JP2018090680A - 樹脂潤滑用グリース組成物、樹脂歯車装置及び車載用空調処理システムのアクチュエータ - Google Patents
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Abstract
Description
こうした樹脂製の部材表面に潤滑性を付与することを目的として、種々のグリース組成物の提案がある。例えば基油、増ちょう剤、フッ素系界面活性剤及びスチレン系ブロック共重合体を含有するグリース組成物(特許文献1)、特定のポリマー材料を用いることで油分の分離の防止を図った非油分離性潤滑剤組成物(特許文献2)、高温条件下における油の分離を抑制したグリース組成物(特許文献3)、さらには、潤滑機能(動摩擦係数が低い)とともに静止機能(静摩擦係数が高い)を併せ持つべく、固体潤滑剤としてメラミンシアヌレート(MCA)とポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を併用するグリース組成物(特許文献4)等の提案がある。
しかしこれまで、非粘着性や滑り性に優れる点から固体潤滑剤として使用されてきたポリテトラフルオロエチレン(PTFE)は、耐荷重性が低く、ポリテトラフルオロエチレンのみを固体潤滑剤として配合したグリース組成物は、高速−高荷重環境下ではトルクの伝達効率が低下するなどの問題がみられる。
(b)リチウム石鹸からなる増ちょう剤、
(c)スチレンイソプレン樹脂からなる増粘剤、及び
(d)テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体及びテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体の少なくとも一方を含む、固体潤滑剤
を含有する、樹脂潤滑用グリース組成物に関する。
前記(d)固体潤滑剤であるテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体及びテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体の少なくとも一方は、樹脂潤滑用グリース組成物の総質量に基いて、2質量%乃至10質量%の割合で含むことが好ましい。
また特に前記(d)固体潤滑剤は、少なくともテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体を含むことが好適である。
(a)ポリアルファオレフィン油からなる100℃における動粘度4〜8mm2/sである基油、
(b)リチウム石鹸からなる増ちょう剤、
(c)スチレンイソプレン樹脂からなる増粘剤、及び
(d)テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体と、
メラミンシアヌレート及びテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体の少なくとも一方、とを含む、固体潤滑剤
を含有する、樹脂潤滑用グリース組成物が挙げられる。
好ましい態様において、さらに(e)耐摩耗剤を含有してもよい。
れたものとすることができる。
このため本発明の樹脂潤滑用グリース組成物は、特に自動車のアクチュエータの軸受等の摺動部に好適に使用可能である。
また本発明によれば、上述の構成を有する樹脂潤滑用グリース組成物を樹脂歯車装置に用いることにより、高速−高荷重環境下においてトルクの伝達効率に優れる樹脂歯車装置、そして該樹脂歯車装置を具えた、特にHVACシステムに適するアクチュエータを提供できる。
本発明において、該基油の粘度が上記数値範囲より大きい場合、低温下におけるトルク性能が劣ることとなり、また上記数値範囲より小さい場合には、高温での蒸発量が増加するため好適でない。
なお本発明の樹脂潤滑用グリース組成物は、高速−高荷重環境下における使用に適切なちょう度(混和ちょう度)となるように、上記(a)基油及び上記(b)増ちょう剤の配合量を適宜調整する。
例えば、前記(a)基油と(b)増ちょう剤の配合量を、質量割合にて94.0:6.0〜94.5:5.5の範囲に、あるいは94.0:6.0〜94.4:5.6の範囲に調整することができる。
本発明で使用するスチレンイソプレン樹脂は上述の数平均分子量を有するものであれば特に限定されず好適に使用し得るが、具体例を挙げるとすれば、たとえばJSR(株)製JSR SIS 5200、同5405、同5505;ルーブリゾール(Lubrizol)社製Lubrizol(登録商標)7306、同7308、同7460;インフィニアムジャパン(株)製Infineum(登録商標)SV140、同SV150、同SV160;(株)クラレ製Septon(登録商標)1001、同1020などが挙げられる。
本発明では、固体潤滑剤として使用されてきたポリテトラフルオロエチレン(PTFE)に替えて、PTFEより機械強度(圧縮強さ)が大きい上記テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)又はテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)を採用することにより、高速−高荷重環境下におけるトルクの伝達効率を向上できるという効果を実現できる。
特に本発明の効果を最も好適に発揮するという観点より、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体を少なくとも使用することが好ましい。
含む態様において、メラミンシアヌレート(MCA)をさらに含む態様、そしてメラミンシアヌレート(MCA)に加えてポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を含む態様が挙げられる。
この場合、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)及びテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)の一方又は双方と、メラミンシアヌレート(MCA)やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のいずれか一方又は双方との合計(好適には固体潤滑剤全量としての配合量)が、樹脂潤滑用グリース組成物の総質量に基いて、2質量%乃至10質量%の割合となるように、配合することが好ましい。そして、PFA、ETFE、MCA及びPTFEの合計に対して、MCA及びPTFEのいずれか一方又は双方を50質量%以下となるように配合することが好ましい。中でも、PTFEの配合割合は、PFA、ETFE、MCA及びPTFEの合計に対して20質量%以下とすることが好ましい。(d)固体潤滑剤におけるPTFEの割合を増加させると、トルクの伝達効率の向上効果が鈍いものとなり得る。
上記リン酸エステルとしてはトリクレジルホスフェート(Tricresyl phosphate)、トリフェニルホスフェート(Triphenyl phosphate)、トリブチルホスフェート(Tributyl phosphate)、トリオクチルホスフェート(Triocyl phosphate)、トリオレイルホスフェート(Trioleyl phosphate)等が挙げられる。
上記高分子エステルとしては、例えば脂肪族1価カルボン酸及び2価カルボン酸と、多価アルコールとのエステルが挙げられる。上記高分子エステルの具体例としては、例えばクローダジャパン社製のPRIOLUBE(登録商標)シリーズなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また上記硫黄系添加剤としては、ジベンジルスルフィド(Dibenzyl Sulfide)、ジベンジルジスルフィド(Dibenzyl disulfide)等が挙げられる。
中でも、(e)耐摩耗剤としてトリクレジルホスフェートを含むことが好ましい。
(e)耐摩耗剤であるトリクレジルホスフェートは、本発明の樹脂潤滑用グリース組成物の総質量に基いて、0.5質量%乃至3質量%にて含むことが好ましい。0.5質量%よりも少ないと摩耗の抑制効果は見られず、3質量%よりも多いと樹脂の劣化促進(ケミカルアタック)を発生させる。
例えば酸化防止剤としては、オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン、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、トリエチレングリコール−ビス[3−(3−t−ブ
チル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、1,6−ヘキサンジオール−ビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、2,2−チオ−ジエチレンビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、N,N’−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナミド)等のヒンダードフェノール系酸化防止剤等が挙げられる。
これら酸化防止剤は一種を単独で使用しても二種以上を組み合わせて使用してもよく、通常、樹脂潤滑用グリース組成物の総質量に基いて、0.1質量%乃至5質量%の割合で添加することが好ましい。
アクチュエータは、一例としてステッピングモータと、前記ステッピングモータの回転を順に減速して回転トルクを増強する少なくとも複数段の歯車で構成される歯車装置と、これらを内部に設置するベース部材から構成される。
本発明の樹脂潤滑用グリース組成物は、歯車の噛み合せ部及び歯車の軸受部等に使用することにより、特に高速−高荷重環境下でのトルクの伝達効率の向上を図ることができる。
そして本発明の上記樹脂潤滑用グリース組成物が、前記樹脂製の歯車の軸受部に、そし
て樹脂製の歯車と樹脂製又は樹脂以外の材料からなる歯車との噛み合せ部に、それぞれ塗り備えられる。
前記ステッピングモータ11は、ロータ11Aと、このロータ11Aの外周に配設されたステータ11Bを有してなり、ベース部材16の一面側に縦置き型にして設置されている。
前記多段歯車装置15は、ベース部材16の他面側に、ステッピングモータ11に対応するように設置されている。そして、ベース部材16の一面側から孔17を貫通して他面側、すなわち多段歯車装置15側に突出されたステッピングモータ11の出力軸11aに前記第一段歯車12を取り付けてなる。
また、ステッピングモータ11の外側には、このステッピングモータ11を外側から保持する第1外装部材18がベース部材16と対向して設けられており、多段歯車装置15の外側には、この多段歯車装置15を外側から保持する第2外装部材19がベース部材16と対向して設けられている。すなわち、ステッピングモータ11の出力軸11a及び多段歯車装置15の各軸は、それらベース部材16及び第1外装部材18及び第2外装部材19にそれぞれ支持されている。また、第1外装部材18と第2外装部材19は互いに結合されて、アクチュエータ10用のケースを構成してなる。
前記第二段歯車13は、互いに軸方向に直結された第1歯車部13aと第2歯車部13bとからなり、第1歯車部13aが第一段歯車12と噛み合っており、第2歯車部13bが第三段歯車14と噛み合っている。なお、第1歯車部13aと第2歯車部13bは好ましくは一体成型して作られるが、別体に成型して後から一体化するようにしても良い。
図2に示す態様では、第一段歯車12と第二段歯車13との噛み合せ部X、第二段歯車13と第三段歯車14との噛み合せ部Y、第二段歯車13の軸受部20a、および第三段歯車14の軸受部21aに、本発明の樹脂潤滑用グリース組成物が塗布され、これによりこれらの部位にグリース塗布部が形成されている。
なわちモータの出力軸、多段歯車装置の各軸並びにアクチュエータの出力軸は、金属製又は樹脂製のいずれであってもよい。
例えば、上記図1及び図2に示す二つの実施形態において、アクチュエータ10のステッピングモータ11の出力軸11aは金属製の回転する軸である。出力軸11aと第一段歯車12は固定されており、第一段歯車12は出力軸11aとともに回転するため、第一段歯車12と出力軸11aの間には相対的に回転する軸受部は存在しない。
一方、第二段歯車13の軸20と第三段歯車14の軸21は、いずれも樹脂製であって固定軸である。そして第二段歯車と第三段歯車は、それぞれの固定軸に対して摺動しながら回転する。そのため、第二段歯車13と第二段歯車の軸20(固定軸)との間の軸受部20a、並びに第三段歯車14と第三段歯車の軸21(固定軸)との間の軸受部21aには、本発明の樹脂潤滑用グリース組成物が噛みあわせ部X、Yに加えて塗布される。
(a)基油
・PAO4:ポリαオレフィン(100℃における動粘度:4mm2/s)
・PAO6:ポリαオレフィン(100℃における動粘度:6mm2/s)
・PAO8:ポリαオレフィン(100℃における動粘度:8mm2/s)
(b)増ちょう剤
・Li石鹸:12ヒドロキシステアリン酸リチウム
(c)増粘剤
・SIP:スチレンイソプレン樹脂(Infineum(登録商標)SV150)
(d)固体潤滑剤
・PFA:テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体
・ETFE:テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体
・PTFE:ポリテトラフルオロエチレン(粒径10〜25μm)
・MCA:メラミンシアヌレート(粒径15〜30μm)
(e)耐摩耗剤
・TCP:トリクレジルホスフェート
(その他添加剤)
・ヒンダードフェノール系酸化防止剤:ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]
下記各表に示す配合量にて(a)基油及び(b)増ちょう剤を加熱撹拌し、溶解させた後冷却し、ここに(c)増粘剤、(d)固体潤滑剤、さらに(e)耐摩耗剤及び酸化防止剤を加え、ロールミルで均質化し、実施例1乃至実施例15及び比較例1乃至比較例4のグリース組成物を調製した。
得られたグリース組成物に関する混和ちょう度並びにトルク伝達効率について、それぞれ以下の手順を用いて評価した。
グリースの外観的硬さを評価するものであり、潤滑油の粘度に相当するものといえる。
試験温度:25℃
試験方法:JIS K2220 7.に準拠し、標準円すいを用いる混和ちょう度試験の手順に従い、60往復混和した直後に混和ちょう度測定を行った。
図3に示す実験装置(概念図)にて、トルク伝達効率の測定を行った。
図3に示す実験装置31は、サーボモータ32、駆動側トルク測定機33、駆動側支持軸受34、駆動側ギヤ35、従動側ギヤ36、従動側支持軸受37、従動側トルク測定機38、パウダーブレーキ39、及びデータロガー40から構成される。
図3に示すように、サーボモータ32から発生するトルクを、駆動側トルク測定機33及び駆動側支持軸受34を介して駆動側ギヤ35から従動側ギヤ36に伝達するように、これら2個のギヤが噛合し対向結合されるように配置される。従動側ギヤ36に伝達されたトルクは、従動側支持軸受37及び従動側トルク測定機38を介してパウダーブレーキ39に伝達される。ここで、駆動側においてサーボモータ32は駆動側ギヤ35のトルクの回転数を制御し、従動側においてパウダーブレーキ39は従動側ギヤ36のトルクを制御する。そして、駆動側トルク測定機33並びに従動側トルク測定機38にて測定された各トルクはデータロガー40にて保存される。
下記実験条件を用いて実験装置を作動させ、データロガー40にて保存された各トルク値より、以下の式を用いてトルク伝達効率を算出した。
<実験条件>
・駆動側 1stギヤ:ウォームギヤ(材質:PA66) 回転数2,000rpm
・従動側 2ndギヤ:はすばギヤ (材質:POM)
・減速比:1/20
<トルク伝達効率>
・伝達効率(%)=[(従動側トルク値×減速比)/駆動側トルク]×100
表1に従い調製した実施例及び比較例のグリース組成物に関して行った各種評価の結果を表1に示す。
ン(PTFE)及びメラミンシアヌレート(MCA)を採用した場合(比較例1)と比べて、トルク伝達効率を向上させることができた。またETFEとMCAの組み合わせにおいて好適な結果が得られるという傾向が観察された。
また、PFA又はETFEの少なくとも一方を採用することにより、MCAを併用した場合(実施例9及び実施例10)においても、比較例と較べてトルク伝達効率は高い値に維持され、さらにMCAとPTFEを併用した場合においても、PTFEの配合量が(d)固体潤滑剤全量の20質量%程度であればトルク伝達効率を高い値に維持することが確認された(実施例11乃至実施例13)。
さらに、基油動粘度の変化によらず、ほぼ同様のトルク伝達効率の向上を実現することが確認された(実施例8、実施例14及び実施例15)。
11 ステッピングモータ
11a 出力軸
12 第一段歯車
13 第二段歯車
13a 第1歯車部
13b 第2歯車部
14 第三段歯車
15 多段歯車装置
16 ベース部材
17 孔
18 第1外装部材(ケース)
19 第2外装部材(ケース)
20 第二段歯車の軸
20a 軸受部(グリース塗布部)
21 第三段歯車の軸
21a 軸受部(グリース塗布部)
22 アクチュエータ出力軸
X 第一段歯車と第二段歯車との噛み合せ部
Y 第二段歯車と第三段歯車との噛み合せ部
31 実験装置
32 サーボモータ
33 駆動側トルク測定機
34 駆動側支持軸受
35 駆動側ギヤ
36 従動側ギヤ
37 従動側支持軸受
38 従動側トルク測定機
39 パウダーブレーキ
40 データロガー
Claims (9)
- (a)ポリアルファオレフィン油からなる100℃における動粘度4〜8mm2/sである基油、
(b)リチウム石鹸からなる増ちょう剤、
(c)スチレンイソプレン樹脂からなる増粘剤、及び
(d)テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体及びテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体の少なくとも一方を含む、固体潤滑剤
を含有する、樹脂潤滑用グリース組成物。 - さらに(e)耐摩耗剤を含有する、請求項1に記載の樹脂潤滑用グリース組成物。
- 前記(d)固体潤滑剤は、さらにメラミンシアヌレートを含む、請求項1に記載の樹脂潤滑用グリース組成物。
- 前記(d)固体潤滑剤は、さらにポリテトラフルオロエチレンを含む、請求項3に記載の樹脂潤滑用グリース組成物。
- 前記(d)固体潤滑剤であるテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体及びテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体の少なくとも一方を、樹脂潤滑用グリース組成物の総質量に基いて、2質量%乃至10質量%の割合で含むことを特徴とする、請求項1に記載の樹脂潤滑用グリース組成物。
- 前記(d)固体潤滑剤は、少なくともテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体を含むことを特徴とする、請求項1に記載の樹脂潤滑用グリース組成物。
- 前記(e)耐摩耗剤は、トリクレジルホスフェートを含むものであり、樹脂潤滑用グリース組成物の総質量に基いて、トリクレジルホスフェートを0.5質量%乃至3質量%の割合で含むことを特徴とする、請求項2に記載の樹脂潤滑用グリース組成物。
- 請求項1乃至請求項7のうちいずれか一項に記載のグリース組成物が塗布された樹脂歯車装置。
- 請求項8に記載の樹脂歯車装置を有するアクチュエータ。
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