JP2021143289A - 潤滑剤組成物および転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】基油の酸化による劣化を長時間にわたり防止できる潤滑剤組成物、および該潤滑剤組成物が封入された転がり軸受を提供する。【解決手段】潤滑剤組成物７は、基油と酸化防止剤とを含み、基油は、４０℃における動粘度が２０ｍｍ２／ｓ〜４０ｍｍ２／ｓのエステル油、または、４０℃における動粘度が６０ｍｍ２／ｓ〜８０ｍｍ２／ｓのエーテル油であり、酸化防止剤が所定の構造を有するアミン系酸化防止剤であり、潤滑剤組成物は、該潤滑剤組成物全体に対してアミン系酸化防止剤を０．２質量％〜５質量％含む。【選択図】図１

Description

本発明は、潤滑剤組成物、および該潤滑剤組成物が封入された転がり軸受に関し、特に、自動車、産業機械、風力発電機などに用いられる潤滑剤組成物およびその転がり軸受に関する。

近年、メンテナンスフリーの観点から、より長い時間故障することなく使用することができる転がり軸受が必要とされている。通常、転がり軸受の破損は、繰り返される負荷により金属疲労で破損に至る場合と、転がり軸受内に封入されている潤滑剤組成物の劣化による潤滑不良で破損に至る場合がある。後者については、空気中の酸素と潤滑剤組成物に含まれる基油が反応することが潤滑剤組成物の劣化の要因の一つであると考えられる。潤滑剤組成物の劣化を防ぐ対策として、潤滑剤組成物に酸化防止剤を添加する方法が知られている（非特許文献１参照）。

社団法人日本トライボロジー学会グリース研究会編、「潤滑グリースの基礎と応用」、養賢堂、２００７年、ｐ．１７−１８

上記非特許文献１には、酸化防止剤として、アミン類、フェノール類、硫黄化合物などが挙げられており、カテゴリーごとにも様々な種類の化合物が挙げられている。しかしながら、基油と酸化防止剤の相性によって、酸化防止剤の効果は大きく異なる。そのため、基油に適した酸化防止剤を選定することが必要である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、基油の酸化による劣化を長時間にわたり防止できる潤滑剤組成物、および該潤滑剤組成物が封入された転がり軸受を提供することを目的とする。

本発明の潤滑剤組成物は、基油と酸化防止剤とを含む潤滑剤組成物であって、上記基油は、４０℃における動粘度が２０ｍｍ^２／ｓ〜４０ｍｍ^２／ｓのエステル油、または、４０℃における動粘度が６０ｍｍ^２／ｓ〜８０ｍｍ^２／ｓのエーテル油であり、上記酸化防止剤が下記式（１）で示されるアミン系酸化防止剤であり、上記潤滑剤組成物は、該潤滑剤組成物全体に対して上記アミン系酸化防止剤を０．２質量％〜５質量％含むことを特徴とする。

（式中、Ｒ^１は、水素原子、直鎖もしくは分岐ブチル基、または、直鎖もしくは分岐オクチル基を表し、Ｒ^２は、直鎖もしくは分岐ブチル基、または、直鎖もしくは分岐オクチル基を表す。）

上記潤滑剤組成物は、該潤滑剤組成物全体に対して上記アミン系酸化防止剤を１質量％〜３質量％含むことを特徴とする。上記潤滑剤組成物は、上記基油と上記酸化防止剤のみからなることを特徴とする。

上記潤滑剤組成物は、２００℃における酸化誘導期間（ＯＩＴ）が０．５時間以上であることを特徴とする。酸化誘導期間は、ＡＳＴＭ Ｄ６１８６−９８に規定される高圧示差走査熱量測定（ＰＤＳＣ）によって測定される。

本発明の転がり軸受は、潤滑剤組成物を封入してなる転がり軸受であって、上記潤滑剤組成物が本発明の潤滑剤組成物であることを特徴とする。

本発明の潤滑剤組成物は、所定の動粘度のエステル油またはエーテル油と、上記式（１）で示されるアミン系酸化防止剤とを含み、潤滑剤組成物全体に対してアミン系酸化防止剤を０．２質量％〜５質量％含むので、基油であるエステル油またはエーテル油の酸化劣化を長期間にわたり防止することができる。

本発明の転がり軸受は、本発明の潤滑剤組成物を封入してなるので、潤滑剤組成物の酸化劣化が防止され、軸受寿命を延長できる。

本発明の転がり軸受の一例である深溝玉軸受の断面図である。 各試験例における酸化誘導期間と温度の関係を示す図である。

本発明の潤滑剤組成物は、基油と酸化防止剤を含む。本発明の潤滑剤組成物の態様には、（１）所定の基油と酸化防止剤とを必須構成とする潤滑油と、（２）所定の基油と増ちょう剤と酸化防止剤とを必須構成とするグリースとの２種類がある。

本発明に用いる基油は、４０℃における動粘度が２０ｍｍ^２／ｓ〜４０ｍｍ^２／ｓのエステル油、または、４０℃における動粘度が６０ｍｍ^２／ｓ〜８０ｍｍ^２／ｓのエーテル油である。

エステル油としては、ジブチルセバケート、ジ−２−エチルヘキシルセバケート、ジオクチルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジトリデシルグルタレート、メチル・アセチルシノレートなどのジエステル油、トリオクチルトリメリテート、トリデシルトリメリテート、テトラオクチルピロメリテートなどの芳香族エステル油、トリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンベラルゴネート、ペンタエリスリトールエステル油などのポリオールエステル油、炭酸エステル油、りん酸エステル油などが挙げられる。これらの中でも、ペンタエリスリトールエステル油が好ましい。

エーテル油としては、例えば、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、アルキルトリフェニルエーテル油、アルキルテトラフェニルエーテル油などが挙げられる。これらの中でも、高温での耐久性の点から、アルキルジフェニルエーテル油が好ましい。アルキルジフェニルエーテル油としては、モノアルキルジフェニルエーテル油、ジアルキルジフェニルエーテル油、ポリアルキルジフェニルエーテル油などが挙げられる。

なお、本発明に用いるエステル油の１００℃における動粘度は５ｍｍ^２／ｓ〜７ｍｍ^２／ｓであることが好ましい。また、エーテル油の１００℃における動粘度は８ｍｍ^２／ｓ〜１０ｍｍ^２／ｓであることが好ましい。

本発明に用いる酸化防止剤は、下記式（１）で示されるアミン系酸化防止剤である。

（式中、Ｒ^１は、水素原子、直鎖もしくは分岐ブチル基、または、直鎖もしくは分岐オクチル基を表し、Ｒ^２は、直鎖もしくは分岐ブチル基、または、直鎖もしくは分岐オクチル基を表す。）

Ｒ^１およびＲ^２における直鎖ブチル基はｎ−ブチル基であり、分岐ブチル基はｓｅｃ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基である。また、直鎖オクチル基はｎ−オクチル基であり、分岐オクチル基は、例えば２−エチルヘキシル基、ｔｅｒｔ−オクチル基などである。なお、Ｒ^１およびＲ^２は、互いに同じ置換基でもよく、異なる置換基でもよい。

上記式（１）で示されるアミン系酸化防止剤は、２０℃における密度は１．０５ｇ／ｃｍ^３以下が好ましく、０．９６ｇ／ｃｍ^３以上１．００ｇ／ｃｍ^３未満がより好ましい。また、４０℃における動粘度は２００ｍｍ^２／ｓ〜４００ｍｍ^２／ｓが好ましく、２００ｍｍ^２／ｓ〜３００ｍｍ^２／ｓがより好ましい。

上記式（１）で示されるアミン系酸化防止剤の態様として、例えば、ブチル化ジフェニルアミン、オクチル化ジフェニルアミン、ジブチル化ジフェニルアミン、ジオクチル化ジフェニルアミン、ブチル基およびオクチル基を有するオクチル化／ブチル化ジフェニルアミンがある。これらの中でも、オクチル化／ブチル化ジフェニルアミンが好ましく、その市販品としてはＢＡＳＦ社製Ｉｒｇａｎｏｘ Ｌ５７などが挙げられる。

酸化防止剤の配合量は潤滑剤組成物全体に対して０．２質量％〜５質量％である。酸化防止剤をこの範囲内にすることで、エステル油またはエーテル油の酸化劣化を効果的に防止できる。酸化防止剤の配合量は、好ましくは０．２質量％〜３質量％であり、より好ましくは１質量％〜３質量％である。

本発明では、基油の種類に適した酸化防止剤を組み合わせているので、該基油の酸化に対する安定性が増大し、潤滑剤組成物の酸化誘導期間を延長させることができる。酸化誘導期間は、試料の酸化寿命を示す指標であり、この酸化誘導期間が長いほど酸化防止機能が高いことを示す。本発明の潤滑剤組成物の酸化誘導期間は、２００℃において０．５時間以上であることが好ましい。さらに、１２０℃において５００時間以上で、かつ、１５０℃において３０時間以上であることがより好ましい。これにより、幅広い温度範囲での使用条件においても、酸化劣化を防ぐことができる。

酸化誘導期間は、ＡＳＴＭ Ｄ６１８６−９８に規定される高圧示差走査熱量測定（ＰＤＳＣ）によって測定される。ＰＤＳＣは、加圧下で示差走査熱量測定を行なう測定法であり、このＰＤＳＣにおいて、酸化誘導期間は、試料が所定温度に達してから酸化が始まるまでの時間として測定される。ＰＤＳＣは、空気雰囲気下や酸素雰囲気下で、３．４ＭＰａ〜３．６ＭＰａに加圧して実施される。

本発明において、特に好ましい形態の潤滑剤組成物は、基油が４０℃における動粘度が２０ｍｍ^２／ｓ〜４０ｍｍ^２／ｓのエステル油であり、上記式（１）で示されるアミン系酸化防止剤を潤滑剤組成物全体に対して１質量％〜３質量％含み、１２０℃における酸化誘導期間が１０００時間以上で、１５０℃における酸化誘導期間が５０時間以上で、かつ、２００℃における酸化誘導期間が１時間以上の組成物である。

本発明の潤滑剤組成物には、本発明の目的を損なわない範囲でさらに他の添加剤を配合してもよい。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、イオウ系、リン系化合物などの摩耗防止剤、スルホン酸塩や多価アルコールエステルなどの防錆剤、グラファイトなどの摩擦低減剤、エステル、アルコールなどの油性剤などが挙げられる。

上記潤滑剤組成物をグリースとして使用する場合、さらに増ちょう剤が配合される。増ちょう剤としては、特に限定されず、通常グリースの分野で使用される一般的なものを使用できる。例えば、金属石けん、複合金属石けんなどの石けん系増ちょう剤、ベントン、シリカゲル、ジウレア化合物、トリウレア化合物、テトラウレア化合物、ウレア・ウレタン化合物などの非石けん系増ちょう剤を使用できる。金属石けんとしては、ナトリウム石けん、カルシウム石けん、リチウム石けんなどが挙げられ、複合金属石けんとしては、複合リチウム石けんなどが挙げられる。これらの中でも、増ちょう剤として、ジウレア化合物を用いることが好ましい。

ジウレア化合物は、ジイソシアネート成分とモノアミン成分とを反応して得られる。ジイソシアネート成分としては、フェニレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）などが挙げられる。ジウレア化合物としては、脂肪族ジウレア化合物、脂環式ジウレア化合物、芳香族ジウレア化合物が用いられ、これらは使用するモノアミン成分の置換基の種類によって分けられる。脂肪族ジウレア化合物の場合、モノアミン成分として脂肪族モノアミン（オクチルアミンなど）が用いられる。脂環式ジウレア化合物の場合、モノアミン成分として脂環式モノアミン（シクロヘキシルアミンなど）が用いられる。芳香族ジウレア化合物の場合、モノアミン成分として芳香族モノアミン（ｐ−トルイジンなど）が用いられる。

ジウレア化合物を増ちょう剤とするベースグリースは、基油中でジイソシアネート成分とモノアミン成分とを反応させて作製する。ベースグリースに占める増ちょう剤の配合割合は、例えば５質量％〜３０質量％であり、好ましくは１０質量％〜２０質量％である。

上記グリースの場合、その混和ちょう度（ＪＩＳ Ｋ ２２２０）は、２００〜３５０の範囲にあることが好ましい。ちょう度が２００未満である場合は、油分離が小さく潤滑不良となるおそれがある。一方、ちょう度が３５０をこえる場合は、グリースが軟質で軸受外に流出しやすくなり好ましくない。

本発明の転がり軸受は、内輪と、外輪と、該内輪および外輪の間に介在する複数の転動体と、その転動体の周囲に封入された潤滑剤組成物とを有する。本発明の転がり軸受について図１に基づいて説明する。図１は、深溝玉軸受の断面図である。転がり軸受１は、外周面に内輪軌道面２ａを有する内輪２と内周面に外輪軌道面３ａを有する外輪３とが同心に配置され、内輪軌道面２ａと外輪軌道面３ａとの間に転動体である玉４が複数配置される。この玉４は、保持器５により保持される。また、内・外輪の軸方向両端開口部８ａ、８ｂがシール部材６によりシールされ、少なくとも玉４の周囲に潤滑剤組成物７が封入される。潤滑剤組成物７は転動体４との転走面に介在して潤滑される。

転がり軸受１において、内輪２、外輪３、転動体４、保持器５などの軸受部材を構成する鉄系金属材料は、軸受材料として一般的に用いられる任意の材料であり、例えば、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ１、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３、ＳＵＪ４、ＳＵＪ５など；ＪＩＳ Ｇ ４８０５）、浸炭鋼（ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０など；ＪＩＳ Ｇ ４０５３）、ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃなど；ＪＩＳ Ｇ ４３０３）、高速度鋼（Ｍ５０など）、冷間圧延鋼などが挙げられる。また、シール部材６は、金属製またはゴム成形体単独でよく、あるいはゴム成形体と金属板、プラスチック板、またはセラミック板との複合体であってもよい。耐久性、固着の容易さからゴム成形体と金属板との複合体が好ましい。

図１では転がり軸受として玉軸受について例示したが、本発明の転がり軸受は、上記以外の円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、スラスト円すいころ軸受、スラスト針状ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受などでも使用できる。

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。

基油には、エステル油、エーテル油、ポリ−α−オレフィン油（ＰＡＯ油）を用い、酸化防止剤には、アミン系酸化防止剤であるＩｒｇａｎｏｘ Ｌ５７と、フェノール系酸化防止剤であるＢＨＴ（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール）を用いた。各基油と各酸化防止剤とを組み合わせて、表１に示す組成の潤滑油をそれぞれ調整した。なお、各試験例の潤滑油は、基油および酸化防止剤のみからなる。

＜高圧示差熱分析試験＞
得られた各潤滑油について、高圧示差走査熱量計（ＴＡインスツルメント社製）を用いて熱量変化を測定した。試験温度は１７０℃〜２３０℃の数水準の任意の温度で行った。酸素雰囲気下、３．４ＭＰａ〜３．６ＭＰａの圧力に加圧し、各試験温度に昇温し、酸化による発熱の最大傾斜点に達するまで、ＤＳＣ曲線を記録した。昇温した時点から、最大傾斜点におけるＤＳＣ曲線の接線とベースラインとの交点までの時間を酸化誘導期間（ｍｉｎ）として測定した。

上記の試験温度の逆数（１０００／Ｔ）に対して酸化誘導期間の対数（ｌｎ（ＯＩＴ））をプロットした図を図２に示す。図２（ａ）は酸化防止剤にＩｒｇａｎｏｘ Ｌ５７を使用した試験例（実施例１〜２、比較例１）の結果であり、図２（ｂ）はＢＨＴを使用した試験例（比較例２〜４）の結果である。また、図２には、各試験例の測定値からそれぞれ導き出される近似式も示している。

図２（ｂ）に示すように、酸化防止剤にＢＨＴを使用した場合、各基油に対する酸化誘導期間はあまり変わらなかった。これに対して、図２（ａ）に示すように、アミン系酸化防止剤（オクチル化／ブチル化ジフェニルアミン）であるＩｒｇａｎｏｘ Ｌ５７を使用した場合、エステル油とエーテル油については、プロットが高温側（図左側）に大きくシフトした。これは、Ｉｒｇａｎｏｘ Ｌ５７と、エステル油またはエーテル油を組み合わせることで、全温度範囲において酸化誘導期間が大幅に延長したことを示している。さらに、Ｉｒｇａｎｏｘ Ｌ５７の場合、ＢＨＴの場合に比べて各近似式の傾きが大きくなっており、温度が低下するにつれて酸化誘導期間が飛躍的に延びていることが分かる。

図２に示す各近似式に基づいて１２０℃、１５０℃、２００℃における酸化誘導期間（ｈ）を算出した。算出値の結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１〜２の潤滑油は、比較例１〜４の潤滑油に比べて、いずれの温度においても酸化誘導期間が大幅に増加した。例えば１５０℃における酸化誘導期間については、フェノール系酸化防止剤であるＢＨＴ（比較例２〜４）の場合はエステル油、エーテル油、ＰＡＯ油において、ほぼ同程度の酸化誘導期間であったのに対して、アミン系酸化防止剤であるＩｒｇａｎｏｘ Ｌ５７（実施例１〜２、比較例１）の場合は、ＰＡＯ油に比べて、エステル油およびエーテル油の酸化誘導期間が大幅に延びた。特に、エステル油を用いた実施例１は、酸化誘導期間の延びが顕著であった。

また、エステル油およびエーテル油の結果に関して、ＢＨＴを用いた場合には（比較例２〜３）、基油の動粘度が大きいエーテル油の方が酸化誘導期間が長くなったのに対して、Ｉｒｇａｎｏｘ Ｌ５７を用いた場合には（実施例１〜２）、基油の動粘度が小さいエステル油の方が酸化誘導期間が長くなった。また、実施例１の潤滑油は、２００℃における酸化誘導期間が１時間以上を示した。

以上のように、本発明の潤滑剤組成物は、エステル油またはエーテル油と所定のアミン系酸化防止剤とを組み合わせることによって、基油の酸化劣化を効果的に抑制できる。そのため、転がり軸受の潤滑剤組成物として使用されることによって軸受寿命を延ばすことができる。また、このような知見から、基油と酸化防止剤の組み合わせに基づいて、潤滑剤組成物の酸化劣化の優劣を評価することができる。例えば、本発明に係るエステル油またはエーテル油と、上記式（１）で示されるアミン系酸化防止剤が組み合わせられた潤滑剤組成物が、それ以外の組み合わせ（例えば、エステル油、エーテル油、ＰＡＯ油などの基油とＢＨＴの組み合わせ）の潤滑剤組成物よりも酸化劣化を抑制できると判定することができる。

本発明の潤滑剤組成物は、基油の酸化による劣化を長時間にわたり防止できるので、転がり軸受の軸受寿命に優れる。転がり軸受としては、特に、オルタネータ、カーエアコン用電磁クラッチ、中間プーリ、電動ファンモータなどの自動車電装部品、補機などの転がり軸受、モータ用軸受に好適である。

１ 転がり軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体
５ 保持器
６ シール部材
７ 潤滑剤組成物
８ａ、８ｂ 開口部

Claims (5)

1. 基油と酸化防止剤とを含む潤滑剤組成物であって、
   前記基油は、４０℃における動粘度が２０ｍｍ^２／ｓ〜４０ｍｍ^２／ｓのエステル油、または、４０℃における動粘度が６０ｍｍ^２／ｓ〜８０ｍｍ^２／ｓのエーテル油であり、前記酸化防止剤が下記式（１）で示されるアミン系酸化防止剤であり、
   前記潤滑剤組成物は、該潤滑剤組成物全体に対して前記アミン系酸化防止剤を０．２質量％〜５質量％含むことを特徴とする潤滑剤組成物。
   

   

   （式中、Ｒ^１は、水素原子、直鎖もしくは分岐ブチル基、または、直鎖もしくは分岐オクチル基を表し、Ｒ^２は、直鎖もしくは分岐ブチル基、または、直鎖もしくは分岐オクチル基を表す。）
2. 前記潤滑剤組成物は、該潤滑剤組成物全体に対して前記アミン系酸化防止剤を１質量％〜３質量％含むことを特徴とする請求項１記載の潤滑剤組成物。
3. 前記潤滑剤組成物は、前記基油と前記酸化防止剤のみからなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の潤滑剤組成物。
4. 前記潤滑剤組成物は、２００℃における酸化誘導期間が０．５時間以上であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の潤滑剤組成物。
5. 潤滑剤組成物を封入してなる転がり軸受であって、
   前記潤滑剤組成物が請求項１から請求項４までのいずれか１項記載の潤滑剤組成物であることを特徴とする転がり軸受。

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