JP2557597B2 - オルタネータ用グリース封入転がり軸受 - Google Patents

オルタネータ用グリース封入転がり軸受

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、自動車等のオルタネ
ータの回転軸を支持するオルタネータ用グリース封入転
がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車の小型化、軽量化および静
粛性向上の要求に伴ない、その電装部品や補機部品の小
型化、軽量化およびエンジンルーム内の密閉化が図られ
ているが、その一方、装置の性能自体には高出力・高効
率化の要求が増大し、オルタネータにおいては、小型化
に伴って生じる出力の低下を高速回転することで補なう
手法が採られている。
【０００３】図１は、高速回転の使用を目的とした自動
車用オルタネータのプーリ部分の構造を示しており、プ
ーリ１を支持する転がり軸受２は、高速回転時の潤滑性
を保持するため、軸受内部にグリースを封入したグリー
ス封入軸受が使用されている。
【０００４】上記の構造では、プーリ１を小型化したこ
とに伴う伝動効率の低下を防ぐため、プーリ１に伝動ベ
ルトの係合溝３を多数形成し、かつベルトの張力を大き
くとる方法がとられており、このため、上記軸受２には
高温条件での高速回転と高荷重が共に加わることにな
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
高速化・高荷重化を伴なう従来のグリースを使用したオ
ルタネータ用軸受では、転走面に生じる剥離（フレーキ
ング）によって、これら軸受が早期に寿命に至る事例が
数多く報告されるようになった。この早期寿命を引き起
こす剥離は、金属疲労により生じる通常の転走面表面な
いし表層の剥離とは違い、相当内部の深い部分から突然
に生じる特異な破壊現象（以下、異常剥離という）であ
って、この異常剥離から生じる軸受寿命は、通常のグリ
ース封入軸受の計算寿命に比べて短寿命を示す。
【０００６】上記異常剥離の原因については、この発明
者らは、高速化による振動が転走面の鏡面摩耗を引き起
こし、それによる新生面の形成が触媒作用となってグリ
ースが分解し、その際に発生した水素が鋼中に侵入し脆
化する現象（以下、水素脆性現象という）によることを
解明し、これを防止するために、鋼の表面にいわゆる黒
染処理等の不活性化処理を行なう技術を開示した（特開
平２−１９０６１５号）。
【０００７】また、他の解決策として、特開平３−２５
００９４号では、水素との結合力の強いフェニルエーテ
ルを基油とするグリースを開示した。
【０００８】しかし、上記フェニルエーテル油を基油と
するグリースは、粘度特性に劣るので、軸受転走面に充
分に供給され難い。従って、このようなグリースを封入
した転がり軸受は、特に軸受保持器端面からシールまで
の距離の設定条件により、高速回転かつ高荷重条件下で
は焼付現象を起こし易くなる。
【０００９】また、フェニルエーテルを基油とした上記
のグリースでは、前記した水素脆性現象の発生を確実に
抑えることは難しかった。さらにまた、多様な使用条件
が想定されるオルタネータ用の転がり軸受は、泥水等が
侵入しても発錆を充分に抑える特性も要求される。
【００１０】そこで、この発明は、上記した問題点を解
決し、高速回転かつ高荷重条件下においても水素脆性現
象を起こさず耐久性があり、また防錆性にも優れたオル
タネータ用グリース封入転がり軸受とすることを課題と
している。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明は、アルキルジフェニルエーテル油とポ
リαオレフィン油を２０：８０から８０：２０の重量比
で配合し４０℃の動粘度が５１〜７３ｃＳｔである基油
に、増稠剤として後記の化３の式で表わされる芳香族ジ
ウレア化合物または後記の化４の式で表わされる芳香族
ウレア・ウレタン化合物を５〜４０重量％配合し、さら
に不動態化酸化剤および有機スルホン酸塩を添加したグ
リース組成物を転がり軸受内に封入したのである。以
下、その詳細を述べる。
【００１２】この発明に用いるアルキルジフェニルエー
テル油は、ジフェニルエーテル１モルと炭素数１０〜２
２のαオレフィン１〜３モルの付加反応によって得られ
るものである。アルキルジフェニルエーテル油の一例を
下記〔化１〕の式に示す。
【００１３】
【化１】
【００１４】この発明に用いるポリαオレフィン油は、
αオレフィンを低重合し、その末端二重結合に水素を添
加した構造であり、下記〔化２〕の（Ｉ）、（II）、
（III）、（IV）の式にそれぞれ示すものが例示でき
る。
【００１５】
【化２】
【００１６】この発明の基油におけるアルキルジフェニ
ルエーテル油とポリαオレフィン油との配合重量比は２
０：８０から８０：２０である。なぜなら基油中のポリ
αオレフィン油が上記範囲未満では、低温下での性能が
劣り、上記範囲を越えると、耐熱性が充分に得られなく
なって好ましくないからである。また、グリースの分解
による水素発生量を可及的に少なくするため、アルキル
ジフェニルエーテル油のポリαオレフィン油に対する特
に好ましい配合量比は、５０：５０以上である。
【００１７】つぎに、この発明において増稠剤として使
用する芳香族ジウレア化合物は、分子中にウレア結合
（−ＮＨＣＯＮＨ−）を２個有する下記〔化３〕の式で
示されるような化合物であって、グリース製造工程にお
いては、基油を溶媒としてモノアミンと芳香族ジイソシ
アネートを配合し、基油中に細かく析出させて得られ
る。
【００１８】
【化３】
【００１９】増稠剤として他方の芳香族ウレア・ウレタ
ン化合物は、分子中にウレア結合（−ＮＨＣＯＮＨ−）
およびウレタン結合（−ＮＨＣＯＯ−）の両方を有する
下記〔化４〕の式で示されるような化合物であって、イ
ソシアネートとアルコール、アミンをトルエンまたは基
油を溶媒として反応させ、基油またはトルエン中に析出
させて得られる。
【００２０】
【化４】
【００２１】このような芳香族ジウレア化合物または芳
香族ウレア・ウレタン化合物の前記基油に対する添加量
は、５〜４０重量％である。なぜなら、５重量％未満の
少量の芳香族ジウレア化合物または芳香族ウレア・ウレ
タン化合物を添加して得たグリースは、粘性の乏しい液
状となり、４０重量％を越える多量では固体状となっ
て、不適となるからである。
【００２２】つぎに、この発明に用いる不動態化酸化剤
は、オルタネータ用転がり軸受を構成する鋼などの金属
表面に対して不動態化を起こさせる酸化剤であり、たと
えば亜硝酸塩、硝酸塩、クロム酸塩、リン酸塩、モリブ
デン酸塩、タングステン酸塩等のカソード復極型の無機
腐食抑制剤を使用する。
【００２３】また、この発明に用いる有機スルホン酸塩
とは、一般式ＲＳＯ3 Ｍで示される化合物であって、こ
のものは、分子内に、極性基（ＳＯ3 2-）を有する有機
スルホン酸（ＲＳＯ3 ）と、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃａ等のアル
カリ土類金属、もしくは金属類としてＰｂ、Ｎａ、Ｌｉ
等またはアミン類からなる親油基Ｍとを有する油溶性界
面活性剤型の化合物である。有機スルホン酸としては、
石油スルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、ジノニ
ルナフタレンスルホン酸が挙げられる。
【００２４】なお、この発明に用いるグリース組成物の
耐圧性を高める場合には、ジチオリン酸亜鉛等の極圧添
加剤を０．１〜５重量％配合すれば適当である。
【００２５】
【作用】高速回転、高荷重の条件で使用される軸受にお
いて、転走面に生じる現象を考えると、転走面には、回
転中の振動とその表面を高速度で擦過摺接する転動体に
より絶えず鏡面摩耗が引き起こされると想定される。
【００２６】このような摩耗が生じると、その摩耗によ
って引き起こされる新生面の形成が触媒作用をしてグリ
ースが化学分解し、このグリースの分解により多量の水
素が新生面の形成領域に発生する。
【００２７】そして、この発生した水素は、鋼の内部に
容易に侵入することができ、さらに引張り応力が集中し
ている箇所に拡散移動するので、応力が集中する金属面
の奥側に水素分子形成による高圧が発生し、これが亀裂
を生じさせて破壊を生じさせることが判明した。
【００２８】そこで、この発明の軸受の基材表面の水素
脆性発生防止機構について、以下に図２を参照しつつ説
明する。
【００２９】転がり軸受の基材４表面は、不動態化酸化
剤によって酸化された金属酸化物からなる不動態膜５で
被覆され、この上に有機スルホン酸塩６のスルホン酸基
６ａが単分子層状に強く吸着する。不動態膜５は、分極
した構造を持つため、極性のあるスルホン酸基６ａと相
互作用を持ちやすいからである。そして、有機スルホン
酸塩６は、親油基６ｂを外側に向けて配向するので、親
油基６ｂのさらに外側には基油の油膜７が安定して形成
されることとなる。
【００３０】このような基材４表面の油膜構造による
と、図外の転動体がこの表面に擦過摺接した際、油膜７
が除去されても不動態膜５が新生面８の露出を防止し、
さらに不動態膜５が剥離して新生面８が露出した場合で
も、基油に配合されたアルキルジフェニルエーテル油の
物性により、水素の発生量は極力抑制される。アルキル
ジフェニルエーテルは、エステルに比べてＣ−Ｈ、Ｃ−
Ｃ、Ｃ−Ｏの結合解離エネルギーが高く、分解され難い
からである。
【００３１】また、この発明では、増稠剤として所定の
芳香族系のジウレアまたはウレアウレタン化合物を採用
し、これらの芳香族基のＨ（水素）の結合解離エネルギ
ーはアルキル基のそれよりも高いので、増稠剤からの水
素の発生量が脂肪族系のジウレア化合物を増稠剤として
採用した場合よりも抑制される。 このように本願の発明
では、基油および増稠剤からの水素の発生を抑制し、か
つ不動態化酸化剤および有機スルホン酸塩による鋼表面
の水素侵入防止作用が相まって、オルタネータの水素脆
性現象の発生を確実に抑えることができる。なお、前記
した不動態膜５上の有機スルホン酸塩６は、油膜７切れ
を速やかに回復させるので、水素脆性の発生は一層抑制
されると考えられる。また、基油の４０℃の動粘度を５
１〜７３ｃＳｔにしたので、前記した水素脆性による早
期剥離防止性能と共に、オルタネータのよりいっそうの
小型化に伴う高速かつ高荷重の軸受使用条件でもグリー
スの攪拌抵抗が極めて小さくなり、すなわち攪拌抵抗に
よる発熱が少なく、焼付きによる損傷が防止できるグリ
ースとなり、高速かつ高荷重での軸受の耐久寿命を充分
に延長する。
【００３２】
【実施例】
〔実施例１および２〕アルキルジフェニルエーテル油と
ポリαオレフィン油の混成油からなる基油を表１に示す
配合割合で調製し、この基油の半量に１ｍｏｌの４，
４’−ジフェニルメタンジイソシアネートを溶かし、残
りの半量の基油に２ｍｏｌのモノアミン（パラトルイジ
ン）を溶かして前記半量の基油に撹拌しながら加えた
後、１００〜１２０℃で３０分間撹拌を続けて反応させ
てジウレア化合物（芳香族ジウレア化合物）を基油に折
出した。これに酸化防止剤としてフェノチアジンを０.5
重量％を加えて、さらに１００〜１２０℃で１０分間撹
拌した。その後冷却し、添加剤であるジンクスルホネー
トを１重量％と多価アルコールエステルを１重量％と亜
硝酸ナトリウム０．５重量％を添加混合してから、三本
ロールで均質化し、グリース組成物を得た。このグリー
ス組成物の稠度、滴点、摩擦係数を測定すると共に、転
がり軸受に封入してオルタネータ実機耐久試験および錆
試験を以下のように行ない、この結果を表１中に併記し
た。
【００３３】稠 度：ＪＩＳ Ｋ２２２０ ５．３に
より測定した。
【００３４】滴 点：グリースが融解して自重で落下
し始める温度（℃）をグリース類滴点試験法ＪＩＳ Ｋ
２２２０ ５．４により測定した。
【００３５】摩擦係数：図３に示すように、モータ軸９
に固定したリング１０（直径４０mm、肉厚４mm、ＳＵＪ
２）の下部にサンプルであるグリースを塗布したフェル
ト１１を摺接するよう取付け、１０００ｒｐｍで回転す
るリング１０の上端にプレート１２に固定したボール１
３（直径６．３５mm、ＳＵＪ２）を圧接した。この際、
摩擦力にて発生する力Ｆを下記測定条件で測定し、摩擦
係数を算出した。
【００３６】記 測定時間 回転開始５分後、荷重Ｐ １．２kgｆ、温度
室温。
【００３７】錆 試 験：ＡＳＴＭ Ｄ １７４３の錆
試験法をさらに厳しくした方法で、軸受６３０２に試料
グリースを１．６〜１．９ｇ封入してからゴム製シール
をし、アキシャル荷重を３９．２Ｎ加えて毎分１８００
回転で１分間慣らし運転した。次に、３％食塩水を０．
５ｍｌ軸受内部へ注入した後、再びアキシャル荷重を３
９．２Ｎ加えて毎分１８００回転で３分間回転した。こ
の軸受をデシケータに入れ４０℃で１００時間放置した
後、発錆状況を調べた。発錆状況は内輪レースを周方向
に２２等分、外輪レースを周方向に３０等分して錆のあ
った区間を数え、試験回数ｎ＝４回の平均を錆評点とし
た。
【００３８】オルタネータ実機耐久試験：図１に示すオ
ルタネータにおけるプーリ１側の転がり軸受２を使用
し、実機により寿命試験（ｎ：試験回数）を行なった。
テストの軸受回転数は１８，０００ｒｐｍで設定し、プ
ーリ１に対する負荷荷重を３３０kgで行なった。そし
て、軸受内に剥離が発生し、振動検出器の振動が設定値
以上になって発電機が停止する時間を異常剥離寿命と
し、試験回数ｎの平均を求めた。また、軸受内グリース
が劣化したことによって軸受の回転トルクが過大にな
り、このオルタネータを駆動している電動機の入力電流
が制限電流を超過するまでの時間を焼付寿命とし試験回
数ｎの平均を求めた。
【００３９】
【表１】
【００４０】また、基油の配合割合と摩擦係数との関係
を調べるため、以下のような実験を行なった。すなわ
ち、表２に示す割合でアルキルジフェニルエーテルとポ
リαオレフィン油を混合し、その摩擦係数を前記した図
３に示す装置を用い、前記と全く同様の測定条件で調べ
た。この結果を表２中に併記した。
【００４１】
【表２】
【００４２】〔実施例３〕極圧添加剤としてジチオリン
酸亜鉛を１重量％配合する以外は実施例１と全く同様に
してグリース組成物を調製し、前記各試験を行なった結
果を表１中に併記した。
【００４３】〔実施例４〕アルキルジフェニルエーテル
油とポリαオレフィン油の混成油からなる基油を表１に
示す配合割合で調製し、この基油の半量に１ｍｏｌの
４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートを溶か
し、残りの半量の基油に２ｍｏｌのモノアミン（パラト
ルイジン）を溶かして前記半量の基油に撹拌しながら加
えた後、１００〜１２０℃で３０分間撹拌を続けて反応
させてジウレア化合物（芳香族ジウレア化合物）を基油
に配合した。これに酸化防止剤としてフェノチアジンを
０.5重量％を加えて、さらに１００〜１２０℃で１０分
間撹拌した。その後冷却し、添加剤であるバリウムスル
ホネートを３重量％添加混合してから、三本ロールで均
質化し、グリース組成物を得た。得られたグリース組成
物およびこれを封入した転がり軸受について、実施例１
と全く同様に試験を行い、この結果を表１中に併記し
た。
【００４４】〔実施例５および６〕１ｍｏｌのハイドロ
キノンをトルエンに分散させ、２ｍｏｌの２，４−トリ
レンジイソシアネートを滴下し、約５０℃に保持したま
ま６０分間攪拌した。この時の反応触媒としてはトリエ
チルアミンを用いた。さらに、１ｍｏｌのアニリンを加
え、約８０℃に保持したまま６０分間攪拌し、１ｍｏｌ
のラウリルアミン飽和トルエン溶液を加えて、１８０分
間攪拌させ、ウレア・ウレタン化合物の増稠剤を調整し
た。そして、表１に示したアルキルジフェニルエーテル
油とポリαオレフィン油の混成油からなる基油と酸化防
止剤であるフェノチアジンを加え、３０分間攪拌し、こ
の液をホーロー製バットにあけ、一夜室温に放置した
後、１５０℃に設定したマッフル炉に３０分間入れて脱
ソルベントを行なった。その後、三本ロールで均質化し
てグリース組成物を得た。得られたグリース組成物およ
び、これを封入した転がり軸受について、実施例１と全
く同様に試験を行ない、この結果を表１中に併記した。
【００４５】〔比較例１〕アルキルジフェニルエーテル
油の単独成分を基油とし、１ｍｏｌの４，４’−ジフェ
ニルメタンジイソシアネートを基油（重量％）の半量に
溶かした液に、残りの半量の基油に２ｍｏｌのモノアミ
ン（パラトルイジン）を溶かして撹拌しながら加えた
後、１００〜１２０℃で３０分間撹拌を続けて反応させ
てジウレア化合物（芳香族ジウレア化合物）を基油に配
合した。これに酸化防止剤としてフェノチアジンを０．
５重量％を加えて、さらに１００〜１２０℃で１０分間
撹拌した。その後冷却し、亜硝酸ナトリウムを０．５重
量％加えてから、三本ロールで均質化し、グリース組成
物を得た。得られたグリース組成物およびこれを封入し
た転がり軸受について実施例１と全く同様の試験を行な
い、この結果を表３中に併記した。
【００４６】〔比較例２〕ポリαオレフィン油の単独成
分を基油とし、１ｍｏｌの４，４’−ジフェニルメタン
ジイソシアネートを基油（重量％）の半量に溶かした液
に、残りの半量の基油に２ｍｏｌのモノアミン（シクロ
ヘキシルアミン）を溶かして撹拌しながら加えた後、１
００〜１２０℃で３０分間撹拌を続けて反応させてジウ
レア化合物（脂環族ジウレア化合物）を基油に配合し
た。これに酸化防止剤としてフェノチアジンを０．５重
量％を加えて、さらに１００〜１２０℃で１０分間撹拌
した。
【００４７】その後冷却ししてから、三本ロールで均質
化し、グリース組成物を得た。得られたグリース組成物
およびこれを封入した転がり軸受について実施例１と全
く同様の試験を行ない、この結果を表３中に併記した。
【００４８】〔比較例３および４〕アルキルジフェニル
エーテル油と鉱油またはポリオールエステル油からなる
基油および増稠剤を表３に示す配合割合で比較例１と同
様に調製し、均質化してグリース組成物を得た。
【００４９】これらグリース組成物を転がり軸受に封入
して、前記した錆試験およびオルタネータ実機耐久試験
を以下のように行ない、この結果を表３中に併記した。
【００５０】
【表３】
【００５１】表１および表３に示す試験結果から明らか
なように、基油としてアルキルジフェニルエーテル油と
ポリαオレフィン油を前記の所定範囲内で配合しなかっ
たグリースを用いた比較例１および２、または不動態化
酸化剤を使用しなかった比較例２〜４は、摩擦係数、錆
評点、オルタネータ実機耐久性の一以上の項目で劣って
いた。一方、所定の基油、増稠剤、不動態化酸化剤およ
び有機スルホン酸塩を所定の配合割合で調製した実施例
１〜６では、全ての試験項目で満足し得る結果が得ら
れ、特に、実施例３において総合的に最も優れた結果が
得られた。
【００５２】
【効果】この発明のオルタネータ用グリース封入転がり
軸受は、以上のように構成したので、高速回転かつ高荷
重条件下においても軸受転走面に水素脆性に伴う異常剥
離を起こさず、しかも高速かつ高荷重の軸受使用条件で
もグリースの攪拌抵抗が極めて小さくて発熱が少なく、
焼付きによる損傷が防止できる。また上記利点と共に防
錆性にも優れたものとなって一層長寿命であり、特に高
速・高荷重で使用されるオルタネータの軸受として優れ
たものであるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】オルタネータおよびその軸受の一部切り欠き縦
断面図
【図２】軸受の基材表面の水素脆性発生防止機構を説明
する模式図
【図３】摩擦係数の測定装置を模式化して示す説明図
【符号の説明】
１ プーリ ２ 軸受 ３ 伝動ベルトの係合溝 ４ 基材 ５ 不動態膜 ６ 有機スルホン酸塩 ７ 油膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ１０Ｍ 135:10 125:20 125:24 125:22） Ｃ１０Ｎ 10:02 10:04 30:00 30:12 40:02 50:10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アルキルジフェニルエーテル油とポリα
    オレフィン油を２０：８０から８０：２０の重量比で配
    合し４０℃の動粘度が５１〜７３ｃＳｔである基油に、
    増稠剤として下記の化５の式で表わされる芳香族ジウレ
    ア化合物または下記の化６の式で表わされる芳香族ウレ
    ア・ウレタン化合物を５〜４０重量％配合し、さらに不
    動態化酸化剤および有機スルホン酸塩を添加したグリー
    ス組成物を転がり軸受内に封入してなるオルタネータ用
    グリース封入転がり軸受。 【化５】 【化６】
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