JP4515775B2 - 低高温用潤滑グリースおよび転がり軸受 - Google Patents

Description

本発明は低高温用潤滑グリースおよび転がり軸受に関し、特に低温および高温度で使用される自動車などの電装補機に好適に用いられる低高温用潤滑グリースおよび転がり軸受に関する。

転がり軸受には、潤滑性を付与するために潤滑グリースが封入される。この潤滑グリースは主成分として基油と増ちょう剤とを混練して得られ、基油としては鉱油やエステル油、シリコーン油、エーテル油等の合成油が、また増ちょう剤としてはリチウム石けん等の金属石けんやウレア化合物等が一般的に使用されている。また、潤滑グリースに必要に応じて酸化防止剤、さび止剤、金属不活性剤、粘度指数向上剤などの各種添加剤が配合されている。

近年、自動車の小型化、軽量化および静粛性向上の要求に伴って、自動車電装品の小型化、軽量化、静粛性向上、エンジンルーム内の密閉化が図られているが、その一方で電装品の性能には高出力・高効率化が求められている。転がり軸受に封入される潤滑グリースの寿命は、通常、軸受自体の疲労による使用寿命より短いため、軸受自体の寿命は潤滑グリース寿命に依存することとなる。そのため、これら電装補機に用いられる潤滑グリースもウレア系潤滑グリース以上の高温に耐えるものでなければならない。

従来、 200 ℃付近の高温になるファンクラッチに用いられる転がり軸受の封入グリースには、増ちょう剤としてフッ素樹脂粉を用い、基油にパーフルオロポリエーテル油を用いた耐熱性に優れるフッ素系潤滑グリースが使用されている。しかし、フッ素系潤滑グリースは高価であり、転がり軸受のコストダウンの妨げになるという問題がある。
このため、フッ素系潤滑グリースとウレア系潤滑グリースとを混合するハイブリッドグリースが知られており（特許文献１参照）、本出願人により他の提案もされている（特願２００２−１００５５６および特願２００２−１８３０２３）。また、180℃〜250℃の使用温度で特に良好な騒音低減効果を有する潤滑グリース組成物が知られている（特許文献２参照）。

しかしながら、従来のフッ素系潤滑グリースは、低温で異音が発生するという問題がある。
この低温で発生するフッ素系潤滑グリースの異音を抑制するために、基油粘度を小さくすると低温での異音は少なくなるが、 200 ℃付近での高温耐久性に劣るという問題がある。
特開２００２−３２７７５９号公報（段落［０００６］） 特表２０００−５１４１０５号公報（特許請求の範囲）

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あり、高温耐久性に優れ、かつ低温においても異音の発生を抑えることができる低高温用潤滑グリースおよび該潤滑グリースが封入された転がり軸受の提供を目的とする。

本発明に係る低高温用潤滑グリースは、パーフルオロポリエーテル油を基油とし、フッ素樹脂粉を増ちょう剤とするフッ素系潤滑グリースと、ポリエステル油を基油とし、ウレア化合物を増ちょう剤とするウレア系潤滑グリースとの混合グリースに、ポリオレフィン油を、混合グリース 100 重量部に対して、3〜30 重量部配合してなることを特徴とする。特に、上記ポリオレフィン油を、混合グリース 100 重量部に対して、3〜10 重量部配合してなることを特徴とする。
また、上記ポリオレフィン油は、流動点が−50 ℃以下で、40℃の動粘度が 10〜70mm²/sであることを特徴とする。
また、上記ウレア系潤滑グリースは、 200℃で 250 時間放置したときの蒸発量が 25 重量％以下であることを特徴とする。

本発明において、蒸発量は日本工業規格（ＪＩＳ）Ｒ３５０３に準拠した 50ml ガラス製ビーカにグリースを約 5g 採取して、 200℃に設定された熱風循環式の恒温槽（内容積：90 リットル、風量：5.1 m³/分、風速：0.42 m/秒）内に 250 時間放置して、グリースの初期重量と放置後の重量を測定して次式で求める。
蒸発量（％）＝［（初期重量−放置後の重量）／初期重量］×100

また、上記ポリエステル油は、炭素数 7〜22 の１価アルコールと芳香族トリあるいはテトラカルボン酸、またはその誘導体との芳香族エステル化合物、および、炭素数 7〜22 の１価カルボン酸とトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールまたはジペンタペンタエリスリトールとの脂肪族エステル化合物から選ばれた少なくとも１種のポリエステル油であることを特徴とする。
特に、上記ポリエステル油が炭素数 7〜22 の１価アルコールと芳香族トリあるいはテトラカルボン酸、またはその誘導体との芳香族エステル化合物であることを特徴とする。

本発明に係る転がり軸受は、同心に配置される内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体の周囲に潤滑グリースが封入されてなる転がり軸受であって、封入される潤滑グリースが上述した低高温用潤滑グリースであることを特徴とする。

パーフルオロポリエーテル油を基油とし、フッ素樹脂粉を増ちょう剤とするフッ素系潤滑グリースと、ポリエステル油を基油とし、ウレア化合物を増ちょう剤とするウレア系潤滑グリースとの混合グリースに、ポリオレフィン油を、混合グリース 100 重量部に対して、3〜30 重量部配合することにより、フッ素系潤滑グリースの耐熱性が維持できるとともに、低温においても異音の発生を抑えることができた。芳香族エステル化合物を用いることにより、コストダウンが図れた。

本発明に係る低高温用潤滑グリースは、フッ素系潤滑グリースと、ウレア系潤滑グリースとの混合グリースに、ポリオレフィン油を配合してなるので、高温耐久性に優れ、かつ低温においても異音の発生を抑えることができる。
その結果、上記潤滑グリースを封入することにより、180 ℃付近の超高温になるファンクラッチおよび高温仕様のオルタネータ用転がり軸受に好適である。

本発明に使用できるフッ素系潤滑グリースは、パーフルオロポリエーテル油を基油としフッ素樹脂粉を増ちょう剤とする。
パーフルオロポリエーテル油は、脂肪族炭化水素ポリエーテルの水素原子をフッ素原子で置換した化合物であれば使用できる。そのようなパーフルオロポリエーテル油を例示すれば、以下の化１および化２で示される側鎖を有するパーフルオロポリエーテルと、化３から化５で示される直鎖状のパーフルオロポリエーテルとがある。これらは単独でもまた混合しても使用できる。ｎ、ｍは整数である。
化１の市販品としてはフォンブリンＹ（モンテジソン社商品名）を、化２の市販品としてはクライトックス（デュポン社商品名）やバリエルタＪオイル（クリーバー社商品名）を、化３の市販品としてはフォンブリンＺ（モンテジソン社商品名）を、化４の市販品としてはフォンブリンＭ（モンテジソン社商品名）を、化５の市販品としてはデムナム（ダイキン社商品名）等をそれぞれ例示できる。

増ちょう剤であるフッ素樹脂粉は上記パーフルオロポリエーテル油と親和性が高く、高温安定性、耐薬品性を有する粉末が使用できる。
フッ素樹脂を例示すれば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）などのパーフルオロ系フッ素樹脂が好ましく、特にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が高温安定性、耐薬品性が優れているため好ましい。

フッ素系潤滑グリースは、フッ素系潤滑グリース全体量に対して、パーフルオロポリエーテル油を 70〜90 重量％、フッ素樹脂粉を 10〜30 重量％配合することが好ましい。この範囲の配合とすることにより、転がり軸受封入グリースとして洩れが少なく、長時間トルクを下げられる好ましいちょう度に調整できる。

本発明に使用できるウレア系潤滑グリースは、ポリエステル油を基油とし、ウレア化合物を増ちょう剤とする。
ポリエステル油は、炭素数 7〜22 の脂肪族１価アルコールと芳香族トリあるいはテトラカルボン酸、またはその誘導体とのエステル、および炭素数 7〜22 の脂肪族１価カルボン酸とトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールまたはジペンタペンタエリスリトールとのエステルから選ばれた少なくとも１つのエステル油を基油として用いる。また、ポリマーエステルを使用することができる。
脂肪族１価アルコールおよび脂肪族１価カルボン酸において、炭素数 7 未満および炭素数 22 をこえると潤滑性が劣る。
炭素数 7〜22 の脂肪族１価アルコールとしては、ヘプチルアルコール、オクチルアルコール、ノニルアルコール、デシルアルコール、ウンデシルアルコール、ラウリルアルコール、オレイルアルコール、ステアリルアルコール等が挙げられる。

また、炭素数 7〜22 の脂肪族１価カルボン酸は、上記脂肪族１価アルコールの−ＣＨ₂ＯＨを−ＣＯＯＨに代えた１価カルボン酸が挙げられる。

芳香族トリあるいはテトラカルボン酸、その誘導体としては、トリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、ジフェニルテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、またはこれらの酸無水物などが挙げられる。

本発明に使用できるウレア系潤滑グリースは増ちょう剤としてウレア化合物を用いる。
ウレア化合物は尿素結合を分子内に 2 個有するジウレアが好ましく、以下の化６で示される。

ここで、Ｒ₁、Ｒ₂およびＲ₃は、脂肪族基、脂環族基または芳香族基をそれぞ
れ表す。なお、ウレア化合物の製造方法の一例としては、ジイソシアナート化合物にイソシアナート基当量のアミン化合物を反応させて得られる。
また、ジウレア以外にポリウレア等も使用できる。

ウレア系潤滑グリースは、ウレア系潤滑グリース全体量に対して、上記エステル油を 70〜95 重量％、ウレア化合物を 30〜5 重量％配合することが好ましい。この範囲の配合とすることにより、軸受封入グリースとして漏れが少なく、長時間潤滑性の良好なちょう度に調整できる。

また、ウレア系潤滑グリースは、その蒸発量が 25 重量％以下である。蒸発量が 25 重量％をこえると、フッ素系潤滑グリースと混合したとき、混合グリースの蒸発量を低く、例えば 15 重量％以下とすることができない。

ウレア系潤滑グリースとの混合潤滑グリースは、フッ素系潤滑グリースとの混合グリース全体に対して 30〜75 重量％配合される。ウレア系潤滑グリースの混合割合が 75 重量％をこえると、混合グリースの蒸発量が多くなり、例えば 15 重量％をこえ、 30 重量％未満であると、潤滑グリースの製造原価を低下させることができない。
本発明は上記混合潤滑グリースにさらに流動点が−50 ℃以下で、40℃の動粘度が 10〜70mm²/sのポリオレフィン油を混合潤滑グリース 100 重量部に対して 3〜30 重量部、好ましくは 3〜20 重量部、さらに好ましくは 3〜15重量部、特に好ましくは 3〜10 重量部配合する。3 重量部未満では耐熱性は良好であるが、低温で異音が発生し、30 重量部をこえると低温での異音はなくなるが耐熱性が劣る。

本発明で使用できるポリオレフィン油は、以下の化７、化８で示される液状のポリオレフィンである。

化７におけるｎは 4〜16 の整数、ｍは 1〜6 の整数である。

化８におけるｎは 1〜8 の整数、ｍは 1〜3 の整数、ｑは 1〜3 の整数、ｐはポリオレフィン油の粘度により異なる整数である。

ポリオレフィン油は、室温で液状を示し、流動点が−50 ℃以下で、40℃の動粘度が 10〜70mm²/sである。 10〜70mm²/sであることにより、低温での異音抑制および耐熱性に優れる。

本発明に係る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。
転がり軸受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とにより構成される。少なくとも転動体４の周囲に低高温用潤滑グリース７が封入される。

低高温用潤滑グリース７は、高温耐久性に優れ、かつ低温においても異音の発生を抑えることができるので、オルタネータ、カーエアコン用電磁クラッチ、中間プーリ、電動ファンモータ等の自動車電装部品、補機等の転がり軸受に好適に使用できる。

参考例１：グリース１の作製
グリース全体に対して、40 ℃の動粘度が 191mm²/sのパーフルオロポリエーテル油 67 重量％に、フッ素樹脂粉 33 重量％を加え撹拌した後、ロールミルに通し「増ちょう剤にフッ素樹脂粉、基油にパーフルオロポリエーテル油を用いたグリース」である半固形状のグリース１を得た。

参考例２：グリース２の作製
グリース全体に対して、40 ℃の動粘度が 90mm²/sのパーフルオロポリエーテル油 67 重量％に、フッ素樹脂粉 33 重量％を加え撹拌した後、ロールミルに通し「増ちょう剤にフッ素樹脂粉、基油にパーフルオロポリエーテル油を用いたグリース」である半固形状のグリース２を得た。

参考例３：グリース３の作製
グリース全体に対して、40 ℃の動粘度が 91mm²/sの芳香族エステル油 88 重量％の半量に 1 モルのジフェニルメタンジイソシアネートを溶かし、残りの半量に 2 モルのオクチルアミンを溶かして上記半量の基油に攪拌しながら加えた後、100〜120℃で 30 分間攪拌を続けて反応させ、ウレア化合物 12 重量％を基油に折出した。その後、ロールミルに通し「増ちょう剤にウレア化合物、基油に芳香族エステル油を用いたグリース」である半固形状のグリース３を得た。このグリース３の 200 ℃で 250 時間放置したときの蒸発量は 17.4 重量％であった。

参考例４：グリース４の作製
グリース全体に対して、40 ℃の動粘度が 100mm²/sのアルキルジフェニルエーテル油 80 重量％の半量に 1 モルのジフェニルメタンジイソシアネートを溶かし、残りの半量に 2 モルのｐ−トルイジンを溶かして上記半量の基油に攪拌しながら加えた後、100〜120℃で 30 分間攪拌を続けて反応させ、ウレア化合物 20 重量％を基油に折出した。その後、ロールミルに通し「増ちょう剤にウレア化合物、基油にアルキルジフェニルエーテル油を用いたグリース」である半固形状のグリース４を得た。このグリース４の 200 ℃で 250 時間放置したときの蒸発量は 31.0 重量％であった。

各実施例および比較例に用いたポリオレフィン油を以下に示す。
ポリオレフィン油１：流動点が−57 ℃で、40℃の動粘度が 46mm²/s（新日鐵化学社製商品名、シンフルード８０１）
ポリオレフィン油２：流動点が−73 ℃で、40℃の動粘度が 17mm²/s（新日鐵化学社製商品名、シンフルード４０１）
ポリオレフィン油３：流動点が−53 ℃で、40℃の動粘度が 63mm²/s（出光石油化学社製商品名、出光ＰＡＯ ５０１０）
ポリオレフィン油４：流動点が−73 ℃で、40℃の動粘度が 5mm²/s（新日鐵化学社社製商品名、シンフルード２０１）
ポリオレフィン油５：流動点が−35 ℃で、40℃の動粘度が 420mm²/s（モービル石油社製商品名、モービル ＳＨＦ４０１）

実施例１〜実施例８および比較例１〜比較例８
各実施例を表１に示す割合で、各比較例を表２に示す割合で各グリースをそれぞれ混合撹拌して低高温用潤滑グリースを得た。配合基準は重量部である。
得られた低高温用潤滑グリースのちょう度、滴点を測定した。また、体積当たりのコストを比較例１を 1 として算出した。その結果を表１および表２に示す。

また、石油ベンジンで洗浄した軸受 ６２０３ＬＬＨＡに全空間容積の 38 ％となる各低高温用潤滑グリースを封入して転がり軸受を作製した。得られた転がり軸受を−60 ℃の低温槽に、転がり軸受自体の温度が−60 ℃になるまで放置し、その後室温に取り出し、ラジアル荷重 127N を加え、回転数 2700rpm（外輪回転）で回転させ、軸受が室温になるまでに異音が発生するか否かを調べた。結果を表１および表２に示す。

また、石油ベンジンで洗浄した軸受 ６２０４ＺＺに全空間容積の 38 ％となる各低高温用潤滑グリースを封入して転がり軸受を作製した。得られた転がり軸受を高温耐久試験にて評価した。
高温耐久試験は、ラジアル荷重 67N 、スラスト荷重 67N 、回転数 10000rpm 、雰囲気温度 180℃にて軸受を回転させ、過負荷によりモータが停止するまでの時間を測定した。結果を表１および表２に示す。

本発明の低高温用潤滑グリースおよび転がり軸受は、高温耐久性に優れ、かつ低温においても異音の発生を抑えることができるので、低温および高温度で使用される自動車などの電装補機に用いることができる。特に 180 ℃付近の超高温になるファンクラッチおよび高温仕様のオルタネータ用転がり軸受に好適である。

深溝玉軸受の断面図である。

符号の説明

１ 転がり軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体
５ 保持器
６ シール部材
７ 低高温用潤滑グリース

Claims (6)

1. パーフルオロポリエーテル油を基油とし、フッ素樹脂粉を増ちょう剤とするフッ素系潤滑グリースと、ポリエステル油を基油とし、ウレア化合物を増ちょう剤とするウレア系潤滑グリースとの混合グリースに、ポリオレフィン油を、前記混合グリース 100 重量部に対して、3〜30 重量部配合してなる低高温用潤滑グリースであって、
   前記ポリオレフィン油は、流動点が−50 ℃以下で、40℃の動粘度が 10〜70mm ² /sであることを特徴とする低高温用潤滑グリース。
2. 前記ポリオレフィン油を、前記混合グリース 100 重量部に対して、3〜10 重量部配合してなることを特徴とする請求項１記載の低高温用潤滑グリース。
3. 前記ウレア系潤滑グリースは、 200℃で 250 時間放置したときの蒸発量が 25 重量％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の低高温用潤滑グリース。
4. 前記ポリエステル油は、炭素数 7〜22 の１価アルコールと芳香族トリあるいはテトラカルボン酸、またはその誘導体との芳香族エステル化合物、および、炭素数 7〜22 の１価カルボン酸とトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールまたはジペンタペンタエリスリトールとの脂肪族エステル化合物から選ばれた少なくとも１種のポリエステル油であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項記載の低高温用潤滑グリース。
5. 前記ポリエステル油が炭素数 7〜22 の１価アルコールと芳香族トリあるいはテトラカルボン酸、またはその誘導体との芳香族エステル化合物であることを特徴とする請求項４記載の低高温用潤滑グリース。
6. 同心に配置される内輪および外輪と、この内輪および外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体の周囲に潤滑グリースが封入されてなる転がり軸受であって、
   前記潤滑グリースが請求項１ないし請求項５のいずれか一項記載の低高温用潤滑グリースであることを特徴とする転がり軸受。

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