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JP3778410B2 - 自動車ステアリング用グリース組成物 - Google Patents

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JP3778410B2
JP3778410B2 JP24163199A JP24163199A JP3778410B2 JP 3778410 B2 JP3778410 B2 JP 3778410B2 JP 24163199 A JP24163199 A JP 24163199A JP 24163199 A JP24163199 A JP 24163199A JP 3778410 B2 JP3778410 B2 JP 3778410B2
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grease composition
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thickener
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隆志 岡庭
亮 谷口
文雄 植田
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Kyodo Yushi Co Ltd
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Kyodo Yushi Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、自動車ステアリング用グリース組成物に関するものである。ステアリングには多くの潤滑個所があるが、特にラック・ピニオン部やピニオンアシストタイプ電動パワーステアリングのハイポイドギヤなどのギヤ噛み合い部には極めて高い面圧が発生し、焼付き、摩耗が問題となる。また、使用温度範囲が広いため、特に低温時の作動トルクが大きく、作動不良を生ずる。
本発明はこのようなステアリングのギヤ部の苛酷な潤滑条件に適応でき、かつ極めて良好な低温作動性を有する自動車ステアリング用グリース組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステアリング特にラック・ピニオン部に用いられる潤滑グリースとしては、リチウム石けんを増ちょう剤、鉱油を基油とし、二硫化モリブデンおよび極圧添加剤を含有した極圧グリースが使用されていた。しかしながらこれらのステアリング用グリースは、近年のパワーステアリングを装着した高性能自動車において発生する厳しい荷重条件の下では、必ずしも満足なものとは言えなくなってきた。
また、最近自動車のイージードライブ化が進む中で、軽自動車の取り付けスペースの問題から電動パワーステアリングが広く使用されてきている。これらの自動車に使用される電動パワーステアリングには、コラムアシスト、ピニオンアシスト、ラックアシストタイプがあり、この内ピニオンアシストタイプのハイポイドギヤ部は極めて高い荷重条件で運転されることから、焼付き、異常摩耗が発生し易く、使用されるグリースには高い極圧性と耐摩耗性が必要とされている。さらに、この電動パワーステアリングは燃費向上にも効果があることより、軽自動車のみならず中型車への装着も進められており、従来と比較して荷重条件が一段と厳しくなる。このため、従来のグリースではこの焼付き、異常摩耗現象を充分に防止することができなくなってきていた。
また、電動パワーステアリングは油圧式パワーステアリングと比較して出力が小さいことから、従来のグリースでは低温時の作動トルクが大きく作動不良が発生し、この低温作動性が劣ることも大きな問題となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、これら苛酷な潤滑条件にも適応できる充分な耐荷重性、すなわち焼付き防止性能、摩耗低減性能を有し、かつ優れた低温作動性を付与できる自動車ステアリング用のグリース組成物を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記成分(a)〜(f)を含む自動車ステアリング用グリース組成物である。
(a) 増ちょう剤、
(b) 流動点が−４０℃以下である基油、
(c) 有機モリブデン化合物、
(d) メラミンシアヌレート、
(e) ポリテトラフルオロエチレン、及び
(f) 二硫化モリブデン。
【０００５】
本発明において、基油として合成炭化水素油、エステル油、及び鉱油からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有するものが好ましい。
また、全組成物中、増ちょう剤の含有量が１〜２５重量％、有機モリブデン化合物の含有量が０．１〜１０重量％、メラミンシアヌレートの含有量が０．１〜１０重量％、ポリテトラフルオロエチレンの含有量が０．１〜１０重量％、二硫化モリブデンの含有量が０．１〜１０重量％であるものが好ましい。
さらに、増ちょう剤がリチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん及びウレア化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種であるもの、特にリチウム石けん、リチウムコンプレックス石けんであるものが好ましい。
本発明の特に好ましいグリース組成物は、リチウム石けん又はリチウムコンプレックス石けんを３〜２０重量％、モリブデンジチオカーバメート又はモリブデンジチオホスフェートを１〜８重量％、メラミンシアヌレートを１〜８重量％、ポリテトラフルオロエチレンを１〜８重量％、二硫化モリブデンを１〜８重量％含有し、残部が合成炭化水素油、エステル油、鉱油、又はこれらの混合物から選ばれる基油及び任意の他の添加剤からなるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
(a)増ちょう剤
本発明に使用される増ちょう剤としては、リチウム石けん、カルシウム石けんに代表される金属石けん、カルシウムコンプレックス石けん、リチウムコンプレックス石けん、アルミニウムコンプレックス石けんに代表されるコンプレックス石けんや、ナトリウムテレフタレート、ウレア化合物、有機化ベントナイト、シリカなど現在、グリース組成物に使用されている全ての増ちょう剤が挙げられる。
この内好ましいのは、欠点が少ないことから汎用的に使用されるリチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん及びウレア化合物である。
本発明のグリース組成物において、増ちょう剤の含有量は、好ましくは１〜２５重量％、さらに好ましくは３〜２０重量％である。１重量％未満では増ちょう剤効果が小さく、軟らかすぎて潤滑部からの漏洩が問題となることがあり、２５重量％を越えると硬くなりすぎ、潤滑部への流入が悪くなり、焼付きを充分に防止できなくなる。
【０００７】
(b)基油
本発明に使用される基油は、流動点が−４０℃以下、好ましくは−４５℃以下のものである。このような基油としては、鉱油、エステル油、合成炭化水素油、フェニルエーテル、ポリグリコールに代表される合成油など、通常グリースの基油として使用されている潤滑油、及びこれらの２種以上の混合物が挙げられる。この内、好ましいものはエステル油、合成炭化水素油、鉱油、及びこれらの２種以上の混合物である。
【０００８】
(c)有機モリブデン化合物
本発明に使用される有機モリブデン化合物としては、モリブデンを含有するすべての有機化合物が挙げられるが、好ましいものとしてモリブデンジチオカーバメート、モリブデンジチオホスフェートが挙げられる。この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。
【０００９】
【化１】
Figure 0003778410
（式中、Ｒ1 およびＲ2 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、ｍは０〜３、ｎは４〜１であり、ｍ＋ｎ＝４である。）
また、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。
【００１０】
【化２】
Figure 0003778410
（式中、Ｒ1 およびＲ2 は、それぞれ独立して、炭素数１〜２４、好ましくは３〜２０の一級または二級のアルキル基、もしくは炭素数６〜３０、好ましくは炭素数８〜１８のアリール基を示し、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において、有機モリブデン化合物の含有量は、好ましくは０．１〜１０重量％、さらに好ましくは１〜８重量％である。０．１重量％未満では効果が必ずしも充分でなく、また１０重量％を超えても効果のさらなる増大はない。
【００１１】
(d) メラミンシアヌレート
本発明のグリース組成物に使用されるメラミンシアヌレートは、メラミン（イソ）シアヌル酸付加物であり、メラミンとシアヌル酸の付加物、メラミンとイソシアヌル酸の付加物の総称である。メラミンシアヌレートは、通常、粒径が０．１〜２μｍの白色微粉末として市販されている固体潤滑剤として公知の物質であり、詳細は特開昭５４−１４１７９２号公報に記載されている。メラミンシアヌレートの潤滑機構は、６員環構造のメラミン分子とシアヌル酸分子が水素結合で強力に結合して平面上に配列し、その平面が互いに弱い結合力で層状に重なりあって、二硫化モリブデンと同様にへき開性を有するためと考えられている。
本発明のグリース組成物において、メラミンシアヌレートの含有量は、好ましくは０．１〜１０重量％、さらに好ましくは１〜８重量％である。０．１重量％未満では効果が必ずしも充分でなく、また１０重量％を超えても効果のさらなる増大はない。
【００１２】
(e) ポリテトラフルオロエチレン
本発明に使用されるポリテトラフルオロエチレンは、グリース以外にもゴム、塗料、インク、潤滑剤等の分野でも一般的に使用されているものであり、分子量が数千〜数１０万のものが用いられる。ポリテトラフルオロエチレンの凝集エネルギーは他の高分子化合物に較べて小さく、しかも臨界界面張力が非常に低いため、摺動部に存在するポリテトラフルオロエチレン粒子は摺動によるせん断応力によって微小薄片となり、摺動部の相手材に展着しやすい性質を持っており、これにより優れた潤滑性を与えるものと考えられる。
本発明のグリース組成物において、ポリテトラフルオロエチレンの含有量は、好ましくは０．１〜１０重量％、さらに好ましくは１〜８重量％である。０．１重量％未満では効果が必ずしも充分でなく、また１０重量％を超えても効果のさらなる増大はない。
【００１３】
(f) 二硫化モリブデン
二硫化モリブデンは、一般に固体潤滑剤として広く用いられている。その潤滑機構としては、層状格子構造を持つことから、すべり運動下で薄層状に容易にせん断し、摩擦を低減させると言われている。この二硫化モリブデンは、種々の粒径のものがあり、本発明では潤滑剤に使用される全ての粒径のものが使用可能であるが、特にFisher Sub-sieve sizerによる平均粒径で、０．２５〜１０μｍの粒径を有するものが適している。
本発明のグリース組成物において、二硫化モリブデンの含有量は、好ましくは０．１〜１０重量％、さらに好ましくは１〜８重量％である。０．１重量％未満では効果が必ずしも充分でなく、また１０重量％を超えても効果のさらなる増大はない。
【００１４】
本発明のグリース組成物には、上記成分に加えて、他の耐荷重添加剤、酸化防止剤、錆止め剤、防食剤等、通常グリース組成物に使用される添加剤を含有させることができる。
【００１５】
＜実施例＞
表１及び表２に示す成分を表１及び表２に示す割合(重量部)で使用し、実施例１〜５、比較例１〜６に示すグリース組成物を調製した。これらのグリースと市販グリース（比較例７）を以下に示す試験法により物性の評価を行った。得られた結果を表１及び表２に示す。
【００１６】
［実施例１〜５、比較例１〜６］
基油２５００ｇに１２−ヒドロキシステアリン酸リチウム５００ｇを添加攪拌し、その後２１０℃まで加熱した。加熱後、１６０℃まで冷却し、さらに基油２０００ｇ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とした。このベースグリースに、表１および表２に示す配合で、添加剤を添加し、適宜基油を加え、三本ロールミルにてちょう度No.２グレードに調整した。尚、グリースの基油は表１及び表２に示す配合とした。
【００１７】
［比較例７］
リチウム石けんを増ちょう剤、鉱油を基油とした二硫化モリブデン含有の市販グリースであり、従来からラック・ピニオン部に使用されているものである。
【００１８】
物性の試験方法
［ちょう度］ ＪＩＳ Ｋ２２２０ ５．３による。
［高速４球式耐荷重性能］ ＡＳＴＭ Ｄ２５９６による
【００１９】
［台上耐久試験］
ピニオンアシストタイプの電動パワーステアリングの実機を使用し、台上耐久試験を実施した。
（試験方法）
ラック・ピニオン部、ハイポイドギヤ部、及びその他の潤滑個所に試験グリースを規定量塗布し、ラック部より入力して操舵を特定回数繰返し、各部の摩耗量、焼付き状態を評価した。
（試験条件）
ラック入力荷重：５０００Ｎ
操舵回数 ：１０万回
雰囲気温度 ：常温
（判定基準）
焼付きの発生のないこと
○：焼付きなし（合格）
×：ハイポイドギヤ部に焼付き発生（不合格）
××：ハイポイドギヤ部、ラック・ピニオン部共に焼付き発生（不合格）
【００２０】
［台上低温試験］
ピニオンアシストタイプの電動パワーステアリングの実機を使用し、低温作動性を評価した。
（試験方法）
耐久評価と同様にラック・ピニオン部、ハイポイドギヤ部、及びその他の潤滑個所に試験グリースを規定量塗布し、雰囲気を規定温度に設定し、操舵開始時におけるステアリングシャフトの初期トルクを計測した。
（雰囲気温度）
−３０℃
（判定基準）
従来品のトルクを１００とした比
１０未満：合格
１０以上：不合格
【００２１】
実施例１〜５と比較例１〜４の結果から分かる通り、台上耐久試験に合格するためには、有機モリブデン、メラミンシアヌレート、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデンの４種を併用することが必要である。この内、１種でも欠けるとハイポイドギヤ、ラック・ピニオン部に焼付きが発生し、台上耐久試験に合格できない。
比較例１は高速４球耐荷重性能が８００kgf ＜であるにも関わらず、ハイポイドギヤで焼付きが発生した。この原因は明確になってはいないが、４種の固体潤滑剤の役割がそれぞれ異なり、極圧性評価に現われない性能(例えば潤滑表面の長期における平滑化)があり、これが重要であることが示唆された。
優れた低温作動性を得るには、基油の流動点が−４０℃以下であることが必要である。比較例６の場合は、４０℃の動粘度が低いにも関わらず、流動点が−３７．５℃と高いため、低温作動性が劣っている。
【００２２】
【表１】
表１ 実施例
Figure 0003778410
【００２３】
【表２】
表２ 比較例
Figure 0003778410
【００２４】
1）12ヒドロキシステアリン酸リチウム(商品名:S-7000H堺化学工業株式会社製)
2）合成炭化水素油（商品名：MOBIL SHF61 モービル化学株式会社製）
3) 合成炭化水素油（商品名：MOBIL SHF401 モービル化学株式会社製）
4) エステル油(商品名：ＤＯＳ 新日本理化株式会社製)
5) 鉱油(商品名：スタノールＬＰ−４０ エッソ石油株式会社製)
6) 鉱油(商品名：FUKKOL NT-200 富士興産株式会社製)
7) モリブデンジチオカーバメート(商品名：Molyvan A R.T.Vanderbilt社製)
8) メラミンシアヌレート(商品名：ＭＣＡ 三菱化学株式会社製)
9) ポリテトラフルオロエチレン(商品名：ルブロンＬ−５Ｆ ダイキン工業株式会社製)
10) 二硫化モリブデン(テクニカルファイングレード) (商品名：Molysulfide CLIMAX MOLYBDENUM COMPANY社製)
11) ちょう度 60W
12) 高速４球耐荷重性能試験
13) 台上耐久試験
14) 台上低温試験

Claims (4)

  1. 下記成分(a)〜(f)を含む自動車ステアリング用グリース組成物。
    (a) 増ちょう剤、
    (b) 流動点が−４０℃以下である基油、
    (c) 有機モリブデン化合物、
    (d) メラミンシアヌレート、
    (e) ポリテトラフルオロエチレン、及び
    (f) 二硫化モリブデン。
  2. 基油が合成炭化水素油、エステル油及び鉱油からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１記載の自動車ステアリング用グリース組成物。
  3. 全組成物中、増ちょう剤の含有量が１〜２５重量％、有機モリブデン化合物の含有量が０．１〜１０重量％、メラミンシアヌレートの含有量が０．１〜１０重量％、ポリテトラフルオロエチレンの含有量が０．１〜１０重量％、二硫化モリブデンの含有量が０．１〜１０重量％である請求項１又は２記載の自動車ステアリング用グリース組成物。
  4. 増ちょう剤がリチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん及びウレア化合物からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１又は２又は３記載の自動車ステアリング用グリース組成物。
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