JP2013129744A - グリース組成物及び転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】１８０℃を超える高温環境下での使用に耐え得る耐熱性とともに、静粛性にも優れ、特にオルタネータや電磁クラッチ等の自動車電装部品、アイドラプーリ等の自動車エンジン補機に好適な転がり軸受、並びに高温環境下で使用される転がり軸受に好適なグリース組成物を提供することを目的とする。
【解決手段】４０℃における動粘度が２０〜２００ｍｍ^２／ｓの基油に、第１増ちょう剤としてウレア化合物及び第２増ちょう剤としてフッ化カーボンを混合して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、オルタネータや電磁クラッチ等の自動車電装部品、アイドラプーリ等の自動車エンジン補機のように高温高速環境下で使用される機器の回転部位に好適な転がり軸受に関する。また、本発明は、高温高速環境下で使用される転がり軸受に好適なグリース組成物に関する。

自動車のエンジンの小型化に伴い、オルタネータや電磁クラッチ等の自動車電装部品、アイドラプーリ等の自動車エンジン補機の回転部位に使用される転がり軸受の高速回転化が進んでいる。高速回転化により、転がり軸受では発熱が多くなり、音響も増大する。一方で、転がり軸受には、省資源化・省力化も要求されており、メンテナンスフリー化の要望も高い。そのため、転がり軸受には、耐熱性や静粛性に加えて、信頼性や耐久性も要求されている。

メンテナンスフリー化のためにはグリース組成物を封入するのが一般的であるが、耐熱性や軸受音響特性を考慮して、合成油を基油とし、ウレア化合物を増ちょう剤とするグリース組成物が主に使用されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、このウレア化合物−合成油系グリース組成物は、１７０〜１８０℃までは優れた潤滑性や軸受音響特性を有するものの、１８０℃を超える高温下では、基油の蒸発やそれに伴うグリースの硬化、並びに増ちょう剤の破壊によるグリースの軟化が起こることがあり、早期に潤滑不良あるいは軸受音響特性の低下を生じるおそれがある。

また、更なる耐熱性を目的として、ウレア化合物とフッ素樹脂とを混合して用いたグリース組成物が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−１２０９５６号公報 特許第４３６０１６６号公報

しかしながら、更なる耐熱性の向上は必至であり、本発明は１８０℃を超える高温環境下での使用に耐え得る耐熱性とともに、静粛性にも優れ、特にオルタネータや電磁クラッチ等の自動車電装部品、アイドラプーリ等の自動車エンジン補機に好適な転がり軸受、並びに高温環境下で使用される転がり軸受に好適なグリース組成物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、本発明は下記の転がり軸受を提供する。
（１）４０℃における動粘度が２０〜２００ｍｍ^２／ｓの基油に、第１増ちょう剤としてウレア化合物及び第２増ちょう剤としてフッ化カーボンを混合して配合したことを特徴とするグリース組成物。
（２）前記フッ化カーボンの１次粒子径が５μｍ以下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）前記増ちょう剤の含有量が、グリース全量の１０〜４０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）前記増ちょう剤において、前記フッ化カーボンの割合が１０〜９０質量％、前記ウレア化合物の割合が９０〜１０質量％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）内輪と外輪との間に複数の転動体を保持器を介して転動自在に保持してなり、かつ、上記（１）〜（４）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。
（６）自動車電装部品または自動車エンジン補機の回転部位に使用されることを特徴とする上記（５）記載の転がり軸受。

本発明のグリース組成物では、封入するグリース組成物の増ちょう剤をウレア化合物とフッ化カーボンとの混合物としたことにより、１８０℃を超える高温環境下での使用に耐え得る耐熱性とともに、静粛性にも優れるようになる。そのため、本発明の転がり軸受も耐熱性及び静粛性に優れたものとなり、オルタネータや電磁クラッチ等の自動車電装部品、アイドラプーリ等の自動車エンジン補機に好適となる。

本発明の転がり軸受の一例を示す断面図である。

以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。

本発明において、転がり軸受の種類やその構造には制限はなく、例えば図１に示す転がり軸受１を例示することができる。図示される転がり軸受１は、内輪１０と、外輪１１と、内輪１０と外輪１１との間に保持器１２により転動自在に保持される転動体１３とを備え、内輪１０、外輪１１及び転動体１３とで形成される軸受内部空間に、後述されるグリース組成物Ｇを充填し、シール１４で封止したものである。

グリース組成物Ｇにおいて、増ちょう剤には、第１増ちょう剤としてウレア化合物、第２増ちょう剤としてフッ化カーボンを混合して用いる。

ウレア化合物として例えばジウレア化合物、トリウレア化合物、テトラウレア化合物、ポリウレア化合物を使用できるが、中でも脂肪族ジウレア、脂環式ジウレア、芳香族ジウレアが好ましい。何れも、ジイソシアネートと、アミン成分とを反応させて得られる。

フッ化カーボンは、一般式Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋２（ｎは整数）で表記される粉体であり、軸受音響特性からその１次粒子径が５μｍ以下のものが好ましい。但し、１次粒子径が小さすぎると凝集しやすくなり、基油の保持能力が十分ではなくなり、耐久性に劣るようになるため、０．０１μｍ以上のものが好ましい。

増ちょう剤量には制限はないが、グリース組成物Ｇの全量に対し１０〜４０質量％が好ましい。増ちょう剤量が１０質量％未満ではグリース状を維持するのが困難となり、４０質量％を超えるとグリース組成物Ｇが硬すぎて潤滑性能に劣るようになり、トルクが上昇して発熱量も多くなる。より好ましい増ちょう剤量は、１５〜３０質量％である。

また、増ちょう剤におけるウレア化合物とフッ化カーボンとの比率は、ウレア化合物が１０〜９０質量％、フッ化カーボンが９０〜１０質量％であるが、ウレア化合物とフッ化化合物とを同量ずつ混合することが好ましい。

一方、基油には制限はなく、鉱油系潤滑油や合成潤滑油から任意に選択することができる。何れの潤滑油にも制限はなく、下記を例示することができる。

鉱油系潤滑油としては、パラフィン系鉱油やナフテン系鉱油、あるいはこれらの混合油を好適に使用することができる。

合成潤滑油としては、エステル油や合成炭化水素油、エーテル油、フッ素油が挙げられる。

エステル油としては、多価アルコールと一塩基酸とを反応させて得られるポリオールエステル油、芳香族エステル油を好適に使用することができる。尚、多価アルコールとしては、トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）、ペンタエルスリトール（ＰＥ）、ジペンタエリスリトール（ＤＰＥ）、ネオペンチルグリコール（ＮＰＧ）、２−メチル−２−プロピルー１，３−プロパンジオール（ＭＰＰＤ）等が挙げられる。また、一塩基酸としては、主に炭素数４〜１８の一価脂肪酸が用いられ、具体的には酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、エナント酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデカン酸、ラウリル酸、ミステリン酸、パルミチン酸、牛脂脂肪酸、ステアリン酸、カプロレイン酸、パルミトレイン酸、ペトロセリン酸、オレイン酸、エライジン酸、アスクレピン酸、バクセン酸、ソルビン酸、リノール酸、リノレン酸、サビシン酸、リシノール酸等が挙げられる。また、多価アルコールと二塩基酸・一塩基酸の混合脂肪酸とを反応させて得られるオリゴエステルであるコンプレックスエステルを用いることもできる。芳香族エステル油としては、トリメリット酸エステル、トリオクチルトリメリテート（ＴＯＴＭ）、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が挙げられる。

合成炭化水素油としては、ポリα−オレフィン油、α−オレフィン油とエチレンとのコオリゴマー等が挙げられる。

エーテル油としては、炭素数１２〜２０の（ジ）アルキル鎖が誘導されたジフェニルエーテル油、トリフェニルエーテル油またはテトラフェニルエーテル油等が挙げられる。

フッ素油としては、パーフルオロエーテル油及びその誘導体、フルオロシリコーン油及びその誘導体、クロロトリフルオロエチレン油、フルオロフォスファゼン油等が挙げられる。

基油は、上記に挙げた潤滑油を単独もしくは複数組み合わせて構成される。中でも、高温、高速での潤滑性能及び寿命を考慮すると、合成潤滑油が含有されていることが好ましく、特にエステル油ではポリオールエステル油及び芳香族エステル油、エーテル油では（ジ）アルキルジフェニルエーテル油、フッ素油ではパーフルオロポリエーテル油が含有されていることが好ましい。

また、基油は、高温・高速回転を考慮して、４０℃における動粘度が２０〜２００ｍｍ^２／ｓであることが好ましく、２０〜１００ｍｍ^２／ｓであることがより好ましい。尚、基油として混合油を用いる場合は、このような動粘度となるように、混合比率等を調整する。

グリース組成物Ｇには、各種特性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。中でも、錆止剤や油性剤、酸化防止剤を添加することにより、潤滑油膜の耐久性を更に向上させることができる。

上記のグリース組成物は、それ単独でも防錆性能を有するが、錆止剤を添加することにより更に防錆性能が改善される。錆止剤としては、有機系スルフォン酸金属塩及びエステル類が好ましく、それぞれ単独で、あるいは両者を混合して使用することができる。有機系スルフォン酸としては、例えばジノニルナフタレンスルフォン酸、重質アルキルベンゼンスルフォン酸等が挙げられ、金属種としては、例えば、カルシウム、バリウム、ナトリウム等が挙げられる。一方、エステル類としては、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挙げられ、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挙げられる。

油性剤としては、オレイン酸、ステアリン酸等の高級脂肪酸、ラウリルアルコール、オレイルアルコール等の高級アルコール、ステアリルアミン、セチルアミン等のアミン、リン酸トリクレジル等のリン酸エステルが挙げられる。

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、フェノチアジン等のアミン系酸化防止剤や、ｐ−ｔ−ブチル−フェニルサリシレート、２，６−ジ−ｔ−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−ｔ−オクチルフェノール）、４、４´−ブチリデンビス−６−ｔ−ブチル−ｍ−クレゾール、テトラキス〔メチレン−３−（３´，５´−ジ−ｔ−ブチル−４´−ヒドキシフェニル）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−ｔ−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−ｔ−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−ｔ−ブチル）フェノキシ−１，３，５−トリアジン、４、４´−チオビス（６−ｔ−ブチル−ｍ−クレゾール）、２−（２´−ヒドロキシ−３´−ｔ−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等のフェノール系酸化防止剤等が挙げられる。

尚、これらの添加剤の添加量は、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。

グリース組成物Ｇは、例えば次のようにして得られる。先ず、基油中でジイソシアネートと、アミン成分とを反応させてウレア系グリースを調製する。また、同一の基油にフッ化カーボンを配合してフッ化カーボン系グリースを別途調製する。そして、ウレア化合物とフッ化カーボンとが上記比率になるように、両グリースを混合する。尚、添加剤は何れか一方のグリースに全量を添加してもよく、両グリースに半量ずつ添加してもよい。また、混和ちょう度としては、高速での回転を考慮して２００〜３３０とすることが好ましい。

以下に実施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１〜６）
表１に示すように、表記の基油に、表記の量のフッ化カーボンを添加し、３本ロールミルにより混練し、その後添加剤（錆止剤、油性剤及び酸化防止剤）を添加し、再度３本ロールミルにより混練した後、脱泡処理を行い、フッ化カーボン系グリースを調製した。

また、フッ化カーボン系グリースに用いた基油と同一の基油中で、アミン成分と４，４´−ジフェニルメタンジイソシアネートとを反応させて表記のウレア化合物を合成してウレア系グリースを調製した。その際、７０℃程度で撹拌して、その後、１５０℃まで加熱して反応を終了させ、次いで３本ロールミルにより混練した後、脱泡処理を行った。

そして、フッ化カーボンとウレア化合物とが表記比率となるように、フッ化カーボン系グリースとウレア系グリースとを混合して試験グリースとした。尚、添加剤（錆止め剤、油性剤及び酸化防止剤）は、両グリースに半量ずつ添加した。

（比較例１〜３）
表１に示すように、表記の基油中で、アミン成分と４，４´−ジフェニルメタンジイソシアネートとを反応させて表記のウレア化合物を合成して試験グリースを調製した。その際、７０℃程度で撹拌して、その後、１５０℃まで加熱して反応を終了させ、実施例と同類の添加剤を添加し、３本ロールミルにより混練した後、脱泡処理を行った。

そして、各試験グリースについて、（１）蒸発減量、（２）耐久寿命及び（３）音響特性を測定した。
（１）蒸発減量
ステンレス製シャーレに試験グリースを入れ、１９０℃の恒温槽で５００時間保持し、加熱前後の重量差から蒸発減量を求めた。結果を表１に示す。
（２）耐久寿命
軸受名番６３０５ＶＶに、試験グリースを軸受内部空間の３０体積％を占めるように封入し、外輪温度１９０℃、Ｆａ＝Ｆｒ＝９８０Ｎ、１００００ｒｐｍにて連続回転させ、温度上昇もしくはモータ電流値（トルク）上昇を起こした時点を寿命と見做し、それまでの時間を計測した。結果を表１に示すが、比較例１の寿命を１とする相対値である。
（３）音響特性
軸受名番６３０５ＶＶに、試験グリースを軸受内部空間の３０体積％を占めるように封入し、外輪温度１９０℃、Ｆａ＝Ｆｒ＝９８０Ｎ、１００００ｒｐｍにて２０時間連続回転させ、回転前後にアンデロンメータ（振動測定装置）を用いてアンデロン値を測定した。結果を表１に示すが、アンデロン値の上昇が３未満を「〇」、３以上５未満を「△」、５以上を「×」とした。

表１に示すように、増ちょう剤としてフッ化カーボンとウレア化合物とを混合して用いることにより、増ちょう剤をウレア化合物単独としたグリースに比べて、１９０℃の高温に曝されても蒸発減量が少なく、耐久性及び音響特性に優れることがわかる。

１ 転がり軸受
１０ 内輪
１１ 外輪
１２ 保持器
１３ 転動体
１４ シール
Ｇ グリース組成物

Claims (6)

1. ４０℃における動粘度が２０〜２００ｍｍ^２／ｓの基油に、第１増ちょう剤としてウレア化合物及び第２増ちょう剤としてフッ化カーボンを混合して配合したことを特徴とするグリース組成物。
2. 前記フッ化カーボンの１次粒子径が５μｍ以下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. 前記増ちょう剤の含有量が、グリース全量の１０〜４０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. 前記増ちょう剤において、前記フッ化カーボンの割合が１０〜９０質量％、前記ウレア化合物の割合が９０〜１０質量％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。
5. 内輪と外輪との間に複数の転動体を保持器を介して転動自在に保持してなり、かつ、請求項１〜４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。
6. 自動車電装部品または自動車エンジン補機の回転部位に使用されることを特徴とする請求項５記載の転がり軸受。

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