JP2009203303A

JP2009203303A - グリース組成物及び転がり軸受

Info

Publication number: JP2009203303A
Application number: JP2008045650A
Authority: JP
Inventors: Shinya Nakatani; 真也中谷
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2009-09-10

Abstract

【課題】優れた潤滑性を有し、フッ素系グリースに比べて安価であり、１６０℃を超える耐熱性と、−４０℃近い極低温での流動性とを兼ね備えるグリース組成物、及び１６０℃を超える高温及び−４０℃近い極低温でも良好に作動し、長寿命の転がり軸受を提供する。
【解決手段】２種類のジフェニルエーテル油を混合してなるアルキルジフェニルエーテル油と、ポリα−オレフィン油とを「アルキルジフェニルエーテル油：ポリα−オレフィン油＝２０：８０〜８０：２０」の混合比（質量比）で混合してなり、かつ、４０℃における動粘度が６０〜１１０ｍｍ^２／ｓである基油に、増ちょう剤として芳香族ジウレア化合物を５〜４０質量％の割合で配合したグリース組成物、並び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し、特に自動車の電装部品及びエンジン補機部品に好適な転がり軸受及びその封入グリース組成物に関する。

自動車は小型軽量化や居住空間拡大の要望により、エンジンルーム空間の減少を余儀さくされ、電装部品やエンジン補機部品の小型軽量化がより一層進められている。加えて、静粛性向上の要望によ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電装部品やエンジン補機部品は高温に耐えることも重要になっている。具体的には、従来は１３０〜１５０℃の軸受温度で使用されてきたが、近年では１６０〜１８０℃の高温下でも耐え得る軸受が必要とされてきている。

従来、耐熱性のグリースとして、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油を配合したグリースが知られている（特許文献１、２参照）。しかし、１６０℃を超える高温では早期に焼付きを生じ、また−４０℃程度の極低温環境下では流動性が不足し、軸受から異音が発生するなど低音特性にも問題がある。

耐熱性を更に向上させたグリースとして、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したフッ素系グリースが知られている。このフッ素系グリースは１６０℃を超える高温でも使用できるが、一般的なグリースに配合される添加剤を使用することが難しく、潤滑性、防錆性及び金属腐食性能に劣る傾向がある。また、フッ素系グリースは、合成系グリースに比べて５〜２０倍程度高価であるという問題もある。

また、ウレア系グリースにフッ素油を配合して、耐熱性を確保しつつ添加剤の制約やコスト減を図ったグリースも知られている（特許文献３参照）。しかし、ウレア系グリースの基油である鉱油や合成油と、フッ素油との親和性が乏しいため、離油度が大きく、高速で回転する部品用には不適であるという問題がある。

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

そこで本発明は、優れた潤滑性を有するとともに、フッ素系グリースに比べて安価であり、１６０℃を超える高温に耐え得る耐熱性と、−４０℃近い極低温での流動性とを兼ね備えるグリース組成物を提供することを目的とする。また、１６０℃を超えるような高温及び−４０℃近い極低温でも良好に作動し、長寿命の転がり軸受を提供することを目的とする。

上記の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がり軸受を提供する。
（１）一般式（Ｉ）で表わされるジフェニルエーテル油と一般式（II）で表わされるジフェニルエーテル油とを混合してなるアルキルジフェニルエーテル油と、ポリα−オレフィン油とを「アルキルジフェニルエーテル油：ポリα−オレフィン油＝２０：８０〜８０：２０」の混合比（質量比）で混合してなり、かつ、４０℃における動粘度が６０〜１１０ｍｍ^２／ｓである基油に、増ちょう剤として芳香族ジウレア化合物を５〜４０質量％の割合で配合してなることを特徴とするグリース組成物。

（式中、Ｒ１、Ｒ２は炭素数１０〜２０のアルキル基を表わす）

（２）アルキルジフェニルエーテル油が一般式（II）で表わされるジフェニルエーテル油を５〜８０質量％の割合で含み、かつ、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）記載のグリース組成物。
（３）混和ちょう度が２３０〜３３０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保持器を介して複数の転動体を転動自在に保持し、かつ、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てなることを特徴とする転がり軸受。

本発明のグリース組成物は、優れた潤滑性を有するとともに、フッ素系グリースに比べて安価であり、１６０℃を超える高温に耐え得る耐熱性と、−４０℃近い極低温での流動性とを兼ね備える。また、本発明の転がり軸受は、１６０℃を超える高温及び−４０℃近い極低温でも良好に作動し、長寿命となる。

以下、本発明に関して詳細に説明する。

〔グリース組成物〕
（基油）
グリース組成物の基油には、下記一般式（Ｉ）で表わされるジフェニルエーテル油（以下、「分岐ジフェニルエーテル油」）と、下記一般式（II）で表わされるジフェニルエーテル油（以下、「直鎖ジフェニルエーテル油」）とを混合してなるアルキルジフェニルエーテル油と、ポリα−オレフィン油とを混合して用いる。

式中、Ｒ１、Ｒ２は炭素数１０〜２０、好ましくは１２〜１８のアルキル基を表わす。具体的には、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、パンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプチルデシル基、オクタデシル基、ナノデシル基、エイコシル基等が好適であり、更にこれらは分岐していることがより好ましい。炭素数が１０未満のアルキル基では蒸発量が多くなり、炭素数が２０を超えるアルキル基では流動点が高くなり、使用上問題となる。

直鎖ジフェニルエーテル油は、４０℃における動粘度が２０〜５００ｍｍ^２／ｓであることが好ましい。また、直鎖ジフェニルエーテル油は、アルキルジフェニルエーテル油全体の５〜８０質量％であることが好ましく、５〜３０質量％であることがより好ましい。

アルキルジフェニルエーテル油とポリα−オレフィン油との混合比率は、質量比で、アルキルジフェニルエーテル油：ポリα−オレフィン油＝２０：８０〜８０：２０であり、５０：５０〜８０：２０が好ましい。アルキルジフェニルエーテル油の混合比率が２０質量％未満では、特に直鎖ジフェニルエーテル油が持つ耐熱性の向上効果が不十分となる。一方、アルキルジフェニルエーテル油の混合比率が８０質量％を超えると、低温での流動性に劣るようになる。尚、ポリα−オレフィン油としては、下記一般式（III）で表わされるものが好ましい。

（式中、Ｒ５はアルキル基であり、同一分子中に頃なるアルキル基が混在していてもよいが、好ましくはｎ−オクチル基である。また、ｎは３〜８が好ましい。）

また、基油全体としての動粘度は、４０℃における動粘度で６０〜１１０ｍｍ^２／ｓであり。４０℃における動粘度が１１０ｍｍ^２／ｓを超えると、転がり軸受のトルクが上昇しすぎるため好ましくない。また、低音での流動性が不十分となって転がり軸受を低音下で起動する際に異音が発生するおそれがある。但し、４０℃における動粘度が５０ｍｍ^２／ｓ未満であると、蒸発損失や潤滑性の問題から適当ではない。即ち、高温において、例えば軸受の回転中に軌道面と転動体との金属接触を避けるのに十分な潤滑油膜の形成が困難になる。このような問題をより生じ難くするためには、４０℃における動粘度は７０〜１００ｍｍ^２／ｓであることが好ましい。尚、ポリα−オレフィン油の動粘度は、基油全体として前記の動粘度を満足するように設定される。

（増ちょう剤）
増ちょう剤には、芳香族ジウレア化合物を用いる。その配合量は、グリース全量の５〜４０質量％であり、好ましくは５〜２５質量％である。増ちょう剤量が５質量％未満ではグリース状態を維持するのが困難になり、４０質量％を超えると硬くなりすぎて十分な潤滑状態を発揮することができない。

（添加剤）
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、２，６−ジ−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。

（混和ちょう度）
グリース組成物の混和ちょう度は２３０〜３３０であることが好ましく、２５０〜３００であることがより好ましい。混和ちょう度が２３０未満では硬すぎて十分な潤滑性能が期待できず、３３０より大きいとグリース漏れを起こすおそれがある。

（製造方法）
グリース組成物の製造方法には制限はなく、例えば、上記基油中で、増ちょう剤である芳香族ジウレア化合物を合成することにより得られる。

〔転がり軸受〕
転がり軸受の種類や構成には制限がなく、例えば図１に示す玉軸受を例示することができる。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が持つ特性により、１６０℃を超える高温での耐久性に優れ、−４０℃という極低温でも異音を発する等の不具合が生じることがない。

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。

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。

（実施例１〜５、比較例１〜４）
表１に示すように、一般式（Ｉ）で表わされ、Ｒ１が炭素数１２のアルキル基である分岐ジフェニルエーテル油、一般式（II）で表わされ、Ｒ２が炭素数１２のアルキル基である直鎖ジフェニルエーテル油、ポリαオレフィン油を表記の配合量にて混合した基油中で、４，４´―ジフェニルメタンジイソシアネートとｐ−トルイジンとを反応させて芳香族ジウレア化合物を合成して実施例１〜５の試験グリースを調製した。

また、表２に示すように、一般式（Ｉ）で表わされ、Ｒ１が炭素数１２のアルキル基である分岐ジフェニルエーテル油、一般式（II）で表わされ、Ｒ２が炭素数１２のアルキル基である直鎖ジフェニルエーテル油、ポリαオレフィン油、アルキルジフェニルエーテル油を用い、表記の配合量にて混合した基油中で、４，４´―ジフェニルメタンジイソシアネートとシクロヘキシルアミンとを反応させて脂環族ジウレア化合物を合成して比較例１〜４の試験グリースを調製した。

尚、実施例及び比較例の各試験グリースには、何れもアミン系酸化防止剤を２重量％、カルシウムスルフォネート系防錆剤を１質量％、ベンゾトリアゾール系金属不活性化剤を０．０５質量％の割合で添加してある。

そして、各試験グリースについて、下記に示す（１）−４０℃での動トルク及び（２）２００℃での焼付寿命を評価した。

（１）−４０℃での動トルク
外径６２ｍｍ、内径２５ｍｍ、幅１７ｍｍの鉄シールド付き深溝玉軸受（図１参照）に、試験グリースを軸受空間の３０体積％を占めるように充填し、外輪温度―４０℃、ラジアル荷重９８Ｎ、アキシアル荷重９８Ｎ、内輪回転速度３０００ｍｉｎ^−１にて回転させ、回転開始５分後のトルクを測定した。結果を表１及び表２に、比較例１の試験グリースに対する相対値で示す。

（２）２００℃での焼付寿命
内径８ｍｍ、外径２２ｍｍ、幅７ｍｍの鉄シールド付き深溝玉軸受（図１参照）に、試験グリースを軸受空間の５０％を占めるように充填して試験軸受を作製し、この試験軸受を図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２１０℃以上に上昇するまでの時間（焼付き時間）を計測した。結果を表１及び表２に、比較例１の試験グリースに対する相対値で示してある。

表１及び表２から、分岐ジフェニルエーテル油と直鎖ジフェニルエーテル油とを混合してなるアルキルジフェニルエーテル油と、ポリα−オレフィン油とを規定比率で混合した基油と、増ちょう剤として芳香族ジウレア化合物を含有するグリース組成物は、−４０℃という極低温でも良好な流動性を示し、かつ、２００℃という高温にも十分に耐え得ることがわかる。

本発明に係る転動装置の一例である玉軸受を示す断面図である。実施例において（２）２００℃での焼付寿命の測定に用いた試験機の構成を示す断面図である。

符号の説明

１玉軸受
１０内輪
１１外輪
１３玉
１４シール
Ｇグリース組成物

Claims

一般式（Ｉ）で表わされるジフェニルエーテル油と一般式（II）で表わされるジフェニルエーテル油とを混合してなるアルキルジフェニルエーテル油と、ポリα−オレフィン油とを「アルキルジフェニルエーテル油：ポリα−オレフィン油＝２０：８０〜８０：２０」の混合比（質量比）で混合してなり、かつ、４０℃における動粘度が６０〜１１０ｍｍ^２／ｓである基油に、増ちょう剤として芳香族ジウレア化合物を５〜４０質量％の割合で配合してなることを特徴とするグリース組成物。

（式中、Ｒ１、Ｒ２は炭素数１０〜２０のアルキル基を表わす）
アルキルジフェニルエーテル油が一般式（II）で表わされるジフェニルエーテル油を５〜８０質量％の割合で含み、かつ、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記載のグリース組成物。
混和ちょう度が２３０〜３３０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。
内輪と外輪との間に保持器を介して複数の転動体を転動自在に保持し、かつ、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てなることを特徴とする転がり軸受。