JP5719836B2 - 潤滑油組成物 - Google Patents

Description

本発明は、低揮発性で低温流動性に優れる特長を持ち、低温から高温までの広い領域で潤滑性を長期間発現できる潤滑油基油及びそれを用いた潤滑油組成物に関する。

潤滑油基油には、長期間安定して性能を発揮できること、すなわち、低揮発性、優れた熱・酸化安定性や低温始動性（低温流動性）、高粘度指数（ワイドレンジ）が求められる。特に、低粘度で低揮発性という特長を持つことは究極の目標といっても過言ではない。

ＡＶ・ＯＡ機器の高性能化に伴い、それらの回転部に使用される小型スピンドルモータには、高速化、省電力化の要求が強く、そのため、回転支持部に用いられる軸受には常に低トルク化の要求がある。また、最近では特に、モバイル機器としての利用を考慮して、様々な環境（温度）にも適用できる性能が求められる。軸受のトルクに影響を及ぼす因子には、軸受すきま、軸径などがあるが、取りわけ低温環境では潤滑油の粘度が一つの大きな要因となる。

潤滑油は一般的に低粘度になるほど蒸発しやすい傾向にある。潤滑油が蒸発等によって減少すると、適切な油膜圧力が得られず、回転精度が著しく低下し寿命とみなされるため、潤滑油の蒸発特性は軸受の耐久性を左右する重要な特性である。したがって、流体動圧軸受、多孔質含油軸受、動圧型多孔質含油軸受などすべり軸受の潤滑には、低粘度でしかも低温域でも極端な粘度上昇がなく、比較的蒸発特性に優れる潤滑油を選択する必要がある。そして多くの場合、エステル系の潤滑油が使用される。

エステル油においても他の潤滑油同様、低粘度になるにしたがって蒸発特性が劣る傾向にある。したがって、軸受のトルクを低減するために、単に現行より低粘度のエステル油を選択するだけでは、蒸発特性を損なうことになり、軸受の耐久性を低下させることになる。また、常温で低粘度であっても低温域で粘度が急激に上昇したり、流動性を失えば、急激なトルクの上昇や機器の停止に繋がる。

特に近年ハードディスクの家電搭載が進み、低温下において使用される場合も多く想定されることを受け、安定駆動を確保するため低温領域における低粘性が強く要求されている。これらの性質を満足させるべく多くの潤滑油基油が提案されているが、ある程度の領域までは満足できるものの、究極の目標である低粘度で低揮発性の領域を満足できていないのが現状である。

低粘度と低揮発性を同時に得ることは相反する面が強く、例えば同一構造で低粘度化を図ると分子量が低くなり、当然揮発性が増大する。その様な欠点を解決する手段として低粘度でしかも比較的蒸発特性に優れるエステル系の基油が使用される。

特許文献１には、炭素数６〜１２で直鎖状の二価アルコールと炭素数６〜１２の分岐鎖状の飽和一価脂肪酸とから得られたジエステルを基油として用いる潤滑油組成物が開示されている。

しかしながら、上記した従来技術は、アルコールと脂肪酸を適切に選択することにより低粘度特性を有した潤滑油を得ることができるが、４０℃粘度が１０mm²/s以下のジエステルでは、低分子量化に伴い蒸発量が多くなると共に、分子量が均一なゆえに蒸発がほぼ一斉に生じるため、一定条件下を境として急激に耐久性が落ちる場合がある。その原因として、多くのエステルが左右対称の化学構造を持つことに由来する。つまり、単一組成物であるが故にその限界点が明確で、蒸発によるモーターの急停止を余儀なくされる場合がある。

特許文献２には、炭素数８の一価アルコールと炭素数6の二価カルボン酸から合成されるエステルを主成分とし、主成分とは異なるジエステルであって、４０℃での動粘度が１０mm²/s以上で分子の総炭素数が２３〜２８のジエステルを１〜５wt％含む潤滑油組成物と、この潤滑油組成物を用いた流体軸受ユニットが開示されている。

特許文献３には、炭素数９以下の２価又は３価カルボン酸と、炭素数が３〜２５のアルキレングリコールモノアルキルエーテル等の１価グリコールエーテルから合成されるジエステル体又はトリエステル体を主成分として含む潤滑油基油が記載されている。

しかし、これらに記載された潤滑油又は潤滑油基油は、低粘度で低揮発性であるという要望を十分に満足するものとは言えない。

特開２００８−６９２３４号公報 特開２００７−３９４９６号公報 ＷＯ２００７／１１６７２５号公報

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、低揮発性で低温流動性に優れる特長を持ち、低温から高温までの広い領域で潤滑性を長期間発現できる潤滑油基油及びそれを用いた潤滑油組成物を提供することを目的とする。

本発明は、下記式（１）で示されるジエステルを主成分とすることを特徴とする潤滑油基油に関する。

式中、R₁、R₂は、独立に1-エチルペンチル基、ｎ-ヘプチル基又はｎ-ヘキシル基である。そして、モル比（A：B：C）は、２５〜６５：３０〜５０：３〜２５の範囲にある。ここで、AはR₁、R₂が共にｎ-ヘプチル基又はｎ-ヘキシル基であるものであり、BはR₁、R₂の一方が1-エチルペンチル基であるものであり、CはR₁、R₂が共に1-エチルペンチル基であるものである。

上記モル比（A：B：C）は、３５〜５０：４０〜５０：５〜１５の範囲にあることがより好ましい。

本発明の潤滑油基油は、式（１）で示されるジエステルが、基油の５０ｗｔ％以上であることがよい。また、本発明の潤滑油基油は、式（１）で示されるジエステルの他に、４０℃での動粘度が９mm²/s未満であり、粘度指数１００以上のネオペンチルグリコール骨格を有したポリオールエステルである低粘度油を５〜３０wt％含むことがよく、この低粘度油が、カプリル酸又はカプリン酸と、ネオペンチルグリコールから得られるポリオールエステルであることが好ましい。

また、本発明は上記潤滑油基油を用いて得られることを特徴とする潤滑油組成物に関する。

本発明の実施の形態について、以下に説明する。

本発明の潤滑油基油は、上記式（１）で示されるジエステルを主成分とする。好ましくは式（１）で示されるジエステルを５０wt％以上含有する。

式（１）において、R₁及びR₂は、１-エチルペンチル基、ｎ-ヘプチル基又はｎ-ヘキシル基である。R₁及びR₂は、同一であっても、異なっていてもよい。ここで、１-エチルペンチル基は分岐アルキル基であり、ｎ-ヘプチル基及びｎ-ヘキシル基は直鎖アルキル基である。上記ジエステルにおいて、R₁及びR₂は、カルボン酸に由来する成分であり、具体的には、２−エチルヘキサン酸、カプリル酸又はエナント酸に由来する。また、上記ジエステルにおいて、アルコールに由来する成分は２−メチル−１，８−オクタンジオールである。このジエステルは、過度に分岐鎖を有さないため、粘度指数が高く、特に低温領域において低粘性である。また、低蒸発性に優れる。

式（１）で示されるジエステルは、単独の化合物ではなく上記の範囲でR₁及びR₂が変化したジエステルの混合物とすることにより、低温における粘性、蒸発性及び低温流動性を向上させることが可能となる。

ジエステルの混合物とする場合、式（１）におけるA：B：Cのモル比が２５〜６５：３０〜５０：３〜２５の範囲、好ましくは３５〜５０：４０〜５０：５〜１５の範囲にある。ここで、A、B、Cは上記した意味を有するが、Aは直鎖アルキル基のみの場合、Bは直鎖アルキル基と分岐アルキル基の両方を含む場合、そしてCは分岐アルキル基のみの場合であり、これらの割合を制御することにより、特性を向上性させることができる。

本発明の潤滑油基油において、上記ジエステルの含有量は、基油の５０ｗｔ％以上、好ましくは６５ｗｔ％以上、更に好ましくは７０ｗｔ％以上であれば、潤滑油の低温における低粘性、低蒸発性を十分に向上させることができる。

他の基油成分と混在させる方法として、合成による方法では、２−メチル−１，８−オクタンジオール以外のジオールを混在させてエステル化する方法や、２−エチルヘキサン酸、カプリル酸、エナント酸以外の酸を混在させてエステル化する方法が挙げられる。混合による方法ではエステル、ポリアルファオレフィンなど、既存の基油と混合する方法が挙げられる。

他の基油成分の中でも、４０℃での動粘度が９mm²/s未満であり、粘度指数１００以上のネオペンチルグリコール骨格を有したポリオールエステルである低粘度油を含むことは、潤滑油の低温における低粘性、低蒸発性を維持しながら、さらなる低温流動性を付与できる点で好ましい。この低粘度油を含む場合、５〜３０wt％の範囲であることが好ましい。そして、この低粘度油は、ネオペンチルグリコールと、カプリン酸又はカプリル酸のエステル化物であることが好ましい。

本発明の潤滑油基油の主成分とするジエステルは、２−メチル−１，８−オクタンジオールからなるアルコール成分と、２−エチルヘキサン酸と、カプリル酸及び／又はエナント酸からなる酸成分を反応させることにより得られる。この場合、酸成分としては、分岐鎖を有する２−エチルヘキサン酸を必須成分として含む必要があるが、カプリル酸及びエナント酸はいずれか一方を含めばよく、両方を含んでもよい。酸成分の使用割合を制御することにより上記モル比を満足するジエステルを得ることができる。しかし、２−メチル−１，８−オクタンジオールと２−エチルヘキサン酸から得られるような単独のジエステルをそれぞれ配合して得ることもできる。

上記ジエステルは、上記の酸成分とアルコール成分とを常法に従って、好ましくは窒素等の不活性ガス雰囲気下、エステル化触媒の存在下又は無触媒下で加熱撹拌等によってジエステル化することにより調製される。具体的な方法として、高温下、縮合反応で生成する水を除去しながらエステル化を進行させる合成方法が挙げられる。この反応には無触媒でも、あるいは硫酸、パラトルエンスルホン酸、テトラキスアルコキシチタネートなどの触媒を用いることが可能であるし、またトルエン、エチルベンゼン、キシレンなどの脱水溶媒を併用することも可能である。エステル化反応を行うに際し、酸成分は、例えばアルコール成分１モルに対して２．０モル以上、好ましくは２．０１〜４.５モルが用いられる。

本発明の潤滑油基油は、液状潤滑油及びグリース等の潤滑油組成物の基油となる。本発明の潤滑油組成物は、この基油を使用し、これに潤滑油組成物の性能を向上させるための成分を配合したものであり、かかる成分としては公知の酸化防止剤、油性剤、摩耗防止剤、極圧剤、金属不活性剤、防錆剤、粘度指数向上剤、流動点降下剤、消泡性等の添加剤や増ちょう剤がある。かかるの添加剤は、１種以上を適宜配合することができる。これらの添加剤は、潤滑油基油に対して好ましくは０．０１〜１０ｗｔ％、更に好ましくは０．０３〜５ｗｔ％添加される。

本発明の潤滑油組成物がグリースである場合、それに使用される増ちょう剤は、特に限定されず、通常のグリースに使用されているものを適宜使用できる。例えば、金属石けん、複合石けん、ウレア、有機ベントナイト、シリカ等が挙げられる。グリース中の増ちょう剤の含有量は、通常３〜３０wt％が適当である。また、グリースには一般に配合される酸化防止剤、極圧剤、防錆剤、金属腐食防止剤、油性剤、粘度指数向上剤、流動点降下剤、付着性向上剤等の添加剤の１種又は２種以上を適宜配合することができる。これらの添加剤は、通常グリース基油に対して好ましくは０．０１〜１０wt％、更に好ましくは０．０３〜５wt％添加される。

本発明の潤滑油基油を使用した潤滑油組成物は、作動油、ギヤ油、スピンドル油、軸受油などの工業用潤滑剤をはじめ、動圧軸受油、焼結含油軸受油、ヒンジ油、ミシン油、摺動面油などの各種用途に適用できる。グリースとしては、軸受部（ボール、コロ、ニードル）、摺動部、ギヤ部などの各種潤滑部に適用することができる。特に、流体軸受ユニット、流体動圧軸受ユニット、多孔質含油軸受ユニット、及びこれらのユニットを備えたスピンドルモータに有利に適用することができる。

本発明の潤滑油組成物が好適に使用される例を以下に示す。
1)流体軸受ユニット：軸外周面とスリーブ内周面のすきまに介在する潤滑油の油膜圧力によって回転軸を支持する軸受部を設け、潤滑剤として本発明の潤滑油組成物を用いた軸受ユニットである。2)流体動圧軸受ユニット：軸外周面とスリーブ内周面の何れか一方に動圧発生溝を設け、潤滑剤として本発明の潤滑油組成物を用いた軸受ユニットである。3)多孔質含油軸受ユニット：本発明の潤滑油組成物を含浸した多孔質含油軸受を有するものである。4)多孔質含油軸受：本発明の潤滑油組成物を含浸した軸受である。この多孔質含油軸受としては、動圧型多孔質含油軸受が好ましく挙げられる。5)スピンドルモータ：上記の軸受ユニットを備えたスピンドルモータである。

以下に実施例を挙げて本発明を詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。なお、％は特に断らない限りｗｔ％である。

実施例１
３００ｃｃ四つ口フラスコ、加熱装置、撹拌装置、温度計、窒素通気管及び窒素ライン、ディーンスターク管、冷却管と冷却ラインから構成される反応装置に、脂肪族２価アルコールとして２−メチル−１，８−オクタンジオール２４．０５ｇ、飽和脂肪族モノカルボン酸（以下、カルボン酸という）としてカプリル酸３２．０１ｇ、２−エチルへキサン酸５４．５１ｇを入れ、テトラキス（IV）（２−エチル−１−ヘキシロキシ）チタネート０．１gを触媒とし、窒素雰囲気にて１７０℃、４８時間攪拌しフルエステル化まで反応させた。反応油中に残ったカルボン酸の大部分を１０Ｔｏｒｒ、１７０℃にて留去し、その後触媒を失活せしめ、エステル中に残った酸を中和、吸着処理にてエステル中の未反応物や不純物を除去し、ジエステル（D1）を得た。

ジエステル組成の決定は、ガスクロマトグラフィーにおける面積比からモル比を、算出した。ジエステル（D1）は、式（１）におけるR₁,R₂の両方が分岐アルキル鎖でないものをA、いずれか一方が分岐アルキル鎖であるものをB、両方が分岐アルキル鎖であるものをCとするとき、A：B：C＝４７．９：４２．７：９．４（モル比）であり、A、B、Cの合計は全組成の９６．０％であった。

実施例２
実施例１と同様の方法で、２−メチル−１，８−オクタンジオール２４．０５ｇと、カルボン酸としてカプリル酸３１．０４ｇ、２−エチルへキサン酸５８．６５ｇを原料としたものをエステル化し、ジエステル（D2）を得た。ジエステル（D2）の組成はA：B：C＝４５．０：４４．１：１０．９であり、A、B、Cの合計は全組成の９６．０％であった。

実施例３
実施例１と同様の方法で、２−メチル−１，８−オクタンジオール２４．０５ｇと、カルボン酸としてカプリル酸３０．１０ｇ、２−エチルへキサン酸５９．５３ｇを原料としたものをエステル化し、ジエステル（D3）を得た。ジエステル（D3）の組成はA：B：C＝４２．９：４５．８：１１．３であり、A、B、Cの合計は全組成の９５．５％であった。

実施例４
実施例１と同様の方法で、原料に２−メチル−１，８−オクタンジオール８３％、１，９−ノナンジオール１５％で構成されるジオール２４．０５ｇを用い、それとカルボン酸としてカプリル酸２９．０４ｇ、２−エチルへキサン酸５９．５３ｇを原料としたものをエステル化し、ジエステル（D4）を得た。ジエステル（D4）の組成はA：B：C＝３９．４：４６．６：１４．０であり、A、B、Cの合計は全組成の８２．８％であった。

実施例５
実施例２で合成したジエステル（D2）９５wt％と、ネオペンチルグリコールのジエステル（Hatco社製）を５wt％を混合し、ジエステル（D5）を得た。

実施例６
実施例２で合成したジエステル（D2）を７０wt％と、H2962を３０wt％混合し、ジエステル（D6）を得た。

実施例７
実施例１と同様の方法で、２−メチル−１，８−オクタンジオール３２．０５ｇと、カルボン酸としてエナント酸４６．８７ｇ、２−エチルへキサン酸６８．５０ｇを原料としたものをエステル化し、ジエステル（D11）を得た。ジエステル（D11）の組成はA：B：C＝５７．２：３７．３：５．５であり、A、B、Cの合計は全組成の９９．２％であった。

実施例８
実施例１と同様の方法で、２−メチル−１，８−オクタンジオール３２．０５ｇと、カルボン酸としてエナント酸４７．０１ｇ、２−エチルへキサン酸５８．７３ｇを原料としたものをエステル化し、ジエステル（D12）を得た。ジエステル（D12）の組成はA：B：C＝６２．４：３３．２：４．４であり、A、B、Cの合計は全組成の９９．２％であった。

比較例１
実施例１と同様の方法で、２−メチル−１，８−オクタンジオールと、カルボン酸としてカプリル酸、２−エチルへキサン酸を原料としたものをエステル化し、ジエステル（D7）を得た。ジエステル（D7）の組成はA：B：C＝７４．５：２３．５：２．０であり、A、B、Cの合計は全組成の９８．０％であった。

比較例２
実施例４と同様の方法で、原料に２−メチル−１，８−オクタンジオール８３％、１，９−ノナンジオール１５％で構成されるジオールを用い、それとカルボン酸としてカプリル酸、２−エチルへキサン酸を原料としたものをエステル化し、ジエステル（D8）を得た。ジエステル（D8）の組成はA：B：C＝２２．９：４９．９：１４．０であり、A、B、Cの合計は全組成の８３．７％であった。

比較例３
実施例１と同様の方法で、１，８−オクタンジオールと２−エチルへキサン酸を原料としてエステル化し、ジエステル（D9）を得た。

比較例４
実施例１と同様の方法で、２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオールとカプリル酸を原料としたものをエステル化し、ジエステル（D10）を得た。

実施例及び比較例で得られたジエステル（D1）〜（D12）のA、B、Cの合計及び各種物性を表１に示す。

表１において、動粘度は、−１０℃における値である。蒸発減量は、ジエステルを熱天秤中で、窒素雰囲気中、１２０℃で８ｈ保持した後の重量減量（％）である。

上記で得たジエステルに、下記添加剤を配合して潤滑油組成物とした。
添加剤及び略号
L57：アルキルジフェニルアミン（BASF社製イルガノックスＬ５７、酸化防止剤）
IR39：ベンゾトリアゾール誘導体（BASF製イルガメット３９、金属不活性剤）
OAS1200：コハク酸イミド（シェブロンケミカル製ＯＡＳ１２００、無灰系分散剤）

実施例９〜１１
実施例２、５又は６で得たジエステル（D2）、（D5）又は（D6）を基油とし、L57を０．５ｗｔ％、IR39を０．０３ｗｔ％、及びOAS1200を１．５ｗｔ％配合して潤滑油組成物とした。

比較例５
比較例３で得たジエステル（D9）を基油とし、L57を０．５ｗｔ％、IR39を０．０３ｗｔ％、及びOAS1200を１．５ｗｔ％配合して潤滑油組成物とした。

上記の潤滑油組成物について、蒸発試験と、含油軸受に使用したときの軸受トルクをシミュレーションする目的で−１０℃における回転粘度の評価を行った。

蒸発試験は、１００℃、６０００時間の条件で実施した。なお、蒸発試験はラボランスクリュー管瓶#3（容積9ml）に試料を2g入れて行った。n数は２とし、その平均値を蒸発減量として求めた。添加剤を配合した潤滑油組成物については、１００℃、６０００時間の条件下で蒸発減量が０．５％以下を合格とした。０．５％以上の蒸発減量を示す潤滑油は、６０００時間以上になると指数関数的に蒸発減量が増加する傾向にあることが知られている。

含油軸受に使用する際に問題となる回転特性は低温トルクである。特に−１０℃における回転トルクが大きいとバッテリーへの負担が増加する。そのため、−１０℃における回転粘度を測定して実機械における軸受トルクをシミュレーションした。なお、モーターメーカーより、−１０℃の回転粘度が１００ｍPa・ｓ以下であるという要求仕様がある。この粘度以下を合格とした。
測定機器はアントンパール製SVM-3000を用いた。

上記の潤滑油組成物について、実態に近い評価試験を実施した結果を表２に示す。動粘度は−１０℃における値である。いずれの実施例においても、比較例の半分の蒸発減量で０．５％以下の値を示した。また、同時に回転特性も基準値以下であることが確認され、今までトレードオフの関係にあり両立が困難であった低温−低トルクと高温−低蒸発の潤滑油組成物を得ることができた。
具体的には、実施例９の潤滑油組成物の蒸発減量が最も少なく、回転粘度も基準値以下である。また、基油の一部にポリオールエステルを使用した実施例１０及び１１も蒸発減量を大きく阻害することなく、粘度を低下させることが確認できた。なお、比較例５の潤滑油組成物は既存基油の中で最もバランスが良いとされ、多くの小型モーターで採用されているが、これを凌駕する性能を持つ潤滑油を開発したことは、小型モーターの高性能化（長寿命、省エネ）に寄与するものといえる。

産業上の利用の可能性

本発明に係る潤滑油基油は、低揮発性で低温流動性に優れる特長を持ち、低温から高温までの広い領域で潤滑性を長期間発現できる潤滑油組成物を提供することが出来る。特に情報機器関連の小型スピンドルモータ用軸受の耐久性を損なうことなく、低トルク化（特に低温駆動性）を実現することができる。

Claims (6)

1. 下記式（１）で示されるジエステルの混合物を５０ｗｔ％以上含むことを特徴とする潤滑油基油。
   

   

   式中、R₁、R₂は、独立に1-エチルペンチル基、ｎ-ヘプチル基又はｎ-ヘキシル基であり、
   R₁及びR₂が共にｎ-ヘプチル基であるもの、若しくはｎ-ヘキシル基であるもの、又は一方がｎ-ヘプチル基であり、他方がｎ-ヘキシル基であるものをA、
   R₁及びR₂の一方が1-エチルペンチル基であり、他方がｎ-ヘプチル基又はｎ-ヘキシル基であるものをB、そして
   R₁及びR₂が共に1-エチルペンチル基であるものをCとするとき、
   これらのモル比A：B：Cは、２５〜６５：３０〜５０：３〜２５の範囲である。
2. 式（１）において、A：B：Cが、３５〜５０：４０〜５０：５〜１５の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の潤滑油基油。
3. 式（１）で示されるジエステルの混合物を７０ｗｔ％以上含むことを特徴とする請求項１記載の潤滑油基油。
4. ４０℃での動粘度が９mm²/s未満であり、粘度指数１００以上のネオペンチルグリコール骨格を有したポリオールエステルである低粘度油を５〜３０wt％含むことを特徴とする請求項１に記載の潤滑油基油。
5. 低粘度油が、カプリル酸又はカプリン酸と、ネオペンチルグリコールから得られるポリオールエステルである請求項４記載の潤滑油基油。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の潤滑油基油を含むことを特徴とする潤滑油組成物。