JP2018155367A - プロペラシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、スティックスリップをより効果的に抑制することができるプロペラシャフトを提供することを目的とする。【解決手段】互いに摺動自在に嵌合した雄スプライン軸１と雌スプライン軸２を少なくとも備えるプロペラシャフトであって、前記雄スプライン軸と雌スプライン軸のいずれか一方又は両方の軸のスプライン嵌合部表面上に形成されたナイロン樹脂の皮膜３a,３bと、前記雄スプライン軸と雌スプライン軸の間に配置されたグリース組成物と、を有し、前記グリース組成物は、ポリブテンを含む基油を含み、前記基油の４０℃における動粘度が１５，０００ｍｍ２／ｓ以上３６，０００ｍｍ２／ｓ以下である、プロペラシャフトである。【選択図】図２

Description

本発明は、プロペラシャフトに関する。

自動車等の動力伝達部及び操舵機構部は、一般的に、軸方向の変位を吸収する機能を備えるプロペラシャフトを有する。プロペラシャフトは、通常、雄スプライン軸と雌スプライン軸とを嵌合させたスプライン部を有する。雄スプライン軸及び雌スプライン軸は、例えばホブ加工によってスプライン溝を形成することによって作製される。

前記雄スプライン軸及び雌スプライン軸の嵌合部には、伸縮軸の軸方向の摺動抵抗を軽減するために、グリースが塗布される。スプライン部のような摺動部材に用いられるグリースは、通常、基油を含有する。

例えば、特許文献１には、雄スプライン軸と雌スプライン軸のスプライン嵌合部表面にナイロン樹脂の皮膜を形成し、且つ、グリースに含まれる基油が合成炭化水素油と鉱油からなる群から選択される少なくとも１種の炭化水素油を含み、４０℃において２０ｍｍ^２／ｓ以上の動粘度を有する、車両ステアリング用伸縮軸が開示されている。特許文献１には、スプライン軸の嵌合部の表面にナイロン樹脂の皮膜を形成し、さらに摺動部にグリースを塗布することにより、摺動抵抗が低減され、且つ耐摩耗性が向上すると記載されている。

特開２００６−１２３８２０号公報

特許文献１に記載の伸縮軸では、招動抵抗の低減を目的として比較的低粘度（２０〜２００ｍｍ^２／ｓ、４０℃）の基油を用いたグリースが使用されている。しかし、低粘度の基油を用いたグリースではスプライン軸に加わるトルクが大きくなると、スプライン嵌合部に十分な油膜が形成されず、性能低下を引き起こす可能性がある。また、伸縮軸を長期に亘って使用した場合、嵌合部表面の皮膜が摩耗する可能性がある。皮膜が摩耗すると、面圧が低下するため、低粘度の基油を用いたグリースでは動スライド抵抗が低下する。その結果、いわゆるスティックスリップが発生し易くなる場合がある。

そこで、本発明は、スティックスリップをより効果的に抑制することができるプロペラシャフトを提供することを目的とする。

本発明の態様は、以下のように記述することができる。
（１） 互いに摺動自在に嵌合した雄スプライン軸と雌スプライン軸を少なくとも備えるプロペラシャフトであって、
前記雄スプライン軸と雌スプライン軸のいずれか一方又は両方の軸のスプライン嵌合部表面上に形成されたナイロン樹脂の皮膜と、
前記雄スプライン軸と雌スプライン軸の間に配置されたグリース組成物と、
を有し、
前記グリース組成物は、ポリブテンを含む基油を含み、前記基油の４０℃における動粘度が１５，０００ｍｍ^２／ｓ以上３６，０００ｍｍ^２／ｓ以下である、プロペラシャフト。
（２） 前記グリース組成物が、モンタンワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、及びアマイドワックスからなる群から選ばれる少なくとも１種のワックスを含む、（１）に記載のプロペラシャフト。

本発明により、スティックスリップをより効果的に抑制することができるプロペラシャフトを提供することができる。

図１は、本実施例で使用した光干渉法超薄膜測定装置の模式的概略図である。 図２（ａ）は、プロペラシャフトの雄スプライン軸の横断面図であり、図２（ｂ）は、同プロペラシャフトの雌スプライン軸の横断面図である。

上述の通り、本実施形態は、互いに摺動自在に嵌合した雄スプライン軸と雌スプライン軸を少なくとも備えるプロペラシャフトであって、前記雄スプライン軸と雌スプライン軸のいずれか一方又は両方の軸のスプライン嵌合部表面上に形成されたナイロン樹脂の皮膜と、前記雄スプライン軸と雌スプライン軸の間に配置されたグリース組成物と、を有し、前記グリース組成物は、ポリブテンを含む基油を含み、前記基油の４０℃における動粘度が１５，０００ｍｍ^２／ｓ以上３６，０００ｍｍ^２／ｓ以下である、プロペラシャフトである。

本実施形態の構成により、スプライン軸の嵌合部における静スライド抵抗を小さく、かつ動スライド抵抗を大きくすることができ、その結果、スティックスリップを効果的に抑制することができる。

以下、本実施形態の構成要素について説明する。

［スプライン部］
本実施形態において、雄スプライン軸と雌スプライン軸のいずれか一方又は両方の軸のスプライン嵌合部表面上にナイロン樹脂の皮膜が形成されている（参照：図２）。このナイロン樹脂皮膜は、どちらか一方の軸のスプライン嵌合部表面に形成することができる。

ナイロン樹脂を設けることにより、面圧が下がり、嵌合部に油膜が形成され易くなる。その結果、静スライド抵抗を下げることができる。また、ナイロン樹脂を設けることにより、面圧が下がり、潤滑油としてのグリース組成物が流体潤滑領域で作用し易くなるため、動摩擦係数が大きくなる（参照：ストライベック曲線）。その結果、動スライド抵抗を上げることができる。

図２（ａ）は、プロペラシャフトの雄スプライン軸の横断面図であり、図２（ｂ）は、同プロペラシャフトの雌スプライン軸の横断面図である。図２（ａ）では、雄スプライン軸１のスプライン部表面上にナイロン樹脂の皮膜３ａが形成されている。図２（ｂ）では、雌スプライン軸２のスプライン部表面上にナイロン樹脂の皮膜３ｂが形成されている。このナイロン樹脂の皮膜の厚さは、例えば、２０μｍ以上５００μｍ以下であり、４０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。

スプライン部の溝の深さは、例えば、１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、幅は０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。溝は、ホブ加工など慣用の手段で形成することができる。

［グリース組成物］
本実施形態におけるグリース組成物は、ポリブテンを含む基油を含む。グリース組成物は、雄スプライン軸と雌スプライン軸の間のスプライン嵌合部に配置される。

＜基油＞
基油はポリブテンを含む。また、基油の４０℃における動粘度は、１５，０００ｍｍ^２／ｓ以上３６，０００ｍｍ^２／ｓ以下である。

基油の４０℃における動粘度を１５，０００ｍｍ^２／ｓ以上とすることにより、潤滑油としてのグリース組成物の粘度が上がり、スプライン嵌合部に油膜が形成され易くなる。その結果、静スライド抵抗を下げることができる。また、グリース組成物の粘度が上がり、グリース組成物が流体潤滑領域で作用し易くなるため、動摩擦係数が大きくなる（参照：ストライベック曲線）。その結果、動スライド抵抗を上げることができる。また、ナイロン樹脂皮膜が摩耗して面圧が低下した場合でも、動摩スライド抵抗が増加する。

基油の４０℃における動粘度を３６，０００ｍｍ^２／ｓ以下とすることにより、グリース組成物が摺動により潤滑部から排除されてしまうことを低減することができる。

ポリブテンは、ポリ（ｎ−ブテン）及びポリ（イソブテン）であり、ポリ（イソブテン）であることが好ましい。ポリブデンは、圧力粘度係数が高く、グリース組成物を容易に高粘度化することができる。

ポリブテンの４０℃における動粘度は、特に制限されないが、例えば、１４０，０００ｍｍ^２／ｓ以上１８０，０００ｍｍ^２／ｓ以下であり、１５０，０００ｍｍ^２／ｓ以上１７０，０００ｍｍ^２／ｓ以下であることが好ましく、１５５，０００ｍｍ^２／ｓ以上１６５，０００ｍｍ^２／ｓ以下であることがより好ましい。ポリブテンの４０℃における動粘度が上記の範囲である場合、摩擦係数の変動を効果的に抑制することができる。なお、本明細書において、４０℃における動粘度は、ＪＩＳ Ｋ ２２８３に準拠した方法により測定される。

グリース組成物全量に対するポリブテンの含有量は、特に制限されないが、４０質量％以上であることが好ましく、４５質量％以上であることがより好ましい。また、グリース組成物全量に対するポリブテンの含有量は、特に制限されないが、８０質量％以下であることが好ましく、７０質量％以下であることがより好ましい。

基油は、ポリブテン以外のポリマーを含んでもよい。ポリブテン以外のポリマーとしては、特に制限はされないが、例えば、エチレン-α-オレフィンコポリマーやエチレン-プロピレンコポリマー、ポリメタクリレートに代表されるオレフィンコポリマー、スチレン-イソプレンコポリマーに代表されるスチレン系ポリマー、ポリイソブチレン、ポリイソプレンなどが挙げられる。ポリブテン以外のポリマーの４０℃における動粘度は、例えば、１０，０００ｍｍ^２／ｓ以上３６，０００ｍｍ^２／ｓ以下である。ポリブテンにポリブテン以外のポリマーを組み合わせる場合、ポリブテン以外のポリマーは、ポリブテン１００質量部に対して、５０質量部以下であることが好ましく、２０質量部以下であることがより好ましく、１０質量部であることがさらに好ましい。

ポリマー以外の基油としては、鉱油及び合成炭化水素油からなる群より選択されることが好ましい。ポリマー以外の基油は、鉱油又は合成炭化水素油のいずれかから構成されていてもよく、両材料の混合物として構成されていてもよい。ポリマー以外の基油が鉱油及び合成炭化水素油の混合物として構成されている場合、鉱油及び合成炭化水素油の混合物１００質量部のうち、鉱油が５０質量部以上であることが好ましい。ポリマー以外の基油は、コストの観点から、鉱油のみからなることが特に好ましい。

ポリマー以外の基油（例えば、鉱油又は合成炭化水素油）の４０℃における動粘度は、特に制限されないが、例えば、１０ｍｍ^２／ｓ以上５００ｍｍ^２／ｓ以下であり、５０ｍｍ^２／ｓ以上４００ｍｍ^２／ｓ以下であることが好ましく、８０ｍｍ^２／ｓ以上３００ｍｍ^２／ｓ以下であることがより好ましい。

ポリブテンにポリマー以外の基油（例えば、鉱油又は合成炭化水素油）を組み合わせる場合、ポリマー以外の基油の含有量は、ポリブテン１００質量部に対して、２０質量部以上であることが好ましく、２５質量部以上であることがより好ましい。また、ポリマー以外の基油の含有量は、ポリブテン１００質量部に対して、２００質量部以下であることが好ましく、１５０質量部以下であることがより好ましく、１００質量部以下であることがさらに好ましい。本実施形態における基油は、ポリブテンと鉱油との混合物であることが好ましい。

グリース組成物全量に対する基油の含有量は、特に制限されないが、５０質量％以上９８質量％以下であることが好ましく、６０質量％以上９５質量％以下であることがより好ましく、７０質量％以上９５質量％以下であることがさらに好ましい。

＜増ちょう剤＞
本実施形態におけるグリース組成物は、増ちょう剤を含むことができる。増ちょう剤は、特に限定されない。増ちょう剤の好ましい例としては、Ｌｉ石けんや複合Ｌｉ石けんに代表される石けん系増ちょう剤、ジウレアに代表されるウレア系増ちょう剤、有機化クレイやシリカに代表される無機系増ちょう剤、ＰＴＦＥに代表される有機系増ちょう剤等が挙げられる。より好ましいものは、Ｌｉ石けん系増ちょう剤またはウレア系増ちょう剤である。Ｌｉ石けん系増ちょう剤の中では、ステアリン酸Ｌｉや１２ヒドロキシステアリン酸Ｌｉが好ましい。これらは組み合わせて使用することが好ましい。ウレア系増ちょう剤の中では、下記式（１）で示されるジウレア化合物が好ましい。
Ｒ^１−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ^２−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ^３ （１）
（式中、Ｒ^２は炭素数６〜１５の２価の芳香族炭化水素基であり、Ｒ^１及びＲ^３は、互いに同一でも異なっていてもよく、炭素数６〜３０のアルキル基、炭素数６又は７のアリール基、又はシクロヘキシル基である。）
さらに好ましくは、Ｒ^２がトリレンジイソシアネート又はジフェニルメタンジイソシアネートであり、特に好ましくは、Ｒ^２がジフェニルメタンジイソシアネートである。
より好ましくは、Ｒ^１及びＲ^３は、互いに同一でも異なっていてもよく、炭素数６〜３０の直鎖アルキル基であり、特に炭素数６〜１８の直鎖アルキル基であり、とりわけ炭素数８の直鎖アルキル基である。
ウレア系増ちょう剤としては、Ｒ^２がジフェニルメタンジイソシアネートであり、Ｒ^１及びＲ^３が炭素数８の直鎖アルキル基である式（１）の化合物であることが最も好ましい。

グリース組成物中の増ちょう剤の含有量は、増ちょう剤の種類に応じて適宜選択することができる。グリース組成物の混和ちょう度は、２００以上４４０以下であることが好ましいため、増ちょう剤の含有量はこの範囲の混和ちょう度を得るのに必要な量であることが好ましい。グリース組成物中の増ちょう剤の含有量は、例えば、２質量％以上３０質量％以下であり、好ましくは３質量％以上２５質量％以下である。

＜添加剤＞
本実施形態のグリース組成物は、添加剤を含むことができる。添加剤としては、例えば、ワックスが挙げられる。ワックスは、モンタンワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス及びアマイドワックスからなる群から選ばれる少なくとも１種のワックスであることが好ましい。本実施形態のグリース組成物では、基油の動粘度が高く、圧力粘度係数が高いポリマーであるポリブテンを使用しているため、静止時にスプライン嵌合部に油膜を形成させることができる。また、所定のワックスを含むことによって、静止時に形成された油膜が時間経過とともに薄くなることを抑制することができ、油膜がスプライン嵌合部に維持され易くなる。

モンタンワックスとしては、酸価が１１０〜１６０ｍｇＫＯＨ／ｇの酸ワックス、非極性部と極性部分を併せ持つエステルワックス、モンタン酸のエステル化物及び水酸化カルシウムとのケン化物との混合である部分ケン化エステルワックス、モンタン酸のナトリウム塩及びカルシウム塩のケン化ワックス、エチレンオキサイドを付加したモンタンワックスなどが挙げられる。なお、酸価は、ＪＩＳ Ｋ ２５０１．３に従って測定される。ポリプロピレンワックスやポリエチレンワックスとしては、重量平均分子量が４０００〜２００００の分岐を持たないものや、分岐を持つものがあり、高密度タイプや高分子量高密度タイプが挙げられる。

ワックスの含有量は、グリース組成物中、好ましくは１質量％以上１５質量％以下であり、より好ましくは２質量％以上１０質量％以下である。

これらのワックスは、グリース基油に溶解して冷却した後、ベースグリースに添加することによりグリース組成物に含ませることが好ましい。

本実施形態のグリース組成物は、必要に応じて、ワックス以外のあらゆる添加剤を含むことができる。ワックス以外の添加剤の例としては、アミン系若しくはフェノール系に代表される酸化防止剤、亜硝酸ソーダなどの無機不働態化剤、スルホネート系、コハク酸系、アミン系若しくはカルボン酸塩に代表される錆止め剤、ベンゾトリアゾールに代表される金属腐食防止剤、脂肪酸、脂肪酸エステル若しくはリン酸エステルに代表される油性剤、リン系、硫黄系若しくは有機金属系に代表される耐摩耗剤や極圧剤、酸化金属塩や二硫化モリブデンに代表される固体潤滑剤などが挙げられる。これらの添加剤の使用量は、グリース組成物中、例えば、０．１質量％以上２０質量％以下であり、０．５質量％以上１０質量％以下であることが好ましい。

＜混和ちょう度＞
本実施形態のグリース組成物の混和ちょう度は、使用目的に合わせて調整されるが、好ましくは２００以上４４０以下である。潤滑部への流動性の観点からは、より好ましくは、２５０以上４４０以下である。なお、本明細書における混和ちょう度はＪＩＳ Ｋ ２２２０ ７．により測定される６０回混和ちょう度をいう。

＜グリース組成物の調製＞
表１及び表２に示した増ちょう剤、基油及び添加剤を用い、実施例及び比較例のグリース組成物を調製した。具体的には、基油、ステアリン酸リチウム及び１２ヒドロキシステアリン酸リチウムを容器中で混合し、撹拌しながら昇温及び冷却して、リチウムベースグリースを得た。得られたリチウムベースグリースに、基油に溶解して冷却したワックスを場合によって加えた。得られた混合物を、３本ロールミルで混練し、所定の混和ちょう度（試験方法ＪＩＳ Ｋ２２２０ ７．）になるように調製した。

＜評価＞
「ＥＨＬ膜厚測定」
・試験方法
滑り接触部に形成されるグリースの膜厚を、図１に示す光干渉法超薄膜測定装置を用いて測定した。測定では、直径１９．０５ｍｍの鋼球を、荷重２０Ｎ、２５℃の下でガラスディスクを接触させ、鋼球を固定し、ガラスディスクを回転させることで純滑り条件とし、速度を変えて膜厚を測定した。測定条件の詳細は下記に示す。
・測定条件
荷重：２０Ｎ
最大面圧：０．５ＧＰａ
速度：１ｍ／ｓから０．００２ｍ／ｓまで徐々に速度を落とし、回転を静止。
静止直後と静止１０分後の最大油膜厚さを計測。
温度：２５℃
鋼球：直径１９．０５ｍｍ、材質ＳＵＪ２
ガラスディスク：Silica＋Chromium coated

「スティックスリップ評価」
雄スプライン軸の嵌合部表面にナイロン樹脂（膜厚３００μｍ、商品名：RILSAN T、アルケマ社製）が形成されているスプライン構造を有するプロペラシャフトを使用して、実機での効果確認を行った。
評価手順は、初期に静スライド抵抗及び動スライド抵抗を計測した。
・静スライド抵抗計測
温度環境５０℃下で回転するペラシャフトにトルクを負荷し、特定パターンでスプライン部を低速度で揺動させ、軸方向のスライド抵抗を計測した。
・動スライド抵抗計測
温度環境５０℃下で回転するペラシャフトにトルクを負荷し、特定パターンでスプライン部を中〜高速度で揺動させ、軸方向のスライド抵抗を計測した。
なお、静スライド抵抗指標及び動スライド抵抗指標は、実施例１の静スライド抵抗値を基準（＝１）として示した。なお、動スライド測定時のすべり速度は、段階的に変化させ、すベり速度８ｍｍ／ｓのデータで整理した。
スティックスリップ評価の判定は、以下の条件にて行った。
○：（静スライド抵抗指標−動スライド抵抗指標）＜０
×：（静スライド抵抗指標−動スライド抵抗指標）≧０

※１について
鉱油：４０℃における動粘度が１８０ｍｍ^２／ｓである鉱油
ポリブテンＡ：４０℃における動粘度が１６０，０００ｍｍ^２／ｓであるポリブテン（圧力粘度係数３３）
※２について
モンタンワックス：クラリアントジャパン株式会社製 Ｌｉｃｏｗａｘ ＯＰ Ｆｌａｋｅｓ （酸価１１ｍｇＫＯＨ／ｇ）
ポリエチレンワックス：クラリアントジャパン株式会社製 Ｌｉｃｏｗａｘ ＰＥ１９０
ポリプロピレンワックス：クラリアントジャパン株式会社製 Ｌｉｃｏｃｅｎｅ ＰＰ７５０２
アマイドワックス：ライオン株式会社製 アーモスリップＨＴパウダー

＜考察＞
実施例１、４〜５および比較例１〜３の比較から、スプラインにナイロン樹脂の皮膜が必要であることがわかる。
実施例１〜３および比較例４の比較から、グリースの動粘度が１５，０００ｍｍ^２／ｓ以上である必要があることがわかる。
実施例１〜３および実施例４〜９の比較から、グリースにワックスを配合することで静スライド抵抗を低減できることがわかる。
静スライド抵抗指標が動スライド抵抗指標より小さい場合、スティックスリップが抑制されることがわかる。

Claims (2)

1. 互いに摺動自在に嵌合した雄スプライン軸と雌スプライン軸を少なくとも備えるプロペラシャフトであって、
   前記雄スプライン軸と雌スプライン軸のいずれか一方又は両方の軸のスプライン嵌合部表面上に形成されたナイロン樹脂の皮膜と、
   前記雄スプライン軸と雌スプライン軸の間に配置されたグリース組成物と、
   を有し、
   前記グリース組成物は、ポリブテンを含む基油を含み、前記基油の４０℃における動粘度が１５，０００ｍｍ^２／ｓ以上３６，０００ｍｍ^２／ｓ以下である、プロペラシャフト。
2. 前記グリース組成物が、モンタンワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、及びアマイドワックスからなる群から選ばれる少なくとも１種のワックスを含む、請求項１に記載のプロペラシャフト。