超の極性基を有する炭素数６〜１５の芳香族炭化水素系アミノ基、脂環族炭化水素系アミノ基または脂肪族炭化水素系アミノ基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。
3. 基油がジアルキルジフェニルエーテル油、エステル油、ポリα−オレフィン油または鉱油であり、かつ、増ちょう剤量がグリース全量の３〜３０質量％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。
4. 内輪と外輪との間に複数の転動体を転動自在に保持するとともに、請求項１〜３の何れか１項に記載のグリース組成物を封入したことを特徴とする転がり軸受。
5. 樹脂製またはゴム製のシールを備えることを特徴とする請求項４記載の転がり軸受。

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