JP5286530B2

JP5286530B2 - グリース組成物及び機械部材

Info

Publication number: JP5286530B2
Application number: JP2007334883A
Authority: JP
Inventors: 敏明遠藤; 淳一今井; 裕今井
Original assignee: Kyodo Yushi Co Ltd
Current assignee: Kyodo Yushi Co Ltd
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2007-12-26
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2027-12-26
Also published as: JP2009155462A

Description

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材の潤滑に使用するグリース組成物及びこれを封入した機械部材に関し、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及び機械部材に関する。

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材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。滑り運動の機械部材の代表例としては、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。

一方では最近、特許文献１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、特許文献１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。油膜厚さは機械部材の速度がゼロの際、限りなくゼロに近づく。この速度ゼロの状態は、実際の機械部材ではスタート・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として知られているものは少ない。

特許文献２〜４には、グリース組成物に特定の添加剤（ベンゾトリアゾール、金属酸化物、有機スルホン酸）を添加することにより通常の金属疲労による鋼部材の剥離寿命を向上させることができる旨記載されている。
また、特許文献５には、ジチオカルバミン酸塩が水素環境下のはく離抑制に対して効果がある旨開示されている。しかし、この特許文献には、水素環境下で且つ充分に油膜がある条件下で、水素の鋼内への侵入を防ぐことが記載されているが、油膜が非常に薄い条件下で金属疲労による鋼部材の剥離寿命を向上させることができるかどうかについては記載も示唆もない。

特許第２８７８７４９号（特開平３−２１０３９４）特開２００３−０８２３７４特開２００３−１８３６８７特開２００３−３２１６９４特開２００７−２６２３００

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材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。
本発明の他の目的は上記グリース組成物を封入した機械部材を提供することである。

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材の潤滑に使用される以下に示すグリース組成物及びこれを封入した機械部材を提供するものである。
１．潤滑部が鋼製の転がり運動・転がり滑り運動の機械部材に使用されるグリース組成物であって、油に可溶な銀、コバルト、又はテルルのジチオカルバミン酸塩を含有するグリース組成物。
２．増ちょう剤がウレア化合物である上記１記載のグリース組成物。
３．上記１又は２記載のグリース組成物を封入した機械部材。
４．転がり軸受、滑り軸受、歯車、ボールネジ、リニアガイド、直動軸受、カム又は継ぎ手である上記３記載の機械部材。

本発明によれば、グリースの油膜を厚くしなくても金属疲労による剥離寿命を長くすることができる。本発明のグリース組成物は、鋼の金属疲労によるはく離寿命を向上させることができるので、転がり、転がり滑り運動をしている機械部材に適用が可能である。中でも特に問題となるのは高荷重がかかる軸受で発生するはく離であり、具体的にはオルタネータ、電磁クラッチ、アイドラプーリ、タイミングベルト用テンショナー等の自動車用電装・補機に使用される軸受や、急カーブを切るときに過大なモーメント荷重がかかる自動車車輪用軸受などに好適に使用できる。

本発明に使用されるジチオカルバミン酸塩は下記の一般式で表されるものが好ましい。
［Ｒ¹Ｒ²Ｎ−ＣＳ−Ｓ−］ｎ₁Ｍ¹
（式中、Ｒ¹及びＲ²は同一でも異なっていても良く、炭素数４〜９の炭化水素基を示す。Ｍ¹は銀、コバルト、又はテルルを示す。ｎ₁はＭ¹の価数を表す。）
式中、Ｒ¹及びＲ²で表される炭化水素基としては、炭素数４〜９のアルキル基、炭素数６〜９のアリール基が挙げられる。
多種のジチオカルバミン酸塩が公知であり、多くはラテックス、合成ゴム、天然ゴム配合用の加硫促進剤として、または殺菌剤として農薬等に使用されている。

本発明のグリース組成物において、ジチオカルバミン酸塩の添加量は、好ましくは０．１〜１０質量％、より好ましくは、０．５〜５質量％であり、最も好ましくは１〜５質量％である。０．１質量％未満では効果が不充分な場合があり、１０質量％以上添加しても効果が飽和して不経済である。

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。

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。

本発明のグリース組成物には必要に応じて種々の他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。

ジチオカルバミン酸塩の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な部分が多い。本発明者は次のように推論している。
硫黄-窒素化合物であるジチオカルバミン酸金属塩は潤滑により、金属最表面に窒化膜を形成する。窒化膜は極めて硬く、耐摩耗性と耐疲労性を兼ね備えているため、油膜が薄い場合でもはく離発生を防止できる。これはＮＨを持つウレアグリースとの併用で効果が向上することからも理解できる。また、ジチオカルバミン酸塩中の金属は硫化物として存在し、摩擦を緩和するため、表面へのストレスを減じる効果が考えられる。
また、油溶性のジチオカルバミン酸塩が有効である理由は、潤滑部へ容易に供給されるためである。潤滑部では油膜は非常に薄くなるため、非油溶性の添加剤、すなわち油中に固体で存在する添加剤は潤滑部へ入り難く、その効果が充分に発揮されない。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
実施例１〜６、比較例１及び２
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ジアルキルジチオカルバミン酸Ａｇ塩
Ｄジアルキルジチオカルバミン酸Ｃｏ塩
Ｅジアルキルジチオカルバミン酸Ｔｅ塩

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。

ウレア系ベースグリースＡを使用したもの（実施例１〜５、、比較例１）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１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、本発明のジチオカルバミン酸塩を添加すると、剥離寿命は２質量％添加で約２倍以上に延びることが分かる（実施例１、３、４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と２の対比及び４と５の対比）。
特に増ちょう剤をウレアとした実施例１〜５は、非常に長い剥離寿命を示した。

Claims

潤滑部が鋼製の転がり運動・転がり滑り運動を行う転がり軸受の金属疲労による剥離を抑制するためのグリース組成物であって、油に可溶な銀のジチオカルバミン酸塩を含有する前記グリース組成物。
増ちょう剤がウレア化合物である請求項１記載のグリース組成物。
組成物の全質量を基準として、前記ジチオカルバミン酸塩が、０．１〜１０質量％の量で含まれる請求項１又は２記載のグリース組成物。
請求項１〜３のいずれか１項記載のグリース組成物を封入した転がり軸受。