JP2009138055A

JP2009138055A - 潤滑用グリース

Info

Publication number: JP2009138055A
Application number: JP2007313726A
Authority: JP
Inventors: Akio Sakaguchi; 明夫坂口; Mitsumasa Kuriki; 光正栗木
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2009-06-25

Abstract

【課題】部品が高面圧で接触する条件下でも、グリース本来の潤滑性を十分に発揮することができる高度に耐荷重性に優れた潤滑用グリースを提供する。
【解決手段】基油を増稠剤で固化させたグリースに、固体潤滑剤である二硫化モリブデンおよびグラファイトと、石灰石を含有させる。基油の含有率を７０〜８６重量％とし、増稠剤の含有率を６〜７重量％とし、二硫化モリブデンの含有率を１〜５重量％とし、グラファイトの含有率を１〜５重量％とし、石灰石の含有率を１〜５重量％とする。基油は鉱油とし、増稠剤はリチウム石鹸とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、部品の摺動部などの潤滑に使用される潤滑用グリースに関するものである。

このような潤滑用グリースは、例えば自動車に使用される等速自在継手では、外輪の内部や、外輪に取り付けるブーツの内部に封入されており、等速自在継手の円滑な動作に寄与している。

近年、自動車や農業機械、各種産業機械では、高性能化に伴う部品点数の増加等による配置スペースの制約や環境への配慮から、等速自在継手をはじめとする部品の軽量化およびコンパクト化がなされている。

しかし、このように部品をコンパクト化すると、部品の摺動部などで部品の接触面圧が高くなり、部品が早期剥離を起こす原因となる。

例えば、自動車の等速自在継手では、等速自在継手をコンパクト化した際、等速自在継手の回転トルクの伝達に関与するボールと、このボールの転動面であるトラック溝とが高面圧で接触するようになるため、ボールやトラック溝で上記した問題が発生するおそれがあった。そのため、部品が高面圧で接触して摺動する部位においては、高面圧に耐え得る潤滑用グリース（以下グリースとする）が使用されており、このグリースは極圧グリースと呼ばれる。

この極圧グリースには、基油をリチウム石鹸で増稠（固化）させたグリースに硫黄−リン系極圧添加剤を含有させたリチウム系極圧グリース、或いは、固体潤滑剤である二硫化モリブデンを含有させたリチウム系極圧グリースが知られている。

なお、グリースには、増稠剤としてウレア系のものを使用する技術も知られている（特許文献１、２参照）
特開平４−３０４３００号公報特開平４−３２８１９８号公報

既に述べたように、部品が高面圧で接触する部位では、この高面圧接触に耐え得る極圧グリースが使用されるが、近年の部品のコンパクト化技術に対しては、特許文献１および２に開示されているものを始めとする従来の極圧グリースでは対応が困難であるという問題があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、部品が高面圧で接触する条件下でも、グリース本来の潤滑性を十分に発揮することができる極めて耐荷重性に優れた潤滑用グリースを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明の潤滑用グリースは、基油と増稠剤を必須成分とする潤滑用グリースであって、固体潤滑剤である二硫化モリブデンおよびグラファイトと、石灰石を含有させたことを特徴とする。

二硫化モリブデンやグラファイトなどの固体潤滑剤は、部品の表面に結合するため、部品が高面圧で接触する条件下でも部品が直接接触して摩耗するのを抑えることができる。このため、グリースの耐荷重性を向上させることができる。この作用および効果は、グリース膜が極度に薄くなる場合においても得ることができる。

また、上記の作用および効果は、石灰石を基油に含有させることにより顕著になる。また、石灰石は耐水性を有するため、グリースに耐水性を具備させることができる。

上記の本発明の作用および効果は、基油の含有率を７０〜８６重量％とし、増稠剤の含有率を６〜７重量％とし、二硫化モリブデンの含有率を１〜５重量％とし、グラファイトの含有率を１〜５重量％とし、石灰石の含有率を１〜５重量％とすることで効果的に得ることができる。

増稠剤としては、リチウム石鹸あるいはウレア系のものを使用することができる。増稠剤をリチウム石鹸とする場合、リチウム石鹸は安価であるため、グリースを使用する際のコストを削減することができる。一方、増稠剤をウレア系とする場合、グリースに高度な耐荷重性、耐摩耗性を具備させることができ、また、ウレア系化合物は高温でも安定であることから、グリースに耐熱性を付与することができる。

前記した本発明において、基油に硫黄系添加剤を含有させることで、グリースの耐荷重性をさらに向上させることができる。

また、基油に、ＺｎＤＴＰ（亜鉛ジチオフォスフェート）と、ＭｏＤＴＰ（モリブデンジチオフォスフェート）と、ＭｏＤＴＣ（モリブデンジチオカーバネイト）のうち少なくとも一つを含有させることもできる。ＺｎＤＴＰと、ＭｏＤＴＰと、ＭｏＤＴＣのいずれもグリースの耐摩耗性の向上に寄与し、また、これらの添加剤は耐酸化性を有するため、グリースが酸化して劣化するのを防止することができる。

なお、ＺｎＤＴＰとＭｏＤＴＰのうち少なくとも一方とＭｏＤＴＣとを併用すると、グリースの耐摩耗性を大幅に向上させることができる。これは、硫黄とリンの両方の元素を有する化合物とＭｏＤＴＣとを共存させることで、グリースの耐摩耗性を著しく向上させることができるためであり、ＺｎＤＴＰやＭｏＤＴＰは、硫黄およびリンの両元素を含んでいるためである。

本発明の潤滑用グリースは、増稠剤で増稠させた基油に固体潤滑剤であるモリブデンおよびグラファイトと、石灰石を含有させるため、グリースの耐荷重性を大幅に向上させることができる。このため、本発明のグリースは、部品が高面圧で接触する条件下においても、グリース本来の潤滑性を十分に発揮して部品の接触面を潤滑させることができるため、部品の接触時に発生する異音や部品の接触面の摩耗を防止することができる。

以下に本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。

図１に本発明の潤滑用グリースを適用したボールフィクス型（ＢＪ）と呼ばれる固定型等速自在継手を示す。

この等速自在継手１は、一端に開口部を有する外輪２と、内輪３と、ボール４と、ケージ５を主要部とし、外輪２の内部に、内輪３と、ボール４と、ケージ５が収容され、これらにより内部部品６が構成されている。内輪３の軸孔１１にはシャフト１０がスプライン嵌合され、このシャフト１０は、この先端部の外周面に形成された凹溝１２と、軸孔１１で凹溝１２と対向する部位に形成された凹溝１３との間に介在されたサークリップ１４により、軸孔１１から抜け出るのが防止されている。

外輪２の球状内周面に曲線状のトラック溝７が複数形成され、内輪３の球状外周面にトラック溝７と対向させて曲線状のトラック溝８が複数形成され、トラック溝７とトラック溝８との間には、外輪２と内輪３との間で回転トルクの伝達を可能にするボール４が介在されている。このボール４は、外輪２と内輪３との間に配置されたケージ５のポケット９で保持されている。

外輪２の開口部は蛇腹状の樹脂製ブーツ１５で覆われている。このブーツ１５は、大径端部１６と、小径端部１７と、大径端部１６と小径端部１７とをつなぐ蛇腹状の中間部１８とから成る。大径端部１６は外輪２の開口端部２１の外周面に取り付けられ、小径端部１７はシャフト１０の外周面に取り付けられ、各取付部はブーツバンド（１９、２０）を加締めて固定されている。

さて、図１中に散点模様で示すように、外輪２の内部とブーツ１５の内部には、グリース２２が封入され、このグリース２２は、外輪２の内部の潤滑を保持し、特に、ボール４とトラック溝７との間およびボール４とトラック溝８との間の動作を円滑にする。

ここで、ボール４とトラック溝（７、８）とは高面圧で接触するため、グリース２２は高面圧に耐え得る極圧グリースを使用する。本実施形態では、グリース２２には、基油を増稠剤で固化させたグリースに、二硫化モリブデン、グラファイト、石灰石を添加剤として加えたものを使用し、基油は鉱油とし、増稠剤はリチウム石鹸とする。なお、二硫化モリブデンとグラファイトは固体潤滑剤と呼ばれる。

この場合、グリース２２の耐荷重性を大幅に向上させることができるため、本実施形態のように部品が高面圧で接触する場合においても、グリース本来の潤滑性を十分に発揮させることができる。この結果、部品が直接接触することで生じる異音と、部品の直接接触による摩耗とを防止することができる。なお、この作用および効果は、グリース膜が極度に薄くなった際にも得ることができる。

この理由としては、固体潤滑剤である二硫化モリブデンやグラファイトは、部品の表面、つまり、ボール４やトラック溝（７、８）などに結合するため、グリース２２が、部品が直接接触しやすい高面圧下で使用されても、部品が直接接触するのを抑えることができるためであり、石灰石も同様の作用および効果を奏するためである。

なお、石灰石は、潤滑性および耐水性を有するため、グリース２２の潤滑性能の向上に寄与し、グリースに耐水性を付与することができる。また、石灰石は無毒で低価格であるため、環境に悪影響を与えないように配慮して使用する上で好ましく、外輪２およびブーツ１５の内部にグリース２２を封入するのに必要なコストを削減することができる。

グリース２２は、基油（鉱油）の含有率を７０〜８６重量％とし、増稠剤（リチウム石鹸）の含有率を６〜７重量％とし、二硫化モリブデンの含有率を１〜５重量％とし、グラファイトの含有率を１〜５重量％とし、石灰石の含有率を１〜５重量％とする。

基油の含有率が７０重量％より低いと、グリースに充分な潤滑性を付与することができない。また、増稠剤の含有率が６重量％より低いと、グリースの摩擦係数を十分に低くすることができず、本発明の目的とする効果を得ることが困難となる。さらに、固体潤滑剤である二硫化モリブデンおよびグラファイトのそれぞれの含有率が１重量％より低いと、グリースの耐荷重性を十分に向上させることができず、本発明の目的とする効果を十分に得ることができない。この現象は、石灰石の含有率が１重量％より低い場合においても同様である。

基油の含有率を８６重量％より高いと、添加可能な添加剤の量が少なくなり、基油に潤滑性以外の性能を具備させることが困難となる。また、増稠剤の含有率が７重量％より高いと、グリースが硬くなりすぎるため、グリースとしての使用が困難となる。この点は、固体潤滑剤である二硫化モリブデンおよびグラファイトのそれぞれの含有率が５重量％より高い場合、そして、石灰石の含有率が５重量％より高い場合においても同様である。

基油は鉱油以外に、鉱油に合成油を混合させたものを使用することが可能であり、増稠剤にはリチウム石鹸以外にウレア系のものを使用することができる。

ウレア系としては、ジウレア系やテトラウレア系などが知られている。ウレア系は耐摩擦性に優れており、耐熱性を有する。そのため、増稠剤をウレア系とすると、グリース２２に耐摩擦性を付与することができ、また、グリース２２の高温下での使用が可能となる。

グリース２２は、硫黄元素（Ｓ）を含む硫黄系添加剤を含有させると、グリース２２の耐荷重性をさらに向上させることができる。硫黄系添加剤としては、ＺｎＤＴＰ（亜鉛ジチオフォスフェート）、ＭｏＤＴＰ（モリブデンジチオフォスフェート）、ＭｏＤＴＣ（モリブデンジチオカーバネイト）などが好ましい。

また、上記したＺｎＤＴＰ（亜鉛ジチオフォスフェート）や、ＭｏＤＴＰ（モリブデンジチオフォスフェート）や、ＭｏＤＴＣ（モリブデンジチオカーバネイト）は耐摩耗性、耐酸化性を有し、これらのうち少なくとも一つを基油に含有させると、グリース２２の耐摩耗性を向上させることができる。また、上述した添加剤により、グリース２２に耐酸化性を具備させることができるため、グリース２２の酸化による劣化を防止することができる。

なお、ＺｎＤＴＰとＭｏＤＴＰのうち少なくとも一方とＭｏＤＴＣとを併用すると、グリース２２の耐摩耗性を大幅に向上させることができる。これは、硫黄元素（Ｓ）とリン元素（Ｐ）の両方の元素を有する化合物とＭｏＤＴＣとを共存させることで、グリース２２の耐摩耗性を著しく向上させることができることにあり、ＺｎＤＴＰやＭｏＤＴＰは、硫黄およびリンの両元素を含んでいるためである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、ここで挙げた実施形態はあくまで例示であり、特許請求の範囲に記載の意味および内容の範囲内で任意に変更が可能である。

例えば、グリースに添加する添加剤は、使用環境に応じて、本発明の目的をする作用および効果が得られる範囲内で加えることが可能である。この際、鉛元素（Ｐｂ）を含む化合物は、環境面を考慮して使用を控えるのが望ましい。

以下に本発明にかかるグリースの実施例について、従来グリースと比較して説明する。

まず、実施形態で述べた本発明のグリース（以下新グリースとする）と、比較例として従来グリースを準備する。比較例とする従来グリースは、増稠剤をリチウム系としたものと、増稠剤をジウレア系としたものを準備する。新グリースおよび比較例のグリースの稠度試験、滴点試験、チムケン試験機による耐荷重試験、シェル四球耐荷重試験機による耐荷重試験、高速四球耐摩耗試験機による耐摩耗試験を行い、この測定結果を図２（Ａ）〜（Ｃ）に示した。図２（Ａ）の試験はＪＩＳ番号Ｋ２２２０の試験法規格に基づいて行い、図２（Ｂ）の試験はＡＳＴＭ（米国材料試験協会）番号Ｄ２５９６の試験法規格に基づいて行い、図２（Ｃ）の試験はＡＳＴＭ番号Ｄ２２６６の試験法規格に基づいて行った。図２（Ａ）〜（Ｃ）の欄外に試験法規格の番号およびこれも基づく試験条件等を記載した。この図２に示す測定結果を各グリースの条件とする。

ここで、上記の各試験について説明する。稠度試験はグリースの硬さ（稠度）を測定する試験であり、滴点試験はグリースの滴点（加熱して液状になる温度）を測定する試験である。チムケン試験機による耐荷重試験は、部品の摩擦面にスコーリング（焼きつき）が生じない最大荷重（ＯＫ荷重）を測定する試験である。シェル四球耐荷重試験は、四つの球のうち試験球となる一つの球が融着する荷重（最大荷重）を測定する試験であり、この試験では、一つのサンプル（グリース）について、ＬＮＳＬ（試験開始時の荷重）と、ＷＰ（試験球が融着する荷重）と、ＬＷＩ（ＬＮＳＬを試験球の摩耗痕の大きさで除した値）を測定する。高速四球耐摩耗試験は、３個の固定球の中心に一つの回転球を押し付けて３点で接触させ、接触点に生じた摩耗痕を測定する試験である。

次に、図１に示すような等速自在継手（ＢＪ１２５）の外輪の内部に従来グリース又は新グリースを封入し、部材が高面圧で接触する条件で揺動耐久試験を行う。この試験条件を図３に示し、この試験結果（外輪、内輪、ケージ、ボールの損傷状況）を図４および図５に示した。なお、この揺動耐久試験において、従来グリースはジウレア系の増稠剤を含有するグリースのみについて試験を行った。これは、図２の試験において、ジウレア系グリースがリチウム系グリースよりも耐荷重性、耐摩耗性において優れていたことによる。

図３に示す揺動耐久試験において、従来グリースを封入したサンプル（ＢＪ１２５）と新グリースを封入したサンプル（ＢＪ１２５）はそれぞれ４つずつ準備し、それぞれＮｏ.１〜Ｎｏ.４、Ｎｏ.５〜Ｎｏ.８とした。なお、この揺動耐久試験において、図４に従来グリース（ジウレア系）の試験結果を示し、図５に新グリースの試験結果を示した。

この試験の試験条件において、総回転数が８．５００×１０⁶回転程度、回転時間が２００時間程度である時、従来グリースを封入したサンプルにおいては、図４に示すように、４つのサンプルのうち３つ（Ｎｏ.１、Ｎｏ.２、Ｎｏ.４）に不具合が生じ、これらにおいて、外輪、ボール、ケージでは、フレーキング（部品の表面が鱗状に剥がれること）やピーリング（部品の表面がはげたり剥けたりすること）が生じ、ケージでは欠けも生じていた。しかし、新グリースを封入したサンプルにおいては、図５に示すように、３つのサンプル（Ｎｏ.５〜Ｎｏ.７）では不具合が生じることがなく、残りのサンプル（Ｎｏ.８）においても、不具合は軽微であった。

さらに、新グリースを封入したサンプルでは、図５に示すように、総回転数を４．３×１０⁷回転程度、回転時間を１０００時間程度まで上げても、不具合が生じるサンプルは少なく、また、不具合が生じる部品の個数と、その部位における不具合発生数も少ないことがわかる。

本実施例により、新グリースは従来グリースと比較すると顕著に耐荷重性に優れており、これにより、グリース本来の潤滑性が十分に発揮できていることが判明した。

本発明の実施形態を示す断面図である。本発明の実施例において、従来グリースと新グリースの条件を示すもので（Ａ）は稠度試験、滴点試験、チムケン試験機による試験の測定結果を示す表である。（Ｂ）はシェル四球耐荷重試験機による測定結果を示す表である。（Ｃ）は高速四球耐摩耗試験機による測定結果を示す表である。等速自在継手（ＢＪ１２５）の揺動耐久試験の試験条件を示す表である。図３に示す試験において、従来グリース（ジウレア系）の試験結果を示す表である。図３に示す試験において、新グリースの試験結果を示す表である。

符号の説明

１等速自在継手（ＢＪ）
２外輪
３内輪
４ボール
５ケージ

Claims

基油と増稠剤を必須成分とする潤滑用グリースであって、
固体潤滑剤である二硫化モリブデンおよびグラファイトと、石灰石を含有させたことを特徴とする潤滑用グリース。
前記基油の含有率を７０〜８６重量％とし、前記増稠剤の含有率を６〜７重量％とし、前記二硫化モリブデンの含有率を１〜５重量％とし、前記グラファイトの含有率を１〜５重量％とし、前記石灰石の含有率を１〜５重量％とした請求項１に記載の潤滑用グリース。
前記増稠剤をリチウム石鹸とした請求項１又は２に記載の潤滑用グリース。
前記増稠剤をウレア系とした請求項１又は２に記載の潤滑用グリース。
前記基油に、硫黄系添加剤を含有させた請求項１〜４のいずれか一項に記載の潤滑用グリース
前記基油に、ＺｎＤＴＰと、ＭｏＤＴＰと、ＭｏＤＴＣのうち少なくとも一つを含有させた請求項１〜５のいずれか一項に記載の潤滑用グリース。