JP2018168332A - グリース組成物、転がり軸受、およびハブベアリング - Google Patents

Abstract

【課題】せん断を受けると確実に粘度が低下してトルクの低減を図ることができ、かつ、挙動がチャーニング性となり潤滑不良を抑制できるグリース組成物、および、これを封入した転がり軸受とハブベアリングを提供する。【解決手段】転がり軸受１は、グリース組成物７が転動体４の周囲に封入されてなり、このグリース組成物７は、基油と増ちょう剤とを含み、基油は、鉱油および合成油から選ばれる少なくとも１種からなり、増ちょう剤は、第１の増ちょう剤である芳香族ジウレア化合物と、第２の増ちょう剤であるそれ以外の化合物とからなり、該グリース組成物全体に対して第１の増ちょう剤と第２の増ちょう剤との合計量で５〜３０質量％含まれ、該グリース組成物は、未混和ちょう度が１７０〜４００であり、粘度測定によるひずみ−せん断粘度のプロットの近似式における粘度変化指数が所定の関係式などを満たすものである。【選択図】図１

Description

本発明はグリース組成物に関する。また、このグリース組成物を封入した転がり軸受とハブベアリングに関する。

軸受を油で潤滑できない場合、潤滑系統をメンテナンスフリーにする場合などでは軸受内部にグリースを充填し、シールまたはシールドを装着して使用する。グリース潤滑にすることにより、（１）軸受を取り扱いやすくなる、（２）シール構造が簡素化できる、（３）環境汚染を抑制できる、といった利点がある。一方、基油の動粘度が潤滑油と同程度の場合、潤滑油に比べて粘性が大きいため、軸受のトルクが上昇する欠点がある。軸受の低トルク化は、省エネの観点から常に求められている課題である。使用用途は主に自動車のハブベアリング、電装補機用軸受、工作機用軸受などである。ハブベアリングは、自動車の車両用軸受であり、軸受の周辺部品であるハブ輪やハウジングとユニット化することで、部品点数の削減と軽量化を図ったものである。ハブベアリング（第二世代以降）では、Ｓ５３Ｃなどの機械構造用炭素鋼（軌道部には高周波熱処理）が用いられているが、合金成分が少なく表面強度が弱いため、剥離問題などを抑制すべく潤滑仕様が重要となる。

従来、自動車のハブベアリング用グリースとして、基油に鉱油または合成油を用い、増ちょう剤に脂肪族ジウレア化合物、脂肪族−脂環式ジウレア化合物、脂環式ジウレア化合物の混合物を用い、これにＭｏＤＴＣやＣａスルフォネートを添加したグリースが提案されている（特許文献１参照）。

また、摩擦抵抗を低減する目的で、グリースにポリエチレンワックス、酸化ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどを添加したグリースが提案されている（特許文献２参照）。

特開２０１１−１７８８２４号公報 特開２０１６−５０２３４号公報

特許文献１では、せん断によるグリースの粘度低下を考慮していない。たいていのグリースは、せん断を受ければ粘度低下するものの、それを積極的に狙った配合にしていないため、十分な粘度低下を見込めず、軸受のトルクが低下しにくい可能性がある。特許文献２には、各種ワックスを添加しているが、せん断によるグリースの粘度低下には着目しておらず、実際に粘度は低下しない。

また、グリースの挙動には、常に転動体と軌道面にグリースが厚く存在するチャーニング性と、グリースが排除されて転動体と軌道面に薄くしか存在しないチャンネリング性とがある。チャンネリング性の場合、低トルクになりやすいが、潤滑剤の量が少ないため潤滑不良のおそれがある。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、転がり軸受やハブベアリングに封入して使用した際に、せん断を受けると確実に粘度が低下してトルクの低減を図ることができ、かつ、挙動がチャーニング性となり潤滑不良を抑制できるグリース組成物、および、これを封入した転がり軸受とハブベアリングを提供することを目的とする。

本発明のグリース組成物は、基油と増ちょう剤とを含むグリース組成物であって、上記基油は、鉱油および合成油から選ばれる少なくとも１種からなり、上記増ちょう剤は、第１の増ちょう剤である芳香族ジウレア化合物と、第２の増ちょう剤である上記第１の増ちょう剤以外の化合物とからなり、該グリース組成物全体に対して上記第１の増ちょう剤と上記第２の増ちょう剤との合計量で５〜３０質量％含まれ、該グリース組成物は、未混和ちょう度が１７０〜４００であり、下記式（１）における粘度変化指数ｎが負の値であり、下記式（２）に示す指数の比ｎ２／ｎ１が２〜４の範囲内であることを特徴とする。

上記第２の増ちょう剤が、Ｎ，Ｎ’−エチレンビスステアリン酸アミドであることを特徴とする。

上記基油が、パラフィン系鉱油またはポリ−α−オレフィン（ＰＡＯ）油であり、該基油の４０℃における動粘度が３０〜６０ｍｍ^２／ｓであることを特徴とする。

上記芳香族ジウレア化合物が、ジイソシアネート成分と、モノアミン成分である芳香族モノアミンとを反応して得られ、上記芳香族モノアミンがアニリンまたはｐ−トルイジンであることを特徴とする。

本発明の転がり軸受は、内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する転動体と、この転動体の周囲に封入されたグリース組成物とを備えてなる転がり軸受であって、上記グリース組成物が本発明のグリース組成物であることを特徴とする。

本発明のハブベアリングは、自動車の車輪を回転支持し、内部空間にグリース組成物が封入されてなるハブベアリングであって、上記グリース組成物が本発明のグリース組成物であることを特徴とする。

本発明のグリース組成物は、基油と増ちょう剤とを含むグリース組成物であって、特に増ちょう剤が、第１の増ちょう剤である芳香族ジウレア化合物と、第２の増ちょう剤であるこれ以外の化合物とを含み、粘度測定によるひずみ−せん断粘度のプロットの近似式における粘度変化指数が所定の関係式などを満たすものであるので、軸受中でせん断を受けると確実に粘度が低下し、軸受のトルクが低くなる。また、グリースが転動体と軌道面に多く付着するチャーニング性であるため、潤滑不良を起こしにくい。特に、第２の増ちょう剤として、Ｎ，Ｎ’−エチレンビスステアリン酸アミドを用いることで、これらの効果が得やすい。

本発明の転がり軸受とハブベアリングは、上記グリース組成物を封入しているので、潤滑不良を抑制しつつ、回転トルクが低くなる。

本発明の転がり軸受の一例を示す断面図である。 本発明のハブベアリングの一例を示す断面図である。 ひずみとせん断粘度との関係を示す図である。 ひずみとせん断粘度との関係を示す図である。 総増ちょう剤量とトルクとの関係を示す図である。 軸受における転動体へのグリース付着状況を示す写真である。

本発明のグリース組成物は、基油と増ちょう剤とを含む。ここで、このグリース組成物は、未混和ちょう度（ＪＩＳ Ｋ ２２２０）が１７０〜４００であり、下記式（１）における粘度変化指数ｎが負の値であり、下記式（２）に示す指数の比ｎ２／ｎ１が２〜４の範囲内であることを特徴とする。

本発明では、上記関係式に示すように、せん断によるグリースの粘度低下を考慮している。特に、この粘度低下が大きくなるような増ちょう剤を２種使用している（一方は芳香族ジウレア化合物に固定）。グリースの粘度測定を行なった際に、ひずみ−せん断粘度のプロットの傾き（式（１）の指数）において、第１の増ちょう剤のみのグリースの傾きと比較して、第２の増ちょう剤を加えたグリースの傾きを大きくする。ここで、その傾きの大きさの差（指数の比ｎ２／ｎ１）が２より小さい場合、第１および第２の増ちょう剤を添加したグリースのせん断による粘度低下が小さく、軸受内でも粘度が低下せずトルクの低下が見込めない。また、指数の比ｎ２／ｎ１が４より大きいと、粘度低下が大きくなり過ぎ、グリースが軸受外に漏れるおそれなどがある。

本発明のグリース組成物の基油は、通常グリースの分野で使用される一般的なものを使用できる。例えば、スピンドル油、冷凍機油、タービン油、マシン油、ダイナモ油などの鉱油、ＰＡＯ油、アルキルナフタレンなどの炭化水素系合成油、ポリオールエステル油、りん酸エステル油、ポリマーエステル油、芳香族エステル油、炭酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、アルキルベンゼン油、フッ素化油などの非炭化水素系合成油などが挙げられる。

本発明では、比較的安価であり、該グリース組成物における上記関係式も満足できることから、鉱油を主成分（基油全量に対して５０質量％以上）とすることが好ましい。特に鉱油のみとすることが好ましい。鉱油としてパラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油のいずれも使用できるが、高温時の粘度変化が小さいため、パラフィン系鉱油を用いることが好ましい。

基油は、４０℃における動粘度が３０〜６０ｍｍ^２／ｓであることが好ましく、４０〜５０ｍｍ^２／ｓがより好ましい。４０℃における動粘度が３０ｍｍ^２／ｓ 未満の場合は、油膜切れのおそれや、油の蒸発が多くなるおそれがある。一方、４０℃における動粘度が６０ｍｍ^２／ｓより高いと、低トルク化が困難になる場合がある。

本発明のグリース組成物の増ちょう剤は、上述のとおり、Ａ：第１の増ちょう剤である芳香族ジウレア化合物と、Ｂ：第２の増ちょう剤である第１の増ちょう剤以外の化合物とからなり、上記関係式（式（１）（２））において所定の条件を満たすものである。所定の条件は、式（１）における粘度変化指数ｎが負の値であり、式（２）に示す指数の比ｎ２／ｎ１が２〜４の範囲内である。

Ａ：第１の増ちょう剤
第１の増ちょう剤は、芳香族ジウレア化合物である。芳香族ジウレア化合物は、ジイソシアネート成分とモノアミン成分とを反応して得られるジウレア化合物の１種であり、モノアミン成分として芳香族モノアミンを用いる。ジイソシアネート成分としては、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネー卜などが挙げられる。芳香族モノアミンとしては、アニリン、ｐ-トルイジンなどが挙げられる。

Ｂ：第２の増ちょう剤
第２の増ちょう剤は、第１の増ちょう剤以外の化合物であり、上記関係式（式（１）（２））において所定の条件を満たすものである。すなわち、第１の増ちょう剤である芳香族ジウレア化合物を増ちょう剤としたグリースに添加した場合に、せん断によるグリースの粘度低下が大きくなるような化合物を添加する。

このような化合物としては、分子内にアミド結合を２個以上持つワックスなどを用いることができる。具体的には、メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、メチレンビスオレイン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、メチレンジアミンステアリン酸オレイン酸混合ビスアミド、エチレンジアミンステアリン酸オレイン酸混合ビスアミドなどが挙げられる。

基油に各増ちょう剤を配合してベースグリースが得られる。このベースグリースは、まず、基油中でジイソシアネート成分とモノアミン成分（芳香族モノアミン）とを反応させて、第１の増ちょう剤である芳香族ジウレア化合物を含むグリースを調整する。次に、このグリースに第２の増ちょう剤を添加して最終的なグリースとして調整する。

本発明のグリース組成物において、増ちょう剤は、第１の増ちょう剤と第２の増ちょう剤との合計量で、グリース組成物全体に対して５〜３０質量％含むようにする。好ましくは、グリース組成物全体に対して１０〜２０質量％とする。増ちょう剤の合計含有量が５質量％未満では、増ちょう効果が少なくなり、３０質量％をこえると、低トルク化が困難になる場合がある。また、第１の増ちょう剤と第２の増ちょう剤との配合質量比は（１：２）〜（２：１）とすることが好ましい。

その他、グリース組成物には、必要に応じて公知の添加剤を添加できる。添加剤としては、例えば、有機亜鉛化合物、有機モリブデン化合物などの極圧剤、アミン系、フェノール系、イオウ系化合物などの酸化防止剤、イオウ系、リン系化合物などの摩耗防止剤、多価アルコールエステルなどの防錆剤、二硫化モリブデン、グラファイトなどの摩擦低減剤、エステル、アルコールなどの油性剤などが挙げられる。

本発明の転がり軸受の一例を図１に示す。図１はグリース組成物が封入されているグリース封入転がり軸受（深溝玉軸受）の断面図である。転がり軸受１は、外周面に内輪転走面２ａを有する内輪２と内周面に外輪転走面３ａを有する外輪３とが同心に配置され、内輪転走面２ａと外輪転走面３ａとの間に複数個の転動体４が配置される。保持器５が、この複数個の転動体４を保持している。シール部材６が外輪などに固定されており、少なくとも転動体４の周囲に上記本発明のグリース組成物７が封入されている。

図１では軸受として深溝玉軸受について例示したが、本発明の転がり軸受は、上記以外の円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、スラスト円すいころ軸受、スラスト針状ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受などとしても使用できる。

本発明のハブベアリングの一例を図２に示す。図２は、ハブベアリングの断面図である。ハブベアリング２６は、ハブ輪２１および内輪２２を有する内方部材２５と、外輪である外方部材２３と、複列の転動体２４、２４とを備えている。ハブ輪２１はその一端部に車輪（図示せず）を取付けるための車輪取付けフランジ２１ｄを一体に有し、外周に内側転走面２１ａと、この内側転走面２１ａから軸方向に延びる小径段部２１ｂとが形成されている。ここで、軸方向に関して「外」とは車両への組付け状態で幅方向外側をいい、「内」とは幅方向中央側をいう。

ハブ輪２１の小径段部２１ｂには、外周に内側転走面２２ａが形成された内輪２２が圧入されている。そして、ハブ輪２１の小径段部２１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部２１ｃにより、ハブ輪２１に対して内輪２２が軸方向へ抜けるのを防止している。外方部材２３は、外周に車体取付けフランジ２３ｂを一体に有し、内周に外側転走面２３ａ、２３ａと、これら複列の外側転走面２３ａ、２３ａに対向する内側転走面２１ａ、２２ａとの間には複列の転動体２４、２４が転動自在に収容されている。

本発明のグリース組成物はシール部材２７と、外方部材２３と、シール部材２８と、内方部材２５と、ハブ輪２１とに囲まれた内部空間に封入され、外方部材２３と、内方部材２５とに挟まれた複列の転動体２４、２４の周囲に位置し、転動体２４、２４の転動面と、内側転走面２１ａ、２２ａおよび外側転走面２３ａ、２３ａとの転がり接触部の潤滑に供される。

本発明のハブベアリングに使用できる材質は、軸受鋼、浸炭鋼、または機械構造用炭素鋼を挙げることができる。これらの中で鍛造性が良く安価なＳ５３Ｃなどの機械構造用炭素鋼を用いることが好ましい。本発明では上記グリース組成物を転がり接触部を含む上記内部空間に封入しているので、低トルク化を図りつつ、チャーニング性により潤滑不良を抑制でき、該機械構造用炭素鋼を構成材料としながらも十分な耐久性が期待できる。

本発明を実施例および比較例により具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。

実施例１〜実施例５、比較例１〜比較例６
まず、基油と第１の増ちょう剤（芳香族ジアミン）によりグリースを調整した。表１に示す基油の半量にイソシアネート（４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、ＭＤＩ）を、残りの半量にアミン（アニリン）を、それぞれビーカーに入れて混合し、１００℃になるまで加熱した。ＭＤＩ混合油が入ったビーカーにアミン混合油を投入した。その後、すぐに撹拌して、ビーカー内の内容物の反応をさせ、しばらく撹拌した後、１００℃の恒温槽に３時間静置した。恒温槽から取り出し、室温になるまで放冷した後、グリースを３本ロールミルにより滑らかにした。ここで、このグリース（第２の増ちょう剤を添加する前のグリース）について下記の粘度測定を行なった。次に、このグリースに表１に示す第２の増ちょう剤を所定の割合になるように添加し、融点より１０℃高い温度に静置し融解させ、均一になるように撹拌し、最終的なグリース（第２の増ちょう剤を添加した後のグリース）を得た。なお、第１の増ちょう剤と、第２の増ちょう剤は、最終的なグリースにおける配合量が表１に示す値となるようにそれぞれ配合した。

最終的なグリースについて、下記の粘度測定を行なった。ひずみとせん断粘度との関係を図３（実施例１、比較例１、２、５）および図４（実施例４、比較例６）に示す。また、この関係と式（１）より求められた粘度変化指数ｎ、粘度変化指数の比（ｎ２／ｎ１）を表１に示す。なお、ｎ１は、第２の増ちょう剤を添加する前のグリースの粘度測定と式（１）から得られた粘度変化指数であり、ｎ２は、第２の増ちょう剤を添加した後のグリース（最終的なグリース）の粘度測定と式（１）から得られた粘度変化指数（表１中の指数ｎと同じ）である。

＜粘度測定＞
レオメータ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製ＨＡＡＫＥ ＲｈｅｏＷｉｎ ＭＡＲＳ１）、コーンプレートを用いて測定した。なお、コーンの先端角度は１７８°である。試料をプレートに乗せ、その上にコーンをセットする。はみ出した試料はスパーテルでかきとった。４０℃に設定して、装置の温度指示が４０℃になったところで５分間保持する。予備撹拌として、１５秒間でせん断速度が５０００ｓｅｃ^−１になるまで増速した。その後、３０００ｓｅｃ^−１で１０ｍｉｎ間せん断し続け、その間の粘度の変化を測定した。各実施例と比較例について、ひずみ−せん断粘度のプロットから、近似式（１）を導出した。

また、最終的なグリースについて、未混和ちょう度（ＪＩＳ Ｋ ２２２０）を測定した。結果を表１に示す。さらに、下記に示すトルク測定試験に供し、軸受のトルクを測定した。結果を表１に示す。また、総増ちょう剤量とトルクとの関係を図５に示す。さらに、トルク試験後の軸受における転動体へのグリース付着状況を目視により観察した。結果を表１と図６（実施例２、４、比較例２、３）に示す。

＜トルク測定試験＞
竪型式トルク試験機を使用して測定した。試験軸受が縦置きになるようにスピンドルに固定し、回転数６００ｍｉｎ^−１、室温（２５℃）雰囲気、外輪にアキシャル荷重２０Ｎを負荷してロードセルで拘束し、内輪回転として、軸受で発生する回転トルクを算出した。試験軸受は深溝玉軸受（６２０４）であり、ガラス繊維を３０体積％配合したナイロン６６で成形した冠型保持器を使用した。グリースは空間容積の３８％になるように封入し、グリースが飛散しないようにシールド板を装着した。３０分間運転中の２０〜３０分間の平均値をトルク値（ｍＮｍ）とした。

図３、図４、および表１に示すように、第２の増ちょう剤にＮ，Ｎ’−エチレンビスステアリン酸アミドを併用することにより、せん断により効果的に粘度低下し、第２の増ちょう剤（Ｎ，Ｎ’−エチレンビスステアリン酸アミド）を添加する前のグリース（比較例５、６）のせん断粘度に近づいていく。パルミチン酸デキストリンやポリエチレンＷＡＸでは粘度低下するものの、第２の増ちょう剤（パルミチン酸デキストリンまたはポリエチレンＷＡＸ）を加える前のグリースの粘度に近づいていかない。そのため、図５に示すように、総増ちょう剤量が同じ場合、Ｎ，Ｎ’−エチレンビスステアリン酸アミドを添加したものの方が低トルクになる。

ひずみ−せん断粘度のプロットの傾き（式（１）の指数）において、第１の増ちょう剤のみのグリースの傾きと比較して、第２の増ちょう剤を加えたグリースの傾きが大きければよい。ただし、その傾きの大きさの差が小さい（指数比ｎ２／ｎ１＜２）と、第１および第２の増ちょう剤を添加したグリースのせん断による粘度低下が小さいため、軸受内でも粘度が低下せずトルクの低下が見込めない。一方、差が大きすぎる（ｎ２／ｎ１＞４）と、粘度低下が大きくなり過ぎ、漏れる危険性がある。実施例のこのような特徴から、第２の増ちょう剤にＮ，Ｎ’−エチレンビスステアリン酸アミドを併用することにより総増ちょう剤量に対してトルク値をプロットすると、ジウレア増ちょう剤のみで構成されたグリースよりもＮ，Ｎ’−エチレンビスステアリン酸アミドを併用したグリースの方が総増ちょう剤量が同じでも低トルクになることがわかった。

また、図６および表１に示すように、転動体へのグリースの付着状況を観察すると、Ｎ，Ｎ’−エチレンビスステアリン酸アミドを併用したグリースでは多量に付着しており、チャーニング性であった。一方、ジウレア化合物のみを２０質量％配合したグリース（比較例３）は低トルクとなったが、チャンネリング性となっており、潤滑性に課題が残る。

本発明のグリース組成物は、せん断を受けると確実に粘度が低下してトルクの低減を図ることができ、かつ、挙動がチャーニング性となり潤滑不良を抑制できるので、自動車のハブベアリング、電装補機用転がり軸受、工作機用転がり軸受などに封入する低トルクグリースとして好適に利用できる。

１ 転がり軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体
５ 保持器
６ シール部材
７ グリース組成物
２１ ハブ輪
２１ａ 内側転走面
２１ｂ 小径段部
２１ｃ 加締部
２１ｄ 車輪取付けフランジ
２２ 内輪
２２ａ 内側転走面
２３ 外方部材
２３ａ 外側転走面
２３ｂ 車体取付けフランジ
２４ 転動体
２５ 内方部材
２６ ハブベアリング
２７ シール部材
２８ シール部材

Claims (6)

1. 基油と増ちょう剤とを含むグリース組成物であって、
   前記基油は、鉱油および合成油から選ばれる少なくとも１種からなり、
   前記増ちょう剤は、第１の増ちょう剤である芳香族ジウレア化合物と、第２の増ちょう剤である、前記第１の増ちょう剤以外の化合物とからなり、該グリース組成物全体に対して前記第１の増ちょう剤と前記第２の増ちょう剤との合計量で５〜３０質量％含まれ、
   該グリース組成物は、未混和ちょう度が１７０〜４００であり、下記式（１）における粘度変化指数ｎが負の値であり、下記式（２）に示す指数の比ｎ２／ｎ１が２〜４の範囲内であることを特徴とするグリース組成物。
   
2. 前記第２の増ちょう剤が、Ｎ，Ｎ’−エチレンビスステアリン酸アミド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. 前記基油が、パラフィン系鉱油またはポリ−α−オレフィン油であり、該基油の４０℃における動粘度が３０〜６０ｍｍ^２／ｓであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のグリース組成物。
4. 前記芳香族ジウレア化合物が、ジイソシアネート成分と、モノアミン成分である芳香族モノアミンとを反応して得られ、前記芳香族モノアミンがアニリンまたはｐ−トルイジンであることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載のグリース組成物。
5. 内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する転動体と、この転動体の周囲に封入されたグリース組成物とを備えてなる転がり軸受であって、
   前記グリース組成物が請求項１から請求項４までのいずれか１項記載のグリース組成物であることを特徴とする転がり軸受。
6. 自動車の車輪を回転支持し、内部空間にグリース組成物が封入されてなるハブベアリングであって、
   前記グリース組成物が請求項１から請求項４までのいずれか１項記載のグリース組成物であることを特徴とするハブベアリング。