JPH10204469A - ファン軸受用グリース - Google Patents

ファン軸受用グリース

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JPH10204469A
JPH10204469A JP9012641A JP1264197A JPH10204469A JP H10204469 A JPH10204469 A JP H10204469A JP 9012641 A JP9012641 A JP 9012641A JP 1264197 A JP1264197 A JP 1264197A JP H10204469 A JPH10204469 A JP H10204469A
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oil
temperature
thickener
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Kazuhiro Matsumoto
一博 松本
Yoshimoto Yamaguchi
芳基 山口
Seiichi Nozaki
誠一 野崎
Takahiro Koremoto
隆浩 是本
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NTN Corp
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NIPPON KOUYU KK
NTN Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ファンとしての機能を確保しつつ、耐久性、
コスト面をも考慮に入れ、笛吹き音の発生を効果的に抑
制または防止し得る手段を提供する。 【解決手段】 粘度が40℃で30〜500mm2/sかつ
−30℃で30000mm 2/s以下の範囲内の各種シリコ
ーン油の基油に、増稠剤としてジウレア化合物を2〜3
0%配合する。ジウレア化合物は、次の一般式で表され
る。 R1 −NHCONH−R2 −NHCONH−R3 上式中のR2 は、トリレン基、ジフェニルメタン基また
はジメチルビフェニレン基を表す。また、R1 およびR
3 は、炭素数6〜18の直鎖の飽和アルキル基、脂環族
を表す。それらの割合は、直鎖の飽和アルキル基が5〜
95モル%、脂環族基が95〜5モル%の範囲内のもの
で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ファン軸受に充填
されるグリースに関する。ここでいうファンは、自動車
のエンジンの冷却水を強制冷却するためのものである。
【0002】
【従来の技術】グリースを充填してゴムシールなどで密
封した転がり軸受の性能や寿命は、グリースの特性に依
存することが知られている。自動車エンジンの冷却水を
強制冷却するファンを支持するための玉軸受にもグリー
スが密封されており、グリースの特性が当該玉軸受の性
能、寿命を左右すると考えられる。
【0003】近年、自動車の軽量化の要求に伴って自動
車補機部品の小型・軽量化が図られているが、その一方
で高出力・高効率化も求められているため、小型化に伴
う出力低下を高速回転化で補う手法がとられている。ま
た、静粛性向上の要求からエンジンルーム内の密閉化が
進み、エンジンルーム内が高温化する傾向にあるため、
ルーム内の部品にもさらなる高温耐久性が要求されてい
る。
【0004】自動車用ファン(1)は、図3(a)
(b)に示すように環状のケース(回転部材)(6)の
周囲に複数のブレード(2)を放射状に取り付け、この
ケース(6)を玉軸受(3)の外輪(3a)に嵌合したも
ので、エンジンによって駆動される主軸(4)(例えば
ポンプシャフト等のフランジ部にボルト締めされる)に
回転可能に取り付けられる。主軸(4)とファン(1)
との間には、外気温の変動に応じて伝動、断絶を切り換
える温度対応型のクラッチ機構(5)が介装されてお
り、このクラッチ機構(5)を介して主軸(4)からフ
ァンへのトルク伝達が行われる。このクラッチ機構
(5)の一構造例を以下に説明する。
【0005】主軸(4)の先端部には、主軸(4)と一
体回転するドライブディスク(7)が嵌め合い固定され
ている。ドライブディスク(7)の先端側には、円盤状
のプレート(8)が配置されており、このプレート
(8)はケース(6)との間でトルク伝達室となる第1
チャンバ(9)を形成している。プレート(8)とカバ
ー(10)の間には、オイル(トルク伝達用の粘性流体で
例えばシリコンオイル等)の溜まり部となる第2チャン
バ(11)が形成され、この第2チャンバ(11)内に、一
端にバルブ(12)を取り付けると共に、他端をプレート
(8)に固定した板バネ(13)が配置されている。カバ
ー(10)にはバイメタル(14)が固定され、さらにこの
バイメタル(14)には主軸(4)の軸線と合致させてピ
ストン(15)が装着されている。
【0006】以上の構成において、外気温が低い時に
は、図3(a)に示すように、バイメタル(14)がほど
んど湾曲しないため、ピストン(15)は板バネを図面右
側に押圧している。この時、板バネに取り付けたバルブ
(12)は、プレート(8)の外径部に設けた穴(16)を
突き抜けて第1チャンバ(9)内のドライブディスク
(7)の前面に圧接している。穴(16)は、図4に示す
ように、挿入穴(16a)とこれに連続させた流通穴(16
b)とからなり、バルブ(12)は挿入穴(16a)に嵌入
している。ドライブディスク(7)とケース(6)側、
すなわちバルブ(12)との間には、常に相対速度が存在
しているため、ドライブディスク(7)とプレート
(8)との間のオイル(散点で示す)は、堰としての役
割を果たすバルブ(12)によりかき出されて流通穴(16
b)より第2チャンバ(11)に送りこまれる。この状態
では、第1チャンバ(9)内のオイルはほとんど第2チ
ャンバ(11)内に入り、第1チャンバ(9)にはごく僅
かのオイルを残すのみとなるので、伝達トルクが小さく
なり、ファン(1)の回転速度は小さくなる。なお、図
4中の矢印はドライブディスク(7)の回転方向を示
す。
【0007】外気温が高いと図3(b)に示すように、
バイメタル(14)が湾曲するため、バルブ(12)が図面
左側に移動し、板バネ(13)の弾性によりピストン(1
5)が穴(16)から脱出する。従って、上述のかき出し
作用がなくなり、第1及び第チャンバ(9)(11)内の
オイルは穴(16)を通じて同一油面となる。この時、オ
イルは第1チャンバ(9)の有効伝達面に満たされるの
で、所定のトルク伝達がなされ、ファン(1)の回転速
度が早くなる。
【0008】上述のようなファンにおいて、玉軸受
(3)用グリースの要求としては、高温での軸受潤滑寿
命が長いこと、グリース漏れがないこと、低温性能に優
れることなどが挙げられる。
【0009】このため、従来のグリースはウレア系の増
稠剤に合成油の基油を組み合わせたもの、フッ素系増稠
剤にフッ素シリコーン油やフッ素油を基油として組み合
わせたもの、Li石鹸増稠剤にシリコーン油を基油とし
て組み合わせたものが使用されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なファンを冷間時(冬期)に運転すると、ファン仕様や
運転条件によっては特異音(笛吹き音)が発生する場合
がある。この冷間時の笛吹き音は市場において必ずしも
100%再現するわけではない。また、笛吹き音の発生
はごく短時間であり、自動車のエンジン始動時に発生
し、その後は発生しない。笛吹き音はこのような複雑な
性質を有する為、発生原因については未だ明確には解明
されていない。しかも自動車に使用されるファンは高温
・高速で運転されるものであり、その耐久性も重要な特
性の一つであるから、笛吹き音対策として決め手となる
手段が提供されていないのが実情である。
【0011】従来から、笛吹き音対策として、低粘度グ
リースを使用し、低温特性の優れたグリース(寒冷時に
おいてボールと内・外輪の軌道面との接触部に油膜がむ
らなく形成される、流動性が良い等)を使用することが
検討されている。この対策手段は寒冷時におけるグリー
スの潤滑性能を高めることによって笛吹き音の発生を抑
制しようとするものである。しかし、グリースの粘度が
低いため、合成油(基油)とウレア(増稠剤)の組合
せ、あるいはシリコーン油(基油)とLi石鹸(増稠
剤)の組合せからなるグリースでは、高温時の潤滑性能
に懸念があり、耐久性低下につながる可能性がある。ま
た、フッ素系油(基油)とフッ素系増稠剤の組合せでは
コスト面に問題がある。
【0012】そこで、本発明は、ファンとしての機能を
確保しつつ、耐久性、コスト面をも考慮に入れ、笛吹き
音の発生を効果的に抑制または防止し得る手段を提供し
ようとするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明にかかるグリースは、粘度が40℃で30〜50
0mm2/sかつ−30℃で30000mm2/s以下の範囲内
の各種シリコーン油の基油に、増稠剤として以下の一般
式 R1 −NHCONH−R2 −NHCONH−R3 (上式中のR2 は、トリレン基,ジフェニルメタン基ま
たはジメチルビフェニレン基を表す。また、式中のR1
およびR3 は、炭素数6〜18の直鎖の飽和アルキル基
と脂環族を表す。それらの割合は、直鎖の飽和アルキル
基が5〜95モル%、脂環族基が95〜5モル%の範囲
内のもので構成される)で表せられる、ジウレア化合物
を2〜30重量%配合したものである。
【0014】すなわち、このグリースは、ベース油にシ
リコーン油を用い、さらにシリコーン油と相溶性のある
特殊なウレア化合物をシックナー成分として組み合わせ
た組成物である。
【0015】これらの反応に供するアミン類としては、
n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチル
アミン、イソブチルアミン、s−ブチルアミン、n−ペ
ンチルアミン、3−メチルブチルアミン、n−ヘプチル
アミン、n−オクチルアミン、2−エチルヘキシルアミ
ン、n−テトラデシルアミン、n−ヘキサデシルアミ
ン、n−オクタデシルアミン、アニリン、4−ビフェニ
ルアミン、p−フェネチジン、p−アニシジン、p−ド
デシルアニリン、シクロペンチルアミン、シクロヘキシ
ルアミン、ジヒドロアビエチルアミン、3,5,5−ト
リメチルヘキシルアミン、オイレルアミン等が挙げられ
る。
【0016】一方、これらの反応に供するイソシアネー
ト類としては、1,5-ナフチレンジイソシアネート、4,4'
−ジフェニルメタ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、ヘキサメチレンジイソシアネート等が
挙げられる。
【0017】このようなウレア系増稠剤のグリースにお
ける配合割合は、2〜30重量%である事が好ましい。
なぜなら、2重量%未満の少量では、粘性の乏しい液状
と成って漏洩し易くなり、軸受に密封することが困難に
なる。また、30重量%を超える多量では、固化して稠
度が200以下となり、軸受封入用のグリースとしての
実用性が低くなる。
【0018】なお、この発明の効果を害しない範囲なら
ば必要に応じて酸化防止剤、防錆剤、極圧剤、油性剤な
どを添加することができる。
【0019】上記グリースを得るためには、2種のアミ
ン類を基油に溶解させたものを、ジイソシアネートを基
油に混合させた溶液中に入れ、これらを激しく攪拌して
反応を促進させる。その後、温度170℃まで加熱攪拌
を続けた後、最高加熱温度で一定時間保持した後、加熱
を停止する。その後、室温まで放冷するが、100℃近
辺で必要な添加剤類を添加し、溶解混合などの処理を行
う。室温まで放冷した後、三段ロールミルで仕上げ処理
するという一般的な製法により、容易に得ることが出来
る。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明にかかるグリースは、図3
に示すファン(1)の内径部に嵌合した玉軸受(3)の
内部に封入されるもので、粘度が40℃で30〜500
mm2/sかつ−30℃で30000mm2/s以下の範囲内の
各種シリコーン油の基油に、増稠剤として特殊なジウレ
ア化合物を2〜30重量%配合して構成される。
【0021】上記ジウレア化合物は、R1 −NHCON
H−R2 −NHCONH−R3 なる一般式で表される。
上式中のR2 は、トリレン基、ジフェニルメタン基また
はジメチルビフェニレン基を表し、また、上式中のR1
およびR3 は、炭素数6〜18の直鎖の飽和アルキル基
と脂環族を表す。直鎖の飽和アルキル基と脂環族基の割
合は、飽和アルキル基が5〜95モル%、脂環族基が9
5〜5モル%の範囲内とされる。
【0022】本発明の主要な部分を構成する、シリコー
ン油は、低温時での特性に優れており、−60℃以下の
極低温状態でも固まることなく流動する特性を有する。
また、高温時においても、300℃以上の引火点を保持
しており、その上高温状態下での蒸発減量が非常に少な
く、且つまた酸化安定性にも優れており、潤滑性能の面
でもすぐれた特性を保持している。
【0023】従って、本発明のグリースは、従来から広
く使用されてきた鉱油、各種のエステル類、ポリαオレ
フィン油等を基油の主要成分に用いたこれまでのグリー
スと比べ、低温から高温下までの広い範囲において格段
の長寿命特性と潤滑性とを有する。
【0024】ところで、ファン軸受の問題点である冷間
時の異音発生は、グリースに含まれる基油の低温特性と
粘度に左右されるといわれる。特に、基油の低温特性が
悪い場合には、比較的高い温度で非常に高いレベルの笛
吹き音が発生することも明らかになっている。
【0025】これを防止する目的で、従来から比較的低
温特性の良い各種のエステル油、ポリαオレフィン油や
アルキルジフェニルエーテル油等を単体若しくは混合し
て用いているが、それでも−30℃近くの極低温状態で
は、笛吹き音の発生を完全に防止することはできない。
また、基油の粘度を低く押さえる努力が続けられている
が、これでは、高温での寿命特性の著しい低下を招く。
【0026】このように、低温特性の改善と高温下での
寿命向上は相反する性質のものであり、両者の両立は非
常に困難である。これに対し、シリコーン油は、上述の
通り、高温下において優れた長寿命特性と潤滑性とを有
し、しかも良好な低温特性を有し、低温下においても粘
度が極端に高くなることもない。それゆえ、シリコーン
油をベース油として使用するすることにより、上記課題
が解決可能となる。
【0027】しかし、基油のみが低温から高温までの良
好な性能を保持しているだけでは、グリースとしての長
寿命性と、高速下での良好な潤滑特性及び、極低温時で
の笛吹き音発生防止等をあわせて保持する事はできず、
これらの特性を持つ基油と増稠剤との組み合わせが重要
な課題となる。例えば、従来から広く増稠剤として使用
されていた、12−ヒドロキシステアリン酸リチウムを
増稠剤として使用した場合は、たとえ基油にアルキルジ
フェニルエーテル油等のシリコーン油を使用しても、高
温でグリースが流動状に変化してしまい、それが為に潤
滑箇所から流失する結果となり、グリースとしての耐熱
性能に劣るために長寿命性能を発揮できない。一方、笛
吹き音を防止する目的で、より低粘度のアルキルジフェ
ニルエーテル油を組み合わせると、離油等の現象がさら
に悪化してグリースの流出を招きやすくなる。さらに、
耐熱性の増稠剤として知られる有機化ベントナイトをシ
リコーン油と組み合わせると、今度は逆に高温時に硬化
し易くなり、これが為に潤滑不良を生じて長寿命性能を
発揮できなくなる。
【0028】本発明が提案する増稠剤成分は、構造の異
なる2種のアミン類を、ジイソシアネートと反応させた
ジウレア化合物であるが、本発明以外のウレア化合物を
増稠剤としたグリースは、高温下で長寿命を有するが、
高速回転下での潤滑においては、良好な結果が得られな
い。
【0029】軸受の高速回転下での潤滑機構に関して
は、未知な部分が多く理論的な解明は出来ていないが、
増稠剤を構成する成分の特性が、これらの機能を発揮す
る上で、重要な役割を演じるものと思われる。
【0030】グリースは、これらの増稠剤成分が、ベー
ス油中で三次元的網目構造を有しおり、その毛細管力で
油を保持し、室温では半固体状を有している。
【0031】このような構造が温度上昇とともにさまざ
まに変化し、その結合状態においても著しく変化してゆ
く。このような状態は、示差熱分析によって、結晶状態
の変化を示す転移温度をチェックすることで捉える事が
出来る。この転移温度は、増稠剤を構成する成分によっ
て大きく関係するが、共存する基油の種類や濃度によっ
ても、微妙に変化してくる。
【0032】軸受内に充填されたグリースは、荷重負荷
や高速回転による過酷な条件下で剪断や金属接触が繰り
返されることにより温度が上昇し、また逆に停止状態に
おいて低温外気の影響を受けることにより室温及び極低
温になるなどのサイクルを繰り返し行っている。
【0033】本発明以外のウレアグリースは、このよう
なサイクルを続けている内に、その構造面全体に大きな
変化をもたらし、それが要因となって、離油や硬化とい
う現象をもたらし、これがために潤滑不良という最悪の
状態を迎える結果となる。
【0034】本発明の増稠剤成分の組成は、構造の異な
る2種類のアミン類を、最適な比率をもって構成させ、
それらをイソシアネートと反応させて、ジウレア化合物
を構成することに大きな特徴がある。これら2種のアミ
ンのうち、直鎖状の脂肪族アミンとイソシアネートとの
化合物が構成する部分は、基油に溶解しやすい性質をも
ち、耐熱性の面で劣る特性をもつことから、軸受内温度
が上昇すると容易に溶解するか、基油内に溶け込み、そ
れらが軸受軌道面に流れ込み、その表面に強固に潤滑被
膜を構成する。この特性が、高速回転という条件下で軸
受内での良好な潤滑性を保持する性能を発揮する。
【0035】しかし、これだけでは軸受内からグリース
が流失してしまい、潤滑性能上あまり良好な結果が得ら
れないが、これを防止する目的で、耐熱性の面で良好な
性能を有する、脂環族系アミンを組み合わせ、これとイ
ソシアネートとの反応により生成したジウレア化合物の
構成部分が、軟化流失や耐熱面の性能を発揮し、脂肪族
アミン成分がもつ欠点を補正し、グリースとしての耐熱
性能を保持する結果となる。
【0036】このような構想のもとに、本発明の潤滑グ
リースを形成する増稠剤部分の構成は、2種のアミンが
個々にジイソシアネートと結合した形態のものや、異な
った2種のアミンがジイソシアネートと結合した構造の
ものなどが混在した状態となって、増稠剤部分を構成す
る系内に共存する形となっている。
【0037】望ましい形態としては、異なった2種のア
ミン類がジイソシアネートに結合してできた化合物が、
出来るだけ多く系内に存在するように、配合面や製造方
法を検討する必要があり、これらの点を鋭意検討した結
果、本発明における最適な配合割合と製造方法を見いだ
す事に成功し、良好な潤滑性能と、長寿命化を実現でき
る、優位な潤滑グリースを得ることに成功したものであ
る。
【0038】
【実施例】本発明の効果を確認すべく、本発明の範囲内
で組成及び配合割合を異ならせた3種類のグリース(実
施例1〜3)を製造し、これと現在市販されている流体
ファンクラッチ用グリース(比較例1〜3)との間で比
較実験を行ったところ、図1及び図2に示す結果を得
た。
【0039】実施例1〜3のグリースは、以下の方法に
より製造される。すなわち、反応容器に、図1に示す基
油の半量と、全量のイソシアネートを入れ、50〜60
℃に加温する。次いで、別容器に、2種のアミン類を残
り半量の基油にとり、70〜80℃に加熱溶解させ、こ
の溶液を注意深く反応容器内に加え、これらを激しく攪
拌して反応を促進させる。この反応は、発熱反応のため
反応物の温度は上昇するが、約1時間この状態で攪拌
と、パイプ循環等を行い、十分な反応と均一な分散を行
う。パイプ循環は、断続的に続けながら、この後温度を
上げ、170〜180℃で約1時間保持した後、冷却す
る。次いで、室温まで放冷した後、三段ロールミルで仕
上げ、目的のグリースとする。
【0040】実施例に示される基油の性状は以下の通り
である。
【0041】ジメチルシリコーン油(実施例1) ・動粘度 35mm2/s〈40℃〉、引火点 300℃ ジメチルシリコーン油(実施例2) ・動粘度 70mm2/s〈40℃〉、引火点 315℃ メチルフェニルシリコーン油(実施例3) ・動粘度 70mm2/s〈40℃〉、引火点 330℃ また、試験条件は以下の通りである。
【0042】(a)稠度・・・・・・・JIS−K−2
220.5.3による。
【0043】(b)滴点・・・・・・・JIS−K−2
220.5.4による。
【0044】(c)低温トルク・・・・J IS−K−
2220.5.14による。
【0045】(d−)笛吹き音確認試験: 軸受6
203に実施例又は比較例のグリースを0.85〜0.95g充
填し、ゴム製の接触シールを軸受の両側面に取り付けて
グリースを封入し、この軸受をハウジングにセットし、
これを−40℃の低温槽に入れて充分冷却した後、室温に
設定された軸受回転装置に取り付け(試験温度:−30℃
付近)、スラスト荷重1.96Nの条件で毎分2000回転
の速度で内輪を回転させた時の聴覚による笛吹き音の発
生の有無を調べた。
【0046】(d−)笛吹き音確認試験: 軸受6
204に実施例又は比較例のグリースを1.7〜1.9
g充填し、ゴム製の接触シールを軸受の両側面に取り付
けてグリースを封入し、この軸受をファンにセットし、
これを室温に設定された軸受回転装置に取り付け、無荷
重の条件で毎分1700回転の速度で内輪を回転させた
時の聴覚による笛吹き音の発生の有無を調べた。
【0047】(e)グリース寿命試験: 軸受6204
に実施例または比較例のグリースを1.7〜1.9g封
入して、鉄製の非接触シールを軸受側面に取り付け、そ
の軸受を軸受運転装置に装着し、軸受温度を150℃に
保ち、スラスト荷重とラジアル荷重を67Nの条件下
で、内輪を毎分10000回転の速度で回転させた。そ
して、軸受に封入したグリースが劣化したことによって
軸受の回転トルクが過大になり、軸受温度が165℃に
達するまでの時間をグリース寿命とした。
【0048】図1の結果からも明らかなように、実施例
1〜3のグリースは、低温回転トルクが3.0〜4.8
N・cmの範囲で低く安定し、笛吹き音の発生もなかっ
た。また、グリースの寿命は6000時間以上であっ
た。
【0049】これに対して、テフロン増稠剤と高粘度の
フロロシリコーン油の基油を組み合わせた比較例1、ウ
レア増稠剤と比較的高粘度のアルキルジフェニルエーテ
ル油の基油を組み合わせた比較例2は、笛吹き音確認試
験の条件下において笛吹き音が発生した。また、Li
石鹸増稠剤とメチルフェニルシリコーン油の基油を組み
合わせた比較例3は、笛吹き音確認試験における条件
では笛吹き音は発生しなかったが、グリース寿命が19
64時間であり、短寿命であった。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基油に各種シリコーン油を採用すると共に、ジウレア系
増稠剤を採用しているので、低温から高温まで広い温度
範囲で良好な潤滑性を発揮して、冷間時の笛吹き音の発
生を防止でき、しかも長時間にわたって高温耐久性に優
れた性質を維持できるものとなり、軸受の寿命向上が図
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるグリースの物性及び性能の試験
結果を示す図である。
【図2】比較例にかかるグリースの物性及び性能の評価
結果を示す図である。
【図3】本発明にかかるグリースの適用対象であるファ
ンの断面図であり、(a)図は外気温が低いときを、
(b)図は外気温が高いときを示す。
【図4】上記ファンの構成要素であるプレートの一部を
示す正面図である。
【符号の説明】
1 ファン 3 玉軸受
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C10N 30:00 40:02 50:10 (72)発明者 是本 隆浩 静岡県磐田市明ケ島1077の52

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】粘度が40℃で30〜500mm2/sかつ−
    30℃で30000mm2/s以下の範囲内の各種シリコー
    ン油の基油に、増稠剤として次の一般式 R1 −NHCONH−R2 −NHCONH−R3 (上式中のR2 は、トリレン基、ジフェニルメタン基ま
    たはジメチルビフェニレン基を表す。また、R1 および
    3 は、炭素数6〜18の直鎖の飽和アルキル基、脂環
    族を表す。それらの割合は、直鎖の飽和アルキル基が5
    〜95モル%、脂環族基が95〜5モル%の範囲内のも
    ので構成される)で表せられる、ジウレア合物を2〜3
    0%配合した事を特徴とするファン軸受用グリース。
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