一方向クラッチ
【課題】水の浸入を原因とする転走面での剥離を効果的に防止でき、長期耐久性に優れた一方向クラッチを提供する。
【解決手段】クラッチ用外輪１４と、該外輪１４の内径面に設けられた複数個のころ１５とを備え、出力部材に取り付けられてなる一方向クラッチ１２において、上記クラッチ用外輪１４の一方向トルクのみを上記ころ１５を介して上記出力部材に伝達する一方向クラッチ１２であって、上記複数個のころを設置したクラッチ内部空間内にグリースが封入されてなり、上記グリースは、非水系基油および増ちょう剤からなるベースグリースに、少なくとも水分散剤を含む添加剤を配合してなる耐水グリースであり、上記水分散剤の配合量は、上記耐水グリースの飽和水分量が 30〜60 重量％に設定される量である。
【解決手段】クラッチ用外輪１４と、該外輪１４の内径面に設けられた複数個のころ１５とを備え、出力部材に取り付けられてなる一方向クラッチ１２において、上記クラッチ用外輪１４の一方向トルクのみを上記ころ１５を介して上記出力部材に伝達する一方向クラッチ１２であって、上記複数個のころを設置したクラッチ内部空間内にグリースが封入されてなり、上記グリースは、非水系基油および増ちょう剤からなるベースグリースに、少なくとも水分散剤を含む添加剤を配合してなる耐水グリースであり、上記水分散剤の配合量は、上記耐水グリースの飽和水分量が 30〜60 重量％に設定される量である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方向クラッチは、入力部材の一方向のトルクのみを出力部材に伝達する一方向クラッチに関し、特に該装置に封入する耐水グリースに特徴を有するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型軽量化を目的としたＦＦ（フロントエンジン・フロント駆動）車の普及により、また、さらに居住空間の拡大により、自動車はエンジンルームの縮小を余儀なくされつつある。このため、自動車用電装補機は小型軽量化が一層進められるとともに、高性能、高出力のものがますます求められている。
一方向クラッチを介して作動する代表的な自動車用電装補機として、エンジン温度に対応した最適な送風を行なうファンカップリング装置やエンジンの回転をベルトで受けて発電し、車両の電気負荷に電力を供給するとともに、バッテリーを充電するオルタネータなどがある。これらはエンジンが所定の出力状態にあるときのみ繋がる一方向クラッチを介してエンジンの回転トルクを効率よく利用するために用いられるものである。自動車用電装補機に装着される一方向クラッチは、エンジン出力軸への着脱が頻繁に繰り返され、エンジン出力軸と繋がるときの回転速度が高いために、負荷荷重、発生する熱および振動などが大きくなるなど、自動車の高性能化・高出力化に伴って、使用条件が厳しくなっている。
【０００３】
このように一方向クラッチの使用条件が厳しくなると、一方向クラッチのオーバーラン時に、一方向クラッチの各ころの転動面およびクラッチ用外輪の転走面と、一方向クラッチが取り付けられているシャフトに連接するクラッチ用内輪の転走面とに、白色組織変化を伴った剥離が生じやすくなる。このため、各ころを設置した空間内に封入するグリースとして、剥離の発生を防止できるものを使用することが望まれている。
従来、一方向クラッチにおいて、エーテル油を基油としたグリースを使用するもの（特許文献１参照）、圧力粘度係数が所定値以上であるグリースを使用するもの（特許文献２参照）、または、40℃での動粘度が 60 mm2/sec 以下の合成油を基油としたグリースを使用するもの（特許文献３参照）などが知られている。
【０００４】
また、これらの一方向クラッチは、オルタネータなどの自動車用電装補機に装着され、エンジンルーム内に配置されている。エンジンルームは冷却性などの理由により完全には密閉されておらず、自動車の走行時、雨水や水溜りの跳ね上げなどにより水が浸入する。このため一方向クラッチではシール機構を設け、外部からの塵埃の侵入やグリースの漏洩を防いでいるが、水の浸入を完全に防ぐことは困難である。特に昨今は低燃費への要求から、回転トルクを低減するためシールの緊迫力を低下させる傾向にあり、水が浸入しやすい環境となっている。
【０００５】
一方向クラッチの各ころを設置した空間内に水が浸入すると、上述のようなグリースを用いた場合でも以下のことが問題となる。水滴が負荷域に浸入した場合、油膜が途切れ潤滑性の面で不利である。油膜が途切れることにより金属接触が起こり、一方向クラッチの各ころの転走面等において摩耗、表面起点型の剥離、早期剥離が発生する危険がある。早期剥離とは表面近傍で起こる白色組織変化を伴った剥離や、ころの転動方向とそれとは逆方向に表面近傍で亀裂が進展する剥離を指す。
また、一方向クラッチ内での水の存在状態によっては、各ころの転動面およびクラッチ用外輪の転走面と、一方向クラッチが取り付けられているシャフトに連接するクラッチ用内輪の転走面とが腐食しやすくなる。
【特許文献１】特開平１１−８２６８８号公報
【特許文献２】特開２０００−２３４６３８号公報
【特許文献３】特開２０００−２５３６２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、水の浸入を原因とする転走面での剥離を効果的に防止でき、長期耐久性に優れた一方向クラッチの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一方向クラッチは、クラッチ用外輪と、該外輪の内径面に設けられた複数個のころとを備え、出力部材に取り付けられてなる一方向クラッチにおいて、上記クラッチ用外輪の一方向トルクのみを上記ころを介して上記出力部材に伝達する一方向クラッチであって、上記複数個のころを設置したクラッチ内部空間内にグリースが封入されてなり、上記グリースは、非水系基油および増ちょう剤からなるベースグリースに、少なくとも水分散剤を含む添加剤を配合してなる耐水グリースであり、上記水分散剤の配合量は、上記耐水グリースの飽和水分量が 30 重量％〜60 重量％に設定される量であることを特徴とする。
【０００８】
上記水分散剤が界面活性剤であることを特徴とする。
また、上記非水系基油が鉱油、ポリ-α-オレフィン油およびアルキルジフェニルエーテル油から選ばれた少なくとも一つの油からなることを特徴とする。
また、上記増ちょう剤がウレア系化合物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一方向クラッチは、該クラッチに封入された耐水グリースが、非水系基油と、増ちょう剤とからなるベースグリースに、微小粒子としての水をグリース中に分散させることができる水分散剤を配合してなるので、クラッチに浸入してきた水を微粒子として分散させることができる。そのため、本クラッチの耐水グリース中に水が混入したとしても油膜形成の阻害を起こす水分の働きを抑制することができる。その結果、転走面における金属接触が抑制され、早期剥離を防止することができ、雨水や水溜りの跳ね上げなどにより水が浸入しやすい条件下において長期間耐久性の要求される一方向クラッチに好適に利用することができる。
錆止め作用についても、クラッチを構成する鋼と、塊状の水成分との接触を少なくできるため錆の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
水が浸入する危険のある箇所で使用される一方向クラッチの耐久性について検討した結果、グリース中に水を微粒子として分散させることができる水分散剤を配合することで飽和水分量を制御したグリースを封入した一方向クラッチは、水が浸入しても転がり接触部の潤滑性能が低下することなく持続することを見出した。これは飽和水分量を制御したグリースでは、浸入した水が微小な水粒子となってグリース中に均一に分散させられ、連続相であるグリースに閉じ込められるので、グリースが形成する油膜を破壊することができないため一方向クラッチの耐久性が向上するものと考えられる。本発明はこのような知見に基づくものである。
【００１１】
本発明の一方向クラッチを図１に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例に係る一方向クラッチの断面図である。この実施例は一方向クラッチ１２と転がり軸受１とを併用した利用形態である一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置９の例である。
この一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置９は、互いに同心に配置した一対の回転部材として、プーリ１１（外径側回転部材）と、出力部材に連結されたスリーブ１０（内径側回転部材）とを備える。そして、これらプーリ１１の内径面とスリーブ１０の外径面との間に、一対の転がり軸受１、１と一方向クラッチ１２とを設けている。
プーリ１１は、全体が円筒状に形成されており、その外径面の幅方向に関する断面形状を波形として、ポリＶベルトと呼ばれる環状ベルトの一部を掛け渡し自在としている。一方、スリーブ１０は、全体が円筒状に形成されており、オルタネータなどの補機の回転軸に嵌合固定して、この回転軸とともに回転自在である。そして、プーリ１１の内径面とスリーブ１０の外径面との間に位置する円筒状空間の軸方向両端部でこの一方向クラッチ１２を軸方向両側から挟む位置に転がり軸受１、１を設置するとともに、この円筒状空間の軸方向中間部に一方向クラッチ１２を設置している。
【００１２】
この一方向クラッチ１２は、プーリ１１がスリーブ１０に対し所定の相対速度で回転する場合にのみ、これらプーリ１１とスリーブ１０との間での回転力を自在に伝達する。また、この一方向クラッチ１２は、クラッチ用外輪１４と、クラッチ用内輪１３と、複数個のころ１５と、クラッチ用保持器１６と、ばね２１（図２参照）とから構成される。これらの中でクラッチ用外輪１４はプーリ１１の中間部内径面に、クラッチ用内輪１３はスリーブ１０の中間部外径面に、それぞれ締り嵌めで嵌合固定している。また、クラッチ用外輪１４の中間部内径面を単なる円筒面とし、かつ、クラッチ用内輪１３の外径面をカム面１７としている。すなわち、クラッチ用内輪１３の外径面の円周方向に等間隔に、それぞれがランプ部と呼ばれる複数の凹部１８を設けて、このクラッチ用内輪１３の外径面をカム面１７としている。
【００１３】
また、クラッチ用外輪１４の中間部内径面と、カム面１７との間に、複数個のころ１５と、これら各ころ１５を転動および円周方向に関する若干の変位に対応して支持する、クラッチ用保持器１６とを設けている。このクラッチ用保持器１６は、全体が合成樹脂製であり、その内周縁部をカム面１７の一部と係合させることにより、クラッチ用内輪１３よりも高速で回転しないようにしている。同時に、図示の例では、クラッチ用保持器１６の端部内径面に形成した凸部１９を、スリーブ１０の外径面に設けた段差面２０と、クラッチ用内輪１２の軸方向端面との間で挟持することにより、クラッチ用保持器１６の軸方向の位置決めを行なっている。
【００１４】
一方向クラッチの周方向断面図である図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、各ころ１５と、クラッチ用保持器１６との間には、これら各ころ１５を円周方向と同方向（各凹部１７が浅くなる方向）に押圧するための、ばね２１を設けている。各ころ１５の周囲に本発明に用いる耐水グリースが封入されている。
図２（ａ）に示すように、クラッチ用外輪１４がクラッチ用内輪１３に対して図中矢印（時計回り）方向に回転しようとすると、ばね２１のスプリング作用で、ころ１５はクラッチ用内輪１３の凹部１８のかみ合い位置に進み、クラッチ用内輪１３のカム面１７と、クラッチ用外輪１４の内径面とのくさび作用でクラッチ用内輪１３を駆動する。また、図２（ｂ）に示すように、クラッチ用外輪１４がクラッチ用内輪１３に対して図中矢印（反時計回り）方向に回転しようとすると、クラッチ用内輪１３はクラッチ用外輪１４に対して相対的に時計回り方向に回転することになり、ころ１５はクラッチ用内輪１２のカム面１７から離れ、クラッチ用外輪１４はクラッチ用内輪１３に対して空転する。
【００１５】
また、一対の転がり軸受１、１は、プーリ１１に加わるラジアル荷重を支承しつつ、スリーブ１０とプーリ１１との相対回転を自在とする。この様な各転がり軸受１、１として、図１においては、それぞれ深溝型の玉軸受を使用している。すなわち、これら各転がり軸受１、１はそれぞれ、深溝型の玉軸受の断面図である図３に詳細を示すとおり、外径面に深溝型の内輪転走面２ａを有し、スリーブ１０の両端部に嵌合固定した内輪２と、内径面に深溝型の外輪転走面３ａを有し、プーリ１１の両端部に嵌合固定した外輪３と、これら内輪転走面２ａと外輪転走面３ａとの間に保持器５により保持した状態で転動自在に設けられた複数個の玉４とから構成される。また、内輪２の外径面と外輪３の内径面との間に存在する、各玉４を設けた空間の両端開口部８ａ、８ｂは、それぞれシール部材６により密封されている。また、各玉４の周囲に本発明に用いる耐水グリース７が封入されている。
【００１６】
上述の構成の一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置９において、スリーブ１０はオルタネータなどの自動車用電装補機の回転軸の端部に嵌合固定されるとともに、プーリ１１の外径面は環状ベルトが掛け渡される。この環状ベルトはエンジンのクランクシャフトなどの端部に固定された駆動プーリに掛け渡され、この駆動プーリの回転により駆動する。このような状態で組み付けられる一方向クラッチ１２は、環状ベルトの走行速度が低下して行く場合には、これらプーリ１１と回転軸との相対回転を自在とし、反対に環状ベルトの走行速度が一定もしくは上昇して行く場合には、プーリ１１から回転軸への回転力の伝達を自在としている。この結果、クランクシャフトの回転角速度が変動した場合でも、プーリ１１と環状ベルトとが擦れ合うことを防止して、鳴きと呼ばれる異音の発生や摩耗による環状ベルトの寿命低下を防止するとともに、オルタネータの発電効率の低下を防止できる。
【００１７】
一方向クラッチを用いて、自動車用電装補機の電動モータとエンジンとのうちの一方が運転状態にあり、他方が停止状態にある場合に、この一方の回転軸からプーリ１１への回転力の伝達を自在にするとともに、他方の回転軸が回転しないようにすることができる。例えば、一方向クラッチを自動車用電装補機の電動モータおよびクランクシャフトの駆動軸の端部に装着することにより、エンジンのアイドルストップ時の補機駆動装置に利用することができる。
【００１８】
本発明の一方向クラッチとしては、軸受（または別のころ）と一方向クラッチとを組み合せた上述の併用型の形態の他、一方向クラッチにかかるラジアル荷重が小さい場合には軸受等を併用しない形態のもの等も使用することができる。
【００１９】
本発明に用いる耐水グリースは非水系基油および増ちょう剤からなるベースグリース中に、水を分散させることができる水分散剤を含む添加剤を配合して得られる耐水グリースであって、軸受に浸入してくる水に対し所定の親和性を有する。この親和性を示す数値を「飽和水分量」と呼び、下記式のように定義した。
飽和水分量（重量％）＝グリース中に分散可能な最大水分量×100／（グリース重量＋グリース中に分散可能な最大水分量）
本発明に用いる耐水グリースでは、水分散剤の配合量が上記式で表される該グリースの飽和水分量を 30〜60 重量％とできる量であり、好ましくは 40〜50 重量％の範囲である。この範囲であれば水分による油膜形成の阻害を抑制することができる。
飽和水分量が 30 重量％未満となる水分散剤の配合量では、水分を取り込みにくくなり、浸入した水は軸受内部で大きな水滴として存在し油膜形成を阻害する。また、60 重量％より大きい配合量であると軸受内部に多量の水分を保持しすぎてしまい、錆が発生する。
【００２０】
また、水分散剤の配合量は、グリース全体および水の合計量に対して、含水率 20 重量％のときに測定した水分散剤により分散している水の粒子径が 50μm 以下となる量であることが好ましい。50μm 以下の水滴であれば、耐水グリースによる油膜形成を水分が阻害することはない。好ましくは 30μm 以下、さらに好ましくは 5〜25μm の範囲である。50μm をこえると油膜形成を阻害し軸受寿命を極端に短くする。なお、本発明における水の粒子径とは、荷重 600 N 下でガラスプレート上に押し広げた含水率 20 重量％のベースグリース中に分散している水滴の直径を顕微鏡にて測定した数値である。
【００２１】
本発明において飽和水分量を制御することができる水分散剤としては、界面活性剤を使用できる。界面活性剤は、水が一方向クラッチ中に浸入しても、油膜切れや発錆を起こさないようにグリース中に水分を分散し水分を無害化させるために用いられる。グリースに浸入した水は界面活性剤により微小な水粒子となってグリース中に分散させられる。グリースは連続相として存在できるので、油膜切れが生じないと考えられる。
また、同様に連続相であるグリースに閉じ込められた不連続相である水粒子は一方向クラッチ本体を構成する鋼と接触する確率も極めて低く、低い確率で鋼に付着した水粒子も一方向クラッチ本体の回転に連動する転動体の回転によりすぐに連続相であるグリースに置換されるので鋼を発錆させることができないと考えられる。
【００２２】
本発明に使用できる界面活性剤は、連続相であるグリース中に水粒子を不連続相として捕捉し易いＷ／Ｏ（油相（グリース）中に水相が分散している状態）型の界面活性剤であり、界面活性剤の水と油とへの親和性の程度を表わすＨＬＢ（ Hydrophilic-Lipophilic Balance ）値が 5〜18 の範囲であることが好ましい。
【００２３】
本発明に用いる界面活性剤としては、具体的には、ポリアルキレングリコール系、カルボン酸アルキレングリコール系、カルボン酸ポリアルキレングリコール系等のグリコール系界面活性剤、カルボン酸グリセリン系、カルボン酸ポリオキシアルキルグリセリン系、カルボン酸グリセリル系等のグリセリン系界面活性剤、カルボン酸ポリグリセリル系、カルボン酸ポリオキシアルキレングリセリル系等のグリセリル系界面活性剤、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル系、カルボン酸ポリオキシアルキレンアルキルエーテル系等のエーテル系界面活性剤、カルボン酸ポリオキシアルキレンアルキルエーテルジエステル系、ソルビタンエステル系等のエステル系界面活性剤、ポリオキシアルキレン硬化ひまし油系、カルボン酸ポリオキシアルキレン硬化ひまし油系等のひまし油系界面活性剤、カルボン酸ポリオキシアルキレントリメチロールプロパン系界面活性剤、金属スルフォネート系界面活性剤、ソルビタンエステル系界面活性剤等が挙げられる。なお、これらの界面活性剤は、単独でも、２種以上を併用してもよい。
【００２４】
本発明では上記界面活性剤のなかで、金属スルフォネート系界面活性剤、カルボン酸ポリアルキレングリコール系界面活性剤またはソルビタンエステル系界面活性剤を用いることが好ましい。特に好ましくは、Ｃａスルフォネート、ステアリン酸ポリエチレングリコール、ソルビタンモノオレエート等である。
金属スルフォネート系界面活性剤、カルボン酸ポリアルキレングリコール系界面活性剤またはソルビタンエステル系界面活性剤は、下記配合量の範囲内において、飽和水分量を 30〜60 重量％の範囲内に制御することができる。
【００２５】
本発明に使用できる界面活性剤（水分散剤）の配合量は、上述したように該グリースの飽和水分量を 30〜60 重量％とできる量であり、具体的には非水系基油と増ちょう剤とからなるベースグリース 100 重量部に対して 0.4〜4 重量部であることが好ましい。より好ましくは、1〜4 重量部である。0.4 重量部未満の場合には飽和水分量を 30 重量％以上とすることができない場合があり、所期の効果を十分に得ることが困難になる。また、4 重量部をこえる場合には飽和水分量が 60 重量％をこえる場合が生じ、また、油膜形成率などの所期の効果が頭打ちになり、一方向クラッチ寿命などのグリース特性を低下させる。
【００２６】
本発明において使用できるＣａスルフォネートは、その塩基価が 50〜500 の範囲であることが好ましい。塩基価は、１分子中に含まれる塩基性物質の量を示し、添加剤が含有するＣａの量が多い場合に高い数値となる。塩基性のＣａスルフォネートは防錆性能を付与するだけではなく、極圧性能を付与することもできる。
例えば、本発明においてベースグリース 100 重量部に対し、Ｃａスルフォネートを 0.5〜2 重量部配合する場合には、塩基価が 50 未満のときには極圧性能が不十分となり、塩基価が 500 をこえても、それ以上の効果は望めない。
【００２７】
本発明において使用できるソルビタンモノオレエートは、非イオン性の界面活性剤であり、界面活性剤の水と油とへの親和性の程度を表わすＨＬＢ値が 9 前後を有し、親油性の性質を有する。該ソルビタンモノオレエートは、上記Ｃａスルフォネートと併用することが好ましい。
【００２８】
本発明において界面活性剤としてＣａスルフォネートとソルビタンモノオレエートとを併用する場合の配合量は、ベースグリース 100 重量部に対し、Ｃａスルフォネートを 0.5〜2 重量部、ソルビタンモノオレエートを 0.2〜1 重量部とすることが好ましい。
また、これらを単独で使用する場合は、Ｃａスルフォネートを 1.5〜4 重量部、ソルビタンモノオレエートを 0.4〜2 重量部配合することが好ましい。
両者を上記範囲内で併用することにより、耐水グリースの飽和水分量を 30〜60 重量％に制御することができる。また、油膜形成率などの所期の効果が頭打ちになり、軸受寿命などのグリース特性を低下させる等のおそれがない。
【００２９】
本発明に使用できる非水系基油は、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、高度精製鉱油、流動パラフィン油、フィッシャー・トロプシュ法により合成されたＧＴＬ油、ポリブテン油、ポリ-α-オレフィン（以下、ＰＡＯと記す）油、アルキルナフタレン油、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。これらの非水系基油は単独で、または 2 種類以上組み合せて用いることができる。
また、潤滑性能や価格を考慮すると、これらの非水系基油の中でも鉱油、ＰＡＯ油、アルキルジフェニルエーテル油を使用することが好ましい。
【００３０】
本発明に使用できる非水系基油は、室温で液状を示し、40℃における動粘度が 20〜200 mm2 /sec である。好ましくは、30〜120 mm2/sec である。20 mm2/sec 未満の場合は、短時間で非水系基油が劣化し、生成した劣化物が非水系基油全体の劣化を促進するため、一方向クラッチの耐久性を低下させ短寿命となる。また、200 mm2/sec をこえるとトルクの増加によるクラッチの温度上昇が大きくなるので好ましくない。
【００３１】
本発明においてベースグリース 100 重量部中に占める非水系基油の配合割合は、好ましくは 60〜99 重量部、さらに好ましくは 70〜95 重量部である。
非水系基油の配合割合が、60 重量部未満では、グリースが硬く低温時の潤滑性が悪い。また 99 重量部をこえると軟質で洩れ易くなる。
【００３２】
本発明において耐水グリース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。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。
【００３３】
ウレア系化合物は、例えば下記式（１）で表わされる。
【化１】
式中においてＲ2 は、炭素原子数 6〜15 の芳香族炭化水素基を、Ｒ1 およびＲ3 は、互いに同一であっても異なっていてもよく、それぞれ炭素原子数 6〜12 の芳香族炭化水素基または炭素原子数 6〜20 の脂環族炭化水素基およびまたは炭素原子数 6〜20 の脂肪族炭化水素基から選ばれた少なくとも一つの基を、それぞれ示す。
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。
【００３４】
式（１）で表され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、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、１,５-ナフチレンジイソシアネート、２,４-トリレンジイソシアネート、３,３-ジメチル-４,４-ビフェニレ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。
本発明においては、芳香族ジイソシアネートと、脂環族モノアミンおよび芳香族モノアミン、または芳香族モノアミン単体との反応で得られる脂環族−芳香族ウレア系化合物または芳香族ウレア系化合物が好ましい。特に好ましくは、脂環族モノアミンとしてシクロヘキシルアミンを、芳香族モノアミンとしてアニリンを併用する。
【００３５】
反応は、例えばモノアミン酸とジイソシアネート類を、70〜120℃程度の非水系基油中で十分に反応させた後、温度を上昇させ 120〜180℃で 1〜2 時間程度保持し、その後冷却し、ホモジナイザー、3 本ロールミル等を使用して均一化処理することによりなされ、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。
本発明においてベースグリース 100 重量部中に占める増ちょう剤の配合割合は、好ましくは 1〜40 重量部、さらに好ましくは 3〜25 重量部である。増ちょう剤の配合割合が 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 重量部をこえるとグリースが硬くなりすぎ、所期の効果が得られにくくなる。
【００３６】
本発明に用いる耐水グリースには、機能を損なわない範囲で、必要に応じて上記界面活性剤（水分散剤）以外の公知の添加剤を添加できる。添加剤としては、例えば、有機亜鉛化合物、有機モリブデン化合物などの極圧剤、アミン系、フェノール系、イオウ系化合物などの酸化防止剤、イオウ系、リン系化合物などの摩耗抑制剤、多価アルコールエステルなどの防錆剤、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、エステル、アルコールなどの油性剤、などが挙げられる。また、白色組織変化を伴う早期剥離を抑制する添加剤としてモリブデン酸塩、有機酸塩、アルミニウム、銅などの金属微粉末を配合することもできる。これらを単独または 2 種類以上組み合せて添加できる。
【００３７】
本発明に用いる耐水グリースには、上記添加剤のなかでも、極圧性能を付与するための極圧剤と、酸化劣化を抑制するための酸化防止剤とを配合することが好ましい。極圧剤としては亜鉛ジチオフォスフェートを、酸化防止剤としてはアミン系酸化防止剤を用いることが特に好ましい。
【００３８】
亜鉛ジチオフォスフェートとしては、例えば下記式（２）で表わされる亜鉛ジアルキルジチオフォスフェートが挙げられ、グリースの極圧性能を付与するために配合するものである。
【化２】
式中においてＲ は、アルキル基を示す。アルキル基としては、一級アルキル基、二級アルキル基およびアリール基が挙げられるが、水に対する安定性や摩耗防止性等のバランスのよい二級アルキル基を用いることが好ましい。
【００３９】
亜鉛ジチオフォスフェートの配合量は、ベースグリース 100 重量部に対して 0.5〜2.0 重量部を配合することが好ましい。最も好ましくは、ベースグリース 100 重量部に対して 2.0 重量部である。0.5 重量部未満のときは極圧性能が不十分となり、所期の効果を十分に得ることが困難になり、また、2.0 重量部をこえて添加しても、それ以上の効果を得ることはできない。
【００４０】
アミン系酸化防止剤としては、例えば、フェニル-１-ナフチルアミン、フェニル-２-ナフチルアミン、ジフェニル-ｐ-フェニレンジアミン、ジピリジルアミン、フェノチアジン、Ｎ-メチルフェノチアジン、Ｎ-エチルフェノチアジン、３，７-ジオクチルフェノチアジン、ｐ，ｐ'-ジオクチルジフェニルアミン、Ｎ，Ｎ'-ジイソプロピル-ｐ-フェニレンジアミン等が挙げられる。
アミン系酸化防止剤の配合量は、ベースグリース 100 重量部に対して 0.5〜2.0 重量部を配合することが好ましい。0.5 重量部未満のときは酸化防止性能が不十分となり、所期の効果を十分に得ることが困難になり、また、2.0 重量部をこえて添加してもそれ以上の効果は望めない。最も好ましくは、ベースグリース 100 重量部に対して 1 重量部である。
【実施例】
【００４１】
本発明を実施例および比較例により具体的に説明するが、これらの例によって何ら限定されるものではない。
実施例１〜実施例５、実施例８〜実施例１３、および比較例１〜比較例６
非水系基油である鉱油に、増ちょう剤としてウレア化合物を均一に分散させた鉱油／ウレア系ベースグリース（ＪＩＳちょう度Ｎｏ．２グレード、ちょう度：265〜295 ）を準備した。
鉱油（新日本石油社製タービン１００、40℃での動粘度：100 mm2/sec ）2000 g 中で、ジフェニルメタン-４,４'-ジイソシアネー卜 231.7 g と、アニリン 86.2 g と、シクロヘキシルアミン 91.7 g とを反応させ、生成したウレア化合物を均一に分散させてベースグリースを得た。このベースグリースに、表１に示す配合で添加剤を配合して試験用グリースを得た。
【００４２】
得られた試験用グリースにつき、以下に記す油膜形成率試験、軸受寿命試験および飽和水分量測定に供し、油膜形成率、軸受寿命時間、飽和水分量および錆の発生有無を測定した。結果を表１に併記する。
【００４３】
＜油膜形成率試験＞
使用軸受：アンギュラ玉軸受７００６ＡＤＬＬＢ（外輪：Ｓ５３Ｃ、内輪：ＳＵＪ２）を用いて、本発明の一方向クラッチに用いる耐水グリースの評価をした。
試験条件：得られた試験用グリースをアンギュラ玉軸受７００６ＡＤＬＬＢに 1.0 g 封入し、ラジアル荷重 8000 N 、アキシャル荷重 3000 N 、軸受回転数 1000 rpm にて回転させた状態で、注水量 1.0 ml／時間で 10 時間、注水したときの試験用グリースの油膜形成率を測定した。油膜形成率は電気抵抗法で測定した。
【００４４】
＜軸受寿命試験＞
使用軸受：アンギュラ玉軸受７００６ＡＤＬＬＢ（外輪 Ｓ５３Ｃ、内輪ＳＵＪ２）を用いて、本発明の一方向クラッチに用いる耐水グリースの評価をした。
試験条件：得られた試験用グリースをアンギュラ玉軸受７００６ＡＤＬＬＢに 1.0 g 封入し、ラジアル荷重 8000 N 、アキシャル荷重 3000 N 、軸受回転数 1000 rpm にて回転させた状態で、注水量 1.0 ml／時間で注水したときの軸受寿命を測定した。軸受寿命は外輪転動面、内輪転動面、鋼球のいずれか１つが損傷し振動が大きくなるまでの時間を軸受寿命とした。
【００４５】
＜飽和水分量測定＞
一定量を量り採った試験用グリースに水の混入割合を 5 重量％ずつ変化させて加え、ミクロスパーテルを用いて手動で撹拌し、加えた水を分散できた最大の水分量を求め、以下の式を用いて飽和水分量を算出した。分散できたかどうかは、試験用グリースをガラスプレートに採取し、厚さ 0.025 mm のスペーサシムをガラスプレートの両端に置き、その上から別のガラスプレートで挟み、ガラスプレート全体に 600 N の荷重を均一に負荷して、試験用グリースを広げ顕微鏡で観察したとき、グリース内に存在する最も大きい水滴の粒子径が 50μm 以下であるときを、分散できているとした。
飽和水分量（重量％）＝グリース中へ分散可能な最大水分量×100／（試験用グリース重量＋グリース中へ分散可能な最大水分量）
【００４６】
実施例６
反応容器中で、ＰＡＯ油（新日鉄化学社製シンフルード８０１：40℃での動粘度：46 mm2/sec ）1600 g 中で、ジフェニルメタン-４,４'-ジイソシアネー卜 231.7 g と、アニリン 86.2 g と、シクロヘキシルアミン 91.7 g とを反応させ、生成したウレア化合物を均一に分散させてベースグリースを得た。このベースグリースに、表１に示す配合で添加剤を配合して試験用グリースを得た。得られた試験用グリースにつき実施例１同様の項目を測定した。結果を表１に併記する。
【００４７】
実施例７
反応容器中で、アルキルジフェニルエーテル油（松村石油社製ＬＢ１００、40℃での動粘度：100 mm2/sec ）1850 g 中で、ジフェニルメタン-４,４'-ジイソシアネー卜 231.7 g と、アニリン 86.2 g と、シクロヘキシルアミン 91.7 g とを反応させ、生成したウレア化合物を均一に分散させてベースグリースを得た。このベースグリースに、表１に示す配合で添加剤を配合して試験用グリースを得た。得られた試験用グリースにつき実施例１同様の項目を測定した。結果を表１に併記する。
【００４８】
【表１】
【００４９】
表１に示すとおり、飽和水分量が 30〜60 重量％の領域（特に 40〜50 重量％）で、高い油膜形成率となる。
水が混入した場合、飽和水分量が 30 重量％未満のグリースや 60 重量％をこえるグリースでは油膜の形成が損なわれるため金属接触を起こすことや、錆が発生する。30〜60 重量％では油膜を形成できるため金属接触を起こす危険性は少ないため寿命も長く、さらに錆の発生を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の一方向クラッチは、非水系基油と、増ちょう剤とからなるベースグリースに、水をグリース中に分散させることができる水分散剤を配合して該グリースの飽和水分量が 30〜60 重量％に制御されている耐水グリースを封入してなるので、運転時にグリース中に水が混入したとしてもグリースの油膜形成の阻害を起こす水分の働きを抑制することができ、早期剥離を抑えることができ、潤滑条件が過酷になっても長寿命を得ることができる。そのため、水浸入の可能性がある環境下で、耐摩耗性とともに、長期間耐久性の要求される自動車用電装補機等に使用される一方向クラッチとして好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施例に係る一方向クラッチの断面図である。
【図２】一方向クラッチの周方向断面図である。
【図３】転がり軸受の断面図である
【符号の説明】
【００５２】
１ 深溝玉軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体
５ 保持器
６ シール部材
７ 耐水グリース
８ａ、８ｂ 開口部
９ 一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置
１０ スリーブ
１１ プーリ
１２ 一方向クラッチ
１３ クラッチ用内輪
１４ クラッチ用外輪
１５ ころ
１６ クラッチ用保持器
１７ カム面
１８ 凹部
１９ 凸部
２０ 段差面
２１ ばね
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方向クラッチは、入力部材の一方向のトルクのみを出力部材に伝達する一方向クラッチに関し、特に該装置に封入する耐水グリースに特徴を有するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型軽量化を目的としたＦＦ（フロントエンジン・フロント駆動）車の普及により、また、さらに居住空間の拡大により、自動車はエンジンルームの縮小を余儀なくされつつある。このため、自動車用電装補機は小型軽量化が一層進められるとともに、高性能、高出力のものがますます求められている。
一方向クラッチを介して作動する代表的な自動車用電装補機として、エンジン温度に対応した最適な送風を行なうファンカップリング装置やエンジンの回転をベルトで受けて発電し、車両の電気負荷に電力を供給するとともに、バッテリーを充電するオルタネータなどがある。これらはエンジンが所定の出力状態にあるときのみ繋がる一方向クラッチを介してエンジンの回転トルクを効率よく利用するために用いられるものである。自動車用電装補機に装着される一方向クラッチは、エンジン出力軸への着脱が頻繁に繰り返され、エンジン出力軸と繋がるときの回転速度が高いために、負荷荷重、発生する熱および振動などが大きくなるなど、自動車の高性能化・高出力化に伴って、使用条件が厳しくなっている。
【０００３】
このように一方向クラッチの使用条件が厳しくなると、一方向クラッチのオーバーラン時に、一方向クラッチの各ころの転動面およびクラッチ用外輪の転走面と、一方向クラッチが取り付けられているシャフトに連接するクラッチ用内輪の転走面とに、白色組織変化を伴った剥離が生じやすくなる。このため、各ころを設置した空間内に封入するグリースとして、剥離の発生を防止できるものを使用することが望まれている。
従来、一方向クラッチにおいて、エーテル油を基油としたグリースを使用するもの（特許文献１参照）、圧力粘度係数が所定値以上であるグリースを使用するもの（特許文献２参照）、または、40℃での動粘度が 60 mm2/sec 以下の合成油を基油としたグリースを使用するもの（特許文献３参照）などが知られている。
【０００４】
また、これらの一方向クラッチは、オルタネータなどの自動車用電装補機に装着され、エンジンルーム内に配置されている。エンジンルームは冷却性などの理由により完全には密閉されておらず、自動車の走行時、雨水や水溜りの跳ね上げなどにより水が浸入する。このため一方向クラッチではシール機構を設け、外部からの塵埃の侵入やグリースの漏洩を防いでいるが、水の浸入を完全に防ぐことは困難である。特に昨今は低燃費への要求から、回転トルクを低減するためシールの緊迫力を低下させる傾向にあり、水が浸入しやすい環境となっている。
【０００５】
一方向クラッチの各ころを設置した空間内に水が浸入すると、上述のようなグリースを用いた場合でも以下のことが問題となる。水滴が負荷域に浸入した場合、油膜が途切れ潤滑性の面で不利である。油膜が途切れることにより金属接触が起こり、一方向クラッチの各ころの転走面等において摩耗、表面起点型の剥離、早期剥離が発生する危険がある。早期剥離とは表面近傍で起こる白色組織変化を伴った剥離や、ころの転動方向とそれとは逆方向に表面近傍で亀裂が進展する剥離を指す。
また、一方向クラッチ内での水の存在状態によっては、各ころの転動面およびクラッチ用外輪の転走面と、一方向クラッチが取り付けられているシャフトに連接するクラッチ用内輪の転走面とが腐食しやすくなる。
【特許文献１】特開平１１−８２６８８号公報
【特許文献２】特開２０００−２３４６３８号公報
【特許文献３】特開２０００−２５３６２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、水の浸入を原因とする転走面での剥離を効果的に防止でき、長期耐久性に優れた一方向クラッチの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一方向クラッチは、クラッチ用外輪と、該外輪の内径面に設けられた複数個のころとを備え、出力部材に取り付けられてなる一方向クラッチにおいて、上記クラッチ用外輪の一方向トルクのみを上記ころを介して上記出力部材に伝達する一方向クラッチであって、上記複数個のころを設置したクラッチ内部空間内にグリースが封入されてなり、上記グリースは、非水系基油および増ちょう剤からなるベースグリースに、少なくとも水分散剤を含む添加剤を配合してなる耐水グリースであり、上記水分散剤の配合量は、上記耐水グリースの飽和水分量が 30 重量％〜60 重量％に設定される量であることを特徴とする。
【０００８】
上記水分散剤が界面活性剤であることを特徴とする。
また、上記非水系基油が鉱油、ポリ-α-オレフィン油およびアルキルジフェニルエーテル油から選ばれた少なくとも一つの油からなることを特徴とする。
また、上記増ちょう剤がウレア系化合物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一方向クラッチは、該クラッチに封入された耐水グリースが、非水系基油と、増ちょう剤とからなるベースグリースに、微小粒子としての水をグリース中に分散させることができる水分散剤を配合してなるので、クラッチに浸入してきた水を微粒子として分散させることができる。そのため、本クラッチの耐水グリース中に水が混入したとしても油膜形成の阻害を起こす水分の働きを抑制することができる。その結果、転走面における金属接触が抑制され、早期剥離を防止することができ、雨水や水溜りの跳ね上げなどにより水が浸入しやすい条件下において長期間耐久性の要求される一方向クラッチに好適に利用することができる。
錆止め作用についても、クラッチを構成する鋼と、塊状の水成分との接触を少なくできるため錆の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
水が浸入する危険のある箇所で使用される一方向クラッチの耐久性について検討した結果、グリース中に水を微粒子として分散させることができる水分散剤を配合することで飽和水分量を制御したグリースを封入した一方向クラッチは、水が浸入しても転がり接触部の潤滑性能が低下することなく持続することを見出した。これは飽和水分量を制御したグリースでは、浸入した水が微小な水粒子となってグリース中に均一に分散させられ、連続相であるグリースに閉じ込められるので、グリースが形成する油膜を破壊することができないため一方向クラッチの耐久性が向上するものと考えられる。本発明はこのような知見に基づくものである。
【００１１】
本発明の一方向クラッチを図１に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例に係る一方向クラッチの断面図である。この実施例は一方向クラッチ１２と転がり軸受１とを併用した利用形態である一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置９の例である。
この一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置９は、互いに同心に配置した一対の回転部材として、プーリ１１（外径側回転部材）と、出力部材に連結されたスリーブ１０（内径側回転部材）とを備える。そして、これらプーリ１１の内径面とスリーブ１０の外径面との間に、一対の転がり軸受１、１と一方向クラッチ１２とを設けている。
プーリ１１は、全体が円筒状に形成されており、その外径面の幅方向に関する断面形状を波形として、ポリＶベルトと呼ばれる環状ベルトの一部を掛け渡し自在としている。一方、スリーブ１０は、全体が円筒状に形成されており、オルタネータなどの補機の回転軸に嵌合固定して、この回転軸とともに回転自在である。そして、プーリ１１の内径面とスリーブ１０の外径面との間に位置する円筒状空間の軸方向両端部でこの一方向クラッチ１２を軸方向両側から挟む位置に転がり軸受１、１を設置するとともに、この円筒状空間の軸方向中間部に一方向クラッチ１２を設置している。
【００１２】
この一方向クラッチ１２は、プーリ１１がスリーブ１０に対し所定の相対速度で回転する場合にのみ、これらプーリ１１とスリーブ１０との間での回転力を自在に伝達する。また、この一方向クラッチ１２は、クラッチ用外輪１４と、クラッチ用内輪１３と、複数個のころ１５と、クラッチ用保持器１６と、ばね２１（図２参照）とから構成される。これらの中でクラッチ用外輪１４はプーリ１１の中間部内径面に、クラッチ用内輪１３はスリーブ１０の中間部外径面に、それぞれ締り嵌めで嵌合固定している。また、クラッチ用外輪１４の中間部内径面を単なる円筒面とし、かつ、クラッチ用内輪１３の外径面をカム面１７としている。すなわち、クラッチ用内輪１３の外径面の円周方向に等間隔に、それぞれがランプ部と呼ばれる複数の凹部１８を設けて、このクラッチ用内輪１３の外径面をカム面１７としている。
【００１３】
また、クラッチ用外輪１４の中間部内径面と、カム面１７との間に、複数個のころ１５と、これら各ころ１５を転動および円周方向に関する若干の変位に対応して支持する、クラッチ用保持器１６とを設けている。このクラッチ用保持器１６は、全体が合成樹脂製であり、その内周縁部をカム面１７の一部と係合させることにより、クラッチ用内輪１３よりも高速で回転しないようにしている。同時に、図示の例では、クラッチ用保持器１６の端部内径面に形成した凸部１９を、スリーブ１０の外径面に設けた段差面２０と、クラッチ用内輪１２の軸方向端面との間で挟持することにより、クラッチ用保持器１６の軸方向の位置決めを行なっている。
【００１４】
一方向クラッチの周方向断面図である図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、各ころ１５と、クラッチ用保持器１６との間には、これら各ころ１５を円周方向と同方向（各凹部１７が浅くなる方向）に押圧するための、ばね２１を設けている。各ころ１５の周囲に本発明に用いる耐水グリースが封入されている。
図２（ａ）に示すように、クラッチ用外輪１４がクラッチ用内輪１３に対して図中矢印（時計回り）方向に回転しようとすると、ばね２１のスプリング作用で、ころ１５はクラッチ用内輪１３の凹部１８のかみ合い位置に進み、クラッチ用内輪１３のカム面１７と、クラッチ用外輪１４の内径面とのくさび作用でクラッチ用内輪１３を駆動する。また、図２（ｂ）に示すように、クラッチ用外輪１４がクラッチ用内輪１３に対して図中矢印（反時計回り）方向に回転しようとすると、クラッチ用内輪１３はクラッチ用外輪１４に対して相対的に時計回り方向に回転することになり、ころ１５はクラッチ用内輪１２のカム面１７から離れ、クラッチ用外輪１４はクラッチ用内輪１３に対して空転する。
【００１５】
また、一対の転がり軸受１、１は、プーリ１１に加わるラジアル荷重を支承しつつ、スリーブ１０とプーリ１１との相対回転を自在とする。この様な各転がり軸受１、１として、図１においては、それぞれ深溝型の玉軸受を使用している。すなわち、これら各転がり軸受１、１はそれぞれ、深溝型の玉軸受の断面図である図３に詳細を示すとおり、外径面に深溝型の内輪転走面２ａを有し、スリーブ１０の両端部に嵌合固定した内輪２と、内径面に深溝型の外輪転走面３ａを有し、プーリ１１の両端部に嵌合固定した外輪３と、これら内輪転走面２ａと外輪転走面３ａとの間に保持器５により保持した状態で転動自在に設けられた複数個の玉４とから構成される。また、内輪２の外径面と外輪３の内径面との間に存在する、各玉４を設けた空間の両端開口部８ａ、８ｂは、それぞれシール部材６により密封されている。また、各玉４の周囲に本発明に用いる耐水グリース７が封入されている。
【００１６】
上述の構成の一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置９において、スリーブ１０はオルタネータなどの自動車用電装補機の回転軸の端部に嵌合固定されるとともに、プーリ１１の外径面は環状ベルトが掛け渡される。この環状ベルトはエンジンのクランクシャフトなどの端部に固定された駆動プーリに掛け渡され、この駆動プーリの回転により駆動する。このような状態で組み付けられる一方向クラッチ１２は、環状ベルトの走行速度が低下して行く場合には、これらプーリ１１と回転軸との相対回転を自在とし、反対に環状ベルトの走行速度が一定もしくは上昇して行く場合には、プーリ１１から回転軸への回転力の伝達を自在としている。この結果、クランクシャフトの回転角速度が変動した場合でも、プーリ１１と環状ベルトとが擦れ合うことを防止して、鳴きと呼ばれる異音の発生や摩耗による環状ベルトの寿命低下を防止するとともに、オルタネータの発電効率の低下を防止できる。
【００１７】
一方向クラッチを用いて、自動車用電装補機の電動モータとエンジンとのうちの一方が運転状態にあり、他方が停止状態にある場合に、この一方の回転軸からプーリ１１への回転力の伝達を自在にするとともに、他方の回転軸が回転しないようにすることができる。例えば、一方向クラッチを自動車用電装補機の電動モータおよびクランクシャフトの駆動軸の端部に装着することにより、エンジンのアイドルストップ時の補機駆動装置に利用することができる。
【００１８】
本発明の一方向クラッチとしては、軸受（または別のころ）と一方向クラッチとを組み合せた上述の併用型の形態の他、一方向クラッチにかかるラジアル荷重が小さい場合には軸受等を併用しない形態のもの等も使用することができる。
【００１９】
本発明に用いる耐水グリースは非水系基油および増ちょう剤からなるベースグリース中に、水を分散させることができる水分散剤を含む添加剤を配合して得られる耐水グリースであって、軸受に浸入してくる水に対し所定の親和性を有する。この親和性を示す数値を「飽和水分量」と呼び、下記式のように定義した。
飽和水分量（重量％）＝グリース中に分散可能な最大水分量×100／（グリース重量＋グリース中に分散可能な最大水分量）
本発明に用いる耐水グリースでは、水分散剤の配合量が上記式で表される該グリースの飽和水分量を 30〜60 重量％とできる量であり、好ましくは 40〜50 重量％の範囲である。この範囲であれば水分による油膜形成の阻害を抑制することができる。
飽和水分量が 30 重量％未満となる水分散剤の配合量では、水分を取り込みにくくなり、浸入した水は軸受内部で大きな水滴として存在し油膜形成を阻害する。また、60 重量％より大きい配合量であると軸受内部に多量の水分を保持しすぎてしまい、錆が発生する。
【００２０】
また、水分散剤の配合量は、グリース全体および水の合計量に対して、含水率 20 重量％のときに測定した水分散剤により分散している水の粒子径が 50μm 以下となる量であることが好ましい。50μm 以下の水滴であれば、耐水グリースによる油膜形成を水分が阻害することはない。好ましくは 30μm 以下、さらに好ましくは 5〜25μm の範囲である。50μm をこえると油膜形成を阻害し軸受寿命を極端に短くする。なお、本発明における水の粒子径とは、荷重 600 N 下でガラスプレート上に押し広げた含水率 20 重量％のベースグリース中に分散している水滴の直径を顕微鏡にて測定した数値である。
【００２１】
本発明において飽和水分量を制御することができる水分散剤としては、界面活性剤を使用できる。界面活性剤は、水が一方向クラッチ中に浸入しても、油膜切れや発錆を起こさないようにグリース中に水分を分散し水分を無害化させるために用いられる。グリースに浸入した水は界面活性剤により微小な水粒子となってグリース中に分散させられる。グリースは連続相として存在できるので、油膜切れが生じないと考えられる。
また、同様に連続相であるグリースに閉じ込められた不連続相である水粒子は一方向クラッチ本体を構成する鋼と接触する確率も極めて低く、低い確率で鋼に付着した水粒子も一方向クラッチ本体の回転に連動する転動体の回転によりすぐに連続相であるグリースに置換されるので鋼を発錆させることができないと考えられる。
【００２２】
本発明に使用できる界面活性剤は、連続相であるグリース中に水粒子を不連続相として捕捉し易いＷ／Ｏ（油相（グリース）中に水相が分散している状態）型の界面活性剤であり、界面活性剤の水と油とへの親和性の程度を表わすＨＬＢ（ Hydrophilic-Lipophilic Balance ）値が 5〜18 の範囲であることが好ましい。
【００２３】
本発明に用いる界面活性剤としては、具体的には、ポリアルキレングリコール系、カルボン酸アルキレングリコール系、カルボン酸ポリアルキレングリコール系等のグリコール系界面活性剤、カルボン酸グリセリン系、カルボン酸ポリオキシアルキルグリセリン系、カルボン酸グリセリル系等のグリセリン系界面活性剤、カルボン酸ポリグリセリル系、カルボン酸ポリオキシアルキレングリセリル系等のグリセリル系界面活性剤、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル系、カルボン酸ポリオキシアルキレンアルキルエーテル系等のエーテル系界面活性剤、カルボン酸ポリオキシアルキレンアルキルエーテルジエステル系、ソルビタンエステル系等のエステル系界面活性剤、ポリオキシアルキレン硬化ひまし油系、カルボン酸ポリオキシアルキレン硬化ひまし油系等のひまし油系界面活性剤、カルボン酸ポリオキシアルキレントリメチロールプロパン系界面活性剤、金属スルフォネート系界面活性剤、ソルビタンエステル系界面活性剤等が挙げられる。なお、これらの界面活性剤は、単独でも、２種以上を併用してもよい。
【００２４】
本発明では上記界面活性剤のなかで、金属スルフォネート系界面活性剤、カルボン酸ポリアルキレングリコール系界面活性剤またはソルビタンエステル系界面活性剤を用いることが好ましい。特に好ましくは、Ｃａスルフォネート、ステアリン酸ポリエチレングリコール、ソルビタンモノオレエート等である。
金属スルフォネート系界面活性剤、カルボン酸ポリアルキレングリコール系界面活性剤またはソルビタンエステル系界面活性剤は、下記配合量の範囲内において、飽和水分量を 30〜60 重量％の範囲内に制御することができる。
【００２５】
本発明に使用できる界面活性剤（水分散剤）の配合量は、上述したように該グリースの飽和水分量を 30〜60 重量％とできる量であり、具体的には非水系基油と増ちょう剤とからなるベースグリース 100 重量部に対して 0.4〜4 重量部であることが好ましい。より好ましくは、1〜4 重量部である。0.4 重量部未満の場合には飽和水分量を 30 重量％以上とすることができない場合があり、所期の効果を十分に得ることが困難になる。また、4 重量部をこえる場合には飽和水分量が 60 重量％をこえる場合が生じ、また、油膜形成率などの所期の効果が頭打ちになり、一方向クラッチ寿命などのグリース特性を低下させる。
【００２６】
本発明において使用できるＣａスルフォネートは、その塩基価が 50〜500 の範囲であることが好ましい。塩基価は、１分子中に含まれる塩基性物質の量を示し、添加剤が含有するＣａの量が多い場合に高い数値となる。塩基性のＣａスルフォネートは防錆性能を付与するだけではなく、極圧性能を付与することもできる。
例えば、本発明においてベースグリース 100 重量部に対し、Ｃａスルフォネートを 0.5〜2 重量部配合する場合には、塩基価が 50 未満のときには極圧性能が不十分となり、塩基価が 500 をこえても、それ以上の効果は望めない。
【００２７】
本発明において使用できるソルビタンモノオレエートは、非イオン性の界面活性剤であり、界面活性剤の水と油とへの親和性の程度を表わすＨＬＢ値が 9 前後を有し、親油性の性質を有する。該ソルビタンモノオレエートは、上記Ｃａスルフォネートと併用することが好ましい。
【００２８】
本発明において界面活性剤としてＣａスルフォネートとソルビタンモノオレエートとを併用する場合の配合量は、ベースグリース 100 重量部に対し、Ｃａスルフォネートを 0.5〜2 重量部、ソルビタンモノオレエートを 0.2〜1 重量部とすることが好ましい。
また、これらを単独で使用する場合は、Ｃａスルフォネートを 1.5〜4 重量部、ソルビタンモノオレエートを 0.4〜2 重量部配合することが好ましい。
両者を上記範囲内で併用することにより、耐水グリースの飽和水分量を 30〜60 重量％に制御することができる。また、油膜形成率などの所期の効果が頭打ちになり、軸受寿命などのグリース特性を低下させる等のおそれがない。
【００２９】
本発明に使用できる非水系基油は、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、高度精製鉱油、流動パラフィン油、フィッシャー・トロプシュ法により合成されたＧＴＬ油、ポリブテン油、ポリ-α-オレフィン（以下、ＰＡＯと記す）油、アルキルナフタレン油、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。これらの非水系基油は単独で、または 2 種類以上組み合せて用いることができる。
また、潤滑性能や価格を考慮すると、これらの非水系基油の中でも鉱油、ＰＡＯ油、アルキルジフェニルエーテル油を使用することが好ましい。
【００３０】
本発明に使用できる非水系基油は、室温で液状を示し、40℃における動粘度が 20〜200 mm2 /sec である。好ましくは、30〜120 mm2/sec である。20 mm2/sec 未満の場合は、短時間で非水系基油が劣化し、生成した劣化物が非水系基油全体の劣化を促進するため、一方向クラッチの耐久性を低下させ短寿命となる。また、200 mm2/sec をこえるとトルクの増加によるクラッチの温度上昇が大きくなるので好ましくない。
【００３１】
本発明においてベースグリース 100 重量部中に占める非水系基油の配合割合は、好ましくは 60〜99 重量部、さらに好ましくは 70〜95 重量部である。
非水系基油の配合割合が、60 重量部未満では、グリースが硬く低温時の潤滑性が悪い。また 99 重量部をこえると軟質で洩れ易くなる。
【００３２】
本発明において耐水グリース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。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。
【００３３】
ウレア系化合物は、例えば下記式（１）で表わされる。
【化１】
式中においてＲ2 は、炭素原子数 6〜15 の芳香族炭化水素基を、Ｒ1 およびＲ3 は、互いに同一であっても異なっていてもよく、それぞれ炭素原子数 6〜12 の芳香族炭化水素基または炭素原子数 6〜20 の脂環族炭化水素基およびまたは炭素原子数 6〜20 の脂肪族炭化水素基から選ばれた少なくとも一つの基を、それぞれ示す。
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。
【００３４】
式（１）で表され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、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、１,５-ナフチレンジイソシアネート、２,４-トリレンジイソシアネート、３,３-ジメチル-４,４-ビフェニレ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。
本発明においては、芳香族ジイソシアネートと、脂環族モノアミンおよび芳香族モノアミン、または芳香族モノアミン単体との反応で得られる脂環族−芳香族ウレア系化合物または芳香族ウレア系化合物が好ましい。特に好ましくは、脂環族モノアミンとしてシクロヘキシルアミンを、芳香族モノアミンとしてアニリンを併用する。
【００３５】
反応は、例えばモノアミン酸とジイソシアネート類を、70〜120℃程度の非水系基油中で十分に反応させた後、温度を上昇させ 120〜180℃で 1〜2 時間程度保持し、その後冷却し、ホモジナイザー、3 本ロールミル等を使用して均一化処理することによりなされ、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。
本発明においてベースグリース 100 重量部中に占める増ちょう剤の配合割合は、好ましくは 1〜40 重量部、さらに好ましくは 3〜25 重量部である。増ちょう剤の配合割合が 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 重量部をこえるとグリースが硬くなりすぎ、所期の効果が得られにくくなる。
【００３６】
本発明に用いる耐水グリースには、機能を損なわない範囲で、必要に応じて上記界面活性剤（水分散剤）以外の公知の添加剤を添加できる。添加剤としては、例えば、有機亜鉛化合物、有機モリブデン化合物などの極圧剤、アミン系、フェノール系、イオウ系化合物などの酸化防止剤、イオウ系、リン系化合物などの摩耗抑制剤、多価アルコールエステルなどの防錆剤、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、エステル、アルコールなどの油性剤、などが挙げられる。また、白色組織変化を伴う早期剥離を抑制する添加剤としてモリブデン酸塩、有機酸塩、アルミニウム、銅などの金属微粉末を配合することもできる。これらを単独または 2 種類以上組み合せて添加できる。
【００３７】
本発明に用いる耐水グリースには、上記添加剤のなかでも、極圧性能を付与するための極圧剤と、酸化劣化を抑制するための酸化防止剤とを配合することが好ましい。極圧剤としては亜鉛ジチオフォスフェートを、酸化防止剤としてはアミン系酸化防止剤を用いることが特に好ましい。
【００３８】
亜鉛ジチオフォスフェートとしては、例えば下記式（２）で表わされる亜鉛ジアルキルジチオフォスフェートが挙げられ、グリースの極圧性能を付与するために配合するものである。
【化２】
式中においてＲ は、アルキル基を示す。アルキル基としては、一級アルキル基、二級アルキル基およびアリール基が挙げられるが、水に対する安定性や摩耗防止性等のバランスのよい二級アルキル基を用いることが好ましい。
【００３９】
亜鉛ジチオフォスフェートの配合量は、ベースグリース 100 重量部に対して 0.5〜2.0 重量部を配合することが好ましい。最も好ましくは、ベースグリース 100 重量部に対して 2.0 重量部である。0.5 重量部未満のときは極圧性能が不十分となり、所期の効果を十分に得ることが困難になり、また、2.0 重量部をこえて添加しても、それ以上の効果を得ることはできない。
【００４０】
アミン系酸化防止剤としては、例えば、フェニル-１-ナフチルアミン、フェニル-２-ナフチルアミン、ジフェニル-ｐ-フェニレンジアミン、ジピリジルアミン、フェノチアジン、Ｎ-メチルフェノチアジン、Ｎ-エチルフェノチアジン、３，７-ジオクチルフェノチアジン、ｐ，ｐ'-ジオクチルジフェニルアミン、Ｎ，Ｎ'-ジイソプロピル-ｐ-フェニレンジアミン等が挙げられる。
アミン系酸化防止剤の配合量は、ベースグリース 100 重量部に対して 0.5〜2.0 重量部を配合することが好ましい。0.5 重量部未満のときは酸化防止性能が不十分となり、所期の効果を十分に得ることが困難になり、また、2.0 重量部をこえて添加してもそれ以上の効果は望めない。最も好ましくは、ベースグリース 100 重量部に対して 1 重量部である。
【実施例】
【００４１】
本発明を実施例および比較例により具体的に説明するが、これらの例によって何ら限定されるものではない。
実施例１〜実施例５、実施例８〜実施例１３、および比較例１〜比較例６
非水系基油である鉱油に、増ちょう剤としてウレア化合物を均一に分散させた鉱油／ウレア系ベースグリース（ＪＩＳちょう度Ｎｏ．２グレード、ちょう度：265〜295 ）を準備した。
鉱油（新日本石油社製タービン１００、40℃での動粘度：100 mm2/sec ）2000 g 中で、ジフェニルメタン-４,４'-ジイソシアネー卜 231.7 g と、アニリン 86.2 g と、シクロヘキシルアミン 91.7 g とを反応させ、生成したウレア化合物を均一に分散させてベースグリースを得た。このベースグリースに、表１に示す配合で添加剤を配合して試験用グリースを得た。
【００４２】
得られた試験用グリースにつき、以下に記す油膜形成率試験、軸受寿命試験および飽和水分量測定に供し、油膜形成率、軸受寿命時間、飽和水分量および錆の発生有無を測定した。結果を表１に併記する。
【００４３】
＜油膜形成率試験＞
使用軸受：アンギュラ玉軸受７００６ＡＤＬＬＢ（外輪：Ｓ５３Ｃ、内輪：ＳＵＪ２）を用いて、本発明の一方向クラッチに用いる耐水グリースの評価をした。
試験条件：得られた試験用グリースをアンギュラ玉軸受７００６ＡＤＬＬＢに 1.0 g 封入し、ラジアル荷重 8000 N 、アキシャル荷重 3000 N 、軸受回転数 1000 rpm にて回転させた状態で、注水量 1.0 ml／時間で 10 時間、注水したときの試験用グリースの油膜形成率を測定した。油膜形成率は電気抵抗法で測定した。
【００４４】
＜軸受寿命試験＞
使用軸受：アンギュラ玉軸受７００６ＡＤＬＬＢ（外輪 Ｓ５３Ｃ、内輪ＳＵＪ２）を用いて、本発明の一方向クラッチに用いる耐水グリースの評価をした。
試験条件：得られた試験用グリースをアンギュラ玉軸受７００６ＡＤＬＬＢに 1.0 g 封入し、ラジアル荷重 8000 N 、アキシャル荷重 3000 N 、軸受回転数 1000 rpm にて回転させた状態で、注水量 1.0 ml／時間で注水したときの軸受寿命を測定した。軸受寿命は外輪転動面、内輪転動面、鋼球のいずれか１つが損傷し振動が大きくなるまでの時間を軸受寿命とした。
【００４５】
＜飽和水分量測定＞
一定量を量り採った試験用グリースに水の混入割合を 5 重量％ずつ変化させて加え、ミクロスパーテルを用いて手動で撹拌し、加えた水を分散できた最大の水分量を求め、以下の式を用いて飽和水分量を算出した。分散できたかどうかは、試験用グリースをガラスプレートに採取し、厚さ 0.025 mm のスペーサシムをガラスプレートの両端に置き、その上から別のガラスプレートで挟み、ガラスプレート全体に 600 N の荷重を均一に負荷して、試験用グリースを広げ顕微鏡で観察したとき、グリース内に存在する最も大きい水滴の粒子径が 50μm 以下であるときを、分散できているとした。
飽和水分量（重量％）＝グリース中へ分散可能な最大水分量×100／（試験用グリース重量＋グリース中へ分散可能な最大水分量）
【００４６】
実施例６
反応容器中で、ＰＡＯ油（新日鉄化学社製シンフルード８０１：40℃での動粘度：46 mm2/sec ）1600 g 中で、ジフェニルメタン-４,４'-ジイソシアネー卜 231.7 g と、アニリン 86.2 g と、シクロヘキシルアミン 91.7 g とを反応させ、生成したウレア化合物を均一に分散させてベースグリースを得た。このベースグリースに、表１に示す配合で添加剤を配合して試験用グリースを得た。得られた試験用グリースにつき実施例１同様の項目を測定した。結果を表１に併記する。
【００４７】
実施例７
反応容器中で、アルキルジフェニルエーテル油（松村石油社製ＬＢ１００、40℃での動粘度：100 mm2/sec ）1850 g 中で、ジフェニルメタン-４,４'-ジイソシアネー卜 231.7 g と、アニリン 86.2 g と、シクロヘキシルアミン 91.7 g とを反応させ、生成したウレア化合物を均一に分散させてベースグリースを得た。このベースグリースに、表１に示す配合で添加剤を配合して試験用グリースを得た。得られた試験用グリースにつき実施例１同様の項目を測定した。結果を表１に併記する。
【００４８】
【表１】
【００４９】
表１に示すとおり、飽和水分量が 30〜60 重量％の領域（特に 40〜50 重量％）で、高い油膜形成率となる。
水が混入した場合、飽和水分量が 30 重量％未満のグリースや 60 重量％をこえるグリースでは油膜の形成が損なわれるため金属接触を起こすことや、錆が発生する。30〜60 重量％では油膜を形成できるため金属接触を起こす危険性は少ないため寿命も長く、さらに錆の発生を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の一方向クラッチは、非水系基油と、増ちょう剤とからなるベースグリースに、水をグリース中に分散させることができる水分散剤を配合して該グリースの飽和水分量が 30〜60 重量％に制御されている耐水グリースを封入してなるので、運転時にグリース中に水が混入したとしてもグリースの油膜形成の阻害を起こす水分の働きを抑制することができ、早期剥離を抑えることができ、潤滑条件が過酷になっても長寿命を得ることができる。そのため、水浸入の可能性がある環境下で、耐摩耗性とともに、長期間耐久性の要求される自動車用電装補機等に使用される一方向クラッチとして好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施例に係る一方向クラッチの断面図である。
【図２】一方向クラッチの周方向断面図である。
【図３】転がり軸受の断面図である
【符号の説明】
【００５２】
１ 深溝玉軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体
５ 保持器
６ シール部材
７ 耐水グリース
８ａ、８ｂ 開口部
９ 一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置
１０ スリーブ
１１ プーリ
１２ 一方向クラッチ
１３ クラッチ用内輪
１４ クラッチ用外輪
１５ ころ
１６ クラッチ用保持器
１７ カム面
１８ 凹部
１９ 凸部
２０ 段差面
２１ ばね
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッチ用外輪と、該外輪の内径面に設けられた複数個のころとを備え、出力部材に取り付けられてなる一方向クラッチにおいて、前記クラッチ用外輪の一方向トルクのみを前記ころを介して前記出力部材に伝達する一方向クラッチであって、
前記複数個のころを設置したクラッチ内部空間内にグリースが封入されてなり、前記グリースは、非水系基油および増ちょう剤からなるベースグリースに、少なくとも水分散剤を含む添加剤を配合してなる耐水グリースであり、前記水分散剤の配合量は、前記耐水グリースの飽和水分量が 30〜60 重量％に設定される量であることを特徴とする一方向クラッチ。
【請求項２】
前記水分散剤が界面活性剤であることを特徴とする請求項１記載の一方向クラッチ。
【請求項３】
前記非水系基油が鉱油、ポリ-α-オレフィン油およびアルキルジフェニルエーテル油から選ばれた少なくとも一つの油からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の一方向クラッチ。
【請求項４】
前記増ちょう剤がウレア系化合物であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の一方向クラッチ。
【請求項１】
クラッチ用外輪と、該外輪の内径面に設けられた複数個のころとを備え、出力部材に取り付けられてなる一方向クラッチにおいて、前記クラッチ用外輪の一方向トルクのみを前記ころを介して前記出力部材に伝達する一方向クラッチであって、
前記複数個のころを設置したクラッチ内部空間内にグリースが封入されてなり、前記グリースは、非水系基油および増ちょう剤からなるベースグリースに、少なくとも水分散剤を含む添加剤を配合してなる耐水グリースであり、前記水分散剤の配合量は、前記耐水グリースの飽和水分量が 30〜60 重量％に設定される量であることを特徴とする一方向クラッチ。
【請求項２】
前記水分散剤が界面活性剤であることを特徴とする請求項１記載の一方向クラッチ。
【請求項３】
前記非水系基油が鉱油、ポリ-α-オレフィン油およびアルキルジフェニルエーテル油から選ばれた少なくとも一つの油からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の一方向クラッチ。
【請求項４】
前記増ちょう剤がウレア系化合物であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の一方向クラッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−１２１７０４（Ｐ２００８−１２１７０４Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０２９８０（Ｐ２００６−３０２９８０）
【出願日】平成１８年１１月８日（２００６．１１．８）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月８日（２００６．１１．８）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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