CN108359517A - 润滑脂组合物、滚动轴承和电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使在高温环境下使用热劣化也少的润滑脂组合物、即使在高温环境下使用声音特性也良好的滚动轴承、以及电动机。一种润滑脂组合物,其含有基础油、增稠剂和0.2wt%以上的分散剂,上述分散剂包含羧酸的金属盐、聚羧酸的金属盐以及羧酸金属盐与烃化合物的共聚物中的至少任一者,平均粒径为0.5μm~5μm。羧酸的金属盐、聚羧酸的金属盐以及形成羧酸金属盐与烃化合物的共聚物的羧酸金属盐可以是包含钠盐、锂盐、钾盐中的至少一种的碱金属盐,或包含镁盐、钙盐中的至少一种的碱土金属盐。

Description

润滑脂组合物、滚动轴承和电动机
技术领域
本发明涉及润滑脂组合物、滚动轴承和电动机。
背景技术
在家电产品、医疗设备等的风扇电动机等中采用的滚动轴承为了润滑而使用润滑脂组合物。润滑脂组合物含有基础油、增稠剂和添加剂,例如有含有脲化合物作为增稠剂的脲基润滑脂。该脲基润滑脂的耐热性良好,因此使用它的滚动轴承即使在高温下使用声音特性也良好。
例如,在专利文献1中公开了一种脲基润滑脂,是含有基础油、增稠剂和添加剂的润滑脂组合物,含有作为增稠剂的脲化合物以及作为添加剂(防锈剂)的羧酸、羧酸盐和酯中的至少一种。
此外,在专利文献2中公开了一种脲基润滑脂,是含有基础油、增稠剂和添加剂的润滑脂组合物,基础油含有30质量%(wt%)以上的芳香族酯油,该润滑脂含有5~35质量%(wt%)的双脲化合物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2004-224823号公报
专利文献2:日本特开2004-339448号公报
发明内容
然而,家电产品、医疗设备等中使用的风扇电动机因伴随高速旋转产生的发热量的增加等而使用环境高温化。与此相随,滚动轴承的使用环境也进一步高温化。因此,对脲基润滑脂要求即使在比以往高温的环境下使用也可抑制热劣化。此外,对于医疗设备等,从其使用期间的初期阶段到耐用寿命为止尤其是要求静肃性。然而,现有的脲基润滑脂的耐热性不充分,因此若在如上所述的高温的环境下用于滚动轴承,则存在脲基润滑脂逐渐凝聚,声音特性劣化的问题,对于声音特性,也需要进一步改善。
本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的在于提供即使在高温环境下长期使用热劣化也少的润滑脂组合物、即使在高温环境下使用声音特性也会从初期阶段开始就良好的滚动轴承、以及电动机。
为了解决上述课题而实现目的,本发明的一个方式所涉及的润滑脂组合物的特征在于,含有基础油、增稠剂和0.2wt%以上的平均粒径为0.5μm~5μm的分散剂,上述分散剂包含羧酸的金属盐、聚羧酸的金属盐以及羧酸金属盐与烃化合物的共聚物中的至少任一者。
此外,本发明的一个方式所涉及的润滑脂组合物的特征在于,上述羧酸的金属盐和上述聚羧酸的金属盐中的至少一者是包含钠盐、锂盐、钾盐中的至少一种的碱金属盐,或包含镁盐、钙盐中的至少一种的碱土金属盐。
此外,本发明的一个方式所涉及的润滑脂组合物的特征在于,形成上述羧酸金属盐与烃化合物的共聚物的上述羧酸金属盐是包含钠盐、锂盐、钾盐中的至少一种的碱金属盐,或包含镁盐、钙盐中的至少一种的碱土金属盐。
此外,本发明的一个方式所涉及的润滑脂组合物的特征在于,上述分散剂的含量为5wt%以下。
此外,本发明的一个方式所涉及的润滑脂组合物的特征在于,上述增稠剂包含由下述通式(1)表示的双脲化合物。
R1-NHCONH-R2-NHCONH-R3···(1)
其中,R1、R2、R3是选自脂肪族烃基、脂环族烃基、芳香族烃基中的烃基。
本发明的一个方式所涉及的润滑脂组合物的特征在于,含有基础油、包含由下述通式(1)表示的双脲化合物的增稠剂、以及0.2wt%~5wt%的平均粒径为0.5μm~5μm的分散剂,上述分散剂包含癸二酸的钠盐、聚丙烯酸的钠盐、以及马来酸钠盐与异丁烯的共聚物中的至少任一者。
R1-NHCONH-R2-NHCONH-R3···(1)
其中,R1、R2、R3是选自脂肪族烃基、脂环族烃基、芳香族烃基中的烃基。
本发明的一个方式所涉及的滚动轴承的特征在于,封入有上述润滑脂组合物。
本发明的一个方式所涉及的电动机的特征在于,具备上述滚动轴承。
根据本发明,能够提供即使在高温环境下使用热劣化也少的润滑脂组合物、即使在高温环境下使用也可从初期阶段到耐用寿命维持良好的声音特性的滚动轴承、以及电动机。
附图说明
图1是具备本发明的实施方式所涉及的滚动轴承的风扇电动机的截面图。
图2是本发明的实施方式所涉及的滚动轴承的截面图。
图3是表示本发明的实施例的实验结果的图。
图4是表示本发明的实施例的实验结果的图。
图5是表示本发明的实施例的实验结果的图。
符号说明
G 润滑脂组合物
10 电动机(风扇电动机)
11 转子轴
12 定子
13 叶轮
14 转子壳体
15 叶片
16 外壳
20 滚动轴承
21 内轮
22 外轮
23 转动体
24 保持器
25 密封材料
具体实施方式
以下,参照附图对本发明所涉及的润滑脂组合物、滚动轴承和电动机的实施方式进行详细的说明。应予说明,本发明不限定于以下实施方式。此外,各附图中,对相同或对应的要素适当标记相同的符号,适当省略重复说明。
图1是具备本发明的实施方式所涉及的滚动轴承20的风扇电动机10的截面图。图2是本发明的实施方式所涉及的滚动轴承20的截面图。
本发明的实施方式所涉及的风扇电动机10具备转子轴11、滚动轴承20、定子12、叶轮13和外壳16。转子轴11以能够旋转的方式被滚动轴承20保持。叶轮13具有转子壳体14和设置于转子壳体14的外周的叶片15。
滚动轴承20具备内轮21、外轮22、球状的转动体23、保持器24和密封材料25。而且,向由密封材料25密封的内部封入润滑脂组合物G。应予说明,本发明的实施方式所涉及的滚动轴承20的应用不限定于风扇电动机,也可以应用于其它种类的电动机。
接着,对本发明的实施方式所涉及的润滑脂组合物G进行说明。本发明的实施方式所涉及的润滑脂组合物G含有基础油和增稠剂,进一步含有羧酸的金属盐、聚羧酸的金属盐以及羧酸金属盐与烃化合物的共聚物中的至少任一者作为分散剂。本发明的发明人等对润滑脂组合物进行了深入研究,结果确认了将润滑脂组合物应用于滚动轴承而在高温环境下(例如140℃以上)长时间使用时,润滑脂组合物中的凝聚物粗大化,从而滚动轴承的声音特性劣化。而且,发现通过使润滑脂组合物中含有羧酸的金属盐、聚羧酸的金属盐以及羧酸金属盐与烃化合物的共聚物中的至少任一者作为分散剂,从而即使在高温环境下长时间使用滚动轴承也能够抑制凝聚物的粗大化,能够减少声音特性的劣化。此外,发现若使分散剂的平均粒径为0.5μm~5μm的范围,则即便用少的添加量,也会从初期阶段开始提高声音特性。本发明的实施方式所涉及的润滑脂组合物G是鉴于上述发现而完成的。
基础油的种类没有特别限定,可以单独或混合使用通常用作润滑脂基础油的合成烃油、烷基醚油、烷基二苯基醚油、酯油、矿物油、氟油、硅油等。基础油的含量例如可以为70wt%~90wt%。
作为合成烃油系,例如可举出正链烷烃、异链烷烃、聚丁烯、聚异丁烯、1-癸烯低聚物、1-癸烯乙烯低聚物等聚α-烯烃。作为酯油,例如可举出癸二酸二丁酯、癸二酸二-2-乙基己酯、癸二酸二辛酯、己二酸二辛酯、己二酸二异癸酯、己二酸二(十三烷基)酯、戊二酸二(十三烷基)酯等二酯油,偏苯三酸三辛酯、偏苯三酸三-2-乙基己酯、偏苯三酸三癸酯、均苯四甲酸四辛酯、均苯四甲酸四-2-乙基己酯等芳香族酯油,三羟甲基丙烷辛酸酯、三羟甲基丙烷壬酸酯、季戊四醇-2-乙基己酸酯、季戊四醇壬酸酯等多元醇酯油,碳酸酯油等。作为烷基二苯基醚油,可举出单烷基二苯基醚、二烷基二苯基醚、聚烷基二苯基醚等。上述中,优选芳香族酯油,可以单独或混合使用。特别优选使用偏苯三酸三-2-乙基己酯与均苯四甲酸四-2-乙基己酯混合而成的基础油。
作为增稠剂,可使用非脲化合物或脲化合物,从耐热性和声音特性的方面出发,优选使用脲化合物。增稠剂的含量例如可以为10wt%~30wt%的范围。
作为非脲化合物,可举出金属皂、聚四氟乙烯树脂等。金属皂由硬脂酸等脂肪族单羧酸、12-羟基硬脂酸等包含至少1个羟基的脂肪族单羧酸与碱土金属氢氧化物合成。此外,也可以使用由脂肪族单羧酸与脂肪族二羧酸等二元酸合成的复合金属皂。
作为脲化合物,可使用双脲化合物、三脲化合物、多脲化合物等脲化合物。尤其是从耐热性和声音特性(静音性)的方面出发,优选使用双脲化合物。双脲化合物可以由下述式(1)表示。
R1-NHCONH-R2-NHCONH-R3···(1)
其中,R1、R2、R3是选自脂肪族烃基、脂环族烃基、芳香族烃基中的烃基。具体而言,R1、R2、R3可以是脂肪族烃基,也可以是脂环族烃基,也可以是芳香族烃基,碳原子数没有特别限定。R2优选为芳香族烃基,更优选为取代有1个或者2个苯基的芳香族烃基。合成它们时使用的原料采用胺化合物和异氰酸酯化合物。作为胺化合物,除了以己胺、辛胺、十二烷胺、十六烷胺、十八烷胺、硬脂胺、油胺等为代表的脂肪族胺、以环己胺等为代表的脂环式胺以外,还可使用以苯胺、对甲苯胺、乙氧基苯胺等为代表的芳香族胺。作为异氰酸酯化合物,使用苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、十八烷二异氰酸酯、癸烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯。优选使用采用脂肪族胺和芳香族胺作为胺原料与芳香族异氰酸酯合成而得的脂肪芳香族双脲化合物。
对作为分散剂含有的羧酸的金属盐中使用的羧酸没有限定,优选为脂肪族羧酸,可以是脂肪族饱和羧酸,也可以是脂肪族不饱和羧酸。此外,对聚羧酸的金属盐中使用的聚羧酸也没有限定,作为构成聚羧酸的羧酸,同样地优选为脂肪族羧酸,可以是脂肪族饱和羧酸,也可以是脂肪族不饱和羧酸。作为构成聚羧酸的羧酸,更优选使用脂肪族不饱和羧酸。不饱和羧酸有丙烯酸、巴豆酸、异巴豆酸、3-丁烯酸、甲基丙烯酸、当归酸、惕各酸、4-戊烯酸、2-乙基-2-丁烯酸、10-十一烯酸、油酸等,饱和二羧酸有草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸。饱和羧酸有甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、十七烷酸、硬脂酸,不饱和二羧酸有富马酸、马来酸、衣康酸等。此外,由这些羧酸构成的聚羧酸可以是单羧酸的聚合物、二羧酸的聚合物。特别优选为包含1个或2个羧基的不饱和羧酸的聚合物。另外,这些羧酸的金属盐可以形成与烃化合物的共聚物。即,润滑脂组合物可以包含羧酸金属盐与烃化合物的共聚物作为分散剂。此外,润滑脂组合物可以为包含羧酸金属盐、聚羧酸的金属盐和羧酸金属盐与烃化合物的共聚物中的至少任一者的构成。作为羧酸金属盐和聚羧酸的金属盐或形成羧酸金属盐与烃化合物的共聚物的羧酸金属盐的具体例,例如可举出选自碱金属盐和碱土金属盐中的至少一种。作为碱金属盐,优选为钠盐、锂盐、钾盐等,作为碱土金属盐,优选为镁盐、钙盐等。在羧酸金属盐与烃化合物的共聚物中,作为与羧酸金属盐聚合(聚合反应)的烃化合物,例如有异丁烯、丙烯、异戊二烯、丁二烯等。
聚羧酸的重均分子量以利用凝胶渗透色谱法(GPC)得到的聚乙二醇换算的重均分子量(Mw)计,优选为5000~200000,更优选为7000~80000,进一步优选为9000~16000。
在本发明的实施方式所涉及的润滑脂组合物G中,作为分散剂的羧酸金属盐或聚羧酸的金属盐优选平均粒径为0.5μm~5μm且优选含有0.2wt%以上。平均粒径为0.5μm~5μm的羧酸金属盐或聚羧酸的金属盐的含量即使为0.2wt%这样的较少的量,也能够充分提高耐热性,减少热劣化,声音特性变得良好。另外,分散剂为羧酸金属盐与烃化合物的共聚物时,也优选含有0.2wt%以上。在本发明的实施方式所涉及的润滑脂组合物G中,分散剂的含量优选为5wt%以下。应予说明,若平均粒径为0.5μm~5μm的分散剂的含量为5wt%以下,则润滑脂的增粘效果减少,因此能够防止滚动轴承的转矩的上升。应予说明,本实施方式中,分散剂的平均粒径是按照JIS Z 8825的激光衍射散射测定方法中测定的值。
此外,润滑脂组合物G中根据需要可以含有抗氧化剂、防摩擦剂、金属钝化剂、防锈剂、油性剂、粘度指数提高剂等作为其它添加剂。
对于形成为如上的构成的本实施方式所涉及的润滑脂组合物、滚动轴承和电动机而言,由于润滑脂组合物含有上述的分散剂,所以耐热性高,即使在高温环境下使用热劣化也少,声音特性从使用滚动轴承的初期阶段开始一直良好。此外,润滑脂组合物通过含有分散剂,从而即使在高温环境下长时间使用也可抑制凝聚物的粗大化,因此在用于滚动轴承时在高温下长期使用后也保持良好的声音特性。
另外,适当组合上述各构成要素而构成的方式也含于本发明中。此外,进一步的变形例可以由本领域技术人员容易地导出。因此,本发明的更广泛的方式不限定于上述实施方式,可以进行各种变更。
例如,在上述实施方式中,润滑脂组合物可以含有羧酸或聚羧酸的钠盐作为分散剂。此外,也可以是含有除羧酸或聚羧酸的钠盐以外的聚羧酸的金属盐作为分散剂的构成。作为羧酸或聚羧酸的金属盐,除钠盐以外,例如还可举出锂盐、钾盐、镁盐、钙盐。在这种情况下,只要含有羧酸或聚羧酸的金属盐中至少一种即可。只要润滑脂组合物含有羧酸或聚羧酸的金属盐,就可取得与上述实施方式中说明的润滑脂组合物G同样的效果。此外,也可以是由羧酸金属盐和烃化合物构成的共聚物使用钠盐或除钠盐以外的金属盐的构成。此外,润滑脂组合物包含羧酸金属盐、聚羧酸的金属盐、由羧酸金属盐与烃化合物构成的共聚物中的2种以上作为分散剂时,也优选使平均粒径为0.5μm~5μm,且优选合计含有0.2wt%以上。
(实施例和比较例)
接着,对本发明的实施例和比较例进行说明。在实施例和比较例中制作各种润滑脂组合物,对其特性进行比较研究。
按照表1所示的成分将基础油、增稠剂和分散剂混合而制作实施例1~12和比较例1~7的润滑脂组合物。作为基础油,使用酯油(TOTM(偏苯三酸三辛酯)+TOPM(均苯四甲酸四辛酯))、PAO(聚-α-烯烃)、矿物油。作为增稠剂,使用作为双脲化合物A(表1中为双脲A)的将芳香族脲化合物与脂肪族脲化合物混合而成的化合物、作为双脲化合物B(表1中为双脲B)的将脂肪族脲化合物与脂环式脲化合物混合而成的化合物。作为分散剂,使用作为聚羧酸的金属盐的聚丙烯酸的钠盐(表1中为A)、作为羧酸金属盐与烃化合物的共聚物的马来酸钠盐与异丁烯的共聚物(表1中为B)、作为羧酸金属盐的癸二酸钠盐(表1中C)。表1中,以百分比表示的数字是以质量%表示分散剂的含量。即,在实施例1~12和比较例1~7的润滑脂组合物中,以0.2wt%~5.0wt%的范围含有分散剂A、B或C。其中,使实施例1~12的分散剂的平均粒径为0.5μm~5.0μm,使比较例1~7的分散剂的平均粒径为6.0μm~10.0μm。分散剂的平均粒径如下测定:在根据JIS Z 8825的激光衍射散射测定方法中使用湿式分散,用激光衍射散射式粒度分布测定机(堀场制作所制,型号:LA-920)进行测定。溶剂使用丙酮,测定前用超声波进行5分钟的分散。对所制作的各润滑脂组合物进行后述的初期安德鲁(Anderon)值的测定和进行加热静置试验后的粘度测定。此外,也进行初期安德鲁值与加热旋转试验后的安德鲁值的比较。
【表1】
粘度(单位:Pa·s)是在进行加热静置试验后用旋转粘度计测定的,加热静置试验是指将各润滑脂组合物在160℃的环境下静置500小时。具体而言,对所制作的润滑脂组合物在160℃的温度条件下进行500小时的加热静置试验后,在温度25℃、剪切速度1/s、间隔0.2mm的条件下,使用流变仪进行测定。此时,粘度越高,意味着填充有该润滑脂组合物的滚动轴承在高温下使用后的转矩越高。将上述实验的结果示于表1。
初期安德鲁值是将各润滑脂组合物封入滚动轴承中,在室温下以转速1800rpm旋转1分钟后测定的。具体而言,将试验润滑脂以轴承容积的25%~35%封入到带有防护钢罩的滚珠轴承(内径8mm,外径22mm,宽度7mm)中。然后,将该滚珠轴承安装于壳体中,在轴承内径插入轴,将轴与试验用电动机的旋转轴结合,以滚珠轴承进行内轮旋转的方式在室温下使其旋转。旋转1分钟后,使用安德鲁仪(株式会社菅原研究所社制)对各滚珠轴承测定M频带(300~1800Hz)的安德鲁值,将其作为初期安德鲁值。应予说明,可以说M频带的频率300~1800Hz对人来说是刺耳的声音。
对于实施例1~7和比较例1~3的润滑脂组合物,为了确认分散剂的平均粒径对耐热性造成的影响,如上所述进行粘度的测定。将实验结果示于图3。在图3中,横轴表示分散剂的平均粒径,纵轴表示粘度。根据图3的结果,在160℃这样的高温环境下的加热静置试验后,分散剂的平均粒径为5μm以下的润滑脂组合物与分散剂的平均粒径为7μm以上的润滑脂组合物相比较,粘度大幅度降低。此外,分散剂的平均粒径为5μm到7μm的部分与其它部分相比较,粘度的增加率更大。因此,确认了使分散剂的平均粒径为5μm以下可得到更好的耐热性。
此外,对于实施例1~7和比较例1~3的润滑脂组合物,如上所述测定初期安德鲁值。将该实验结果示于图4。图4中,横轴表示分散剂的平均粒径,纵轴表示初期安德鲁值。如图4所示,分散剂的平均粒径为5μm以下的润滑脂组合物的初期安德鲁值为0.6以下,分散剂的平均粒径为6μm以上的润滑脂组合物的初期安德鲁值为1.5以上。因此确认了使用平均粒径为5μm以下的分散剂显示非常低的初期安德鲁值,声音特性(静音性)特别良好。
图5是针对实施例1~3、10、11和比较例1~3、6、7的润滑脂组合物进行加热旋转试验后的滚珠轴承的安德鲁值(M频带)与初期安德鲁值进行比较的图表,加热旋转试验是指将各润滑脂组合物封入滚动轴承,在120℃的试验温度下以转速3000rpm旋转500小时。
滚珠轴承使用与上述相同尺寸的带有防护钢罩的滚珠轴承,试验润滑脂也同样地封入了轴承容积的25%~35%的量。图5中,实施例和比较例均是加热旋转试验后的安德鲁值与初期安德鲁值相比上升,但其上升程度没有那么大,可知通过分散剂的添加可抑制安德鲁值的上升。实施例中初期安德鲁值、加热旋转试验后的安德鲁值均低于1.0。另一方面,在比较例中,初期安德鲁值、加热旋转试验后的安德鲁值均低于2.0,但超过1.0。因此,确认了如果将分散剂添加于润滑脂组合物,则可抑制高温下的安德鲁值变差,其中,如果使用分散剂的平均粒径为5μm以下的润滑脂组合物,则可得到更好的声音特性。

Claims (8)

1.一种润滑脂组合物,其特征在于,含有基础油、增稠剂和0.2wt%以上的分散剂,
所述分散剂包含羧酸金属盐、聚羧酸的金属盐和羧酸金属盐与烃化合物的共聚物中的至少任一者,
所述分散剂的平均粒径为0.5μm~5μm。
2.根据权利要求1所述的润滑脂组合物,其特征在于,所述羧酸金属盐和所述聚羧酸的金属盐中的至少一者是包含钠盐、锂盐、钾盐中的至少一种的碱金属盐,或包含镁盐、钙盐中的至少一种的碱土金属盐。
3.根据权利要求1或2所述的润滑脂组合物,其特征在于,形成所述羧酸金属盐与烃化合物的共聚物的所述羧酸金属盐是包含钠盐、锂盐、钾盐中的至少一种的碱金属盐,或包含镁盐、钙盐中的至少一种的碱土金属盐。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的润滑脂组合物,其特征在于,所述分散剂的含量为5wt%以下。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的润滑脂组合物,其特征在于,所述增稠剂包含由下述通式(1)表示的双脲化合物,
R1-NHCONH-R2-NHCONH-R3···(1)
其中,R1、R2、R3是选自脂肪族烃基、脂环族烃基、芳香族烃基中的烃基。
6.一种润滑脂组合物,其特征在于,含有基础油、包含由下述通式(1)表示的双脲化合物的增稠剂和0.2wt%~5wt%的分散剂,
所述分散剂包含癸二酸的钠盐、聚丙烯酸的钠盐以及马来酸钠盐与异丁烯的共聚物中的至少任一者,
所述分散剂的平均粒径为0.5μm~5μm,
R1-NHCONH-R2-NHCONH-R3···(1)
其中,R1、R2、R3是选自脂肪族烃基、脂环族烃基、芳香族烃基中的烃基。
7.一种滚动轴承,其特征在于,封入有权利要求1~6中任一项所述的润滑脂组合物。
8.一种电动机,其特征在于,具备权利要求7所述的滚动轴承。
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