JP2017160373A - グリース組成物、機械部材及びスタータオーバーランニングクラッチ - Google Patents

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Abstract

【課題】近年のクラッチやトルクリミッタ機構の小型・軽量化及び使用条件の過酷化に伴い求められる高い摩擦特性及び摩耗特性を有するシリコーングリース組成物を提供することを目的とする。【解決手段】シリコーン油(A)に、極圧添加剤として、ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛(BX)を含有し、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(BX)を実質的に含有しないことによって、高い摩擦特性及び摩耗特性を有するシリコーングリース組成物を得ることができた。【選択図】なし

Description

本発明は、シリコーン油を含有するグリース組成物に関する。具体的には、スタータオーバーランニングクラッチの潤滑部での使用に適し、極圧添加剤としてジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛を含有し、シリコーン油を基油とする、摩擦係数が高く、耐摩耗性に優れるグリース組成物に関する。また、当該グリース組成物を封入した機械部材、特にはオーバーランニングクラッチに関する。
一般に、機械部品は、設計する際に強度の安全係数をどの程度に設定するかによって、材料の肉厚の差、すなわち重量が決まってくる。特に自動車用の場合、排ガス規制や地球温暖化といった地球環境への影響を考慮すると、軽量材料の使用、薄肉化、シャフト径の減少等による軽量化は必須であり、強度上の余裕が少なくなると考えられる。そのため、物理的な衝撃を滑り機構で緩衝させるために、従来よりも多様な箇所にクラッチやトルクリミッタ機構が適用されている。また、地球温暖化の原因の一つである自動車の排ガス対策として、信号停止時にエンジンを停止するアイドリングSTOPが実用化されている。そのため、信号停止からの再発進の度にスタータにてエンジンを始動することになり、エンジン始動の頻度は飛躍的に増加している。
クラッチ又はトルクリミッタ機構の内、最もトルクが大きく、使用条件の厳しい箇所は、自動車のエンジンスタータのオーバーランニングクラッチであり、エンジンスタータの使用条件により、−30℃の極低温から排気管近くに設置された場合120℃程度の高温に曝されることがある。これらのスタータオーバーランニングクラッチには、潤滑剤として、グリース組成物が使用されている。現在では、シリコーン油を基油としたグリース組成物が主に使用されているが、これは、シリコーン油の摩擦係数が高いことに加え、シリコーン油の表面張力は20〜25dyn/cm2と他の油に比べ小さいため、潤滑膜を形成しにくく、そして境界潤滑状態に成り易いという特徴があるためである。しかしながら、現状、市販されているシリコーングリースを使用したエンジンスタータのオーバーランニングクラッチの市場での耐久回数は、3〜5万回程度とされているが、アイドリングSTOPを組み込んだ場合、その高い使用頻度から短期間(数年)でクラッチが摩耗してしまいトルクを伝達しなくなる。そのためモータが空回りし、エンジンが掛からない状態になってしまう。
このように、クラッチやトルクリミッタ機構の潤滑部に使用されるグリース組成物は、特性として摩擦係数が高く、耐摩耗性に優れていることが必須条件である。さらに、オーバーランニングクラッチ等の厳しい使用条件に耐えるため、極低温から高温までの幅広い温度領域で利用できることが好ましい。
上記の状況に鑑み、金属の二面間の摩擦及び摩耗の減少、並びに、焼付の防止のための添加剤として極圧添加剤が用いられており、極圧添加剤を含有する多数のグリース組成物が知られている。例えば、特開2010−112235号公報には、スクリュ圧縮機内を循環させる潤滑油として、シリコーン油にジアルキルジチオリン酸亜鉛及びジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛の少なくとも一方を添加した潤滑油が記載されている。特開2004−323586号公報には、自動車の電装部品において用いられるグリース組成物に亜鉛化合物を添加することや、当該亜鉛化合物として、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛及び酸化亜鉛の少なくとも1種を用いることが記載されている。特開平9−3473号公報には、自動車エンジンに使用される耐熱性潤滑油組成物に添加される耐摩耗剤として、リン酸エステル、亜リン酸エステル、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛、硫黄化合物が記載されている。特開平8−143883号公報には、自動車用ファンクラッチベアリングでの使用に適した、高い耐熱性を有する、フルオロシリコーン油を基油とするグリース組成物が記載され、添加可能な極圧添加剤として、ジチオリン酸亜鉛、ジチオカルバミン酸亜鉛、フォスフェート、アルキルサルファイトが記載されている。特開平5−230486号公報には、自動車スタータのオーバーランニングクラッチに用いられる、ジアルキルジチオリン酸亜鉛を含むシリコーングリース組成物が記載されている。
特開2010−112235号公報 特開2004−323586号公報 特開平9−3473号公報 特開平8−143883号公報 特開平5−230486号公報
近年のクラッチやトルクリミッタ機構の小型・軽量化及び使用条件の過酷化に伴い、特に、自動車エンジン用スタータの使用回数の増加により、従来のグリース組成物よりも更に高い摩擦特性及び摩耗特性を有するグリース組成物が求められている。よって、本発明は、高い摩擦特性及び摩耗特性を備えた、シリコーン油を基油とするグリース組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討の結果、シリコーン油(A)に、極圧添加剤として、ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛(B)を含有し、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(BX)を実質的に含有しないことを特徴とするグリース組成物が、高い摩擦特性及び摩耗特性を有し、動力伝達装置での使用に適し、特にスタータオーバーランニングクラッチで滑りが減少し、効率的にトルクを伝達できることを見出した。
したがって、本発明は、シリコーン油(A)及びジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛(B)を含有し、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(BX)を実質的に含有しないことを特徴とするグリース組成物に関する。特に、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(BX)の組成物全体における含有量が0.01質量%以下であることが好ましい。
前記亜鉛塩(B)の含有量は、組成物全体に対して5質量%以上30質量%以下であることが好ましい。
本発明のグリース組成物は、更に、リチウム石けん及びリチウム複合石けんから選ばれる1種類以上の増稠剤(C)を含有することができる。
シリコーン油(A)の含有量が、組成物全体に対して50質量%以上95質量%以下の範囲であり、かつ、当該シリコーン油(A)が、分子中に芳香族炭化水素基を有することが好ましい。
また、本発明は、シリコーン油(A)及びジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛(B)を含有し、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(BX)を実質的に含有しないことを特徴とする、動力伝達装置用グリース組成物に関する。
更に、本発明は、本発明のグリース組成物を封入した機械部材、特にはクラッチ又はトルクリミッタ機構に関する。
加えて、本発明は、本発明のグリース組成物を、アウタクラッチとインナクラッチとで形成されるクラッチカム室内に封入したオーバーランニングクラッチに関する。
本発明のグリース組成物は、摩擦係数が高く、耐摩耗性の向上に優れている。更には、低温から高温の幅広い温度領域で使用することができる。ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛のみを用い、汎用されるジアルキルジチオリン酸亜鉛(BX)を実質的に含有しないグリースの組成を用いることにより、従来品では不可能であったオーバーランニングクラッチの滑りを抑えて、トルクを効率的に伝達し、オーバーランニングクラッチに必要な高摩擦、低摩耗という相反する要求を満たすことが可能となった。
本発明の第一の態様は、シリコーン油(A)及びジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛(B)を含有し、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(BX)を実質的に含有しないことを特徴とするグリース組成物である。
本発明の(A)成分であるシリコーン油は、常温(25℃)で液状であればよく、直鎖状又は分岐状構造を有していてもよい。その化学構造に特に制限はないが、例えば、下記一般式(I)で表される常温で液状のポリオルガノシロキサン(シリコーン油)が挙げられる。
SiO(4−a)/2 (I)
(式中、Rは、一価炭化水素基から選ばれる基であり、互いに同一でも異なっていてもよい。aは、液状シリコーンの合成のし易さから、好ましくは1.8〜2.2であり、より好ましくは1.9〜2.1である。)
前記式(1)のRは、それぞれ独立に、脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基とすることができる。好ましくは、本発明のグリース組成物で用いるシリコーン油は、Rの少なくとも一部として、芳香族炭化水素基を有する。
の炭化水素基の炭素数は、1〜8であってよい。Rとしては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基等のアルキル基、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基等のシクロヘキシル基、ビニル基及びアリル基等のアルケニル基、フェニル基及びトリル基等のアリール基、2−フェニルエチル基及び2−メチル−2−フェニルエチル基等のアラルキル基、3,3,3−トリフロロプロピル基、2−(パーフロロブチル)エチル基、2−(パーフロロオクチル)エチル基及びp−クロロフェニル基等のハロゲン化炭化水素基が挙げられ、好ましくはメチル基、ビニル基及びフェニル基である。特に好ましくは、シリコーン油は、メチル基及びフェニル基を有する。
具体的なシリコーン油としては、グリースとしての汎用性から、以下のシリコーン(1)〜(3)が挙げられる。特に摩擦係数の高い(1)メチルフェニルシリコーン及び(2)ジメチルシリコーンの使用が好適である。
(1) メチルフェニルシリコーン:
MeSiO(MeSiO)(RSiO)SiMe
(式中、Meはメチル基であり;Rはメチル基又はフェニル基であり;Rはフェニル基であり;lは0又は正の整数であり;mは正の整数である)
その具体例としては、
MeSiO(MeSiO)(MePhSiO)SiMe

MeSiO(MeSiO)(PhSiO)SiMe
がある。
(2) ジメチルシリコーン:
MeSiO(MeSiO)SiMe
(式中、Meはメチル基であり;nは正の整数である)
(3) フッ化アルキル変性シリコーン:
MeSiO(MeSiO)(MeRSiO)SiMe
(式中、Meはメチル基であり;Rはフッ化アルキル基であり;rは0又は正の整数であり;sは正の整数である)
具体的には、
MeSiO(Me(CFCHCH)SiO)SiMe
がある。
なお、前記シリコーン(1)〜(3)は、側鎖のメチル基が他のシロキサン基で置換されている分岐状のものであってもよく、また、末端基はヒドロキシル基又はビニル基等で置換されていてもよい。
特に好ましいシリコーン油は、前記(1)で示したメチルフェニルシリコーンである。当該メチルフェニルシリコーンにおいては、フェニル基の含有量は、全有機基に対して1モル%未満とすると耐熱性が低くなり、50モル%を超えると温度による粘度変化が大きく、流動点も上昇し、低温でのトルクが大きくなることから、1〜50モル%が好ましく、3〜25モル%がより好ましく、3〜10モル%の範囲が特に好ましい。
本発明で用いられるシリコーン油の動粘度は、20cSt未満ではシリコーン油がグリースから分離しやすくなり、また10000cStを超えると粘性抵抗により低温時のトルクが大きり、かつ、高速回転時に発熱してグリースの劣化を引き起こすため、好ましくは25℃において20〜1000cSt 、より好ましくは50〜500cStである。動粘度の測定は、「JIS Z 8803」に準拠して測定した値である。
本発明のグリース組成物においては、シリコーン油の含有量は、組成物全体に対して10重量%以上99重量%以下とすることができ、好ましくは30重量%以上97重量%以下、より好ましくは50重量%以上95重量%以下である。
基油として、上記のようなシリコーン油を用いることにより、高摩擦係数の油剤であり、かつ、耐熱性に優れ、粘度変化の温度依存性が小さいため、オーバーランニングクラッチに必要な高摩擦のグリースを実現することができる。
本発明のグリース組成物は、極圧添加剤として、ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛(B)を含有する。好ましくは、ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛(B)は、5質量%以上30質量%以下で含有する。(B)成分により、シリコーングリース組成物の摩擦特性及び摩耗特性を高めることができる。このような高い摩擦特性及び摩耗特性、更には、クラッチの滑りを抑えることによってトルクを効率的に伝達できることは、(B)成分を単独で使用した場合のみもたらされる。また、他の一般的な硫黄系添加剤を用いた場合は、このような効果はもたらされない。
本発明に使用する(B)成分のジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛は、下記一般式(II)で表されるものが好ましい。
[R N−C(=S)−S]−Zn (II)
(式中、Rは一級又は二級の炭素数1〜24のアルキル基である。特に好ましくは炭素数1〜8の一級又は二級のアルキル基である。特に、メチル基、エチル基、プロピル基が好ましい。)
本発明のグリース組成物においては、ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛(B)の含有量は、組成物全体に対して1質量%以上50質量%以下とすることができ、好ましくは5質量%以上40質量%以下、より好ましくは5質量%以上30質量%以下であり、7.5〜20質量%が最も好ましい。
さらに、本発明のグリース組成物は、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(BX)を実質的に含有しないことを第二の特徴とする。ジアルキルジチオリン酸亜鉛を実質的に含有しない場合の方が、含有する場合よりも、摩擦特性及び摩耗特性が改善し、滑りも低減できることから高いトルク伝達効率をもたらすことができる。
ここで、「実質的に含有しない」とは、対象とする化合物が全く存在しないこと、又はほとんど全く存在しないことを意味する。すなわち、対象とする化合物が積極的に含有されていないことを意味する。よって、対象とする化合物が不純物として含まれている態様までを排除するものではない。具体的には、本発明組成物は、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(BX)の含有量が、組成物全体に対して、0.10質量%以下であることが必要であり、0.05質量%であることが好ましく、0.01質量%以下、さらには小数点以下有効数字2桁の範囲で全く含まない(0.00質量%)ことが、本発明の技術的効果の見地からは特に好ましい。
なお、ジアルキルジチオリン酸亜鉛(BX)を微量でも添加した場合には、圧力に対して潤滑膜が形成され、特に、オーバーランニングクラッチの滑りが増し、トルクを効率的に伝達できなくなると考えられる。
本発明のグリース組成物は、更に、有機系又は無機系の増稠剤を含有しうる。好ましくは、(C)成分として、有機系の増稠剤であるリチウム石けん及び/又はリチウム複合体石けんを含有する。リチウム石けんを含有させることにより、グリース組成物に耐熱性、せん断安定性及び耐水性を付与することができる。また、リチウム複合石けんを含有させることにより、リチウム石けんより更に優れたせん断安定性及び耐熱性を付与することができる。
本発明のグリース組成物は、更に、ウレア化合物等の有機系増稠剤、又は、シリカ及びベントナイト等の無機系増稠剤を含有しうる。
本発明のグリース組成物においては、増稠剤の含有量は、組成物全体に対して1質量%以上30質量%以下とすることができ、好ましくは2質量%以上25質量%以下、より好ましくは2.5質量%以上20質量%以下である。
本発明のグリース組成物は、さらに、多価アルコールの部分エステルを実質的に含有しないことが好ましい。当該エステルは、油性剤として用いられ、水酸基部分で一方の金属に吸着し、エステル結合から伸展する炭化水素基が他方の金属との接触を防止する成分であるが、本発明では、低温におけるすべり性が低下する場合があり、好ましくない。
本発明のグリース組成物は、更に、酸化防止剤、防錆剤、金属不活性化剤、清浄分散剤、上述したもの以外の極圧添加剤、消泡剤、抗乳化剤、油性向上剤など、グリース組成物に通常使用される添加剤を含有することができる。これらは単独又は2種以上混合して用いることができる。その含有量は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、組成物全体に対して0重量%〜5重量%とすることができる。
本発明のグリース組成物は、動力伝達装置の潤滑部に使用される。動力伝達装置とは、エンジンの出力を車輪に伝えるための一連の機構を指す。動力伝達装置は、クラッチ、変速機、推進軸、継手、終減速装置及び駆動輪車軸等からなる。本発明のグリース組成物は、好ましくはクラッチの潤滑部に、より好ましくはスタータオーバーランニングクラッチの潤滑部に使用される。
本発明の第二の態様は、本発明のグリース組成物を封入した機械部材、好ましくはクラッチ又はトルクリミッタ機構である。特に好ましくは、本発明のグリース組成物を封入したスタータオーバーランニングクラッチを対象とする。スタータオーバーランニングクラッチは、筒状のクラッチアウタと、前記クラッチアウタの内周側に同心状に配置される筒状のクラッチインナとを備えており、これらクラッチアウタとクラッチインナとによって形成されるクラッチカム室内をクラッチローラが周方向に変位する。このクラッチカム室内に本発明のグリース組成物を封入することができる。
本発明の他の態様としては、動力伝達装置に本発明のグリース組成物を封入することを特徴とする、動力伝達装置の潤滑部の摩擦を高める、及び/又は当該潤滑部の摩耗を低減する方法が挙げられる。加えて、オーバーランニングクラッチのアウタクラッチとインナクラッチとで形成されるクラッチカム室内に本発明のグリース組成物を封入することを特徴とする、オーバーラニングクラッチの潤滑部の摩擦を高める、及び/又は当該潤滑部の摩耗を低減する方法も挙げられる。
また、本発明の他の態様としては、動力伝達装置の潤滑部の摩擦を高める、及び/又は当該潤滑部の摩耗を低減するための本発明のグリース組成物の使用が挙げられる。加えて、オーバーランニングクラッチの潤滑部の摩擦を高める、及び/又は当該潤滑部の摩耗を低減するための本発明のグリース組成物の使用も挙げられる。
本発明のグリース組成物は、高い摩擦係数を有することから高いトルク伝達性を有し、かつ、耐摩耗性も高いことから、使用頻度の高いクラッチやトルクリミッタ機構、高速回転で空転させられる一方向性クラッチ機構、特にはエンジンに駆動トルクを伝達し、エンジンが着火しエンジンが吹き上がった際にはスタータモータへエンジン回転を伝達しないように空転するスタータ用一方向性オーバーランニングクラッチの潤滑部の使用に適する。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
[グリース組成物の調製]
表1に示す組成で、メチルフェニルシリコーン(A)と、ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛(B)又はジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛(B)及びジアルキルジチオリン酸亜鉛(BX)の組合せのいずれか一方と、増稠剤(C)(「Li石けん」)(稠度を300程度に調整する目的で添加)とを混合し、全体を攪拌した後、3本ロールミルを用いて、稠度No.1〜2グレードに調整することによって、実施例1〜4及び比較例1〜2のグリース組成物を調製する。なお、各成分の詳細は以下の通りである。
メチルフェニルシリコーン(A):ダウコーニングコーポレーション製、DC510−100mm/s(25℃)、
ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛(B):ジンクジメチルジチオカーバメート
ジアルキルジチオリン酸亜鉛(BX):ビス(2−エチルヘキシル)ジンクジチオホスフェート
増稠剤(C):
Li石けん:リチウムステアレート
[オーバーランニングクラッチトルク伝達性試験]
自動車スタータのオーバーランニングクラッチ部にグリース組成物を規定量封入し、規定の条件下(−30℃)、スタータモータを固定したリングギヤに噛み合わせ、クラッチがスタータのモータの発生トルクを固定したリングギヤ側へ滑らず契合しトルク伝達出来るかを調べた。試験にはリダクション型スタータを使用した。一定のインターバルをおいて、通電した回数を記録し、3000回を基準として滑りが発生するかを評価した。
[オーバーランニングクラッチ摩耗試験]
自動車スタータのオーバーランニングクラッチ部にグリース組成物を規定量封入し、規定の条件下、スタートモータを無負荷で回転させた状態で、スタータモータに噛み合わせたリングギヤをスタータモータの無負荷回転数に対して5倍以上の高速回転でスタータのオーバーランニングクラッチのインナ部を空転させ、規定回数終了後のローラの摩耗直径(=摩耗径、μm)を調べ、摩耗量とした。試験にはプラネタリー型スタータを使用した。
[効果の判定]
(1)オーバーランニングクラッチトルク伝達性試験
合格(○):3000回以上滑りなし、不合格(×):3000回未満で滑りあり
(2)オーバーランニングクラッチ摩耗試験
合格(○):摩耗量が130μm未満、不合格(×):摩耗量が130μm以上


Figure 2017160373
以上のように、極圧添加剤として、ジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛を単独で使用した場合にのみ、滑りが減少し、効率的にトルクを伝達できるとともに、高い摩擦特性及び摩耗特性が得られる。一方、ジアルキルジチオリン酸亜鉛を併用した場合は、摩擦特性又は摩耗特性の何れかが劣っている。

Claims (9)

  1. シリコーン油(A)およびジアルキルジチオカルバミン酸亜鉛(B)を含有してなり、
    ジアルキルジチオリン酸亜鉛(BX)を実質的に含有しないことを特徴とするグリース組成物。
  2. ジアルキルジチオリン酸亜鉛(BX)の含有量が組成物全体に対して、0.01質量%以下である、請求項1に記載のグリース組成物。
  3. 前記亜鉛塩(B)の含有量が、組成物全体に対して5質量%以上30質量%以下であることを特徴する、請求項1又は請求項2に記載のグリース組成物。
  4. 更に、リチウム石けん及びリチウム複合石けんから選ばれる1種類以上の増稠剤(C)を含有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のグリース組成物。
  5. 前記シリコーン油(A)の含有量が、組成物全体に対して50質量%以上95質量%以下の範囲であり、当該シリコーン油(A)が、分子中に芳香族炭化水素基を有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のグリース組成物。
  6. 動力伝達装置用グリース組成物である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のグリース組成物。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載のグリース組成物を封入した機械部材。
  8. クラッチ又はトルクリミッタ機構である、請求項7に記載の機械部材。
  9. 請求項1〜6のいずれか一項に記載のグリース組成物を、アウタクラッチとインナクラッチとで形成されるクラッチカム室内に封入したオーバーランニングクラッチ。
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