JP4884211B2 - 等速ジョイント用グリース組成物及び等速ジョイント - Google Patents

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Description

本発明は、等速ジョイント(以下「CVJ」ともいう)用グリース組成物及び等速ジョイントに関する。さらに詳細には、本発明は、CVJを潤滑し、ジョイントの摩耗を効果的に低減させ、潤滑部分のフレーキングの発生を効果的に防止することのできるCVJ用グリース組成物及びこれを封入した等速ジョイントに関する。
CVJでは、回転時の高面圧下での複雑な転がり滑りの往復運動により、ボール及びボールと接触する金属表面に繰り返し応力が加わることで、金属疲労によるフレーキング現象が発生し易いという問題がある。
従来使用されているCVJ用グリース組成物としては、二硫化モリブデンを含有するリチウム系極圧グリースや、二硫化モリブデンと硫黄−リン系極圧剤やナフテン酸鉛を含有するリチウム系極圧グリースが挙げられる(例えば、非特許文献1参照)。
また、特許文献1には、2価の典型金属の酸化物であり、かつ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、境界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グリース組成物が記載されている。
特許文献2には、ウレア系増ちょう剤、二硫化モリブデン、酸化ワックスのカルシウム塩やスルホン酸のカルシウム塩等のカルシウム塩、及びモリブデンジチオカーバメートを含有する等速ジョイント用グリース組成物が記載されている。
特許文献3には、ウレア系増ちょう剤、モリブデンジチオカーバメートやモリブデンジチオホスフェート等の有機モリブデン化合物、酸化ワックスのカルシウム塩やスルホン酸のカルシウム塩等のカルシウム塩を含有する等速ジョイント用グリース組成物が記載されている。
しかし、これらのCVJ用グリース組成物は、以下の理由から近年の高性能自動車において発生する厳しい作用条件のもとでは必ずしも満足なものとはいえない。
プランジング型等速ボールジョイントとして用いられるクロスグルーブ型ジョイント、ダブルオフセット型ジョイントや、固定型等速ボールジョイントとして用いられるバーフィールド型ジョイント等は、通常6個のボールでトルクを伝達する構造を有している。
一方、近年は自動車の軽量化に伴うCVJサイズの小型化によって、ボール又は接触部領域にかかる荷重が相対的に高荷重となってきている。高荷重化はフレーキング現象が発生しやすくなる要因の一つである。ボール又は接触部領域にフレーキングが発生すると、ジョイントによってトルクを滑らかに伝達することが困難となるため、自動車車両の振動、騒音、異音などの要因となる。このように、自動車の軽量化に伴いCVJのサイズは小さくなってきており、相対的に高面圧となるため従来のグリースではフレーキング現象を十分に防止することができない。
特開2003−183687 特開平9−194871 特開平9−324190 Fish, G., Constant Velocity Joint Greases, Euro Grease, 1997, May/June, 25
従って、本発明の目的は、耐フレーキング性に優れた等速ジョイント用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、上記グリース組成物を封入した等速ジョイントを提供することである。
本発明者等は等速ジョイントの摩耗を最適化し、異常な摩耗や金属疲労によるジョイントのフレーキングを防止するため種々の研究を行った。上記のような高面圧下での複雑な転がり滑り往復運動を伴う潤滑条件で使用するグリースの性能評価を、特に滑り運動に着目し、SRV(Schwingung Reibung und Verschleiss) 試験機として知られる振動摩擦摩耗試験機を用いて行い、各種極圧添加剤、固体潤滑剤または各添加剤の組合せによる潤滑特性(ボール摩耗痕径)について検討した。その結果本発明者等は、基油、増ちょう剤、有機モリブデン、及び2価の典型金属の酸化物を含む特定の組合せからなるグリース組成物、また、さらにモリブデンジチオカーバメートを含有するグリース組成物が、摩耗を低減させる望ましい潤滑特性を示すことを見出し、さらに、実際の等速ジョイントを用いた耐久性能試験においても、従来の等速ジョイント用グリースとは異なり、フレーキング現象の発生を防止し得ることを確認し、本発明を完成するに至った。
本発明は以下のCVJ用グリース組成物及び等速ジョイントを提供するものである。
1.下記の成分(a)〜(d)を含む等速ジョイント用グリース組成物。
(a)基油、
(b)増ちょう剤、
(c)有機モリブデン化合物、及び
(d)2価の典型金属の酸化物であり、かつ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、境界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。
2.成分(d)が、酸化亜鉛である上記1記載のグリース組成物。
3.成分(c)が、モリブデンジチオカーバメートである上記1又は2記載のグリース組成物。
4.成分(b)が、ウレア系増ちょう剤である上記1〜3のいずれか1項記載のグリース組成物。
5. グリース組成物の全質量に対して、(a)成分の基油:50〜98質量%、(b)成分の増ちょう剤:1〜40質量%、(c)成分の有機モリブデン化合物:0.1〜10質量%、(d)成分の2価の典型金属の酸化物又は境界潤滑条件下で速やかに該酸化物に変化する化合物:0.1〜10質量%を含んでいる上記1記載のグリース組成物。
6.グリース組成物の全質量に対して、(a)成分の基油:70〜98質量%、(b)成分のウレア系増ちょう剤:1〜25質量%、(c)成分のモリブデンジチオカーバメート:0.5〜5質量%、(d)成分の酸化亜鉛又は炭酸亜鉛:0.1〜5質量%を含んでいる上記1記載のグリース組成物。
7.上記1〜6のいずれか1項記載のグリース組成物を封入した等速ジョイント。
本発明のCVJ用グリース組成物を封入した等速ジョイントは、耐フレーキング性に優れている。
本発明のグリース組成物に使用される成分(a)の基油は、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。
本発明のグリース組成物に使用される成分(b)の増ちょう剤も、特に限定されない。例えば、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、耐フレーキング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。
本発明に使用するウレア系増ちょう剤としては、例えば、ジウレア化合物、ポリウレア化合物が挙げられる。
ジウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミンとの反応で得られる。ジイソシアネートとしては、フェニレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、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ト等が挙げられ、モノアミンとしては、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン、オレイルアミン、アニリン、p−トルイジン、シクロヘキシルアミン等が挙げられる。
ポリウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとジアミンとの反応で得られる。ジイソシアネートとしては、ジウレア化合物の生成に用いられるものと同様のものが挙げられ、ジアミンとしては、エチレンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、オクタンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン等が挙げられる。
特に好ましいウレア系増ちょう剤は、オクチルアミン、ステアリルアミン等の脂肪族系アミン、アニリン、p−トルイジン等の芳香族系アミン、シクロヘキシルアミン、又はこれらの混合物と、ジイソシアネート化合物との反応によって得られる、ジウレア化合物である。
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。
本発明のグリース組成物に使用される成分(c)の有機モリブデン化合物の例としては、
モリブデンジチオホスフェート及びモリブデンジチオカーバメートが挙げられる。
モリブデンジチオホスフェートの好ましい例としては、下記の式で表されるものが挙げられる。
Figure 0004884211
(式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、炭素数1〜24、好ましくは3〜20のアルキル基、又は炭素数6〜30、好ましくは8〜18のアリール基を示す。)
モリブデンジチオカーバメートの好ましい例としては下記の式で表されるものが挙げられる。
Figure 0004884211
(式中、R5及びR6は、それぞれ独立して、炭素数1〜24、好ましくは3〜18のアルキル基を表し、mは0〜3、nは4〜1であり、m+n=4である。)
本発明のグリース組成物の成分(c)として好ましい有機モリブデン化合物は、モリブデンジチオカーバメートであり、特に好ましいものは、上記式で示されるモリブデンジチオカーバメートである。
本発明のグリース組成物中の成分(c)の量は、好ましくは0.1〜10質量%、さらに好ましくは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、また10質量%を超えてもさらなる効果の向上は認められない。
本発明のグリース組成物に使用される成分(d)の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、モース硬度が8以下、好ましくは5以下、さらに好ましくは3〜5のものが挙げられる。
さらに具体的には、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。特に好ましいものは酸化亜鉛である。
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、境界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。ここで、「境界潤滑条件」とは、「2種の金属部材の表面同士が直接接触し、油膜を形成しにくい潤滑条件」を意味し、「速やかに」とは「2種の金属部材の摩擦によって露出した新生面に酸化層が形成される前に」を意味する。
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。特に好ましいものは炭酸亜鉛である。
本発明の酸化物及び境界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/又は境界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、潤滑部分のフレーキングの発生を効果的に防止することができる。
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境界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、0.1〜5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。
本発明の等速ジョイント用グリース組成物は、好ましくは、グリース組成物の全質量に対して、(a)成分の基油:50〜98質量%、(b)成分の増ちょう剤:1〜40質量%、(c)成分の有機モリブデン化合物:0.1〜10質量%、(d)成分の2価の典型金属の酸化物又は境界潤滑条件下で速やかに該酸化物に変化する化合物:0.1〜10質量%を含んでいる。
本発明の等速ジョイント用グリース組成物は、さらに好ましくは、グリース組成物の全質量に対して、(a)成分の基油:70〜98質量%、(b)成分のウレア系増ちょう剤:1〜25質量%、(c)成分のモリブデンジチオカーバメート:0.5〜5質量%、(d)成分の酸化亜鉛又は炭酸亜鉛:0.1〜5質量%を含んでいる。
本発明のグリース組成物は、さらに硫化油脂を含むことが好ましい。硫化油脂としては、硫黄架橋ポリマー、硫化脂肪酸エステル、これらの混合物等が挙げられ、その添加量は好ましくは0.1〜15質量%、さらに好ましくは0.2〜10質量%である。
本発明のグリース組成物は、さらに二硫化モリブデンを含むことが好ましい。その添加量は好ましくは0.1〜15質量%、さらに好ましくは0.2〜10質量%である。
本発明のグリース組成物は、さらにスルホン酸のカルシウム塩や酸化ワックスのカルシウム塩等のカルシウム塩を含むことが好ましい。スルホン酸のカルシウム塩や酸化ワックスのカルシウム塩等のカルシウム塩としては、例えば、潤滑油留分中の芳香族炭化水素成分のスルホン化によって得られる石油スルホン酸のカルシウム塩、ジノニルナフタレンスルホン酸やアルキルベンゼンスルホン酸のようなアルキル芳香族スルホン酸等の合成スルホン酸のカルシウム塩、石油スルホン酸の過塩基性カルシウム塩、アルキル芳香族スルホン酸の過塩基性カルシウム塩、酸化ワックスのカルシウム塩、及び酸化ワックスの過塩基性カルシウム塩等が挙げられる。特に好ましいものは、アルキル芳香族スルホン酸のカルシウム塩、酸化ワックスのカルシウム塩である。その添加量は好ましくは0.1〜15質量%、さらに好ましくは0.2〜10質量%である。
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出来る。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、固体潤滑剤等が挙げられる。
本発明の潤滑剤組成物は、上記各成分及びその他の添加剤を所望の配合割合で混合することにより容易に製造することができる。
〔実施例1〜5、比較例1〜5、7〜11、13〕
ベースウレアグリースの製造
容器に基油400gを入れ、基油中でジフェニルメタン−4,4′−ジイソシアネート250g(1モル)とオクチルアミン129g(1モル)とオクタデシルアミン270g(1モル)を反応させ、生成したウレア化合物を均一に分散させてベースグリースを得た。
このベースグリースに表1〜3に示す配合で添加剤を添加し、適宜基油を加え、得られる混合物を三段ロールミルにてJISちょう度300に調整した。
〔実施例6〜8、比較例6、12、14〜16〕
ベースリチウムグリースの製造
容器に、基油2500gと、12−ヒドロキシステアリン酸500gをとり、混合物を80℃に加熱した。これに50%水酸化リチウム水溶液140gを添加攪拌し、30分間攪拌して鹸化し、その後210℃まで加熱した。加熱後、160℃まで冷却し、さらに基油1930gを加え、攪拌しながら100℃以下まで冷却し、ベースリチウムグリースを得た。
このベースグリースに表1〜3に示す配合で添加剤を添加し、適宜基油を加え、得られる混合物を三段ロールミルにてJISちょう度300に調整した。
上記実施例及び比較例において、いずれもグリースの基油は以下のものを使用した。
基油の種類 鉱油
粘度 40℃ 130 mm2/s
100℃ 14 mm2/s
粘度指数 106
また、二硫化モリブデンを含有する市販のリチウムグリースを比較例17のグリースとした。
使用した硫化油脂(A)は、硫化脂肪酸エステル(商品名NALUBE EP5210、KING INDUSTRIES社製)、硫化油脂(B)は硫黄架橋ポリマー(商品名ADDITIN RC8000、Rheinchemie社製)である。
これらのグリースにつき以下に示す試験方法で物性の評価を行い、得られた結果を表1〜3に併記する。
<SRV試験>
テストピース ボール 直径 10mm (SUJ-2)
円筒プレート 直径 24mm ×7.85mm (SUJ-2)
表面粗さ Ra=1.0μm
評価条件 荷重 200 N
周波数 50 Hz
振幅 3 mm
時間 30分
試験温度 40 ℃
測定・観察項目 試験終了後のボールの摩耗痕径を測定し、ボール表面の摩耗状態を観察する。摩耗痕径の単位はmmである。摩耗状態は以下の基準により判定する。
○:ボール表面に疵がない。
×:ボール表面に疵がある。
<実機耐久試験>
下記条件にて、実ジョイントでの台上耐久試験を行い、フレーキング等の発生の有無を評価する。
試験条件 回転数 200 rpm
トルク 785 N・m
ジョイント角度 7゜
運転時間 フレーキングが発生するまでの時間(h)
ジョイントタイプ クロスグルーブジョイント
測定項目 運転後のジョイント各部のフレーキング発生の有無
フレーキングが発生するまでの時間(h)は長い方が望ましいことはいうまでもないが、実用的観点からは少なくとも500時間以上であることが望ましい。
<四球EP試験>
ASTM D 2596による。直径が1/2インチの鋼球を用い、試料容器に3個の鋼球を固定し、試料グリースを入れる。固定球の中心に1個の回転球を押しつけ、3点で接触させ、所定の荷重を加えて毎分1770回転の速度で10秒間回転させる。毎回、試験球と試料グリースを交換し、荷重を増大させながら試験球が融着するまでこの操作を繰り返し、融着荷重(Weld Point)を求める。この試験で用いた荷重は1589、1961、2452、3089、3923Nであった。四球EP試験における融着荷重は2452N以上であることが実用的観点からは望ましい。
Figure 0004884211
Figure 0004884211
Figure 0004884211
成分(a)〜(d)を含む本発明の実施例1〜8のグリース組成物では、SRV試験のボール摩耗痕径は小さく、ボール摩耗表面に疵は観察されず、四球EP試験における融着荷重が2452N以上であり、実機耐久試験でも長時間の耐久性を示すことがわかる。
これに対して、実施例1〜6において、成分(c)を添加していない比較例1〜6のグリース組成物ではSRV試験において試験中に焼付が生じた。
実施例1において成分(d)を添加していない比較例7では、SRV試験のボール摩耗痕径は小さかったが、ボール摩耗表面に疵が観察された。
実施例2〜3において成分(d)を添加していない比較例8〜9では、SRV試験のボール摩耗表面に疵が観察された。
実施例4において、成分(d)を添加していない比較例10のグリース組成物ではSRV試験において試験中に焼付が生じた。
実施例5において、成分(d)を添加していない比較例11のグリース組成物ではSRV試験のボール摩耗痕径は小さく、ボール摩耗表面に疵は観察されなかったが、四球EP試験における融着荷重が2452N未満であった。
実施例6において成分(d)を添加していない比較例12では、SRV試験のボール摩耗痕径は小さかったが、ボール摩耗表面に疵が観察された。
実施例4において、成分(c)と成分(d)を添加していない比較例13のグリース組成物ではSRV試験において試験中に焼付が生じた。
実施例8において、成分(d)を添加していない比較例14のグリース組成物ではSRV試験のボール摩耗痕径は小さく、ボール摩耗表面に疵は観察されなかったが、四球EP試験における融着荷重が2452N未満であった。
比較例14において硫化油脂(A)の量を2倍にした比較例15のグリース組成物では、SRV試験のボール摩耗表面に疵が観察された。
比較例14において硫化油脂(A)を(B)に変更した比較例16のグリース組成物では、SRV試験のボール摩耗痕径が大きかった。

Claims (8)

  1. 下記の成分(a)〜(e)を含む等速ジョイント用グリース組成物。
    (a)基油、
    (b)増ちょう剤、
    (c)モリブデンジチオカーバメート、
    (d)酸化亜鉛及び炭酸亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも1種の亜鉛化合物、及び(e)硫化油脂。
  2. 成分(d)が、酸化亜鉛である請求項1記載のグリース組成物。
  3. さらに、(f)二硫化モリブデン、及び
    (g)スルホン酸のカルシウム塩及び酸化ワックスのカルシウム塩からなる群から選ばれる少なくとも1種のカルシウム塩
    を含有する請求項1又は2記載のグリース組成物。
  4. 成分(b)が、ウレア系増ちょう剤である請求項1〜3のいずれか1項記載のグリース組成物。
  5. グリース組成物の全質量に対して、(a)成分の基油:50〜98質量%、(b)成分の増ちょう剤:1〜40質量%、(c)成分のモリブデンジチオカーバメート:0.1〜10質量%、(d)成分の亜鉛化合物:0.1〜10質量%、(e)成分の硫化油脂:0.2〜10質量%、(f)成分の二硫化モリブデン:0.2〜10質量%、及び(g)成分のカルシウム塩:0.2〜10質量%を含んでいる請求項3又は4記載のグリース組成物。
  6. グリース組成物の全質量に対して、(a)成分の基油:70〜98質量%、(b)成分のウレア系増ちょう剤:1〜25質量%、(c)成分のモリブデンジチオカーバメート:0.1〜5質量%、(d)成分の酸化亜鉛:0.1〜5質量%、(e)成分の硫化油脂:0.2〜10質量%、(f)成分の二硫化モリブデン:0.2〜10質量%、及び(g)成分のカルシウム塩:0.2〜10質量%を含んでいる請求項3又は4記載のグリース組成物。
  7. 成分(b)が、ジフェニルメタン−4,4′−ジイソシアネートに、オクチルアミン及びオクタデシルアミンを反応させて得られるジウレア化合物である請求項1〜6のいずれか1項記載のグリース組成物。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項記載のグリース組成物を封入した等速ジョイント。
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