JP2018090674A - 混合グリース - Google Patents
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Abstract
Description
近年、産業用ロボットの関節部分やギヤードモーターが備える精密減速機において、グリースが使用されることが多い。
特に、産業用ロボットの関節部分が備えるような精密減速機は、回転方向が一定ではなく、常に変化するため、金属接触部からのグリース漏れがより生じ易い環境であるといえる。
なお、特許文献1においては、このようなグリース漏れの防止性能についての検討はされていない。また、本発明者の検討によれば、特許文献1に具体的に記載のグリース組成物は、産業用ロボットの関節部分が備えるような精密減速機に使用した場合、グリース漏れが生じ易いことが判った。
すなわち、本発明は、下記[1]を提供する。
[1]基油(a1)と1価脂肪酸のリチウム塩からなるリチウム石けんである増ちょう剤(a2)とを調製してなるグリース(A)と、
基油(b1)と1価脂肪酸のリチウム塩及び2価脂肪酸のリチウム塩とからなるリチウムコンプレックス石けんである増ちょう剤(b2)とを調製してなるグリース(B)と、
を含有する、混合グリース。
つまり、本発明の混合グリースは、グリース(A)とグリース(B)とを混合してなるものである。
このような技術常識がある中で、本発明者は、リチウム石けんである増ちょう剤(a2)から調製してなるグリース(A)と、リチウムコンプレックス石けんである増ちょう剤(b2)から調製してなるグリース(B)とを含有する混合グリースが、良好な耐摩耗性及び耐荷重性を維持しつつも、グリース漏れ防止性能を向上させ得ることを見い出した。
なお、本発明の一態様において、各種添加剤は、グリース(A)及び/又はグリース(B)の調製時に配合してもよく、グリース(A)とグリース(B)とを混合する際に配合してもよい。
本発明で用いるグリース(A)は、基油(a1)と1価脂肪酸のリチウム塩からなるリチウム石けんである増ちょう剤(a2)とから調製してなるグリースである。
また、グリース(B)は、基油(b1)と、1価脂肪酸のリチウム塩及び2価脂肪酸のリチウム塩とからなるリチウムコンプレックス石けんである増ちょう剤(b2)とから調製してなるグリースである。
なお、グリース(A)及び(B)の調製時には、グリース用の各種添加剤を配合してもよい。
また、グリース漏れ防止性能をより向上させた混合グリースとする観点から、グリース(A)とグリース(B)との含有量比〔(A)/(B)〕は、質量比で、好ましくは99/1以下、より好ましくは97.5/2.5以下、更に好ましくは97/3以下である。
また、グリース漏れ防止性能をより向上させた混合グリースとする観点から、グリース(A)の含有量は、前記混合グリースの全量(100質量%)基準で、好ましくは97.5質量%以下、より好ましくは95質量%以下、更に好ましくは93質量%以下である。
また、耐摩耗性及び耐荷重性を良好とすると共に、トルク伝達効率が高い混合グリースとする観点から、グリース(B)の含有量は、前記混合グリースの全量(100質量%)基準で、好ましくは30質量%以下、より好ましくは25質量%以下、更に好ましくは18質量%以下、より更に好ましくは13質量%以下、特に好ましくは9質量%以下である。
グリース(A)及び(B)の調製に使用し、グリース(A)及び(B)中に含まれる基油(a1)及び(b1)は、鉱油及び合成油から選ばれる1種以上であればよい。
鉱油としては、例えば、パラフィン系鉱油、中間基系鉱油、又はナフテン系鉱油を常圧蒸留もしくは常圧蒸留残渣油を減圧蒸留して得られる留出油、これらの留出油を常法に従って精製することによって得られる精製油、具体的には溶剤精製油、水添精製油、脱ロウ処理油、白土処理油等が挙げられる。また、フィッシャー・トロプシュ法等により製造されるワックス(GTLワックス(Gas To Liquids WAX))を異性化することで得られる鉱油ワックスであってもよい。
合成油としては、例えば、炭化水素系油、芳香族系油、エステル系油、エーテル系油等が挙げられる。
なお、基油(a1)及び(b1)は、高粘度の基油と、低粘度の基油とを組み合わせて、動粘度を上記範囲に調製した混合基油を用いてもよい。
なお、本明細書において、動粘度及び粘度指数は、JIS K2283:2003に準拠して測定及び算出した値を意味する。
本発明において、グリース(A)の調製に使用し、グリース(A)中に含まれる増ちょう剤(a2)として、1価脂肪酸のリチウム塩からなるリチウム石けんを用いる。
1価脂肪酸のリチウム塩を構成する1価脂肪酸としては、例えば、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、アラキジン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、牛脂脂肪酸、9−ヒドロキシステアリン酸、10−ヒドロキシステアリン酸、12−ヒドロキシステアリン酸、9,10−ヒドロキシステアリン酸、リシノール酸、リシノエライジン酸等が挙げられる。
また、増ちょう剤(a2)の平均アスペクト比は、上限値の制限は特に無いが、通常50,000以下、より好ましくは10,000以下、更に好ましくは5,000以下である。
増ちょう剤の「太さ」とは、対象である増ちょう剤の側面上の任意の点における接線方向に対して垂直に切断したときの切断面において、当該切断面が円又は楕円であれば、直径又は長径であり、当該切断面が多角形であれば、当該多角形の外接円の直径を指す。
また、増ちょう剤の「長さ」とは、対象である増ちょう剤の最も離れた2点間の距離を指す。
なお、本明細書においては、例えば、対象となる増ちょう剤の一部分においてアスペクト比がX以上であることが確認された場合、「対象となる増ちょう剤のアスペクト比はX以上である」とみなすこともできる。そのため、対象となる増ちょう剤の全長を必ずしも特定する必要はない。
このTEMを用いた観察に際の画像を取得し、当該画像から増ちょう剤の太さと長さを測定し、アスペクト比を算出してもよい。
そして、本明細書においては、任意に選択した100本の増ちょう剤のアスペクト比の平均値を、その増ちょう剤の「平均アスペクト比」とみなすこともできる。
本発明において、グリース(B)の調製に使用し、グリース(B)中に含まれる増ちょう剤(a2)として、1価脂肪酸のリチウム塩及び2価脂肪酸のリチウム塩とからなるリチウムコンプレックス石けんである増ちょう剤(b2)を用いる。
1価脂肪酸のリチウム塩を構成する1価脂肪酸としては、上述の増ちょう剤(a2)として用いるリチウム石けん(1価脂肪酸のリチウム塩)を構成する1価脂肪酸と同じものが挙げられる。
これらの中でも、1価脂肪酸としては、炭素数12〜24(好ましくは12〜18、より好ましくは14〜18)の1価飽和脂肪酸が好ましく、ステアリン酸、9−ヒドロキシステアリン酸、10−ヒドロキシステアリン酸、又は12−ヒドロキシステアリン酸がより好ましく、ステアリン酸、又は12−ヒドロキシステアリン酸が更に好ましい。
これらの中でも、2価脂肪酸としては、アゼライン酸、又はセバシン酸が好ましく、アゼライン酸がより好ましい。
また、増ちょう剤(b2)の平均アスペクト比は、上限値の制限は特に無いが、通常50,000以下、より好ましくは10,000以下、更に好ましくは5,000以下である。
本発明の一態様の混合グリースは、本発明の効果を損なわれない範囲で、さらに一般的なグリースに使用される各種添加剤を含有してもよい。
なお、当該各種添加剤は、グリース(A)及び/又は(B)の調製過程で混合してもよい。
当該各種添加剤としては、例えば、極圧剤、防錆剤、酸化防止剤、潤滑性向上剤、増粘剤、改質剤、清浄分散剤、腐食防止剤、消泡剤、金属不活性剤等が挙げられる。
なお、これらの各種添加剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、有機モリブデン系化合物が好ましく、ジアルキルジチオリン酸モリブデン(MoDTP)、及びジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン(MoDTC)がより好ましい。
これらの中でも、ジアルキルジチオフォスフェートが好ましい。
他の増ちょう剤の含有量は、混合グリース中に含まれる増ちょう剤(a2)及び(b2)の合計量100質量部に対して、好ましくは0〜20質量部、より好ましくは0〜10質量部、更に好ましくは0〜5質量部、より更に好ましくは0〜1質量部である。
なお、本明細書において、「ウレア系増ちょう剤を実質的に含有しない」とは、「ウレア系増ちょう剤を意図的に配合する」ことを除外する規定であって、不純物として含まれるウレア系増ちょう剤までを排除する規定ではない。
ウレア系増ちょう剤の含有量は、混合グリース中に含まれる増ちょう剤(a2)及び(b2)の合計量100質量部に対して、通常5質量部未満、好ましくは1質量部未満、より好ましくは0.1質量部未満、更に好ましくは0.01質量部未満、より更に好ましくは0.001質量部未満である。
グリース(A)の調製方法としては、公知の方法が適用できるが、平均アスペクト比が30以上の増ちょう剤(a2)を含有するグリース(A)を得る観点から、下記工程(1A)〜(3A)を有する方法が好ましい。
・工程(1A):基油(a1)に1価脂肪酸を加えて溶解させた後、さらに当量の水酸化リチウムを加えて、原料の溶液を調製する工程。
・工程(2A):工程(1A)で得た溶液を、回転数20〜70rpmで撹拌しながら、反応温度180〜220℃で、1価脂肪酸と水酸化リチウムとを反応させる工程。
・工程(3A):工程(2A)の後の溶液を、冷却速度0.05〜0.6℃/分で冷却する工程。
工程(1A)は、基油(a1)に1価脂肪酸を加えて溶解させた後、さらに当量の水酸化リチウムを加えて、原料の溶液を調製する工程である。
本工程において、基油(a1)に1価脂肪酸を溶解させる観点から、1価脂肪酸を加える前後で、基油(a1)を70〜100℃(好ましくは80〜95℃、より好ましくは85〜95℃)まで昇温することが好ましい。
そして、水酸化リチウムを水溶液の形態で添加した場合、溶液中の水を蒸発除去するため、当該水溶液を混合後の溶液を100℃以上に昇温することが好ましい。
工程(2A)は、工程(1A)で得た溶液を、回転数20〜70rpmで撹拌しながら、反応温度180〜220℃で、1価脂肪酸と水酸化リチウムとを反応させる工程である。
本工程における、溶液を撹拌する際の回転数としては、増ちょう剤(a2)の平均アスペクト比を30以上に調製する観点から、好ましくは20〜70rpmであり、より好ましくは30〜60rpm、更に好ましくは40〜50rpmである。
工程(3A)は、工程(2A)の後の溶液を、冷却速度0.05〜0.6℃/分で冷却する工程である。
本工程における冷却速度としては、増ちょう剤(a2)の平均アスペクト比を30以上に調製する観点から、好ましくは0.05〜0.6℃/分であり、より好ましくは0.05〜0.3℃/分、更に好ましくは0.05〜0.2℃/分である。
ミリング処理を行う際の反応物(グリース)の温度としては、好ましくは140℃以下、より好ましくは120℃以下、更に好ましくは90℃以下である。
グリース(B)の調製方法としては、公知の方法が適用できるが、平均アスペクト比が30以上の増ちょう剤(b2)を含有するグリース(B)を得る観点から、下記工程(1B)〜(3B)を有する方法が好ましい。
・工程(1B):基油(b1)に1価脂肪酸及び2価脂肪酸を加えて溶解させた後、さらに当量の水酸化リチウムを加えて、原料の溶液を調製する工程。
・工程(2B):工程(1B)で得た溶液を、回転数20〜70rpmで撹拌しながら、反応温度170〜230℃で、1価脂肪酸と水酸化リチウム、並びに、2価脂肪酸と水酸化リチウムとを反応させる工程。
・工程(3B):工程(2B)の後の溶液を、冷却速度0.05〜0.6℃/分で冷却する工程。
工程(1B)は、基油(b1)に1価脂肪酸及び2価脂肪酸を加えて溶解させた後、さらに当量の水酸化リチウムを加えて、原料の溶液を調製する工程である。
本工程において、基油(b1)に1価脂肪酸及び2価脂肪酸を溶解させる観点から、1価脂肪酸及び2価脂肪酸を加える前後で、基油(b1)を70〜100℃(好ましくは80〜95℃、より好ましくは85〜95℃)まで昇温することが好ましい。
そして、水酸化リチウムを水溶液の形態で添加した場合、溶液中の水を蒸発除去するため、当該水溶液を混合後の溶液を100℃以上に昇温することが好ましい。
工程(2B)は、工程(1B)で得た溶液を、回転数20〜70rpmで撹拌しながら、反応温度170〜230℃で、1価脂肪酸と水酸化リチウム、並びに、2価脂肪酸と水酸化リチウムとを反応させる工程である。
本工程における、溶液を撹拌する際の回転数としては、増ちょう剤(b2)の平均アスペクト比を30以上に調製する観点から、好ましくは20〜70rpmであり、より好ましくは30〜60rpm、更に好ましくは40〜50rpmである。
工程(3B)は、工程(2B)の後の溶液を、冷却速度0.05〜0.6℃/分で冷却する工程である。
本工程における冷却速度としては、増ちょう剤(b2)の平均アスペクト比を30以上に調製する観点から、好ましくは0.05〜0.6℃/分であり、より好ましくは0.05〜0.3℃/分、更に好ましくは0.05〜0.2℃/分である。
ミリング処理を行う際の反応物(グリース)の温度としては、好ましくは140℃以下、より好ましくは120℃以下、更に好ましくは90℃以下である。
本発明の混合グリースの製造方法としては、特に制限は無いが、例えば、上述の方法にて予め調製したグリース(A)及び(B)と、必要に応じて、各種添加剤とを所定量配合し、室温にて混合して製造する方法が挙げられる。
各成分の配合後の混合手段としては、公知のバッチ法、連続混合法で混合することができる。
本発明の一態様の混合グリースの25℃における混和ちょう度としては、混合グリースの硬さを適度な範囲とし、トルク特性、耐摩耗を良好とする観点から、好ましくは310〜430、より好ましくは320〜420、更に好ましくは330〜410、より更に好ましくは350〜400である。
なお、本明細書において、混和ちょう度は、ASTM D 217法に準拠して、25℃にて測定された値を意味する。
なお、本明細書において、「混合グリース中に液体成分」は、遠心分離により抽出される常温で液体を示す成分を意味する。なお、遠心分離の条件は、実施例に記載のとおりである。
なお、上記のシェル摩耗量及び融着荷重(WL)は、実施例に記載の方法により測定された値を意味する。
本発明の混合グリースは、耐摩耗性や耐荷重性が良好であると共に、優れたグリース漏れ防止性能を有する。
そのため、本発明の混合グリースは、塗装用、溶接用、食品製造用等の装置や産業用ロボットが備える精密減速機に好適に使用することができる。
つまり、本発明の混合グリースを用いた精密減速機は、特に、グリース漏れが生じ難いため、製品への異物の付着や混入を防止すると共に、金属接触部のグリース供給量が十分に確保され易く、金属接触部の損傷を抑制することができる。
より具体的には、すべり軸受、ころがり軸受、含油軸受、流体軸受等の各種軸受、歯車、内燃機関、ブレーキ、トルク伝達装置用部品、流体継ぎ手、圧縮装置用部品、チェーン、油圧装置用部品、真空ポンプ装置用部品、時計部品、ハードディスク用部品、冷凍機用部品、切削機用部品、圧延機用部品、絞り抽伸機用部品、転造機用部品、鍛造機用部品、熱処理機用部品、熱媒体用部品、洗浄機用部品、ショックアブソーバ機用部品、密封装置用部品等にも好適に使用し得る。
JIS K2283:2003に準拠して測定及び算出した。
(2)増ちょう剤の平均アスペクト比
測定対象となるグリースをヘキサンで希釈したものを、コロジオン膜を貼った銅製メッシュに付着させて、それを透過性電子顕微鏡(TEM)を倍率6000倍にて観察した際の画像を取得した。
取得した画像において、任意に選択した10本の増ちょう剤について、太さと長さを測定し、アスペクト比〔長さ/太さ〕を算出した。そして、100本の増ちょう剤のアスペクト比の平均値を、対象となるグリース中に含まれる増ちょう剤の「平均アスペクト比」とした。
(3)混和ちょう度
ASTM D 217法に準拠して、25℃にて測定した。
容積60Lの製造釜に、表1に示す配合量の12−ヒドロキシステアリン酸を、ISO 3448で規定の粘度グレードVG30に該当する鉱油(40℃動粘度:31mm2/s、粘度指数:115)又はVG400に該当する鉱油(40℃動粘度:410mm2/s、粘度指数:105)に加えて、90℃まで昇温して溶解させた。
そして、表1に示す配合量(固形分量)の水酸化リチウムを含む水溶液を加えて、100℃まで加熱し、水を蒸発除去した。
水を除去後、200℃まで加熱して、表1に示す回転数にて撹拌し反応を進行させた。
反応終了後、冷却速度0.1℃/分にて、200℃から80℃まで冷却し、3本ロールにてミリング処理を2回行い、グリース(α1)〜(α4)をそれぞれ得た。
グリース(α1)〜(α4)について、増ちょう剤の含有量、平均アスペクト比、及び混和ちょう度を表1に示す。
容積60Lの製造釜に、表2に示す配合量の12−ヒドロキシステアリン酸及びアゼライン酸を、ISO 3448で規定の粘度グレードVG30に該当する鉱油(40℃動粘度:31mm2/s、粘度指数:115)又はVG400に該当する鉱油(40℃動粘度:410mm2/s、粘度指数:105)に加えて、90℃まで昇温して溶解させた。
そして、表2に示す配合量(固形分量)の水酸化リチウムを含む水溶液を加えて、100℃まで加熱し、水を蒸発除去した。
水を除去後、195℃まで加熱して、表2に示す回転数にて撹拌し反応を進行させた。
反応終了後、冷却油として上記と同じ鉱油を加えながら、冷却速度0.1℃/分にて、195℃から80℃まで冷却し、3本ロールにてミリング処理を2回行い、グリース(β1)〜(β3)をそれぞれ得た。
グリース(β1)〜(β3)について、増ちょう剤の含有量、平均アスペクト比、及び混和ちょう度を表2に示す。
製造例1〜7で得たグリース(α1)〜(α4)及び(β1)〜(β3)と、極圧剤(ジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン(MoDTC)及びジアルキルジチオフォスフェートの混合物)とを、表3に示す配合量にて添加し、室温(25℃)で混合して、混合グリースを調製した。
得られた混合グリースについて、以下の評価を行った。これらの結果を表3及び4に示す。
ASTM D 217法に準拠して、25℃にて測定した。
遠心分離(回転数:15,000rpm、回転時間:15時間)により、調製後の混合グリース中の液体成分を抽出し、当該液体成分の40℃における動粘度を測定した。
ASTM D2783に準拠して、四球試験機により、荷重392N、回転数1,200rpm、油温75℃、試験時間60分の条件で行った。1/2インチ球3個の摩耗痕径の平均値を「シェル摩耗量」として算出した。当該値が小さいほど、耐摩耗性が良好といえる。
ASTM D2783に準拠して、四球試験機により、回転数1,800rpm、油温(18.3〜35.0℃)の条件にて、融着荷重(WL)を算出した。当該値が大きいほど、耐荷重性が良好といえる。
図1は、本実施例において、トルク伝達効率を測定する際に使用した装置の概略図である。
図1に示す測定装置1は、入力側モーター部11、入力側トルク測定器12、入力側減速機13(ナブテスコ株式会社製、製品名「RV−42N」)、出力側トルク測定器22、出力側減速機23(ナブテスコ株式会社製、製品名「RV−125V」)、及び出力側モーター部21をこの順で連結したものである。
図1に示す測定装置1の入力側減速機13が有するグリース充填ケース(ケース内温度:30℃)に、285mLの混合グリースを充填し、負荷トルク412Nm、回転数15rpmの条件にて測定装置1を作動させ、入力側および出力側の回転数及びトルクを測定し、下記式からトルク伝達効率を算出した。
・[トルク伝達効率(%)]=[出力側トルク(Nm)]/[入力側トルク(Nm)]×100(%)
トルク伝達効率の測定で使用した、図1に示す測定装置1を用いて、入力側減速機13が有するグリース充填ケース(ケース内温度:60℃)に、285mL(270.75g)の混合グリースを充填し、負荷トルク1030Nm、回転数15rpmの条件にて測定装置1を作動させ、作動中に入力側減速機13から漏れたグリースを、入力側減速機13の下方に設置した受け皿30にて回収した。
そして、測定装置1を280時間作動後に、受け皿30に溜まった「漏れたグリース量」を測定し、下記式から、グリース漏れ率を算出した。
・[グリース漏れ率(%)]=[漏れたグリース量(g)]/[充填したグリース量(=270.75g)]×100
一方、表4より、比較例1〜6で調製したグリースは、実施例に比べて、グリース漏れ量が多い結果となった。
11 入力側モーター部
12 入力側トルク測定器
13 入力側減速機
21 出力側モーター部
22 出力側トルク測定器
23 出力側減速機
30 受け皿
Claims (10)
- 基油(a1)と1価脂肪酸のリチウム塩からなるリチウム石けんである増ちょう剤(a2)とを調製してなるグリース(A)と、
基油(b1)と1価脂肪酸のリチウム塩及び2価脂肪酸のリチウム塩とからなるリチウムコンプレックス石けんである増ちょう剤(b2)とを調製してなるグリース(B)と、
を含有する、混合グリース。 - グリース(B)の含有量が、前記混合グリースの全量基準で、2.5質量%以上30質量%以下である、請求項1に記載の混合グリース。
- グリース(A)とグリース(B)との含有量比〔(A)/(B)〕が、質量比で、60/40以上99/1以下である、請求項1又は2に記載の混合グリース。
- グリース(A)の含有量が、前記混合グリースの全量基準で、60質量%以上97.5質量%以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の混合グリース。
- グリース(A)を構成する基油(a1)及び増ちょう剤(a2)、並びに、グリース(B)を構成する基油(b1)及び増ちょう剤(b2)の合計含有量が、前記混合グリースの全量基準で、70質量%以上である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の混合グリース。
- グリース(A)中に含まれる、増ちょう剤(a2)と基油(a1)との含有量比〔(a2)/(a1)〕が、質量比で、1/99〜15/85である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の混合グリース。
- グリース(B)中に含まれる、増ちょう剤(b2)と基油(b1)との含有量比〔(b2)/(b1)〕が、質量比で、5/95〜30/70である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の混合グリース。
- 増ちょう剤(a2)及び増ちょう剤(b2)の平均アスペクト比が、それぞれ独立に、30以上である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の混合グリース。
- さらにモリブデン系極圧剤、リン系極圧剤、及び硫黄−リン系極圧剤から選ばれる1種以上の極圧剤を含有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の混合グリース。
- 25℃における混和ちょう度が、310〜430である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の混合グリース。
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