JP4838549B2 - グリース組成物および該グリース封入転がり軸受 - Google Patents

Description

本発明はグリース組成物および該グリース封入軸受に関し、特にオルタネータ、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用や、モータ用の転がり軸受用のグリース組成物およびこのグリース組成物が封入されたグリース封入軸受に関する。

自動車における電装部品や補機、産業機械におけるモータ等は、年々小型化や高性能、高出力が求められており、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。ところが、高温下での高速回転等使用条件が過酷になることで、転がり軸受の転走面に白色組織変化を伴った特異的な剥離が早期に生じ、問題になっている。
この特異的な剥離は、通常の金属疲労により生じる転走面内部からの剥離と異なり、転走面表面の比較的浅いところから生じる破壊現象で、水素が原因の水素脆性と考えられている。このような早期に発生する白色組織変化を伴った特異な剥離現象を防ぐ方法として、例えばグリース組成物に不動態化剤を添加する方法が知られている（特許文献１参照）。またグリース組成物にビスマスジチオカーバメートを添加する方法が知られている（特許文献２参照）。
しかしながら、近年、自動車における電装部品や補機、産業機械におけるモータ等では、高温下で、高速運転−急減速運転−急加速運転−急停止が頻繁に行なわれる等ますます転がり軸受の使用条件が過酷化され、不動態化剤やビスマスジチオカーバメートを添加する方法では剥離現象を防ぐ対策として不十分になってきている。
特開平３−２１０３９４号公報 特開２００５−４２１０２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あり、グリース封入軸受において水素脆性による転走面での剥離を効果的に防止できるグリース組成物および該グリース封入軸受の提供を目的とする。

本発明のグリース組成物は、基油と、増ちょう剤とからなるベースグリースに添加剤を配合してなるグリース組成物であって、上記添加剤は、硫黄成分を含まない有機ビスマスを少なくとも含有し、該有機ビスマスはベースグリース 100 重量部に対して 0.05〜10 重量部配合されることを特徴とする。
上記有機ビスマスは、有機酸ビスマスであることを特徴とする。
上記増ちょう剤は、ウレア系増ちょう剤であることを特徴とする。
上記基油は、アルキルジフェニルエーテル油およびポリ-α-オレフィン油から選ばれた少なくとも１つの油であることを特徴とする。

また、本発明のグリース組成物は、軸受部に用いられるグリース組成物であって、軸受部における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酸化鉄とともにビスマス化合物を含有する膜を形成できる有機ビスマスを含有することを特徴とする。

本発明のグリース封入軸受は、上述したグリース組成物が封入されてなる軸受であることを特徴とする。

本発明のグリース組成物は、基油と増ちょう剤とからなるベースグリースに硫黄成分を含まない有機ビスマスを配合するので、自動車や産業機械に使用される軸受で見られる水素脆性による特異な剥離の発生を抑制することができ、グリース封入軸受の長寿命化が図れる。

本発明のグリース封入軸受は、転走面で生じる白色組織変化を伴った特異的な剥離を効果的に防止でき軸受寿命に優れるので、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として好適に利用できる。

転がり軸受について、水素脆性による転走面での剥離を効果的に防止できる方法を鋭意検討の結果、硫黄成分を含まない有機ビスマスを配合したグリース組成物を封入した転がり軸受を用いて、急加減速試験を行なったところ軸受寿命を延長できることがわかった。
硫黄成分を含まない有機ビスマスを配合することにより、摩擦摩耗面または摩耗により露出した金属新生面において有機ビスマスが反応し、酸化鉄とともにビスマス化合物被膜が軸受転走面に生成することが、軸受転走面の表面分析の結果わかった。この軸受転走面に生成した酸化鉄およびビスマス化合物被膜が、グリース組成物の分解による水素の発生を抑制して、水素脆性による特異な剥離を防止できるため、転がり軸受の寿命が延長するものと考えられる。本発明はこれらの知見に基づくものである。

本発明の有機ビスマスとしては、有機酸ビスマス、フェニルビスマス等が挙げられ、組成中に硫黄成分を含まないものを使用できる。硫黄分を含むと腐食が進行し、鋼への水素の侵入が加速され好ましくない。上記有機ビスマスの中で、潤滑性に優れた有機酸ビスマスが好ましい。
有機酸ビスマスを構成する有機酸としては、芳香族系有機酸、脂肪族系有機酸、または脂環族系有機酸であればいずれも使用できる。

有機酸の具体例を例示すれば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、ヘプタン酸、２-エチルヘキシル酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、ノナデシル酸、アラキン酸等の１価飽和脂肪酸、アクリル酸、クロトン酸、ウンデシレン酸、オレイン酸、ガドレイン酸等の１価不飽和脂肪酸、マロン酸、メチルマロン酸、コハク酸、メチルコハク酸、ジメチルマロン酸、エチルマロン酸、グルタル酸、アジピン酸、ジメチルコハク酸、ピメリン酸、テトラメチルコハク酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ブラシル酸等の２価飽和脂肪酸、フマル酸、マレイン酸、オレイン酸等の２価不飽和脂肪酸、酒石酸、クエン酸等の脂肪酸誘導体、安息香酸、フタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等の芳香族有機酸、ナフテン酸等の脂環族有機酸が挙げられる。
これらの中で潤滑性と耐熱性に優れた２-エチルヘキシル酸およびナフテン酸を用いることが好ましい。これらは単独でも混合物としても使用できる。

本発明に使用できる基油は、スピンドル油、冷凍機油、タービン油、マシン油、ダイナモ油等の鉱油、高精製度鉱油、流動パラフィン、ポリブテン、フィッシャー・トロプシュ法により合成されたＧＴＬ油、ポリ-α-オレフィン油、アルキルナフタレン、脂環式化合物等の炭化水素系合成油、または、天然油脂、ポリオールエステル油、リン酸エステル油、ポリマーエステル油、芳香族エステル油、炭酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、アルキルベンゼン油、フッ素化油等の非炭化水素系合成油等を使用できる。
これらの中で、耐熱性と潤滑性に優れたアルキルジフェニルエーテル油、ポリ-α-オレフィン油を用いることが好ましい。

本発明に使用できる増ちょう剤としては、ベントン、シリカゲル、フッ素化合物、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系化合物が挙げられる。
これらの中で、耐熱性、コスト等を考慮するとウレア系化合物が望ましい。

ウレア系化合物は、イソシアネート化合物とアミン化合物と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。
基油にウレア系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。

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との反応で得られる。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、トリレンジイソシアネート、ジ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、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、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。ポリウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミン、ジアミンとの反応で得られる。ジイソシアネート、モノアミンとしては、ジウレア化合物の生成に用いられるものと同様のものが挙げられ、ジアミンとしては、エチレンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、オクタンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン等が挙げられる。

ベースグリースに対する増ちょう剤の配合割合は、ベースグリース 100 重量部に対して増ちょう剤が 1〜40 重量部、好ましくは 3〜25 重量部配合される。増ちょう剤の含有量が 1 重量部未満では、増ちょう効果が少なくなり、グリース化が困難となり、 40 重量部をこえると得られたベースグリースが硬くなりすぎ、所期の効果が得られ難くなる。

有機ビスマスの配合割合は、上記ベースグリース 100 重量部に対して、上記有機ビスマスが 0.05〜10 重量部配合される。有機ビスマスの配合割合が上記配合範囲未満であると水素脆性による転走面での剥離を効果的に防止できない。また上記範囲をこえても剥離防止効果がそれ以上に向上しない。

また、硫黄を含まない有機ビスマスとともに、必要に応じて公知のグリース用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、有機亜鉛化合物、アミン系、フェノール系化合物等の酸化防止剤、ベンゾトリアゾールなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレン等の粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤、金属スルホネート、多価アルコールエステルなどの防錆剤、有機モリブデンなどの摩擦低減剤、エステル、アルコールなどの油性剤、リン系化合物などの摩耗防止剤等が挙げられる。これらを単独または 2 種類以上組み合せて添加できる。

本発明のグリース組成物は、水素脆性による特異な剥離の発生を抑制することができるので、グリース封入軸受の寿命を向上させることができる。このため、玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、スラスト円すいころ軸受、スラスト針状ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受等の封入グリースとして使用できる。

本発明のグリース組成物が封入されている軸受について図１により説明する。図１は深溝玉軸受の断面図である。
グリース封入軸受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の周囲にグリース組成物７が封入される。

実施例１〜実施例４、参考例１
表１に示した基油の半量に、４，４−ジフェニルメタンジイソシアナート（日本ポリウレタン工業社製商品名のミリオネートＭＴ、以下、ＭＤＩと記す）を表１に示す割合で溶解し、残りの半量の基油にＭＤＩの２倍当量となるモノアミンを溶解した。それぞれの配合割合および種類は表１のとおりである。
ＭＤＩを溶解した溶液を撹拌しながらモノアミンを溶解した溶液を加えた後、100〜120 ℃で 30 分間撹拌を続けて反応させて、ジウレア化合物を基油中に生成させた。
これに有機ビスマスおよび酸化防止剤を表１に示す配合割合で加えてさらに 100〜120 ℃で 10 分間撹拌した。その後冷却し、三本ロールで均質化し、グリース組成物を得た。

表１において、基油として用いた合成炭化水素油は 40℃における動粘度 47 mm²/sec の新日鉄化学社製商品名のシンフルード８０１を、アルキルジフェニルエーテル油は 40℃における動粘度 97 mm²/sec の松村石油社製商品名のモレスコハイルーブＬＢ１００を、それぞれ用いた。また、酸化防止剤は住友化学社製ヒンダードフェノールを用いた。

得られたグリース組成物の急加減速試験を行なった。試験方法および試験条件を以下に示す。また、結果を表１に示す。

急加減速試験
電装補機の一例であるオルタネータの回転軸を支持する内輸回転の転がり軸受において、急加減速試験を行なった。急加減速試験条件は、回転軸先端に取り付けたプーリに対する負荷荷重を 3234 N 、回転速度は 0〜18000 rpm で運転条件を設定した。そして、軸受内に異常剥離が発生し、振動検出器の振動が設定値以上になって発電機が停止する時間（剥離発生寿命時間、ｈ）を計測した。

比較例１〜５
実施例１に準じる方法で、表１に示す配合割合で、増ちょう剤、基油を選択してベースグリースを調整し、さらに添加剤を配合してグリース組成物を得た。得られたグリース組成物を参考例１と同様の試験を行なって評価した。結果を表１に示す。

表１に示すように、各実施例は転走面で生じる白色組織変化を伴った特異的な剥離を効果的に防止できるので、急加減速試験に優れている。各実施例の急加減速試験は全て 300 時間以上を示した。

本発明のグリース組成物は転走面で生じる白色組織変化を伴った特異的な剥離を効果的に防止でき軸受寿命に優れ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、モータ用軸受に利用できる。

深溝玉軸受の断面図である。

符号の説明

１ グリース封入軸受
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

Claims (4)

1. 基油と、増ちょう剤とからなるベースグリースに添加剤を配合してなり、転がり軸受に用いられるグリース組成物であって、
   前記増ちょう剤は、ウレア系化合物であり、
   前記添加剤は、硫黄成分を含まない有機ビスマスである２-エチルヘキシル酸ビスマスを少なくとも含有し、該有機ビスマスはベースグリース 100 重量部に対して 0.05〜10 重量部配合されることを特徴とするグリース組成物。
2. 前記基油は、アルキルジフェニルエーテル油およびポリ-α-オレフィン油から選ばれた少なくとも１つの油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. 前記有機ビスマスは、軸受部における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酸化鉄とともにビスマス化合物を含有する膜を形成でき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。
4. グリース組成物が封入されてなるグリース封入転がり軸受であって、前記グリース組成物が請求項１ないし請求項３のいずれか一項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。

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