JP2023077728A

JP2023077728A - グリース組成物

Info

Publication number: JP2023077728A
Application number: JP2021191127A
Authority: JP
Inventors: 悠黒田（伊木）; Kurota, (Iki) Yu; 剛辰巳; Go Tatsumi
Original assignee: Eneos Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 2021-11-25
Filing date: 2021-11-25
Publication date: 2023-06-06

Abstract

【課題】低温におけるせん断粘度を低下させたグリース組成物を提供することを課題とする。【解決手段】－４０℃におけるブルックフィールド粘度が３０００ｍＰａ・ｓ以上１５０００ｍＰａ・ｓ以下である基油とウレア系増ちょう剤とを含むグリース組成物であって、前記ウレア系増ちょう剤が、脂環式アミン、脂肪族アミン、およびこれらの組み合わせにより構成されるジウレア化合物を含み、そしてせん断速度が１０ｓ－１のときに－４０℃で測定したせん断粘度が、５０Ｐａ・ｓ以下である、前記グリース組成物により、前記課題を解決することができる。【選択図】なし

Description

本発明は、グリース組成物に関する。本発明は、詳細には、電気自動車における電動モーターの軸受に使用するためのグリース組成物に関する。

近年、エネルギー効率および環境適合性の観点から、電動モーターを走行の動力源とする電気自動車が注目されている。電動モーターの内部には、グリースを封入した軸受が用いられている。

電気自動車は、使用地域の拡大に伴い、寒帯から熱帯に至るまで幅広い地域で使用されるようになった。電気自動車のモーターにおいては熱源およびエンジン音がなく、したがって、低温環境下での異音の抑制が課題となっている。

国際公開２００６／０１８９４５号パンフレット国際公開２０１８／０６１１３４号パンフレット特開２０１８－０５９６１８号公報

特許文献１では、転がり軸受に封入したグリース組成物において、低温における見掛け粘度（せん断粘度）を低下させることで、低温における異音の発生が抑制されることが示唆されている。電気自動車における電動モーターの軸受に使用するためのグリースにおいても、低温におけるせん断粘度を低下させることで、低温における異音の発生を抑制できると考えられる。
一方で、低温におけるせん断粘度を低下させることができる、基油と増ちょう剤の組み合わせは不明であった。
特許文献２および３には、－３０℃における動粘度が５０００ｍｍ²／ｓ以下である基油と、増ちょう剤と、添加剤とを含有するグリース組成物が開示されている。しかしながら、これらの文献には、グリース組成物の低温におけるせん断粘度を低下させることについては、開示も示唆もされていない。

本発明者らは、低温、特に、－４０℃のような超低温下におけるせん断粘度が低く、したがって電気自動車における電動モーターの軸受に使用することに適しているグリース組成物について、鋭意検討した。そして、下記の構成を具備することで、せん断速度が１０ｓ^－１のときに－４０℃で測定したせん断粘度が、５０Ｐａ・ｓ以下であるグリース組成物が得られることを確認して、本発明を完成するに至った。

本発明は、かかる知見に基づきなされたもので、次の通りである。
＜１＞－４０℃におけるブルックフィールド粘度が３０００ｍＰａ・ｓ以上１５０００ｍＰａ・ｓ以下である基油と
ウレア系増ちょう剤と
を含むグリース組成物であって、
前記ウレア系増ちょう剤が、脂環式アミン、脂肪族アミン、およびこれらの組み合わせにより構成されるジウレア化合物を含み、そして
せん断速度が１０ｓ^－１のときに－４０℃で測定したせん断粘度が、５０Ｐａ・ｓ以下である、前記グリース組成物。
＜２＞電気自動車における電動モーターの軸受に使用するための、＜１＞に記載のグリース組成物。
＜３＞せん断速度が１０ｓ^－１のときに－３０℃で測定したせん断粘度が、３５Ｐａ・ｓ以下であり、そして
せん断速度が１０ｓ^－１のときに－３０℃で測定したせん断粘度に対する、せん断速度が１０ｓ^－１のときに－４０℃で測定したせん断粘度の比率（－４０℃せん断粘度／－３０℃せん断粘度）が、１．７０以下である、＜１＞または＜２＞に記載のグリース組成物。
本発明はまた、以下の態様も含む。
＜Ａ＞基油とウレア系増ちょう剤とを混合することを含む、低温におけるグリース組成物のせん断粘度低減方法であって、
前記基油が、－４０℃におけるブルックフィールド粘度が３０００ｍＰａ・ｓ以上１５０００ｍＰａ・ｓ以下である基油であり、そして、
前記ウレア系増ちょう剤が、脂環式アミン、脂肪族アミン、およびこれらの組み合わせにより構成されるジウレア化合物を含む、前記方法。
＜Ｂ＞前記低温が、－４０℃以下である、＜Ａ＞に記載のグリース組成物のせん断粘度低減方法。

本発明によれば、低温におけるせん断粘度を低下させたグリース組成物を提供することができる。また、本発明によれば、電気自動車における電動モーターの軸受に使用することに適しているグリース組成物を提供することができる。

実施例および比較例におけるせん断粘度の測定方法を説明するための図である。実施例および比較例におけるせん断粘度の測定結果のグラフである。

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。なお、本明細書においては、特に断らない限り、数値ＸおよびＹについて「Ｘ～Ｙ」という表記は「Ｘ以上Ｙ以下」を意味するものとする。

（基油）
本発明において使用される基油としては、合成系基油または鉱油のいずれも用いることができるが、低温流動性の観点から合成系基油を用いることが好ましい。合成系基油または鉱油を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いることもできる。

合成系基油としては、加水分解安定性に優れる基材を用いることができる。このような加水分解安定性に優れる基材としては、例えば、ポリ-α-オレフィンなどのポリオレフィン、ポリエステル、ポリアルキレングリコール、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン、およびＧＴＬ基油などが挙げられる。合成系基油のなかでは、ポリ-α-オレフィンが、入手性、コスト面、粘度特性、および酸化安定性との適合性の面で好ましい。

鉱油としては、原油を常圧蒸留して得られる留出油、またはこの留出油をさらに減圧蒸留して得られる留出油を、各種の精製プロセスで精製した潤滑油留分が挙げられる。精製プロセスとしては、水素化精製、溶剤抽出、溶剤脱ろう、水素化脱ろう、硫酸洗浄、白土処理などを、適宜組み合わせることができる。これらの精製プロセスを適宜の順序で組み合わせて処理することにより、本発明で使用できる基油を得ることができる。異なる原油あるいは留出油を、異なる精製プロセスの組合せに供して得られた、性状の異なる複数の精製油の混合物も使用可能である。

基油の－４０℃におけるブルックフィールド粘度（以下、ＢＦ粘度と呼ぶことがある）は、３０００ｍＰａ・ｓ以上１５０００ｍＰａ・ｓ以下である。－４０℃におけるＢＦ粘度が、前記範囲内にあることにより、グリース組成物の低温におけるせん断粘度を低下させることができる。基油の－４０℃におけるＢＦ粘度は、好ましくは４０００ｍＰａ・ｓ以上、より好ましくは５０００ｍＰａ・ｓ以上、さらに好ましくは５５００ｍＰａ・ｓ以上であり、好ましくは１２０００ｍＰａ・ｓ以下、より好ましくは１００００ｍＰａ・ｓ以下、さらに好ましくは８０００ｍＰａ・ｓ以下である。また、一の実施形態において、好ましくは４０００ｍＰａ・ｓ以上１２０００ｍＰａ・ｓ以下、より好ましくは５０００ｍＰａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下、さらに好ましくは５５００ｍＰａ・ｓ以上８０００ｍＰａ・ｓ以下である。
本明細書における基油の－４０℃におけるＢＦ粘度は、石油学会規格ＪＰＩ－５Ｓ－２６－２０１０に則し、－４０℃で測定した基油のＢＦ粘度を意味する。

基油の４０℃における動粘度は、特に制限されないが、優れた潤滑性を有するグリースを調製する観点から、好ましくは１０ｍｍ^２／ｓ以上、より好ましくは２０ｍｍ^２／ｓ以上、さらに好ましくは２５ｍｍ^２／ｓ以上であり、好ましくは７００ｍｍ^２／ｓ以下、より好ましくは５００ｍｍ^２／ｓ以下、さらに好ましくは７０ｍｍ^２／ｓ以下である。また、一の実施形態において、好ましくは１０ｍｍ^２／ｓ以上７００ｍｍ^２／ｓ以下、より好ましくは２０ｍｍ^２／ｓ以上５００ｍｍ^２／ｓ以下、さらに好ましくは２５ｍｍ^２／ｓ以上７０ｍｍ^２／ｓ以下である。

基油の１００℃における動粘度は、特に制限されないが、好ましくは３．０ｍｍ^２／ｓ以上、より好ましくは４．０ｍｍ^２／ｓ以上、さらに好ましくは４．５ｍｍ^２／ｓ以上であり、好ましくは９．０ｍｍ^２／ｓ以下、より好ましくは８．０ｍｍ^２／ｓ以下、さらに好ましくは７．０ｍｍ^２／ｓ以下である。また、一の実施形態において、好ましくは３．０ｍｍ^２／ｓ以上９．０ｍｍ^２／ｓ以下、より好ましくは４．０ｍｍ^２／ｓ以上８．０ｍｍ^２／ｓ以下、さらに好ましくは４．５ｍｍ^２／ｓ以上７．０ｍｍ^２／ｓ以下である。
本明細書における４０℃または１００℃の動粘度は、ＪＩＳＫ２２８３：２０００に準拠して測定された４０℃または１００℃における動粘度を意味する。

本発明においては、基油の含有量は、グリース組成物全量基準で、５０質量％以上が好ましく、６０質量％以上がより好ましく、９５質量％以下が好ましく、９０質量％以下がより好ましい。また、一の実施形態において、５０質量％以上９５質量％以下が好ましく、６０質量％以上９０質量％以下とすることがより好ましい。基油の含有量を上記の範囲とすると、所望のちょう度を有するグリース組成物を簡便に調製できる。

（ウレア系増ちょう剤）
本発明のグリース組成物は、ウレア系増ちょう剤を含む。ウレア系増ちょう剤は、脂環式アミン、脂肪族アミン、およびこれらの組み合わせにより構成されるジウレア化合物を含む。「脂環式アミン、脂肪族アミン、およびこれらの組み合わせにより構成されるジウレア化合物」とは、脂環式アミンおよび脂肪族アミンのジウレア化合物、脂肪族アミンおよび脂肪族アミンのジウレア化合物、または脂環式アミンおよび脂環式アミンのジウレア化合物を意味する。
本発明のグリース組成物においては、次の一般式（Ｉ）で表されるジウレア化合物を用いることが好ましい。

一般式（Ｉ）中、Ｒ^２は２価の炭化水素基であり、芳香族炭化水素基、脂環式炭化水素基、および脂肪族炭化水素基のいずれでもよい。Ｒ^２の炭素数は、好ましくは４～２０、より好ましくは８～１８である。
Ｒ^１およびＲ^３は、一方が脂環式炭化水素基であり、もう一方が脂肪族炭化水素基であるか、両方が脂肪族炭化水素基であるか、または、両方が脂環式炭化水素基である。Ｒ^１およびＲ^３の炭素数は、それぞれ、好ましくは２～２０であり、より好ましくは４～１８である。

ジウレア化合物は、ジイソシアネートとモノアミンとの反応により得ることができる。
モノアミンとは、１分子中に１個のアミノ基を有する化合物である。モノアミンのうち１級アミンとしては、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン、オレイルアミン、シクロヘキシルアミン等が好ましい。２級アミンとしては、ジシクロヘキシルアミン等が好ましい。モノアミンは、脂環式アミンおよび脂肪族アミンのジウレア化合物、脂肪族アミンおよび脂肪族アミンのジウレア化合物、または脂環式アミンおよび脂環式アミンのジウレア化合物を得られるように選択する。例えば、オクタデシルアミンおよびシクロヘキシルアミンを単独で、または組み合わせて使用することができる。

ウレア系増ちょう剤の含有量は、所望のちょう度が得られる限りにおいて特に限定されるものではないが、例えば、グリース組成物の全量基準で、好ましくは１質量％以上、より好ましくは５質量％以上、さらに好ましくは１０質量％以上であり、好ましくは４０質量％以下、より好ましくは３０質量％以下、さらに好ましくは２５質量％以下である。また、一の実施形態において、好ましくは１質量％以上４０質量％以下、より好ましくは５質量％以上３０質量％以下、さらに好ましくは１０質量％以上２５質量％以下である。ウレア系増ちょう剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

〔その他の添加剤〕
本発明のグリース組成物には、上記成分以外に、一般にグリースに用いられている、固体潤滑剤、摩耗防止剤、極圧剤、酸化防止剤、防錆剤、または腐食防止剤等を添加することができる。

〔グリース組成物〕
本発明のグリース組成物のちょう度は、１５０以上３５０以下が好ましく、２００以上３５０以下がより好ましい。
本明細書におけるちょう度は、ＪＩＳＫ２２２０：２０１３に準拠して測定される混和ちょう度を意味する。

（せん断粘度）
本発明のグリース組成物では、せん断速度が１０ｓ^－１のときに－４０℃で測定したせん断粘度（本明細書において「－４０℃せん断粘度」と称することがある）が、５０Ｐａ・ｓ以下であり、好ましくは２０Ｐａ・ｓ以上５０Ｐａ・ｓ以下であり、より好ましくは２０Ｐａ・ｓ以上４５Ｐａ・ｓ以下である。
本発明の発明者らは、脂環式アミンおよび脂肪族アミンのジウレア化合物、脂肪族アミンおよび脂肪族アミンのジウレア化合物、または脂環式アミンおよび脂環式アミンのジウレア化合物を含むウレア系増ちょう剤を用いることで、－４０℃せん断粘度を低下させることができることを発見した。一方、せん断速度が１０ｓ^－１のときに－３０℃で測定したせん断粘度（本明細書において「－３０℃せん断粘度」と称することがある）を確認すると、芳香族アミンと脂環式アミンを含むジウレア化合物を用いた場合、－３０℃においてせん断粘度が既に上昇していた。また、芳香族アミンのみを含むジウレア化合物または芳香族アミンと脂肪族アミンを含むジウレア化合物を用いた場合、－３０℃せん断粘度は脂環式アミン、脂肪族アミン、およびこれらの組み合わせにより構成されるジウレア化合物を用いた場合と大差ないが、－３０℃から－４０℃に温度が低下すると、せん断粘度が急激に上昇した。
脂環式アミン、脂肪族アミン、およびこれらの組み合わせにより構成されるジウレア化合物を用いた場合は、－３０℃から－４０℃に温度が低下しても、せん断粘度の急激な上昇を抑制することができた。これは驚くべきことである。

本発明のグリース組成物では、－３０℃せん断粘度が、好ましくは３５Ｐａ・ｓ以下であり、また好ましくは２０Ｐａ・ｓ以上３５Ｐａ・ｓ以下であり、より好ましくは２０Ｐａ・ｓ以上３２Ｐａ・ｓ以下である。

本発明のグリース組成物では、－３０℃せん断粘度に対する、－４０℃せん断粘度の比率（－４０℃せん断粘度／－３０℃せん断粘度）が、好ましくは１．７０以下、より好ましくは１．６０以下、さらに好ましくは１．５０以下、最も好ましくは１．４０以下である。
本発明のグリース組成物では、－３０℃せん断粘度と、－４０℃せん断粘度との差（（－４０℃せん断粘度）－（－３０℃せん断粘度））が、好ましくは１９．０以下、より好ましくは１８．０以下、さらに好ましくは１７．０以下、最も好ましくは１６．０以下である。

本発明のグリース組成物において、－３０℃せん断粘度または－４０℃せん断粘度は、以下のように測定した場合のせん断粘度である。
ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製「ＨＡＡＫＥＭＡＡＳ III」を用いて行う。ＨＡＡＫＥＭＡＡＳ IIIでは、図１に模式的に示すように下部ステージと上部プレート（外径φ２５ｍｍ）で供試グリースを挟み、上部プレートを一定の方向に回転させて所定のせん断力を加える構成となっている。ギャップを１ｍｍとし、下部ステージを冷却して試験グリースを－３０℃または－４０℃に維持しつつ、上部プレートを回転させる。３分かけて０ｒｐｍから３８０ｒｐｍまで回転数を上げ、せん断速度が１０ｓ^－１のときのせん断粘度を算出する。

次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。

実施例１～３および比較例１～３
＜グリースの配合＞
各実施例および各比較例について表１に示す配合割合で、基油および増ちょう剤を配合することによって、試験用グリース組成物を調製した。表１中の「基油」および「増ちょう剤配合量」の数値は、グリース組成物全量基準に対する質量％を示す。得られた試験用グリース組成物に対して、次に示す評価を行った。評価結果を表１に示す。なお、基油のＢＦ粘度は、石油学会規格ＪＰＩ－５Ｓ－２６－２０１０に則し、－４０℃で測定した数値である。

（１）基油
・基油：ポリαオレフィン（動粘度３０．５ｍｍ^２／ｓ（４０℃）、５．８２ｍｍ^２／ｓ（１００℃）、ＢＦ粘度６５００ｍＰａ・ｓ（－４０℃）、密度０．８２７ｇ／ｃｍ^３（１５℃））
（２）増ちょう剤
・ＣＨＡ、ＯＤＡ、および／または、ｐＴＤ、ならびにジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）を混合し、ウレア系化合物を調製した。表１中の「アミン種」の数値は全アミン量基準に対するモル％を示す。ＣＨＡはシクロヘキシルアミン（脂環式アミン）、ＯＤＡはオクタデシルアミン（脂肪族アミン）、そしてｐＴＤはパラトルイジン（芳香族アミン）を示す。

・グリース組成物の製造
増ちょう剤原料であるアミンおよびＭＤＩを、表１に示す配合割合となるようにそれぞれ別の容器内の基油に溶解し、６０～６５℃に加熱し、マグネチックスターラーで攪拌しながら、混合することでアミンおよびＭＤＩを反応させた。そして、室温に冷却することで半固体状の組成物を得た。さらに、得られた各半固体状の組成物を３本ロールで分散処理を行い、表１に示す組成を有するグリース組成物を得た。

・せん断粘度の測定
ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製「ＨＡＡＫＥＭＡＡＳ III」を用いて行った。ＨＡＡＫＥＭＡＡＳ IIIでは、図１に模式的に示すように下部ステージと上部プレート（外径φ２５ｍｍ）で供試グリースを挟み、上部プレートを一定の方向に回転させて所定のせん断力を加える構成となっている。ギャップを１ｍｍとし、下部ステージを冷却して試験グリースを－３０℃または－４０℃に維持しつつ、上部プレートを回転させた。３分かけて０ｒｐｍから３８０ｒｐｍまで回転数を上げ、せん断速度が１０ｓ^－１のときのせん断粘度を算出した。図２に、－３０℃または－４０℃における各実施例および各比較例のせん断粘度を示している。

－３０℃では、芳香族アミンを含む比較例２が他のグリースと比較して既にせん断粘度の値が大きかった。残りのグリースは、ほぼ同等であった。しかしながら、－４０℃では、芳香族アミンを含む比較例１および３においても、急激にせん断粘度が増加した。
一方で、脂肪族アミン、脂環式アミン、またはこれらの混合アミンから構成される増ちょう剤を含む実施例１～３では、－３０℃から－４０℃に測定温度を低下させてもせん断粘度が低いままであった（図２）。
以上の結果から、増ちょう剤を脂環式アミン、脂肪族アミン、およびこれらの組み合わせにより構成されるジウレア化合物にすることで、－４０℃のせん断粘度を低下させることができることが示された。

本発明によれば、低温におけるせん断粘度を低下させ、すなわち低温における異音を抑制できるグリース組成物を提供することができる。また、本発明によれば、電気自動車における電動モーターの軸受に使用することに適しているグリース組成物を提供することができる。

Claims

－４０℃におけるブルックフィールド粘度が３０００ｍＰａ・ｓ以上１５０００ｍＰａ・ｓ以下である基油と
ウレア系増ちょう剤と
を含むグリース組成物であって、
前記ウレア系増ちょう剤が、脂環式アミン、脂肪族アミン、およびこれらの組み合わせにより構成されるジウレア化合物を含み、そして
せん断速度が１０ｓ^－１のときに－４０℃で測定したせん断粘度が、５０Ｐａ・ｓ以下である、前記グリース組成物。
電気自動車における電動モーターの軸受に使用するための、請求項１に記載のグリース組成物。
せん断速度が１０ｓ^－１のときに－３０℃で測定したせん断粘度が、３５Ｐａ・ｓ以下であり、そして
せん断速度が１０ｓ^－１のときに－３０℃で測定したせん断粘度に対する、せん断速度が１０ｓ^－１のときに－４０℃で測定したせん断粘度の比率（－４０℃せん断粘度／－３０℃せん断粘度）が、１．７０以下である、請求項１または２に記載のグリース組成物。