JP2021102772A - ハブユニット - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1は、増ちょう剤、基油、およびアミンホスフェートを含有するグリース組成物を開示している。
特許文献2は、(a)油溶性リンアミン塩、(b)約0.0001重量%〜約5重量%の、フェネートおよびスルホネートを含む金属含有洗浄剤パッケージ、(c)分散剤、(d)分散剤粘度調整剤、(e)金属不活性化剤、および(f)潤滑粘性を有する油を含む潤滑組成物であって、当該潤滑組成物は、約0.25重量%未満のジアルキルジチオリン酸金属を含有し、当該潤滑組成物は、伝動装置油、駆動軸油、ギヤ油、車軸油、またはその混合物である組成物を開示している。
燃費性の向上のためには、グリースに低粘度の基油を使用して、軸受の摺動部(軌道接触部)の摩擦抵抗をできる限り小さくすることが必要である。しかしながら、低粘度の基油を単に採用するだけでは、その背反の事象として、軸受の耐焼付き性や長期に亘る潤滑寿命を維持することが困難になる。
そこで、本発明の一態様の目的は、摺動部の摩擦抵抗の低減と、耐焼付き性および長期に亘る潤滑寿命の維持とを両立できると共に、低温環境下におけるフレッチングの発生を低減できるグリース組成物を備えるハブユニットを提供することである。
本発明の一態様のグリース組成物では、前記ウレア基を有する化合物は、下記式(A)で表されるジウレアを含むことが好ましい(第2の態様)。
本発明の一態様のグリース組成物では、前記基油の−30℃における動粘度が、5000mm2/s以下であることが好ましい(第3の態様)。
本発明の一態様のグリース組成物では、前記りん系化合物は、アミンホスフェートであり、前記アミンホスフェートの含有量が、前記グリース組成物の0.05〜5質量%であることが好ましい(第5の態様)。
本発明の一態様のグリース組成物では、前記炭化水素系ワックスは、ポリエチレンワックスであり、前記ポリエチレンワックスの含有量が、前記グリース組成物の0.05〜5質量%であることが好ましい(第7の態様)。
本発明の一態様のグリース組成物では、前記ウレア基を有する化合物の含有量が、前記グリース組成物の5〜15質量%であることが好ましい(第9の態様)。
したがって、本発明の一態様のグリース組成物を備えるハブユニットによれば、軸受で支持された軸の摩擦抵抗を低減して回転トルクを低減できるので、車両の燃費性を向上させることができる。むろん、軸受の耐焼付き性および長期に亘る潤滑寿命を維持できると共に、車両が寒冷地で貨物輸送(例えば、鉄道、トラック等による輸送)される際のフレッチングの発生を低減することができる。
本発明の一態様のグリース組成物に使用できる基油は、合成油を必須成分とするが、鉱油等の他の基油を含んでもよい。合成油は、一種類を単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。また、合成油以外の基油に関しては特に限定されない。特に、合成油であれば、不純物が混入していないか、混入していても少ないため、グリース組成物の潤滑性能を向上させることができる。また、分子量や分子構造に応じて、基油の動粘度や流動点を広い範囲で選択することができる。
また、基油の含有量は、グリース組成物全量に対して、好ましくは、85〜95質量%であり、より好ましくは88〜92質量%である。
ジイソシアネートとしては、例えば、脂肪族ジイソシアネート、脂環式ジイソシアネート、芳香族ジイソシアネート等が挙げられる。脂肪族ジイソシアネートとしては、例えば、飽和および/または不飽和の直鎖状、または分岐鎖の炭化水素基を有するジイソシアネートが挙げられ、具体的には、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ト(HDI)等が挙げられる。また、脂環式ジイソシアネートとしては、例えば、シクロヘキシルジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等が挙げられる。また、芳香族ジイソシアネートとしては、例えば、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(TDI)、ジフェニルジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)等が挙げられる。これらのうち、好ましくは、芳香族ジイソシアネートが使用され、さらに好ましくは、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)が使用される。
そして、混合アミンとジイソシアネートは、種々の方法と条件下で反応させることができる。増ちょう剤の均一分散性が高いジウレアが得られることから、基油中で反応させることが好ましい。また、反応は、混合アミンを溶解した基油中に、ジイソシアネートを溶解した基油を添加して行ってもよいし、ジイソシアネートを溶解した基油中に、混合アミンを溶解した基油を添加して行ってもよい。これらの反応における温度および時間は、特に限定されず、通常のこの種の反応と同様でよい。反応開始温度は、混合アミンの揮発性の点から、25℃〜100℃が好ましい。反応温度は、混合アミンおよびジイソシアネートの溶解性、揮発性の点から、60℃〜170℃が好ましい。反応時間は、混合アミンとジイソシアネートの反応を完結させるという点と製造時間短縮による効率化の点から0.5〜2.0時間が好ましい。
また、増ちょう剤の含有量は、グリース組成物全量に対して、好ましくは、5〜15質量%であり、より好ましくは8〜12質量%である。
りん系化合物としては、亜リン酸エステル(ホスファイト)、リン酸エステル(ホスフェート)、およびこれらのエステルとアミン、アルカノールアミンとの塩等が挙げられ、好ましくは、アミンホスフェートが使用される。アミンホスフェートとしては、例えば、ターシャリーアルキルアミン−ジメチルホスフェート、フェニルアミン−ホスフェート等が挙げられる。
一般式(B)で示される化合物のうち、好ましくは、塩基価(JIS K 2501に準拠)が50〜500mgKOH/gであり、より好ましくは300〜500mgKOH/gである過塩基性カルシウムスルホネートが使用される。過塩基性カルシウムスルホネートであれば、強固な被膜が摺動部表面に形成でき、剥離寿命を向上させることができる。過塩基性カルシウムスルホネートは、カルシウムスルホネートと炭酸カルシウムとを含む。
また、炭化水素系ワックスとしてポリエチレンワックスが使用される場合、その含有量は、グリース組成物全量に対して、好ましくは、0.05〜5質量%であり、より好ましくは、0.5〜2質量%である。
低温環境下におけるフレッチングを低減するメカニズム、摺動部の耐焼付き性および長期に亘る潤滑寿命を維持のメカニズムは未だ不明の部分が多いが、現段階では下記の推論が考えられる。
図1は、本発明の一実施形態に係るハブユニット1を示す断面図である。なお、図1の左右方向をハブユニット1の軸方向といい、図1の左側を軸方向外側、右側を軸方向内側という。
また、転がり軸受2は、ハブホイール3と外輪11との間に形成される環状空間を軸方向両端から密封するシール部材16を含む。このシール部材16で密封された環状空間16a内には、上記のグリース組成物からなるグリースGが封入されている。
図2および図3において、フランジ部4は、その周方向に所定間隔をあけて形成された複数(この実施形態では5個)の肉厚部21を有している。各肉厚部21は、軸方向内側の端面が隆起するように形成されているとともに、図3の正面視において径方向に放射状に延びて形成されている。また、各肉厚部21は、周方向に所定の幅W(以下、周方向幅Wという)を有している。
例えば、上記の実施形態では、(複列)玉軸受によって構成された転がり軸受2にグリース(G)が封入された例を説明したが、本発明のグリース組成物からなるグリースが封入される軸受は、転動体として玉以外のものが使用されたニードル軸受、ころ軸受等、他の転がり軸受であってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
実施例1〜3および比較例1〜3
<グリース組成物の配合>
各実施例および各比較例について表1に示す配合割合で、増ちょう剤、基油、りん系化合物、カルシウム系化合物および炭化水素系ワックスを配合することによって、試験用グリース組成物を調製した。得られた試験用グリース組成物に対して、次に示す評価を行った。評価結果を表1に示す。
(1)増ちょう剤
(原料)
・脂環式アミン(シクロヘキシルアミン)
・芳香族アミン(p-トルイジン)
・脂肪族アミン(ステアリルアミン)
・ジイソシアネート(4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート)
(増ちょう剤)
・脂環式アミン87.5molと脂肪族アミン12.5molとを混合し、ジイソシアネート50molと反応させた。
・芳香族アミン100molとジイソシアネート50molとを反応させた。
(2)基油
・鉱油(40℃動粘度:70mm2/s)
・PAO(40℃動粘度:30mm2/s)
・PAO(40℃動粘度:63mm2/s)
・エステル(ペンタエリスリトールエステル 40℃動粘度:30mm2/s)
(3)添加剤
・過塩基性カルシウムスルホネート(Chemtura Corpration社製「BRYTON C−400C」、一般式(B)のR1中のアルキル部分の炭素数が主に10〜16である過塩基性のアルキルベンゼンスルホン酸のカルシウム塩(塩基価:405)。この中は、アルキル部分の炭素数が10〜16で無いものや構造が特定できないアルキルベンゼンスルホン酸のカルシウム塩も含まれる。過塩基性カルシウムスルホネートは、カルシウムスルホネートと炭酸カルシウムとを含む。)
・ホスファイト(城北化学工業社製「JP−260」)
・アミンホスフェート(R.T.Vanderbilt社製「Vanlube 672」)
・ZnDTC(R.T.Vanderbilt社製「Vanlube AZ」)
・炭化水素系ワックス(ポリエチレンワックス、クラリアントジャパン株式会社社製「LICOWAX PE 190 POWDER」)
・ステアリン酸Li
40℃の動粘度が30mm2/sのポリ−α−オレフィン(PAO)と40℃の動粘度が30mm2/sのペンタエリスリトールエステルを90:10の質量比で混合して第1の混合した油とした。第1の混合した油の40℃における動粘度は30mm2/sである。第1の混合した油の−30℃における動粘度は2450mm2/sである。前記第1の混合した油の一部に、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートを配合し、撹拌しながら70〜80℃まで加熱、溶解し、第1の混合物とした。一方、前記第1の混合した油の一部にシクロヘキシルアミンおよびステアリルアミンを87.5:12.5のモル比で配合し、撹拌しながら70〜80℃まで加熱、溶解し、第2の混合物とした。次に、第1の混合物の温度と第2の混合物の温度とをそれぞれ維持しつつ第2の混合物を第1の混合物に加えて攪拌し、昇温させ、最初に撹拌を続けながら100〜110℃で30分間維持して反応させ、次いで撹拌を続けながら160〜170℃まで昇温したのち冷却し、第1の生成物を得た。冷却後、第1の生成物に最終的にグリース組成物の2.0質量%となるよう過塩基性カルシウムスルホネートを、グリース組成物の1.0質量%となるようアミンホスフェートを、また第1の混合した油の一部にポリエチレンワックスを添加して120〜130℃まで撹拌しながら加熱、溶解し、そのまま撹拌を続けながら室温まで冷却して半固体状となったワックス溶解物を、最終的にポリエチレンワックスがグリース組成物の1.0質量%となるようポリエチレンワックスを、さらに、ちょう度を調整するために第1の混合した油の一部を、添加し、3本ロールミルで混練し、実施例1のグリース組成物を得た。実施例1のグリース組成物の増ちょう剤は式(C)に示すジウレアである。
40℃の動粘度が30mm2/sのポリ−α−オレフィン(PAO)と40℃の動粘度が63mm2/sのポリ−α−オレフィン(PAO)、40度の動粘度が30mm2/sのペンタエリスリトールエステルをそれぞれ25:65:10の質量比で混合して第2の混合した油とした。第2の混合した油の40℃における動粘度は50mm2/sである。第2の混合した油の−30℃における動粘度は4820mm2/sである。前記第2の混合した油の一部に、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートを配合し、撹拌しながら70〜80℃まで加熱、溶解し、第3の混合物とした。一方、前記混合した油の一部にシクロヘキシルアミンおよびステアリルアミンを87.5:12.5のモル比で配合し、撹拌しながら70〜80℃まで加熱、溶解し、第4の混合物とした。次に、第3の混合物の温度と第4の混合物の温度とをそれぞれ維持しつつ第4の混合物を第3の混合物に加えて攪拌し、昇温させ、最初に撹拌を続けながら100〜110℃で30分間維持して反応させ、次いで撹拌を続けながら160〜170℃まで昇温したのち冷却し、第2の生成物を得た。冷却後、第2の生成物に最終的にグリース組成物の2.0質量%となるよう過塩基性カルシウムスルホネートを、グリース組成物の1.0質量%となるようアミンホスフェートを、また第2の混合した油の一部にポリエチレンワックスを添加して120〜130℃まで撹拌しながら加熱、溶解し、そのまま撹拌を続けながら室温まで冷却して半固体状となったワックス溶解物を、最終的にポリエチレンワックスがグリース組成物の1.0質量%となるようポリエチレンワックスを、さらに、ちょう度を調整するために第2の混合した油の一部を、添加し、3本ロールミルで混練し、実施例2のグリース組成物を得た。実施例2のグリース組成物の増ちょう剤は式(D)に示すジウレアである。
40℃の動粘度が30mm2/sのポリ−α−オレフィン(PAO)と40℃の動粘度が30mm2/sのペンタエリスリトールエステルを90:10の質量比で混合して第3の混合した油とした。第3の混合した油の40℃における動粘度は30mm2/sである。第3の混合した油の−30℃における動粘度は2450mm2/sである。前記第3の混合した油の一部に、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートを配合し、撹拌しながら70〜80℃まで加熱、溶解し、第5の混合物とした。一方、前記第3の混合した油の一部にシクロヘキシルアミンおよびステアリルアミンを87.5:12.5のモル比で配合し、撹拌しながら70〜80℃まで加熱、溶解し、第6の混合物とした。次に、第5の混合物の温度と第6の混合物の温度とをそれぞれ維持しつつ第6の混合物を第5の混合物に加えて攪拌し、昇温させ、最初に撹拌を続けながら100〜110℃で30分間維持して反応させ、次いで撹拌を続けながら160〜170℃まで昇温したのち冷却し、第3の生成物を得た。冷却後、第3の生成物に最終的にグリース組成物の2.0質量%となるよう過塩基性カルシウムスルホネートを、グリース組成物の1.0質量%となるようホスファイトを、また第3の混合した油の一部にポリエチレンワックスを添加して120〜130℃まで撹拌しながら加熱、溶解し、そのまま撹拌を続けながら室温まで冷却して半固体状となったワックス溶解物を、最終的にポリエチレンワックスがグリース組成物の1.0質量%となるようポリエチレンワックスを、さらに、ちょう度を調整するための第3の混合した油の一部を、添加し、3本ロールミルで混練し、実施例3のグリース組成物を得た。実施例3のグリース組成物の増ちょう剤は式(E)に示す増ちょう剤である。
40℃の動粘度が70mm2/sの鉱油に、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートを配合し、撹拌しながら70〜80℃まで加熱、溶解し、第7の混合物とした。前記鉱油は−30℃において固化する。一方、前記鉱油にp−トルイジンを配合し、撹拌しながら70〜80℃まで加熱、溶解し、第8の混合物とした。次に、第7の混合物の温度と第8の混合物の温度とをそれぞれを維持しつつ第8の混合物を第7の混合物に加えて攪拌し、昇温させ、最初に撹拌を続けながら100〜110℃で30分間反応させ、次いで撹拌を続けながら160〜170℃まで昇温したのち冷却し、第4の生成物を得た。冷却後、第4の生成物に最終的にグリース組成物の1.0質量%となるようZnDTC(亜鉛ジチオカーバメート)を、また、ちょう度を調整するための鉱油を添加し、3本ロールミルで混練し、比較例1のグリース組成物を得た。比較例1のグリース組成物の増ちょう剤は式(F)に示すジウレアである。
40℃の動粘度が30mm2/sであって−30℃の動粘度が4510mm2/sであるペンタエリスリトールエステルに、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートを配合し、撹拌しながら70〜80℃まで加熱、溶解し、第9の混合物とした。一方、前記ペンタエリスリトールエステルにシクロヘキシルアミンおよびステアリルアミンを87.5:12.5のモル比で配合し、撹拌しながら70〜80℃まで加熱、溶解し、第10の混合物とした。次に、第9の混合物の温度と第10の混合物の温度とをそれぞれを維持しつつ第10の混合物を第9の混合物に加えて攪拌し、昇温させ、最初に撹拌を続けながら100〜110℃で30分間維持して反応させ、次いで撹拌を続けながら160〜170℃まで昇温したのち冷却し、第5の生成物を得た。冷却後、第5の生成物に最終的にグリース組成物の2.0質量%となるよう過塩基性カルシウムスルホネートを、グリース組成物の1.0質量%となるようアミンホスフェートを、グリース組成物の1.0質量%となるようステアリン酸Liを、また、ちょう度を調整するためのペンタエリスリトールエステルを添加し、3本ロールミルで混練し、比較例2のグリース組成物を得た。比較例2のグリース組成物の増ちょう剤は式(G)に示すジウレアである。
40℃の動粘度が30mm2/sであって−30℃の動粘度が2320mm2/sであるポリ−α−オレフィン(PAO)に、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートを配合し、撹拌しながら70〜80℃まで加熱、溶解し、第11の混合物とした。一方、前記40℃の動粘度が30mm2/sのPAOにシクロヘキシルアミンおよびステアリルアミンを87.5:12.5のモル比で配合し、撹拌しながら70〜80℃まで加熱、溶解し、第12の混合物とした。次に、第11の混合物の温度と第12の混合物の温度とをそれぞれ維持しつつ第12の混合物を第11の混合物に加えて攪拌し、昇温させ、最初に撹拌を続けながら100〜110℃で30分間維持して反応させ、次いで撹拌を続けながら160〜170℃まで昇温したのち冷却し、第6の生成物を得た。冷却後、第6の生成物に最終的にグリース組成物の2.0質量%となるよう過塩基性カルシウムスルホネートを、また、ちょう度を調整するための前記40℃の動粘度が30mm2/sのPAOを添加し、3本ロールミルで混練し、比較例3のグリース組成物を得た。比較例3のグリース組成物の増ちょう剤は式(H)に示すジウレアである。
(1)軸受トルクの測定
各実施例および各比較例で得られたグリース組成物2gを転がり軸受(6204)に封入し、回転速度4000rpm、無負荷、室温の条件下で回転させ、回転0.5h後のトルク値を測定した。評価結果は、比較例1のトルク値を基準値(=1)とし、その基準値に対する相対値で示している。
(2)摩擦係数の測定
各実施例および各比較例で得られたグリース組成物を往復動すべり摩擦試験機にて、面圧1.7GPa、振幅1.5mm、周波数50Hz、雰囲気温度40℃の条件下で摩擦係数を測定した。測定時間は10分間とし、最後の1分間の摩擦係数の平均値を測定値とした。
(3)焼付試験
各実施例および各比較例で得られたグリース組成物1.8gを転がり軸受(6204)に封入し、回転速度10000rpm、アキシャル荷重(Fa)=67N、ラジアル荷重(Fr)=67N、および軸受温度=150℃の条件下で回転させ、焼付きに至るまでの時間を測定した。評価結果は、比較例1の焼付きまでの時間を基準値(=1)とし、その基準値に対する相対値で示している。なお、実施例1〜3および比較例3については、表1に記載の時間(相対値)が経過しても焼付きが起きなかったので、装置を停止した。
(4)剥離寿命試験1
各実施例および各比較例で得られたグリース組成物20gを転がり四球試験にて、JIS SUJ2 で形成された上球にΦ15.88、JIS SUJ2 で形成された下球にΦ15を用い、球間の接触面圧を6.5GPaとし、加熱をせず室温の条件下で回転させ、剥離に至るまでの時間を測定した。評価結果は、比較例1の剥離までの時間を基準値(=1)とし、その基準値に対する相対値で示している。
(5)剥離寿命試験2
また、別の剥離寿命試験として、各実施例および各比較例で得られたグリース組成物14gを転がり軸受(DAC4378)に封入し、回転速度300rpm、アキシャル荷重(Fa)=8kN、ラジアル荷重(Fr)=8kN、室温の条件下で回転させ、剥離に至るまでの時間を測定した。評価結果は、比較例1の焼付きまでの時間を基準値(=1)とし、その基準値に対する相対値で示している。
(6)低温フレッチング試験
各実施例および各比較例で得られたグリース組成物14gを転がり軸受(DAC4378)に封入し、その軸受を、図4に示すフレッチング試験機にセットした。そして、振動数=4Hz、アキシャル荷重(Fa)=±1.4kN、ラジアル荷重(Fr)=5.5±4.4kN、および軸受温度=−40℃の条件下でアキシャル荷重とラジアル荷重を上記の荷重の振幅で振るのを1サイクルとして1,000,000サイクル揺動させ、軸受の軌道面に生じたフレッチング摩耗の深さを測定した。評価結果は、軌道面に生じた最大の摩耗深さの比を示している。
Claims (5)
- 内周面に一対の外輪軌道面を有する外輪と、
軸方向外側の前記外輪軌道面に対向する内輪軌道面を有するハブホイールと、
前記ハブホイールの外周面に挿嵌され軸方向内側の前記外輪軌道面に対向する内輪部材と、
軸方向外側の前記外輪軌道面と前記ハブホイールの前記内輪軌道面との間に転動自在に配置された複数の転動体と、
軸方向内側の前記外輪軌道面と前記内輪部材の内輪軌道面との間に転動自在に配置された複数の転動体と、
前記ハブホイールと前記外輪との間に形成される環状空間を軸方向外側で前記外輪と前記ハブホイールとの間を密封する第1のシール部材と、
軸方向内側で前記外輪と前記内輪部材との間を密封する第2のシール部材と、
前記環状空間に封入された、グリース組成物と、を含むハブユニットであって、
前記グリース組成物は、
基油と、増ちょう剤と、添加剤とを含有し、
前記基油は合成油を含み、
前記合成油は、合成炭化水素油およびエステル油からなる混合した油であり、
前記エステル油の割合が、前記混合した油の5〜15質量%であり、
前記増ちょう剤はウレア基を有する化合物を含み、
前記添加剤は、りん系化合物、カルシウム系化合物および炭化水素系ワックスを含み、
前記りん系化合物は、アミンホスフェートであり、
前記アミンホスフェートの含有量が、前記グリース組成物の0.05〜5質量%であり、
前記カルシウム系化合物は、過塩基性カルシウムスルホネートであり、
前記過塩基性カルシウムスルホネートの塩基価が、50〜500mgKOH/gであり、
前記過塩基性カルシウムスルホネートの含有量が、前記グリース組成物の0.05〜5質量%であり、
前記炭化水素系ワックスは、ポリエチレンワックスであり、
前記ポリエチレンワックスの含有量が、前記グリース組成物の0.05〜5質量%である、ハブユニット。 - 前記基油の−30℃における動粘度が、5000mm2/s以下である、請求項1または2に記載のハブユニット。
- 前記基油の40℃における動粘度が、20〜50mm2/sである、請求項1〜3のいずれか一項に記載のハブユニット。
- 前記ウレア基を有する化合物の含有量が、前記グリース組成物の5〜15質量%である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のハブユニット。
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