JP5557179B2 - グリース組成物及び軸受 - Google Patents

Description

本発明はグリース組成物及び機械部品に関する。さらに詳細には、例えば自動車電装・補機（例えば、オルタネータ、中間プーリ、カーエアコン電磁クラッチ、水ポンプ、電動ファンモータ等）、各種モータ（例えばエアコンファンモータ、スピンドルモータ、クリーナモータ等）、ＯＡ・家電製品（例えば複写機の感光ドラムや定着ロール部、各種ファンモータ）などに使用される転がり軸受や各種機械部品に封入されるグリース組成物、あるいは機械部品の帯電による周辺の制御機械への悪影響や、電食が問題となる箇所、音響性能が要求される箇所に使用されるグリース組成物及びこれを封入した機械部品に関するものである。

一般的に、グリース組成物の基油としては、パラフィン系やナフテン系の鉱物油、あるいはエステル系合成油、合成炭化水素油、エーテル系合成油などに代表される合成油が使用されている。このような基油は、基油自体が極めて高い体積抵抗率を示す。このため、これらの基油を用いたグリース組成物を封入した軸受や機械部品は絶縁体となり、回転や摺動によって帯電することが知られている。
例えば自動車電装・補機は、ベルトによるプーリ駆動で回転しているため、ベルトとプーリ間に静電気が発生して帯電し、それにより周辺の制御機械へ悪影響を与えるという問題がある。
またモータ軸受においても帯電し、内外輪間に大きな電位差が生じた時に、電流が薄い潤滑油膜を通してスパークし、軸受転走面や転動体表面が損傷する、いわゆる電食が問題となっている。

このように、グリースが高い体積抵抗率を示すことによって引き起こされる問題を解消するために、帯電防止剤を添加したグリース組成物が知られている。
例えば、カーボンブラックを導電物質として添加したグリース組成物が知られている（特許文献１）。しかし、このカーボンブラックは粉体であり油に不溶であるため、軸受転走面に介入した時の振動によりノイズが発生したり、使用時のせん断によりカーボンブラック粒子のチェーンストラクチャーが破壊されることで、導電性が低下したりするという不具合がある。また、導電性を付与するためには、カーボンブラックは多量に添加する必要がある一方、増ちょう能力があるため、多量に添加するとグリース組成物が硬くなるという不具合がある。

さらに、帯電防止剤として、アルキルサリチル酸クロムおよび脂肪酸カルシウム、または油溶性の界面活性剤として、ジアルキルジメチルアンモニウムクロライドを添加してなる導電性グリースが提案されている（特許文献２）。しかし、これらの化合物はいずれも人体への悪影響や環境負荷の問題から好ましいものではなく、また油種によっては溶解しないという問題もある。
また、アンチモン０．１〜２０質量％を含有する、平均粒径１．０μｍ以下の酸化錫粉末が均質に５〜５０％混入された潤滑剤が提案されている（特許文献３）。しかし、人体への悪影響や環境負荷の問題から好ましいものではなく、また粉体であることから、音響性能を考慮すると好ましいものではない。
さらに、基油にイオン性液体を帯電防止剤として用いた潤滑剤が提案されている（特許文献４）。しかし、イオン性液体は高価であり、石油系の基油や添加剤との相溶性が低いという問題がある。
他のイオン性液体やリチウム化合物を帯電防止剤として用いた潤滑剤も提案されている（特許文献５）。しかし、これらの潤滑剤をグリース組成物の添加剤として使用した場合にグリース組成物の音響性能等を損なうことなく帯電防止性能を付与することができるかどうかは不明である。

特公昭６３−２４０３８ 特開平３−３５０９１ 特開昭５８−４０３９３ 特開２００６−２５０３２３ 特開２００５−８９６６７

本発明の目的は、帯電防止性、及び音響性能に優れたグリース組成物を提供することである。
本発明の他の目的は、上記グリース組成物を封入した機械部品を提供することである。

本発明者は、上記目的を解決するために種々検討した結果、特定の添加剤がグリース組成物の帯電性を顕著に低減し、音響性能にも優れることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明は下記のグリース組成物及び機械部品を提供するものである。
１．増ちょう剤、基油及び帯電防止剤を含むグリース組成物であって、該帯電防止剤が、Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ及びＬｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃Ｃからなる群から選ばれる少なくとも１種を含むグリース組成物。
２．該帯電防止剤の添加量が、グリース組成物全体に対して０．０１〜１０質量％である上記１記載のグリース組成物。
３．転がり軸受用の上記１又は２記載のグリース組成物。
４．上記１〜３のいずれか１項記載のグリース組成物を封入した機械部品。

本発明の帯電防止剤は少量の添加でもグリース組成物の帯電性を顕著に防止することができる。本発明のグリース組成物は、自動車電装・補機（例えば、オルタネータ、中間プーリ、カーエアコン電磁クラッチ、水ポンプ、電動ファンモータ等）、各種モータ（例えばエアコンファンモータ、スピンドルモータ、クリーナモータ等）、ＯＡ・家電製品（例えば複写機の感光ドラムや定着ロール部、各種ファンモータ）などに使用される転がり軸受や各種機械部品に封入すると、機械部品の帯電による周辺の制御機械への悪影響や、電食を防止することができ、しかも音響性能も優れている。

本発明に使用する帯電防止剤は、Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ及びＬｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃Ｃからなる群から選ばれる少なくとも１種であり、一般的にリチウムイオン電池の電解質として広く利用されている化合物である。これらの化合物は固体であるため、適当な溶媒に溶解させて使用することが望ましい。
このような溶媒は特に限定されない。例えば、基油としても使用される、パラフィン系やナフテン系の鉱物油、ジエステル油、ポリオールエステル油に代表されるエステル系合成油、アルキルジフェニルエーテル油に代表されるエーテル系合成油、アルキルナフタレンなどが挙げられる。さらに、リン酸エステル、ソルビタントリオレート、コハク酸エステルやコハク酸ハーフエステル、チアジアゾールなど、分子中に極性基を有するものや、分子中にエーテル結合、エステル結合を有する化合物も挙げられる。エステル結合を有する化合物の例としては、安息香酸、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸、コハク酸などのエステルが挙げられる。
これらの化合物は一種類を単独で使用しても、二種類以上を組み合わせて使用しても良い。

本発明のグリース組成物中の帯電防止剤の含有量は、グリース組成物全体に対して、好ましくは０．０１〜１０質量％、さらに好ましくは０．０５〜５質量％、最も好ましくは０．１〜３質量％である。含有量が０．０１質量％未満では期待する効果が十分でない傾向があり、１０質量％より多いとその効果が飽和し不経済である。なお、本発明の帯電防止剤（Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ、Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃Ｃは溶媒でカットバックしたものも市販されているが、上記含有量とは、有効成分量である。

本発明のグリース組成物に使用する増ちょう剤は特に限定されず、グリース組成物に通常使用される全ての増ちょう剤が使用可能である。例えば、ＬｉやＮａ等を含む金属石けん類、ベントン、シリカゲル、ウレア化合物、ポリテトラフルオロエチレンに代表されるフッ素系増ちょう剤等の非石けん系増ちょう剤が挙げられる。これらのうち、特に好ましくは、ウレア化合物やＬｉ石けん類である。
ウレア化合物としては、ジウレア化合物、特にジウレア化合物、例えば、芳香族ジイソシアネートに芳香族アミン、脂肪族アミン、脂環族アミン、これらの２種以上の混合物を反応させて得られるジウレア化合物が挙げられる。芳香族ジイソシアネートの具体例としては、トリ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、ナフタレンジイソシアネート、等が、芳香族アミンの具体例としては、パラトルイジン、アニリン、ナフチルアミン、等が、脂肪族アミンの具体例としては、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、ドデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ヘプタデシルアミン、オクタデシルアミン、ノニルデシルアミン、エイコシルアミン、等が、脂環族アミンの具体例としては、シクロヘキシルアミン、等が挙げられる。反応比率は、芳香族ジイソシアネート（１モル）に対して、通常は２モルで良い。

Ｌｉ石けん類としては、Ｌｉ石けん及びＬｉコンプレックス石けんが挙げられる。Ｌｉ石けんとしては、１２−ヒドロキシステアリン酸リチウム、ステアリン酸リチウム、等が、Ｌｉコンプレックス石けんとしては、１２−ヒドロキシステアリン酸と水酸化リチウムの反応生成物と、アゼライン酸と水酸化リチウムの反応生成物の混合物、等が挙げられる。反応比率は、水酸化リチウム（１モル）に対して１価のカルボン酸１モル、２価のカルボン酸０．５モルで良い。
これらは欠点が少なく、かつ高価でないため、実用性のある増ちょう剤である。増ちょう剤は一種類を単独で使用しても、二種類以上を組み合わせて使用しても良い。
増ちょう剤の含有量は必要なちょう度を得るのに必要な量であり、通常はグリース組成物全体に対して好ましくは３〜３０質量％、さらに好ましくは５〜２５質量％である。

本発明のグリース組成物に使用する基油は特に限定されず、鉱物油、合成油等、全ての基油が使用可能である。合成油の例としては、ジエステル油、ポリオールエステル油に代表されるエステル系合成油、ポリαオレフィンに代表される合成炭化水素油、アルキルジフェニルエーテル油に代表されるエーテル系合成油、ポリプロピレングリコールに代表されるポリグリコール系合成油、シリコーン系合成油、フッ素系合成油などが挙げられる。
特に好ましい基油は、鉱物油、アルキルジフェニルエーテル油、ジペンタエリスリトールエステル油、ペンタエリスリトールエステル油、等が挙げられる。これらの基油の４０℃の動粘度は好ましくは５〜４００ｍｍ²／ｓ、さらに好ましくは１０〜３００ｍｍ²／ｓである。
これらの基油は一種類を単独で使用しても、二種類以上を組み合わせて使用しても良い。

本発明のグリース組成物には、グリース組成物に通常使用される添加剤を、必要に応じて添加することができる。これらの添加剤としては、例えば、他の帯電防止剤、酸化防止剤、錆止め剤、金属腐食防止剤、油性剤、界面活性剤、耐摩耗剤、極圧剤、固体潤滑剤、耐はく離添加剤などが挙げられる。

本発明のグリース組成物において、本発明の帯電防止剤（Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ及びＬｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃Ｃ）が帯電を防止するメカニズムとしては、これに限定されるわけではないが、これらの化合物がスルホニル基を有し、その外側にはフッ素アルキル基が結合している構造であることから、フッ素の強い電子吸引性によって、マイナス電荷がさらに外側に引っ張られ、Ｌｉイオンを解離しやすくなり、イオン伝導により電流が流れやすくなるためと考えられる。
本発明のグリース組成物は帯電防止性に優れており、下記の試験方法により測定される体積抵抗率は、好ましくは５０．０×１０⁷Ωｍ未満、さらに好ましくは２０．０×１０⁷Ωｍ未満である。
本発明のグリース組成物は音響性能に優れており、下記の試験方法により測定されるアンデロン上昇値は、好ましくは２アンデロン未満、さらに好ましくは１アンデロン未満である。

次に実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
＜実施例及び比較例＞
・ベースグリースＡ
増ちょう剤：ジウレア化合物（パラトルイジン（２モル）とトリレンジイソシアネート（１モル）との反応生成物）
基油：アルキルジフェニルエーテル油（４０℃の動粘度 ９７．０ｍｍ²／ｓ）
・ベースグリースＢ
増ちょう剤：ジウレア化合物（シクロヘキシルアミン（１モル）とステアリルアミン（１モル）の混合物（２モル）と、ジフェニルメタンジイソシアネート（１モル）との反応生成物）
基油：ジペンタエリスリトールエステル油（４０℃の動粘度 ７９．０ｍｍ²／ｓ）
・ベースグリースＣ
増ちょう剤：１２−ヒドロキシステアリン酸リチウム
基油：ペンタエリスリトールエステル（４０℃の動粘度 ３０．８ｍｍ²／ｓ）
・ベースグリースＤ
増ちょう剤：Ｌｉコンプレックス（１２−ヒドロキシステアリン酸（２モル）と水酸化リチウム（２モル）の反応生成物と、アゼライン酸（１モル）と水酸化リチウム（２モル）の反応生成物の混合物）
基油：鉱物油（４０℃の動粘度 ９８．８ｍｍ²／ｓ）

上記ベースグリースに、以下に示す添加剤を添加し、表１及び表２に示す、ちょう度グレードＮｏ．２のグリース組成物を調製した。
添加剤
添加剤ａ：帯電防止剤 Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ
添加剤ｂ：帯電防止剤 Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃Ｃ
添加剤ｃ：カーボンブラック

＜試験方法＞
以下に示す試験方法によりグリースの帯電防止性、および音響性能を評価した。結果を表１及び表２に示す。
体積抵抗率（グリースの帯電防止性を評価する試験）
試験方法：ＪＩＳ Ｃ ２１０１ ２４準拠
試験手順：グリース用簡易電極の両電極間に気泡が入らないようにグリースを充填。電極間に電圧を印加し、１分後の抵抗値を読み取り、体積抵抗率を算出する。なお、印加電圧は１００Ｖとし、測定温度は２５℃とした。
評価基準
体積抵抗率 ５０．０×１０⁷Ωｍ未満：合格（○）
５０．０×１０⁷Ωｍ以上：不合格（×）

音響試験（グリースの音響性能を評価する試験）
試験方法：アンデロンメーターによる試験
試験条件：軸受６０８、回転数１８００ｒｐｍ、スラスト荷重２ｋｇｆ、
グリース充填量０．３５ｍｌ、試験時間６０秒
評価基準
アンデロン上昇値＝（ベースグリースに添加剤を添加したものの６０秒間の最大アンデロン値）−（ベースグリースの６０秒間の最大アンデロン値）
２アンデロン未満：合格（○）
２アンデロン以上：不合格（×）
総合評価
・体積抵抗率、音響試験のいずれも合格：合格（○）
・体積抵抗率、音響試験のどちらか一方が合格：不合格（×）

本発明の帯電防止剤である添加剤ａ（Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ）または添加剤ｂ（Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃Ｃ）を添加した本発明の実施例１〜６のグリース組成物は、いずれも体積抵抗率が合格基準の５０．０×１０⁷Ωｍより低い値を示し、音響性能も優れていた。
これに対して帯電防止剤を添加していない比較例１〜４は、実施例と比較していずれも体積抵抗率が合格基準の５０．０×１０⁷Ωｍより高い値を示した。
また実施例５において、添加剤ｂ（Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃Ｃ）の代わりに、添加剤ｃ（カーボンブラック）を添加した比較例５のグリース組成物は、実施例５と比較して体積抵抗率が高く、合格基準の５０．０×１０⁷Ωｍより高い値を示し、音響性能も劣っていた。
以上の結果より、本発明の帯電防止剤を添加したグリース組成物は、体積抵抗率が低くなることから、機械部品の帯電を防止でき、しかも音響性能にも優れることがわかる。

Claims (4)

1. 増ちょう剤、基油及び帯電防止剤を含むグリース組成物であって、
   該増ちょう剤が、ｐ-トルイジンとトリレンジイソシアネートとの反応生成物、及びシクロヘキシルアミンとステアリルアミンの混合物と、ジフェニルメタンジイソシアネートとの反応生成物からなる群から選ばれるジウレア化合物であり、
   該基油が、アルキルジフェニルエーテル油、ジペンタエリスリトールエステル油、ペンタエリスリトールエステル油、及びこれらの組み合わせからなる群から選ばれ、
   該帯電防止剤が、Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ及びＬｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃Ｃからなる群から選ばれる少なくとも１種を含むグリース組成物。
2. 該帯電防止剤の添加量が、グリース組成物全体に対して０．０１〜１０質量％である請求項１記載のグリース組成物。
3. 転がり軸受用の請求項１又は２記載のグリース組成物。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載のグリース組成物を封入した機械部品。