JP2019094474A - 食品機械用グリース組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、機械要素を駆動した際に、機械要素からの潤滑剤、グリース等の垂れ落ち及び漏洩を完全に防ぐことは難しく、食品への潤滑剤、グリース等の混入を考慮しなければならない。
NSF認証には段階があり、NSF認証カテゴリーにおいて、偶発的に食品に接触する可能性のある箇所で使用される潤滑剤等に対してはH−1の認証が求められている。H−1の認証を受けた潤滑剤等は、NSFの認証を受けたHX−1に属する基油及び添加剤にしか使用することができない。
NSFのHX−1には、人体に対する影響が少ない基油及び添加剤が登録されている一方、化学的活性が強い硫黄化合物、有機モリブデン化合物、有機亜鉛化合物等は登録から除外されている。
また、鉱物油、ポリアルファオレフィン等のパラフィン系基油と比較して、潤滑性に優れ、低毒性であって、生分解性を有する脂肪酸エステル系基油を、食品機械用グリースへ用いることが知られている(例えば、特許文献1〜3参照)。
極圧性を確保する手法として、基油の粘度を増大させることにより、油膜を保持することが知られている。一般に、高粘度の基油は流動性が小さくなり、トルクが増大する傾向にあり、高粘度の基油を含むグリースは、トルクが高く、機械の運用効率を低下させる傾向がある。
上記のような状況により、食品機械用グリースでは、極圧性と低トルク性とを両立することは非常に困難である。
<1> 脂肪酸エステル、鉱物油、ポリアルファオレフィン、アルキルナフタレン及びパーフルオロアルキルポリエーテルから選ばれる少なくとも1種であり、かつ、40℃動粘度が20mm2/s〜70mm2/sである食品機械用基油と、
カルシウムスルホネート及びカルシウムスルホネートコンプレックスの少なくとも一方である食品機械用増ちょう剤と、を含む食品機械用グリース組成物。
<2> 前記食品機械用基油は、鉱物油及びポリアルファオレフィンの少なくとも一方である<1>に記載の食品機械用グリース組成物。
<3> 前記食品機械用増ちょう剤の含有量は、組成物の全質量に対して、20質量%〜80質量%である<1>又は<2>に記載の食品機械用グリース組成物。
<4> 前記食品機械用増ちょう剤に対する前記食品機械用基油の配合比率は、質量基準で、0.25〜4.0である<1>〜<3>にいずれか1つに記載の食品機械用グリース組成物。
カルシウムスルホネート及びカルシウムスルホネートコンプレックスの少なくとも一方である食品機械用増ちょう剤と、を含む食品機械用グリース組成物。
<6> 前記40℃動粘度が30mm2/s以上40mm2/s未満である、<5>に記載の食品機械用グリース組成物。
<7> 減速機へ用いられる<5>又は<6>に記載の食品機械用グリース組成物。
なお、本明細書中、数値範囲を表す「〜」は、その上限及び下限としてそれぞれ記載されている数値を含む範囲を表す。また、「〜」で表される数値範囲において上限値のみ単位が記載されている場合は、下限値も同じ単位であることを意味する。
本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本明細書において組成物中の各成分の含有率又は含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本明細書において、「極圧性」とは、金属部材同士をグリース組成物を介して摺動させた場合に、摺動面の焼付を防止する性質を意味する。
本発明において、耐摩耗性は、耐摩耗性比を用いて評価することができる。
本明細書において、「耐摩耗性比」とは、2つ以上のグリース組成物において、ロストモーション初期値からの増分が定められた基準値を超えた時点の運転時間の比を意味する。
本明細書において、「ロストモーション」とは、減速機の高速側を回転方向に固定し、低速側に定められた負荷トルクを正逆に加えた時に生ずる低速軸の回転角の合計値を示す。
本発明の食品機械用グリース組成物(以下、単に「グリース組成物」ともいう。)は、脂肪酸エステル、鉱物油、ポリアルファオレフィン、アルキルナフタレン及びパーフルオロアルキルポリエーテルから選ばれる少なくとも1種であり、かつ、40℃動粘度が20mm2/s〜70mm2/sである食品機械用基油と、
カルシウムスルホネート及びカルシウムスルホネートコンプレックスの少なくとも一方である食品機械用増ちょう剤と、を含む。
グリース組成物は、上記成分に加え、他の成分を含んでいてもよい。
以下、グリース組成物が含有する各成分について説明する。
本発明のグリース組成物は、脂肪酸エステル、鉱物油、ポリアルファオレフィン、アルキルナフタレン及びパーフルオロアルキルポリエーテルから選ばれる少なくとも1種である食品機械用基油(以下、「特定基油」ともいう。)を含む。
本発明のグリース組成物に含まれる特定基油は、NSF(国際衛生科学財団)が規定するHX−1グレードに登録された基油である。
特定基油は、1種を単独で用いてもよく、又は2種以上を組み合わせてもよい。
上記アルコールとしては、例えば、モノアルコール及び2価以上の多価アルコールが挙げられる。
モノアルコールとしては、メタノール、エタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オレイルアルコール、ラウリルアルコール等が挙げられる。
2価以上の多価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセロール、ネオペンチルグリコール等の脂肪族ジオール、トリメチロールメタン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン、1,2,6−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等の3価以上の多価アルコールなどが挙げられる。
上記脂肪酸は、脂肪酸の炭素数は、4〜30が好ましく、4〜22がより好ましい。
脂肪酸の炭素数が4〜30である脂肪酸の具体例としては、例えば、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ドデカン酸、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、エイコサン酸、ドコサン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、スベリン酸、リシノール酸、アゼライン酸、セバシン酸などが挙げられる。
例えば、6価のアルコールとエステルを形成可能な脂肪酸としては、炭素数8の直鎖脂肪酸と炭素数6の分岐鎖脂肪酸との混合物であってもよいし、炭素数8の直鎖脂肪酸のみであってもよい。
食品機械用鉱物油としては、硫黄分が、食品機械用鉱物油の全質量に対して、0.03質量%以下であることが好ましい。
なお、ポリアルファオレフィンは、合成してもよく、市販品を購入して用いてもよい。
これらの中でも、炭素数8〜30のアルキル基が好ましく、より好ましくは炭素数12〜20のアルキル基である。アルキル基は直鎖又は分岐鎖であってもよい。
特定基油の含有量の好ましい態様としては、グリース組成物の全質量に対して20質量%以上45質量%未満であってもよい。また、低トルク性の観点から、特定基油の含有量としては、グリース組成物の全質量に対して20質量%〜40質量%であってもよい。
また、動力伝達効率及び耐摩耗性を両立する観点から、特定基油の含有量としては、45質量%を超えて55質量%以下であることが好ましい。
特定基油の40℃動粘度が70mm2/sを超えると、流動性が小さくなりすぎて、トルク性能が高くなる傾向があり、また、食品機械の稼動効率が低くなる可能性がある。
特定基油の40℃動粘度が20mm2/s未満であると、潤滑性が著しく低下する傾向がある。
また、低トルク性能が十分に得られる観点からは、特定基油の40℃動粘度としては、40mm2/s〜70mm2/sであることも好ましく、40mm2/s〜65mm2/sであることもより好ましく、40mm2/s〜50mm2/sであることも更に好ましい。
本明細書において、基油の40℃動粘度とは、JIS K 2283(2000)「動粘度試験方法」により測定される値を示す。
一方、グリース組成物が、40℃動粘度が上記範囲内にある比較的低粘度の特定基油を含有した場合、金属表面に形成される潤滑膜が薄くなりやすく、耐摩耗性が低下する可能性がある。
耐摩耗性を向上させるためには、一般的に、硫黄系又はリン系の摩耗防止添加剤をグリース組成物に加えること考えられる。しかしながら、硫黄系又はリン系の摩耗防止添加剤は、食品機械用途のグリース組成物として用いることができない。
潤滑膜を十分に形成させて耐摩耗性を向上させ、かつ、動力伝達効率にも優れる観点から、グリース組成物は、40℃動粘度が20mm2/s以上40mm2/s未満の範囲にある特定基油と、増ちょう剤として後述のカルシウムスルホネート又はカルシウムスルホネートコンプレックスの少なくとも一方と、を含有することが好ましい。
本発明のグリース組成物は、カルシウムスルホネート及びカルシウムスルホネートコンプレックスの少なくとも一方である食品機械用増ちょう剤(以下、「特定増ちょう剤」ともいう。)を含む。グリース組成物が特定増ちょう剤を含むと、優れた極圧性を発揮する。
特定増ちょう剤は、NSF(国際衛生科学財団)が規定するHX−1グレードに登録された原料又は、NSFに認証された原料を用いて合成されたものである。
特定増ちょう剤は、1種を単独で用いてもよく、又は2種以上を組み合わせてもよい。
カルシウムスルホネート以外のカルシウム塩としては、特に制限はなく、例えば、炭酸カルシウム、及びホウ酸カルシウム、並びに、カルシウムジベヘネート、カルシウムジステアレート、カルシウムジヒドロキシステアレート等の高級脂肪酸カルシウム塩、酢酸カルシウム等の低級脂肪酸カルシウム塩などが挙げられる。
カルシウム塩は、1種を単独で用いてもよく、又は2種以上を組み合わせてもよい。
特定増ちょう剤の含有量が上記範囲であると、混和ちょう度を140〜420の範囲内に調製することが可能となる。
上記観点から、特定増ちょう剤の含有量としては、グリース組成物の全質量に対して、20質量%〜80質量%であることがより好ましく、30質量%〜75質量%であることが更に好ましい。
食品機械用基油に対する食品機械用増ちょう剤の配合比率が上記範囲内にあると、極圧性及び低トルク性に優れる傾向がある。
上記観点から、食品機械用基油に対する食品機械用増ちょう剤の配合比率としては、質量基準で、0.42〜3.0であることが好ましい。
本発明のグリース組成物は、特定基油、及び特定増ちょう剤以外に、通常のグリース組成物に用いられるその他の成分として、NSF(国際衛生科学財団)が規定するHX−1グレードに登録又は、NSFに認証された原料に用いた添加剤(以下、「その他の添加剤」ともいう。)を使用することができ、かつ、NSFが規定した含有量の範囲内において、その他の添加剤を適宜配合することができる。
その他の添加剤としては、例えば、酸化防止剤、極圧剤、錆止め剤等が挙げられる。
極圧剤としては、例えば、トリクレジルホスフェートなどが挙げられる。
錆止め剤としては、例えば、アルケニルコハク酸及びその誘導体、オレイルサルコシンなどのエステル、ワックス酸化物、中性バリウムスルホネート、ソルビタントリオール、パラフィンなどが挙げられる。
本発明のグリース組成物は、混和ちょう度が140〜420であることが好ましく、200〜400であることがより好ましく、250〜350であることが更に好ましい。
混和ちょう度は、数値が小さいとグリースが硬く、大きいと柔らかいことを示す。
混和ちょう度は、JIS K 2220(2013)ちょう度試験方法に基づき求めることができる。
中でも、グリース組成物は、波動歯車装置への使用に特に適している。
低トルク性、極圧性、動力伝達効率及び耐摩耗性により優れる観点から、40℃動粘度が20mm2/s以上40mm2/s未満の範囲にある特定基油を含有するグリース組成物は、減速機に好適に適用することができる。
−動力伝達効率−
ηγ(%)=Τ0/(Τι×R)×100
ηγ:動力伝達効率(%)
Τι:入力トルク
Τ0:出力トルク
R:減速比
本発明のグリース組成物の製造方法は、特に限定されない。本発明のグリース組成物は、例えば、以下の方法によって製造することができる。
少なくとも、特定基油及び特定増ちょう剤、必要によりその他の添加剤を、攪拌容器に投入し、攪拌、混合することでグリース組成物が得られる。
なお、攪拌及び混合には、公知の撹拌機等を用いることができる。
実施例及び比較例では、以下に示す*1〜*17の成分を表1〜表3に示した配合量の割合(質量%)で含有させたグリース組成物を調製した。
*1〜*4の増ちょう剤は、以下に記載するように、増ちょう剤の原料と、実施例及び比較例のグリース組成物で用いる基油とを混合して、基油中で原料を反応若しくは分散させて増ちょう剤を調製した。
なお、表1〜表3中、「−」は当該成分を含まないこと又は未測定の値を意味する。
*1:カルシウムスルホネート
このカルシウムスルホネートは以下のように調製した。
まず、耐熱容器に過塩基性カルシウムスルホネート、スルホン酸、プロピレングリコール、酢酸及び各種基油を入れ、80℃まで加熱攪拌した。その後、水を添加し、90℃付近で保持しながら攪拌した。さらに、最高温度150℃まで加熱し、室温まで冷却して、増ちょう剤であるカルシウムスルホネートを得た。
この有機化ベントナイトは以下のように調製した。
まず、耐熱容器に有機化ベントナイト(商品名:「BENTONE34」、Elementis社製)及び基油を加え、攪拌した。さらにエタノールを加えて、120℃まで加熱及び攪拌した。さらに最高温度140℃まで加熱し、室温まで冷却して、増ちょう剤である有機化ベントナイトを得た。
耐熱容器に表2中の基油(後述のポリアルファオレフィンB)、及びリチウム−12−ヒドロキシステアレート(商品名:「S7000H」、堺化学工業(株)製)を投入して加熱し、約200℃付近で溶解させ、基油を更に添加し、冷却した。その後、ミル処理を行うことにより、リチウム−12−ヒドロキシステアレートの結晶を最適なものとした。
耐熱容器に、表2中の基油(後述のポリアルファオレフィンB)、水、水酸化カルシウム及び牛脂系ステアリン酸を投入して加熱し、約130℃付近で溶解させ、更に基油を添加し、反応させた。その後、加熱を止め、100℃程度まで低下させて、水を添加し、さらに冷却した。その後、ミル処理を行うことによりカルシウムステアレートの結晶を最適なものとした。
*15:ポリウレア
*16:Alコンプレックス石けん
*5:脂肪酸エステル(商品名:「RADIALUBE FL 7538」、Oleon社製、粘度グレード:ISO VG68)
*6:ポリアルファオレフィンA(商品名:「DURASYN 145」、INEOS社製、粘度グレード:ISO VG22)
*7:ポリアルファオレフィンB(商品名:「DURASYN 170」、INEOS社製、粘度グレード:ISO VG68)
*8:ポリアルファオレフィンC(商品名:「DURASYN 174R」、INEOS社製、粘度グレード:ISO VG320)
*9:鉱物油(商品名:「YUBASE8」、SK Lubricants社製、粘度グレード:ISO VG46)
*10:アルキルナフタレン(商品名:「SYNESSTIC 5」、ExxonMobil社製、粘度グレード:ISO VG32)
*11:トリ(ジ−tert−ブチルフェニル)フォスフェート(商品名:「Irgafos168」、BASF社製)
*12:アミンフォスフェート(商品名:「Irgafos349」、BASF社製)
*13:トリフェノキシホスフィンスルフィド(商品名:「NALUBE AW−6509」、King社製)
上記で調製したグリース組成物を用いて以下の試験を行い、各評価を行った。その結果をそれぞれ、表1〜表3に示す。
JIS K 2283(2000)「動粘度試験方法」に基づき、基油の40℃動粘度を測定した。
JIS K 2220(2013)ちょう度試験方法に基づき測定した。
グリース組成物の極圧性は、以下の方法で評価を行った。ASTM D 2596に規定するStandard method for measurement of extreme-pressure properties of lubricating grease (four-ball method)に基づき四球式耐荷重能(融着荷重)試験を行い、融着荷重の値(N)を測定した。
融着荷重の値が大きいほど、極圧性に優れる。融着荷重の値は、3923N以上がより好ましい。
グリース組成物のトルクは、プッシャ型トルクセンサ(ATP−100MN(装置形式)、菅原研究所社製)を用いて試験を実施した。試験条件は、回転数1800rpm、アキシャル荷重20N、温度23℃〜27℃、使用軸受JIS呼び番号6204、グリース充填率は軸受空間容積に対し35%とした。
軸受を10分40秒間、回転させ、最後の10秒間の回転トルクの傾きの平均値をグリース組成物のトルクとした。
グリース組成物のトルクの値が20mN・m以下であると、低トルク性が確保されているといえる。
JIS K 6258(2003)に規定する加硫ゴムの浸漬試験方法に基づき、シール浸漬試験を行った。シール材として、ISO 13226による低ニトリルゴム材のSRE−NBR/Lを使用した。浸漬温度100℃に保たれた上記グリース組成物の中にシール材を72時間浸漬し、浸漬前後のシール材の体積を測定し、体積変化率(%)を求めた。
体積変化率(%)が±5%以内であると、シール材の膨張又は収縮がみられず、グリース組成物の漏れがほとんどなく、食品機械用グリース組成物として良好である。
実施例7及び比較例7〜13で調製したグリース組成物の動力伝達効率は、下記の試験条件にて算出した。
実施例7及び比較例7〜13で調製したグリース組成物を減速機((株)ハーモニック・ドライブ・システムズ製、波動歯車装置(型番;CSF-20-100-2A-GR))に封入した。
図1に示すように、高速側に配置した駆動装置により、減速機を入力回転速度2,000回転/分で駆動させて、低速側に配置した負荷装置により、負荷トルクが40Nmになるように印加し、高速側及び低速側にそれぞれ設置したトルク検出器により、40℃条件下での入力(高速軸)トルク及び出力(低速軸)トルクの値(Nm)を測定した。
得られた測定値を用いて下記の式により、動力伝達効率を測定した。
ηγ(%)=Τ0/(Τι×R)×100
ηγ:動力伝達効率(%)
Τι:入力トルク
Τ0:出力トルク
R:減速比=100
なお、動力伝達効率の値が大きいほど動力伝達効率により優れる。
実施例7で調製したグリース組成物を減速機((株)ハーモニック・ドライブ・システムズ製、波動歯車装置(型番;CSF-20-100-2A-GR))に封入した。
減速機の高速側を回転方向に固定し、下記の条件において、低速側に定められた負荷トルクを正逆に加えた時に生ずる低速軸の回転角の合計値をロストモーションとした。
実施例7のグリース組成物を封入したときの、初期からのロストモーションの増加量が基準値を超えたときの時間を測定し、このときの値を1とした。耐摩耗性比は、この値に対する、他のグリース組成物を封入したときの初期からのロストモーションの増加量が基準値を超えたときの時間との比により求めることができる。
入力回転速度:2,000回転/分
負荷トルク:最大82Nm
温度:20℃
耐摩耗性比の値が大きいほど耐摩耗性により優れる。
これに対して、表2に示すように、40℃動粘度が20mm2/s〜70mm2/sの範囲外である基油を含む比較例1のグリース組成物は、実施例1〜6のグリース組成物に比べてトルクが高い。
食品機械用増ちょう剤として、カルシウムスルホネート及びカルシウムスルホネートコンプレックスの少なくとも一方を含まない比較例2〜比較例6のグリース組成物は、極圧剤を添加しているのにも関わらず、極圧剤を含まない実施例1〜6のグリース組成物と比べて、極圧性が劣っている。
上記のとおり、実施例7のグリース組成物は、比較例7〜13のグリース組成物に比べて、動力伝達効率と耐摩耗性との両立に優れる。
しかし、機械要素を駆動した際に、機械要素からの潤滑剤、グリース等の垂れ落ち及び漏洩を完全に防ぐことは難しく、食品への潤滑剤、グリース等の混入を考慮しなければならない。
NSF認証には段階があり、NSF認証カテゴリーにおいて、偶発的に食品に接触する可能性のある箇所で使用される潤滑剤等に対してはH−1の認証が求められている。H−1の認証を受けた潤滑剤等は、NSFの認証を受けたHX−1に属する基油及び添加剤にしか使用することができない。
NSFのHX−1には、人体に対する影響が少ない基油及び添加剤が登録されている一方、化学的活性が強い硫黄化合物、有機モリブデン化合物、有機亜鉛化合物等は登録から除外されている。
また、鉱物油、ポリアルファオレフィン等のパラフィン系基油と比較して、潤滑性に優れ、低毒性であって、生分解性を有する脂肪酸エステル系基油を、食品機械用グリースへ用いることが知られている(例えば、特許文献1〜3参照)。
極圧性を確保する手法として、基油の粘度を増大させることにより、油膜を保持することが知られている。一般に、高粘度の基油は流動性が小さくなり、トルクが増大する傾向にあり、高粘度の基油を含むグリースは、トルクが高く、機械の運用効率を低下させる傾向がある。
上記のような状況により、食品機械用グリースでは、極圧性と低トルク性とを両立することは非常に困難である。
<1> 脂肪酸エステル、鉱物油、ポリアルファオレフィン、アルキルナフタレン及びパーフルオロアルキルポリエーテルから選ばれる少なくとも1種であり、かつ、40℃動粘度が20mm2/s以上40mm2/s未満である食品機械用基油と、
カルシウムスルホネート及びカルシウムスルホネートコンプレックスの少なくとも一方である食品機械用増ちょう剤と、を含む食品機械用グリース組成物。
<2> 前記食品機械用基油は、鉱物油及びポリアルファオレフィンの少なくとも一方である<1>に記載の食品機械用グリース組成物。
<3> 前記食品機械用増ちょう剤の含有量は、組成物の全質量に対して、20質量%〜80質量%である<1>又は<2>に記載の食品機械用グリース組成物。
<4> 前記食品機械用増ちょう剤に対する前記食品機械用基油の配合比率は、質量基準で、0.25〜4.0である<1>〜<3>にいずれか1つに記載の食品機械用グリース組成物。
<6> 減速機へ用いられる<1>〜<5>のいずれか1つに記載の食品機械用グリース組成物。
なお、本明細書中、数値範囲を表す「〜」は、その上限及び下限としてそれぞれ記載されている数値を含む範囲を表す。また、「〜」で表される数値範囲において上限値のみ単位が記載されている場合は、下限値も同じ単位であることを意味する。
本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本明細書において組成物中の各成分の含有率又は含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本明細書において、「極圧性」とは、金属部材同士をグリース組成物を介して摺動させた場合に、摺動面の焼付を防止する性質を意味する。
本発明において、耐摩耗性は、耐摩耗性比を用いて評価することができる。
本明細書において、「耐摩耗性比」とは、2つ以上のグリース組成物において、ロストモーション初期値からの増分が定められた基準値を超えた時点の運転時間の比を意味する。
本明細書において、「ロストモーション」とは、減速機の高速側を回転方向に固定し、低速側に定められた負荷トルクを正逆に加えた時に生ずる低速軸の回転角の合計値を示す。
本発明の食品機械用グリース組成物(以下、単に「グリース組成物」ともいう。)は、脂肪酸エステル、鉱物油、ポリアルファオレフィン、アルキルナフタレン及びパーフルオロアルキルポリエーテルから選ばれる少なくとも1種であり、かつ、40℃動粘度が20mm2/s〜70mm2/sである食品機械用基油と、
カルシウムスルホネート及びカルシウムスルホネートコンプレックスの少なくとも一方である食品機械用増ちょう剤と、を含む。
グリース組成物は、上記成分に加え、他の成分を含んでいてもよい。
以下、グリース組成物が含有する各成分について説明する。
本発明のグリース組成物は、脂肪酸エステル、鉱物油、ポリアルファオレフィン、アルキルナフタレン及びパーフルオロアルキルポリエーテルから選ばれる少なくとも1種である食品機械用基油(以下、「特定基油」ともいう。)を含む。
本発明のグリース組成物に含まれる特定基油は、NSF(国際衛生科学財団)が規定するHX−1グレードに登録された基油である。
特定基油は、1種を単独で用いてもよく、又は2種以上を組み合わせてもよい。
上記アルコールとしては、例えば、モノアルコール及び2価以上の多価アルコールが挙げられる。
モノアルコールとしては、メタノール、エタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オレイルアルコール、ラウリルアルコール等が挙げられる。
2価以上の多価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセロール、ネオペンチルグリコール等の脂肪族ジオール、トリメチロールメタン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン、1,2,6−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等の3価以上の多価アルコールなどが挙げられる。
上記脂肪酸は、脂肪酸の炭素数は、4〜30が好ましく、4〜22がより好ましい。
脂肪酸の炭素数が4〜30である脂肪酸の具体例としては、例えば、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、ドデカン酸、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、エイコサン酸、ドコサン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、スベリン酸、リシノール酸、アゼライン酸、セバシン酸などが挙げられる。
例えば、6価のアルコールとエステルを形成可能な脂肪酸としては、炭素数8の直鎖脂肪酸と炭素数6の分岐鎖脂肪酸との混合物であってもよいし、炭素数8の直鎖脂肪酸のみであってもよい。
食品機械用鉱物油としては、硫黄分が、食品機械用鉱物油の全質量に対して、0.03質量%以下であることが好ましい。
なお、ポリアルファオレフィンは、合成してもよく、市販品を購入して用いてもよい。
これらの中でも、炭素数8〜30のアルキル基が好ましく、より好ましくは炭素数12〜20のアルキル基である。アルキル基は直鎖又は分岐鎖であってもよい。
特定基油の含有量の好ましい態様としては、グリース組成物の全質量に対して20質量%以上45質量%未満であってもよい。また、低トルク性の観点から、特定基油の含有量としては、グリース組成物の全質量に対して20質量%〜40質量%であってもよい。
また、動力伝達効率及び耐摩耗性を両立する観点から、特定基油の含有量としては、45質量%を超えて55質量%以下であることが好ましい。
特定基油の40℃動粘度が70mm2/sを超えると、流動性が小さくなりすぎて、トルク性能が高くなる傾向があり、また、食品機械の稼動効率が低くなる可能性がある。
特定基油の40℃動粘度が20mm2/s未満であると、潤滑性が著しく低下する傾向がある。
また、低トルク性能が十分に得られる観点からは、特定基油の40℃動粘度としては、40mm2/s〜70mm2/sであることも好ましく、40mm2/s〜65mm2/sであることもより好ましく、40mm2/s〜50mm2/sであることも更に好ましい。
本明細書において、基油の40℃動粘度とは、JIS K 2283(2000)「動粘度試験方法」により測定される値を示す。
一方、グリース組成物が、40℃動粘度が上記範囲内にある比較的低粘度の特定基油を含有した場合、金属表面に形成される潤滑膜が薄くなりやすく、耐摩耗性が低下する可能性がある。
耐摩耗性を向上させるためには、一般的に、硫黄系又はリン系の摩耗防止添加剤をグリース組成物に加えること考えられる。しかしながら、硫黄系又はリン系の摩耗防止添加剤は、食品機械用途のグリース組成物として用いることができない。
潤滑膜を十分に形成させて耐摩耗性を向上させ、かつ、動力伝達効率にも優れる観点から、グリース組成物は、40℃動粘度が20mm2/s以上40mm2/s未満の範囲にある特定基油と、増ちょう剤として後述のカルシウムスルホネート又はカルシウムスルホネートコンプレックスの少なくとも一方と、を含有することが好ましい。
本発明のグリース組成物は、カルシウムスルホネート及びカルシウムスルホネートコンプレックスの少なくとも一方である食品機械用増ちょう剤(以下、「特定増ちょう剤」ともいう。)を含む。グリース組成物が特定増ちょう剤を含むと、優れた極圧性を発揮する。
特定増ちょう剤は、NSF(国際衛生科学財団)が規定するHX−1グレードに登録された原料又は、NSFに認証された原料を用いて合成されたものである。
特定増ちょう剤は、1種を単独で用いてもよく、又は2種以上を組み合わせてもよい。
カルシウムスルホネート以外のカルシウム塩としては、特に制限はなく、例えば、炭酸カルシウム、及びホウ酸カルシウム、並びに、カルシウムジベヘネート、カルシウムジステアレート、カルシウムジヒドロキシステアレート等の高級脂肪酸カルシウム塩、酢酸カルシウム等の低級脂肪酸カルシウム塩などが挙げられる。
カルシウム塩は、1種を単独で用いてもよく、又は2種以上を組み合わせてもよい。
特定増ちょう剤の含有量が上記範囲であると、混和ちょう度を140〜420の範囲内に調製することが可能となる。
上記観点から、特定増ちょう剤の含有量としては、グリース組成物の全質量に対して、20質量%〜80質量%であることがより好ましく、30質量%〜75質量%であることが更に好ましい。
食品機械用基油に対する食品機械用増ちょう剤の配合比率が上記範囲内にあると、極圧性及び低トルク性に優れる傾向がある。
上記観点から、食品機械用基油に対する食品機械用増ちょう剤の配合比率としては、質量基準で、0.42〜3.0であることが好ましい。
本発明のグリース組成物は、特定基油、及び特定増ちょう剤以外に、通常のグリース組成物に用いられるその他の成分として、NSF(国際衛生科学財団)が規定するHX−1グレードに登録又は、NSFに認証された原料に用いた添加剤(以下、「その他の添加剤」ともいう。)を使用することができ、かつ、NSFが規定した含有量の範囲内において、その他の添加剤を適宜配合することができる。
その他の添加剤としては、例えば、酸化防止剤、極圧剤、錆止め剤等が挙げられる。
極圧剤としては、例えば、トリクレジルホスフェートなどが挙げられる。
錆止め剤としては、例えば、アルケニルコハク酸及びその誘導体、オレイルサルコシンなどのエステル、ワックス酸化物、中性バリウムスルホネート、ソルビタントリオール、パラフィンなどが挙げられる。
本発明のグリース組成物は、混和ちょう度が140〜420であることが好ましく、200〜400であることがより好ましく、250〜350であることが更に好ましい。
混和ちょう度は、数値が小さいとグリースが硬く、大きいと柔らかいことを示す。
混和ちょう度は、JIS K 2220(2013)ちょう度試験方法に基づき求めることができる。
中でも、グリース組成物は、波動歯車装置への使用に特に適している。
低トルク性、極圧性、動力伝達効率及び耐摩耗性により優れる観点から、40℃動粘度が20mm2/s以上40mm2/s未満の範囲にある特定基油を含有するグリース組成物は、減速機に好適に適用することができる。
−動力伝達効率−
ηγ(%)=Τ0/(Τι×R)×100
ηγ:動力伝達効率(%)
Τι:入力トルク
Τ0:出力トルク
R:減速比
本発明のグリース組成物の製造方法は、特に限定されない。本発明のグリース組成物は、例えば、以下の方法によって製造することができる。
少なくとも、特定基油及び特定増ちょう剤、必要によりその他の添加剤を、攪拌容器に投入し、攪拌、混合することでグリース組成物が得られる。
なお、攪拌及び混合には、公知の撹拌機等を用いることができる。
実施例及び比較例では、以下に示す*1〜*17の成分を表1〜表3に示した配合量の割合(質量%)で含有させたグリース組成物を調製した。
*1〜*4の増ちょう剤は、以下に記載するように、増ちょう剤の原料と、実施例及び比較例のグリース組成物で用いる基油とを混合して、基油中で原料を反応若しくは分散させて増ちょう剤を調製した。
なお、表1〜表3中、「−」は当該成分を含まないこと又は未測定の値を意味する。
*1:カルシウムスルホネート
このカルシウムスルホネートは以下のように調製した。
まず、耐熱容器に過塩基性カルシウムスルホネート、スルホン酸、プロピレングリコール、酢酸及び各種基油を入れ、80℃まで加熱攪拌した。その後、水を添加し、90℃付近で保持しながら攪拌した。さらに、最高温度150℃まで加熱し、室温まで冷却して、増ちょう剤であるカルシウムスルホネートを得た。
この有機化ベントナイトは以下のように調製した。
まず、耐熱容器に有機化ベントナイト(商品名:「BENTONE34」、Elementis社製)及び基油を加え、攪拌した。さらにエタノールを加えて、120℃まで加熱及び攪拌した。さらに最高温度140℃まで加熱し、室温まで冷却して、増ちょう剤である有機化ベントナイトを得た。
耐熱容器に表2中の基油(後述のポリアルファオレフィンB)、及びリチウム−12−ヒドロキシステアレート(商品名:「S7000H」、堺化学工業(株)製)を投入して加熱し、約200℃付近で溶解させ、基油を更に添加し、冷却した。その後、ミル処理を行うことにより、リチウム−12−ヒドロキシステアレートの結晶を最適なものとした。
耐熱容器に、表2中の基油(後述のポリアルファオレフィンB)、水、水酸化カルシウム及び牛脂系ステアリン酸を投入して加熱し、約130℃付近で溶解させ、更に基油を添加し、反応させた。その後、加熱を止め、100℃程度まで低下させて、水を添加し、さらに冷却した。その後、ミル処理を行うことによりカルシウムステアレートの結晶を最適なものとした。
*15:ポリウレア
*16:Alコンプレックス石けん
*5:脂肪酸エステル(商品名:「RADIALUBE FL 7538」、Oleon社製、粘度グレード:ISO VG68)
*6:ポリアルファオレフィンA(商品名:「DURASYN 145」、INEOS社製、粘度グレード:ISO VG22)
*7:ポリアルファオレフィンB(商品名:「DURASYN 170」、INEOS社製、粘度グレード:ISO VG68)
*8:ポリアルファオレフィンC(商品名:「DURASYN 174R」、INEOS社製、粘度グレード:ISO VG320)
*9:鉱物油(商品名:「YUBASE8」、SK Lubricants社製、粘度グレード:ISO VG46)
*10:アルキルナフタレン(商品名:「SYNESSTIC 5」、ExxonMobil社製、粘度グレード:ISO VG32)
*11:トリ(ジ−tert−ブチルフェニル)フォスフェート(商品名:「Irgafos168」、BASF社製)
*12:アミンフォスフェート(商品名:「Irgafos349」、BASF社製)
*13:トリフェノキシホスフィンスルフィド(商品名:「NALUBE AW−6509」、King社製)
上記で調製したグリース組成物を用いて以下の試験を行い、各評価を行った。その結果をそれぞれ、表1〜表3に示す。
JIS K 2283(2000)「動粘度試験方法」に基づき、基油の40℃動粘度を測定した。
JIS K 2220(2013)ちょう度試験方法に基づき測定した。
グリース組成物の極圧性は、以下の方法で評価を行った。ASTM D 2596に規定するStandard method for measurement of extreme-pressure properties of lubricating grease (four-ball method)に基づき四球式耐荷重能(融着荷重)試験を行い、融着荷重の値(N)を測定した。
融着荷重の値が大きいほど、極圧性に優れる。融着荷重の値は、3923N以上がより好ましい。
グリース組成物のトルクは、プッシャ型トルクセンサ(ATP−100MN(装置形式)、菅原研究所社製)を用いて試験を実施した。試験条件は、回転数1800rpm(revolutions per minute)、アキシャル荷重20N、温度23℃〜27℃、使用軸受JIS呼び番号6204、グリース充填率は軸受空間容積に対し35%とした。
軸受を10分40秒間、回転させ、最後の10秒間の回転トルクの傾きの平均値をグリース組成物のトルクとした。
グリース組成物のトルクの値が20mN・m以下であると、低トルク性が確保されているといえる。
JIS K 6258(2003)に規定する加硫ゴムの浸漬試験方法に基づき、シール浸漬試験を行った。シール材として、ISO 13226による低ニトリルゴム材のSRE−NBR/Lを使用した。浸漬温度100℃に保たれた上記グリース組成物の中にシール材を72時間浸漬し、浸漬前後のシール材の体積を測定し、体積変化率(%)を求めた。
体積変化率(%)が±5%以内であると、シール材の膨張又は収縮がみられず、グリース組成物の漏れがほとんどなく、食品機械用グリース組成物として良好である。
実施例7及び比較例7〜13で調製したグリース組成物の動力伝達効率は、下記の試験条件にて算出した。
実施例7及び比較例7〜13で調製したグリース組成物を減速機((株)ハーモニック・ドライブ・システムズ製、波動歯車装置(型番;CSF-20-100-2A-GR))に封入した。
図1に示すように、高速側に配置した駆動装置により、減速機を入力回転速度2,000回転/分で駆動させて、低速側に配置した負荷装置により、負荷トルクが40Nmになるように印加し、高速側及び低速側にそれぞれ設置したトルク検出器により、40℃条件下での入力(高速軸)トルク及び出力(低速軸)トルクの値(Nm)を測定した。
得られた測定値を用いて下記の式により、動力伝達効率を測定した。
ηγ(%)=Τ0/(Τι×R)×100
ηγ:動力伝達効率(%)
Τι:入力トルク
Τ0:出力トルク
R:減速比=100
なお、動力伝達効率の値が大きいほど動力伝達効率により優れる。
実施例7で調製したグリース組成物を減速機((株)ハーモニック・ドライブ・システムズ製、波動歯車装置(型番;CSF-20-100-2A-GR))に封入した。
減速機の高速側を回転方向に固定し、下記の条件において、低速側に定められた負荷トルクを正逆に加えた時に生ずる低速軸の回転角の合計値をロストモーションとした。
実施例7のグリース組成物を封入したときの、初期からのロストモーションの増加量が基準値を超えたときの時間を測定し、このときの値を1とした。耐摩耗性比は、この値に対する、他のグリース組成物を封入したときの初期からのロストモーションの増加量が基準値を超えたときの時間との比により求めることができる。
入力回転速度:2,000回転/分
負荷トルク:最大82Nm
温度:20℃
耐摩耗性比の値が大きいほど耐摩耗性により優れる。
これに対して、表2に示すように、40℃動粘度が20mm2/s〜70mm2/sの範囲外である基油を含む比較例1のグリース組成物は、実施例1〜6のグリース組成物に比べてトルクが高い。
食品機械用増ちょう剤として、カルシウムスルホネート及びカルシウムスルホネートコンプレックスの少なくとも一方を含まない比較例2〜比較例6のグリース組成物は、極圧剤を添加しているのにも関わらず、極圧剤を含まない実施例1〜6のグリース組成物と比べて、極圧性が劣っている。
上記のとおり、実施例7のグリース組成物は、比較例7〜13のグリース組成物に比べて、動力伝達効率と耐摩耗性との両立に優れる。
Claims (4)
- 脂肪酸エステル、鉱物油、ポリアルファオレフィン、アルキルナフタレン及びパーフルオロアルキルポリエーテルから選ばれる少なくとも1種であり、かつ、40℃動粘度が20mm2/s〜70mm2/sである食品機械用基油と、
カルシウムスルホネート及びカルシウムスルホネートコンプレックスの少なくとも一方である食品機械用増ちょう剤と、を含む食品機械用グリース組成物。 - 前記食品機械用基油は、鉱物油及びポリアルファオレフィンの少なくとも一方である請求項1に記載の食品機械用グリース組成物。
- 前記食品機械用増ちょう剤の含有量は、組成物の全質量に対して、20質量%〜80質量%である請求項1又は請求項2に記載の食品機械用グリース組成物。
- 前記食品機械用基油に対する前記食品機械用増ちょう剤の配合比率は、質量基準で、0.25〜4.0である請求項1〜請求項3にいずれか1項に記載の食品機械用グリース組成物。
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