JP4177596B2 - グリース組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり運動を行う鋼製の被潤滑部を有する機械部品の潤滑に使用するグリース組成物に関し、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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転がり運動を行う鋼製の被潤滑部を有する機械部品の代表的なものとしては、転がり軸受、ボールねじ、直動案内軸受などが挙げられる。一方、転がり運動の対向には、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。滑り運動の機械部品の代表例としては、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。
【０００３】
一方では最近、特許第２８７８７４９号（特開平３−２１０３９４）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、同公報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。油膜厚さは機械部品の速度がゼロの際、限りなくゼロに近づく。この速度ゼロの状態は、実際の機械部品ではスタート・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は知られていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、転がり運動を行う鋼製の被潤滑部を有する機械部品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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、転がり運動を行う鋼製の被潤滑部を有する機械部品の潤滑に使用されるグリース組成物であって、基油、増ちょう剤、及び有機スルホン酸塩を含有することを特徴とするグリース組成物を提供するものである。
上述のように、金属疲労による剥離寿命は、従来、グリースの油膜を厚くすることで全うしていたが、本発明は、特定の化合物を添加することにより、油膜を厚くしなくても所期の目的を達成しうるグリース組成物を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に使用する有機スルホン酸塩は、親油基である有機基を有するスルホン酸の塩である。このような有機スルホン酸塩としては、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とジノニルナフタレンスルホン酸や重質アルキルベンゼンスルホン酸のような合成スルホン酸等が挙げられる。有機スルホン酸塩は、金属塩、塩基性金属塩、高塩基性金属塩（塩基価５０〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇ）、アンモニウム塩、アミン塩等が挙げられる。具体例としては、Ｃａ，Ｍｇ，Ｂａ等のアルカリ土類金属塩、Ｎａ，Ｋ，Ｌｉ等のアルカリ金属塩、Ｚｎ塩、Ｐｂ塩、高塩基性Ｃａ塩、アンモニウム塩、エチレンジアミン等のアミン塩等が挙げられる。
塩基性、高塩基性スルホン酸塩は、酸中和作用を持たせるために、炭酸カルシウムや水酸化カルシウム等の微粒子をスルホン酸塩中に分散させたものであり、本発明にはこのような有機スルホン酸塩も使用できる。
【０００７】
本発明に使用する、有機スルホン酸塩は、金属製品等の保管、輸送、保守における一時的な錆止めを目的とするいわゆる錆止め油の主要添加剤として多く用いられている。錆止め性が要求されるグリースにも、他の錆止め剤と同様に一般的に使用されている。しかし、有機スルホン酸塩そのものには、極圧性や摩擦低減等の効果はなく、潤滑性向上の目的で使用される添加剤ではない。
また、本発明者が知る限り、有機スルホン酸塩そのものが鋼の金属疲労による剥離寿命を長くする旨の報告、開示は皆無である。
【０００８】
本発明のグリース組成物において、有機スルホン酸塩は単独で使用しても良いし、２種以上を適宜組み合わせて使用しても良い。
本発明のグリース組成物中、有機スルホン酸塩の含有量は、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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
本発明のグリース組成物において、有機スルホン酸塩が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の部分が多いが、現段階では下記の推論が考えられる。
錆止め剤の主要な働きは、金属表面に緻密な吸着膜を作り、金属が水や酸素と接触して錆びるのを防ぐ役割をする。特に有機スルホン酸塩は錆止め性の強い極性基（−ＳＯ₃ ^-）をもっており、他の錆止め剤、例えば、エステル（アルコール）やアミン系と比較しても強固な吸着膜を形成するものと思われる。従って被潤滑部では酸化鉄層の上に被膜を形成し、この硬く緻密な酸化鉄層を保護するため油膜が薄い場合でも剥離の発生を有効に防止できるものと考えられる。
以上のとおり、本発明の有機スルホン酸塩は、被潤滑部において酸化鉄層の上に被膜を形成し、硬く緻密な酸化鉄層を保護することにより、油膜の厚膜化によらずに剥離寿命を延長することができるものと考えられる。
【００１３】
実施例１〜７、比較例１〜５
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 ジノニルナフタレンスルホン酸カルシウム塩（KING INDUSTIRES 社製NASUL 729)
Ｄ ジノニルナフタレンスルホン酸亜鉛塩（KING INDUSTIRES 社製NASUL ZS)Ｅ ジノニルナフタレンスルホン酸アンモニウム塩（KING INDUSTIRES 社製NASUL AS)
Ｆ 高塩基性有機スルホン酸カルシウム塩(Witco社製Bryton C-400C)、
Ｇ モノオレイン酸ソルビタン(日本油脂製ノニオンOP-80R)
【００１４】
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。
【００１５】
【表１】
＜実施例＞

【００１６】
【表２】
＜比較例＞

【００１７】
考察
ウレア系ベースグリースＡを使用したもの（実施例１〜３、５、６、比較例１、３）は、Ｌｉ石けん系ベースグリースＢを使用したもの（実施例４、比較例２）よりも、剥離寿命が長いことが分かる（実施例３と実施例４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、本発明の有機スルホン酸塩を添加すると、剥離寿命は約１．５〜４倍に延びることが分かる（実施例１〜３と比較例１の対比、及び実施例４と比較例２の対比）。
【００１８】
比較例３は、モノオレイン酸ソルビタンを使用しており、比較例１の添加剤なしの場合と同等の剥離寿命しか示さない。
以上のとおり、本発明の有機スルホン酸塩の剥離寿命延長効果は、顕著であり、ウレア系増ちょう剤を使用した場合（実施例１〜３、５及び６）は、特に優れていることが分かる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明のグリース組成物は、油膜の厚膜化によらず、剥離寿命を長くすることができる。

Claims (3)

1. 転がり運動を行う鋼製の被潤滑部を有する機械部品の潤滑に使用されるグリース組成物であって、基油、増ちょう剤、及び金属疲労による剥離寿命を延長する成分を含有すること、前記増ちょう剤がウレア化合物であること、前記金属疲労による剥離寿命を延長する成分が有機スルホン酸塩のみからなること、前記有機スルホン酸塩が、カルシウム塩、亜鉛塩、アンモニウム塩、及び高塩基性カルシウム塩からなる群から選ばれる少なくとも１種であること、グリース組成物中の前記有機スルホン酸塩の含有量が２〜１０質量％であること、を特徴とするグリース組成物。
2. 前記有機スルホン酸塩の含有量が、２〜５質量％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。
3. 機械部品が、転がり軸受、ボールねじ、又は直動案内軸受であることを特徴とする請求項１又は２記載のグリース組成物。