JP4427195B2

JP4427195B2 - 自動車用グリース封入軸受

Info

Publication number: JP4427195B2
Application number: JP2001018685A
Authority: JP
Inventors: 光成麻生; 英信三上; 隆之川村; 隆浩是本; 邦夫竹村
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2021-01-26
Also published as: DE10202817B4; US6605574B2; DE10202817A1; JP2002221231A; US20020137639A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車のエンジンによって駆動される機器に用いられる自動車用グリース封入軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のエンジンに駆動されるタイミングベルトやオルタネータ（交流発電機）などの補機駆動用ベルト等において、ベルトの巻き角を調節して、ベルトに適当な張力を与えるためにベルトテンショナーが配置されている。これらベルトテンショナーは、ベルトに接触するプーリ周面を玉軸受外輪の外径に直接設けたもの（いわゆる笠型外輪）もあるが、プーリ周面を有するプーリ本体と玉軸受とを嵌合して一体化したものが多く使用されている。この種のベルトテンショナーに用いられるプーリは、プーリ本体がベルトから回転力を受けて回転すると、これに嵌合された玉軸受の外輪がプーリ本体と一体となって回転する。
【０００３】
近年、自動車の軽量化の要求に伴って自動車用補機部品の小型・軽量化が図られているが、その一方で装置の性能には高出力・高効率化が求められるから、小型化に伴う出力の低下を高速回転させることで補う手法が採られている。
したがって、自動車のエンジンから回転動力が伝動されるベルト係回のプーリでは、プーリの小型化に伴う回転力の伝達効率の低下を防ぐために、プーリに伝動ベルトの係合溝を多数連成し、さらにベルトのテンションを高くする手段が採用される。このため、ベルトと接触するプーリ周面を有するベルトテンショナーのプーリ本体の内径部に嵌合される軸受は、高速回転および高荷重に耐えることが要求されるようになった。また、軸受に封入されるグリースの寿命は、通常、軸受自体の疲労による使用寿命より短いため、軸受自体の寿命はグリース寿命に依存する。このため、高速・高荷重下での焼付き寿命が伸びるなど高温耐久性に優れたグリースを封入する必要がある。
【０００４】
一方、上記のようなベルトテンショナーのプーリを寒冷時に運転すると、プーリ仕様や運転条件によっては、寒冷時の特異音（笛吹き音）、いわゆる冷時異音が発生する場合がある。この冷時異音の発生原因については未だ明確には解明されていないが、グリースの油膜むら、不均一化による転動体の自励振動によってプーリ系が共振し、外輪が軸方向に振動（並進運動）して冷時異音の発生に至ると考えられている。
【０００５】
また、冷時異音の発生を抑えるグリースであっても、高速化・高荷重化に伴い軸受転走面の早期脆性剥離が発生する場合がある。この脆性剥離は、金属疲労により生じる通常の軌道面ないし転動体表層の剥離とは異なり、相当内部の深い部分から突然に生じる特異な破壊現象で、高速化による振動によって転送面に鏡面摩耗を生じ、それによる新生面の形成が触媒作用となってグリースを分解させ、その際に発生した水素が鋼中に侵入して母材を脆化させる現象であると考えらている。
【０００６】
従来、上記高温耐久性に優れ、冷時異音を抑え、あるいは高速・高荷重下での脆性剥離に優れたプーリ用グリースとして、合成炭化水素油とエステル油との混合油からなる基油にウレア系増ちょう剤を配合したグリースが知られている（特開平９−２０８９８２号公報、特開平１１−２７０５６６号公報）。
また、特に外輪回転に好適なグリースとして、エステル油を 10 重量％以上含み、末端が芳香族炭化水素基のジウレア化合物を増ちょう剤とするグリースが知られている（特開平８−１１３７９３号公報）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記グリースは冷時異音の発生、高温耐久性、高速・高荷重下での脆性剥離の各特性には優れていても、これら全ての特性を満足するグリースは得られていない。これは低温時における油膜の安定性と、高温時におけるグリースとしての耐久性とを両立させることが困難なためである。
さらに、上記グリース特性に優れていても、長時間高い剪断圧力下の運転に伴いグリースのちょう度が極端に増加するという新たな問題が生じた。ちょう度が増加したグリースは軸受から漏れやすくなり、軸受の寿命を低下させる。
【０００８】
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、冷時異音の発生を抑え、高温耐久性および高速・高荷重下での脆性剥離に優れるとともに、剪断安定性に優れた自動車用グリース封入軸受を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は自動車のエンジンによって駆動される機器に用いられる自動車用グリース封入軸受であって、上記軸受に封入するグリースが、合成炭化水素油と 1 種類以上のエステル油とを 0.1〜0.49：0.9〜0.51 の重量比で配合した基油に、グリース全体に対してウレア系増ちょう剤を 5〜30 重量％、ジチオリン酸亜鉛を 0.1〜10 重量％配合してなり、上記エステル油がトリメチロールプロパンエステルまたはペンタエリスリトールエステルであり、 40 ℃における動粘度が 30 〜100mm²/s で、流動点が -30℃以下であり、上記合成炭化水素油は、脂肪族系炭化水素油であり、 40 ℃における動粘度が 3 〜 65mm²/s で、流動点が -50℃以下であり、上記ウレア系増ちょう剤が脂環族ウレア化合物であることを特徴とする。
本発明において、自動車のエンジンによって駆動される機器とは、タイミングベルトや補機駆動用ベルト類の張力を調節するための機器をいう。
【００１０】
上記ウレア系増ちょう剤が脂環族ウレア化合物であることを特徴とする。
【００１１】
グリースの基油としてエステル油を主体とし、ウレア系増ちょう剤とジチオリン酸亜鉛とを上記割合で配合することにより、特にエステル油の 40 ℃における動粘度を 30 〜100mm²/s で、流動点を -30℃以下、合成炭化水素油の 40 ℃における動粘度を 3 〜 65mm²/s で、流動点を -50℃以下と、ウレア系増ちょう剤を脂環族ウレア化合物とすることにより、エステル油の優れた耐熱性を維持して、低温性に優れたグリースが得られる。また脂環族ジウレア化合物を用いることで剪断安定性に優れる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の自動車用グリース封入軸受を図１により説明する。図１は自動車の補機駆動ベルトのベルトテンショナーとして使用されるアイドラプーリの一例を示す断面図である。
このプーリは、鋼板プレス製のプーリ本体１と、プーリ本体１の内径に嵌合された単列の深溝玉軸受２とで構成される。プーリ本体１は、内径円筒部１ａ、内径円筒部１ａの一端から外径側に延びたフランジ部１ｂ、フランジ部１ｂから軸方向に延びた外径円筒部１ｃ、内径円筒部１ａの他端から内径側に延びた鍔部１ｄからなる環体である。内径円筒部１ａの内径には、玉軸受２の外輪２ａが嵌合され、外径円筒部１ｃの外径にはエンジンによって駆動されるベルトと接触するプーリ周面１ｅが設けられている。このプーリ周面１ｅをベルトに接触させることにより、プーリがアイドラとしての役割を果たす。
【００１３】
玉軸受２はプーリ本体１の内径円筒部１ａの内径に嵌合された外輪２ａ、図示されていない固定軸に嵌合される内輪２ｂ、内・外輪２ｂ、２ａの軌道面３ｂ、３ａ間に組み込まれた複数のボール２ｃ、ボール２ｃを円周等間隔に保持する保持器２ｄ、グリースを密封する一対のシール２ｅで構成され、外輪２ａ及び内輪２ｂはそれぞれ一体に形成されている。
【００１４】
玉軸受２の内部に封入されるグリースについて説明する。
グリースの基油を構成するエステル油は分子内にエステル基を 3 個または 4 個有するポリオールエステル油が好ましい。特に化１に示すトリメチロールプロパンエステル、化２に示すペンタエリスリトールエステル等の多価アルコール側のβ−炭素が第４級のエステルを用いることが好ましい。Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃は、それぞれアルキル基を示し、該アルキル基の炭素数はエステル油が後述する動粘度を示すものであればよい。
【化１】

【化２】

【００１５】
上記エステル油は、 40℃で測定した動粘度が 30 〜100mm²/s で、流動点が -30℃以下である。動粘度が 100mm²/s をこえると低温での粘度が高くなり低温性に劣り、 30mm²/s 未満では高温度での油膜が薄くなり、耐熱性に劣る場合がある。
また、流動点が -30℃より高くなると低温性が劣る。
【００１６】
グリースの基油を構成する合成炭化水素油は、炭素と水素の化合物からなる炭化水素化合物であり、ポリ−α−オレフィン油、α−オレフィンとオレフィンとの共重合体、ポリブテンなどの脂肪族系炭化水素油、アルキルべンゼン、アルキルナフタレン、ポリフェニル、合成ナフテンなどの芳香族系炭化水素油がある。
【００１７】
本発明に好適な合成炭化水素油は、ウレア系増ちょう剤とジチオリン酸塩を配合したときに低温時における油膜の安定性と、高温時における耐久性とを両立させることができる脂肪族系炭化水素油である。脂肪族系炭化水素油の中でもポリ−α−オレフィン油、α−オレフィンとオレフィンとの共重合体、ポリブテンが好ましい。
これらは、α−オレフィンの低重合体であるオリゴマーとし、その末端二重結合に水素を添加した構造であり、下記の化３の式に示すものが例示でき、ｎは合成炭化水素油が後述する動粘度を示すものであればよい。また、ポリα−オレフィンの 1 種であるポリブテンも使用でき、このものはイソブチレンを主体とする出発原料から塩化アルミニウム等の触媒を用いて重合して製造できる。ポリブテンは、そのまま用いても水素添加して用いてもよい。
【００１８】
【化３】

【００１９】
上記合成炭化水素油は、 40℃で測定した動粘度が 3〜 65mm²/s で、流動点が -50℃以下である。動粘度が 65mm²/s をこえると低温性に劣り、 3mm²/s 未満では油膜が薄くなる。
また、流動点が -50℃より高くなると低温性が劣る。
【００２０】
合成炭化水素油と 1 種類以上のエステル油とを 0.1〜0.49：0.9〜0.51 の重量比で配合して基油が得られる。エステル油を主成分として、合成炭化水素油を上記比率で加えることにより、低温時における油膜の安定性と高温時における耐久性とを両立でき、かつ高剪断圧力下におけるちょう度の増加を防ぐことができる。
【００２１】
ウレア系増ちょう剤として使用するウレア化合物は、下記化４で示され、Ｒ₆が芳香族系炭化水素を含む基であり、Ｒ₇が炭素数 6〜12 の脂環族系炭化水素基および炭素数 6〜20 の脂肪族系炭化水素基から選ばれた少なくとも一つの炭化水素基であり、ｎが 1 または2 である。
【化４】

【００２２】
Ｒ₆は芳香族系炭化水素を含む二価または三価の基であり、芳香族単環、芳香族縮合環、これらがメチレン鎖、シアヌル環、イソシアヌル環等で連結された基等が挙げられる。具体的には、ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、これらジイソシアネート類の二量体、三量体等のイソシアネート基を除いた残基が挙げられる。Ｒ₆が芳香族系炭化水素を含む基とすることにより、グリースの耐熱性が向上する。
【００２３】
Ｒ₇は炭素数 6〜12 の脂環族系炭化水素基、炭素数 6〜20 の脂肪族系炭化水素基、またはこれらが混合している炭化水素基である。炭素数が上記範囲未満であるとグリースの増ちょう性が劣り、炭素数が上記範囲をこえると耐熱性が悪くなる。
本発明においては、Ｒ₇は炭素数 6〜12 の脂環族系炭化水素基であることが好ましく、特にシクロヘキシル基であることが好ましい。脂環族ウレア化合物を用いることにより、高剪断圧力下におけるちょう度の増加が防げる。
【００２４】
化４におけるｎはグリースの熱的安定性を保てることから、 1 または2 である。
【００２５】
ウレア化合物は、イソシアネート化合物とアミノ化合物を反応させることにより得られる。反応性ある遊離基を残さないため、イソシアネート化合物のイソシアネート基とアミノ化合物のアミノ基とは略当量となるように配合することが好ましい。
【００２６】
グリースは、基油中でイソシアネート化合物とアミノ化合物とを反応させてもよく、またあらかじめ合成されたウレア化合物を基油と混合してもよい。好ましい作製方法は、グリースの安定性を保ちやすい前者の方法である。
【００２７】
上記ウレア系増ちょう剤の配合割合は、グリース全体に対して 5〜30 重量％である。 5 重量％未満では、粘度の低い液状となって漏洩しやすく軸受に密封することが困難になる。また 30 重量％をこえると固化してちょう度が 200 以下となるので、軸受封入用のグリースとして実用性がなくなる。
【００２８】
本発明に用いるジチオリン酸亜鉛は、下記化５で示される有機金属化合物であり、極圧添加剤の 1 種である。
【化５】

ここで、Ｒはアルキル基を表す。
ジチオリン酸亜鉛の配合割合は、グリース全体に対して 0.1〜10 重量％である。 0.1 重量％未満では、極圧添加剤の効果があらわれず、 10 重量％をこえると、グリースが軟化する。
【００２９】
本発明に用いられるグリースには、その優れた性能を高めるため、必要に応じて公知の添加剤を含有させることができる。この添加剤として、例えば、アミン系、フェノール系、イオウ系などの酸化防止剤、石油スルホネート、ジノニルナフタレンスルホネート、ソルビタンエステルなどのさび止剤、ベンゾトリアゾール、亜硝酸ソーダなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレンなどの粘度指数向上剤などが挙げられ、これらを単独または 2 種類以上組み合わせて添加できる。
【００３０】
【実施例】
実施例１および実施例２
合成炭化水素油として、動粘度が 26mm²/s （ 40℃）のα−オレフィンオリゴマーを、エステル油Ａとして、動粘度が 70mm²/s （ 40℃）および流動点が -45℃のペンタエリスリトールエステルを、エステル油Ｂとして、動粘度が 41.2mm²/s （ 40℃）および流動点が -40℃のペンタエリスリトールエステルをそれぞれ準備した。これらの油を用いて、表１に示す配合割合で基油を調製した。この基油を等分に分け、その半量に、４，４´ジフェニルメタンジイソシアナートを溶解させ、さらに他の半量に、イソシアナート当量のシクロヘキシルアミンを溶解させ、これら両者を 160〜170℃で 30 分間混合撹拌して、基油中に脂環族ジウレア化合物を表１に示す割合で含まれるように析出させた。その後冷却して、表１に示す配合割合でジチオリン酸亜鉛（ＺｎＤＴＰ）を添加して混合機にて均質化してグリースを得た。
得られたグリースについて、以下の評価試験を行ない、その結果を表１に示した。
【００３１】
（１）ちょう度
ＪＩＳＫ２２２０５．３により測定した。
（２）滴点
ＪＩＳＫ２２２０５．４により測定した。
【００３２】
（３）冷時異音
軸受隙間が 0.02mm、または軸受隙間が全くない軸受６２０３に、各実施例のグリースを 0.85〜0.95g 充填し、ゴム製の接触シールを軸受の両側面に取り付けて、この軸受を図１に示した形状のプーリに組み込み、これを -27℃の低温槽に入れて充分冷却した後、室温に設置された軸受回転装置に取り付け（軸受試験温度 -20℃付近）、ラジアル荷重 127N の条件で毎分 2700 回転の速度でプーリを回転させ、聴覚による異常音（冷時異音）の発生を調べた。全試験個数に対する冷時異音発生個数の割合で冷時異音を評価して、その結果を表１に示した。
【００３３】
（４）高温耐久試験
軸受６２０４に各実施例のグリースを 1.79〜1.81g 封入して、鉄製の非接触シール軸受側面に取り付け、ラジアル荷重 67N とスラスト荷重 67N 加えて、 180℃の雰囲気で毎分 10000回転の速度で内輪を回転した。そして、グリースの劣化や軸受外への漏洩によって軸受の回転トルクが過大になり、主軸を駆動している電動機の入力電流が所定の制限電流を超過するまでの時間をグリース寿命とし、結果を表１に示した。
【００３４】
（５）剥離試験
軸受隙間が 0.02mm、または軸受隙間が全くない軸受６２０３に、各実施例のグリースを 0.85〜0.95g 充填し、ゴム製の接触シールを軸受の両側面に取り付けて、この軸受を図１に示した形状のプーリに組み込み、このプーリにラジアル荷重 2160N を加え、室温雰囲気で外輪回転速度 0〜8700rpm（ 1 秒間）、8700rpm（ 1 秒間）の繰り返し運転を行ない、軸受転走面に剥離が生じて振動が発生するまでの時間を測定し、結果を表１に示した。
【００３５】
（６）剪断安定性試験
軸受６２０３に、各実施例のグリースを 1g 充填し、ゴム製の接触シールを軸受の両側面に取り付けて、この軸受を図１に示した形状のプーリに組み込み、このプーリにラジアル荷重 670N を加え、室温雰囲気で外輪回転速度 4920rpm の運転を行ない100 時間後のちょう度を測定し、ちょう度差＝（ 100 時間運転後のちょう度−運転前のちょう度）を算出した。ちょう度差が大きいほど剪断安定性に劣る。結果を表１に示した。
【００３６】
比較例１〜比較例５
表１に示す配合割合で基油を調製した。この基油を等分に分け、その半量に、４，４´ジフェニルメタンジイソシアナートを溶解させ、さらに他の半量に、表１に示す配合割合でステリアルアミン（脂肪族アミン）、シクロヘキシルアミン（脂環族アミン）、または混合アミンをイソシアナート当量溶解させ、これら両者を 160〜170℃で 30 分間混合撹拌して、基油中にジウレア化合物を表１に示す割合で含まれるように析出させた。なお、比較例２はステリアルアミンとシクロヘキシルアミンとはアミン当量で 50/50比とした。その後冷却して、表１に示す配合割合で混合機にて均質化してグリースを得た。比較例３にはチオカルバミン亜鉛（ＺｎＤＴＣ）を添加した。
得られたグリースについて、実施例１と同一の条件・方法で評価試験を行ない、その結果を表１に示した。
【００３７】
【表１】

【００３８】
表１に示すように、実施例１および実施例２は冷時異音の発生が少なく、高温耐久性および軸受転走面の剥離性に優れるとともに、ちょう度差が小さく剪断安定性に優れていた。
一方、各比較例は、冷時異音が発生し（比較例１、比較例２、比較例４）、また冷時異音が発生しない場合（比較例３、比較例５）であっても、軸受転走面の剥離性に劣っていた。比較例２および比較例４は、ちょう度差が大きく、剪断安定性に劣っていた。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の自動車用グリース封入軸受は請求項１記載の配合とするので、冷時異音の発生を抑え、高温耐久性および高速・高荷重下での脆性剥離に優れるとともに、剪断安定性に優れる。
また、特にエステル油の 40 ℃における動粘度を 30 〜100mm²/s で、流動点を -30℃以下、合成炭化水素油の 40 ℃における動粘度を 3〜 65mm²/s で、流動点を -50℃以下と、ウレア系増ちょう剤を脂環族ウレア化合物とするので、上記の特性を全て満足する自動車用グリース封入軸受が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アイドラプーリの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１プーリ本体
１ａ内径円筒部
１ｂフランジ部
１ｃ外径円筒部
１ｄ鍔部
１ｅプーリ周面
２深溝玉軸受
２ａ外輪
２ｂ内輪
２ｃボール
２ｄ保持器
２ｅシール
３ａ外輪２ａの軌道面
３ｂ外輪２ｂの軌道面

Claims

自動車のエンジンによって駆動される機器に用いられる自動車用グリース封入軸受であって、
前記軸受に封入するグリースが、合成炭化水素油と 1 種類以上のエステル油とを 0.1〜0.49：0.9〜0.51 の重量比で配合した基油に、グリース全体に対してウレア系増ちょう剤を 5〜30 重量％、ジチオリン酸亜鉛を 0.1〜10 重量％配合してなり、
前記エステル油がトリメチロールプロパンエステルまたはペンタエリスリトールエステルであり、 40 ℃における動粘度が 30〜100 mm²/s で、流動点が -30℃以下であり、
前記合成炭化水素油は、脂肪族系炭化水素油であり、40 ℃における動粘度が 3〜65 mm²/s で、流動点が -50℃以下であり、前記ウレア系増ちょう剤が脂環族ウレア化合物であることを特徴とする自動車用グリース封入軸受。