JP2006316081A

JP2006316081A - グリース組成物およびグリース封入転がり軸受

Info

Publication number: JP2006316081A
Application number: JP2005136826A
Authority: JP
Inventors: Mika Obara; 美香小原; Yoji Sato; 洋司佐藤
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2005-05-10
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】
高面圧下での耐摩擦摩耗特性に優れたグリース組成物および該グリースを封入したグリース封入転がり軸受を提供する。
【解決手段】
グリース組成物は、基油に増ちょう剤を配合してなるベースグリースに、モリブデン酸のアルカリ金属塩と、層状化合物とを必須成分として含有し、上記増ちょう剤が下記式（１）で表されるジウレア化合物である。
【化１】

(式中、R¹ および R³ は、炭素原子数 4〜24 の直鎖アルキル基またはシクロヘキシル基であり、R¹ および R³ は、同一であっても異なっていてもよい。R² は、炭素原子数 6〜15 の芳香族系炭化水素基である。)
【選択図】図１

Description

本発明は、一般機械部品、特に転がり軸受に用いられるグリース組成物であって、高面圧下の過酷な条件において、優れた耐摩擦摩耗特性を発揮するグリース組成物および該グリースを封入した転がり軸受に関する。

近年、各種産業機械におけるモータ、自動車用電装補機等は、年々軽量化、小型化、高性能化等が求められており、使用条件が厳しくなってきている。これらには、転がり軸受が使用されており、その潤滑には主としてグリースが用いられている。使用条件が過酷になることで、転がり軸受の各種潤滑部が高面圧となる傾向が見られ、転がり軸受に封入されるグリースにも高面圧に対する対応が求められる。特に、高面圧下で潤滑される部位ではすべりが発生すると摩耗が発生し、その摩耗を原因として振動や焼付き等の不具合が発生することが多くなる。また、潤滑部での摩擦が高いと、動力損失につながるだけでなく、発熱や振動を引き起こす原因となる。よってこれらの対策が求められている。

従来から、性能を向上させるために、グリースには様々な目的で各種添加剤が添加されている。耐焼付き性を向上させるためには硫黄系添加剤が配合されていたり、摩擦特性を向上させるために、有機モリブデン等が配合されていることもある。
一方、過酷な条件下において潤滑性と耐熱性とを合わせ持つグリースとして、モリブデン酸塩や酸化モリブデンと、摩擦調整剤や極圧剤とを併用することにより過酷な条件下での耐摩耗性と低摩擦性を両立させることを目的とした、酸化モリブデン、モリブデン酸カルシウム、モリブデン酸と摩擦調整剤や極圧剤の組合せが知られている（特許文献１参照）。しかし開示された内容では、耐摩耗性の点で十分であるとはいえない。
特開２０００−５３９８９号公報

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、高面圧下での耐摩擦摩耗特性に優れたグリース組成物および該グリースを封入したグリース封入転がり軸受の提供を目的とする。

本発明のグリース組成物は、基油に増ちょう剤を配合してなるベースグリースに、モリブデン酸のアルカリ金属塩と層状化合物とを必須成分として含有することを特微とする。
上記増ちょう剤が下記式（１）で表されるジウレア化合物であることを特徴とする。

(式中、R¹ および R³ は、炭素原子数 4〜24 の直鎖アルキル基またはシクロヘキシル基であり、R¹ および R³ は、同一であっても異なっていてもよい。R² は、炭素原子数 6〜15 の芳香族系炭化水素基である。)
上記層状化合物は、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、メラミンシアヌレート、グラファイト、窒化ホウ素およびセリサイトから選ばれた少なくとも1つの物質であることを特徴とする。

本発明のグリース封入転がり軸受は、内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する転動体と、この転動体の周囲にグリース組成物を封入してなる転がり軸受であって、この封入されるグリース組成物が、上記グリース組成物であることを特徴とする。

本発明のグリース組成物は、基油に増ちょう剤を配合してなるベースグリースに、モリブデン酸のアルカリ金属塩と層状化合物とを必須成分として含有するので、高面圧下で潤滑される部位ですべりが発生した場合にも転がり軸受の摺動部の摩耗および摩擦を抑えることができる。

本発明のグリース封入転がり軸受は、上記グリース組成物を封入してなるので、該軸受の各種潤滑部が高面圧となる場合においても、それらの部位での摩耗および摩擦を抑えることができ、耐摩擦摩耗特性に優れる。

高面圧下での摩耗および摩擦を低減するグリースを提供すべく、種々の試料を作成しＳＲＶ試験を行なって、耐摩擦摩耗特性について評価した。
種々のグリース組成物を鋭意検討した結果、モリブデン酸塩の中でもモリブデン酸のアルカリ金属塩に著しい耐摩耗性があることを見出した。また、モリブデン酸のアルカリ金属塩と、層状化合物とを必須成分として配合することにより、軸受の各摺動部の摩耗を効果的に防止するとともに軸受の摩擦低減を達成し、本発明を完成させるに至った。

モリブデン酸のアルカリ金属塩を配合する効果については、モリブデン酸のアルカリ金属塩をグリース組成物に配合すると、摩擦摩耗面または摩耗により露出した鉄系金属新生面において、モリブデン酸のアルカリ金属塩が反応し、摺動面に酸化鉄とともにモリブデン化合物を含有する膜を生成することが、摺動面の表面分析の結果わかった。このモリブデン化合物被膜が摩耗を抑制するものと考えられる。
また、層状化合物を必須成分として配合する効果については、モリブデン酸のアルカリ金属塩と、層状化合物とを組合せることにより、耐摩耗性に加えて、軸受摺動面の摩擦低減を達成することがわかった。これは、モリブデン酸のアルカリ金属塩が反応してモリブデン化合物の膜が形成された耐摩耗性を有する摺動面間に、へき開性を有する層状化合物が介入し、せん断により層状化合物がへき開することにより固体潤滑剤として働き低摩擦性を示すものと考えられる。
すなわち、耐摩耗性と低摩擦性を両立させることにより、自動車エンジンの高出力化や電装補機のコンパクト化にともなって摺動部が高面圧になっても、転がり軸受の長寿命が確保できる。本発明はこのような知見に基づいて完成されたものである。

本発明に使用できるベースグリース成分の基油としては、ナフテン系、パラフィン系、流動パラフィン、水素化脱ろう油などの鉱油、ポリアルキレングリコールなどのポリグリコール油、アルキルジフェニルエーテル、ポリフェニルエーテルなどのエーテル系合成油、ジエステル油、ポリオールエステル油などのエステル系合成油、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニルメチルシロキサンなどのシリコーン油、ＧＴＬ基油、ポリ−α−オレフィン油等の炭化水素系合成油、フッ素油等、また、これらの混合油が挙げられる。
これらの中で、価格が安く工業的に利用しやく、転がり軸受のシール部材を劣化させない耐シール性に優れるナフテン系、パラフィン系などの鉱油類が好ましい。

本発明に使用する基油の配合割合は、グリース組成物全体に対して好ましくは 20〜98.8 重量％、さらに好ましくは 45〜96.4 重量％である。
基油の配合割合が、20 重量％未満では、グリースが硬く低温時の潤滑性が悪い。また 96.4 重量％をこえると軟質で洩れ易くなる。

本発明に使用できる増ちょう剤としては、リチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、力ルシウム石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウム石けん、アルミニウムコンプレックス石けん等の石けん類、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア化合物が挙げられるが、特に限定されるものではない。ただし、耐摩耗性を考慮すると下記式（１）で示されるジウレア化合物を使用することが望ましい。

(式中、R¹ および R³ は、炭素原子数 4〜24 の直鎖アルキル基またはシクロヘキシル基であり、R¹ および R³ は、同一であっても異なっていてもよい。R² は、炭素原子数 6〜15 の芳香族系炭化水素基である。)

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卜等が挙げられる。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、ステアリルアミン、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。これらの中で特に好ましいモノアミンは、オクチルアミン、オクタデシルアミンおよびシクロヘキシルアミンである。

ウレア化合物は、イソシアネート化合物とアミン化合物を反応させることにより得られる。反応性の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ン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。
基油にウレア化合物を配合して各種配合剤を配合するためのベースグリースが得られる。ベースグリースは、基油中でイソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させて作製する。

本発明に使用する増ちょう剤の配合割合は、グリース組成物全体に対して好ましくは 1〜40 重量％、さらに好ましくは 3〜25 重量％である。増ちょう剤の配合量が 1 重量％未満では、増ちょう効果が少なくなり、グリース化しにくく、40 重量％よりも多いと得られたグリースが硬くなりすぎ、所期の効果が得られにくくなる。

本発明に使用できるモリブデン酸のアルカリ金属塩は、代表的なものとしてモリブデン酸カリウム、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸リチウムなどが挙げられる。モリブデン酸のアルカリ金属塩は油に不溶の固体であるので、グリース中においては、固体潤滑剤と同様に分散した状態で存在する。モリブデン酸のアルカリ金属塩は転がり軸受内の各摺動部の潤滑界面において反応し、金属表面上に酸化モリブデンを形成する。モリブデン酸のアルカリ金属塩により耐摩耗性が発揮される機構は明らかにはなっていないが、生成される酸化モリブデンに耐摩耗性があると考えられる。モリブデン酸のアルカリ金属塩は、工業製品で通常 200μm 程度の粒径である。しかし、粒径はより小さいほうが潤滑界面に存在しやすく、その効果が発揮されやすい。よって、モリブデン酸のアルカリ金属塩の粒径は、好ましくは 50μm 以下である。

本発明に使用できるモリブデン酸のアルカリ金属塩の配合量は、グリース組成物全体に対して 0.1 重量％〜20 重量％、好ましくは0.5 重量％〜10 重量％である。0.1 重量％未満の場合には効果は期待できない。また、20 重量％をこえる場合には効果は頭打ちになりコスト的に不利になる。

本発明に使用できる層状化合物は、特に限定されるものではないが、例としては二硫化モリブデン、二硫化タングステン、グラファイト、メラミンシアヌレート、窒化ホウ素、セリサイト、雲母、硫化亜鉛、炭酸カルシウム、タルク、モンモリロナイト、カオリナイト、チタン酸マグネシウムカリウム、チタン酸リチウムカリウム等を挙げることができる。これらの中で特に好ましい層状化合物は、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、メラミンシアヌレート、グラファイト、窒化ホウ素、セリサイトである。層状化合物は 1 種または 2 種以上を組合せて用いることができる。
また、層状化合物の粒径は特に限定されるものではないが、摺動部に介入してその効果を発揮することを考慮すると、好ましくは 20μm 以下である。

本発明に使用できる層状化合物の配合量は、グリース組成物全体に対して 0.5 重量％〜40 重量％、好ましくは0.5重量％〜20重量％である。0.5 重量％未満の場合には所期の効果を十分に得ることが困難になり、また、40 重量％をこえる場合には効果は頭打ちになりコスト的に不利になる。

本発明のグリース組成物は、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、ポリテトラフルオロエチレン樹脂等の固体潤滑剤、アミン系、フェノール系、硫黄系化合物等の酸化防止剤、石油スルフォネート、ジノニルナフタレンスルフォネート、ソルビタンエステル等の錆止め剤、有機モリブデン化合物、硫化油脂、硫化オレフィンに代表される硫黄系化合物、チオフォスフェート、チオフォスファイトに代表される硫黄−リン系化合物、トリクレジルフォスフェートに代表されるリン系化合物等の極圧剤、リン系化合物、有機亜鉛等の摩耗防止剤、金属スルフォネート、金属フォスフェート等の清浄分散剤、有機モリブデン等の摩擦低減剤、ワックス系化合物、脂肪酸アミド、脂肪酸、アミン、油脂類等の油性剤、ベンゾトリアゾール、亜硝酸ソーダ等の金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレン等の粘度指数向上剤が挙げられる。これらは単独または 2 種類以上組合せて添加できる。

本発明のグリース封入転がり軸受の一例を図１に示す。図１は深溝玉軸受の断面図である。
深溝玉軸受１は、外周面に内輪転走面２ａを有する内輪２と内周面に外輪転走面３ａを有する外輪３とが同心に配置され、内輪転走面２ａと外輪転走面３ａとの間に複数個の転動体４が配置される。この複数個の転動体４を保持する保持器５および外輪３等に固定されるシール部材６が内輪２および外輪３の軸方向両端開口部８ａ、８ｂにそれぞれ設けられている。少なくとも転動体４の周囲に本発明のグリース組成物７が封入される。

本発明を実施例および比較例により具体的に説明するが、これらの例によって何ら限定されるものではない。
実施例１、実施例３〜実施例５、実施例７〜実施例１２、比較例１、比較例２、比較例４および比較例６
鉱油（ 100℃での動粘度が 13.5 mm²/sec ）2000 g 中で、ジフェニルメタン−４、４'−ジイソシアネー卜 60.6 g と、オクチルアミン 31.3 g と、ステアリルアミン 66.2 g とを反応させ、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１を得た。このベースグリース１に、表１に示す配合でモリブデン酸のアルカリ金属塩、層状化合物を配合し、得られる化合物を三段ロールミルでＪＩＳちょう度Ｎｏ．１グレード（ちょう度：310〜340 )に調整してグリース組成物を得た。

実施例１３
鉱油（ 100℃での動粘度が 13.5 mm²/sec ）2000 g 中で、ジフェニルメタン−４、４'−ジイソシアネー卜 60.3 g と、ステアリルアミン 65.5 g と、シクロヘキシルアミン 24.1 g とを反応させ、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２を得た。このベースグリース２に、表１に示す配合でモリブデン酸のアルカリ金属塩、層状化合物を配合し、得られる化合物を三段ロールミルでＪＩＳちょう度Ｎｏ．１グレード（ちょう度：310〜340 ）に調整してグリース組成物を得た。

実施例２、実施例６、比較例３、比較例５および比較例７
鉱油（ 100℃での動粘度が 13.5 mm²/sec ）2000 g 中で、ジフェニルメタン−４、４'−ジイソシアネー卜 158.2 g と、オクチルアミン 81.3 g と、アニリン 58.9 g とを反応させ、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３を得た。このベースグリース３に、表１に示す配合でモリブデン酸のアルカリ金属塩、層状化合物を配合し、得られる化合物を三段ロールミルでＪＩＳちょう度Ｎｏ．１グレード（ちょう度：310〜340 ）に調整してグリース組成物を得た。

これらのグリースにつき、ＳＲＶ往復動摩擦摩耗試験を用いて、以下の条件にて摩耗試験を行ない、上記グリース組成物の耐摩耗性能を比較した。
ＳＲＶ往復動摩擦摩耗試験：
測定条件：荷重 800 N
振幅 1 mm
周波数 20 Hz
試験時間 5 時間
ボールＳＵＪ２φ 10 鋼球
ディスクＳＵＪ２
評価方法：摩擦性能評価の指標として、試験開始１時間後の摩擦係数を測定し、試験終了後のディスク摺動部の摩耗幅を測定した。摩擦係数が0.08以下であり、かつ摩耗幅が 0.8 mm 以下であるグリース組成物を耐摩擦摩耗特性に優れていると総合評価して「○」を、それ以外を不可と総合評価して「×」を表１に併記した。

表１に示すように、各実施例は耐摩擦摩耗性能に優れ、比較例は耐摩擦摩耗性能に劣っていた。

本発明のグリース組成物は、高面圧下で潤滑される部位ですべりが発生した場合にも転がり軸受の摺動部の摩耗および摩擦を抑えることができる。各種産業機械用および自動車用電装補機に用いられる各種転がり軸受等に好適に利用できる。

深溝玉軸受の断面図である。

符号の説明

１深溝玉軸受
２内輪
３外輪
４転動体
５保持器
６シール部材
７グリース組成物
８開口部

Claims

基油に増ちょう剤を配合してなるベースグリースに、モリブデン酸のアルカリ金属塩と層状化合物とを必須成分として含有することを特微とするグリース組成物。
前記増ちょう剤が下記式（１）で表されるジウレア化合物であることを特徴とする請求項１記載のグリース組成物。

(式中、R¹ および R³ は、炭素原子数 4〜24 の直鎖アルキル基またはシクロヘキシル基であり、R¹ および R³ は、同一であっても異なっていてもよい。R² は、炭素原子数 6〜15 の芳香族系炭化水素基である。)
前記層状化合物は、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、メラミンシアヌレート、グラファイト、窒化ホウ素およびセリサイトから選ばれた少なくとも1つの物質であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のグリース組成物。
内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する転動体と、この転動体の周囲にグリース組成物を封入してなる転がり軸受であって、
前記グリース組成物が、請求項１、請求項２または請求項３記載のグリース組成物であることを特徴とするグリース封入転がり軸受。