JP4141136B2 - グリース組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり運動及び転がり滑り運動を行う鋼製の被潤滑部を有する機械部品の潤滑に使用するグリース組成物に関し、特に被潤滑部の剥離寿命を長くすることができるグリース組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転がり運動、転がり滑り運動を行う鋼製の被潤滑部を有する機械部品の代表的なものとしては、転がり軸受、ボールねじ、直動案内軸受、各種のギヤ、カム、及び等速ジョイントなどが挙げられる。一方、転がり運動及び転がり滑り運動の対向には、滑り運動がある。こちらの寿命は、剥離ではなく、主に摩耗や焼付きとなる。滑り運動の機械部品の代表例としては、ジャーナル軸受（滑り軸受）、ピストン、ねじ、ロープ、チェーンなどが挙げられる。
転がり運動、転がり滑り運動を行う鋼製の被潤滑部の剥離寿命は、金属の疲労による寿命であり、この寿命を全うするためには潤滑油膜を厚くすることが古くから唯一の手段とされている。従って、この被潤滑部の潤滑に使用されるグリースには、従来、油膜を充分に厚くすること、すなわち充分に高い粘度を有する基油を使用することのみが求められていた。
【０００３】
一方では最近、特許第２８７８７４９号（特開平３−２１０３９４）に記載されているように、自動車オルタネータ用軸受に、上記のような通常の金属疲労によらない早期寿命を引き起こす特異性剥離が見られ、問題視された。これは水素脆化による剥離とされ、同公報には不働態化酸化剤を添加したグリースを使用することによりこの特異性剥離を解消ないし軽減しようとする試みが提案され、具体例としては、亜硝酸ソーダの添加例が開示されている。
しかし、一般の金属疲労剥離では、油膜が薄くなった場合、表面の微小突起が接触し、表面起点剥離が生じ易くなり寿命が短くなる。油膜厚さは機械部品の速度がゼロの際、限りなくゼロに近づく。この速度ゼロの状態は、実際の機械部品ではスタート・ストップの繰り返しや往復揺動運動などで頻繁に見られる状態である。この油膜が薄くなった場合の剥離寿命を延長するようなグリース組成物は知られていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、転がり運動及び転がり滑り運動を行う鋼製の被潤滑部を有する機械部品の潤滑に使用するグリース組成物を提供することである。
本発明の他の目的は、油膜の薄膜化により発生する金属疲労による剥離を、油膜の厚膜化によらずに防止し、剥離寿命を延長することができるグリース組成物を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、転がり運動及び転がり滑り運動を行う鋼製の被潤滑部を有する機械部品の潤滑に使用されるグリース組成物であって、基油、増ちょう剤、及び２価の典型金属の酸化物であって、モース硬度が鋼より低いもの及び前記２価の典型金属の化合物であって、潤滑条件下で速やかにモース硬度が鋼より低い酸化物に変化する化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物を含有することを特徴とするグリース組成物を提供するものである。
上述のように、金属疲労による剥離寿命は、従来、グリースの油膜を厚くすることで全うしていたが、本発明は、特定の化合物を添加することにより、油膜を厚くしなくても所期の目的を達成しうるグリース組成物を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に使用する２価の典型金属の酸化物であって、モース硬度が鋼より低いもの（以下「本発明の酸化物」ともいう）の例としては、式ＭＯ（式中Ｍは、Ｃａ，Ｚｎ，Ｐｂ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｃｄ，Ｂｅ，Ｍｎ，Ｒａ，Ｓｎ，又はＨｇである）で表される酸化物及びその複合酸化物が挙げられる。被潤滑部材である鋼のモース硬度は５〜８であり、これより低いモース硬度の金属酸化物の具体例としては、ＣａＯ（４〜４．５），ＺｎＯ（４〜５），ＰｂＯ（２），ＳｒＯ（３．５），ＣｄＯ（３），ＢａＯ（３），ＺｎＯ−ＰｂＯ、ＺｎＯ−ＳｒＯ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。括弧内の数字はその酸化物のモース硬度を示す。
【０００７】
本発明に使用する、前記２価の典型金属の化合物であって、潤滑条件下で速やかにモース硬度が鋼より低い酸化物に変化する化合物としては炭酸塩が挙げられる。２価の典型金属の炭酸塩（以下「本発明の炭酸塩」ともいう）の例としては、式ＭＣＯ₃（式中Ｍは、Ｃａ，Ｚｎ，Ｐｂ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｃｄ，Ｂｅ，Ｍｎ，Ｒａ，Ｓｎ，又はＨｇである）で表される炭酸塩が挙げられる。具体例としては、ＣａＣＯ₃，ＺｎＣＯ₃，ＰｂＣＯ₃，ＳｒＣＯ₃，ＢａＣＯ₃，ＣｄＣＯ₃が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明の酸化物及び潤滑条件下で速やかに該酸化物に変化する化合物は２種以上を適宜組み合わせて使用しても良い。
本発明の酸化物及び／又は潤滑条件下で速やかに該酸化物に変化する化合物、例えば、炭酸塩をグリース中に添加することにより、鋼の金属剥離寿命を大幅に延長させることができる。
【０００８】
本発明の酸化物は種々の分野で広く使用されており、例えば、ＺｎＯは白色顔料やゴムの充填剤、医薬、化粧品等に、ＣａＯは生石灰として漆喰やモルタル、カーバイド、石膏等に使用されている。しかし、グリース組成物に使用される例はあまりなく、本発明者が知る限り、剥離寿命を向上する旨の報告、開示は皆無である。本発明の酸化物が鉄系金属の金属疲労寿命を向上させることについては、本発明者が知る限り、過去にこれを開示ないし示唆する文献は存在しない。
【０００９】
本発明のグリース組成物中、２価の典型金属の酸化物であって、モース硬度が鋼より低いもの及び潤滑条件下で速やかに該酸化物に変化する化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物の含有量は、好ましくは０．１〜１０質量％、より好ましくは、０．５〜５質量％である。０．１質量％未満では効果が不充分であり、１０質量％以上添加しても効果が飽和してしまう。
【００１０】
本発明のグリース組成物に使用される増ちょう剤は、特に限定されない。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。特に好ましいものは、ウレア系増ちょう剤である。
最近、耐剥離性が要求される用途にはウレア系増ちょう剤を使用したグリース組成物を使用することが多い。これは、ウレア化合物の転動面保護によるものと推察されており、本発明においてウレア系増ちょう剤を使用すると、剥離寿命向上効果がさらに顕著である。また、ウレア系増ちょう剤は、他の増ちょう剤と比較して欠点が少なく、比較的安価であり、実用性も高い。
本発明の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より異なる。本発明のグリース組成物のちょう度は、２００〜４００が好適であり、増ちょう剤の含有量はこのちょう度を得るのに必要な量となる。本発明のグリース組成物中、増ちょう剤の含有量は、通常３〜３０質量％、好ましくは５〜２５質量％である。
【００１１】
本発明のグリース組成物に使用される基油も、特に限定されない。例えば、鉱油をはじめとする全ての基油が使用できる。鉱油の他、ジエステル、ポリオールエステルに代表されるエステル系合成油、ポリαオレフィン、ポリブテンに代表される合成炭化水素油、アルキルジフェニルエーテル、ポリプロピレングリコールに代表されるエーテル系合成油、シリコーン油、フッ素化油など各種合成油が使用できる。
【００１２】
本発明のグリース組成物には必要に応じて種々の添加剤を添加することができる。このような添加剤としては、例えば、酸化防止剤、錆止め剤、金属腐食防止剤、油性剤、耐摩耗剤、極圧剤、固体潤滑剤などが挙げられる。
【００１３】
本発明のグリース組成物において、２価の典型金属の酸化物であって、モース硬度が鋼より低いもの及び前記２価の典型金属の化合物であって、潤滑条件下で速やかにモース硬度が鋼より低い酸化物に変化する化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物が金属疲労寿命を向上させるメカニズムについて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。
本発明の酸化物は、酸化鉄と反応してｘＭＯ・ｙＦｅ₂Ｏ₃なる組成の鉄酸化物を形成する。これは金属組織学上ではフェライトと呼ばれ、マグネタイト（Ｆｅ₃Ｏ₄）が代表的な例である。また、他元素が固溶したフェライトは純鉄と比べ強さが著しく強化し、耐蝕、耐熱性に優れるとされている。
【００１４】
被潤滑部では、酸化鉄層の上に２価の金属酸化物がフェライトを形成し、硬く緻密な酸化鉄層を保護するため、油膜が薄い場合であっても剥離発生を防止できる。また、２価の金属の酸化物であっても、硬度が鋼より高い物質では、フェライトを形成する前に酸化鉄層を削り取ってしまうため、その効果は期待できない。
本発明の前記２価の典型金属の化合物であって、潤滑条件下で速やかにモース硬度が鋼より低い酸化物に変化する化合物、例えば、炭酸塩が金属疲労寿命を向上させるメカニズムも同様である。一般に炭酸塩は加熱されると炭酸ガスを放出して酸化物となる。高荷重下で転がり、滑り運動を伴う被潤滑部では発熱するため、炭酸塩は酸化物となり、上記酸化物と同様に酸化鉄層の上にフェライトを形成し、硬く緻密な酸化鉄層を保護する。
以上のとおり、本発明の酸化物及び前記２価の典型金属の化合物であって、潤滑条件下で速やかにモース硬度が鋼より低い酸化物に変化する化合物、例えば、炭酸塩のいずれも、被潤滑部において酸化物が酸化鉄層の上にフェライトを形成し、硬く緻密な酸化鉄層を保護することにより、油膜の厚膜化によらずに剥離寿命を延長することができるものと考えられる。
【００１５】
実施例１〜７、比較例１〜５
表１及び表２に記載したように、ベースグリースに、所定量の添加剤を加えてよく混ぜ、３本ロールミルで混練し、グリース組成物を製造した。
ベースグリース
Ａ 増ちょう剤：ジウレア
基油：Ｐ系鉱油，２３０mm² ／ｓ＠４０℃
ちょう度：No. １グレード
Ｂ 増ちょう剤：Ｌｉ石けん
基油：Ｐ系鉱油，２３０mm² ／ｓ＠４０℃
ちょう度：No. １グレード
添加剤
Ｃ ＺｎＯ
Ｄ ＣａＯ
Ｅ ＰｂＯ
Ｆ ＣａＣｏ₃
Ｇ ＭｇＯ
Ｈ Ａｌ₂Ｏ₃
Ｉ ＭｏＯ₃
【００１６】
評価試験方法
転がり４球試験
試験方法の概略
φ１５mmの軸受用鋼球を３個用意し、底面の内径３６．０mm、上端部の内径３１．６３mm、深さ１０．９５mmの円筒状容器内に置き、試験グリースを２０ｇ塗布する。この３個の鋼球の上にφ５／８インチの軸受用鋼球１個を接触させ、所定の回転数で回転させると、下側の３個の鋼球は自転しながら公転する。これを鋼球面に剥離が生じるまで連続回転させる。
※剥離は、最も面圧の高い球−球間に生じる。
※寿命は、剥離が生じた時点の総回転数とする。
試験条件
試験鋼球：φ５／８in軸受用鋼球（回転球）、φ１５mm軸受用鋼球（従動球）
試験荷重（Ｗ）：４００kgf （6.５ＧPa ）※
回転速度（ｎ）：１５００rpm
試験繰り返し数：５（平均寿命：ｎ＝５の平均）
※球−球間の最大ヘルツ圧。6.５ＧPa という値は、非常に高い面圧であり、油膜はかなりの薄膜になっている状態である。
グリースの組成及び試験結果を表１及び表２に示す。
【００１７】
【表１】
＜実施例＞

【００１８】
【表２】
＜比較例＞

【００１９】
考察
ウレア系ベースグリースＡを使用したもの（実施例１〜５、７、比較例１、３〜５）は、Ｌｉ石けん系ベースグリースＢを使用したもの（実施例６、比較例２）よりも、剥離寿命が長いことが分かる（実施例２と実施例６の対比、及び比較例１と比較例２の対比）。
ベースグリースによって多少の差は認められるものの、本発明の酸化物を添加すると、剥離寿命は１質量％添加で約２倍に延び、２質量％添加で約３倍に延びることが分かる（実施例１、２と比較例１の対比、及び実施例６と比較例２の対比）。また、剥離寿命の延長効果は添加量が多くなるほど大きいが、５質量％添加ではその効果の増大は少なくなる（実施例１、２、３の対比）。
【００２０】
比較例３は、モース硬度が鋼と同等又はそれ以上のＭｇＯを使用しており、比較例１の添加剤なしの場合と同等ないしそれ以下の剥離寿命しか示さない。
比較例４は、モース硬度が鋼より高い２価以外の金属酸化物であるＡｌ₂Ｏ₃を使用しており、比較例１の添加剤なしの場合より低い剥離寿命しか示さない。
比較例５は、モース硬度が鋼より低い２価以外の金属酸化物であるＭｏＯ₃を使用しており、比較例１の添加剤なしの場合と同等ないしそれ以下の剥離寿命しか示さない。
以上のとおり、本発明の酸化物及び／又は炭酸塩の剥離寿命延長効果は、顕著であり、ウレア系増ちょう剤を使用した場合（実施例１〜５及び／又は７）は、特に優れていることが分かる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のグリース組成物は、油膜の厚膜化によらず、剥離寿命を向上させることができる。

Claims (3)

1. 転がり運動及び転がり滑り運動を行う鋼製の被潤滑部を有する機械部品の潤滑に使用されるグリース組成物であって、
   基油、増ちょう剤、及び２価の典型金属の化合物を含有し、
   増ちょう剤がウレア化合物であり、
   前記２価の典型金属の化合物が、式ＭＯ（式中Ｍは、Ｃａ，Ｚｎ，Ｐｂ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｃｄ，Ｂｅ，Ｍｎ，Ｒａ，Ｓｎ，又はＨｇである）で表される酸化物、その複合酸化物、及び式ＭＣＯ ₃ （式中Ｍは、Ｃａ，Ｚｎ，Ｐｂ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｃｄ，Ｂｅ，Ｍｎ，Ｒａ，Ｓｎ，又はＨｇである）で表される炭酸塩からなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物である
   ことを特徴とするグリース組成物。
2. 前記２価の典型金属の化合物の含有量がグリース組成物中、０．１〜１０質量％である請求項１記載のグリース組成物。
3. Ｍが、Ｃａ，Ｚｎ又はＰｂであることを特徴とする請求項１又は２記載のグリース組成物。