JP3921061B2

JP3921061B2 - グリース組成物

Info

Publication number: JP3921061B2
Application number: JP2001263997A
Authority: JP
Inventors: 伸治田中; 聡中島; 健太伊崎; 登美雄中山; 邦夫竹村; 康弘木村
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: JP2003073682A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，高温で低速高荷重の条件の下において産業機械等の転がり軸受等の軸受に供給される潤滑グリースのグリース組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，産業機械等の転がり軸受には，グリースとしては，増ちょう剤としてカルシウム石鹸やリチウム石鹸等の金属石鹸，ジウレア等のウレア化合物，基油として鉱物油，又は合成潤滑油，更に必要に応じてアミン化含物等の酸化防止剤，金属スルフォネート等の防錆剤，硫化オレフィン等の極圧剤を配合したものが使用されている。
【０００３】
製鉄産業における連続鋳造設備のロールネックに使用されている転がり軸受等の軸受では，使用されている軸受の数も多く，グリースタンクから一定時間毎に給脂する方法であるため，比較的軟らかいグリースが使われている。また，上記の設備に使用される装置は，高荷重，低速，高温，冷却水や異物の混入等の影響から，いわゆる境界潤滑領域と言われる極めて厳しい条件下で潤滑グリースが使用されているため，軸受に組み込まれている転動体の軌道面や軌道溝での油膜形成が充分でなく，転動体及び軸受の軌道面や軌道溝の摩耗が進行し易く，焼き付き等の発生原因になるという問題がある。
【０００４】
上記のような製鉄機械等の過酷な条件で使用される転がり軸受に対して，軸受の損傷を低減するために，軸受に供給されるグリースとして，高粘度基油や増粘剤添加基油を使用して，転動体の軌道面でのグリース油膜をいくらかでも安定的に厚く維持する対策が行われてきた。また，固体潤滑剤，摩耗防止剤，極圧剤等を適宜処方してグリース油膜が薄いながらも軌道面と転動体の金属接触を防ぐ対策も行われている。
【０００５】
従来，グリース組成物として，潤滑基油に増ちょう剤としてウレア化合物を配合し，また，防錆材などの添加物を添加したものが知られている。このようなグリース組成物としては，例えば，特開平８−１７６５７８号公報や特開平８−３３７７９０号公報に開示されたものがある。上記特開平８−１７６５７８号公報に開示された転がり軸受封入用グリース組成物は，基油に，増ちょう剤としてジイソシアネートとモノアミンを反応させて得られる脂環族ジウレア化合物を配合し，極圧剤としてジチオリン酸塩を必須成分とし，ジチオカルバミン酸塩又はリン酸エステルを混合したものである。また，上記特開平８−３３７７９０号公報に開示されたグリース組成物は，軸受部，又は鉄鋼等の鋳造設備等の厳しい条件下で用いられるものであり，基油に増ちょう剤としてアミドオリゴマーとジアミドを添加したものであり，耐熱性等に優れ，長寿命性のものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記のような軸受に対する対策は転がり軸受の損傷を幾分かは抑制する効果はあるものの，その効果は小さく依然として間題をかかえているのが現状である。また，軸受に供給される従来のグリースでは，転がり軸受の損傷が短時問で進行するという問題があった。ところで，近年，製造コスト削減のため，過剰設備を廃棄し，既存設備の稼働率を上げる方策が進められてきた結果，軸受の損傷による軸受交換等の設備メンテナンスは設備の稼働率を低下せしめ，製造コスト上昇に直結するため，高性能グリースの開発が要望されていた。
【０００７】
従来のグリースでは，高温で高荷重下では，軸受に供給されてグリースが形成するグリース油膜が薄くなり，不安定なため，転がり軸受の損傷が短時問に進行するという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，上記の問題を解決することであり，産業機械等の装置に組み込まれた転がり軸受等の軸受に充填する潤滑グリースとして，高温で低速高荷重の条件の下でも予め決められた所定の厚さのグリース油膜が維持され，グリース油膜によって軸受の焼き付きを防止し，軸受の損傷を低減することができる耐熱性及び耐圧性に優れたグリース組成物を提供することである。
【０００９】
この発明は，潤滑基油に，ジウレア化合物を添加すると共に芳香族ポリマー又は芳香族ポリマー及び脂肪族ポリマーと，コハク酸及び／又はコハク酸誘導体とを添加し，高温で低速高荷重の条件下で予め決められた所定の厚さの潤滑油膜が維持されることから成るグリース組成物に関する。
【００１０】
また，このグリース組成物は，前記潤滑基油に，前記ジウレア化合物２〜３０ｗｔ％，前記コハク酸及び／又は前記コハク酸誘導体０．２〜８ｗｔ％，並びに前記芳香族ポリマー又は前記芳香族ポリマー及び前記脂肪族ポリマー０．５〜１５ｗｔ％を添加したものである。
【００１１】
前記ジウレア化合物の一般式が下記式で表されるものである。
Ｒ₁−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ₂−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ₃
但し，Ｒ₁，Ｒ₃は炭素数４〜２２の直鎖脂肪族炭化水素基及び／又はその誘導体，並びに／或いは芳香族炭化水素基及び／又はその誘導体であり，Ｒ ₂はジフェニルメタン基である。
更に，前記Ｒ₁，Ｒ₃が前記直鎖脂肪族炭化水素基及び／又は前記その誘導体と，前記芳香族炭化水素基及び／又は前記その誘導体との混合物であって，前記直鎖脂肪族炭化水素基及び／又は前記その誘導体と前記芳香族炭化水素基及び／又は前記その誘導体とのモル比は，０．５〜０．９５対０．５〜０．０５の範囲である。
【００１２】
このグリース組成物において，前記脂肪族ポリマーはポリブテンであって，その動粘度が１００℃で３０〜３８００ｍｍ ² ／ｓである。
【００１３】
このグリース組成物は，前記潤滑基油に，前記ジウレア化合物２〜３０ｗｔ％，前記コハク酸及び／又は前記コハク酸誘導体１〜６ｗｔ％，並びに前記芳香族ポリマー又は前記芳香族ポリマー及び前記脂肪族ポリマー１〜８ｗｔ％を添加したグリース組成物であって，前記コハク酸及び／又は前記コハク酸誘導体１〜６ｗｔ％並びに前記芳香族ポリマー又は前記芳香族ポリマー及び前記脂肪族ポリマー１〜８ｗｔ％を添加しないグリース組成物の比油膜厚さを１とすると，比油膜厚さが３．１〜４．５に維持されるものである。
【００１４】
このグリース組成物は，上記のように構成されているので，ジウレア化合物で増ちょうしたグリースに特定比率のコハク酸及び／又はコハク酸誘導体と，芳香族ポリマー又は芳香族ポリマー及び脂肪族ポリマーとを含有させることにより，高温で低速高荷重の条件の下で使用される軸受に充填されて転動体の転動面，軌道溝に安定した厚いグリース油膜が維持され，回転領域や摺動領域の焼き付きを防止し，軸受の損傷の進行を遅らせることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明によるグリース組成物は，主として，潤滑基油に，ジウレア化合物を添加すると共に，芳香族ポリマー又は芳香族ポリマー及び脂肪族ポリマーとコハク酸及び／又はコハク酸誘導体とを添加し，高温で低速高荷重の条件の下でも予め決められた所定の厚さの潤滑油膜即ちグリース油膜を維持することができるものである。このグリース組成物において，基油として用いる潤滑油は，従来から潤滑油又はグリースの基油として用いられているものを使用できる。このグリース組成物は，具体的には，潤滑基油に，ジウレア化合物２〜３０ｗｔ％，コハク酸及び／又はコハク酸誘導体０．２〜８ｗｔ％，及び芳香族ポリマー又は芳香族ポリマー及び脂肪族ポリマー０．５〜１５ｗｔ％を添加したものである。
【００１６】
このグリース組成物には，酸化防止剤，極圧剤，防錯剤，固体潤滑剤，増粘剤等の従来より使用されてきた物質を添加して使用することもできることは勿論である。また，このグリース組成物に使用する潤滑基油は，潤滑油として使用できる動粘度を有するものであれば，限定されるものではないが，４０℃での動粘度が２０ｍｍ²／ｓ〜８００ｍｍ²／ｓの範囲のものが好ましい。
【００１７】
また，このグリース組成物に添加されるジウレア化合物は一般式で下記式で表されるものである。
Ｒ₁−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ₂−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ₃
但し，Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃は，炭化水素基であれば限定されるわけではないが，以下のものが好ましい。
Ｒ₁，Ｒ₃は炭素数４〜２２の直鎖脂肪族炭化水素基及び／又はその誘導体，並びに／或いは芳香族炭化水素基及び／又はその誘導体であり，Ｒ₁とＲ₃即ち両者は同一であってもよく，Ｒ₂はジフェニルメタン基である。
更に，Ｒ₁，Ｒ₃は，炭素数４〜２２の直鎖脂肪族炭化水素基及び／又はその誘導体，並びに／或いは芳香族炭化水素基及び／又はその誘導体である。
【００１８】
Ｒ₁，Ｒ₃が，直鎮脂肪族炭化水素基及び／又はその誘導体と芳香族炭化水素基及び／又はその誘導体の混合物の場合には，前記直鎖脂肪族炭化水素基及び／又は前記その誘導体と前記芳香族炭化水素基及び／又は前記その誘導体とのモル比は，０．５〜０．９５対０．５〜０．０５の範囲であるものが好ましい。上記モル比の範囲を外れた湯合には，摩耗防止性能に影響はないが，せん断安定性や耐熱性等の摩耗防止以外の性能に影響する場合があることが分かった。
【００１９】
このグリース組成物に使用されるジウレア化合物のグリース中の含有率は，２〜３０ｗｔ％である。ジウレア化合物の配合量は，２ｗｔ％未満ではグリースが軟らか過ぎてグリースとしての半固体状を保つことができず，また，３０ｗｔ％を越える場合には，グリースが硬すぎて潤滑機能を果たさなくなる。従って，このグリース組成物におけるジウレア化合物の配合量は，２〜３０ｗｔ％であることが好ましい。
【００２０】
このグリース組成物に用いられるコハク酸及び／又はコハク酸誘導体は，次に示す化学式の群から選ばれる物質の１種類又は２種類以上の混合物である。
【化１】

【化２】

【化３】

【化４】

【００２１】
このグリース組成物に用いられるコハク酸及び／又はコハク酸誘導体は，グリース組成物への添加量は，０．２〜７ｗｔ％である。グリース組成物へのコハク酸及び／又はコハク酸誘導体の配合量は，０．２ｗｔ％未満では潤滑性向上効果が低くなり，また，７ｗｔ％を越える量を添加したとしても潤滑性向上の効果は余り向上しない。従って，このグリース組成物におけるコハク酸及び／又はコハク酸誘導体の配合量は，１〜６ｗｔ％であることが好ましい。
【００２２】
このグリース組成物に用いられる芳香族ポリマー又は芳香族ポリマー及び脂肪族ポリマーにおいて，芳香族ポリマーは芳香族成分を比較的多く含むナフサ留分の熱分解によって得られる樹脂状の物質である。本発明に用いる芳香族ポリマーは，分子量２００〜４０００，軟化点６５℃〜１４５℃の範囲のものであることが好ましい。脂肪族ポリマーとしては，ポリブテン，エチレンαオレフィンコポリマー，ポリイソプチレン，イソプレンポリマー，スチレンイソプレンポリマーが好ましい。脂肪族ポリマーのうちポリブテンは，特に，分子量６００〜３０００，１００℃動粘度３０〜３８００ｍｍ²／ｓのものが好ましい。
【００２３】
また，このグリース組成物に用いられる芳香族ポリマー又は芳香族ポリマー及び脂肪族ポリマーは，グリース組成物への添加量は，０．５〜１５ｗｔ％である。グリース組成物への芳香族ポリマー又は芳香族ポリマー及び脂肪族ポリマーの添加量が０．５ｗｔ％末満では潤滑性向上効果が低くなり，また，１５ｗｔ％を越える量を添加しても潤滑性向上効果は余り変わらない。このグリース組成物における芳香族ポリマー又は芳香族ポリマー及び脂肪族ポリマーの配合量は，１〜８ｗｔ％であることが好ましい。
【００２４】
以下，この発明によるグリース組成物の実施例１〜１１を説明する。これらの実施例１〜１１との比較のため，比較例１〜１２を示す。
【００２５】
また，グリース組成物を構成する市販リチウムグリースと市販カルシウムグリースを除いては，実施例１〜１１と比較例１〜１２の基油は，すべてパラフィン系鉱油（４０℃動粘度１４１ｍｍ²／ｓ，１００℃動粘度１３．６ｍｍ²／ｓ，流動点−１５．０℃）を用いた。また，実施例２，１０及び１１，並びに比較例７及び１０に用いたポリブテンは，１００℃の動粘度が，２２０ｍｍ²／ｓのものである。
【００２６】
容器に基油半量とジフェニルメタン４，４’ジイソシアネートを計り取った。容器に入れた内容物を攪拌しながら，５５℃に加温した。また，別の容器に基油半量とアミンとを計り取り，これを攪拌しながら，５０℃まで加温した。次いで，アミン溶液をイソシアネート溶液に投入して攪拌することにより反応させた。そこで，アミン溶液をイソシアネート溶液との混合物の内容物を攪拌しながら，１８０℃まで加温した。この時点で，内容物に芳香族ポリマー又は脂肪族ポリマーのポリブテンを添加した。これを攪拌しながら室温まで冷却し，残りのその他の添加剤を混合して，３本ロールミルを通過させて，表１に示す実施例１〜４，表２に示す実施例５〜８，及び表３に示す実施例９〜１１のグリース組成物を得た。
【表１】

【表２】

【表３】

【００２７】
また，比較のため，表４に示す比較例１〜４，表５に示す比較例５〜８，及び表６に示す比較例９〜１２のグリースを得た。比較例１１は，グリース組成物は市販のリチウムグリースであり，また，比較例１２はグリース組成物は市販のカルシウムグリースである。
【表４】

【表５】

【表６】

【００２８】
また，実施例１〜１１及び比較例１〜１２に示す配合の組成から成るグリース組成物について，グリース油膜厚さを図１に示す油膜厚さ測定装置１を用いて測定し，また，軸受試験による潤滑性指数を図２に示す軸受潤滑性指数測定装置２を用いて測定し，これらの測定結果を表１〜６に示す。
【００２９】
図１には，高温で低速高荷重の軸受と同等の状態を作り出すことができる油膜厚さ測定装置１が示されている。油膜厚さ測定装置１は，回転軸６に固定されたガラスディスク３，ガラスディスク３の一面に荷重Ｗを掛けた状態で接触する鋼球４，鋼球４に対向するガラスディスク３の他面に設置された油膜厚さを測定するカメラ５から構成されている。鋼球４とガラスディスク３との軌道面７に実施例１〜１１及び比較例１〜１２のグリースを供給し，回転軸６の回転によってガラスディスク３を回転させ，油膜厚さ測定装置１によって軌道面７に形成される油膜厚さを測定する。この時に，鋼球４に荷重Ｗをかけ，光干渉法によりグリース油膜厚さを測定した。この測定方法は，例えば，NLGI sporkesman P12, Vol.163, No.4, July 1999 に開示されている。この発明については，接触平均面圧０．５ＧＰａ，温度を８０℃とし，転がり速度０．００５〜０．１ｍ／ｓでの平均油膜厚さを測定した。実施例１〜１１及び比較例１〜１２のグリースの油膜厚さの測定結果は，表１〜６において，芳香族ポリマー又は芳香族ポリマー及び脂肪族ポリマーとコハク酸及び／又はコハク酸誘導体とを添加していない比較例１のグリース膜厚を１．００として，実施例１〜１１と比較例２〜１２の比油膜厚さで表している。
【００３０】
図２には，高温で低速高荷重の軸受と同等の状態を作り出すことができる軸受潤滑性指数測定装置２が示されている。軸受潤滑性指数測定装置２は，回転軸１１に固定されて回転する内輪１０とハウジング等のベース１２に固定された外輪９との間にころ８が組み込まれた自動調芯ころ軸受を用いたものである。内輪１０と外輪９との間に，実施例１〜１１及び比較例１〜１２のグリース５０ｇを封入して，外輪９に荷重Ｗを掛けて駆動装置（図示せず）で内輪１０を回転させて，各グリースの耐摩耗性能の評価を行った。この時，Ｃｏ／Ｐ＝２．８であり，温度８０℃であり，内輪１０の回転数１０ｒｐｍである条件の下で，１０００時間にわたって試験運転を行った。この試験運転の後に，実施例１〜１１及び比較例１〜１２のグリースの軸受試験の潤滑性を測定し，それらの測定結果は，表１〜６において，芳香族ポリマー又は芳香族ポリマー及び脂肪族ポリマーとコハク酸及び／又はコハク酸誘導体とを添加していない比較例１の比油膜厚さ，軸受試験比摩耗量及び軸受試験潤滑性指数の潤滑性能を１．００として，実施例１〜１１，比較例２〜１２の潤滑性能で表している。グリースの潤滑性は，外輪９の摩耗量を測定し，比較例１の外輪９の摩耗量を１．００として，実施例１〜１１及び比較例２〜１２のグリースの比摩耗量を求め，比摩耗量の逆数を潤滑性指数とした。
【００３１】
このグリース組成物は，上記の表１〜６から分かるように，潤滑基油に，ジウレア化合物２〜３０ｗｔ％，コハク酸及び／又はコハク酸誘導体１〜６ｗｔ％，並びに芳香族ポリマー又は芳香族ポリマー及び脂肪族ポリマー１〜８ｗｔ％を添加した場合には，比較例１のコハク酸及び／又はコハク酸誘導体並びに芳香族ポリマー又は芳香族ポリマー及び脂肪族ポリマーを添加しない場合の比油膜厚さを１とすると，比較例１に比べて比油膜厚さが略３．１〜４．５に維持されることが確認できた。
【００３２】
【発明の効果】
この発明によるグリース組成物は，上記のように構成されているので，潤滑基油に添加された芳香族ポリマー又は芳香族ポリマー及び脂肪族ポリマーとコハク酸及び／又はコハク酸誘導体とによって，高温で低速高荷重の条件の下でも，予め決められた所定量の厚い潤滑油膜を維持することができ，転がり軸受等の軸受の損傷を低減し，安定性を有し，耐熱性，高荷重での耐焼き付き性に優れるという性能を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】グリース組成物の油膜厚さを測定するための高温で低速高荷重の軸受と同等の状態を作り出すことができる油膜厚さ測定装置を示す概略説明図である。
【図２】グリース組成物の軸受試験潤滑性指数を測定するための高温で低速高荷重の軸受と同等の状態を作り出すことができる軸受潤滑性指数測定装置を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１油膜厚さ測定装置
２軸受潤滑性指数測定装置
３ガラスディスク
４鋼球
５カメラ
６回転軸
７軌道面
８ころ
９外輪
１０内輪
１１回転軸
１２支持体

Claims

潤滑基油に，ジウレア化合物を添加すると共に芳香族ポリマー又は芳香族ポリマー及び脂肪族ポリマーと，コハク酸及び／又はコハク酸誘導体とを添加し，高温で低速高荷重の条件下で予め決められた所定の厚さの潤滑油膜が維持されることから成るグリース組成物。
前記潤滑基油に，前記ジウレア化合物２〜３０ｗｔ％，前記コハク酸及び／又は前記コハク酸誘導体０．２〜８ｗｔ％，並びに前記芳香族ポリマー又は前記芳香族ポリマー及び前記脂肪族ポリマー０．５〜１５ｗｔ％を添加したことから成る請求項１に記載のグリース組成物。
前記ジウレア化合物の一般式が下記式で表されることから成る請求項１又は請求項２に記載のグリース組成物。
Ｒ₁−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ₂−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ₃
但し，Ｒ₁，Ｒ₃は炭素数４〜２２の直鎖脂肪族炭化水素基及び／又はその誘導体，並びに／或いは芳香族炭化水素基及び／又はその誘導体であり，Ｒ ₂はジフェニルメタン基である。
前記Ｒ₁，Ｒ₃が前記直鎖脂肪族炭化水素基及び／又は前記その誘導体と，前記芳香族炭化水素基及び／又は前記その誘導体との混合物であって，前記直鎖脂肪族炭化水素基及び／又は前記その誘導体と前記芳香族炭化水素基及び／又は前記その誘導体とのモル比は，０．５〜０．９５対０．５〜０．０５の範囲であることから成る請求項３に記載のグリース組成物。
前記脂肪族ポリマーはポリブテンであって，その動粘度が１００℃で３０〜３８００ｍｍ ² ／ｓであることから成る請求項１〜４のいずれか１項に記載のグリース組成物。
前記潤滑基油に，前記ジウレア化合物２〜３０ｗｔ％，前記コハク酸及び／又は前記コハク酸誘導体１〜６ｗｔ％，並びに前記芳香族ポリマー又は前記芳香族ポリマー及び前記脂肪族ポリマー１〜８ｗｔ％を添加したグリース組成物であって，前記コハク酸及び／又は前記コハク酸誘導体１〜６ｗｔ％並びに前記芳香族ポリマー又は前記芳香族ポリマー及び前記脂肪族ポリマー１〜８ｗｔ％を添加しないグリース組成物の比油膜厚さを１とすると，比油膜厚さが３．１〜４．５に維持されることから成る請求項１〜５のいずれか１項に記載のグリース組成物。